22. Ácidos carboxílicos y esteres

Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
22. Ácidos carboxílicos y esteres
Ácidos carboxílicos
Características





Contienen el grupo carboxílico –COOH unido al grupo alquilo o arilo
Pueden ser mono carboxílicos o di, tri, tetra y más
Compuestos orgánicos más ácidos
Muy abundantes en la naturaleza (sus derivados también)
Los ácidos grasos son biomoléculas que contienen grupo carboxilo, se obtienen por hidrólisis de
la grasa.
 Su fórmula general es CnH2nO2
Nomenclatura:
Los ácidos carboxílicos se nombran con la palabra ácido seguida de l nombre del hidrocarburo de
referencia al que se le añade la terminación –oico o –ico.
Ejemplo: CH3-CH2-CH3 propano  CH3-CH2-COOH Acido propanoico (propano + oico)
 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.
 Si hay dos grupos COOH, decimos Ácido ….dioico.
Ácidos monocarboxílicos
Ácidos dicarboxílicos
HOOC-COOH
Ac. Etanodioico
Nombre
tradicional
Ac. oxálico
HOOC-CH2-COOH
HOOC-(CH2)2-COOH
Ac.Propanodioico
Ac.Butanodioico
Ac. Malónico
Ac. Succínico
Fórmula
Nombre IUPAC
Propiedades
a) Físicas:
- El grupo carboxílico le da carácter polar a estos ácidos, pero según aumenta la longitud de la
cadena, la influencia de esta parte polar disminuye (más largo = “molécula menos polar”)
- El grupo carboxílico puede formar puentes de hidrogeno --> puntos de fusión y ebullición bastante
altos (con más carbonos se eleva el punto de fusión)1
- Cuánto más larga sea la cadena, más sólidos y más estables son (más enlaces intermoleculares) y
menos soluble2s.
- Los ac. monocarboxílicos hasta cuatro carbonos son líquidos solubles en agua, a partir de 12
carbonos ( ácido láurico) los ácidos carboxílicos son sólidos blandos insolubles en agua. (Los ácidos
di-, tri- más solubles y por lo general sólidos).
- Los ac. monocarboxílicos más cortos “huelen mal” y son solubles en agua, los largos no huelen y
tienen forma de cera, no se disuelven tan bien3.
1
Ver tabla en anexo final
La solubilidad en agua de un compuesto depende de lo polar que sea la molécula (más polar  más soluble) y
también se ve favorecida si ese compuesto puede formar puentes de H.
2
3
Los ácidos fórmico y acético (1, 2 carbonos) son líquidos de olores irritantes. Los ácidos butíricos, valeriano y capróico (4, 5 y
6 carbonos) presentan olores desagradables. Los ácidos con mayor cantidad de carbonos presentan poco olor.).
1
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
b) Químicas:
- El comportamiento químico de los ácidos carboxílicos esta determinado por el grupo carboxilo COOH. Esta función consta de un grupo carbonilo (C=O) y de un hidroxilo (-OH). Donde el -OH es
el que sufre casi todas las reacciones: pérdida de protón (H+)(lo que le da su carácter ácido) o
reemplazo del grupo –OH por otro grupo.
- Son menos ácidos que ácidos minerales, pero de los compuestos orgánicos son los más ácidos
Propiedades químicas (Reacciones)
Síntesis
Los ácidos carboxílicos se obtienen a partir de las siguientes reacciones:
 Oxidaciones4:
o Oxidación de alcoholes primarios (o de aldehídos) (el
grupo hidroxilo o el carbonilo son reductores, se oxidan)
o Oxidación de alquilbencenos
Los derivados alquilbenzoicos reaccionan con mezclas oxidantes
fuertes.
Los ácidos carboxílicos pueden obtenerse a partir de bencenos
sustituidos con grupos alquilo por oxidación con permanganato de
potasio o dicromato de sodio.
.
 Hidrólisis de nitrilos 5(sustitución nucleofílica):
Se hidrolizan al ser sometidos a ebullición con ácidos minerales o álcalis (bases) en solución
acuosa.
|
4
También se pueden conseguir ácidos carboxílicos mediante ruptura oxidativa de olefinas(alquenos), por
ozonólisis, permanganato de potasio, o dicromato de potasio.
5
Los ácidos carboxílicos también pueden obtenerse por la hidrólisis de los ésteres, o amidas, generalmente con
catálisis ácida o básica.
2
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
Otras reacciones características:
 Neutralización
-los ácidos carboxílicos reaccionan con hidróxidos formando sales de ácidos carboxílicos
Ejemplos:
CH 3COOH  NaOH 
 CH 3COO Na   H 2O
 Esterificación
Reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol, en la presencia de un catalizador ácido, formando
éster y una molécula de agua, (el proceso inverso es la hidrólisis de los esteres, se forma una sal.)
O
+
CH3 C
OH
HO CH3
H2SO4
O
CH3
+
C
O
H2O
CH3
 Decarboxilación
Algunos ácidos carboxílicos se pueden preparar por descarboxilación de otros ácidos
policarboxílicos. Se pierde el grupo carboxilo en forma de CO2 al calentar el ácido.
Ejemplo: la síntesis malónica del ácido acético (ácido masónico= ácido propanodioico)
Ejemplos
Ácido fórmico: HCOOH
Ácido de las hormigas, en el veneno de las abejas y en las hojas de la ortiga. Se usa para
conservación de alimentos, como desinfectante y en medicina.
Ácido acético: CH3COOH
Su disolución acuosa 5-8% es vinagre, Con el aluminio forma el acetato de aluminio que se usa para
curar heridas debido a su poder antiinflamatorio (Solución de Burow)
Ácido butírico: CH3-(CH2)2-COOH
Huele mal, su éster forma parte de la mantequilla. Se presenta en el sudor de los mamíferos y su
olor lo detectan los insectos que comen sangre y los animales salvajes.
Ácido atípico: HOOC(CH2)4COOH
- producción: oxidación de ciclohexanol
- uso principal: como un monómero para la producción de nailon (también aromatizante en
comidas).
Ácido masónico:
- cis-butenodioico
- producción: oxidación de benceno
3
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
- uso: plásticos
Ácido benzoico
- producción: oxidación de tolueno
- para conservar alimentos
- producción de muchos compuestos aromáticos
A. ftálico
- ácido 1,2-bencenodicarboxílico
- uso: fabricación de plásticos
A. tereftálico
- ácido 1,4-bencenodicarboxílico
- uso: fabricación de fibras sintéticas (polietilen tereftalato)
Ácidos grasos
 Son biomoléculas orgánicas de naturaleza lipídica formadas por una larga cadena hidrocarbonada
lineal, de número par de carbonos, quo contiene un grupo carboxilo en su extremo.
 En los mamíferos, la mayoría de los ácidos grasos se encuentran en forma de triglicéridos,
moléculas donde los extremos carboxílico (-COOH) de tres ácidos grasos se esterifican con cada
uno de los grupos hidroxilos (-OH) del glicerol. Los triglicéridos constituyen la grasa del tejido
adiposo.
 Forman parte de fosfolípidos y de glucolípidos (membranas celulares).
 Suelen ser moléculas amfipáticas (parte polar COOH y parte apolar – cadena), e insolubles en
agua, generalmente son ácidos carboxílicos de cadena larga
 Pueden ser saturados (no contienen dobles ni triples enlaces) o saturados.
o SATURADOS: (sólidos a temperatura ambiente excepto los de cadena corta)
- De cadena corta: Ácido butírico, Ác. Isobutírico, Ácido valérico, Ácido isovalérico
- De cadena larga: Ácido mirístico (14C), palmítico(16C), esteárico(18C)
o Insaturados: c. Oléico (ácido cis-9-octadecenoico)
o Esenciales
Ac. Linoleico, Ac. Linolénico, Ac. Araquidónico
Ejemplos: (Todos presentes como éster presentes en grasas y de ellos se producen jabones)
• Ácido esteárico (18 carbonos, C17H35COOH): como éster presentes en grasas y de ellos se producen
jabones
•
• Ácido palmítico C15H31COOH, ácido oleico- CH3(CH2)7=(CH2)7CH3
Derivados de ácidos carboxílicos
FUNCIONALES
- El grupo carboxílico está modificado
- Sales, acilahaluros, ésteres, anhidruros, amidas, nitrilos

-
Sales
Se pierde un H+ (del grupo hidroxilo) se queda el O, se enlaza catión de metal
Se preparan mediante la reacción un ácido con un hidróxido (neutralización).
Benzoato de sodio –se usa como conservante
Sales de ácidos grasos de Na y K se usan como jabones
4
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres

-

Maturita Química
Acilhaluros
El grupo hidroxilo se reemplaza por un halógeno (sustitución nucleófila)
Muy muy reactivos
acilcloruros son unos de los derivados funcionales más reactivos de ácidos
carboxílicos
acetilcloruro - agente acetálico
Anhidruros
-
dos ácidos carboxílicos condesan y liberan una molécula
de agua
- también muy reactivos, huelen mal
acetanhidruro (ácido acético) - agente acetálico
ftalanhidruro (ácido ftálico C8H4O3) - producción de plásticos

Esteres
-
se enlaza -OR´ (generalmente resto de alcoholes)
Se forman por la reacción entre un alcohol y un ácido carboxílico.
esteres de ácidos grasos = partes lípidos (palmítico, esteárico)
con agua se hidrolizan formando ácido y alcohol
huelen bien, muchos es usan en la industria alimentaria como saborizantes (ron, vanilla ..),
O
+
CH3 C
HO CH3
H2SO4
O
CH3
+
C
O
OH
H2O
CH3
etilacetato (etilester de acido acetico) - disolvente
butilacetato - disolvente
vinilacetato - polímeros (polivinilacetato, polivinilalcohol)
esteres de acido acrílico - poliacrilatos

Amidas
-
se enlaza grupo -NH2 (en lugar del grupo OH )
O
O
+
CH3 C
OH
NH2 CH3
H3C
+
C
H2O
NH CH3
- Líquidos o cristalinos, sus temperaturas de ebullición y fusión son altas (punetes de hidrógeno)
formamida (amida de acido formico), N,N-dimetilformamida - disolventes

