Synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle.

I- Données.

II- Manipulation.

1)- Préparation de l'ester.

a)- Chauffage à reflux.

Introduire dans le ballon :

-  15 mL d'alcool isoamylique à 98 % (3-méthylbutan-1-ol).

-  20 mL d'acide acétique à 99 % (acide éthanoïque).

-  Quelques grains de pierre ponce ou quelques billes de verre.

-  Adapter le réfrigérant et porter le mélange à l'ébullition douce pendant 45 min.

b)- Questions : pendant que la réaction s'effectue.

-  Écrire l'équation de la réaction. Donner la classe de l'alcool utilisé.

-  L'alcool utilisé est un alcool primaire.

-  Calculer les quantités de matière de chacun des réactifs mis en jeu.

-  Quantité de matière d'alcool isoamylique :

-  Quantité de matière d'acide éthanoïque  

-  L'un des réactifs est en excès. Lequel ? Pourquoi ? Que peut-on dire du rendement de la réaction d'estérification ?

-  La réaction se faisant mole à mole, il y a un excès d'acide éthanoïque (réactif le moins cher).

-  On utilise un excès d'acide éthanoïque pour déplacer l'équilibre dans le sens de l'estérification. 

-  On est en présence d'un alcool primaire, en conséquence, le rendement est supérieur à 66 %. 

-  Le rendement se calcule par rapport au réactif en défaut.  

-  La réaction est déplacée dans le sens de l'estérification :  

-  Faire un schéma du dispositif. Qu'appelle-t-on chauffage à reflux ?

-  Ce montage permet de maintenir le milieu réactionnel à une température constante, en l'occurrence la température d'ébullition du solvant. 

-  Les vapeurs sont condensées dans le réfrigérant et retournent à l'état liquide dans le ballon. 

-  Les réactifs et les produits restent dans le milieu réactionnel.

2)- Séparation de l'ester.

a)- Extraction liquide - liquide.

Laisser refroidir à température ambiante, puis refroidir avec un récipient contenant de l'eau glacée.

-  Verser le contenu du ballon dans un bécher (de 250 mL) contenant 50 mL d'eau froide. Rincer le ballon avec de l'eau distillée.

-  Verser le mélange dans une ampoule à décanter.

-  Ajouter 15 mL de solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 5 %.

-  Dégazer et attendre que l'effervescence cesse pour décanter. Recommencer plusieurs fois si nécessaire.

-  Laver avec 20 mL d'eau salée glacée. Laisser décanter et séparer les deux phases.

-  Verser la phase organique dans un bécher propre et sec et sécher avec environ 2 g de sulfate de magnésium anhydre.

b)- Filtration liquide - solide.

Filtrer et mesurer le volume et la masse de l'ester formé : V_E  ≈ 15,5 mL      et         m_E  ≈ 13,9 g

c)- Questions :

Pourquoi est-il important de refroidir le milieu réactionnel avant d'ajouter de l'eau ?

-  On refroidit afin d'éviter l'hydrolyse de l'ester.

-  Dans l'ampoule à décanter, où se trouvent la phase aqueuse et la phase organique ? Quelle est la phase qui contient pratiquement tout l'ester ?

-  La phase organique est moins dense que l'eau, elle se trouve au-dessus de la phase aqueuse. 

-  L'ester se trouve principalement dans la phase organique car il est peu soluble dans l'eau. 

-  Dans la phase organique, on trouve aussi un peu d’acide éthanoïque qui est en excès. 

-  Il faut l’éliminer de la phase organique.

-  Pourquoi propose-t-on d'ajouter une solution de chlorure de sodium pour améliorer la séparation ? Quel est le rôle de l'hydrocarbonate de sodium ?

-  On donne : CO₂, H₂O / HCO₃⁻, pK_A1 = 6,4 ; HCO₃⁻ / CO₃^{2 −} , pK_A2 = 10,2

-  L'hydrogénocarbonate de sodium est une solution basique,

-  elle neutralise le milieu réactionnel et élimine l'acide éthanoïque restant en le solubilisant dans l'eau sous forme d'ions éthanoate. 

-  De façon générale, les ions se retrouvent dans la phase aqueuse car l’eau est un solvant polaire.

-  Il se produit la réaction suivante :  

CH₃COOH _(aq)   +  HCO₃⁻ _(aq)   =  CH₃COO ⁻ _(aq)  +    (CO₂, H₂O) _(aq)

-  Le gaz qui se dégage est du dioxyde de carbone.

-  Il faut dégazer afin d’éviter les projections.

-  Faire un schéma des différentes extractions.

-  Rôle de l’ampoule à décanter :

-  elle permet l’extraction par un solvant et elle permet aussi la séparation des différentes phases non miscibles.

-  L’éthanoate d’isoamyle (ester) est principalement présent dans la phase organique. 

-  Il est moins dense que l’eau et peu soluble dans l’eau.

-  Schéma :

III- Exploitation des mesures.

Déterminer la densité de l'ester. Comparer la valeur trouvée à celle donnée dans le tableau. Conclure.

-  Densité de l'ester :  

-  La valeur donnée dans le tableau est d ≈ 0,87. 

-  L'ester n'est pas pur, il contient un peu d'eau, il faudrait réaliser une distillation fractionnée.

-  Calculer la quantité d'ester obtenu.

-  En déduire le pourcentage d'alcool et d'acide estérifié.

-  Ce résultat vous semble-t-il convenable ? Justifier.

-  Quantité d'ester obtenu :

-  Pourcentage d'acide estérifié :

-  Pourcentage d'alcool estérifié : 

-  Calculer le rendement de la réaction.

-  Rendement de la réaction.

-  Il se calcule par rapport au réactif limitant :

-  Le pourcentage est supérieur à 66 %.

-  Il y a pour cela deux raisons.

-  Le mélange n'est pas équimolaire, il y a un excès d'acide et l'équilibre est déplacé dans le sens de l'estérification.

-  Le produit n'est pas pur, il contient un peu de l'eau en outre. 

-  Il faudrait sécher l’ester avec du sulfate de cuivre anhydre ou du sulfate de magnésium anhydre.

-  Donner les caractéristiques de l'ester obtenu.

-  L’ester obtenu est un liquide de densité d ≈ 0,90.

-  Il a une odeur de banane et une couleur jaune-clair.

 Synthèse du méthanoate d'éthyle.

1)- Distillation :

a)- Matériel : on utilise :

Un ballon de 250 mL.

-  Une colonne de Vigreux (colonne à distillée)

-  Un réfrigérant descendant.

-  Un thermomètre

-  Une éprouvette pour recueillir le distillat.

b)- Réactifs :

-  20 mL d'acide formique (acide méthanoïque).

-  20 mL d'éthanol.

-  Quelques gouttes d'acide sulfurique.

-  Quelques grains de pierre ponce ou quelques billes de verre.

c)- Réaction : on porte à l'ébullition douce et on recueille le distillat dans l'éprouvette graduée.

2)- Mesures.

Relever la température θ en tête de colonne

-  Relever la valeur de la pression :

-  Déterminer la masse et le volume de l'ester obtenu.

-  En déduire la densité du produit obtenu.

-  La comparer à la valeur donnée dans le tableau.

-  Qu'appelle-t-on distillation fractionnée ?

-  Déterminer la quantité d'ester obtenu.

-  Calculer le rendement de la réaction. Conclure.

-  Donner les caractéristiques de l'ester obtenu.