THÉORIE DES ACIDES CARBOXYLIQUES

L'IUPAC nomme les acides carboxyliques en remplaçant la terminaison -e de l'alcane par le même nombre de carbones par -oïque.  En outre, le nom de l'acide est précédé du mot acide

nomenclature des acides carboxyliques

[1] Acide méthanoïque (acide formique)

[2 ] Acide éthanoïque (acide acétique)

[3 ] Acide propanoïque (Acide propionique)

[4 ] Acide butanoïque (Acide butyrique)

Les acides carboxyliques sont des molécules à géométrie plane trigonale. Ils ont de l'hydrogène acide dans le groupe hydroxyle et se comportent comme des bases sur l'oxygène carbonyle.

propriétés physiques 01
 
O : oxygène basique
H : Hydrogène acide

La propriété la plus caractéristique des acides carboxyliques est l'acidité de l'hydrogène situé sur le groupe hydroxyle. Le pKa de cet hydrogène varie de 4 à 5 selon la longueur de la chaîne carbonée.

 
acidos-carboxilicos-acidez

Les acides carboxyliques peuvent être préparés en utilisant les méthodes suivantes :

Oxydation des alkylbenzènes : Les acides carboxyliques peuvent être obtenus à partir de benzènes substitués par des groupements alkyles par oxydation au permanganate de potassium ou au dichromate de sodium.

Oxidación de posiciones bencílicas

Les halogénures d'alcanoyle sont obtenus en faisant réagir des acides carboxyliques avec du PBr 3 . SOCl 2 peut également être utilisé.
Ainsi, l'acide éthanoïque est transformé en bromure d'éthanoyle par réaction avec le tribromure de phosphore. L'acide éthanoïque réagit avec le chlorure de thionyle pour former le composé

 

sintesis-haluros-alcanoilo

Les anhydrides sont obtenus par condensation d'acides carboxyliques avec perte d'eau. La réaction nécessite un fort chauffage et un long temps de réaction.

 
formacion-anhidridos-01.png
 
chauffage de l'acide butanedioïque produit de l'anhydride butanedioïque (anhydride succinique) . Ce type de cyclisation nécessite des cycles à 5 ou 6 chaînons.

Les esters sont obtenus par réaction d'acides carboxyliques et d'alcools en présence d'acides minéraux. La réaction est conduite en excès d'alcool pour déplacer les équilibres vers la droite. La présence d'eau est préjudiciable car elle hydrolyse l'ester formé.

 
esterificacion

Les lactones sont des esters cycliques obtenus par estérification intramoléculaire à partir de molécules contenant des groupements acides et alcools. Cette cyclisation forme des cycles à 5 ou 6 chaînons.

 
sintesis-lactonas

Les amides sont formés par la réaction d'acides carboxyliques avec de l'ammoniac, des amines primaires et secondaires. La réaction est effectuée sous chauffage.

À basse température, les amines réagissent avec les acides carboxyliques en tant que bases et non en tant que nucléophiles.
 
sintesis-amidas

Les lactames sont des amides cycliques formés à partir de molécules contenant des groupes carboxyliques et amines. La réaction est effectuée par chauffage en l'absence d'acide.

 
sintesis-lactamas

Les acides carboxyliques réagissent avec deux équivalents d'organolytiques suivis d'une hydrolyse aqueuse pour former des cétones.

 
acidos-carboxilicos-organometalicos
 
La réaction nécessite deux équivalents d'organolytique, le premier déprotone le groupe acide, tandis que le second équivalent s'ajoute en tant que nucléophile au groupe carboxylique.

Les a -hydrogènes des acides carboxyliques sont acides et peuvent être éliminés à l'aide de bases fortes telles que le LDA.

 
enolatos-acidos-carboxilicos
 
Le premier équivalent de LDA élimine l'hydrogène du groupe hydroxyle (pKa = 4,7), formant le carboxylate. Le deuxième équivalent de LDA déprotone le carbone a , formant l'énolate acide.
Un solvant hautement polaire (HMPA) est utilisé pour stabiliser l'énolate.

La réaction Hell-Volhard-Zelinsky permet d'halogéner la position a des acides carboxyliques. Le brome catalysé au phosphore est utilisé comme réactif. Le phosphore en présence de brome génère du tribromure de phosphore, qui est en fait le composé qui agit comme catalyseur.

hell-volhard-zelinsky

La réaction de Hunsdiecker permet de préparer des bromoalcanes à partir d'acides carboxyliques. Dans cette réaction, l'acide est traité avec du nitrate d'argent en milieu basique, formant le carboxylate d'argent. Dans une étape ultérieure, la décarboxylation du carboxylate se produit par traitement avec du brome dissous dans du tétrachlorure de carbone.

Les dérivés acides, les halogénures d'alcanoyle, les anhydrides, les esters, les nitriles et les amides présentent des différences importantes de réactivité vis-à-vis des nucléophiles.
commande-réactivité-01
 
L'ordre de réactivité des acides carboxyliques est lié à la capacité du groupe L à transférer une charge.
 
commande-réactivité-02
 
Plus la capacité du groupe L à produire des paires isolées est grande, plus la réactivité est faible, en raison de la formation d'une structure limite stabilisante.
 
commande-réactivité-03
 
Plus le poids de cette dernière structure est important, moins le dérivé acide correspondant possède de réactivité.
 
commande-réactivité-04
Les dérivés acides se comportent comme des bases par l'intermédiaire de l'oxygène carbonylé. La basicité de cet oxygène dépend de la stabilisation de la résonance de l'acide conjugué.
 
basicité-des-dérivés-des-acides-carboxyliques
Comparons les structures qui stabilisent la base sur l'halogénure et l'amide.
 
basicité-des-derives-des-acides-carboxyliques-02
basicité-des-derivés-des-acides-carboxyliques-03
 
Au fur et à mesure que la dernière structure prend du poids, l'acide devient plus stable (faible) et donc la base plus forte. Les amides sont les bases les plus fortes de tous les dérivés acides.
 
Les dérivés acides comportent des hydrogènes acides sur le carbone.
Les halogénures d'alcanoyle ont les hydrogènes les plus acides en position a , tandis que les amides ont les moins acides.
 
dérivés-de-l-acidite-acides-carboxyliques-01
 
La déprotonation de la position produit des énolates
 
acidité-derives-acides carboxyliques-02
 
Les amides ont des hydrogènes très acides sur l'atome d'azote dont la soustraction forme des amidates.
 
dérivés-de-l-acidite-acides-carboxyliques-03