Un ácido carboxílico es un ácido orgánico que contiene un grupo carboxilo (C (= O) OH) [1] unido a un grupo R. La fórmula general de un ácido carboxílico es R-COOH o R-CO 2 H , donde R se refiere al grupo alquilo , alquenilo , arilo u otro grupo. Los ácidos carboxílicos se encuentran ampliamente. Los ejemplos importantes incluyen los aminoácidos y los ácidos grasos . La desprotonación de un ácido carboxílico produce un anión carboxilato .
Ejemplos y nomenclatura [ editar ]
Los ácidos carboxílicos se identifican comúnmente por sus nombres triviales . A menudo tienen el sufijo -ic acid .También existen nombres recomendados por la IUPAC ; en este sistema, los ácidos carboxílicos tienen un sufijo de ácido -oico . [2] Por ejemplo, el ácido butírico (C 3 H 7 CO 2 H) es ácido butanoico según las directrices de la IUPAC. Para la nomenclatura de moléculas complejas que contienen un ácido carboxílico, el carboxilo se puede considerar en la posición uno de la cadena original incluso si hay otros sustituyentes , como el ácido 3-cloropropanoico . Alternativamente, se puede nombrar como un sustituyente "carboxi" o "ácido carboxílico" en otra estructura parental, tal como 2-carboxifurano .
El anión carboxilato (R – COO - o RCO 2 - ) de un ácido carboxílico se suele nombrar con el sufijo -ato , de acuerdo con el patrón general de ácido -ico y -ato para un ácido conjugado y su base conjugada, respectivamente. Por ejemplo, la base conjugada del ácido acético es acetato .
El ácido carbónico , que se encuentra en los sistemas tampón de bicarbonato en la naturaleza, generalmente no se clasifica como uno de los ácidos carboxílicos, a pesar de que tiene un resto que parece un grupo COOH.
Átomos de carbono | Nombre común | Nombre IUPAC | Fórmula química | Ubicación o uso común |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Ácido fórmico | Ácido metanoico | HCOOH | Picaduras de insectos |
| 2 | Ácido acético | Ácido etanoico | CH 3 COOH | Vinagre |
| 3 | Ácido propiónico | Ácido propanoico | CH 3 CH 2 COOH | Conservante para granos almacenados, olor corporal , leche, mantequilla, queso |
| 4 | Ácido butírico | Ácido butanoico | CH 3 (CH 2 ) 2 COOH | Manteca |
| 5 | Ácido valérico | Ácido pentanoico | CH 3 (CH 2 ) 3 COOH | Planta de valeriana |
| 6 | Ácido caproico | Ácido hexanoico | CH 3 (CH 2 ) 4 COOH | Grasa de cabra |
| 7 | Ácido enantico | Ácido heptanoico | CH 3 (CH 2 ) 5 COOH | Fragancia |
| 8 | Ácido caprílico | Ácido octanoico | CH 3 (CH 2 ) 6 COOH | Cocos |
| 9 | Ácido pelargónico | Ácido nonanoico | CH 3 (CH 2 ) 7 COOH | Planta de pelargonio |
| 10 | Ácido cáprico | Ácido decanoico | CH 3 (CH 2 ) 8 COOH | Aceite de coco y palmiste |
| 11 | Ácido undecílico | Ácido undecanoico | CH 3 (CH 2 ) 9 COOH | Agente antihongos |
| 12 | Acido laurico | Ácido dodecanoico | CH 3 (CH 2 ) 10 COOH | Jabones de lavado de manos y aceite de coco |
| 13 | Ácido tridecílico | Ácido tridecanoico | CH 3 (CH 2 ) 11 COOH | Metabolito vegetal |
| 14 | Ácido mirístico | Ácido tetradecanoico | CH 3 (CH 2 ) 12 COOH | Nuez moscada |
| 15 | Ácido pentadecílico | Ácido pentadecanoico | CH 3 (CH 2 ) 13 COOH | Grasa de la leche |
| dieciséis | Ácido palmítico | Ácido hexadecanoico | CH 3 (CH 2 ) 14 COOH | aceite de palma |
| 17 | Ácido margárico | Ácido heptadecanoico | CH 3 (CH 2 ) 15 COOH | Feromonas en varios animales |
| 18 | Ácido esteárico | Ácido octadecanoico | CH 3 (CH 2 ) 16 COOH | Chocolate , ceras, jabones y aceites. |
