ACIDES CARBOXYLIQUES ET

DERIVES

I-Acides carboxyliques1 DéfinitionLes acides carboxyliques sont caractérisés par le groupe fonctionnel:

Leur formule générale est: (RCOOH ou RCO2H)) avec R= H, alkyle ou aryle.2 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. Ex: CH3CH2COOH: Acide propanoïque; Acide (2R, 3R)-diméthylpentanoïque (ou Acide (aR, bR)-diméthylvalérique)  

Acide 1-halogéno-3-nitrocyclopentanecarboxylique

C

O

OH

C

O

OHR

OH

O COOHX

NO2

Exemples

Nommez:

(A): (B): (C):

(A) = Acide o-hydroxybenzoïque (ou Acide salicylique)

(B)= Acide 4-Ethyl-3,5-diméthylhex-3,5-diènoïque

(C)= Acide trans-but-2-ènedioïque (acide fumarique) Acide (E )- But-2-ènedioïque

OH

CO2H

COOHC C

COOH

HHOOC

H

OH

CO2H

COOH

C CCOOH

HHOOC

H

1

23

45

6

(a)

(b)(a)

(b)

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.- 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.

OH

OH

O

acide 2-hydroxypropanoïque ( ou acide lactique )

Remarque (suite)

La dénomination « carboxylique » peut être aussi employée en série acyclique. La numérotation de la chaine principale, dans ce cas, n’inclut pas le carbone du groupe carboxylique.

Pour plus de deux groupes carboxyliques on utilise les suffixes tri, tétra, penta…carboxylique.

Dans ce cas les carbones du groupe carboxylique ne font parti de la chaîne principale mais le maximum de groupes lui est rattaché même si elle n’est pas la plus longue.

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 COOH Acide 3-méthylbutane-1-carboxylique

(Acide 4-méthylpentanoïque) préférable

2 134

CH CH

CH3

HOOC C

CH2CH2CH3 CH3

COOH

COOH

1

345

2

Acide 3-propylpentane-2,2,4-tricarboxylique

TD

Nommez selon l’UICPA: (1)

(2) (3)

(4)

(5)

(6)

COOH

Me2N

CO

OH

CO2H

O

O

OH

(CH3)2CHCH2CH2COOH

HOOC CH2 CO CH CH2

CH2 CH2 NH2

CHOH CH3

Réponses(1)

(2)

Acide 4-méthylpentanoïque

Acide 4-propylhex-5-ènoïque

(3)

(4)

Acide (E) -7-oxonon-4-énoïque

Acide cyclopentanecarboxylique 

(5)

(6)

4-(2-aminoéthyl)-6-hydroxy--3-oxoheptanoïque

HOOC CH2 CO CH CH2

CH2 CH2 NH2

CHOH CH3

1 2 3 4 5 6 7

1' 2'

CHCH3

CH3

CH2CH2 CO

OH

145 O

OH14

56

17 CO2H

O

94

CO

OH

COOH

Me2N

1

23

4

56

Acide 4-( N,N-diméthylamino )cyclohex-3-ènecarboxylique

3- 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 :   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 :

R

R'O

R''CO3H HO

R''COOO

R

R'R-CO2R' + HOCO-R'' (Baeyer-Villiger)

RO

O

H

R' ROH

O+ R' CH CH2 (Tchugaev)

4-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   

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).- Basicité

  

 

RO

O

HH + R

O

OR

O

O pKa= 4 à 5

ROH

O+ H R

OH

OHR

OH

OH(protonation difficile)

Structure 

Purs, les acides carboxyliques sont sous forme de dimères :

 

124,1°

C O

H

106,3°

124,9°111,0°1,343A

°

°

A0,972

1,097 ° A

H O

° A1,202

RO

O H

R

OH

O

5- Réactivité:

- Acidité  

-Nucléophilie  

-accès aux dérivés d’acide (substitution par A-E)-réduction par AlLiH4 en alcool I- a-halogénation avec Br2,P ou NBS (Hell-Volhard-Zelinsky)- Décarboxylation

O

OCH2

HR

acidité

basicité (doublets libres)

