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Ácidos Carboxílicos Introducción La propiedad química más importante de los ácidos carboxílicos, que es otro grupo de compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo, es su acidez. Además, los ácidos carboxílicos forman numerosos derivados importantes, entre ellos los ésteres, amidas, etc. El grupo funcional de un ácido carboxílico es el grupo carboxilo, llamado así porque está formado por un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo. A continuación se incluye una estructura de Lewis para el grupo carboxilo y también tres representaciones del mismo: Nomenclatura Nomenclatura común y IUPAC 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: Estructura Nombre IUPAC Nombre común Fuente natural HCOOH Ácido metanoico Ácido fórmico Procede de la destilación destructiva de hormigas (formicaes hormiga en latín) CH 3 COOH Ácido etanoico Ácido acético Vinagre (acetum es vinagre en latín) CH 3 CH 2 COOH Ácido propanoico Ácido propiónic o Producción de lácteos (pion es grasa en griego) CH 3 CH 2 CH 2 COOH Ácido butanoico Ácido butírico Mantequilla (butyrum, mantequilla en latín) CH 3 (CH 2 ) 3 COOH Ácido pentanoico Ácido valérico Raíz de valeriana CH 3 (CH 2 ) 4 COOH Ácido hexanoico Ácido caproico Olor de cabeza (caper, cabeza en

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Ácidos Carboxílicos

Introducción

La propiedad química más importante de los ácidos carboxílicos, que es otro grupo de compuestos orgánicos que contienen el grupo carbonilo, es su acidez. Además, los ácidos carboxílicos forman numerosos derivados importantes, entre ellos los ésteres, amidas, etc.

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

Nomenclatura

Nomenclatura común y IUPAC

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:

EstructuraNombre IUPAC

Nombre común

Fuente natural

HCOOHÁcido metanoico

Ácido fórmico

Procede de la destilación destructiva de hormigas (formicaes hormiga en latín)

CH3COOHÁcido etanoico

Ácido acético

Vinagre (acetum es vinagre en latín)

CH3CH2COOHÁcido propanoico

Ácido propiónico

Producción de lácteos (pion es grasa en griego)

CH3CH2CH2COOHÁcido butanoico

Ácido butírico

Mantequilla (butyrum, mantequilla en latín)

CH3(CH2)3COOHÁcido pentanoico

Ácido valérico

Raíz de valeriana

CH3(CH2)4COOHÁcido hexanoico

Ácido caproico

Olor de cabeza (caper, cabeza en latín)

 

En el sistema IUPAC, se toma como hidrocarburo básico aquel que corresponda a la cadena continua más larga que contenga el grupo carboxilo. El nombre comienza con la palabra ácido seguida por el del alcano básico al cual se le añade el sufijo -oico. Al igual que en el caso de los aldehídos, se sobrentiende que el carbono número 1 corresponde al carbono del carboxilo.

Dentro de una molécula se puede encontrar más de un grupo carboxilo. si hay dos grupos carboxilo unidos a una cadena o a un anillo carbonado, la molécula se clasifica como un ácido dicarboxílico.

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Algunos ácidos dicarboxílicos y sus derivados son compuestos importantes en el metabolismo celular. El ácido oxálico (nombre común) es el más simple de los ácidos carboxílicos. Consta de dos grupos carboxílicos unidos entre sí.

Para escribir el nombre de un ácido dicarboxílico en el sistema de la IUPAC, identifique el alcano precursor y agregue la terminación dioico antecedido por la palabra ácido. No se debe quitar ninguna letra del alcano precursor. Por lo tanto el nombre IUPAC del ácido oxálico es etanodioico.

Estructura Nombre IUPAC Nombre común

HOOC-COOH Ácido etanodioico Ácido oxálico

HOOCCH2COOHÁcido propanodioico

Ácido malónico

HOOC(CH2)2COOHÁcido butanodioico

Acido succínico

HOOC(CH2)3COOHÁcido pentanodioico

Acido glutárico

HOOC(CH2)4COOHÁcido hexanodioico

Acido adípico

Ácido ftálicoAcido 1,2-bencenodicarboxílico

 

Casi todas las propiedades de los ácidos orgánicos son el resultado de la estructura del grupo carboxilo. Un grupo carboxilo tiene un doble enlace con el oxígeno y un grupo -OH unido a un átomo de carbono. Estos grupos y el grupo R se distribuyen simétricamente en un plano alrededor del átomo de carbono central.

