LOS HIDROCARBUROS AROMATICOS
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LOS HIDROCARBUROS AROMATICOS LOS HIDROCARBUROS AROMATICOS Presentation Transcript

  • 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 ToluenoMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • ∗ 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. 23/03/12Ms. 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • Calores de hidrogenación de cicloalquenos Compuesto Producto ΔH(kcal) Ciclohexeno - 28,6 1,3-Ciclohexadieno Ciclohexano - 55,4 1,3,5- - 49,8 CiclohexatrienoSegún la tabla, por cada doble enlace que se hidrogene sedebieran desprender 28,6 kcal. Así, para el benceno (tresdobles 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 28,6Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • AROMATICIDAD YSUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA
  • Condiciones para la aromaticidad.La conclusión que se deduce es que no todos los anulenos soncompuestos aromáticos. Para que un compuesto sea aromático, y por tantoposea una elevada estabilidad termodinámica y una reactividad químicadiferente de la de los alquenos y polienos conjugados, debe cumplir lassiguientes condiciones:1)Su estructura debe ser cíclica y debe contener enlaces doblesconjugados.2) Cada átomo de carbono del anillo debe presentar hidridación sp2, uocasionalmente sp, con al menos un orbital p no hidridizado.3) Los orbitales p deben solaparse para formar un anillo continuo deorbitales paralelos. La estructura debe ser plana o casi plana para que elsolapamiento 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 23/03/12Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero
  • 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-metiltoluenoMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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-nitrotoluenoMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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, etcMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • ANULENOSMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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. AzulenoMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • COMPUESTOS AROMÁTICOS, ANTIAROMÁTICOS Y NO AROMÁTICOS.
  • Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • Los compuestos de carácter aromático pueden dividirse en bencenoides y no bencenoides a) Bencenoides o hidrocarburos aromáticos bencenoides policíclicos. Antraceno Fenantreno Benceno NaftalenoMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • ∗ La regla de Hückel es estricatmente aplicable para compuestos monociclicos pero el concepto general de aromaticidad tambien puede incluir compuestos aromaticos policiclicos.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • b) Compuestos aromáticos No bencenoides N N H Azuleno Piridina Pirrol anión catión ciclopentadienilo cicloheptatrieniloMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • La conjugación es requisito indispensable para la condiciónde aromático. Un anillo puede tener (4n + 2) electrones π yno ser aromático porque la conjugación estáinterrumpida, por ejemplo C sp3 C sp3 H Heterocíclicos aromáticos H .. .. .. .. O S N: N .. Piridina Furano Tiofeno PirrolMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 . .Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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+.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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).Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 + HMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 1.Bromación.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 lareacción de nitración sin que ocurra la oxidación delsistema insaturadose consigue una buena reacción usando una mezcla deHNO3 y H2SO4 , donde el electrófilo es NO2+. NO2 H2SO4 + HNO3 + H2O 23/03/12Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero
  • 3. Sulfonación En esta reacción reversible, el benceno reacciona con H2SO4 fumante (H2SO4 + SO3 disuelto) SO3 H + H2SO4 + H2OMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 + AlCl3Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 4,1. Acilación de Friedel-Crafts.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 CH3Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 + 3H2oMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 EtanolMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 7.Reducción de Birch. ∗ Li, NH3 (o Na) EtanolMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 8.Cloración.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 + HBrMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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 , calorMs. Pedro Manuel Soto Guerrero 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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. 23/03/12Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero
  • ∗ 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 23/03/12Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero
  • ∗ Formación de benceno 3C2H2 (g) → C6H6Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • ∗ La destilación fraccionada de alquitrán de hulla produce benceno, tolueno, xileno, naftaleno y una gran cantidad de compuestos aromáticos.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • ∗ 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12
  • 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.Ms. Pedro Manuel Soto Guerrero 23/03/12