Tema 22- cido carboxlicos y steres

Maturita Qumica

22. cidos carboxlicos y esterescidos carboxlicosCaractersticas

Contienen el grupo carboxlico COOH unido al grupo alquilo o arilo Pueden ser mono carboxlicos o di, tri, tetra y ms

Compuestos orgnicos ms cidos

Muy abundantes en la naturaleza (sus derivados tambin)

Los cidos grasos son biomolculas que contienen grupo carboxilo, se obtienen por hidrlisis de la grasa.

Su frmula general es CnH2nO2Nomenclatura: Los cidos carboxlicos se nombran con la palabra cido seguida de l nombre del hidrocarburo de referencia al que se le aade la terminacin oico o ico.Ejemplo: CH3-CH2-CH3 propano ( CH3-CH2-COOH Acido propanoico (propano + oico) El esqueleto de los cidos alcanoicos se enumera asignando el N 1 al carbono carboxlico y continuando por la cadena ms larga que incluya el grupo COOH. Si hay dos grupos COOH, decimos cido .dioico.Propiedades

a) Fsicas:

El grupo carboxlico le da carcter polar a estos cidos, pero segn aumenta la longitud de la cadena, la influencia de esta parte polar disminuye (ms largo = molcula menos polar)

El grupo carboxlico puede formar puentes de hidrogeno --> puntos de fusin y ebullicin bastante altos (con ms carbonos se eleva el punto de fusin)

Cunto ms larga sea la cadena, ms slidos y ms estables son (ms enlaces intermoleculares) y menos solubles. Los ac. monocarboxlicos hasta cuatro carbonos son lquidos solubles en agua, a partir de 12 carbonos ( cido lurico) los cidos carboxlicos son slidos blandos insolubles en agua. (Los cidos di-, tri- ms solubles y por lo general slidos).

Los ac. monocarboxlicos ms cortos huelen mal y son solubles en agua, los largos no huelen y tienen forma de cera, no se disuelven tan bien. b) Qumicas: El comportamiento qumico de los cidos carboxlicos esta determinado por el grupo carboxilo -COOH. Esta funcin consta de un grupo carbonilo (C=O) y de un hidroxilo (-OH). Donde el -OH es el que sufre casi todas las reacciones: prdida de protn (H+)(lo que le da su carcter cido) o reemplazo del grupo OH por otro grupo.

Son menos cidos que cidos minerales, pero de los compuestos orgnicos son los ms cidos

Propiedades qumicas (Reacciones)SntesisLos cidos carboxlicos se obtienen a partir de las siguientes reacciones:

Oxidaciones:

Oxidacin de alcoholes primarios (o de aldehdos) (el grupo hidroxilo o el carbonilo son reductores, se oxidan)

Oxidacin de alquilbencenos

Los derivados alquilbenzoicos reaccionan con mezclas oxidantes fuertes.

Los cidos carboxlicos pueden obtenerse a partir de bencenos sustituidos con grupos alquilo por oxidacin con permanganato de potasio o dicromato de sodio.. Hidrlisis de nitrilos (sustitucin nucleoflica):Se hidrolizan al ser sometidos a ebullicin con cidos minerales o lcalis (bases) en solucin acuosa. |

Otras reacciones caractersticas:

Neutralizacin

-los cidos carboxlicos reaccionan con hidrxidos formando sales de cidos carboxlicosEjemplos:

Esterificacin

Reaccin entre un cido carboxlico y un alcohol, en la presencia de un catalizador cido, formando ster y una molcula de agua, (el proceso inverso es la hidrlisis de los esteres, se forma una sal.)

Decarboxilacin

Algunos cidos carboxlicos se pueden preparar por descarboxilacin de otros cidos policarboxlicos. Se pierde el grupo carboxilo en forma de CO2 al calentar el cido.Ejemplo: la sntesis malnica del cido actico (cido masnico= cido propanodioico)

Ejemploscido frmico: HCOOHcido de las hormigas, en el veneno de las abejas y en las hojas de la ortiga. Se usa para conservacin de alimentos, como desinfectante y en medicina.cido actico: CH3COOH

Su disolucin acuosa 5-8% es vinagre, Con el aluminio forma el acetato de aluminio que se usa para curar heridas debido a su poder antiinflamatorio (Solucin de Burow)cido butrico: CH3-(CH2)2-COOHHuele mal, su ster forma parte de la mantequilla. Se presenta en el sudor de los mamferos y su olor lo detectan los insectos que comen sangre y los animales salvajes. cido atpico: HOOC(CH2)4COOH

