Benceno: SEA & SNA

Dr. Oscar Humberto Pérez Díaz

México, DF a 8 de Febrero de 2016

COMPUESTOS AROMÁTICOS

Vainillina

Eugenol

Tamoxifen Fármaco empleado contra cáncer de mama

Origen de los Aromáticos

Alquitran de Hulla / Carbón

• En 1825 Micheal Faraday aisló el benceno del residuo del gas de iluminación de la lámparas en Londres.

• 1866 August Kekulé propuso la estructura de un anillo de 6 miembros con 3 triples enlaces conjugados.

• No reactivo al Br2, KMnO4, H2, HX….. ¿¿¿Qué pasó???

• 6 Carbonos, hibridación sp2, 6 electrónes distribuidos en 6 orbitales p puros, nuble p deslocalizada.

• Distancia C-C 1.39 Å, (sp3 1.47 y sp2 1.34 Å respectivamente).

Estructura del benceno Enlace p benceno Nube p

Nube p

Estructura del benceno

• Regla de Hückel: 4n + 2

• Se requiere un número par de electrones p para que un

compuesto sea aromático: 2, 6, 10, 14, 18…

Nube p

Nube p

Estabilidad del benceno

Enantiómero

No hay reacción

Estabilidad del benceno Calores de Hidrogenación / Estabilización por conjugación

Energía

Esperado

Esperado Observado

Observado

Clorobenceno Nitrobenceno Etilbenceno

Nomenclatura de

derivados del Benceno

Ácido

Bencensulfónico Benzonitrilo

Tolueno Fenol Anisol Anilina

Ac. Benzoico Benzaldehido Acetofenona Estireno

Nomenclatura trivial de

derivados del Benceno

• Orto (o) = verdadero (2,6)

• Meta (m) = el que sigue (3, 5)

• Para (p) = similar (4)

Bencenos di-sustituidos

Los bencenos con más de dos substituyentes se nombran

numerando la posición de cada substituyente de modo que se

utilicen los números más bajos posibles.

2. De el nombre IUPAC de cada uno de los siguientes compuestos

3. Dibuje las estructuras de cada uno de los siguientes nombre IUPAC

a) p-Bromoclorobenceno b) o-Bromotolueno c) m-Cloroanilina d) 1-Cloro-3,5-dimetilbenceno

1. Diga la sustitución de los siguientes compuestos aromáticos

Ejercicios

SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA SEA

Mecanismo General de la SEA

Halogenación

Complejo Sigma

Mecanismo de halogenación

Ataque

Nucleofílico

Transferencia de

Protón

Complejo Sigma

Halogenación Benceno En

erg

ía li

bre

Progreso de la reacción

Complejo sigma

Producto de Adición

Producto de SEA

Sulfonación H2SO4 fumante

Ácido Sulfúrico

Equilibrio del

Ácido Bencensulfónico

H2SO4 Concentrado

H2SO4 Diluido

fumante

Nitración del Benceno

Ácido Sulfúrico

Ácido Nítrico Ión Nitronio

Alquilación de Friedel-Krafts

Carbocatión

Ataque

Nucleofílico

Transferencia

de protón

Complejo s

Acilación

Efecto de los sustituyentes en los anillos aromáticos

sustituidos

Activador Desactivador

Débiles

Moderados

Fuertes

Activadores

Director

Orto/para

Grupos Activadores

Grupos Desactivadores

Director

orto/para

Director

meta

Débiles

Moderados

Fuertes

Desactivadores

Grupos Activadores

Grupos Activadores

Efecto Inductivo, Donan densidad electrónica al anillo aromático

Grupos Desactivadores Desactivadores meta, Orientadores orto / para

Desactivadores moderados orto / para, Orientadores meta

Grupos Desactivadores

X = Halógeno

Fuertes Desactivadores orto / para, Orientadores meta

Determine el o los productos de las siguiente reacciones.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Múltiples sustituciones

Metilo Activador orto / para NO2 “Activador” meta

Metilo Activador orto / para OH Activador orto / para

Múltiples sustituciones 1. Prediga la o las posiciones más favorecidas para llevar a cabo una SEA en los siguientes compuestos.

Múltiples sustituciones

Múltiples sustituciones

Repulsión Estérica

Mayoritario

Mayoritario

Minoritario

Minoritario

Ejercicios de múltiples

sustituciones

Repulsión Estérica 1. A partir de las siguientes materias primas prediga el sitio más propicio para llevar a cabo una SEA, revise la posición de los orientadores así como su volumen, el Electrófilo a adicionar es el +NO2.

Estrategias de Síntesis

H2SO4

fumante

SnCl2 Fe ó Zn

HCl

Zn(Hg)

HCl D

Exceso NBS / NCS

1) KMnO4

NaOH, D 2) H3O+

Sustitución Nucelofílica

Aromática (SNA) • El anillo bencénico debe tener al menos un grupo

desactivador, de preferencia NO2.

• El anillo bencénico debe tener un buen grupo saliente,

generalmente un halógeno

• El grupo saliente debe estar en orientación orto o para, si está

en meta no se lleva a cabo la reacción.

Ataque

Nucleofílico Perdida del

Gpo. Saliente

Complejo de Meiseinheimer

Sustitución Nucelofílica

Aromática (SNA)

No hay reacción

Requisitos SNA: 1) Se requiere un grupo desactivante: NO2, CX3

2) Se necesita un buen grupo saliente: X. 3) Que el buen grupo saliente se encuentre orto/para al Gpo desactivante.

NaOMe, D

Sustitución Nucelofílica

Aromática (SNA)

Sustitución Nucelofílica

Aromática (SNA)

Reacción de Sandmeyer

Reacción que sufren las sales de arildiazonio con una amplia variedad de sales cuprosas para llevar a cambio intercambio de sustituyentes en el anillo bencénico.

Sal de Diazonio

¿Cómo preparar sales de arildiazonio?

Pérdida de grupo

saliente

Transferencia de

protón

Transferencia de

protón

Nitrito de sodio

El ión nitrito es protonado para

dar ácido nitroso

Ácido Nitroso

El ácido nitroso es protonado para dar ión oxonio

El ión oxonio se pierde agua para

dar el ión nitrosonio

Nitrosonio

Ión Nitrosonio

Una amina primaria ataca al

ión nitrosonio

Ataque Nucleofílico Transferencia de

protón

El ión aminio resultante es

desprotonado

Transferencia de

protón

Es removido un protón del nitrógeno, y se forma el enlace p entre los N´s

El OH es protonado formando un excelente

grupo saliente

Transferencia de

protón Perdida del grupo

saliente

Se desplaza el agua, formándose la sal de diazonio

Empleo de Reacciones de Sandmeyer

Reacción de Schiemann

Una sal de arildiazonio se trata con ácido

Fluorobórico, se introduce un átomo de Flúor que es

muy difícil por otros métodos.

Otros usos de sal de arildiazonio

Calor

Ejemplos de usos alternos de sales de arildiazonio

Ejercicios de sales

de arildiazonio

Acoplamiento Azo

Las sales de arildiazonio también pueden reaccionar como Electrófilos en una típica SEA, en presencia de anillos de benceno activados. La sustitución está favorecida sobre la posición para, la posición orto únicamente si la posición para está ocupada El acoplamiento Azoico se descubrió a mediados del siglo XIX y fue ampliamente utilizado para la sínteisis de colorantes.

R = Grupo activante

Grupo Azo

Colorantes Azoicos

Colorante margarina

Gerhard Domagk.

Premio Nobel Fisiología-Medicina, 1939.

Industria de colorantes: I.G. Farbenindustrie Colorantes azo eran absorbidos x bacterias y más fácilmente vistos al microscopio. Empezaron a catalogar a varios colorantes azo Domagk evaluó uno y descubrió actividad in vivo contra infecciones bacterianas en monos. 1933, médicos administran Prontosil, salvan miles de vidas 1er antibiótico administrado sistemáticamente

Sulfanilamida

Profármaco