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HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

GINNA PAOLA TRUJILLO P.QUÍMICA INDUSTRIAL ORGÁNICACIENCIAS Y HUMANIDADESUNIVERSIDAD DE AMÉRICA


En 1825 Michael Faraday aisló un hidrocarburo nuevo del gas de alumbrado al que llamó “bicarburo de hidrógeno”, nueve años después, Eilhardt Mitscherlich, preparó la misma sustancia calentando ácido benzoico con cal obteniendo un hidrocarburo de fórmula empírica CnHn

O

OH+ CaO

calor+ CaCO3


Debido a las características organolépticas en cuanto a aromas que presentan los compuestos derivados del benceno, inicialmente se les reconoció como hidrocarburos aromáticos. Casi todos estos derivados se obtenían de diferentes plantas.

La goma de bencina es obtenida del árbol de Java en Sumatra. La palabra “Benzoina” proviene del equivalente frances Benjoin que proviene del Árabe “luban jawi” que significa “incienso de java”.

CH3

BENCENO TOLUENO

Teniendo en cuenta que la fórmula molecular del benceno es C6H6 y la del tolueno es C7H8, indican que como los alquenos y los alquinos estos son compuestos insaturados y deberían sufrir reacciones de adición sobre sus enlaces dobles, sin embargo esto


NO SUCEDENO SUCEDE


+

FeBr3

Br2

CCl4

NO HAY REACCIÓN

Br

A pesar de las reacciones que sufra el benceno su estructura A pesar de las reacciones que sufra el benceno su estructura carbonada sigue invariable. El benceno es inerte a los reactivos que carbonada sigue invariable. El benceno es inerte a los reactivos que se adicionan a alquenos y alquinosse adicionan a alquenos y alquinos

Estructura de KEKULE

En 1866, August Kekulé, basó la estructura del benceno en tres razonamientos

1. El benceno es C6H6

2. Todos los hidrógenos del benceno son equivalentes

3. Se requieren cuatro enlaces para cada carbono

HC1

HC2

CH3

CH 4

CH 5

HC

6

Estructura de KEKULÈ

Los derivados 1,2 y 1,6 del benceno deberían ser isómeros es decir compuestos químicamente diferentes

C1

HC2

CH3

CH 4

CH 5C6

C1

C2

CH3

CH 4

CH 5

HC

6

X

XX

X

Derivado 1,2-disustituido Derivado 1,6-disustituido

Estructura de KEKULÈ

Debido a que no se conocían tales casos de isomerismo en derivados del benceno y no podían separarse ninguno , Kekulé sugirió que podían existir tales isómeros pero se convierten muy rápidamente.

C

HC

CH

CH

CH

C

C

C

CH

CH

CH

HC

X

XX

X

Estructuras resonantes

Equivalente a

Como un hibrido de las dos estructuras de Kekulé, el benceno es representado por un hexágono que contiene un circulo en su interior. Este símbolo fue sugerido por primera vez por Sir Robert Robinson. Pero se prefieren las estructuras de Kekulé especialmente cuando se describen las reacciones del benceno

Sustituciones del anillo de benceno

A.

B.

C.

D.

E. F.

A. Aromáticos monosustituidos

B. Aromáticos disustituidos

C. Aromáticos polisustituidos

D. Aromáticos polinucleares

E. Aromaticos polinucleares monosustituidos

F. Aromáticos polinucleares polisustituidos

Nomenclatura de los derivados del benceno

Br

• Todos los compuestos que presentan un anillo de Todos los compuestos que presentan un anillo de benceno son aromáticos; muchos de los derivados benceno son aromáticos; muchos de los derivados del benceno se designan por la unión del nombre del benceno se designan por la unión del nombre del sustituyente como un prefijo al del sustituyente como un prefijo al bencenobenceno. .

bromobencenobromobenceno

NO2

terter-butilbenceno-butilbencenonitrobencenonitrobenceno

• Otros derivados monosustituidos poseen nombres Otros derivados monosustituidos poseen nombres comunes que son aceptados por la comunes que son aceptados por la IUPACIUPAC


CH3 metilbenceno tolueno

CH

O

bencencarbaldehído benzaldehído

C

O

OH

ácido bencencarboxilico ácido benzóico

CH

CH2 vinilbenceno estireno

Nombre sistemático Nombre comúnNombre sistemático Nombre común


OH bencenol fenol

OCH3

metoxibenceno anisol

NH2 bencenamina anilina

Nombre sistemático Nombre comúnNombre sistemático Nombre común

C

O

CH3

metil fenil cetona acetofenona

Nomenclatura de derivados disustituidos

• Para poder nombrar los derivados disustituidos del benceno es necesario identificar la posición respecto a los dos sustituyentes en el anillo.

• Para lo anterior se hace uso de los prefijos orto, meta y para.

