Ácido carboxílico

Na química orgânica, ácidos carboxílicos é uma função orgânica que se refere aos oxiácidos orgânicos caracterizados pela presença do grupo carboxila, de fórmula geral ${\displaystyle {\ce {RC(=O)OH}}}$.^[1], em que R é um radical orgânico alquila, alquenila, arila ou hidrogênio.

Em fórmulas químicas, esses grupos são tipicamente representados como (RCOOH) ou CO₂H.

Nomenclatura

O nome IUPAC dos ácidos carboxílicos são obtidos pelo prefixo de acordo com o número de carbonos da cadeia principal, que contém o grupo carboxila, acrescentando a terminação -oico precedido da palavra ácido. Exemplo: ácido 2-metil-pentanoico. Muitos ácidos carboxílicos tem nomes usuais ou que chamamos de "vulgares,"derivados de palavras latinas ou gregas,que indicam fontes naturais. Exemplo: O ácido metanóico também pode ser chamado de ácido fórmico.

Ácidos carboxílicos de cadeia linear

Átomos de carbono	Nome usual	nome IUPAC	Fórmula química	Localização ou uso
1	ácido carbônico	ácido carbônico	OHCOOH	sangue e tecidos (tampão de pH)
1	ácido fórmico	ácido metanoico	HCOOH	picadas de insetos
2	ácido acético	ácido etanoico	CH3COOH	vinagre
3	ácido propiônico	ácido propanoico	CH3CH2COOH	preservativo para armazenamento de grãos, odores corporais, leite, manteiga, queijo
4	ácido butírico	ácido butanoico	CH3(CH2)2COOH	manteiga
5	ácido valérico	ácido pentanoico	CH3(CH2)3COOH	valeriana
6	ácido capróico	ácido hexanoico	CH3(CH2)4COOH	gordura de cabra
7	ácido enântico	ácido heptanoico	CH3(CH2)5COOH	flor da videira
8	ácido caprílico	ácido octanoico	CH3(CH2)6COOH	coco
9	ácido pelargônico	ácido nonanoico	CH3(CH2)7COOH	gerânio
10	ácido cáprico	ácido decanoico	CH3(CH2)8COOH	óleo de coco e palma
11	ácido undecílico	ácido undecanoico	CH3(CH2)9COOH
12	ácido láurico	ácido dodecanoico	CH3(CH2)10COOH	óleo de coco e sabonete
13	ácido tridecílico	ácido tridecanoico	CH3(CH2)11COOH
14	ácido mirístico	ácido tetradecanico	CH3(CH2)12COOH	noz moscada
15	ácido pentadecílico	ácido pentadecanoico	CH3(CH2)13COOH
16	ácido palmítico	ácido hexadecanoico	CH3(CH2)14COOH	óleo de palma
17	ácido margárico	ácido heptadecanoico	CH3(CH2)15COOH
18	ácido esteárico	ácido octadecanoico	CH3(CH2)16COOH	chocolate, graxas, sabões e óleos
19	ácido nonadecílico	ácido nonadecanoico	CH3(CH2)17COOH	gorduras, óleos vegetais
20	ácido arachídico	ácido icosanoico	CH3(CH2)18COOH	óleo de amendoim

O radical derivado dos ácidos carboxílicos, ${\displaystyle {\ce {R-C=O}}}$ é o radical acila e os radicais correspondentes são denominados substituindo o sufixo -oico por -ila. Assim, o ${\displaystyle {\ce {H3CC=O}}}$ é o radical etanoila, mais conhecido como acetila.

O nome dos ácidos carboxílicos ramificados é obtido pela numeração da cadeia principal, atribuindo ao carbono da carboxila o número 1. Veja para o exemplo seguinte:

ácido 3-metilbutanoico

Estrutura molecular

Os grupos ligados ao ${\displaystyle {\ce {C = O}}}$ estão em um mesmo plano, com ligações a 120^o entre si. A ligação ${\displaystyle {\ce {C = O}}}$ é mais curta do que a ligação ${\displaystyle {\ce {C - O}}}$.

Propriedades físicas

• São substâncias polares.

  

  dímero de ácido carboxílico

• Podem, como os álcoois, formar dupla ligações de hidrogênio entre si, através de ligações de hidrogênio diméricas ou com moléculas de outra espécie. Por essa razão, os ácidos carboxílicos apresentam praticamente o mesmo comportamento dos álcoois, quanto à solubilidade.

• Os ácidos com até 4 carbonos são líquidos incolores, miscíveis com a água. Os ácidos de 5 a 9 carbonos são líquidos incolores e viscosos, muito pouco solúveis. Os ácidos com dez ou mais carbonos são sólidos brancos, semelhante à cera, insolúveis em água.

