Les acides carboxyliques

# Les Acides Carboxyliques ## Introduction Les acides carboxyliques constituent une famille fonctionnelle majeure de la chimie organique. Présents dans de nombreux produits naturels (vinaigre, acide citrique des agrumes, acides gras des lipides), ils sont également des intermédiaires essentiels en synthèse organique industrielle. Leur réactivité est dominée par la présence du groupe carboxyle $-COOH$, qui confère à ces composés à la fois un caractère acide marqué et une aptitude à former de nombreux dérivés fonctionnels (chlorures d'acyle, anhydrides, esters, amides). Ce chapitre traite de leur définition, de leur nomenclature, de leurs propriétés physiques et chimiques, ainsi que de leurs applications majeures : la formation des polyesters, des polyamides et la fabrication du savon. ## I. Définition et formule générale ### I.1. Définition > **Définition** : Un acide carboxylique est un composé organique possédant un groupe fonctionnel carboxyle $-COOH$, c'est-à-dire un groupe carbonyle $C=O$ lié à un groupe hydroxyle $-OH$ porté par le même atome de carbone. Le groupe fonctionnel carboxyle s'écrit $-COOH$ ou $-CO_2H$. L'atome de carbone du groupe carboxyle est noté $C_1$ (carbone fonctionnel) et possède un degré d'oxydation de $+III$. ### I.2. Formule générale Pour un acide carboxylique monoacide saturé acyclique, la formule générale est : $$C_nH_{2n+1}COOH \quad \text{ou} \quad C_nH_{2n}O_2 \quad (n \geq 0)$$ Pour $n = 0$, on a l'acide méthanoïque $HCOOH$ (acide formique). Pour $n = 1$, l'acide éthanoïque $CH_3COOH$ (acide acétique). La formule générale peut aussi s'écrire $R-COOH$ où $R$ est un groupe alkyle (ou aryle) saturé ou insaturé, substitué ou non. ### I.3. Classification On distingue : - **Les monoacides** : un seul groupe carboxyle ($R-COOH$). - **Les diacides ou polyacides** : deux ou plusieurs groupes carboxyle, par exemple l'acide oxalique $HOOC-COOH$, l'acide adipique $HOOC-(CH_2)_4-COOH$. - **Les acides saturés** : la chaîne carbonée ne comporte que des liaisons simples. - **Les acides insaturés** : la chaîne carbonée comporte une ou plusieurs liaisons multiples, par exemple l'acide acrylique $CH_2=CH-COOH$, l'acide oléique $C_{17}H_{33}COOH$. > **À retenir** : Le groupe carboxyle $-COOH$ est le groupement fonctionnel caractéristique des acides carboxyliques. La formule générale d'un monoacide saturé acyclique est $C_nH_{2n}O_2$. ## II. Structure du groupe carboxyle ### II.1. Géométrie et hybridation Dans le groupe carboxyle, l'atome de carbone central est hybridé $sp^2$. Il présente une géométrie plane trigonale avec des angles de liaison d'environ $120^\circ$. Les trois liaisons autour du carbone sont : - Une liaison double $C=O$ (liaison $\sigma$ + liaison $\pi$) - Une liaison simple $C-OH$ - Une liaison simple $C-R$ (ou $C-H$ pour l'acide méthanoïque) ### II.2. Structure électronique et mésomérie Le groupe carboxyle est un système conjugué : le doublet non liant de l'oxygène hydroxyle est conjugué avec la liaison $\pi$ du carbonyle. On observe une délocalisation électronique décrite par deux formes mésomères principales : $$\begin{array}{ccc} R-C(=O)-OH & \longleftrightarrow & R-C(O^-)=OH^+ \\ \text{Forme A} & & \text{Forme B} \end{array}$$ Cette délocalisation a des conséquences importantes : 1. **Renforcement de la liaison $C=O$** : la liaison carbonyle est légèrement plus courte que dans les cétones. 