Un exercice de chimie organique concret : du parfum au savon

Cet exercice de 6 points du Bac S Amérique du Sud 2004 suit une classe qui fabrique un savon parfumé à la lavande. Il se déroule en trois temps : la synthèse de l'acétate de linalyle, molécule odorante de l'essence de lavande, puis la saponification d'un corps gras, enfin une réflexion sur l'usage du savon obtenu. On y retrouve les grands classiques de la chimie organique de terminale : groupes caractéristiques, estérification, quotient de réaction, montages de chauffage et de distillation, rendement et saponification.

Séance 1 : l'estérification du linalol

Les premières questions sont des points de cours à ne pas laisser filer. Il faut entourer le groupe hydroxyle du linalol, sans y inclure l'atome de carbone ni une double liaison, puis reconnaître dans le nom « acétate de linalyle » un ester formé à partir de l'acide acétique et du linalol. L'équation d'estérification s'écrit avec les formules semi-développées et une double flèche : la réaction est lente et limitée, car l'hydrolyse de l'ester en est la réaction inverse.

La question sur le quotient de réaction est un bon entraînement : à l'état initial, le mélange ne contient ni ester ni eau, donc Q_r,i = 0. Comme Q_r,i est inférieur à K = 3 × 10^-3, le système évolue dans le sens direct, celui de la formation de l'ester. Le catalyseur, l'acide paratoluène sulfonique, accélère la réaction sans modifier l'état final : c'est un piège fréquent de croire qu'il améliore le rendement.

Montages et rendement

Le premier montage est un chauffage à reflux : l'eau entre par le bas du réfrigérant et ressort par le haut, et à l'équilibre le ballon contient les quatre espèces ainsi que le catalyseur. Le second est une distillation fractionnée, qui sépare les espèces selon leurs températures d'ébullition. Le calcul du rendement demande de passer des volumes aux quantités de matière grâce aux densités : environ 0,23 mol de linalol et 1,1 × 10^-2 mol d'ester, soit un rendement d'environ 5,0 %. Le corrigé montre que ce résultat est cohérent avec la très faible valeur de K. Pour améliorer le rendement, on utilise un excès d'acide acétique ou on élimine l'eau formée, et l'on peut remplacer l'acide par l'anhydride acétique, qui rend la réaction totale.

Séance 2 et phase finale : la saponification

Un corps gras est un triester du glycérol. Sa réaction avec la soude, la saponification, donne du glycérol et du carboxylate de sodium, avec les nombres stœchiométriques 1, 3, 1 et 3. Cette réaction est totale, lente à froid et rapide à chaud. Le relargage dans l'eau salée s'explique par la très faible solubilité du savon dans ce milieu. Enfin, la teinte mauve du jaune d'alizarine indique un pH supérieur à 12 : le savon contient encore de la soude, ce qui le rend corrosif.

Conseils pour réussir

Soignez l'écriture des formules semi-développées, justifiez le sens d'évolution par la comparaison de Q_r et K, et distinguez toujours vitesse et rendement : chauffer ou catalyser accélère, mais seul un excès de réactif, l'élimination d'un produit ou l'anhydride déplacent l'état final.