Acide butanoïque

Acide butanoïque
Général
Nom IUPAC
Synonymes	acide butyrique acide éthylacétique acide n-butanoïque
N CAS	107-92-6
N EINECS	203-532-3
DrugBank	DB03568
PubChem	264
FEMA	2221
SMILES
InChI
Apparence	liquide incolore, huileux, d'odeur caractéristique.
Propriétés chimiques
Formule brute	C4H8O2
Masse molaire	88,1051 ± 0,0044 g·mol
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
Masse volumique	0,959 g·ml à 20 °C 0,964 g·ml à 25 °C
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
Point critique	52,7 bar, 354,85 °C
Thermochimie
Cp
Propriétés électroniques
1 énergie d'ionisation	10,17 ± 0,05 eV (gaz)
Propriétés optiques
Indice de réfraction	1,398 à 20 ° (éclairage : sodium)
Précautions
Directive 67/548/EEC

C

NFPA 704
2 3 0
SIMDUT
Produit non classifié
SGH
Danger H314,
Écotoxicologie
DL	8,79 g·kg (rats, oral)
LogP	0,79
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

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

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 détecté par des mammifères avec un bon odorat, comme les chiens, dans des concentrations de 10 ppb, alors que les humains ne peuvent le détecter que dans des concentrations supérieures à 10 ppm.

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. Ceux à faible masse molaire, comme le méthylbutyrate, 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.

L'acide butanoïque est utilisé dans la préparation de divers esters butanoates. Les 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 (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.

Cette substance a également été utilisée comme répulsif nocif provoquant des nausées contre les équipages des baleiniers japonais.

Fermentation classique

Les butyrates ou esters d'acide butanoïque, sont issues de fermentations faisant intervenir des bactéries anaréobies. Ce processus a été découvert par Louis Pasteur en 1861. Voici quelque unes des principales bactéries productrices de butyrates :

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

Le bilan de la réaction est le suivant :

• C₆H₁₂O₆ → C₄H₈O₂ + 2CO₂ + 2H₂

La première étape de la production des butyrates 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 (sous la forme d'éthanoyl-coenzyme A) par un processus enzymatique unique faisant intervenir une série d'enzymes appelés "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 acetoacetyl coenzyme A. l'enzyme responsable est l'acetyl-CoA-acetyl transferase.
• l'Acetoacetyl coenzyme A se transforme en ß-hydroxybutyryl CoA. l'enzyme responsable est la ß-cétoacyl-CoA réductase (coenzyme : NADH).
• La ß-hydroxybutyryl CoA se transforme en crotonyl CoA. l'enzyme responsable est la ß-hydroxyacyl deshydratase.
• Crotonyl CoA se transforme en butyryl CoA (CH₃CH₂CH₂C=O-CoA). l'enzyme responsable est la énoyl CoA réductase (coenzyme : NADH).
• Un groupement phosphate remplace le CoA pour former un butyryl phosphate. L'enzyme responsable est la phosphobutyrylase.
• Le groupement phosphate rejoint l'ADP pour former de l'ATP et du butyrate; 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'acetoacetyl CoA. Cet intermédiaire peut, dans ces conditions, agir de deux nouvelles façons :

• Acetoacetyl CoA → acetoacetate → acetone
• Acetoacetyl CoA → butyryl CoA → butanal → butanol.

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.