RCO2H + OH RCO2 avec R, lipophile et CO2,hydrophile (savons,analogues des détergents RSO4Na)

N NCH2 RCOOR', RCOOCOR' et RCOOCH3 +N2RCOO vis à vis de R'X, R'COX et

b-cétoacides, b-diacides

a)

R O

O OH

-CO2R

OH

R

O

R-COOAgBr2,CCl4

RBr + AgBr + CO2 (Hunsdiecker)

2 R-COO R-R + 2 CO2 (électrolyse de Kolbe)

b)

c)

II-LES DERIVES DES ACIDES CARBOXYLIQUES1- Définition

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 a 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.acidité/basicité

O

YR et R C N

R

O

YR

Y

O

B-BH

YH

OR + Nu R

NuH

O-Y

H

RY

H

OHR

Y

OH

H

RY

H

OH

2-NomenclatureDérivés des acides carboxyliques

Substituant Structure Nomenclature IUCPAY

CO

ORC

R'

O

XHalogène

Halogénure d'alcanoyleHalogénure d'acyle ( ou d'acide)

CO

YR

OCOR'

CO

XR

anhydride + nom de l'acide(ou des acides par ordre alphabétique)

OR'CO

OR R'

(ester)

(alkoxycarbonyle)alcanoate d'alkyle

NR'R'' CO

NR'R''Ralcanamide

CN R C N alcanenitrile (ou cyanure d'alkyle)CN est appelé cyano

anhydride d'acide

Exemples : Nommez: (A): (B) (C):

(D): ( E): (F):

(G): (H): (I): (J):

(K): (L): (M):

CH3 C Cl

OC6H5 C

O

Cl CH3 C OCH2CH2CHCH3

O CH3

CH3CH2 C

O

OC CH3

CH3

CH3

CH3 C OCH

O

CH2 COCH3Cl

O

CH3 CO

C

O

O

CH3

H2C CO

C

O

O

H2C

HC CO

C

O

O

HC

C

C

O

O

O

CH3 C N

O CH3

CH3

CH3 C N

O C6H5

CH2CH2CH3

C NH2

O

Réponses

(A): Chlorure d’acétyle (chlorure d’éthanoyle)

(B) Chlorure de benzoyle

(C): Acétate d’isopentyle (arôme de banane)

(D): Propanoate de tert-butyle

( E): Acétate de vinyle (ou éthanoate

d’éthènyle)

(F): p-Chlorobenzoate de méthyle

(G): Anhydride acétique (anhydride éthanoïque)

CH3 C Cl

O

C6H5 C

O

Cl

CH3 C OCH2CH2CHCH3

O CH3

CH3CH2 C OC

O CH3

CH3

CH3

CH3 C

O

OCH CH2

COCH3Cl

O

CH3 CO

C

O

O

CH3

Réponses

(H): Anhydride succinique

(I): Anhydride maléïque

(J): Anhydride phtalique

(K): N,N-Diméthylacétamide

(L): Benzamide

(M): N-Phényl-N-propylacétamide

H2C CO

C

O

O

H2CHC C

OC

O

O

HCC

C

O

O

O CH3 C N

O CH3

CH3

CH3 C N

O C6H5

CH2CH2CH3

C NH2

O

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

RéactivitéElle 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 :

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) :

RCOX > RCOOCOR' > RCOOR' > RCONR'R'' > RCOO

R-CO-Cl-HCl

CH2N2R CO CH N N

-N2R-CH=C=O RCH2COOH

H-OH

Réactivité (suite)

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 :

  

Les esters : très répandus dans la nature (végétaux, animaux), en milieu acide ou basique ils sont hydrolysés, transestérifiés :

Les amines et organomagnésiens les transforment en amides et en alcools. Ils sont réduits en alcools (ou aldéhydes) par LiAlH4 (ou iBu2AlH, DIBAL).  

O

O

O

MeOH, t°OHO

O OMe

R-CO-OEt + MeOH R-CO-OMe + EtOHH

ou OMe

Réaction de Claisen et condensation malonique L’acidité des H en aintervient en milieu basique dans la réaction de Claisen et la condensation malonique *

*

MeO

O

MeCOOMe MeO

O

Me

OOMe MeOCO-CH2-CO-Me

-OMe

R2

R1

O + COOEt

COOEt

EtO R2

R1 COOEt

COOEt 1) H2O,H

2) -CO2

R2

R1

=CH-COOH

Remarques

- Claisen intramoléculaire conduit à une cyclisation (réaction de Dieckman)    

Les cétones étant plus acides que les esters, elles peuvent participer à la réaction de Claisen. 

- Les amides: constituent les liaisons peptidiques des protéines     

O

COOEtCOOEt

1) EtONa,EtOH

2) H2O,H

O

COOEt

R NR'R''

O

Me NH

O

HMe NH

OH

PCl5Me NH

ClNH3

Me NH

NH2

H Me NH2

NH2imido-acide amidine

Remarques (suite)

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 :

C NCH2R1) Base

2) R'-XC NCHR'R

AccèsLes interconversions relient les acides et dérivés

;

-Estérification avec de préférence à la place de l’acide, l’anhydride ou l’halogénure. -Par transestérification :   

- Aminolyse des halogénures d’acide ou des esters

ROH

OR

OR'

OR

X

O

RN

O

R C N

R OH

O

SOX2

(ou PX3 ou PX5)

R X

O

RCOOH + XCOR' RCOOCOR'-HX

(ou par déshydratation d'acides)

RCOOR' + R''OH RCOOR'' + R'OHH , t°

Remarques

RCOOH + NH3 RCOO NH4t°

-H2O RCONH2

O

O

O

NH3 NH2COOH

O

t°-H2O

NH

O

O

acide phtalique

acide phtalamique phtalimide

ArN2 + CuCN ArCN

RX + NaCN NaCN

Par déshydratation de RCONH2 en présence de P2O5 ou :

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

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. On les rencontre dans les phéromones, les fruits, l’urée, les cires… 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. 

TD1

Donner un nom aux composés suivants :a)C6H5-CH2-COOH b) c) (CH3-CH2-CH2-CH2CO)2O d) CH3-CH(CH3)-CH2-CO-NH-CH2-CH3

e) CH2=CH-CH2-O-CO-CH3 f) C2H5-O-CO-CO-O-C2H5

Répa) C6H5-CH2-COOH Phénylacétique b) Acide pent-4-ynoïque

c) (CH3-CH2-CH2-CH2CO)2O Anhydride pentanoïque N-Ethyl-3-méthylbutanamide ou N-Ethylisovaléramide e) CH2=CH-CH2-O-CO-CH3 Acétate d’allyle ou (éthanoate de prop-2-ènyle) f) C2H5-O-CO-CO-O-C2H5

Ethanedioate de diéthyle (oxalate d’éthyle)

HC C CH2 CH2 COOH

HC C CH2 CH2 COOH12345

CH3CH(CH3)CH2 C

O

N CH2CH3d)34 1

23 1

TD2

Par quels enchaînements de réactions peut-on passer :de C6H5-NH2 à C6H5-COOH ?

Rép

NH2NaNO2 + HCl KCN CN

CNH2O, H

COOH

N2 Cl

TD3

A l’aide de réactifs minéraux seulement, transformer l’acide propanoïque en acide butyrique.Rép:

Remarque. On peut rallonger d’un atome, la chaîne carbonée d’un acide, en utilisant aussi la réaction d’Arndt-Eistert (action du diazométhane sur un chlorure d’acide)

CH3 CH2 COH

OLiAlH4 CH3 CH2 CH2OH

PCl5

Mg / éther anhydre

1)

2)CH3 CH2 CH2MgCl

CH3 CH2 CH2MgCl

CH3 CH2 CH2OH

O C OCH3 CH2 CH2 C O MgCl

OCH3 CH2 CH2 C O MgCl

O

H2O, HCH3 CH2 CH2 C OH

O

CH3 CH2 COOH CH3 CH2 CH2 COOH ?

