Les acides carboxyliques
Un acide carboxylique est un composé organique portant le groupe –COOH (aussi noté –CO₂H). Ce groupe réunit un carbonyle (C=O) et un hydroxyle (–OH) sur le même carbone. La formule générale est R–COOH.
Les acides carboxyliques sont des acides faibles : ils cèdent partiellement un proton H⁺ en solution aqueuse selon l'équilibre :
R-COOH + H₂O ⇌ R-COO⁻ + H₃O⁺
La constante Ka est faible (pKa ~ 4 à 5 pour la plupart), ce qui signifie que l'équilibre est très déplacé vers la gauche. L'acide éthanoïque (acide acétique, CH₃-COOH) est l'exemple de référence au lycée.
Estérification et hydrolyse
La réaction entre un acide carboxylique et un alcool produit un ester et de l'eau. C'est la réaction d'estérification :
R-COOH + R'-OH ⇌ R-COO-R' + H₂O
Elle est lente, limitée et athermique (sans chaleur notable). Sans catalyseur, on chauffe à reflux pendant plusieurs heures. En présence d'acide sulfurique concentré (catalyseur), la réaction s'accélère mais reste limitée.
À l'équilibre, on obtient typiquement environ 2/3 d'ester et 1/3 d'acide+alcool restants pour des proportions stœchiométriques.
La réaction inverse — hydrolyse — décompose l'ester en acide et alcool en présence d'eau.
Pour déplacer l'équilibre vers la formation d'ester (règle de Le Chatelier) : - Utiliser un excès d'un des réactifs. - Éliminer un produit au fur et à mesure (distiller l'eau ou l'ester formé).
Propriétés des esters
Les esters sont souvent des liquides volatils à l'odeur agréable et fruitée. Ils sont responsables de l'arôme de nombreux fruits :
| Ester | Odeur |
|---|---|
| Acétate d'éthyle (CH₃-COO-CH₂CH₃) | Vernis à ongles, colle |
| Acétate d'isoamyle | Banane |
| Acétate de benzyle | Jasmin |
| Butyrate d'éthyle | Ananas |
Les esters sont peu solubles dans l'eau (pas de groupe –OH pour les liaisons hydrogène) mais solubles dans les solvants organiques.
Les savons : saponification
La saponification est l'hydrolyse d'un ester (généralement une graisse, ester de glycérol) en milieu basique (NaOH ou KOH). Elle est totale (irréversible) contrairement à l'hydrolyse acide.
Un corps gras (triester de glycérol) + soude → glycérol + 3 carboxylates de sodium (savon).
Les carboxylates de sodium (R–COO⁻ Na⁺) sont des tensioactifs : leur chaîne carbonée longue est hydrophobe (lipophile) et leur tête carboxylate est hydrophile. Cette dualité leur permet d'émulsionner les graisses dans l'eau.
L'aspirine : un ester pharmaceutique
L'aspirine (acide acétylsalicylique) est l'ester de l'acide salicylique et de l'acide acétique. Sa synthèse est une réaction d'estérification classique au lycée : l'acide salicylique réagit avec l'anhydride acétique (ou l'acide acétique) pour donner l'aspirine. Son hydrolyse dans l'organisme libère l'acide salicylique, actif anti-inflammatoire.