#carboxylate

The Scientific research Notes Of S. Sunkavally (years: 2002-2011).

L’acide carboxylique joue un rôle très important en chimie organique. Le groupe carboxyle cumule, sur le même atome de carbone, une fonction carbonyle (-C=O) et une fonction hydroxyle (-OH). On représente souvent l’acide carboxylique la formule R-COOH.

L’acide carboxylique est un acide faible. Sa base conjuguée est l’ion carboxylate R-COO-.

Pour obtenir le nom d’un acide carboxylique, on ajoute le suffixe -oïque au nom de l’hydrocarbure qui constitue l’ossature de sa chaîne carbonée. Exemples :

HCOOH : acide méthanoïque, aussi appelé acide formique (utilisé dans l’industrie textile, comme insecticide et dans l’industrie alimentaire sous l’appellation E236)

CH3-COOH : acide éthanoïque, aussi appelé acide acétique (composant principal du vinaigre) 

CH3CH2-COOH : acide propanoïque, aussi appelé acide propionique (utilisé comme solvant après estérification)

CH2=CH-COOH : acide propénoïque, aussi appelé acide acrylique (les acrylates, esters de l’acide acrylique, servent de base à des matières plastiques et sont utilisés comme composants des peintures)

C6H5-COOH : acide benzoïque

HOOC-CH=CH-COOH : aide trans-butènedioïque, aussi appelé acide fumarique

CH3(CH2)16-COOH : acide octodécanoïque, aussi appelé acide stéarique (bougie, savon, émulsifiant sous l’appellation E570)

CH3(CH2)18-COOH : acide eicosanoïque, aussi appelé acide arachidique (présent dans l’arachide et dans les huiles de poisson)

HO-C6H4-COOH : acide hydroxybenzoïque, aussi appelé acide salicylique (composant de l’aspirine)

Un acide porteur de deux groupes carboxyles est un acide dioïque, comme l’acide butanedioïque HOOC-CH2-CH2-COOH (acide succinique) ou l’acide phtalique C6H4(COOH)2 (acide benzène 1,2-dicarboxylique).

Le nom de l’ion carboxylate correspondant est obtenu en remplaçant le suffixe -oïque par le suffixe -oate. Par exemple,  l’ion HCOO- est l’ion méthanoate. Idem pour les sels ou les esters. Le CH3-COO-Na+ est l’acétate de sodium (éthanoate de sodium selon la dénomination officielle).

Le nom de l’ion carboxylate correspondant est obtenu en remplaçant le suffixe -oïque par le suffixe -oate. Par exemple,  l’ion HCOO- est l’ion méthanoate. Idem pour les sels ou les esters. Le CH3-COO-Na+ est l’acétate de sodium (éthanoate de sodium selon la dénomination officielle).

Le nom des esters est formé de la même façon. Par exemple, le HCOO-CH3 est le formiate de méthyle, l’ester de méthyle de l’acide formique. Le CH3CH2-COO-CH3 est le propanoate de méthyle, un arome utilisé dans l’industrie agroalimentaire. Le H3COOC-CH=CH-COOCH3 est le fumarate de diméthyle (DMF), un di-ester de méthyle de l’acide fumarique. C’est un produit utilisé contre le psoriasis. Les phtalates C6H4(COOR)2 sont les esters de l’acide phtalique. Ils sont utilisés très largement comme plastifiant ou comme additif dans la fabrication de plastiques. Leurs effets potentiellement nocifs ont poussé récemment à réduire leur utilisation dans l’industrie chimique.

L’acide carboxylique est en général corrosif. Il est polaire et donc soluble dans l’eau à des degrés divers (en fonction de la longueur de sa chaîne carbonée). Sa double fonction carbonyle et hydroxyle en fait un donneur et un accepteur de liaison hydrogène.

Pour avoir plus de détails sur les propriétés réactives de l’acide carboxylique et de ces dérivés, on se reportera au post sur les propriétés des hydrocarbures et aux posts sur les alcools et les esters.

Production de l’acide carboxylique

Il existe différents procédés de production. L’acide acétique s’obtient traditionnellement par fermentation d’un alcool. De façon industrielle, on le produit par oxydation d’un alcène, la liaison double se transformant en liaison simple, ou d’un aldéhyde (obtenu lui-même par oxydation d’un alcool). On peut également procéder par hydrolyse de ses dérivés (en particulier ester).

