Asam karboksilat dicirikan oleh gugus karboksil (-COOH), yang menggabungkan gugus karbonil dan hidroksil. Keasaman asam karboksilat (pKa ~ 4–5) muncul dari stabilisasi resonansi basa konjugat (ion karboksilat), di mana muatan negatif terdelokalisasi di kedua atom oksigen. Deprotonasi oleh basa seperti NaOH atau NaHCO₃ menghasilkan garam karboksilat, yang larut dalam air dan berfungsi sebagai pegangan untuk pemurnian.

Struktur dan Tren Keasaman

Stabilitas anion karboksilat membuat asam karboksilat secara substansial lebih asam daripada alkohol (pKa ~ 16) atau fenol (pKa ~ 10). Gugus penarik elektron (EWG) seperti -NO₂, -Cl, atau -CF₃ pada posisi α meningkatkan keasaman dengan menstabilkan basa konjugat melalui efek induktif. Sebaliknya, gugus penyumbang elektron mengurangi keasaman. Efek induktif berkurang dengan jarak: substituen kloro pada posisi α meningkatkan keasaman lebih daripada pada posisi β atau γ. Asam karboksilat aromatik (misalnya, asam benzoat, pKa ~ 4,2) mengikuti efek substituen serupa yang diatur oleh konstanta Hammett σ.

Sintesis Asam Karboksilat

Oksidasi alkohol primer atau aldehida dengan oksidan kuat (KMnO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃/H₂SO₄) menghasilkan asam karboksilat. Hidrolisis nitril (RCN) dalam kondisi asam atau basa menyediakan jalur lain, melalui zat antara amida. Reagen Grignard bereaksi dengan CO₂ (es kering) untuk membentuk asam karboksilat setelah kerja asam — homologasi satu karbon. Alkilbenzena dengan hidrogen benzilik mengalami oksidasi dengan KMnO₄ atau Na₂Cr₂O₇ menjadi turunan asam benzoat.

Sifat Fisik

Asam karboksilat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul yang kuat, ada sebagai dimer siklik dalam fase gas dan dalam pelarut nonpolar. Dimerisasi ini menaikkan titik didihnya relatif terhadap alkohol dan aldehida dengan berat molekul yang sebanding. Asam karboksilat dengan berat molekul rendah (format, asetat, propionat) dapat bercampur dengan air karena ikatan hidrogen dengan air, sementara rantai alkil yang lebih panjang menurunkan kelarutan dalam air.

Reaksi Asam Karboksilat

Gugus hidroksil dari karboksil dapat digantikan oleh nukleofil melalui substitusi asil. Tionil klorida (SOCl₂) atau PCl₅ mengubah asam karboksilat menjadi klorida asil, yang jauh lebih reaktif terhadap nukleofil. Esterifikasi Fischer (RCOOH + R’OH, katalis H₂SO₄) menghasilkan ester dalam proses kesetimbangan yang didorong oleh penghilangan air. Amidasi langsung biasanya memerlukan aktivasi gugus karboksil (melalui klorida asil atau reagen kopling). Anhidrida dibentuk oleh dehidrasi dua molekul asam karboksilat, baik secara termal atau melalui kopling klorida asil-karboksilat.

Dekarboksilasi dan Reduksi

β-Asam keto dan turunan asam malonat mengalami dekarboksilasi termal melalui keadaan transisi siklik enam anggota, melepaskan CO₂. Reaksi ini dimanfaatkan dalam sintesis ester malonat untuk alkilasi dan dekarboksilasi berikutnya menjadi asam asetat tersubstitusi. Reduksi asam karboksilat menjadi alkohol primer memerlukan agen pereduksi kuat seperti LiAlH₄ atau borana (BH₃·THF), karena NaBH₄ tidak cukup. Borana menawarkan keuntungan mereduksi gugus karboksil secara selektif dengan adanya gugus fungsi lain yang dapat direduksi.