Voir la source de Acide carboxylique

[[Fichier:Carboxyle 3D.JPG|thumb|Modèle éclaté d'un groupe carboxyle.]]

En [[chimie organique]], le terme '''acide carboxylique''' désigne une [[molécule]] comprenant un [[Carboxyle|groupe carboxyle]] (–C(O)OH)<ref>{{GoldBookRef|title=carboxylic acids|file=C00852}}</ref>. Comme le nom l'indique, les acides carboxyliques sont des [[acide|acides.]] Leurs [[base conjuguée|bases conjuguées]] sont appelées '''ions carboxylate'''.

Un '''[[carboxyle|groupe carboxyle]]''' est un [[groupe fonctionnel]] composé d'un [[atome]] de [[carbone]], lié par une [[Liaison double|double liaison]] à un atome d'[[oxygène]] et lié par une liaison simple à un groupe [[hydroxyle]] : -OH.

== Généralités ==

En [[chimie]], les acides carboxyliques R-COOH constituent avec les [[acide sulfonique|acides sulfoniques]] R-SO<sub>3</sub>H les deux types d'[[acide]]s de la [[chimie organique]]. On les trouve de manière abondante dans la nature, sous la forme d'[[acide gras]] ([[lipide]]) et ils sont très importants en [[chimie industrielle]]. Par exemple, l'[[acide acétique]] est non seulement une brique importante pour les [[molécule]]s complexes que l'on trouve en [[biologie]], mais est aussi une molécule produite industriellement et qu'on retrouve dans le [[vinaigre]]. Un des plus connus est l'[[acide acétylsalicylique]] ou aspirine. La brique de base des [[protéine]]s, les [[acide aminé|acides aminés]] sont des acides carboxyliques.

Le [[groupe fonctionnel]] caractéristique est le groupe carboxyle, où R désigne un hydrogène ou un groupe organique :

: [[Fichier:Carboksyl oh.svg|formule développée du groupe fonctionnel carboxyle]]

Lorsque le R est un groupe [[alkyle]], les acides carboxyliques ont pour [[formule brute]] C<sub>''n''</sub>H<sub>2''n''</sub>O<sub>2</sub> où ''n'' est entier quelconque. Le calcul du [[composé insaturé|nombre d'insaturation]] donne : <math>\frac{2n+0-2n+2}{2}=1~</math>. Cette insaturation traduit la [[liaison double]] [[liaison carbone-oxygène|carbone-oxygène]].

On écrit souvent les groupes carboxyle sous la forme réduite : -COOH (forme non ionisée du groupe). La forme ionisée du groupe est : -COO<sup>−</sup>.

Celui-ci est toujours situé en fin de [[chaîne carbonée]]. L'ajout d'un groupe ''carboxyle'' à un [[composé organique]] est une [[carboxylation]], l'élimination de ce même groupe est une ''décarboxylation''.

=== Ions carboxylate ===
Ce sont les bases conjuguées R-COO<sup>−</sup> des acides carboxyliques. Ces bases sont en général plutôt [[base faible|faibles]]. La charge négative sur la molécule est délocalisée sur les deux atomes d'oxygène du groupe carboxyle par mésomérie, ce qui explique la stabilité relative de ce type de molécules.
: [[Fichier:Carboksyl ominus.svg|formule développée d'un ion carboxylate]]

L'ion carboxylate est un [[tensioactif]] [[amphiphile]], c'est l'espèce [[détergent]]e du [[savon]]. En effet, le groupe carboxylate _COO- est [[hydrophile]] car très [[Polarité (chimie)|polaire]]. En revanche, la chaîne carbonée R est [[Polarité (chimie)|apolaire]] et donc [[Hydrophobie (physique)|hydrophobe]] et [[Lipophilie|lipophile]].