| 19 | Ácido nodecílico | Ácido nodecanoico | CH 3 (CH 2 ) 17 COOH | Grasas, aceites vegetales, feromonas |
| 20 | Ácido araquídico | Ácido icosanoico | CH 3 (CH 2 ) 18 COOH | Aceite de cacahuete |
| Clase compuesta | Miembros |
|---|---|
| ácidos monocarboxílicos insaturados | ácido acrílico ( ácido 2-propenoico) - CH 2 = CHCOOH, utilizado en la síntesis de polímeros |
| Ácidos grasos | Ácidos monocarboxílicos saturados e insaturados de cadena media a larga, con un número par de carbonos, ejemplos: ácido docosahexaenoico y ácido eicosapentaenoico (suplementos nutricionales) |
| Aminoácidos | los componentes básicos de las proteínas |
| Cetoácidos | ácidos de importancia bioquímica que contienen un grupo cetona , ejemplos: ácido acetoacético y ácido pirúvico |
| Ácidos carboxílicos aromáticos | que contiene al menos un anillo aromático, ejemplos: ácido benzoico - la sal sódica del ácido benzoico se utiliza como conservante de alimentos, ácido salicílico - un tipo beta-hidroxi que se encuentra en muchos productos para el cuidado de la piel, ácidos fenil alcanoicos - la clase de compuestos donde un grupo fenilo está unido a un ácido carboxílico |
| Ácidos dicarboxílicos | que contiene dos grupos carboxilo, ejemplos: ácido adípico, el monómero utilizado para producir nailon y ácido aldárico , una familia de ácidos de azúcar |
| Ácidos tricarboxílicos | que contiene tres grupos carboxilo, ejemplos: ácido cítrico , que se encuentra en frutas cítricas y ácido isocítrico |
| Alfa hidroxiácidos | que contienen un grupo hidroxi, ejemplos: ácido glicérico , ácido glicólico y ácido láctico ( ácido 2-hidroxipropanoico) - que se encuentra en la leche agria, ácido tartárico - que se encuentra en el vino |
| Ácidos grasos de éter divinílico | que contiene una cadena de carbono doblemente insaturada unida mediante un enlace éter a un ácido graso, que se encuentra en algunas plantas |
Propiedades físicas [ editar ]
Solubilidad [ editar ]
Los ácidos carboxílicos son polares . Dado que son aceptores de enlaces de hidrógeno (el carbonilo –C = O) y donantes de enlaces de hidrógeno (el hidroxilo –OH), también participan en los enlaces de hidrógeno . Juntos, el grupo hidroxilo y carbonilo forman el grupo funcional carboxilo. Los ácidos carboxílicos suelen existir como dímeros en medios apolares debido a su tendencia a "autoasociarse". Los ácidos carboxílicos más pequeños (1 a 5 carbonos) son solubles en agua, mientras que los ácidos carboxílicos más grandes tienen una solubilidad limitada debido a la naturaleza hidrófoba creciente de la cadena de alquilo. Estos ácidos de cadena más larga tienden a ser solubles en disolventes menos polares como éteres y alcoholes. [3] El hidróxido de sodio acuoso y los ácidos carboxílicos, incluso los hidrófobos, reaccionan para producir sales de sodio solubles en agua. Por ejemplo,El ácido enático tiene una baja solubilidad en agua (0,2 g / L), pero su sal de sodio es muy soluble en agua.
Puntos de ebullición [ editar ]
Los ácidos carboxílicos tienden a tener puntos de ebullición más altos que el agua, debido a su mayor superficie y su tendencia a formar dímeros estabilizados a través de enlaces de hidrógeno . Para que se produzca la ebullición, se deben romper los enlaces dímeros o se debe vaporizar toda la disposición del dímero, lo que aumenta significativamente la entalpía de los requisitos de vaporización .
Acidez [ editar ]
Los ácidos carboxílicos son ácidos de Brønsted-Lowry porque son donantes de protones (H + ). Son el tipo más común de ácido orgánico .
