acide acetique

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L'acide actique (du latin acetum) ou acide thanoque est un acide carboxylique de formule chimique : C2H4O2 ou CH3COOH

DescriptionIl est naturellement prsent dans le vinaigre, il lui donne son got aigre et son odeur piquante. C'est un antiseptique et un dsinfectant. L'acide actique pur est un liquide trs faiblement conducteur, incolore, inflammable et hygroscopique. Il absorbe aisment leau. L'acide actique pur est aussi connu sous le nom d'acide actique glacial. L'acide actique est corrosif et ses vapeurs sont irritantes pour le nez et les yeux. Il doit tre manipul avec soin. Quoi qu'il n'ait pas t jug cancrigne ou dangereux pour l'environnement, il peut causer des brlures ainsi que des dommages permanents la bouche, au nez, la gorge et aux poumons. Son acidit vient de sa capacit perdre le proton de son groupe hydroxyle, le transformant ainsi en ion d'actate CH3COO-. C'est un acide faible. C'est un des plus simples des acides carboxyliques. C'est un ractif trs utilis dans l'industrie, notamment comme additif alimentaire, en photographie, dans la fabrication de plastiques tel le polythylne trphtalate (PET) ou l'actate de cellulose, utile la production d'actate de vinyle (peintures, adhsifs), et de solvants organiques. Dans le corps humain, l'acide actique est produit en outre par la consommation d'alcool : l'thanol est converti en actaldhyde qui est alors converti en acide actique sous l'influence de l'enzyme actaldhyde dshydrognase et ensuite en acetyl-coA par la ligase actate-CoA. La demande mondiale dacide actique est denviron 6,5 millions de tonnes par an (Mt/a). Industriellement, il est produit par l'oxydation en phase liquide du n-butane, ou il est rcupr dans la production d'actate de cellulose ou d'alcool polyvinylique. Le nombre UN associ

la solution concentre d'acide actique est le UN 2789 de plus faibles concentrations est le UN 2790.

Il est class Corrosif dans la classification UE, les Phrases R sont R10 R35, les Phrases S sont S1/2 S23 S26 S45.

NomenclatureLe nom trivial, acide actique, est le plus utilis et est officiellement prfr par lIUPAC. Il drive dacetum, mot latin qui dsigne le vinaigre. Son synonyme acide thanoque est issu de la Nomenclature IUPAC.

Acide actique glacial est un nom trivial qui dsigne lacide actique pur. Similaire au nom allemand Eisessig (littralement : glace-vinaigre), ce nom vient des cristaux semblables de la glace qui se forment une temprature lgrement infrieure la temprature ambiante. Labrviation la plus courante pour lacide actique est AcOH ou HOAc, Ac dsignant le groupe fonctionnel actyle CH3C(=O). Dans le contexte de ractions acido-basiques, labrviation HAc est souvent utilise, Ac dsignant alors lanion actate (CH3COO). Cet usage est considr par beaucoup comme abusif. Dans tous les cas, Ac ne doit pas tre confondu avec llment chimique actinium. La formule brute de lacide actique est C2H4O2. On lcrit galement souvent CH3COOH ou CH3CO2H afin de mieux traduire sa structure. Lion rsultant de la perte du proton H+ porte le nom dactate. Actate peut galement faire rfrence un sel contenant cet anion ou un ester de lacide actique.