== Nomenclature ==

* Systématique : si l'atome de carbone du groupe [[carboxyle]] COOH est inclus dans la chaîne principale de l'[[hydrocarbure]] correspondant (ayant le même nombre d'atomes de carbone, avec CH<sub>3</sub> à la place de COOH) on fait suivre le nom de cet hydrocarbure du ''suffixe'' « -oïque » (dioïque pour un diacide), et en le faisant précéder du mot « ''acide'' ». Dans le cas contraire (en série cyclique par exemple), on fait suivre le mot « ''acide'' » du nom de l'hydrocarbure auquel on ajoute le ''suffixe'' « -carboxylique ».

:{| class="wikitable" border="3" style="text-align: center; width:70%"
|+
! Classe
! Formule*<br>du [[groupe fonctionnel|groupe caractéristique]]
! Suffixe
|-----
| Acides carboxyliques
| -(C)OOH<br>-COOH
| acide-…oïque<br>acide …-carboxylique
|}
:{{*}} L'atome de carbone indiqué entre parenthèses est inclus dans le nom de la structure fondamentale et non dans le suffixe<ref>R. Panico et J.-C. Richer, ''Nomenclature [[Union internationale de chimie pure et appliquée|UICPA]] des composés organiques'', Masson, 1994, {{p.|70, 118-}} {{ISBN|978-2-225-84479-9}}. Un tableau des suffixes (et préfixes) utilisés pour désigner quelques groupes caractéristiques importants en [[Nomenclature IUPAC#Nomenclature substitutive|nomenclature substitutive]] est consultable dans une référence [[IUPAC]] en ligne (en anglais) : [http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/93/r93_296.htm Suffixes and prefixes for some important characteristic groups in substitutive nomenclature].</ref>.

:Exemples :
# L'acide heptanoïque CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>5</sub>-COOH peut alternativement être nommé acide hexane-1-carboxylique si l'atome de carbone du -COOH n'est pas inclus dans la numérotation de la chaîne<ref>Robert Panico, Jean-Claude Richer et [[Jean Rigaudy]], ''Nomenclature et terminologie en chimie organique - Classes fonctionnelles. Stéréochimie'', [[Éditions techniques de l'ingénieur|Techniques de l'Ingénieur]], 1996, {{p.|20}} {{ISBN|2 85 059-001-0}}.</ref> ;
# L'acide heptanedioïque HOOC-(CH<sub>2</sub>)<sub>5</sub>-COOH est un [[acide dicarboxylique]]. Le suffixe ''-oïque'' est précédé du [[Préfixe numérique|préfixe multiplicatif]] ''di-'' ;
# Acide cyclopentanecarboxylique : [[Fichier:Cyclopentane v2.svg|42px|représentation de l'acide cyclopentanecarboxylique]]<span style="position: relative;bottom: 5px">-COOH</span>.
* Usuelle : comme de nombreux composés organiques, les acides carboxyliques ont des noms usuels fréquemment utilisés dans la littérature et rappelant la source depuis laquelle ils furent d'abord isolés. Toutefois une liste définie par l'[[Union internationale de chimie pure et appliquée|IUPAC]] règle l'usage des noms triviaux acceptés aux côtés des noms systématiques<ref name="IUPAC">{{lien web |titre=Table 28(a) Carboxylic acids and related groups. Unsubstituted parent…<!-- Vérifiez ce titre --> |url=http://www.acdlabs.com/iupac/nomenclature/93/r93_705.htm |site=acdlabs.com |consulté le=22-04-2023}}.</ref>.

