Ácido carboxílico






Estructura de un ácido carboxílico, donde R es un hidrógeno o una cadena carbonada.


Los ácidos carboxílicos constituyen un grupo de compuestos, caracterizados porque poseen un grupo funcional llamado grupo carboxilo o grupo carboxi (–COOH). En el grupo funcional carboxilo coinciden sobre el mismo carbono un grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo (-C=O). Se puede representar como -COOH o -CO2H.




Índice






  • 1 Características y propiedades


  • 2 Síntesis


    • 2.1 Vías industriales


    • 2.2 Métodos de laboratorio


    • 2.3 Reacciones menos comunes




  • 3 Reacciones


  • 4 Nomenclatura


    • 4.1 Ejemplo de ácidos carboxílico complejo


    • 4.2 Otros ácidos carboxílicos importantes




  • 5 Referencias


  • 6 Enlaces externos





Características y propiedades




Comportamiento químico de las diferentes posiciones del grupo carboxilo


Los ácidos carboxílicos tienen como fórmula general R-COOH. Tienen propiedades ácidas; los dos átomos de oxígeno son electronegativos y tienden a atraer a los electrones del átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo con lo que se debilita el enlace, produciéndose en ciertas condiciones una ruptura heterolítica, cediendo el correspondiente protón o hidrón, H+, y quedando el resto de la molécula con carga -1 debido al electrón que ha perdido el átomo de hidrógeno, por lo que la molécula queda como R-COO-.


R−COOH⇌R−COO−+H+{displaystyle R-COOHrightleftharpoons R-COO^{-}+H^{+}}{displaystyle R-COOHrightleftharpoons R-COO^{-}+H^{+}}

Además, en este anión, la carga negativa se distribuye (se deslocaliza) simétricamente entre los dos átomos de oxígeno, de forma que los enlaces carbono-oxígeno adquieren un carácter de enlace parcialmente doble.


Estos no solo son importantes y esenciales por su propia naturaleza, sino que además son la materia primas al momento de preparar los derivados de acilo, tales como : los cloruros de ácido, los ésteres,las amidas, y los tioésteres. Sin contar que en la mayoría de las rutas biológicas están presentes.


Generalmente los ácidos carboxílicos son ácidos débiles, con sólo un 1 % de sus moléculas disociadas para dar los correspondientes iones, a temperatura ambiente y en disolución acuosa.



Pero sí son más ácidos que otros, en los que no se produce esa deslocalización electrónica, como por ejemplo los alcoholes. Esto se debe a que la estabilización por resonancia o deslocalización electrónica, provoca que la base conjugada del ácido sea más estable que la base conjugada del alcohol y por lo tanto, la concentración de protones provenientes de la disociación del ácido carboxílico sea mayor a la concentración de aquellos protones provenientes del alcohol; hecho que se verifica experimentalmente por sus valores relativos menores de pKa. El ion resultante, R-COO-, se nombra con el sufijo "-ato".




El grupo carboxilo actuando como ácido genera un ion carboxilato que se estabiliza por resonancia


Por ejemplo, el anión procedente del ácido acético se llama ion acetato. Al grupo RCOO- se le denomina carboxilato.




Disociación del ácido acético, sólo se muestran las dos estructuras en resonancia que más contribuyen a la estructura real



Síntesis



Vías industriales


Las síntesis industriales de los ácidos carboxílicos difieren generalmente de las usadas a pequeña escala (en el laboratorio) porque requieren equipamiento especializado.




  • Oxidación de aldehídos con aire, utilizando catalizadores de cobalto y manganeso. Los aldehídos necesarios son obtenidos fácilmente a partir de alquenos por hidroformilación.

  • Oxidación de hidrocarburos usando aire. Para los alcanos más simples, el método no es selectivo. Los compuestos alílicos y bencílicos sufren oxidaciones más selectivas. Los grupos alquilo en un anillo bencénico se oxidan hasta el grupo carboxilo (-COOH), sin importar la longitud previa de la cadena. La formación de ácido benzoico a partir del tolueno, de ácido tereftálico a partir del p-xileno, y de ácido ftálico a partir del o-xileno, son algunas conversiones ilustrativas a gran escala. El ácido acrílico se genera a partir del propeno.[1]


  • Deshidrogenación de alcoholes, catalizada por bases.

