Estérification

Source : Lara Al Hariri de l’Université du Massachusetts Amherst, MA, États-Unis

1. EsterificationExpand

   Dans ce laboratoire, vous synthétiserez un ester à partir d’un acide carboxylique et d’un alcool en présence d’acide sulfurique. Cette réaction est appelée estérification de Fischer. L’acide sulfurique rend l’acide carboxylique plus réactif vis-à-vis de l’alcool. Sans elle, l’estérification serait lente et défavorable. L'estérification est hautement réversible, vous utiliserez donc un excès d'alcool pour provoquer la réaction vers l'ester.

   On vous attribuera l’une des sept paires acide carboxylique-alcool pour votre réaction. Chacun des sept testeurs de produits possibles a un parfum fruité distinct. Lorsque vous aurez terminé la réaction, vous projetterez la vapeur de vos produits vers vous et l’identifierez en fonction du fruit qu’il sent.

   • Avant de commencer, enfilez une blouse de laboratoire, des lunettes de sécurité et des gants en nitrile. note: Votre instructeur fera une démonstration de l’ondulation avant de distribuer les réactifs. Sentez toujours les composés en soufflant, plutôt qu’en l’inhalant directement.
   • Une fois que vous êtes prêt à commencer, récupérez l’acide carboxylique et l’alcool qui vous ont été attribués et apportez les flacons à votre hotte. Le flacon étiqueté « A », « B » ou « C » est votre acide carboxylique. L’autre flacon est l’alcool. Notez les lettres de votre acide carboxylique et de votre alcool dans votre cahier de laboratoire.

     Tableau 1 : Odeur de l’acide carboxylique, de l’alcool et de l’ester

     	lettre	odeur
     Acide carboxylique attribué
     Alcool attribué
     Ester synthétisé

