HIDROCARBUROS AROMATICOS

 AROMÁTICOS.

INTRODUCCIÓN

En el siguiente informe daré a conocer mediante conceptos y ejercicios todo sobre el tema de aromáticos. Presentare informacion elemental, explicaciones sencillas y elementales sobre el tema mencionado anteriormente; recordando que la mejor manera de obtener un aprendizaje significativo es practicando la teoría para así mismo llevar a cabo nuestra experiencia en el amplio espacio de la química

OBJETIVOS

• OBJETIVO GENERAL

1. Conocer y profundizar en conceptos, formulas y leyes de los aromáticos.

• OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 

1. Diferenciar y saber aplicar la nomenclatura de aromáticos.
2. Manejar y reforzar lo visto en clase

TEMAS Y SUBTEMAS

1. CONCEPTOS GENERALES
1.1. Concepto de hidrocarburos aromáticos1.2. Principales fuentes de los hidrocarburos aromáticos1.3. El Benceno, principal representante de los aromáticos1.3.1. Concepto1.3.2. Estructura química.1.3.3. Estabilidad del benceno: calores de hidrogenación1.4. Aromaticidad1.4.1.Origen histórico1.4.2.Diferencia entre aromático, no aromático y antiaromático1.4.3.Regla de Hückel1.4.4.Condiciones para la aromaticidad2. NOMENCLATURA
2.1. Nombres triviales                                                                             2.2. Sistemática2.3. Con sustituyente2.4. Derivados bencénicos disustituidos2.5. Más de dos sustituyentes3. PROPIEDADES FISICAS
4. PROPIEDADES QUIMICAS
5. REACCIONES DE OBTENCION O SÍNTESIS5.1. Sustitución electrofílica aromática5.1.1. Halogenación5.1.2. Nitración5.1.3. Sulfonación5.1.4. Alquilación de Friedel- Crafts5.1.5. Acilación de Friedel- Crafts5.2. Reacciones de adición5.2.1. Cloración5.2.2. Hidrogenación5.2.3. Reacción de Birchs5.3. Reacciones de los alquilbencenos5.3.1. Oxidación5.3.2. Halogenación5.3.3. Reducción de acilbencenos a alquilbencenos5.4. Reacciones de los alquenilbencenos5.5. Sustitución nucleófilica aromática6. USOS O APLICACIONES

1.1. HIDROCARBUROS  AROMÁTICOS

Un hidrocarburo aromático es un compuesto orgánico cíclico conjugado que cumple la regla de Hückel, es decir, que tiene un total de 4n + 2 electrones π en el anillo.

1.2. PRINCIPALES FUENTES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

Los hidrocarburos aromáticos sencillos  provienen de dos fuentes  principales:

• El carbón o Hulla: es una sustancia mineral constituida por anillos del tipo benceno unidos entre sí. Cuando se calienta a 1.000 °C, en la molécula de hulla ocurre desintegración térmica 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 500°C, a altas presiones. El heptano (C7 H16) se transforma en tolueno (C7 H8) por deshidrogenación y ciclación.

1.3. EL BENCENO, PRINCIPAL REPRESENTANTE DE LOS AROMÁTICOS

1.3.1. CONCEPTO

El benceno es una molécula plana poliinsaturada (es decir tiene más de un doble enlace entre sus carbonos), que presenta formas resonantes las cuales le confieren una gran estabilidad; de forma molecular C6H6, con forma de anillo. Es 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.

1.3.2. ESTRUCTURA QUÍMICA

En términos de la estructura de Lewis, se suele mostrar como un hexágono plano e indeformable 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 esta manera.

Los dobles enlaces al estar alternados le otorgan a la molécula de benceno sus características tan especiales. Cada carbono presenta en el benceno  hibridación Sp2. Estos híbridos se usarán tanto para formar los enlaces entre carbono como los enlaces entre los carbonos y los  hidrógenos.

Espectroscópicamente, se ha determinado que:

• Todos los enlaces C-C  tienen la misma longitud (1,39 Armstrong) que es intermedia entre un enlace simple (1,54 Armstrong) y uno doble (1,34 Armstrong ).

