I) Les acides carboxyliques : 1) Présentation : Le groupe fonctionnel acide carboxylique est constitué d'un groupe carbonyle et d'un groupe hydroxyle porté par le premier atome de carbone d'une chaîne (carbone fonctionnel) : R est un groupe résiduel, c est soit une chaîne commençant par un atome de carbone C, soit un atome d'hydrogène H. groupe fonctionnel acide carboxylique groupe hydroxyle groupe carbonyle Pour un acide carboxylique qui dérive des alcanes, on pourra écrire une formule semi-développée : C m H 2m + 2 C n H 2n + 1 COOH (attention n = m - 1) Le groupe carboxylique COOH est relié à un groupe alkyle C n H 2n + 1 linéaire ou ramifié qu'on notera R : R COOH
I) Les acides carboxyliques : 2) Nomenclature : Pour nommer un acide carboxylique : - on remplace le e final du nom de l'hydrocarbure de même structure par le suffixe oïque et l'on fait précéder le nom ainsi obtenu par le mot acide. - on numérote les atomes de carbone en attribuant le numéro 1 au carbone fonctionnel, ce qui permet de préciser la position des ramifications. Exemple : HCOOH acide méthanoïque ; CH 3 COOH acide éthanoïque ; CH 3 CH 2 COOH acide propanoïque ; HOOC COOH acide éthanedioïque. Exemple : acide 2-méthylpropanoïque. Exemple : acide benzoïque.
I) Les acides carboxyliques : 3) Caractérisation des acides carboxyliques : On peut caractériser l'apparition d'un acide carboxylique par le fait que le milieu devient acide : le B.B.T. (bleu de bromothymol) donne une teinte jaune. La D.N.P.H. permet de caractériser la présence du groupe carbonyle, ce qui constitue la principale différence avec un acide non carboxylique.
I) Les acides carboxyliques : 4) Propriétés physiques des acides carboxyliques : a) Température d ébullition : Les températures d'ébullition des acides carboxyliques sont supérieures à celles des alcools de masse molaire comparable. La liaison O H est davantage polarisée que dans le cas des alcools et il peut s'établir un pont hydrogène entre l atome d hydrogène de ce groupe hydroxyle et l atome d oxygène du groupe carbonyle plus riche en électrons que l'atome d'oxygène d'un alcool. A l'état solide ou liquide, les acides sont associés sous forme de dimères dans lesquels il existe deux liaisons hydrogène : Alcool Formule q éb q Acide Formule éb ( C) ( C) éthanol C 2 H 5 OH 78,8 éthanoïque CH 3 COOH 100,5 propan-1-ol C 3 H 7 OH 97,2 propanoïque C 2 H 5 COOH 118,0 butan-1-ol C 4 H 9 OH 117,7 butanoïque C 3 H 7 COOH 141,0
I) Les acides carboxyliques : 4) Propriétés physiques des acides carboxyliques : a) Température d ébullition : Nous retiendrons que, comme pour les alcools : La température d'ébullition augmente avec la masse molaire de l'acide. Pour un même nombre d'atome de carbone, la température d'ébullition diminue légèrement avec le nombre de ramifications. Nom Formule Nom trivial Masse molaire (g.mol -1 ) q fus ( C) q éb ( C) méthanoïque HCOOH formique 46 8 100,5 éthanoïque CH 3 COOH acétique 60 17 118 propanoïque C 2 H 5 COOH propionique 74-22 141 butanoïque C 3 H 7 COOH butyrique 88-5 163 pentanoïque C 4 H 9 COOH valérique 102-35 187 hexanoïque C 5 H 11 COOH caproïque 116-2 205
I) Les acides carboxyliques : 4) Propriétés physiques des acides carboxyliques : b) Solubilité : La solubilité des acides carboxyliques dans l'eau est totale jusqu'en C 4, elle diminue et devient nulle à partir de C 9. La faible solubilité des acides carboxyliques dans l'eau s'explique par la possibilité pour deux molécules de se lier, les centres polaires ne sont donc plus disponibles pour établir un pont hydrogène avec une molécule d'eau. Ceci est d'autant plus vrai que la chaîne carbonée "hydrophobe" est plus grande.
I) Les acides carboxyliques : 5) Autres acides carboxyliques : a) Les acides gras : Un acide gras est un acide carboxylique dont le nombre d'atomes de carbone est supérieur à 2 (et le plus souvent un nombre pair). Nous pouvons distinguer : - les acides gras saturés (dont la chaîne carbonée n'est constituée que d'atomes de carbone tétragonaux). Exemple : CH 3 (CH 2 ) 8 COOH acide décanoïque - les acides gras insaturés (dont la chaîne carbonée contient au moins une double liaison). Exemple : CH 3 (CH 2 ) 7 CH == CH (CH 2 ) 7 COOH acide Z-octadéca-9-ènoïque Cet acide est plus connu sous le nom d'acide oléique que l'on peut représenter sous forme topologique :
I) Les acides carboxyliques : 5) Autres acides carboxyliques : b) Les polyacides : Certaines molécules possèdent plusieurs fonctions acide carboxylique. Exemple : On a vu l'exemple de l'acide éthandioïque ou acide oxalique : HOOC COOH, utilisé en chimie minérale comme acide efficace. Exemple : L'acide benzène-1,4-dicarboxylique et utilisé pour la fabrication de polymères, en particulier les résines glycérophtalique résultant de la polycondensation du propan-1,2,3-triol (glycérol) et de l'acide benzène-1,4-dicarboxylique : formule développée représentation topologique
II) Les esters : 1) Présentation : Le groupe fonctionnel ester est constitué d'un groupe carbonyle et d'un atome d oxygène, le tout placé à l intérieur de la molécule : Nous nous limiterons souvent à des radicaux alkyle (R et R' sont des chaînes hydrocarbonées saturées, dérivées des alcanes). groupe fonctionnel ester groupe carbonyle Remarque : Ce sont des composés très répandus à l'état naturel : arômes des fruits, parfums des fleurs, corps gras...
