UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

“CURSO DE QUIMICA II”

ACIDOS CARBOXÍLICOSREACCIONES QUIMICAS

Ing. Lucía Suni Torres

REACCIONES QUIMICAS

O Los ácidos carboxílicos sufren muchas reacciones químicas dando diferentes productos y derivados, que presentan gran importancia en la síntesis de compuestos orgánicos.

1. REACCIONES CON SOCl2(Síntesis de cloruros de ácido)

Los cloruros de ácido se preparan mediante la reacción de los ácidos carboxílicos con SOCl2 (un cloruro de ácido del ácido sulfuroso llamado cloruro de tionilo).

CH3COOH +SOCl2 → CH3COCl + SO2 + HCl

Mecanismo de reacción

2. REACCIONES DE REDUCCIÓN A ALCOHOLES

Los ácidos carboxílicos se pueden reducir a aldehídos previa transformación en cloruro de ácido y alcoholes primarios mediante el empleo de hidruros.

CH3COOH CH3CH2OH Ácido etanoico Etanol Ácido carboxílico Alcohol

Ácido carboxílico Aldehído

3. REACCIONES DE ESTERIFICACIÓN

La reacción de un ácido carboxílico con un alcohol da lugar a un éster, siendo una reacción catalizada por ácido, pero que tiene el inconveniente de que se trata de un equilibrio que se desplaza hacia la formación de éster eliminando agua del sistema de reacción. Se puede conseguir un mejor rendimiento en la producción de ésteres transformando el ácido en un cloruro de ácido que es más reactivo, y luego hacerlo reaccionar con el alcohol.

Acido carboxílico Alcohol Éster

CH3COOH + CH3OH → CH3COOCH3 + H2O Ácido etanoíco metanol etanoato de metílo Ácido acético acetato de metílo

Ácido carboxílico Cloruro de ácido Alcohol ÉsterÁcido propanoíco etanol propanoato de etilo

DERIVADOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

Los cloruros de ácido, que son los derivados de ácido más reactivos, se pueden convertir fácilmente en los otros derivados de ácido menos reactivos. A continuación se indica gráficamente las transformaciones de los cloruros de ácido en los otros derivados de ácido.

1. CLORUROS DE ACIDOS

Los haluros de ácidos (halogenuros de ácidos) son compuestos que derivan de los ácidos carboxílicos en donde la porción OH del grupo carboxilo se reemplaza con un átomo de halógeno (F, Cl, Br, I), siendo los más importantes los cloruros de acilo. Su formula general es:

R – CO.X

Los cloruros de ácido se preparan mediante la reacción de los ácidos carboxílicos con PCl5 (un cloruro de ácido del ácido fosfórico), PCl3 (un cloruro de ácido del ácido fosforoso) o con SOCl2 (un cloruro de ácido del ácido sulfuroso).

NOMENCLATURA

Para nombrar los halogenuros de ácidos se escribe el halógeno con terminación uro seguido de la preposición de y después el nombre del ácido

carboxílico cambiando la terminación oico por ilo. Si presenta algún sustituyente se seguirán las recomendaciones seguidas en temas anteriores.

O H - COCl        Cloruro de metanoilo

O CH3 - CH2 - COCl       Cloruro de propanoilo

O CH3 - CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCl        Cloruro de heptanoilo

O CH3 - CH2 - CH2 - CH2- CH2- CH2- CH2- CH2- CH2-COCl        Cloruro de decanoilo

PROPIEDADES FÍSICAS

O Los cloruros de ácidos se presentan en estado líquido, de característica irritantes.

O Al carecer de la habilidad para formar enlaces de hidrógeno, los cloruros de ácido tienen puntos de ebullición y fusión menores que los ácidos carboxílicos similares. Por ejemplo, el ácido acético hierve a 118 °C, mientras que el cloruro de acetilo hierve a 51 °C. Como muchos compuestos carbonílicos, la espectroscopia infrarroja revela una banda cerca a 1750 cm−1.

REACCIONES QUÍMICAS

Los halogenuros de ácido dan las típicas reacciones de sustitución nucleofílica de los derivados de ácido.

Las reacciones químicas más comunes que se llevan a cabo son:

Hidrólisis Alcohólisis Aminólisis

1. HIDRÓLISISLa hidrólisis convierte al cloruro de ácido en ácido carboxílico.Esta reacción es un ejemplo típico del tipo de reacciones de sustitución nucleófila acílica mediante el mecanismo de adición-eliminación.

CH3CH2CH2COCl + H2O → CH3CH2CH2COOH + HCl

Cloruro de butanoílo Ácido butanoíco Cloruro de ácido ácido carboxílico

2. ALCOHÓLISISLa alcohólisis convierte al cloruro de ácido en ésteres mediante reacción del cloruro de ácido con un alcohol.

