LOS HIDROCARBUROS AROMATICOS

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

AROMÁTICOS
PROFESOR: PEDRO MANUEL SOTO GUERRERO

∗ Un compuesto alifático es un compuesto como un alcano,
alqueno, alquino, cicloalcano, cicloalqueno o cualquiera de
sus derivados.
∗ El termino aromático se utiliza por razones históricas para
referirse a la clase de compuestos estructuralmente
relacionados con el Benceno.
∗ Los compuestos aromáticos se nombran sistemáticamente
por las de la IUPAC (Union internacional de química pura y
aplicada), pero también se utilizan varios nombres comunes .

Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12

Benzaldehido

Tolueno


∗ Los hidrocarburos aromaticos sencillos provienen de dos
fuentes principales el carbon y el petroleo.

De arreglos extensos
carbon Mezcla de anillos

Unidos entre si

La ruptura termica del carbon ocurre cuando se calienta
a 1000°C en ausencia de aire y hierve hasta
consumirse la mezcla de los productos volatiles llamada
alquitrán de hulla. 23/03/12
Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero

¿Que es el Benceno?
∗ El benceno es un hidrocarburo poliinsaturado (es decir
tienen varios enlaces sencillos o dibles) de fórmula
molecular C6H6, con forma de anillo (se le llama anillo
bencénico, o aromático, ya que posee un olor
particularmente llamativo para cierto tipo de individuos) .

∗ El benceno es un líquido incoloro de aroma dulce y sabor
ligeramente amargo, similar al de la hiel. Se evapora al aire
rápidamente y es poco soluble en agua. Es sumamente
inflamable, volátil y se forma tanto en procesos naturales
como en actividades humanas.

Estructura química del Benceno
∗ Se suele mostrar, en términos de estructura de Lewis, como un
hexágono en cuyos vértices se encuentran los átomos de carbono, con
tres dobles enlaces y tres enlaces simples en posiciones alternas (1=2,
3=4, 5=6; 6-1, 2-3, 4-5; o bien 1=2-3=4-5=6-1).

∗ La representación de los tres dobles enlaces se debe a Friedrich Kekulé,
quien además fue el descubridor de la estructura anular de dicho
compuesto y el primero que lo representó de esa manera.
∗ Los dobles enlaces al estar alternados le otorga a la molecula de
Benceno sus caracteristicas tan especiales Cada carbono presenta en el
benceno hibridación sp2. Estos híbridos se usarán tanto para formar los
enlaces entre carbonos como los enlaces entre los carbonos y los
hidrógenos.


Calores de hidrogenación de cicloalquenos

Compuesto Producto ΔH(kcal)
Ciclohexeno - 28,6
1,3-Ciclohexadieno Ciclohexano - 55,4
1,3,5- - 49,8
Ciclohexatrieno
Según la tabla, por cada doble enlace que se hidrogene se
debieran desprender 28,6 kcal. Así, para el benceno (tres
dobles enlaces), el ΔH debiera ser de – 85,8 kcal.
El valor observado es de –49,8 kcal, luego
85,8 – 49,8 = 36 kcal menos que lo esperado, lo que
equivale a la energía de estabilización o de 23/03/12
resonancia Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero

+ 3 H2

85,8

+ 2 H2
36,0
57,2
1,8 55,4

49,8

+ H2

28,6


Espectroscópicamente, se ha determinado que:

a) Todos los enlaces C–C tienen la misma longitud (1,39 Å)
que es intermedia entre un enlace simple (1,54Å) y uno
doble (1,34Å)

b) Todos los ángulos de enlace C-C-C son de 120º

Esto último sugiere que todos los carbonos están
hibridizados sp2, luego la estructura básica del benceno
considera un anillo plano de 6 átomos de carbono. En cada
uno de ellos hay un orbital p . Como la distancia C-C es la
misma y pequeña (1,39Å), los orbitales p pueden
superponerse efectivamente formando una nube electrónica
homogenea.

