Ácidos carboxílicos

Os ácidos carboxílicos são compostos carbonilados em que a carbonila se liga a um grupo hidroxila. Não à toa, o nome carboxila faz referência à junção de carbonila com hidroxila. Os ácidos carboxílicos são ácidos orgânicos e com alto ponto de ebulição. Os de baixa massa molar são também solúveis em água.

Esses ácidos recebem o sufico “-oico” na sua nomenclatura oficial e devem ser precedidos pela palavra “ácido”. São usados na produção de muitos fármacos e cosméticos, além de estarem presentes na constituição dos aminoácidos e ácidos graxos. São muito reativos e, quando reagem com uma base, formam sais de ácidos carboxílicos.

Leia também: Cetonas — grupo funcional que possui uma carbonila ligada a um carbono secundário

Resumo sobre ácidos carboxílicos

• Os ácidos carboxílicos são compostos carbonilados em que o carbono sp² da carbonila se liga a um grupo hidroxila.

• O grupo carboxila é a junção da carbonila com a hidroxila.

• Os ácidos carboxílicos são ácidos orgânicos, alguns com boa solubilidade em água e alto ponto de ebulição.

• A Iupac determina que os ácidos carboxílicos comecem seu nome por “ácido” e tenham sufixo “-oico”.

• Os ácidos carboxílicos são utilizados principalmente na confecção de cosméticos e fármacos.

• Os ácidos carboxílicos estão na constituição de aminoácidos e de ácidos graxos.

• Os ácidos carboxílicos possuem muitos sítios reativos e por isso apresentam muitas reações orgânicas possíveis.

• Ao reagirem com uma base, os ácidos carboxílicos formam sais de ácidos carboxílicos.

Características dos ácidos carboxílicos

Os ácidos carboxílicos são compostos carbonilados em que o carbono sp² da carbonila se liga a uma hidroxila (OH). A outra ligação do carbono sp² da carbonila é com um grupo alquila ou aromático (R), o que dispõe os ácidos carboxílicos entre os compostos acíclicos.

O nome “carboxílico” vem da junção da carbonila com a hidroxila, denominando o grupo que é comumente chamado de carboxila (carbonila + hidroxila).

A hibridização sp² é marcada por um átomo de carbono fazendo duas ligações simples (duas ligações sigma, σ) e uma ligação dupla (uma ligação sigma, σ, e uma ligação pi, π). Nesse contexto, então, é possível perceber que, com uma geometria trigonal plana, o ângulo entre as ligações do grupo carboxílico é de 120°.

A principal característica dos ácidos carboxílicos é o seu caráter ácido. O hidrogênio ionizável é justamente o da hidroxila. A acidez, no entanto, é afetada pela natureza da cadeia R (efeito indutivo).

Os ácidos carboxílicos são substâncias polares, o que quer dizer que são solúveis em água. Outro ponto importante para a solubilidade em água é que as moléculas de ácido carboxílico, por conta do grupo hidroxila, podem fazer ligações de hidrogênio com a água. A solubilidade, no entanto, diminui se a cadeia R tiver um grande caráter apolar ou pouco polar.

Esses ácidos também podem fazer duas ligações de hidrogênio intermoleculares. Esse arranjo permite que tais compostos tenham um elevado ponto de ebulição quando comparados a outros compostos semelhantes.

Nomenclatura dos ácidos carboxílicos

A nomenclatura sistemática para os ácidos carboxílicos é, assim como para outras funções orgânicas, definida pelas regras da União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac).

Para ácidos carboxílicos, estebelece-se a utilização do nome “ácido” antes do nome do composto, além do sufixo “-oico”.

Alguns ácidos carboxílicos possuem nomes comuns (ou vulgares), os quais derivam do latim e do grego, que indicam suas fontes naturais. Tais nomes, apesar de não serem oficiais, são muito utilizados, e convém destacar:

• ácido fórmico (ácido metanoico): é encontrado em formigas, abelhas e outros insetos com ferrão. O nome vem de formica, que significa “formiga” em latim.

• ácido acético (ácido etanoico): é encontrado no vinagre, sendo acetum traduzido como “vinagre” no latim.

• ácido propiônico (ácido propanoico): é o menor ácido carboxílico com características que remetem aos ácidos graxos, seu nome vem do grego pro (“o primeiro”) e pion (“gordura”).

