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CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES - … · Na C H 2O O O R carboxylate de sodium NH 3 C O O H...
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..
..
R
OH
C O
..
... .
pC O- pπ
C2 sp- 2spσ O
sp 2On
sp 2On
?
Le C est trigonal plan : hybridation sp2
La liaison double : comporte des électrons π plus mobiles et des électrons σ fermement localisés.
Paires libres d’électrons
1.1 Monoacides
HCOOH
CH3COOH
CH3CH2COOH
CH3(CH2)2COOH
CH3(CH2)3COOH
CHCOOHCH3
CH3
acide méthanoïque acide formique
acide éthanoïque acide acétique
acide propanoïque acide propionique
acide butanoïque acide butyrique
acide pentanoïque acide valérique
acide méthylpropanoïque acide isobutyrique
CH2CH2CHBrCH2COOHδ γ β α
COOH
COOH
CO
R
Acyle Formyle
CO
H
Acétyle
CO
CH3
Benzoyle
CO
acide β bromovalérique
acide benzoïque
acide cyclopropanecarboxylique
Groupements :
1.2 Diacides
1.3 Acides insaturés
HOOC COOH
CH2 COOHHOOC
HOOC CH2 CH2 COOH
HOOC CH2 CH2 CH2 COOH
HOOC CH2 CH2 CH2 CH2 COOH
éthane dioïque acide oxalique acide malonique acide succinique
acide glutarique
acide adipique
C CH
H
H
COOH
acide acrylique
CH
HOOCCH
COOH
acide maléique
CHOOC
HCH
COOH
acide fumarique
1.4 Hydracides d’intérêt biologiques
CH2 COOH
OH
CH COOH
OH
CH3
CH COOH
OH
CHHOOC
OH
CH COOH
OH
CH2HOOC
C CH2COOH
CH2HOOC COOH
OH
acide glycolique
acide lactique
acide tartrique
acide malique
acide citrique
2.1 Solubilité, ponts hydrogène Les acides organiques possèdent une fonction polaire et hydrophile : les acides de faible poids moléculaires sont solubles dans l’eau.
O
CR
O
Hδ(−)
δ(+)
δ(−)
δ(+)
δ(−)
δ(+)O H
H
δ(+)
δ(−) O
H
H
La solubilité dans l’eau diminue au fur et à mesure que la chaîne alkyle hydrophobe grandit :
Nombre de carbones
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10∞ ∞ ∞ ∞ 4.97 0.97 0.24 0.07 0.03 0.01
Solubilité dans l’eau à 20°C (g/100 mL)
La capacité de former des ponts hydrogène explique la tendance des acides à s’associer en dimères, dans la phase liquide et solide :
O
CR
O
H
2 O
CR
O
H
O
C R
O
H
2.2 Acidité
Les acides carboxyliques sont des acides faibles, partiellement dissociés dans l’eau
[ ][ ][ ]
KaCH COO H O
CH COOH3 3
3
=− +
Ka = 1,8.10-5 pKa = - log Ka pKa = 4,75
KaH2O H3O+CH3 C
O
O HCH3 C
O
O-+ +
anion carboxylate (acétate)
L’acidité de la fonction carboxyle est liée à la résonance dans l’anion formé par ionisation.
Pour comparer les acidités relatives d’acides carboxyliques, il faut considérer le groupement R dont l’effet inductif peut favoriser le départ du proton.
Si R est électrocapteur...
δ+-δ
La résonance dans l’anion carboxylate est très favorable : les charges négatives sont localisées sur l’oxygène et les deux formes sont parfaitement équivalentes.
