Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo

Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
ASPECTOS GENERALES DE LOS ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Entre los principales productos de los procesos bioquímicas están los ácidos
carboxílicos, generados bajo condiciones de oxidación y presentes en los sistemas
vivientes de la tierra. Los ácidos carboxílicos se representan en general por R-COOH,
contienen un grupo carbonilo polarizable, su estructura es plana:
O
C
R
OH
El grupo carboxilo es polar y forma puentes de hidrógeno, por ésta razón presentan altos
puntos de fusión y altos puntos de ebullición:
O ... HO
CH3
H3C
OH ... O
Los ácidos carboxílicos reaccionan fácilmente con soluciones acuosas de hidróxido de
sodio y de bicarbonato de sodio para formar sales de sodio solubles:
O
O
+
H3C
Na OH
H3C
O
OH
+ H2O
Na
Acido Acético
Hidróxido de sodio
Acetato de Sodio Agua
Algunos àcidos de interés por ejemplo el ácido pirúvico y el acido láctico, son
generados durante la glucólisis (vía de Emdem-Meyerhof), proceso anaeróbico
catalizado por enzimas, que partiendo de la glucosa termina en la formación de los
ácidos láctico y pirúvico. Estos ácidos se convierten a través de una serie de reacciones
aeróbicas en dióxido de carbono y agua. Esta serie de reacciones se conocen con el
nombre de ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Este ciclo que tiene lugar en las
mitocondrias, usa el oxígeno transportado a las células por la hemoglobina. En el ciclo
de Krebs se van generando otros ácidos como: acido cis-aconitito, ácido isocìtrico,
ácido oxalosuccìnico, entre otros.
Otros ácidos de importancia biològica son los ácidos grasos, son ácidos de cadena larga
(generalmente con número par de átomos de carbono) que pueden ser saturados e
insaturados y están presentes en las grasas y aceites. Los ácidos grasos poliinsaturados
(AGP) que el cuerpo no puede producir como: el ácido linoleico (familia Omega-6) y el
ácido α-linolènico (familia Omega-3), deben obtenerse de la dieta y se conocen como
ácidos grasos esenciales. En el cuerpo se metabolizan y producen otros AGP como o el
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
acido araquidònico y el ácido eicosapentanoico. Estos àcidos son importantes para
mantener las membranas de todas las cèlulas, para producir las prostaglandinas que
regulan muchos procesos corporales, por ejemplo la inflamación y para la coagulación
de la sangre. En general su actividad fisiológica està relacionada directamente con la
estructura de las membranas celulares, los procesos de termorregulación del organismo
(formando parte del tejido adiposo) la actividad de hormonas, los procesos de digestión,
sistemas de nutrición de las células del sistema nervioso a partir de la producción de
cuerpos cetónicos que son elementos nutritivos para estas. A partir de los ácidos grasos
esenciales, se obtiene una energía que representa el 17% del aporte energético o son
necesarios para la síntesis de catecolamina. Los ácidos grasos esenciales intervienen en
los procesos de síntesis de prostaglandinas, leucotrienos y trombosanos esenciales para
la regulación del sistema circulatorio.
Químicamente los àcidos carboxílicos, se caracterizan por ser relativamente, ácidos
fuertes:
O
OH
C
O
:B
+
R
C
O
-
+
R
àcido carboxìlico + base fuerte
H :B
aniòn carboxilato
el aniòn carboxilato formado se estabiliza por resonancia: los electrones pi se
deslocalizan sobre el oxìgeno, O, generando un carbocatiòn, que ràpidamente
se neutraliza por los electrones libres de el otro àtomo de oxìgeno, O, que se
localizan como un nuevo doble enlace.
O
O
C
-
O
R
-
+
C
O
O
-
-
O
C
R
R
En el caso de la disociaciòn del àcido carboxìlico en agua, èsta con su caràcter
anfòtero, actùa como una base, gracias a los pares libres del oxigeno, formando
el aniòn carboxilato y el iòn oxonio (H3O+) (llamado antes iòn hidronio), como se
relaciona a continuaciòn:
HO
C
H
O
CH3
+
O
H
àcido etanoico + agua
O
-
C
H
O
CH3
+
O
+
H
H
aniòn etanoato + iòn oxonio
el anion etanoato se estabiliza por resonancia, permitiendo la formaciòn del iòn
oxonio. En èste iòn, el oxìgeno queda solamente con un par de electrones, de
ahì su carga positiva.
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
Debido a la fuerza relativamente ácida de los ácidos carboxílicos, éstos reaccionan
fácilmente con las bases como el NaOH, el KOH, el NaHCO3, para formar las sales
correspondientes.
H
C
H
H
O
O
R
+
âcido carboxìlico +
(polarizaciòn del grupo
O
O
C
C
O
Na O
bicarbonato de sodio
H
R
O Na
+
O
O
-
+
C
O
carboxilato de sodio + producto intermedio
carbonilo)
H
O
C
O
+
diòxido de carbono
H
O
agua
ALGUNAS REACCIONES DE IMPORTANCIA BIOLÒGICA DE LOS ÀCIDOS
CARBOXÌLICOS
1. Formación de èsteres
Los esteres pueden ser de cadena abierta o esteres de cadena cerrada. Los de cadena
abierta se obtienen generalmente por la reacción de un ácido carboxílico con un alcohol,
catalizada por un ácido mineral fuerte, como el ácido sulfúrico. Cuando los
hidroxiàcidos (ácidos carboxílicos que tienen en su cadena carbonada un grupo hidroxi)
se tratan con un ácido mineral fuerte, ocurre una esterificaciòn intramolecular y el
producto de la reacción es un èster de cadena cerrada, conocido con el nombre de
lactonas.
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
1.1. Esteres de cadena abierta:
La reacción general de esterificaciòn se representa a continuación:
catalizador àcido, protòn proveniente del H2SO4
O
R
C
+
OH
HO
O
H+
CH3
C
R
àcido carboxìlico
metanol
O CH3
+
H
carboxilato de metilo
OH
agua
A continuación se describe el mecanismo de reacción (etapas a través de las cuáles
ocurre el proceso):
Primera etapa: protonaciòn del grupo carboxi: observe que cada vez que el oxigeno comparte uno de
sus pares de electrones libres, queda cargado positivamente y el enlace adyacente se debilita.
proceso de resonancia en el grupo carboxi protonado
O
R
C
O
H+
O H
R
+
C
H
H
O
O
+
O H
C
R
C
R
O H
H
+
O H
grupo carboxi protonado
Segunda etapa: el grupo carboxi protonado es atacado por el alcohol, en èste caso el metanol:
O
R
+
C
H
+
H3C
OH
R
O H
H3C
C
O
O
+
O
-H+
H
O
R
+H+
H
H3C
H
H
C
O
Tercera etapa: eliminaciòn de agua para formar el carboxilato de metilo (de metilo en èste
caso, porque se utilizò metanol)
O
R
H3C
C
O
H
O
H+
O
R
H
H3C
C
O
H
O
+
H
H
O
-H2O
R
C
O
H3C
O
H
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
Otra clase importante de esteres son las ceras, son ésteres formadas por alcoholes
monohidroxilados de alto peso molecular que han reaccionado con ácidos grasos
superiores. El palmitato de cetilo, C15H31COOC16H33,es una cera conocida como
espermaceti, se extrae de la cabeza del cachalote. Otra cera muy importante es la cera de
carnauba, obtenida de las hojas de una palma brasilera. Las grasas sólidas y semisólidas
y los aceites líquidos obtenidos tanto de fuentes animales Las grasas sólidas y
semisólidas y los aceites líquidos obtenidos de fuentes animales son también mezclas de
ésteres, específicamente son triesteres, derivados de ácidos grasos y del alcohol glicerol.
