Acid Carboxilic

Se poate spune astfel că formula generală a unui acid carboxilic este R-COOH, R fiind un rest organic. Acizii carboxilici alcătuiesc o clasă variată și numeroasă de compuși organici, aceștia fiind larg răspândiți în natură, precum sunt acidul formic, acidul acetic, acizii grași, aminoacizii (glicină, alanină, etc), acizii dicarboxilici, etc.

Grupa carboxil conferă moleculelor proprietăți acide slabe, astfel că aceasta poate fi deprotonată cu obținerea anionului carboxilat, putând forma săruri sau carboxilați. Reacția chimică prin care se grefează o grupă carboxil în structura unei molecule se numește reacție de carboxilare, iar enzimele care catalizează aceste reacții se numesc carboxilaze (CE 6.4.1) și, respectiv, decarboxilaze (CE 4.1.1).

Lungimea legăturii duble C=O din grupa carboxil poate fi calculată prin spectroscopie.

Denumirea IUPAC a acizilor carboxilici se face adăugând termenul acid în fața rădăcinii și prin adăugarea sufixului -oic. Un număr mare de acizi carboxilici prezintă denumiri comune, uzuale, triviale, acestea fiind asemănătoare ca structură cu denumirea sistematică (prezintă sufixul -ic). De exemplu, cel mai simplu acid carboxilic, H-COOH, este denumit comun acid formic și sistematic acid metanoic. În cazul unor compuși cu structură mai complexă care conțin grupe carboxilice, acestea sunt considerate ca fiind prioritare, iar catena ce conține grupa carboxil este cea principală. De exemplu, denumirea corectă pentru CH₃-CH(Cl)-COOH este acid 2-cloropropanoic. Singurul caz în care grupa carboxil nu este prioritară este în cazul unui compus ionic, de exemplu corect este: clorură de carboxi-piridiniu.

Anionul carboxilat (R–COO⁻ sau RCO₂⁻) derivat de la un acid carboxilic este denumit de obicei cu sufixul -at, aceasta fiind nomenclatura uzuală pentru perechea acid-bază conjugată. De exemplu, baza conjugată a acidului acetic este ionul acetat.

Denumirile unor acizi comuni

În următoarele tabele se regăsesc denumirile unor acizi carboxilici comuni, și se ține cont și de clasificarea acestora în funcție de anumite criterii (vezi și secțiunea Clasificare).

În primul rând, acizii carboxilici se pot clasifica după natura substituentului care se leagă de atomul de carbon din grupa carboxil în acizi alifatici și acizi aromatici. Acizii alifatici pot fi saturați (formic, acetic, propionic) sau nesaturați (acrilic, crotonic).

•  
  Acid formic sau acid metanoic
•  
  Acid acetic sau acid etanoic
•  
  Acid propionic sau acid propanoic
•  
  Acid acrilic sau acid propenoic
•  
  Acid crotonic sau acid trans-2-butenoic
•  
  Acid benzoic sau acid benzencarboxilic
•  
  Acid salicilic sau acid 2-hidroxibenzoic

De asemenea, acizii carboxilici se pot clasifica după numărul de grupe carboxilice care se regăsesc în molecula lor. Numărul grupelor se indică cu prefixe (mono, di, tri...) adăugate în fața termenului carboxilic. Astfel, acizii pot fi monocarboxilici, dicarboxilici, tricarboxilici.

•  
  Acid oxalic sau acid etandioic
•  
  Acid malonic sau acid propandioic
•  
  Acid adipic sau acid hexandioic
•  
  Acid maleic sau acid cis-2-butendioic
•  
  Acid fumaric sau acid trans-2-butendioic
•  
  Acid tereftalic
•  
  Acid citric

Metode oxidative

• Alcani

${\displaystyle R-CH_{3}+{\frac {3}{2}}O_{2}\longrightarrow R-COOH+H_{2}O}$ ; la temperatură înaltă; alcanul este unul superior și astfel rezultă un acid gras.

• Alchene

Reacțiile au loc cu oxigen atomic, provenit din KMnO₄ sau K₂Cr₂O₇ în H₂SO₄.

 ${\displaystyle +5[O]\longrightarrow R-COOH+CO_{2}+H_{2}O}$ ;

 ${\displaystyle +3[O]\longrightarrow {\begin{matrix}R-&C=O\\\quad /&\\R&\end{matrix}}+R'-COOH}$ ;

 ${\displaystyle +4[O]\longrightarrow R-COOH+R'-COOH}$ ;

• Alchine (acetilenă)

${\displaystyle HC\equiv CH+4[O]\longrightarrow }$  ;

• Arene

Oxidarea la arene poate avea loc la catenă sau la nucleul benzenic.