• O ácido aromático mais simples, o ácido benzóico, por apresentar já elevado número de carbonos, não tem apreciável solubilidade em água. Os ácidos carboxílicos são solúveis em solventes menos polares, como o éter, o álcool, o benzeno.

• Os ácidos alifáticos têm odor fraco ficando progressivamente forte e irritante nos ácidos fórmico e acético. O odor se torna extremamente desagradável (semelhante à manteiga rançosa) nos ácidos butírico (4C), valérico (5C) e capróico (6C). Os ácidos com mais que 6 carbonos não têm muito odor, por serem pouco voláteis.

• Comparando-se um ácido carboxílico e um álcool, ambos com o mesmo número de carbonos, o ácido terá maior ponto de ebulição, devido à formação de duas ligações de hidrogênio e não apenas uma, como no álcool.

Propriedades químicas

• 

  estruturas de ressonância de carboxilatos

  Os ácidos carboxílicos são ácidos de Brönsted moderados, com pK_a na faixa de 3 a 5. Dentre as funções orgânicas, é aquela que apresenta o comportamento ácido mais acentuado, atribuído à estabilização da base conjugada, o carboxilato, pela deslocalização da carga negativa por ressonância pelos dois átomos de oxigênio. Uma evidência é o mesmo comprimento de ligação no carboxilato;
• Reagem com bases para formar sais de carboxilatos, nos quais o hidrogênio do grupo -OH é substituído por um ion metálico. Por exemplo, o ácido acético reage com bicarbonato de sódio para formar etanoato sódico (acetato de sódio), dióxido de carbono e água:

${\displaystyle {\ce {CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + CO2 + H2O}}}$

• Ácidos carboxílicos reagem com aminas alifáticas e formam os sais de amônio correspondentes. Um erro em alguns livros é afirmar que formam amidas;
• Ácidos carboxílicos reagem com álcoois para formar ésteres (esterificação de Fischer);
• Ácidos carboxílicos sofrem desidratação, resultando nos anidridos carboxílicos;

• Como em todos os compostos carbonílicos, os prótons no carbono α são instáveis devido à tautomerização do ceto-enol. Assim, o carbono α é facilmente halogenado na reação de Hell-Volhard-Zelinsky;

• A reação de Schmidt converte ácidos carboxílicos em aminas;
• Os ácidos carboxílicos são descarboxilados na reação de Hunsdiecker;
• A reação de Dakin-West converte um aminoácido na amino cetona correspondente;
• Na degradação de Barbier-Wieland, um ácido carboxílico em uma cadeia alifática com uma simples ponte de metileno na posição alfa pode ter a cadeia encurtada por um carbono. O procedimento inverso é a síntese de Arndt-Eistert, na qual um ácido é convertido em halogeneto de acila, que é então reagido com diazometano para fornecer um metileno adicional na cadeia alifática;
• Muitos ácidos sofrem descarboxilação oxidativa. As enzimas que catalisam essas reações são conhecidas como carboxilases (EC 6.4.1) e descarboxilases (EC 4.1.1).
• Os ácidos carboxílicos são reduzidos a aldeídos via éster e DIBAL, via cloreto de ácido na redução de Rosenmund e via tioéster na redução de Fukuyama;
• Na descarboxilação cetônica, os ácidos carboxílicos são convertidos em cetonas;
• Os reagentes de organolítio (> 2 equiv) reagem com ácidos carboxílicos para dar um 1,1-diolato de dilítio, um intermediário tetraédrico estável que se decompõe para dar uma cetona após tratamento ácido;
• A eletrólise de Kolbe é uma reação eletrolítica de dimerização descarboxilativa. Ele se livra dos grupos carboxila de duas moléculas de ácido e junta os fragmentos restantes.

Ácidos graxos

Ácidos graxos

Derivados

• Ésteres
• Sais orgânicos
• Anidridos de ácidos
• Proteínas
• Ácidos nucleicos
• Cloreto de acila
• Aminoácidos

Caracterização espectroscópica

Os ácidos carboxílicos são facilmente identificados por espectroscopia no infravermelho por uma banda forte associada à vibração da ligação de vibração C-O (νC = O) entre 1 680 e 1 725 cm^-1. e pela banda νO-H muito larga na região de 2 500 a 3 000 cm^-1.^[2] Pela espectrometria de RMN de 1H, o hidrogênio hidroxil aparece na região de 10 a 13 ppm, embora seja freqüentemente ampliado ou não observado devido à troca com traços de água.

Referências

2. SOLOMONS, T. W. Graham; Fryhle, Craig B. Química Orgânica, vol. 2. 10 ed. LTC, 2012

1. IUPAC, Compêndio de Terminologia Química, 2ª ed. ("Gold Book"). Compilado por A. D. McNaught e A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Versão online: "carboxylic acids"  (2006–) criado por M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; atualizações compiladas por A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8.
2. Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos, Robert M. Silverstein, LTC, 2019