• ácido butírico (ácido butanoico): responsável pelo odor da manteiga rançosa, seu nome vem do latim butyrum, que significa “manteiga”.

• ácido valérico (ácido pentanoico): é encontrado na valeriana, uma erva perene que é utilizada como sedativo desde os tempos da Grécia Antiga/Império Romano.

• ácido caproico (ácido hexanoico): é encontrado no leite da cabra, sendo que seu odor remete ao odor característico das cabras. Caper é a palavra em latim para “cabra”.

Dos nomes vulgares, apenas dois são amplamente usados: ácido fórmico e ácido acético. É muito comum, mesmo em textos acadêmicos, a sua ampla utilização, e, por isso, é bom que sejam decorados. Para saber mais sobre a nomenclatura usual dos ácidos carboxílicos, clique aqui.

Qual a classificação dos ácidos carboxílicos?

Em geral, os ácidos carboxílicos não possuem uma classificação específica, como é o caso dos hidrocarbonetos. Contudo, podemos classificá-los de acordo com seu número de hidrogênios ionizáveis, tal qual os ácidos inorgânicos.

Como os hidrogênios ionizáveis dos ácidos carboxílicos estão na hidroxila da carboxila, o número de grupos funcionais auxilia para a classificação:

• ácidos monocarboxílicos: apenas um grupo carboxila.

• ácidos dicarboxílicos: dois grupos carboxila.

• ácidos tricarboxílicos: três grupos carboxila.

E assim sucessivamente. Ácidos com dois ou mais grupos carboxila podem ser chamados de ácidos policarboxílicos.

O ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) é um ácido carboxílico que possui quatro grupos carboxila. Sua estrutura é a que se segue.

Aplicações dos ácidos carboxílicos

Os ácidos carboxílicos possuem muita relação com nosso corpo, nossa saúde e nossa alimentação. A aspirina (ácido acetilsalicílico) e o ibuprofeno, dois fármacos de grande comercialização, possuem grupos funcionais de ácido carboxílico em sua composição.

O ácido cítrico, encontrado em frutas como a laranja e o limão, é o ácido mais utilizado pela indústria de alimentos e de bebidas, pois possui múltiplas funções, como propriedades antioxidantes, acidulantes, flavorizantes, sequestrantes, além de ser um regulador da acidez. Ou seja, é utilizado para preservar o sabor de bebidas e alimentos, garantir um sabor ácido, além de regular o pH e mascarar gostos desagradáveis e neutralizar o paladar doce.

Há uma classe de ácidos carboxílicos também associados à saúde da pele: os AHAs (alfa-hidroxiácidos), BHAs (beta-hidroxiácidos) e os PHAs (poli-hidroxiácidos). Segundo entrevista com a dermatologista Carolina Renato Marçon, membro da Sociedade Brasileira de Dermatologia para o Portal DermaClub, os AHAs possuem ação esfoliante, permitindo o efeito da renovação celular da pele. Entre os AHAs, destacam-se o ácido glicólico, o ácido lático e o ácido málico.

Já os BHAs são muito eficientes no tratamento da acne e da oleosidade da pele. Ajudam a diminuir o espessamento da pele, evitando contaminação por bactérias e fungos, renovando as células da pele pela remoção de células mortas e o excesso de oleosidade. São também bons anti-inflamatórios para o tratamento de espinhas internas. Um BHA de destaque é o ácido salicílico, precursor do ácido acetilsalicílico. Os BHAs podem ser usados em associação com os AHAs.

Os PHAs são mais indicados para o tratamento de quem possui pele sensibilizada, já que possuem um menor potencial irritativo, pois são liberados de forma mais lenta na pele. Promovem ação hidratante, esfoliante e antioxidante, podendo até mesmo ser utilizados para o tratamento de peles com rosácea. Destacam-se o ácido lactobiônico e a gluconolactona.

Outro ácido carboxílico que está em destaque para a saúde da pele atualmente é o ácido hialurônico, naturalmente encontrado no nosso organismo, sendo em maior quantidade no tecido conjuntivo. Tal ácido é responsável pela retenção de água, pois mantém os tecidos hidratados e as articulações lubrificadas, além de atuar no estímulo da produção de colágeno.

