Homólogos de ácidos carboxílicos. Ácidos carboxílicos
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Ó
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O grupo de átomos -C é chamado de grupo carboxila ou carboxila.
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OH
Os ácidos orgânicos contendo um grupo carboxila na molécula são monobásicos. A fórmula geral desses ácidos é RCOOH.
Os ácidos carboxílicos contendo dois grupos carboxila são chamados dibásicos. Estes incluem, por exemplo, ácidos oxálico e succínico.
Existem também ácidos carboxílicos polibásicos contendo mais de dois grupos carboxila. Estes incluem, por exemplo, ácido cítrico tribásico. Dependendo da natureza do radical hidrocarboneto, os ácidos carboxílicos são divididos em saturados, insaturados e aromáticos.
Ácidos carboxílicos saturados ou saturados são, por exemplo, ácido propanóico (propiônico) ou o já familiar ácido succínico.
Obviamente, os ácidos carboxílicos saturados não contêm P-ligações em um radical hidrocarboneto.
Em moléculas de ácidos carboxílicos insaturados, o grupo carboxila está associado a um radical hidrocarboneto insaturado e insaturado, por exemplo, em moléculas de acrílico (propenóico) CH2=CH-COOH ou oleico CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2) 7-COOH e outros ácidos.
Como pode ser visto pela fórmula do ácido benzóico, ele é aromático, pois contém um anel aromático (benzeno) na molécula.
Nomenclatura e isomeria
Já consideramos os princípios gerais de formação dos nomes dos ácidos carboxílicos, bem como de outros compostos orgânicos. Detenhamo-nos mais detalhadamente na nomenclatura dos ácidos carboxílicos mono e dibásicos. O nome de um ácido carboxílico é formado a partir do nome do alcano correspondente (alcano com o mesmo número de átomos de carbono na molécula) com a adição do sufixo -ov, a desinência -aya e a palavra ácido. A numeração dos átomos de carbono começa com o grupo carboxila. Por exemplo:
Muitos ácidos também têm nomes historicamente estabelecidos ou triviais (Tabela 6). 
Após nosso primeiro contato com o mundo diversificado e interessante dos ácidos orgânicos, consideraremos com mais detalhes os ácidos carboxílicos monobásicos saturados.
É claro que a composição desses ácidos será refletida pela fórmula geral C n H 2n O2, ou C n H 2n +1 COOH, ou RCOOH.
Propriedades físicas de ácidos carboxílicos monobásicos saturados
Os ácidos inferiores, ou seja, ácidos com peso molecular relativamente pequeno contendo até quatro átomos de carbono por molécula, são líquidos com um odor pungente característico (lembre-se do cheiro do ácido acético). Os ácidos contendo de 4 a 9 átomos de carbono são líquidos oleosos viscosos e com odor desagradável; contendo mais de 9 átomos de carbono por molécula - sólidos que não se dissolvem em água. Os pontos de ebulição dos ácidos carboxílicos monobásicos saturados aumentam com o aumento do número de átomos de carbono na molécula e, conseqüentemente, com o aumento do peso molecular relativo. Por exemplo, o ponto de ebulição do ácido fórmico é 101 °C, do ácido acético é 118 °C e do ácido propiônico é 141 °C.
O ácido carboxílico mais simples, o HCOOH fórmico, com um peso molecular relativo pequeno (46), em condições normais é um líquido com ponto de ebulição de 100,8 °C. Ao mesmo tempo, o butano (MR(C4H10) = 58) nas mesmas condições é gasoso e tem um ponto de ebulição de -0,5 °C. Esta discrepância entre pontos de ebulição e pesos moleculares relativos é explicada pela formação de dímeros de ácido carboxílico, nos quais duas moléculas de ácido estão ligadas por duas ligações de hidrogênio. A ocorrência de ligações de hidrogênio torna-se clara quando se considera a estrutura das moléculas de ácido carboxílico.
Moléculas de ácidos carboxílicos monobásicos saturados contêm um grupo polar de átomos - carboxila (pense no que causa a polaridade desse grupo funcional) e um radical hidrocarboneto praticamente apolar. O grupo carboxila é atraído pelas moléculas de água, formando ligações de hidrogênio com elas.
Os ácidos fórmico e acético são ilimitadamente solúveis em água. É óbvio que com o aumento do número de átomos em um radical hidrocarboneto, a solubilidade dos ácidos carboxílicos diminui.
Conhecendo a composição e estrutura das moléculas de ácido carboxílico, não será difícil compreender e explicar as propriedades químicas dessas substâncias.
Propriedades quimicas
As propriedades gerais características da classe dos ácidos (orgânicos e inorgânicos) são devidas à presença nas moléculas de um grupo hidroxila contendo uma ligação altamente polar entre os átomos de hidrogênio e oxigênio. Essas propriedades são bem conhecidas por você. Vamos considerá-los novamente usando o exemplo dos ácidos orgânicos solúveis em água.
1. Dissociação com formação de cátions hidrogênio e ânions do resíduo ácido. Mais precisamente, esse processo é descrito por uma equação que leva em consideração a participação nele de moléculas de água.
O equilíbrio de dissociação dos ácidos carboxílicos é deslocado para a esquerda; a grande maioria deles são eletrólitos fracos. No entanto, o sabor amargo, por exemplo, dos ácidos fórmico e acético é explicado pela dissociação em cátions de hidrogênio e ânions de resíduos ácidos.
É óbvio que a presença de hidrogênio “ácido” nas moléculas de ácidos carboxílicos, ou seja, o hidrogênio do grupo carboxila, também determina outras propriedades características.
