Los derivados de ácidos carboxílicos comparten el grupo acilo (RCO-) pero difieren en el grupo saliente unido al carbonilo. Su reactividad se rige por el mecanismo de sustitución nucleofílica acílica, donde un nucleófilo ataca el carbono carbonílico electrofílico, formando un intermedio tetraédrico que colapsa para expulsar el grupo saliente. La serie de reactividad — cloruros de acilo > anhídridos > ésteres > amidas — refleja la capacidad de los grupos salientes: Cl⁻ es un excelente grupo saliente, mientras que RCOO⁻, RO⁻ y especialmente RNH⁻ son grupos salientes progresivamente peores.
Cloruros de Acilo
Los cloruros de acilo se preparan a partir de ácidos carboxílicos usando SOCl₂ (cloruro de tionilo) o PCl₅ (pentacloruro de fósforo), siendo el SOCl₂ el preferido por sus subproductos (SO₂ y HCl son gaseosos). Los cloruros de acilo reaccionan rápidamente con agua (hidrólisis), alcoholes (esterificación), aminas (amidación) y carboxilatos (formación de anhídridos). Las condiciones de Schotten-Baumann (base acuosa + disolvente orgánico) son típicas para la formación de amidas a partir de un cloruro de acilo y una amina, permitiendo que la reacción proceda a temperatura ambiente.
Anhídridos
Los anhídridos simétricos se preparan deshidratando dos moléculas de ácido carboxílico; los anhídridos mixtos pueden formarse entre dos ácidos carboxílicos diferentes o entre un ácido carboxílico y un ácido sulfónico. Los anhídridos son menos reactivos que los cloruros de acilo pero aún suficientemente reactivos para la esterificación y amidación. El anhídrido acético es un producto químico de uso general utilizado industrialmente para la acetilación (síntesis de aspirina a partir del ácido salicílico). Los anhídridos cíclicos derivados de ácidos dicarboxílicos (succínico, maleico, ftálico) son intermedios importantes en la química de polímeros.
Ésteres
Los ésteres son omnipresentes en la síntesis orgánica. La esterificación de Fischer (RCOOH + R’OH, H₂SO₄ catalítico) es un proceso de equilibrio que puede llevarse a completación eliminando agua o usando exceso de alcohol. Los ésteres metílicos y etílicos son objetivos sintéticos comunes. La transesterificación intercambia un grupo alcoxi por otro bajo catálisis ácida o básica. La saponificación (hidrólisis de éster catalizada por bases con NaOH o KOH) produce la sal de carboxilato y el alcohol, y es la base de la fabricación de jabón a partir de triglicéridos. La condensación de Claisen es una reacción fundamental de formación de enlaces C-C en la que dos ésteres se condensan en presencia de una base fuerte (NaOEt) para formar un β-cetoéster.
Amidas
Las amidas son los derivados de ácidos carboxílicos menos reactivos y son unidades estructurales clave en proteínas y péptidos. Las amidas primarias se preparan a partir de cloruros de acilo o anhídridos con amoníaco; las amidas secundarias y terciarias a partir de aminas primarias y secundarias. El reordenamiento de Hofmann convierte una amida primaria en una amina primaria con pérdida de un átomo de carbono tras el tratamiento con Br₂ y NaOH, procediendo a través de un intermedio isocianato. La reducción de amidas con LiAlH₄ produce aminas, proporcionando un método potente para la síntesis de aminas a partir de derivados de ácidos carboxílicos.
Lactonas y Lactamas
Los ésteres cíclicos (lactonas) y las amidas cíclicas (lactamas) se forman cuando el grupo hidroxilo o amino es parte de la misma molécula que el ácido carboxílico. La facilidad de ciclación sigue las reglas de Baldwin, siendo los anillos de cinco y seis miembros los más favorables. La γ-butiralactona es un disolvente común y precursor de productos farmacéuticos. Las β-lactamas son el motivo estructural central de la penicilina y antibióticos relacionados, donde la tensión del anillo de la lactama de cuatro miembros es esencial para la actividad antibacteriana.
Aplicaciones
Los derivados de ácidos carboxílicos son fundamentales en la química de polímeros (poliésteres, poliamidas), la síntesis farmacéutica (profármacos como ésteres, enlaces amida en péptidos) y la ciencia de materiales (resinas epoxi curadas con anhídrido). La capacidad de interconvertir entre derivados proporciona flexibilidad sintética — por ejemplo, un éster puede hidrolizarse al ácido, convertirse en cloruro de acilo y acoplarse con una amina para formar una amida.
