Ester

En chimie, la fonction ester désigne un groupement caractéristique formé d'un atome lié simultanément à un atome d'oxygène par une double liaison et à un groupement alkoxyle. Lorsque l'atome lié est un atome de carbone, on parle d'ester carboxylique, dont la forme générale est R-COO-R'. Cependant, ce peut être aussi un atome de soufre (par exemple dans les esters sulfuriques, sulféniques, etc.), d'azote (esters nitriques, etc.), de phosphore (esters phosphoriques, phosphoniques, phosphéniques, etc.), etc. En fait, tout oxoacide organique, inorganique ou minéral a la capacité de former des esters.

Les esters carboxyliques sont des dérivés des acides carboxyliques, ils résultent très généralement de l'action d'un alcool sur ces acides avec élimination d'eau. Les fonctions esters se retrouvent dans de nombreuses molécules biologiques, notamment les triglycérides. Les esters carboxyliques ont souvent une odeur agréable et sont souvent à l'origine de l'arôme naturel des fruits. Ils sont aussi beaucoup utilisés pour les arômes synthétiques et dans la parfumerie.

Nomenclature

En tant que groupe prioritaire

Le nom d'un ester comporte deux termes :

le premier désigne la chaîne principale qui provient de l'acide carboxylique dans laquelle on remplace la terminaison -oïque de l'acide par -oate. Elle est liée au carbone du groupe carboxyle et est numérotée quand c'est nécessaire à partir de celui-ci.
le second, qui se termine en -yle, est le nom du groupe alkyle provenant de l'alcool. Cette chaîne est numérotée à partir de l'atome de carbone lié à l'atome d'oxygène de la fonction ester.

Structure moléculaire schématique du pentanoate d'éthyle :
- à gauche, le groupement pentanoate (chaîne de 5 atomes de carbone, le premier au centre de la figure étant doublement lié à un atome d’oxygène en groupement oxyle) ; ce carboxyle provient de l’estérification de l’acide pentanoïque ;
- à droite, le groupement éthyle (chaîne de 2 atomes de carbone, le premier au centre de la figure étant simplement lié à un atome d’oxygène qui assure aussi la liaison faible entre les deux groupements) ; cet alkyle provient de l’estérification de l’éthanol.

Nomenclature systématique - Cas général
Classe	Formule* du groupe caractéristique	Suffixe
Acides carboxyliques	-(C)OOH -COOH	acide ...-oïque acide ...-carboxylique
Esters d'acides carboxyliques	-(C)OOR -COOR	...-oate de R ...-carboxylate de R

Les atomes de carbone indiqués entre parenthèses sont inclus dans le nom de la structure fondamentale et non dans le suffixe^[1].
- R désigne un groupe substituant dérivé d'un hydrure fondamental^[2] par perte d'un atome d'hydrogène.

Exemples :

Heptanoate d'éthyle : CH₃(CH₂)₅-COO-C₂H₅ (ester de l'acide heptanoïque CH₃(CH₂)₅-COOH ; R = groupe éthyle -C₂H₅)
Cyclopentanecarboxylate d'éthyle : -COO-C₂H₅ (ester de l'acide cyclopentanecarboxylique)

Pour les dérivés de l'acide formique, de l'acide acétique, les noms traditionnels sont utilisés alors que pour les autres acides, le nom systématique est recommandé, ce qui donne :

Nomenclature des esters selon recommandations de l'IUPAC
Alcane	Acide carboxylique	Ester	Exemple
méthane	acide formique	formiate de R-yle	formiate de méthyle
méthane	acide méthanoïque	méthanoate de R-yle	méthanoate de méthyle
éthane	acide acétique	acétate de R-yle	acétate de méthyle
éthane	acide éthanoïque	éthanoate de R-yle	éthanoate de méthyle
propane	acide propionique	propionate de R-yle	propionate de méthyle
propane	acide propanoïque	propanoate de R-yle	propanoate de méthyle
butane	acide butyrique	butyrate de R-yle	butyrate de méthyle
butane	acide butanoïque	butanoate de R-yle	butanoate de méthyle
pentane	acide pentanoïque	pentanoate de R-yle	pentanoate de méthyle
	acide 2-méthylbutanoïque	2-méthylbutanoate de R-yle	2-méthylbutanoate d'éthyle
	acide 3-méthylbutanoïque	3-méthylbutanoate de R-yle	3-méthylbutanoate d'éthyle
hexane	acide hexanoïque	hexanoate de R-yle	hexanoate de méthyle