CH3CH2COCl + CH3OH → CH3CH2COOCH3 + HClCloruro de propanoílo metanol propanoato de metílo

Cloruro de ácido Éster

3. AMINÓLISISLa aminólisis convierte al cloruro de ácido en amidas mediante reacción del cloruro de ácido con amoniaco.Las aminas primarias, secundarias y el amoníaco reaccionan con los cloruros de acilo para dar una amida más cloruro de hidrógeno. El último, puede ser neutralizado con una base o exceso de amina. En el mecanismo podemos ver que en la última etapa, el nitrógeno pierde un protón resultando la amida, por esto mismo, las aminas terciarias no forman amidas con cloruros de acilo

CH3CH2COCl + 2NH3 → CH3CH2CONH2 + NH4

+Cl-

Cloruro de propanoílo amoníaco propanamida cloruro de amonioCloruro de ácido amida primaria

2. ÉSTERES

O Los ácidos carboxílicos reaccionan con alcoholes, en presencia de un catalizador ácido, formando ésteres y agua (reacción de esterificación de Fischer).

O Las reacciones de esterificación se efectúan bajo catálisis ácida, puesto que en ausencia de ácidos fuertes estas reacciones proceden de forma muy lenta. Si está presente una cantidad catalítica de ácido el equilibrio se alcanza al cabo de unas horas, calentando a reflujo una mezcla del ácido carboxílico y del alcohol. Para desplazar el equilibrio hacia la formación del éster se añade un exceso del ácido carboxílico o del alcohol. También se puede aumentar la proporción de éster en el equilibrio eliminando el agua formada en la reacción.

Mecanismo de reacción

NOMENCLATURA

PROPIEDADES FÍSICASO Aislantes eléctricos en fusión y en disolución.O Baja temperatura de fusión y ebullición que crece

con la masa molar. Las propiedades físicas y químicas de los ésteres de bajo peso molecular corresponden, en general, a una combinación de las propiedades de los dos grupos.

O Al aumentar el peso molecular, la parte de hidrocarburo de la molécula tiene un efecto preponderante sobre las funciones oxigenadas, razón por la cual los ésteres superiores son ceras sólidas, blandas e insolubles en agua.

O Según la longitud de la cadena hidrocarbonada serán más o menos solubles en agua y más o menos solubles en disolventes orgánicos (hexano, éter, benceno, acetona...).

O ·       ·     

O A causa del número elevado de ácidos y alcoholes que pueden utilizarse en la reacción de esterificación, se han preparado y estudiado miles de ésteres, desde el más sencillo (HCOOCH3, formiato de metilo), hasta los compuestos de peso molecular más elevado que contienen 30 o más átomos de carbono en ambas partes de la molécula.

O La mayoría de los ésteres dispone de algún olor. Puede ser agradable o también muy desagradable. Ejemplo: butanoato de metilo: olor a piña; octanoato de heptilo: olor a frambuesa; etanoato de isopentilo: olor a plátano; pentanoato de pentilo: olor a manzana; butanoato de pentilo: olor a pera; etanoato de octilo: olor a naranja.

O  Los ésteres tienen una densidad menor que el agua.O Los ésteres son más polares que éteres pero menos

polar que los alcoholes.

O Participan en los puentes de hidrógeno como aceptores y no pueden participar como donadores (los alcoholes lo tienen al contrario). Gracias a esto, los ésteres no se unen entre sí. Como resultado, son más volátiles que los ácidos carboxílicos que tienen el peso molecular similar.

O Los ésteres también participan en la hidrolisis esterárica la ruptura de un éster por agua. Los ésteres también pueden ser descompuestos por ácidos o bases fuertes. Como resultado, se descomponen en un alcohol y un ácido carboxílico, o una sal de un ácido carboxílico.

REACCIONES QUIMICAS

1. HIDRÓLISISO Los ésteres se pueden hidrolizar no solo en

medio ácido, sino también en medio básico. El proceso de hidrólisis básica de los ésteres se denomina saponificación.

O Esta reacción, al contrario que el proceso de

esterificación de Fischer, es irreversible.

A. Hidrólisis ácida

B- hidrólisis básica: saponificación (jabón)

O El término saponificación proviene del latín saponis que significa jabón. El jabón se fabrica por hidrólisis básica de las grasas, que son ésteres de la glicerina con ácidos carboxílicos de cadena larga (ácidos grasos). Cuando se hidroliza la grasa con NaOH, se obtiene glicerina (propanotriol) y las correspondientes sales sódicas de los

O ácidos carboxílicos de cadena larga. Estas sales son lo que conocemos como jabón.

2. TRANSESTERIFICACIÓNLos ésteres reaccionan con alcoholes en medios ácidos reemplazando su grupo alcoxi por el alcohol correspondiente, como puede observarse en la siguiente reacción. Esta reacción se denomina transesterificación.

Éster alcohol éster alcohol

3. AMINÓLISISEl tratamiento de un éster con amoniaco, generalmente en solución de alcohol etílico, da la amida. Esta reacción involucra un ataque nucleofílico mediante una base, el amoniaco, sobre el carbono deficiente en electrones; el grupo alcoxi -OR’, se reemplaza por –NH2.

Éster Amida 

RCOOR’ + NH3R-CO-NH2 + R’OH

Butanoato de metilo amoniaco butanamida metanol

CH3 O

O

CH3

CH3 NH2

O

CH3 OH+ NH3

éter