Sciences · Chimie
Les esters
Un ester est un composé organique de formule R–COO–R', obtenu en faisant réagir un acide carboxylique avec un alcool. Les esters donnent leur parfum à de nombreux fruits et forment les graisses et les huiles.
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L’odeur de la banane, de la poire, de l’ananas ou du dissolvant à ongles, c’est celle des esters. Ces composés, souvent volatils et agréablement odorants, sont omniprésents : dans les arômes naturels et artificiels, les parfums, les solvants, les huiles végétales, les graisses animales, les bouteilles en plastique PET et les médicaments comme l’aspirine.
L’estérification
Un ester se forme quand un acide carboxylique réagit avec un alcool, en libérant une molécule d’eau :
acide + alcool ⇌ ester + eau
Cette réaction, étudiée par Marcellin Berthelot et Léon Péan de Saint-Gilles dans les années 1860, présente trois caractères :
| Caractère | Conséquence |
|---|---|
| Lente | plusieurs jours à température ambiante ; on chauffe à reflux et on ajoute un catalyseur (acide sulfurique) |
| Limitée | elle aboutit à un équilibre chimique : avec un mélange équimolaire d’acide et d’alcool primaire, le rendement plafonne vers 67 % |
| Athermique | elle ne dégage ni n’absorbe pratiquement de chaleur ; la température change la vitesse, pas le rendement |
Améliorer le rendement
Pour déplacer l’équilibre vers l’ester :
- mettre l’un des réactifs, le moins coûteux, en excès ;
- éliminer l’eau au fur et à mesure (appareil de Dean-Stark) ou distiller l’ester s’il est le plus volatil ;
- remplacer l’acide par un dérivé plus réactif (anhydride d’acide, chlorure d’acyle) : la réaction devient rapide et totale. L’aspirine est synthétisée ainsi, à partir d’anhydride acétique.
L’hydrolyse et la saponification
La réaction inverse, l'hydrolyse, décompose un ester en acide et alcool sous l’action de l’eau ; elle est elle aussi lente et limitée.
En milieu basique concentré (soude, potasse), la réaction devient totale : c’est la saponification, qui donne un alcool et un ion carboxylate. Appliquée aux graisses, elle produit le savon et le glycérol (voir saponification et savon).
Nommer un ester
Le nom comporte deux parties : celle de l’acide, avec la terminaison -oate, puis celle de la chaîne de l’alcool, avec la terminaison -yle.
| Ester | Acide d’origine | Alcool d’origine | Odeur |
|---|---|---|---|
| Éthanoate d’éthyle (acétate d’éthyle) | acide éthanoïque | éthanol | dissolvant, fruitée |
| Éthanoate de 3-méthylbutyle (acétate d’isoamyle) | acide éthanoïque | 3-méthylbutan-1-ol | banane, poire |
| Butanoate d’éthyle | acide butanoïque | éthanol | ananas |
| Éthanoate d’octyle | acide éthanoïque | octan-1-ol | orange |
| Méthanoate d’éthyle | acide méthanoïque | éthanol | rhum |
| Salicylate de méthyle | acide salicylique | méthanol | gaulthérie (« wintergreen ») |
| Éthanoate de benzyle | acide éthanoïque | alcool benzylique | jasmin |
Un arôme naturel de fruit est en réalité un mélange de dizaines, voire de centaines de composés ; un arôme de synthèse se contente souvent d’un ou deux esters principaux, ce qui explique son caractère simplifié.
Les esters de la nature
- Triglycérides : les huiles et graisses sont des triesters du glycérol et de trois acides gras. Voir les lipides en chimie.
- Cires : la cire d’abeille contient surtout des esters d’acides gras et d’alcools à très longue chaîne.
- Phéromones : de nombreuses phéromones d’insectes sont des esters ; l’acétate d’isoamyle fait partie de la phéromone d’alarme de l’abeille.
- Phospholipides des membranes cellulaires et ADN, dont les nucléotides sont reliés par des liaisons phosphoesters.
Les esters dans l’industrie
| Domaine | Exemples |
|---|---|
| Solvants | acétate d’éthyle, acétate de butyle (vernis, peintures, colles) |
| Plastiques | PET (polyéthylène téréphtalate) des bouteilles et fibres polyester ; PMMA (« Plexiglas ») |
| Plastifiants | phtalates, qui assouplissent le PVC ; plusieurs sont réglementés pour leurs effets de perturbateurs endocriniens |
| Carburants | biodiesel : esters méthyliques d’huiles végétales |
| Médicaments | aspirine (acide acétylsalicylique), benzocaïne |
| Explosifs | la nitroglycérine est un ester de l’acide nitrique et du glycérol |
Propriétés
- Pas de groupe –OH : les esters ne forment pas de liaisons hydrogène entre eux. Ils bouillent donc plus bas que les acides et les alcools de masse voisine, d’où leur volatilité et leur odeur.
- Peu solubles dans l’eau dès que la chaîne s’allonge, bons solvants des composés organiques.
- Le groupe ester est sensible à l’hydrolyse : c’est le point faible de nombreux produits (rancissement des graisses, dégradation de certains plastiques et médicaments).
Questions fréquentes
Pourquoi les esters sentent-ils bon ?
Volatils, ils atteignent facilement les récepteurs olfactifs, et beaucoup ont une forme et une polarité qui activent des récepteurs associés aux fruits. Les esters les plus lourds, peu volatils, sont en revanche presque inodores (huiles, cires).
L’estérification est-elle une réaction totale ?
Non. Elle conduit à un équilibre entre acide, alcool, ester et eau. On améliore le rendement en mettant un réactif en excès ou en retirant l’eau formée.
Quelle est la différence entre hydrolyse et saponification ?
L’hydrolyse se fait avec l’eau, elle est lente et limitée. La saponification se fait avec une base forte, elle est totale et donne un carboxylate au lieu d’un acide.