{| class="wikitable" border="1" cellspacing="0"
|+ Nom et source de quelques acides carboxyliques
|-----
! Type
! Structure
! [[Nomenclature de l'UICPA|Nom UICPA]]
! nom commun
! Source
|----
|rowspan="21"|'''Monoacides aliphatiques'''
| H-COOH || [[acide méthanoïque]] || acide formique
| sécrété par certaines fourmis (latin : ''formica'', fourmis)
|-----
| CH<sub>3</sub>-COOH || [[Acide acétique|acide éthanoïque]]
| acide acétique || latin : ''acetum'', vinaigre
|-----
| CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>-COOH || [[acide propanoïque]] || acide propionique
| grec : ''pion'', gras
|-----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>-COOH ||[[acide butanoïque]] || acide butyrique
| grec : ''bouturos'', beurre
|-----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>3</sub>-COOH ||[[acide pentanoïque]] || acide valérique
| [[valériane]]
|-----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>4</sub>-COOH ||[[acide hexanoïque]] || acide caproïque
| 
|-----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>5</sub>-COOH ||[[acide heptanoïque]] || acide énanthique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>6</sub>-COOH ||[[acide octanoïque]] || acide caprylique
| [[noix de coco]], [[Lait maternel humain|lait maternel]]
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>7</sub>-COOH ||[[acide nonanoïque]] || acide pélargonique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>8</sub>-COOH ||[[acide décanoïque]] || acide caprique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>9</sub>-COOH ||[[Acide undécylique|acide undécanoïque]]|| acide undécylique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>10</sub>-COOH ||[[Acide laurique|acide dodécanoïque]]|| acide laurique
| huile de noix de coco
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>11</sub>-COOH ||[[acide tridécanoïque]] || acide tridécylique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>12</sub>-COOH ||[[acide tétradécanoïque]] || acide myristique
| [[noix de muscade]]
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>13</sub>-COOH ||[[acide pentadécanoïque]] || acide pentadécylique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>14</sub>-COOH ||[[Acide palmitique|acide hexadécanoïque]] || acide palmitique
| [[huile de palme]]
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>15</sub>-COOH ||[[acide heptadécanoïque]] || acide margarique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>16</sub>-COOH ||[[Acide stéarique|acide octodécanoïque]] || acide stéarique
| graisses animales
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>17</sub>-COOH ||[[acide nonadécylique|acide nonadécanoïque]] || acide nonadécylique
| 
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>18</sub>-COOH ||[[Acide arachidique|acide éicosanoïque]]|| acide arachidique
| huile d'[[arachide]], les huiles de poisson et les [[huile alimentaire|huiles végétales]]
|----
| CH<sub>3</sub>(CH<sub>2</sub>)<sub>20</sub>-COOH ||[[acide docosanoïque]] || acide béhénique
|
|-----
|rowspan="2"|'''Monoacides aromatiques'''
| C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>-COOH
| [[acide benzoïque]]
|
| [[benzène]]
|----
| HO-C<sub>6</sub>H<sub>4</sub>-COOH
| acide 2-hydroxybenzoïque || [[acide salicylique]]
| fruits (sous forme de [[salicylate de méthyle]])
|----
|'''Acides thiols'''
| CH<sub>3</sub>CH(SH)-COOH
| acide 2-mercaptopropanoïque || [[acide thiolactique]]
|}

N.B. : un moyen mnémotechnique pour se souvenir des noms des diacides linéaires, dans l'ordre croissant du nombre de carbones, est la phrase suivante : « '''O'''n '''M'''ange '''S'''aucisse '''G'''rillée '''A''' '''P'''oint » ('''O'''xalique, '''M'''alonique, '''S'''uccinique, '''G'''lutarique, '''A'''dipique, '''P'''imélique). Les diacides sont utilisés pour la synthèse de [[polyamide]]s et de [[polyester]]s.

D'autres types d'acides carboxyliques peuvent être cités : les [[Acide dicarboxylique|acides dicarboxyliques]], les [[Acide tricarboxylique|acides tricarboxyliques]], les [[Acide alpha-hydroxylé|acides ''alpha''-hydroxylés]], les [[cétoacide]]s, les [[acide aminé|acides aminés]] et les [[acide gras|acides gras]].

== Propriétés physiques et structurelles ==
=== État ===

Les acides carboxyliques sont liquides dans les conditions normales tant que leur chaine carbonée présente moins de huit atomes de carbone. Ils sont solides au-delà.

Les acides de faible [[masse molaire]] possèdent une forte odeur ; par exemple l'acide butanoïque est responsable de l'odeur du beurre rance.

