AM-EAmides aliphatiques (chimie organique)

Réseau des dérivés d'acides : fonctions, synthèses croisées, groupes R et R', amides isomères et comparaison avec l'estérification

Idée directrice

C'est l'exercice de chimie organique des Sciences expérimentales (8 sessions de 2015 à 2026, dont 6 sessions de contrôle) : un jeu de dérivés d'un même acide carboxylique — chlorure d'acyle, anhydride, amide, ester — avec un alcool ou une amine. Tout se lit sur le groupe acyle $\mathrm{R{-}CO{-}}$ : le chlorure d'acyle et l'anhydride le cèdent, par des réactions rapides et totales, à un alcool (ester), à l'ammoniac ou à une amine (amide, deux moles pour une) ou à un acide (anhydride). Le second produit dit quel dérivé a servi ; le produit dit quels groupes R et R' étaient en jeu. On finit en comparant ces voies à l'estérification directe, lente et limitée.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« Préciser la fonction chimique de chacun des composés » ; « On fait réagir une mole de (B) avec deux moles de (D) ; on obtient (A) et un sel » ; « identifier les groupes alkyles R et R' » ; « Préciser si l'on peut synthétiser l'amide (D) à partir du composé (E) » ; « Donner la formule semi-développée et le nom de chacun des amides isomères » ; « Justifier l'intérêt pratique de cette synthèse »

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Groupes : $\mathrm{{-}COOH}$ acide ; $\mathrm{{-}COCl}$ chlorure d'acyle ; $\mathrm{{-}CO{-}O{-}CO{-}}$ anhydride d'acide ; $\mathrm{{-}COO{-}R}$ ester ; $\mathrm{{-}CO{-}N{<}}$ amide ; $\mathrm{{-}OH}$ alcool.
Chlorure d'acyle et anhydride cèdent leur groupe acyle : à un alcool → ester ; à $\mathrm{NH_3}$ ou à une amine → amide ; à un acide ou à un carboxylate de sodium → anhydride. Le second produit ( $\mathrm{HCl}$ , $\mathrm{NaCl}$ , acide carboxylique) désigne le dérivé de départ.
Avec $\mathrm{NH_3}$ ou une amine : deux moles pour une mole de dérivé ; la seconde capte $\mathrm{HCl}$ (ou l'acide libéré) et donne un ion ammonium ou alkylammonium.
Pour trouver R, R' : couper le produit à la liaison $\mathrm{C(=O){-}N}$ ou $\mathrm{C(=O){-}O}$ ; le côté acyle vient du dérivé d'acide, le côté azote ou oxygène vient de l'amine ou de l'alcool.
Isomères d'un amide : même formule brute ; déplacer les carbones entre le groupe acyle et l'azote (non substitué, N-monosubstitué, N,N-disubstitué).
Voie acide + alcool : lente et limitée ( $\tau_f=\frac23$ pour un alcool primaire en mélange équimolaire, $K=4$ ) ; voie chlorure ou anhydride : rapide et totale, le réactif limitant disparaît.

Les pièges à vérifier dans ta démarche

Oublier la seconde mole d'amine (ou d'ammoniac) et laisser $\mathrm{HCl}$ libre dans l'équation ; écrire directement l'amide quand une amine réagit avec l'acide carboxylique lui-même (c'est d'abord une réaction acide-base) ; compter l'hydrogène de l'azote dans le groupe R' ; calculer la quantité d'ester de la voie anhydride sur $n(\text{anhydride})$ alors que l'alcool est limitant ; oublier que, par l'anhydride, un groupe acyle sur deux finit dans l'acide coproduit ; nommer « N-méthyl » un méthyle qui appartient à la chaîne acyle.

Sujet principal

Exercice 2 — dérivés d'acides carboxyliques (5 points), dans l'esprit des sessions de contrôle 2015–2026 (Sciences expérimentales)

11 questionsCorrigé masqué

On dispose des cinq composés organiques suivants :

(A) : $\mathrm{CH_3{-}COOH}$ ;
(B) : $\mathrm{CH_3{-}COCl}$ ;
(C) : $\mathrm{CH_3{-}CO{-}O{-}CO{-}CH_3}$ ;
(D) : $\mathrm{CH_3{-}CO{-}NH{-}CH_3}$ ;
(E) : $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}OH}$ .