Contudo, com o passar dos anos, a produção de ácido hialurônico é reduzida, ocasionando o surgimento de rugas, marcas de expressão e perda de volume na pele, bem como a redução do colágeno, proteína importante para a sustenção e elasticidade da pele.

O EDTA é um dos ingredientes cosméticos mais utilizados, estando na composição de quase todos os xampus. É conhecido por sua ação quelante, ou seja, tem a capacidade de sequestrar íons metálicos que podem afetar a estabilidade ou o aspecto dos produtos cosméticos, não permitindo que estes interfiram em outros componentes. É também utilizado para diminuir a dureza da água, pois uma água de maior dureza diminui o efeito limpante e espumante de xampus e sabonetes. Assim, o EDTA previne alterações de cheiro, coloração, degradação dos insumos naturais, inativação de substâncias e oxidação de vitaminas.

Ácidos carboxílicos e o corpo humano

Quando se fala em ácidos carboxílicos, devemos pensar em duas estruturas químicas imprescindíveis para nosso corpo: os aminoácidos e os ácidos graxos.

• Aminoácidos

Os aminoácidos compõem uma classe de compostos caracterizados pela presença dos grupos amina e ácido carboxílico em sua estrutura. Aminoácidos podem se ligar entre si e formar os chamados peptídeos, unidos por uma ligação de amida conhecida também como ligação peptídica.

Os peptídeos são polímeros naturais, tendo os aminoácidos como monômeros, por isso existem peptídeos (os chamados polipeptídeos) que são formados pela junção de dezenas de aminoácidos. Polipeptídeos que são formados por 40 a 4000 aminoácidos são conhecidos como proteínas.

As proteínas têm importante função nos seres vivos, e, atualmente, são conhecidas mais de 28 milhões de proteínas.

Existem dez aminoácidos essenciais, os quais não são sintetizados por nós, seres humanos, e que devemos obter via nossa dieta. Sem sua ingestão, não é possível a síntese de diversas proteínas essenciais para nosso funcionamento.

São aminoácidos essenciais: valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, lisina, fenilalanina, histidina, triptofano e arginina.

• Ácidos graxos

Os ácidos graxos são lipídeos caracterizados por uma longa cadeia carbônica linear com o grupo carboxílico na extremidade. Por conta dessa estrutura, são pouco solúveis em solventes polares, como é o caso da água. São encontrados na natureza e sempre com um número par de carbonos, já que são produzidos a partir de unidades acetato (com dois átomos de carbono).

Os ácidos graxos podem ser obtidos da hidrólise de gorduras ou óleos (triglicerídeos):

Os ácidos graxos podem ser saturados, insaturados (com uma ligação dupla entre carbonos) ou poli-insaturados (com mais de uma ligação dupla entre carbonos). A ligação dupla que ocorre naturalmente nos ácidos graxos é com configuração cis.

Os mais conhecidos ácidos graxos são os chamados ômega (3, 6 e 9). Tal numeração faz referência à primeira ligação dupla que se conta a partir da extremidade do ácido graxo que não contém o grupo funcional ácido carboxílico.

Os ácidos ômega 3, 6 e 9 são ácidos graxos essenciais para os mamíferos, já que não conseguimos sintetizá-los. Por isso, devem ser obtidos via dieta, já que são essenciais para nosso corpo. O ácido ômega-3, por exemplo, está associado a um menor risco de morte súbita em decorrência de um ataque de coração. Quando em situações de estresse, o coração acelera, e seu ritmo de batimento pode ser fatal. Dessa forma, o ômega-3 se incorpora à membrana celular no coração e auxilia na estabilização do ritmo cardíaco.

Leia também: Óleos e gorduras — a constituição química desses materiais graxos

Reações de ácidos carboxílicos

Os ácidos carboxílicos possuem diversos sítios reativos no grupo carboxila, como é possível ver na imagem a seguir.

O carbono da carboxila é suscetível a reações de substituição nucleofílica, porém apenas quando o ácido carboxílico está associado (não ionizado), pois estando ionizado, a carga negativa sobre o oxigênio impede a aproximação do nucleófilo.

• Reações de ácidos carboxílicos com bases fortes

Formam sais de ácidos carboxílicos. As bases usadas são geralmente NaOH ou KOH.