AROMATICIDAD Y
SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA

Condiciones para la aromaticidad.

La conclusión que se deduce es que no todos los anulenos son
compuestos aromáticos. Para que un compuesto sea aromático, y por tanto
posea una elevada estabilidad termodinámica y una reactividad química
diferente de la de los alquenos y polienos conjugados, debe cumplir las
siguientes condiciones:

1)Su estructura debe ser cíclica y debe contener enlaces dobles
conjugados.

2) Cada átomo de carbono del anillo debe presentar hidridación sp2, u
ocasionalmente sp, con al menos un orbital p no hidridizado.

3) Los orbitales p deben solaparse para formar un anillo continuo de
orbitales paralelos. La estructura debe ser plana o casi plana para que el
solapamiento de los orbitales p sea efectivo.

4) Además debe cumplir la regla de Hückel Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero
23/03/12

Nomenclatura de compuestos derivados del benceno

a) Nombres triviales

CH3 OH NH2
COOH

Tolueno Fenol Anilina Ácido benzoico

b) Sistemática, nombrando el (los) radical (es)presente(s)
y agregando la palabra benceno.
CH3 CH2 CH3 Br

etilbenceno bromobenceno
metilbenceno 23/03/12


c) Como sustituyente (si el largo de la cadena es mayor
de 6 átomos de carbono)

3-fenilnonano (n)-propilbenceno
d) Nomenclatura orto (o), meta (m) y para (p) sólo para
derivados bencénicos disustituidos
CH3
CH3 CH3

CH3

CH3
CH3
o-dimetilbenceno m-dimetilbenceno p-dimetilbenceno
1,2-dimetilbenceno 1,3-dimetilbenceno 1,4-dimetilbenceno
no 2-metiltolueno no 3-metiltolueno o no 4-metilbenceno o
ni o-metiltolueno m-metiltolueno p-metiltolueno

e) Más de dos sustituyentes. Se nombran por orden
alfabético dándole la menor numeración a los sustituyentes
presentes, o en base a un compuesto aromático de nombre
trivial

CH3 CH3
OH
Br Br Br

Br
Br
NO2 NO2
2,4,6-tribromofenol
2-bromo-1-metil-4-nitrobenceno 2-bromo-4-metil-1-nitrobenceno
ó 2-bromo-4-nitrotolueno ó 3-bromo-4-nitrotolueno


Regla de Huckel
En 1931, E. Huckel,mediante cálculos teóricos, estableció
que los anillos monocíclicos planos que tienen (4n + 2)
electrones π poseen una alta estabilidad termodinámica
(alta energía de resonancia). Esta propiedad se denomina
aromaticidad
Aromáticos ( 6, 10, 14 electrones π )

No aromáticos 4, 8, electrones π, etc


ANULENOS


Algunos ciclos a pesar de cumplir con la regla de (4n +
2) electrones π, no son aromáticos porque no son
planos.

H H

Los H señalados impiden la coplanaridad del anillo, por
lo tanto los orbitales p no se superponen con
eficiencia y la molécula aumenta su energía. El
naftaleno (a la derecha) no presenta ese problema y es
aromático.


Iones aromáticos

catión
anión catión ciclopropenilo
ciclopentadienilo cicloheptatrienilo

Ambos son aromáticos porque tienen (4n + 2) electrones
π conjugados en un ciclo, lo que implica máxima
superposición de sus orbitales p.

Azuleno


COMPUESTOS AROMÁTICOS,
ANTIAROMÁTICOS Y NO
AROMÁTICOS.

Los compuestos de carácter aromático pueden dividirse
en bencenoides y no bencenoides

a) Bencenoides o hidrocarburos aromáticos
bencenoides policíclicos.

