Turunan asam karboksilat berbagi gugus asil (RCO-) tetapi berbeda dalam gugus pergi yang terikat pada karbonil. Reaktivitasnya diatur oleh mekanisme substitusi asil nukleofilik, di mana nukleofil menyerang karbon karbonil elektrofilik, membentuk zat antara tetrahedral yang runtuh untuk mengeluarkan gugus pergi. Seri reaktivitas — klorida asam > anhidrida > ester > amida — mencerminkan kemampuan gugus pergi: Cl⁻ adalah gugus pergi yang sangat baik, sementara RCOO⁻, RO⁻, dan terutama RNH⁻ adalah gugus pergi yang semakin buruk.

Klorida Asam

Klorida asam dibuat dari asam karboksilat menggunakan SOCl₂ (tionil klorida) atau PCl₅ (fosfor pentaklorida), dengan SOCl₂ lebih disukai karena produk sampingnya (SO₂ dan HCl berbentuk gas). Klorida asam bereaksi cepat dengan air (hidrolisis), alkohol (esterifikasi), amina (amidasi), dan karboksilat (pembentukan anhidrida). Kondisi Schotten-Baumann (basa berair + pelarut organik) adalah tipikal untuk pembentukan amida dari klorida asam dan amina, memungkinkan reaksi berlangsung pada suhu kamar.

Anhidrida

Anhidrida simetris dibuat dengan mendehidrasi dua molekul asam karboksilat; anhidrida campuran dapat dibentuk antara dua asam karboksilat berbeda atau antara asam karboksilat dan asam sulfonat. Anhidrida kurang reaktif daripada klorida asam tetapi masih cukup reaktif untuk esterifikasi dan amidasi. Anhidrida asetat adalah bahan kimia komoditas yang digunakan secara industri untuk asetilasi (sintesis aspirin dari asam salisilat). Anhidrida siklik yang berasal dari asam dikarboksilat (suksinat, maleat, ftalat) adalah zat antara penting dalam kimia polimer.

Ester

Ester ada di mana-mana dalam sintesis organik. Esterifikasi Fischer (RCOOH + R’OH, H₂SO₄ katalitik) adalah proses kesetimbangan yang dapat didorong hingga selesai dengan menghilangkan air atau menggunakan alkohol berlebih. Ester metil dan etil adalah target sintetik umum. Transesterifikasi menukar satu gugus alkoksi dengan yang lain di bawah katalisis asam atau basa. Saponifikasi (hidrolisis ester katalis-basa dengan NaOH atau KOH) menghasilkan garam karboksilat dan alkohol, dan merupakan dasar pembuatan sabun dari trigliserida. Kondensasi Claisen adalah reaksi pembentukan ikatan C-C fundamental di mana dua ester terkondensasi dengan adanya basa kuat (NaOEt) untuk membentuk β-keto ester.

Amida

Amida adalah turunan asam karboksilat yang paling tidak reaktif dan merupakan unit struktural kunci dalam protein dan peptida. Amida primer dibuat dari klorida asam atau anhidrida dengan amonia; amida sekunder dan tersier dari amina primer dan sekunder. Penataan ulang Hofmann mengubah amida primer menjadi amina primer dengan hilangnya satu atom karbon setelah perlakuan dengan Br₂ dan NaOH, berlangsung melalui zat antara isosianat. Reduksi amida dengan LiAlH₄ menghasilkan amina, menyediakan metode yang kuat untuk sintesis amina dari turunan asam karboksilat.

Lakton dan Laktam

Ester siklik (lakton) dan amida siklik (laktam) terbentuk ketika gugus hidroksil atau amina adalah bagian dari molekul yang sama dengan asam karboksilat. Kemudahan siklisasi mengikuti aturan Baldwin, dengan cincin lima dan enam anggota menjadi yang paling menguntungkan. γ-Butirolakton adalah pelarut umum dan prekursor farmasi. β-Laktam adalah motif struktural inti penisilin dan antibiotik terkait, di mana regangan cincin dari laktam empat anggota sangat penting untuk aktivitas antibakteri.

Aplikasi

Turunan asam karboksilat adalah fundamental dalam kimia polimer (poliester, poliamida), sintesis farmasi (prodrug sebagai ester, ikatan amida dalam peptida), dan ilmu material (resin epoksi yang diawetkan dengan anhidrida). Kemampuan untuk saling mengkonversi antar turunan memberikan fleksibilitas sintetik — misalnya, ester dapat dihidrolisis menjadi asam, diubah menjadi klorida asam, dan digabungkan dengan amina untuk membentuk amida.