Àcid carboxílic

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Estructura d'un àcid carboxílic, ón R és un hidrogen o un grup orgànic.

Els àcids carboxílics constitueixen un grup de composts que es caracteritza pel fet que posseeixen un grup funcional anomenat grup carboxil o grup carboxi (–COOH); es produeix quan coincideixen sobre el mateix carboni un grup hidroxil (-OH) i carbonil (C=O). Es pot representar com COOH o CO₂H.

Característiques i propietats[modifica]

Els derivats dels àcids carboxílics tenen com a fórmula general R-COOH. Té propietats àcides; els dos àtoms d'oxigen són electronegatius i tendeixen a atraure als electrons de l'àtom d'hidrogen del grup hidroxil amb el que es debilita l'enllaç i és més fàcil que se cedeixi el corresponent protó, H+, quedant el neutró de l'àcid, R-COO-. A més, en aquest anió, la càrrega negativa es distribueix (es deslocalitza) simètricament entre els dos àtoms d'oxigen, de forma que els enllaços carboni-oxigen adquireixen un caràcter d'enllaç parcialment doble.

Generalment els àcids carboxílics són àcids dèbils, amb només un 1% de les seves molècules dissociades per a donar els corresponents ions, a temperatura ambient i en dissolució aquosa. Però si són més àcids que altres, en els que no es produeix aquesta deslocalitzacio electrònica, com per exemple els alcohols. L'ió resultant, R-COO-, s'anomena amb el sufix "-at". Per exemple, l'anió procedent de l'àcid acètic s'anomena ió acetat. Al grup COO- se l'anomena carboxilat.

Propietats físiques[modifica]

Els àcids de massa molar baixa (fins a deu àtoms de carboni) són líquids incolors, d'olor molt desagradable. L'olor del vinagre es deu a l'àcid acètic; el de la mantega rància a l'àcid butíric. L'àcid caproic es troba en el cabell i secrecions del bestiar caprí. Els àcids C5 a C10 posseeixen olors a “cabra”. La resta sòlids cerosos e inodors a temperatura ambient. Els seus punts de fusió i ebullició creixen en augmentar la massa molar.

Els àcids inferiors són solubles en aigua; la seva solubilitat decreix a partir de l'àcid butíric amb l'augment del caràcter hidrocarbonat de la molècula. Tots els àcids són solubles en solvents orgànics.

Síntesi[modifica]

Rutes industrials[modifica]

Les rutes industrials als àcids carboxílics difereixen generalment de les utilitzades a petita escala perquè requereixen equipament especialitzat.

  • Oxidació d'aldehids amb aire, utilitzant catalitzadors de cobalt i magnesi. Els aldehids necessaris són obtinguts fàcilment a partir d'alquens per hidroformilació.
  • Oxidació d'hidrocarburs utilitzant aire. Per als alcans més simples, el mètode no és selectiu. Els compostos al·lílics i benzílics pateixen oxidacions més selectives. Els grups alquil en un anell benzenic s'oxiden a l'àcid carboxílic, sense importar la longitud de la cadena. La formació d'àcid benzoic a partir del tolué, d'àcid tereftàtalic a partir del p-xilé, i d'àcid ftàlic a partir de o-xilè, són algunes conversions il·lustratives a gran escala. L'àcid acrílic és generat a partir del propè.[1]
  • Deshidrogenació d'alcohols, catalitzada per bases.
  • La carbonilació és el mètode més versàtil quan va acompanyat a l'addició d'aigua. Aquest mètode és efectiu per alquens que generen carbocations secundaris i terciaris, per exemple, d'isobutilè a àcid pivàlic. En la reacció de Koch, l'addició d'aigua i monòxid de carboni a alquens està catalitzat per àcids forts. L'àcid acètic i l'àcid fòrmic són produïts per la carbonilació del metanol, portada a terme amb iode i alcòxid, els quals actuen com a promotors, i freqüentment amb altes pressions de monòxid de carboni, generalment involucrant diversos passos hidrolitics addicionals, en els procés Monsanto i procés Cativa. Les hidrocarboxilacions involucren l'addició simultània d'aigua y CO. Aquestes reaccions són anomenades algunes vegades com “Química de Reppe”:
HCCH + CO + H₂O → CH₂=CHCO₂H
  • Alguns àcids carboxílics de cadena llarga són obtinguts per la hidròlisi dels triglicèrids obtinguts d'olis i grasses de plantes i animals. Aquests mètodes estan relacionats a l'elaboració de sabó.

Mètodes de laboratori[modifica]

Els mètodes de preparació per a reaccions a petita escala amb fins d'investigació, instrucció, o producció de petites quantitats de químics, solen utilitzar reactius cars.

  • L'oxidació d'alcohols primaris amb agents oxidants forts com el dicromat de potassi, el reactiu de Jones, el permanganat de potassi o el clorit de sodi. El mètode és adequat a les condicions de laboratori, comparat amb l'ús industrial de l'aire, però aquest últim és més ecològic, ja que condueix a menys subproductos inorgànics, com òxids de crom o magnesi.
  • Ruptura oxidativa d'olefines, per ozonòlisi, permanganat de potassi o dicromat de potassi.
  • Els àcids carboxílics també poden obtenir-se per la hidròlisi dels nitrils, èsters, o amides, generalment amb catàlisi àcida o bàsica.
  • Carbonilació d'un reactiu d'organoliti o Grignard:
RLi + CO₂ RCO₂Li
RCO₂Li + HCl RCO₂H + LiCl

Reaccions menys comuns[modifica]

Moltes reaccions condueixen a àcids carboxílics, però són utilitzades només en casos molt específics, o principalment són d'interès acadèmic:

  • Desproporció d'un aldehid en la reacció de Cannizzaro.
  • Recomposició de dicetones, en la recomposició de l'àcid benzílic, involucrant la generació d'àcids benzoics en la reacció de von Richter, a partir de nitrobenzens, i en la reacció de Kolbe-Schmitt, a partir de fenols.

Reaccions[modifica]

Els àcids carboxílics reaccionen amb bases per a formar sals. En aquestes sals l'hidrogen del grup OH es substitueix amb l'ió d'un metall, per exemple Na+. D'aquesta manera, l'àcid acètic reacciona amb hidrogencarbonat de sodi per a donar acetat de sodi, diòxid de carboni i aigua.

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

Els grups carboxils reaccionen amb els grups amino per a formar amides. En el cas d'aminoàcids que reaccionen amb altres aminoàcids per donar proteïnes, a l'enllaç de tipus amida que es forma i s'anomena enllaç peptídic. Igualment, els àcids carboxílics poden reaccionar amb alcohols per a formar èsters, o bé amb halogenurs per a formar halogenurs d'àcid, o entre si per a formar anhídrids. Els èsters, anhídrids, halogenurs d'àcid i amides s'anomenen derivats d'àcid.

Nomenclatura[modifica]

Els noms dels àcids carboxílics es designen segons la font natural de la qual inicialment es van aïllar. Es van classificar així:

Noms i fonts naturals dels àcids carboxílics
Estructura Nom IUPAC Nom comú Font natural
HCOOH Àcid metanoic Àcid fòrmic Destil·lació destructiva de formigues (formica en llatí)
CH₃COOH Àcid etanoic Àcid acètic Fermentació del vi
CH₃CH₂COOH Àcid propanoic Àcid propiònic Fermentació de làctics (pion en grec)
CH₃CH₂CH₂COOH Àcid butanoic Àcid butíric Mantega (butyrum, en llatí)
CH₃(CH₂)₃COOH Àcid pentanoic Àcid valèric Arrel de la Valeriana officinalis
CH₃(CH₂)₄COOH Àcid hexanoic Àcid caproic Greix de cabra

En el sistema IUPAC els noms dels àcids carboxílics es formen afegir “oic”, i anteposant la paraula àcid.

L'esquelet dels àcids alcanoics s'enumera assignant el Nº 1 al carboni carboxílic i continuant per la cadena més llarga que inclogui el grup COOH.

Exemples d'àcids carboxílics[modifica]

  • HCOOH àcid fòrmic (es troba en insectes, es refereix a les formigues)
  • CH₃COOH àcid acètic o etanoic (es troba al vinagre)
  • HOOC-COOH àcid etanodioic, també anomenat àcid oxàlic,
  • CH₃CH₂COOH àcid propanoic
  • C₆H₅COOH àcid benzoic (el benzoat de sodi, la sal de sodi de l'àcid benzoic s'utilitza com a conservant)
  • Àcid làctic
  • Tots els aminoàcids contenen un grup carboxil i un grup amino. Quan reacciona el grup carboxil d'un aminoàcid amb el grup amino d'un altre es forma un enllaç amida anomenat enllaç peptídic. Les proteïnes són polímers d'aminoàcids i tenen en un extrem un grup carboxil terminal.
  • Tots els àcids grassos són àcids carboxílics. Per exemple, l'àcid palmític, àcid pelargònic, esteàric, oleic, linoleic, etcètera. Aquests àcids amb la glicerina formen èsters anomenats triglicèrids.
Àcid palmític o àcid hexadecanoic, es representa amb la fórmula CH3(CH2)14COOH

Àcid palmític o àcid hexadecanoic, es representa amb la fórmula CH₃(CH₂)14COOH

  • Les sals d'àcids carboxílics de cadena llarga s'utilitzen com a tensoactius. Per exemple, l'estearat de sodi (octadecanoat de sodi), de fórmula CH₃(CH₂)16COO-Na+
  • Cianoacrilat

Referències[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Àcid carboxílic
  1. Wilhelm Riemenschneider “Carboxylic Acids, Aliphatic” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002/14356007.a05_235