  • La carbonilación es el método más versátil cuando va acompañado a la adición de agua. Este método es efectivo 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 (CO) a alquenos está catalizada por ácidos fuertes. El ácido acético y el ácido fórmico son producidos por la carbonilación del metanol, llevada a cabo con yodo y alcóxido, quienes actúan como promotores, y frecuentemente con altas presiones de monóxido de carbono, generalmente involucrando varios pasos hidrolíticos adicionales, en el proceso Monsanto y el proceso Cativa. Las hidrocarboxilaciones involucran la adición simultánea de agua y CO. Tales reacciones son llamadas algunas veces como "Química de Reppe":


HCCH + CO + H2O → CH2=CHCO2H

  • Algunos ácidos carboxílicos de cadena larga son obtenidos por la hidrólisis de los triglicéridos obtenidos de aceites y grasas de plantas y animales. Estos métodos están relacionados con la elaboración del jabón.


Métodos de laboratorio


Los métodos de preparación para reacciones a pequeña escala con fines de investigación, instrucción, o producción de pequeñas cantidades de productos químicos suelen utilizar reactivos caros.



  • Oxidación de alcoholes primarios con agentes oxidantes fuertes como el dicromato de potasio, el reactivo de Jones, el permanganato de potasio, o el clorito de sodio. El método es adecuado en condiciones de laboratorio, comparado con el uso industrial del aire, pero este último es más ecológico, puesto que conduce a menos subproductos inorgánicos, tales como óxidos de cromo o manganeso.

  • Ruptura oxidativa de olefinas, por ozonólisis, permanganato de potasio, o dicromato de potasio.

  • Los ácidos carboxílicos también pueden obtenerse por la hidrólisis de los nitrilos, ésteres, o amidas, generalmente con catálisis ácida o básica.


  • Carbonilación de un reactivo de organolitio o Grignard:



RLi + CO2 → RCO2Li

RCO2Li + HCl → RCO2H + LiCl




  • Halogenación de metilcetonas, seguida de hidrólisis en la reacción del haloformo

  • La reacción de Kolbe-Schmitt, que provee una ruta de síntesis al ácido salicílico, precursor de la aspirina



Reacciones menos comunes


Muchas reacciones conducen a ácidos carboxílicos, pero son usadas sólo en casos muy específicos, o principalmente son de interés académico:




  • Dismutación de un aldehído en la reacción de Cannizzaro.

  • Transposición de dicetonas, en la Transposición del ácido bencílico, involucrando la generación de ácidos benzoicos en la reacción de von Richter, a partir de nitrobencenos, y en la reacción de Kolbe-Schmitt, a partir de fenoles.



Reacciones



  • Obtención de sales de ácidos carboxílicos y amidas a partir del ácido:

Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales. En estas sales el hidrógeno del grupo -OH se reemplaza con el ion de un metal, por ejemplo Na+. De esta forma, el ácido acético reacciona con hidrogenocarbonato de sodio para dar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua.

CH3COOH+NaHCO3→CH3COO−Na++CO2+H2O{displaystyle CH_{3}COOH+NaHCO_{3}rightarrow CH_{3}COO^{-}Na^{+}+CO_{2}+H_{2}O}{displaystyle CH_{3}COOH+NaHCO_{3}rightarrow CH_{3}COO^{-}Na^{+}+CO_{2}+H_{2}O}

Entonces, luego de haber obtenido la sal, podemos calentar la misma para llegar a la amida mediante deshidratación.[2]​ La reacción general y su mecanismo son los siguientes:




Reacción general.




Mecanismo de reacción.


  • Esterificaciones



Esquema general de las esterificaciones.


  • Formación de derivados de deshidratación, como anhídridos y cetenas.


  • Halogenación en la posición alfa: Llamada halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky o también conocida como Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky. La misma sustituye un átomo de hidrógeno en la posición alfa con un halógeno, reacción que presenta utilidad sintética debido a la introducción de buenos grupos salientes en la posición alfa.



Resumen de la halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky


Los grupos carboxilos reaccionan con los grupos amino para formar amidas. En el caso de aminoácidos que reaccionan con otros aminoácidos para dar proteínas, al enlace de tipo amida que se forma se denomina enlace peptídico. Igualmente, los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con alcoholes para dar ésteres, o bien con halogenuros para dar halogenuros de ácido, o entre sí para dar anhídridos. Los ésteres, anhídridos, halogenuros de ácido y amidas se llaman derivados de ácido.


  • La reacción de Varrentrapp tiene pocas aplicaciones en síntesis, pero es útil en la determinación de ciertos ácidos grasos. Consiste en la descomposición de ácidos grasos insaturados en otros de cadena más corta con desprendimiento de hidrógeno.

  • En la reacción de Arndt-Eistert se inserta un metileno α a un ácido carboxílico.

