Colección completa de información detallada sobre ácidos orgánicos
Introducción, distribución, propiedades, valor, ácidos carboxílicos, clasificación, nomenclatura, estructura, propiedades físicas y propiedades químicas. Los ácidos orgánicos pueden reaccionar con los alcoholes para formar ésteres. El grupo carboxilo es el grupo funcional del ácido carboxílico. A excepción del ácido fórmico (H-COOH), los ácidos carboxílicos pueden considerarse derivados en los que los átomos de hidrógeno de las moléculas de hidrocarburos se reemplazan por grupos carboxilo. Puede representarse mediante la fórmula general (Ar)R-COOH. Los ácidos carboxílicos se encuentran comúnmente en la naturaleza en forma libre o en forma de sales y ésteres. Los derivados en los que los átomos de hidrógeno del grupo hidrocarbonado de la molécula de ácido carboxílico se reemplazan por otros átomos o grupos se denominan ácidos carboxílicos sustituidos. Los ácidos carboxílicos sustituidos importantes incluyen ácidos halogenados, hidroxiácidos, cetoácidos y aminoácidos. Algunos de estos compuestos participan en el metabolismo de animales y plantas, algunos son productos intermedios del metabolismo, algunos tienen una actividad biológica significativa y pueden prevenir y tratar enfermedades, y algunos son materias primas para la síntesis orgánica, la producción industrial y agrícola y la industria farmacéutica. Se distribuye ampliamente en las hojas y raíces de las hierbas medicinales chinas, especialmente en las frutas, como la ciruela de ébano, la Schisandra chinensis, la frambuesa, etc. Los ácidos orgánicos comunes en las plantas incluyen ácidos mono, di y policarboxílicos alifáticos, como el ácido tartárico, el ácido oxálico, el ácido málico, el ácido cítrico, el ácido ascórbico (vitamina C) y los ácidos orgánicos aromáticos, como el ácido benzoico, el ácido salicílico y café. Excepto unos pocos que existen en estado libre, generalmente se combinan con potasio, sodio y calcio para formar sales, y algunos se combinan con alcaloides para formar sales. Los ácidos grasos suelen combinarse con glicerol para formar ésteres o con alcoholes superiores para formar ceras. Algunos ácidos orgánicos son componentes de aceites y resinas volátiles. Los ácidos orgánicos característicos son en su mayoría solubles en agua o etanol y muestran reacciones ácidas obvias, pero son difíciles de disolver en otros disolventes orgánicos. Inestable o no. Cuando se añade una solución de cloruro de calcio, acetato de plomo o hidróxido de bario a una solución acuosa de ácido orgánico, se puede formar un precipitado de sal de calcio, sal de plomo o sal de bario insoluble en agua. Estos métodos se utilizan comúnmente para eliminar ácidos orgánicos de extractos de hierbas. Generalmente se cree que los ácidos orgánicos alifáticos no tienen actividad biológica especial, pero algunos ácidos orgánicos como el ácido tartárico, el ácido cítrico, etc. se utilizan con fines medicinales. También se han informado los efectos combinados del ácido málico, ácido cítrico, ácido tartárico y ácido ascórbico sobre el sistema nervioso central. Algunos ácidos especiales son los ingredientes activos de algunas hierbas medicinales chinas, como el ácido afrodisíaco de la corteza de pino, que tiene efectos antifúngicos. Los derivados del ácido cafeico tienen ciertas actividades biológicas, como el ácido clorogénico, que es un ingrediente activo en muchas hierbas medicinales chinas. Tiene efectos antibacterianos, coleréticos y elevadores de leucocitos. Clasificación de ácidos orgánicos y ácidos carboxílicos El grupo funcional del ácido carboxílico es el grupo carboxilo, que está compuesto por un grupo hidrocarbonado y un grupo carboxilo excepto el ácido fórmico. Según las diferentes estructuras de los hidrocarburos, se pueden dividir en ácidos grasos y ácidos aromáticos. Aquellos cuyos grupos carboxilo están conectados a grupos hidrocarbonados alifáticos se denominan ácidos grasos y se dividen en ácidos grasos éster saturados y ácidos grasos insaturados según el grado de insaturación del grupo hidrocarbonado. Si el grupo hidrocarburo alifático no contiene enlaces insaturados, se llama ácido graso saturado; si el grupo hidrocarburo alifático contiene enlaces insaturados, se llama ácido graso insaturado; El ácido aromático es un ácido con un grupo carboxilo unido a un grupo hidrocarbonado aromático. Los ácidos carboxílicos también se pueden dividir en ácidos monocarboxílicos, ácidos dicarboxílicos y ácidos policarboxílicos según el número de grupos carboxilo contenidos en la molécula. Las