BENCENO Y AROMATICIDAD


INTRODUCCIÓN


La nominación de aromáticos data de los primeros compuestos de este tipo que fueron descubiertos, que se caracterizaban porque las fuentes de donde se obtenían tenían olores agradables en unos casos y en otros era el propio hidrocarburo el que poseía el aroma agradable, como el benzaldehído (de las cerezas o duraznos), el tolueno ( del bálsamo de Tolu) y el benceno ( del destilado de carbón).
Hoy utilizamos la palabra aromatico para referirnos a la clase de compuestos que contienen anillos de seis miembros parecidos a los del benceno con tres dobles enlaces.

Los compuestos aromáticos abarcan una amplia gama de sustancias químicas de uno dos o más anillos altamente insaturados de fórmula CnHn que poseen propiedades químicas singulares.
La aromaticidad no es un atributo de los compuestos de C e H solamente, sino que también en su estructura pueden encontrarse otros átomos como oxígeno y nitrógeno constituyendo la gran familia de los compuestos heterocíclicos aromáticos.

BENCENO

En el siglo XVII, Kekulé propuso una estructura para el hidrocarburo más representativo de los aromáticos: el benceno C6H6.
1.png


"La historia de descubrimiento del benceno es interesante. En 1812-1815, en Londres apareció por primera vez el alumbrado a base de gas. El gas de alumbrado obtenido de fuentes naturales (de la grasa de animales marinos), Venia en botellas de hierro, estas botellas se colocaban por lo general en el sótano de las casas. El gas por medio de unos tubos se distribuía por toda la vivienda. Se había notado que durante los fríos fuertes el gas perdía su capacidad de producir llama al arder. En 1825 los propietarios de la fábrica de gas se dirigieron a Faraday para que les diera un consejo. Faraday descubrió que la parte componente del gas que produce llama viva al arder se acumula, al frío en el fondo en el fondo de las botellas, formando una capa de líquido transparente. Al examinar este liquido Faraday descubrió un hidrocarburo nuevo, El benceno."

FUENTES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS


Los hidrocarburos aromáticos simples se usan como materia prima para la elaboración de los hidrocarburos más complejos y sus dos fuentes principales son el carbón (o hulla) y el petróleo. El carbón es una sustancia mineral constituida por anillos del tipo benceno unidos entre sí. Cuando se calienta a 1000ºC en la molécula de Hulla ocurre desintegración térmica (pirólisis) y destila una mezcla de hidrocarburos volátiles denominada alquitrán de hulla. Cuando se destila esta mezcla se obtiene benceno, Xileno, Tolueno, Naftaleno, y una variedad de compuestos orgánicos. El petróleo consiste en una mezcla de alcanos y contiene pocos compuestos aromáticos. Sin embargo en la refinación del petróleo se forman compuestos aromáticos, cuando se hacen pasar los alcanos sobre un catalizador a 500ºC, a altas presiones. El heptano (C7H16), por ejemplo se transforma en tolueno (C7H8) por deshidrogenación y ciclación.

NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS

CLASIFICACIÓN

Los compuestos de carácter aromático pueden dividirse en:

A) BENCENOIDES

2.png

B) NO BENCENOIDES

3.png

NOMENCLATURA


A) Los compuestos se conocen desde hace mucho tiempo, incluso, antes que aparecieran las reglas de la nomenclatura IUPAC, por esa razón, hay en la literatura actual numerosos ejemplos de nombres triviales en la química de esta familia. Por ejemplo:
4.png

5.png

B) IUPAC, acepta estos nombres no sistemáticos. Pero nombre sistemático de estos compuestos, lo define IUPAC como la combinación del nombre del sustituyente como prefijo del nombre benceno. Así por ejemplo:
SUSTITUYENTE
GRUPO FUNCIONAL
NOMBRE DEL COMPUESTO
NOMBRE COMÚN
Hidroxi
-OH
Hidroxibenceno
Fenol
Amino
-NH2
Aminobenceno
Anilina
Etenil
-CH=CH2
Etenilbenceno
Estireno
C) Cuando el anillo benceno está como sustituyente(si el largo de la cadena es mayor a 6 atomos de carbono), su nombre es fenil, y el carbono de la valencia libre es el Nº1
6.png


D) Benceno disustituido: cuando sobre el anillo hay más de un sustituyente, aparecen diferentes estructuras isoméricas:
7.png
En general estos isómeros se abrevian con una letra como sigue: o- de orto, m- de meta y p-de para.
En esta nomenclatura, lo importante es la posición relativa de los sustituyentes. El grupo sustituyente G puede estar sobre cualquier átomo de carbono del anillo.Hay veces en que se combina esta regla de la disustitución o, m, p con nombres comunes no sistemáticos. Por ejemplo:
8.png


E) Cuando hay más de dos sustituyentes en el benceno. Se nombran en orden alfabetico dándole la menor numeración a los sustituyentes presentes o en base a un compuesto aromatico de nombre trivial.
9.png


