Ácidos Carboxílicos

Semana N°10

IntroducciónLa propiedad química más importante de los ácidos

carboxílicos, es su acidez, debido a su grupo carbonilo.

Además, los ácidos carboxílicos forman numerosos derivados importantes, entre ellos los ésteres, amidas, etc.

C O

H

H

O

El grupo funcional de un ácido carboxílico es el grupo carboxilo, llamado así porque está formado por un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo (grupo carboxilo). A continuación se incluye una estructura de Lewis para el grupo carboxilo y también tres representaciones del mismo:

Pueden contener uno, dos o más grupos carboxilo.El más simple es el ácido metanoico (ácido fórmico), y uno

de los más familiares es el ácido etanoico (ácido acético), que en estado diluido e impuro forma parte del vinagre.

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Los ácidos carboxílicos con un único grupo carboxilo y, generalmente, de cadena lineal se denominan ácidos grasos; la cadena hidrocarbonada puede ser saturada o bien contener uno o más enlaces dobles.

Propiedades Físicas

Fórmula IUPAC Nombre MasaMolecular

Punto Ebullición

Solubilidad en agua

CH3(CH2)2CO2

H Ácido butanoico 88 164 ºC muy soluble

CH3(CH2)4OH 1-pentanol 88 138 ºC poco soluble

CH3(CH2)3CHO pentanal 86 103 ºC poco soluble

CH3CO2C2H5 Etanoato de etilo 88 77 ºC moderadamente soluble

CH3CH2CO2CH3

Propanoato de metilo 88 80 ºC poco soluble

CH3(CH2)2CONH2

Butanamida 87 216 ºC soluble

CH3CON(CH3)2N,N-

dimetiletanamida 87 165 ºC muy soluble

CH3(CH2)4NH2 1-aminobutano 87 103 ºC muy soluble

Sus puntos de fusión y ebullición crecen al aumentar la masa molar.Los ácidos de menos de 5 carbones son solubles en agua; su solubilidad decrece a partir del ácido butírico con el aumento del carácter hidrocarbonado de la molécula. Todos los ácidos son solubles en solventes orgánicos

Solubilidad en agua• Los ácidos carboxílicos son similares a los alcoholes

en cuanto a su solubilidad en agua ya que también pueden formar puentes de hidrógeno.

H3CC

O H O

OHO

H

H

H

Nomenclatura ComúnAlgunos ácidos alifáticos se conocen desde hace cientos de años y sus nombres comunes reflejan sus orígenes históricos. El ácido carboxílico más simple, el ácido fórmico, es el causante de la irritación causada por la picadura de las hormigas (del latín formica, hormiga). El ácido acético se aisló del vinagre, cuyo nombre en latín es acetum (agrio). El ácido propiónico se consideró como el primer ácido graso, y su nombre deriva del griego protos pion (primera grasa). El ácido butírico se obtiene por oxidación del butiraldehído, que se encuentra en la mantequilla (en latín butyrum). Los ácidos caproico, caprílico y cáprico se encuentran en las secreciones cutáneas de las cabras (capri en latín).

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Los ácidos que se encuentran con más frecuencia se conocen por sus nombres comunes; muchos de ellos se basan en la procedencia del ácido. A los ácidos sustituidos se les da nombre ubicando la posición del sustituyente por medio de las letras griegas a, ß, etc. como se ilustra a continuación:

9

10

C

NH2

CH

CH3

O

OH

Ácido α-aminopropiónicoAlanina (aminoácido)

Nomenclatura UIQPA11

• Según la nomenclatura IUPAC, se cambia la terminación –o del alcano por –oico y anteponiendo la palabra ácido

• Para los ácidos carboxílicos polifuncionales se utilizan las reglas anteriormente descritas

R CO

OH

R COOH R CO2H

CH3-CH2-COOH CH3-CH2-CH2-CH2-COOH

Ácido propanoico Ácido pentanoico

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C1

NH2

CH

CH3

O

OH

Ácido 2-aminopropanoicoAlanina (aminoácido)

C

O

H

C: ácido benzoicoU: aceptado

C

O

H

C: ácido m-bromobenzoicoU: aceptado

Br

COOH

C

C

C

COOH

HH

COOHHO

HH

Ácido cítrico

Propiedades Físicas y nomenclaturaFormula Nombre

común Fuente IUPAC Nombre

Punto fusión

Punto ebullición

HCO2HÁcido

fórmicoHormiga (L.

