UNIDAD #7.
Hidrocarburos Aromáticos
OBJETIVOS :
1. Describir y reconocer los hidrocarburos aromáticos y sus derivados .
2. Distinguir y definir lo que es aromaticidad por energía de resonancia .
3. Nombrar según la IPAC a los hidrocarburos aromáticos y sus derivados .
4.
Distinguir por métodos químicos entre hidrocarburos saturados e insaturados alifaticos con respecto a los hidrocarburos aromáticos .
Son compuestos monocíclicos , bicíclicos , y policíclicos muy insaturados que se pueden representar con tres , cinco o más dobles enlaces conjugados ; pero al igual que los hidrocarburos aromáticos se obtienen industrialmente por destilación de alquitrán de hulla . El más sencillo de los hidrocarburos aromáticos en el benceno ( C6H6 ).
El benceno C6H6 es el prototipo de compuesto aromático , presenta un bajo grado de reactividad su formula estructural es : un hexagono regular plano , en cuyos vertices están los átomos de carbono , los seis átomos de hidrogeno están en el mismo plano y unidos cada uno a un carbono . Así , todos los ángulos son de 120º C , lo cual explica que los átomos de carbono están hibridizados trigonalmente . Se observa la presencia de 12 enlaces sigmas : 6 enlaces C - C y 6 enlaces C - H . En realidad la distancia entre los núcleos de carbono es menor , por los cual los orbitales 2pz están más próximos .
Se observa que se cada orbital 2pz puro hay un electrón . El electrón del orbital 2pz del átomo de carbono tiene iguales posibilidades de enlazarse con el orbital 2pz del átomo de carbono siguiente o con el subsiguiente . La misma consideración puede hacerse para cada uno de los electrones del orbital en mención , en cada átomo de carbono . Esto conduce a dos posibilidades iguales de combinación , los cuales muestran la formación de tres enlaces Pi ( P ) carbono - carbono . El resultado es que seis electrones forman nubes cíclicas del tipo P por encima y por debajo del plano formado por los enlaces sigmas . Estas nubes contienen los seis electrones , que en este caso se conocen electrones deslocalizados por no tener a ningún par de átomos en particular y constituyendo el sexleto aromático que le da las propiedades características a este tipo de compuestos , dandole gran estabilidad y mayor energía de resonancia .
Estructuras resonantes del benceno .
Las propiedades poco usuales del benceno , conocidas como carácter aromático son :
A. Estabilidad térmica .
B. Reacciones de sustitución en lugar de reacciones de adición con reactivo polares como el HNO3 , H2SO4 y Br2 .
C. Resistencia a la oxidación con KMnO4 y en estado acuoso , HNO3 .
Aromatividad y regla de Huckel .
La regla de Huckel , dice que para la aromatividad , si el número de electrones P es igual a 2+4n , donde n=0 o igual aun número entero , el sistema es aromático . La regla se aplica a monicíclicos que contienen carbono y en las cuales cada carbono puede se hibrizado sp2 para dar un orbital p para enlace P extendido .
Los números de electrones P que cumplan la regla de Huckel son : 2(n=0) , 6(n=1), 10(n=2) , 14(n=3), 18(n=4), el benceno tiene 6 .
La regla de Huckel es extensiva para los compuestos heterociclícos , Así :
Reglas para nombrar los compuestos aromáticos .
1. Hidrocarburos : El nombre de los hidrocarburos debe terminar siempre en "eno" en general se le da a estos hidrocarburos el nombre de arenos y se representan como Ar-H . Sus grupos monovalentes se llaman "arilos" y se representan como Ar . Hay dos clases de hidrocarburos aromáticos : los polinucleares y los grasos aromáticos en los primeros, hay presenten varios anillos de benceno , y a su vez , se subdividen en condensados y en no condensados .
Cuando en una molécula hay sustituyentes que orientan a posiciones orto y para que orientan a posiciones meta , pueden actuar sincronizadamente si ambos orientan al mismo carbono o si se orientan a posiciones diferentes . En el primer caso la reacción es muy fácil, en el segundo el nuevo sustituyente entre orto y para con respecto al sustituyente activador y la reacción es difícil .
Lo anterior explica el mecanismo de sustitución electrofílico los sustituyentes activadores envían electrones a las posiciones orto y para favoreciendo la reacción , los desactivadores sustraen electrones y se dirigen a la posición meta .
La estabilidad del anillo aromático manifiesta una resistencia al ataque de agentes oxidantes.
El benceno resiste la acción oxidante del permanganato de potasio y del dicromato de potasio en medio ácido.
DERIVADOS DEL BENCENO
NAFTALENO:
El naftaleno C10H8 es un hidrocarburo aromático de compuestos de sustitución con halógenos y es resistente a la oxidación .
Es un compuesto bicíclico , en el que hay 10 orbitales p. , que al estar unidos forma 5 enlaces de tipo P .
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Para que un compuesto se comporte aromático , debe ser insaturado y cíclico y poseer (4n+2) electrones P deslocalizados , lo cual cumple el naftaleno .
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El naftaleno , autraceno y fenantreno , presentan reacciones de sustitución electrofílica , Ejemplo :
La acetilación es dependencia de las condiciones (temperatura disolvente) se obtiene el µ acetilnaftaleno o el b-acetil naftaleno .
Si en la molécula del naftaleno se obtiene un orientalmente de primer género (por ejemplo -OH ) en la posición µ entonces el sustituyente entrará en el mismo núcleo en la posición µ, b.
Si , el mismo orientante se encuentra el posición b , entonces el sustituyente ingresa en la posición µ más cercana .
Al existir en la molécula de naftaleno un orientante de segundo género ( por ejemplo el grupo SO3H ) en las posiciones µ o b , el nuevo sustituyente entra en otro núcleo preferentemente en la posición µ .
La tetralina y la decalina son líquidos de elevado punto de ebullisión 207º C y 190º C respectivamente , son disolventes de las resinas , grasas y aditivos a los combustibles para motores .
ANTRACENO .
ANTRACENO : En el alquitran de hulla se encuentran grandes cantidades de antraceno (C14H10) , se obtiene por cristalización y se purifica por medio de la destilación , el antraceno puro es una sustancia cristalina incolora con fluorescencia azul , punto de fusión de 217º C y ebullición de 354º C , no se disuelve en agua , solamente en benceno caliente .
Es un hidrocarburo aromático multinuclear con tres anillos bencenicos condensados linealmente .
El antraceno es más activo que el benceno y el naftaleno , presenta reacciones de adición . Las posiciones ( 9 , 10 ) se caracterizan por tener la mayor actividad , por eso las reacciones de reacciones de sustitución y las de adición transcurren más fácilmente en el núcleo medio.
Reacciones de sustitución .
A. Halogenación :
El cloro o el bromo a 0o C se adicionan permanentemente en la posición ( 9,10) formando un dicloro o un dibromuro , del cual se desprende al calentarlo debilmente un halogenuro de hidrogeno y se obtiene un compuesto de sustitución .
B. Nitración :
Al actuar el ácido nítrico , inicialmente se forma un producto estable de adición y después se desprende de esta agua , se forma un producto de sustitución , el _____ nitro antraceno.
C. Sulfonación :
Se realiza en los anillos laterales y así se forma una mezcla de ácidos µ disulfónicos :
D. Oxidación :
La oxidación del antraceno por una mezcla sulfrocrómica o por otros oxidantes .
El antraceno es un compuesto industrial , del cual se obtienen colorantes como la ALIZARINA .
Fenantreno : En un compuesto aromático , isómero del antraceno , pero se diferencia de este por la disposición de los anillos bencénicos : (C14H10) .
Es una sustancia cristalina , incolora , punto de fusión 110º C, punto de ebullición 340º C , se encuentra en la fracción antracenica del alquitran de hulla .
El fenantreno no es objeto de gran interes práctico , pero muchos compuestos naturales complejos que tienen valor fisiológico , contienen anillo fenentrénico . Estos son los esteroides , hormonas sexuales , la vitamina D, los alcaloides.
Existe un hidrocarburo aromático constituido por cuatro anillos bencenicos en forma lineal, lleva el nombre de 2,3 benzantreno , sus nombre triviales son naftaceno o tetraceno , tiene un punto de fusión 343º C . El nombre general de estos compuestos es acenos , son sustancias coloreadas .
Se ha determinado que algunos de los compuestos cíclicos polinucleares provocan la enfermedad de exemas y la formación de tumores malignos , poseen propiedades cancerigenas . En los productos de coquefacción de alquitrán de hulla y en los gases de escape de transporte automovilístico se encuentran muchas sustancias que poseen propiedades cancerigenas .
CUESTIONARIO
1. Indicar los principales productos monosustituidos en cada una de las siguientes reacciones , teniendo en cuenta que ciertos sustituyentes se dirigen a orto y para y otros a meta .
- Tolueno + Cloro + Luz ultravioleta
- Nitrobenceno + Oxido nítrico concentrado y calor .
- Cloro benceno + bromo ( Fe de catalizador )
- Bromo benceno + Cloro ( Fe de catalizador )
- Nitrobenceno + ácido sulfúrico concentrado y calor .
2. Escriba las reacciones de bromo en presencia de hierro y los del KMnO4 con los siguientes compuestos .
- 1 metil , 3 isopropil benceno
- 1,2,3 trimetil benceno
- 1 metil , 3 terbutil benceno
3. Un hidrocarburo aromático A, C8H10 por oxidación con permanganato de potasio da un compuesto de fórmula C7H6O2 . Escriba la ecuación de la reacción de A.
4. Indique condiciones y reactivos para efectuar las siguientes transformaciones del tolueno en :
- Acido benzoico
- Acido M,nitrobenzoico
- Acido P,bromobenzoico
- Acido M,clorobenzoico
- Acido fralico
- Acido Tereftalico
5. A partir del benceno , prepare los compuestos siguientes :
- O, nitrotolueno
- 1,3, dinitro benceno
- M, Acetiltolueno
- 4 Bromo clorobenceno
- M, etil nitro benceno
- Acido M, toluensulfónico
- Ácido p, toluensulfónico
- Anilina
- Acido picrilo
- Acido tereftalico
