T13-qui

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  • Words: 2,401
  • Pages: 75
Mg. Helda C. Del Castillo C. Química Biológica 2007

1

. Acidos carboxílicos y sus derivados. Sales, haluros de ácido, ésteres. Anhídridos de ácido. Propiedades físicas, obtención. Reacciones funcionales. Importancia y aplicaciones

2

Acidos carboxílicos 1.- Introducción Los ácidos carboxílicos son compuestos muy comunes en la naturaleza. Aparte del agua, el ácido acético (etanoico) es el principal componente del vinagre

Las hormigas (del latín formica) producen una gran cantidad de ácido fórmico (metanoico), que les sirve como sustancia urticante de defensa

3

Ácidos carboxílicos en productos naturales

ACIDO MÁLICO (Varias frutas)

Biotina Fijación de CO2

ACIDO PIRÚVICO (Un metabolito intermedfiario)

NIACINA (Una vitamina)

ACIDO ABIÉTICO (Resina de pino)

ACIDO CÍTRICO (Frutas cítricas)

ACIDO CÓLICO (Sal biliar)) 4

Los ácidos orgánicos (RCOOH ) : 

El grupo funcional de un ácido carboxílico es el grupo carboxilo, llamado así porque está formado por un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo.

5



A continuación se incluye una estructura de Lewis para el grupo carboxilo y también tres representaciones del mismo:

6

2.- Propiedades físicas: 





Casi todas las propiedades de los ácidos orgánicos son el resultado de la estructura del grupo carboxilo. Un grupo carboxilo tiene un doble enlace con el oxígeno y un grupo -OH unido a un átomo de carbono. Estos grupos y el grupo R se distribuyen simétricamente en un plano alrededor del átomo de carbono central. 7



Puesto que el átomo de oxígeno es más electronegativo que el átomo de carbono, cada enlace carbono-oxígeno en el grupo carboxilo es polar. Cada átomo de oxígeno tiene una carga parcialmente negativa, y el átomo de carbono tiene una carga parcialmente positiva. 8

2.- Propiedades físicas: 1.-Altamente polares, por la presencia del grupo carboxilo. 2.-Punto de ebullición influído por la formación de puentes de hidrógeno inter e intramoleculares.

3.-Totalmente solubles en agua hasta C4. Disminución radical, en función del tamaño de la cadena unida al grupo –COOH.

9

Los puentes de hidrógeno en los ácidos carboxílicos:

La capacidad de formación de los puentes de H delos compuestos carboxílicos tiene gran importancia en los medios biológicos.

10

Propiedades fisicas Puente de hidrógeno intermolecular.

δH δ+O R C O H

O δ+ C R O δ-

En el estado sólido y líquido existen como dímeros. Pf mucho mayor que el de los alcoholes correspondientes. 11

PUENTE DE HIDROGENO (S)

12

Fórmula

IUPAC Nombre

Masa Molecular

Punto Ebullición

Solubilidad en agua

CH3(CH2)2CO2H

Ácido butanoico

88

164 ºC

muy soluble

CH3(CH2)4OH

1-pentanol

88

138 ºC

poco soluble

CH3(CH2)3CHO

pentanal

86

103 ºC

poco soluble

CH3CO2C2H5

Etanoato de etilo

88

77 ºC

moderadamente soluble

CH3CH2CO2CH3

Propanoato de metilo

88

80 ºC

poco soluble

CH3(CH2)2CONH2

Butanamida

87

216 ºC

soluble

CH3CON(CH3)2

N,N-dimetilletanamida

87

165 ºC

muy soluble

CH3(CH2)4NH2

1-aminobutano

87

103 ºC

muy soluble

CH3(CH2)3CN

pentanonitrilo

83

140 ºC

poco soluble

CH3(CH2)4CH3

hexano

86

69 ºC

insoluble 13

Formula

Nombre común

Fuente

IUPAC Nombre

Punto fusión

Punto ebullición

HCO2H

Ácido fórmico

Hormiga (L. formica)