H2OCO
O HR + H3O+
CO
O-R
CO
O-
R
+
Echelle des acidités: acides carboxyliques, phénols, énols et alcools CH3CH2OH H2O+ CH3CH2O
-H3O++
Les moins acides (pKa = 14-18)
H2OCCH2 CH3
OH
+
(pKa = 12-13): conjugués avec une liaison double
C CH3CH2
O(-)
C CH3CH2
O(-)H3O++
OH
H2O+
O O O
H3O++(-)
(-)
(-)
(pKa = 10): conjugués avec le cycle aromatique
H3O+CO
O-R C
O
O-
R +
Les plus acides (pKa = 4-5) : conjugaison idéale et symétrique + effet inductif capteur du deuxième oxygène
H2OCO
O HR +
Acides aliphatiques :
Acide Ka pKa1,5.10-5
CH3COOH 1,8.10-5 4,75
3,0.10-5
4,5.10-5
8,9.10-5
6,7.10-4
1,3.10-3
ClCH2COOH 1,4.10-3 2,86
1,4.10-3
2,6.10-3
Cl2CHCOOH 5,5.10-2 1,26
Cl3CCOOH 0,23 0,640,59
Acides aliphatiques :
Acide Ka pKa 1,5.10-5
CH3COOH 1,8.10-5 4,75 3,0.10-5 4,5.10-5 8,9.10-5
ICH2COOH 6,7.10-4 3,18
BrCH2COOH 1,3.10-3 2,90
ClCH2COOH 1,4.10-3 2,86 1,4.10-3
FCH2COOH 2,6.10-3 2,59 5,5.10-2 0,23 0,59
Acides aliphatiques :
Acide Ka pKaCH3CH2CH2COOH 1,5.10-5 4,82
CH3COOH 1,8.10-5 4,75
CH2ClCH2CH2COOH 3,0.10-5 4,52
4,5.10-5
CH3CHClCH2COOH 8,9.10-5 4,05
6,7.10-4
1,3.10-3
1,4.10-3
CH3CH2CHClCOOH 1,4.10-3 2,86
2,6.10-3
5,5.10-2
0,230,59
Acides aliphatiques :
Acide Ka pKaCH3CH2CH2COOH 1,5.10-5 4,82
CH3COOH 1,8.10-5 4,75
CH2ClCH2CH2COOH 3,0.10-5 4,52
CH2=CHCH2COOH 4,5.10-5 4,35
CH3CHClCH2COOH 8,9.10-5 4,05
ICH2COOH 6,7.10-4 3,18
BrCH2COOH 1,3.10-3 2,90
ClCH2COOH 1,4.10-3 2,86
CH3CH2CHClCOOH 1,4.10-3 2,86
FCH2COOH 2,6.10-3 2,59
Cl2CHCOOH 5,5.10-2 1,26
Cl3CCOOH 0,23 0,64
F3CCOOH 0,59 0,23
Réactions acide-base : comme les acides minéraux : formation de sels .
NaOHCO
OHR
NaH2OC
O
OR
carboxylate de sodium
NH3 CO
O-H3CNH4
+CO
OHH3C
acide acétique acétate d’ammonium
Les diacides connaissent deux ionisations successives :
+ H2OHOOC COOHKa1
-OOC COO
- H3O++
H3O++HOOC COO-
H2O+Ka2
HOOC COO-
Une fonction acide proche d’un groupe COOH exalte son acidité.
Acide pKa
4.75
1.27 pKa1
CH3COOH
HOOC COOH
Acide pKa
4.75
1.27 pKa1
2.85 pKa1
4.21 pKa1
CH3COOH
HOOC COOH
HOOC CH2 COOH
HOOC CH2 CH2 COOH
Acide pKa
4.75
1.27 pKa1
4.27 pKa2
2.85 pKa1
5.7 pKa2
4.21 pKa1
5.7 pKa2
CH3COOH
HOOC COOH
HOOC COO-
HOOC CH2 COOH
HOOC CH2 COO-
HOOC CH2 CH2 COOH
HOOC CH2 CH2 COO-
L’effet s’atténue avec la distance
Un groupe carboxylate COO- est moins électrocapteur que COOH
2.3 Savons
Un carboxylate alcalin est un sel plus soluble dans l’eau qu’un acide non ionisé.
Lorsque l’acide possède une longue chaîne alkyle (acide gras), il s’agit d’un composé qui possède des propriétés détergentes, liées à la présence de la longue chaîne hydrophobe et de la tête polaire :
Solubilité accrue dans l’eau
Chaîne lipophile Tête hydrophile
COOH Na+ OH- COO
- Na+ H2O
COO- Na+
+O
En solution dans l’eau les molécules peuvent former des aggrégats dans lesquels les chaînes hydrophobes se regroupent tandis que les têtes polaires s’exposent au milieu aqueux externe: au-dessus d'une certaine concentration appelée CMC (concentration micellaire critique), il y a formation de micelles sphériques. La solution devient colloidale.
