Hidrocarburos aromaticos
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Tema 17- Hidrocarburos aromticos Maturita Qumica
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TEMA 17: Hidrocarburos aromticos Concepto: Son compuestos cclicos (anillos) con dobles enlaces caracterizados por tener una especialestabilidad y ser menos reactivos que los alquenos alifticos p.ej.: y casi no presentanreaccionesdeadicin1). Aestaspropiedadesespecialesesaloqueseconocecomolaaromaticidad. Se les denomin aromticos porque los primeros que se descubrieron tenan olores muyintensos(yalgunosagradables)2. Sonderivadosdelbencenoo conestructurasparecidas (fueelprimer compuesto aromticodescubierto,yelmsbsico).Loshidrocarburosaromticoscontienenuno(comomnimo)omsdeestosciclosaromticos Esta estructura est presente en otros hidrocarburos aromticos que podemos identificarsiguiendolasreglasdeHckel:
Regla1:Unsistemaaromticodebesercclicoyplano(sincarbonossp3enelciclo) Regla2:Presentandoblesenlacesconjugados. Regla3:Elnmerodeelectronespdelsistemaaromticocumplelafrmula4n+2,conn=0,1,2,3......
Ademsexistenmolculascompuestaspormsdeunociclobenzenoico:
Historia del benceno:En1825, Faraday aislun compuestopuroquepresentabaunpuntodeebullicinde80C. Elresultadodelanlisiselementalrealizadoadichocompuestomostrabaunaproporcindecarbonoehidrgenode1:1,locualresultabaserinusualmentepequea,yaquetericamentecorrespondeaunafrmulaempricadeCH.
PosteriormenteMitscherlichsintetizelmismocompuesto,calculoladensidaddevapor,loquelepermitiobtenerelpesomolecularqueera aproximadamente78,el cual corresponde aunafrmulamoleculardeC6H6.Comodichocompuestosehabaobtenidoapartirdelagomabenju,seledenominobencinayapartirdeahderivelnombreabencenocomoactualmenteseleconoce.
Estructuradebenceno:La frmula C6H6 se conoca pero el problema era en que en conocer como se disponan los
tomosenlaestructura.En1858Kekulpropusoquelostomosdecarbonosepodanunirentres para formar cadenas. Posteriormente en 1865 propuso para poderresolverelproblemadelbenceno,queestascadenascarbonadasavecessepuedencerrarformandoanillos.En el benceno es un hexgono con dobles enlaces conjugados
(=alternados, lo que significa que hay un doble enlace luego simple ydespusotrodoble).
1Elbencenono reaccionaconhalgenos (X2,siendoXCl,Bro I)oconhalurosdehidrgeno (HX)como loharauncompuestopolialqueno.Adems,lahidrogenacindelbencenoesmuchomslentaqueladelosalquenosyrequierecondicionesmuydrsticas:altapresindehidrgenoyempleodecatalizadoresmuyactivos.2Eltrminoaromticoseaplicaenlaactualidadaunaseriedecompuestoscuyaestabilidadyreactividadessemejantealadelbenceno,independientementedesuolor
naftalenoFenantrenoAntraceno
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Tambinpropusoelconceptoderesonancia:estosignificaquelosdoblesenlacessemueven,osea,noestnenunsitiofijoylamolculaseconsideraunhbridodevariasformasresonantes:
Yporestosonmsestables(menosreactivos).Cuntasmsformasresonanteshaytantoms
estableeslamolcula.
Modelo actual: Secomprobquelosenlacesentrelostomosdecarbonosonmslargosqueendoblesenlacesperomscortosqueenlasdeunenlacesencillo.
Ladensidadelectrnicaentreloscarbonosesmayorqueladelenlacesimple,peromenorquedeunenlacedoble.
Elbencenoesunsistemacclicode6electronesdeslocalizados.Estformadopor6carbonosconhibridacinsp2cuyosorbitalespsolapanformandounanubequepermiteladeslocalizacindeloselectronespyconfierealbencenounagranestabilidad.
