NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
INTRODUCCIÓN:
En este blog se dará a conocer con más profundidad el tema de los hidrocarburos aromáticos. Principalmente daremos inicio con teoría sobre los aromáticos con algunos ejemplos y finalizamos con unos ejercicios para ponerlos en práctica. .
OBJETIVOS:
● Obtener nuevos conocimientos acerca de la temática
● Enseñar y aprender sobre la química
●Distinguir y caracterizar las propiedades fisicas y quimicas de los hidrocarburos aromaticos
● Aplicar ejercicios para lograr diferenciar los hidrocarburos
MARCO TEÓRICO:
ORIGEN
En 1812-1815, en Londres apareció por primera vez el alumbrado a base de gas. El gas de alumbrado obtenido de fuentes naturales (de la grasa de animales marinos), Venía botellas de hierro, estas botellas se colocaban por lo general en el sótano de las casas. El gas por medio de unos tubos se distribuía por toda la vivienda. Se había notado que durante los fríos fuertes el gas perdía su capacidad de producir llama al arder. En 1825 los propietarios de la fábrica de gas se dirigieron a Faraday para que les diera un consejo.Faraday descubrió que la parte componente del gas que produce llama viva al arder se acumula, al frío en el fondo en el fondo de las botellas, formando una capa de liquido trasparente. Al examinar este líquido Faraday descubrió un hidrocarburo nuevo, El benceno.Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el resto son los llamados compuestos alifáticos. Un hidrocarburo aromático es un polímero cíclico conjugado que cumple la Regla de Hückel, es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Para que se dé la aromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido explicados cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo".
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.
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 (C7H16) se transforma en tolueno (C7H8) por deshidrogenación y ciclación.
ESTRUCTURA:
Una característica de los hidrocarburos aromáticos como el benceno, 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 colocan 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 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.
PRINCIPAL REPRESENTANTE DE LOS AROMÁTICOS
PRINCIPAL REPRESENTANTE DE LOS AROMÁTICOS
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.
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
- 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.
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.
AROMATICIDAD:
En los inicios de la química orgánica, la palabra aromático se usaba para describir sustancias fragantes como el benzaldehído, el tolueno y el benceno; por lo que se asoció la aromaticidad con los compuestos que contenían el anillo benceno. Sin embargo, pronto se comprendió que las sustancias agrupadas como aromáticas se comportan 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.
DIFERENCIA ENTRE AROMÁTICO, NO AROMÁTICO Y ANTIAROMÁTICO
AROMÁTICO: si el anillo tiene una menor energía de electrones pi que la cadena abierta.
NO AROMÁTICO: si el anillo y la cadena tienen la misma energía de electrones pi.
ANTIAROMÁTICO: si el anillo tiene una energía de electrones pi superior a la de la cadena abierta.
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 hibridado.
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.
NOMENCLATURA:
CLASES:
Monosustituidos
- Se conocen muchos derivados de sustitución del benceno. Cuando se trata de los compuestos monosustituidos, las posiciones en el anillo bencénico son equivalentes. Los sustituyentes pueden ser alquilos, alquilos o arilos.
- Nombrar el sustituyente antes de la palabra benceno.
Disustituidos
Cuando hay dos sustituyentes en el anillo bencénico sus posiciones relativas se indican mediante números o prefijos, los prefijos utilizados son orto-, meta- y para-, de acuerdo a la forma:
- orto- (o-): Se utilizan en carbonos adyacentes. Posiciones 1,2.
- meta- (m-): Se utiliza cuando la posición de los carbonos son alternados. Posiciones 1,3.
- para- (p-): Se utiliza cuando la posición de los sustituyentes están en carbonos opuestos. Posiciones 1,4.
Polisustituidos
- Si hay más de dos grupos sustituyentes en el anillo benceno sus posiciones se deben indicar mediante el uso de números, la numeración del anillo debe ser de modo que los sustituyentes tengan el menor número de posición; cuando hay varios sustituyentes se nombran en orden alfabético.
- Cuando alguno de los sustituyentes genera un nuevo nombre con el anillo, este pasa a ser el nombre padre y se considera a dicho sustituyente en la posición uno (Ej: 1-amina-2-yodo benceno / 2-yodo anilina / orto-yodo anilina).
Benceno como radical
- El anillo benceno como sustituyente se nombra fenilo.
- Cuando está unido a una cadena principal es un fenil.
Aromáticos Policíclicos
- Para nombrar a este tipo de compuestos se indica el número de posición de los sustituyentes, seguido del nombre del sustituyente y seguido del nombre del compuesto.
- El orden de numeración de estos compuestos es estricta, no se puede alterar y por ende tienen nombres específicos.
¿Cómo se nombran?