Puesto que el átomo de oxígeno es más electronegativo que el átomo de carbono, cada enlace carbono-oxígeno en el grupo carboxilo es polar. Cada átomo de oxígeno tiene una carga parcialmente negativa, y el átomo de carbono tiene una carga parcialmente positiva.

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Puesto que el átomo de hidrógeno está unido a un átomo de oxígeno en el grupo -OH, el grupo carboxilo se puede unir por medio del hidrógeno a otras moléculas de ácido o a moléculas de agua en solución.

Al observar los datos de solubilidad, el hecho de que los ácidos carboxílicos de menor masa puedan formar enlaces de hidrógeno , explica su miscibilidad en agua.

Tanto los ácidos carboxílicos como los alcoholes tienen enlaces de hidrógeno entre sus moléculas; sin embargo, los ácidos carboxílicos tienen puntos de ebullición mucho más altos que los alcoholes. Por ejemplo, el 1-hexanol, cuya molécula tiene la misma masa molecular que el ácido valérico, tiene un punto de ebullición de 157° C, 30° C menos que el punto de ebullición del ácido valérico. Una diferencia tan amplia en los puntos de ebullición se debe a la formación de un dímero del ácido valérico. Un dímero es una molécula que se produce cuando se combinan dos moléculas del mismo tipo. El dímero del ácido valérico se produce cuando dos de sus moléculas se unen por medio de enlaces de hidrógeno.

Acidez de los ácidos carboxílicos

Cuando el ácido acético, CH3CH2COOH, se mezcla con agua, algunas de sus moléculas se ionizan y producen iones acetato, CH3CH2COO- e iones hidrógeno H+.

Las sustancias que contribuyen con iones hidrógeno al agua, se clasifican como ácidos. Comparados con los demás grupos orgánicos, los ácidos carboxílicos son los compuestos más ácidos, pero comparados con los ácidos inorgánicos, los ácidos carboxílicos son ácidos mucho más débiles. Casi todos los ácidos carboxílicos están ionizados entre un 2 y un 3%. El HCl y el HNO3 están ionizados casi en un cien por ciento.

La acidez de los ácidos orgánicos se explica en términos de la estabilidad del anión que se produce después de que ocurre la ionización. Cuando el ácido carboxílico dona un ion hidrógeno, produce un anión estabilizado por resonancia; este se denomina anión carboxilato:

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La resonancia se produce cuando se deslocalizan los electrones de una molécula. Si una molécula presenta resonancia, el enlace real dentro de dicha molécula se representa mejor por el promedio de todas las estructuras de resonancia . Para el anión carboxilato, la mejor representación es la siguiente:

Esta estructura del anión carboxilato muestra que la carga negativa está repartida entre un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno en lugar de estar localizada en un átomo de oxígeno.

Los ácidos carboxílicos son neutralizados por bases para producir una sal y agua. Si el ácido acético, CH3COOH, y el hidróxido de sodio, NaOH, se combinan, se producen el acetato de sodio, una sal y agua.

El ácido acetoacético (ácido 3-oxobutanoico) y su producto de reducción, el ácido 3-hidroxibutanoico , se sintetizan en el hígado a partir de la acetil-CoA ( modelo 3D ), un producto del metabolismo de los ácidos grasos y ciertos aminoácidos. De manera general, el ácido 3-hidroxibutanoico y el ácido 3-oxobutanoico se conocen como cuerpos cetónicos. La concentración de cuerpos cetónicos en la sangre de un ser humano saludable y bien alimentado es aproximadamente 0.01 mM/L. Sin embargo, las personas que sufren de inanición o diabetes mellitus, presentan concentraciones de cuerpos cetónicos que aumentan hasta 500 veces del valor normal. En estas condiciones, la concentración de ácido acetoacético aumenta hasta el punto en donde experimenta una descarboxilación espontánea para formar acetona y dióxido de carbono. La acetona no es metabolizada por los seres humanos y se excreta a través de los riñones y pulmones. El "aliento dulzón" característico de los pacientes diabéticos graves, se debe al olor de la acetona.