2. **Polarisation de la liaison $O-H$** : le doublet de l'oxygène hydroxyle étant partiellement délocalisé vers le carbonyle, la liaison $O-H$ est fortement polarisée, facilitant le départ du proton $H^+$. 3. **Acidité renforcée** : la base conjuguée $R-COO^-$ (ion carboxylate) est stabilisée par résonance, les deux atomes d'oxygène étant équivalents : $$R-COO^- \longleftrightarrow R-C(=O)-O^- \longleftrightarrow R-C(-O^-)=O$$ La charge négative est délocalisée sur les deux atomes d'oxygène, ce qui explique la stabilité particulière des ions carboxylates. ### II.3. Représentation schématique ```onbuch-svg <svg width="400" height="220" viewBox="0 0 400 220" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <!-- Cadre --> <rect x="5" y="5" width="390" height="210" fill="#f8f9fa" stroke="#333" stroke-width="1.5" rx="8"/> <text x="200" y="28" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#333">Structure du groupe carboxyle -COOH</text> <!-- Atome de carbone central --> <circle cx="200" cy="110" r="18" fill="#ffcccc" stroke="#cc0000" stroke-width="2"/> <text x="200" y="115" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#cc0000">C</text> <!-- Oxygène carbonyle (double liaison) --> <line x1="218" y1="100" x2="270" y2="70" stroke="#000" stroke-width="3"/> <line x1="218" y1="108" x2="270" y2="82" stroke="#000" stroke-width="3"/> <circle cx="285" cy="72" r="16" fill="#cce5ff" stroke="#0066cc" stroke-width="2"/> <text x="285" y="77" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#0066cc">O</text> <text x="285" y="50" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#333">(double liaison)</text> <!-- Oxygène hydroxyle --> <line x1="210" y1="125" x2="260" y2="155" stroke="#000" stroke-width="2.5"/> <circle cx="275" cy="165" r="16" fill="#cce5ff" stroke="#0066cc" stroke-width="2"/> <text x="275" y="170" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#0066cc">O</text> <!-- Hydrogène hydroxyle --> <line x1="290" y1="168" x2="330" y2="168" stroke="#000" stroke-width="2"/> <circle cx="340" cy="168" r="8" fill="#e6e6e6" stroke="#333" stroke-width="1.5"/> <text x="340" y="172" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#333">H</text> <text x="275" y="195" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#333">(hydroxyle)</text> <!-- Liaison vers R --> <line x1="182" y1="110" x2="120" y2="110" stroke="#000" stroke-width="2.5"/> <text x="90" y="115" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#333">R</text> <text x="90" y="140" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#333">(ou H)</text> <!-- Angles --> <path d="M 215 95 A 25 25 0 0 1 215 125" fill="none" stroke="#666" stroke-width="1" stroke-dasharray="4,3"/> <text x="230" y="112" font-size="10" fill="#666">≈120°</text> <!-- Légende --> <text x="200" y="205" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#555">Carbone sp², géométrie plane trigonale, système conjugué</text> </svg> ``` > **À retenir** : Le groupe carboxyle est plan, le carbone est hybridé $sp^2$. La délocalisation électronique entre le doublet de l'oxygène hydroxyle et la liaison $\pi$ du carbonyle stabilise la molécule et explique l'acidité des acides carboxyliques. ## III. Nomenclature des acides carboxyliques et de leurs dérivés ### III.1. Nomenclature des acides carboxyliques #### III.1.1. Monoacides saturés Selon les règles IUPAC : 1. On choisit la chaîne carbonée la plus longue contenant le groupe carboxyle. 2. Le carbone du groupe carboxyle est toujours le carbone $n^\circ 1$. 