Acidi carbossilici: nomenclatura e proprietà, acidità

Gli acidi carbossilici sono composti organici di formula generale RCOOH in cui R può essere un gruppo alchile, arile o alchenile.
Se nella molecola sono presenti due gruppi carbossilici –COOH si hanno gli acidi bicarbossilici

Nomenclatura

Gli acidi carbossilici possono essere denominati seguendo uno dei seguenti metodi:

–         Nomenclatura sistematica (secondo le norme I.U.P.A.C.).

Se la funzione –COOH rappresenta il gruppo a priorità maggiore della molecola, il nome dell’acido carbossilico si ottiene:

• dal nome dell’idrocarburo corrispondente alla più lunga catena di atomi di carbonio comprendente il carbossile
• sostituendo il suffisso –ano, -ene, con –oico se l’acido è monocarbossilico, – dioico se è bicarbossilico.

La posizione degli altri sostituenti presenti nella catena è indicata numerando la catena di atomi di carbonio del carbossile con il numero 1.

–         Nomenclatura  comune. Molti nomi di acidi carbossilici sono divenuti di uso corrente per cui si riporta un elenco comparativo di nomi sistematici e comuni di acidi mono e dicarbossilici.

Acidi bicarbossilici

Per quanto concerne l’uso di tali nomenclature occorre tener presente che nel caso di acidi carbossilici aciclici, in cui la funzione carbossilica è quella prioritaria, si usa la nomenclatura sistematica (-oico, -dioico). Quando il gruppo –COOH è principale ed è direttamente legata a un ciclo (compresi gli eterocicli), si preferisce usare la nomenclatura sostitutiva funzionale. Gli acidi carbossilici aromatici sono considerati come derivati degli idrocarburi aromatici sostituendo il suffisso –ene con –oico anche se sarebbe più corretta una nomenclatura di tipo sostitutivo-funzionale.

Così ad esempio la formula

Ha come nome sostitutivo-funzionale acido 2,4,6-trimetilbenzencarbossilico, come nome comune acido mesitoico mentre il nome IUPAC è acido 2,4,6 trimetilbenzoico.

Spesso la nomenclatura corrente per indicare sostituenti presenti nella molecola di un acido carbossilico, si fa ricorso alle lettere dell’alfabeto greco, considerando come carbonio α quello vicino al carbossile e così via:

-C –C –C –C -C-COOH

ε  ∂  γ  β  α

Proprietà fisiche

La polarizzazione del legame carbossilico rende gli acidi carbossilici più altobollenti degli alcoli di peso molecolare corrispondente a causa della maggior forza dei legami a idrogeno intermolecolari. Gli acidi carbossilici sono presenti in forma dimera anche in fase vapore:

La possibilità di formare legami a idrogeno intramolecolari rende gli acidi carbossilici solubili nei solventi polari protici e soprattutto acqua e alcoli. Con l’aumentare del peso molecolare si ha diminuzione della solubilità in acqua dal momento che il carattere idrofobo di R diventa sempre più consistente.

Struttura del carbossile e acidità

Da studi di diffrazione elettronica e neutronica il gruppo carbossilico risulta planare; i tre orbitali ibridi sp² del carbonio formano per sovrapposizione con gli orbitali dell’ossigeno e un orbitale sp³ del carbonio in α i tre legami che costituiscono lo scheletro del carbossile.

In soluzione acquosa gli acidi carbossilici presentano reazione acida in quanto il carbossile è un donatore di protoni migliore dell’acqua:

R-COOH + H₂O ↔ R-COO^– ( ione carbossilato) + H₃O⁺

Lo ione carbossilato può essere rappresentato come un ibrido di risonanza di due strutture di uguale contenuto energetico:

Acidità

L’acidità degli acidi carbossilici dipende dalla stabilità dei corrispondenti anioni carbossilati. Se nella molecola sono presenti dei sostituenti, il loro influsso sull’acidità è legato al contributo che essi portano alla stabilizzazione dello ione carbossilato.

Così, sostituenti elettronattrattori aumentano l’acidità in quanto delocalizzano la carica negativa stabilizzando lo ione carbossilato. Invece gruppi elettrondonatori diminuiscono l’acidità in quanto intensificano la carica negativa dello ione carbossilato destabilizzandolo.

L’acidità diminuisce all’aumentare dei gruppi alchilici in α mentre aumenta se sono presenti alogeni in  α.

Dal momento che l’effetto induttivo diminuisce all’aumentare della distanza, l’acidità degli acidi carbossilici è influenzata, in misura sempre minore, all’aumentare della distanza di sostituenti elettronattrattori dal carbossile.

Negli acidi carbossilici aromatici l’acidità risente non solo degli effetti induttivi, ma anche di quelli di risonanza. I sostituenti elettrondonatori (orto, para orientanti) impediscono la delocalizzazione sull’anello della carica negativa dell’anione carbossilato.

I sostituenti elettronattrattori, invece, aumentano l’acidità dal momento che delocalizzano la carica negativa dell’anione carbossilato stabilizzandolo.