Marco Teórico Reacciones de Benceno PDF

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Quimica organica Resumen tema Benceno...

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COLEGIO JAVIER “SSJ, rumbo a los 50 años, formando ciudadanos comprometidos y solidarios con Panamá” En todo amar y servir

REACCIONES DEL BENCENO El Benceno, es un hidrocarburo perteneciente a la familia de los compuestos aromáticos, de tipo poliinsaturado, que sigue la fórmula molecular general C6H6. Su estructura tiene forma de anillo hexagonal característico, conocido como anillo aromático. El mismo es un líquido incoloro, de olor característico, insoluble en agua. El benceno es un compuesto especialmente estable, debido a que su estabilización por resonancia (la estabilidad extra que obtiene por tener electrones des localizados) es anormalmente grande. Los compuestos con una cantidad de estabilización por resonancia anormalmente grande se denominan compuestos aromáticos. Para clasificar un compuesto como aromático debe satisfacer los dos siguientes criterios: 1. Debe tener una nube cíclica ininterrumpida de electrones (llamada nube ¶) sobre y debajo del plano de la molécula. 2. La nube ¶ debe tener un número impar de pares de electrones ¶. El benceno es un compuesto aromático porque es cíclico y plano, todos los carbonos del anillo tienen un orbital ¶ y la nube ¶ tiene tres pares de electrones ¶. La reacción más común en el Benceno es la reacción de sustitución aromática, la cual puede producirse siguiendo tres tipos de diferentes medios, entre los cuales tenemos: Electrofílica, Nucleofílica y de radicales libres.

Las reacciones de sustitución aromáticas más corrientes son las originadas por reactivos electrofílicos. Su capacidad para actuar como un dador de electrones se debe a la polarización del núcleo Bencénico. Este tipo de reacción sigue una serie de pasos: -Primeramente se genera un electrófilo, produciéndose una reacción de equilibrio en presencia de un catalizador. - El electrófilo ataca al núcleo aromático. Dicho proceso ocurre de manera lenta y es decisivo para la velocidad de la reacción. – Se pierde el protón, el cual es capturado por un aceptor de protones, dando lugar a un producto de sustitución. Este paso se produce de manera rápida.

DIAGRAMA DE LA REACCIÓN

Las reacciones de sustitución electrofílica aromática constituyen la reacción más característica del anillo aromático. Dependiendo del electrófilo que se incorpora al anillo aromático tenemos:

1- NITRACIÓN DEL BENCENO: El ácido nítrico fumante o también una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico (mezcla sulfonítrica), produce derivados nitrados, por sustitución. El ácido sulfúrico absorbe el agua producida en la nitración y así se evita la reacción inversa. La mezcla sulfonítrica reacciona con el benceno a una temperatura en torno a los 50-60ºC. A mayor temperatura se producirá una di sustitución. En esta reacción el electrófilo es el ion nitronio (NO2+). Este catión se genera en sitio por la acción del ácido sulfúrico (pKa = -5,2) sobre el ácido nítrico (pKa =-1,4). De acuerdo con los valores relativos de pKa, el ácido sulfúrico actúa como un ácido protonado al ácido nítrico. Las concentraciones de este catión en el ácido nítrico son muy bajas para nitrar el benceno, por ello es necesario añadir ácido sulfúrico. Este electrófilo fuerte, ataca al anillo aromático en una primera etapa lenta, rompiendo su aromaticidad. Después es el ataque de la base conjugada del ácido sulfúrico, extrayendo el protón del complejo y restaurando así el sistema aromático. Mecanismo para la nitración del benceno: Etapa 1. Ataque del benceno al catión nitronio

Etapa 2. Recuperación de la aromaticidad por pérdida de un protón

El producto final de esta reacción es el nitrobenceno.

2-

LOG ENA CIÓ NCE NO:: HALO GEN ACI ÓN DEL BENC ENO

El cloro como el bromo produce derivados mediante sustitución de hidrógenos del benceno, dando lo que se conoce como haluros de arilo. La cloración y la bromación del benceno, se efectúan en presencia de un catalizador ácido como el trihalogenuro férrico respectivo. Las reacciones de halogenación se ven favorecidas por temperaturas bajas, en presencia de un catalizador, como por ejemplo el hierro o algún ácido de Lewis, con el fin de poder polarizar el halógeno para producir la reacción. Los catalizadores suelen ser sustancias que presentan deficiencia de electrones. El mecanismo de la halogenación tiene lugar con las siguientes etapas:

ETAPA 1. La molécula de bromo se polariza al Interaccionar con el ácido de Lewis. El benceno ataca al bromo polarizado positivamente para formar el catión ciclohexadienilo.

ETAPA 2. Recuperación de la aromaticidad por pérdida de un protón.

La cloración se puede llevar a cabo de forma similar a la bromación. La reacción con flúor y yodo se realiza muy poco frecuentemente. En el caso del flúor la reacción es difícil de controlar por su elevada reactividad. Por el contrario, el yodo reacciona lentamente y tiene un equilibrio desfavorable. Al igual que la nitración, la halogenación también es una reacción de monosustitución.