3. On remplace le « e » final de l'alcane correspondant par « oïque », précédé du mot « acide ». 4. On numérote la chaîne à partir du carbone carboxylique. 5. On indique les substituants par leur position et leur nom. **Exemples :** | Formule | Nom IUPAC | Nom usuel | |---------|-----------|-----------| | $HCOOH$ | Acide méthanoïque | Acide formique | | $CH_3COOH$ | Acide éthanoïque | Acide acétique | | $CH_3CH_2COOH$ | Acide propanoïque | Acide propionique | | $CH_3(CH_2)_2COOH$ | Acide butanoïque | Acide butyrique | | $CH_3(CH_2)_3COOH$ | Acide pentanoïque | Acide valérique | | $CH_3(CH_2)_4COOH$ | Acide hexanoïque | Acide caproïque | | $CH_3(CH_2)_{10}COOH$ | Acide dodécanoïque | Acide laurique | | $CH_3(CH_2)_{14}COOH$ | Acide hexadécanoïque | Acide palmitique | | $CH_3(CH_2)_{16}COOH$ | Acide octadécanoïque | Acide stéarique | **Cas des acides substitués :** - Acide 2-hydroxypropanoïque : $CH_3-CH(OH)-COOH$ (acide lactique) - Acide 2-aminopropanoïque : $CH_3-CH(NH_2)-COOH$ (alanine) - Acide 2,3-dihydroxybutanedioïque : $HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH$ (acide tartrique) #### III.1.2. Monoacides insaturés On remplace le « e » de l'alcène par « oïque » : - Acide prop-2-ènoïque : $CH_2=CH-COOH$ (acide acrylique) - Acide but-2-ènoïque : $CH_3-CH=CH-COOH$ (acide crotonique) - Acide octadéc-9-ènoïque : $CH_3(CH_2)_7CH=CH(CH_2)_7COOH$ (acide oléique) - Acide octadéca-9,12-diènoïque : acide linoléique La position de l'insaturation est indiquée par le numéro du carbone où commence la double liaison, en partant du carbone carboxylique. #### III.1.3. Polyacides Pour les diacides, on ajoute le suffixe « dioïque » : - Acide éthanedioïque : $HOOC-COOH$ (acide oxalique) - Acide propanedioïque : $HOOC-CH_2-COOH$ (acide malonique) - Acide butanedioïque : $HOOC-(CH_2)_2-COOH$ (acide succinique) - Acide pentanedioïque : $HOOC-(CH_2)_3-COOH$ (acide glutarique) - Acide hexanedioïque : $HOOC-(CH_2)_4-COOH$ (acide adipique) - Acide benzène-1,2-dicarboxylique : acide phtalique - Acide benzène-1,4-dicarboxylique : acide téréphtalique > **Règle de nomenclature** : Pour nommer un acide carboxylique, on identifie la chaîne principale contenant le groupe $-COOH$, on la numérote à partir du carbone fonctionnel, et on remplace le suffixe « e » de l'alcane par « oïque » précédé du mot « acide ». Pour les diacides, on utilise le suffixe « dioïque ». ### III.2. Nomenclature des dérivés d'acides carboxyliques #### III.2.1. Les chlorures d'acyle Formule générale : $R-COCl$ On remplace le suffixe « oïque » par « oyle » et on ajoute « de chlorure » : - $CH_3-COCl$ : Chlorure d'éthanoyle (chlorure d'acétyle) - $CH_3CH_2-COCl$ : Chlorure de propanoyle - $C_6H_5-COCl$ : Chlorure de benzoyle #### III.2.2. Les anhydrides d'acide Formule générale : $R-CO-O-CO-R'$ On remplace « acide » par « anhydride » : - $(CH_3CO)_2O$ : Anhydride éthanoïque (anhydride acétique) - $(CH_3CH_2CO)_2O$ : Anhydride propanoïque - Anhydride mixte : $CH_3CO-O-COCH_2CH_3$ : Anhydride éthanoïque-propanoïque #### III.2.3. Les esters Formule générale : $R-COO-R'$ On nomme : « ...oate de ...yle » (le groupe $R'$ provient de l'alcool) : - $CH_3COOCH_3$ : Éthanoate de méthyle (acétate de méthyle) - $CH_3COOCH_2CH_3$ : Éthanoate d'éthyle (acétate d'éthyle) - $CH_3(CH_2)_{14}COOCH_3$ : Hexadécanoate de méthyle (palmitate de méthyle) #### III.2.4. Les amides Formule générale : $R-CONH_2$ On remplace « oïque » par « amide » : - $HCONH_2$ : Méthanamide (formamide) - $CH_3CONH_2$ : Éthanamide (acétamide) - $CH_3CH_2CONH_2$ : Propanamide #### III.2.5. Les sels d'acides carboxyliques Formule générale : $R-COO^-M^+$ On nomme : « ...oate de métal » : - $CH_3COONa$ : Éthanoate de sodium (acétate de sodium) - $C_{17}H_{35}COONa$ : Octadécanoate de sodium (stéarate de sodium) > **À retenir** : Les dérivés d'acides carboxyliques se nomment en remplaçant le suffixe « oïque » par : « oyle » (chlorures), « anhydride » (anhydrides), « oate de ...yle » (esters), « amide » (amides), « oate de ... » (sels). ## IV. Propriétés physiques ### IV.1. Températures de changement d'état Les acides carboxyliques présentent des températures d'ébullition élevées par rapport aux autres composés organiques de masse molaire comparable. **Exemples :** | Composé | Masse molaire (g/mol) | $T_{éb}$ (°C) | |---------|----------------------|---------------| | Acide méthanoïque | 46 | 101 | | Acide éthanoïque | 60 | 118 | | Acide propanoïque | 74 | 141 | | Acide butanoïque | 88 | 164 | | Acide pentanoïque | 102 | 186 | | Éthanol | 46 | 78 | | Propanal | 58 | 49 | **Explication :** Les acides carboxyliques forment des dimères stables par liaisons hydrogène intermoléculaires entre le groupe $O-H$ d'une molécule et le groupe $C=O$ d'une autre : $$\begin{array}{c} R-C(=O)-O-H \cdots O=C(R)-O-H \cdots O=C(R)-OH \end{array}$$ Ces liaisons hydrogène sont plus fortes que celles des alcools car le groupe carbonyle est un meilleur accepteur de liaisons hydrogène que l'oxygène d'un alcool. Les acides carboxyliques à chaîne courte ($C_1$ à $C_4$) sont des liquides à température ambiante. Les acides à chaîne plus longue ($C_5$ à $C_9$) sont des liquides visqueux, et au-delà de $C_{10}$, ce sont des solides. ### IV.2. Solubilité Les acides carboxyliques à chaîne courte ($C_1$ à $C_4$) sont miscibles à l'eau en toutes proportions. La solubilité diminue lorsque la longueur de la chaîne carbonée augmente : | Acide | Solubilité dans l'eau (g/L à 20°C) | |-------|-----------------------------------| | Méthanoïque | Miscible | | Éthanoïque | Miscible | | Propanoïque | Miscible | | Butanoïque | Miscible | | Pentanoïque | 24 | | Hexanoïque | 10 | | Octanoïque | 0,7 | | Décanoïque | 0,15 | **Explication :** La solubilité dans l'eau est due à la formation de liaisons hydrogène entre le groupe carboxyle et les molécules d'eau. Le groupe alkyle hydrophobe limite cette solubilité : plus la chaîne est longue, plus le caractère hydrophobe domine. Les acides carboxyliques sont également solubles dans les solvants organiques apolaires (éther, benzène, chloroforme). > **À retenir** : Les acides carboxyliques ont des températures d'ébullition élevées à cause des liaisons hydrogène (dimères). Leur solubilité dans l'eau diminue quand la longueur de la chaîne carbonée augmente. ## V. Propriétés chimiques ### V.1. Propriété acide #### V.1.1. Acidité en solution aqueuse Les acides carboxyliques sont des acides faibles. En solution aqueuse, ils s'ionisent partiellement : $$R-COOH + H_2O \rightleftharpoons R-COO^- + H_3O^+$$ La constante d'acidité s'écrit : $$K_a = \frac{[R-COO^-][H_3O^+]}{[R-COOH]}$$ $$pK_a = -\log K_a$$ **Valeurs de $pK_a$ :** | Acide | $pK_a$ | |-------|--------| | Méthanoïque | 3,75 | | Éthanoïque | 4,76 | | Propanoïque | 4,87 | | Butanoïque | 4,82 | | Chloroéthanoïque | 2,87 | | Dichloroéthanoïque | 1,29 | | Trichloroéthanoïque | 0,65 | | Benzoïque | 4,20 | **Facteurs influençant l'acidité :** - **Effets inductifs** : Les substituants électroattracteurs ($-Cl$, $-NO_2$, $-F$) stabilisent la base conjuguée par effet inductif attracteur, augmentant l'acidité (diminution du $pK_a$). Les substituants électrodonneurs ($-CH_3$, $-C_2H_5$) diminuent l'acidité. - **Effets mésomères** : Les groupes donneurs par effet mésomère ($-NH_2$, $-OH$) diminuent l'acidité. #### V.1.2. Réaction avec les bases Les acides carboxyliques réagissent avec les bases fortes pour former des sels : $$R-COOH + NaOH \rightarrow R-COONa + H_2O$$ $$R-COOH + NaHCO_3 \rightarrow R-COONa + CO_2 + H_2O$$ La réaction avec l'hydrogénocarbonate de sodium (test au $NaHCO_3$) permet de distinguer les acides carboxyliques des phénols (les phénols ne réagissent pas avec $NaHCO_3$). **Exemple résolu :** On dissout 1,50 g d'acide éthanoïque dans 250 mL d'eau. Calculer le pH de la solution. $n = \frac{m}{M} = \frac{1,50}{60} = 0,025$ mol $C = \frac{n}{V} = \frac{0,025}{0,250} = 0,10$ mol/L Pour un acide faible : $pH = \frac{1}{2}(pK_a - \log C)$ $pH = \frac{1}{2}(4,76 - \log 0,10) = \frac{1}{2}(4,76 + 1) = 2,88$ Le pH de la solution est de 2,88. ### V.2. Action de l'eau Les acides carboxyliques réagissent avec l'eau selon une réaction acide-base limitée : $$R-COOH + H_2O \rightleftharpoons R-COO^- + H_3O^+$$ Le taux d'avancement final $\tau$ est faible (inférieur à 1). Par exemple, pour une solution d'acide éthanoïque à $0,10$ mol/L, $\tau \approx 1,3\%$. Cette réaction est exothermique et réversible. L'équilibre est déplacé vers la gauche par ajout d'un acide fort et vers la droite par ajout d'une base. ### V.3. Formation des dérivés d'acides carboxyliques #### V.3.1. Formation des chlorures d'acyle Les chlorures d'acyle s'obtiennent par action du chlorure de thionyle ($SOCl_2$), du trichlorure de phosphore ($PCl_3$) ou du pentachlorure de phosphore ($PCl_5$) sur les acides carboxyliques : $$R-COOH + SOCl_2 \rightarrow R-COCl + SO_2 + HCl$$ $$3R-COOH + PCl_3 \rightarrow 3R-COCl + H_3PO_3$$ $$R-COOH + PCl_5 \rightarrow R-COCl + POCl_3 + HCl$$ **Exemple :** $$CH_3COOH + SOCl_2 \rightarrow CH_3COCl + SO_2 + HCl$$ Les chlorures d'acyle sont des composés très réactifs, utilisés comme intermédiaires de synthèse. #### V.3.2. Formation des anhydrides d'acide Les anhydrides d'acide s'obtiennent par déshydratation de deux molécules d'acide carboxylique : $$2R-COOH \rightleftharpoons R-CO-O-CO-R + H_2O$$ Cette réaction nécessite un déshydratant (anhydride phosphorique $P_2O_5$) ou un chauffage à reflux. **Exemple :** $$2CH_3COOH \xrightarrow{P_2O_5} CH_3CO-O-COCH_3 + H_2O$$ L'anhydride éthanoïque est un liquide incolore, d'odeur piquante, très utilisé en synthèse organique (acétylation). #### V.3.3. Formation des esters à partir des chlorures d'acyle et des anhydrides **a) À partir des chlorures d'acyle :** $$R-COCl + R'-OH \rightarrow R-COO-R' + HCl$$ Cette réaction est rapide, totale et exothermique. Elle nécessite la présence d'une base (pyridine ou triéthylamine) pour neutraliser le $HCl$ formé. **Exemple :** $$CH_3COCl + CH_3CH_2OH \rightarrow CH_3COOCH_2CH_3 + HCl$$ **b) À partir des anhydrides d'acide :** $$(R-CO)_2O + R'-OH \rightarrow R-COO-R' + R-COOH$$ **Exemple :** $$(CH_3CO)_2O + CH_3CH_2OH \rightarrow CH_3COOCH_2CH_3 + CH_3COOH$$ Ces réactions sont plus douces que la réaction directe entre un acide et un alcool (estérification directe) et donnent de meilleurs rendements. > **À retenir** : Les chlorures d'acyle et les anhydrides d'acide sont des dérivés très réactifs qui réagissent avec les alcools