Fonctions et noms.
1. Préciser la fonction chimique de chacun des composés $(A)$ , $(B)$ , $(C)$ , $(D)$ et $(E)$ .
2. Nommer les composés $(B)$ , $(C)$ et $(D)$ .
Le composé $(C)$ peut être préparé à partir de $(B)$ par deux réactions différentes.
1. Dans la première, $(B)$ réagit avec $(A)$ ; il se forme aussi du chlorure d'hydrogène $\mathrm{HCl}$ . Écrire, en utilisant les formules semi-développées, l'équation de la réaction.
2. Dans la seconde, $(A)$ est remplacé par l'éthanoate de sodium $\mathrm{CH_3{-}COONa}$ . Écrire l'équation de la réaction et nommer le composé minéral formé.
On fait réagir une mole de $(B)$ avec deux moles d'une amine primaire $\mathrm{R'{-}NH_2}$ ( $\mathrm{R'}$ étant un groupe alkyle) ; on obtient le composé $(D)$ et un sel.
1. Identifier le groupe $\mathrm{R'}$ et nommer l'amine utilisée.
2. Écrire l'équation de la réaction. Expliquer pourquoi il faut deux moles d'amine pour une mole de $(B)$ .
3. Citer deux caractères de cette réaction.
La même amine peut aussi donner $(D)$ , par une réaction rapide et totale, avec l'un des composés $(A)$ ou $(C)$ : une mole de ce composé réagit avec deux moles d'amine et il se forme, entre autres, un ion carboxylate. Identifier le composé qui convient, en justifiant, et écrire l'équation de la réaction.
Donner la formule semi-développée et le nom de chacun des amides isomères de $(D)$ . Préciser pour chacun s'il est non substitué, N-monosubstitué ou N,N-disubstitué.
On veut obtenir un même ester $(F)$ , l'éthanoate de propyle, par trois voies : l'alcool $(E)$ est mis à réagir avec $(A)$ , avec $(B)$ ou avec $(C)$ .
1. Écrire, en utilisant les formules semi-développées, l'équation de chacune des trois réactions.
2. On réalise, dans des conditions adéquates, les trois mélanges du tableau ci-dessous. À l'état final, l'un d'eux ne contient que $0{,}16\ \mathrm{mol}$ d'ester $(F)$ . Identifier ce mélange, en justifiant.
  
  | Mélange | $(M_1)$ | $(M_2)$ | $(M_3)$ |
  |---|---|---|---|
  | $n_0$ (mol) | $(A)$ : $0{,}24$ ; $(E)$ : $0{,}24$ | $(B)$ : $0{,}24$ ; $(E)$ : $0{,}24$ | $(C)$ : $0{,}30$ ; $(E)$ : $0{,}24$ |
3. Montrer que, pour ce mélange, la constante d'équilibre de la réaction vaut $K=4$ .
4. Déterminer la quantité d'ester $(F)$ formé dans chacun des deux autres mélanges et préciser la composition finale du mélange $(M_3)$ .
5. Dégager l'intérêt pratique des voies qui utilisent $(B)$ ou $(C)$ .

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : chaque fonction se reconnaît à son groupe caractéristique ; les quatre premiers composés portent le même groupe acyle $\mathrm{CH_3{-}CO{-}}$ .

Composé	Groupe caractéristique	Fonction
$(A)$	$\mathrm{{-}COOH}$	acide carboxylique
$(B)$	$\mathrm{{-}COCl}$	chlorure d'acyle
$(C)$	$\mathrm{{-}CO{-}O{-}CO{-}}$	anhydride d'acide
$(D)$	$\mathrm{{-}CO{-}N{<}}$	amide
$(E)$	$\mathrm{{-}OH}$	alcool

1.b $(B)$ : chlorure d'éthanoyle ; $(C)$ : anhydride éthanoïque ; $(D)$ : N-méthyléthanamide (la chaîne principale est celle du groupe acyle, deux carbones ; le méthyle est porté par l'azote).