moléculas de ácido monocarboxílico contienen grupos carboxílicos; los ácidos dicarboxílicos que contienen dos grupos carboxílicos en la molécula se denominan ácidos carboxílicos; los ácidos carboxílicos que contienen más de dos grupos carboxílicos en la molécula se denominan colectivamente ácidos policarboxílicos. Los ácidos carboxílicos se denominan comúnmente con nombres comunes y nombres sistemáticos. Los nombres comunes a menudo provienen de su fuente, como ácido fórmico (ácido fórmico) que se obtiene al retorcer hormigas y ácido acético (ácido acético) que se obtiene al comer vinagre. Los ácidos grasos superiores como el ácido palmítico, el ácido esteárico, el ácido oleico, el ácido linoleico y el ácido linolénico se obtienen mediante la hidrólisis de ésteres de aceite. La nomenclatura sistemática de los ácidos carboxílicos es similar a la de los aldehídos. 1. Denominación de ácidos grasos monovalentes saturados (1) Seleccione la cadena de carbonos más larga, incluido el grupo carboxilo como cadena principal, y llámela ácido según el número de átomos de carbono en la cadena principal. ⑵Use números arábigos para numerar los átomos de carbono en la cadena principal en secuencia, y las letras griegas también se usan comúnmente. La posición del átomo de carbono conectado directamente al grupo carboxilo se define como α, seguida de B, V, etc. (3) Cuando haya una cadena lateral o un sustituyente, escriba su grado, número y nombre antes de "un ácido". 4. Nomenclatura de los ácidos grasos de poliéster saturados: La denominación de los ácidos grasos de poliéster saturados consiste en elegir como cadena principal la cadena carbonada más larga que contiene dos grupos carboxilo, la cual se denomina ácido monocarboxílico. Por ejemplo: HOOC-COOH ácido oxálico (ácido oxálico) HOOC-ch2ch2-cooh ácido succínico (ácido succínico) 13. Al nombrar ácidos grasos insaturados, elija la cadena de carbono más larga que contenga un grupo carboxilo y un enlace insaturado como cadena principal, y la posición del enlace insaturado se escribe antes de "cierto ácido oleico".
Cuando el número de átomos de carbono en la cadena principal sea mayor que 10, agregue la palabra "carbono" después del número chino. Por ejemplo, la denominación de ácidos aromáticos. Los ácidos aromáticos se denominan con ácidos grasos y grupos de hidrocarburos aromáticos como sustituyentes. Estructura El grupo funcional del ácido carboxílico es el grupo carboxilo, que consta de un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo (-OH). Pero la propiedad del ácido carboxílico no es la adición del grupo carbonilo y el grupo hidroxilo, sino la propiedad del grupo carboxilo en sí. Según la teoría de los orbitales híbridos, el átomo de carbono del grupo carboxilo está hibridado con Sp2. Los tres orbitales híbridos Sp2 del átomo de carbono forman tres enlaces σ con dos átomos de oxígeno, un átomo de carbono hidroxilo o un átomo de hidrógeno respectivamente, y están en el mismo plano. Los orbitales P del átomo de carbono carboxilo que no participan en la hibridación y los orbitales P del átomo de oxígeno del carbonilo se superponen en paralelo desde un lado para formar un enlace ∏. Hay un par de electrones no utilizado en el átomo de oxígeno en el grupo hidroxilo, que puede formar un sistema de yugo P-∏ * * con el enlace ∏. En el sistema de yugo P-∏**, la deslocalización de electrones transfiere la nube de electrones en el átomo de oxígeno hidroxilo al grupo carbonilo, lo que resulta en una disminución en la densidad de la nube de electrones en el átomo de oxígeno hidroxilo y un aumento en la densidad de la nube de electrones. sobre el carbono carbonilo. Por lo tanto, como resultado del efecto yugo P-∏**, la nube de electrones entre el oxígeno y el hidrógeno está más inclinada hacia el átomo de oxígeno, lo que mejora la polaridad del enlace oxígeno-hidrógeno y favorece la disociación del átomo de hidrógeno. en el grupo hidroxilo, por lo que se comporta el ácido carboxílico. Muestra una acidez obvia y la longitud del enlace del carbono carbonilo y sus dos átomos de oxígeno tiende a ser promedio, y su carga positiva se debilita, por lo que las propiedades del grupo carbonilo no son obvias; Y no es fácil reaccionar con nucleófilos (como HCN, bisulfito de sodio, etc.). ). Propiedades físicas a temperatura ambiente. Entre los ácidos grasos saturados, el ácido fórmico, el ácido acético y el ácido propiónico son líquidos incoloros con olores fuertes. Los ácidos carboxílicos con 4-9 átomos de carbono son líquidos aceitosos con olores corrosivos. . forma