HIDROCARBUROS AROMTICOS
HIDROCARBUROS AROMTICOS
1.- Estructura, nomenclatura y propiedades fsicas de los
hidrocarburos aromticos.
2.- Fuentes de hidrocarburos aromticos.
3.- Sntesis de hidrocarburos aromticos.
4.- Reacciones de los hidrocarburos aromticos.
5.- Mecanismo de la sustitucin electroflica aromtica.
6.- Efectos de la orientacin en las sustituciones electroflicas.
7.- Sustitucin nucleoflica aromtica y por radicales libre.
8.- Estructura de los derivados del benceno.
9.- Derivados aromticos no bencnicos.
10.- Compuestos heterocclicos.
11.- Nuevos compuestos: Fullerenos.
12.- Mtodos de separacin y aplicaciones industriales del benceno
y sus derivados.
Profesores: Jos Luis Eiroa Martnez
Jorge Triana Mndez
Mariana Lpez Snchez
Objetivos.
Conocer las caractersticas y fundamentos del carcter aromtico y saber nombrar los compuestos aromticos y sus derivados.
Saber utilizar la regla de Hckel para determinar si un compuesto tiene carcter aromtico o no.
Conocer el mecanismo de sustitucin electroflica aromtica y predecir los productos en reacciones comunes como: halogenacin, nitracin, sulfonacin, alquilacin y acilacin de Friedel-Crafts.
Tener en cuenta las limitaciones que presenta la alquilacin de Friedel-Crafts en la formacin de un determinado producto.
Conocer la naturaleza activante y desactivante, as como la orientacin orto-para y meta de los sustituyentes y utilizar este conocimiento para predecir la o las posiciones de sustitucin electroflica aromtica sobre molculas que contienen sustituyentes en anillos aromticos.
Predecir los productos de reaccin de compuestos aromticos y emplear esas reacciones en el diseo de sntesis.
Conocer los principales derivados aromticos no bencnicos as como los hidrocarburos aromticos polinucleares.
Conocer los principales compuestos aromticos de inters industrial y sus principales aplicaciones.
En 1825, Faraday aisl un compuesto puro que presentaba un punto de ebullicin de 80C, a partir de una mezcla aceitosa que condensaba del gas del alumbrado, que era el combustible que se empleaba en las lmparas de gas. El resultado del anlisis elemental realizado a dicho compuesto mostraba una proporcin de carbono e hidrgeno de 1:1, lo cual resultaba ser inusualmente pequea, ya que tericamente corresponde a una frmula emprica de CH.
Posteriormente Mitscherlich sintetiz el mismo compuesto, calculo la densidad de vapor, lo que le permiti obtener el peso molecular que era aproximadamente 78, el cual corresponde a una frmula molecular de C6H6. Como dicho compuesto se haba obtenido a partir de la goma benju, se le denomino bencina y a partir de ah deriv el nombre a benceno como actualmente se le conoce.
Ya a finales del siglo XIX se fueron descubriendo muchos otros compuestos que parecan estar relacionados con el benceno pues tenan bajas relaciones de hidrgeno a carbono y despedan aromas agradables, adems presentaban la peculiaridad de que se podan convertir en benceno o compuestos afines. A este grupo de compuestos se le llamo aromticos por presentar aromas agradables. Posteriormente el estudio de la estabilidad que presentaban estos compuestos, llevo consigo que el trmino aromtico se utilizara para designar a compuestos que presentaban una estabilidad muy similar, independientemente de su olor. Como consecuencia a los otros compuestos orgnicos que no presentaban estas caractersticas (alcanos, alquenos, alquinos,....) se les denomino alifticos que significa semejantes a las grasas.
En general, podemos decir que los compuestos aromticos estn constituidos por el benceno y todos aquellos compuestos que presentan un comportamiento qumico similar y que dan lugar a la serie aromtica, la cual se construye a partir del benceno, fundamentalmente de dos formas :
1.- Mediante la simple sustitucin de los tomos de hidrgeno del ncleo
bencnico por otros sustituyentes (bencenos sustituidos).
2.- Mediante la unin de uno o ms anillos adicionales (aromticos o no), con
sustituyentes o no, a una o ms posiciones del anillo bencnico progenitor
(derivados aromticos polinucleares).