3-

LFO ACIIÓN DE DEL NCE NO:: SULF ONAC L BENC ENO

Es una reacción de gran importancia industrial, sobre todo en el campo de los detergentes. Se produce cuando el benceno se trata con ácido sulfúrico (mezclado con SO3) y se forman compuestos característicos que reciben el nombre de ácidos sulfónicos. En realidad, se cree que el agente activo es el SO3, tratándose de una reacción de tipo reversible. En el laboratorio el benceno es sulfonado con ácido sulfúrico fumante, o sea, una mezcla de ácido y anhídrido sulfúricos. Al parecer, el agente electrofílico se generaría por auto protolisis del ácido sulfúrico y posterior descomposición de esta especie protonada:

El electrófilo SO3 tiene el átomo de azufre altamente deficiente en electrones debido a la mayor electronegatividad de los oxígenos unidos a él, y, por lo tanto, es el átomo de azufre el que atacará y se unirá con el carbono del anillo aromático:

La sulfonación se distingue de la nitración y de la halogenación, porque la etapa lenta de la reacción no es la formación del enlace C-electrófilo, ni la salida del protón en la segunda etapa: La remoción del protón en la siguiente etapa desde el carbono sp3 es una etapa semejante en cuanto a energía a la etapa anterior en la reacción. Este hecho es importante en la reversibilidad del equilibrio. Finalmente, el medio ácido de la reacción proporciona el protón. El mecanismo de la sulfonación tiene lugar con las siguientes etapas: Etapa 1. Ataque del benceno al trióxido de azufre

Etapa 2. Recuperación de la aromaticidad por pérdida de un protón.

El mecanismo de la sulfonación es reversible, lo cual permite eliminar el grupo -SO3H por tratamiento con sulfúrico acuoso. Esta propiedad es utilizada para proteger posiciones del benceno, ocupándolas con el grupo -SO3H.

4-

QUIILA LAC RIED EDE RAFT FTS SÍN TES IS)): ALQU CIÓN DE FRI ED EL – CRA FT S (SÍ NTE SIS

El benceno se hace reaccionar con haluros de alquilo, en presencia de un catalizador (generalmente un ácido de Lewis como el cloruro de aluminio), formando compuestos homólogos. Es una reacción importante, pues permite incluir grupos alquilo en los anillos aromáticos. El mecanismo de la alquilación de Friedel- Crafts tiene lugar con las siguientes etapas: El mecanismo es muy similar al de la halogenación, el ácido de Lewis interacciona con el halógeno generando polaridad positiva sobre el carbono, que es atacado por el benceno.

Etapa 1. Ataque del benceno al bromuro de metilo que actúa como electrófilo.

Etapa 2. Recuperación de la aromaticidad del anillo

Un exceso de benceno permite parar la reacción en la primera alquilación con un rendimiento aceptable. La alquilación con bromuro de propilo produce isopropilbenceno en lugar de propilbenceno debido a una transposición.

Mecanismo de la Reacción: Etapa 1. Formación de un carbocatión secundario por transposición de hidrógeno concertada con la pérdida del grupo saliente.

Etapa 2. Ataque del benceno al carbocatión

Etapa 3. Recuperación de la aromaticidad

5-

COMB UST MBU STIIÓN:

El benceno es altamente inflamable, y produce una llama característica de todos los compuestos aromáticos, debido a la gran presencia del carbono en su estructura. C6H6 + O2 → CO2 + H2O

6-

ROGE GEN ACIIÓN: HIDRO GE NAC

A través de catálisis, el núcleo del benceno, fija seis átomos de hidrógeno formándose así el ciclohexano manteniéndose la cadena cerrada.

+ 3 H2

Ni

ORI RIE ENTA TAD DORES SOB OBRE RE EL A NIL ILL LO AR ARO OMÁT ÁTIICO Cuando el anillo bencénico presenta en su estructura un sustituyente y se introduce un segundo grupo de átomos sobre el anillo se presenta la posibilidad de obtener, más de un isómero. La posición del segundo sustituyente sobre el anillo viene determinada por el grupo presente en el anillo. Los átomos o grupos de átomos presentes en el anillo pueden dividirse en dos clases: 1- Los que orientan al nuevo sustituyente hacia las posiciones orto y para. Los sustituyentes de este grupo se denominan orto-para dirigentes y están: -NH2 (amino), --OH (hidroxilo), - CH3 (grupos alquilo), Cl- Br- (halógenos) los miembros de este grupo se comportan como activadores del anillo aromático, facilitando la entrada del segundo sustituyente. 2- Los que orientan al nuevo sustituyente hacia la posición meta. Se denominan metadirigentes y entre ellos están – NO2 (nitro), - COOH (carboxilo), CHO (carbonilo), SO3H – (sulfonilo), CN- (ciano), CO2CH3 (éster). Estos grupos producen un efecto de desactivación del anillo aromático frente a la sustitución electrofílica....