Ácidu Carboxílico

Nel grupu funcional carboxilo coinciden sobre'l mesmu carbonu un grupu hidroxilo (-OH) y carbonilo (-C=O). Puede representase como -COOH o -CO₂H.

 

Los ácidos carboxílicos tienen como fórmula xeneral R-COOH. Tienen propiedaes acedes; los dos átomos d'osíxenu son electronegativos y tienden a atraer a los electrones del átomu d'hidróxenu del grupu hidroxilo colo que se debilita l'enllaz, produciéndose en ciertes condiciones una rotura heterolítica, dexando'l correspondiente protón o hidrón, H⁺, y quedando el restu de la molécula con carga -1 debíu al electrón que perdió l'átomu d'hidróxenu, polo que la molécula queda como R-COO^-.

${\displaystyle R-COOH\rightleftharpoons R-COO^{-}+H^{+}}$ 

Amás, nesti anión, la carga negativa distribúyese (se deslocaliza) simétricamente ente los dos átomos d'osíxenu, de forma que los enllaces carbonu-osíxenu adquieren un calter d'enllaz parcialmente doble.

Estos non solo son importantes y esenciales pola so propia naturaleza, sinón qu'amás son la materia primu al momentu de preparar los derivaos de acilo, tales como : los cloruros d'ácidu, los ésteres,les amidas, y los tioésteres. Ensin cuntar que na mayoría de les rutes biolóxiques tán presentes.

Xeneralmente los ácidos carboxílicos son ácidos débiles, con namái un 1 % de les sos molécules disociadas pa dar los correspondientes iones, a temperatura ambiente y en disolución aguacienta.

Pero sí son más acedos qu'otros, nos que nun se produz esa deslocalización electrónica, como por casu los alcoholes. Esto debe a que la estabilización por resonancia o deslocalización electrónica, provoca que la base conxugada del ácidu sía más estable que la base conxugada del alcohol y poro, la concentración de protones provenientes de la disociación del ácidu carboxílico sía mayor a la concentración d'aquellos protones provenientes del alcohol; fechu que se verifica esperimentalmente polos sos valor relativos menores de pK_a. El ion resultante, R-COO^-, nomar col sufixu "-arreyo".

 

Por casu, el anión procedente del acedu acético llámase ion acetato. Al grupu RCOO^- denominar carboxilato.

 

Víes industriales

Les síntesis industriales de los ácidos carboxílicos difieren xeneralmente de les usaes a pequeña escala (nel llaboratoriu) porque riquen equipamientu especializáu.

• Oxidación d'aldehídos con aire, utilizando catalizadores de cobaltu y manganesu. Los aldehídos necesarios son llograos fácilmente a partir d'alquenos por hidroformilación.
• Oxidación d'hidrocarburos usando aire. Pa los alcanos más simples, el métodu nun ye selectivu. Los compuestos alílicos y bencílicos sufren oxidaciones más selectives. Los grupos arriendo nun aniellu bencénico aferruñar hasta'l grupu carboxilo (-COOH), ensin importar el llargor previu de la cadena. La formación d'acedu benzoico a partir del tolueno, d'acedu tereftálico a partir del p-xileno, y d'acedu ftálico a partir del o-xileno, son delles conversiones ilustratives a gran escala. El ácidu acrílico xenerar a partir del propeno.
• Deshidrogenación d'alcoholes, catalizada por bases.
• La carbonilación ye'l métodu más versátil cuando va acompañáu a la adición d'agua. Esti métodu ye efectivu pa alquenos que xeneren carbocationes secundarios y terciarios, por casu, d'isobutileno a acedu piválico. Na reacción de Koch, la adición d'agua y monóxidu de carbonu (CO) a alquenos ta catalizada por acedos fuertes. El acedu acético y el ácidu fórmico son producíos pola carbonilación del metanol, llevada a cabu con yodu y alcóxido, quien actúen como promotores, y frecuentemente con altes presiones de monóxidu de carbonu, xeneralmente arreyando dellos pasos hidrolíticos adicionales, nel procesu Monsanto y el procesu Cativa. Les hidrocarboxilaciones arreyen la adición simultánea d'agua y CO. Tales reacciones son llamaes delles vegaes como "Química de Reppe":

HCCH + CO + H₂O → CH₂=CHCO₂H

• Dellos acedos carboxílicos de cadena llarga son llograos pola hidrólisis de los triglicéridos llograos d'aceites y grases de plantes y animales. Estos métodos tán rellacionaos cola ellaboración del xabón.