pour former des esters de façon rapide et quasi totale, contrairement à l'estérification directe qui est limitée. ### V.4. Formation des polyesters et polyamides #### V.4.1. Les polyesters Un polyester est un polymère dont les motifs sont reliés par des liaisons ester $-COO-$. **Principe :** La polyestérification résulte de la réaction entre un diacide (ou un diester) et un diol, avec élimination de petites molécules (eau ou alcool). **Exemple du Tergal (ou Dacron) :** Le Tergal est un polyester obtenu par polycondensation de l'acide téréphtalique (acide benzène-1,4-dicarboxylique) et de l'éthane-1,2-diol (éthylène glycol) : $$n\,HOOC-C_6H_4-COOH + n\,HO-CH_2-CH_2-OH \rightarrow$$ $$\rightarrow HO-[-CO-C_6H_4-COO-CH_2-CH_2-O-]_n-H + (2n-1)H_2O$$ Le motif répétitif est : $-CO-C_6H_4-COO-CH_2-CH_2-O-$ Le Tergal est utilisé dans les fibres textiles (polyester), les bouteilles en plastique (PET). **Autre exemple :** Le poly(lactide) obtenu par polycondensation de l'acide lactique. #### V.4.2. Les polyamides Un polyamide est un polymère dont les motifs sont reliés par des liaisons amide $-CONH-$. **Principe :** La polyamidification résulte de la réaction entre un diacide et une diamine, avec élimination d'eau. **Exemple du Nylon 6,6 :** Le Nylon 6,6 est obtenu par polycondensation de l'acide hexanedioïque (acide adipique) et de l'hexane-1,6-diamine : $$n\,HOOC-(CH_2)_4-COOH + n\,H_2N-(CH_2)_6-NH_2 \rightarrow$$ $$\rightarrow HO-[-CO-(CH_2)_4-CO-NH-(CH_2)_6-NH-]_n-H + (2n-1)H_2O$$ Le motif répétitif est : $-CO-(CH_2)_4-CO-NH-(CH_2)_6-NH-$ Le « 6,6 » indique que chaque monomère possède 6 atomes de carbone. Le Nylon 6,6 est utilisé dans les textiles, les cordages, les pièces mécaniques. ```onbuch-svg <svg width="500" height="260" viewBox="0 0 500 260" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <!-- Cadre --> <rect x="5" y="5" width="490" height="250" fill="#f8f9fa" stroke="#333" stroke-width="1.5" rx="8"/> <text x="250" y="28" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#333">Formation du Nylon 6,6 (polyamide)</text> <!-- Acide adipique --> <text x="120" y="60" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#0066cc">Acide hexanedioïque</text> <text x="120" y="80" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">HOOC-(CH₂)₄-COOH</text> <!-- Hexaméthylènediamine --> <text x="380" y="60" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#cc6600">Hexane-1,6-diamine</text> <text x="380" y="80" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">H₂N-(CH₂)₆-NH₂</text> <!-- Flèche de réaction --> <line x1="200" y1="70" x2="300" y2="70" stroke="#000" stroke-width="2"/> <polygon points="300,65 312,70 300,75" fill="#000"/> <text x="250" y="58" text-anchor="middle" font-size="10" fill="#555">polycondensation</text> <text x="250" y="95" text-anchor="middle" font-size="10" fill="#555">- H₂O</text> <!-- Polymère --> <text x="250" y="130" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#333">Nylon 6,6</text> <text x="250" y="150" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">HO-[-CO-(CH₂)₄-CO-NH-(CH₂)₆-NH-]ₙ-H</text> <!