HistoireAcide actique glacialLe vinaigre est aussi vieux que la civilisation elle-mme, peut-tre plus. Les bactries qui produisent lacide actique sont prsentes partout dans le monde, et toute culture pratiquant le brassage de la bire ou du vin a invitablement dcouvert le vinaigre, rsultat naturel de ces boissons alcooliques laisses lair libre. Lusage de lacide actique en chimie remonte lantiquit. Au IIIe sicle av. J.-C., le philosophe grec Thophraste dcrit comment le vinaigre agit sur le mtal et produit ainsi des pigments utiles pour lart, incluant le plomb blanc (carbonate de plomb) et Vert-de-gris, un mlange vert de sels de cuivre incluant lactate de cuivre II. Les anciens romains faisaient bouillir le vin aigre dans des rcipients de plomb pour produire un sirop trs sucr appel sapa. Le sapa tait riche en actate de plomb, une substance sucre appele sucre de plomb ou sucre de Saturne, et qui provoqua des empoisonnements au plomb dans laristocratie romaine. Lalchimiste perse Jabir Ibn Hayyan (Geber) concentra lacide actique partir du vinaigre grce la distillation. Durant la renaissance, lacide actique glacial tait prpar par distillation sche dactates de mtal. Au XVIe sicle, lalchimiste allemand Andreas Libavius en dcrit la procdure, et compare lacide pur ainsi produit au vinaigre. La prsence deau dans le vinaigre a tant dinfluence sur les proprits de lacide actique, que pendant des sicles de nombreux chimistes ont cru que lacide actique glacial et lacide prsent dans le vinaigre taient deux substances diffrentes. Cest le chimiste franais Pierre Auguste Adet qui prouva quils taient identiques. En 1847, le chimiste allemand Hermann Kolbe synthtisa lacide actique partir de matires inorganiques pour la premire fois. La squence de cette raction consistait en la chloration de disulfure de carbone en ttrachlorure de carbone, suivie dune pyrolyse en ttrachlorothylne, puis dune chlorination aqueuse en acide trichloroactique, et enfin conclure par une rduction par lectrolyse pour obtenir lacide actique.1

Aux alentours de 1910, la majorit de lacide actique glacial tait obtenu partir de la liqueur pyroligneuse issue de la distillation du bois. Lacide actique tait isol grce un traitement lhydroxyde de calcium, et lactate de calcium ainsi obtenu tait alors acidifi par un ajout dacide sulfurique pour reformer lacide actique. LAllemagne en produisait lpoque 10 000 tonnes par an, dont 30 % tait utilis pour la production de colorant indigo.23

Proprits chimiquesAciditLatome dhydrogne (H) du groupe carboxyle (COOH) des acides carboxyliques tels que lacide actique peut tre libr sous forme dion H+ (proton). Cest la capacit librer ce proton qui lui confre son acidit. Lacide actique est faible, monoprotonique en solution aqueuse, avec un pKa denviron 4,8 25C. Une solution 1,0 mol/L (concentration du vinaigre domestique) possde un pH de 2,4, ce qui signifie que seules 0,4% des molcules dacide actique se sont dissocies.

Dimre cyclique

Dimre cyclique de lacide actique; les pointills reprsentent les liaisons hydrognes. La structure cristallique de lacide actique4 montre que les molcules se mettent par deux en dimres connects par des liaisons hydrognes. Ces dimres peuvent aussi tre observs sous forme gazeuse 120C. Ils sont probablement galement prsents dans la phase liquide de lacide actique pur, mais sont rapidement briss la moindre prsence deau. Cette dimrisation existe chez dautres acides carboxyliques.

SolvantLacide actique liquide est un solvant protique hydrophile (polaire), similaire lthanol et leau. Avec une constante dilectrique moyenne de 6,2, il peut dissoudre non seulement les composs polaires tels que les sels inorganiques et les sucres, mais aussi les composs non polaires tels que les huiles, ou des lments comme le soufre et liode. Il se mlange facilement avec de nombreux autres solvants polaires ou non polaires tels que leau, le chloroforme ou lhexane. Ces proprits de solvant et la miscibilit de lacide actique font quil est largement utilis dans lindustrie chimique.

Thermochimie

fusH : 11.7 kJ/mol

fusS : 40.5 J/molK

Ractions chimiquesLacide actique est corrosif pour de nombreux mtaux, notamment le fer, le magnsium et le zinc. Il forme des gaz dhydrogne et des sels de mtaux appels actates. Laluminium forme au contact de loxygne une fine couche doxyde d'aluminium relativement rsistante, qui recouvre sa surface. Aussi les rservoirs daluminium sont-ils souvent utiliss pour transporter lacide actique. Les actates de mtal peuvent aussi tre produits partir du mlange dacide actique et dune base approprie, comme dans la populaire raction bicarbonate de sodium+vinaigre. la notable exception de lactate de chrome (II), presque tous les actates sont solubles dans leau. Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l)

