Compuestos Orgánicos oxigenados

1. Ácidos Carboxílicos

2. 2
Introducción
 El grupo funcional de los ácidos carboxílicos consiste de
un C═O con —OH enlazado al mismo carbón.
 El grupo Carboxilo generalmente se escribe de la
siguiente manera: —COOH.
 Ácidos Alifáticos tienen un grupo alquílico enlazado al —
COOH. Los ácidos aromáticos tienen un grupo arílico
unido al —COOH.
 Los ácidos grasos son ácidos alifáticos con una cadena
larga.
 Los ácidos carboxílicos forman numerosos derivados
importantes, entre ellos los ésteres, amidas, etc.

3. 3
Nombres Comunes
 Muchos ácidos alifáticos tienen nombres históricos.
 La posición de los sustituyentes en la cadena se
especifican con letras griegas.
 Observe que las letras comienzan con el átomo de
carbono siguiente al carbono del grupo carboxilo, el
carbono α.

4. Nombres Comunes
 El ácido fórmico se extrajo de las hormigas.
 El ácido acético se aisló del vinagre.
 El ácido propiónico fue considerado el primer ácido
graso.
 El ácido butírico resulta de la oxidación del
butiraldehído, el sabor principal de la mantequilla.
 Los ácidos caproico, caprílico y cáprico se encuentran
en las secreciones de la piel de las cabras.

5. Nombres IUPAC
 Se añade a la “o” final del nombre del alcano por la terminación
“ico” y se antepone la palabra ácido.
 El C del grupo carboxilo es el C #1.
 Al nombrarlos, el grupo carboxilo tiene prioridad sobre
cualquiera de los otros grupos funcionales que hemos
explicado.

6. Nombres comunes y IUPAC
Formula Nombre común Fuente IUPAC Nombre
HCO2H Ácido fórmico Hormiga (L. formica) Ácido metanoico
CH3CO2H Ácido acetico Vinagre (L. acetum) Ácido etanoico
CH3CH2CO2H Ácido propionico
Leche (Gk. protus
prion)
Ácido propanoico
CH3(CH2)2CO2H Ácido butírico
Mantequilla (L.
butyrum)
Ácido butanoico
CH3(CH2)3CO2H Ácido valérico Valeriana raiz Ácido pentanoico
CH3(CH2)4CO2H Ácido caproico Cabras (L. caper) Ácido hexanoico
CH3(CH2)5CO2H Ácido enántico Vid (Gk. oenanthe) Ácido heptanoico
CH3(CH2)6CO2H Ácido caprílico Cabras (L. caper) Ácido octanoico
CH3(CH2)7CO2H Ácido pelargónico Pelargonium (hierba) Ácido nonanoico
CH3(CH2)8CO2H Ácido cáprico Cabras (L. caper) Ácido decanoico

7. Ácidos Insaturados
 Paso 1 y 2 igual. Un número proporciona la ubicación del
enlace doble.
 Los términos estereoquímicos cis y trans (Z y E) se usan como
se encuentran en los otros alquenos.
 Los cicloalcanos con sustituyentes -COOH se nombran por lo
general como ácidos cicloalcanocarboxílicos.

8. Isómeros Geométricos
 Son estereoisomeros que no pueden convertirse uno
en otro sin que se rompa un enlace química, esto se
presentan en pares.
 La isomería cis-trans o geométrica es debida a la
rotación restringida entorno a un enlace carbono-
carbono, debida a la presencia de dobles enlaces o
ciclos.

9. Isómeros Geométricos
ISOMERO CIS
 Significa que dos átomos en particulares son adyacentes que
están del mismo lado del doble enlace o en la misma cara
ISOMERO TRANS
 Cuando dos grupos de 2 átomos existen de lado opuesto de la
formula estructural

10. 10
Ácidos Aromáticos
 Se nombran como derivados de ácido benzoico.
 Se usan los prefijos orto-, meta- y para- para
especificar la posición del segundo sustituyente.
 Si hay más de dos sustituyentes se usan números.
 Muchos ácidos aromáticos tienen nombres
históricos que no están relacionados con sus
estructuras.

11. 11
Ácidos Dicarboxílicos
 Diácidos Alifáticos generalmente se
nombran usando nomenclatura común.
Estructura Nombre IUPAC Nombre común
HOOC-COOH Ácido etanodioico Ácido oxálico
HOOCCH2COOH Ácido propanodioico Ácido malónico
HOOC(CH2)2COOH Ácido butanodioico Acido succínico
HOOC(CH2)3COOH Ácido pentanodioico Acido glutárico
HOOC(CH2)4COOH Ácido hexanodioico Acido adípico
Acido 1,2-
bencenodicarboxílico Ácido ftálico
C
C
O
OH
O
OH

12. Ácidos Dicarboxílicos
 En los ácidos dicarboxílicos sustituidos se
proporcionan los nombres comunes
usando letras griegas, de igual manera
que en los ácidos carboxílicos sencillos.
Ácido 3-bromohexanodioico
Ácido -bromoadipico
HOOCCH2CHCH2CH2COOH
Br

13. 13
Ácidos Dicarboxílicos
 Los compuestos bencenoides con dos
grupos carboxilos se nombran como
ácidos ftálicos.
 El ácido ftálico en sí es el isómero orto. El
isómero meta se llama ácido isoftálico y al
isómero para se llama ácido tereftálico.