sólida. Los ácidos dicarboxílicos y los ácidos aromáticos son sólidos cristalinos. El punto de ebullición de los ácidos carboxílicos aumenta al aumentar el peso molecular relativo. El punto de ebullición del ácido carboxílico es más alto que el de los alcoholes con pesos moleculares similares. Por ejemplo, los pesos moleculares relativos del ácido fórmico y del etanol son los mismos. El punto de ebullición del ácido fórmico es de 100,5 °C y el del etanol es de 78,5 °C. Esto se debe a que se pueden formar dos enlaces de hidrógeno entre las moléculas de ácido carboxílico, que se asocian en dímeros bimoleculares, y los ácidos carboxílicos inferiores se asocian en dímeros incluso en estado gaseoso. La solubilidad en agua de los ácidos carboxílicos alifáticos monoéster disminuye a medida que aumenta el número de átomos de carbono. Los ácidos carboxílicos inferiores son miscibles con agua, mientras que los ácidos monocarboxílicos superiores son insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos. Los ácidos policarboxílicos son más solubles en agua que los ácidos monobásicos con los mismos átomos de carbono. Propiedades químicas Según las características estructurales de los ácidos carboxílicos, los ácidos carboxílicos deben tener las siguientes propiedades químicas principales. La acidez del ácido carboxílico se debe al efecto de conjugación p-π*** en el grupo carboxilo, que reduce la densidad de la nube de electrones en el átomo de oxígeno del hidroxilo, mejorando así la polaridad del enlace hidrógeno-oxígeno y disociando fácilmente los protones. El anión carboxilo producido después de la disociación se dispersa por la carga negativa del oxígeno a través del yugo p-π***, aumentando su estabilidad. Los ácidos carboxílicos son generalmente ácidos débiles y su acidez puede expresarse mediante pKa. Por lo general, el pKa de los ácidos carboxílicos está entre 3 y 5, que es más débil que los ácidos inorgánicos fuertes, pero más fuerte que los fenoles (el pKa del fenol es 9,96) y el ácido carbónico (pKa es 6,38). Por tanto, los ácidos carboxílicos pueden reaccionar con hidróxido de sodio, carbonato de sodio, etc. Forma sales de ácido carboxílico, que también reaccionan con el bicarbonato de sodio y producen dióxido de carbono, mientras que el fenol no puede hacerlo. R-cooh+NaOH→R-COONa+NaCl 2r-cooh+na2co 3→2r-COONa+CO2 ↑+ H2O-cooh+nah CO 3→R-COONa+CO2 ↑+ H2O sal de sodio, sal de potasio y sales de amonio son generalmente soluble en agua. Esta propiedad se utiliza a menudo en la industria farmacéutica para disolver ácidos carboxílicos con poca solubilidad en agua. Por ejemplo, la penicilina G que contiene grupos carboxilo tiene una solubilidad en agua extremadamente pobre. Después de convertirse en sal de potasio o sal de sodio, su solubilidad en agua aumenta, lo que facilita su uso clínico. Reacción de sustitución del grupo hidroxilo en el grupo carboxilo. Bajo ciertas condiciones, el grupo hidroxilo en el grupo carboxilo puede reemplazarse por un grupo hidroxilo (un OR), un grupo halógeno (-X) y un grupo aciloxi, respectivamente, para generar derivados de ácido carboxílico tales como ésteres, haluros de ácido y anhídridos de ácido respectivamente. ⑴Formación de éster: la reacción en la que el ácido carboxílico y el alcohol forman éster y agua bajo la catálisis de un ácido fuerte (como el ácido sulfúrico) se llama reacción de esterificación. La reacción es que el grupo hidroxilo del grupo carboxilo de la molécula de ácido carboxílico se combina con el átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo de la molécula de alcohol para formar agua, y el resto se combina para formar un éster. La esterificación es una reacción reversible y su reacción inversa es la hidrólisis, es decir, el éster se hidroliza en ácido carboxílico y alcohol. La tasa de esterificación es muy lenta. Normalmente, esta reacción reversible tarda mucho tiempo en alcanzar el equilibrio. Para acelerar la reacción y acortar el tiempo para alcanzar el equilibrio, a menudo se añade ácido sulfúrico concentrado como catalizador y se lleva a cabo en condiciones de calentamiento. Por ejemplo, cuando un ácido carboxílico reacciona con un alcohol, el éster formado se llama éster de ácido carboxílico. En términos generales, éster suele referirse a éster de ácido carboxílico. Desde un análisis estructural, los ésteres pueden considerarse como compuestos compuestos de grupos acilo e hidroxilo. El grupo acilo se refiere a la parte restante de la molécula de ácido carboxílico después de eliminar el grupo carbonilo del grupo carboxilo.