-- Motif répétitif encadré --> <rect x="60" y="165" width="380" height="60" fill="#e6f7e6" stroke="#008800" stroke-width="1.5" rx="6"/> <text x="250" y="185" text-anchor="middle" font-size="11" font-weight="bold" fill="#008800">Motif répétitif :</text> <text x="250" y="205" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#333">-CO-(CH₂)₄-CO-NH-(CH₂)₆-NH-</text> <text x="250" y="220" text-anchor="middle" font-size="10" fill="#555">Liaison amide : -CO-NH-</text> </svg> ``` > **À retenir** : Le Tergal est un polyester issu de l'acide téréphtalique et de l'éthane-1,2-diol. Le Nylon 6,6 est un polyamide issu de l'acide adipique et de l'hexane-1,6-diamine. Ces polymères résultent de réactions de polycondensation avec élimination d'eau. ### V.5. Fabrication du savon (saponification) #### V.5.1. Les acides gras Les acides gras sont des acides carboxyliques à longue chaîne carbonée (généralement 12 à 22 atomes de carbone). Ils sont classés en : - **Acides gras saturés** : pas de double liaison (acide palmitique $C_{15}H_{31}COOH$, acide stéarique $C_{17}H_{35}COOH$) - **Acides gras insaturés** : une ou plusieurs doubles liaisons (acide oléique $C_{17}H_{33}COOH$, acide linoléique $C_{17}H_{31}COOH$) Les acides gras sont estérifiés par le glycérol (propane-1,2,3-triol) pour former les triglycérides (corps gras) : $$CH_2OH-CHOH-CH_2OH + 3R-COOH \rightarrow CH_2(OCO-R)-CH(OCO-R)-CH_2(OCO-R) + 3H_2O$$ #### V.5.2. Principe de la saponification La saponification est la réaction d'hydrolyse basique d'un corps gras (triglycéride) par une solution concentrée de soude ou de potasse. Elle produit du glycérol et des sels d'acides gras (savons). **Équation générale :** $$CH_2(OCO-R)-CH(OCO-R)-CH_2(OCO-R) + 3NaOH \rightarrow$$ $$\rightarrow CH_2OH-CHOH-CH_2OH + 3R-COONa$$ **Exemple avec la tristéarine (tristéarate de glycéryle) :** $$CH_2(OCOC_{17}H_{35})-CH(OCOC_{17}H_{35})-CH_2(OCOC_{17}H_{35}) + 3NaOH \rightarrow$$ $$\rightarrow CH_2OH-CHOH-CH_2OH + 3C_{17}H_{35}COONa$$ Le stéarate de sodium $C_{17}H_{35}COONa$ est un savon. #### V.5.3. Mécanisme et conditions opératoires La saponification est une réaction lente mais totale (irréversible). Elle nécessite : - Un chauffage à reflux (environ 80-100°C) - Une solution concentrée de soude ($NaOH$) ou de potasse ($KOH$) - Une durée de réaction de 20 à 30 minutes - Une agitation Le savon est ensuite précipité par addition de chlorure de sodium (relargage) : le savon, insoluble dans la solution saline, se sépare et flotte à la surface. #### V.5.4. Structure et propriétés des savons Un savon est un sel d'acide gras : $R-COO^-Na^+$ (savon de sodium, savon dur) ou $R-COO^-K^+$ (savon de potassium, savon mou). La molécule de savon possède : - Une **tête hydrophile** (ion carboxylate $COO^-$) qui a une affinité pour l'eau - Une **queue hydrophobe** (chaîne carbonée $R$) qui a une affinité pour les graisses Cette structure amphiphile permet au savon d'émulsionner les graisses : les queues hydrophobes se dissolvent dans la graisse, les têtes hydrophiles restent dans l'eau, formant des micelles qui emprisonnent les salissures et les entraînent dans l'eau. ```onbuch-svg <svg width="500" height="280" viewBox="0 0 500 280" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"> <!-- Cadre --> <rect x="5" y="5" width="490" height="270" fill="#f8f9fa" stroke="#333" stroke-width="1.5" rx="8"/> <text x="250" y="28" text-anchor="middle" font-size="14" font-weight="bold" fill="#333">Saponification d'un triglycéride</text> <!-- Triglycéride --> <text x="120" y="60" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#0066cc">Triglycéride</text> <text x="120" y="80" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">CH₂(OCO-R)-CH(OCO-R)-CH₂(OCO-R)</text> <!-- Soude --> <text x="380" y="60" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#cc6600">Soude</text> <text x="380" y="80" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">3 NaOH</text> <!