Ácido metanoico

8.4 ºC

101 ºC

CH3CO2H

Ácido acetico

vinagre (L. acetum)

Ácido etanoico

16.6 ºC

118 ºC

CH3CH2CO2H

Ácido propionico

leche (Gk. protus prion)

Ácido propanoico

-20.8 ºC

141 ºC

CH3(CH2)2CO2H

Ácido butírico

mantequilla (L. butyrum)

Ácido butanoico

-5.5 ºC

164 ºC

CH3(CH2)3CO2H

Ácido valérico

Valeriana raiz

Ácido pentanoico

-34.5 ºC

186 ºC

CH3(CH2)4CO2H

Ácido caproico

cabras (L. caper)

Ácido hexanoico

-4.0 ºC

205 ºC

CH3(CH2)5CO2H

Ácido enántico

vid (Gk. oenanthe)

Ácido heptanoico

-7.5 ºC

223 ºC

CH3(CH2)6CO2H

Ácido caprílico

cabras (L. caper)

Ácido octanoico

16.3 ºC

239 ºC

CH3(CH2)7CO2H

Ácido pelargónico

pelargonium (hierba)

Ácido nonanoico

12.0 ºC

253 ºC

CH3(CH2)8CO2H

Ácido cáprico

cabras (L. caper)

Ácido decanoico

31.0 ºC

219 ºC

14

Saturados Fórmula

ÁCIDOS GRASOS

Nombre Común

Punto Fusión

CH3(CH2)10CO2H

Ácido láurico

45 ºC

CH3(CH2)12CO2H

Ácido mirístico

55 ºC

CH3(CH2)14CO2H

Ácido palmítico

63 ºC

CH3(CH2)16CO2H

Ácido esteárico

69 ºC

CH3(CH2)18CO2H

Ácido araquídico

76 ºC

Insaturados Nombre Común

Fórmula

Punto Fusión

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7CO2H

Ácido palmitoleico

0 ºC

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H

Ácido oleico

13 ºC

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2H

Ácido linoleico

-5 ºC

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7C O2H

Ácido linolénico

-11 ºC

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2CO2H

Ácido araquidónico

-49 ºC

15

3.- Acidez de los ácidos carboxílicos Los ácidos carboxílicos son un millón de veces más ácidos que los fenoles, 1011 veces más que el agua, 1014 veces más que los alcoholes, etc. ¿Por qué?.

Compuesto

pKa

RCH3

45

R-NH2

35 25

R-CH2CO-R’

20

R-OH

18

H2O

15

ArOH

10

R-CO2H

4

pKa = -log Ka

16

La ionización del ácido está influenciada por dos factores: - La fuerza del enlace que se rompe - La estabilidad del ión que se forma

17





La acidez de los ácidos orgánicos se explica en términos de la estabilidad del anión que se produce después de que ocurre la ionización. Cuando el ácido carboxílico dona un ion hidrógeno, produce un anión estabilizado por resonancia; este se denomina anión carboxilato:

18

La fortaleza de un ácido está relacionada con la estabilidad de su base conjugada

Resonancia entre dos formas idénticas Alojamiento de la carga negativa en un átomo electronegativo como el oxígeno Deslocalización electrónica por medio de un sistema π que se extiende entre los dos oxígenos y el carbono 19

Aclarando….. 

