Fleur des fleurs : la synthèse d'un ester parfumé

Ce premier exercice de 6,5 points du bac S 2010 Antilles-Guyane est le plus long du sujet. Il part du géraniol, un alcool, pour fabriquer l'éthanoate de géranyle, un ester odorant. Trois parties s'enchaînent : la synthèse au laboratoire, l'étude acide-base de l'acide carboxylique utilisé, puis le bilan quantitatif à partir d'un titrage. C'est un exercice très complet de chimie organique de terminale, où presque chaque réponse sert à la suivante.

Partie 1 : formules, équation et montage

Les questions 1.1 et 1.2 demandent les formules semi-développées du géraniol et de l'ester, puis l'acide de départ. Le nom « éthanoate de géranyle » donne la réponse : la partie « éthanoate » vient de l'acide éthanoïque, CH₃-COOH. Le piège classique consiste à confondre famille et groupe : l'alcool porte un groupe hydroxyle, et pour l'ester il faut entourer le carbone et ses deux oxygènes, pas seulement la double liaison C=O. Recompter les atomes, C₁₀H₁₈O pour le géraniol et C₁₂H₂₀O₂ pour l'ester, permet de vérifier son dessin.

Viennent ensuite l'équation, le nom de la réaction (une estérification) et sa cinétique. Attention à la question 1.5 : elle porte sur la vitesse, la bonne réponse est « lente », pas « limitée ». Pour le chauffage à reflux, deux idées sont attendues : chauffer accélère la transformation, et le réfrigérant renvoie les vapeurs dans le ballon pour éviter toute perte de matière. L'acide sulfurique joue le rôle de catalyseur, sans modifier l'état final.

Partie 2 : constante d'acidité et titrage

On écrit la réaction de l'acide avec l'eau, l'expression de Ka, puis pKa = −log Ka. Avec pKa = 4,8, le diagramme de prédominance place l'acide à gauche et l'ion éthanoate à droite ; à pH = 5,9, c'est donc la base qui prédomine. La réaction support du titrage par la soude s'écrit avec une flèche simple, car elle est totale et rapide. À l'équivalence, la quantité d'acide restant vaut CS × VÉq = 1,0 × 17,0 × 10⁻³ = 1,7 × 10⁻² mol. Oublier de convertir les millilitres en litres est l'erreur la plus fréquente ici.

Partie 3 : avancement et rendement

La masse de géraniol, 7,7 g, et sa masse molaire de 154 g·mol⁻¹ donnent 5,0 × 10⁻² mol, la même quantité que l'acide : le mélange est stœchiométrique. Le tableau d'avancement se remplit littéralement, sans aucune valeur numérique. L'acide titré est celui qui n'a pas réagi, d'où un avancement final de 3,3 × 10⁻² mol pour un avancement maximal de 5,0 × 10⁻² mol. Le taux d'avancement final et le rendement valent tous deux 0,66, soit 66 %, valeur typique d'un alcool primaire en mélange équimolaire.

La dernière question fait le tri entre quatre propositions pour améliorer le rendement. Un réactif en excès et l'anhydride éthanoïque conviennent ; davantage de catalyseur ne change rien à l'état final, et ajouter de l'eau favorise l'hydrolyse de l'ester.

Conseils pour réussir

Lisez chaque verbe : « lente » et « limitée » ne répondent pas à la même question. Gardez deux chiffres significatifs, comme les données. Le sujet fournit des aides au calcul : servez-vous-en pour la masse molaire et pour le taux d'avancement. Enfin, la remarque sur le catalyseur faite en 1.8 se réutilise mot pour mot en 3.8.