Lacide actique subit galement les ractions typiques des acides carboxyliques, en particulier la formation dthanol par rduction, et la formation de drivs tels que la chlorure d'actyle par substitution nuclophile acyle. Parmi dautres drivs de substitution, on trouve lanhydride actique. Cet anhydride est le rsultat de la perte dune molcule deau par deux molcules dacide actique. Les esters de lacide actique peuvent tre forms par lestrification de Fischer, et on peut galement lutiliser pour produire des amides. Chauff au-del de 440C, lacide actique se dcompose en dioxyde de carbone et mthane, ou en eau et ctne.

DtectionLacide actique peut tre dtect grce son odeur caractristique. Les sels dacide actique dissous dans une solution de chlorure de fer (III) donnent une profonde couleur rouge qui disparat aprs acidification. En chauffant les actates avec du trioxyde d'arsenic, on obtient de loxyde de cacodyl qui peut tre identifi par ses vapeurs malodorantes. Pour prouver que l'acide actique prsent dans le vinaigre est corrosif, il suffit de verser du vinaigre sur de la craie ou un morceau de calcaire. Il se produit alors une effervessence : le vinaigre dgrade le calcaire ou la craie. Attention, si le calcaire a t prlev dans la nature, il peut devenir coupant.

BiochimieLe groupe actyle, driv de lacide actique, est fondamental pour la biochimie de quasiment toutes les formes de vie. Lorsquil est li au coenzyme A, il a une importance centrale dans le mtabolisme des glucides et des lipides. Cependant, la concentration dacide actique libre dans les cellules est maintenue un niveau bas, afin de ne pas perturber le contrle du pH. la diffrence dautres acides carboxyliques longue chane carbone (acides gras), lacide

actique napparat pas dans la formation de triglycrides naturels. Il existe un triglycride artificiel de lacide actique, la triactine (triactate de glycryle), qui est couramment utilis comme additif alimentaire, dans les cosmtiques et certains mdicaments. Lacide actique est naturellement produit et scrt par certaines bactries, en particulier lAcetobacter et la Clostridium acetobutylicum ainsi que la levure Saccharomyces cerevisiae. Ces bactries sont prsentes dans les denres alimentaires, leau et le sol, et lacide actique se forme naturellement lorsque des fruits ou autres denres alimentaires se dcomposent. Lacide actique est aussi un composant de la lubrification vaginale des humains et dautres primates, o il semble faire office dagent antibactrien.5

ProductionLacide actique est produit de faon synthtique ou par fermentation bactrienne. Aujourdhui, la mthode biologique ne concerne plus que 10% de la production, mais elle demeure importante pour la fabrication de vinaigre, car dans la plupart des pays la loi stipule que le vinaigre usage alimentaire doit tre dorigine biologique. Environ 75% de lacide actique destin lindustrie chimique est produit par mthanol carbonylation, dtaill ci-dessous. Le reste est constitu de diverses mthodes alternatives.6 La production totale dacide actique est estime 5 Mt/a (millions de tonnes par an), dont environ la moiti vient des tats-Unis. La production europenne arrive aux alentours de 1Mt/a et est en diminution, enfin 0,7Mt/a sont fabriques au Japon. 1,5 Mt/a sont recycles ce qui amne le march mondial 6,5 Mt/a.78 Les deux plus grands producteurs sont Celanese et BP Chimie. On trouve aussi parmi les principaux producteurs Millenium Chimie, Sterling Chimie, Samsung, Eastman, et Svens Etanolkemi.