formica)Ácido

metanoico 8.4 ºC 101 ºC

CH3CO2H Ácido acetico vinagre (L. acetum)

Ácido etanoico 16.6 ºC 118 ºC

CH3CH2CO2HÁcido

propionicoleche (Gk. protus

prion)Ácido

propanoico -20.8 ºC 141 ºC

CH3(CH2)2CO2

H Ácido

butíricomantequilla (L.

butyrum)Ácido

butanoico -5.5 ºC 164 ºC

CH3(CH2)3CO2

H Ácido

valérico Valeriana raiz Ácido pentanoico -34.5 ºC 186 ºC

CH3(CH2)4CO2

H Ácido

caproico cabras (L. caper) Ácido hexanoico -4.0 ºC 205 ºC

CH3(CH2)5CO2

H Ácido

enántico vid (Gk. oenanthe) Ácido heptanoico -7.5 ºC 223 ºC

CH3(CH2)6CO2

H Ácido

caprílico cabras (L. caper) Ácido octanoico 16.3 ºC 239 ºC

CH3(CH2)7CO2

H Ácido

pelargónicopelargonium

(hierba)Ácido

nonanoico 12.0 ºC 253 ºC

CH3(CH2)8CO2

H Ácido cáprico cabras (L. caper) Ácido decanoico 31.0 ºC 219 ºC

Formación de dímeros

H3CC

O H O

CCH3

OHO

Los ácidos carboxílicos existen como moléculas dobles o dímeros

Propiedades Químicas

AcidezLos ácidos carboxílicos suelen disociarse ligeramente en soluciones acuosas para formar H3O+ y el anión carboxilato, RCOO-. Como en todo ácido, es posible definir una constante de acidez, ka.

Casi en la mayoría de los ácidos carboxílicos, la constante de acidez Ka es del orden de 10-5, que corresponde a un pKa de 4.72.

Carácter básico del grupo carbonilo

mayor densidad de carga negativa

Estructura Nombre IUPAC Nombre común

HOOC-COOH Ácido etanodioico Ácido oxálico

HOOCCH2COOH Ácido propanodioico Ácido malónico

HOOC(CH2)2COOH Ácido butanodioico Acido succínico

HOOC(CH2)3COOH Ácido pentanodioico Acido glutárico

HOOC(CH2)4COOH Ácido hexanodioico Acido adípico

Acido 1,2-bencenodicarboxílico

 Ácido ftálico

C

C

O

OH

O

OH

Esterificación18

Las reacciones de esterificación se efectúan bajo catálisis ácida, puesto que en ausencia de ácidos fuertes estas reacciones proceden de forma muy lenta. Si está presente una cantidad catalítica de ácido el equilibrio se alcanza al cabo de unas horas, calentando a reflujo una mezcla del ácido carboxílico y del alcohol.

Formación de Sales19

2 RCOOH + Na2CO3 2 RCOO a+ + H2O + CO2

RCOOH + NaHCO3 + RCOO Na++ H2O CO2+

HC O

OH+ NaOH Na+

HCO

O-+ H2O

ácido fórmicoácido metanoico

formiato de sodiometanoato de sodio

Ejemplo de formación de sales20

C

O

OH + NaOH Na+

O

O-

ácidobenzoico benzoato de sodo

+ H2O

Derivados de ácidos carboxílicos21

R CO

L

L = Halógeno (halogenuros de acilo)L = O-R (Ester)L = NH2, NHR ó NR2 (Amidas)L = O-CO-R (Anhídridos)

R CO

XR C

O

NH2R C

O

O-R´ RC

O

OC

O

R

Halogenuros

de acilo

Amidas Ésteres Anhídridos

Importancia del ácido salicílico

• El ácido salicílico (o ácido 2-hidroxibenzóico) recibe su nombre de Salix, la denominación latina del sauce de cuya corteza fue aislado por primera vez. Se trata de un sólido incoloro que suele cristalizar en forma de agujas. Tiene un buena solubilidad en etanol y éter.

• Tiene características antiinflamatórias pero debido a que provoca irritaciones estomacales no se aplica como tal.

Importancia del ácido acetilsalicílico

El ácido acetilsalicílico o AAS es un antiinflamatorio no esteroideo de la familia de los salicilatos, usado frecuentemente como analgésico, antipirético, antiagregante plaquetario y antiinflamatorio. Aspirina es el nombre comercial acuñado por laboratorios Bayer para el fármaco.

