ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

I. OBJETIVOS

- Reconocimiento de las propiedades de los diferentes ácidos carboxílicos.

- Identificar cada ácido por reacciones particulares.

II.- FUNDAMENTO TEORICO

De los compuestos orgánicos que muestran acidez apreciable, los ácidos

carboxílicos son los más importantes.

Son compuestos pertenecientes al tercer grado de oxidación, consisten en la

sustitución simultánea de tres átomos de hidrógeno (H) por un átomo de

oxígeno divalente (O-2) y un grupo hidroxilo monovalente (OH-). Se caracteriza

por llevar el grupo funcional – COOH llamado “carboxilo”.

Estas sustancias contienen el grupo de carboxilo unido a un hidrógeno (H-

COOOH), a un grupo alquilo (R-COOH) o a un acilo (Ar-COOH).

O O O

II II II

H-C-O R-C-OH Ar- C-OH

Los nombres IUPAC siguen el esquema usual. La cadena mas larga que

contienen el grupo carboxilo se considera como estructura matriz, y se nombra

reemplazando la O final del alcano correspondiente por la terminación oico y se

antepone la palabra ácido.

Clasificación:

Se clasifican en monóxidos y poliácidos. Según el grupo de carboxilos que

representan en la molécula.

Ejemplo:

COOH

│

COOH-CH2-COOH COOH-CH-COOH

Ac. Propanodioico ac. Metiloico porpanodioico

COOH-CH2 – COH - CH2 – COOH

Ac. metiloico 3- al-3- pentanodioico

Obtención:

a) Por oxidación de alcoholes primarios o de aldehídos.

R – CH2OH + O2 R – COOH + H2O

R – CHO + O R – COOH

b) Por hidrólisis de ésteres, que puede lograrse por acción del vapor de agua

sobrecalentado o mediante ácidos o álcalis.

CH3COOH – C2H5 + H2O CH3 – COOH + C2H5OH

Ac. Acetico

CH3 – CHO + KMnO4 + HCl CH3COOH + MnCl2 + KCl + H2O

Propiedades:

Los primeros son líquidos, el octanoico y los siguientes son sólidos.

Son incoloros y poseen un olor especial, generalmente fuerte, que se pierde

poco a medida que crece su peso molecular.

Los primeros son miscibles con agua, el ácido de cinco carbonos es

parcialmente soluble y los superiores son virtualmente insolubles.

Son menos activos que los ácidos inorgánicos.

Reaccionan con los metales para dar sales.

R – COOH + NaOH R - COONa + H2O

2- Propiedades físicas

1. Puntos de ebullición.

Los ácidos carboxílicos hierven a temperaturas muy superiores que los

alcoholes, cetonas o aldehídos de pesos moleculares semejantes. Los

puntos de ebullición de los ácidos carboxílicos son el resultado de la

formación de un dímero estable con puentes de hidrógeno.

2. Puntos de fusión.

Los ácidos carboxílicos que contienen más de ocho átomos de carbono, por

lo general son sólidos, a menos que contengan dobles enlaces. La

presencia de dobles enlaces (especialmente dobles enlaces cis) en una

cadena larga impide la formación de una red cristalina estable, lo que

ocasiona un punto de fusión más bajo.

Los puntos de fusión de los ácidos dicarboxílicos son muy altos. Teniendo

dos carboxilos por molécula, las fuerzas de los puentes de hidrógeno son

especialmente fuertes en estos diácidos: se necesita una alta temperatura

para romper la red de puentes de hidrógeno en el cristal y fundir el diácido.

3. Solubilidades.

Los ácidos carboxílicos forman puentes de hidrógeno con el agua, y los de

peso molecular más pequeño (de hasta cuatro átomos de carbono) son

miscibles en agua. A medida que aumenta la longitud de la cadena de

carbono disminuye la solubilidad en agua; los ácidos con más de diez

átomos de carbono son esencialmente insolubles.

Los ácidos carboxílicos son muy solubles en los alcoholes, porque forman

enlaces de hidrógeno con ellos. Además, los alcoholes no son tan polares

como el agua, de modo que los ácidos de cadena larga son más solubles

en ellos que en agua. La mayor parte de los ácidos carboxílicos son

bastante solubles en solventes no polares como el cloroformo porque el

ácido continua existiendo en forma dimérica en el solvente no polar. Así, los

puentes de hidrógeno de dímero cíclico no se rompen cuando se disuelve el

ácido en un solvente polar.

3- Medición de la acidez

Un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar un protón y un ión

carboxilato. La constante de equilibrio Ka para esta reacción se llama constante de

acidez. El pKa de un ácido es el logaritmo negativo de Ka, y normalmente se usa

al pKa como indicación de la acidez relativa de diferente ácidos.

4. Efectos de los sustituyentes sobre la acidez.

Un sustituyente que estabilice al ión carboxilato, con carga negativa, aumenta la

disociación y produce un ácido más fuerte. De este modo los átomos

electronegativos aumentan la fuerza de un ácido. Este efecto inductivo puede ser

muy grande si están presentes uno o más grupos que atraen electrones en el

átomo de carbono alfa.

La magnitud del efecto de un sustituyente depende de su distancia al grupo

carboxilo. Los sustituyentes en el átomo de carbono alfa son los más eficaces para

aumentar la fuerza de un ácido. Los sustituyentes más distantes tienen efectos

mucho más pequeños sobre la acidez, mostrando que los efectos inductivos

decrecen rápidamente con la distancia.

5- Propiedades químicas

Aunque los ácidos carboxílicos contienen también al grupo carbonilo, sus

reacciones son muy diferentes de las de las cetonas y los aldehídos. Las cetonas

y los aldehídos reaccionan normalmente por adición nucleofílica del grupo

carbonilo, pero los ácidos carboxílicos y sus derivados reaccionan principalmente

por sustitución nucleofílica de acilo, donde un nucleófilo sustituye a otro en el

átomo de carbono del acilo (C=O).

6. Síntesis y empleo de cloruros de ácido.

Los mejores reactivos para convertir los ácidos carboxílicos en cloruros de ácido

son el cloruro de tionilo (SOCl2) y el cloruro de oxalilo (COCl)2, porque forman

subproductos gaseosos que no contaminan al producto. El cloruro de oxalilo es

muy fácil de emplear porque hierve a 62ºC y se evapora de la mezcla de reacción.

III. MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales

Tubo de ensayo

Pinzas

Gradilla

Piceta

Pipetas

Mechero

Reactivos

HOOH Ácido formico

Ácido Oxálico

Ácido tartarico

Ácido láctico

Ácido Salicílico

CuSO4 Sulfato de cobre

Ag(NH3)2OH Reactivo de Tollens

NaOI Reactivo de Lugol

CaCl2 Cloruro de calcio

NaOH Hidróxido de sodio

CH3OH Metanol

Bromato de potasio

KBr Bromuro de potasio

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) Reacción de Identificación

Reacción general

En un tubo de ensayo agregar solución de bromato de potasio y solución de

bromuro de potasio.

Añadir a la muestra de ácido carboxílico R-COOH, se observa una

coloración rojiza, que por adición del reactivo almidón se tornara incoloro.

En un tubo de ensayo agregamos 0,5ml de NaHCO3, si desprende CO2, nos

indicara una reacción positiva.

Agitar bien hasta que se disuelva.

Reacción Química:

Observaciones: Al llevar la muestra del ácido con el bicarbonato de sodio

acuoso se forma una sal, también se puede observar la liberación del dióxido

de carbono que nos da a conocer que la Reacción es positiva.

b) Reacciones Específicas

Identificación del ácido Fórmico (HCOOH)

En un tubo agregar 1ml de la muestra de ácido carboxílico

Añadir el reactivo de tollens y dejarlo reposar en baño maría

Si se forma el espejo de plata, entonces nos indicara que se trata del ácido

fórmico

Reacción Química:

HCOOH + Ag(NH3)2OH → CO2 + Ag0 + NH4NO3 + H2O

Observaciones: Se presencio el espejo de plata al añadir el ácido fórmico

(HCOOH) en presencia del reactivo de tollens, aunque no fue del todo precisa,

ya que el espejo de plata permaneció de un color gris claro.

Identificación del Ácido Oxálico

En un tubo de ensayo agregar la muestra de ácido carboxílico

Añadir cloruro de calcio, llevarlo a baño maría y dejarlo en reposo por 5min

Si hubiese turbidez o precipitado blanquecino entonces nos indicara que es

un ácido oxálico

Reacción Química:

COOH COO│ + CaCl2 → │ Ca+

2 + 2HCl COOH COO

Observaciones: Después de agregar el cloruro de calcio, y llevarlo a baño

Maria, la solución se torno de un color lechoso blanquecino, indicando que es

positivo.

c) Identificación del ácido Tartárico

Aun tubo de ensayo que contiene sulfato de cobre (CuSO4), se le adiciona

hidróxido de sodio (NaOH)

Luego añadirle la muestra y finalmente se le coloca en baño María por 5

minutos

Reacción Química:

COOH COOH

│ │

CHOH CH- OH

│ + Cu(OH)2 → │ Cu+2

CHOH CH- OH

│ │

COOH COOH

Observaciones: Al agregarle la muestra de ácido carboxílico a la solución de

CuSO4 + NaOH (color celeste), y llevarla a baño Maria, se observo la

formación de una solución de color azul.

Identificación del ácido Láctico (CH3CHOHCOOH)

A un tubo de ensayo agregarle la muestra del ácido carboxílico

Añadir el reactivo de Lugol

Adiciona NaOH, luego la muestra y finalmente se le coloca en baño María

La aparición de un precipitado de color amarillento con un color gris nos

indicará que la muestra tratada es un ácido láctico

Reacción Química:

COOH │ COONa

CHOH + NaOI → │ + CHI3

│ COONa CH3

Observaciones: Al llevar la solución obtenida a baño Maria, dejándola reposar

por unos minutos, se torno de un color amarillento correspondiente a una

reacción positiva por la formación del CHI3.

Identificación del ácido salicílico

En un tubo de ensayo agregar la muestra de ácido carboxílico

Agregarle metanol

Añadirle unas gotas de ácido sulfúrico concentrado y llevarlo a baño Maria

por 2 o 5 minutos

Si se percibe un olor a frotación, esto nos indicara la presencia del ácido

salicílico

Observaciones: Se notó que la reacción es exotérmica porque en la mezcla el

tubo se calentó es decir libero calor antes de ser llevado a baño María y luego

de llevarlo a baño se percibió el olor a frotación.

Reacción de Identificación

En un tubo de ensayo colocar 1ml de ácido carboxílico

Agregarle 1ml de tricloruro férrico, color amarillento, (FeCl3)

Se lleva a calentar con la llama del mechero, y se deja enfriar

Luego se añade ferrocianuro de potasio K4[Fe(CN)6]

Observaciones: Se observa la formación del cloruro ferroso y un precipitado

color azul.

V. CONCLUSIONES

Se pudo constatar las características de los ácidos, resultando:

Ácido fórmico: Positivo

Ácido Oxálico: Positivo

Ácido Tartárico: Positivo

Ácido Láctico: Positivo

VI. RECOMENDACIONES

Lavar y secar bien los tubos antes de utilizar en las reacciones.

Tener cuidado con los ácidos carboxílicos ya que son dañinos.

Tener cuidado en la observación de los precipitados.

VII.- BIBLIOGRAFIA

Química Orgánica MORRISON, Robert

Química Experimental CARRASCO VENEGAS

Química Orgánica. L.G. WADE, JR. México.

CUESTIONARIO

1. Ordene las siguientes compuestos en orden de acidez decreciente y

presente las reacciones de acidez respectivas.

Ácido oxálico Un ácido Carboxílico se puede disolver en agua para dar un

p y un ión (más ácido) carboxilato. La constante de equilibrio Ka para esta

reacción se llama constante de acidez. El pKa de una sustancia es el

resultado del logaritmo negativo de Ka normalmente se usa el pKa como un

indicador de la acidez relativa de diferentes sustancias: si pKa es menor,

mayor es la acidez de una sustancia.

Más ácido

COOOH > (CH3COOH > (CH3 – CH – CH 3)

Acido Acético

H O O O

I II

CH3COOH – H – C – C – O- H + H2O

O O

) 2 - Propanol

OH ONa

I ICH3 – CH – CH3 +Na(5) CH3 – CH – CH3 + H2

d) Propino

H H

I IH – C- C = C-H + Na H – C- C = C – Na++H2

I I H H

2. Indique la solubilidad , alcohol de los siguientes compuestos, ácido

oxálico, ácido salicílico, ácido acético.

a. Solubilidad en

Mayor solubilidad

Ácido oxálico <ácido acético <ácido salicílico

b. Solubilidad en alcohol

Mayor solubilidad

Ácido oxálico > ácido acético < ácido salicílico