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ACTION DES IONS HO SUR UN ESTER - SAVONS - leçon n° 10

 

Cette leçon comporte cinq paragraphes. 


1- ELECTRONEGATIVITE


· Chlorure d'hydrogène : Considérons la molécule du gaz chlorure d'hydrogène. Les deux électrons du doublet liant entre H et Cl ont tendance à se rapprocher de l'atome Cl et à s'éloigner de l'atome H. On dit que l'élément chlore est plus électronégatif que l'élément hydrogène.

La molécule de chlorure d'hydrogène est polaire, on peut la schématiser ainsi :

On peut dire que le "barycentre" des charges négatives (électrons) est distinct du "barycentre" des charges positives (protons présents dans les noyaux des atomes).

Le gaz chlorure d'hydrogène, formé de molécules polaires, sera très soluble dans l'eau, solvant polaire. La dissolution s'accompagnera même d'une véritable réaction chimique (voir la leçon 3).

· Définition : L'électronégativité traduit la capacité d'un élément à attirer vers lui les électrons d'un doublet liant.

Un élément ayant tendance à attirer ces électrons est dit électronégatif.

Un élément laissant s'éloigner ces électrons est dit électropositif.

· Autres exemples : l’atome d’oxygène attire vers lui les doublets d’électrons qui le lient à H ou à C.

 

2- REACTIFS ELECTROPHILES - REACTIFS NUCLEOPHILES


2-1 Exemples

· L’atome de carbone fonctionnel d’un ester porte une charge partielle positive. Cet atome sera avide d’électrons. Il constitue un site électrophile (ami des électrons)

· L’atome d’oxygène de la molécule d’eau constitue un site riche en électrons. Cet atome sera avide de charges positives. On dit pour cela qu’il constitue un site nucléophile (ami des noyaux).

Rappelons que l’eau étant une molécule polaire dissous bien les composés ioniques ou polaires. On dit que ces composés sont hydrophiles (amis de l’eau).

· L’ion hydroxyde est, mieux encore que l'eau, une espèce nucléophile.

 

2-2 Définitions

· Un réactif nucléophile est une molécule ou un ion négatif possédant, au moins, un doublet libre. Ce doublet libre permettra d'établir une liaison avec un réactif pauvre en électrons.

Un réactif nucléophile est riche en électrons.

Exemples :

· Un réactif électrophile est une molécule ou un ion positif, pauvre en électrons, susceptible de réagir en établissant une liaison avec un réactif amenant un doublet libre.

Un réactif électrophile est pauvre en électrons.

Exemples : L'ion hydronium H3O +, une molécule d'ester sont des réactifs électophiles (l'atome de carbone fonctionnel de l'ester ci-dessus est un site électrophile).

· Nous avons étudié les réactions d'oxydoréduction (en classe de première) puis les réactions acides-bases. Nous allons aborder l'étude des réactions électrophiles-nucléophiles en parlant de la réaction de saponification.


3- SAPONIFICATION D’UN ESTER


·
La saponification d’un ester résulte de l’action des ion hydroxydes HO sur cet ester. Elle fournit un alcool et un ion carboxylate. (les carboxylates de sodium et de potassium sont des savons). L’équation-bilan s’écrit :

La saponification est une réaction lente mais totale.

· (allègement de programme pour le bac 2002) Contrairement à ce que laisse supposer l'équation-bilan ci-dessus, la saponification est une réaction complexe qui se fait en trois étapes. Seule l'étude de la première étape du mécanisme réactionnel est au programme. Lors de cette première étape on assiste à l'attaque du site électrophile de l’ester (atome C) par le site nucléophile de HO avec formation d'un intermédiaire réactionnel ionique possédant une structure tétraédrique :

Remarque : La charge négative de l'ion tétraédrique est attribuée à l'atome d'oxygène. En effet, cet atome, entouré d'un octet, possède "en propre" 7 électrons alors qu'un atome d'oxygène isolé n'en possède que 6 sur sa couche externe ( formule électronique K2 L6 ). On lui attribue donc une charge formelle négative. (allègement de programme pour le bac 2002)

Le mécanisme des deux étapes suivantes est hors programme. Elles permettent de passer de cet intermédiaire réactionnel au savon (carboxylate de sodium).


4- SAPONIFICATION DES CORPS GRAS (triesters du propan-1,2,3-triol) - SAVONS


·
Les corps gras sont essentiellement constitués de triglycérides. Ce sont des triesters du propan-1, 2, 3-triol (glycérol) et d'acides gras (acide à chaîne non ramifiée, à nombre pair d'atomes de carbone, en général de 4 à 22 atomes C).

· La saponification des triesters gras (triglycérides) conduit au propan-1,2,3-triol (glycérol) et à des carboxylates de sodium ou de potassium qui sont des savons.

 

· Préparation d'un savon : un mélange d’huile et de soude est chauffé, à reflux, vers 120 °C pendant une demi heure (voir le schéma).

Le savon formé est séparé du glycérol et de l’excès de soude par relargage dans une solution concentrée de chlorure de sodium. Le savon est en effet très peu soluble dans l’eau salée. Il précipite donc. Il reste à le recueillir par filtration sur un filtre Büchner.


5- MODE D’ACTION D’UN SAVON


5-1 Un savon est hydrophile, lipophile, amphiphile.

· Rappelons que les corps gras (lipides) ne sont pas miscibles à l'eau (pour les huiles) ou insolubles dans l'eau (pour les graisses). Un composé soluble dans l'eau ne l'est généralement pas dans l'huile et réciproquement.

Les composés solubles dans l'eau (molécules polaires) sont eux mêmes, très souvent, polaires ou ioniques.

Les composés non polaires ou non ioniques sont souvent solubles dans l'huile (lipide liquide).

· L’ion carboxylate du savon possède une extrémité négative attirée par l'eau. On dit que cette extrémité est hydrophile (amie de l'eau).

Cet ion carboxylate possède également une chaîne carbonée lipophile (amie des lipides ).

L'ion carboxylate possède donc une partie lipophile et une partie hydrophile On dit que c’est un amphiphile (ami de l’un et l’autre).

Remarque : La partie hydrophile est évidemment lipophobe (peur des lipides) alors que la partie lipophile est évidemment hydrophobe (peur de l'eau).

Exemple : Appliquons les considérations ci-dessus à un savon particulier :

 

5-2 Mode d'action d'un savon

· Un savon est un peu soluble dans l'eau. Sa dissolution est partielle :

RCOONa solide RCCO - aqueux + Na + aqueux

· La formation de micelles (agrégats d’ions carboxylates) rend possible la dissolution dans l’eau d’une tache d’huile présente sur un tissus. Cette tache se laisse pénétrer par la partie lipophile du savon alors que la partie hydrophile entraîne la tache vers l’eau (voir schéma ci-dessous).

· Un savon n’agit presque plus dans une eau très calcaire car les ions carboxylates R – COO - constituants le savon précipitent avec l’ion Ca ++ :

· Un savon n’agit presque plus en milieu acide car une partie des ions carboxylates disparaît :

R – COO - + H3O + R – COOH + H2O

· Un savon n’agit presque plus dans une eau salée comme l'eau de mer car en présence des ions Na+ l'équilibre suivant évolue vers la droite :

RCOO - aqueux + Na + aqueux  RCOONa solide

Le sel amène les ions Na +. Ces ions Na + font diminuer la quantité de savon RCOO-aqueux en solution. Le milieu contient surtout RCOONasolide (grumeaux) inactif.

 

A VOIR :

Problème à résoudre n° 10 A : Ester gras - Savon (Bac 1996)

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