Antraceno Fenantreno
Benceno Naftaleno


∗ La regla de Hückel es estricatmente aplicable
para compuestos monociclicos pero el
concepto general de aromaticidad tambien
puede incluir compuestos aromaticos
policiclicos.


b) Compuestos aromáticos No bencenoides

N
N
H
Azuleno
Piridina Pirrol

anión catión
ciclopentadienilo cicloheptatrienilo

La conjugación es requisito indispensable para la condición
de aromático. Un anillo puede tener (4n + 2) electrones π y
no ser aromático porque la conjugación está
interrumpida, por ejemplo
C sp3
C sp3 H

Heterocíclicos aromáticos

H .. ..
.. ..
O S
N:
N
..
Piridina Furano Tiofeno
Pirrol

Pirrol y piridina

H

N:

N
..
Pirrol Piridina

El pirrol es aromático porque utiliza el par de electrones
no compartidos sobre el N para completar 6 electrones
en la nube π; en cambio la piridina no los necesita ya
que en cada orbital p tiene un electron ( 6 en total).
. . .
.. .
. .
H N. . .. N
. .


TEORÍA DE LA SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA
AROMÁTICA

El benceno, a pesar de su alta insaturación, no da
reacciones de adición sino de sustitución

En este tipo de reacciones se produce la sustitución
de una especie unida al anillo aromático por otra
especie electrofílica similar.

El electrófilo que se desplaza comúnmente es H+

Las especies electrofílicas más comunes son Br+ ;
SO3 ; NO2+ y R+.


El mecanismo de esta reacción involucra dos etapas: en la
primera etapa (lenta) el electrófilo atacante se une al anillo
formando cationes ciclohexadienilos (complejos σ).

+ E

E E E

H H H

(complejos σ).


En la segunda etapa (rápida) se pierde un electrófilo del
mismo carbono que sufrió el ataque del electrófilo
reactivo, regenerándose el sistema aromático conjugado

E E

H + H


1.Bromación.


2. Nitración
Si un alqueno se trata con HNO3, se puede oxidar el
doble enlace por el gran poder oxidante del ácido nítrico.

La alta estabilidad del anillo aromático permite la
reacción de nitración sin que ocurra la oxidación del
sistema insaturado

se consigue una buena reacción usando una mezcla de
HNO3 y H2SO4 , donde el electrófilo es NO2+.

NO2

H2SO4
+ HNO3 + H2O
23/03/12

3. Sulfonación

En esta reacción reversible, el benceno reacciona
con H2SO4 fumante (H2SO4 + SO3 disuelto)

SO3 H
+ H2SO4 + H2O


4. Alquilación de Friedel y Crafts
Resulta de la reacción de un un anillo aromático con un
halogenuro de alquilo, el que en presencia de AlCl3, por un
mecanismo similar al de la halogenación, genera una
especie (carbocatión) que actúa como electrófilo
R
AlCl3
+ R X + HX

R X + AlCl3 R AlCl3X
H R

H + AlCl3X
R AlCl3X

R
+ HX + AlCl3


4,1. Acilación
de Friedel-Crafts.


Ejemplo:
CH3 CH3
AlCl3
+ CH3 C Cl C CH3 + HCl

CH3 CH3

Otra formación de carbocationes
CH3
HF
+ CH3 CH CH2 CH CH3
0º C

H
CH3 CH CH2 + HF CH3 C
CH3


5.Combustión.

El benceno es inflamable y arde con llama fuliginosa,
propiedad característica de mayoría de los compuestos
aromáticos y que se debe a su alto contenido en
carbono.

C6H6 +71 ¤ 2o2 ® 6co2 + 3H2o


6.Hidrogenación.

∗ El núcleo Bencénico, por catálisis, fija seis átomos de
hidrógeno, formando el ciclohexano, manteniendo así
la estructura de la cadena cerrada.

H2 / Rh / C
Etanol


7.Reducción de Birch.

∗
Li, NH3 (o Na)
Etanol


8.Cloración.


Reactividad de la cadena lateral.