- produccin: oxidacin de ciclohexanol

- uso principal: como un monmero para la produccin de nailon (tambin aromatizante en comidas). cido masnico:- cis-butenodioico

- produccin: oxidacin de benceno

- uso: plsticos

cido benzoico- produccin: oxidacin de tolueno

- para conservar alimentos

- produccin de muchos compuestos aromticosA. ftlico

- cido 1,2-bencenodicarboxlico

- uso: fabricacin de plsticos

A. tereftlico- cido 1,4-bencenodicarboxlico

- uso: fabricacin de fibras sintticas (polietilen tereftalato)cidos grasos

Son biomolculas orgnicas de naturaleza lipdica formadas por una larga cadena hidrocarbonada lineal, de nmero par de carbonos, quo contiene un grupo carboxilo en su extremo.

En los mamferos, la mayora de los cidos grasos se encuentran en forma de triglicridos, molculas donde los extremos carboxlico (-COOH) de tres cidos grasos se esterifican con cada uno de los grupos hidroxilos (-OH) del glicerol. Los triglicridos constituyen la grasa del tejido adiposo.

Forman parte de fosfolpidos y de glucolpidos (membranas celulares).

Suelen ser molculas amfipticas (parte polar COOH y parte apolar cadena), e insolubles en agua, generalmente son cidos carboxlicos de cadena larga Pueden ser saturados (no contienen dobles ni triples enlaces) o saturados. SATURADOS: (slidos a temperatura ambiente excepto los de cadena corta) De cadena corta:cido butrico, c. Isobutrico, cido valrico, cido isovalrico De cadena larga:cido mirstico (14C), palmtico(16C), esterico(18C)

Insaturados:c. Olico (cido cis-9-octadecenoico) EsencialesAc. Linoleico, Ac. Linolnico, Ac. Araquidnico

Ejemplos: (Todos presentes como ster presentes en grasas y de ellos se producen jabones)

cido esterico (18 carbonos, C17H35COOH): como ster presentes en grasas y de ellos se producen jabones

cido palmtico C15H31COOH, cido oleico- CH3(CH2)7=(CH2)7CH3Derivados de cidos carboxlicosFUNCIONALES

- El grupo carboxlico est modificado

- Sales, acilahaluros, steres, anhidruros, amidas, nitrilos

Sales Se pierde un H+ (del grupo hidroxilo) se queda el O, se enlaza catin de metal

Se preparan mediante la reaccin un cido con un hidrxido (neutralizacin). Benzoato de sodio se usa como conservante

Sales de cidos grasos de Na y K se usan como jabones Acilhaluros El grupo hidroxilo se reemplaza por un halgeno (sustitucin nuclefila) Muy muy reactivos

acilcloruros son unos de los derivados funcionales ms reactivos de cidos carboxlicos

acetilcloruro - agente acetlico

Anhidruros dos cidos carboxlicos condesan y liberan una molcula de agua

tambin muy reactivos, huelen malacetanhidruro (cido actico) - agente acetlico

ftalanhidruro (cido ftlico C8H4O3) - produccin de plsticos Esteres se enlaza -OR (generalmente resto de alcoholes) Se forman por la reaccin entre un alcohol y un cido carboxlico. esteres de cidos grasos = partes lpidos (palmtico, esterico) con agua se hidrolizan formando cido y alcohol

huelen bien, muchos es usan en la industria alimentaria como saborizantes (ron, vanilla ..),

etilacetato (etilester de acido acetico) - disolvente

butilacetato - disolvente

vinilacetato - polmeros (polivinilacetato, polivinilalcohol)

esteres de acido acrlico - poliacrilatos

Amidas se enlaza grupo -NH2 (en lugar del grupo OH ) Lquidos o cristalinos, sus temperaturas de ebullicin y fusin son altas (punetes de hidrgeno)

formamida (amida de acido formico), N,N-dimetilformamida - disolventes

Nitrilos- tanto en grupo OH como el O estn sustituidos por N en enlace triple

acetonitrilo (nitrilo de acido actico) - disolvente bueno, pero toxico

acrilonitrilo (nitrilo de acido acrlico CH2=CHCN) - fibras sintticas, toxico

DERIVADOS DE SUSTITUCION (halogencidos, hidroxicidos, aminocidos, cetocidos- lo que est modificado es la cadena, no el grupo funcional

