Hydrolyse d’un ester

Triglycérides

Les triglycérides sont des molécules triesters composées d’un squelette glycérol lié à 3 acides gras. Ceux-ci forment la base de nombreux lipides biologiques que l’on trouve dans les huiles et les graisses végétales. Les lipides isolés de la matière végétale sont à la base des huiles végétales, tandis que les lipides extraits d’animaux sont utilisés comme saindoux ou sources générales de graisses.

Une molécule d’acide gras a une longue chaîne carbonée – entre 12 et 20 carbones – avec un acide organique faible à une extrémité. Certains acides gras ont des doubles liaisons dans la chaîne carbonée. Ce sont des graisses « insaturées ». En raison de la double liaison dans la chaîne carbonée, ces acides gras ont généralement une forme de chaîne courbée, car la liaison a tendance à adopter la conformation cis plutôt que la conformation trans.

Les molécules de triglycérides d’un acide gras insaturé sont incapables de s’empiler uniformément, ce qui entraîne moins de forces d’attraction entre les molécules. Ainsi, les graisses insaturées sont généralement liquides à température ambiante. En revanche, les graisses saturées, c’est-à-dire celles qui n’ont que des liaisons uniques dans leur chaîne carbonée, sont capables de s’empiler parce que leur chaîne est de forme plus régulière. Les graisses saturées ont donc des forces d’attraction plus fortes entre les molécules et, par conséquent, des points de fusion plus élevés. Ainsi, les graisses saturées ont tendance à être solides à température ambiante.

Réaction d’hydrolyse

Les triglycérides, comme d’autres molécules possédant des groupes esters, sont capables de subir une hydrolyse. L’hydrolyse est un type de réaction chimique où une molécule d’eau rompt une liaison. Dans le cas d’une hydrolyse d’ester, le nucléophile – l’eau ou un ion hydroxyde – attaque le carbone carbonyle du groupe ester pour rompre la liaison ester. Un fragment de la molécule d’origine gagne l’ion hydrogène de l’eau pour former un alcool, tandis que l’autre fragment gagne le groupe hydroxyde pour former un sel de l’acide carboxylique.

Dans des conditions normales, seules quelques réactions d’hydrolyse se produisent sans l’ajout d’un acide ou d’une base forte. L’acide ou la base forte agit comme un catalyseur pour accélérer la réaction, et elle est récupérée à la fin. La réaction d’hydrolyse est réversible. On l’appelle une réaction de condensation car elle produit de l’eau comme produit secondaire.

L’hydrolyse d’un triglycéride est l’un des plus anciens exemples de réaction d’hydrolyse, car il est utilisé depuis des siècles pour fabriquer du savon. La réaction s’appelle la saponification.

saponification

Lors de la saponification, les ions hydroxyde attaquent les groupes carbonyles dans les trois esters du triglycéride. Par conséquent, l’addition stœchiométrique de trois moles d’hydroxyde de sodium à une mole de triglycéride entraînera l’hydrolyse des trois groupes esters. Cette réaction produit trois moles de molécules de savon et une mole de glycérol. Souvent, la réaction sera effectuée avec de l’hydroxyde de sodium comme réactif limitant pour minimiser la quantité de triglycérides n’ayant pas réagi, ce qui peut réduire l’effet desséchant du savon.

Une molécule de savon a une longue chaîne carbonée hydrophobe avec un anion carboxylate hydrophile polaire à l’autre extrémité. La différence de solubilité le long de la molécule permet sa capacité de nettoyage. Dans l’eau, les longues chaînes carbonées des molécules de savon vont être attirées les unes vers les autres et se réorganiser pour éviter les molécules d’eau polaires. Cela oriente les têtes de carboxylate polaires vers les molécules d’eau, formant une structure sphérique connue sous le nom de micelle. Le centre est hydrophobe et l’extérieur est hydrophile, ce qui permet aux micelles d’être solubles dans les solutions aqueuses.

Les propriétés micellaires du savon sont essentielles à sa capacité de nettoyage. Le simple fait de rincer la graisse ou l’huile d’une surface ne permet pas de l’enlever. En effet, la graisse est hydrophobe et non soluble dans l’eau. Cependant, lorsque du savon est utilisé, la graisse pénètre à l’intérieur de la micelle. L’extérieur de la micelle est hydrophile, elle peut donc être rincée à l’eau.

Un inconvénient important du savon est son intolérance à l’eau dure. L’eau dure est une solution aqueuse contenant du magnésium, du fer et des ions calcium sous forme de minéraux. La « dureté » de l’eau dépend de la concentration de ces ions. En présence de cations métalliques, les molécules de savon interagissent avec les molécules et les font tomber de la solution, formant un précipité salin plus communément appelé écume de savon.

références

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). Chimie et réactivité chimique. Belmont, Californie : Brooks/Cole, Cengage Learning.
2. Silberg, M.S. (2015). Chimie : la nature moléculaire de la matière et du changement. Boston, MA : McGraw Hill.
3. Streiwiester, A., Heathcock, C.H., Kosower, E.M. (1998). Introduction à la chimie organique. Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall.