CURSO:

QUÍMICA ORGÁNICA

LIC. NUTRICIÓN

UNIDAD V

“ ACIDOS CARBOXILICOS”

C e n t r o B á s i c o

D e p a r t a m e n t o d e Q u í m i ca

E d u c a c i ó n e n a m b i e n t e s c o m b i n a d o s

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana

Marzo 2011

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 1

INTRODUCCIÓN

Los ácidos carboxílicos son compuestos que presentan dos grupos funcionales responsables de

las características particulares de los ácidos orgánicos: por un lado, el grupo carbonilo (R—CO—) y

por otro lado, el grupo hidroxilo (—OH). Este último grupo proporciona el carácter ácido a estos

compuestos debido a la presencia de hidrógeno. La contracción de los nombres de estos grupos,

carbonilo + hidroxilo, forma el nombre del grupo funcional carboxilo.

Los ácidos carboxílicos son de gran importancia industrial, farmacológica y biológica debido a

sus reacciones químicas; por ejemplo, con alcoholes forman esteres (esterificación) y con amoniaco

(NH3) forman amidas (aminólisis). Lo que corresponde a la segunda parte de esta unidad

Los ácidos carboxílicos forman la parte más importante de todos los aceites comestibles y, por si

fuera poco, en los sistemas biológicos el metabolismo final de los residuos de los carbohidratos, como

energéticos, se realiza a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, donde, nuevamente, estos grupos

funcionales son importantes.

El ácido acético ocupa un lugar importante como condimento de muchas ensaladas, pues es la

parte activa del vinagre.

Todos los jabones y detergentes actuales requieren de ácidos carboxílicos para su producción.

En farmacología existen miles de compuestos que representan necesariamente el grupo funcional de

los ácidos carboxílicos. Por supuesto, los alimentos también se han visto favorecidos por ello gracias a

su participación en los conservadores alimentarios y saborizantes artificiales.

La industria textil también le debe mucho a los ácidos carboxílicos, pues a través de amidas se

obtienen polímeros que, entre otras cosas, sirven como material para el vestido de casi todo el género

humano.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 2

NOMENCLATURA

La nomenclatura IUPAC para los ácidos carboxílicos emplea el nombre del alcano que

corresponde a la cadena más larga de átomos de carbono, que incluye al ácido carboxílico. La o final

de alcanos se sustituye por el sufijo oico, y se antepone la palabra ácido.

Cuando el ácido tiene sustituyentes, se

numera la cadena de mayor longitud dando el

localizador más bajo al carbono del grupo ácido.

Los ácidos carboxílicos son prioritarios frente a

otros grupos, que pasan a nombrarse como

sustituyentes.

Los ácidos carboxílicos

también son prioritarios

frente a alquenos y alquinos.

Moléculas con dos grupos

ácido se nombran con la

terminación -dioico.

Cuando el grupo ácido va unido a un anillo, se toma el ciclo como cadena principal y se

termina en -carboxílico.

Letras griegas de los ácidos carboxílicos: En los nombres comunes, las posiciones de los sustituyentes

se nombran utilizando letras griegas.

Al átomo de carbono carbonilo no se le asigna una letra griega, su carbono adyacente tiene asignada

la letra α.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 3

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DEL ÁCIDO FÓRMICO

La molécula es prácticamente plana. El átomo de carbono carbonílico tiene hibridación sp2,

con ángulos de enlace prácticamente trigonales. El enlace O-H también se encuentra en este plano,

eclipsado con el enlace C=O

El átomo de oxígeno sp3 tiene un ángulo C-O-H de 106°.

Formas de resonancia del ácido fórmico

Uno de los pares de electrones no compartidos del átomo de oxígeno del grupo hidroxilo está

deslocalizado en el sistema electrofílico pi del grupo carbonilo.

La estructura de resonancia mayoritaria es neutral, mientras que las formas minoritarias tienen

separación de carga.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 4

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Los ácidos carboxílicos son moléculas que

presentan una parte apolar y otra muy polar.

Presentan hidrógeno ácido en el grupo hidroxilo y se comportan como bases sobre el oxígeno

carbonílico.

Los puntos de ebullición de los ácidos carboxílicos son el resultado de la formación de un

dímero, con enlace de hidrógeno, estable. Este dímero contiene un anillo de ocho miembros con dos

enlaces de hidrógeno, que en efecto dobla el peso molecular de las moléculas que abandonan la fase

líquida.

Para romper los enlaces de hidrógeno y vaporizar el ácido es necesario que la temperatura sea más

elevada.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 5

ACIDEZ Y BASICIDAD DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

La propiedad más característica de los ácidos carboxílicos es la acidez del hidrógeno situado

sobre el grupo hidroxilo. El pKa de este hidrógeno oscila entre 4 y 5 dependiendo de la longitud de la

cadena carbonada.