14. 14
Ácidos Dicarboxílicos
según IUPAC
 Los ácidos dicarboxilicos alifáticos se inicia con
la palabra ácido y adicionando el sufijo -dioico
del alcano precursor.
 Para los ácidos dicarboxilicos de cadena lineal,
el nombre del alcano precursor se determina
usando la cadena continua más larga que
contiene ambos grupos carboxilo.

15. 15
Ácidos Dicarboxílicos
según IUPAC
 La cadena se numera comenzando con el
átomo de carbono del carboxilo que esté más
cercano a los sustituyentes.

16. 16
Estructura y propiedades físicas
de los ácidos carboxílicos
 El C sp2 del carbonilo es trigonal planar.
 El enlace O—H también está en el mismo plano,
eclipsado con el C═O.
 El ángulo C—O—H es de 106°.
Estructura de Acido Fórmico

17.  El átomo de Carbono tiene una hibridación sp2 en el
grupo carbonilo, para formar 3 orbitales híbridos, que
se disponen en un plano formando ángulos de 120º.
 A los enlaces simples se les conoce como enlaces
sigma (σ) y los enlaces dobles están compuestos por
un enlace sigma y un enlace pi (π).
Geometría trigonal planar

18. 18
Puntos de Ebullición
 Los ácidos carboxílicos tienen puntos de
ebullición más altos que los alcoholes,
cetonas y aldehídos de masa moleculares
similares debido a la formación de dímeros
por Puentes de Hidrógeno.

19. 19
Puntos de Ebullición
 El dímero contiene un anillo de ocho
miembros unido por dos enlaces por puente
de hidrógeno, duplicando con eficacia la
masa molecular de las moléculas salientes
de la fase líquida.

20. O
OH
O
OH
O
OH
Ac. Esteárico
Ac. Oleico
Ac. Linoleico
72o
16o
-5o
Puntos de Fusión
 Ácidos alifáticos con más de 8 Carbonos son sólidos a
temperatura ambiente, a menos que tengan enlaces
dobles.
 Los dobles enlaces (especialmente los cis) bajan los
puntos de fusión, impiden la formación de una red
cristalina estable. Los siguientes ácidos tienen 18 C:
p.f.

21. Formula IUPAC Nombre Punto fusión Punto ebullición
HCO2H Ácido metanoico 8.4 ºC 101 ºC
CH3CO2H Ácido etanoico 16.6 ºC 118 ºC
CH3CH2CO2H Ácido propanoico -20.8 ºC 141 ºC
CH3(CH2)2CO2H Ácido butanoico -5.5 ºC 164 ºC
CH3(CH2)3CO2H Ácido pentanoico -34.5 ºC 186 ºC
CH3(CH2)4CO2H Ácido hexanoico -4.0 ºC 205 ºC
CH3(CH2)5CO2H Ácido heptanoico -7.5 ºC 223 ºC
CH3(CH2)6CO2H Ácido octanoico 16.3 ºC 239 ºC
CH3(CH2)7CO2H Ácido nonanoico 12.0 ºC 253 ºC
CH3(CH2)8CO2H Ácido decanoico 31.0 ºC 219 ºC

22. 22
Solubilidad
 La solubilidad en agua disminuye con la
longitud de la cadena, ácidos con mas de 10
átomos de C son casi insolubles.
 Hasta 4 Carbonos, los ácidos son miscibles en
agua.
 Son muy solubles en alcoholes por la
formación de enlaces puentes de hidrogeno.
 Tb. son solubles en solventes poco polares
como CHCl3.

23. Acidez de Ácidos Carboxílicos
 La constante de equilibrio Ka para esta reacción se llama
constante de disociación del ácido.
 El pKa de un ácido es el logaritmo negativo de la Ka y
usamos por lo regular el pKa como una indicación de la
acidez relativa de los diferentes ácidos.
ion carboxilato protón

24. Acidez de Ácidos Carboxílicos
Relación entre pKa y pH
 La relación correcta entre pKa y pH es:
A. Ambos son funciones logarítmicas.
B. Ambos son siempre < 7 para ácidos y > 7 para bases.
C. Cuando pH = pKa, el compuesto en cuestión tendrá carga
de +0,5.
D. Cuando pH = pKa, el compuesto ionizable en cuestión (ya
sea ácido o base) estará la mitad protonado y la mitad
desprotonado.
La relación entre pKa y pH está representada
matemáticamente por la ecuación de Henderson-
Hasselbalch:
pH = pKa + log [A-] / [HA]

25. Acidez de Ácidos Carboxílicos

26. Acidos Carboxílicos y Alcoholes
 Los ácidos carboxílicos son más ácidos que los alcoholes debido a
que los iones carboxilato son más estables que los iones alcóxido.
 Un ion carboxilato tiene su carga negativa deslocalizada sobre los
dos átomos de oxígeno, comparado con sólo un átomo de oxígeno
que tiene la carga negativa en un ion alcóxido.
Estabilidad de los
iones carboxilato

27. Ion Acetato
 La carga está deslocalizada uniformemente entre los
dos O aumentando la estabilidad del anión.
 Cada enlace C-O tiene un orden de enlace de 3/2 de
un enlace σ y la mitad de un enlace π.
 Cada átomo de oxígeno tiene la mitad de la carga
negativa.