R C OH

OSOCl2 CH2N2

Ag+ , H2OR C Cl

OR CH2C

O

OH

TD4Ecrire les équations de la suite des réactions suivantes et donner les structures de A, B, C, D

Rép

benzèneCH3CH2Cl

AlCl3A

KMnO4B

PCl5 CCH3CH2OH

D

benzène

CH3CH2Cl

AlCl3 A CH2 CH3

KMnO4

B COOH

PCl5

B COOH

C

CO

Cl

CH3CH2OH

D

CO

O

CH2 CH3

TD5

L’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique est un herbicide connu sous le nom de 2,4-D. Suggérer sa synthèse à partir du phénol et de l’acide acétique.

Rép   (1)

(2)

(2) + (1)

Acide 2,4-Dichlorophénoxyacétique

OH

CH3COOH

2,4-D

OCH2COOHCl

Cl

ClCH2COOHCl2 / P

Cl

Cl

OHCl2 / AlCl3

Cl

Cl

OH ClCH2COOH+

- HCl

EXERCICES1- 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 :

2- Identifier les produits de A à D de la suite réactionnelle :

3- Comment préparer du 2,2-diméthylpropanenitrile à partir de l’acide

2,2-diméthylpropanoïque . Que se passera-t-il en essayant 

p-nitrotoluène A B C D benzocaïneFe,HCl CH3COCl KMnO4,t° H,H2O EtOH,H

KMnO4,t° A' B' C' procaïne.HO

Cl, H Fe,HCl Et2NH

cyclopentanone A B C D

1) MeMgX

2) H,H2O

H2SO4,t° 1) O3

2) Zn

OH

Me3C XC N

?

Rép: 1-a) Synthèse de la benzocaïne à partir du p-nitrotoluène-Réduction du groupe nitro:

- Protection du groupe -NH2 en vue de l’oxydation du groupe -CH3 en -COOH

- Oxydation

- Déprotection

Estérification

NO2CH3 Fe, HCl

NH2CH3 ( A )

NH2CH3

CH3 C

O

ClNHCH3 C CH3

O+ ( B )

NHCH3 C CH3

O

NH C CH3

O

COOH

KMnO4

( C )

NH C CH3

O

COOH

NH2

COOH

H+, H2O( D ) NH2

COOH

EtOH, H

NH2

COOEt

Benzocaïne

Rép: 1-b) Synthèse de la procaïne à partir du p-nitrotoluène

- Oxydation du groupe –CH3 en -COOH

- Réduction du groupe –NO2

CH3NO2

KMnO4

COOHNO2 ( A' )

COOHNO2 HO

Cl

CNO2

O

OCl

( B' )

CNO2

O

OCl Fe, HCl

CNH2

O

OCl

( C' )

CNH2

O

OCl Et2NH

CNH2

O

ONEt2

Procaïne

Rép: 2-suite réactionnelle et identification des produits de A à D

Action de l’organoMg sur la cyclopentanone:

Déshydratation de l’alcool

Ozonolyse

Aldolisation et crotonisation

O CH3MgX

O MgX

CH3 H, H2O

OH

CH3 (A)

CH31°) O3

2°) ZnH

O O

CH3 ( C )

OH

CH3 H2SO4, t° ( B ) CH3

H

O O

CH3 OH H

O O

CH2O

( D )

OOH

H2O

H2O-- OH

+

Rép: 3a- Synthèse du 2,2-diméthylpropanenitrile

- Halogénation puis nitration :

- Réduction de l’amide

CH3 C

CH3

CH3

COOH CH3 C

CH3

CH3

CN?

CH3 C

CH3

CH3

CO

OH

SOCl2+CH3 C

CH3

CH3

CO

Cl

CH3 C

CH3

CH3

CO

Cl

NH3CH3 C

CH3

CH3

CO

NH2

+

CH3 C

CH3

CH3

CO

NH2

P4O10, t°CH3 C

CH3

CH3

C N

Rép: 3b - En essayant

Peu probable à cause de l’effet stérique des 3 méthyles. On aura alors:

En essayant l’ion acétylure on obtient plutôt le 2-méthylprop-1-ène

Me3C XC N

?

C NCH3 C

CH3

CH3

XCH3

CCH3

CH3

CN

X+

CH3 C

CH3

CH3

XC N

- HC N

CH3 C X

CH2

CH3

CH3 C

CH2

CH3

X+

CH3

C CH2CH3

Me3C XC N

?

Rép

FIN