21

X

y

3

1

X

y 4

1

X

y

21

X

y

3

1

X

y 4

1

X

yorto- meta- para-

XX y y YY pueden ser sustituyentes pueden ser sustituyentes iguales o diferentesiguales o diferentes

Nomenclatura de derivados disustituidos

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

Derivados disustituidos XILENO

orto-xileno meta-xileno para-xileno

Cl

F

NO2

CH3

C

CH3

Derivados disustituidos con diferentes sustituyentes

O CH3

orto-fluor-clorobencenometa-nitrotolueno

para-yodoacetofenona

Nomenclatura de derivados polisustituidos

6

54

3

21

CH3

NO2

NO2

O2N

Los prefijos orto, meta y para no son útiles en aromáticos polisustituidos ya que solo indican posiciones 1,2; 1,3 y 1,4 respectivamente; siendo insuficientes para tres o más sustituyentes en el anillo.

Para aromáticos polisustituidos es necesario entonces indicar con números las posiciones de los sustituyentes con respecto al sustituyente principal así:

2,4,6-trinitrotolueno

6

54

3

21

NH2

CH3

CH2CH3

3-etil-2-metilanilina

Benceno como sustituyente

Si el anillo de benceno es un sustituyente es nombrado como fenilo:fenilo:

OH

OH

O

2-feniletanol ácido 2-fenilacetico

bifenilo

Aromáticos polinucleares Son compuestos Son compuestos

aromáticos polinucleares, aromáticos polinucleares, sólidos resultantes de la sólidos resultantes de la destilación del alquitran destilación del alquitran de hullade hulla

Naftaleno Naftaleno Antraceno Antraceno Fenantreno Fenantreno

7

65

8

43

21

BICÍCLICO

POLICÍCLICO

7

65

8

10

9

43

21 8

76 5

109

4 32

1

Naftaleno

Antraceno Fenantreno

PROPIEDADES FÍSICAS

Reducción de Birch Una reacción orgánica reportada en 1944 por el químico

australiano Arthur Birch. En la que en principio se convierten los anillos de benceno en 1,4-ciclohexadienos, donde dos átomos de hidrógeno se unen a los extremos de la estructura del anillo.

NH3 Na LiETANOL

ter-BUTANOL H

H H

H

[Na(NH3)x]+e-

Reacción de sustitución electrofílica aromática

NITRACIÓNH+ HNO3

H2SO4

30-40 ºC

NO2

+ H2O

SULFONACIÓNH+ HOSO2OH

SO2OH

+ H2O

HALOGENACIÓN

H+ Br2

FeBr3Br

+ HBr

H+ Cl2 FeCl3

Cl

+ HCl

Reacción de sustitución electrofílica aromática

ALQUILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS

H+ (CH3)3CCl AlCl3

0ºC+ HCl

ACILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS

H+ CH3CH2CCl AlCl3

0ºC

CCH2CH3

+ HCl

OO

GRUPO ACILO

RC

O

Velocidad y regioselectividad en sustitución electrofílica aromática

2ª Sustitución 1. ¿Cuál es el efecto de un sustituyente en la velocidad de la

reacción de sustitución electrofílica aromática?2. ¿Cuál es el efecto de un sustituyente en la regioselectividad

de la reacción de sustitución electrofílica aromática?

El tolueno sufre una nitración 20-25 veces más rápido que el benceno. El tolueno es más reactivo ya que el CH3- activa el anillo.

De otra parte el trifluorometilbenceno sufre nitración 40.000 veces más lento que el benceno. Es menos reactivo ya que el CF3- desactiva el anillo

NITRACIÓNCH3 CF3

TOLUENO BENCENO TRIFLUOROMETILBENCENO

Velocidad y regioselectividad en sustitución electrofílica aromática

2ª Sustitución

CH3

HNO3

H2SO4+

CH3

NO2

63%

+

CH3

NO2

3%

CH3

NO2

34%

CF3

HNO3

H2SO4+

CF3

NO2

6%

+

CF3

NO2

91%

CF3

NO2

3%

Activante orientadorActivante orientadorortoorto- - parapara--

Desactivante orientadorDesactivante orientadormetameta--

Activantes y desactivantes del anillo

-NH2-NHR

-NR2

-OH

Activantes muy fuertes

Orientadores –orto –para

Activantes fuertes

-NHCR

O

-OR


Activantes

-OCR

O

-R

-Ar

HC CH2


Activantes y desactivantes del anillo

-C-H

O

-halógenos(F, Cl, Br, I)

DesactivantesDesactivantes Orientadores Orientadores –orto –para –orto –para

Desactivantes fuertesDesactivantes fuertes

-C-R

O

-C-OH

O

-C-OR

O

-C-Cl

O

-C N -SO3H

Orientadores Orientadores –meta –meta

Desactivantes muy fuertesDesactivantes muy fuertes

Orientadores Orientadores –meta –meta -CF3

-NO2

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