Objectifs :
- Définir un acide carboxylique et nommer un acide carboxylique
- Donner les propriétés liées aux acides carboxyliques.
1. Définition et nomenclature.
1.1 Définition :
Un acide carboxylique est un composé organique possédant le groupement carboxyle noté : - COOH tel que :
La formule générale d’un acide carboxylique est donc R-COOH ou R peut être un atome d’hydrogène, un groupe alkyle, une chaine carbonée insaturée ou encore un groupe aryle.
1.2 Nomenclature.
Pour nommer un acide carboxylique, trois cas sont à présenter :
- Si le groupement carboxyle est lié à l’atome d’hydrogène ou à un groupe alkyle, on fait suivre le mot acide d’un adjectif obtenu en remplaçant la terminaison « e » du nom de l’alcane dont il dérive par la terminaison « oïque ». L’atome de carbone fonctionnel étant le premier à être compté.
Exemple :
- Si le groupement carboxyle est lié à une chaine carbonée insaturée, on fait suivre le mot acide d’un adjectif obtenu en remplaçant la terminaison « e » du nom de l’hydrocarbure à chaine insaturée dont il dérive par la terminaison « oïque ». L’atome de carbone fonctionnel étant toujours pris en compte et portant l’indice 1.
Exemple :
- Si le groupement carboxyle est lié à un groupe aryle (noyau benzénique), on fait suivre le nom acide du nom du composé dans le quel un atome d’hydrogène a été remplacé par le groupe carboxyle suivit du mot carboxylique.
Exemple :
Remarque :
- Il est possible qu’on composé organique possède plusieurs groupes carboxyliques dans ce cas on parle de polyacides.
Exemple :
- Généralement les noms systématiques sont remplacés par les noms commerciaux ou usuels.
Exemple : L’acide éthanoïque est encore appelé acide acétique, l’acide prop-2-énoique est appelé acide acrylique.
- Les acides gras isolés à partir des corps gras sont des acides saturés ou non possédant un seul groupe carboxyle et un nombre pair d’atome de carbone.
2. Quelques propriétés des acides carboxyliques.
2.1 propriétés physiques.
Les acides dont le nombre de carbone est inférieurs à 10 sont tous liquides et très soluble dans l’eau, par contre ceux dont le nombre de carbone est supérieur à 12 sont des solides et sont pratiquement insolubles dans l’eau.
2.2 propriétés acides.
Les acides carboxyliques sont des acides faibles donc partiellement dissocier en solution aqueuse. Ils réagissent avec l’eau en formant l’ion carboxylate suivant l’équation :
\(R - COOH + \) \({H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{\(\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}\)}} R\) \( - CO{O^ - } + \) \({H_3}{O^ - }\)
L’ion carboxylate est la base conjuguée de l’acide. Chaque acide carboxylique est caractérisé par sa constante d’acidité noté Ka.
Remarque :
Le nom des ions carboxylates s’obtient à partir de l’adjectif qualifiant l’acide en remplaçant la terminaison « oïque » par « oate ».
Exemple 
2.3 Réaction de décarboxylation.
La réaction de décarboxylation consiste à éliminer une molécule de CO2 à température élevée. L’équation bilan générale est de la forme :
\(R - COOH\) \( \to R - H\) \( + C{O_2}\)
En présence de la lumière et à température élevée
Exemple :
\({C_3}{H_7} - COOH\) \( \to {C_3}{H_8}\) \( + C{O_2}\)
2.4 Halogénation des acides carboxyliques.
En présence du soufre (S) ou du diode (I), le dichlore (Cl2) et le dibrome (br2) peuvent réagir sur les acides carboxyliques par substitutions sur le groupe lié au carbone fonctionnel.
NB : La substitution ne se fait qu’avec les atomes d’hydrogène porté par le carbone directement lié au carbone fonctionnel.
Exemple :
si le dichlore est en excès,on a:
3. Les dérivés d’acides carboxyliques.
Les dérivés d’acides carboxyliques s’obtiennent en remplaçant le groupement hydroxyle (-OH) de l’acide carboxylique par divers groupes, il on pour formule générale :
\(\begin{array}{*{20}{c}}{}&O&{}\\{}&{||}&{}\\{R - }&{C - }&Z\end{array}\)
Z pouvant être :
1 Un atome de chlore dans ce cas la formule générale devient :
\(\begin{array}{*{20}{c}}{}&O&{}\\{}&{||}&{}\\{R - }&{C - }&{Cl}\end{array}\)
Qui caractérise la famille des chlorures d’acyles.
2 Un groupe carboxylate (RCOO-) la formule générale devient :
\(\begin{array}{*{20}{c}}{}&O&{}&O&{}\\{}&{||}&{}&{||}&{}\\{R - }&{C - }&{O - }&{C - }&{R'}\end{array}\)
Il s’agit de la famille des anhydrides d’acides.
