Chimie Organica: Acizi carboxilici

ACIZII CARBOXILICI

Conținuturi Acizi carboxilici:

• - Formule de structură
• - Izomerie de catenă şi de poziţie
• - Proprietăţi fizice (stare de agregare, solubilitate, puncte de fierbere)
• - Proprietăţi chimice:

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

• - Aplicații – acizi carboxilici

 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 

• 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

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

 Formula generală

a acizilor alifatici monocarboxilici saturați:

C_nH_2n+1COOH sau C_nH_2nO₂

Izomerie de catenă şi de poziţie

Proprietăţi fizice

Proprietăți chimice

CH₃─COOH + H₂O  CH₃─COO^- + H₃O⁺
ac. etanoic                 ion etanoat      ion hidroniu
(ac. acetic)                (ion acetat)

 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

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 CnH_2nO₂.

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

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

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 C_nH_2nO₂
μC_nH_2nO2 = 14n + 32

14_n + 32.....................12_n 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 (m_p)

m_i = 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 C_nH_2nO₂

μC_nH_2nO₂ = 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 + H₂O 

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 C_M = 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 C_M = 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