=== Polarité, solubilité ===

La fonction acide carboxylique est fortement [[polarité (chimie)|polaire]] et est à la fois donneur et accepteur de [[liaison hydrogène|liaisons hydrogène]]. Ceci permet la création de liaisons hydrogène par exemple avec un [[solvant]] polaire comme l'eau, l'alcool, et d'autres acides carboxyliques.

[[Fichier:Dimérisation d'acides carbox.png|right|400px|Dimérisation d'un acide carboxylique]]

De par cette propriété, les acides carboxyliques de petite taille (jusqu'à l'acide butanoïque) sont complètement solubles dans l'eau. Les molécules d'acides sont aussi capables de former des [[dimère]]s stables par pont hydrogène, ce qui permet d'expliquer pourquoi leur [[point d'ébullition]] est plus élevé que celui des alcools correspondants.

=== Acidité ===

En solution dans l'eau, l'acide se dissocie partiellement en ion carboxylate, selon l'[[Équation chimique|équation-bilan]] :

:RCOOH + H<sub>2</sub>O ⇌ RCOO<sup>−</sup> + H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>.

Ce sont des [[acide faible|acides faibles]] dans l'eau ([[constante d'équilibre|p''K''<sub>A</sub>]] entre 4 et 5).

Comme les alcools, les acides carboxyliques montrent un caractère acide et basique : la déprotonation en ions carboxylate est facile, mais la protonation est plus difficile. Ils possèdent donc un p''K''<sub>A</sub> plus faible que celui des alcools.
En fait, l'acidité des acides carboxyliques s'explique par l'[[effet inductif]] dans le groupe carboxyle : la liaison C=O est très polarisée ([[électronégativité]] de l'oxygène supérieure à celle du carbone) ce qui fait que le carbone est [[électrophile]], et il attire donc les électrons de l'autre oxygène. Or cet autre oxygène est lui-même lié à un hydrogène, et cette liaison est aussi [[polarité (chimie)|polarisée]], donc l'électron de l'hydrogène qui s'est rapproché de l'oxygène est attiré à son tour par le carbone électrophile. Cet hydrogène devient donc très facilement mobile, d'où l'acidité du groupe carboxyle.

La [[solubilité]] de l'acide carboxylique croit avec le [[Potentiel hydrogène|pH]].

=== Spectroscopie ===

En infrarouge (IR), l'acide carboxylique présente deux bandes de valence :

{| class="wikitable centre"
! Vibration
| C=O
|O-H
|-
! Nombre d'onde (cm<sup>−1</sup>)
|1 680-1 710
|2 500-3 200
|-
! Intensité
|(forte)
|large, moyenne à forte
|}

=== Structure ===

[[Fichier:Ac carbox.jpg|center|Structure du groupe carboxyle: angles et longueurs des liaisons]]

D'après la [[théorie VSEPR]] :
* la géométrie autour de l'atome de carbone (liaisons) est de type trigonale ;
* la géométrie autour de l'atome d'oxygène de la fonction carbonyle (liaison double + doublets libres) est aussi de type trigonale ;
* la géométrie autour de l'atome d'oxygène de la fonction hydroxyle (liaisons + doublets libres) est de type [[géométrie tétraédrique|tétraédrique]] (AX<sub>2</sub>E<sub>2</sub>).

L'acide carboxylique possède plusieurs formes [[Mésomérie|mésomères]].

[[Fichier:Formules mésomères d'un acide carboxylique.GIF|center|Formules mésomères d'un acide carboxylique]]

== Réactivité ==

Comme le montre, entre autres, les différentes formules mésomères de l'acide carboxylique :
* les atomes d'oxygène sont des sites nucléophiles ainsi que des bases de Lewis ;
* le carbone central est électrophile ;
* l'atome d'hydrogène électrophile est acide.

