República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada

Bolivariana

Núcleo Anzoátegui – Extensión Puerto Píritu

Ambiente Pedro Celestino Muñoz

Facilitador: José Hurtado Bachiller:

María Ortega C.I. 25.102.717

Química Orgnánica I Sección 01

IV Semestre de Ingeniería Petroquímica

09/02/2014

Índice

Hidrocarburos Aromáticos

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Página

Introducción........................................................................................... 3

Desarrollo

Hidrocarburos aromáticos

Nomenclatura de hidrocarburos aromáticos…………………….. 4

Isómeros estructurales de los derivados del benceno…………. 5

Propiedades físicas de los hidrocarburos aromáticos…………. 7

Reacciones químicas del Benceno………………………………. 7

Orientación Orto-Para y meta…………………………………….. 7

Estructura de los hidrocarburos aromáticos…………………….. 8

Análisis de hibridación de los hidrocarburos aromáticos………. 8

Carácter aromático – Regla de Hückel………………………...... 9

Condiciones para que un compuesto sea aromático……………. 9

Ejemplos para demostrar que un compuesto es aromático……,10

Verificación de compuestos orgánicos y su aromaticidad……… 10

Conclusión….......................................................................................... 13

Bibliografía…...........................................................................................14

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Introducción

En los inicios de la química orgánica, la palabra aromático se utilizó para describir sustancias fragantes como el benzaldehído (de cerezas, durazno y almendras), el tolueno (del bálsamo de tolú) y el benceno (del destilado del carbón) y los hidrocarburos no son más que  compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno.

Los hidrocarburos aromáticos simples se usan como material de partida para elaborar productos más complejos, estos provienen de dos fuentes principales, del carbón (o hulla) y el petróleo. En la actualidad, el término aromático se emplea para referirse al benceno (C6H6) y a los compuestos relacionados estructuralmente con él.

En el siglo XVII, Kekulé propuso una estructura para el hidrocarburo más representativo de los aromáticos; siendo este el benceno. Normalmente son de estructura plana o casi plana, asimismo es muy importante saber cuáles son las condiciones que se deben considerar para determinar si el compuesto es aromático o no, en este caso la regla de Hückel.

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Los compuestos aromáticos, son cíclicos con un tipo especial de insaturación. El representante de esta serie es el Benceno: C6H6

Nomenclatura de hidrocarburos aromáticos

Para nombrar los hidrocarburos derivados del benceno por alquilación tales como:

se nombra el radical y a continuación se nombra benceno, por ejemplo:

etil benceno

Cuando son dos los radicales sustituyentes, se puede proceder de dos modos distintos:

b) Se numeran los carbonos del benceno asignando la posición 1 de modo que correspondan los números más bajos posibles, y se leen los radicales indicando sus posiciones anteponiéndolas a la palabra benceno:

1-metil-2-etil-benceno

(Se han nombrado los sustituyentes en orden de complejidad creciente.)

b) El nombre se deriva de las posiciones relativas de los radicales:

posición orto. Abreviadamente: o

posición meta. Abreviadamente: m

posición para. Abreviadamente: p

Así, por ejemplo, se nombrarán:

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o-metil etil benceno       

m-dimetil benceno

La mayoría de los hidrocarburos aromáticos poseían nombres triviales, la mayoría de los cuales se conservan:

metilbenceno 

(tolueno)      

naftaleno (C10H8)     antraceno (C14H10)

Isómeros estructurales de los derivados del benceno         Estructura de Kekulé 

El benceno tiene la fórmula molecular C6H6. Por su composición elemental y peso molecular, se sabía que el benceno tiene seis carbonos y seis átomos de hidrógeno. El problema era conocer la disposición de esos átomos. 