Seconsideraquelosenlacesentrelosatomosdecarbononosonnisimples(sindobleenlace)nidobles.Cadacarbonotieneunelectrndeunorbitalpdeslocalizado,estosorbitalespsesolapanlateralmente (pi) formandounorbitalmolcularen formade anillo. Los pielectronesestnextendidos(rozprosten/rozloen)portodoelanillo.
Importancia, aplicaciones y usos del benceno y los hidrocarburos aromticos: Enlaindustriaqumica,elbencenopuroeslabasemsimportanteparalosproductosaromticos
intermedios. En base al benceno se elaboranmateriales plsticos, caucho sinttico, colorantes,pinturas,materiasprimasparadetergentes.Entreloshidrocarburosaromticosmsimportantesseencuentran: Lashormonaslpicas(esteroides)ylasvitaminaslpidicas(A,D,EyK). Algunosaminocidossonaromticos,tambincompuestoscomolaclorofilaolahemoglobina. Muchosheterociclos3 tambin sonaromticoscomoporejemplo lasbasesnitrogenadasqueformanloscidosnucleicos.
Muchoscondimentos,perfumesytintesorgnicossonaromticos.
Propiedades: Propiedadesfsicas: benceno,tolueno,xilenosonlquidos(atemperaturaambiente)naftaleno,anthracenoyfenanthrenosonslidosatemperaturaambiente)olorcaractersticomenordensidadqueelagua
3 Un compuestoheterocclico (ver anexo)esuna sustanciaque contieneun anillo formadopormsdeun tipodetomo(tienenalmenosuntomodiferentealcarbono).Ejemplosdeheterociclos(notienenporqueseraromticos):monosacridos(ciclados),basesnitrogenadas(ADNyARN),clorofila,muchasdrogas(alcaloides,nicotina)yvitaminas...
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Propiedadesqumicasnopolarescombustiblestxicos,carcingenos(=cancergeno)nosedisuelvenenaguasinoenlosdisolventesnopolaresendisolventesorgnicos
REACCIONESsustitucionelectrofilaenelciclosepuedeformarproductohastadiotrisustituido(doblesotriplessustituciones..)laposiciondesegundosytercerossustituyenteenlazadodependedelosqueyaestnSustitucioneselectrfilas:Halogenacin(Cloracin,bromacin..):Unhidrgenoessustituidoporunhalgeno,osea,porfloroocloroobromooyodo(enelejemploCloro).
+ Cl2Cl
+ HClFeCl3 (cido de Lewis)
Nitracin:Lanitracinesunareaccinenlaqueelhidrogenoessustituidoporungruponitro.Union nitronio ataca al anillo bencnico en medio cido (cido sulfrico). El cido sulfrico esregeneradoyportantofuncionacomocatalizador.
+ HNO3 H2SO4NO2
+ H2O
Alquilacin: Implica la reaccin entre un haluro de alquilo(RX) y unamolculade bencenoenpresenciadeuncidodeLewiscomocatalizador.Losproductossonalquilbencenoyhalurodehidrgeno.
+ CH3ClCH3
+ HClAlCl3
(cido de Lewis)
Sulfonacin4:Lareacciondelbencenoconunadisolucindetrixidodeazufreencidosulfricoproducecidosbencenosulfnicos.
Acilacin:Unhidrogenoessustituidoporungrupoacilo.
4 La sulfonacin es reversible, tiene utilidad sinttica, debido a que el sustituyente cido sulfnico puede utilizarse como grupoprotectorparadirigirlasustitucinhaciaunaposicinuotra.
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Dobles(omultiples)sustituciones:
Enquposicinsevaaunirelsegundootercergruposustituyente?
a)Gruposactivantes(+M,+I):Cedenealanillo(pordesplazamelectrnicos)yaumentansureactividad,(OH,Cl,CH3)orientanalsegundosustituyenteaposicionesortoypara.
b)Gruposdesactivantes(M):Atraenedelanilloydisminuyensureactividad(tienedoblesenlaces:NO2,COOH)orientanelsegundosustituyenteaposicionesmetap.ej.:SO3H,NO2,COOH
Hidrogenacincatalticadelbenceno5(concatalizador):Lahidrogenacincatalticadebencenoparadarciclohexano(ounalquenocclico ciclohexenos)sellevaacaboatemperaturasypresioneselevadas.