 



La resonancia se produce cuando se deslocalizan los electrones de una molécula. Si una molécula presenta resonancia, el enlace real dentro de dicha molécula se representa mejor por el promedio de todas las estructuras de resonancia. Todos los enlaces son intermedios entre simples y dobles. A mayor número de formas resonantes mayor estabilidad. Para el anión carboxilato, la mejor representación es la siguiente:

20

Efecto del sustituyente O G < C O

Ka

O G > C O CH3CO2H ClCH2CO2H Cl2CHCO2H Cl3CCO2H 1.76x10-5 136x10-5 5530x10-5 23200x10-5

Ka

HCO2H 17.7x10-5

CH3CO2H 1.76x10-5

CH3CH2CH2CO2H 1.52x10-5

Los grupos que retiran electrones, AUMENTAN LA ACIDEZ. Los grupos que ceden electrones DISMINUYEN LA ACIDEZ. 21



Efecto inductivo:

“Desplazamiento parcial del par electrónico en enlace sencillo “σ” hacia el átomo más electronegativo provocando fracciones de carga”. –I : Grupos que retiran electrones. Ejemplos: –NO2, – COOH, – X (halógeno), –OH... +I : Grupos que aportan electrones. Ejemplos: –CH3, –CH2–CH3, –C(CH3), –COO–, –O–...



Se transmite a lo largo de la cadena a enlaces adyacentes, aunque cada vez más débilmente. 22

Variación en la acidez de los ácidos carboxílicos La cadena carbonada disminuye la acidez de los ácidos carboxílicos debido al efecto dador de electrones de los grupos alquilo

pKa HCOOH

3.75

CH3COOH

4.76

CH3CH2COOH

CH3CH2CH2CO OH

4.87 4.82

El ión acetato es menos estable que el formiato, en consecuencia, el ácido acético es más débil que el fórmico

pKa CH3COOH

CH2ClCOOH CHCl2COOH CCl3COOH

4.76 2.86 1.29 0.65

La presencia de átomos electronegativos en la cadena carbonada aumenta la acidez del ácido por deslocalización de la carga negativa del ión carboxilato

23

pKa

CH2FCOOH

CH2ClCOOH

CH2BrCOOH CH2ICOOH

2.66 2.86 2.90 3.17

pKa

CH3CH2CH2COOH

CH3CH2CHClCOOH CH3CHClCH2COOH

CH2ClCH2CH2COOH

Cuanto más electronegativo es el halógeno más fuerte es el ácido

4.82 2.84

El efecto del halógeno es muy significativo si se une al carbono adyacente al grupo carboxílico. Su efecto en carbonos más lejanos es muy poco significativo

4.06 4.52

24

Ejercicio : Justifica basándote en el efecto inductivo la mayor acidez de los derivados clorados del ácido acético. 



El ácido tricloro-acetico será el más ácido pues los tres átomos de cloro producen un efecto “–I” (tiran de la nube electrónica) y provocan una alta “δ+” en el átomo de carbono del grupo carboxilo (COOH). El O del OH debe suministrarle parte de sus electrones y se rompe con mayor Efecto Inductivo en el facilidad el enlace más polarizaácido tricloroacético do (OH). Después vendrá el ácido dicloro-acético y el menos ácido será el ácido cloro acético. 25

4.- Preparación de ácidos carboxílicos 4.1.-Oxidacion de alcoholes primarios o de aldehídos :

RCH2OH

KMnO4

(CH3)2CHCH2OH

KMnO4

RCO2H

(CH3)2CHCO2H

26

4.2.-Oxidacion de arenos

Ar-R

KMnO4 o K2Cr2O7

ArCO2H

CO2H

CH2CH2CH2CH3 Q KMnO4

+ CO2

27

Oxidacion de arenos CH3

CO2 H Q KMnO4

CH3

p-xileno

CO2 H

Acido terftalico

28

4.3.- Carboxilación de compuestos organometálicos Un método muy directo de preparar un ácido carboxílico, añadiendo un átomo de carbono más a la molécula, es hacer reaccionar un compuesto organometálico con dióxido de carbono. •Reactivos de Grignard

•Reactivos organolíticos

El carbono unido al metal, muy rico en electrones debido a la baja electronegatividad de éste último, ataca al carbono del dióxido, muy pobre en electrones al estar unido a dos oxígenos más electronegativos que él. 29