  • Descarboxilación de Barton

  • Reacción de Hunsdiecker

  • Reacción de Kochi

  • Descarboxilación de Krapcho

  • Electrólisis de Kolbe


Nomenclatura


Los ácidos carboxílicos se nombran con la ayuda de la terminación –oico o –ico que se une al nombre del hidrocarburo de referencia y anteponiendo la palabra ácido:


Ejemplo


CH3-CH2-CH3 propano
CH3-CH2-COOH Ácido propanoico (propan + oico)


Los nombres triviales de los ácidos carboxílicos se designan según la fuente natural de la que inicialmente se aislaron. Se clasificaron así:































































































































































































Ejemplos de ácidos carboxílicos saturados
Nombre trivial
Nombre IUPAC
Estructura

Ácido fórmico
Ácido metanoico
HCOOH

Ácido acético
Ácido etanoico
CH3COOH

Ácido propiónico
Ácido propanoico
CH3CH2COOH

Ácido butírico
Ácido butanoico
CH3(CH2)2COOH

Ácido valérico
Ácido pentanoico
CH3(CH2)3COOH

Ácido caproico
Ácido hexanoico
CH3(CH2)4COOH
Ácido enántico

Ácido heptanoico
CH3(CH2)5COOH

Ácido caprílico
Ácido octanoico
CH3(CH2)6COOH
Ácido pelargónico

Ácido nonanoico
CH3(CH2)7COOH

Ácido cáprico
Ácido decanoico
CH3(CH2)8COOH
Ácido undecílico

Ácido undecanoico
CH3(CH2)9COOH

Ácido láurico
Ácido dodecanoico
CH3(CH2)10COOH
-

Ácido tridecanoico
CH3(CH2)11COOH

Ácido mirístico
Ácido tetradecanoico
CH3(CH2)12COOH
-

Ácido pentadecanoico
CH3(CH2)13COOH

Ácido palmítico
Ácido hexadecanoico
CH3(CH2)14COOH
Ácido margárico

Ácido heptadecanoico
CH3(CH2)15COOH

Ácido esteárico
Ácido octadecanoico
CH3(CH2)16COOH
-

Ácido nonadecanoico
CH3(CH2)17COOH

Ácido araquídico
Ácido eicosanoico
CH3(CH2)18COOH
-

Ácido heneicosanoico
CH3(CH2)19COOH

Ácido behénico
Ácido docosanoico
CH3(CH2)20COOH
-

Ácido tricosanoico
CH3(CH2)21COOH

Ácido lignocérico
Ácido tetracosanoico
CH3(CH2)22COOH


Ácido pentacosanoico
CH3(CH2)23COOH

Ácido cerótico
Ácido hexacosanoico
CH3(CH2)24COOH
-

Ácido heptacosanoico
CH3(CH2)25COOH

Ácido montánico
Ácido octacosanoico
CH3(CH2)26COOH
-

Ácido nonacosanoico
CH3(CH2)27COOH

Ácido melísico
Ácido triacontanoico
CH3(CH2)28COOH
-

Ácido henatriacontanoico
CH3(CH2)29COOH

Ácido laceroico
Ácido dotriacontanoico
CH3(CH2)30COOH

Ácido psílico
Ácido tritriacontanoico
CH3(CH2)31COOH

Ácido gédico
Ácido tetratriacontanoico
CH3(CH2)32COOH

Ácido ceroplástico
Ácido pentatriacontanoico
CH3(CH2)33COOH
-

Ácido hexatriacontanoico
CH3(CH2)34COOH












































































































Ácidos dicarboxílicos elementales
Nombre común
Nombre IUPAC
Fórmula química
Fórmula estructural