2.a Idée : l'atome de chlore de $(B)$ part avec l'hydrogène du groupe $\mathrm{{-}OH}$ de l'acide, et le groupe acyle se fixe sur l'oxygène.

\mathrm{CH_3{-}COOH + CH_3{-}COCl}\longrightarrow

\boxed{\mathrm{CH_3{-}CO{-}O{-}CO{-}CH_3 + HCl}}

2.b Le chlore part cette fois avec le sodium :

\mathrm{CH_3{-}COONa + CH_3{-}COCl}\longrightarrow

\mathrm{CH_3{-}CO{-}O{-}CO{-}CH_3 + NaCl}

Le composé minéral formé est le chlorure de sodium $\mathrm{NaCl}$ .

3.a Idée : l'amide garde le groupe acyle du chlorure d'acyle ; tout ce que porte l'azote, à part l'hydrogène restant, vient de l'amine. Dans $(D)$ , l'azote porte un atome d'hydrogène et un groupe $\mathrm{CH_3}$ : $\boxed{\mathrm{R'} = \mathrm{CH_3}}$ . L'amine est $\mathrm{CH_3{-}NH_2}$ , la méthanamine (méthylamine).

3.b Une première molécule d'amine forme l'amide et libère $\mathrm{HCl}$ ; l'amine, qui est une base, capte aussitôt ce $\mathrm{HCl}$ : il en faut donc une seconde. L'équation-bilan s'écrit :

\mathrm{CH_3{-}COCl + 2\,CH_3{-}NH_2}\longrightarrow

\boxed{\mathrm{CH_3{-}CO{-}NH{-}CH_3 + CH_3{-}NH_3^+ + Cl^-}}

Le sel formé est le chlorure de méthylammonium.

3.c La réaction est rapide et totale (elle est aussi exothermique).

4. Idée : l'amine doit trouver un groupe acyle « activé ». Avec l'acide $(A)$ , la méthanamine réagit d'abord comme une base : on obtient l'éthanoate de méthylammonium, et l'amide ne se formerait que par un chauffage prolongé, lentement. C'est donc l'anhydride $(C)$ qui convient : un groupe acyle passe sur l'azote, l'autre donne de l'acide éthanoïque, aussitôt neutralisé par la seconde mole d'amine.

\mathrm{CH_3{-}CO{-}O{-}CO{-}CH_3 + 2\,CH_3{-}NH_2}\longrightarrow

\boxed{\mathrm{CH_3{-}CO{-}NH{-}CH_3 + CH_3{-}COO^- + CH_3{-}NH_3^+}}

5. Idée : même formule brute $\mathrm{C_3H_7ON}$ ; on répartit les trois atomes de carbone entre le groupe acyle et l'azote. $(D)$ est lui-même N-monosubstitué. Ses isomères sont :

Formule semi-développée	Nom	Type
$\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CO{-}NH_2}$	propanamide	non substitué
$\mathrm{H{-}CO{-}NH{-}CH_2{-}CH_3}$	N-éthylméthanamide	N-monosubstitué
$\mathrm{H{-}CO{-}N(CH_3)_2}$	N,N-diméthylméthanamide	N,N-disubstitué

6.a L'estérification directe est limitée ; les deux autres réactions sont totales :

\mathrm{CH_3{-}COOH + CH_3{-}(CH_2)_2{-}OH}\rightleftharpoons

\mathrm{CH_3{-}COO{-}(CH_2)_2{-}CH_3 + H_2O}

\mathrm{CH_3{-}COCl + CH_3{-}(CH_2)_2{-}OH}\longrightarrow

\mathrm{CH_3{-}COO{-}(CH_2)_2{-}CH_3 + HCl}

\mathrm{CH_3{-}CO{-}O{-}CO{-}CH_3 + CH_3{-}(CH_2)_2{-}OH}

\longrightarrow\mathrm{CH_3{-}COO{-}(CH_2)_2{-}CH_3 + CH_3{-}COOH}

6.b Idée : une réaction totale consomme entièrement son réactif limitant. Dans $(M_2)$ , les réactifs sont en proportions stœchiométriques : $0{,}24\ \mathrm{mol}$ d'ester. Dans $(M_3)$ , une mole d'anhydride réagit avec une mole d'alcool et $0{,}24<0{,}30$ : l'alcool $(E)$ est limitant, il se forme aussi $0{,}24\ \mathrm{mol}$ d'ester. Seule l'estérification directe, limitée, peut s'arrêter à $0{,}16\ \mathrm{mol}<0{,}24\ \mathrm{mol}$ : c'est le mélange $\boxed{(M_1)}$ .

