Acid carboxilic

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Variantele reprezentării acizilor carboxilici.

Acizii carboxilici (compuşi carboxilici) sunt acizi organici care conţin în molecula lor o grupă funcţională carboxil (-COOH).

Formula generală a unui acid carboxilic este: $\begin{matrix} R-&C&-O-H\\&||&\\&O& \end{matrix}$

[modifică] Nomenclatură

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

[modifică] Clasificare

[modifică] După natura radicalului

[modifică] Acizi saturaţi

$\begin{matrix}H-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}$ , acid metanoic (acid formic);

$\begin{matrix}CH_3-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}$ , acid etanoic (acid acetic);

$\begin{matrix}CH_3-CH_2-&C&-OH\\&||&\\&O&\end{matrix}$ , acid propanoic (acid propilic/propionic);

[modifică] Acizi nesaturaţi

$CH_2=CH-COOH\,$ , acid propenoic (acid acrilic);

$CH_3-CH=CH-COOH\,$ , acid 2 butenoic (acid crotonic);

[modifică] Acizi aromatici

, acid benzoic;

[modifică] După numărul grupelor carboxil

[modifică] Acizi monocarboxilici

Toţi acizii prezentaţi anterior sunt monocarboxilici.

[modifică] Acizi policarboxilici

, acid etandioic (acid oxalic);

, acid propandioic (acid maloic);

, acid 2 cis butendioic (acid maleic);

, acid 2 trans butendioic (acid fumaric);

, acid tereftalic.

[modifică] Metode de obţinere

[modifică] Metode oxidative

Alcani

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

Alchene

Reacţiile 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 prezenţă 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 prezenţă de V₂O₅, la o temperatură de 350°C.

Alcooli

Acizii se obţin 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

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

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

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

[modifică] Metode hidrolitice

[modifică] Hidroliza derivaţilor halogenaţi geminali:

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

[modifică] Hidroliza derivaţilor funcţionali ai acizilor organici:

hidroliza esterilor:

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

hidroliza nitrililor:

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

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

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

[modifică] Proprietăţi fizice

Acizii organici pot fi substanţe lichide sau solide, în funcţie de masa lor moleculară. Cei inferiori sunt solubili în apă, iar cei superiori sunt solubili numai în solvenţi organici.

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

[modifică] Proprietăţi chimice

Datorită unor deplasari ale electornilor din moleculă gruparea carbonil din gruparea carboxil este blocată de un orbital molecular extins şi nu poate da reacţii de adiţie. De exemplu nu adiţionează H, deci nu se reduce.

[modifică] Reacţii 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.

[modifică] 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 şi un ion hidroniu;

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

odată cu creşterea numărului de atomi de carbon scade aciditatea;
odată cu creşterea numărului de grupe carboxil creşte aciditatea;
odată cu creşterea gradului de ramificaţie a catenei acidului scade aciditatea;

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

[modifică] Reacţia cu metale active

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

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

[modifică] Reacţia cu oxizii metalici

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

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

[modifică] Reacţia cu bazele

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

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

[modifică] Reacţia 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;

[modifică] Reacţii caracteristice

În urma acestor reacţii rezultă, cel mai frecvent, derivaţi funcţionali ai acizilor organici.

[modifică] Reacţia cu alcooli

Aceasta se mai numeşte şi reacţie de esterificare.

$R-COOH + R'-OH \Longleftrightarrow R-COOR' + H_2O$ , la 100°C şi în prezenţă de H₂SO₄, obţinându-se ester şi apă;

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

[modifică] Reacţia cu amoniac

În primul pas al acestei reacţii, se adiţionează la acid o moleculă de amoniac.

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

Produsul de reacţie de mai sus este descompus termic mai departe, având acum două posibilităţi.

descompunerea termică simplă, când se obţine o amidă şi apă:

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

descompunerea termică în prezenţă de P₂O₅, când se obţine un nitril şi apă:

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

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

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

[modifică] Derivaţi funcţionali

Derivaţii funcţionali ai acizilor rezultă prin eliminarea unei molecule de apă dintre un H ionizabil (care apare ca proton) şi o grupă -OH în cadrul aceleeaşi molecule sau dintre molecule diferite.

Cei mai importanţi derivaţi sunt: