nomenclatura
La IUPAC nombra los ácidos carboxílicos reemplazando la terminación -ano del alcano con igual número de carbonos por -oico.
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.
Los ácidos carboxílicos se nombran con la ayuda de la terminación –oico o –ico que se une al nombre del hidrocarburo de referencia y anteponiendo la palabra ácido:
Ejemplo
CH3-CH2-CH3 propano CH3-CH2-COOH Acido propanoico (propan + oico)
Los nombres triviales de los ácidos carboxílicos se designan según la fuente natural de la que inicialmente se aislaron. Se clasificaron así:
| Nombre trivial | Nombre IUPAC | Estructura | Número de carbonos |
|---|---|---|---|
| Ácido fórmico | Ácido metanoico | HCOOH | C1:0 |
| Ácido acético | Ácido etanoico | CH3COOH | C2:0 |
| Ácido propiónico | Ácido propanoico | CH3CH2COOH | C3:0 |
| Ácido butírico | Ácido butanoico | CH3(CH2)2COOH | C4:0 |
| Ácido valérico | Ácido pentanoico | CH3(CH2)3COOH | C5:0 |
| Ácido caproico | Ácido hexanoico | CH3(CH2)4COOH | C6:0 |
| Ácido enántico | Ácido heptanoico | CH3(CH2)5)COOH | C7:0 |
| Ácido caprílico | Ácido octanoico | CH3(CH2)6COOH | C8:0 |
| Ácido pelargónico | Ácido nonanoico | CH3(CH2)7COOH | C9:0 |
| Ácido cáprico | Ácido decanoico | CH3(CH2)8COOH | C10:0 |
| Ácido undecílico | Ácido undecanoico | CH3(CH2)9COOH | C11:0 |
| Ácido láurico | Ácido dodecanoico | CH3(CH2)10COOH | C12:0 |
| Ácido tridecílico | Ácido tridecanoico | CH3(CH2)11COOH | C13:0 |
| Ácido mirístico | Ácido tetradecanoico | CH3(CH2)12COOH | C14:0 |
| Ácido pentadecílico | Ácido pentadecanoico | CH3(CH2)13COOH | C15:0 |
| Ácido palmítico | Ácido hexadecanoico | CH3(CH2)14COOH | C16:0 |
| Ácido margárico | Ácido heptadecanoico | CH3(CH2)15COOH | C17:0 |
| Ácido esteárico | Ácido octadecanoico | CH3(CH2)16COOH | C18:0 |
| Ácido nonadecílico | Ácido nonadecanoico | CH3(CH2)17COOH | C19:0 |
| Ácido araquídico | Ácido eicosanoico | CH3(CH2)18COOH | C20:0 |
| Ácido heneicosílico | Ácido heneicosanoico | CH3(CH2)19COOH | C21:0 |
| Ácido behénico | Ácido docosanoico | CH3(CH2)20COOH | C22:0 |
| Ácido tricosílico | Ácido tricosanoico | CH3(CH2)21COOH | C23:0 |
| Ácido lignocérico | Ácido tetracosanoico | CH3(CH2)22COOH | C24:0 |
| Ácido pentacosílico | Ácido pentacosanoico | CH3(CH2)23COOH | C25:0 |
| Ácido cerótico | Ácido hexacosanoico | CH3(CH2)24COOH | C26:0 |
| Ácido heptacosílico | Ácido heptacosanoico | CH3(CH2)25COOH | C27:0 |
| Ácido montánico | Ácido octacosanoico | CH3(CH2)26COOH | C28:0 |
| Ácido nonacosílico | Ácido nonacosanoico | CH3(CH2)27COOH | C29:0 |
| Ácido melísico | Ácido triacontanoico | CH3(CH2)28COOH | C30:0 |
| Ácido henatriacontílico | Ácido henatriacontanoico | CH3(CH2)29COOH | C31:0 |
| Ácido laceroico | Ácido dotriacontanoico | CH3(CH2)30COOH | C32:0 |
| Ácido psílico | Ácido tritriacontanoico | CH3(CH2)31COOH | C33:0 |
| Ácido gédico | Ácido tetratriacontanoico | CH3(CH2)32COOH | C34:0 |
| Ácido ceroplástico | Ácido pentatriacontanoico | CH3(CH2)33COOH | C35:0 |
| Ácido hexatriacontílico | Ácido hexatriacontanoico | CH3(CH2)34COOH | C36:0 |
| Nombre trivial | Estructura química | Δx | C:D | n−x |
|---|---|---|---|---|
| Ácido miristoleico | CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH | cis-Δ9 | 14:1 | n−5 |
| Ácido palmitoleico | CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH | cis-Δ9 | 16:1 | n−7 |
| Ácido sapiénico | CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH | cis-Δ6 | 16:1 | n−10 |
| Ácido oleico | CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH | cis-Δ9 | 18:1 | n−9 |
| Ácido eláidico | CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH | trans-Δ9 | 18:1 | n−9 |
| Ácido vaccénico | CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH | trans-Δ11 | 18:1 | n−7 |
| Ácido linoleico | CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH | cis,cis-Δ9,Δ12 | 18:2 | n−6 |
| Ácido linoeláidico | CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH | trans,trans-Δ9,Δ12 | 18:2 | n−6 |
| Ácido α-Linolénico | CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH | cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15 | 18:3 | n−3 |
| Ácido araquidónico | CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOHNIST | cis,cis,cis,cis-Δ5Δ8,Δ11,Δ14 | 20:4 | n−6 |
| Ácido eicosapentaenoico | CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH | cis,cis,cis,cis,cis-Δ5,Δ8,Δ11,Δ14,Δ17 | 20:5 | n−3 |
| Ácido erúcico | CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH | cis-Δ13 | 22:1 | n−9 |
| Ácido docosahexaenoico | CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH | cis,cis,cis,cis,cis,cis-Δ4,Δ7,Δ10,Δ13,Δ16,Δ19 | 22:6 | n−3 |
En el sistema IUPAC los nombres de los ácidos carboxílicos se forman reemplazando la terminación “o” de los alcanos por “oico”, y anteponiendo la palabra ácido.
El esqueleto de los ácidos alcanoicos se enumera asignando el N° 1 al carbono carboxílico y continuando por la cadena más larga que incluya el grupo COOH.
Reacciones.
- Obtención de sales de ácidos carboxílicos y amidas a partir del ácido:
- Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales. En estas sales el hidrógeno del grupo OH se reemplaza con el ion de un metal, por ejemplo Na+. De esta forma, el ácido acético reacciona con bicarbonato de sodio para dar acetato de sodio, dióxido de carbono y agua.
Entonces, luego de haber obtenido la sal, podemos calentar la misma para que mediante la deshidratación lleguemos a la amida.2 La reacción general y su mecanismo son los siguientes:
- Formación de derivados de deshidratación, como anhídridos y cetenas.
- Halogenación en la posición alfa: Llamada Halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky o también conocida como Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky. La misma sustituye un átomo de hidrógeno en la posición alfa con un halógeno, reacción que presenta utilidad sintética debido a la introducción de buenos grupos salientes en la posición alfa.
Los grupos carboxilos reaccionan con los grupos amino para formar amidas. En el caso de aminoácidos que reaccionan con otros aminoácidos para dar proteínas, al enlace de tipo amida que se forma se denomina enlace peptídico. Igualmente, los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con alcoholes para dar ésteres, o bien con halogenuros para dar halogenuros de ácido, o entre sí para dar anhídridos. Los ésteres, anhídridos, halogenuros de ácido y amidas se llaman derivados de ácido.
- La Reacción de Varrentrapp tiene pocas aplicaciones en síntesis, pero es útil en la determinación de ciertos ácidos grasos. Consiste en la descomposición de ácidos grasos insaturados en otros de cadena más corta con desprendimiento de hidrógeno.
- En la Reacción de Arndt-Eistert se inserta un metileno α a un ácido carboxílico.
REACCIONES DE SÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS
CARBOXÍLICOS
1.- Oxidación de
los alcoholes primarios y aldehídos. En los temas anteriores ya se ha
estudiado la oxidación de alcoholes primarios que mediante oxidantes fuertes se
oxidan al ácidos al igual que los aldehídos-
2.- Ruptura oxidativa
de los alquenos con KMnO4 en condiciones enérgicas. La
reacción de un alqueno con KMnO4 en condiciones enérgicas (medio
ácido concentrado y caliente) da un ácido
3.- Ruptura oxidativa
del alquinos con KMnO4 o mediante ozonolisis. La ruptura
oxidativa de los alquinos da lugar a la formación de ácidos
4.- Carboxilación de
los Rectivos de Grignard. Los reactivos de Grignard reaccionan con el
CO2 para dar los correspondientes ácidos carboxílicos
5.-
Otras reacciones de obtención de ácidos que se estudiaron con los aldehídos y
cetonas son la Reacción de haloformo y la Reacción de
Tollens que son reacciones de oxidación.
6.-
Síntesis Malónica. Permite la obtención de ácido carboxílicos a
partir del malonato de etilo (éster etílico del ácido propanodicarboxilico).
7.- Oxidación de
alquilbencenos. Los compuestos aromáticos con hidrógeno bencílico se
pueden oxidar a ácido benzoico empleando oxidantes fuertes
8.-
A partir de las sales de diazonio. Cuando se hace reaccionar las sales de
diazonio con CuCN se obtiene nitrilos aromáticos que por hidrólisis dan el
correspondiente ácido carboxilico.
Producción.
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 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.
♦ Organometálicos con CO2: Los reactivos de Grignard (organometálicos de magnesio) reaccionan con dióxido de carbono para formar las sáles de los ácidos carboxílicos. Una hidrólisis ácida posterior permite la conversión de estas sales en el correspondiente ácido.
♦ Hidrólisis de nitrilos: Los haloalcanos primarios y secundarios reaccionan con cianuro de sodio mediante mecanismos de tipos SN2para formar nitrilos. La hidrólisis posterior del nitrilo rinde ácidos carbóxílicos. Deben emplearse haloalcanos 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.
Los ácidos carboxílicos se pueden obtener por los siguientes
métodos, entre otros:
Tratando las sales
orgánicas con ácidos inorgánicos de fuerza mayor, ejemplo:
R-COOH + HCl R-COOH + MCI (M: metal)
CH3COOK + H2SO4 CH3COOH + KHSO4
Acetato de potasio ácido acético
Hidrolizando los
anhídridos, los haluros de acilo, ésteres, nitrilos y amidas
Ejemplo:
CH3 - CO
O + HOH 2CH3COOH
CH3 - CO
Anhídrido acético ácido acético
CH3 - COCl + HOH CH3COOH + HCl
Cloruro de acetilo ácido acético
Mediante la oxidación de
alcoholes primarios y de aldehídos.
Mediante este proceso se obtiene como resultado, ácidos con igual
número de átomos de carbono que a la sustancia que los originó.
Ejemplo:
C2H5OH + O2 CH3COOH + HOH
CH3CHO + ½ O2 CH3COOH
Como oxidante se emplea generalmente la mezcla sulfocrómica.
Cuando se oxidan los alcoholes secundarios, terciarios y cetonas,
se obtienen ácidos con menor número de átomos de carbono.
La síntesis de Grignard.
Otro método de preparación es la síntesis de Grignard, la cual
genera ácidos con mayor número de carbonos que el compuesto de partida,
ejemplo:
Br O-Mg-Br
Mg + O = C = O O=C HOH C2H5COOH + HO-Mg-Br
C2H5 C2H5
Bromuro de etil ácido bromuro de
Magnesio propanoico hidroxil magnesio
En general:
R-Mg-X + H-CHO CO2 R-CH2-O-Mg-X HOH
R-CH2OH O R-COOH + ……
Síntesis malónica.
Algunos ácidos carboxílicos se pueden preparar por
descarboxilación de otros ácidos policarboxílicos, de allí proviene la síntesis
malónica, que consiste en descarboxilar el ácido malónico o sus derivados por
calentamiento controlado, ejemplo:
HOOC-CH2-COOH calor CH3COOH + CO2
En general:
COOH
R - C - H calor R - CH2COOH + CO2
COOH
R COOH R
C calor CH - COOH + CO2
R COOH R
Síntesis industriales de
los ácidos carboxílicos
Los ácidos carboxílicos son reactivos y precursores sintéticos muy
útiles. La industria química produce a gran escala dos más sencillos.
El ácido fórmico se prepara por reacción de hidróxido de sodio en
polvo con monóxido de carbono bajo presión. Esta transformación transcurre a
través de una adición nucleófila seguida de protonación.
Síntesis de ácido fórmico.
NaOH + CO 150°C, 7 atm. HCOO- Na+ H+, H2O HCOOH.
Existen 3 métodos importantes de preparación industrial de ácido
acético: la oxidación de eteno, a través de acetaldehído; la oxidación al aire
del butano y la carbonilación del metanol. Los mecanismos de estas reacciones
son complejos.
Ácido acético mediante la oxidación de eteno.
O2, H2O, catalizador O2, catalizador de Co+3
CH2 = CH2 de PlCl2 y CuCl2 CH3CHO CH3COOH
Proceso de Wacker
Ácido acético mediante oxidación del butano.
O2, catalizador de Co+3, 15- 20 atm, 180°C
CH3CH2CH2CH3 CH3COOH
Ácido acético mediante carbonilación de metanol.
CO, catalizador de Rh+3, I2, 30- 40 atm, 180°C
CH3OH CH3COOH
Proceso Monsanto
El ácido acético se emplea en la producción de monómeros.
Anualmente se producen alrededor de 1,6 toneladas de este ácido para una
variedad de propósitos, incluyendo su uso como materia prima para elaborar el
polímero de acetato de vinilo. El método industrial de esta síntesis es la
oxidación al aire de acetaldehído, este método fue sustituido por la
carbonilación del metano, mostrada anteriormente.
Ácido acético mediante oxidación al aire de acetaldehído.
Acetato de cobalto, 80°C
CH3COH + O2 CH3COOH
En las industrias la mayoría de los ácidos grasos de alto peso
molecular se obtienen a partir de las grasas y aceites de animales y vegetales.