Un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar lugar a un protón y a un ión

carboxilato. A la constante de equilibrio de esta reacción, Ka, se le denomina constante de disociación

ácida.

El ácido se disociará mayoritariamente si el pH de la disolución es mayor que el pKa del ácido.

Los ácidos carboxílicos son ácidos relativamente fuertes ya que estabilizan la carga de su base

conjugada por resonancia.

La deslocalización de la carga negativa sobre los dos átomos de oxígeno hace que el ión acetato sea

más estable que un ión alcóxido.

Efectos de los sustituyentes en la acidez de los ácidos carboxílicos

Los sustituyentes atrayentes de electrones aumentan la acidez de los ácidos carboxílicos.

Grupos de elevada electronegatividad retiran carga por efecto inductivo del grupo carboxílico,

produciendo un descenso en el pKa del hidrógeno ácido. La magnitud del efecto de los sustituyentes

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 6

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.

Desprotonación de los ácidos carboxílicos

Una base fuerte puede desprotonar completamente a un ácido carboxílico. Los productos que se

obtienen son el ión carboxilato, el catión procedente de la base y el agua. La combinación de un ión

carboxilato y un catión es una sal de un ácido carboxílico.

El hidróxido de sodio se utiliza con frecuencia para desprotonar ácidos carboxílicos.

Protonación de una sal de un ácido carboxílico

Como los ácidos y sus sales son fácilmente interconvertibles, las sales se utilizan como derivados muy

útiles de los ácidos carboxílicos.

El HCl se utiliza con frecuencia para la protonación.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 7

ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS

IUPAC: Acido hidrocarburo origen + dioico

Propiedades Físicas

Acidez

1ª Disociación; grupo -COOH actúa con efecto -I

2ª Disociación; grupo -COO- actúa con efecto +I

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 8

SÍNTESIS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Los ácidos carboxílicos pueden prepararse utilizando los siguientes métodos:

♦ Oxidación de alquilbencenos: Los ácidos carboxílicos pueden obtenerse a partir de bencenos

sustituidos con grupos alquilo por oxidación con permanganato de potasio o dicromato de sodio.

♦ Oxidación de alcoholes primarios: Los ácidos carboxílicos pueden obtenerse por oxidación de

alcoholes primarios. Como reactivos puede utilizarse el oxidante de Jones, permanganato de potasio,

dicromato de sodio......

♦ Oxidación de alquenos: La ruptura oxidativa de alquenos con oxidantes como permanganto de

potasio o dicromato en medios ácidos genera ácidos carboxílicos cuando el alqueno tenga un

hidrógeno sobre el carbono sp2. En ausencia de hidrógeno se forman cetonas, y los alquenos

terminales producen dióxido de carbono.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 9

♦ Organometálicos con CO2: Los reactivos de Grignard (organometálicos de magnesio) reaccionan con

dióxido de carbono para formar las sales de los ácidos carboxílicos. Una hidrólisis ácida posterior

permite la conversión de estas sales en el correspondiente ácido.

♦ Hidrólisis de nitrilos: Los halo alcanos primarios y secundarios reaccionan con cianuro de sodio

mediante mecanismos de tipos SN2 para formar nitrilos. La hidrólisis posterior del nitrilo rinde ácidos

carboxílicos. Deben emplearse halo alcanos con un carbono menos que el ácido que se desea obtener.

La hidrólisis del nitrilo puede realizase en medio básico, generando un carboxilato que se protona en

una etapa de acidulación final.

UNIDAD V. Ácidos Carboxílicos Lic. Nutrición

M.C.Q. Janett Cecilia Sánchez Arana 10

BIBLIOGRAFÍA:

1) De la Cruz Arcadio, “Química orgánica vivencial”, 2ª. edición, 2007, Editorial McGrawHill

2) Fessenden, R,J.. QUIMICA ORGANICA. Segunda Edición. Grupo Editorial Iberoamérica

3) García Becerril M.L., “Química II”, 2ª. edición, 2006, Editorial McGrawHill

4) Morrison & Boyd, QUIMICA ORGANICA, 5ª. edición (1998), Editorial Pearson.

5) McMurry, J.; “Química Orgánica”; Grupo Editorial Iberoamérica, 1994

6) Wade L.G.; “Química orgánica”; Ed. Pearson, 5a. edición, 2004

7) Yurkanis Bruice Paula, “Fundamentos de química Orgánica”, 1ª. edición, 2007, Editorial

Pearson.

8) http://www.quimicaorganica.org/acidos-carboxilicos/index.php

9) http://www.salonhogar.net/quimica/nomenclatura_quimica/Propiedades_acidos_carboxilico

s.htm