• Reações de ácidos carboxílicos com aminas

Formam sais de amônio carboxilato. Tais sais, se aquecidos, formam amidas.

• Esterificação com diazometano

O diazometano (CH₂N₂) reage rapidamente com os ácidos carboxílicos para a formação de metilésteres.

• Esterificação catalisada por ácido

Também conhecida como esterificação de Fischer, consiste na reação do ácido carboxílico com um álcool ou fenol, utilizando um ácido forte como catalisador. A reação produz um éster como produto principal.

• Reações de ácidos carboxílicos com pentacloreto de fósforo

Tais reações produzem cloretos ácidos.

• Redução de ácidos carboxílicos a álcoois primários

É possível reduzir ácidos carboxílicos a álcoois primários quando se utilizam agentes redutores fortes, tais como LiAlH₄.

• Descarboxilação

Reação que consiste na perda de CO₂ pelo ácido carboxílico. Apesar da estabilidade do dióxido de carbono, em geral grupos especiais devem estar presentes na cadeia do ácido carboxílico para que a descarboxilação ocorra em tempo hábil e seja útil, do contrário ela é muito lenta e de difícil realização.

Sais de ácidos carboxílicos

Anteriormente foi possível perceber que ao reagir com compostos básicos, como bases inorgânicas ou aminas, os ácidos carboxílicos podem formar sais carboxilatos (ou sais de ácidos carboxílicos). Assim como na Química Inorgânica, em sua nomenclatura, o “-ico” dos ácidos carboxílicos é substituído por “-ato” nos sais.

Sais de sódio e potássio, por conta do alto caráter polar da parte iônica, são solúveis em água, mesmo para ácidos carboxílicos de cadeia longa. Aliás, os sais de sódio e potássio de cadeia longa são os constituintes principais de sabões, atuando como tensoativos ou surfactantes no produto final.

A parte iônica também aumenta o ponto de fusão e ebulição, pois ela permite interações iônicas e íon-dipolo, as quais são mais fortes que as interações covalentes convecionais realizadas em ácidos carboxílicos. Para saber mais sobre os sais de ácidos carboxílicos, clique aqui.

Exercícios resolvidos sobre ácidos carboxílicos

Questão 1

(Uerj 2021) O ácido fólico é uma das vitaminas do complexo B. A acidez dessa molécula é determinada pela ionização dos diferentes átomos de hidrogênio em função do pH do meio. Observe sua fórmula estrutural:

Considere um dado valor de pH para o qual apenas os hidrogênios das carboxilas do ácido fólico se ionizam.

Nessa situação, a carga do ânion formado é igual a:

a) −1

b) −2

c) −3

d) −4

Resposta: Letra B.

Um grupo carboxila, ao se ionizar, forma um ânion carboxilato, cuja carga total é igual a -1, conforme reação a seguir.

Como são dois grupos carboxila no ácido fólico, a carga total do ânion será igual a -2.

Questão 2

(Uerj 2014) Uma substância orgânica possui a seguinte composição percentual em massa:

Observe outras características dessa substância:

• a razão entre o número de átomos de sua fórmula molecular e de sua fórmula mínima é igual a 2;

• o cátion liberado na sua ionização em água é o H⁺.

A substância descrita é denominada:

a) ácido etanoico

b) ácido butanoico

c) etanoato de etila

d) metanoato de metila

Resposta: Letra A.

O fato de o cátion liberado na sua ionização em água ser o íon H⁺ já identifica que estamos diante de um ácido carboxílico.

Isso nos leva a duas possibilidades: o ácido etanoico, C₂H₄O₂, e o ácido butanoico, C₄H₈O₂. Ambos os ácidos possuem uma razão igual a 2 em relação à sua fórmula mínima, e, por isso, deve-se desvendar o ácido pelo percentual mássico.

A massa molar do ácido etanoico é igual a 60 g/mol. Assim, o percentual de carbono é:

%C = (24/60) x 100 → %C = 40%

Já para o ácido butanoico, a massa molar é de 88 g/mol. O percentual mássico de carbono é:

%C = (48/88) x 100 → %C = 54%

Com isso, pelo percentual de carbono, é possível afirmar que o ácido descrito é o etanoico.