6.c Tableau d'avancement de $(M_1)$ (quantités en mol) :

	$(A)$	$(E)$	$(F)$	$\mathrm{H_2O}$
initial	$0{,}24$	$0{,}24$	$0$	$0$
final	$0{,}24-x_f$	$0{,}24-x_f$	$x_f$	$x_f$

Avec $x_f=0{,}16\ \mathrm{mol}$ , il reste $0{,}08\ \mathrm{mol}$ d'acide et $0{,}08\ \mathrm{mol}$ d'alcool. Le volume se simplifie dans la loi d'action de masse :

K=\dfrac{x_f^{\,2}}{(0{,}24-x_f)^2}=\dfrac{0{,}16^2}{0{,}08^2}

soit $\boxed{K=4}$ : le taux d'avancement final vaut $\dfrac{0{,}16}{0{,}24}=\dfrac23$ , valeur de l'estérification d'un alcool primaire en mélange équimolaire.

6.d D'après 6.b : $(M_2)$ donne $\boxed{0{,}24\ \mathrm{mol}}$ d'ester et $(M_3)$ aussi $\boxed{0{,}24\ \mathrm{mol}}$ . Composition finale de $(M_3)$ : $0\ \mathrm{mol}$ d'alcool $(E)$ ; $0{,}30-0{,}24=0{,}06\ \mathrm{mol}$ d'anhydride $(C)$ ; $0{,}24\ \mathrm{mol}$ d'ester $(F)$ ; $0{,}24\ \mathrm{mol}$ d'acide éthanoïque.

6.e À partir de la même quantité d'alcool, les voies par le chlorure d'acyle et par l'anhydride transforment tout l'alcool : $0{,}24\ \mathrm{mol}$ d'ester au lieu de $0{,}16\ \mathrm{mol}$ , soit $50\ \%$ de plus. Ces réactions sont rapides et totales, alors que l'estérification directe est lente et limitée : on obtient plus d'ester, plus vite, sans avoir à attendre ni à déplacer un équilibre.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Variantes rencontrées : groupe R ou R' inconnu à identifier à partir du produit (contrôle 2015, contrôle 2019) ; amine secondaire identifiée à partir d'un amide N,N-disubstitué formé par un anhydride (contrôle 2019) ; deux réactions menant à l'anhydride, reconnues par leur second produit $\mathrm{NaCl}$ ou $\mathrm{HCl}$ (contrôle 2015) ; choisir entre l'acide et l'anhydride pour refaire l'amide avec la même amine (contrôle 2016) ou dire si l'amide peut venir de l'anhydride (contrôle 2018) ; tableau des fonctions à compléter (contrôle 2018) ; trois voies vers le même ester comparées par les quantités finales (contrôle 2026) ; intérêt pratique de la synthèse d'un ester par l'anhydride (contrôle 2015) ; prolongement d'un exercice d'estérification par une voie « dérivé d'acide » dont on cite deux caractères (principale 2023) ; document scientifique sur les amides, dérivés d'acides ou d'amines (principale 2024). Toutes en section Sciences expérimentales.

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill AM-E.1 — retrouver le groupe R, l'alcool ou l'amine à partir du produit

Entraînement 01 / 03

Drill AM-E.1 — retrouver le groupe R, l'alcool ou l'amine à partir du produit

8 questionsCorrigé masqué

On considère trois composés organiques, obtenus chacun à partir d'un dérivé d'acide carboxylique :

(P) : $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}COO{-}CH(CH_3)_2}$ ;
(Q) : $\mathrm{CH_3{-}CO{-}NH{-}CH_2{-}CH_3}$ ;
(S) : $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CO{-}N(CH_3)_2}$ .