Les noms en gras du tableau ci-dessus ceux de la nomenclature IUPAC.
Les noms de la nomenclature systématique sont donnés quand ils sont différents de ceux de l'IUPAC.
En italique : d'autres noms qui ne relèvent ni de la nomenclature systématique ni de l'IUPAC mais qui sont néanmoins, pour l'acide propionique et l'acide butyrique, acceptés par l'UICPA^[3], leurs esters reprenant obligatoirement les noms systématiques.

En tant que groupe secondaire

Si un autre groupe caractéristique a la priorité, il y a deux possibilités pour désigner un ester :

groupe ester secondaire rattaché à la structure principale par le carbonyle (R-O-CO-) : par l'utilisation du préfixe R-oxycarbonyl-. Exemple : acide 3-propoxycarbonylpentanoïque.

groupe ester secondaire rattaché à la structure principale par l'oxygène (R-CO-O-) : par l'utilisation du préfixe acyloxy-. Exemple : acide 3-propanoacyloxypentanoïque.

Synthèse

Article détaillé : estérification.

La méthode de synthèse la plus simple et la plus courante est appelée estérification. Il s'agit de la condensation d'un acide carboxylique ou de l'un de ses dérivés (chlorure d'acyle, anhydride d'acide) avec un alcool, donnant l'ester et un autre composé (eau, acide chlorhydrique ou acide carboxylique).

Dans le cas de la réaction d'un acide carboxylique avec un alcool, on parle de réaction ou estérification de Fischer :

Cette réaction est lente, presque athermique (légèrement exothermique en fait) et réversible (la réaction inverse appelée rétro-estérification est une hydrolyse acide de l'ester), ce qui la rend limitée. Son rendement dépend particulièrement de la classe de l'alcool utilisé (rendement moyen à bon pour des alcools primaires et secondaires, mauvais rendement pour des alcools tertiaires). Il est possible d'améliorer la cinétique de cette réaction (qui sinon met plusieurs mois à atteindre son équilibre) en chauffant (ce qui n'a pas d'influence sur le rendement), ou en la catalysant par un acide. Le rendement quant à lui peut être amélioré par exemple en mettant un réactif en excès ou en enlevant l'eau produite lors de la réaction avec un appareil de Dean Stark.

Une autre possibilité est d'utiliser des dérivés d'acides pour synthétiser des esters :

à partir des chlorures d'acyles :

à partir des anhydrides d'acide :

Ces réactions, contrairement à l'estérification de Fischer présentent l'avantage d'être rapides et totales.

Il est aussi possible de synthétiser un ester à partir d'un autre ester et d'un alcool. On parle alors de transestérification.

Cette réaction est utilisée dans l'industrie pour la fabrication du polyester et du biodiesel. Elle est aussi présente en biologie ; c'est entre autres le mécanisme qui permet l'épissage des introns lors de la maturation des ARNm.

Utilité

Outre le fait d'obtenir un ester, utile dans l'industrie agroalimentaire, en parfumerie ou d'autres secteurs industriels, l'estérification est utile de par son caractère réversible (pour les acides carboxyliques et les alcools, tout du moins), dans le cadre de la protection de fonctions.

Puisque la transformation est réversible, elle permet de protéger soit la fonction alcool, soit la fonction acide carboxylique, soit les deux. En effet, si on veut protéger un alcool, on le fait réagir avec un acide carboxylique pour former un ester ; on fait la réaction que l'on voulait effectuer ; une fois celle-ci finie, on renverse la réaction d'estérification pour retrouver l'alcool.

