Ácido carboxílico

Estructura de un ácido carboxílico

La estructura 3D del grupo carboxilo

Un modelo que llena el espacio del grupo carboxilo

Los ácidos carboxílicos son ácidos orgánicos caracterizados por la presencia de un grupo carboxilo , que tiene la fórmula -C (= O) OH, generalmente escrito -COOH o -CO ₂ H. Los ácidos carboxílicos son Ácidos de Brønsted-Lowry - que son donantes de protones. Las sales y los aniones de ácidos carboxílicos son llamados carboxilatos.

La serie más simple de los ácidos carboxílicos son los ácidos alcanoicos, R-COOH, donde R es un hidrógeno o un alquilo grupo. Los compuestos también pueden tener dos o más grupos ácido carboxílico por molécula.

Propiedades físicas

Ácido carboxílico dímeros

Los ácidos carboxílicos son polar, y la forma enlaces de hidrógeno entre sí. A altas temperaturas, en fase de vapor, ácidos carboxílicos generalmente existen como pares dimérica. Ácidos carboxílicos inferiores (de 1 a 4 átomos de carbono) son miscibles con agua, mientras que los ácidos carboxílicos superiores son mucho menos soluble debido a la naturaleza hidrófoba creciente de la cadena de alquilo. Ellos tienden a ser más bien soluble en disolventes menos polares tales como éteres y alcoholes.

Los ácidos carboxílicos se han generalizado en la naturaleza y son típicamente ácidos débiles, lo que significa que sólo parcialmente disociarse en H ⁺ cationes y RCOO ^- aniones en acuosa solución. Por ejemplo, a temperatura ambiente, sólo el 0,02% del total de ácido acético moléculas se disocian en agua.

Dado que los ácidos carboxílicos son ácidos débiles, en agua, existen ambas formas en un equilibrio:

RCOOH ↔ RCOO ^- + H ⁺

La acidez de los ácidos carboxílicos se puede explicar por cualquiera de la estabilidad del ácido o la estabilidad de la base conjugada utilizando efectos inductivos o efectos de resonancia.

Estabilidad del ácido

Uso de los efectos inductivos, la acidez de los ácidos carboxílicos se puede racionalizar por los dos electronegativos oxígeno átomos distorsionan las nubes de electrones que rodean el enlace OH, debilitándolo. La débil enlace OH hace que la molécula de ácido a ser menos estables, y haciendo que el átomo de hidrógeno para ser lábil, por lo que se disocia fácilmente para dar el ion H ^+. Dado que el ácido es inestable, el equilibrio se encuentran a la derecha.

Átomos adicionales o grupos electronegativos, tales como cloro o hidroxilo, sustituidos en el grupo R tienen una similar, aunque en menor efecto. La presencia de estos grupos aumenta la acidez a través efectos inductivos. Por ejemplo, ácido tricloroacético (tres grupos -Cl) es un ácido más fuerte que ácido láctico (un grupo -OH), que a su vez es más fuerte que el ácido acético (sin constituyente electronegativo).

La estabilidad de la base conjugada

La estabilización por resonancia de ácidos carboxílicos

La acidez de un ácido carboxílico también puede explicarse por efectos de resonancia. El resultado de la disociación de un ácido carboxílico es un producto de resonancia estabilizada en la que se comparte la carga negativa (deslocalizada) entre los dos átomos de oxígeno. Cada uno de los enlaces carbono-oxígeno tiene lo que se llama una característica parcial de doble enlace. Desde la base conjugada se estabiliza, el equilibrio anterior se encuentra a la derecha.

Espectroscopia

Los ácidos carboxílicos se identifican más fácilmente como tal por espectrometría de infrarrojos. Exhiben un tramo C = O agudo entre 1680 y 1725 cm ^-1, y la característica de estiramiento OH del grupo carboxilo aparece como un pico ancho en los 2.500 a 3.000 cm ^-1 región.

En ^1H NMR espectrometría, el hidrógeno hidroxilo aparece en la región de 10 a 13 ppm, aunque a menudo sea ampliado o no observó debido al intercambio con cualquier rastro de agua.

Síntesis

• Los ácidos carboxílicos pueden ser producidos por oxidación de alcoholes primarios y aldehídos con oxidantes fuertes tales como El dicromato de potasio, Reactivo de Jones, permanganato de potasio , o clorito de sodio.
• También pueden ser producidos por la escisión oxidativa de olefinas por permanganato de potasio o dicromato de potasio. En particular, cualquier grupo alquilo en un anillo de benceno se oxida completamente a un ácido carboxílico, independientemente de su longitud de cadena. Esta es la base para la síntesis industrial de ácido benzoico a partir de tolueno .
• Los ácidos carboxílicos también se pueden obtener por la hidrólisis de nitrilos, ésteres, o amidas, con la adición de ácido o base.
• También pueden prepararse a partir de la acción de una Reactivo de Grignard en dióxido de carbono , aunque este método no se utiliza en la industria.

