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 EC 203-532-3
DrugBank DB03568
PubChem 264
FEMA 2221
SMILES
InChI
Apparence liquide incolore, huileux, d'odeur caractéristique[1].
Propriétés chimiques
Formule brute C4H8O2  [Isomères]
Masse molaire[2] 88,1051 ± 0,0044 g/mol
C 54,53 %, H 9,15 %, O 36,32 %,
Diamètre moléculaire 0,560 nm[3]
Propriétés physiques
T° fusion −7,9 °C[1]
T° ébullition 164 °C[1]
Solubilité dans l'eau : miscible[1],
Miscible avec l'éthanol, l'éther
Paramètre de solubilité δ 21,5 MPa1/2 (25 °C)[4];

25,1 J1/2·cm-3/2 (25 °C)[3]
Masse volumique 0,959 g·ml-1 à 20 °C
0,964 g·ml-1 à 25 °C
T° d'auto-inflammation 452 °C[1]
Point d’éclair 72 °C (coupelle fermée)[1]
Limites d’explosivité dans l’air 2–10 %vol[1]
Pression de vapeur saturante à 20 °C : 57 Pa[1]
Point critique 52,7 bar, 354,85 °C[6]
Thermochimie
Cp
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation 10,17 ± 0,05 eV (gaz)[8]
Propriétés optiques
Indice de réfraction  1,398
Précautions
SGH[9]

Danger
H314,
SIMDUT[10]

Produit non classifié
NFPA 704
Transport
-
   2820   
Écotoxicologie
DL50 8,79 g·kg-1 (rats, oral)
LogP 0,79[1]
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[11].

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[12] . 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[13].

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[14] et par des militants anti-avortement[15]; 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 anaréobies. Ce processus a été découvert par Louis Pasteur en 1861. Voici quelques-unes des principales bactéries productrices de butyrates :

Le bilan de la réaction est le suivant :

  • C6H12O6 → C4H8O2 + 2CO2 + 2H2

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 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.
  • la crotonyl-CoA se transforme en butyl-CoA (CH3CH2CH2). 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 intestinal et d'immunostimulant local et systémique[16]. Sous forme cationique ou d'ester l'acide butyrique a des propriétés antivirales, antifongiques et antibactériennes. Son intérêt réside surtout dans son potentiel à réguler les cellules cancéreuses et induire une différenciation cellulaire[17].

Source

  1. ACIDE BUTYRIQUE, fiche(s) de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée(s) le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, England, John Wiley & Sons Ltd, , 239 p. (ISBN 0-471-98369-1)
  4. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, , 2e éd., 1076 p. (ISBN 0387690026, lire en ligne), p. 294
  5. (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill, , 7e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
  6. « Properties of Various Gases », sur flexwareinc.com (consulté le 12 avril 2010)
  7. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub. Co., (ISBN 0-88415-857-8)
  8. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC, , 89e éd., 2736 p. (ISBN 978-1-4200-6679-1), p. 10-205
  9. Numéro index 607-135-00-X dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  10. « Acide butyrique » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  11. « Chapitre 4, Risques aigus, reprotoxiques et perception d'odeurs », sur invs.sante.fr
  12. (en) « Freezer Baits », Nutrabaits
  13. A.O. Kasumyan et K.B. Døving, « Taste preferences in fishes », Fish and Fisheries, vol. 4,‎ , p. 289–347 (DOI 10.1046/j.1467-2979.2003.00121.x)
  14. (en) « Japanese Whalers Injured by Acid-Firing Activists », newser.com,
  15. (en) « HISTORY OF VIOLENCE: Butyric Acid Attacks », National Abortion Federation,
  16. P. R. Pouillart, « Role of butyric acid and its derivatives in the treatment of colorectal cancer and hemoglobinopathies », Life Sciences, vol. 63,‎ , p. 1739-1760 (ISSN 0024-3205, PMID 9820119, lire en ligne)
  17. Philippe R. Pouillart, Flore Dépeint, Afif Abdelnour et Laetitia Deremaux, « Nutriose, a prebiotic low-digestible carbohydrate, stimulates gut mucosal immunity and prevents TNBS-induced colitis in piglets », Inflammatory Bowel Diseases, vol. 16,‎ , p. 783-794 (ISSN 1536-4844, PMID 19998458, DOI 10.1002/ibd.21130, lire en ligne)

Bibliographie

Voet & Voet ; John Wiley & Sons, 1995

Voir aussi

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