Préciser la fonction chimique de chacun des composés $(P)$ , $(Q)$ et $(S)$ ; nommer $(Q)$ et $(S)$ .
$(P)$ est obtenu en faisant réagir un chlorure d'acyle $\mathrm{R{-}COCl}$ avec un alcool $\mathrm{R_1{-}OH}$ ; il se forme aussi du chlorure d'hydrogène. Identifier le groupe $\mathrm{R}$ et l'alcool (formule semi-développée et nom), puis écrire l'équation de la réaction.
On fait réagir une mole d'un chlorure d'acyle $\mathrm{R_2{-}COCl}$ avec deux moles d'une amine primaire $\mathrm{R_3{-}NH_2}$ ; on obtient $(Q)$ et un sel. Identifier $\mathrm{R_2}$ et $\mathrm{R_3}$ , écrire l'équation de la réaction et nommer le sel.
On fait réagir une mole d'un anhydride d'acide $\mathrm{(R_4{-}CO)_2O}$ avec deux moles d'une amine secondaire $(G)$ ; on obtient, entre autres, $(S)$ et un ion carboxylate.
1. Identifier le groupe $\mathrm{R_4}$ et l'amine $(G)$ .
2. Écrire l'équation de la réaction.
Un élève affirme qu'on obtiendrait $(S)$ en remplaçant $(G)$ par la méthanamine $\mathrm{CH_3{-}NH_2}$ . Expliquer son erreur.

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. $(P)$ porte le groupe $\mathrm{{-}COO{-}}$ lié à deux groupes carbonés : c'est un ester. $(Q)$ et $(S)$ portent le groupe $\mathrm{{-}CO{-}N{<}}$ : ce sont des amides. $(Q)$ : N-éthyléthanamide ; $(S)$ : N,N-diméthylbutanamide.

2. Idée : on coupe l'ester à la liaison $\mathrm{C(=O){-}O}$ ; le côté acyle vient du chlorure d'acyle, le côté oxygène vient de l'alcool. Le groupe acyle est $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CO{-}}$ : $\boxed{\mathrm{R}=\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}}}$ . L'alcool est $\mathrm{CH_3{-}CH(OH){-}CH_3}$ , le propan-2-ol.

\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}COCl + CH_3{-}CH(OH){-}CH_3}

\longrightarrow\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}COO{-}CH(CH_3)_2 + HCl}

L'ester $(P)$ est le propanoate de 1-méthyléthyle.

3. Le groupe acyle de $(Q)$ est $\mathrm{CH_3{-}CO{-}}$ et l'azote porte $\mathrm{H}$ et $\mathrm{CH_2{-}CH_3}$ : $\boxed{\mathrm{R_2}=\mathrm{CH_3}\ ;\ \mathrm{R_3}=\mathrm{C_2H_5}}$ . L'amine est l'éthanamine ; sa seconde mole capte $\mathrm{HCl}$ .

\mathrm{CH_3{-}COCl + 2\,CH_3{-}CH_2{-}NH_2}\longrightarrow

\mathrm{CH_3{-}CO{-}NH{-}C_2H_5 + C_2H_5{-}NH_3^+ + Cl^-}

Le sel est le chlorure d'éthylammonium.

4.a Le groupe acyle de $(S)$ compte quatre atomes de carbone, $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CO{-}}$ : $\boxed{\mathrm{R_4}=\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}}}$ , l'anhydride est l'anhydride butanoïque. L'azote de $(S)$ porte deux groupes méthyle et plus aucun hydrogène : il les tenait de l'amine secondaire $\boxed{(G) : \mathrm{CH_3{-}NH{-}CH_3}}$ , la N-méthylméthanamine.

4.b Un groupe acyle passe sur l'azote, l'autre donne l'acide butanoïque, neutralisé par la seconde mole d'amine :

\mathrm{(C_3H_7{-}CO)_2O + 2\,CH_3{-}NH{-}CH_3}\longrightarrow

\mathrm{C_3H_7{-}CO{-}N(CH_3)_2 + C_3H_7{-}COO^-}

+\ \mathrm{CH_3{-}NH_2^+{-}CH_3}

où $\mathrm{C_3H_7{-}}$ désigne $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}}$ ; les ions formés sont l'ion butanoate et l'ion diméthylammonium.