O+O-O+
O-O+O-O+ O-
O+ O-
O+O- O+
O- O+O- O+O-
O+O-
O+O-
O+O-O+
O-O+O-
O+ O-O+ O--OO+
O+O- O+
O- O+O- O+O
-O+O-O+O--OO+
Milieu aqueux externe Cavité lipophile
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
Oxydation d’alcools primaires et aldéhydes :
Oxydation de méthyl benzylique :
KMnO4T°
O2 Co+++
CH3COOH
CH3
toluène
COOH
acide benzoïque
CH3H3C
p-xylène
COOHHOOC
acide téréphtalique
alcools primaires [aldéhydes] acides
Réaction de Grignard :
Hydrolyse de nitriles :
Deux procédés similaires, au départ d’un halogénoalcane, mènent à l’acide comportant un carbone supplémentaire: allongement de la chaîne
RMgX C OO CO
OMgXR
H2O CO
OHR MgXOH
H2OR C N 2H+ ou OH
- NH3CO
OHR
CH3CH2Br Mg CH3CH2MgBr CO2 H2O
CH3CH2COOH
CH3CH2Br CN-
CH3CH2CN
H2O
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4. Les dérivés d’acides 3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
La stabilité thermodynamique des dérivés des acides carboxyliques dans l’eau à pH 7 suit l’ordre :
CO
NH2R
amide
CO
SR
R
thioester
CO
OR
CO
R
anhydride esters
CO
ORR C
O
ClR
chlorure d’acide
Ces dérivés peuvent, dans une certaine mesure, se transformer l’un dans l’autre. L’ordre de stabilité ci-dessus permet donc de prévoir quelles seront les transformations les plus efficaces: les dérivés les plus stables sont les moins réactifs.
Amides > Esters > Thioesters >> Anhydrides > Chlorures d'acide
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4.2 Réactivité du groupe carboxyle
4. Les dérivés d’acides 3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
..
..
C
H
HH
H
C O
. .
sp 2On
C2 sp- 2spσ
O
pC O- pπ
..
..
C
H
HH
X
C O
. .
sp 2On
C2 sp- 2spσ
O
pC O- pπ
. .
Toutes les substitutions impliquant le carboxyle sont le résultat de la succession de deux étapes : addition et élimination.
S = A + E A
ECNu
O-
LR
CR
LO Nu
-
CR
NuO L
-
Selon la nature du groupe L, le carboxyle est plus ou moins activé pour l’attaque du nucléophile.
S
L'intermédiaire tétraédrique est instable car il a perdu l'énergie de résonance présente dans le groupement carboxylique.
Si L est plus électronégatif (électrocapteur), le carbone du carbonyle est plus pauvre en électrons, le nucléophile attaque plus vite et le groupe L (nucléofuge) quitte plus facilement l’intermédiaire sous la forme chargée négativement L-. Selon la nature du groupe nucléofuge L, la réactivité vis à vis de la substitution décroît dans l’ordre :
chlorure d’acide
C
CR
OO
OR'
> CR
R'OO> > C
R
NH2OC
R
ClO
anhydride ester acide amide thioester
CR
R'SO> C
R
HOO~
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides 3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
Préparation
CO
ClR
SOCl2CO
OHCH3 CCH3
Cl
OSO2 HCl
acide acétique chlorure d’acétyle
Le chlorure d'acide, peu stable, est cependant fabriqué facilement grâce à ce procédé qui dégage deux molécules gazeuses (déplacement d'équilibre- principe de Le Chatelier)
Hydrolyse (très facile)
+ H2OCCH3O
ClCCH3O
OH+ HCl
L’intermédiaire obtenu après une addition subit une élimination et donne une cétone. Celle ci réagit avec une seconde molécule de réactif de Grignard. Le résultat est un alcool tertiaire
Réaction avec le réactif de Grignard: préparation d'alcool tertiaire
+CO
ClCH3 MgBr C
OMgBr
CH3Cl
MgBrCl CO
CH3+ CH3 MgBr
C
OMgBr
CH3CH3
C
OH
CH3CH3
+
H2O
MgBrOH
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
Synthèse Pour préparer des anhydrides, il faut utiliser le dérivé le plus réactif, le chlorure d’acide
CO
CH3Cl
CO
OH+ C
OCH3
OCO
+ HCl
Dans certains cas, la formation d’anhydrides est possible sans passer par le chlorure d’acide, si la configuration est favorable. Un de ces cas est la déshydratation cyclisante des γ ou δ diacides. On obtient l’anhydride par un chauffage énergique.