 

Ácidos CarboxílicoOLORES Y SABORES QUÍMICOS

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Existe un grupo de sustancias muy difundidas en la naturaleza que posee un gran valor biológico e industrial. Se trata de los ácidos carboxílicos y sus derivados. Estos ácidos son los que nos permiten apreciar la sensación agridulce cuando tomamos una limonada, el sabor especial de la vinagreta en una ensalada, o los agradables olores de las frutas frescas.

Algunos de los ácidos que dan el sabor a los alimentos y a las sustancias son:

El ácido acético que es el componente principal del vinagre, aderezo empleado en la cocina.

El ácido cítrico que es el que da el sabor agridulce a las frutas que pertenecen a la familia de los cítricos y es un producto intermedio en el metabolismo de los carbohidratos. Se emplea comercialmente en grandes cantidades, como acidificante en la fabricación de bebidas gaseosas.

El ácido acetilsalicílico que se emplea en la fabricación de la aspirina, analgésico muy popular.

Asimismo, existen sustancias orgánicas llamadas esteres, que producen olores diversos. Son derivados de los ácidos carboxílicos.

Algunos de los esteres que producen el olor de los alimentos son:

El acetato de amilo que se encuentra en el plátano.

El butanoato de amilo que se encuentra en el albaricoque.

El acetato de etilo que se encuentra en la piña.

ESTRUCTURA DEL GRUPO CARBOXILO

Los ácidos carboxílicos provienen de la oxidación de los aldehídos. Su grupo funcional se denomina carboxilo (—COOH), conformado por un grupo carbonilo y un grupo

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hidroxilo.Esta combinación es tan íntima, que ninguno de los dos grupos actúa ni física ni químicamente de manera independiente. El grupo carboxilo es ácido debido a su capacidad para donar protones. En el agua, la mayoría de los ácidos carboxílicos se encuentran ligeramente disociados:

Clasificación

La clasificación de los ácidos carboxílicos puede hacerse teniendo en cuenta dos aspectos:

 El número de grupos carboxilo que contiene la molécula del ácido. De acuerdo con esto los podemos clasificar en:

o Monocarboxílicos: cada molécula contiene tan solo un grupo carboxilo. Su fórmula

general es R—COOH. Ejemplo: CH3—COOH

o Dicarboxílicos: cada molécula contiene dos grupos carboxilo. Su fórmula general es

HOOC─(CH2)n─COOH. Ejemplo: HOOC─COOH

o Tricarboxílicos: una misma molécula contiene tres grupos carboxilos. Este tipo de

ácidos suele llamarse también ácidos policarboxílicos. Ejemplo:

 La naturaleza de la cadena carbonada unida al grupo funcional. De acuerdo con esto los podemos clasificar en:

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o Ácidos carboxílicos de la serie alifática. Tienen como fórmula general—R—

COOH. Ejemplo:

 o Ácidos carboxílicos de la serie aromática. Su fórmula general

es Ar─COOH. Ejemplo:

Ácido benzoico

Puede presentarse otra serie de variables dentro de la estructura de los ácidos carboxílicos, como la presencia de dobles enlaces, grupos hidroxilo, etc., que de alguna manera intervienen en las propiedades, tanto físicas como químicas, de los mismos.

Nomenclatura

Los ácidos carboxílicos, de acuerdo con las normas de la IUPAC, se nombran anteponiendo la palabra ácido al nombre del alcano correspondiente y cambiando la terminación "o" de éste por "oico". La cadena más larga es aquella que contenga el grupo carboxilo y a su carbono se le designa con el número (1), luego se numeran los sustituyentes unidos a la cadena principal de la forma como se hace normalmente.

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También se acostumbra emplear nombres comunes o vulgares para denominar a los ácidos carboxílicos. Algunos ejemplos se aprecian a continuación:

PROPIEDADES FÍSICAS. CONSTANTE DE ACIDEZ

El comportamiento químico y físico de los ácidos carboxílicos, depende principalmente de la distribución electrónica de carga sobre los átomos adyacentes al grupo funcional. Los ácidos orgánicos, como los alcoholes, presentan puntos de ebullición relativamente altos en relación con su peso molecular, a causa de los enlaces de hidrógeno. Cuando están en estado líquido, tienden a formar díme-ros y polímeros empleando los puentes de hidrógeno intermoleculares.

