Acid carboxilic

Variantele reprezentării acizilor carboxilici.

Acizii carboxilici (compuși carboxilici) sunt acizi organici care conțin în molecula lor o grupă funcțională carboxil (-COOH). Formula generală a unui acid carboxilic este, deci, R-COOH (v. imaginea din dreapta)

Nomenclatură

Aceștia se denumesc prin prefixarea cu termenul acid și adăugând sufixul „oic“ la numele hidrocarburii corespunzătoare. Există, de asemenea, și denumiri uzuale ale acizilor.

Clasificare

După natura radicalului

Acizi saturați

• 

  Acid formic sau acid metanoic

• 

  Acid acetic sau acid etanoic

• 

  Acid propilic/propionic sau acid propanoic

Acizi nesaturați

• 

  Acid acrilic sau acid propenoic

• 

  Acid crotonic sau acid 2-butenoic

Acizi aromatici

Acid benzoic

După numărul grupelor carboxil

Acizi monocarboxilici

Formula generala a acizilor monocarboxilici saturati este: CnH2nO2.

Toți acizii prezentați anterior sunt monocarboxilici.

Acizi policarboxilici

• 

  Acid oxalic sau acid etandioic

• 

  Acid malonic sau acid propandioic

• 

  Acid maleic sau acid 2-cis-butendioic

• 

  Acid fumaric sau acid 2-trans-butendioic

• 

  Acid tereftalic

Metode de obținere

Metode oxidative

• Alcani

$R-CH_3 + \frac{3}{2}O_2\longrightarrow R-COOH + H_2O$; la temperatură înaltă; alcanul este unul superior și astfel rezultă un acid gras].

• Alchene

Reacțiile au loc cu oxigen atomic, provenit din KMnO₄ sau K₂Cr₂O₇ în H₂SO₄.

$+ 5[O] \longrightarrow R-COOH +CO_2 + H_2O$;

$+3[O]\longrightarrow \begin{matrix}R-&C=O\\\quad /&\\R&\end{matrix}+R'-COOH$;

$+ 4[O] \longrightarrow R-COOH+R'-COOH$;

• Alchine (acetilenă)

$HC\equiv CH + 4[O] \longrightarrow$;

• Arene

Oxidarea la arene poate avea loc la catenă sau la nucleul benzenic.

$+\frac{3}{2}O_2 \longrightarrow$$+ H_2O\,$;

$+ \frac{9}{2}O_2\longrightarrow$ $+ 2CO_2+H_2O\,$; în prezență de V₂O₅, la o temperatură de 500 °C; în acest caz, nucleul este distrus;

$+ \frac{9}{2}O_2 \longrightarrow$ $+2CO_2+H_2O\,$; în prezență de V₂O₅, la o temperatură de 350 °C.

• Alcooli

Acizii se obțin prin oxidarea energică a alcoolilor (KMnO₄ în H₂SO₄)

$R-CH_2-OH + 3[O] \longrightarrow R-COOH + H_2O$;

$\begin{matrix}R-&CH-OH\\\quad/&\\R'&\end{matrix}+4[O]\longrightarrow R-COOH+R'-COOH+H_2O$;

• Aldehide

$\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}+[O]\longrightarrow R-COOH$

$\begin{cases}\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix} + O_2 \longrightarrow \begin{matrix}R-&C&-O-O-H\\&||&\\&O&\end{matrix}\\ \begin{matrix}R-&C&-O-O-H\\&||&\\&O&\end{matrix}+\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}\longrightarrow 2R-COOH \end{cases}$

$2\left [ Ag\left(NH_3\right)_2\right ]OH+\begin{matrix}R-&C&-H\\&||&\\&O&\end{matrix}\longrightarrow R-COOH+2Ag+4NH_3+H_2O$

Metode hidrolitice

Hidroliza derivaților halogenați geminali

$R-X_3 + 2HOH \longrightarrow R-COOH+3HX$;în prezență de NaOH;

Hidroliza derivaților funcționali ai acizilor organici

• hidroliza esterilor:

$R-COOR + H_2O \longrightarrow R-COOH+R-OH$;

• hidroliza nitrililor:

$R-C\equiv N+2 H_2O\longrightarrow R-COOH+NH_3$;

• hidroliza amidelor:

$R-CONH_2+H_2O\longrightarrow R-COOH+NH_3$;

• hidroliza cu clorură acidă

$R-CO-Cl + H_2O\longrightarrow R-COOH +HCl$

• hidroliza cu anhidrida acidă

$(R-CO)_2O +H_2O\longrightarrow 2R-COOH$

Proprietăți fizice

Acizii organici pot fi substanțe lichide sau solide, în funcție de masa lor moleculară. Cei inferiori sunt solubili în apă, iar cei superiori sunt solubili numai în solvenți organici.

Punctele lor de fierbere și de topire sunt anormal de ridicate, pentru că între moleculele de acid se formează legături de hidrogen, care sunt legături foarte puternice de atracție electrostatică.

Proprietăți chimice

• Datorită unor deplasari ale electornilor din moleculă gruparea carbonil din gruparea carboxil este blocată de un orbital molecular extins și nu poate da reacții de adiție. De exemplu nu adiționează H, deci nu se reduce.