Carboxilacion de reactivos de Grignard H 3C Mg H3C C Cl H 3C

H 3C H3C C MgCl H 3C

i) CO2 ii) H+

H 3C H3C C CO2H H 3C

Acido 2,2-dimetilpropanoico

30

Ejemplos de síntesis de ácidos carboxílicos a traves de organometálicos

31

4.4.- Hidrólisis de derivados de ácido •Cloruros de ácido

•Anhídridos

•Ésteres

•Amidas 32

5.- Reactividad de ácidos carboxílicos •5.1.-Reducción a aldehídos

El hidruro de diisobutilaluminio, menos reactivo que el hidruro de litio y aluminio, reduce el grupo carboxilo parcialmente y la reducción se detiene en el aldehído.

5.2.- Reducción a alcoholes

reactivos

LiALH4 / éter BH3 / THF

Para reducir un grupo carboxilato a alcohol se necesitan reductores más enérgicos. Hay que tener precaución si la molécula posee otros grupos funcionales ya que algunos de ellos pueden reducirse. THF = Tetrahidrofurano 33

5.3.- Sustitución del grupo hidroxilo Ejemplos de sustitución del grupo hidroxilo Formación de haluros de ácido

Formación de amidas

Formación de anhidridos

Formación de ésteres 34

Derivados de ácidos carboxílicos 1.-Esteres 2.-Halogenuros de acilo. 3.-Anhidridos

35

36

1.-ESTERES 







Los ésteres (RCOOR´) están compuestos de dos partes, el componente del ácido precursor y el componente del alcohol precursor. Los ésteres tienen puntos de ebullición inferiores a los de los ácidos correspondientes puesto que no pueden donar enlaces de hidrógeno. Pueden aceptar enlaces de hidrógeno de los solventes polares; por lo tanto, los de baja masa molecular son solubles en agua y en otros solventes polares. Los ésteres tienen olores frutales agradables y se utilizan como aromatizantes. Si la reacción de hidrólisis de un éster se lleva a cabo en una solución básica, se denomina reacción de saponificación, es decir, una reacción de formación de jabón. Los ésteres se encuentran en el mundo natural. Muchos aditivos de alimentos son ésteres, incluyendo los aromatizantes y los preservativos. Los ésteres del ácido salicílico se utilizan en medicina. El ácido acetil salicílico o aspirina es droga analgésica más utilizada en el mundo. 37

38

Reacción general:

39



Ejemplo: CH3–CH2–COOH + CH3OH



CH3–CH2–COO–CH3 + H2O



propanoato de metilo

40

41

42

43

44

Halogenuros de acilo 



Los halogenuros de acilo, que también se llaman halogenuros de ácido, se nombran de acuerdo con el sistema UIPAC y también en el sistema común, substituyendo la palabra ácido por la palabra halogenuro, según el halógeno correspondiente, y cambiando la terminación ico del ácido por ilo. La posición de los substituyentes se indica en igual forma que en el caso de los ácido; en el sistema de la IUPAC se emplean números y en el sistema común, letras

45

46

2.-Halogenuros de acilo

47

4.1. Síntesis de cloruros de ácido

48

Anhidridos de ácido

49

Anhidridos 

 

 

Los anhídridos se forman a partir de dos moles de un ácido carboxílico por eliminación de una molécula de agua. Los anhídridos cíclicos se forman a partir de ciertos ácidos dicarboxílicos a través del cierre interno del anillo y la pérdida de agua. NOMENCLATURA. Los anhídridos forman su nombre al tomar ya sea el nombre común o el del sistema UIQPA del ácido o diácido y al cambiar la denominación ácido a anhídrido. Casi siempre se emplea el nombre común. ESTRUCTURA. (Ar- ) R - C - O - C - R (-Ar) ó (Ar) R COOCOR (Ar) 50

anhidridos de ácido

Es necesario una base no nucleófila como la piridina Ejemplo:

51

Nomenclatura de Acidos Carboxílicos. Atomos involucrados

Suffijo Prefijo

Acido -oico carboxi

Posición en la cadena

Solo al final de la cadena

Nombre de la familia

Acidos carboxílicos 52

Notas: Se nombran cambiando la terminación o de los alcanos por la terminacion oico  En este caso el nombre de la IUPAC para este tipo de compuestos contiene dos palabras el prefijo ácido y el sufijo -oico.  El grupo carbonilo siempre se va a encontrar al final de la cadena por lo que el número localizados no es necesario.. 

