República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular Para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza ArmadaBolivariana 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 ...... 4 Isómeros estructurales de los derivados del benceno…………................. 7 Orientación Orto-Para y meta……………………………………..... 13 Bibliografía…........ 7 Estructura de los hidrocarburos aromáticos……………………....................10 Verificación de compuestos orgánicos y su aromaticidad……… 10 Conclusión…....................... 9 Ejemplos para demostrar que un compuesto es aromático……......................... 8 Análisis de hibridación de los hidrocarburos aromáticos………........................ 3 Desarrollo Hidrocarburos aromáticos Nomenclatura de hidrocarburos aromáticos…………………….14 2 .............. 7 Reacciones químicas del Benceno………………………………......... 5 Propiedades físicas de los hidrocarburos aromáticos…………................................................. 8 Carácter aromático – Regla de Hückel………………………..................... 9 Condiciones para que un compuesto sea aromático……………..................................................................Índice Página Introducción... Kekulé propuso una estructura para el hidrocarburo más representativo de los aromáticos. del carbón (o hulla) y el petróleo. En la actualidad. en este caso la regla de Hückel. la palabra aromático se utilizó para describir sustancias fragantes como el benzaldehído (de cerezas. Normalmente son de estructura plana o casi plana. 3 . asimismo es muy importante saber cuáles son las condiciones que se deben considerar para determinar si el compuesto es aromático o no. siendo este el benceno. el término aromático se emplea para referirse al benceno (C6H6) y a los compuestos relacionados estructuralmente con él. 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. durazno y almendras). En el siglo XVII. estos provienen de dos fuentes principales. Los hidrocarburos aromáticos simples se usan como material de partida para elaborar productos más complejos.Introducción En los inicios de la química orgánica. 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. 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.Los compuestos aromáticos. se nombrarán: 4 . Abreviadamente: p Así. 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. por ejemplo. Abreviadamente: m posición para. por ejemplo: etil benceno Cuando son dos los radicales sustituyentes. son cíclicos con un tipo especial de insaturación. Abreviadamente: o posición meta. Por supuesto. podía ahora distinguir estructuras mayores de muchas conformaciones: largas filas. Señores. En 1858.>> -August Kekulé.o-metil etil benceno m-dimetil benceno La mayoría de los hidrocarburos aromáticos poseían nombres triviales. agudizado por las repetidas visiones de este tipo. C 6H5Y. la estructura de Kekulé se aceptó casi como la más satisfactoria. ¿qué fue eso? Una de las serpientes había logrado asir su propia cola y la figura danzaba burlonamente ante mis ojos. De todas ellas. C6H5Cl. Pero. El problema era conocer la disposición de esos átomos. 1980. los grupos más pequeños se mantenían modestamente al fondo. Desperté como por el destello de un relámpago. Mi ojo mental. sólo se obtiene un bromobenceno. análogamente. pro el trabajo no progresaba. Los átomos nuevamente brincaban ante mis ojos. etc. 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. girando y rotorciéndose como serpientes. por ejemplo. también se obtiene un clorobenceno. Cuando se reemplaza un átomo de hidrógeno por bromo. a veces apretadas. la mayoría de los cuales se conservan: metilbenceno naftaleno (C10H8) (tolueno) antraceno (C14H10) Isómeros estructurales de los derivados del benceno Estructura de Kekulé El benceno tiene la fórmula molecular C6H6. hay otras fórmulas que se ajustan a la fórmula C 6H6.… pasé el resto de la noche desarrollando las consecuencias de la hipótesis. Moví la silla hacia el fuego y dormité. o un nitrobenceno. Este hecho impone una severa limitación a la estructura del benceno: todos sus 5 . Como describió más tarde: <<Estaba sentado. se sabía que el benceno tiene seis carbonos y seis átomos de hidrógeno. escribiendo mi libro. Por su composición elemental y peso molecular. como IIV. Esta vez. C6H5Br. Actualmente representaríamos la estructura bencénica de Kekulé como I. aprendamos la verdad . Mis pensamientos estaba lejos. C6H5NO2. La evidencia era de un tipo que ya resulta conocido: el número de isómeros. (b) El benceno sólo da un producto monosustituido. para formar anillos. 1. la estructura V debe descartarse. se asumió que la <<alternación>> de Kekulé era esencialmente una tautomería. Este hecho limita aún más las posibilidades estructurales. etc. I y IV seguen siendo posibilidades. los dos 1. no todos los hidrógenos de V son equivalentes. 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. lo mismo que el <<benceno Dewar>>. el término <<estructural de Kekulé>>ha llegado a significar una molécula (hipotética) con enlaces dobles y simples alternados. tres cloronitrobencenos. Más tarde. entre las que alternaba la molécula del benceno. algunos creen que Kekulé se anticipó intuitivamente a nuestro concepto moderno de los electrones deslocalizados en unos 75 años.3. (b) El benceno da tres productos disustituidos isómeros. Así. que se ilustran a continuación: Sin embargo. cuando quedó definida la idea de la tautomería. ahora debe rechazarse IV. ha llegado a representar una estructura (II). (¿Cuántos productos disustituidos daría IV?) A primera vista. Kekulé imaginó la molécula bencénica como algo dinámico: <<…la figura danzaba burlonamente ante mis ojos…>> La describió en función de dos estructuras. podemos esperar los tres derivados dibromados isómeros. que James Dewar diseño en 1867 como ejemplo de lo que el benceno no era. los compuestos 1. 6 . Como consecuencia. ya que daría dos derivados monobromados isómeros. Sólo existen tres dibromobencenos isómeros. la estructura I parece congruente con este nuevo hecho.2-dibromados (VI y VII). (¿Cuántos productos monosustituidos daría cada una de éstas?) Sin embargo.y 1. Es decir. VIII y IX. un examen más detenido de la estructura I demuestra que serían posibles dos isómeros 1. 1. Por ejemplo. por ejemplo. que difieren en las posiciones del bromo en relación con los dobles enlaces: No obstante. Un razonamiento similar nos permite deducir que II y III tampoco sirven. por lo que serían inseparables. C6H4CINO2. Bien o mal.y 2-bromados.2-dibromobencenos (VI y VII) estarían en un equilibrio rápido.2-. 6ntre otras. El reemplazo de cualquiera de ellos da el mismo producto.4.hidrógenos deben ser exactamente equivalentes. C6H4Br2. C6H4Y2 o C6H4YZ. Por otra parte. un ión carbonico que. 7 . Los puntos de fusión no dependen únicamente del peso molecular sino también de la estructura. Entre estos factores los más importantes son el efecto inductivo y la resonancia. todo factor que aumente la velocidad de la formación del ion carbonio intermedio. preferiblemente fumante (H2SO4+SO3) Para producir ácido benceno sulfónico. 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: Sulfonación El benceno reacciona con el ácido sulfúrico. BF3. HF) para hidrocarburos alquil-bencénico: arenos (homólogos del benceno). dependiendo del grupo atómico incorporado al anillo. lentamente. Reacciones químicas del Benceno El benceno reacciona con el cloro o el bromo en presencia de un catalizador (Fe. Por lo tanto. Muy solubles en disolventes no polares como el éter.Propiedades físicas de hidrocarburos aromáticos Poseen una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes que presenta. AlCl3. aumentará la velocidad total de la reacción. conforme se incrementa su peso molecular. La velocidad de reacción del benceno es mayor o menor que la velocidad de reacción de un derivado bencénico. Es un líquido menos denso que el agua. en una segunda etapa pierde un protón quedando incorporado al anillo el grupo atacante. Alquilación de fridel-Crafts El benceno reacciona con los haluros del aquilo en presencia de un catalizador (AlCl3. Sus puntos de ebullición aumentan. ZnCl2. Son insolubles en agua. Orientadores Orto-Para y Meta Habíamos dicho que cuando un reactivo electrofílico ataca al benceno se forma. sino que la molécula es una mezcla simultánea de todas las estructuras. es la coplanaridad del anillo o la también llamada resonancia. 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. es lógico pensar que la hibridación de esos carbonos sp2. aumentan la velocidad de formación del ión carbonio porque dispersan la carga positiva estabilizando. Estructuralmente. Estructura de los hidrocarburos aromáticos Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno. que contribuyen por igual a la estructura electrónica. es decir activan el anillo. Los grupos dadores de electrones (base de Lewis) aumentan la densidad y la disponibilidad electrónica del anillo. al ión carbonio. incluso ciertos cationes y aniones. antraceno. en consecuencia. disminuyen la velocidad de formación del ión carbonio porque acentúan la carga positiva desestabilizadora. siempre que se mantenga intacto el anillo. Análisis de hibridación de los hidrocarburos aromáticos