Acide butanoïque

L'acide butanoïque, aussi appelé acide butyrique du grec βουτυρος (beurre), est un acide carboxylique saturé de formule CH₃CH₂CH₂-COOH

Acide butanoïque
Identification
Nom UICPA	Acide butanoïque
Synonymes	acide butyrique acide éthylacétique acide n-butanoïque
No CAS	107-92-6
No ECHA	100.003.212
No CE	203-532-3
DrugBank	DB03568
PubChem	264
FEMA	2221
SMILES	CCCC(=O)O PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1/C4H8O2/c1-2-3-4(5)6/h2-3H2,1H3,(H,5,6)/f/h5H
Apparence	liquide incolore, huileux, d'odeur caractéristique.
Propriétés chimiques
Formule	C4H8O2  [Isomères]
Masse molaire	88,105 1 ± 0,004 4 g/mol C 54,53 %, H 9,15 %, O 36,32 %,
Diamètre moléculaire	0,560 nm
Propriétés physiques
T° fusion	−7,9 °C
T° ébullition	164 °C
Solubilité	dans l'eau : miscible, Miscible avec l'éthanol, l'éther
Paramètre de solubilité δ	21,5 MPa1/2 (25 °C); 25,1 J1/2·cm-3/2 (25 °C)
Masse volumique	0,959 g·ml-1 à 20 °C 0,964 g·ml-1 à 25 °C équation : $\rho =0.89213/0.25938^{(1+(1-T/615.7)^{0.24909})}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 267,95 à 615,7 K. Valeurs calculées : 0,9516 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 267,95 −5,2 11,087 0,97683 291,13 17,98 10,86825 0,95756 302,73 29,58 10,75607 0,94767 314,32 41,17 10,64193 0,93762 325,91 52,76 10,52571 0,92738 337,5 64,35 10,40728 0,91694 349,09 75,94 10,28648 0,9063 360,68 87,53 10,16313 0,89543 372,28 99,13 10,03707 0,88433 383,87 110,72 9,90805 0,87296 395,46 122,31 9,77586 0,86131 407,05 133,9 9,6402 0,84936 418,64 145,49 9,50076 0,83707 430,23 157,08 9,35718 0,82442 441,83 168,68 9,20902 0,81137 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 453,42 180,27 9,05578 0,79787 465,01 191,86 8,89684 0,78387 476,6 203,45 8,73149 0,7693 488,19 215,04 8,55881 0,75408 499,78 226,63 8,3777 0,73813 511,38 238,23 8,18671 0,7213 522,97 249,82 7,984 0,70344 534,56 261,41 7,76705 0,68432 546,15 273 7,53234 0,66364 557,74 284,59 7,2747 0,64094 569,33 296,18 6,98596 0,6155 580,93 307,78 6,6519 0,58607 592,52 319,37 6,24349 0,55009 604,11 330,96 5,68025 0,50046 615,7 342,55 3,440 0,30308
T° d'auto-inflammation	452 °C
Point d’éclair	72 °C (coupelle fermée)
Limites d’explosivité dans l’air	2–10 %vol
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 57 Pa équation : $P_{vs}=exp(93.815+{\frac {-9942.2}{T}}+(-9.8019)\times ln(T)+(9.3124E-18)\times T^{6})$ Pression en pascals et température en kelvins, de 267,95 à 615,7 K. Valeurs calculées : 102,31 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 267,95 −5,2 6,7754 291,13 17,98 57,79 302,73 29,58 145,95 314,32 41,17 339,67 325,91 52,76 735,24 337,5 64,35 1 492,17 349,09 75,94 2 859,07 360,68 87,53 5 203,11 372,28 99,13 9 041,12 383,87 110,72 15 069,93 395,46 122,31 24 193,9 407,05 133,9 37 547,42 418,64 145,49 56 511,55 430,23 157,08 82 724,38 441,83 168,68 118 086,14 T (K) T (°C) P (Pa) 453,42 180,27 164 760,94 465,01 191,86 225 178,12 476,6 203,45 302 036,71 488,19 215,04 398 317,26 499,78 226,63 517 305,73 511,38 238,23 662 634,16 522,97 249,82 838 343,81 534,56 261,41 1 048 976,45 546,15 273 1 299 700,83 557,74 284,59 1 596 482,55 569,33 296,18 1 946 308,02 580,93 307,78 2 357 476,01 592,52 319,37 2 839 975,43 604,11 330,96 3 405 974,07 615,7 342,55 4 070 500