• Todos los ángulos de enlace C-C-C son de 120°

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 (1,39 Armstrong ), los orbitales p pueden superponerse efectivamente formando una nube electrónica homogénea.

             

1.3.3. ESTABILIDAD DEL BENCENO: CALORES DE HIDROGENACIÓN

Una de las peculiaridades del benceno (y de los compuestos aromáticos) es su gran estabilidad con respecto a la de los alquenos. Se puede obtener una medida cuantitativa de la estabilidad, determinando la cantidad de calor liberado cuando se hidrogenan el benceno y el ciclohexeno. En ambos casos se forma el mismo producto, el ciclohexano.

Si los tres dobles enlaces del benceno fueran equivalentes a tres dobles enlaces etilénicos (-C=C-), el calor liberado por hidrogenación completa en presencia de un catalizador, sería tres veces mayor que el liberado por hidrogenación del ciclohexeno.

La diferencia entre los calores de hidrogenación de un mol de benceno y tres moles de ciclohexeno, es la energía de deslocalización de electrones (energía de resonancia).

85,8-49,8= 36 Kcal/mol menos que la esperada si sus tres dobles enlaces fueran semejantes a los de los alquenos, indica que el benceno contiene 36 Kcal/mol menos que el esperado teóricamente. El benceno es un sistema conjugado cíclico estabilizado por deslocalización de electrones.

1.4.  AROMATICIDAD

1.4.1.   ORIGEN HISTORICO

En los inicios de la química orgánica, la palabra aromático se usaba para describir sustancias fragantes como el benzaldehído (de cerezas, durazno y almendras), el tolueno (del bálsamo de tolú) y el benceno (del destilado del carbono); por lo que se asocio la aromaticidad con los compuestos que contenían el anillo benceno. Sin embargo, pronto se comprendió  que las sustancias agrupadas como aromáticas  se comportaban de manera químicamente distinta de cómo lo hacen la mayoría de los otros compuestos orgánicos, por lo que la teoría moderna ha extendido el concepto de aromaticidad para incluir a sistemas policíclicos como el naftaleno, antraceno, fenantreno e incluso a ciertos cationes y aniones que poseen el número adecuado de electrones pi y que son capaces de crear formas resonantes.

1.4.2. DIFERENCIA ENTRE AROMÁTICO, NO AROMÁTICO Y ANTIAROMÁTICO

AROMATICO: si el anillo tiene una menor energía de electrones pi que la cadena abierta.

NO AROMATICO: si el anillo y la cadena tienen la misma energía de electrones pi.

ANTIAROMATICO: si el anillo tiene una energía de electrones pi superior a la de la cadena abierta.

1.4.3.   REGLA DE HÜCKEL

Según el científico Alemán Erich Hückel, una molécula será aromática si tiene un sistema monociclo planar, con un orbital P en cada átomo y solo si el sistema de orbitales P contiene 4n + 2 electrones Pi donde n es un numero entero (0, 1, 2, 3,4...), es decir las moléculas que contienen 6(n=1),10(n=2),14(n=3),18(n=4)…Electrones Pi pueden ser aromáticas. Las moléculas que contienen 4n electrones Pi (4, 8, 12,16...) no pueden ser aromáticas aunque sean cíclicas y conjugadas, debido a que algunos ciclos a pesar de cumplir con la regla de Hückel son planos y los H  impiden la coplanaridad del anillo, por lo tanto los orbitales p no se superponen con eficiencia y la molécula  aumenta su energía.

 1.4.4.   CONDICIONES PARA LA AROMATICIDAD

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 hibridación Sp₂, u ocasionalmente Sp, con al menos un orbital p no hibridizado.

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.

NOMENCLARURA

Los compuestos aromáticos se nombran sistemáticamente por las reglas de la IUPAC (Unión Internacional de química pura y aplicada), pero también se utilizan varios nombres comunes.