Puesto que el benceno presenta tres pares de electrones moviéndose alrededor de seis carbonos enlazados entre sí por uniones sigma.También del grupo atómico incorporado al anillo va a depender la orientación (orto. en consecuencia al ión carbono. anteriormente mencionada. como el naftaleno. que poseen el número adecuado de electrones π y que además son capaces de crear formas resonantes. pero con mayor intensidad las posiciones orto y para (2. Estos grupos desactivan todas las porciones del anillo. La aromaticidad puede incluso extenderse a sistemas policíclicos. fenantreno y otros más complejos. la distancia interatómica C-C está entre la de un enlace σ (sigma) simple y la de uno π(pi) (doble). por ejemplo. dentro del anillo los átomos de carbono están unidos por un enlace sp2 entre ellos y con el orbital s del hidrógeno. En el benceno. 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. como el pentadienilo. 4 y 6). 1s2 – 2(sp2) – 2(sp2) – 2(sp2) – 2(p) 8 . Los grupos de aceptores de electrones (ácidos de Lewis) disminuyen la densidad y la disponibilidad electrónica del anillo. Todos los derivados del benceno. para o meta) de un nuevo sustituyente. lentamente. por lo que dirigen la entrada de un nuevo sustituyente a la posición meta. se consideran aromáticos. es decir desactivan al anillo. 2) Cada átomo de carbono del anillo debe presentar hidridación sp2. 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. El benceno es entonces. Teóricamente. siendo n un número entero. a menudo estos compuestos presentan reacciones de sustitución electrofílica. etc)”. Si el número de electrones pí en el sistema cíclico es 4n. Sus moléculas son de una estabilidad excepcional: bajos calores de combustión y de hidrogenación. El benceno cumple la regla de Hückel. formando un hexágono regular. pues tiene seis electrones pi. con anillos planos de cinco. un compuesto aromático y no debemos esperar de él que se comporte como el ciclohexeno. lográndose una molécula simétrica. 3. separados por ángulos de 120º y dirigidos hacia los vértices de un triángulo equilátero.Esta hibridación sp2 se encuentran en un mismo plano. 9 . Regla de Erich Hückel. u ocasionalmente sp. Las pruebas de Laboratorio respecto a ambos nos dicen que: Ciclohexeno + reactivo de Baeyer oxidación rápida Benceno + reactivo de Baeyer no reacciona Ciclohexeno + 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. “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. deberíamos esperar de ellos reacciones de adición. En cambio. Carácter aromático – Regla de Huckel Los compuestos aromáticos presentan un alto grado de insaturación. Generalmente son compuestos cíclicos. con al menos un orbital p no hidridizado. seis y siete miembros. siendo n un número entero. el que corresponde a n=1. Seis es uno de los números de Hückel. 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. 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.5 10 . 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. siendo n un número entero. ya que da como resultado un número entero. el compuesto es antiarómatico.5) Si el número de electrones p en el sistema cíclico es 4n. Xileno: C8H10 4n+2=8 8-2=4n 4n=6 n=6/4 n=1. Tolueno: C7H8 (C6H5+CH3) 4n+2=6 6-2=4n 4/4=n n=1 Si pertenece a los compuestos aromáticos.El xileno no pertenece a los compuestos aromáticos. ya que da como resultado un número entero. porque cumple con la regla de Hückel. Bifenilo : C12H10 4n+2=12 4n=12-2 n=10/4 n=2. ya que esta dice que debe de ser un número entero. Antraceno: C14H10 4n+2=14 4n=14-2 N=12/4 n=3 11 . Naftaleno: C10H8 4n+2=10 10-2=4n n=8/4 n=2 Es un compuesto aromático. porque no cumple con la regla de hückel.5 No es un compuesto aromático. porque cumple con la regla de Hückel. 12 . no cumple con las reglas. Ciclobutadieno: C4H4 4n+2=4 4n=4-2 n=2/4 n=0.5 No es un compuesto aromático porque no cumple con las reglas de Hückel.25 No es un compuesto aromático. Cicloctatetraeno: C8H8 4n+2=8 4n=8-2 n=6/4 n=1.Es un compuesto aromático. 13 .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. Además se puede decir que estos tienen un papel fundamental en todas las industrias. en especial en el área de la industria petroquímica. a medicamentos para tratar enfermedades como el cáncer. 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. juntadeandalucia.com/ http://www.Bibliografía Química Orgánica Editorial ENEVA Caracas 1996 Autor: Liney Requena http://hidrocarburos-tess.com/2007/11/condiciones-para-la-aromaticidad.html 14 .blogspot.htm http://grupoqo7.blogspot.es/averroes/recursos_informaticos/concurso1998/ accesit8/chr.