Sin embargo, los ácidos forman enlaces de hidrógeno más fuertes que los alcoholes, debido a que sus enlaces (O H) se encuentran fuertemente polarizados. Además, los ácidos carboxílicos tienen la posibilidad de formar enlaces de hidrógeno con el oxígeno más negativo del dipolo carbonílico, en vez de hacerlo con el oxígeno del grupo hidroxilo.

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 Estado físico. Los primeros términos, hasta nueve átomos de carbono son líquidos. Los términos medios son de consistencia aceitosa y los términos superiores son sólidos cristalinos. El ácido metanoico, el ácido etanoico y, en general, los primeros miembros de la serie, tienen olor irritante. En los términos medios, el olor es rancio y repugnante y los términos superiores por lo general, no presentan ningún olor.

 Solubilidad. El ácido metanoico, el ácido etanoico y el ácido propanoico, son solubles en agua; esto se debe a los enlaces de hidrógeno. De ahí en adelante la solubilidad decrece a medida que aumenta el peso molecular. Sin embargo, los ácidos que son insolubles en agua son solubles en alcohol, éter, benceno y cloroformo.

 Constante de acidez. La principal característica del grupo carboxilo es su acidez. En general, los ácidos carboxílicos son ácidos débiles debido a la tendencia del enlace (RCOO—H) a romperse heterolíticamente en presencia de una base (aceptora de protones), tal como puede apreciarse en la siguiente ionización.

La acidez de los ácidos carboxílicos se atribuye a que el ion carboxilato se puede estabilizar como híbrido de resonancia con la carga negativa distribuida sobre un sistema conformado por tres átomos.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Reacciones producidas por el rompimiento del enlace (O─H)

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 Formación de sales:

Un primer grupo de estas reacciones se debe al rompimiento del enlace oxígeno-hidrógeno (O─H). Este rompimiento se produce gracias al carácter débilmente ácido del átomo de hidrógeno de este enlace, lo que permite que la molécula lo libere en forma de protón. Tal como ocurre con los ácidos inorgánicos, los ácidos carboxílicos reaccionan con las bases para formar sales:

 

Reacciones producidas por el rompimiento del enlace (─C─OH)

Un buen número de reacciones de los ácidos carboxílicos, se realizan mediante un ataque sobre el carbono carbonilo por parte de especies nucleofílicas. Estas reacciones son por lo general catalizadas por ácidos, puesto que la adición de un protón o la formación de un enlace de hidrógeno sobre el oxígeno carbonílico, hace al carbono del carbonilo más electropositivo y, por tanto, más vulnerable al ataque nucleofílico. Observemos el proceso a través de las siguientes reacciones:

El rompimiento subsiguiente del enlace C -£ O y ¡a pérdida de un protón, conducen al producto del desplazamiento.

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Un ejemplo evidente de esta reacción se observa en la formación de esteres.

 Formación de esteres

Los esteres se forman por reacción de un ácido carboxílico con un alcohol, en presencia de un ácido.

 

 Formación de cloruros de ácido

Los ácidos carboxílicos reemplazan el (OH) por un átomo de cloro cuando reaccionan con tricloruro de fósforo, pentacloruro de fósforo o cloruro de tionilo.

 Descarboxilación de los ácidos carboxílicos

La facilidad con que el grupo carboxilo pierde dióxido de carbono, varía mucho con la naturaleza del ácido. Algunos pierden dióxido de carbono simplemente al ser calentados a temperaturas moderadas.

La descarboxilación térmica se efectúa muy fácilmente cuando el carbono lleva un grupo que atraiga electrones (es decir, un sustituyente que produce un efecto inductivo negativo). Estos son algunos ejemplos:

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DERIVADOS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Esteres

Los esteres resultan de la reacción entre un ácido orgánico o inorgánico sobre un alcohol, con eliminación de una molécula de agua. Es una reacción reversible, la cual, mediante la hidrólisis, regenera el ácido y el alcohol. La reacción se puede representar así:

Los esteres están ampliamente repartidos, en la naturaleza en sustancias de origen vegetal o animal.

 Clasificación. Los esteres pueden ser clasificados en tres grupos:

o Esencias de frutas: están formadas por ácidos carboxílicos de bajo peso molecular y por

algunos ácidos carboxílicos de mediano peso molecular, cuando reaccionan con alcoholes también de bajo peso molecular.

o Grasas (lípidos): son esteres de la glicerina con ácidos grasos superiores y medios.

o Ceras: formadas por ácidos carboxílicos y alcoholes de elevado peso molecular.