Los ácidos carboxílicos son típicamente ácidos débiles , lo que significa que solo se disocian parcialmente en cationes H 3 O + y aniones RCOO - en una solución acuosa neutra . Por ejemplo, a temperatura ambiente, en una solución 1 molar de ácido acético , sólo se disocia el 0,4% del ácido. Los sustituyentes aceptores de electrones, como el grupo -CF 3 , dan ácidos más fuertes (el pKa del ácido fórmico es 3,75 mientras que el ácido trifluoroacético, con un sustituyente trifluorometilo , tiene un pK a de 0,23). Los sustituyentes donantes de electrones dan ácidos más débiles (el pK a del ácido fórmico es 3,75 mientras que el ácido acético, con un sustituyente metilo , tiene un pK a de 4,76)
| Ácido carboxílico [4] | p K a |
|---|---|
| Ácido acético (CH 3 CO 2 H) | 4,76 |
| Ácido benzoico (C 6 H 5 CO 2 H) | 4.2 |
| Ácido fórmico (HCOOH) | 3,75 |
| Ácido cloroacético (CH 2 ClCO 2 H) | 2,86 |
| Ácido dicloroacético (CHCl 2 CO 2 H) | 1,29 |
| Ácido oxálico (HO 2 CCO 2 H) (primera disociación) | 1,27 |
| Ácido oxálico (HO 2 CCO 2 - ) (segunda disociación) | 4.14 |
| Ácido tricloroacético (CCl 3 CO 2 H) | 0,65 |
| Ácido trifluoroacético (CF 3 CO 2 H) | 0,23 |
La desprotonación de ácidos carboxílicos da aniones carboxilato; estos están estabilizados por resonancia , porque la carga negativa está deslocalizada sobre los dos átomos de oxígeno, aumentando la estabilidad del anión. Cada uno de los enlaces carbono-oxígeno del anión carboxilato tiene un carácter de doble enlace parcial. Carga positiva parcial del carbono del carbonilo también se debilita por los - 1 / 2 cargas negativas en los 2 átomos de oxígeno.
Olor [ editar ]
Los ácidos carboxílicos a menudo tienen fuertes olores agrios. Los ésteres de ácidos carboxílicos tienden a tener olores agradables y muchos se utilizan en perfumes .
Caracterización [ editar ]
Los ácidos carboxílicos se identifican fácilmente como tales mediante espectroscopía infrarroja . Exhiben una banda afilada asociada con la vibración del enlace vibratorio C – O ( ν C = O ) entre 1680 y 1725 cm −1 . Una banda característica de ν O – H aparece como un pico ancho en la región de 2500 a 3000 cm −1 . [3] Por espectrometría de 1 H RMN , el hidroxilo de hidrógeno aparece en la región de 10 a 13 ppm, aunque a menudo se ensancha o no se observa debido al intercambio con trazas de agua.
Ocurrencia y aplicaciones [ editar ]
Muchos ácidos carboxílicos se producen industrialmente a gran escala. También se encuentran con frecuencia en la naturaleza. Los ésteres de ácidos grasos son los componentes principales de los lípidos y las poliamidas de los ácidos aminocarboxílicos son los componentes principales de las proteínas .
Los ácidos carboxílicos se utilizan en la producción de polímeros, productos farmacéuticos, disolventes y aditivos alimentarios. Los ácidos carboxílicos de importancia industrial incluyen ácido acético (componente del vinagre, precursor de disolventes y recubrimientos), ácidos acrílico y metacrílico (precursores de polímeros, adhesivos), ácido adípico (polímeros), ácido cítrico (sabor y conservante en alimentos y bebidas), ácido etilendiaminotetraacético (agente quelante), ácidos grasos (revestimientos), ácido maleico (polímeros), ácido propiónico (conservante de alimentos), ácido tereftálico (polímeros). Las sales de carboxilato importantes son los jabones.
Síntesis [ editar ]
Rutas industriales [ editar ]
En general, las rutas industriales a los ácidos carboxílicos difieren de las que se utilizan a menor escala porque requieren equipo especializado.
- Carbonilación de alcoholes como lo ilustra el proceso Cativa para la producción de ácido acético. El ácido fórmico se prepara mediante una vía de carbonilación diferente, también a partir de metanol.
- Oxidación de aldehídos con aire mediante catalizadores de cobalto y manganeso. Los aldehídos necesarios se obtienen fácilmente a partir de alquenos por hidroformilación .
- Oxidación de hidrocarburos mediante aire. Para alcanos simples, este método es económico pero no lo suficientemente selectivo como para ser útil. Los compuestos alílicos y bencílicos sufren oxidaciones más selectivas. Los grupos alquilo en un anillo de benceno se oxidan al ácido carboxílico, independientemente de la longitud de su cadena. El ácido benzoico a partir de tolueno , ácido tereftálico a partir de para - xileno , y el ácido ftálico a partir de orto - xileno son conversiones ilustrativos de gran escala. El ácido acrílico se genera a partir del propeno . [5]
- Oxidación de eteno mediante catalizador de ácido silicotúngstico .
- Deshidrogenación de alcoholes catalizada por bases.
- Carbonilación acoplada a la adición de agua. Este método es eficaz y versátil para alquenos que generan carbocationes secundarios y terciarios , por ejemplo, de isobutileno a ácido piválico . En la reacción de Koch , la adición de agua y monóxido de carbono a los alquenos es catalizada por ácidos fuertes. Las hidrocarboxilaciones implican la adición simultánea de agua y CO . Estas reacciones a veces se denominan " química de Reppe ".
- HCCH + CO + H 2 O → CH 2 = CHCO 2 H
- Hidrólisis de triglicéridos obtenidos de aceites vegetales o animales. Estos métodos de síntesis de algunos ácidos carboxílicos de cadena larga están relacionados con la fabricación de jabón .
- Fermentación de etanol. Este método se utiliza en la producción de vinagre .
- La reacción de Kolbe-Schmitt proporciona una ruta al ácido salicílico , precursor de la aspirina .
Métodos de laboratorio [ editar ]
Los métodos de preparación para reacciones a pequeña escala para la investigación o para la producción de productos químicos finos a menudo emplean reactivos consumibles costosos.
- Oxidación de alcoholes primarios o aldehídos con oxidantes fuertes como dicromato de potasio , reactivo de Jones , permanganato de potasio o clorito de sodio . El método es más adecuado para condiciones de laboratorio que el uso industrial del aire, que es más "verde" porque produce menos productos secundarios inorgánicos como el cromo o los óxidos de manganeso. [ cita requerida ]
- Escisión oxidativa de olefinas por ozonólisis , permanganato de potasio o dicromato de potasio .
- Hidrólisis de nitrilos , ésteres o amidas , normalmente con catálisis ácida o básica.
- Carbonatación de un reactivo de Grignard y reactivos de organolitio :
- RLi + CO 2 → RCO 2 Li
- RCO 2 Li + HCl → RCO 2 H + LiCl
- Halogenación seguida de hidrólisis de metil cetonas en la reacción de haloformo
- Escisión catalizada por bases de cetonas no enolizables, especialmente arilcetonas: [6]
- RC (O) Ar + H 2 O → RCO 2 H + ArH
Reacciones menos comunes [ editar ]
Muchas reacciones producen ácidos carboxílicos pero se usan solo en casos específicos o son principalmente de interés académico.
- Desproporción de un aldehído en la reacción de Cannizzaro
- El reordenamiento de dicetonas en el reordenamiento del ácido bencílico que implica la generación de ácidos benzoicos son la reacción de von Richter a partir de nitrobencenos y la reacción de Kolbe-Schmitt a partir de fenoles .
Reacciones [ editar ]
Las reacciones más practicadas convierten los ácidos carboxílicos en ésteres, amidas, sales carboxilato, cloruros de ácido y alcoholes. Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales carboxilato, en las que el hidrógeno del grupo hidroxilo (–OH) se reemplaza con un catión metálico . Por ejemplo, el ácido acético que se encuentra en el vinagre reacciona con el bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) para formar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua:
- CH 3 COOH + NaHCO 3 → CH 3 COO - Na + + CO 2 + H 2 O
Los ácidos carboxílicos también reaccionan con alcoholes para dar ésteres . Este proceso se usa ampliamente, por ejemplo, en la producción de poliésteres . Asimismo, los ácidos carboxílicos se convierten en amidas , pero esta conversión típicamente no ocurre por reacción directa del ácido carboxílico y la amina. En cambio, los ésteres son precursores típicos de las amidas. La conversión de aminoácidos en péptidos es un proceso bioquímico importante que requiere ATP .
El grupo hidroxilo de los ácidos carboxílicos se puede reemplazar con un átomo de cloro usando cloruro de tionilo para dar cloruros de acilo . En la naturaleza, los ácidos carboxílicos se convierten en tioésteres .
Reducción [ editar ]
Al igual que los ésteres , la mayor parte del ácido carboxílico se puede reducir a alcoholes mediante hidrogenación o usando hidruros o agentes de transferencia de alquilo (ya que desprotonarán los ácidos en su lugar [ se necesita una explicación adicional ] sin transferencia) como hidruro de litio y aluminio o reactivos de Grignard ( compuestos de organolitio ).
El cloruro de N , N- dimetil (clorometileno) amonio (ClHC = N + (CH 3 ) 2 Cl - ) es un agente altamente quimioselectivo para la reducción del ácido carboxílico. Activa selectivamente el ácido carboxílico para dar la sal de carboximetilenamonio, que puede reducirse mediante un reductor suave como hidruro de tris ( t -butoxi) aluminio y litio para producir un aldehído en un procedimiento de un solo recipiente. Se sabe que este procedimiento tolera funcionalidades carbonilo reactivas tales como cetona así como restos éster, olefina, nitrilo y haluro moderadamente reactivos. [7]
Reacciones especializadas [ editar ]
- Como ocurre con todos los compuestos de carbonilo, los protones del carbono α son lábiles debido a la tautomerización ceto-enólica . Por lo tanto, el carbono α se halogena fácilmente en la halogenación Hell-Volhard-Zelinsky .