En 1858, August Kekulé (Unioversidad de Bonn) propuso que los átomos de carbono se pueden unir entre sí para formar cadenas carbonadas a veces pueden ser cerradas, para formar anillos. Como describió más tarde: <<Estaba sentado, escribiendo mi libro, pro el trabajo no progresaba. Mis pensamientos estaba lejos. Moví la silla hacia el fuego y dormité. Los átomos nuevamente brincaban  ante mis ojos. Esta vez, los grupos más pequeños se mantenían modestamente al fondo. Mi ojo mental, agudizado por las repetidas visiones de este tipo, podía ahora distinguir estructuras mayores de muchas conformaciones: largas filas, a veces apretadas, girando y rotorciéndose como serpientes. Pero, ¿qué fue eso? Una de las serpientes había logrado asir su propia cola y la figura danzaba burlonamente ante mis ojos. Desperté como por el destello de un relámpago;… pasé el resto de la noche  desarrollando las consecuencias de la hipótesis. Señores, aprendamos la verdad.>> -August Kekulé, 1980. Actualmente representaríamos la estructura bencénica de Kekulé como I.  

Por supuesto, hay otras fórmulas que se ajustan a la fórmula C6H6, como II-V, por ejemplo. De todas ellas, la estructura de Kekulé se aceptó casi como la más satisfactoria. La evidencia era de un tipo que ya resulta conocido: el número de isómeros. 

(b) El benceno sólo da un producto monosustituido, C6H5Y. Cuando se reemplaza un átomo de hidrógeno por bromo, sólo se obtiene un bromobenceno, C6H5Br; análogamente, también se obtiene un

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clorobenceno, C6H5Cl, o un nitrobenceno, C6H5NO2, etc. Este hecho impone una severa limitación a la  estructura del benceno: todos sus hidrógenos deben ser exactamente equivalentes. El reemplazo de cualquiera de ellos da el mismo producto.

Así, por ejemplo, la estructura V debe descartarse, ya que daría dos derivados monobromados isómeros, los compuestos 1- y 2-bromados; no todos  los hidrógenos de V son equivalentes. Un razonamiento similar nos permite deducir que II y III tampoco sirven. (¿Cuántos productos monosustituidos daría cada una de éstas?) Sin embargo, ntre otras, I y IV seguen siendo posibilidades. (b) El benceno da tres productos disustituidos isómeros, C6H4Y2 o C6H4YZ. Sólo

existen tres dibromobencenos isómeros, C6H4Br2, tres cloronitrobencenos, C6H4CINO2, etc. Este hecho limita aún más las posibilidades estructurales. Por ejemplo, ahora debe rechazarse IV. (¿Cuántos productos disustituidos daría IV?)A primera vista, la estructura I parece congruente con este nuevo hecho. Es

decir, podemos esperar los tres derivados dibromados isómeros, 1,2-, 1,3- y 1,4, que se ilustran a continuación:  

Sin embargo, un examen más detenido de la estructura I demuestra que serían posibles dos isómeros 1,2-dibromados (VI y VII), que difieren en las posiciones del bromo en relación con los dobles enlaces:

 No obstante, Kekulé imaginó la molécula bencénica como algo dinámico:

<<…la figura danzaba burlonamente ante mis ojos…>> La describió en función de dos estructuras, VIII y IX, entre las que alternaba la molécula del benceno. Como consecuencia, los dos 1,2-dibromobencenos (VI y VII) estarían en un equilibrio rápido, por lo que serían inseparables. 

Más tarde, cuando quedó definida la idea de la tautomería, se asumió que la <<alternación>> de Kekulé era esencialmente una tautomería. 

Por otra parte, algunos creen que Kekulé se anticipó intuitivamente a nuestro concepto moderno de los electrones deslocalizados en unos 75 años, y dibujó dos estructuras (VII y IX) –como lo haremos también nosotros a modo de una representación aproximada de algo que ninguna de las estructuras por sí sola representa satisfactoriamente. Bien o mal, el término <<estructural de Kekulé>>ha llegado a significar una molécula (hipotética) con enlaces dobles y simples alternados, lo mismo que el <<benceno Dewar>>, que James Dewar

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diseño en 1867 como ejemplo de lo que el benceno no era, ha llegado a representar una estructura (II).

Propiedades físicas de hidrocarburos aromáticos Poseen una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes

que presenta. Son insolubles en agua. Muy solubles en disolventes no polares como el éter. Es un líquido menos denso que el agua. Sus puntos de ebullición aumentan, conforme se incrementa su peso

molecular. Los puntos de fusión no dependen únicamente del peso molecular sino

también de la estructura.

Reacciones químicas del BencenoEl benceno reacciona con el cloro o el bromo en presencia de un

catalizador (Fe, AlCl3, ZnCl2, etc) para producir el Cloro o Bromo-benceno:

Nitración Una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico concentrados (mezcla

sulfonítrica) a 40 o 50ºC reacciona con el benceno para producir nitro-benceno:

SulfonaciónEl benceno reacciona con el ácido sulfúrico, preferiblemente fumante

(H2SO4+SO3) Para producir ácido benceno sulfónico.

Alquilación de fridel-CraftsEl benceno reacciona con los haluros del aquilo en presencia de un

catalizador (AlCl3, BF3, HF) para hidrocarburos alquil-bencénico: arenos (homólogos del benceno).

Orientadores Orto-Para y MetaHabíamos dicho que cuando un reactivo electrofílico ataca al benceno se

forma, lentamente, un ión carbonico que, en una segunda etapa pierde un protón quedando incorporado al anillo el grupo atacante. Por lo tanto, todo factor que aumente la velocidad de la formación del ion carbonio intermedio, aumentará la velocidad total de la reacción. Entre estos factores los más importantes son el efecto inductivo y la resonancia.

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La velocidad de reacción del benceno es mayor o menor que la velocidad de reacción de un derivado bencénico; dependiendo del grupo atómico incorporado al anillo.

También del grupo atómico incorporado al anillo va a depender la orientación (orto, para o meta) de un nuevo sustituyente.

Los grupos dadores de electrones (base de Lewis) aumentan la densidad y la disponibilidad electrónica del anillo, es decir activan el anillo, aumentan la velocidad de formación del ión carbonio porque dispersan la carga positiva estabilizando, en consecuencia al ión carbono.

Los grupos de aceptores de electrones (ácidos de Lewis) disminuyen la densidad y la disponibilidad electrónica del anillo, es decir desactivan al anillo, disminuyen la velocidad de formación del ión carbonio porque acentúan la carga positiva desestabilizadora, en consecuencia, al ión carbonio.

Estos grupos desactivan todas las porciones del anillo, pero con mayor intensidad las posiciones orto y para (2, 4 y 6), por lo que dirigen la entrada de un nuevo sustituyente a la posición meta, lentamente.

Estructura de los hidrocarburos aromáticos

Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, anteriormente mencionada, es la coplanaridad del anillo o la también llamada resonancia, debida a la estructura electrónica de la molécula. Al dibujar el anillo del benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples. Dentro del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados resonantes, sino que la molécula es una mezcla simultánea de todas las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura electrónica. En el benceno, por ejemplo, la distancia interatómica C-C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de uno π(pi) (doble).

Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el anillo, se consideran aromáticos. La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos, como el naftaleno, antraceno, fenantreno y otros más complejos, incluso ciertos cationes y aniones, como el pentadienilo, que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear formas resonantes.

Estructuralmente, dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp2 entre ellos y con el orbital s del hidrógeno, quedando un orbital p perpendicular al plano del anillo y que forma con el resto de orbitales p de los otros átomos un enlace π por encima y por debajo del anillo.

Análisis de hibridación de los hidrocarburos aromáticosPuesto que el benceno presenta tres pares de electrones moviéndose

alrededor de seis carbonos enlazados entre sí por uniones sigma; es lógico pensar que la hibridación de esos carbonos sp2.

1s2 – 2(sp2) – 2(sp2) – 2(sp2) – 2(p)

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Esta hibridación sp2 se encuentran en un mismo plano, separados por ángulos de 120º y dirigidos hacia los vértices de un triángulo equilátero, formando un hexágono regular, lográndose una molécula simétrica.

Carácter aromático – Regla de HuckelLos compuestos aromáticos presentan un alto grado de insaturación;

deberíamos esperar de ellos reacciones de adición. En cambio, a menudo estos compuestos presentan reacciones de sustitución electrofílica. Sus moléculas son de una estabilidad excepcional: bajos calores de combustión y de hidrogenación. Generalmente son compuestos cíclicos, con anillos planos de cinco, seis y siete miembros.

Teóricamente, “un compuesto es aromático cuando su molécula presenta nubes cíclicas de electrones pi deslocalizados por encima y por debajo del plano de ella y estas nubes contienen un total de (4n + 2) electrones (en donde n es un número entero: 1, 2, 3, etc)”. Regla de Erich Hückel.

El benceno cumple la regla de Hückel, pues tiene seis electrones pi. Seis es uno de los números de Hückel, el que corresponde a n=1. El benceno es entonces, un compuesto aromático y no debemos esperar de él que se comporte como el ciclohexeno.

Las pruebas de Laboratorio respecto a ambos nos dicen que:Ciclohexeno + reactivo de Baeyer oxidación rápidaBenceno + reactivo de Baeyer no reaccionaCiclohexeno + Br2 disuelto en CCl4 en la oscuridad adición rápida

Condiciones para que un compuesto sea aromático

1) Su estructura debe ser cíclica y debe contener enlaces dobles conjugados.

2) Cada átomo de carbono del anillo debe presentar hidridación sp2, u ocasionalmente sp, con al menos un orbital p no hidridizado.

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 cuyo enunciado es el siguiente: Para que un compuesto sea aromático el número de electrones p en el sistema cíclico tiene que ser 4n + 2, siendo n un número entero. Si el número de electrones pí en el sistema cíclico es 4n, siendo n un número entero.

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5) Si el número de electrones p en el sistema cíclico es 4n, siendo n un número entero, el compuesto es antiarómatico.

Ejemplo para demostrar que un compuesto es aromático

Tolueno: C7H8 (C6H5+CH3) 4n+2=6 6-2=4n 4/4=n n=1

Si pertenece a los compuestos aromáticos, ya que da como resultado un número entero.

Verificación de compuestos orgánicos aromáticos o no

Benceno: C6H6 4n+2=6 6-2=4n 4/4=n n=1

El benceno es un compuesto aromático porque cumple con las reglas Hückel.

Xileno: C8H10 4n+2=8 8-2=4n 4n=6 n=6/4 n=1,5

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El xileno no pertenece a los compuestos aromáticos, porque no cumple con la regla de hückel, ya que esta dice que debe de ser un número entero.

Tolueno: C7H8 (C6H5+CH3) 4n+2=6 6-2=4n 4/4=n n=1

Si pertenece a los compuestos aromáticos, ya que da como resultado un número entero.

Bifenilo : C12H10 4n+2=12 4n=12-2 n=10/4 n=2,5No es un compuesto aromático.

Naftaleno: C10H8 4n+2=10 10-2=4n n=8/4 n=2

Es un compuesto aromático, porque cumple con la regla de Hückel.

Antraceno: C14H10 4n+2=14 4n=14-2 N=12/4 n=3

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Es un compuesto aromático, porque cumple con la regla de Hückel.

Ciclobutadieno: C4H4 4n+2=4 4n=4-2 n=2/4 n=0,25

No es un compuesto aromático, no cumple con las reglas.

Cicloctatetraeno: C8H8 4n+2=8 4n=8-2 n=6/4 n=1,5

No es un compuesto aromático porque no cumple con las reglas de Hückel.

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Conclusión

Los hidrocarburos aromáticos son compuestos orgánicos cíclicos que se caracterizan principalmente por presentar un anillo de 6 carbonos con enlaces simples y dobles alternados y son también conocidos como bencénicos.

Estos constituyen una gran parte de los hidrocarburos que abarca la química orgánica y por lo tal se les atribuyen una amplia escala de usos que van desde condimentos y saborizantes para la cocina como la vanilla para la vainilla, a medicamentos para tratar enfermedades como el cáncer. Además se puede decir que estos tienen un papel fundamental en todas las industrias, en especial en el área de la industria petroquímica.

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Bibliografía

Química Orgánica

Editorial ENEVA Caracas 1996

Autor: Liney Requena

http://hidrocarburos-tess.blogspot.com/

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso1998/accesit8/chr.htm

http://grupoqo7.blogspot.com/2007/11/condiciones-para-la-aromaticidad.html