2F-LES ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES I-LES ACIDES CARBOXYLIQUES Les acides carboxyliques R-CO2H sont caractérisés par le groupe fonctionnel R C OH R= H, alkyle ou aryle. C OH O O 1°) Nomenclature La terminaison -e de l’hydrocarbure parent devient –oïque précédé de acide. Sur un cycle on utilise le suffixe carboxylique alors que sur le noyau benzénique on parle d’acide benzoïque ou benzènecarboxylique. CH3CH2COOH: acide propanoïque ; X OH acide (2R,3R)-diméthylpentanoïque O COOH (acide (αR,βR)-diméthylvalérique) acide 1-halogéno-3-nitrocyclopentanecarboxylique NO2 OH acide 2-hydroxybenzoïque ou CO2H acide o-hydroxybenzoïque (ou acide salicylique) COOH acide 4-propylhex-5-ènoïque H COOH C HOOC Acide trans-but-2-ènedioïque (acide fumarique) C H HOOC-COOH acide éthanedioïque (acide oxalique). Remarques: • noms courants comme acide formique, acide acétique, acide butyrique, acide valérique et acide caproïque (pour des acides de 1 à 6 atomes de carbone). • les sels adoptent la terminaison –oate à la place de –oïque de l’acide, plus le nom du cation : CH3CO2Na, éthanoate de sodium. 77 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI • groupe prioritaire, il intervient dans le suffixe de l’hydrure fondamental (précédé si nécéssaire de –én ou –yn). Les autres sont cités en préfixe avec leurs positions. COOH acide 4-( N,N-diméthylamino )cyclohex-3-ènecarboxylique Me2N OH acide 2-hydroxypropanoïque ( ou acide lactique ) O OH 2°) Accès Ils sont issus de processus biochimiques en milieu oxydant, les acides carboxyliques sont répandus dans la nature. Citons quelques pistes de synthèse industrielle (ou de laboratoire) : • oxydation des alcools I, des aldéhydes, des alkylbenzènes, des alcènes, des alcynes et des cétones : R O HO R R''COOO R' R''CO3H R' R-CO2R' + HOCO-R'' (Baeyer-Villiger) • carbonatation d’organométalliques, décarboxylation de diacides, réactions de Cannizzaro et de Arndt-Eistert. • comme autres réactions : réaction de Kolbe, réaction haloforme, hydrolyse des dérivés d’acide et pyrolyse des esters : O H R OH R' R O O + R' CH CH2 (Tchugaev) 3°) Caractéristiques physiques Ils sont liquides ou solides avec des Teb élevées (liaisons H plus fortes qu’avec les alcools). La solubilité dans l’eau de RCOOH diminue quand R augmente. acidité O O H H R + R O R O O pKa = 4 à 5 O Les substituants électroattracteurs sur R exaltent l’acidité .Cette propriété est utilisée dans la séparation de RCO2H par la solution aqueuse de NaHCO3 subissant l’acidification par HCl et le test chimique (solubilisation). 78 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI basicité OH OH R OH R + H R OH O (protonation difficile) OH caractéristiques spectrales • En IR : 2500-3300 cm-1 (O-H) et 1710-1720 cm-1 (C=O) • En RMN : O-H fortement déblindé (δ=10−13ppm) ; H-CCOOH (δ autour de 3,5ppm) • En SM : ArCOOH . M ArCO Ar H 124,1° ° 1,202 A 1,097 A° C 111,0° O 124,9° 1,343A ° 106,3° O ° 0,972 A H Purs, les acides carboxyliques sont sous forme de dimères : δ H δ O O R R O 4°) Réactivité: R CH2 δ H δ O δ δ O basicité (doublets libres) O H acidité • acidité RCO2H+OH RCO2 avec R,lipophile et CO2,hydrophile (savons,analogues des détergents RSO4Na) • nucléophilie RCOO vis à vis de R'X, R'COX et CH2 • • • • N N RCOOR', RCOOCOR' et RCOOCH3 +N2 accès aux dérivés d’acide (substitution par A-E) réduction par AlLiH4 en alcool I α−halogénation avec Br2,P ou NBS (Hell-Volhard-Zelinsky) Décarboxylation 79 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI a) β-cétoacides, β-diacides : O H O R b) O O R R -CO2 O H R-COOAg RBr + AgBr + CO2 (Hunsdiecker) Br2,CCl4 c) 2 R-COO R-R + 2 CO2 (électrolyse de Kolbe) II-LES DERIVES DES ACIDES CARBOXYLIQUES O R et C N R Y Y= X (halogénure d’acyle), OCOR’(anhydride), OR’(ester), NR’R’’(amide) et nitrile. Ces fonctions dérivées régénèrent RCOOH par hydrolyse, ont des H en α labiles et sont siège de substitution par A-E exceptés les nitriles. Si Y= N3 et NH-NH2 on a respectivement les azotures d’acyle et hydrazides. 