LES ACIDES CARBOXYLIQUES

DEFINITION ET NOMENCLATURE
.         Les acides carboxyliques sont des composés organiques oxygénés dont la molécule présente le groupe fonctionnel –COOH appelé groupe carboxyle.

· Groupement carboxyle.

· Formule générale

où R est :

-un atome d’hydrogène H

-un groupe alkyle : l’acide correspondant est dit saturé.

-une chaîne avec des liaisons multiples : l’acide correspondant est dit insaturé.

-aryle : l’acide correspondant est aromatique.

· Formule générale brute des monoacides carboxyliques saturé est : C_nH_2nO₂.

NB : Les composés présentant plusieurs groupes carboxyles sont des polyacides.

Nomenclature

Monoacides saturés
            Le nom d’un acide carboxylique s’obtient en faisant suivre le mot « acide » du nom de l’hydrocarbure
correspondant à la chaîne principale où le « e » final est remplacé par la terminaison « oïque ».
Exemples  :
CH₃ – CH₂-COOH : acide propanoïque
CH₃ –CH₂ – CH₂-COOH : acide butanoïque

· Pour les acides à chaine ramifié, la chaîne principale est la plus longue contenant le groupe –COOH. Elle est numérotée à partir du carbone fonctionnel qui porte alors l’indice 1. La nature et la position des substituants sont indiquées en respectant l’ordre alphabétique.

Exemple :

Monoacides insaturés

· Pour les dérivés d’alcènes, il faut en plus indiquer la position de la double liaison.

· Pour les acides aromatiques, le nom est obtenu en ajoutant le suffixe « carboxylique » au nom de l’hydrocarbure correspondant, précédé du mot « acide ». L’atome C directement lié au groupe carboxyle porte l’indice 1.

Acide benzène carboxylique

Polyacides

· Pour les diacides saturés, la chaine principale est celle qui contient les deux carbones fonctionnels. Le sens de numérotation est celui qui accorde les plus petits indices aux substituants. Le nom de l’acide s’obtient en remplaçant le « e » final de l’alcane correspondant par la terminaison « edioïque ».

Exemple: HOOC-CH₂-CH₂-COOH:  Acide butanedioique

· Pour les diacides aromatiques, le nom s’obtient en ajoutant le suffixe « dicarboxylique » au nom de l’hydrocarbure correspondant, précédé du mot « acide ».

PROPRIETES CHIMIQUES
Les acides carboxyliques sont des acides faibles.
La réaction d’un acide carboxylique avec l’eau est réversible. La dissociation est donc partielle.

Les dérivés des acides carboxyliques
La formule générale des dérivés des acides carboxyliques est de la forme :

Les chlorures d’acyle ou chlorures d’acide
a) Obtention
-Avec le chlorure de thionyle SOCl₂:

- Avec le pentachlorure de phosphore(PCl5) :

b) Nomenclature
Le nom d’un chlorure d’acyle est obtenu à partir de celui de l’acide carboxylique correspondant en
remplaçant « acide » par « chlorure de » et la terminaison « oïque » par « oyle ».

Les anhydrides d’acide
a) Obtention
            Un anhydride d’acide résulte de l’élimination d’une molécule d’eau entre deux molécules d’acides
carboxyliques. Cette déshydratation se fait par simple chauffage et en présence d’un déshydratant énergétique
comme le décaoxyde de tétraphosphore (P₄O₁₀).

b) Nomenclature
Le nom d’un anhydride d’acide s’obtient en remplaçant dans celui de l’acide, le mot « acide » par le mot « anhydride ».