-- Flèche --> <line x1="200" y1="70" x2="300" y2="70" stroke="#000" stroke-width="2"/> <polygon points="300,65 312,70 300,75" fill="#000"/> <text x="250" y="58" text-anchor="middle" font-size="10" fill="#555">chauffage à reflux</text> <!-- Produits --> <text x="120" y="120" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#008800">Glycérol</text> <text x="120" y="140" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">CH₂OH-CHOH-CH₂OH</text> <text x="380" y="120" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#008800">Savon</text> <text x="380" y="140" text-anchor="middle" font-size="11" fill="#333">3 R-COONa</text> <!-- Schéma d'une micelle --> <text x="250" y="175" text-anchor="middle" font-size="12" font-weight="bold" fill="#333">Structure d'une micelle de savon</text> <!-- Micelle --> <circle cx="250" cy="225" r="35" fill="none" stroke="#0066cc" stroke-width="2" stroke-dasharray="5,3"/> <text x="250" y="230" text-anchor="middle" font-size="10" fill="#0066cc">graisse</text> <!-- Têtes hydrophiles --> <circle cx="250" cy="185" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="220" cy="195" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="280" cy="195" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="210" cy="220" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="290" cy="220" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="215" cy="245" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="285" cy="245" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <circle cx="250" cy="260" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <!-- Queues hydrophobes --> <line x1="250" y1="191" x2="250" y2="210" stroke="#333" stroke-width="1.5"/> <line x1="220" y1="201" x2="225" y2="218" stroke="#333" stroke-width="1.5"/> <line x1="280" y1="201" x2="275" y2="218" stroke="#333" stroke-width="1.5"/> <!-- Légende --> <circle cx="60" cy="200" r="6" fill="#ff6666" stroke="#cc0000" stroke-width="1"/> <text x="75" y="204" font-size="10" fill="#333">Tête hydrophile (COO⁻)</text> <line x1="60" y1="220" x2="75" y2="220" stroke="#333" stroke-width="1.5"/> <text x="75" y="224" font-size="10" fill="#333">Queue hydrophobe (R)</text> </svg> ``` > **À retenir** : La saponification est l'hydrolyse basique totale d'un triglycéride par la soude (ou la potasse), produisant du glycérol et des sels d'acides gras (savons). Les savons sont des composés amphiphiles qui émulsionnent les graisses. ## Conclusion Les acides carboxyliques constituent une famille fondamentale de la chimie organique. Leur groupe fonctionnel carboxyle $-COOH$ leur confère des propriétés acides marquées, dues à la stabilisation par résonance de leur base conjuguée. Leur nomenclature systématique, leurs propriétés physiques particulières (liaisons hydrogène, dimérisation) et leur grande réactivité chimique en font des intermédiaires de choix en synthèse organique. Les dérivés d'acides carboxyliques — chlorures d'acyle, anhydrides, esters, amides — ouvrent la voie à de nombreuses transformations. Les applications industrielles sont majeures : polymères de grande diffusion comme le Tergal (polyester) et le Nylon 6,6 (polyamide), ainsi que la fabrication des savons par saponification des corps gras. La maîtrise de cette chimie est essentielle pour comprendre les processus biologiques (acides gras, métabolisme) et les matériaux polymères qui nous entourent.