BASES CONCEPTUALES DE LA INVESTIGACIN CUALITATIVA

COMPUESTOSAROMTICOS

Ing. Marcos Chambi Yana

Ing. Marcos Chambi YanaQMC 200 - Qumica Orgnica IINTRODUCCIN

Los qumicos han considerado til dividir todos los compuestos orgnicos en dos grandes clases: compuestos alifticos y compuestos aromticos.Los compuestos alifticos son los de cadena abierta y los cclicos que se les asemejan. A excepcin de la aparicin ocasional de un grupo fenilo, las partes de hidrocarburo de los compuestos estudiados hasta ahora han sido alifticas.Los compuestos aromticos son el benceno (de frmula molecular C6H6) y los compuestos de comportamiento qumico similar.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosLas propiedades aromticas son las que distinguen al benceno de los hidrocarburos alifticos. La molcula bencnica es un anillo de un tipo muy especial.

Los hidrocarburos alifticos (alcanos, alquenos, alquinos y sus anlogos cclicos) reaccionan, principalmente, por adicin y sustitucin por radicales libres. La primera, ocurre en los enlaces mltiples; mientras que, la segunda, en otros puntos de la cadena aliftica. Hemos visto que estas mismas reacciones ocurren en las partes hidrocarbonadas de otros compuestos alifticos. La reactividad de estas partes se ve afectada por la presencia de otros grupos funcionales y, la reactividad de estos ltimos por la presencia de la parte de hidrocarburo.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosEn cambio, los hidrocarburos aromticos se caracterizan por su tendencia a la sustitucin heteroltica. Adems, estas mismas reacciones de sustitucin son caractersticas de anillos aromticos dondequiera que aparezcan, independientemente de los otros grupos funcionales que la molcula pudiese contener. Estos ltimos afectan a la reactividad de los anillos aromticos y viceversa.

REACCIONES DEL BENCENO

El benceno experimenta reacciones de sustitucin ms que de adicin.A. Nitracinbenceno + HNO3 nitrobenceno + H2OIng. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosB. Sulfonacin benceno + H2SO4 cido bencensulfnico + H2OC. Halogenacin benceno + Cl2 clorobenceno + HCl

benceno + Br2 bromobenceno + HBrD. Alquilacin de Friedel-Crafts benceno + R-Cl alquilbenceno + HClE. Acilacin de Friedel-Crafts benceno + RCO-Cl fenilalquilcetona + HClIng. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosEn cada una de estas reacciones se ha sustituido un tomo o un grupo, por uno de los tomos de hidrgeno del benceno. A su vez, el producto puede experimentar sustitucin posterior del mismo tipo. El hecho de que haya retenido las propiedades caractersticas del benceno indica que ha mantenido su estructura caracterstica.Es evidente que el benceno resiste la adicin, que destruira su sistema anular. En cambio, se sustituye con facilidad, conservando el sistema anular.

SUSTITUCIN ELECTROFLICA AROMTICA

Encima y debajo del plano del anillo bencnico se tiene una nube electrnica .Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos Aromticos

Debido a la resonancia, estos electrones estn ms involucrados en mantener ncleos de carbono unidos que los electrones de un doble enlace C=C. De todas maneras, en comparacin con los electrones , estos electrones estn relativamente sueltos y disponibles para un reactivo necesitado de electrones.Entonces, no es raro que, en sus reacciones tpicas, el anillo bencnico sirva de fuente de electrones, o sea, acte como base. Los compuestos con los que reacciona son electrnicamente deficientes, esto es, reactivos electroflicos o cidos. Al igual que las reacciones tpicas de los alquenos son de adicin electroflica, las del anillo bencnico son de sustitucin electroflica.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosEstas reacciones no slo son tpicas del benceno, sino del anillo bencnico dondequiera que se encuentre.La sustitucin electroflica aromtica incluye una amplia gama de reacciones: nitracin, halogenacin, sulfonacin, y reacciones de Friedel-Crafts, experimentadas por casi todos los anillos aromticos; procesos como nitrosacin y acoplamiento diazoico, que slo experimentan los anillos de gran reactividad y, reacciones como la desulfonacin, intercambio isotpico y muchos cierres de anillos.Desde el punto de vista de su importancia en sntesis, la sustitucin electroflica aromtica, no ha sido igualada por ninguna otra clase de reacciones orgnicas.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosA. Nitracin Ar-H + HNO3 Ar-NO2 + H2OB. Sulfonacin Ar-H + H2SO4 Ar-OSO2H + H2OC. Halogenacin Ar-H + Cl2 Ar-Cl + HCl Ar-H + Br2 Ar-Br + HBr