Les amides
a) Obtention
Ils peuvent s’obtenir :
▪ À partir d’un acide carboxylique et de l’ammoniac
La réaction se déroule en deux étapes et on obtient un amide non substitué.
1ère étape : C’est une simple réaction acide-base qui aboutit à la formation d’un carboxylate d’ammonium.
L’équation-bilan est : R – COOH + NH₃ ⟶ R – COO- + NH₄⁺
2e étape : Déshydratation du carboxylate d’ammonium par chauffage :

▪ A partir d’un chlorure d’acyle et de l’ammoniac
La réaction est rapide, totale et se déroule en une seule étape.
Les équations – bilans s’écrivent :
R – COCl + NH₃⟶ R – CO – NH₂ + HCl
Remarque : Avec les amines primaires et secondaires, on obtient des amides secondaires et tertiaires
respectivement.

b) Nomenclature
Le nom d’un amide s’obtient en remplaçant le « e » final du nom de l’hydrocarbure correspondant par
« amide » et précédé de la lettre N avant le nom de chaque substituant de l’atome d’azote.
Exemples :
Les esters
a) Les réactions d’estérification
▪ Estérification directe
C’est la réaction entre un acide carboxylique et un alcool.
Cette réaction est lente, athermique, réversible et limitée.
Son équation bilan générale s’écrit :

La réaction inverse de l’estérification directe est appelée hydrolyse d’un ester. Elle possède les mêmes
caractéristiques que l’estérification directe.
▪ Estérification indirecte
C’est la réaction entre un dérivé d’acide (chlorure d’acyle ou anhydride d’acide) et un alcool. Cette réaction
est totale, rapide et exothermique.

b) Nomenclature
Le nom d’un ester s’obtient à partir de celui de l’acide carboxylique correspondant, en :
- supprimant le mot ‘’acide’’
- remplaçant le suffixe ‘’oïque’’ par ‘’oate’’,
- ajoutant la préposition « de » ou « d’ » suivi du nom du groupe alkyle lié à l’atome d’oxygène.
Exemple :

c)Rendement

Tableau récapitulatif

EXERCICES

EXERCICE I :

La composition massique d’un monoacide carboxylique à chaîne saturée comprend 58,8% de carbone et 9,8% d’hydrogène.

1. Donner sa formule brute.

2. La formule brute d’un acide carboxylique A s’écrit : C₄H₈O₂

Déterminer le composé A, sachant qu’il présente une chaine ramifiée.

EXERCICE II :

On considère un acide carboxylique A à chaîne saturée.

1, Soit n le nombre d’atomes de carbone du radical R lié au groupe carbonyle. Ecrire la formule générale de A en fonction de n.

2. Un alcool B a pour formule brute CH₄O. Ecrire la formule semi-développée de B et donner son nom.

3.On estérifie l’acide A par l’alcool B.

Ecrire l’équation de la réaction.

Déterminer la formule réelle et le nom de l’acide A, sachant que la masse molaire de l’ester obtenu est de 88 g.mol^-1.

4. On note C le chlorure d’acyle dérivé de l’acide A

Ecrire la formule semi-développée de C.

Expliquer comment obtenir cette formule à partir de celle de A.

Quelles sont les différences importantes qui existent entre l’action de A sur B, et de celle de C sur B ?

EXERCICE III :

On chauffe un mélange compose de 6 g d’acide éthanoïque et de 6 g d’éthanol. Il se forme de l’eau et un compose B de masse molaire 102 g/mol. Au bout d’un certain temps, on constate que la masse d’acide éthanoïque reste constante. La masse de de A est alors 6,12 g.

1-Ecre l’équation de la réaction en précisant le compose B.

2-De quelle réaction s’agit-il ?

3-Calculer le rendement de cette réaction.

EXERCICE IV :

La vapeur d’un composé A a pour densité par rapport à l’air d=2,07. Ce composé est constitué de 60% de carbone, 13,3% d’hydrogène et 26, 7% d’oxygène.

1. Trouver la formule de A

2. On réalise un mélange de A et d’acide propanoïque auquel on ajoute deux gouttes d’acide sulfurique. La masse du mélange obtenu est de 20g. Il est placé dans une enceinte où règne une température constante de 20°C.

2.1. Ecrire l’équation bilan de la réaction qui a lieu.

Quel est le rôle de l’acide sulfurique ?

Nommer le composé organique obtenu

2.2. Calculer le nombre initial de moles de chaque réactif, sachant qu’à la limite, on a obtenu 10,2 g d’ester et que le rendement de la réaction est de 60%.