OH
OH
O
O
235° H2O
O
O
O +
anhydride succinique
OH
OH
O
O
T° H2O
O
O
O +
anhydride maléique
Hydrolyse (facile)
CCH3O
OCO
CH3CH2+ H2O CCH3
O
OH+ CCH3CH2
O
OH
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters
Synthèse par l’estérification de Fischer
La réaction est équilibrée. Elle est déplacée vers la formation de l’ester en chassant l’eau ou en distillant l’ester formé. Un équilibre implique la réversibilité : il est donc possible d’hydrolyser un ester en alcool et acide.
acétate d’éthyle
propionate de méthyle
acide acétique éthanol
+ CH3CH2OHCO
OHCH3
H+H2O+C
O
OCH2CH3CH3
acide propionique méthanol
CH3OHCO
OHCH3CH2 +
H+H2OC
O
OCH3CH3CH2 +
Bien distinguer la partie dérivée de l’acide ou de l’alcool
!!! Nomenclature des esters!!! CO
ORR
La réaction de Fischer est une substitution de l ’hydroxyle de l ’acide par le groupe alcoxy de l ’alcool. Ceci est démontré par le marquage isotopique de l ’oxygène.
benzoate de méthyle acide benzoïque méthanol
COH
OCH3 OH
18+
H+
COCH3
OH2O18 +
Mécanisme de l’estérification de Fischer :
Protonation réversible de l’acide
Addition réversible de l’alcool nucléophile sur le carbonyle activé
Equilibre : échange du proton entre deux oxygènes
Elimination réversible d’une molécule d’eau
Déprotonation réversible de l’ester formé
CO
OHR H++ C
O
OHR
H+
OR'H
C
OH
R OH
OR' H
+C
OH
R O
OR'
H
H+
C
O
R O
OR'
H
H
H
+H2O C
O
OR'R
H+
+ CO
OR'R + H+
Synthèse d'ester via chlorure d'acide ou anhydride
+ CH3OHCCH3O
ClHClCCH3
O
OCH3+
CCH3O
OCO
CH3CH3CH2OH+ +CCH3
O
OCH2CH3CCH3O
OH
Un exemple d’estérification facile par l’usage d’un anhydride : la synthèse de l’aspirine :
CH3COOCOCH3
COOH
OH
COOH
OCOCH3CH3COOH
acide salicylique acide acétylsalicylique aspirine
Dans le cas des hydroxyacides γ ou δ, l’estérification est facilitée par la conformation du précurseur. Les esters cycliques sont des lactones.
Dans le cas des β-hydroxyacides, la réaction observée est une déshydratation menant aux acides α,β-insaturés :
H+O
O
H2OOH
OH
O
CH
OH
CH3 CH2 COOH H+
T°CHCH3 CH COOH
acide γ-hydroxybutyrique γ-butyrolactone
Estérification cyclisante : lorsque acide et alcools sont dans la même molécule
Dans le cas des α-hydroxyacides, la réaction observée est une double estérification cyclisante donnant un lactide
CHH3CCOOH
OH
CH CH3HOOC
HO
+
O
O
O
O
CH3H3C + 2 H2O
La réaction estérification-hydrolyse est équilibrée
La constante d’équilibre d’hydrolyse de l’acétate de méthyle vaut :
En solution diluée dans l’eau, [H2O] = 55 M est intégré dans la constante:
CO
OCH3CH3 + H2O C
O
OHCH3
Kh.Est+ CH3OH
Supposons qu'on soit dans l'eau à pH acide (dans l'HCl 1M par ex) et que l'hydrolyse de l'ester ait libéré: [CH3OH] = 1M. Le rapport acide/ester est de 1/11: l'ester est presque totalement hydrolysé.
Kh.est =CH3COOH CH3OH
H2OCH3COOCH3= 0,2
K'h.est =CH3COOH CH3OH
CH3COOCH3= 11
Dans l’eau tamponnée à (pH = 7), l’équilibre d’hydrolyse est déplacé vers la droite par l’ionisation de l’acide (à 99,5%) :
Ka CO
O-CH3 + H+C
O
OCH3CH3 + H2O C
O
OHCH3
Kh.Est+CH3OH
D’après la définition de la constante d’acidité de l’acide acétique
K'h.est =CH3COOH CH3OH
CH3COOCH3= 11
K'h.est. (pH7) =CH3COOH + CH3COO- CH3OH
CH3COOCH3
CH3COO- = CH3COOH
KaH+
K'h.est. (pH7) =
1 + Ka
H+ CH3COOH CH3OH
CH3COOCH3
= ??
K'h.est. (pH7) =
1 + Ka
H+ CH3COOH CH3OH
CH3COOCH3
110-4.75
10-7
179
= 179 K'h.est = 1956
Si [CH3OH] = 1 M et si le pH est maintenu à une valeur de 7, la concentration en ester est 2000 fois plus faible que la somme des concentrations en acide acétique et acétate. Ceci veut dire qu'un ester est thermodynamiquement tout à fait instable dans le sang.
Hydrolyse de l’ester : les bases ou les acides facilitent la réaction
+CO
O CH2CH3
OH- CH3CH2O
-CO
OH+
CO
O- CH3CH2OH+
Réactions des esters
Transestérification (estérification d’un ester) : il faut catalyser et chauffer
+
T°
CO
OCH2CH3
CH3CH2OH
H+
CH2OH+CO
OCH2CH3CH3
Réduction des esters par un hydrure: formation de deux alcools
CCH3O
OCHCH3CH3
LiAlH4 CH3CH2OH CH3CH2OH
CH3
Réaction avec le réactif de Grignard: préparation d'alcool tertiaire
+CO
OCH3CH3CH2 MgCl C
OMgCl
CH2CH3OCH3
MgClOCH3 + CO
CH2CH3
CH3CH2 MgCl C
OMgCl
CH2CH3CH2CH3
+
H2O
MgClOH C
OH
CH2CH3CH2CH3
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters 4.6 Les amides
Synthèse des amides Chlorures d’acides ou anhydrides : réactions rapides avec..... 2 moles d’amines
NH3CO
ClCH3 C
O
NH2CH3 H Cl
NH3 H Cl NH4Cl
NH3CO
ClCH3 2 NH4ClC
O
NH2CH3
CH3NH2CO
OCH3
CO
CH3
2
CO
OCH3
CO
CH3CH3NH2 C
O
NHCH3CH3 C
O
OHCH3
CO
OHCH3 CH3NH2
CO
OCH3
NH3CH3
CO
NHCH3CH3
NH3CH3CO
OCH3
+ CH3OHCO
NHCH3CH3
Les esters réagissent lentement avec les amines
RAPPEL : Les acides donnent d’abord une réaction acide-base
NH3CO
OHCH3 NH4C
O
OCH3 +
CO
NH2CH3 H2O
acétamide
CO
OCH3CH3 + CH3NH2
Si l'acide est peu volatil et en chauffant longtemps, on peut obtenir l'amide.
NH4CO
OCH3 + T°
Réduction des amides par un hydrure : formation d’amines
CCH3O
NH2
LiAlH4 CH3CH2NH2
Hydrolyses des amides: il faut une base ou un acide concentré et un chauffage prolongé
CO
NHCH3
OH-
H2O
T°CH3NH2+C
O
OH
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters 4.6 Les amides 4.7 Réactivité: récapitulation
La réactivité augmente de gauche à droite
les synthèses et les hydrolyses faciles caractérisées par des décalages marqués de réactivité
Si on considère cette ligne de réactivité, on distingue:
les processus (synthèses ou hydrolyses) beaucoup plus lents ou qui demandent une catalyse à cause du faible décalage de réactivité.
RCOCl RCOOCOR' RCOOHRCOOR' RCONH2
R'OH
R'COOH
NH3
R'OH
NH3
H2O
H2O
R'OH(cat)
H2O(cat)
NH3
Si on place le thioester sur la ligne de réactivité
on peut prévoir que la fabrication du thioester sera facile si on fait réagir le chlorure d'acide avec un thiol
on peut prévoir que son hydrolyse sera plus facile que celle d'un ester ordinaire
R'SH
H2O
RCOCl RCOOCOR' RCOOHRCOOR' RCONH2RCOSR'
pourquoi la synthèse prend très souvent le détour par les chlorures d'acides
pourquoi la synthèse de chlorures d'acides au départ d'acide requiert le chlorure de thionyle:réaction déplacée par le dégagement gazeux.
La ligne de réactivité permet de comprendre:
CO
OHR R'OH C
O
OR'R
Voie directe difficile ou lente
SOCl2 R'OH
CO
ClR
Voie indirecte plus efficace
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
5.1 Cétoacides et cétoesters: la condensation de Claisen 5. Réactions liées à l'acidité de l'hydrogène α
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters 4.6 Les amides 4.7 Réactivité: récapitulation
L’acidité en α du carbonyle d’un ester permet comme pour les cétones de former un énolate :
La base doit être forte (hydrure de sodium ou alcoolate)
C
H
COR
OB: C C
OR
O-
C COR
O+BH+
L’anion énolate formé est stabilisé par la résonance: l’oxygène électronégatif retient la charge le carbone devient l’extrémité nucléophile de l’anion
Mécanisme de la condensation de Claisen : l’énolate stabilisé par résonance, nucléophile par son carbone, attaque le carbonyle d’un autre ester.
COCH2CH3
OH3CCH3CH2O
-+ C
OCH2CH3
OCH2 CH3CH2OH+
(-)
COCH2CH3
OCH3 C
OCH2CH3
OCH2
(-)+ C
O-
OCH2CH3
CH3 CH2 CO
OCH2CH3
C
O
CH3 CH2 CO
OCH2CH3+CH3CH2O-C
O
CH3 CH CO
OCH2CH3CH3CH2OH+
(-)
Synthèse de Claisen : préparation de β cétoesters
Intermédiaires dans le métabolisme des graisses. Ces acides se décarboxylent facilement en raison de leur conformation qui favorise le mécanisme.
β Cétoacides
CH3COCH2COOHT°
CH3COCH3 CO2
C
O
CH3 CH2C
O
O
H
C
O
OC
O
CH2
H
CH3
Dans le métabolisme, le coenzyme A catalyse des acétylations : c’est l’acide pyruvique qui lui fournit le groupe acétyle.
α Cétoacides : l’acide pyruvique : CH3COCOOH
Coenzyme A
CO
COOHCH3 HS
NH
O
Le thioester (AcétylcoA), plus réactif qu’un ester, va, selon une version biologique de la condensation de Claisen, s’acétyler
2 AcétylcoA SNH
O
OO
H3C + HSNH
O
Coenzyme A (β cétothioester)
Acétoacétylcoenzyme A
Point de départ de biosynthèses complexes (acides gras, cholestérol)
Acétylcoenzyme A CO2
SNH
O
O
H3C
+
(thioester)
L’acide pyruvique est la source d’acide lactique
CH3CHOHCOOHCO
COOHCH3
*
(S) (+)
Un enzyme (acide lactique déshydrogénase) réalise cette réduction (stéréospécifique) dans les muscles pendant un effort physique. Au repos, un enzyme inverse le processus
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
5.1 Cétoacides et cétoesters: la condensation de Claisen 5. Réactions liées à l'acidité de l'hydrogène α
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters 4.6 Les amides 4.7 Réactivité: récapitulation
5.2 Les β-diesters et la synthèse malonique
Les composés β dicarbonylés ont la particularité de posséder des hydrogènes activés par le voisinage immédiat des deux groupes C=O.
H2CCOOCH2CH3
COOCH2CH3malonate d’éthyle
La réactivité particulière tient à l’acidité (faible mais réelle) des H actifs: ceci permet de former un anion, stabilisé par résonance :
CH
H
COOCH2CH3
COOCH2CH3
CH3CH2O-Na+ +
CCOOCH2CH3
COOCH2CH3H
CH3CH2OH
(-)
On utilise l’anion malonate et la décarboxylation des β diacides pour réaliser la synthèse malonique
La synthèse malonique consiste à utiliser un halogénure d’alkyle qui par réaction avec l’anion malonate fournira, après décarboxylation un acide comportant sur son carbone α le groupe alkyle de l'halogénure.
CHCOOCH2CH3
COOCH2CH3CH3 I
(-)
CH3CH2COOH CO2
Le mécanisme
CH3 ISN2
CHCOOCH2CH3
COOCH2CH3CH3 I
-+
H2O
H+CH
COOH
COOHCH3 2 CH3CH2OH+
T°
CH3CH2COOH CO2+
CH
H
COOCH2CH3
COOCH2CH3CCOOCH2CH3
COOCH2CH3H CH3CH2OHCH3CH2O
-Na+ +
(-)
Na+ +
La décarboxylation des diacides est catalysée par les acides et facilitée par une conformation cyclique favorable des diacides β.
C
O
O CH2
H
C
O
OH
C
O
O CH2C
O
OH
H
CH2HOOC COOH CH3 COOH CO2135°
+
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
5.1 Cétoacides et cétoesters: la condensation de Claisen 5. Réactions liées à l'acidité de l'hydrogène α
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
6. Polymères et dérivés d’acides
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters 4.6 Les amides 4.7 Réactivité: récapitulation
5.2 Les β-diesters et la synthèse malonique
Fibres de polyester : par polyestérifications de diacides avec des dialcools :
COOHHOOCHO OH
COO OHHOOC
COOHHOOC
COO OOCHOOC COOH
HO OH HO OH
COOOOC
n
CH 11. ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES
7. Lipides
5.1 Cétoacides et cétoesters: la condensation de Claisen 5. Réactions liées à l'acidité de l'hydrogène α
4.2 Réactivité du groupe carboxyle 4.3 Les chlorures d’acides
4. Les dérivés d’acides
4.4 Les anhydrides
3. Synthèse des acides 2. Propriétés physiques 1. Nomenclature
6. Polymères et dérivés d’acides
4.1 Structures et stabilités relatives
4.5 Les esters 4.6 Les amides 4.7 Réactivité: récapitulation
5.2 Les β-diesters et la synthèse malonique
Triglycérides : triesters du glycérol
Le terme lipide décrit un groupe de substances naturelles solubles dans les hydrocarbures et insolubles dans l’eau. Ce terme englobe les graisses, les cires, les glycerides, les phosphoglycerides, etc.... Pour les biochimistes, le terme lipide est réservé aux composés naturels qui donnent les acides gras par hydrolyse.
CH
CH2
CH2
O CO
O
O
CO
CO
R
R
R
OH-
H2OCH
CH2
CH2
OH
OH
OH
3 RCOO-
Triglycéride Glycérol H+
Acides gras
Saponification des graisses
Insaturés
COOH
acide oléique
acide linoléique
COOH
COOHacide linolénique
C12 acide laurique COOH
COOH
C18 acide stéarique
Saturés
Avec 3 groupes R identiques on parle de triglycérides simples comme la stéarine qui donne 3 acides stéariques par hydrolyse. De nombreux triglycérides sont mixtes (3 RCOO différents). Les corps gras sont des mélanges de triglycérides caractérisés par leur pourcentage d’acide après saponification.
COOCH2
COOCH2
COOCH2
Graisse (saturée) : structure ordonnée
COOCH2
COOCH2
COOCH2Huile (insaturée)
Phospholides : Analogues des triglycérides: une des fonctions du glycérol fait un ester mixte avec H3PO4 et un aminoalcool.
COOCH2
COOCH CH2
OPO O-OCH2CH2NH3+
Tête polaire
Ces phospholipides sont donc constitués d’une tête polaire à laquelle sont accrochées deux chaînes lipophiles.
Dans les membranes cellulaires, comme en solution dans l’eau, ces composés ont tendance à se ranger en doubles couches :
H2O
H2O