Point critique	52,7 bar, 354,85 °C
Thermochimie
Cp	équation : $C_{P}=(237700)+(-746.40)\times T+(1.8290)\times T^{2}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 267,95 à 436,42 K. Valeurs calculées : 177,747 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 267,95 −5,2 169 020 1 918 279 5,85 171 826 1 950 284 10,85 173 242 1 966 290 16,85 175 063 1 987 296 22,85 177 015 2 009 301 27,85 178 743 2 029 307 33,85 180 937 2 054 312 38,85 182 865 2 076 318 44,85 185 301 2 103 324 50,85 187 868 2 132 329 55,85 190 107 2 158 335 61,85 192 916 2 190 340 66,85 195 356 2 217 346 72,85 198 406 2 252 352 78,85 201 588 2 288 T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 357 83,85 204 339 2 319 363 89,85 207 762 2 358 369 95,85 211 317 2 398 374 100,85 214 380 2 433 380 106,85 218 176 2 476 385 111,85 221 440 2 513 391 117,85 225 477 2 559 397 123,85 229 646 2 607 402 128,85 233 221 2 647 408 134,85 237 631 2 697 413 139,85 241 408 2 740 419 145,85 246 059 2 793 425 151,85 250 843 2 847 430 156,85 254 930 2 893 436,42 163,27 260 310 2 955 équation : $C_{P}=(14.368)+(3.9591E-1)\times T+(-1.8906E-4)\times T^{2}+(-7.6462E-9)\times T^{3}+(2.0812E-11)\times T^{4}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 298 à 1 200 K. Valeurs calculées : 115,564 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 298 24,85 115 522 1 311 358 84,85 131 864 1 497 388 114,85 139 544 1 584 418 144,85 146 902 1 667 448 174,85 153 941 1 747 478 204,85 160 667 1 824 508 234,85 167 084 1 896 538 264,85 173 198 1 966 568 294,85 179 015 2 032 598 324,85 184 540 2 095 628 354,85 189 781 2 154 658 384,85 194 744 2 210 688 414,85 199 437 2 264 718 444,85 203 867 2 314 749 475,85 208 179 2 363 T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 779 505,85 212 102 2 407 809 535,85 215 789 2 449 839 565,85 219 250 2 489 869 595,85 222 494 2 525 899 625,85 225 531 2 560 929 655,85 228 373 2 592 959 685,85 231 030 2 622 989 715,85 233 514 2 650 1 019 745,85 235 837 2 677 1 049 775,85 238 010 2 701 1 079 805,85 240 048 2 725 1 109 835,85 241 962 2 746 1 139 865,85 243 767 2 767 1 169 895,85 245 476 2 786 1 200 926,85 247 157 2 805
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	10,17 ± 0,05 eV (gaz)
Propriétés optiques
Indice de réfraction	$n_{D}^{20}$ 1,398
Précautions
SGH
Danger H314 H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires
SIMDUT
Produit non classé La classification de ce produit n'a pas encore été validée par le Service du répertoire toxicologique Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
2 3 0
Transport
-    2820    Numéro ONU : 2820 : ACIDE BUTYRIQUE
Écotoxicologie
DL50	8,79 g·kg-1 (rats, oral)
LogP	0,79
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

On le trouve par exemple dans le beurre rance, le parmesan, et le contenu gastrique, où il dégage une odeur forte et désagréable. L'acide butyrique peut être perçu à partir d'environ 5 à 40 µg/m³ selon les sources.

