Semana N°10 Ácidos Carboxílicos

Introducción La 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

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.

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.

moderadamente soluble Propiedades Físicas Fórmula IUPAC Nombre Masa Molecular Punto Ebullición Solubilidad en agua CH3(CH2)2CO2H Ácido butanoico 88 164 ºC muy soluble CH3(CH2)4OH 1-pentanol 138 ºC poco soluble CH3(CH2)3CHO pentanal 86 103 ºC CH3CO2C2H5 Etanoato de etilo 77 ºC moderadamente soluble CH3CH2CO2CH3 Propanoato de metilo 80 ºC CH3(CH2)2CONH2 Butanamida 87 216 ºC soluble CH3CON(CH3)2 N,N-dimetiletanamida 165 ºC CH3(CH2)4NH2 1-aminobutano

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

Nomenclatura Común Algunos 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).

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:

Ácido α-aminopropiónico Alanina (aminoácido)

Nomenclatura UIQPA 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 Ácido propanoico Ácido pentanoico

Ácido 2-aminopropanoico Alanina (aminoácido) Ácido cítrico

Propiedades Físicas y nomenclatura Formula Nombre común Fuente IUPAC Nombre Punto fusión Punto ebullición HCO2H Ácido fórmico Hormiga (L. formica) Ácido metanoico 8.4 ºC 101 ºC CH3CO2H Ácido acetico vinagre (L. acetum) Ácido etanoico 16.6 ºC 118 ºC CH3CH2CO2H Ácido propionico leche (Gk. protus prion) Ácido propanoico -20.8 ºC 141 ºC CH3(CH2)2CO2H Ácido butírico mantequilla (L. butyrum) Ácido butanoico -5.5 ºC 164 ºC CH3(CH2)3CO2H Ácido valérico Valeriana raiz Ácido pentanoico -34.5 ºC 186 ºC CH3(CH2)4CO2H Ácido caproico cabras (L. caper) Ácido hexanoico -4.0 ºC 205 ºC CH3(CH2)5CO2H Ácido enántico vid (Gk. oenanthe) Ácido heptanoico -7.5 ºC 223 ºC CH3(CH2)6CO2H Ácido caprílico Ácido octanoico 16.3 ºC 239 ºC CH3(CH2)7CO2H Ácido pelargónico pelargonium (hierba) Ácido nonanoico 12.0 ºC 253 ºC CH3(CH2)8CO2H Ácido cáprico Ácido decanoico 31.0 ºC 219 ºC

Los ácidos carboxílicos existen como moléculas dobles o dímeros Propiedades Químicas Formación de dímeros H3CC O H CCH3 Los ácidos carboxílicos existen como moléculas dobles o dímeros

Acidez Los 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

Acido 1,2-bencenodicarboxílico 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

Esterificación 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 Sales

Ejemplo de formación de sales

Derivados de ácidos carboxílicos L = Halógeno (halogenuros de acilo) L = O-R (Ester) L = NH2, NHR ó NR2 (Amidas) L = O-CO-R (Anhídridos) 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. Ácido benzoico Acido ftalico EL BALSAMO DE TOLU

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.

Esteres 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

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

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)

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.

Tioésteres En un tioéster, se remplaza un oxígeno de un éster con un azufre. O  R — C—S —R´ R—COS —R´ Grupo tioéster

Nomenclatura Común O  CH3— C—S —CH3 Tioacetato de metilo

Amidas Las 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: 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.

Amidas

Nomenclatura común Nombre común Para 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 IUPAC Se quita la palabra ácido y se reemplaza la terminación -oico de la nomenclatura IUPAC del ácido precursor por la palabra amida. Acido metanoico = metanamida Acido etanoico = etanamida Acido propanoico = propanamida

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

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