Aurélie 01 / 02
saponification

sage femme Ile de France 2001

exercice suivant : synthèse d'un médicament

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On étudie la réaction de saponification du propanoate d'éthyle avec l'hydroxyde de sodium (soude). On dissout 8 10-3 mol de l'ester dans de l'eau, on y ajoute de la soude pour ajuster le pH à 12 à 25°C.

  1. Définir à partir des espèces chimiques évoquées ci-dessus la notion de site électrophile et de site nucléophile.
  2. Donner en distinguant trois étapes le mécanisme réactionnel d'une saponification. Préciser comment chacune de ces étapes peut justifier que la saponification est une réaction lente, complète et exothermique.
  3. Le volume global du milieu réactionnel ne variant pas, on pourra, en maintenant la température à 25 °C suivre la réaction de saponification par pHmétrie.
    - Proposer le schéma d'un montage permettant le suivi pHmétrique.
    - On relève les valeurs suivantes de pH en fonction du temps :
    t(min)
    0
    10
    23
    40
    60
    85
    100
    120
    pH
    12
    11,9
    11,8
    11,7
    11,6
    11,5
    11,45
    11,4
    Donner l'équation bilan de la réaction de saponification.
    - Compléter le tableau par une ligne exprimant la concentration en alcool formé pour chacune des dates données. On justifiera les valeurs données soit de façon générale et littérale, soit par un exemple numérique particulier.
    - à la date t =120 min la réaction peut-elle être considérée comme terminée ?
    - quel serait le pH du milieu réactionnel pour une réaction achevée ?
    - Tracer la courbe [alcool formé] = f(t) en prenant en abscisse 1 cm pour 10 min et en ordonnée 1cm pour 5 10-4 mol/L. Continuer approximativement le tracé de la courbe jusqu'à t = 200 min.
    - le temps de demi réaction correspond à la durée nécessaire pour consommer, quand la réaction est totale, la moitié du réactif limitant initialement introduit. Pour la saponification envisagée ici, déterminer graphiquement ce temps de demi réaction.
    données : électronégativite dans l'échelle de Lewis : cC=2,5; cO= 3,5
corrigé
site électrophile : atome déficitaire en électrons comme l'atome de carbone du groupe ester, atome de carbone lié à deux atomes d'oxygène plus électronégatifs que lui

site nucléophile : atome d'oxygène de l'ion HO- , atome d'azote, atome possédant un excès d'électrons.

étape 1 lente, limitant la vitesse de la réaction : attaque nucléophile sur le carbone du groupe ester

l'intermédiaire réactionnel est tétraédrique

étape 2 rapide : cet intermédiaire évolue rapidement vers la formation d'un ion alcoolate et d'acide propanoïque

étape 3 rapide : réaction acide base exothermique, d'une part entre l'acide propanoïque et l'ion hydroxyde conduisant à l'ion propanoate

d'autre part entre l'ion alcoolate, base forte et l'eau conduisant à l'alcool éthylique

montage permettant le suivi du pH :

CH3-CH2-COO-CH2-CH3 + HO- donne CH3-CH2-COO- + CH3-CH2-OH

La quantité de matière d'alcool formé est égale à la quantité de matière d'ion HO- ayant réagi :

[HO-]départ = 0,01 mol/L car pH = 12

[HO-] date t = 10-14+pH mol/L

[alcool]date t = 0,01 -10-14+pH mol/L

t(min)
0
10
23
40
60
85
100
120
pH
12
11,9
11,8
11,7
11,6
11,5
11,45
11,4
[HO-] date t
0,01
0,008
0,0063
0,005
0,004
0,0031
0,0028
0,0025
[alcool]date t
0
0,002
0,0037
0,005
0,006
0,0069
0,0072
0,0075
La réaction est terminée lorsque l'un, au moins des réactifs a disparu : la soude est en excés.

à partir de 0,008 mol d'ester on peut former 0,008 mol d'alcool : la réaction n'est pas terminée à t = 120 min.

pH final :

0,008 mol de soude a été consommé par 0,008 mol d'ester ; il en reste : 0,01-0,008 = 0,002 mol dans 1L

pH = 14 + log 0,002 = 11,3.

le temps de demi réaction correspond à 4 mmol/L d'alcool formé en partant de 8 mmol/L d'ester

il est voisin de 35 min.

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