generalidades de los aromaticos

gEneralidades de los aromaticos        

A).

Se define como modelo de un sistema a la estructura cuyo comportamiento es conocido o se puede deducir a partir de bases teóricas, y que se asemeja bastante al sistema real en estudio.

Ahora bien, la selección del modelo más adecuado juega un papel importante, ya que debe ser en función de los objetivos y precisión que se requiera, para que así los resultados obtenidos sean lo más afines a nuestros intereses.

El modelo que nosotros adoptaremos para representar a una cadena biatómica unidimensional estará formado por dos clases de partículas (átomos), con masas distintas y unidas por medio de resortes,

B).

C).

La estructura moderna del benceno se considera como la formación de seis átomos de carbono utilizando los orbitales sp del carbono. Los orbitales p resultantes (uno en cada carbono) se superponen para formar un enlace pi, en una región de densidad de electrones pi por encima y por debajo de la estructura hexagonal, de tal forma que el esqueleto hexagonal queda incluido en una nube de electrones pi  en forma de dona.

D).

Los derivados del benceno se nombran anteponiendo el nombre del sustituyente a la palabra benceno.

Por ejemplo

Etilbenceno nitrobenceno clorobenceno

Algunos derivados del benceno se conocen por sus nombres comunes

Tolueno anilina fenol

ácido benzoico benzaldehído

Los derivados disustituídos del benceno son tres el orto, el meta y el para.

orto meta para

Y se nombran indicando las posiciones relativas de los sustituyentes.

Por ejemplo:

O-dibromobenceno m-cloronitrobenceno p-clorotolueno

Los derivados tri y poli sustituídos del benceno se nombran utilizando números que indiquen las posiciones relativas de las mismas.

a.    Si los grupos son iguales la secuencia será la de menor combinación de números.

b.   

1,2, 3- trinitrobenceno

c.    Si los grupos son diferente, se escoge un grupo como 1 y los demás se numeran respecto a este.

2,4-dinitrotolueno 3-bromo-5-cloronitro 2-clor-4-nitrofenol

Benceno

e).

Propiedades físicas. El benceno es un líquido incoloro, móvil con olor dulce a esencias.
Es soluble en éter, nafta y acetona. También se disuelve en alcohol y en la mayoría de los solventes orgánicos.
Disuelve al iodo y las grasas.
Su densidad es de 0,89 gramos sobre centímetros cúbicos.
Punto fusión: 5,5 °C.
Punto ebullición: 80°C.
Fórmula: C₆H₆. 
Peso molecular: 78 gramos.

f).

Halogenación

El cloro y el bromo dan derivados de sustitución que recibe el nombre de haluros de arilo.

C₆H₆ + Cl₂   C₆H₅Cl + HCl
Clorobenceno

C₆H₆ + Br₂   C₆H₅Br + HBr
Bromobenceno

 para que se produzca enérgicamente la reacción. Los catalizadores suelen ser sustancias que presentan deficiencia de electrones.±La halogenación está favorecida por la temperatura baja y algún catalizador, como el hierro o tricloruro de aluminio, que polariza al halógeno X

Sulfonación

Cuando los hidrocarburos bencénicos se tratan con ácido sulfúrico fumante (ácido sulfúrico que contiene anhídrido sulfúrico) H2SO4 + SO3 se forman compuestos característicos que reciben el nombre de ácidos sulfónicos. En realidad, se cree que el agente activo es el SO3

C₆H₆ + HOSO₃H   C₆H₅SO₃H + H₂O
Ácido benceno sulfónico

Nitración

El ácido nítrico fumante o también una mezcla de ácidos nítrico y sulfúricos (mezcla sulfonítrica), una parte de ácido nítrico y tres sulfúricos, produce derivados nitrados, por sustitución. El ácido sulfúrico absorbe el agua producida en la nitración y así se evita la reacción inversa:

C₆H₆ + HONO₂   C₆H₅NO₂ + H₂O
Nitro - benceno

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.
2 C₆H₆ +15 O₂   12CO₂ + 6H₂O

Hidrogenación.

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

C₆H₆ + 3H₂   C₆H₁₂

Síntesis de Friedel y Crafts, Alquilación

El benceno reacciona con los haluros de alquilo, en presencia de Cloruro de aluminio anhidro como catalizador, formando homólogos.