 ${\displaystyle +{\frac {3}{2}}O_{2}\longrightarrow }$  ${\displaystyle +H_{2}O\,}$ ;

 ${\displaystyle +{\frac {9}{2}}O_{2}\longrightarrow }$   ${\displaystyle +2CO_{2}+H_{2}O\,}$ ; în prezență de V₂O₅, la o temperatură de 500 °C; în acest caz, nucleul este distrus;

 ${\displaystyle +{\frac {9}{2}}O_{2}\longrightarrow }$    ${\displaystyle +2CO_{2}+H_{2}O\,}$ ; în prezență de V₂O₅, la o temperatură de 350 °C.

• Alcooli

Acizii se obțin prin oxidarea energică a alcoolilor (KMnO₄ în H₂SO₄)

${\displaystyle R-CH_{2}-OH+3[O]\longrightarrow R-COOH+H_{2}O}$ ;

${\displaystyle {\begin{matrix}R-&CH-OH\\\quad /&\\R'&\end{matrix}}+4[O]\longrightarrow R-COOH+R'-COOH+H_{2}O}$ ;

• Aldehide

${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}}+[O]\longrightarrow R-COOH}$ 

${\displaystyle {\begin{cases}{\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}}+O_{2}\longrightarrow {\begin{matrix}R-&C&-O-O-H\\&||&\\&O&\end{matrix}}\\{\begin{matrix}R-&C&-O-O-H\\&||&\\&O&\end{matrix}}+{\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}}\longrightarrow 2R-COOH\end{cases}}}$ 

${\displaystyle 2\left[Ag\left(NH_{3}\right)_{2}\right]OH+{\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}}\longrightarrow R-COOH+2Ag+4NH_{3}+H_{2}O}$ 

Metode hidrolitice

Hidroliza derivaților trihalogenați geminali

${\displaystyle R-X_{3}+2HOH\longrightarrow R-COOH+3HX}$ ;în prezență de NaOH;

Hidroliza derivaților funcționali ai acizilor organici

• hidroliza esterilor:

${\displaystyle R-COOR+H_{2}O\longrightarrow R-COOH+R-OH}$ ;

• hidroliza nitrililor:

${\displaystyle R-C\equiv N+2H_{2}O\longrightarrow R-COOH+NH_{3}}$ ;

• hidroliza amidelor:

${\displaystyle R-CONH_{2}+H_{2}O\longrightarrow R-COOH+NH_{3}}$ ;

• hidroliza cu clorură acidă

${\displaystyle R-CO-Cl+H_{2}O\longrightarrow R-COOH+HCl}$ 

• hidroliza cu anhidrida acidă

${\displaystyle (R-CO)_{2}O+H_{2}O\longrightarrow 2R-COOH}$ 

Acizii organici pot fi substanțe lichide sau solide, în funcție de masa lor moleculară. Cei inferiori sunt solubili în apă, iar cei superiori sunt solubili numai în solvenți organici.

Punctele lor de fierbere și de topire sunt anormal de ridicate, pentru că între moleculele de acid se formează legături de hidrogen, care sunt legături foarte puternice de atracție electrostatică.

• Datorită unor deplasari ale electronilor din moleculă gruparea carbonil din gruparea carboxil este blocată de un orbital molecular extins și nu poate da reacții de adiție. De exemplu nu adiționează H, deci nu se reduce.

Reacții comune cu acizii anorganici

`${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-O^{\delta -}\leftarrow H^{\delta +}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\longrightarrow {\begin{matrix}R-&C&-O^{-}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\ +\ H^{+}}$ , ceea ce arată caracterul acid.

Aciditatea

${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-O^{\delta -}\leftarrow H^{\delta +}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\ +\ H-OH\longrightarrow {\begin{matrix}R-&C&-O^{-}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\ +\ H_{3}O^{+}}$ ; au rezultat un ion carboxilat și un ion hidroniu;

Tăria acizilor carboxilici variază, în sensul că tăria înseamnă capacitatea (sau ușurința) de a ceda protoni:

• odată cu creșterea numărului de atomi de carbon scade aciditatea;
• odată cu creșterea numărului de grupe carboxil crește aciditatea;
• odată cu creșterea gradului de ramificație a catenei acidului scade aciditatea;

${\displaystyle R-C\equiv C-H$  ; în acest sens crește aciditatea.

