hidrocarburos aromaticos

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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