Ácido oxálico
ácido etanodioico
HOOC-COOH

Oxalic acid.png

Ácido malónico
ácido propanodioico
HOOC-(CH2)-COOH

Malonic acid structure.png

Ácido succínico
ácido butanodioico
HOOC-(CH2)2-COOH

Succinic acid.png

Ácido glutárico
ácido pentanodioico
HOOC-(CH2)3-COOH

Glutaric acid.png

Ácido adípico
Ácido hexanodioico
HOOC-(CH2)4-COOH

Adipic acid structure.png

Ácido pimélico
ácido heptanodioico
HOOC-(CH2)5-COOH

Pimelic acid.png

Ácido subérico
ácido octanodioico
HOOC-(CH2)6-COOH

Suberic acid.png

Ácido azelaico
ácido nonadioico
HOOC-(CH2)7-COOH

Azelaic acid.svg

Ácido sebácico
ácido decadioico
HOOC-(CH2)8-COOH

Sebacic acid.png

Ácido maleico
Ácido cis-butenodioico
HOOC-CH=CH-COOH

Maleic-acid-2D-skeletal-A.png

Ácido fumárico
Ácido trans-butenodioico
HOOC-CH=CH-COOH

Fumaric acid.png

Ácido ftálico
ácido beceno-1,2-dicarboxílico
o-ácido ftálico
C6H4(COOH)2

Phthalic-acid-2D-skeletal.png

Ácido isoftálico
ácido beceno-1,3-dicarboxílico
m-ácido ftálico
C6H4(COOH)2

Isophthalic-acid-2D-skeletal.png

Ácido tereftálico
ácido beceno-1,4-dicarboxílico
p-ácido ftálico
C6H4(COOH)2

Terephthalic-acid-2D-skeletal.png

Ácido truxílico
ácido 2,4-difenilciclobutan-1,3-dicarboxílico
(C6H5)2C4H4(COOH)2

Truxillic acid.svg

Ácido truxínico
ácido 3,4-difenilciclobutan-1,2-dicarboxílico
(C6H5)2C4H4(COOH)2

Truxinic acid skeletal.svg

















































































































































Ejemplos de ácidos carboxílicos insaturados
Nombre trivial Estructura química Δx

C:D

nx
Ácido acrílico
CH2=CH-COOH
- 3:1
n−1
Ácido crotónico CH3CH=CH-COOH
trans2
4:1
n−2
Ácido isocrotónico CH3CH=CH-COOH
cis2
4:1
n−2
Ácido sórbico CH3CH=CH-CH=CH-COOH
trans,trans24
6:2
n−2
Ácido undecilénico CH2=CH(CH2)8COOH - 11:1
n−1
Ácido palmitoleico CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH
cis9
16:1
n−7
Ácido sapiénico CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH
cis6
16:1
n−10
Ácido oleico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
cis9
18:1
n−9
Ácido eláidico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
trans9
18:1
n−9
Ácido vaccénico CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH
trans11
18:1
n−7
Ácido linoleico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
cis,cis912
18:2
n−6
Ácido linoeláidico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
trans,trans912
18:2
n−6
Ácido α-Linolénico CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
cis,cis,cis91215
18:3
n−3
Ácido ɣ-Linolénico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)4COOH
cis,cis,cis6912
18:3
n−6
Ácido punícico CH3(CH2)3CH=CH-CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH
cis,trans,cis91113
18:3
n−5
Ácido araquidónico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOHNIST

cis,cis,cis,cis5Δ81114
20:4
n−6
Ácido eicosapentaenoico CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH
cis,cis,cis,cis,cis58111417
20:5
n−3
Ácido erúcico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH
cis13
22:1
n−9
Ácido docosahexaenoico CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH
cis,cis,cis,cis,cis,cis4710131619
22:6
n−3

En el sistema IUPAC los nombres de los ácidos carboxílicos se forman reemplazando la terminación “o” de los alcanos por “oico”, y anteponiendo la palabra ácido.


El esqueleto de los ácidos alcanoicos se enumera asignando el N° 1 al carbono carboxílico y continuando por la cadena más larga que incluya el grupo COOH.



Ejemplo de ácidos carboxílico complejo


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


En este compuesto aparte del grupo funcional COOH, hay una función alcohol, pero de acuerdo a su importancia y relevancia el grupo COOH es el principal; por lo tanto el grupo alcohol se lo nombra como sustituyente. Por lo tanto el nombre de este compuesto es: Ácido 3-alil-2-bromo-7-hidroxi-4-heptenoico.


La palabra carboxi también se utiliza para nombrar al grupo COOH cuando en la molécula hay otro grupo funcional que tiene prioridad sobre él.


Para mayores detalles, consulte Nomenclatura de ácidos carboxílicos



Otros ácidos carboxílicos importantes



  • Ácido benzoico

  • Ácido láctico

  • Ácido tartárico

  • Ácido salicílico

  • Ácido cafeico

  • Ácido cinámico

  • Ácido cítrico

  • Todos los aminoácidos contienen un grupo carboxilo y un grupo amino. Cuando reacciona el grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro se forma un enlace amida llamado enlace peptídico. Las proteínas son polímeros de aminoácidos y tienen en un extremo un grupo carboxilo terminal.

  • Todos los ácidos grasos son ácidos carboxílicos. Por ejemplo, el ácido palmítico, esteárico, oleico, linoleico, etcétera. Estos ácidos con la glicerina forman ésteres llamados triglicéridos.


Palmiticacid.png

Ácido palmítico o ácido hexadecanoico, se representa con la fórmula CH3(CH2)14COOH



  • Las sales de ácidos carboxílicos de cadena larga se emplean como tensoactivos.


Referencias




  1. Wilhelm Riemenschneider “Carboxylic Acids, Aliphatic” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a05_235 10.1002/14356007.a05_235.


  2. Vollhardt, K. Peter. Química Orgánica. 3.ª edición. Año 2000. Omega. Madrid. pp. 849-850. ISBN 84-282-1172-8.



Enlaces externos



  • Los ácidos carboxílicos, resumen de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.



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