2. Interação com metais na faixa de tensão eletroquímica até o hidrogênio. Assim, o ferro reduz o hidrogênio do ácido acético:
2CH3-COOH + Fe -> (CHgCOO)2Fe + H2
3. Interação com óxidos básicos para formar sal e água:
2R-COOH + CaO -> (R-COO)2Ca + H20
4. Reação com hidróxidos metálicos para formar sal e água (reação de neutralização):
R-COOH + NaOH -> R-COONa + H20 3R-COOH + Ca(OH)2 -> (R-COO)2Ca + 2H20
5. Interação com sais de ácidos mais fracos, com formação destes últimos. Assim, o ácido acético desloca o ácido esteárico do estearato de sódio e o ácido carbônico do carbonato de potássio.
6. A interação de ácidos carboxílicos com álcoois para formar ésteres é a reação de esterificação já conhecida por você (uma das reações mais importantes características dos ácidos carboxílicos). A interação dos ácidos carboxílicos com os álcoois é catalisada por cátions de hidrogênio.
A reação de esterificação é reversível. O equilíbrio muda para a formação do éster na presença de agentes desidratantes e para a remoção do éster da mistura de reação.
Na reação reversa de esterificação, chamada hidrólise do éster (reação de um éster com água), formam-se um ácido e um álcool. É óbvio que os álcoois poli-hídricos, por exemplo o glicerol, também podem reagir com ácidos carboxílicos, ou seja, entrar em uma reação de esterificação: 
Todos os ácidos carboxílicos (exceto o ácido fórmico), juntamente com o grupo carboxila, contêm um resíduo de hidrocarboneto em suas moléculas. É claro que isso não pode deixar de afetar as propriedades dos ácidos, que são determinadas pela natureza do resíduo de hidrocarboneto.
7. Reações de adição em ligações múltiplas - ácidos carboxílicos insaturados entram nelas; por exemplo, a reação de adição de hidrogênio é a hidrogenação. Quando o ácido oleico é hidrogenado, forma-se ácido esteárico saturado.
Os ácidos carboxílicos insaturados, como outros compostos insaturados, adicionam halogênios por meio de uma ligação dupla. Por exemplo, o ácido acrílico descolora a água de bromo.
8. Reações de substituição (com halogênios) - podem entrar ácidos carboxílicos saturados; por exemplo, ao reagir ácido acético com cloro, vários ácidos clorados podem ser obtidos:
Ao halogenar ácidos carboxílicos contendo mais de um átomo de carbono no resíduo de hidrocarboneto, é possível a formação de produtos com diferentes posições do halogênio na molécula. Quando uma reação ocorre através de um mecanismo de radical livre, quaisquer átomos de hidrogênio no resíduo de hidrocarboneto podem ser substituídos. Se a reação for realizada na presença de pequenas quantidades de fósforo vermelho, ela ocorre seletivamente - o hidrogênio é substituído apenas em A-posição (no átomo de carbono mais próximo do grupo funcional) na molécula de ácido. Você aprenderá os motivos dessa seletividade ao estudar química em uma instituição de ensino superior.
Os ácidos carboxílicos formam vários derivados funcionais ao substituir o grupo hidroxila. Quando esses derivados são hidrolisados, o ácido carboxílico é formado novamente.
O cloreto de ácido carboxílico pode ser preparado pela reação de cloreto de fósforo (III) ou cloreto de tionila (SOCl 2) com ácido. Os anidridos de ácido carboxílico são preparados pela reação de anidridos de cloro com sais de ácido carboxílico. Os ésteres são formados pela esterificação de ácidos carboxílicos com álcoois. A esterificação é catalisada por ácidos inorgânicos.
Esta reação é iniciada pela protonação do grupo carboxila - a interação de um cátion hidrogênio (próton) com o par de elétrons solitário do átomo de oxigênio. A protonação de um grupo carboxila acarreta um aumento na carga positiva do átomo de carbono nele contido:
Métodos de obtenção
Os ácidos carboxílicos podem ser obtidos pela oxidação de álcoois primários e aldeídos.
Os ácidos carboxílicos aromáticos são formados pela oxidação de homólogos de benzeno.
A hidrólise de vários derivados de ácidos carboxílicos também produz ácidos. Assim, a hidrólise de um éster produz um álcool e um ácido carboxílico. Como mencionado acima, as reações de esterificação e hidrólise catalisadas por ácido são reversíveis. A hidrólise do éster sob a influência de uma solução aquosa de álcali ocorre de forma irreversível, neste caso, não é formado um ácido, mas seu sal é formado a partir do éster. Durante a hidrólise dos nitrilos, formam-se primeiro amidas, que depois são convertidas em ácidos. Os ácidos carboxílicos são formados pela interação de compostos orgânicos de magnésio com monóxido de carbono (IV).
Representantes individuais de ácidos carboxílicos e seu significado
O ácido fórmico (metano) HCOOH é um líquido com odor pungente e ponto de ebulição de 100,8 °C, altamente solúvel em água. O ácido fórmico é venenoso e causa queimaduras se entrar em contato com a pele! O fluido pungente secretado pelas formigas contém esse ácido. O ácido fórmico possui propriedades desinfetantes e, portanto, é utilizado nas indústrias alimentícia, de couro, farmacêutica e na medicina. Também é utilizado no tingimento de tecidos e papéis.
O ácido acético (etanóico) CH3COOH é um líquido incolor com odor pungente característico, miscível com água em qualquer proporção. Soluções aquosas de ácido acético são comercializadas sob o nome de vinagre (solução de 3-5%) e essência de vinagre (solução de 70-80%) e são amplamente utilizadas na indústria alimentícia. O ácido acético é um bom solvente para muitas substâncias orgânicas e, portanto, é usado na tinturaria, no curtimento e na indústria de tintas e vernizes. Além disso, o ácido acético é matéria-prima para a produção de muitos compostos orgânicos tecnicamente importantes: dele são obtidas, por exemplo, substâncias utilizadas no controle de ervas daninhas - herbicidas. 