Métodos de llaboratoriu

Los métodos de preparación pa reacciones a pequeña escala con fines d'investigación, instrucción, o producción de pequeñes cantidaes de productos químicos suelen utilizar reactivos caros.

• Oxidación d'alcoholes primarios con axentes oxidantes fuertes como'l dicromato de potasiu, el reactivu de Jones, el permanganato de potasiu, o'l clorito de sodiu. El métodu ye afechu en condiciones de llaboratoriu, comparáu col usu industrial del aire, pero esti postreru ye más ecolóxicu, yá que conduz a menos subproductos inorgánicos, tales como óxidos de cromu o manganesu.
• Rotura oxidativa d'olefines, por ozonólisis, permanganato de potasiu, o dicromato de potasiu.
• Los ácidos carboxílicos tamién pueden llograse pola hidrólisis de los nitrilos, ésteres, o amides, xeneralmente con catálisis aceda o básica.
• Carbonilación d'un reactivu d'organolitio o Grignard:

RLi + CO₂ → RCO₂Li
RCO₂Li + HCl → RCO₂H + LiCl

• Halogenación de metilcetonas, siguida d'hidrólisis na reacción del haloformo
• La reacción de Kolbe-Schmitt, qu'aprove una ruta de síntesis al acedu salicílico, precursor de l'aspirina

Reacciones menos comunes

Munches reacciones conducen a acedos carboxílicos, pero son usaes namái en casos bien específicos, o principalmente son d'interés académicu:

• Dismutación d'un aldehído na reacción de Cannizzaro.
• Transposición de dicetonas, na Transposición del ácidu bencílico, arreyando la xeneración d'acedos benzoicos na reacción de von Richter, a partir de nitrobencenos, y na reacción de Kolbe-Schmitt, a partir de fenoles.

• Llogru de sales d'acedos carboxílicos y amidas a partir del ácidu:

Los ácidos carboxílicos reaccionen con bases pa formar sales. Nestos sales l'hidróxenu del grupu -OH reemplázase col ion d'un metal, por casu Na⁺. D'esta forma, l'ácidu acético reacciona con hidrogenocarbonato de sodiu pa dar acetato de sodiu, dióxidu de carbonu y agua.

${\displaystyle CH_{3}COOH+NaHCO_{3}\rightarrow CH_{3}COO^{-}Na^{+}+CO_{2}+H_{2}O}$ 

Entós, depués de llograr el sal, podemos calecer la mesma pa llegar a la amida por aciu deshidratación. La reacción xeneral y el so mecanismu son los siguientes:

 

 

• Esterificaciones

 

• Formación de derivaos de deshidratación, como anhídridos y cetenes.

• Halogenación na posición alfa: Llamada Halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky o tamién conocida como Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky. La mesma sustitúi un átomu d'hidróxenu na posición alfa con un halóxenu, reacción que presenta utilidá sintética por cuenta de la introducción de bonos grupos salientes na posición alfa.

 

Los grupos carboxilos reaccionen colos grupos amino pa formar amides. Nel casu d'aminoácidos que reaccionen con otros aminoácidos pa dar proteínes, al enllaz de tipu amida que se forma denominar enllaz peptídico. Igualmente, los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con alcoholes pa dar ésteres, o bien con halogenuros pa dar halogenuros d'ácidu, o ente sigo pa dar anhídridos. Los ésteres, anhídridus, halogenuros d'ácidu y amidas llámense derivaos d'ácidu.

• La Reacción de Varrentrapp tien poques aplicaciones en resume, pero ye útil na determinación de ciertos ácidos grasos. Consiste na descomposición d'acedos grasos insaturados n'otros de cadena más curtia con desprendimientu d'hidróxenu.

• Na Reacción de Arndt-Eistert inxertar un metileno α a un ácidu carboxílico.

