Acidos carboxílicos son compuestos orgánicos que poseen una acidez apreciable

1. Ácidos Carboxílicos.

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.

Es una función de carbono primario. Se caracteriza por tener en el mismo carbono el grupo carbonilo y un oxhidrilo. Algunos de ellos son más conocidos por sus nombres comunes como el ácido fórmico (metanoico) y ácido acético (etanoico).

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. 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.

a) Estructura del grupo carboxilo.

El grupo carboxilo posee un grupo carbonilo. En este grupo, el átomo de carbono sustenta un doble enlace con el oxígeno, por lo que debe adoptar una hibridación sp2. Esto confiere al grupo carboxilo una estructura trigonal plana. Gracias a esta estructura planar, el grupo carboxilo puede encontrar una disposición de manera que la interacción con los hidrógenos axiales de las posiciones 3 y 5 del anillo (indicados con círculos) sea menor que en el caso del metilciclohexano. De aquí que la energía conformacional del grupo carboxilo sea algo menor que la de este último. La estructura de los ácidos carboxílico es plana con ángulos de enlace C-C-O y O-C-O de 120o

b) 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:

• Monocarboxílicos: Cada molécula contiene tan solo un grupo carboxilo. Su fórmula general es R—COOH. Ejemplo: CH3—COOH

• Dicarboxílicos: Cada molécula contiene dos grupos carboxilo. Su fórmula general es HOOC─(CH2)n─COOH. Ejemplo: HOOC─COOH

• Tricarboxílicos: Una misma molécula contiene tres grupos carboxilos. Ejemplo:

• Policarboxilicos: La molécula contiene 4 o más grupos carboxílicos.

c) Nomenclatura.

Para nombrar a los ácidos carboxílicos primero se coloca la palabra ÁCIDO, seguida del nombre del hidrocarburo terminado en OICO. La numeración de la cadena asigna el localizador 1 al ácido y se busca la cadena de mayor longitud.

Una nomenclatura trivial indica las posiciones de los sustituyentes mediante letras griegas. Se inicia la asignación de las letras griegas a partir del carbono adyacente al grupo carbonilo, a este se le asigna la letra α.

Los ácidos cíclicos se nombran terminando el nombre del ciclo en -carboxílico precedido de la palabra ácido.

d) Propiedades Físicas.

Sus estructuras hacen suponer que los ácidos carboxílicos sean moléculas polares y, tal como los alcoholes, pueden formar puentes de hidrógeno entre sí y con otros tipos de moléculas. Los ácidos carboxílicos se comportan en forma similar a los alcoholes en cuanto a sus solubilidades: los primeros cuatro son miscibles con agua, el ácido de cinco carbonos es parcialmente soluble y los superiores son virtualmente insolubles. La solubilidad en agua se debe a los puentes de hidrógeno entre el ácido carboxílico y el agua. El ácido aromático más simple, el benzoico, contiene demasiados átomos de carbono como para tener una solubilidad apreciable en agua.

Los ácidos carboxílicos son solubles en solventes menos polares, tales como éter, alcohol, benceno, etc. Los ácidos carboxílicos hierven a temperaturas aún más altas que los alcoholes. Estos puntos de ebullición tan elevados se deben a que un par de moléculas del ácido carboxílico se mantienen unidas no por un puente de hidrógeno sino por dos.

Los olores de los ácidos alifáticos inferiores progresan desde los fuertes e irritantes del fórmico y del acético hasta los abiertamente desagradables del butírico, valeriánico y caproico; los ácidos superiores tienen muy poco olor debido a sus bajas volatilidades.

Las sales de los ácidos carboxílicos son sólidos cristalinos no volátiles constituidos por iones positivos y negativos y sus propiedades son las que corresponden a tales estructuras. Las fuerzas electrostáticas considerables que mantienen los iones en el retículo cristalino sólo pueden superarse por un calentamiento a temperatura elevada o por medio de un solvente muy polar. La temperatura requerida es tan alta que, antes de lograrla, se rompen enlaces carbono-carbono y se descompone la molécula, lo que sucede generalmente entre los 300-400°C. Raras veces es útil un punto de descomposición para la identificación de una substancia, puesto que, generalmente, refleja la rapidez del calentamiento que la identidad del compuesto.

Las sales de sodio y potasio de la mayoría de los ácidos carboxílicos son fácilmente solubles en agua. Es el caso de ácidos carboxílicos de cadena larga. Estas sales son los principales ingredientes del jabón.

Debido a la fácil interconversión de ácidos y sus sales, este comportamiento puede emplearse de dos modos importantes: para identificación y para separación.

e) Acidez.

Los ácidos carboxílicos son compuestos orgánicos que poseen una acidez apreciable. Son ácidos débiles en medio acuosos. Un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar un protón y un ión carboxilato. Normalmente, los valores de la constante de acidez (Ka) de los ácidos carboxílicos simples son de alrededor de 10-5. Por ejemplo, la constante de acidez del ácido acético (CH3COOH) es de 10-4.7.

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.

• Efectos de los sustituyentes en la acidez de los ácidos carboxílicos: La magnitud del efecto de los sustituyentes depende de su distancia al grupo carbonilo. Los sustituyentes en los átomos de carbono α son los más efectivos para incrementar la fuerza de los ácidos. Cuanto más alejados se encuentren los sustituyentes del grupo carboxilo, más pequeño será el efecto inductivo. La facilidad con que salga el hidrógeno se debe a los sustituyentes de radical R.

Si R es un grupo aceptor de electrones tipo –NO2, - X, la acidez se incrementa por el efecto inductivo electrón – atrayente. El hidrógeno sale con mucha facilidad.

Si R es un grupo dador de electrones tipo – CH3, Aquí la acidez disminuye. El hidrógeno sale con mucha dificultad.

f) Propiedades Químicas.

Son ácidos débiles que se hallan parcialmente disociados en solución. El carácter ácido disminuye con el número de átomos de Carbono.

Reaccionan con los metales alcalinos y alcalinos térreos para formar sales. Con los alcoholes forman esteres. Al combinarse con el amoníaco forman amidas.

-Son dependientes o función del grupo carboxilo – COOH, cuyos cambios originan los llamados derivados de ácido. En las reacciones de esta función se puede sustituir el H del oxhidrilo o todo el –OH.

- Los ácidos son resistentes a la oxidación y también a la reducción pero el hidruro de litio y aluminio los reduce hasta alcoholes.

-Según Bronsted, el grupo carboxilo es ácido porque puede ceder un ion hidrógeno.

Desde el punto de vista químico los ácidos carboxílicos reaccionan rápidamente con soluciones acuosas de hidróxido de sodio y bicarbonato de sodio formando sales de sodio solubles, y por lo tanto, para distinguir los ácidos carboxílicos insolubles en agua de los fenoles y alcoholes insolubles en agua pueden utilizarse pruebas de solubilidad y la insolubilidad de los últimos en base acuosa.

Los ácidos carboxílicos insolubles en agua se disolverán en hidróxido de sodio acuoso o en bicarbonato de sodio acuoso. Una vez lograda la separación, podemos regenerar el ácido por acidulación de la solución acuosa.

Si estamos trabajando con sólidos, simplemente agitamos la mezcla con base acuosa y luego filtramos la solución para separar el insoluble que son las substancias no ácidas; la adición del ácido al filtrado precipita el ácido carboxílico, el cual puede recogerse con un filtro.

Si estamos trabajando con líquidos, agitamos la mezcla con base acuosa en un embudo de decantación y separamos luego la capa acuosa

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