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 Propiedades. Los esteres neutros son líquidos, incoloros, de olor agradable, como de frutas maduras. Son volátiles, insolubles en agua, solubles en alcohol y éter. Los términos superiores son sólidos y de consistencia oleosa y aspecto céreo o grasoso.

Los esteres son sustancias dotadas de una gran reactividad química. En la mayor parte de las reacciones la molécula se rompe:

Una de las reacciones más importantes es la saponificación. La saponificación de un éster consiste en tratarlo con una base alcalina (NaOH o KOH) hasta ebullición. La reacción general es:

La reacción es completa y debe su nombre al hecho de ser utilizada en la fabricación de jabones.

 Usos y aplicaciones. Comercialmente sólo unos pocos esteres tienen importancia. Los dos más usados son el acetato de etilo y el acetato de butilo.

Son usados como disolventes para nitrocelulosa y en la fabricación de lacas. Algunos de elevado peso molecular son empleados como plastificantes, mientras que otros se emplean en la fabricación de plásticos. Los esteres sintéticos son usados como aromatizadores de alimentos. Los más conocidos son: Acetato de amilo (plátano), Acetato de octilo (naranja), Butirato de etilo (pina), Butirato de amilo (albaricoque), Formiato de isobutilo (frambuesa) y Formiato de etilo (ron).

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En medicina suelen ser usados los esteres como agentes terapéuticos. Por ejemplo, el acetato de etilo es estimulante y antiespasmódico en irritaciones cólicas y bronquiales. En aplicación externa se emplea para el tratamiento de enfermedades dermatológicas causadas por parásitos. La nitroglicerina actúa como un vasodilatador. Con el ácido acético se forma uno de los esteres más importantes del ácido salicílico, la aspirina o ácido acetilsalicílico.

Amidas

Cuando los ácidos carboxílicos reaccionan con amoníaco, producen sales de amonio que por calentamiento forman amidas, cuya fórmula general es (R—CONH2).

Las amidas se forman por rompimiento del enlace (—C—OH) del ácido carboxílico.

Las amidas se nombran a partir del nombre del hidrocarburo del que se derivan, añadiendo el sufijo amida. Ejemplos:

2.1.Propiedades físicas

La formamida es líquida, las demás son sólidos cristalinos. Sus puntos de ebullición son más altos que los de los ácidos correspondientes. Los primeros términos son solubles en agua, pero la solubilidad decrece a medida que aumenta el peso molecular. Poseen carácter anfótero, esto quiere decir que se comportan como bases o ácidos débiles, según el medio de reacción.

2.2. Métodos de preparación

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 Se pueden preparar por deshidratación de las sales de amonio. Las sales de amonio (R—COONH4) de los ácidos carboxílicos, calentadas a 200ºC, pierden una molécula de agua dando como resultado las amidas.

 Un método general para preparar las amidas consiste en hacer reaccionar el amoníaco sobre los cloruros de ácido.

El método es bueno, especialmente para las amidas poco solubles, y se realiza dejando caer lentamente el cloruro en la solución concentrada de amoníaco bien frío. La amida cristaliza inmediatamente.

2.3.Aplicaciones

La amida más importante es la urea, H2N—C—NH2; es una diamida proveniente del ácido carbónico. Se encuentra en los organismos vivos. Fue sintetizada por Wöhler en 1828 y sirvió como principio para el desarrollo de la química orgánica. Uno de los usos industriales es la producción de sedantes, conocidos con el nombre de barbitúricos. También se le emplea como fertilizante, en la industria de plásticos con metanal y aserrín de madera, como diurético y contra la gota y el reumatismo.

Anhídridos

Los anhídridos son sustancias orgánicas que provienen de la deshidratación de dos moléculas de ácido orgánico. Se nombran anteponiendo la palabra anhídrido al nombre del ácido del cual provienen.

2.4.Propiedades

Los primeros términos son líquidos, de olor picante y sofocante; los términos superiores son sólidos e inodoros, poco solubles en agua pero al mismo tiempo reaccionan con ella para regenerar los ácidos correspondientes. Presentan puntos de ebullición más altos que los de los ácidos correspondientes.

