Acidi carbossilici Gli acidi carbossilici sono composti organici che contengono il carbossile, un gruppo funzionale in cui un OH è legato al C carbonilico. L’OH è, però, diverso da quello di un alcol; Infatti, l’atomo di idrogeno di un OH carbossilico può essere rimosso, come protone, molto più facilmente di quello di un OH alcolico. Effetto induttivo. L’acidità non cambia in modo significativo con le dimensioni del gruppo alchilico legato alla funzione carbossilica. L’acidità di un acido aumenta quando nella molecola sono presenti atomi elettronattrattori (EA). Un sostituente elettron-attrattore, come l’atomo di cloro, attrae gli elettroni del legame C-Cl impoverendone l’atomo di carbonio a cui esso è legato e anche gli atomi di carbonio vicini. Il risultato finale è quello di sottrarre elettroni al carbossile e di stabilizzare conseguentemente l’anione carbossilato. Quest’ultimo risulta così una base più debole ed il suo acido coniugato un acido più forte. Quest’effetto, chiamato induttivo, diminuisce rapidamente con l’aumento del numero di legami interposti tra il sostituente e il carbossile. Proprietà fisiche Acidi carbossilici Gli acidi carbossilici a basso peso molecolare hanno punti di ebollizione relativamente alti, sono molto solubili in acqua ed esistono come dimeri, persino in fase vapore. Infatti, il carbossile partecipa sia come donatore sia come accettore ad un’estesa “rete” di legami idrogeno. Gli acidi carbossilici che non presentano altri gruppi funzionali ed hanno nella catena meno di dieci atomi di carbonio sono liquidi a temperatura ambiente, gli altri sono generalmente solidi. Gli acidi monocarbossilici a basso peso molecolare sono totalmente solubili in acqua, aumentando il peso molecolare, la solubilità diminuisce. Il carbonile della funzione carbossilica è meno reattivo del carbonile di aldeidi e chetoni. Per questa ragione molti composti che reagiscono facilmente con aldeidi e chetoni danno reazioni più lente, o reagiscono solo in presenza di catalizzatori, con i derivati di acidi carbossilici. Derivati degli acidi carbossilici Nei derivati degli acidi carbossilici l’ossidrile è sostituito da atomi o gruppi atomici diversi: •in un cloruro acilico, un atomo di cloro; •in un’anidride, l’anione di un secondo acido carbossilico; •in un estere, un gruppo alcossile; •in un’ammide, il gruppo amminico (e pertanto si parla di ammidi 1e, 2e e 3e a secondo del numero di atomi di carbonio legati all’atomo di N). Il nitrile Un caso particolare I nitrili sono composti che contengono il gruppo ciano, C≡N. Pur non aderendo a quella che è la formula generale dei derivati degli acidi carbossilici, sono considerati tali in quanto per idrolisi forniscono le ammidi e poi gli acidi carbossilici. Nomenclatura: Acidi carbossilici Acido carbossilico alchilico: si fa derivare dall’idrocarburo con lo stesso numero di atomi di carbonio nella catena, sostituendo la desinenza -o con il suffisso -oico e premettendo al nome così ottenuto la parola acido. La catena è numerata a partire dal carbonio del carbossile, che per sua natura è terminale, e la presenza di eventuali altri sostituenti è indicata assegnando il nome e il numero della posizione di ciascuno. I primi due acidi carbossilici, l’acido metanoico e l’acido etanoico, sono indicati comunemente con i nomi d’uso, rispettivamente acido formico ed acido acetico. Acidi carbossilici aromatici: il carbossile è legato direttamente all’anello aromatico. Quando il carbossile è legato ad un cicloalcano si sostituisce la -o finale del nome dell’idrocarburo ciclico con la desinenza –carbossilico. Acidi carbossilici: Il gruppo carbossilico –COOH è il gruppo funzionale degli acidi carbossilici, che hanno formula generale R-COOH. Secondo la nomenclatura ufficiale il nome dell’acido si ottiene da quello del corrispondente idrocarburo cambiandone la desinenza in –oico: H-COOH acido formico (acido metanoico) CH3-COOH acido acetico (acido etanoico) CH3-CH2-COOH acido propionico (acido propanoico) CH3-CH2-CH2-COOH acido butirrico (acido butanoico) CH3-CH2-CH2-CH2-COOH acido valerianico (acido pentanoico) Gli atomi di carbonio della catena possono essere indicati con i numeri arabi, assegnando la posizione 1 al carbossile, o con le lettere dell’alfabeto greco assegnando la posizione alfa