Las sales de los metales alcalinos de los ácidos grasos se conocen como jabones.
1.2. Esteres de cadena cerrada: Lactonas
Existen muchas lactonas en la naturaleza que se forman espontáneamente, bajo
condiciones ácidas. Las más estables son las γ (gama) y δ (delta) lactonas, porque
forman anillos de cinco y seis átomos, correspondiendo de acuerdo con la geometría
molecular a los ciclos màs estables. Ejemplos de lactonas son la vitamina C1 y la
eritromicina (antibiótico). Mostraremos cómo se forma la lactona, la estructura más
estable de la vitamina C ( o ácido ascórbico, el mismo ácido 2,3,4,5,6-pentahidroxi-2hexenoico). La mayor parte de los animales, sintetizan el ácido ascórbico. Su
deficiencia produce el escorbuto, porque el ácido ascórbico, interviene en el
metabolismo proteínico disminuyendo la síntesis de hidroxiprolina, aminoácido
presente en el colágeno. También si hay deficiencia de ácido ascórbico, se excretan los
aminoácidos aromáticos. Teniendo en cuenta que el ácido ascórbico es un ácido
carboxílico con grupos hidroxilo, en éste ocurre una reacción intramolecular, que se
fundamenta en la reacción para la formación general de èsteres. En la pàgina siguiente
se muestra su mecanismo de formación.
1
La vitamina C, es una γ-lactona. Las letras griegas se asignan a la estructura asì: el carbono 2 de la
cadena es el carbono alfa, el tres el beta, el cuatro es el gama y el carbono cinco el delta.
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
O
O
OH
C
C
HO
C
γ
H
HO
C
H
β
HO
OH
δ
OH
α
C
H
C
OH
C
HO
H+
H
β
H
C
OH
α
HO
+
C
H
CH2
C
OH
δ
CH2
HO
ε
H
γ
ε
àcido ascòrbico
O
C
OH
C
H
H
C
OH
O+
C
H
H
C
OH
CH2
O
H
H
+
OH
OH
H
C
OH
OH
C
H
H
H
O+
C
OH
C
H
H
C
OH
OH
CH2
O
C
HO
HO
C
HO
C
O
C
H
C
HO
C
H
HO
H
HO
δ
estructrua
equivalente a
heterociclo
de cinco
àtomos
HO
CH2
HC
C
γ
ε
γ−Lactona (Vitamina C)
heterociclo de cinco àtomos
+ H - OH
O
CH
C
HO
β
C
α
OH
O
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
2. Formación de amidas
Las amidas de cadena abierta se forman cuando los ácidos carboxílicos reaccionan
con las aminas primarias o secundarias. Cuando los ácidos carboxílicos tienen en
su estructura grupos amino, pueden darse reacciones intramoleculares y formar
amidas cíclicas denominadas lactamas.
2.1. Amidas de cadena abierta
La función amida se conoce mejor por el papel predominante que desempeña en la
constitución de las proteínas. Las proteínas son poliamidas de ácidos amino
carboxílicos, que se encuentran en todas las células vivas. La estructura y propiedades
de las proteínas están determinadas en gran parte por la naturaleza y distribución de los
grupos amido. Los ácidos carboxílicos reaccionan con las aminas para formar amidas:
O
R
C
+
H3C
OH
àcido carboxìlico
O
NH2
R
metilamina
C
+
NH2
amida
H2O
agua
2.2 Amidas de cadena cerrada: Lactamas
Las lactamas se forman por un mecanismo similar al de las lactonas a partir de γ y δ
aminoácidos, aunque la penicilina y la cefalosporina, deben su función antibiótica a la
presencia en su estructura de β-lactamas (anillos de cuatro átomos, fuertemente
tensionados). Ejemplo de formación de una β-lactama a partir de un β-aminoácido:
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
HO
H
H
N
H
H2C
β
OH
N
H
C
CH2
O
α
+
O
-
HO
H
C
+
N
H
H2C
β
CH2
-
C
CH2
H2C
α
O
β
α
β−aminoàcido
H
O
H
H
O
H
+
H
N
H2C
β
C
CH2
α
H
N
H2C
β
O
+
O
-
C
CH2
α
β-lactama
(amida cìclica)
3.