- La reacción de Schmidt convierte los ácidos carboxílicos en aminas .
- Los ácidos carboxílicos se descarboxilan en la reacción de Hunsdiecker .
- La reacción de Dakin-West convierte un aminoácido en la correspondiente aminocetona.
- En la degradación de Barbier-Wieland , un ácido carboxílico en una cadena alifática que tiene un puente de metileno simple en la posición alfa puede acortar la cadena en un carbono. El procedimiento inverso es la síntesis de Arndt-Eistert , donde un ácido se convierte en haluro de acilo, que luego se hace reaccionar con diazometano para dar un metileno adicional en la cadena alifática.
- Muchos ácidos sufren descarboxilación oxidativa . Las enzimas que catalizan estas reacciones se conocen como carboxilasas ( EC 6.4.1) y descarboxilasas (EC 4.1.1).
- Los ácidos carboxílicos se reducen a aldehídos mediante el éster y DIBAL , mediante el cloruro de ácido en la reducción de Rosenmund y mediante el tioéster en la reducción de Fukuyama .
- En la descarboxilación cetónica, los ácidos carboxílicos se convierten en cetonas.
- Los reactivos de organolitio (> 2 equiv.) Reaccionan con ácidos carboxílicos para dar un 1,1-diolato de dilitio, un intermedio tetraédrico estable que se descompone para dar una cetona tras el tratamiento ácido.
- La electrólisis de Kolbe es una reacción de dimerización descarboxilativa electrolítica. Elimina los grupos carboxilo de dos moléculas de ácido y une los fragmentos restantes.
Radical carboxilo [ editar ]
El radical carboxilo , • COOH, solo existe brevemente. [8] La constante de disociación ácida de • COOH se ha medido mediante espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica . [9] El grupo carboxilo tiende a dimerizarse para formar ácido oxálico .
Ver también [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Ácidos carboxílicos . |
 | Wikiquote tiene citas relacionadas con: Ácido carboxílico |
- Anhídrido de ácido
- Cloruro de ácido
- Amida
- Aminoácidos
- Ester
- Lista de ácidos carboxílicos
- Ácido dicarboxílico
- Ácido polihidroxicarboxílico (PHC).
- Pseudoácido
- Tiocarboxi
Referencias [ editar ]
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " ácidos carboxílicos ". doi : 10.1351 / goldbook.C00852
- ^ Recomendaciones 1979 . Nomenclatura de Química Orgánica IUPAC. Reglas C-4 Ácidos carboxílicos y sus derivados.
- ^ a b Morrison, RT; Boyd, Enfermera registrada (1992). Química orgánica (6ª ed.). ISBN 0-13-643669-2.
- ^ Haynes, William M., ed. (2011). Manual CRC de Química y Física (92ª ed.). Prensa CRC . págs. 5-94 a 5-98. ISBN 978-1439855119.
- ^ Riemenschneider, Wilhelm (2002). "Ácidos carboxílicos, alifáticos". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a05_235 . ISBN 3527306730..
- ^ Perry C. Reeves (1977). "Carboxilación de compuestos aromáticos: ácido ferrocenocarboxílico". Org. Synth . 56 : 28. doi : 10.15227 / orgsyn.056.0028 .
- ^ Fujisawa, Tamotsu; Sato, Toshio. "Reducción de ácidos carboxílicos a aldehídos: 6-Ooxdecanal" . Síntesis orgánicas . 66 : 121. doi : 10.15227 / orgsyn.066.0121 .; Volumen colectivo , 8 , p. 498
- ^ Milligan, DE; Jacox, ME (1971). "Espectro infrarrojo y estructura de intermedios en reacción de OH con CO". Revista de Física Química . 54 (3): 927–942. Código Bibliográfico : 1971JChPh..54..927M . doi : 10.1063 / 1.1675022 .
- ^ El valor es p K a = −0,2 ± 0,1. Jeevarajan, AS; Carmichael, I .; Fessenden, RW (1990). "Medición de la ESR de la p K a del Radical Carboxilo y Cálculo Ab initio de la Constante Hiperfina de Carbono-13". Revista de Química Física . 94 (4): 1372-1376. doi : 10.1021 / j100367a033 .
Enlaces externos [ editar ]
 | Busque carboxilo en Wikcionario, el diccionario gratuito. |
- PH y valoración de ácidos carboxílicos : software gratuito para cálculos, análisis de datos, simulación y generación de diagramas de distribución
- PHC.