Carbonylation du mthanolLa majorit de lacide actique non recycl est produit par carbonylation du mthanol. Dans ce procd, le mthanol et le monoxyde de carbone ragissent pour produire lacide actique selon lquation : CH3OH + CO CH3COOH Ce procd utilise de liodomthane comme intermdiaire et se produit en trois tapes. Un catalyseur, gnralement un complexe mtallique, est ncessaire pour la carbonylation (tape 2). (1) CH3OH + HI CH3I + H2O (2) CH3I + CO CH3COI (3) CH3COI + H2O CH3COOH + HI En modifiant le processus, lanhydride actique peut tre produit par la mme usine. Le mthanol et le monoxyde de carbone tant des matires premires courantes, la carbonylation du mthanol est longtemps apparue comme une mthode intressante pour la production de lacide actique. Henry Dreyfus de la British Celanese a dveloppe une usine pilote de carbonylation du mthanol ds 1925.9 Cependant, le manque de matriel adquat pour contenir le mlange ractionnel corrosif aux pressions ncessaires (200 atm ou plus) a frein la

commercialisation de cette mthode pendant un certain temps. Le premier processus commercialis de carbonylation du mthanol, qui utilise du cobalt comme catalyseur, a t dvelopp par lentreprise chimique allemande BASF en 1963. En 1968, on a dcouvert un nouveau catalyseur base de rhodium (cis[Rh(CO)2I2]) capable dagir efficacement basse pression et avec trs peu de sous-produits. La premire usine utilisant ce catalyseur a t btie par lentreprise amricaine Monsanto en 1970, et la carbonylation du mthanol catalyse au rhodium est alors devenue la mthode dominante de production dacide actique (connue sous le nom de processus Monsanto). Vers la fin des annes 1990, BP a commercialis le catalyseur Cativa ([Ir(CO)2I2]), favoris par le ruthnium. Ce processus est plus cologique et efficace10 que le prcdent, et a largement supplant le processus Monsanto, souvent dans les mmes usines.

Oxydation de lactaldhydeAvant la commercialisation du processus Monsanto, la majeure partie de lacide actique tait produit par oxydation de lactaldhyde. Cette mthode demeure la seconde plus importante voie de synthse de lacide actique, bien quelle ne soit pas comptitive avec la carbonylation du mthanol. Lactaldhyde peut tre produit par oxydation de butane ou de naphta lger, ou encore par hydratation de lthylne. Quand le butane ou le naphta lger est chauff dans lair en prsence de diffrents ions mtalliques, en particulier de manganse, de cobalt et de chrome, un peroxyde se forme puis se dcompose pour former de lacide actique. 2 C4H10 + 5 O2 4 CH3COOH + 2 H2O On travaille avec une combinaison de temprature et de pression permettant davoir un mlange ractionnel aussi chaud que possible tout en gardant le butane ltat liquide. 150C et 55 atm sont des conditions habituelles. Plusieurs sous-produits peuvent galement tre forms, parmi lesquels le butanone, lactate d'thyle, lacide formique, et lacide propanoque. Ces sousproduits ont galement une valeur marchande, et les conditions de raction peuvent tre altres pour en produire davantage si cela a un avantage conomique. Cependant, la sparation de lacide actique de ses sous-produits ajoute au cot du processus. Avec des conditions et des catalyseurs similaires ceux utiliss pour loxydation du butane, lactaldhyde peut tre oxyd par le dioxygne de lair pour produire de lacide actique. 2 CH3CHO + O2 2 CH3COOH Grce aux catalyseurs modernes, cette raction peut atteindre un rendement de plus de 95%. Les principaux sous-produits sont lactate d'thyle, lacide formique et le formaldhyde. Tous ces composs ont une temprature dbullition infrieure celle de lacide actique et peuvent tre facilement spars par distillation.

Oxydation de lthylneLactaldhyde peut tre prpar partir de lthylne via le processus Wacker, puis oxyd comme dtaill ci-dessus. Plus rcemment, une transformation de lthylne en acide actique en une seule tape a t commercialise par lentreprise Showa Denko, qui a ouvert une usine d'oxydation d'thylne Oita, Japon, en 1997.11 Le processus est catalys par un catalyseur mtallique base de palladium avec lassistance dun heteropolyacide tel que lacide

tungstosilicique. Ce processus pourrait tre un concurrent de la carbonylation du mthanol pour les petites usines (100250 kt/a) en fonction du prix de lthylne.

Synthse malonique=> Synthse malonique, en utilisant un halognomthane comme substituant (R-X).