C₆H₆ + CH₃Cl   C₆H₅CH₃ + HCl
Tolueno

El ataque sobre el anillo bencénico por el ion CH₃ electrofilico es semejante al realizado por el ion Cl en la halogenación.  

En un benceno sustituido con un grupo dador de electrones, ya sea por efecto inductivo o resonante, una reacción de sustitución electrófila dará lugar principalmente a una mezcla de productos orto ypara, siendo el producto meta minoritario.

                                                                

                                 

g).

                                                                                                                                     

Los grupos dadores por inducción orientan aorto y para. Las formas señaladas con un * son particularmente estables.

- Grupos dadores por inducción:

Analizando el intermedio de reacción para los distintos caso de las posiciones orto o para existe una forma resonante especialmente estable donde la carga positiva está situada adyacente al sustituyente dador de electrones, y por tanto resulta estabilizada.

Así pues el ataque orto o para conduce a un intermedio más estable que el ataque en meta. La energía de activación de la primera etapa, la determinante de la velocidad, será menor en aquéllos y por tanto serán los productos que se formarán mayoritariamente dando una mezcla de los mismos.

Los grupos dadores por resonancia orientan aorto y para.

- Grupos dadores por resonancia:

Al construir las formas resonantes para los distintos intermedios, (figura de la izquierda), la sustitución en orto y para está favorecida, ya que es posible formular una forma resonante más que para el ataque electrófilo en meta.

Por tanto el intermedio de reacción es más estable cuando el sustituyente entra por la posición orto opara. Esto baja la energía del estado de transición de la primera etapa, que es la que controla la velocidad de la reacción. Así pues está favorecida una mezcla de productos orto y para, mientras que el producto meta será minoritario.

- Halobencenos:

A pesar que los halógenos son desactivantes débiles orientan a orto y para. Esto es debido a los pares de electrones no enlazaste que poseen que pueden des localizarse por resonancia. Por tanto en los halobencenos el efecto inductivo domina en la reactividad y en cambio el efecto de la resonancia es el que predomina en la orientación, la regioselectividad, de la sustitución electrófila.

Globalmente, si un grupo que dirige a orto o para es muy voluminoso, (impedimento estérico), el compuesto que se forme será mayoritariamente él para, ya que las posiciones orto estarán más impedidas (menos accesibles). En cambio si es poco voluminoso, el compuesto orto será estadísticamente favorecido, (2 posiciones orto por una para).

Grupos que dirigen a meta

Tanto los grupos aceptores por inducción como por resonancia orientan a meta. Esto es así porque al construir las formas resonantes del intermedio para los distintos ataques, (orto, meta o para), el ataque en meta evita que la carga positiva se sitúe en el carbono unido al grupo atrayente de electrones, que es una situación desfavorable.

Los grupos aceptores orientan a meta. Las formas señaladas con un * son particularmente inestables.

Así pues con sustituyentes desactivaste el ataque se produce preferentemente en meta ya que es el intermedio menos inestable, aunque la reacción sea desfavorable debido a que el anillo aromático está empobrecido electrónicamente, (la sustitución será más lenta que en el benceno).

h).

 son el benceno y los compuestos de comportamiento químico similar. Las propiedades aromáticas son las que distinguen al benceno de los hidrocarburos alifáticos. La molécula bencénica es un anillo de un tipo muy especial. Hay ciertos compuestos, también anulares, que parecen diferir estructuralmente del benceno y sin embargo se comportan de manera similar. Resulta que estos compuestos se parecen estructuralmente al benceno, en su estructura electrónica básica, por lo que también son aromáticos.

En una capsula de porcelana se realiza una solución de 15 gramos de hidróxido de sodio en 15 ml de agua.
Luego se agrega cuidadosamente, y agitando, 20 gramos de ácido benzoico. Se debe formar una pasta espesa. Se evapora el agua agitando continuamente y se pasa finalmente el producto obtenido a un mortero, donde se pulveriza rápidamente debido al carácter higroscópico de exceso de hidróxido de sodio presente.
El producto obtenido se pasa a un matráz de destilación que tenga adaptado un refrigerante para destilar. Se calienta el balón cuidadosamente con llama directa, pasándola por debajo del mismo. Se destila de manera tal que primero destile el agua y luego el benceno. Se agrega cloruro de calcio para eliminar el agua y luego se destila nuevamente.