EXERCICE V :

Au cours d’une séance de travaux pratiques, ton groupe de travail désire déterminer la formule semi-développée d’un composé D, puis de l’utiliser sous la supervision de leur professeur de physique –chimie pour obtenir les dérivés d’acides carboxyliques. Pour cela, le groupe réalise une série d’expérience :

 Expérience 1 : L’oxydation ménagée d’un alcool primaire A de formule R−CH₂OH et non ramifiée, donne un composé organique B, qui rosit le réactif de Schiff et B à son tour est transformé en un produit D, qui jaunit le bleu de bromothymol. Expérience 2 : Il dissout 0,37 g de D dans un litre d’eau ; on prélève Va = 50 mL de cette solution que l’on dose avec une solution d’hydroxyde de sodium de concentration molaire volumique Cb = 10-2 mol.L ^{- 1} .

L’équivalence acido-basique a lieu quand on a ajouté Vb = 25 mL.

Expérience 3 : On fait agir du pentachlorure de phosphore PCℓ5 sur le composé D, et on obtient un composé organique E. Le composé E réagit avec l’ammoniac pour donner un composé organique F

Tu es choisi par le groupe pour faire la rédaction du compte rendu

Données en g/mol : MC = 12 ; MH = 1 ; MO = 16

1. Donne la fonction chimique et le groupe fonctionnel de B et D

2. 2.1. Écris l’équation-bilan de la réaction acido-basique ;

2.2. Détermine la formule brute du composé D ;

2.3. Donne le nom et la formule semi-développée du composé D ;

2.4. Déduis de ces expériences la formule semi-développée et le nom de A.

 3.

3.1.Écris l’équation-bilan de la réaction :

 3.1.1. Du composé D au composé E ;

3.1.2. Du composé E sur l’ammoniac ;

3.2. Nomme le composé F et précise sa famille chimique

CORRIGES :

EXERCICE I :

La composition massique d’un monoacide carboxylique à chaîne saturée comprend 58,8% de carbone et 9,8% d’hydrogène.

1. Donner sa formule brute générale : C_nH_2nO₂.

%O=(2X16/M) x100 =>M=3200/%O=3200/(100-(58,8+9))==101,91

M=14n +32=101,91 <= >14n=69,91 => n=5

Formule brute :C₅H₁₀O₂

2.

.CH₃-CH(CH₃)-COOH

EXERCICE II :

1,

C_nH_2n+1-COOH

2. CH3-OH

Équation de la réaction. CH₃-OH+ C_nH_2n+1-COOH       ⇌      C_nH_2n+1-COOCH₃ +H₂O

M=14n+60=88  =>n=2

Formule réelle :C₂H₅-COOH (Acide propanoïque).

4. On note C le chlorure d’acyle dérivé de l’acide A

Formule semi-développée de C : C₂H₅-COCl 

On fait agir l’acide avec du chlorure de thionyle (SOCl₂)

C₂H₅-COOH + SOCl₂ → C₂H₅-COCl +SO₂+HCl

-réaction de C sur B Plus rapide, totale et exothermique.

EXERCICE III:

1-C₂H₅OH+ CH₃-COOH        ⇌ CH₃-COO(C₂H₅) + H₂O

Compose B: Ethanoate d’ethyl

2-esteriication

3- M_acid=2x12+4+2x16=60 g/mol, M_est=102 g/mol

EXERCICE IV :

1. Formule de A : CxHyOz

M=29d=29x2,07=60,03g

 =>C₃H₈O

2-

           2.1. Equation bilan de la réaction :

C₃H₇OH+ C₂H₅-COOH        ⇌ C₂H₅-COO(C₃H₇) + H₂O

Rôle de l’acide sulfurique : Catalyseur

Nom du composé organique obtenu :

Propanoate de propyl

2.2. =>

EXERCICE V :

1. Fonction chimique et groupe fonctionnel de B et D

2. 2.1. Équation –bilan de la réaction acido-basique :

2.2. A l'équivalence acido-basique CaVa = CbVBe , la valeur de Ca = 5.10-3mol.L^-1

on pose alors 14n +32 = 74 d’où n = 3

La formule brute est : C₃H₆O₂

2.3. Nom et formule semi-développée de D :

2.4. CH₃CH₂COOH : acide propanoïque

3.1.

3.3. Nom : Propanamide, fonction chimique : Amide