• Descarboxilación de Barton

• Reacción de Hunsdiecker

• Reacción de Kochi

• Descarboxilación de Krapcho

• Electrólisis de Kolbe

Los ácidos carboxílicos nomar cola ayuda de la terminación –oico o –ico que se xune al nome del hidrocarburu de referencia y anteponiendo la pallabra acedu:

Exemplu

CH₃-CH₂-CH₃ propanu CH₃-CH₂-COOH

Acedu propanoico (propan + oico) 

Los nomes triviales de los ácidos carboxílicos designar según la fonte natural de la que primeramente s'aisllaron. Clasificáronse asina:

Acedos dicarboxílicos elementales

Nome común	Nome IUPAC	Fórmula química	Fórmula estructural
Acedu oxálico	acedu etanodioico	HOOC-COOH
Acedu malónico	acedu propanodioico	HOOC-(CH2)-COOH
Acedu succínico	acedu butanodioico	HOOC-(CH2)2-COOH
Acedu glutárico	acedu pentanodioico	HOOC-(CH2)3-COOH
Acedu adípico	Acedu hexanodioico	HOOC-(CH2)4-COOH
Acedu pimélico	acedu heptanodioico	HOOC-(CH2)5-COOH
Acedu subérico	acedu octanodioico	HOOC-(CH2)6-COOH
Acedu azelaico	acedu nonadioico	HOOC-(CH2)7-COOH
Acedu sebácico	acedu decadioico	HOOC-(CH2)8-COOH
Acedu maleico	Acedu cis-butenodioico	HOOC-CH=CH-COOH
Acedu fumárico	Acedu trans-butenodioico	HOOC-CH=CH-COOH
Acedu ftálico	ácidu beceno-1,2-dicarboxílico o-acedu ftálico	C6H4(COOH)2
Acedu isoftálico	ácidu beceno-1,3-dicarboxílico m-acedu ftálico	C6H4(COOH)2
Acedu tereftálico	ácidu beceno-1,4-dicarboxílico p-acedu ftálico	C6H4(COOH)2
Acedu truxílico	ácidu 2,4-difenilciclobutan-1,3-dicarboxílico	(C6H5)2C4H4(COOH)2
Acedu truxínico	ácidu 3,4-difenilciclobutan-1,2-dicarboxílico	(C6H5)2C4H4(COOH)2

Nel sistema IUPAC los nomes de los ácidos carboxílicos fórmense reemplazando la terminación “o” de los alcanos por “oico”, y anteponiendo la pallabra acedu.

La cadarma de los ácidos alcanoicos numbérase asignando'l N° 1 al carbonu carboxílico y siguiendo pola cadena más llarga qu'incluya'l grupu COOH.

Exemplu d'ácidos carboxílico complexu

HOCH₃-CH₃-CH=CH-CH(CH₃-CH=CH₃)-CHBr-COOH

Nesti compuestu aparte del grupu funcional COOH, hai una función alcohol, pero d'alcuerdu a la so importancia y relevancia el grupu COOH ye'l principal; polo tanto'l grupu alcohol nomar como sustituyente. Polo tanto'l nome d'esti compuestu ye: Ácidu 3-alil-2-bromu-7-hidroxi-4-heptenoico.

La pallabra carboxi tamién s'utiliza pa nomar al grupu COOH cuando na molécula hai otru grupu funcional que tien prioridá sobre él.

Otros acedos carboxílicos importantes

• Acedu benzoico
• Acedu láctico
• Acedu tartárico
• Acedu salicílico
• Acedu cafeico
• Acedu cinámico
• Ácidu cítrico
• Tolos aminoácidos contienen un grupu carboxilo y un grupu amino. Cuando reacciona'l grupu carboxilo d'un aminoácidu col grupu amino d'otru fórmase un enllaz amida llamáu enllaz peptídico. Les proteínes son polímeros d'aminoácidos y tienen nun estremu un grupu carboxilo terminal.
• Tolos ácidos grasos son acedos carboxílicos. Por casu, l'ácidu palmítico, esteárico, oleico, linoleico, etcétera. Estos ácidos cola glicerina formen ésteres llamaos triglicéridos.

 

Acedu palmítico o acedu hexadecanoico, representar cola fórmula CH₃(CH₂)₁₄COOH

• Los sales d'acedos carboxílicos de cadena llarga empléguense como tensoactivos.