Por ejemplo, los carboxilatos reciben el nombre de los ácidos carboxílicos y alcoholes correspondientes en la molécula, que se denominan "ésteres de ácidos". ⑵Generación de haluro de ácido: el ácido carboxílico reacciona con haluro de fósforo (como pentacloruro de fósforo, tricloruro de fósforo, cloruro de tionilo) para generar haluro de ácido. ⑶ Generación de anhídrido de ácido: el ácido monocarboxílico reacciona con un agente deshidratante distinto del ácido fórmico (como el pentóxido de fósforo) y se elimina una molécula de agua entre dos moléculas de ácido carboxílico para generar un anhídrido de ácido. Cuando se calientan algunos ácidos dicarboxílicos, también se produce deshidratación intramolecular, formando anhídridos de anillos de cinco o seis miembros relativamente estables. 13. Reacción de halogenación del α-hidrógeno El átomo de hidrógeno en el átomo de carbono α en la molécula de ácido carboxílico tiene cierta actividad. Sin embargo, dado que el grupo hidroxilo y el grupo carbonilo en el grupo carboxilo forman un sistema de yugo P-∏ * *, la densidad de la nube de electrones en el carbono carboxilo se complementa parcialmente con el átomo de oxígeno del hidroxilo. Por lo tanto, los átomos de α-hidrógeno de los ácidos carboxílicos son menos reactivos que los de los aldehídos y las cetonas, y las reacciones de sustitución también son más lentas que las de los aldehídos y las cetonas. Por ejemplo, la reacción de halogenación del átomo de hidrógeno α del ácido carboxílico a menudo debe llevarse a cabo en presencia de un catalizador (como fósforo rojo, etc.). ) genera ácido α-halogenado y los átomos de α-hidrógeno se reemplazan gradualmente. Reacción de descarboxilación La reacción en la que las moléculas de ácido carboxílico se descarboxilan calentándolas para liberar dióxido de carbono se llama reacción de descarboxilación. Los ácidos carboxílicos monoalifáticos son generalmente estables y no se descarboxilan fácilmente. Sin embargo, en condiciones especiales, como la cal sodada (NaOH+CaO) y el acetato de sodio* * *, se puede descarboxilar para generar metano. Los ácidos carboxílicos aromáticos se descarboxilan fácilmente. Debido a la atracción de electrones entre el anillo de benceno y el grupo carboxilo, el enlace entre el grupo carboxilo y el anillo de benceno se rompe fácilmente para formar ácido 2,4,6-trinitrobenzoico. 1,3,5-Trinitrobenceno. La descarboxilación juega un papel importante en muchas reacciones bioquímicas en los organismos, y estas reacciones se llevan a cabo bajo la acción de las enzimas descarboxilasas en los organismos. 5. Reacción de pirólisis de ácidos dicarboxílicos. Los ácidos dicarboxílicos tienen algunas propiedades especiales debido a la interacción de los dos grupos carboxilo en la molécula, excepto en todas las reacciones del grupo carboxilo. Los ácidos dicarboxílicos son inestables al calor. Cuando este ácido carboxílico se calienta, se producen diferentes reacciones debido al diferente número de átomos de carbono entre los dos grupos carboxilo. Algunos realizan la descarboxilación, otros la deshidratación y otros realizan tanto la descarboxilación como la deshidratación. (1) Reacción de descarboxilación: la reacción de descarboxilación ocurre cuando se calientan el ácido oxálico y el ácido malónico, produciendo un ácido monocarboxílico con un átomo de carbono menos. ⑵ Reacción de deshidratación: cuando se calientan el ácido succínico y el ácido glutárico, no se produce descarboxilación dentro de la molécula, pero sí se produce una reacción de deshidratación. Sí, se forma un anhídrido de ácido cíclico. ⑶ Reacción simultánea de descarboxilación y deshidratación: el ácido adípico y el ácido pimélico se calientan en presencia de hidróxido de bario, y la deshidratación y descarboxilación intramolecular generan cetonas cíclicas. Por ejemplo, cuando se calientan ácidos dibásicos alifáticos que contienen más de 8 átomos de carbono, la reacción anterior no puede ocurrir para formar cetonas cíclicas con más de 6 miembros, pero ocurre deshidratación intermolecular para formar anhídridos condensados en forma de cadenas poliméricas. Esto indica que en condiciones en las que es posible la formación de compuestos cíclicos, existe una tendencia a formar anillos de cinco o seis miembros menos tensos.