Ácidu carboxílico

Los ácidos carboxílicos constitúin un grupu de compuestos, carauterizaos porque tienen un grupu funcional llamáu grupu carboxilo o grupu carboxi (–COOH). Nel grupu funcional carboxilo coinciden sobre'l mesmu carbonu un grupu hidroxilo (-OH) y carbonilo (-C=O). Puede representase como -COOH o -CO₂H.

Estructura d'un ácidu carboxílico, onde R ye un hidróxenu o una cadena carbonada.

Carauterístiques y propiedaes

Comportamientu químicu de les distintes posiciones del grupu carboxilo

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. L'ión resultante, R-COO^-, nomar col sufixu "-arreyo".

El grupu carboxilo actuando como ácidu xenera un ión carboxilato que s'estabiliza por resonancia

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

Disociación del ácidu acético, namái s'amuesen los dos estructures en resonancia que más contribúin a la estructura real

Síntesis

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.^[1]
• 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.

Reacciones

• 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 ión 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.^[2] La reacción xeneral y el so mecanismu son los siguientes:

Reacción xeneral.

Mecanismu de reacción.

• Esterificaciones

Esquema xeneral de les 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.

Resumen de la Halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky

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

Nomenclatura

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:

Exemplos d'acedos carboxílicos enchíos

Nome trivial	Nome IUPAC	Estructura
Ácidu fórmico	Acedu metanoico	HCOOH
Acedu acético	Acedu etanoico	CH3COOH
Acedu propiónico	Acedu propanoico	CH3CH2COOH
Acedu butírico	Acedu butanoico	CH3(CH2)2COOH
Acedu valérico	Acedu pentanoico	CH3(CH2)3COOH
Acedu caproico	Acedu hexanoico	CH3(CH2)4COOH
Acedu enántico	Acedu heptanoico	CH3(CH2)5COOH
Acedu caprílico	Acedu octanoico	CH3(CH2)6COOH
Acedu pelargónico	Acedu nonanoico	CH3(CH2)7COOH
Acedu cáprico	Acedu decanoico	CH3(CH2)8COOH
-	Acedu undecanoico	CH3(CH2)9COOH
Acedu láurico	Acedu dodecanoico	CH3(CH2)10COOH
-	Acedu tridecanoico	CH3(CH2)11COOH
Acedu mirístico	Acedu tetradecanoico	CH3(CH2)12COOH
-	Acedu pentadecanoico	CH3(CH2)13COOH
Acedu palmítico	Acedu hexadecanoico	CH3(CH2)14COOH
Acedu margárico	Acedu heptadecanoico	CH3(CH2)15COOH
Acedu esteárico	Acedu octadecanoico	CH3(CH2)16COOH
-	Acedu nonadecanoico	CH3(CH2)17COOH
Acedu araquídico	Acedu eicosanoico	CH3(CH2)18COOH
-	Acedu heneicosanoico	CH3(CH2)19COOH
Acedu behénico	Acedu docosanoico	CH3(CH2)20COOH
-	Acedu tricosanoico	CH3(CH2)21COOH
Acedu lignocérico	Acedu tetracosanoico	CH3(CH2)22COOH
	Acedu pentacosanoico	CH3(CH2)23COOH
Acedu cerótico	Acedu hexacosanoico	CH3(CH2)24COOH
-	Acedu heptacosanoico	CH3(CH2)25COOH
Acedu montánico	Acedu octacosanoico	CH3(CH2)26COOH
-	Acedu nonacosanoico	CH3(CH2)27COOH
Acedu melísico	Acedu triacontanoico	CH3(CH2)28COOH
-	Acedu henatriacontanoico	CH3(CH2)29COOH
Acedu laceroico	Acedu dotriacontanoico	CH3(CH2)30COOH
Acedu psílico	Acedu tritriacontanoico	CH3(CH2)31COOH
Acedu gédico	Acedu tetratriacontanoico	CH3(CH2)32COOH
Acedu ceroplástico	Acedu pentatriacontanoico	CH3(CH2)33COOH
-	Acedu hexatriacontanoico	CH3(CH2)34COOH

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

Exemplos d'acedos carboxílicos insaturados

Nome trivial	Estructura química	Δx	C:D	n−x
Ácidu acrílico	CH2=CH-COOH	-	3:1	n−1
Acedu crotónico	CH3CH=CH-COOH	trans-Δ2	4:1	n−2
Acedu isocrotónico	CH3CH=CH-COOH	cis-Δ2	4:1	n−2
Ácidu sórbico	CH3CH=CH-CH=CH-COOH	trans,trans-Δ2,Δ4	6:2	n−2
Acedu undecilénico	CH2=CH(CH2)8COOH	-	11:1	n−1
Acedu palmitoleico	CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH	cis-Δ9	16:1	n−7
Acedu sapiénico	CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH	cis-Δ6	16:1	n−10
Acedu oleico	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH	cis-Δ9	18:1	n−9
Acedu eláidico	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH	trans-Δ9	18:1	n−9
Acedu vaccénico	CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH	trans-Δ11	18:1	n−7
Acedu linoleico	CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH	cis,cis-Δ9,Δ12	18:2	n−6
Acedu linoeláidico	CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH	trans,trans-Δ9,Δ12	18:2	n−6
Acedu α-Linolénico	CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH	cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15	18:3	n−3
Acedu ɣ-Linolénico	CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)4COOH	cis,cis,cis-Δ6,Δ9,Δ12	18:3	n−6
Acedu punícico	CH3(CH2)3CH=CH-CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH	cis,trans,cis-Δ9,Δ11,Δ13	18:3	n−5
Acedu araquidónico	CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOHNIST Archiváu 2009-03-04 en Wayback Machine	cis,cis,cis,cis-Δ5Δ8,Δ11,Δ14	20:4	n−6
Acedu eicosapentaenoico	CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH	cis,cis,cis,cis,cis-Δ5,Δ8,Δ11,Δ14,Δ17	20:5	n−3
Acedu erúcico	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH	cis-Δ13	22:1	n−9
Acedu docosahexaenoico	CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH	cis,cis,cis,cis,cis,cis-Δ4,Δ7,Δ10,Δ13,Δ16,Δ19	22:6	n−3

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.