REGLA DE HUCKEL


En 1931, E. Huckel,mediante cálculos teóricos, establecióque una molecula es aromatica solo si tiene un sistema de conjugación monociclicoplano, si contiene un total de (4n + 2)electronesπ y si poseen una alta estabilidad termodinámica(alta energía de resonancia). Esta propiedad se denomina aromaticidad.
10.png



1. IONES AROMATICOS

De acuerdo con la regla de Huckel noseimpide que elnumero de orbitales p y el numero de electrones π en esos orbitales debe ser el mismo. De hecho la regla 4n+2 es ampliamente aplicable a varios tipos de moléculas e iones aromáticos:

13.jpg


2. HETEROCICLICOS AROMATICOS


De acuerdo a la regla de Huckel esta no especifica que los atomos en el anillo deben ser de carbono. Un heterociclicoes un compuesto cíclico que contiene atomos de dos o mas elementos en su anillo, por lo general carbono junto con nitrógeno, oxigeno o azufre.
12.png


El pirrol es aromático porque utilizael par de electronesno compartidos sobre el N para completar 6 electronesen la nubeπ; en cambio la piridina no los necesita ya que en cada orbitalp tiene un electron ( 6 en total).


3. NAFTALENO Y POLICICLOS AROMÁTICOS


Aunque la regla de Hückel se aplica solo a los compuestos aromáticos monociclos; el concepto de aromaticidad puede extenderse más allá formando los llamados compuestos aromáticos policíclicos. El más simple de estos es el Naftaleno, con dos anillos bencenoides unidos lado a lado. Posee tres estructuras de Kekulé, es decir, tres formas de resonancia. Así como el benceno es una forma intermedia entre sus fases de resonancia, el naftaleno y todos los compuestos aromáticos policíclicos también son un punto intermedio entre sus fases de resonancia. Entre los compuestos aromáticos policíclicos se encuentran:
11.jpg

REACCIONES DEL BENCENO

SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA

La reacción más importante de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática. Esto es, un electrófilo (E+) reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos. 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 laprimera etapa (lenta) el electrófilo atacante se une al anilloformando cationes ciclohexadienilos (complejosσ).

14.png
En la segunda etapa (rápida) se pierde un electrófilodel mismo carbono que sufrió el ataque del electrófiloreactivo, regenerándose el sistema aromático conjugado.

15.png



1.HALOGENACIÓN


a) Bromación de anillos aromáticos: Se hacen reaccionar los anillos aromáticos con bromo, con FeBr3 como catalizador dando como resultado bromobenceno como producto de sustitución.b) Cloración y Yodación:El cloro y el yodo pueden introducirse en el anillo aromático mediante una reacción electrofilica en las condiciones apropiadas. Los anillos aromáticos reaccionan en presencia de FeCl3 como catalizador, para producir clorobencenos.
16.jpg


2. NITRACIÓN AROMÁTICA:

Si un alqueno se trata con HNO3, se puede oxidar el doble enlace por el gran poder oxidante del ácido nítrico.se consigue una buena reacción usando una mezcla de HNO3y H2SO4, donde elelectrófilo es NO2+
17.png

3. SULFONACIÓN

En esta reacción reversible, el benceno reacciona con H2SO4fumante (H2S4+ SO3disuelto).
18.png


4. ALQUILACIÓN DE FRIEDEL Y CRAFTS

Resulta de la reacción de 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
19.png

Esta reacción posee tres limitaciones fundamentales:
  1. Solo se pueden usar halogenuros de alquilo.
  2. La reacción es ineficaz cuando los anillos aromáticos se encuentran unidos a grupos fuertemente desactivadores.
  3. Es difícil controlar él numero de alquilaciones que se desea producir.
  4. Pueden producirse transformaciones e el esqueleto del grupo alquilo. (pueden anexarse un n-propil o un i-propil).

5. USOS DEL BENCENO


El benceno se usa en grandes cantidades en los Estados Unidos y Bolivia. Se encuentra en la lista de los 20 productos químicos de mayor volumen de producción. Algunas industrias usan el benceno como punto de partida para manufacturar otros productos químicos usados en la fabricación de plásticos, resinas, nilón y fibras sintéticas como lo es el kevlar y en ciertos polímeros. También se usa benceno para hacer ciertos tipos de gomas, lubricantes, tinturas, detergentes, medicamentos y pesticidas. Los volcanes e incendios forestales constituyen fuentes naturales de benceno. El benceno es también un componente natural del petróleo crudo, gasolina y humo de cigarrillo.

6. REACCIÓN DE ACILACIÓN

Debido a los inconvenientes de la reacción de alquilación, es preferible introducir en primera instancia grupos acilo (R-C=O) porque no sufren reordenamientos y no dan reacciones de polialquilación por ser atractores de electrones. Después se reduce ahidrocarburo el grupo carbonilo formado.

20.png



BIBLIOGRAFÍA