O ácido acético é o principal componente do vinagre de vinho, cujo cheiro característico lhe é devido. É um produto da oxidação do etanol e é formado a partir dele quando o vinho é armazenado ao ar.
Os representantes mais importantes dos ácidos monobásicos mais saturados são os ácidos palmítico C15H31COOH e esteárico C17H35COOH. Ao contrário dos ácidos inferiores, estas substâncias são sólidas e pouco solúveis em água.
Porém, seus sais - estearatos e palmitatos - são altamente solúveis e têm efeito detergente, por isso também são chamados de sabonetes. É evidente que estas substâncias são produzidas em grande escala.
Dos ácidos carboxílicos superiores insaturados, o ácido oleico C17H33COOH, ou (CH2)7COOH, é de maior importância. É um líquido semelhante a óleo, sem sabor ou cheiro. Seus sais são amplamente utilizados em tecnologia.
O representante mais simples dos ácidos carboxílicos dibásicos é o ácido oxálico (etanodióico) HOOC-COOH, cujos sais são encontrados em muitas plantas, por exemplo, azeda e azeda. O ácido oxálico é uma substância cristalina incolor altamente solúvel em água. É utilizado no polimento de metais, nas indústrias de marcenaria e couro.
1. O ácido elaídico insaturado C17H33COOH é um isômero trans do ácido oleico. Escreva a fórmula estrutural desta substância.
2. Escreva uma equação para a reação de hidrogenação do ácido oleico. Nomeie o produto desta reação.
3. Escreva uma equação para a reação de combustão do ácido esteárico. Que volume de oxigênio e ar (n.a.) será necessário para queimar 568 g de ácido esteárico?
4. Uma mistura de ácidos graxos sólidos - palmítico e esteárico - é chamada de estearina (é a partir dela que são feitos os supositórios de estearina). Que volume de ar (n.a.) será necessário para queimar uma vela esteárica de duzentos gramas se a estearina contiver massas iguais de ácidos palmítico e esteárico? Que volume de dióxido de carbono (n.o.) e massa de água são formados neste caso?
5. Resolva o problema anterior desde que a vela contenha quantidades iguais (mesmo número de moles) de ácidos esteárico e palmítico.
6. Para remover manchas de ferrugem, trate-as com uma solução de ácido acético. Elabore equações moleculares e iônicas para as reações que ocorrem neste caso, levando em consideração que a ferrugem contém óxido e hidróxido de ferro(III) - Fe2O3 e Fe(OH)3. Por que essas manchas não são removidas com água? Por que desaparecem quando tratados com solução ácida?
7. O bicarbonato de sódio NaHC03 adicionado à massa sem fermento é primeiro “extinguido” com ácido acético. Faça essa reação em casa e escreva sua equação, sabendo que o ácido carbônico é mais fraco que o ácido acético. Explique a formação da espuma.
8. Sabendo que o cloro é mais eletronegativo que o carbono, organize os seguintes ácidos: ácidos acético, propiônico, cloroacético, dicloroacético e tricloroacético em ordem crescente de propriedades ácidas. Justifique seu resultado.
9. Como podemos explicar que o ácido fórmico reage numa reação de “espelho de prata”? Escreva uma equação para esta reação. Que gás pode ser liberado neste caso?
10. Quando 3 g de ácido carboxílico monobásico saturado reagiram com excesso de magnésio, foram liberados 560 ml (n.s.) de hidrogênio. Determine a fórmula do ácido.
11. Forneça equações de reação que possam ser usadas para descrever as propriedades químicas do ácido acético. Cite os produtos dessas reações.
12. Sugira um método laboratorial simples pelo qual você possa reconhecer os ácidos propanóico e acrílico.
13. Escreva uma equação para a reação de produção de formato de metila - um éster de metanol e ácido fórmico. Em que condições esta reação deve ser realizada?
14. Elabore fórmulas estruturais de substâncias com composição C3H602. Em quais classes de substâncias elas podem ser classificadas? Dê as equações de reação características de cada um deles.
15. A substância A - um isômero do ácido acético - é insolúvel em água, mas pode sofrer hidrólise. Qual é a fórmula estrutural da substância A? Cite os produtos de sua hidrólise.
16. Elabore as fórmulas estruturais das seguintes substâncias:
a) acetato de metila;
b) ácido oxálico;
c) ácido fórmico;
d) ácido dicloroacético;
e) acetato de magnésio;
f) acetato de etila;
g) formato de etila;
h) ácido acrílico.
17*. Uma amostra de ácido orgânico monobásico saturado pesando 3,7 g foi neutralizada com uma solução aquosa de bicarbonato de sódio. Ao passar o gás liberado pela água de cal, foram obtidos 5,0 g de sedimento. Qual ácido foi retirado e qual foi o volume de gás liberado?
Ácidos carboxílicos na natureza
Os ácidos carboxílicos são muito comuns na natureza. Eles são encontrados em frutas e plantas. Eles estão presentes nas agulhas, no suor, na urina e no suco de urtiga. Você sabe, acontece que a maior parte dos ácidos forma ésteres, que têm odores. Assim, o cheiro do ácido láctico, contido no suor humano, atrai os mosquitos, que o sentem a uma distância bastante considerável. Portanto, não importa o quanto você tente afastar o mosquito irritante, ele ainda se sente bem com sua vítima. Além do suor humano, o ácido láctico é encontrado em picles e chucrute.
E as macacas, para atrair um macho, secretam ácido acético e propiônico. O nariz sensível de um cão pode sentir o cheiro de ácido butírico, que tem uma concentração de 10–18 g/cm3.
Muitas espécies de plantas são capazes de produzir ácido acético e butírico. E algumas ervas daninhas se aproveitam disso e, ao liberar substâncias, eliminam seus concorrentes, suprimindo seu crescimento e, às vezes, causando sua morte.
Os índios também usavam ácido. Para destruir o inimigo, eles encharcaram as flechas com um veneno mortal, que era um derivado do ácido acético.
E aqui surge uma questão natural: os ácidos representam um perigo para a saúde humana? Afinal, o ácido oxálico, muito difundido na natureza e encontrado na azeda, laranja, groselha e framboesa, por algum motivo não encontrou aplicação na indústria alimentícia. Acontece que o ácido oxálico é duzentas vezes mais forte que o ácido acético, podendo até corroer pratos, e seus sais, acumulando-se no corpo humano, formam pedras.
Os ácidos encontraram ampla aplicação em todas as esferas da vida humana. Eles são usados na medicina, cosmetologia, indústria alimentícia, agricultura e para necessidades domésticas.
Para fins médicos, são utilizados ácidos orgânicos como láctico, tartárico e ascórbico. Provavelmente cada um de vocês usou vitamina C para fortalecer o corpo - este é precisamente o ácido ascórbico. Não só ajuda a fortalecer o sistema imunológico, mas também tem a capacidade de remover substâncias cancerígenas e toxinas do corpo. O ácido láctico é utilizado para cauterização, pois é altamente higroscópico. Mas o ácido tartárico atua como um laxante suave, como antídoto para envenenamento por álcalis e como componente necessário na preparação do plasma para transfusões de sangue.
Mas os adeptos dos procedimentos cosméticos devem saber que os ácidos de frutas contidos nas frutas cítricas têm um efeito benéfico na pele, pois, penetrando profundamente, podem acelerar o processo de renovação da pele. Além disso, o cheiro das frutas cítricas tem efeito tônico no sistema nervoso.
Você notou que frutas vermelhas como cranberries e mirtilos são armazenadas por muito tempo e permanecem frescas. Você sabe por quê? Acontece que eles contêm ácido benzóico, que é um excelente conservante.
Mas na agricultura, o ácido succínico tem sido amplamente utilizado, pois pode ser usado para aumentar a produtividade das plantas cultivadas. Também pode estimular o crescimento das plantas e acelerar o seu desenvolvimento.
DEFINIÇÃO
Ácidos carboxílicos– compostos orgânicos cujas moléculas contêm um ou mais grupos carboxila funcionais – COOH, associados a um radical hidrocarboneto.
O grupo carboxila consiste em um grupo carbonila > C= Ó e o grupo hidroxila associado –OH.
A fórmula geral dos ácidos carboxílicos é R – COOH.
As propriedades ácidas dos ácidos carboxílicos são devidas a uma mudança na densidade eletrônica do oxigênio carbonílico, o que causa o aparecimento de uma carga parcial positiva no átomo.
Como resultado, a polaridade da ligação O – H aumenta e o processo de dissociação torna-se possível:
O ânion resultante é estabilizado devido à deslocalização de carga:
Os ácidos carboxílicos inferiores contendo até 3 átomos de carbono são líquidos incolores com odor pungente característico, miscíveis com água em qualquer proporção. A maioria dos ácidos contendo 4 a 9 átomos são líquidos oleosos com odor desagradável. Ácidos contendo mais de 10 átomos de hidrogênio são sólidos insolúveis em água.
A solubilidade dos ácidos carboxílicos em água e os altos pontos de ebulição estão associados à formação de ligações de hidrogênio intermoleculares. No estado sólido, os ácidos carboxílicos existem principalmente na forma de dímeros cíclicos, e no estado líquido também ocorre associação linear:
Tipos de ácidos carboxílicos
Dependendo da estrutura do radical hidrocarboneto, os ácidos carboxílicos são divididos em:
- aromático (ácido benzóico)
- alifático (saturado (ácido capróico) e insaturado (ácido acrílico))
- alicíclico (ácido quínico)
- heterocíclico (ácido nicotínico).
Com base no número de grupos carboxila, os ácidos carboxílicos são divididos em:
- monobase()
- dibásico (ácido oxálico)
- polibásico (ácido cítrico).
Quando outros grupos funcionais (–OH, =CO, –NH2, etc.) são introduzidos na molécula de ácido, outras classes de compostos são formadas: hidroxi, cetoácidos, etc.
Fórmula geral de ácidos carboxílicos monobásicos saturados:
COM n H2nO2 (n= 1,2,3...) ou CnH2n+1COOH (n = 0,1,2…)
Fórmula geral de ácidos carboxílicos monobásicos insaturados:
COM n H 2 n –2 Ó 2 (n= 1,2,3...) ou CnH 2 n –1 COOH (n = 0,1,2…)
Fórmula geral de ácidos carboxílicos dibásicos saturados:
C n H 2n–2 O 4 (n = 2,3…)
Nomes e fórmulas de alguns ácidos carboxílicos
|
Fórmula de ácido carboxílico |
Nome IUPAC |
Nome trivial |
|---|---|---|
|
Ácidos carboxílicos monobásicos saturados |
||
|
Ácidos carboxílicos monobásicos insaturados |
||
|
Ácidos carboxílicos dibásicos |
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Exemplos de resolução de problemas
EXEMPLO 1
| Exercício | Três tubos de ensaio idênticos sem assinaturas contêm três ácidos: fórmico, acético e clorídrico. Com base nas diferenças em suas propriedades químicas, como determinar qual ácido está em cada tubo de ensaio? |
| Solução | O ácido fórmico também apresenta algumas propriedades (redutoras). Portanto, pode ser determinado, por exemplo, pela reação com hidróxido de cobre (II); no caso do ácido fórmico, forma-se óxido de cobre (I) vermelho: Os ácidos restantes podem ser distinguidos pela reação com nitrato de prata. No caso do ácido clorídrico, precipita um precipitado branco de cloreto de prata: O acetato de prata se dissolve em água, portanto nenhuma alteração ocorrerá no tubo de ensaio. Assim, o tubo de ensaio restante contém ácido acético. |
EXEMPLO 2
| Exercício | Determine se, durante a hidrólise de uma amostra de 2,64 g, são liberados 1,38 g de álcool e 1,8 g de ácido carboxílico monobásico. |
| Solução | A fórmula geral de um éster constituído por um álcool e um ácido com diferentes números de átomos de carbono é: Assim, a fórmula do álcool é: e a fórmula do ácido é: Vamos escrever a equação para a hidrólise do éster: De acordo com a lei da conservação da massa das substâncias, a massa dos produtos da reação é igual à massa das substâncias iniciais. Vamos calcular a massa: M(ácido) + m(álcool) – m(éter) g Vamos calcular a quantidade de substância água: De acordo com a equação de reação n(ácido) = n(álcool) mol |
Fórmula geral de ácidos carboxílicos monobásicos saturados C n H 2 n +1 COOH.
Nomenclatura de ácidos carboxílicos
Para os ácidos carboxílicos são mais aceitos nomes triviais, cuja ocorrência geralmente está associada às fontes naturais das quais são isolados ou sintetizados. Assim, o ácido fórmico é encontrado nas secreções das formigas, o ácido butírico na manteiga de vaca, o ácido oxálico em várias plantas; o ácido nicotínico foi obtido pela primeira vez pela oxidação da nicotina, o ácido succínico do âmbar, o ácido o-ftálico do naftaleno, etc.
Os nomes internacionais dos ácidos carboxílicos são formados a partir do nome do hidrocarboneto correspondente com a adição da terminação “ -ácido óico". Mas esses nomes raramente são usados e apenas nos casos em que o ácido não tem um nome trivial.
| Número de átomos de C | Ácido carboxílico | Nome ácido | |
| Trivial | Nomenclatura IUPAC | ||
| CNUD | formiga | metano | |
| CH 3 – COOH | vinagre | etano | |
| CH 3 – CH 2 – COOH | propiônico | propano | |
| CH 3 – CH 2 – CH 2 – COOH | óleo | butano | |
| CH 3 – (CH 2) 2 – CH 2 – COOH | valeriana | pentano | |
| CH 3 – (CH 2) 3 – CH 2 – COOH | nylon | hexano | |
| CH 3 – (CH 2) 4 – CH 2 – COOH | heptano | ||
| CH 3 – (CH 2) 5 – CH 2 – COOH | caprílico | octano | |
| CH 3 – (CH 2) 6 – CH 2 – COOH | pelargônio | nonano | |
| CH 3 – (CH 2) 7 – CH 2 – COOH | caprico | reitor | |
| CH 3 – (CH 2) 8 – CH 2 – COOH | undecil | undecano | |
| CH 3 – (CH 2) 9 – CH 2 – COOH | láurico | dodecano | |
| CH 3 – (CH 2) 10 – CH 2 – COOH | tridecil | tridecano | |
| CH 3 – (CH 2) 11 – CH 2 – COOH | mirístico | tetradecano | |
| CH 3 – (CH 2) 12 – CH 2 – COOH | pentadecil | pentadecano | |
| CH 3 – (CH 2) 13 – CH 2 – COOH | palmítico | hexadecano | |
| CH 3 – (CH 2) 14 – CH 2 – COOH | Margarina | heptadecano | |
| CH 3 – (CH 2) 15 – CH 2 – COOH | esteárico | octadecano | |
| CH 3 – (CH 2) 17 – CH 2 – COOH | araquina | eicosano | |
| CH 3 – (CH 2) 19 – CH 2 – COOH | Behenáceas | ||
| CH 3 – (CH 2) 21 – CH 2 – COOH | lignocérico | ||
| CH 3 – (CH 2) 23 – CH 2 – COOH | cerotínico | ||
| CH 3 – (CH 2) 25 – CH 2 – COOH | Montana | ||
| CH 3 – (CH 2) 27 – CH 2 – COOH | erva-cidreira |
A numeração da cadeia começa no grupo carboxila:
CH 3 – CH – CH 2 – CH – C = O
CH 3 CH 3 OH
ácido 2,4-dimetilpentanóico
Os resíduos ácidos de alguns ácidos carboxílicos também têm seus próprios nomes individuais.
Isomeria de ácidos carboxílicos
1. Isomeria do radical
CH 3 – CH 2 – CH 2 – C = O CH 3 – CH – C = O
AH CH 3 AH
ácido butanóico ácido 2-metilpropanóico
(óleo) (óleo iso)
2. Isomeria interclasse com ésteres
CH 3 – CH 2 – CH 2 – C = O CH 3 – CH 2 – C = O
OH O – CH 3
éster metílico do ácido butanóico
ácido propanóico
Propriedades físicas dos ácidos carboxílicos
Os representantes inferiores dos ácidos carboxílicos (C 1 – C 3) são líquidos facilmente móveis e com odor ácido pungente, capazes de cristalizar quando resfriados. Mistura-se com água em todas as proporções. Começando com ácido butírico (C 4) - líquidos oleosos, pouco solúveis em água. Ácidos superiores (> C 10) são substâncias sólidas, insolúveis em água e inodoras. Todos os ácidos carboxílicos são solúveis em solventes orgânicos.
Na classe dos ácidos, assim como na classe dos álcoois, o fenômeno de associação de moléculas ocorre devido à formação de ligações de hidrogênio, e essas ligações são mais fortes que nos álcoois.
O ácido fórmico é encontrado na forma livre no corpo e nas secreções cáusticas de formigas, urtigas e em pequenas quantidades na urina e no suor dos animais. O ácido fórmico é uma substância cáustica: gotas dele causam bolhas na pele.
O ácido acético é conhecido na forma de vinagre desde os tempos antigos. O ácido acético anidro pode existir no estado sólido na forma de uma massa transparente ou cristais semelhantes a gelo, com ponto de fusão de 16,6 0 C. Portanto, o ácido acético anidro é frequentemente chamado ácido acético glacial.
O ácido butírico livre é encontrado no óleo rançoso e no suor. Um éster de glicerol e ácido butírico faz parte da manteiga de vaca. Como outras gorduras não contêm ésteres de ácido butírico, em casos duvidosos, para comprovar a autenticidade da manteiga de vaca, o produto é analisado quanto à presença de ácido butírico.
O ácido valérico é encontrado na raiz de valeriana e, na forma de éster, é um componente do medicamento validol.
Os nomes dos três ácidos pares subsequentes - capróico, caprílico e cáprico - têm uma raiz comum. “Capra” em latim significa “cabra”; Na verdade, esses ácidos são encontrados na gordura do leite de cabra.
O ácido pelargônico está contido no óleo volátil do pelargonium rosa e de outras plantas da família dos gerânios, o ácido láurico (em livros antigos era chamado de louro) - no óleo de louro. O ácido mirístico é encontrado nas sementes aromáticas da noz-moscada - noz-moscada. O ácido palmítico é isolado do óleo de palma, extraído dos grãos do coco. “Stear” em grego antigo significa “gordura, banha”. Daí o nome ácido esteárico. Juntamente com o ácido palmítico, é um dos ácidos graxos mais importantes e constitui a maior parte da maioria das gorduras vegetais e animais. O ácido araquídico é encontrado no óleo de amendoim - amendoim.
Métodos para produção de ácidos carboxílicos
1. Os ácidos carboxílicos são encontrados na forma livre na natureza e na forma de seus derivados, por exemplo, ésteres. A partir de ésteres, os ácidos carboxílicos podem ser obtidos por hidrólise.
2. Oxidação de aldeídos (álcoois)
CH 3 – CH 2 – C = O + [O]¾¾® CH 3 – CH 2 – C = O
ácido propanal propanóico
3. Método industrial - oxidação de hidrocarbonetos saturados
CH 4 + O 2 ¾¾® H – C = O
ácido fórmico
Outros ácidos são obtidos de forma semelhante pela oxidação de alcanos.
4. O ácido fórmico é obtido a partir do monóxido de carbono (II).
CO + NaOH ¾¾® HCOONa
formato de sódio
HCOONa + H 2 SO 4 ¾¾® HCOOH + Na 2 SO 4
formiga
5. Preparação de ácido acético a partir de monóxido de carbono (II) e metanol
CH 3 OH + CO ¾¾® CH 3 COOH
metanol ácido acético
Propriedades químicas dos ácidos carboxílicos
1. Propriedades do hidroxila hidrogénio
1.1 Interação com metais ativos:
2CH 3 – CH 2 – C = O +2Na ® 2CH 3 – CH 2 – C = O + H 2
ácido propanóico
1.2. Interação com óxidos básicos (metais dos grupos I – II):
2CH 3 – CH 2 – COOH + CaO ® (CH 3 – CH 2 – COO) 2 Ca + H 2 O
sal de cálcio de ácido propanóico
ácido propanóico
1.3. Interação com álcalis:
CH 3 – CH 2 – COOH + KOH ® CH 3 – CH 2 – COZINHAR + H 2 O
sal de potássio de ácido propanóico
ácido propanóico
1.4. A interação com o carbonato de sódio é uma reação qualitativa ao grupo carboxila (emissão de dióxido de carbono).
CH 3 – CH 2 – COOH + Na 2 CO 3 ® CH 3 – CH 2 – COONa + H 2 O + CO2
sal de sódio de ácido propanóico
ácido propanóico
2. Propriedades do grupo hidroxila
2.1. Interação com álcoois – reação de esterificação – formação de ésteres:
H 2 SO 4 conc.
CH 3 – CH 2 – C – OH + OH – CH 2 – CH 3 ¾¾® CH 3 – CH 2 – C – O – CH 2 – CH 3 + H 2 O
ácido propanóico etanol éster etílico ácido propanóico
ácidos (propanoato de etila)
3. Interação com halogênios. O átomo de hidrogênio é substituído no segundo átomo de carbono da cadeia (na posição a).
CH 3 – CH 2 – C – OH + Br 2 ® CH 3 – CH – C – OH + HBr
ácido propanóico ácido 2-bromopropanóico
(ácido a-bromopropiônico)
4. Reações de oxidação. Oxidação completa – combustão:
C 3 H 6 O 2 + 3,5O 2 ® 3CO 2 + 3H 2 O
5. Propriedades especiais do ácido fórmico
As propriedades redutoras do ácido fórmico são devidas à presença de um grupo aldeído
A oxidação do ácido fórmico produz ácido carbônico, que se decompõe em dióxido de carbono e água:
H – C = O + [O] ® H 2 CO 3 ® H 2 O + CO 2
As propriedades redutoras do ácido fórmico são utilizadas na prática para descobri-lo (e distingui-lo de outros ácidos).
Ácidos carboxílicos- substâncias orgânicas cujas moléculas contêm um ou mais grupos carboxila.
O grupo carboxila (abreviado como COOH) é um grupo funcional de ácidos carboxílicos e consiste em um grupo carbonila e um grupo hidroxila associado.
Com base no número de grupos carboxila, os ácidos carboxílicos são divididos em monobásicos, dibásicos, etc.
A fórmula geral dos ácidos carboxílicos monobásicos é R — COOH. Um exemplo de ácido dibásico é o ácido oxálico HOOC — COOH.
Com base no tipo de radical, os ácidos carboxílicos são divididos em saturados (por exemplo, ácido acético CH 3 COOH), insaturados [por exemplo, ácido acrílico CH 2 =CH—COOH, ácido oleico CH 3 —(CH 2) 7 —CH =CH—(CH 2) 7 -COOH] e aromático (por exemplo, C 6 H 5 -COOH benzóico).
Isômeros e homólogos
Ácidos carboxílicos saturados monobásicos R-COOH são isômeros de ésteres (abreviados R"-COOR") com o mesmo número de átomos de carbono. A fórmula geral para ambos é C n H2 n O2.
| G | HCOOH metano (formiga) |
||||
| CH3COOH etano (acético) | HCOOCH3 éster metílico de ácido fórmico |
||||
| CH3CH2COOH propano (propiônico) |
HCOOCH 2 CH 3 ácido etil fórmico |
CH 3 COOCH 3 éster metílico de ácido acético | |||
| CH3(CH2)2COOH butano (óleo) |
2-metilpropano |
HCOOCH 2 CH 2 CH 3 éster propílico de ácido fórmico |
CH 3 COOCH 2 CH 3 acetato de etila |
CH 3 CH 2 COOCH 3 éster metílico de ácido propiônico |
|
| isômeros | |||||
Algoritmo para compor os nomes dos ácidos carboxílicos
- Encontre a espinha dorsal do carbono - esta é a cadeia mais longa de átomos de carbono, incluindo o átomo de carbono do grupo carboxila.
- Numere os átomos de carbono na cadeia principal, começando pelo átomo de carbono carboxila.
- Nomeie o composto usando o algoritmo para hidrocarbonetos.
- No final do nome, adicione o sufixo “-ov”, a terminação “-aya” e a palavra “ácido”.
Em moléculas de ácidos carboxílicos p-elétrons dos átomos de oxigênio do grupo hidroxila interagem com os elétrons da ligação - do grupo carbonila, como resultado do qual a polaridade da ligação O-H aumenta, a ligação - no grupo carbonila se fortalece, a carga parcial (+) no átomo de carbono diminui e a carga parcial (+) no átomo de hidrogênio aumenta.
Este último promove a formação de fortes ligações de hidrogênio entre as moléculas de ácido carboxílico.
As propriedades físicas dos ácidos carboxílicos monobásicos saturados são em grande parte devidas à presença de fortes ligações de hidrogênio entre as moléculas (mais fortes do que entre as moléculas de álcool). Portanto, os pontos de ebulição e a solubilidade em água dos ácidos são superiores aos dos álcoois correspondentes.
Propriedades químicas dos ácidos
O fortalecimento da ligação no grupo carbonila leva ao fato de que as reações de adição não são características dos ácidos carboxílicos.
- Combustão:
CH 3 COOH + 2O 2 2CO 2 + 2H 2 O
- Propriedades ácidas.
Devido à alta polaridade da ligação O-H, os ácidos carboxílicos em uma solução aquosa dissociam-se visivelmente (mais precisamente, reagem reversivelmente com ela):HCOOH HCOO - + H + (mais precisamente HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O +)
Todos os ácidos carboxílicos são eletrólitos fracos. À medida que o número de átomos de carbono aumenta, a força dos ácidos diminui (devido a uma diminuição na polaridade da ligação O-H); pelo contrário, a introdução de átomos de halogéneo no radical hidrocarboneto leva a um aumento na força do ácido. Sim, em uma fileiraHCOOH CH 3 COOH C 2 H 5 COOH
a força dos ácidos diminui, e na sérieAumentando.
Os ácidos carboxílicos exibem todas as propriedades inerentes aos ácidos fracos:
Mg + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Mg + H 2
CaO + 2CH 3 COOH (CH 3 COO) 2 Ca + H 2 O
NaOH + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O
K 2 CO 3 + 2CH 3 COOH 2CH 3 COZINHAR + H 2 O + CO 2 - Esterificação (reação de ácidos carboxílicos com álcoois levando à formação de um éster):
Álcoois poli-hídricos, como o glicerol, também podem entrar na reação de esterificação. Os ésteres formados por glicerol e ácidos carboxílicos superiores (ácidos graxos) são gorduras.As gorduras são misturas de triglicerídeos. Ácidos graxos saturados (C 15 H 31 COOH palmítico, C 17 H 35 COOH esteárico) formam gorduras sólidas de origem animal, e ácidos graxos insaturados (C 17 H 33 COOH oleico, C 17 H 31 COOH linoléico, etc.) formam gorduras líquidas (óleos) de origem vegetal.
- Substituição em um radical hidrocarboneto:
A substituição ocorre na posição -.A peculiaridade do ácido fórmico HCOOH é que esta substância é um composto bifuncional; é um ácido carboxílico e um aldeído:
Portanto, o ácido fórmico, entre outras coisas, reage com uma solução de amônia de óxido de prata (reação de espelho de prata; reação qualitativa):HCOOH + Ag 2 O (solução de amônia) CO 2 + H 2 O + 2Ag
Preparação de ácidos carboxílicos
Os compostos químicos baseados em um ou mais grupos COOH são definidos como ácidos carboxílicos.
Os compostos são baseados no grupo COOH, que possui dois componentes - carbonila e hidroxila. Um grupo de átomos COOH é chamado de grupo carboxila (carboxila). A interação dos elementos é garantida pela combinação de dois átomos de oxigênio e um átomo de carbono.
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Estrutura dos ácidos carboxílicos
Radical hidrocarboneto em monobásico saturadoácidos se combinam com um grupo COOH. A fórmula geral dos ácidos carboxílicos é assim: R-COOH.
A estrutura do grupo carbono afeta as propriedades químicas.
Nomenclatura
Nos nomes dos compostos de carbono, o átomo de carbono do grupo COOH é numerado primeiro. O número de grupos carboxila é indicado pelos prefixos di-; três-; tetra-.
Por exemplo, CH3-CH2-COOH é a fórmula do ácido propanóico.
Os compostos de carbono têm e nomes familiares: fórmico, acético, cítrico... Todos esses são nomes de ácidos carboxílicos.
Os nomes dos sais dos compostos carbônicos são obtidos a partir dos nomes dos hidrocarbonetos com a adição do sufixo “-aveia” (COOC)2-etanodioto de potássio.
Classificação de ácidos carboxílicos
Classificação de ácidos carboxílicos.
Pela natureza do hidrocarboneto:
- limite;
- insaturado;
- aromático.
De acordo com o número de grupos COUN existem:
- monobásico (ácido acético);
- dibásico (ácido oxálico);
- polibásico (ácido cítrico).
Ácidos carboxílicos saturados- compostos em que o radical está ligado a uma carbonila.
A classificação dos ácidos carboxílicos também os divide de acordo com a estrutura do radical ao qual a carbonila está ligada. Segundo este critério, os compostos são alifáticos e alicíclicos.
Propriedades físicas
Vejamos as propriedades físicas dos ácidos carboxílicos.
Os compostos de carbono têm diferentes números de átomos de carbono. Dependendo deste número, as propriedades físicas destes compostos diferem.
Compostos contendo de um a três átomos de carbono são considerados inferiores. São líquidos incolores com odor pungente. Os compostos inferiores dissolvem-se facilmente na água.
Compostos contendo de quatro a nove átomos de carbono são líquidos oleosos com odor desagradável.
Compostos contendo mais de nove átomos de carbono são considerados superiores e as propriedades físicas desses compostos são as seguintes : eles são sólidos, eles não podem ser dissolvidos em água.
Os pontos de ebulição e fusão dependem do peso molecular da substância. Quanto maior o peso molecular, maior o ponto de ebulição. A ebulição e o derretimento requerem uma temperatura mais elevada do que os álcoois.
Existem várias maneiras de obter ácidos carboxílicos.
As reações químicas exibem as seguintes propriedades:
Aplicação de ácidos carboxílicos
Os compostos de carbono são comuns na natureza e por isso são utilizados em diversas áreas: na indústria (leve e pesada) , na medicina e na agricultura, bem como na indústria alimentícia e cosmetologia.
Os compostos aromáticos são encontrados em grandes quantidades em bagas e frutos.
Na medicina, são utilizados ácidos láctico, tartárico e ascórbico. Os laticínios são usados como cauterização e o tártaro como laxante suave. O ácido ascórbico fortalece o sistema imunológico.
Frutas e aromáticas são utilizadas em cosmetologia. Graças a eles, as células se renovam mais rapidamente. O aroma das frutas cítricas pode ter efeito tônico e calmante no corpo. O ácido benzóico é encontrado em bálsamos e óleos essenciais e se dissolve bem em álcool.
Compostos insaturados de alto peso molecular são encontrados em dietética. Oleico é o mais comum nesta área.
Poliinsaturados com ligações duplas (linoléico e outros) possuem atividade biológica. Eles também são chamados de ácidos graxos ativos. Eles estão envolvidos no metabolismo, afetam a função visual e a imunidade, bem como o sistema nervoso. A ausência destas substâncias na alimentação ou o seu consumo insuficiente inibe o crescimento dos animais e tem um impacto negativo na sua função reprodutiva.
O ácido sórbico é obtido a partir de bagas de sorveira. É um excelente conservante.
O acrílico tem um odor pungente. É usado para produzir vidro e fibras sintéticas.
A partir da reação de etirificação é sintetizada a gordura, que é utilizada na fabricação de sabões e detergentes.
Formicida é usado na medicina, na apicultura e também como conservantes.
O acético é um líquido incolor com odor pungente; mistura-se facilmente com água. É amplamente utilizado na indústria alimentícia como tempero. Também é usado para preservação. Também possui propriedades solventes. Por isso, é muito utilizado na produção de vernizes e tintas, e em tingimentos. A partir dele são produzidas matérias-primas para combater insetos e ervas daninhas.
Esteárico e palmítico(compostos monobásicos superiores) são sólidos e não se dissolvem em água. Mas seus sais são usados na produção de sabão. Eles tornam as barras de sabão duras.
Por serem capazes de conferir homogeneidade às massas, os compostos são amplamente utilizados na fabricação de medicamentos.
Plantas e animais também produzem compostos de carbono. Portanto, é seguro consumi-los internamente. O principal é seguir a dosagem. Exceder a dose e a concentração leva a a queimaduras e envenenamento.
A corrosividade dos compostos é benéfica na metalurgia, bem como para restauradores e fabricantes de móveis. As misturas baseadas neles permitem nivelar superfícies e remover a ferrugem.
Os ésteres obtidos da reação de esterificação têm sido utilizados na perfumaria. Eles também são usados como componentes de vernizes e tintas e solventes. E também como aditivos aromáticos.