5. La méthanamine est une amine primaire : son azote porte un seul groupe méthyle et deux hydrogènes, dont un seul est remplacé par le groupe acyle. On obtiendrait $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CO{-}NH{-}CH_3}$ , le N-méthylbutanamide ( $\mathrm{C_5H_{11}ON}$ ), amide N-monosubstitué, et non $(S)$ ( $\mathrm{C_6H_{13}ON}$ ), dont l'azote porte deux groupes méthyle.

2 Drill AM-E.2 — reconnaître le dérivé d'acide utilisé par le second produit (HCl, NaCl, acide, carboxylate)

Entraînement 02 / 03

Drill AM-E.2 — reconnaître le dérivé d'acide utilisé par le second produit (HCl, NaCl, acide, carboxylate)

5 questionsCorrigé masqué

Trois composés $(X_1)$ , $(X_2)$ et $(X_3)$ portent le même groupe acyle, le 2-méthylpropanoyle $\mathrm{(CH_3)_2CH{-}CO{-}}$ . Chacun réagit avec l'éthanol $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}OH}$ ; on obtient dans les trois cas le même ester $(F)$ : $\mathrm{(CH_3)_2CH{-}COO{-}CH_2{-}CH_3}$ , avec un second produit différent :

Réaction	$(r_1)$	$(r_2)$	$(r_3)$
Réactif	$(X_1)$	$(X_2)$	$(X_3)$
Second produit	$\mathrm{HCl}$	acide 2-méthylpropanoïque	eau

Identifier $(X_1)$ , $(X_2)$ et $(X_3)$ : fonction chimique, formule semi-développée et nom. Justifier chaque réponse par le second produit.
Écrire l'équation de la réaction $(r_2)$ . Parmi $(r_1)$ , $(r_2)$ et $(r_3)$ , préciser celles qui sont rapides et totales.
$(X_1)$ réagit avec le 2-méthylpropanoate de sodium $\mathrm{(CH_3)_2CH{-}COONa}$ ; on obtient $(X_2)$ et un composé minéral. Écrire l'équation de la réaction et nommer le composé minéral.
On fait réagir une mole de $(X_2)$ avec deux moles d'ammoniac ; on obtient un amide $(H)$ et, entre autres, un ion carboxylate.
1. Écrire l'équation de la réaction et nommer $(H)$ .
2. Justifier la nécessité de deux moles d'ammoniac.
Pour transformer totalement $0{,}10\ \mathrm{mol}$ d'éthanol en ester $(F)$ , on utilise soit $0{,}10\ \mathrm{mol}$ de $(X_1)$ , soit $0{,}10\ \mathrm{mol}$ de $(X_2)$ . Préciser, pour chaque voie, la quantité de groupes acyle introduite et celle qui se retrouve dans l'ester. Quelle voie utilise le mieux le groupe acyle ?

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Idée : le second produit est ce qui reste du dérivé quand il a cédé son groupe acyle à l'éthanol.

$(r_1)$ libère $\mathrm{HCl}$ : le groupe acyle était lié à un chlore. $(X_1)$ est un chlorure d'acyle, $\mathrm{(CH_3)_2CH{-}COCl}$ , le chlorure de 2-méthylpropanoyle.
$(r_2)$ libère un acide carboxylique de même groupe acyle : le groupe acyle cédé était lié, par un atome d'oxygène, à un second groupe acyle, qui repart sous forme d'acide. $(X_2)$ est un anhydride d'acide, $\mathrm{[(CH_3)_2CH{-}CO]_2O}$ , l'anhydride 2-méthylpropanoïque.
$(r_3)$ libère de l'eau : c'est une estérification. $(X_3)$ est un acide carboxylique, $\mathrm{(CH_3)_2CH{-}COOH}$ , l'acide 2-méthylpropanoïque.