1) acidité/basicité Y R Y R O B -BH H Y R H + Nu -Y Nu R O O O H H Y R H Y R OH H R OH Y OH Le pKa dépend de Y comme le montre le tableau suivant : Y Cl pKa 16 CH3 CH3O NMe2 20 25 30 80 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI 2) nomenclature substituant Y nomenclature IUPAC X halogénure d’alcanoyle anhydride + nom de l’acide (ou des acides par ordre alphabétique) OCOR’ alkoxycarbonyle OR’ alcanoate d’alkyle NR’R’’ alcanamide Les nitriles R-CN sont des alcanenitriles ; sur un cycle des cycloalcanecarbonitriles ; dans les noms courants la terminaison –ique de l’acide devient –nitrile. Comme substituant, CN est appelé cyano. R-CN porte aussi le nom de cyanure d’alkyle. Remarques: • les halogénures des acides cycloalcanecarboxyliques sont des halogénures de cycloalcanecarbonyle • l’ester cyclique (lactone) est une oxacycloalcan-2-one • l’amide cyclique (lactame) est une azacycloalcan-2-one. La fonction amide sur un cycle s’exprime en remplaçant la terminaison –carboxylique de l’acide par la terminaison -carboxamide 3) réactivité Elle suit le caractère meilleur sortant de Y et en meilleure interaction avec CO. L’ordre de réactivité par SN et A-E (inverse de l’ordre de stabilité) est : RCOX > RCOOCOR' > RCOOR' > RCONR'R'' > RCOO les halogénures d’acide : les réactifs nucléophiles variés (OH-, H2O, ROH, NH3) conduisent aux acides et dérivés d’acides. Les organométalliques (R-) et LiAlH4 (H-) permettent d’accéder aux cétones, aux aldéhydes (si LiAlH4 est remplacé par LiAlO-tBu3H ou H2/Pd) et aux alcools. En présence de cycle benzénique, les SE sont envisageables. Par transposition de Wolff, on peut accéder, via un cétène, à un acide à un carbone de plus (Arndt-Eistert) : R-CO-Cl CH2N2 -HCl R CO CH N N -N2 R-CH=C=O H-OH RCH2COOH 81 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI les anhydrides : mêmes réactions, l’ion carboxylate étant le groupe partant. Par ouverture du cycle, les anhydrides cycliques conduisent à des dérivés d’acides dicarboxyliques : O O OMe MeOH, t° O HO O O les esters : très répandus dans la nature (végétaux, animaux), en milieu acide ou basique ils sont hydrolysés, transestérifiés : R-CO-OEt + H MeOH R-CO-OMe + EtOH ou OMe Les amines et organomagnésiens les transforment en amides et en alcools. Ils sont réduits en alcools (ou aldéhydes) par LiAlH4 (ou iBu2AlH, DIBAL). L’acidité des H en α intervient en milieu basique dans la réaction de Claisen et la condensation malonique : MeO MeCOOMe MeO O Me O R2 COOEt O + R1 EtO COOEt O R2 OMe -OMe COOEt 1) H2O,H COOEt 2) -CO2 MeOCO-CH2-CO-Me R2 =CH-COOH R1 R1 Remarques: • Claisen intramoléculaire conduit à une cyclisation (réaction de Dieckman) EtO O O COOEt COOEt 1) EtONa,EtOH 2) H2O,H • les cétones étant plus acides que les esters, elles peuvent participer à la réaction de Claisen. 