Reacția cu metale active

${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}}+Na\longrightarrow {\begin{matrix}R-&C&-O^{-}Na^{+}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\ +1/2H_{2}}$ ;

${\displaystyle 2\ {\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}}+Mg\longrightarrow \left({\begin{matrix}R-&C&-O^{-}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\right)_{2}Mg^{+}2+H_{2}}$ ;

Reacția cu oxizii metalici

${\displaystyle 2\ {\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}}+K_{2}O\longrightarrow 2\ {\begin{matrix}R-&C&-O^{-}K^{+}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\ +H_{2}O}$ ;

${\displaystyle 2\ {\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}}+CaO\longrightarrow \left({\begin{matrix}R-&C&-O^{-}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\right)_{2}Ca^{+}2+H_{2}O}$ ;

Reacția cu bazele

${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}}+NaOH\longrightarrow \ {\begin{matrix}R-&C&-O^{-}Na^{+}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\ +H_{2}O}$ ;

${\displaystyle 2\ {\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}}+Mg\left(OH\right)_{2}\longrightarrow \left({\begin{matrix}R-&C&-O^{-}\\&||&\\&O&\end{matrix}}\right)_{2}Mg^{+}2+2\ H_{2}O}$ ;

Reacția cu săruri ale acizilor mai slabi ca ei

${\displaystyle NaHCO_{3}+R-COOH\longrightarrow H_{2}CO_{3}+R-COO^{-}Na^{+}}$  ; cu o sare de Na a acidului carbonic;

${\displaystyle NaCN+R-COOH\longrightarrow HCN+R-COO^{-}Na^{+}}$  ; cu o sare de Na a acidului cianhidric;

${\displaystyle Ar-O^{-}Na^{+}+R-COOH\longrightarrow R-COO^{-}Na^{+}+Ar-OH}$  ; cu o sare de Na a unui fenol;

Reacții caracteristice

În urma acestor reacții rezultă, cel mai frecvent, derivați funcționali ai acizilor organici.

Reacția cu alcooli

Aceasta se mai numește și reacție de esterificare.

${\displaystyle R-COOH+R'-OH\Longleftrightarrow R-COOR'+H_{2}O}$  , la 100 °C și în prezență de H₂SO₄, obținându-se ester și apă;

${\displaystyle CH_{3}-COOH+CH_{3}-CH_{2}-OH\Longleftrightarrow CH_{3}-COO-CH_{2}-CH_{3}+H_{2}O}$ , astfel, din acid acetic și etanol se obțin acetatul de etil și apă;

Reacția cu amoniac

În primul pas al acestei reacții, se adiționează la acid o moleculă de amoniac.

${\displaystyle R-COOH+NH_{3}\longrightarrow R-COO^{-}N^{+}H_{4}}$  ;

Produsul de reacție de mai sus este descompus termic mai departe, având acum două posibilități.

• descompunerea termică simplă, când se obține o amidă și apă:

${\displaystyle R-COO^{-}N^{+}H_{4}\longrightarrow R-CONH_{2}+H_{2}O}$ ;

• descompunerea termică în prezență de P₂O₅, când se obține un nitril și apă:

${\displaystyle R-COO^{-}N^{+}H_{4}\longrightarrow R-C\equiv N+2H_{2}O}$  ;

${\displaystyle CH_{3}-CH_{2}-COOH+NH_{3}\longrightarrow CH_{3}-CH_{2}-COO^{-}N^{+}H_{4}}$ 

${\displaystyle CH_{3}-CH_{2}-COO^{-}N^{+}H_{4}\longrightarrow {\begin{cases}CH_{3}-CH_{2}-CONH_{2}+H_{2}O,&\mathrm {la\ descompunere\ termica\ simpla} \\CH_{3}-CH_{2}-C\equiv N+2H_{2}O,&\mathrm {la\ descompunere\ termica\ in\ prezenta\ de\ P_{2}O_{5}} \end{cases}}}$ 

Derivații funcționali ai acizilor rezultă prin eliminarea unei molecule de apă dintre un H ionizabil (care apare ca proton) și o grupă -OH în cadrul aceleeași molecule sau dintre molecule diferite.

Cei mai importanți derivați sunt:

• esterii - ${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-O-R'\\&||&\\&O&\end{matrix}}}$ 
• clorurile acide - ${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-Cl\\&||&\\&O&\end{matrix}}}$ 
• amidele - ${\displaystyle {\begin{matrix}R-&C&-NH_{2}\\&||&\\&O&\end{matrix}}}$ 
• nitrilii - ${\displaystyle R-C\equiv N}$ 
• anhidridele acide -  

 

Wiki Commons conține materiale multimedia legate de acid carboxilic

• Anhidridă acidă
• Clorură de acil
• Amidă
• Ester
• Acid dicarboxilic