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2.5.Preparación

El procedimiento más empleado consiste en la reacción entre un cloruro de ácido y una sal alcalina. La reacción general es:

2.6.Aplicaciones

Los anhídridos se emplean como agentes de acilación en la preparación de esteres a partir de los alcoholes. También se usan como deshidratantes. Resultan demasiado cáusticos para ser utilizados en medicina.

USOS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

 Acido fórmico o metanoico. Se encuentra en algunos insectos, como las hormigas, a quienes debe su nombre; en las abejas, en la trementina, etc. Se emplea en la síntesis de esteres, sales, plásticos y ácido oxálico. También se usa como mordiente para tejidos de lana o de algodón en lugar del ácido acético o del sulfúrico.

 Acido acético. Es el principal componente del vinagre. Puede ser producido por la fermentación de zumos de frutas como la uva, manzana, etc. Diluido del 5 al 10% se emplea como condimento. También se utiliza en la preparación de algunos colorantes, como disolvente de esencias, en la fabricación de goma adhesiva (mezclado con colapiscis), como detenedor en fotografía, en la obtención de acetato de celulosa y como antídoto (medicina) contra los álcalis en solución al 6%.

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 Acido oxálico o etanodioico. Es uno de los ácidos orgánicos más fuertes. Se encuentra en las hojas del ruibarbo y de col, en los garbanzos y en las acederas en forma de oxalato ácido de potasio; en los líquenes, mohos, helechos y algas en forma de oxalato de calcio cristalizado. Es empleado en las lavanderías para quitar las manchas de tinta y de hierro y en la fabricación de tintas y de colorantes; para blanquear el cuero y el mimbre.

 Acido acetilsalicílico. Es un excelente analgésico y un poderoso antiséptico del intestino, donde probablemente se descompone dejando libre el ácido salicílico. No se modifica en el estómago. Se usa también contra el reumatismo y contra la gota.

 Acido cítrico. Se puede considerar como uno de los ácidos más abundantes en la naturaleza. Se encuentra especialmente en las frutas del género citrus, en la remolacha, en las cerezas y en las cebollas. Se obtiene en grandes cantidades por un proceso de fermentación del almidón o de las melazas. Es empleado para dar sabor ácido a productos alimenticios y bebidas refrescantes. Los citratos alcalinos se usan en la preparación de productos farmacéuticos contra la gota y el reumatismo. También se usa como laxante y anticoagulante

TEMA 3.6. OBTENCION INDUSTRIAL DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS.

El ácido acético, el más importante de todos los ácidos carboxílicos, se prepara principalmente por la oxidación catalítica con aire de diversos hidrocarburos o de acetaldehído. Un método moderno implica la reacción entre metanol y monóxido de carbono en presencia de un catalizador de yodo-rodio: otro ejemplo más de catálisis mediante un complejo de metales de transición.

hidrocarburos

CH3CHO

CH3OH + CO

O2

O2

Rh I2

catalizador

catalizadorAcetaldehído

Metanol

CH3COOH

Acido acético

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También se produce una cantidad importante de ácido acético en forma de una solución acuosa diluida, conocida como vinagre; este ácido también se prepara por oxidación con aire; el compuesto que se oxida es el alcohol etílico, y los catalizadores son enzimas de bacterias (Acetobacter).

Las fuentes de ácidos carboxílicos alifáticos más importantes son las grasas animales

y vegetales , de las que pueden obtenerse ácidos carboxílicos de cadena recta con número par de carbonos, con una pureza superior al 90%; el número de átomos de carbono va de seis hasta dieciocho. Estos ácidos pueden convertirse en los alcoholes correspondientes , que puede utilizar de las maneras ya vistas para transformarlos en muchos otros compuestos que contienen unidades de cadenas largas y rectas.

Los ácidos carboxílicos aromáticos más importantes, el benzoico y los ftálicos, se preparan a escala industrial por una reacción conocida: la oxidación de alquilbencenos . El tolueno y los xilenos necesarios se obtienen del petróleo por reformación catalítica de hidrocarburos alifáticos (Sec. 15.5). Cantidades mucho menores de estos arenos se aíslan directamente del alquitrán de hulla. Otro precursor del ácido ftálico (el isómero orto) es el hidrocarburo aromático naftaleno,

que también se encuentra en el alquitrán de hulla. Se utiliza agentes oxidantes baratos como cloro e incluso aire ( en presencia de catalizadores).

