Chapitre

Classe de BTS AB2
Chapitre 9 : Les acides carboxyliques et leurs dérivés
Chapitre de Chimie n°9
Les acides carboxyliques et leurs dérivés
I-
Présentation et propriétés des acides carboxyliques
1-
Nomenclature
La formule générale des acides carboxyliques est R-COOH.
Le groupement -COOH est parfois appelé groupe carboxyle.
La nomenclature est simple : le nom de l’acide s’obtient en faisant suivre le groupe alkyle qui représente le chaîne carbonée
totale (y compris le carbone du carbonyle) de la terminaison –oïque et en le faisant précéder du mot acide. Le carbone du
groupe –COOH porte toujours le numéro 1, on ne le précise donc pas dans le nom.
Exemple : Acide 2-éthyl-2,3-diméthylpentanoïque :
Remarque : Dans le cas des diacides, on emploie la terminaison –dioïque.
Exemple : Acide butanedioïque :
2-
Réactivité
-
Les acides carboxyliques ont des propriétés acides, ce sont des acides faibles. L’hydrogène du groupement –OH peut
partir assez facilement, les pKa de ces acides se trouvent entre 3,75 et 4,85, selon le groupement R.
-
Ils présentent des propriétés liées à la mobilité du groupement –OH qui part facilement (surtout en milieu acide sous
forme H2O+). La réaction d’estérification en particulier est une réaction importante. (voir partie II)
-
Ils peuvent subir des réactions de décarboxylation, à température élevée, càd perdre le groupe carboxyle sous forme de
dioxyde de carbone. (pas au programme)
-
Ils peuvent également faire des réactions de réductions, en aldéhydes ou en alcools.
-
Il n’y a pas de réactions d’additions sur le carbone comme pour les aldéhydes ou les cétones.
3-
Réaction de réduction
Les acides constituent le stade finale d’oxydation des alcools : la transformation inverse est possible mais difficile.
a.
Réduction en aldéhyde
On utilise l’acide méthanoïque (formique) comme réducteur (son oxydant conjugué étant le dioxyde de carbone)
On opère à 300°C et avec la thorine (ThO2) par exemple, comme catalyseur
Equation-bilan :
b.
Réduction en alcool primaire
On peut utiliser un réducteur courant l’hydrure de lithium et d’aluminium LiAlH 4 .
On peut également utiliser du dihydrogène sous une pression de 200 bars, à 300°C et en présence de chromite de cuivre
comme catalyseur.
Equation-bilan :
II-
Présentation et propriétés des esters
1-
Nomenclature
Les esters sont très répandus dans les substances naturelles, leur formule générale est R-COO-R’.
Ils se nomment en ajoutant le suffixe –oate à la chaîne principale R qui contient le carbone de la fonction ester et ensuite de lui
ajouter le nom de la chaîne R’ sous forme alkyle :
Exemple : propanoate de butyle
1
Classe de BTS AB2
Chapitre 9 : Les acides carboxyliques et leurs dérivés
2-
Formation à partir des acides (réaction d’estérification)
La réaction de formation des esters à partir des acides est la réaction d’estérification, dans laquelle on fait réagir l’alcool sur
l’acide.
Equation-bilan :
Cette réaction a lieu à 150°C, e effet, c’est une réaction lente et on chauffe donc pour accélérer la cinétique de la réaction (et
non la thermodynamique car cette réaction est athermique H = 0, et donc l’élévation de température n’a aucun effet sur cette
réaction.)
Cette réaction a lieu également en présence d’un catalyseur acide : l’acide sulfurique le plus souvent.
Cette réaction est limitée avec un acide, le taux d’avancement est de 66%, càd qu’à partir d’une mole d’acide et d’une mole
d’alcool, on obtient un état d’équilibre comportant 0,66 mole d’ester, 0,66 mole d’eau, 0,33 mole d’acide et 0,33 mole d’alcool.
Remarque : Cet équilibre peut être déplacé en éliminant l’eau formé au fur et à mesure (avec un appareil de Dean-Starck) ou
en distillant l’ester formé au fur et à mesure.