Dans des conditions normales de température et de pression, l'acide butanoïque est un liquide légèrement huileux qui se solidifie à −8 °C et dont le point d'ébullition est de 164 °C. Il est facilement soluble dans l'eau, l'éthanol, et l'éther et se dissocie de son solvant par l'addition de chlorure de calcium. Le dichromate de potassium et l'acide sulfurique l'oxydent en dioxyde de carbone et en acide acétique, alors que le permanganate de potassium alcalin l'oxyde seulement en dioxyde de carbone. De plus, il a pour isomère de constitution l'acide 2-méthylpropanoïque, qui lui doit son deuxième nom d'acide isobutyrique.

C'est aussi un acide gras à courte chaîne présent dans les huiles végétales et les graisses animales. Le glycéride (ester de glycérol) de l'acide butyrique compose 3 % à 4 % du beurre. Quand le beurre rancit, les glycérides sont hydrolysés, libérant ainsi de l'acide butyrique à l'odeur désagréable. L'acide butyrique normal ou l'acide butyrique de fermentation est également trouvé comme ester hexylique dans l'huile de Heracleum giganteum et comme ester octylique dans celle du panais (Pastinaca sativa) ; il est aussi présent dans la transpiration.

Il est habituellement produit par la fermentation du sucre ou de l'amidon, provoquée par l'addition de fromage en décomposition, auquel on ajoute du carbonate de calcium pour neutraliser les acides formés dans le processus. La fermentation butyrique de l'amidon est facilitée par l'addition directe de Bacillus subtilis.

Divers esters sont obtenus à partir de l'acide butyrique. Ces esters sont appelés butyrate ou plus correctement butanoate. Ceux à faible masse molaire, comme le butanoate de méthyle, ont la plupart du temps des arômes plaisants. Ils sont ainsi utilisés comme additifs alimentaires ou dans les parfums.

Sa formule brute est la même que celle du formiate de propyle.

Usage

L'acide butanoïque est utilisé dans la préparation de divers arômes (esters butanoates), esters d'acide butyrique de faible poids moléculaire, comme le butanoate de méthyle, ont, pour la plupart, des arômes ou des goûts agréables. De ce fait, ils sont utilisés comme additifs dans l'alimentation et les parfums.

Grâce à sa forte odeur, il est également utilisé comme additif pour les appâts de pêche. Beaucoup de saveurs disponibles sur le marché pour appâter les carpes communes (Cyprinus carpio) utilisent l'acide butyrique comme base d'ester, mais il n'est pas évident de savoir si les poissons sont attirés par l'acide butyrique lui-même ou par les autres substances ajoutées. L'acide butyrique est, cependant, l'un des rares acides organiques à se révéler savoureux à la fois pour les tanches et les bouvières.

À titre anecdotique, cette substance a également été utilisée comme répulsif non toxique provoquant des nausées et qui gâche la chair des baleines par l'équipe de Sea Shepherd contre le navire usine des baleiniers japonais et par des militants anti-avortement ; certaines forces policières pensent également l'adopter comme arme non-létale^{[réf. nécessaire]}.

Fabrication des butyrates

Fermentation classique

Les butyrates ou correctement butanoates, esters de l'acide butanoïque, sont issues de fermentations faisant intervenir des bactéries anaérobies. Ce processus a été découvert par Louis Pasteur en 1861. Les principales bactéries productrices de butyrates sont :

• Clostridium butyricum ;
• Clostridium kluyveri ;
• Clostridium pasteurianum ;
• Fusobacterium nucleatum ;
• Butyrivibrio fibrisolvens ;
• Eubacterium limosum ;
• Clostridium tyrobutyricum.