     Cliquez ici pour télécharger le Tableau 1
   • Maintenant, prenez un morceau de papier filtre et une pipette Pasteur. Dans la hotte, utilisez la pipette Pasteur pour appliquer une goutte de votre alcool sur le papier filtre.
   • Amenez le papier filtre à l’avant de la hotte et diffusez l’odeur de l’alcool vers vous. Soyez prudent car cela pourrait sentir désagréable.
   • Ensuite, remettez le papier filtre dans le capot et écrivez une brève description de l’odeur de l’alcool dans votre cahier de laboratoire. Faites de même pour votre acide carboxylique s'il s'agit d'un liquide à l'aide d'une pipette neuve et d'un morceau de papier filtre. note: Si on vous a attribué un acide carboxylique solide, écrivez « solide » dans votre cahier de laboratoire et sautez cette étape.
   • Maintenant, fixez une pince ouverte à 3 broches à un support de laboratoire dans votre hotte. Placez un cric de laboratoire à la base du support et placez une plaque d’agitation et un ballon chauffant dessus. Déplacez le régulateur de température à côté de la configuration.
   • Ensuite, placez une petite barre d’agitation dans une fiole à fond rond de 50 mL et fixez solidement la fiole sur le ballon chauffant.
   • Ajoutez l’acide carboxylique dans le ballon à l’aide d’un entonnoir. Rincez le flacon d’acide carboxylique dans le flacon avec 1 ou 2 ml de votre alcool, puis ajoutez le reste de l’alcool dans le ballon.
   • Ensuite, apportez une bouteille graduée de 10 ml à la hotte réservée aux acides et mesurez soigneusement 4 ml d’acide sulfurique 3 M. note: Il est hautement toxique et corrosif, alors soyez prudent avec lui.
   • Couvrez votre cylindre gradué avec un film de paraffine plastique. Ensuite, ramenez l’acide dans votre hotte et ajoutez-le dans la fiole. Ce n'est pas grave si les liquides forment deux couches.
   • Maintenant, utilisez un morceau de tube pour connecter le bras inférieur du condenseur standard au robinet d’eau de votre hotte. Fixez l’autre morceau de tube sur le haut du bras et dirigez-le vers votre drain. Assurez-vous que les connexions sont sécurisées.
   • Appliquez de la graisse sous vide sur le joint inférieur en verre rodé du condenseur. Insérez le condenseur dans la fiole à fond rond et assurez-vous que la graisse forme une bonne étanchéité.
   • Fixez le condenseur en place avec une deuxième pince à 3 broches et assurez-vous que le tube est à l’écart. Utilisez une lingette de laboratoire pour enlever l’excès de graisse, puis fixez la connexion avec un clip de joint.
   • Maintenant, ouvrez lentement le robinet d’eau jusqu’à ce que l’eau s’écoule doucement à travers le condenseur. Assurez-vous que l’eau s’écoule dans le drain et qu’il n’y a pas de fuites.
   • Ensuite, soulevez le vérin de laboratoire jusqu’à ce que le ballon à fond rond repose dans le ballon chauffant. Vous êtes maintenant prêt à commencer à chauffer votre mélange réactionnel pour le reflux.
   • Réglez le moteur d’agitation à vitesse moyenne et commencez à chauffer le mélange à feu moyen ou avec un point de consigne d’environ 110 °C.
   • Le premier point d’ébullition de votre mélange sera entre 65 et 100 °C. Alors, gardez un œil dessus pendant qu’il chauffe et ajustez le réglage de la température si nécessaire.
   • Une fois que le mélange atteint une ébullition uniforme, laissez-le refluer pendant 50 min.
   • Ensuite, éteignez le feu, abaissez le cric de laboratoire et remplacez le ballon chauffant par un porte-flacon à fond rond.
   • Laissez le mélange refroidir à température ambiante avec le condenseur toujours en place, ce qui prend généralement environ 10 min. Pendant ce temps, préparez un bain de glace dans un bécher de 600 ml et apportez-le à votre hotte.
   • Une fois que le mélange a complètement refroidi, coupez le débit d’eau vers le condenseur. Séparez soigneusement le condenseur du ballon et écartez-le. Ensuite, montez le bain de glace jusqu’à la fiole et laissez-le refroidir pendant 10 min.
   • Après cela, apportez une bouteille graduée propre de 10 ml à la hotte de base et obtenez 5 mL de bicarbonate de sodium saturé.
   • De retour à votre capuche, utilisez une lingette de laboratoire pour enlever la graisse sous vide de l’intérieur du col de la fiole à fond rond.
   • Ensuite, procurez-vous plusieurs pipettes Pasteur propres et du papier pH. À l’aide d’une pipette, ajoutez lentement 1 mL de bicarbonate de sodium saturé dans le ballon et mélangez le mélange à l’aide d’un bâton d’agitation ou d’une tige de verre.
   • Ajouter le reste de la solution de bicarbonate de sodium un millilitre à la fois, en remuant après chaque ajout.
   • Ensuite, utilisez une nouvelle pipette pour vérifier le pH de la solution. Si le pH est < 7, prenez quelques millilitres de bicarbonate de sodium de plus et ajoutez-le 1 ml à la fois, en remuant et en vérifiant le pH après chaque ajout.
   • Une fois que la solution a un pH neutre, retirez le bain de glace et séchez l’extérieur du flacon avec une serviette en papier.
   • Laissez reposer le mélange pendant quelques minutes pour voir s’il se dépose en deux couches.
   • Ensuite, procurez-vous une pipette Pasteur propre et un nouveau morceau de papier filtre. Prélevez soigneusement une petite quantité de la solution de produit et appliquez une ou deux gouttes sur le papier filtre. Si votre mélange de produits s’est séparé, testez d’abord la couche supérieure.
   • Amenez le papier filtre au bord de la hotte et agitez l’ensemble vers vous. Les sept parfums possibles sont pomme, banane, raisin, orange, poire, ananas et fraise.
   • Notez le fruit que vous pensez que votre ester sent dans votre cahier de laboratoire. Si vous n'êtes pas sûr de quel fruit il s'agit, demandez à votre instructeur les parfums de référence pour vous aider à décider.
   • Une fois que vous avez identifié l'odeur de votre ester, récupérez le brasseur et jetez votre mélange réactionnel dans le conteneur de déchets organiques non halogénés. Nettoyez votre verrerie et votre barre d’agitation en utilisant vos méthodes habituelles.
   • Ensuite, défixez le condenseur et inclinez-le avec précaution pour laisser l’eau s’écouler par le tube de sortie. Débranchez le tube d’entrée du robinet d’eau, en gardant l’extrémité relevée pour éviter les déversements, et laissez l’eau restante s’écouler à travers le condenseur vers le drain.
   • Ensuite, débranchez le condenseur du tube et retirez la graisse sous vide sur le joint inférieur avec des lingettes de laboratoire. Nettoyez les parois intérieures du condenseur en utilisant vos méthodes habituelles.
   • Laissez les papiers filtres dans le capot jusqu’à ce qu’ils cessent de sentir fortement les fruits. Jetez les pipettes Pasteur usagées dans les déchets de verre et jetez tous les autres déchets dans la poubelle du laboratoire.
   • Enfin, rangez votre équipement et nettoyez votre capot avant de partir.
2. Results
   Compare l’odeur de ton ester pour trouver la structure correspondante. Par exemple, une forte odeur de poires signifie que vous avez fabriqué de l’acétate de propyle.
   Déterminez votre acide carboxylique et votre alcool de départ. note: N’oubliez pas que l’alcool attaque l’acide carboxylique dans cette réaction. L’intermédiaire qui en résulte réorganise et élimine une molécule d’eau pour former un ester.
   Des études ont montré que l’oxygène alcoxy provient de l’alcool, et non de l’acide carboxylique. Nous allons donc diviser le diagramme des esters au niveau de la liaison simple carbone-oxygène et remplir les OH et H manquants pour obtenir les matériaux de départ. Par exemple, si nous séparons l’acétate de propyle au niveau de cette liaison, ajoutons un OH au carbone carbonyle et ajoutons un hydrogène à l’oxygène alcoxy, nous obtenons de l’acide acétique et du 1-propanol comme matières premières.