- como el grupo no cambia y solo se aade otro, suelen haber dos grupos funcionales

-tienen carcter parecido a los carboxlicos (pueden liberar catin hidrogeno)

- si diferencian mucho en el pH (una es basica otra acida), se crea la sal interna = ion anftero:

- si este grupo est en el carbono 2, es decir, el al lado de este que lleva =O y -OH, se dice es alfa-derivado (porque est en un carbono alfa que puede ser quiral- ). Halogenacidos R-CHX-COOH- sustancias cristalinas, venenosas, corroen la piel

- ms cidos (fuertes) que los no-sustituidos

- esto pasa porque el X es ms electronegativo y atrae a los electrones, pues que el H se puede liberar ms fcilmente- cuantos ms X hay, ms acido es

cido tricloroactico es uno de los cidos ms fuertescido cloroactico corrosivo

Aminocidos- contienen grupo NH2, que tiene carcter bsico (se forma ion anftero)

- el carcter total depende de que si hay ms COOH o ms NH2

- punto isoelctrico = cierto pH especfico para cada aminocido, en este punto aparece ion anftero totalmente (se usa para sacar un cierto tipo de aminocido de la mezcla: este se queda, otros, al pasar corriente elctrica, se van a uno o a otro lado)

- aminocidos proteingenos (alfa-aminocidos) forman pptidos y protenas (enlace peptdico)

Hidroxicidos R-CHOH-COOH-cristalinos

- aparece grupo -OH- Muchos Presentes en la fruta

- en estructura interna conveniente se puede formar un ciclo, llamado lacton (ester interno) - se une CO con O y se libera H2O

acido lctico (CH3-CHOH-COOH) (cido 2-hidroxi-propanoico)

-su forma ionizada se llama lactato(en solucin pierde un hidrgeno unido al grupo carboxilo),

- es muy importante en los procesos bioqumicos,

- fermentacin lctica de sacridos (col, leche), aparece cuando hacemos gran esfuerzo y la glucosa se combusta con poco oxigeno (glicolisis anaerbica) - se crea sal de acido lctico y por esto duelen los msculos participa, es quiral, presenta actividad ptica.acido tartrico (COOH-(CHOH)2-COOH) - conservante natural (E334), corrector de la acidez del vino, crmor trtaro (polvo de hornear)

acido ctrico ( 2-hidroxipropano-1,2,3- tricarboxlico) - conservante natural (E330), en alimentacin para cambiar el sabor, parte del Ciclo de Krebscido saliclico (2-hidroxibenzoico) Sus derivados se usan en medicina (cido acetilsaliclico la aspirina)

Cetocidos R-CO-COOH- aparece grupo carbonlico =O

-toman parte en muchos procesos biolgicos

Acido oxalactico (COOHCH2COCOOH) - parte de muchas reacciones orgnicas (ciclo de Krebs, degradacin de aminocidos)

Acido acetoactico (CH3COCH2COOH) producto del metabolismo de las grasas, no es estable, se desintegra formando acetona y CO2Acido pirvico (CH3COCOOH) - parte de muchas reacciones de metabolismosteres Los steres son compuestos orgnicos en los cuales un grupo orgnico reemplaza a un tomo de hidrgeno (o ms de uno), en un cido oxigenado (sea ste orgnico o no).

ster

(ster de cido carboxlico)ster carbnico(ster de cido carbnico)ster fosfrico(trister de cido fosfrico)ster sulfrico(dister de cido sulfrico)

Estos compuestos se forman junto con agua por la reaccin de condensacin entre un cido y un alcohol. Ambos compuestos se unen mediante enlaces covalentes a travs de un puente de oxgeno con el desprendimiento de una molcula de agua . Los steres ms comunes son los steres carboxilados, donde el cido en cuestin es un cido carboxlico. En bioqumica son el producto de la reaccin entre los cidos grasos y los alcoholes (frecuentemente glicerina)Aparicin-Todas las grasas y aceites naturales (exceptuando los aceites minerales) y la mayora de las ceras son mezclas de steres. -se presentan en flores y frutas

-son los componentes principales del sebo, de la grasa de cerdo o manteca, de los aceites de pescado incluyendo el aceite de hgado de bacalao y del aceite de linaza. - los steres de alcohol miriclico se encuentran en la cera de abeja. -fosfosteres son muy importantes en DNA molculas-se encuentra en vinos

Usos

- La nitroglicerina, un explosivo importante, es el ster del cido ntrico y la glicerina.- Disolventes

- Perfumes

- Medicina (Aspirina)

- Saborizantes artificiales

Propiedades

a) Fsicas:

- los steres de los cidos orgnicos son generalmente lquidos neutros, incoloros, con olor agradable e insolubles en agua, aunque se disuelven con facilidad en disolventes orgnicos.