Le bilan de la réaction est le suivant :

C₆H₁₂O₆ → C₄H₈O₂ + 2 CO₂ + 2 H₂

La première étape de la production des butanoates emprunte la chaîne métabolique de la glycolyse, qui aboutit à la formation de deux molécules de pyruvate par molécule de glucose. Le pyruvate obtenu est ensuite oxydé en éthanoate (acétate sous la forme d'éthanoyl-coenzyme A) par un processus enzymatique unique faisant intervenir une série d'enzymes appelée complexe pyruvate déshydrogénase, avec formation parallèle de dioxyde de carbone (CO₂) qui quitte alors la cellule par diffusion et réduction de NAD⁺ en NADH.

• L'éthanoyl-coenzyme A se transforme en acétoacétyl-coenzyme A. L'enzyme responsable est l'acétyl-CoA acétyl-transférase.
• L'acétoacétyl-coenzyme A se transforme en β-hydroxybutyryl-CoA. l'enzyme responsable est la β-cétoacyl-CoA réductase (coenzyme : NADH).
• La β-hydroxybutyryl CoA se transforme en crotonyl CoA. l'enzyme responsable est la β-hydroxyacyl deshydratase.
• La crotonyl-CoA se transforme en butyl-CoA (CH₃CH₂CH₂C=O-CoA). l'enzyme responsable est la énoyl-CoA réductase (coenzyme : NADH).
• Un groupement phosphate remplace le CoA pour former un phosphate de butyle. L'enzyme responsable est la phosphobutyrylase.
• Le groupement phosphate rejoint l'ADP pour former de l'ATP et des butyrates; l'enzyme responsable est la butyrate kinase.

Acétone et fermentation des butyrates

Certaines bactéries produisent de l'acétone et du butanol par un autre processus commençant comme une fermentation de butyrates, comme :

• Clostridium acetobutylicum : (la plus importante, utilisée dans l'industrie chimique) ;
• Clostridium beijerinckii ;
• Clostridium tetanomorphum ;
• Clostridium aurantibutyricum.

Ces bactéries suivent le processus de fermentation décrit précédemment mais, lorsque le pH est inférieur à 5, elles passent vers la production de butanol et d'acétone pour empêcher une plus forte baisse du pH qui leur serait fatale. Deux molécules de butanol sont produites pour une molécule d'acétone. La modification se produit après la formation de l'acétoacétyl CoA. Cet intermédiaire peut, dans ces conditions, agir de deux nouvelles façons :

• Acétoacétyl CoA → acétoacétate → acétone ;
• Acétoacétyl CoA → butyryl CoA → butanal → butanol.

Activité physiologique de l'acide butanoïque

L'acide butyrique peut inhiber la fonction des histones désacétylase, augmentant ainsi la proportion d'histones acétylés, lesquelles ont une plus faible affinité pour l'ADN que la forme non acétylée (pour des raisons de répulsion électrostatiques). Il est en général admis que la fixation des facteurs de transcription sur l'ADN est défavorisée par la présence d'histones non acétylées (ayant une faible affinité pour l'ADN). Il est donc possible de conclure que l'acide butyrique augmente l'activité transcriptionnelle de la cellule au niveau de promoteurs régulés par les histones déacétylases.

L'acide butyrique est produit par le microbiote intestinal des mammifères. Sa production est amplifiée par les agents prébiotiques (fibres solubles). Il sert de carburant à la muqueuse intestinale et d'immunostimulant local et systémique. Il permettrait au système immunitaire de faire la différence entre une colonisation par des bactéries symbiotiques et des agents pathogènes tels que le choléra.

Sous forme cationique ou d'ester l'acide butyrique a des propriétés antivirales, antifongiques et antibactériennes. Son intérêt sous cette forme réside surtout dans son potentiel à réguler les cellules cancéreuses et induire une différenciation cellulaire.

Source

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Butyric acid » (voir la liste des auteurs).

Bibliographie

Voet & Voet ; John Wiley & Sons, 1995

Voir aussi

• Liste d'acides
• Acide isobutanoïque
• Acide gras volatil