Chimie Organica: Acizi carboxilici





ACIZII CARBOXILICI

 

Conținuturi Acizi carboxilici:

 

• Reacții cu metalele reactive
• Reacții cu oxizi metalici
• Reacții cu hidroxizi alcalini
• Reacții cu carbonați
• Reacția cu alcooli
• Esterificarea acidului salicilic,
• Hidroliza acidului acetilsalicilic

 

 Acizii carboxilici

sunt compuși organici care conțin în moleculă grupa funcțională trivalentă carboxil, - COOH.

 

 Formule de structură

 

Denumire, formule de structură
• Acizi monocarboxilici aciclici saturați


Acid metanoic (acid formic) H─ COOH
Acid etanoic (acid acetic) CH3─ COOH
Acid propanoic (acid propionic) CH3─ CH2 ─ COOH


• Acizi monocarboxilici aciclici nesaturați
Acid propenoic (acid acrilic) CH2 = CH─ COOH


• Acizi monocarboxilici aromatici
Acid benzencarboxilic (acid benzoic) C6H5─ COOH sau acid-benzoic

• Acizi dicarboxilici saturați
Acid etandioic (acid oxalic) HOOC ─ COOH
Acid propandioic (acid malonic) HOOC ─ CH2 ─ COOH

• Acizi dicarboxilici nesaturați
Acid 2-butendioic HOOC─ CH= CH─ COOH

• Acizi dicarboxilici aromatici

acizi-dicarboxilici-aromatici

Acid 1,2-benzendicarboxilic (acid orto-ftalic)

 Formula generală

a acizilor alifatici monocarboxilici saturați:


CnH2n+1COOH sau CnH2nO2

 

 

Izomerie de catenă şi de poziţie

 Izomeria acizilor
1. Izomeria de catenă, apare la acizii alifatici cu n ≥ 4.
 
Exemplu: C4H8O2

CH3─ CH2 ─ CH2 ─ COOH
acid butanoic (ac. butiric)
 
CH3 ─ CH─ COOH
          │
         CH3
 acid 2-metilpropanoic (ac. izobutiric)

2. Izomeria de poziție, apare la acizii policarboxilici.
Exemplu: acizii orto-ftalic, meta-ftalic și para-ftalic sunt izomeri de poziție;

3. Izomerie optică, se întâlnește la acizii cu atomi de carbon asimetrici.
 
 

Proprietăţi fizice

 
Proprietăţi fizice
Diferența de electronegativitate dintre atomii de C, O și H, ce intră în componența grupei carboxil, determină polarizarea grupelor carboxil (acizii au molecule polare).

Stare de agregare
Acizii inferiori sunt lichizi, iar cei superiori și aromatici sunt solizi.

Puncte de topire și fierbere
Acizii carboxilici au temperaturi de fierbere și topire mai ridicate decât ale unor compuși organici cu același număr de atomi de carbon, deoarece între moleculele polare ale acizilor se stabilesc legături de hidrogen puternice, rezultând asociații numite dimeri.
Ex: p.f.CH3─OH < p.f.H─COOH sau p.f.CH3─ CH2─OH < p.f.CH3─COOH
+65ºC +100,5ºC +78ºC +118 ºC
Temperaturile de fierbere și topire cresc cu masele moleculare.

Solubilitatea
Acizii carboxilici inferiori sunt solubili în apă, deoarece între grupele carboxil polare și moleculele de apă se stabilesc legături de hidrogen.
Solubilitatea în apă scade cu creșterea numărului de atomi de carbon (masa moleculară).
 
 

Proprietăți chimice

 
Proprietăți chimice
Caracterul acid este proprietatea acizilor de a ceda protoni (H+) din grupa carboxil.
• Este determinat de polarizarea grupei carboxil;
• Se manifestă în reacțiile cu apa, metalele active, oxizi metalici, hidroxizi și săruri ale unor acizi mai slabi (carbonați, fenoxizi, alcoxizi, etc.).
 
1. Ionizarea acizilor are loc la dizolvarea acizilor în apă.
• Este o reacție reversibilă, deoarece acizii carboxilici sunt acizi slabi;
• Soluțiile obținute au caracter acid, colorează soluțiile de indicatori: înroșesc turnesolul și metiloranjul.
 
CH3─COOH + H2 CH3─COO- + H3O+
ac. etanoic                 ion etanoat      ion hidroniu
(ac. acetic)                (ion acetat)
 
 
2. Reacția cu metalele active (situate înaintea hidrogenului în seria de activitate Beketov – Volta), conduce la sarea corespunzătoare și hidrogen.
• Reacționează metalele: Na, K (monovalente), Ca, Mg, Ba, Zn
(divalente), Al (trivalent);
• Nu reacționează metalele: Cu, Hg, Ag, Au.
 
 CH3─COOH + Na → CH3─COO- Na+ + H2
 
                              ac. etanoic (ac. acetic)  etanoat de sodiu (acetat de sodiu)

2CH3─COOH + Mg  → (CH3─COO)2Mg + H2
 
3CH3─COOH + Al  → (CH3─COO)3Al + H2
 
 
3. Reacția cu oxizi metalici, conduce la sarea corespunzătoare și apă.
2H─COOH + CaO  → (H─COO)2Ca + H2O
metanoat de calciu (formiat de calciu)

2C6H5─COOH + ZnO  → (C6H5─COO)2 Zn + H2O
                                     benzoat de zinc
4. Reacția cu hidroxizi (baze) este reacție de neutralizare, conduce la sare și apă.

• Reacția de neutralizare se realizează prin operația de titrare, în prezența
unui indicator;

Exemplu: fenolftaleina este colorată roșu-carmin în mediu bazic și incoloră
în mediu acid și neutru.
CH3─COOH + KOH  → CH3─COO- K+ + H2O
                                     acetat de potasiu

2H─COOH + Mg(OH)2 → (H─COO)2Mg + 2H2O
                                        formiat de magneziu
 
Acizii dicarboxilici pot reacționa cu ambele grupe carboxil.
HOOC─CH2─COOH + 2NaOH  → NaOOC─CH2─COONa + 2H2O
                                               ac. malonic malonat de disodiu 
 
5. Reacția cu carbonați conduce la sarea corespunzătoare, apă și dioxid de carbon.
• Acizii carboxilici deplasează acizii slabi, exemplu acidul carbonic, din
sărurile lor;

• Este reacția de recunoaștere a acizilor carboxilici, are loc cu efervescență
datorită degajării dioxidului de carbon.

CH3─COOH + NaHCO3 → CH3─COONa + H2O + CO2
                     carbonat acid de sodiu
                     (bicarbonat de sodiu,
                     hidrogenocarbonat de sodiu)

2CH3─COOH + CaCO3 → (CH3─COO) 2Ca + H2O + CO2
                      carbonat de calciu
 
6. Reacția de esterificare este reacția dintre un acid și un alcool cu formare de ester și apă.
•  Este o reacție reversibilă și are loc la încălzire în prezența unui acid tare
(HCl, H2SO4).

•  Mecanismul reacției arată că apa formată în reacție provine din grupa
hidroxil (–OH) din acid și hidrogenul din alcool.
La esterificarea unui acid cu un alcool având oxigen marcat cu izotopul 18O,
esterul format conține oxigenul marcat. Astfel, s-a dovedit că eliminarea apei se face între grupa hidroxil a acidului și atomul de hidrogen din grupa hidroxil a alcoolului.
 
reactia-de-esterificare

 

Esterii:

Esterii sunt substanțe cu miros plăcut care contribuie la aroma fructelor și
parfumul florilor. Se găsesc în natură sub formă de grăsimi și uleiuri. Sunt
insolubili în apă, dar solubili în solvenți organici.
Esterii sunt izomeri de funcțiune cu acizii carboxilici, au aceeași formulă
moleculară.
Formulă generală a monoesterilor alifatici saturați este aceeași cu cea a
acizilor alifatici monocarboxilici saturați CnH2nO2.


7. Esterificarea acidului salicilic, cu derivați funcționali ai acizilor carboxilici, are loc la grupa hidroxil.

esterificarea-acidului-salicilic

 

8. Hidroliza acidului acetil salicilic conduce la acid salicilic și acid acetic.

hidroliza-acidului-acetil-salicilic

 

În organism are loc hidroliza enzimatică a aspirinei, în prezența unei enzime
care acționează specific asupra grupei ester a aspirinei.


Proprietățile aspirinei:
•  Analgezic – înlătură durerea;
•  Antiinflamator – indicată în afecțiuni articulare inflamatorii acute;
•  Antitermic (antipiretic) – reduce febra;
•  Antiagregant plachetar – previne coagularea sângelui în artere și vene.
•  Antitumoral – previne cancerul de colon.

 

Utilizări

 

Acid formic: 

În industria textilă ca mordant;
În tăbăcărie pentru decalcifierea pieilor;

Acid acetic:

În alimentație ca oțet (3-9%), la obținerea
aspirinei, a mătăsii acetat, a adezivilor, acetatul de celuloză, esteri utilizați în parfumerie, coloranți.

 

Aplicații – acizi carboxilici


I. Un acid monocarboxilic saturat conține 58,82%C.
1. Determinați formula moleculară a acidului;
2. Scrieți și denumiți doi izomeri de catenă cu formula identificată.


Rezolvare:
1. Formula generală CnH2nO2
μCnH2nO2 = 14n + 32


14n + 32.....................12n g C
100............................58,82 g C, n = 5, C5H10O2

2. CH3─ CH2 ─ CH2─ CH2 ─ COOH

ac. pentanoic

CH3─ CH2─ CH ─ COOH
                     │

                    CH3
 ac. 2-metilbutanoic 

 

 II. Acidul formic se găsește în acele verzi ale pinilor și ale brazilor, în frunzele urzicilor și în secrețiile furnicilor roșii.
1. Scrieţi ecuaţia reacţiei acidului formic cu magneziu.
2. Calculaţi volumul de hidrogen (c.n.) degajat în reacţia totală a 200 g acid
formic de puritate 92% cu magneziu.

 

Rezolvare:
1. 2H─ COOH + Mg → (H─ COO)2Mg + H2

 

2.  mp ==184 g,

υ === 4 moli ac.formic ⇒ 2 moli H2

V = 2 · 22,4 = 44,8 L H2

 

III. O probă de acid benzoic cu masa de 10 g reacționează cu 20 g soluție de NaOH de concentrație 10%. Știind că impuritățile nu reacționează cu NaOH, să se determine puritatea acidului benzoic.

 Rezolvare:
C6H5─ COOH + NaOH → C6H5─ COONa + H2O

μC7H6O2 = 122 g/mol     μNaOH = 40 g/mol

C% =· 100, md == 2 g NaOH,

υ == 0,05 moli NaOH

⇒ 0,05 moli ac. benzoic, m = 0,05·122 = 6,1 g ac. benzoic (mp)

mi = 10 g

p =· 100, p == 61%

 

IV. Se dă schema de reacţii chimice:

A + KMnO4/H+  → B

B + C2H5OH C +H2O

1. Ştiind că C este monoester cu 31,37% oxigen, procente masice şi A este un alcool monohidroxilic primar saturat, determinaţi formula de structură a esterului C.
2. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor conform schemei;
3. Calculați masa (g) de compus A necesară obținerii a 1,02 kg de ester C.

Rezolvare:
1. Formula generală ester CnH2nO2

μCnH2nO2 = 14n + 32
14n + 32.....................32 g O
100............................31,37 g O, n = 5, C5H10O2
B – ac. monocarboxilic

 R – COOH + CH3─ CH2─ OH  R – COO─ CH2─ CH3 + H2O

Esterul R – COO─ CH2─ CH3 are formula moleculară C5H10O2

Radicalul R, conține 2 atomi de carbon, R este CH3─ CH2

B este CH3─ CH2─ COOH, ac propanoic
A este alcoolul, CH3─ CH2─ CH2─ OH, alcool propilic (1- propanol)
C este esterul CH3─ CH2─ COO─ CH2─ CH3, propanoat de etil

 

2. 5CH3─ CH2─ CH2─ OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 5CH3─ CH2─ COOH
+ 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11H2O
CH3─CH2─COOH + CH3─CH2─OH  CH3─CH2–COO─CH2─CH3 + H2

 

3. μC5H10O2 = 102 g/mol μC3H8O = 60 g/mol

υ === 10 moli ester, =, x = 10 moli ac. propanoic

 

= , y = 10 moli alcool, m = 10·60 = 600 g alcool propilic

 

V. Acizii carboxilici se dizolvă în hidroxizi alcalini, formând săruri complet ionizate în soluție apoasă. Peste 200 mL soluţie de acid acetic se adaugă 100 mL soluţie de hidroxid de potasiu de concentraţie CM = 2 mol/L.


1. Scrieţi ecuaţia reacţiei acidului acetic cu soluţie de hidroxid de potasiu.
2. Calculaţi concentraţia molară a soluţiei de acid acetic.

Rezolvare:
1. CH3─ COOH + KOH → CH3─ COOK + H2O
2. CM =, ʋ = 2·0,1 = 0,2 moli KOH ⇒ 0,2 moli ac. acetic
CM = 0,2 / 0,2 = 1 mol/L

 

VI. Acidul benzoic se găsește în unele rășini vegetale (smirnă, tămâie).


1. Scrieţi ecuaţia reacţiei de obţinere a benzoatului de etil din acidul benzoic şi alcoolul corespunzător, în mediu acid.
2. Calculaţi masa (g) de acid benzoic de puritate 80%, care se consumă
stoechiometric în reacţia cu 2 kmoli de etanol.

 

Rezolvare:
1. C6H5─ COOH + CH3─ CH2─ OH  C6H5 ─ COO─CH2─ CH3 + H2O

2. 2 kmoli etanol ⇒ 2 kmoli ac. benzoic

m = 2·122 = 244 kg ac. benzoic (mp)

mi == 305 kg = 305000 g ac. benzoic

 

VII. Acidul butanoic se găsește în untul din lapte de vacă.


1. Scrieţi ecuaţia reacţiei de obţinere a butanoatului de etil din acidul
butanoic şi alcoolul corespunzător.
2. Calculaţi masa de butanoat de etil care se obţine din reacţia a 9,2 g alcool etilic cu acid butanoic, dacă randamentul reacţiei este de 66,66%.


Rezolvare:

1.
CH3─CH2─CH2─COOH + CH3─CH2─OH   CH3─CH2─CH2–COO─CH2─ CH3 + H2O

2. μC2H6O = 46 g/mol μC6H12O2 = 116 g/mol

υ === 0,2 moli etanol ⇒ 0,2 moli butanoat de etil, m = 0,2·116 =23,2 g

 

Cp == 15,45 g butanoat de etil

 

VIII. Acidul acetilsalicilic este substanța activă din numeroase medicamente cu proprietăți analgezice și antiinflamatorii. Un comprimat de aspirină tamponată conține 0,85 g excipienți, 0,15 g gluconat de calciu și 0,5 g acid acetilsalicilic.


1. Scrieți ecuația reacției de esterificare a acidului salicilic cu clorura de
acetil.
2. Calculați masa de acid salicilic necesară obținerii a 100 comprimate de
aspirină.


Rezolvare:

 

2. 100 comprimate conțin, 50 g acid acetilsalicilic.

μC7H6O3 = 138 g/mol μC9H8O4 = 180 g/mol

υ === 0,27(7) moli ac. acetilsalicilic ⇒ 0,27(7) moli ac. salicilic

m = 0,27(7) · 138 = 38,33 g ac. salicilic

 

IX. O cantitate de 200 mL soluție de acid propanoic de concentrație CM = 2 mol/L, reacționează cu 9,2 g metal monovalent.


1. Identificați metalul monovalent.
2. Calculați volumul de hidrogen degajat, măsurat la 2 atm. și 27 C.

 

Rezolvare:
1. CH3─ CH2 ─ COOH + M → CH3─ CH2 ─ COOM +H2

 

CM =, ʋ = 2·0,2 = 0,4 moli acid propanoic

 

=, μ = 23 g/mol, metalul este Na.

 

2. =, x = 0,2 moli H2

PV = vRT , T = 273 + 27 = 300 K, R = 0,082 L· atm /mol·K

V ==== 2,46 L H2

 

X. Acidul arahidonic este un acid gras esenţial cu următoarea formulă de
structură: CH3 – (CH2)4 – (CH = CH – CH2)4 – (CH2)2 – COOH.
Scrieți ecuațiile reacțiilor acidului arahidonic cu:
1. H2/Ni
2. Cl2/CCl4
3. KOH
4. NaHCO3

Rezolvare: vezi teorie.

 

 Cuprins: Lecții chimie organică pentru bacalaureat 

Alte Lectii din chimie

Please enable / Bitte aktiviere JavaScript!
Veuillez activer / Por favor activa el Javascript![ ? ]