28. Efecto de Sustituyentes
 Cualquier sustituyente que estabilice el ion carboxilato
con carga negativa estimula la disociación y da como
resultado un ácido más fuerte.
 Los átomos electronegativos potencian la fuerza de un
ácido retirando densidad electrónica del ion
carboxilato.

29. 29
Efecto de Substituyentes

30. Acidos Carboxílicos Aromáticos
 Grupos electroatrayentes aumentan la acidez y grupos
electrodonantes la disminuyen.
 Los efectos son más marcados para los sustituyentes en
posiciones orto y para.
 En los ejemplos, se observa que un sustituyente nitro (atractor de
densidad electrónica) aumenta la fuerza del ácido.
 Un sustituyente metoxi (donador de densidad electrónica) la
disminuye.
efecto más
grande

31. 31

32. Aspirina
 La absorción de muchos fármacos administrados de manera
oral que contienen ácidos carboxílicos depende de sus
valores de pKa.
 Por ejemplo, la aspirina se absorbe en gran medida del
entorno ácido del estómago debido a que está presente
como ácido, el cual pasa con rapidez a través de las
membranas en la sangre.

33. Deprotonación de Ácidos
Carboxílicos
 El ion oxidrilo deprotona al ácido formando el
carboxilato.
 Añadiendo un ácido fuerte se regenera el ácido.
ion oxidrilo
ion carboxilato

34. 34
Deprotonación de Acidos Carboxílicos

35. Nomenclatura de sales de los
ácidos carboxílicos.
 Las sales tienen propiedades muy diferentes a los
ácidos, incluyendo una mayor solubilidad en agua y
menos olor.
 Se nombran de manera similar a las sales
inorgánicas.

36. 36
Propiedades de las Sales
 Generalmente sólidos sin olor.
 Funden a temperaturas altas y con frecuencia se
descomponen antes de sus puntos de fusión.
 Carboxilatos de Na+, K+, Li+ y NH4
+ son solubles
en agua.
 Los jabones son las sales sódicas “solubles” de
ácidos grasos.

37. 37
Propiedades de las Sales
 El jabón en agua "dura" que contiene iones Ca2+,
Mg2+ o Fe, las sales carboxilato insolubles
precipitan.
 Las sales pueden ser formadas por reacción de
un ácido con NaHCO3, liberando CO2.

38. 38
Hidrólisis de grasas y Aceites
• La hidrólisis básica de grasas y aceites produce los
jabones (saponificación).

39. 39
Extracción de Acidos Carboxílicos
 El ácido carboxílico es más soluble en la fase
orgánica, pero la sal es más soluble en la fase
acuosa.

40. 40
Algunos Ácidos Importantes
CH3–COOH:
 Vinagre: Es una disolución acuosa al 5 %,
usado en los alimentos
 Se produce por fermentación de azúcares y
almidones.
 En la industria se usa como solvente,
catalizador y reactivo en otra síntesis.

41. 41
ÁCIDO BENZOICO.
 Utilizado como un componente en medicinas,
conservador de alimentos y materia prima
para síntesis.
 Se obtiene por la oxidación del tolueno con
permanganato de potasio, ácido nítrico u
otros oxidantes fuertes.
C
O
OH

42.  Acido adípico: Nylon 66
 Ácido ftálico: poliésteres
HO
OH
O
O
C
O
OH
O
OH

43. Ejemplos
43
Acido adípico Nylon 66
HO
OH
O
O
hexametilendiamina
C
O
OH
O
OH
Acido phtálico poliéster

44. 44
Síntesis de Acidos
 Oxidación de alcoholes 1rios. y aldehídos
con ácido crómico.
 Rompimiento de un alqueno con KMnO4
caliente (si el alqueno tiene un H en el C del
doble enlace).
 Los alquil bencenos se oxidan a ácido
benzoico con KMnO4 o ácido crómico
caliente.

45. 45
Oxidación de Alcoholes 1rios. a
Acidos Carboxílicos
 H2CrO4 se forma con Na2Cr2O7 y H2SO4.

46. 46
Derivados de Acidos
 El grupo enlazado al grupo acilo
determina el derivado:
 —OH, ácido carboxílico
 —Cl, cloruro de ácido
 —OR’, éster
 —NH2, amida

47. Chapter 20 47
Substitución Acil Nucleofílica

48. 48
Esterificación Fischer
 Reacción de un ácido carboxílico con un alcohol en
medio ácido produce un éster. Es una reacción de
equilibrio.
 Se usa un exceso de alcohol para desplazar el
equilibrio.