Los hidrocarburos aromticos se caracterizan por su tendencia a la sustitucin heteroltica, a diferencia de los hidrocarburos alifticos que como ya hemos visto presentaban reacciones de adicin y sustitucin.
ESTRUCTURA.
Aunque el benceno se conoce desde 1825, y sus propiedades fsicas y qumicas son mejor conocidas que la de cualquier otro compuesto orgnico, su estructura no pudo ser determinada de forma satisfactoria hasta 1931. El principal problema era debido no a la complejidad de la molcula en s, sino que era consecuencia del limitado desarrollo de la teora estructural alcanzado en aquella poca.
Como ya sealamos se conoca su frmula molecular (C6H6), pero el problema estaba en conocer como se disponan los tomos en la estructura. En 1858 Kekul propuso que los tomos de carbono se podan unir entre s para formar cadenas. Posteriormente en 1865 propuso para poder resolver el problema del benceno, que estas cadenas carbonadas a veces se pueden cerrar formando anillos. Para representar la estructura del benceno se haban propuesto las siguientes:
K
M
n
O
4
H
2
O
N
o r
e
ac
c
i
on
a
H
H
H
B
r
B
r
H
B
r
2
C
C
l
4
H
H
H
H
H
H
+
I
2
+
H
N
O
3
I
H
H
H
H
H
+
1/
2
N
O
2
+
H
2
O
Todas estos intentos de representar la estructura del benceno representaban las distintas formas en que se trataba de reflejar la inercia qumica del benceno. Recientemente Van Temelen sintetiz el benceno de Dewar (biciclo (2,2,0) hexadieno(, sustancia que sufre una rpida isomerizacin de enlace de valencia para dar benceno.
Un anlisis de las caractersticas qumicas del benceno permite ir descartando estas posibles estructuras. As, el benceno slo da un producto monobromado:
+
H
3
C
C
C
H
3
C
H
3
C
H
2
O
H
B
F
3
C
C
H
3
C
H
3
C
H
2
C
H
3
p
r
od
u
c
t
o
n
i
c
o
es decir, se sustituye un hidrgeno por un bromo y se mantienen los tres dobles enlaces. Esto implica que los hidrgenos deben ser equivalentes, ya que el reemplazo de cualquiera de ellos da el mismo producto, por lo tanto podemos descartar las estructuras I, II y V propuestas.
Asimismo el benceno reacciona nuevamente con el halgeno para dar tres derivados disustituidos ismeros de frmula molecular C6H4X2 C6H4XZ. Este comportamiento esta de acuerdo con la estructura III.
N
H
H
H
H
H
+
H
2
O
N
H
H
H
H
H
H
+
O
H
Esta estructura III a su vez permitira dos ismeros 1,2-dihalogenado, que seran:
H
H
H
H
H
H
+
I
2
+
A
gN
O
3
I
H
H
H
H
H
+
A
gI
+
H
N
O
3
H
H
H
H
H
H
+
I
2
+
AgNO
3
I
H
H
H
H
H
+
AgI
+
HNO
3
pero realmente slo se conoce uno. Kekul sugiri incorrectamente que existe un equilibrio rpido que convierte un ismero en el otro, en el caso del derivado dibromado
H
H
H
H
H
H
+
I
2
+
H
N
O
3
I
H
H
H
H
H
+
1/
2
N
O
2
+
H
2
O
Para poder comprenderlo, hay que tener en cuenta que la estructura de Kekul de dobles enlaces, los enlaces sencillos seran ms largos que los dobles enlaces. Sin embargo, esto no es as, ya que experimentalmente se ha comprobado que los enlaces carbono-carbono en el benceno son todos iguales (1,397 A) y que el anillo es plano. Entonces lo que sucede con las estructuras de Kekul, las cuales solo difieren en la ubicacin de los enlaces (, es que el benceno realmente es un hbrido de resonancia entre estas dos estructuras:
H
+
+
H
N
O
3
+
1/
2
I
2
I
+
+
N
O
2
+
H
2
O
H
+
+
HNO
3
+
1/2I
2
I
+
+
NO
2