II) Les esters : 2) Obtention : Pour obtenir un ester, on fait réagir acide carboxylique R COOH et un alcool R OH suivant l équation bilan de l estérification : R COOH + HO R R COO R + H 2 O Cette réaction d estérification présente trois caractéristiques : - c est une réaction lente, - c est une réaction équilibrée (réversible), - c est une réaction athermique. La réaction inverse de l'estérification en milieu acide, est l'hydrolyse. A partir d un ester, l hydrolyse permet d obtenir un acide carboxylique et un alcool.
II) Les esters : 3) Nomenclature : Pour nommer un ester : - On part du nom de l'acide carboxylique dont ils dérivent et on supprime le mot acide, on remplace ensuite le suffixe oïque du nom de l'acide par oate. - On fait suivre ce nom de de, puis du nom du groupe résiduel R'. Exemple : éthanoate d'éthyle. propanoate de méthyle. méthanoate d'éthyle. 3-éthylpentanoate de 2,2-diméthylpropyle.
III) Les savons : 1) Saponification d un ester : Nous avons vu que l hydrolyse d un ester en milieu acide donne un acide carboxylique et un alcool. Si on fait réagir un ester avec une base, on obtient un savon. On considère la réaction de la soude (NaOH) sur ester. On observe la formation d'un carboxylate de sodium suivant la réaction : R COO R' + Na + + OH - R COO - + Na + + R' OH savon Remarque : En milieu basique, il se forme un ion carboxylate et non un acide carboxylique. La saponification d'un ester est totale et exothermique.
III) Les savons : 2) Propriétés des savons : a) Solubilité dans l eau : Les deux parties de l'ion carboxylate entrant dans la constitution des savons présentent des interactions différentes avec la molécule d'eau : queue lipophile et hydrophobe tête hydrophile et lipophobe - La chaîne carbonée est insoluble dans l eau (hydrophobe) mais présente une bonne affinité pour les graisses (lipophile). - Le groupe carboxylate est chargé négativement et présente une grande affinité avec les solvants polaires comme l'eau (hydrophile), il n'a pas d'affinité pour les graisses (lipophobe). Un composé tensioactif est un corps dont une partie de la molécule est hydrophile et l'autre hydrophobe.
III) Les savons : 2) Propriétés des savons : b) Savon en solution aqueuse : Dans l'eau les anions carboxylate s'associent avec des cations pour former des films à la surface de l'eau. Ce film peut emprisonner des bulles d'air c est le pouvoir moussant. Si la concentration du savon est assez grande il se forme des micelles dans la solution. Ce sont des agglomérats de quelques dizaines ou centaines d'ions carboxylate.
III) Les savons : 2) Propriétés des savons : b) Savon en solution aqueuse : Les propriétés détergentes peuvent être résumées par : - En présence d'un savon, une salissure grasse à la surface d'un tissu s'entoure d'ions carboxylate dont la partie lipophile se trouve dans la salissure. Par brassage, ce phénomène contribue à arracher la salissure. - Les têtes hydrophiles, négatives, attirent les cations. L'ensemble salissure ions carboxylate est entouré d'une couronne d'ions positifs, ces différentes couronnes se repoussent, empêchant les salissures de s'associer. Ce résultat constitue le pouvoir dispersant (salissure solide) ou le pouvoir émulsionnant (salissure liquide) d'un savon.
IV) Les acides aminés : 1) Présentation : Les acides aminés possèdent deux groupes fonctionnels différents : - le groupe fonctionnel acide carboxylique COOH - le groupe fonctionnel aminique (ou amino) NH 2 groupe fonctionnel aminique groupe fonctionnel acide caboxylique groupe hydroxyle carbone a groupe carbonyle Les acides a-aminés ou a-amino acides sont des composés qui possèdent les deux groupes fonctionnels liés au même atome de carbone, qu'on appelle carbone a. Les vingt acides aminés naturels les plus courants constituent les éléments de construction des protéines et ce sont tous des acides a-aminés.
IV) Les acides aminés : 2) Nomenclature : Les acides aminés (ou amino acides) importants portent un nom d usage différent de celui donné par l IUPAC. On part du nom de l'acide carboxylique dont ils dérivent et on fait précéder le nom de l'acide de amino précédé du numéro du carbone porteur de la fonction aminique (le carbone fonctionnel du groupe carboxylique portant toujours le numéro 1). Exemple : acide 3-aminopropanoïque Exemple : acide 2-aminoéthanoïque (glycine) Exemple : acide 2-amino-4-méthylpentanoïque (leucine)