2. Pour $(r_2)$ , avec $\mathrm{R}=\mathrm{(CH_3)_2CH{-}}$ :

\mathrm{(R{-}CO)_2O + CH_3{-}CH_2{-}OH}\longrightarrow

\mathrm{R{-}COO{-}CH_2{-}CH_3 + R{-}COOH}

$(r_1)$ et $(r_2)$ sont rapides et totales ; $(r_3)$ , estérification directe, est lente et limitée.

3. Le chlore part avec le sodium :

\mathrm{R{-}COCl + R{-}COONa}\longrightarrow\mathrm{(R{-}CO)_2O + NaCl}

Le composé minéral est le chlorure de sodium.

4.a Un groupe acyle passe sur l'azote, l'autre donne l'acide, neutralisé en ion carboxylate :

\mathrm{(R{-}CO)_2O + 2\,NH_3}\longrightarrow

\mathrm{R{-}CO{-}NH_2 + R{-}COO^- + NH_4^+}

$(H)$ : $\mathrm{(CH_3)_2CH{-}CO{-}NH_2}$ , le 2-méthylpropanamide.

4.b La première mole d'ammoniac forme l'amide et libère l'acide 2-méthylpropanoïque ; l'ammoniac, base, réagit avec cet acide : la seconde mole est consommée par cette réaction acide-base (d'où les ions $\mathrm{NH_4^+}$ et carboxylate).

5. Idée : un chlorure d'acyle porte un groupe acyle, un anhydride en porte deux. Dans les deux cas l'éthanol est entièrement transformé et $0{,}10\ \mathrm{mol}$ d'ester se forment. Par $(X_1)$ : $0{,}10\ \mathrm{mol}$ de groupes acyle introduits, $0{,}10\ \mathrm{mol}$ dans l'ester. Par $(X_2)$ : $0{,}20\ \mathrm{mol}$ introduits, $0{,}10\ \mathrm{mol}$ dans l'ester et $0{,}10\ \mathrm{mol}$ dans l'acide coproduit. La voie $\boxed{(X_1)}$ place tous ses groupes acyle dans l'ester.

3 Drill AM-E.3 — voie totale contre voie lente : rendements comparés de l'ester et formation de l'amide, depuis l'acide ou son chlorure d'acyle

Entraînement 03 / 03

Drill AM-E.3 — voie totale contre voie lente : rendements comparés de l'ester et formation de l'amide, depuis l'acide ou son chlorure d'acyle

8 questionsCorrigé masqué

On compare deux façons de préparer un ester et un amide à partir de l'acide butanoïque $\mathrm{CH_3{-}(CH_2)_2{-}COOH}$ ou de l'un de ses dérivés. On donne les masses molaires atomiques, en $\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$ : $M(\mathrm{H})=1$ ; $M(\mathrm{C})=12$ ; $M(\mathrm{O})=16$ .

I. Le butanoate d'éthyle $\mathrm{CH_3{-}(CH_2)_2{-}COO{-}CH_2{-}CH_3}$ , ester à odeur d'ananas.

Expérience 1 : on chauffe à reflux un mélange de $0{,}20\ \mathrm{mol}$ d'acide butanoïque, $0{,}20\ \mathrm{mol}$ d'éthanol et quelques gouttes d'acide sulfurique concentré, jusqu'à ce que la composition n'évolue plus (plusieurs heures) ; on recueille $15{,}5\ \mathrm{g}$ d'ester.
Expérience 2 : on verse goutte à goutte $0{,}20\ \mathrm{mol}$ de chlorure de butanoyle dans $0{,}20\ \mathrm{mol}$ d'éthanol, à la température ambiante ; en quelques minutes, on obtient $23{,}2\ \mathrm{g}$ d'ester, avec un dégagement de chlorure d'hydrogène.

Écrire, en utilisant les formules semi-développées, l'équation de la réaction de chaque expérience.
Calculer la masse molaire de l'ester, puis la quantité d'ester obtenue dans chaque expérience.
Calculer le rendement de chaque synthèse. En déduire, avec les conditions opératoires, deux caractères de chacune des deux réactions.