On peut également remplacer l’acide par un de ses dérivés, tels que le chlorure d’acide ou l’anhydride d’acide, avec lesquels la
réaction avec l’alcool est totale.
3-
Hydrolyse des esters
Il s’agit de la réaction inverse, qui forme un acide et un alcool à partir de l’eau et de l’ester.
Equation-bilan :
Remarque : Pour augmenter le rendement, on opère souvent en présence d’excès d’eau et pour accroître la vitesse, on utilise
des catalyseurs acides.
Pour rendre complète l’hydrolyse d’un ester, on fait agir une base, telle que la soude ou la potasse sur celui-ci.
Equation-bilan :
Il s’agit d’une réaction de saponification. Elle est rapide car les ions hydroxydes catalysent la réaction. Le nom de la réaction
provient du fait que lorsqu’on traite ainsi les corps gras (qui sont des mélanges d’esters), tels que le beurre, l’huile ou les
graisses, on obtient des savons.
4-
Réaction avec l’ammoniac
L’action de l’ammoniac sur les esters, à température ordinaire, permet d’obtenir une fonction amide : R-CONH2
Equation-bilan :
Cette réaction peut avoir lieu également entre la fonction acide et la fonction amine d’une même molécule, un acide aminé par
exemple. La réaction conduit alors à une chaîne plus ou moins longue linéaire ou cyclique, càd un peptide ou une protéine. Le
groupement caractéristique de ces enchaînements –CO-NH- est appelé liaison peptidique.
5-
Réduction
La réduction d’une fonction ester fournit une fonction alcool : elle peut être réaliser par l’hydrure de lithium et d’aluminium.
Equation-bilan :
III-
Présentation et propriétés des chlorures d’acide (ou d’acyle)
1-
Nomenclature
La formule générale des chlorures d’acide est R-COCl :
On les appelle donc « chlorure de » et on écrit le nom du groupement alkoyle R-CO.
Exemple : chlorure de propanoyle :
2
Classe de BTS AB2
Chapitre 9 : Les acides carboxyliques et leurs dérivés
2-
Formation à partir de l’acide
On utilise souvent le pentachlorure de phosphore à froid.
Equation-bilan :
On peut également utiliser le chlorure de thionyle à chaud.
Equation-bilan :
Remarque : Il existe d’autres agents chlorurants moins utilisés tels que le trichlorure de phosphore PCl 3 à chaud.
3-
Réaction avec les alcools ou les phénols.
On obtient des esters.
Equation-bilan :
4-
Hydrolyse
L’action de l’eau fournit des acides.
Equation-bilan :
5-
Réaction avec l’ammoniac
L’action de l’ammoniac conduit aux amides également, comme pour les esters.
Equation-bilan :
IV-
Présentation et propriétés des anhydrides d’acides (assez similaires à celles des chlorures d’acides)
1-
Nomenclature
La formule générale des chlorures d’acide est R-CO-O-CO-R. On peut les considérer comme résultant de la perte d’eau entre
deux molécules d’acides.
On les désigne en faisant suivre le mot anhydride du nom de l’acide dont ils dérivent.
Exemple : Anhydride acétique (éthanoïque)
2-
Formation
a.
A partir de l’acide
On obtient l’anhydride d’acide par déshydratation de l’acide correspondant, en utilisant un agent déshydratant tels que P 2O5 par
exemple.
Equation-bilan :
b.
A partir du chlorure d’acide
On prépare des anhydrides symétriques ou dissymétriques par action d’un sel de sodium sur un chlorure d’acide.
3
Classe de BTS AB2
Chapitre 9 : Les acides carboxyliques et leurs dérivés
Equation-bilan :
3-
Réaction avec un alcool
On obtient des esters avec un très bon rendement par réaction d’un anhydride d’acide sur un alcool.
Equation-bilan :
4-
Hydrolyse
L’action de l’eau fournit des acides.
Equation-bilan :
5-
Réaction avec l’ammoniac
L’action de l’ammoniac conduit aux amides également, comme pour les esters et les chlorures d’acides.
Equation-bilan :
4