== Dérivés ==

Les acides carboxyliques comptent de nombreux dérivés :
* les [[Chlorure d'acyle|chlorures d'acyle]]
[[Fichier:Acyl-chloride.svg|center|100px|Chlorure d'acyle]]

* les [[Anhydride d'acide|anhydrides alcanoïques]]
<gallery mode="nolines" class="center" widths="150px">
Acid anhydride.png|Anhydride d'acide
</gallery>
* les [[Estérification#Estérification des acides carboxyliques|esters]]
[[Fichier:Ester2.PNG|center|150px|Ester]]
* les [[amide]]s
[[Fichier:Amide.PNG|center|150px|Amide]]
* les [[nitrile]]s
[[Fichier:Nitrile.PNG|center|135px|Nitrile]]

En termes de groupe partant (nucléofuge), l'ordre de facilité est :

'''Cl<sup>−</sup>''' (chlorure d'acyle), '''RCOO<sup>−</sup>''' (anhydride), '''RO<sup>−</sup>''' (ester), '''<sup>−</sup>NH<sub>2</sub>''' et '''<sup>−</sup>NR<sup>1</sup>R<sup>2</sup>''' (amides).

=== Réduction ===

* [[Aldéhyde]]
* [[Alcool (chimie)#Classification|Alcool primaire]]

=== Oxydation ===

* [[Dioxyde de carbone]] ({{CO2}})

== Synthèse ==
=== Synthèse par oxydation ===

;des alcools ou des aldéhydes
:Les acides carboxyliques peuvent être obtenus par oxydation des [[aldéhyde]]s, donc en fait d'une double oxydation des [[Alcool primaire|alcools primaires]].
::<math>\rm 5 RCH_2OH + 2 KMnO_4 + 3 H_2SO_4 \longrightarrow 5 RCHO +  K_2SO_4 + 2 MnSO_4 + 8 H_2O</math><br><math>\rm 5 RCHO + 2 KMnO_4 + 3 H_2SO_4 \longrightarrow 5 RCOOH + K_2SO_4 + 2 MnSO_4 + 3 H_2O</math>
;des [[alcène]]s
::<math>\rm RCH=CH_2 + 2 KMnO_4 + 3 H_2SO_4 \longrightarrow RCOOH + CO_2 + K_2SO_4 + 2 MnSO_4 + 4 H_2O</math>
:exemple : synthèse de l'[[acide acétique]] par oxydation du propène
::<math>\rm CH_3-CH=CH_2 + 2 KMnO_4 + 3 H_2SO_4 \longrightarrow CH_3-COOH + CO_2 + K_2SO_4 + 2 MnSO_4 + 4 H_2O</math>

=== Synthèse à partir d'un dérivé d'acide ===

Il s'agit simplement des hydrolyses des différents dérivés d'acides.

; [[ester]]
:* [[hydrolyse]] en milieu acide : [[Estérification#Estérification des acides carboxyliques|rétroestérification]]
::<math>\rm RCO-O-R' + H_2O \Longleftrightarrow RCOOH + R'OH</math>
:* hydrolyse en milieu basique : [[saponification]] de l'ester
::<math>\rm RCO-O-R' + OH^- \longrightarrow RCOO- + R'OH</math> puis <math>\rm RCOO- + H^+  \Longleftrightarrow RCOOH </math>
; [[nitrile]]
::<math>\rm RCN + H^+  \Longleftrightarrow RCNH^+ </math>
:puis lentement
::<math>\rm RCNH^+  +  H_2O  \Longleftrightarrow RCONH_2 + H^+</math>
:puis l'[[amide]] est hydrolysé trop vite pour être isolé.
::<math>\rm RCONH_2 + H^+  \Longleftrightarrow RCONH_3^+</math>
::<math>\rm RCONH_3^+  +  H_2O  \longrightarrow RCOOH + NH_4^+</math>

=== Synthèse par réaction d'un réactif de Grignard sur le dioxyde de carbone ===

{{Article connexe|réactif de Grignard|dioxyde de carbone}}

==== Réaction ====

[[Fichier:Réaction d'un organo-mg sur co2.GIF|centré|Synthèse d'un acide carboxylique à partir d'un réactif de Grignard et de dioxyde de carbone]]

==== Conditions ====

La synthèse a lieu à basse température ({{tmp|-40|°C}}). Le dioxyde de carbone est alors sous forme solide, dite [[Dioxyde de carbone|carboglace]]. Il est mis en excès. Après réaction, on effectue une hydrolyse en milieu acide pour obtenir l'acide carboxylique.