3 Un groupe alcoxy (R’O- obtenu par élimination d’une molécule d’alcool ) la formule générale devient :
\(\begin{array}{*{20}{c}}{}&O&{}&{}\\{}&{||}&{}&{}\\{R - }&{C - }&{O - }&{R'}\end{array}\)
Il s’agit de la famille des esters.
4 Un groupe amino (NH2) ou ses dérivés qui sont :
La formule générale devient :
Il s’agit de la famille des amides.
3.1 les esters.
Nous savons que l’ester est obtenu par action de l’acide carboxylique sur un alcool en présence de l’acide sulfurique. Cette réaction est lente athermique réversible et limitée. Elle se traduit par :
• Nomenclature :
Le nom d’un ester s’obtient en remplaçant le suffixe « oique » du nom de l’acide dont il dérive par « oate » suivit de « de » et du nom du groupe alkyle de l’alcool.
Exemple :
Donner la formule semi-développée de chacun des esters :
- 2-méthylbutaoate de 2-méthylpropyle.
- 2,3-diméthylpetanoate de méthyle.
Remarque :
- Esters et acides carboxyliques saturés sont des isomères, leur formule générale brute est CnH2nO2.
Application : Donnons les formules semi-développées de tous les isomères de formule brute C3H6O2.
- Par action d’un polyacide sur un polyalcool, on obtient un polyester. Cette réaction est une polycondensation avec élimination d’une molécule d’eau.
3.2 les chlorures d’acyles.
Par action d’agent chlorurant tel que le trichlorure de phosphore (PCl3), le pentachlorure de phosphore (PCl5) ou le chlorure de thionyle (SOCl2) sur l’acide carboxylique, on obtient un chlorure d’acyle de formule :
• Nomenclature.
Le nom du chlorure d’acyle est obtenu à partir de celui de l’acide dont il dérive en remplaçant le mot « acide » par « chlorure »et la terminaison « oique » par « oyle ».
Exemple :
Remarque :
- Les chlorures d’acyles sont très réactifs, ils réagissent au contact de l’eau en donnant l’acide dont ils dérivent. L’équation générale de l’hydrolyse des chlorures d’acyles est :
- Les chlorures d’acyles réagissent également avec les alcools en donnant comme produits de réaction les esters. Contrairement à la réaction entre un acide carboxylique et un alcool, la réaction des chlorures d’acyles avec les alcools est rapide et totale, son équation générale se traduit par :
3.3 les anhydrides d’acides.
L’anhydride d’acide s’obtient par déshydratation des molécules d’acides carboxyliques. Cette déshydratation s’effectue à température élevée et en présence de déshydratant tel que P2O5 (oxyde de phosphore). L’équation générale d’obtention d’un anhydride d’acide est :
Remarque :
- Si R et R’ sont différents, on parle d’anhydride mixte.
- La déshydratation obtenue par action de deux acides carboxyliques est une déshydratation intermoléculaire.
- Il est possible dans le cas des diacides possédant des groupes carboxyles assez proche d’avoir par simple chauffage une déshydratation intramoléculaire.
Exemple :
• Nomenclature.
Le nom des anhydrides d’acides s’obtient en remplaçant le terme « acide » par « anhydride » dans le nom des acides carboxyliques utilisés.
Exemple :
Remarque :
- Les anhydrides s’hydrolysent très rapidement au contact de l’eau. Cette réaction est totale et lente à froid. On obtient à nouveau l’acide de départ ou les acides de départ dans le cas ou l’anhydride est mixte.
- En présence d’un alcool les anhydrides réagissent en donnant des esters et des acides carboxyliques.
Les produits de réactions dépendent du type de rupture qui a lieu.
Cette réaction est rapide et totale.
3.4 les amides.
Les amides sont obtenus en remplaçant le groupe hydroxyle (OH) de l’acide par le groupe amino (NH2).
Dans le cas ou l’un ou les deux atomes d’hydrogène du groupe amino sont substitués par un ou deux groupements alkyles, on obtient des amides substituées. Le groupe caractéristique d’une amide est :
• Nomenclature
Le nom d’une amide dérive du nom systématique de l’acide carboxylique correspondant en remplaçant la terminaison « oique » par « amide »
Exemple :
NB :
Pour les amides substituées, les substituants sont désignés par des préfixes (N).
Exemples :
Remarque :
Les amides sont préparées par actions des acides carboxyliques, des chlorures d’acyles ou des anhydrides d’acides sur l’ammoniac (NH3) pour les amides non substituées, et sur les amines (dérivés de l’ammoniac) pour les amides substituées.
- Par action des chlorures d’acyles ou des anhydrides d’acides sur l’ammoniac les réactions sont rapides et totales. On a comme équation bilan générale avec un chlorure d’acyle:
- Par action de l’acide carboxylique sur l’ammoniac, les réactions se font en deux étapes :
Ensuite par chauffage il y’a déshydratation (élimination d’une molécule d’eau) du carboxylate d’ammonium (RCOO- + NH4+) et formation de l’amide selon l’équation :
