Ácido carboxílico

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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 ó -CO2H.

Características y propiedades[editar]

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 \rightleftharpoons 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.

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 los dos estructuras en resonancia que más contribuyen a la estructura real

Síntesis[editar]

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.

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 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.

RLi + CO2 → RCO2Li
RCO2Li + HCl → RCO2H + LiCl

Reacciones menos comunes[editar]

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

Reacciones[editar]

  • 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.
 CH_3COOH + NaHCO_3 \rightarrow CH_3COO^-Na^+ + CO_2 + H_2O

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
Esquema general de las esterificaciones
  • 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.

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:

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:

Nombres de los ácidos carboxílicos
Nombre trivial Nombre IUPAC Estructura Número 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
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
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 ceroplástico Ácido pentatriacontanoico CH3(CH2)33COOH C35:0
Ácido hexatriacontílico Ácido hexatriacontanoico CH3(CH2)34COOH C36:0
Ejemplos de ácidos grasos insaturados
Nombre trivial Estructura química Δx C:D nx
Ácido miristoleico CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH cis9 14:1 n−5
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 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.

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 Ácido 3-alil-2-bromo-7-hidroxi-4-hexenoico.

Ejemplo 2

Compuestos con dos grupos COOH

FÓRMULA NOMBRE IUPAC NOMBRE TRIVIAL
HOOC-COOH Ac. Etanodioico Ácido oxálico
HOOC-CH2-COOH Ac. Propanodioico Ácido malónico
HOOC-(CH2)2-COOH Ac. Butanodioico Ácido succínico

La palabra carboxi también se utiliza para nombrar al grupo COOH cuando en la molécula 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 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. Por ejemplo, el estearato de sodio (octadecanoato de sodio), de fórmula CH3(CH2)16COO-Na+
  • Cianoacrilato

Referencias[editar]

  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.