Entre los ácido carboxílicos aromáticos se encuentran el Ácido benzoico, C6H5- COOH y sus derivados como el Ácido o hidroxibenzoico o Ácido salicílico, el Ácido para aminobenzoico o PABA y el Ácido acetilsalicílico o ASPIRINA.

EL BALSAMO DE TOLUAcido ftalico

Ácido benzoico

Ácidos grasos

Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono. Tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH).

Se conocen unos 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos. Los ácidos grasos saturados sólo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Son ejemplos de este tipo de ácidos el mirístico (14C);el palmítico (16C) y el esteárico (18C) . Los ácidos grasos insaturados tienen uno o varios enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos, con cambios de dirección en los lugares dónde aparece un doble enlace. Son ejemplos el oléico (18C, un doble enlace) y el linoleíco (18C y dos dobles enlaces).

Una molécula de grasa está formada por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol ("triglicérido"). Los ácidos grasos pueden estar saturados, es decir, no presentar enlaces dobles. También pueden estar insaturados, es decir, tener átomos de carbono unidos por enlaces dobles.Algunas plantas almacenan energía en forma de aceites, especialmente en las semillas y en los frutos.

Los ácidos grasos se utilizan, entre otras cosas , para fabricar detergentes biodegradables. Los ácidos grasos se utilizan también en productos plásticos, como los recubrimientos para madera y metal, y en los automóviles, desde el alojamiento del filtro de aire hasta la tapicería.

Esteres29

En un éster, se remplaza un hidrógeno del grupo carboxilo por un grupo alquilo o arilo.

O

CH3 — C—O —CH3 CH3—COO —CH3

Grupo éster

30

Los ésteres le dan el olor y fragancia característico a las plantas y frutas

31

Nombre el alquilo del alcohol con –o-

Nombre el ácido con el C=O con –ato

acido alcohol O metil

CH3 — C—O —CH3

Etanoato etanoato de metilo (UIQPA)

(acetato) acetato de metilo (común)

32

HC

O

O CH3

U: metanoato de metiloC: formiato de metilo

CCH3

O

OCH3

U: Etanoato de metiloC: acetato de metilo

CCH3

O

OCH2

CH3U: etanoato de etiloC: acetato de etilo

C

O

O CH2 CH3C y U: benzoato de etilo

33

CCH3

O

O

U: etanoato de feniloC: acetato de fenilo

Importancia del salicilato de metilo• El salicilato de metilo es un aceite que se encuentra en muchas

plantas y tiene una fragancia que se asocia con la gaulteria.• Se utiliza ampliamente como ingrediene analgésico en

linimentos.

Tioésteres35

En un tioéster, se remplaza un oxígeno de un éster con un azufre.

O

R — C—S —R´ R—COS —R´ Grupo tioéster

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Nomenclatura Común

O

CH3— C—S —CH3 Tioacetato de metilo

AmidasLas amidas son derivados de los ácidos carboxílicos. Todas

las amidas contienen un átomo de nitrógeno unido a un grupo carbonilo. La fórmula general de una amida es:

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Si uno de los átomos de hidrógeno que está unido al átomo de nitrógeno se remplaza por un grupo R´ , se produce una amida monosustituida. Si ambos átomos de hidrógeno se remplazan por grupos R´ , se produce una amida disustituida.

Amidas38

Nomenclatura comúnNombre comúnPara escribir el nombre común de una amida, se debe quitar la palabra ácido y reemplazar la terminación -ico del ácido precursor por amida.

HCONH 2 formamida CH 3CONH 2 acetamida

IUPACSe quita la palabra ácido y se reemplaza la terminación -oico de la nomenclatura IUPAC del ácido precursor por la palabra amida.

Acido metanoico = metanamidaAcido etanoico = etanamida

Acido propanoico = propanamida

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Si uno de los átomos de H que está unido al átomo de N se reemplaza por un grupo R, se produce una amida monosustituida o disustituida.

RCONHR, RCONR2

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En las amidas sustituidas se coloca el prefijo N para identificar los grupos que están unidos al átomo de Nitrógeno, luego se indica el nombre de los grupos alquilo y finalmente el nombre de la amida IUPAC COMÚN CH3CONCH3 N- metiletanamida N- metilacetamida

CH 3CH 2CH 2CON(CH2CH3)2 N,N- dietilbutanamida N,N- dietilbutiramida

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