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Propiedades Ácido-Base

Los ácidos carboxílicos son los ácidos por excelencia en Química Orgánica. Es difícil encontrar funciones orgánicas más ácidas que un ácido carboxílico. En la tabla, el valor más bajo de pKa (mayor acidez) corresponde a la función CO2H.

Propiedades ácido-base de ácidos carboxílicos▶ Ver el vídeo en YouTube
Tabla de pKa de distintas funciones orgánicas: RCH₃ 45, R–NH₂ 35, alquino terminal 25, cetona en α 20, alcohol 18, agua 15, fenol 10 y ácido carboxílico 4

Pincha aquí para recordar la propiedad general de la acidez

La fortaleza de un ácido AH es mayor cuanto más estable es su base conjugada A⁻.

El anión carboxilato, base conjugada de la función ácido, es extraordinariamente estable porque posee una elevada deslocalización de la carga negativa.

Disociación de un ácido carboxílico en agua: el anión carboxilato tiene dos formas resonantes equivalentes, con la carga negativa sobre uno u otro oxígeno

Las formas resonantes del anión carboxilato son totalmente equivalentes y la carga negativa se sitúa sobre los oxígenos, átomos muy electronegativos.

El ion formiato, por ejemplo, es totalmente simétrico. Las distancias C–O son idénticas y la carga negativa está repartida por igual entre ambos oxígenos.

Potencial electrostático del ion formiato: la carga negativa (rojo) se reparte por igual entre los dos oxígenos
Potencial electrostático del ion formiato: la carga negativa (en rojo) se reparte por igual entre los dos oxígenos.
Orbitales p solapados del fragmento O–C–O del ion formiato
Solapamiento de los orbitales p del fragmento O-C-O del ion formiato, mostrando la elevada deslocalización electrónica.

La acidez de un ácido carboxílico está modulada por la estructura del grupo R (Tabla). Un grupo R dador de electrones desestabilizará el anión carboxilato y hará que la fortaleza del ácido correspondiente sea menor. Este es el caso, por ejemplo, de los restos alquilo. Por el contrario, un grupo R electronegativo deslocalizará aún más la carga negativa del anión carboxilato, estabilizándolo, con lo que la fortaleza del ácido aumentará. Este es el caso, por ejemplo, de los restos halometilo, amonio y nitro.

R-CO2HEstructurapKaExplicación
⁻OOC-CH2-COOH5.69Ver nota
(CH3)3C-COOH5.05Ver nota
CH3-CH2-COOH4.88Ver nota
(CH3)2CH-COOH4.86Ver nota
CH3-COOH4.74Ver nota
H2C=CH-CH2-COOH4.35Ver nota
PhCH2-COOH4.31Ver nota
PhCOOH4.19Ver nota
H-COOH3.77Ver nota
CH3-O-CH2-COOH3.54Ver nota
I-CH2-COOH3.18Ver nota
Br-CH2-COOH2.90Ver nota
Cl-CH2-COOH2.86Ver nota
HOOC-CH2-COOH2.83Ver nota
F-CH2-COOH2.59Ver nota
(CH3)3N+-CH2-COOH1.83Ver nota
O2N-CH2-COOH1.68Ver nota
pKa de los ácidos acético y haloacéticos: CH₃ 4,74; ClCH₂ 2,86; Cl₂CH 1,26; Cl₃C 0,64 y F₃C 0,23

El aumento del número de halógenos estabiliza de forma creciente el anión carboxilato y la acidez aumenta. El cambio de cloro por flúor, más electronegativo, aumenta la acidez.

pKa de los ácidos butanoico y clorobutanoicos: sin cloro 4,90; 2-cloro 2,84; 3-cloro 4,06; 4-cloro 4,52

La presencia de un átomo de cloro en posición contigua al grupo carboxilato deslocaliza la carga negativa y aumenta la acidez. Pero esta deslocalización es muy sensible a la distancia.