Los ácidos carboxílicos constituyen un grupo de compuestos que se caracterizan porque poseen un grupo funcional llamado grupo carboxilo o grupo carboxi (–COOH); se produce cuando coinciden sobre el mismo carbono un grupo hidroxilo (-OH) y carbonilo (C=O). Se puede representar como COOH ó CO2H.
Características y propiedades
Los derivados de los ácidos carboxílicos tienen como formula general R-COOH. Tiene propiedades ácidas; los dosátomos de oxígeno son electronegativos y tienden a atraer a los electrones del átomo de hidrógeno del grupo hidroxilocon lo que se debilita el enlace, produciéndose en ciertas condiciones, una ruptura heterolítica cediendo el correspondiente protón o hidrón, H+, y quedando el resto de la molécula con carga -1 debido al electrón que ha perdido el átomo de hidrógeno, por lo que la molécula queda como R-COO-.
Además, en este anión, la carga negativa se distribuye (se deslocaliza) simétricamente entre los dos átomos de oxígeno, de forma que los enlaces carbono-oxígeno adquieren un carácter de enlace parcialmente doble.
Generalmente los ácidos carboxílicos son ácidos débiles, con sólo un 1% de sus moléculas disociadas para dar los correspondientes iones, a temperatura ambiente y en disolución acuosa.
Pero sí son más ácidos que otros, en los que no se produce esa deslocalización electrónica, como por ejemplo los alcoholes. Esto se debe a que la estabilización por resonancia o deslocalización electrónica, provoca que la base conjugada del ácido sea más estable que la base conjugada del alcohol y por lo tanto, la concentración de protones provenientes de la disociación del ácido carboxílico sea mayor a la concentración de aquellos protones provenientes del alcohol; hecho que se verifica experimentalmente por sus valores relativos menores de pKa. El ion resultante, R-COOH-, se nombra con el sufijo "-ato".
NOMENCLATURA
La IUPAC nombra los ácidos carboxílicos reemplazando la terminación -ano del alcano con igual número de carbonos por -oico.
PROPIEDADES FÍSICAS
Los ácidos carboxílicos son moléculas con geometría trigonal plana. Presentan hidrógeno ácido en el grupo hidroxilo y se comportan como bases sobre el oxígeno carbonílico.
ACIDEZ Y BASICIDAD DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
La propiedad más característica de los ácidos carboxílicos es la acidez del hidrógeno situado sobre el grupo hidroxilo. El pKa de este hidrógeno oscila entre 4 y 5 dependiendo de la longitud de la cadena carbonada.
SÍNTESIS DE ÁCIDOS
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.
Veamos ahora cómo se relaciona la acidez de ácidos carboxílicos con sus estructuras respectivas. Al hacerlo, supondremos que la acidez está determinada principalmente por la diferencia de estabilidad entre el ácido y su unión.
En primer lugar, y lo más importante, está el hecho de que los ácidos carboxílicos son con certeza ácidos. ¿Cómo explicaremos, por ejemplo, que el OH de un ácido carboxílico tiende a liberar un ión hidrógeno con mayor facilidad que el OH de un alcohol? Examinemos las estructuras de reactivos y productos para los dos casos.
Se bserva que el alcohol y el ión alcóxido se representa satisfactoriamente por una sola estructura. En cambio, desarrollamos dos estructuras razonables ( I y II) para el ácido carboxílico, y también dos para el anión carboxilato
(III y IV): ambos son híbridos de resonancia. Pero, ¿es igualmente importante la resonancia en los dos casos? Sabemos que la resonancia es mucho más importante entre estructuras equivalentes, como III y IV, que entre estructuras no equivalentes, I y II. Así pues, a pesar de que ácido y anión se estabilizan por resonancia la estabilización es mucho mayor para el anión que para el ácido. El equilibrio se desplaza en la dirección de la ionización mayor, y aumenta Ka.
En rigor, es más correcto decir que la resonancia es menos importante para el ácido porque las estructuras contribuyentes son de estabilidad diferente, mientras que las equivalentes para el ión deben ser necesariamente de igual estabilidad. En la estructura II, dos átomos de electronegatividad similar portan cargas opuestas; como es necesario aplicar energía para separar cargas opuestas, II debería ser más energética, y por tanto menos estable que I. La consideración de la separación de cargas es una de las reglas empíricas que pueden utilizarse para estimar la estabilidad relativa y, en consecuencia, la importancia relativa de una estructura contribuyente.
Por consiguiente, la acidez de un ácido carboxílico se debe a la fuerte estabilización por resonancia de su anión. Esta estabilización y la acidez resultante sólo son posibles por la presencia del grupo carbonilo.
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