Acide hydroxylé

Les acides hydroxylés sont des acides carboxyliques porteurs d’un ou plusieurs groupes hydroxyles. Les acides alpha-hydroxylés (AHA) sont présents dans de nombreux produits naturels :

l'acide glycolique CH2(OH)-COOH (hydroxyacétique) est présent dans la canne à sucre et le raisin,

l'acide lactique CH3-CH(OH)-COOH (hydroxypropanoïque) est présent dans le lait,

l'acide tartrique HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH est présent dans le vin,

l'acide malique HOOC-CH2-CH(OH)-COOH (hydroxybutanedioïque) est présent dans la pomme,

l'acide citrique HOOC-CH2-(COOH)C(OH)-CH2-COOH (carboxy hydroxypentanedioique), un acide tricarboxylique, est présent dans le citron.

Cétoacide

Un cétoacide est un acide carboxylique porteur d’un groupe carbonyle. Exemple :

acide oxoacétique HC(=O)-COOH (aussi appelé acide glyoxylique),

acide 3-oxopentanoïque H3C-CH2-C(=O)-CH2-COOH.

Peracide

Un peracide, ou acide peroxycarboxylique, est un composé organique acide de formule générique R-C(=O)-O-OH. L’acide peroxyacétique CH3-C(=O)-O-OH est un peracide. Il est obtenu en faisant agir du peroxyde d’hydrogène sur l’acide acétique CH3-C(=O)OH :

L’ester de nitrate de l’acide peroxyacétique est le peroxyacétyl nitrate, de formule CH3-C(=O)-OO-NO2, plus connu sous le nom de PAN, un polluant photochimique responsable de difficultés respiratoires. 

Acide aminé

Les acides aminés sont des acides carboxylés porteurs d’un groupe amine.

La glycine (NH2)H2C-COOH (acide aminoéthanoïque) et l’alanine (CH3)(NH2)HC-COOH (acide aminopropanoïque) sont des acides aminés très répandus. L'alanine est produit à partir de l'acide pyruvique H3C-C(=O)-COOH (un cétoacide) par des voies métaboliques. 

L’acide 2-amino-pentanedioïque HOOC-CH(NH2)-(CH2)2-COOH est un acide aminé protéinogène plus connu sous le nom d’acide glutamique.

La méthionine H3C-S-(CH2)2-(CHNH2)-COOH est un acide aminé protéinogène essentiel (qui ne peut pas être synthétisé par l’organisme). C’est un acide 2-amino-4-méthylsulfanylbutanoïque : un groupe amine sur le carbone 2 et un groupe méthylsulfanyl -S-CH3 sur le carbone 4 (donc en bout de chaîne).

 Les acides aminés protéinogènes sont les molécules constitutives des protéines. Il en existe 22, dont 9 sont essentiels.

Chlorure d’acyle

Les chlorures d’acyle font partie de la famille des halogénures d’acyle. Leur nom est obtenu en remplaçant le suffixe -oïque par le suffixe -oyle. Par exemple l’acide benzoïque donne le chlorure de benzoyle C6H5-COCl. On produit les chlorures d’acyle en faisant réagir un chlorure (SOCl2, PCl3…) sur un acide carboxylique :

On peut également faire réagir du chlorure d’hydrogène avec un anhydride d’acide. Les chlorures d’acyles sont très réactifs. Ils sont utilisés pour la synthèse des esters et des amides mais également dans les réactions d’acylation (voir le post sur les propriétés des hydrocarbures).

Esters

La condensation d’un acide carboxylique et d’un alcool donne un ester (voir le post sur les esters) :

On peut également obtenir un ester en faisant agir un alcool sur un anhydride alcanoïque ou sur un chlorure d’acyle :

Ces deux modes de production sont préférés au précédent du fait de leur efficacité.

Anhydride alcanoïque

On obtient un anhydride alcanoïque par déshydratation d’un (ou plusieurs) acides(s) carboxylique(s).

Nitrile

Le groupe nitrile est en fait constitué par un atome d’azote relié à un atome de carbone d’une molécule organique par une liaison triple.

Amide

Un amide est un dérivé d’un acide carboxylique dont la fonction hydroxyle est remplacée par un groupe amine. Leur formule générique est R1-(C=O)-NR2R3. Le formamide a pour formule HC(=O)NH2 et l’acétamide CH3-C(=O)NH2. 

On obtient les amides en faisant agir une amine sur un chlorure d’acyle ou sur un anhydride alcanoïque. Ainsi par exemple :

Les amides jouent un rôle important dans l’industrie ainsi que dans la chimie du vivant. Outre leur propriétés réactives, les amides servent de base à la production du polyamide, un polymère dont la maille de base comporte une fonction amide. Le nylon est un exemple emblématique du polyamide.

Dans la chimie du vivant, les amides permettent la liaison peptidique par réaction entre la fonction carboxyle -COOH d’un acide carboxylique et la fonction amine -NH2 d’une autre molécule organique :

Pour en savoir plus :

post d’introduction à la chimie

post sur le carbone

post sur les propriétés des hydrocarbures

post sur les acides et les bases

post sur les alcools

post sur les esters

glossaire de chimie organique

post sur les règles de nommage des molécules organiques

glossaire de chimie générale

Quelques règles de nommage des molécules organiques :

Règle numéro 1 : identifier l’hydrocarbure constituant la chaîne carbonée la plus longue.

Rège numéro 2 : identifier les chaînes secondaires (ramifications).

Règle numéro 3 : identifier le groupe fonctionnel prioritaire.

Le nom d’un chaîne est construit sur la base d’un radical suivi d’un suffixe ou précédé d’un préfixe caractérisant sa fonction. Le radical est déterminé par le nombre d’atomes de carbone de la chaîne.

Hydrocarbures

Les suffixes utilisés sont indiqués dans le tableau qui suit.

Dans le cas d’un hydrocarbure cyclique aliphatique on fait précéder le nom par le préfixe cyclo-. (bicyclo- s’il y a deux cycles).

Hydrocarbures insaturés :

On indique la position de la ou des liaison(s) double(s) entre le radical et le suffixe ou en préfixe du nom.

Hydrocarbure ramifié

On fait précéder le nom de l’alcane constituant la chaîne la plus longue par le nom de la ou des ramification(s), précédé le cas échéant par l’index de l’atome de carbone qui le(s) porte(nt). Le cas échéant, on fait précéder le nom de la chaîne ramifiée par le préfixe di- ou tri-.  

Dans le cas du benzène, on indique la position de la ou des chaîne(s) ramifiée(s) sur le cycle.

Dérivés halogénés

Les dérivés halogénés sont toujours nommés du nom de l’hydrocarbure précédé du préfixe « halogéno- » correspondant. 

Alcool et thiol

On ajoute le suffixe -ol (ou -diol dans le cas d’un dialcool) au nom de l’hydrocarbure correspondant. On utilise le suffixe -olate pour identifier sa base conjuguée.

Lorsque la fonction alcool n’est pas prioritaire, on parle de composé hydroxylé et on l’identifie avec le préfixe hydroxy-.

Les thiols suivent la même règle que les alcools (suffixe -thiol).

Aldéhyde et cétone

Un aldéhyde est identifié par le suffixe -al. et une cétone par le suffixe -one (-dione s’il y a deux groupes carbonyles).

Lorsque la fonction cétone n’est pas prioritaire, on l’identifie avec le préfixe oxo-.

Acide carboxylique 

On ajoute le suffixe -oïque (ou -dioïque dans le cas d’un diacide) au nom de l’hydrocarbure correspondant. Lorsque le groupe carboxyle est considéré comme secondaire, on utilisera le préfixe carboxy-.

Les acides carboxyliques peuvent porter d’autres fonctions (hydroxyle, cétone, amine…). La position des atomes de carbone portant les fonctions secondaires est comptée à partir de l’atome qui porte le groupe carboxyle en bout de chaîne.

Acide sulfonique

On ajoute l’adjectif sulfonique  la suite du nom de l’hydrocarbure ou le préfixe sulfo- si la fonction est secondaire.

Composés azotés

Amine, amide

On utilise le suffixe -amine lorsque le groupe amine constitue le groupe fonctionnel prioritaire. Dans le cas contraire, on utilise le préfixe -amino. Une groupe amide est toujours considéré comme prioritaire (suffixe -amide).

Lorsque le groupe amide est lui-même porteur d’un alkyl, on fait précéder le nom de N- ou de N,N-.

Imine et nitrile

On utilise de préférence le suffixe -nitrile. Lorsque la fonction nitrile est prioritaire. On peut utiliser le préfixe cyano- dans tous les cas. 

Nitrate et groupe nitro

On donne indifféremment aux esters nitriques le nom de nitrate ou de nitrooxy-. Un groupe nitro est toujours considéré comme secondaire.

Ether et thioéther

Le nom de l’éther est obtenu en insérant -oxy- entre les radicaux des hydrocarbures considérés.

Ose

Les oses portent le nom du radical de l’hydrocarbure auquel on accole le suffixe -ose.

Récapitulatif

Pour en savoir plus :

post d’introduction à la chimie 

post sur les acides et les bases

post sur les propriétés des hydrocarbures

post sur les alcools

post sur les esters

post sur l’acide carboxylique

glossaire de chimie organique

post sur la classification périodique des éléments

post sur la richesse de la chimie organique

glossaire de chimie générale