82 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI O les amides : constituent les liaisons peptidiques des protéines R NR'R'' H Me N Me NH PCl5 Me NH H OH O NH3 Me Cl NH H Me NH2 NH2 NH2 amidine imido-acide La stabilité de l’acide conjugué de l’amidine traduit son caractère de base forte. L’hydrolyse a lieu en milieu acide ou basique à chaud. La réduction par LiAlH4 (ou le DIBAL) conduit à une amine (ou un aldéhyde). En milieu basique, le réarrangement de Hofmann donne une amine. Les amides non substitués ou monosubstitués ont des réactions analogues aux aminesI et II en présence NaNO2,HCl. Les imides R-CO-NH-CO-R’ et les acides hydroxamiques R-CO-NH-OH sont des dérivés des amides. les nitriles : sont hydrolysés en milieu acide ou basique en acides carboxyliques alors que les organomagnésiens les transforment en cétones (après hydrolyse). La réduction par LiAlH4 (ou H2/Ni,t°) et le DIBAL conduit respectivement aux amines et aux aldéhydes. En milieu basique, une alkylation est possible : R CH2 C N 1) Base R CHR' C N 2) R'-X 4) accès Les interconversions relient les acides et dérivés. N R O OH X OR' R R R O O O R C N 83 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI R OH (ou PX3 ou PX5) O RCOOH + XCOR' • -HX X O RCOOCOR' (ou par déshydratation d'acides) estérification avec de préférence à la place de l’acide, l’anhydride ou l’halogénure. Par transestérification : RCOOR' + R''OH • R SOX2 H , t° RCOOR'' + R'OH aminolyse des halogénures d’acide ou des esters Remarques: • RCOOH + NH 3 RCOO NH4 O O t° -H2O RCONH2 O O NH3 NH2 COOH O anhydride phtalique t° - H2O NH O phtalimide acide phtalique par déshydratation de RCONH2 en présence de P2O5 ou : ArN2 + CuCN ArCN RX RCN + NaCN 5) diagnose et spectroscopie • diagnose RCOOH: solution aqueuse tourne au bleu le papier tournesol ; solubles dans une solution aqueuse de NaOH et de NaHCO3 (avec dégagement de CO2) RCOX: solution aqueuse de AgNO3 donne un précipité de AgX RCOOCOR’: soluble à chaud dans la solution aqueuse de NaOH RCOOR’ et RCONR’R’’: à chaud, dans la solution aqueuse de NaOH on obtient respectivement RCOO- + R’OH et RCOO- + RNH2 ou NH3 RCONH2: insoluble dans HCl dilué à la différence de RNH2 84 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI • spectroscopies : type CH3COCl CH3COOCOCH3 CH3COOCH3 CH3CONH2 CH3CN IR cm-1 1822 1748 et 1815 1736 1690 2210-2260 UV nm 235 225 207 214 vers 200 En SM les dérivés d’acide carboxylique fournissent l’ion acylium RC O (O=C=NRR' pour les amides) En 1H-RMN le déplacement chimique (δ) est un puissant argument analytique permettant de différencier CH3COOEt et EtCOOCH3. H-C-COY et H-C-CN sont vers 3,5 ppm. 6) dans la nature et l’industrie L’organisme humain est le siège de transferts d’acyle en permanence : biosynthèse des protéines, graisses, précurseurs des stéroïdes et dégradation de nutriments au niveau cellulaire. Ainsi, en l’absence d’acétylcholine (équivalent biologique des chlorures d’acide), la transmission nerveuse n’est pas assurée: arrêt de toute activité musculaire. O CH3 C N(CH3)3 O On les rencontre dans les phéromones, les fruits, l’urée, les cires… 85 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI Dans l’industrie pharmaceutique (aspirine, ibuprofène, antibiotiques, vitamine C,…), le textile (nylons, polyesters, polyuréthanes,…), l’agrochimie (fertilisants, insecticides), la cosmétique (savons), les agents de synthèse, les conservateurs et rehausseurs de goût. O O OH O O O Acétate de (Z)-dodéc-7-ényle (phéromone) acétate d'isopentyle (goût de banane) acide 2-[4-(2-méthylpropyl)-phényl] propanoïque ( Advil ) OCONHCH3 COOR CH2 CHOCOR' CH2 COOR'' -[NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-] polyamide (nylon-6,6) N-méthylcarbamate de napht-1-yle (Sévin, insecticide) Triglycéride 86 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI EXERCICES 2F-LES ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES 2F1-Attribuer un nom aux structures suivantes : O2N O (CH3)2CHCH2CH2COOH ; C ; OH (A) COOH (B) OMe (C) CO2H OH et O O (D) (E) 2F2-Quelle est la structure de : (A) acide (Z)-3-formyl-3-(p-méthoxyphényl)propénoïque ? (B) acide 2-amino-5-hydroxypent-3-ynoïque ? (C) acide 4-N,N-diéthylaminocyclohex-2-ènecarboxylique ? (D) acide (E)-butènedioïque ou acide fumarique ? 2F3-Classer par ordre croissant d’acidité: 1) les acides o-,m- et p-fluorobenzoïques 2) l’acide cyclohexanecarboxylique et les acides 1-chloro, 2-chloro et 4-chlorocyclohexanecarboxyliques 3) l’acide benzoïque et les acides p-nitro et p-aminobenzoïques. 2F4-Identifier (X)= C8H8O2 sachant que: 1) en IR un large pic intense vers 3000cm-1 , un autre vers 1700cm-1et enfin une absorption autour de 1600cm-1 2) en 1H-RMN :11ppm(s,1H) ;7,2ppm(m,5H) et 2,1ppm(s,2H) 3) insoluble dans l’eau et soluble dans NaHCO3 aqueux 4) son oxydation par KMnO4 à chaud donne après acidification C7H6O2. 2F5-Comment (avec quels réactifs), peut-on transformer: 1) acide 3-oxobutanoïque en acide 3-hydroxybutanoïque ? 2) acide pent-3-énoïque en acide pentanoïque ? 3) acide pent-3-énoïque en pent-3-én-1-ol ? 4) acide 3-oxopentanoïque en 3-oxopentanal ? 87 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI 2F6-Faire les réactions suivantes en identifiant les produits de A à D: COOH Br2, P NaOH,t° A B majoritaire + B' SOCl2 D LiAlH(OtBu)3 (ou H2/Pd) Comment rendre B' majoritaire ? C 2F7-Comment faire les synthèses suivantes: 1) PhCHOHCOOH à partir de l’acide phényléthanoïque ? 2) PhCHNH2COOH à partir de l’acide phényléthanoïque ? 3) l’acide 2-amino-2-phényléthanoïque à partir du phényléthanal ou de l’acide 3-phénylpropanoïque ? 4) l’acide 3-phénylpropanoïque à partir du toluène ? 5) l’acide pentanoïque et l’acide 2-méthylbutanoïque à partir du but-1-ène ? 2F8-On attaque l’acide 3-phénylbutanoïque par du dibrome dans des conditions différentes. Quels sont les produits formés: 1) avec Br2,FeBr3 ? 2) avec Br2,ROOR ? 3) avec Br2,P ? 2F9-Identifier C5H8O4 sachant que son spectre 1H-RMN se présente de la façon suivante : 12,8ppm (s,1H) et 1,3ppm(s,3H). Quel isomère biacide carboxylique ne présente que 3pics en RMN du proton ? 2F10-Attribuer un nom à O C O O C HCOOCOCH3 F X (c) (b) (a) COOMe CO2H CN (d) Et2N Me2N (f) (e) 2F11-Donner la structure de: (a) cyanoacétate de méthyle ; (b) 5-méthyloxacyclopentan-2-one (c) N,N-diméthylcyclopentanecarboxamide. 88 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI 2F12-La benzocaïne et la procaïne sont des anesthésiques locaux obtenus à partir du p-nitrotoluène. Identifier les ainsi que les intermédiaires de synthèse (A, B, C, D, A’,B’,et C’) d’après les suites réactionnelles ci-dessous : p-nitrotoluène Fe,HCl KMnO4,t° A' A CH3COCl HO B KMnO4,t° Cl, H B' C H,H2O Fe,HCl C' D EtOH,H Et2NH benzocaïne procaïne. 2F13-A chaud l’ester (R,S) CH3CO2CHΦCHMe-Et conduit à l’acide acétique et un alcène. Quel alcène obtient-on ? 2F14-Quels produits sont formés à partir du propanoate de méthyle dans les conditions suivantes :1) à chaud en présence de EtONa ? 2) avec une solution aqueuse de NaOH ? 2F15-Identifier les produits de A à D de la suite réactionnelle : 1) MeMgX 1) O3 H2SO4,t° cyclopentanone A B 2) Zn 2) H,H2O C OH D 2F16-Comment préparer du 2,2-diméthylpropanenitrile à partir de l’acide 2,2-diméthylpropanoïque ? C N ? Me C-X Que se passerait-il en essayant 3 89 Pr Amidou DOUCOURE: FAST-Université de Bamako. MALI & Dr Bakary KEÏTA: DER P/C-E.N.Sup. Bamako MALI