Acizi carboxilici și derivați (esteri, amide, anhidride)

Acizii carboxilici sunt compuși organici ce conțin gruparea funcțională carboxil (-COOH). Sunt acizi slabi, cu pKa în jur de 4-5, și au proprietatea de a forma legături de hidrogen, ceea ce le conferă puncte de fierbere ridicate. Reacțiile caracteristice includ esterificarea (cu alcooli, în prezență de acid sulfuric concentrat, formând esteri), amidarea (cu amine, formând amide) și formarea anhidridelor (prin deshidratare intermoleculară).

Esterii (R-COO-R') sunt utilizați ca solvenți și în parfumuri, având mirosuri plăcute. Amidele (R-CO-NH2) sunt stabile, cu puncte de topire ridicate, și se găsesc în proteine (legături peptidice). Anhidridele (R-CO-O-CO-R') sunt reactive, utilizate în sinteze organice, de exemplu în reacția de acilare Friedel-Crafts.

Hidroliza esterilor și amidelor, în mediu acid sau bazic, duce la regenerarea acidului carboxilic. Formarea halogenurilor de acil (R-CO-X) este un pas intermediar important în sinteza derivativilor. La bacalaureat, se testează mecanismele de reacție, izomeria funcțională și proprietățile fizice comparative.

Un exemplu tipic: acidul acetic (CH3COOH) reacționează cu etanolul (C2H5OH) formând acetat de etil (CH3COOC2H5) și apă; aceasta este o reacție reversibilă, de echilibru. Amida acidului acetic, acetamida (CH3CONH2), se obține prin reacția cu amoniac. Anhidrida acetică ((CH3CO)2O) se prepară prin deshidratarea acidului acetic cu P2O5.

Înțelegerea polarității și a reactivității derivativilor este esențială: anhidridele sunt mai reactive decât esterii, iar amidele sunt mai puțin reactive. De asemenea, se studiază aciditatea, cu efectele substituenților electrodonori sau electron-acceptori. La examen, se cer ecuații chimice echilibrate, denumiri IUPAC și raționamente privind stabilitatea moleculelor.

Exemple

• Exemplul 1: Scrieți ecuația reacției de esterificare dintre acidul formic (HCOOH) și metanol (CH3OH) în prezență de H2SO4. Rezolvare: HCOOH + CH3OH → HCOOCH3 + H2O. Esterul rezultat se numește formiat de metil (metanoat de metil). Se adaugă un catalizator acid (H2SO4) pentru a protona gruparea carbonil, facilitând atacul nucleofil al alcoolului. Reacția este reversibilă; se elimină apa pentru a deplasa echilibrul spre dreapta.
• Exemplul 2: Acidul acetic (CH3COOH) reacționează cu amoniacul (NH3) formând acetamidă. Scrieți ecuația și explicați mecanismul. Rezolvare: CH3COOH + NH3 → CH3CONH2 + H2O. Inițial se formează o sare de amoniu (CH3COONH4), care prin încălzire la 100-150°C pierde apă și dă amida. Mecanismul implică atacul nucleofil al NH3 la carbonul carbonil, urmat de eliminarea apei. Amidele sunt mai stabile decât sărurile corespunzătoare.
• Exemplul 3: Anhidrida acetică se obține prin reacția a două molecule de acid acetic cu eliminare de apă, în prezență de P2O5. Scrieți ecuația și calculați masa de anhidridă obținută din 120 g acid acetic (puritate 80%). Rezolvare: 2 CH3COOH → (CH3CO)2O + H2O. Mase molare: acid acetic = 60 g/mol, anhidridă = 102 g/mol. Acid pur: 120 * 0,8 = 96 g, adică 96/60 = 1,6 moli. Se obțin 0,8 moli anhidridă (raport 2:1), masa = 0,8 * 102 = 81,6 g. Reacția este de deshidratare intermoleculară.

Concepte cheie: Structura grupării carboxil (COOH) și polaritatea sa, Reacția de esterificare Fischer (acid + alcool → ester + apă), Formarea amidelor prin reacția cu amoniac sau amine, Proprietățile fizice comparate: puncte de fierbere (amide > acizi > alcooli > esteri), Anhidridele ca derivați reactivi, obținuți prin deshidratare intermoleculară, Hidroliza acidă și bazică a esterilor și amidelor, Clorurile de acil și utilizarea lor în sinteze (acilare), Izomeria funcțională între acizi, esteri și compuși cu aceeași formulă moleculară