53

Estructura

Nombre de la IUPAC y nombre común Acido metanoico (Acido fórmico ) Acido etanoico (Acido acético ) Acido octanoico Acido(cis)-2-hexenoico

54

Acido 6-metilheptanoico

Acido 3-cloropentanoico

Acido hexanodioico

Acido 6-hidroxi-4oxononanoico 55

Acidos carboxílicos saturados 

Fórmula

IUPAC

Nombre común

.

           

H-COOH CH3-COOH CH3-(CH2)2-COOH CH3-(CH2)3-COOH CH3-(CH2)4-COOH CH3-(CH2)6-COOH CH3-(CH2)8-COOH CH3-(CH2)10-COOH CH3-(CH2)12-COOH CH3-(CH2)14-COOH CH3-(CH2)16-COOH CH3-(CH2)18-COOH

ácido metanoico ácido etanoico ácido butanoico ácido pentanoico ácido hexanoico ácido octanoico ácido decanoico ácido dodecanoico ácido tetradecanoico ácido hexadecanoico ácido octadecanoico ácido eicosanoico

ácido fórmico ácido acético ácido butírico ácido valérico ácido caproico cido caprílico ácido cáprico ácido láurico ácido mirístico ácido palmítico ácido esteárico ácido araquídico

56

Acidos dicarboxílicos Fórmula         

HOOC-COOH HOOC-CH2-COOH HOOC-(CH2)2-COOH HOOC-(CH2)3-COOH HOOC-(CH2)4-COOH HOOC-(CH2)5-COOH HOOC-(CH2)6-COOH HOOC-(CH2)7-COOH HOOC-(CH2)8-COOH

N. común oxálico malónico succínico glutárico adípico pimélico subérico azelaico sebásico

57

58

59

Nomenclatura δ γ β α C C C C O H

O

CH3CH2CHCO2H NH2

Acido α-aminobutirico

60

Nomenclatura CH3CHCO2H αOH hidroxipropionico o

acido lactico H 3C CHCH2CH2CO2H H 3C

Acido isocaproico

61

62

Acidos aromaticos Br

CO2H Acido p-bromobenzoico

CH3 CO2H Acido m-toluico

63

64

65

66

Nomenclatura de ésteres 

Atomos Involucrados

Suffijos

-oato

Prefijos

-

Posición en la cadena

Solo al final

Fórmula General

CnH2nO2

Nombre de la familia

ester 67

Se cambia la terminación o de los alcanos por la teminación -oato de los ésteres..  El caso de los ésteres consiste en dos cadenas separadas por un oxígeno. Cada una de estas cadenas debe de nombrarse por separado y el nombre de los ésteres siempre consiste en dos palabras separadas del tipo alcanoato de alquilo. 

68

Estructura

Nombre de la IUPAC 

Metanoato de metilo



Metanoato de etilo



Etanoato de metilo

69

hexanoato de etilo

etanoato de ciclohexilo

3-metilpentanoato de 2butilo

70

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Nomenclatua de halogenuros de acilo 

Grupo Funcional R-(C=O)X(X=Cl, Br)

Nomenclatura haluro de .......-oilo

EJEMPLO:

Cloruro de butanoilo 72

Nomenclatura de anhidridos. 

R-(C=O)O(C=O)R‘ Grupo funcional

anhídrido ......-oico

EJEMPLO: Anhídrido butanoico 73

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