• Nombres Triviales

Estos compuestos tienen nombres propios

ANILINA

FENOL

TOLUENO

   

ÁCIDO BENZOICO

BENZALDEHIDO

NITROBENZENO

ESTIRENO

PARA-XILENO

ÁCIDO GÁLICO

     

• Sistemática

Se nombran los radicales presentes y se les agrega  la palabra benceno

METIL BENCENO

ETIL BENCENO

BROMO BENCENO

• Como sustituyente

Si el largo de la cadena es mayor de 6 carbonos

3-FENIL NONANO

(n)- PROPIL BENCENO

• Derivados bencénicos disustituidos

Se suelen nombrar con los prefijos orto(o), meta (m) y para (p)

O-dimetilbenceno                                  m-dimetilbenceno                       p-dimetilbenceno

1,2-dimetilbenceno                               1,3-dimetilbenceno                     1,4-dimetilbenceno
No 2-metiltolueno                                   no 3-metiltolueno                        no 4 metilbenceno

Ni o-metiltolueno                                    o m-metiltolueno                          o p-metiltolueno

• 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.

                

2-bromo-1-metil-4-nitrobenceno                                     2, 4,6-tribromofenol
O 2-bromo-4-nitrotolueno        

}

RELACIONES DE OBTENCION Y SINTESIS 

5.1. Sustitución electrofílica aromática. 

Constituye la reacción más característica del anillo aromático. Dependiendo del electrófilo que se incorpora al anillo aromático tenemos: 

                        

1.1.1.   Halogenación

1.1.2.   Nitración.

(En este caso el grupo electrófilo que se une al anillo es el grupo NO2) 

  5.1.3.  Sulfonación.

5.1.4. Alquilación de Friedel-Crafts.

Recordar que como la reacción de alquilación tiene lugar a través de carbocationes se pueden producir transposiciones.

5.1.5.  Acilación de Friedel-Crafts.

5.2. Reacciones de adición.  

5.2.1.  Cloración.

5.2.2.  Hidrogenación.

5.2.3. Reacción de Birch.

5. 3. Reacciones de los alquilbencenos.

5.3.1.  Oxidación.

Recordar que para que la oxidación se lleve a cabo debe de haber un hidrógeno sobre el carbono bencílico

.

5.3.2.  Halogenación. 

5.3.3. Reducción de acilbencenos a alquilbencenos (reducción  de Clemmensen)

5.4.  Reacciones de los alquenilbencenos.

Cuando sobre el anillo aromático tenemos una cadena insaturada (doble enlace), hay que tener en cuenta que entonces tendremos dos centros de reacción, uno será el anillo aromático y otro el doble enlace. En condiciones normales el primero en reaccionar para las reacciones de adición será el doble enlace ya que la reacción sobre al anillo aromático requiere condiciones más enérgicas al estar estabilizado por resonancia. Por ello podemos decir que los alquenilbencenos experimentan reacciones de sustitución en el anillo y de adición en la cadena.

5.5.  Sustitución nucleófilica aromática.

Los nucleótidos desplazan fácilmente a los iones haluro de los haluros de arilo cuando hay grupos atrayentes de electrones (desactivantes) en las posiciones orto ó para con respecto al haluro. 

IMPORTANCIA DE LOS AROMÁTICOS: 

Los hidrocarburos aromáticos son de gran importancia, pues entre ellos se encuentran sustancias tan importantes para nosotros como lo son las hormonas y las vitaminas (todas menos la vitamina C), también dentro de este grupo se encuentran otras sustancias de gran uso en nuestra vida cotidiana como puede ser el caso de los condimentos, perfumes, etc. En cambio, los hidrocarburos aromáticos también son bastante perjudiciales para la salud, por ejemplo el benceno, tolueno, etilbenceno y Xileno, que son una serie de sustancias conocidas con las siglas BTEX, famosas por ser cancerígenas.

EJERCICIOS 1:

RESULTADO

EJERCICIOS 2:

RESULTADO

WEBGRAFIA

http://www.alonsoformula.com/organica/aromaticosexercicio_1.htm

http://www.alonsoformula.com/organica/aromaticos.htm