Algunoscompuestosaromticos:bencenoC6H6lquido,puntodeebullicion80Cperjudicalasaludescombustiblesepuedeobtenerdepetroleo(dehidrogenacioncatalticadeciclohexano)uso:producciondecompuestosaromaticosp.ej.:estireno,esdisolventetoluenometilbenceno 5Lahidrogenacinesuntipodereaccinqumica(redox)cuyoresultadofinalvisibleeslaadicindehidrgeno(H2)aotro compuesto. En general, al aadiroxigeno el carbonode lamolculaorgnica seoxida, al aadirhidrogenooeliminaroxigenoelcarbonosereduce.
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depetroleoesunlquidoparecidoabencenouso:seusacomodisolventeoparalaproducciondelassustanciasorgnicasp.ej:paraproducirsacarina(elazcarartificial)estirenovinilbencenoProduccin:debenceno,interpasoetilbencenoPolimeracin:poliestirenoCumenoisopropilobencenoproduccin:reaccindebencenoconpropilenocatalizadaconacidouso:produccindefenolyacetonaXilenodimetilbencenolquidouso:disolvente,produccindecidosbencenodicarboxlicosNaftalenoC10H8Slidoblanco(p.f.:80C)Seproducecuandosequemancombustiblesuso:produccindecompuestosaromticos(acidoftlico)
Entre lasmolculasquepresentanaromaticidadestnporejemplo: LasbasesnitrogenadasdelADN,algunosdelosaminocidos,yloscompuestosclorofilayhemoglobinatambin(verpgina2).
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ANEXO:
Nomenclatura:
CH3 CHO COOH NH2
benceno tolueno benzaldehido cido benzoico anilina EstructuraN9
OH
NO2 OH CH CH2 CH3
CH3 OH
COOH
nitrobenceno fenol estireno para-xileno cido glico
HO
Sustituyente Grupofuncional. Nombredelcompuesto. NombrecomnHidroxi OH Hidroxibenceno FenolAmino NH2 Aminobenceno AnilinaEtenil CH=CH2 Etenilbenceno Estireno
Otrossustituyentesaromticosbencenoidesson:
C
trifenilmetildifenilmetil
CH
Heterociclos:Conceptoynomenclatura.
(Ojo!! Ni todos los compuestos aromticos son heterociclos, ni los heterociclos son todosaromticos,sonconceptosquenotienennadaquever)
Uncompuestoheterocclicoesunasustanciaquecontieneunanilloformadopormsdeuntipodetomo.Existencompuestosmonocclicos,bicclicosypolicclicos, todoselloscongran intersparalosqumicosybioqumicos.Soncompuestosmuyabundantesenlanaturaleza,seestimaquemsdel50%deloscompuestos
naturalessonheterociclos:vitaminas,drogas,medicamentos,etc.Sonheterociclosloscarbohidratos,comotambinlaclorofilayhemina,quedanelcolorverdea
lashojasyrojoalasangre.Lossitiosreactivosdemuchasenzimasycoenzimassonheterociclos.Laherencia,porltimo,sealmacenaytransmiteenlasecuenciadeuninespecficademediadocenadeanillosheterocclicosenlargascadenasdecidosnucleicos.
Nomenclatura:
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Muchosdelosheterociclostienennombrescomunes.Adems,hayvariasformasalternativasdenombraralosheterociclosquerequierenmemorizacin,nosondeaplicacinuniversaly,avecesseprestana confusin.Para compuestosmonocclicos sencillos seutilizaprefijospara indicar lapresenciaylaidentidaddelheterotomo:azaparanitrgeno,oxaparaoxgeno,tioparaazufre,fosfaparafsforoyassucesivamente.
Oxaciclobutano Azaciclopentano Oxaciclohexano Tiociclohexano 3-etiloxaciclohexano
Tipos.
Pirrol Furano Tiofeno Imidazol Oxazol Tiazol
Pirazol 3-Pirrolina Pirrolidina Piridina Pirimidina Purina
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