CONTROLE DE L’EVOLUTION DE QUELQUES SYSTEMES CHIMIQUES

Problématique : Comment procéder pour améliorer le rendement, accélérer et sélectionner la synthèse d’un produit chimique.

I Synthèse d’un ester par réaction totale et assez rapide.

Anhydride d’acide + Alcool = Ester + Acide

Exemple : O O O

CH₃-C-O-C-CH₃ + C₂H₅OH = CH₃-C-O-CH₂-CH₃ + CH₃COOH

t = 0
t= ∞	nan. = - xf	nal. = - xf = 0	nest. = xf	nac. = xf

C’est une réaction assez rapide et totale (car son taux d’avancement final τ = x_f / x_max = 1).

Application industrielle

O

Dans la synthèse de l’aspirine CH₃-C , la fonction ester est obtenue par réaction d’un phénol

O-C₆H₄-COOH O O

( l’acide salicylique) HOOC-C₆H₄-OH sur un anhydride d’acide ( l’anhydride éthanoïque) CH₃-C-O-C-CH₃

Voir doc. 2 p.296, doc. 11 p.300 et T.P. p.305.

II Hydrolyse d’un ester par réaction totale et assez rapide

Ester + Ion hydroxyde = Alcool + Ion carboxylate

( l’ion carboxylate est la base conjuguée de l’acide carboxylique)

Exemple : O

CH₃-C-O-CH₂-CH₃ + HO^- = CH₃CH₂OH + CH₃-C-OO^-

t = 0
t= ∞	nes. = - xf	nHO = - xf = 0	nal. = xf	nion carboxylate = xf

C’est une réaction assez rapide et totale ( car son taux d’avancement final τ = x_f / x_max = 1 ).

Application industrielle

Le savon est obtenu par action d’une solution de soude ( Na⁺ + HO^- ) sur des graisses animales ou végétales qui sont des triesters  ( voir doc.7 p.298 et TP. p. 306) :

Les ions hydroxydes ont hydrolysée les trois fonctions esters. Le savon correspond aux ions carboxylates, c’est à dire aux bases conjuguées des acides RCOOH, R’COOH, et R’’COOH appelés acides gras, car ils sont produits par l’hydrolyse des graisses.

Les acides gras, donc leurs bases conjuguées ont la particularité de posséder une très longue chaîne carbonée : COO^- terminée par le groupe carboxylate.

La chaîne carbonée est hydrophobe et lipophile, car elle est constituée d’atomes C et H, qui ne portent pas de charge. Par contre le groupe carboxylate est hydrophile et lipophobe car il est constitué d’atomes O qui portent une charge. Cette constitution explique les propriétés du savon. ( Voir doc. 9 et 10 p.299 )

III L’action du catalyseur

Le catalyseur est une substance qui accélère une réaction chimique sans apparaître dans l’équation de la réaction. On parle de catalyse homogène si le catalyseur appartient à la même phase que les réactifs, hétérogène dans le cas contraire et enzymatique en biologie.

1° Exemple de mode d’action du catalyseur

La réaction correspondante : (aq) + 2 I^- (aq) = 2(aq) + I₂(aq)

I₂ I^- se produit en une seule étape lente.

En présence d’un catalyseur Fe²⁺ la réaction se produit en deux étapes rapides :

La réaction correspondante : (aq) + 2 Fe²⁺⁽aq) = 2(aq) +2 Fe³⁺(aq)

Fe³⁺ Fe²⁺ est rapide.

Fe³⁺ Fe²⁺ La réaction correspondante : 2 Fe³⁺⁽aq) + 2 I^- (aq) = I₂(aq) + 2 Fe²⁺(aq)

I₂ I^- est rapide.

Le catalyseur participe à la réaction, il est d’abord consommé puis régénéré dans une étape ultérieure. La même réaction peut-être catalysée par l’ion Fe³⁺ en deux étapes dans l’ordre inverse des précédentes.

Le catalyseur accélère la réaction en modifiant le mécanisme réactionnel. Son action est seulement cinétique : il ne modifie ni le sens d’évolution ni l’équilibre du système chimique. Il agit de la même façon sur les réaction inverses l’une de l’autre.

2° Sélectivité du catalyseur

L’action du catalyseur sur le mécanisme réactionnel dépend de sa nature. Quand plusieurs réactions sont en concurrence, il en favorise une au détriment des autres. ( Voir act.3 p.303 ). Les enzymes sont des catalyseurs très spécifiques. Ils sont très sélectifs. ( Voir doc.19 p.303 )

La sélectivité du catalyseur permet au chimiste de favoriser une réaction parmi plusieurs possibles.

IV Contrôle de l’évolution d’un système chimique

1° Par le choix des réactifs ( Voir I et II )

2° Par le choix des conditions expérimentales (température, pression,..) (Voir doc. 12 p.300 et T.P. p.307)

3° Par le choix du catalyseur ( Voir III-2° )