Reciben este nombre debido a los olores intensos, normalmente agradables, que presentan en su mayoría. El nombre genérico de los hidrocarburos aromáticos mono y policíclicos es "areno" y los radicales derivados de ellos se llaman radicales "arilo". Todos ellos se pueden considerar derivados del benceno, que es una molécula cíclica, de forma hexagonal y con un orden de enlace intermedio entre un enlace sencillo y un doble enlace. Experimentalmente se comprueba que los seis enlaces son equivalentes, de ahí que la molécula de benceno se represente como una estructura resonante entre las dos fórmulas propuestas por Kekulé, en 1865, según el siguiente esquema:
Cuando el benceno lleva un radical se nombra primero dicho radical seguido de la palabra "-benceno".
clorobenceno, metilbenceno (tolueno) y nitrobenceno
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Sitúa los localizadores sobre los carbonos del benceno consiguiendo que los localizadores de los radicales sean los más bajos posible. Ordena los radicales por orden alfabético y luego escribe benceno.
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Coloca los localizadores sobre los carbonos del benceno. Sitúa los radicales sobre los carbonos correspondientes y completa la fórmula con los átomos de hidrógeno.
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EJEMPLOS: | ||||||||||||||||
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PROPIEDADES FÍSICAS:
Los hidrocarburos aromáticos son compuestos insaturados de un tipo especial. Originalmente recibieron el nombre de aromáticos debido al aroma que algunos poseen. Sin embargo no todos son odoríferos y muchos compuestos fragantes no son de tipo aromático.Uno de los compuestos más simples y que se conoció primero con la estructura característica de los compuestos aromáticos fue el hidrocarburo benceno, por ello se dice que son hidrocarburos derivados del benceno.
Los compuestos aromáticos como todas las sustancias se encuentran en los estados siguientes: estado sólido y estado líquido.
La serie aromática se caracteriza por una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes que presenta.Muestra muy baja reactividad a las reacciones de adición. Es un líquido menos denso que el agua y poco soluble en ella.Es muy soluble en otros hidrocarburos. Es soluble en éter, nafta y acetona. También se disuelve en alcohol y en la mayoría de los solventes orgánicos. Disuelve al yodo y las grasas.
PROPIEDADES QUÍMICAS:
- Se comporta como un compuesto de carácter saturado.
- No decolora el agua de bromo.
- No decolora el permanganato de potasio ( prueba de Bayer).
- Puede manifestar instauración.
- En casos especiales es posible que se lleven a cabo reacciones de adición.
- estos compuesto prevalece las reacciones de sustitución antes que las reacciones de adición.
- La mayoría de las reacciones proceden por el mecanismo de sustitución electrófilica.
ESTOS VIDEOS TE PUEDEN AYUDAR A ENTENDER LA NOMENCLATURA DE AROMATICOS:
EJERCICIOS DE PRACTICA DE AROMÁTICOS:
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: los sustituyentes deben tomar los menores localizadores, y además, se asignan los localizadores menores a los grupos que van antes en el orden alfabético (etilo antes que metilo)
3. Sustituyentes: etilos en 1,2 y metilo en 3.
4. Nombre: 1,2-Dietil-3-metilbenceno
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: los sustituyentes deben tomar los menores localizadores.
3. Sustituyentes: metilos en posición 1,2,3.
4. Nombre: 1,2,3-Trimetilbenceno
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: los sustituyentes deben tomar los menores localizadores.
3. Sustituyentes: metilos en posición 1,2,4.
4. Nombre: 1,2,4-Trimetilbenceno
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: se parte de un metilo y se numera en cualquier dirección.
3. Sustituyentes: metilos en 1,3,5.
4. Nombre: 1,3,5-Trimetilbenceno
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: la numeración comienza en el cloro (va antes alfabéticamente) y prosigue por el camino más corto hacia el hidroxilo.
3. Sustituyentes: cloro en posición 1 e hidroxi en posición 3 (posición meta)
4. Nombre: 1-Cloro-3-hidroxibenceno (m-Clorohidroxibenceno)
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: la numeración comienza en el bromo (preferencia alfabética)
3. Sustituyentes: bromo en posición 1 y nitro en posición 3 (posición orto)
4. Nombre: 1-Bromo-3-nitrobenceno (o-Bromonitrobenceno)
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: comienza en el bromo (preferencia alfabética sobre el cloro)
3. Sustituyentes: bromo en 1 y cloro en 4 (posición para)
4. Nombre:1-Bromo-4-clorobenceno (p-Bromoclorobenceno)
1. Cadena principal: benceno
2. Numeración: localizadores más bajos posibles a los cloros.
3. Sustituyentes: cloros en posición 1,3.
4. Nombre: 1,3-Diclorobenceno (m-Diclorobenceno)
WEBGRAFIA:
LINKS ACTIVIDAD DE REPASO SOBRE AROMÁTICOS:
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