al carbonio adiacente al carbossile Acidi carbossilici: • acidi a catena breve (<4C) • intermedia (4-10C) • lunga (11-20) • molto lunga (>20C) Gli acidi carbossilici a lunga catena (>10C) sono detti acidi grassi Nomenclatura (segue) Gruppi acilici e cloruri Il nome del gruppo acile si fa derivare da quello dell’acido corrispondente, sostituendo la desinenza -ico con –ile. Per indicare il gruppo acile degli acidi nel cui nome è utilizzata la dizione -carbossilico, quest’ultima viene trasformata in -carbonile. I cloruri degli acidi carbossilici sono indicati sistematicamente come cloruri di acile. Nomenclatura (segue) Anidridi L’anidride conserva il nome dell’acido corrispondente, avendo sostituito la -o finale con una -a e la parola acido con anidride. Tra le anidridi, sono importanti l’anidride acetica ed alcune anidridi cicliche che derivano da acidi dicarbossilici. Le anidridi cicliche con anelli a cinque e a sei atomi sono stabili e si formano facilmente dagli acidi dicarbossilici. Nomenclatura (segue) Ammidi, immidi e nitrili. Ammidi: si ottiene da quello degli acidi carbossilici omettendo la parola “acido” e sostituendo la desinenza -oico (o -ico per i nomi d’uso) con -ammide, oppure la desinenza -carbossilico con -carbossiammide. Se l’atomo di azoto di un’ammide è legato a sostituenti alchilici, il nome dell’ammide si fa precedere dalla maiuscola N-, per indicare la sostituzione sull’azoto, seguita dal nome dei gruppi alchilici. Se il sostituente sull’atomo di azoto di un’ammide è un fenile, si sostituisce la desinenza del nome dell’acido carbossilico con -anilide. si usa il suffisso -immide nel caso delle ammidi cicliche in cui i due gruppi acilici sono legati allo stesso atomo di azoto. Nitrili: si aggiunge il suffisso -nitrile direttamente al nome dell’idrocarburo che ha lo stesso numero di atomi di carbonio, compreso l’atomo di carbonio del gruppo ciano. Se sono presenti altri gruppi funzionali, il gruppo ciano è considerato come sostituente ed indicato con il nome -ciano Nomenclatura (segue) Sali ed esteri Si ottiene omettendo dal nome dell’acido carbossilico la parola “acido” e: per un sale si sostituisce la desinenza -ico (anche nei nomi d’uso) con il suffisso -ato di, cui segue il nome del catione, per un estere si sostituisce la desinenza -ico con il nome del residuo organico legato all’ossigeno del carbossile. Sostituzione nucleofila acilica (SNA) Il C del CO è elettrofilo. Perciò gli acidi carbossilici, ma molto meglio i loro derivati, danno reazioni di sostituzione nucleofila. Esse avvengono in due stadi: 1.attacco nucleofilo al carbonio carbonilico, con conseguente formazione di un intermedio tetraedrico; 2.eliminazione di un gruppo uscente, con ripristino del carbonile. Reattività dei derivati Scala di reattività I derivati degli acidi carbossilici presentano una reattività diversa nelle reazioni di sostituzione nucleofila. Tale reattività nei confronti delle reazioni di sostituzione nucleofila al carbonio carbonilico diminuisce nell’ordine riportato di fianco. Essa è direttamente proporzionale all’effetto di stabilizzazione per risonanza. Idrolisi Tutti i derivati acilici reagiscono con l’acqua, reagente nucleofilo, per dare i corrispondenti acidi carbossilici. In particolare, i cloruri acilici reagiscono con H2O molto rapidamente formando l’acido corrispondente ed HCl come sottoprodotto. Le anidridi, sebbene meno reattive, reagiscono con la stessa rapidità e formano anch’esse l’acido carbossilico corrispondente. Saponi L’idrolisi di un estere in condizioni basiche è definita reazione di saponificazione in quanto è appunto utilizzata nella produzione dei saponi. In passato il sapone si produceva a livello casalingo facendo bollire i residui grassi dei cibi con cenere di legna che costituisce una sorgente di idrossido di potassio. I saponi sono, quindi, sali sodici o potassici di acidi grassi, mescolati a glicerolo. Acidi bicarbossilici saturi Contengono nella loro molecola due gruppi carbossilici. Alcuni acidi bicarbossilici saturi di interesse in biologia: Acido ossalico HOOC-COOH Acido malonico HOOC-CH2-COOH Acido succinico HOOC-CH2-CH2-COOH Acido glutarico HOOC-CH2-CH2- CH2-COOH Acidi tricarbossilici Acidi bicarbossilici insaturi Es: acidi fumarico e maleico isomeria geometrica o isomeria cis-trans