==== Mécanisme ====

'''Première étape''' : addition du réactif de Grignard sur le {{CO2}}

[[Fichier:Addition CO2 sur RMgX.png|centré|Addition du réactif de Grignard sur le dioxyde de carbone]]

'''Deuxième étape''' : hydrolyse en milieu acide

[[Fichier:Hydrolyse R-COOMgX.GIF|centré|Hydrolyse acide de la molécule intermédiaire]]

=== Synthèse malonique ===

{{article détaillé|Synthèse malonique}}

La synthèse malonique est un ensemble de réactions permettant de synthétiser de nombreux acides carboxyliques primaires ou secondaires à partir du [[malonate de diéthyle]].

Elle est composée :
* d'une réaction acide-base entre le malonate de diéthyle et de l'éthanoate ([[Acétate de sodium|de sodium]], de potassium{{etc.}}) ;
* d'une [[substitution nucléophile]], où l'on insère le groupe (primaire ou secondaire) voulu pour l'acide carboxylique final ;
* d'une double [[saponification]] des deux fonctions [[ester]] du malonate de diéthyle substitué, suivie d'une acidification du milieu ;

[[Fichier:Synthèse malonique 1.GIF|center|Première partie des réactions de la synthèse malonique]]
* d'une [[décarboxylation]] (dégagement de [[dioxyde de carbone]] par chauffage) ;
* d'un réarrangement du produit final en acide carboxylique par [[Tautomère|tautomérie]].

[[Fichier:Synthèse malonique 2.GIF|center|Deuxième partie des réactions de la synthèse malonique]]

Cette synthèse est d'autant plus intéressante qu'''a priori'', elle permet de synthétiser n'importe quel acide carboxylique, puisque, à part un groupe tertiaire, il semble qu'on puisse mettre ce que l'on veut à la place de '''R'''.

== Attrait pour les moustiques ==
Une expérience menée en 2022 démontre qu'''[[Aedes aegypti]]'', et sans doute les [[moustique]]s piquant les humains en général, sont spécialement attirés par les individus présentant naturellement un taux élevé d'acide carboxylique dans leur [[sébum]]. Malheureusement, l'expérience observe que ce taux ne varie ni en fonction du régime alimentaire ni en fonction des produits d'hygiène utilisés. Certaines personnes sont alors condamnées à être de véritables aimants à moustiques. La sécrétion importante d'acide carboxylique étant spécifique aux humains, il est envisagé que la sélection naturelle ait amené les moustiques à être attiré par ce composant afin d'être certains de l'identité de leurs proies, mais aussi comme indice de la présence d'eau claire et propre à proximité, fournie par les humains et utile pour leur reproduction<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Daniel Leonard|titre=Some People Really Are Mosquito Magnets, and They’re Stuck That Way|périodique=[[Scientific American]]|date=18 octobre 2022|lire en ligne=https://www.scientificamerican.com/article/some-people-really-are-mosquito-magnets-and-theyre-stuck-that-way/}}</ref>{{,}}<ref>{{Article|langue=en|auteur1=Maria Elena De Obaldia|auteur2=Takeshi Morita|auteur3=Laura C. Dedmon|auteur4=Emely V. Zeledon|auteur5=Justin R. Cross|auteur6=Leslie B. Vosshall|titre=Differential mosquito attraction to humans is associated with skin-derived carboxylic acid levels|périodique=[[Cell (revue scientifique)|Cell]]|date=18 octobre 2022|lire en ligne=https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.09.034}}</ref>.

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Liste d'acides]]
* [[Thioacide]]

=== Liens externes ===
{{Liens}}

{{Portail|chimie}}

[[Catégorie:Acide carboxylique| ]]