O grupare carboxil sau o grupare de acid carboxilic este o combinație de patru atomi care acționează ca o unitate: un carbon (C), doi oxigeni (O) și un hidrogen (H). Chimii organici scriu de obicei structura grupului carboxil simplu -COOH sau -CO2H. Pentru cei neinițiați, acest lucru sugerează că cei doi atomi de oxigen sunt legați sau legați unul de celălalt, deși nu sunt. Oxigenul atras în dreapta imediată a carbonului împarte ambii electroni de valență cu atomul respectiv, formând o grupare carbonil (-C=O). Celălalt oxigen se leagă de același carbon, precum și de hidrogen numai prin legături simple, rezultând o grupare hidroxil atașată de carbon (-C-OH).
Compușii organici care conțin una sau mai multe grupări carboxil se numesc acizi carboxilici. Două exemple comune de acizi carboxilici cu un singur grup carboxil sunt acidul formic (HCOOH), preparat mai întâi din distilarea furnicilor și acidul acetic (CH3COOH), oțetul fermentației. Puternicul acid oxalic este cel mai simplu dintre acizii cu două grupări carboxil. Structura sa chimică poate fi desenată ca HOOC-COOH sau (COOH)2. Acizii carboxilici care conțin oxigen sunt de obicei mai puternici decât s-ar putea presupune.
Acest lucru se datorează faptului că anumiți factori favorizează forma ionizată, sau anionul carboxilat, -COO-, față de gruparea carboxil unită. Când hidrogenul pleacă, electronul său rămâne în urmă. Deși este un fenomen în natură că sarcina „dorește” să fie neutralizată, alți factori, cum ar fi rezonanța, pot stabiliza considerabil o specie chimică încărcată. Pentru a vizualiza acest lucru, este necesar să luăm din nou în considerare structura grupării carboxil la un nivel mai detaliat.
În carboxilat, gruparea hidroxil atașată de carbon, -C-OH, se schimbă în -CO-. Un electron liber – aici, minusul minus desenat în partea dreaptă sus a oxigenului, dar singur, scris ca e- – are o oarecare libertate de mișcare. S-ar părea că poate pleca prin mecanismul de reacție -CO- → -C=O + e-.
În schimb, celălalt oxigen ar trebui să fie capabil să preia acel electron -C=O + e- → -CO-. Ideea este că ambii oxigeni sunt echivalenti în acest mediu, în care niciunul nu este încărcat cu un atom de hidrogen. Cel puțin pe hârtie, electronul ar trebui să poată rezona, sau să călătorească înainte și înapoi, între cei doi atomi de oxigen.
În mod logic, această rezonanță ar trebui să stabilizeze carboxilatul din cauza delocalizării electronilor. În plus, nici oxigenul nu ar trebui să se lege de carbon cu o legătură simplă sau dublă. Lungimea legăturilor ar trebui să fie egală și să fie ceva ca o legătură „ună și jumătate”. De fapt, ei sunt. Pentru acidul acetic, lungimea legăturii carbonil oxigen-la-carbon este de 1.21 Å, iar hidroxilul atașat de carbon are o lungime de 1.36 Å, în timp ce pentru carboxilat, ambele lungimi ale legăturii carbon-oxigen sunt de 1.26 Å.