Il existe deux méthodes pour renverser l'estérification :

utiliser la même réaction (rétro-estérification) en jouant sur les quantités de matière pour que l'équilibre soit favorable à l'acide carboxylique + l'alcool.
utiliser la réaction de saponification ou hydrolyse en milieu basique des esters.

Les esters sont aussi un constituant de base dans l'industrie des plastiques. Ils sont à la base d'un des plastiques les plus utilisés, le polyester.

Il s'agit d'un moyen de former les lactones : estérification intramoléculaire à partir d'un hydroxyacide carboxylique.

Les esters peuvent être réduits :

en alcools primaires par l'action du tétrahydruroaluminate de lithium (LiAlH₄), dans l'éther diéthylique (éther) ou le THF (tétrahydrofurane)
en aldéhydes par l'action du DIBAL, dans un solvant non polaire (toluène par exemple), à basse température (−60 °C).

Quelques esters

Quelques esters et leur odeur


Ester		Odeur
Méthanoate ou Formiate	de méthyle	Éthérée
	d'éthyle	Odeur de rhum, et partiellement des framboises
	de butyle	Fruitée
Éthanoate ou Acétate	de méthyle	Fruitée
	d'éthyle	Dissolvant ou fruitée
	de propyle	Poire
	de butyle	Banane ou pomme
	de pentyle	Poire
	d'hexyle	Poire
	d'heptyle	Florale
	d'octyle	Orange
	de linalyle	Lavande, bergamote ou banane
	de 2-phényléthyle	Rose
	de benzyle	Jasmin
	de vinyle	Fruitée, agréable à faible concentration devient vite âcre et irritante à plus forte concentration
	d'isoamyle ou de 3-méthylbutyle	Banane
	d'isobutyle ou β-méthylpropyle	Fruitée et florale
Propanoate ou Propionate	d'éthyle	Fraise
	de propyle	Fruitée
	de butyle	Pomme
	d'isoamyle	Abricot, ananas
	d'isobutyle	Éthérée
	d'isopropyle	Fruitée
Butanoate ou Butyrate	de méthyle	Pomme
	d'éthyle	Ananas
	d'isoamyle	Pomme
Isopentanoate ou Isovalérate	de méthyle	Fruitée
Salicylate	de méthyle	Thé des bois, Winter-green
	de phényle	Aromatique
	d'hexyle	Azalée
Benzoate	de méthyle	Orientale (très raffinée : « essence de Niobé »)
	d'éthyle	Cerise
	de benzyle	Aromatique

Voir aussi

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Ester, sur le Wiktionnaire

Notes et références

↑ R. Panico, J.-C. Richer - Nomenclature UICPA des composés organiques - Masson 1994, pp. 70, 129 à 131 ( (ISBN 2-225-84479-8)). Un tableau des suffixes (et préfixes) utilisés pour désigner quelques groupes caractéristiques importants en nomenclature substitutive est consultable dans une référence IUPAC en ligne (en anglais) : Suffixes and prefixes for some important characteristic groups in substitutive nomenclature.
↑ Les hydrures fondamentaux incluent les hydrocarbures
↑ « Table 28(a) Carboxylic acids and related groups. Unsubstituted parent… », sur acdlabs.com (consulté le 6 mai 2023).

Liens externes

(en) https://www.organic-chemistry.org
(en) http://www.organicworldwide.net

[1] R. Panico, J.-C. Richer - Nomenclature UICPA des composés organiques - Masson 1994, pp. 70, 129 à 131 ( (ISBN 2-225-84479-8)). Un tableau des suffixes (et préfixes) utilisés pour désigner quelques groupes caractéristiques importants en nomenclature substitutive est consultable dans une référence IUPAC en ligne (en anglais) : Suffixes and prefixes for some important characteristic groups in substitutive nomenclature.

[2] Les hydrures fondamentaux incluent les hydrocarbures

[3] « Table 28(a) Carboxylic acids and related groups. Unsubstituted parent… », sur acdlabs.com (consulté le 6 mai 2023).

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