Petróleo(reformacióncatalítica)

CH3

CH3

CH3

Tolueno

o-Xileno

CI2 C CI

CI

CI

o

Bezotricloruro

Naftaleno

H2O, OH-

O2, V2O5

COOH

COOH

COOH

Acido benzoico

Acido ftálico

calor, catalizador, -CO2

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Vías industriales[editar]

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 alquiloen

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

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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 la elaboración del jabón.

Métodos de laboratorio[editar]

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

decromo 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[editar]

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[editar]

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

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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.

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

Page 22: Ácidos Carboxílicos Kimika Consultaa

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[editar]

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:

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Ejemplo

CH3-CH2-CH3 propano CH3-CH2-COOH Acido 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:

Nombres de los ácidos carboxílicos

Nombre trivial Nombre IUPAC EstructuraNúmero de carbonos

Ácido fórmico Ácido metanoico HCOOH C1:0

Ácido acético Ácido etanoico CH3COOH C2:0

Ácido propiónico Ácido propanoico CH3CH2COOH C3:0

Ácido butírico Ácido butanoico CH3(CH2)2COOH C4:0

Ácido valérico Ácido pentanoico CH3(CH2)3COOH C5:0

Ácido caproico Ácido hexanoico CH3(CH2)4COOH C6:0

Ácido enántico Ácido heptanoico CH3(CH2)5)COOH C7:0

Ácido caprílico Ácido octanoico CH3(CH2)6COOH C8:0

Ácido pelargónico Ácido nonanoico CH3(CH2)7COOH C9:0

Ácido cáprico Ácido decanoico CH3(CH2)8COOH C10:0

Page 24: Ácidos Carboxílicos Kimika Consultaa

Ácido undecílico Ácido undecanoico CH3(CH2)9COOH C11:0

Ácido láurico Ácido dodecanoico CH3(CH2)10COOH C12:0

Ácido tridecílico Ácido tridecanoico CH3(CH2)11COOH C13:0

Ácido mirístico Ácido tetradecanoico CH3(CH2)12COOH C14:0

Ácido pentadecílico Ácido pentadecanoico CH3(CH2)13COOH C15:0

Ácido palmítico Ácido hexadecanoico CH3(CH2)14COOH C16:0

Ácido margárico Ácido heptadecanoico CH3(CH2)15COOH C17:0

Ácido esteárico Ácido octadecanoico CH3(CH2)16COOH C18:0

Ácido nonadecílico Ácido nonadecanoico CH3(CH2)17COOH C19:0

Ácido araquídico Ácido eicosanoico CH3(CH2)18COOH C20:0

Ácido heneicosílico Ácido heneicosanoico CH3(CH2)19COOH C21:0

Ácido behénico Ácido docosanoico CH3(CH2)20COOH C22:0

Ácido tricosílico Ácido tricosanoico CH3(CH2)21COOH C23:0

Ácido lignocérico Ácido tetracosanoico CH3(CH2)22COOH C24:0

Ácido pentacosílico Ácido pentacosanoico CH3(CH2)23COOH C25:0

Page 25: Ácidos Carboxílicos Kimika Consultaa

Ácido cerótico Ácido hexacosanoico CH3(CH2)24COOH C26:0

Ácido heptacosílico Ácido heptacosanoico CH3(CH2)25COOH C27:0

Ácido montánico Ácido octacosanoico CH3(CH2)26COOH C28:0

Ácido nonacosílico Ácido nonacosanoico CH3(CH2)27COOH C29:0

Ácido melísico Ácido triacontanoico CH3(CH2)28COOH C30:0

Ácido henatriacontílico

Ácido henatriacontanoico

CH3(CH2)29COOH C31:0

Ácido laceroico Ácido dotriacontanoico CH3(CH2)30COOH C32:0

Ácido psílico Ácido tritriacontanoico CH3(CH2)31COOH C33:0

Ácido gédico Ácido tetratriacontanoico CH3(CH2)32COOH C34:0

Ácido ceroplásticoÁcido pentatriacontanoico

CH3(CH2)33COOH C35:0

Ácido hexatriacontílico

Ácido hexatriacontanoico

CH3(CH2)34COOH C36:0

Ejemplos de ácidos grasos insaturados

Nombre trivial

Estructura química ΔxC:D

n−x

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Ácido miristoleico

CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 14:1n−5

Ácido palmitoleico

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 16:1n−7

Ácido sapiénico

CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH cis-Δ6 16:1

n−10

Ácido oleico

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 18:1n−9

Ácido eláidico