Utilidad en la industria.
Aplicaciones Industriales
Los ácidos carboxílicos de mayor aplicación industrial son el ácido acético que se utiliza fundamentalmente para la obtención de acetato de vinilo que se utiliza como monómero para la fabricación de polímeros. También se utiliza en la producción de acetato de celulosa para la obtención de lacas y películas fotográficas, así como en la fabricación de disolventes de resinas y lacas. La sal alumínica del ácido acético se emplea como mordiente en tintorería.
El ácido fórmico se suele emplear en la industria del curtido al objeto de suavizar las pieles y también en los procesos de tintorería en la industria del curtido. Algunos derivados clorados de los ácidos carboxílicos se emplean en la producción de herbicidas.
El ácido fórmico se suele emplear en la industria del curtido al objeto de suavizar las pieles y también en los procesos de tintorería en la industria del curtido. Algunos derivados clorados de los ácidos carboxílicos se emplean en la producción de herbicidas.
El ácido benzoico tiene una amplia utilidad como intermediario de síntesis en muchos procesos orgánicos y algunos de sus ésteres se emplean como plastificantes y en la industria de la perfumería (benzoato de bencilo). El benzoato de sodio se emplea en la industria de la alimentación como conservante (zumos, refrescos, mermeladas, etc.).
Entre los ácidos dicarboxílicos, el ácido propanodioico (ácido malónico) se emplea en la elaboración de medicamentos, plaguicidas y colorantes. El ácido 1-4-butanodioico (ácido succínico) se emplea en la obtención de resinas de poliéster para barnices y el ácido trans-butenodioico (ácido fumárico) se emplea como acidulante en la fabricación de refrescos.
Las rutas industriales a los ácidos carboxílicos difieren generalmente de las usadas a pequeña escala porque requieren equipamiento especializado.
- Oxidación de aldehídos con aire, utilizando catalizadores de cobalto y manganeso. Los aldehídos necesarios son obtenidos fácilmente a partir de alquenos por hidroformilación.
- Oxidación de hidrocarburos usando aire. Para los alcanos más simples, el método no es selectivo. Los compuestos alílicos y bencílicos sufren oxidaciones más selectivas. Los grupos alquilo en un anillo bencénico se oxidan al ácido carboxílico, sin importar la longitud de la cadena. La formación de ácido benzoico a partir del tolueno, de ácido tereftálico a partir del p-xileno, y de ácido ftálico a partir de o-xileno, son algunas conversiones ilustrativas a gran escala. El ácido acrílico es generado a partir del propeno.1
- Deshidrogenación de alcoholes, catalizada por bases.
- La carbonilación es el método más versátil cuando va acompañado a la adición de agua. Este método es efectivo para alquenos que generan carbocationes secundarios y terciarios, por ejemplo, de isobutileno a ácido piválico. En la reacción de Koch, la adición de agua y monóxido de carbono a alquenos está catalizada por ácidos fuertes. El ácido acético y el ácido fórmico son producidos por la carbonilación del metanol, llevada a cabo con yodo y alcóxido, quienes actúan como promotores, y frecuentemente con altas presiones de monóxido de carbono, generalmente involucrando varios pasos hidrolíticos adicionales, en los Proceso Monsanto yproceso Cativa. Las hidrocarboxilaciones involucran la adición simultánea de agua y CO. Tales reacciones son llamadas algunas veces como "Química de Reppe":
- HCCH + CO + H2O → CH2=CHCO2H
- Algunos ácidos carboxílicos de cadena larga son obtenidos por la hidrólisis de los triglicéridos obtenidos de aceites y grasas de plantas y animales. Estos métodos están relacionados a la elaboración del jabón
El ácido fórmico se usa en la industria textil, tratamiento de pieles, antiséptico y antirreumático, fabricaciín de insecticidas, refrigerantes , disolventes, fabricación de espejos. Es un líquido corrosivo, miscible en agua, alcohol y éter. Es el ácido más fuerte de la serie. Las hormigas rojas poseen ácido fórmico.
El ácido etanoico o ácido acético se usa en la elaboración de acetatos, tintorería, elaboración de vinagre, fabricación de plásticos, colorantes e insecticidas.
- Polimerizacion: ácido acrílico, ácido esteárico
- fabricación de pinturas, plásticos, barnices, resinas elásticas, y adhesivos transparentes.
- conservación de alimentos por su potente acción anti microbiana y bacteriana: el ácido benzoico, ácido fumarico, ácido malico, acido cítrico y acido tartárico.
- en la fabricación de jabones y cosméticos, en la industria textil y en la limpieza de metales; ácido oleico, ácido palmitico
- fabricación de ciertos laxantes
- Para la elaboración de quesos, col fermentada, bebidas suaves y otros productos alimenticios: ácido láctico
Bibliografia.