Ácidos tricarboxìlicos y algunas de sus reacciones
El ácido cítrico es un ácido tricarboxilico importante porque entra a formar parte del
ciclo de Krebs y a partir de él que se obtienen los oxácidos de importancia biológica.
A continuación se muestran algunas reacciones que implican la presencia de éstos
ácidos.
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
O
O
HO
C
H2O
CH2
O
C
C
HO
HO
CH2
C
C
CH
O
C
O
C
HO
C
HO
CH2
C
H
O
H2O
C
O
OH
C
H
HO
HO
C
C
H
HO
Acido Citrico
H
C
OH
O
OH
O
Acido Aconitico
Acido Isocitrico
H-H
resisduo de ácido succinico
HO
H
H-OH
C
H
H
C
HO
C
H
C
O
CO2
HO
HO
α C
HO
Acido succinico
O
C
HO
C
Acido-α-cetoglutárico
O
HO
Acido fumárico
H-H
HO
C
H
C
O
O
C
HO
HO
C
H
O
H
C
O
H
C
O
HO
C
Acido oxalosuccinico
C
H
HO
C
C
residuo de acido acetico
CH
HC
CH2
HO
residuo de acido oxalico
H-H
H-OH
C
O
H
O
O
O
CH2
H
C
C
CO2
O
O
Acido málico
H
C
O
C
O
residuo de acido oxalico
C
HO
Acido oxaloacetico
4. Reacciones de Aplicación de los ácidos carboxílicos: Obtención de
Coenzima A: CoA
Se consideran cuatro reacciones básicas para la obtención de ésta coenzima.
• En la primera etapa se produce el ácido pantoténico, es una sustancia
termolábil, fácilmente soluble en agua y muy susceptible a destruirse en medio
ácido o alcalino. Esta reacción es exclusiva de los microorganismos:
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
OH
OH
CH3
O
H
CH3
OH
H
+
HN
O
OH
CH3
β-alanina
O
NH
H
OH
Acido pantoico
OH
CH3
O
+
H2O
OH
Acido pantoténico
Colocar los nombres sistemáticos correspondientes:
•
OH
En ésta etapa el ácido pantoténico, en forma de pantotenato ( forma ionizada en
medio acuoso) se combina con la cisteina:
O
OH
CH3
NH
H
O
O
CH3
H
+
N
Acido pantoténico
OH
CH3
O
NH
H
H
OH
OH
OH
SH
CH3
Cisteina
NH
O
O
OH
SH
+
H2O
Pantotenilcisteina
Nombres sistemáticos:
•
OH
En ésta etapa ocurre una descarboxilación, catalizada por una descarboxilasa,
produciendo pantoteina y dióxido de carbono:
OH
CH3
NH
H
CH3
O
NH
O
Pantotenilcisteina
•
OH
O
OH
OH
CH3
CH3
NH
NH
H
O
SH
Pantoteina
Pantoteina unida a un nucleótido forma la coenzima-A, CoASH.
O
H
SH
+
Elaborado por Berta Inés Delgado Fajardo
NH2
N
N
O
N
N
H
O
O P O P OH
O
OH
OH
CH3
OH
CH3
NH
NH
HO
O
O
OH
HO
NH2
N
N
H
O
N
Adenina
N
O
OH
CH3
OH
HO
OH
-
Ribosa
-
OH
Fosfato-Fosfato
CH3
-
Coenzima A (CoA SH)
NH
NH
O P O P O
O
O
O
Pantoteina
H
SH
H
SH