7.10: Ácidos carboxílicos y derivados

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Melanie M. Cooper & Michael W. Klymkowsky
Michigan State University and UC Bolder

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Ahora que tenemos una comprensión bastante sólida de las reacciones de aldehídos y cetonas, vamos a subir un estado de oxidación para observar el comportamiento de los ácidos carboxílicos y sus derivados (Tabla\(7.0.1\)), un grupo de compuestos que incluye los ácidos, ésteres, amidas, cloruros de ácido y ácido anhidridos. Al igual que hicimos con aldehídos y cetonas, destacaremos y discutiremos las razones tanto de las similitudes como de las diferencias observadas. La diferencia más obvia entre este grupo de compuestos es que los ácidos carboxílicos son ácidos; los demás derivados carecen de un hidrógeno ácido unido a un\(\mathrm{O}\) y, por lo tanto, no participan en reacciones ácido-base simples ^[6]. Ya que hemos discutido antes las razones de la acidez de los ácidos carboxílicos, no vamos a repasar eso aquí con gran extensión, pero asegúrate de revisar Capítulo\(1\) si necesitas un repaso. Sin embargo, sí queremos recordarle que muchos compuestos orgánicos son ácidos (o básicos) y pueden existir como su base conjugada (o ácido) en soluciones acuosas, y que las cantidades relativas de ácido o bases conjugadas cambian a medida que\(\mathrm{pH}\) cambia. El grado en que una molécula existe en una forma ácida o básica (en agua) es particularmente importante para los sistemas biológicos que (en humanos) están tamponados alrededor\(7.3–7.4\). Recordemos que podemos relacionar el\(\mathrm{pH}\) de una solución tamponada con el\(\mathrm{pK}_{\mathrm{a}}\) de cualquier ácido que esté participando en la solución usando la ecuación de Henderson-Hasselbalch ^[7]:\[\mathrm{pH}=\mathrm{p} \mathrm{K}_{\mathrm{a}}+\log \frac{[\mathrm{A}^{-}]}{[\mathrm{HA}]}\]

donde\(\mathrm{HA}\) y\(\mathrm{A}^{-}\) son las concentraciones del ácido y su base conjugada, respectivamente. Podemos reescribir esta ecuación (tomando el anti-log de los términos) para que: lo\[\frac{[\mathrm{A}^{-}]} {[\mathrm{HA}]}\]
que nos permita estimar las cantidades relativas de ácido y base.

Por ejemplo, un ácido carboxílico típico tiene un\(\mathrm{pK}_{\mathrm{a}}\) de alrededor\(4\). En fisiológico\(\mathrm{pH}\) (\(\sim 7\)), la relación entre la base conjugada y el ácido conjugado es\(\sim 10^{(7-4)}=10^{3}\), es decir, hay aproximadamente 1000 veces más de la base conjugada que el ácido conjugado para la mayoría de los ácidos carboxílicos comunes en los sistemas biológicos.

Hay muchos ácidos carboxílicos de origen natural (es decir, biológicamente relevantes) y la mayoría de ellos existen como la base conjugada en fisiológicos\(\mathrm{pH}\). Una consecuencia es que estas especies son solubles en agua debido a las favorables interacciones ión-dipolo que se pueden formar. Las moléculas biológicas que no contienen tales grupos polares (ionizados) (\(-\mathrm{COO}^{-}\)o\(-\mathrm{NH}_{3} {}^{+}\)) son típicamente insolubles en agua: de hecho, la presencia de este tipo de cadena lateral polar (iónica) explica la solubilidad en agua de muchas moléculas biológicas grandes.