- Muchos steres tienen un olor afrutado y se preparan sintticamente en grandes cantidades para utilizarlos como esencias frutales artificiales, como condimentos y como ingredientes de los perfumes.- pueden participar en los enlaces de hidrgeno como aceptadores, pero no pueden participar como dadores en este tipo de enlaces. Por eso, no pueden formar enlaces de hidrgeno entre molculas de esteres. Eso los hace ms voltiles que un cido o alcohol de similar peso molecular.b) Qumicas:Reacciones:

La esterificacin: Es la formacin de steres (alcohol +ac. Carboxlicos) con un catalizador cido, es una reaccin de condensacin

Hidrlisis: Es el proceso inverso de la esterificacin, la ruptura de un ster por agua. puede ser de dos tipos: 1) cida (catalizador cido) se forma de nuevo el cido carboxlico y un alcohol

2) Bsica=Alcalina, La saponificacin si el catalizador es una base, se forma sal de cido carboxlico y un alcohol

ANEXO:

I Tabla de Propiedades de los cidos carboxlicos

Nombre Pto. de fusin CPto. de ebullicin C Solubilidad gr en 100 gr de agua.

Ac. metanico8 100,5 Muy soluble

Ac. etanico 16,6 118 Muy soluble

Ac. propanico -22 141 Muy soluble

Ac. butanico -6 164Muy soluble

Ac. etanodiico189 239 0,7

Ac. propanodiico 135,6 Soluble

Ac. fenilmetanico 122 Soluble

Ac. ftlico 231 250 O,34

II Nomenclatura oato de ilo

Los steres proceden de la reaccin de condensacin de cidos con alcoholes y se nombran como sales del cido del que provienen. La nomenclatura IUPAC cambia la terminacin -oico del cido por -oato, terminando con el nombre del grupo alquilo unido al oxgeno.

As, en el etanoato (acetato) de metilo encontramos dos partes en su nombre:1) La primera parte del nombre, etanoato (acetato), proviene del cido etanoico (actico)

2) La otra mitad, de metilo, proviene del alcohol metlico (metanol).

El nombre general de un ster de cido carboxlico ser "alcanoato de alquilo" Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehdos, nitrilos, amidas y haluros de alcanoilo. Estos grupos se nombran como sustituyentes siendo el ster el grupo funcional.

cidos carboxlicos y anhdridos tienen prioridad sobre los steres, que pasan a nombrarse como sustituyentes (alcoxicarbonil......)

Cuando el grupo ster va unido a un ciclo, se nombra el ciclo como cadena principal y se emplea la terminacin -carboxilato de alquilo para nombrar el ster.

cidos monocarboxlicos

FrmulaNombre IUPACNombre tradicionalHOOC-COOHAc. EtanodioicoAc. oxlicoHOOC-CH2-COOHAc.PropanodioicoAc. MalnicoHOOC-(CH2)2-COOHAc.ButanodioicoAc. Succnico

cidos dicarboxlicos

EMBED ACD.ChemSketch.20 \s

EMBED ACD.ChemSketch.20 \s

Ver tabla en anexo final

La solubilidad en agua de un compuesto depende de lo polar que sea la molcula (ms polar ( ms soluble) y tambin se ve favorecida si ese compuesto puede formar puentes de H.

Los cidos frmico y actico (1, 2 carbonos) son lquidos de olores irritantes. Los cidos butricos, valeriano y caprico (4, 5 y 6 carbonos) presentan olores desagradables. Los cidos con mayor cantidad de carbonos presentan poco olor.).

Tambin se pueden conseguir cidos carboxlicos mediante ruptura oxidativa de olefinas(alquenos), por ozonlisis, permanganato de potasio, o dicromato de potasio.

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Los cidos carboxlicos tambin pueden obtenerse por la hidrlisis de los steres, o amidas, generalmente con catlisis cida o bsica.

Puesto que este proceso es anlogo a la neutralizacin de un cido (R) por una base en la formacin de una sal, antiguamente los steres eran denominados sales etreas. Este trmino es incorrecto porque los steres, a diferencia de las sales, no se ionizan en disolucin.

ver reaccin de esterificacin (en pgina siguiente)

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