1.- Halogenación

Se puede reemplazar un H del anillo por Br o Cl por
reacción con Br2 o Cl2, pero en presencia de un
ácido de Lewis (FeBr3 o AlCl3 respectivamente).

Br
H Br
2
1
+ Br2 + HBr


2.Oxidación
En cadenas laterales con al menos 1 enlace C - H
R

R C H COOH
1. KMnO4
+ otros productos
OH , calor de oxidación
2. H3O

CH3 CH2CH3 CH2CH2CH3 COOH

1. KMnO4
así ó ó
OH , calor
2. H3O

CH3

CH3 C CH3
1. KMnO4
No hay oxidación
OH , calor

2. H3O 23/03/12

∗ El benceno es cíclico y conjugado
∗ El benceno es inusualmente estable , teniendo un calor de
hidrogenación 150 kJ/ mol menos negativo de lo que podria
esperarse para un trieno cíclico conjugado.
∗ El benceno es plano y tiene la forma de un hexágono regular
.Todos los ángulos son de 120 ° , todos los átomos de
carbono tienen hibridación sp^2 y todas las longitudes del
enlace carbono-carbono son de 139 A°.
∗ El benceno experimenta reacciones de sustitución que
retienen la conjugación cíclica en lugar de reacciones de
adición electrofilica que destruirían la conjugación.
∗ El benceno es un hibrido de resonancia cuya estructura es
intermedia entre dos estructuras de enlace-línea.

BENCENO Y SUS DERIVADOS.
¿COMO SE OBTIENE Y QUE SE
OBTIENE DE ELLOS?

Obtención del Benceno
∗ Se encuentra naturalmente en el petróleo crudo, también se obtiene a
partir del coque de carbón en procesos que se llevan a cabo en la
industria del acero, es sintetizado mediante gas natural o procesos de
conversión del tolueno.

Síntesis del benceno
El LUR cuenta con un Sintetizador de benceno comercial (TASK). Este
sintetizador permite obtener altos rendimientos, eliminando
completamente al radón, permitiendo que las muestras sean analizadas
inmediatamente después de la síntesis sin necesidad de esperar varias
semanas para que decaiga este radioisótopo. Es de crucial importancia
obtener altos rendimientos en la transformación de la muestra en
benceno, para de esta manera garantizar la obtención de un benceno
con una composición isotópica de carbono representativa de la muestra
original. 23/03/12

∗ El proceso de síntesis consta de cuatro etapas:
∗ Oxidación o Combustión C + O2 (g) → CO2 (g)

∗ Formación del Carburo de Litio 2CO2 (g) + 10Li → Li2C2(s) + 4Li2O

∗ Hidrólisis (Formación de acetileno) Li2C2(s) + 2H2O → C2H2 (g) + 2LiOH

23/03/12

∗ Formación de benceno 3C2H2 (g) → C6H6


∗ La destilación fraccionada de alquitrán de hulla produce
benceno, tolueno, xileno, naftaleno y una gran cantidad de
compuestos aromáticos.


∗ Benceno : Sirve para fabricar ciclohexano.

∗ Ciclohexano : Es la materia prima para producir caprolactama y
ácido adípico con destino al nylon.

∗ Tolueno : Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas,
resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia
prima del benceno.

∗ Xilenos mezclados : Se utilizan en la industria de pinturas, de
insecticidas y de thinner.

∗ Ortoxileno : Es la materia prima para la producción de anhídrico
ftálico.


Alquilbenceno : Se usa en la industria de todo tipo de
detergentes, para elaborar plaguicidas, ácidos sulfónicos y en
la industria de curtientes.

Fenol: desinfectante

DDT: Diclorodifeniltricloroetano: insecticida

Anilina: (colorante)

Naftalina : (dibenceno) espantapolillas para la ropa.

Ácido pícrico: colorante, bactericida y explosivo.

Nitrobenceno: relleno para esas lámparas que tienen un
líquido que va cambiando de forma.


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