II. Le butanamide $\mathrm{CH_3{-}(CH_2)_2{-}CO{-}NH_2}$ . On peut l'obtenir en chauffant fortement le butanoate d'ammonium, qui perd une molécule d'eau, ou, à froid et rapidement, par action d'un excès d'ammoniac sur le chlorure de butanoyle.

Écrire les équations de ces deux réactions de formation du butanamide.
À froid, l'ammoniac et l'acide butanoïque donnent du butanoate d'ammonium et non l'amide. Écrire l'équation de cette réaction et préciser son type.
Dégager, à partir des parties I et II, l'intérêt pratique d'un chlorure d'acyle par rapport à l'acide carboxylique correspondant.

Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

I.1 Avec $\mathrm{R}=\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}}$ et l'éthanol $\mathrm{C_2H_5{-}OH}$ :

\text{exp. 1 : }\mathrm{R{-}COOH + C_2H_5{-}OH}\rightleftharpoons

\mathrm{R{-}COO{-}C_2H_5 + H_2O}

\text{exp. 2 : }\mathrm{R{-}COCl + C_2H_5{-}OH}\longrightarrow

\mathrm{R{-}COO{-}C_2H_5 + HCl}

I.2 L'ester a pour formule brute $\mathrm{C_6H_{12}O_2}$ : $M=6\times12+12\times1+2\times16$ , soit $\boxed{M=116\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}}$ .

Expérience 1 : $n_1=\dfrac{15{,}5}{116}\approx\boxed{0{,}134\ \mathrm{mol}}$ ; expérience 2 : $n_2=\dfrac{23{,}2}{116}=\boxed{0{,}200\ \mathrm{mol}}$ .

I.3 Idée : le rendement compare la quantité obtenue à celle qu'on obtiendrait si la réaction était totale, ici $0{,}20\ \mathrm{mol}$ (réactifs en proportions stœchiométriques). $r_1=\dfrac{0{,}134}{0{,}20}\approx67\ \%$ ; $r_2=\dfrac{0{,}200}{0{,}20}=100\ \%$ .

Expérience 1 : réaction lente (plusieurs heures à chaud, avec un catalyseur) et limitée ( $r_1<100\ \%$ ). Expérience 2 : réaction rapide (quelques minutes à froid) et totale ( $r_2=100\ \%$ ).

II.1 Déshydratation du sel d'ammonium, puis action de l'ammoniac sur le chlorure d'acyle (la seconde mole capte $\mathrm{HCl}$ ) :

\mathrm{R{-}COONH_4}\longrightarrow\mathrm{R{-}CO{-}NH_2 + H_2O}

\mathrm{R{-}COCl + 2\,NH_3}\longrightarrow\mathrm{R{-}CO{-}NH_2 + NH_4Cl}

II.2 L'acide cède un proton à l'ammoniac :

\mathrm{R{-}COOH + NH_3}\longrightarrow\mathrm{R{-}COO^- + NH_4^+}

C'est une réaction acide-base : l'ammoniac agit comme une base, pas comme un réactif qui remplace le groupe $\mathrm{{-}OH}$ .

II.3 Le chlorure d'acyle cède son groupe acyle à l'alcool comme à l'ammoniac par des réactions rapides et totales, à froid : l'ester est obtenu avec un rendement de $100\ \%$ au lieu de $67\ \%$ , et l'amide sans chauffage prolongé. Avec l'acide lui-même, il faut chauffer longtemps, et l'estérification reste limitée.

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Réseau des dérivés d'acides : fonctions, synthèses croisées, groupes R et R', amides isomères et comparaison avec l'estérification

Exercice 2 — dérivés d'acides carboxyliques (5 points), dans l'esprit des sessions de contrôle 2015–2026 (Sciences expérimentales)

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

Drill AM-E.1 — retrouver le groupe R, l'alcool ou l'amine à partir du produit

Drill AM-E.2 — reconnaître le dérivé d'acide utilisé par le second produit (HCl, NaCl, acide, carboxylate)

Drill AM-E.3 — voie totale contre voie lente : rendements comparés de l'ester et formation de l'amide, depuis l'acide ou son chlorure d'acyle

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