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH trans-Δ9 18:1n−9

Ácido vaccénico

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH trans-Δ11 18:1n−7

Ácido linoleico

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOHcis,cis-Δ9,Δ12

18:2n−6

Ácido linoeláidico

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOHtrans,trans-Δ9,Δ12

18:2n−6

Ácido α-Linolénico

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOHcis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15

18:3n−3

Ácido araquidónico

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOHNIST

cis,cis,cis,cis-Δ5Δ8,Δ11,Δ14

20:4n−6

Ácido eicosapent

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHC

cis,cis,cis,cis,

20:5n

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aenoico H2CH=CH(CH2)3COOH

cis-Δ5,Δ8,Δ11,Δ14,Δ17

−3

Ácido erúcico

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH cis-Δ13 22:1n−9

Ácido docosahexaenoico

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH

cis,cis,cis,cis,cis,cis-Δ4,Δ7,Δ10,Δ13,Δ16,Δ19

22:6n−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.

Ejemplos de ácidos carboxílicos[editar]

Ejemplo 1

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 es Acido 3-alil-2-bromo-7-hidroxi-4-hexenoico.

Ejemplo 2

Compuestos con dos grupos COOH

FORMULA NOMBRE IUPAC NOMBRE TRIVIAL

HOOC-COOH Ac. Etanodioico Ácido oxálico

HOOC-CH2-COOH Ac. Propanodioico Ácido malónico

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HOOC-(CH2)2-COOH Ac. Butanodioico Ácido succínico

La palabra carboxi también se utiliza para nombrar al grupo COOH cuando en la molecula hay otro

grupo funcional que tiene prioridad sobre él, como el ácido etanoico que tiene más prioridad que él.

HCOOH ácido fórmico (se encuentra en insectos, fórmico se refiere a las hormigas)

CH3COOH ácido acético o etanoico (se encuentra en el vinagre)

HOOC-COOH ácido etanodioico, también llamado ácido oxálico,

CH3CH2COOH ácido propanoico

C6H5COOH ácido benzoico (el benzoato de sodio, la sal de sodio del ácido benzoico se emplea

como conservante)

Ácido láctico

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 llamadoenlace

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.

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. Por ejemplo, el

estearato de sodio (octadecanoato de sodio), de fórmula CH3(CH2)16COO-Na+

Cianoacrilato

ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Los ácidos carboxílicos son funciones con grado de oxidación tres, es decir, en un mismo átomo de carbono se insertan un grupo oxo (=O) y un grupo hidroxilo (-OH), formando un grupo carboxilo. Se

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nombran sistemáticamente sustituyendo la terminación -o del hidrocarburo de procedencia por el sufijo -oico, pero la mayoría posee nombres vulgares consagrados por el uso. El grupo carboxilo es el responsable de la polaridad de la molécula y de la posibilidad de establecer enlaces de hidrógeno. El hidrógeno del hidroxilo puede disociarse y el compuesto se comporta como un ácido. Esta disociación se ve favorecida por la resonancia del ión carboxilato, ya que el doble enlace se deslocaliza y la carga negativa se distribuye entre los dos átomos de oxígeno.

En la misma molécula pueden existir varios grupos carboxilo. El número de estos grupos se indica con los prefijos di, tri, tetra, etc. Los ácidos monocarboxílicos de cadena larga se llaman también ácidos grasos.

Ejemplos de ácidos carboxílicos

propanoicocis-butenodioico (ácido

maleico)trans-butenodioico (ácido

fumárico)ácido oleico

Los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con álcalis para dar lugar a sales (jabones). Asímismo, cuando reaccionan con alcoholes dan lugar a ésteres. Cuando el enlace éster se produce dentro de la misma molécula se origina una función lactona. Dos grupos carboxilo o un grupo carboxilo y un ácido inorgánico pueden condensar (con pérdida de agua) para originar un anhídrido.

Ejemplos de derivados de ácidos carboxílicos

jabón acetato de etilo (éster)anhídrido etanoico metanoico -butirolactona