Los ácidos carboxílicos pueden formar también a partir de las siguientes reacciones:

• De desproporción de una aldehído en Reacción de Cannizzaro
• Reordenamiento de dicetonas en el reordenamiento ácido bencílico
• La halogenación seguido de hidrólisis del metil cetonas en la reacción haloformo
• La hidroformilación de un alqueno seguida por hidrólisis en el Reacción de Koch
• Reacciones menos comunes que implican la generación de ácidos benzoico son la reacción de von Richter de nitrobencenos y la Reacción de Kolbe-Schmitt de fenoles .

Reacciones

• Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales carboxilato, en el que el hidrógeno del grupo hidroxilo (-OH) se sustituye con un metal catiónico . Así, el ácido acético encuentra en el vinagre reacciona con bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) para formar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua:

CH ₃ COOH + NaHCO ₃ → CH ₃ COONa + CO ₂ + H ₂ O

• Los ácidos carboxílicos reaccionan también con alcoholes y aminas para dar ésteres y amidas. Al igual que otros alcoholes y fenoles , el grupo hidroxilo en los ácidos carboxílicos se puede sustituir con un átomo de cloro usando cloruro de tionilo para dar cloruros de acilo.

• Como con todos los compuestos de carbonilo, los protones en el α-carbono son lábiles debido a tautomerización cetoenólica. Así, la α-carbono se halogena fácilmente en el Halogenación Infierno-Volhard-Zelinsky.

• La La síntesis de Arndt-Eistert inserta un grupo α-metileno en un ácido carboxílico.
• La Transposición de Curtius convierte los ácidos carboxílicos a isocianatos.
• La Reacción de Schmidt convierte los ácidos carboxílicos a aminas .
• Los ácidos carboxílicos se descarboxilan en el Reacción Hunsdiecker.
• La Reacción de Dakin-West convierte un ácido amino a la cetona amino correspondiente.
• En la degradación Barbier-Wieland (1912), el grupo alfa-metileno en un ácido carboxílico alifático se retira en una secuencia de etapas de reacción, de manera efectiva una cadena-acortamiento.
• La adición de un grupo carboxilo a un compuesto que se conoce como carboxilación; la eliminación de uno es la descarboxilación. Las enzimas que catalizan estas reacciones se conocen como carboxilasas ( CE 6.4.1) y descarboxilasas (EC 4.1.1).

Nomenclatura y ejemplos

La carboxilato anión R-COO ^- por lo general se nombra con el sufijo -ate, ácido acético así, por ejemplo, se convierte en ion acetato. En la nomenclatura IUPAC , los ácidos carboxílicos tienen un sufijo ácido -oic (por ejemplo, ácido octadecanoico). En nomenclatura común, el sufijo es generalmente ácido -ic (por ejemplo, ácido esteárico).

Otros ácidos carboxílicos incluyen:

• De cadena corta de ácidos monocarboxílicos insaturados
  • El ácido acrílico (ácido 2-propanoico) - CH ₂ = CHCOOH, utilizado en la síntesis de polímeros
• Los ácidos grasos - medio y largo cadena saturada y ácidos monocarboxílicos insaturados, con un número par de carbonos
  • El ácido docosahexaenoico - suplemento nutricional
  • El ácido eicosapentaenoico - suplemento nutricional

• Los aminoácidos - los bloques de construcción de proteínas

• Ácidos ceto - ácidos de importancia bioquímica que contienen una cetona grupo
  • El ácido pirúvico
  • El ácido acetoacético

• Ácidos carboxílicos aromáticos
  • El ácido benzoico - C ₆ H ₅ COOH; benzoato de sodio, la sal de sodio del ácido benzoico se utiliza como conservante de alimentos
  • El ácido salicílico - se encuentra en muchos productos de cuidado de la piel

• Los ácidos dicarboxílicos - que contienen dos grupos carboxilo
  • Ácido Aldaric - una familia de ácidos de azúcar
  • El ácido oxálico - que se encuentra en muchos alimentos
  • Ácido malónico
  • El ácido málico - se encuentran en las manzanas
  • El ácido succínico - un componente de la ciclo del ácido cítrico
  • Ácido glutárico
  • El ácido adípico - monómero utilizado para producir nylon

• Tricarboxılicos - que contienen tres grupos carboxilo
  • El ácido cítrico - se encuentra en los cítricos

• Los ácidos alfa hidroxi - que contiene un grupo hidroxi
  • El ácido láctico (ácido 2-hidroxipropanoico) - se encuentra en la leche agria