Nitrilos
- tanto en grupo OH como el O están sustituidos por N en enlace triple
acetonitrilo (nitrilo de acido acético) - disolvente bueno, pero toxico
acrilonitrilo (nitrilo de acido acrílico CH2=CHCN) - fibras sintéticas, toxico
DERIVADOS DE SUSTITUCION
(halogenácidos, hidroxiácidos, aminoácidos, cetoácidos
- lo que está modificado es la cadena, no el grupo funcional
- como el grupo no cambia y solo se añade otro, suelen haber dos grupos funcionales
-tienen carácter parecido a los carboxílicos (pueden liberar catión hidrogeno)
- si diferencian mucho en el pH (una es basica otra acida), se crea la sal interna = ion anfótero:
5
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
- si este grupo está en el carbono 2, es decir, el al lado de este que lleva =O y -OH, se dice es alfaderivado (porque está en un carbono alfa –que puede ser quiral- ).
 Halogenacidos R-CHX-COOH
- sustancias cristalinas, venenosas, corroen la piel
- más ácidos (fuertes) que los no-sustituidos
- esto pasa porque el X es más electronegativo y atrae a los electrones, pues que el H se
puede liberar más fácilmente
- cuantos más X hay, más acido es
Ácido tricloroacético – es uno de los ácidos más fuertes
Ácido cloroacético – corrosivo
 Aminoácidos
- contienen grupo NH2, que tiene carácter básico (se forma ion anfótero)
- el carácter total depende de que si hay más COOH o más NH2
- punto isoeléctrico = cierto pH específico para cada aminoácido, en este punto aparece ion anfótero
totalmente (se usa para sacar un cierto tipo de aminoácido de la mezcla: este se queda, otros, al pasar
corriente eléctrica, se van a uno o a otro lado)
- aminoácidos proteinógenos (alfa-aminoácidos) forman péptidos y proteínas (enlace peptídico)
 Hidroxiácidos 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 láctico (CH3-CHOH-COOH) (ácido 2-hidroxi-propanoico)
-su forma ionizada se llama “lactato”(en solución pierde un hidrógeno unido al grupo carboxilo),
- es muy importante en los procesos bioquímicos,
- fermentación láctica de sacáridos (col, leche), aparece cuando hacemos gran esfuerzo y la glucosa se
combusta con poco oxigeno (glicolisis anaeróbica) - se crea sal de acido láctico y por esto duelen los
músculos participa, es quiral, presenta actividad óptica.
acido tartárico (COOH-(CHOH)2-COOH) - conservante natural (E334), corrector de la acidez del vino,
crémor tártaro (polvo de hornear)
acido cítrico ( 2-hidroxipropano-1,2,3- tricarboxílico) - conservante natural (E330), en
alimentación para cambiar el sabor, parte del Ciclo de Krebs
Ácido salicílico (2-hidroxibenzoico)
Sus derivados se usan en medicina (ácido acetilsalicílico –la aspirina)
 Cetoácidos R-CO-COOH
- aparece grupo carbonílico =O
-toman parte en muchos procesos biológicos
Acido oxalacético (COOHCH2COCOOH) - parte de muchas reacciones orgánicas (ciclo de Krebs,
degradación de aminoácidos)
Acido acetoacético (CH3COCH2COOH) – producto del metabolismo de las grasas, no es estable, se
desintegra formando acetona y CO2
Acido pirúvico (CH3COCOOH) - parte de muchas reacciones de metabolismo
6
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
Ésteres
 Los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico reemplaza a un átomo de
hidrógeno (o más de uno), en un ácido oxigenado (sea éste orgánico o no).
Éster
(éster de ácido
carboxílico)
Éster carbónico
(éster de ácido
carbónico)
Éster fosfórico
(triéster de ácido
fosfórico)
Éster sulfúrico
(diéster de ácido
sulfúrico)
 Estos compuestos se forman junto con agua por la reacción de condensación entre un ácido y un
alcohol6. Ambos compuestos se unen mediante enlaces covalentes a través de un “puente” de
oxígeno con el desprendimiento de una molécula de agua7 .
 Los ésteres más comunes son los ésteres carboxilados, donde el ácido en cuestión es un ácido
carboxílico.
 En bioquímica son el producto de la reacción entre los ácidos grasos y los alcoholes (frecuentemente
glicerina)
Aparición
-Todas las grasas y aceites naturales (exceptuando los aceites minerales) y la mayoría de las ceras son
mezclas de ésteres.
-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 hígado de bacalao y del aceite de linaza.
- los ésteres de alcohol miricílico se encuentran en la cera de abeja.
-fosfoésteres son muy importantes en DNA moléculas
-se encuentra en vinos
Usos
- La nitroglicerina, un explosivo importante, es el éster del ácido nítrico y la glicerina.
- Disolventes
- Perfumes
- Medicina (Aspirina)
- Saborizantes artificiales
Propiedades
a) Físicas:
- los ésteres de los ácidos orgánicos son generalmente líquidos neutros, incoloros, con olor
agradable e insolubles en agua, aunque se disuelven con facilidad en disolventes orgánicos.
- Muchos ésteres tienen un olor afrutado y se preparan sintéticamente en grandes cantidades para
utilizarlos como esencias frutales artificiales, como condimentos y como ingredientes de los
perfumes.
6
Puesto que este proceso es análogo a la neutralización de un ácido (R) por una base en la formación de una sal,
antiguamente los ésteres eran denominados sales etéreas. Este término es incorrecto porque los ésteres, a
diferencia de las sales, no se ionizan en disolución.
7
ver reacción de esterificación (en página siguiente)
7
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
- pueden participar en los enlaces de hidrógeno como aceptadores, pero no pueden participar como
dadores en este tipo de enlaces. Por eso, no pueden formar enlaces de hidrógeno entre moléculas
de esteres. Eso los hace más volátiles que un ácido o alcohol de similar peso molecular.
b) Químicas:
Reacciones:
 La esterificación: Es la formación de ésteres (alcohol +ac. Carboxílicos) con un catalizador ácido, es
una reacción de condensación
O
O
R1
+
C
OH
HO
R2
H2SO4
+
R1 C
O
H2O
R2
 Hidrólisis: Es el proceso inverso de la esterificación, la ruptura de un éster por agua. puede ser de
dos tipos:
o 1) Ácida (catalizador ácido) – se forma de nuevo el ácido carboxílico y un alcohol
o 2) Básica=Alcalina, La saponificación – si el catalizador es una base, se forma sal de ácido
carboxílico y un alcohol
8
Tema 22- Ácido carboxílicos y ésteres
Maturita Química
ANEXO:
I Tabla de Propiedades de los ácidos carboxílicos
Nombre
Pto. de
fusión ºC
Pto. de
ebullición
ºC
Solubilidad gr en 100
gr de agua.
Ac. metanóico
8
100,5
Muy soluble
Ac. etanóico
16,6
118
Muy soluble
Ac. propanóico
-22
141
Muy soluble
Ac. butanóico
-6
164
Muy soluble
Ac. etanodióico
189
239
0,7
Ac. propanodióico
135,6
Soluble
Ac. fenilmetanóico 122
Ac. ftálico
231
Soluble
250
O,34
II Nomenclatura –oato de –ilo
Los ésteres proceden de la reacción de condensación de ácidos con alcoholes y se nombran como
sales del ácido del que provienen. La nomenclatura IUPAC cambia la terminación -oico del ácido por oato, terminando con el nombre del grupo alquilo unido al oxígeno.
Así, en el etanoato (acetato) de metilo encontramos dos partes en su nombre:
1) La primera parte del nombre, etanoato (acetato), proviene del ácido etanoico (acético)
2) La otra mitad, de metilo, proviene del alcohol metílico (metanol).
El nombre general de un éster de ácido carboxílico será "alcanoato de alquilo"
Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos, nitrilos, amidas y
haluros de alcanoilo. Estos grupos se nombran como sustituyentes siendo el éster el grupo funcional.
Ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres, que pasan a nombrarse como
sustituyentes (alcoxicarbonil......)
Cuando el grupo éster va unido a un ciclo, se nombra el ciclo como cadena principal y se emplea la
terminación -carboxilato de alquilo para nombrar el éster.
9