Reacții comune cu acizii anorganici

$\begin{matrix}R-&C&-O^{\delta -}\leftarrow H^{\delta +}\\&||&\\&O&\end{matrix} \longrightarrow \begin{matrix}R-&C&-O^-\\&||&\\&O&\end{matrix}\ +\ H^+$, ceea ce arată caracterul acid.

Aciditatea

$\begin{matrix}R-&C&-O^{\delta -}\leftarrow H^{\delta +}\\&||&\\&O&\end{matrix}\ +\ H-OH \longrightarrow \begin{matrix}R-&C&-O^-\\&||&\\&O&\end{matrix}\ +\ H_3O^+$; au rezultat un ion carboxilat și un ion hidroniu;

Tăria acizilor carboxilici variază, în sensul că tăria înseamnă capacitatea (sau ușurința) de a ceda protoni:

• odată cu creșterea numărului de atomi de carbon scade aciditatea;
• odată cu creșterea numărului de grupe carboxil crește aciditatea;
• odată cu creșterea gradului de ramificație a catenei acidului scade aciditatea;

$R-C\equiv C-H < R-OH < HOH < Ar-OH < H_2CO_3 < R-COOH$ ; în acest sens crește aciditatea.

Reacția cu metale active

$\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix} + Na \longrightarrow \begin{matrix}R-&C&-O^-Na^+\\&||&\\&O&\end{matrix}\ + 1/2H_2$;

$2\ \begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix} + Mg \longrightarrow \left ( \begin{matrix}R-&C&-O^-\\&||&\\&O&\end{matrix}\right )_2Mg^+2 + H_2$;

Reacția cu oxizii metalici

$2\ \begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix} + K_2O \longrightarrow 2\ \begin{matrix}R-&C&-O^-K^+\\&||&\\&O&\end{matrix}\ + H_2O$;

$2\ \begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix} + CaO \longrightarrow \left ( \begin{matrix}R-&C&-O^-\\&||&\\&O&\end{matrix}\right )_2Ca^+2 + H_2O$;

Reacția cu bazele

$\begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix} + NaOH \longrightarrow \ \begin{matrix}R-&C&-O^-Na^+\\&||&\\&O&\end{matrix}\ + H_2O$;

$2\ \begin{matrix}R-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix} + Mg\left( OH\right )_2 \longrightarrow \left ( \begin{matrix}R-&C&-O^-\\&||&\\&O&\end{matrix}\right )_2Mg^+2 + 2\ H_2O$;

Reacția cu săruri ale acizilor mai slabi ca ei

$NaHCO_3 + R-COOH \longrightarrow H_2CO_3 + R-COO^-Na^+$ ; cu o sare de Na a acidului carbonic;

$NaCN + R-COOH \longrightarrow HCN + R-COO^-Na^+$ ; cu o sare de Na a acidului cianhidric;

$Ar-O^-Na^+ + R-COOH \longrightarrow R-COO^-Na^+ + Ar-OH$ ; cu o sare de Na a unui fenol;

Reacții caracteristice

În urma acestor reacții rezultă, cel mai frecvent, derivați funcționali ai acizilor organici.

Reacția cu alcooli

Aceasta se mai numește și reacție de esterificare.

$R-COOH + R'-OH \Longleftrightarrow R-COOR' + H_2O$ , la 100 °C și în prezență de H₂SO₄, obținându-se ester și apă;

$CH_3-COOH + CH_3-CH_2-OH \Longleftrightarrow CH_3-COO-CH_2-CH_3 + H_2O$, astfel, din acid acetic și etanol se obțin acetatul de etil și apă;

Reacția cu amoniac

În primul pas al acestei reacții, se adiționează la acid o moleculă de amoniac.

$R-COOH + NH_3 \longrightarrow R-COO^-N^+H_4$ ;

Produsul de reacție de mai sus este descompus termic mai departe, având acum două posibilități.

• descompunerea termică simplă, când se obține o amidă și apă:

$R-COO^-N^+H_4 \longrightarrow R-CONH_2 + H_2O$;

• descompunerea termică în prezență de P₂O₅, când se obține un nitril și apă:

$R-COO^-N^+H_4 \longrightarrow R-C\equiv N + 2 H_2O$ ;

$CH_3-CH_2-COOH + NH_3 \longrightarrow CH_3-CH_2-COO^-N^+H_4$

$CH_3-CH_2-COO^-N^+H_4 \longrightarrow \begin{cases}CH_3-CH_2-CONH_2 + H_2O, & \mathrm{la\ descompunere\ termica\ simpla}\\ CH_3-CH_2-C\equiv N + 2H_2O, & \mathrm{la\ descompunere\ termica\ in\ prezenta\ de\ P_2O_5}\end{cases}$

Derivați funcționali

Derivații funcționali ai acizilor rezultă prin eliminarea unei molecule de apă dintre un H ionizabil (care apare ca proton) și o grupă -OH în cadrul aceleeași molecule sau dintre molecule diferite.

Cei mai importanți derivați sunt:

• esterii - $\begin{matrix}R-&C&-O-R'\\&||&\\&O&\end{matrix}$
• clorurile acide - $\begin{matrix}R-&C&-Cl\\&||&\\&O&\end{matrix}$
• amidele - $\begin{matrix}R-&C&-NH_2\\&||&\\&O&\end{matrix}$
• nitrilii - $R-C\equiv N$
• anhidridele acide -

Vezi și

• Aldehidă
• Alchină
• Chimie organică
• Acetilenă
• Regula Markovnikov