D. Alquilacin de Friedel-Crafts Ar-H + R-Cl Ar-R + HClIng. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosE. Acilacin de Friedel-CraftsAr-H + RCO-Cl Ar-CO-R + HClF. ProtonacinAr-OSO2-H + H+ Ar-NO2 + H2O(desulfonacin)

Ar-H + D+ Ar-D + H+(intercambio de H+)G. NitrosacinAr-H + HNO2 Ar-N=O + H2O (slo para ArH muy reactivos)H. Acoplamiento diazoicoAr-H + ArN2+X- Ar-N=N-Ar + HX (slo para ArH muy reactivos)Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosI. Reaccin de Kolbe (sntesis de cidos fenlicos)Consiste en el tratamiento de la sal de un fenol con CO2, que produce el reemplazo de un hidrgeno anular por el grupo carboxilo. Su aplicacin ms importante es la conversin del propio fenol en cido o-hidroxibenzoico o cido saliclico. Aunque tambin se forma algo de cido p-hidroxibenzoico, pueden separarse ambos ismeros con facilidad mediante una destilacin con vapor, puesto que, el ismero orto es el ms voltil.fenxido de sodio + CO2 salicilato sdico cido saliclicoIng. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosEFECTOS DE GRUPOS SUSTITUYENTES

Al igual que el benceno, el tolueno experimenta sustitucin electroflica aromtica, por ejemplo, la sulfonacin. Aunque son posibles tres productos monosulfonados, en realidad, esta reaccin slo produce cantidades apreciables de dos de ellos: los ismeros orto (32%) y para (62%). El estudio de la nitracin, halogenacin y la alquilacin de Friedel Crafts da resultados anlogos.De alguna manera, el grupo alquilo hace ms reactivo el anillo bencnico que el benceno no sustituido, y dirige el reactivo atacante a las posiciones anulares orto y para.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosPor otra parte, se ha encontrado que el nitrobenceno se sustituye de manera ms lenta que el benceno y produce, principalmente, el ismero meta.

Como el grupo metilo o el nitro, cualquier grupo unido a un anillo bencnico lo afecta en su reactividad y determina la orientacin de la sustitucin. Cuando un reactivo electrfilo ataca un anillo aromtico, el grupo ya enlazado determina lo fcil que ser el ataque, y dnde se producir.

Cuando un grupo hace que un anillo sea ms reactivo que el benceno, ste recibe el nombre de grupo activante; y, si produce el resultado contrario, se conoce como grupo desactivante.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosUn grupo que motiva un ataque en las posiciones orto y para es un director orto-para; y, uno que ocasiona lo mismo en las posiciones meta, se denomina director meta.

CLASIFICACIN DE LOS GRUPOS SUSTITUYENTES

Existen ciertos mtodos para determinar los efectos de un gran nmero de grupos sobre la sustitucin electroflica, lo que no nos corresponde considerar aqu. Tal como se ilustra en la tabla adjunta, casi todos los grupos entran en una de estas dos clases: activantes y directores orto-para o desactivantes y directores meta.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosLos halgenos forman una clase aparte, pues, son desactivantes, pero, directores en orto y para.

Tabla. Efecto de grupos en la sustitucin electroflica aromticaIng. Marcos Chambi Yana - Compuestos Aromticos

15Con slo conocer los efectos que se resumen en la tabla anterior, podemos predecir, con bastante exactitud, el curso de cientos de reacciones de sustitucin aromtica.

ORIENTACIN DE BENCENOS DISUSTITUIDOS

La presencia de dos sustituyentes en un anillo complica un poco el problema de la orientacin. Sin embargo, pueden hacerse pronsticos definidos.

En primer lugar, ambos sustituyentes pueden estar ubicados de modo tal, que la influencia directora de uno refuerce la del otro. Por otra parte, cuando el efecto director de un grupo es opuesto al del otro, puede ser difcil predecir el producto principal.Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosNo obstante, aunque hayan efectos opuestos, es posible hacer predicciones conforme a las generalizaciones siguientes:

(1) Por lo general, los grupos activantes poderosos se imponen a los desactivantes o activantes dbiles. Por lo tanto, las diferencias en el poder director en la serie

-NH2 -OH -OCH3 -NHCOCH3 -C6H5, -CH3 directores meta

son suficientemente grandes como para utilizarlas en la planificacin de sntesis factibles.

Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos Aromticos(2) A menudo, se produce poca sustitucin entre dos grupos que sean recprocamente meta. En muchos casos, da la impresin de que no existe suficiente espacio entre dos grupos en posiciones meta entre s para que haya sustituido apreciable.

EJERCICIOS

Ing. Marcos Chambi Yana - Compuestos AromticosBIBLIOGRAFA

- Morrison, R. T. y Boyd, R. N.; Qumica Orgnica, Ed. Addison-Wesley- Wade Jr., L. G.; Qumica Orgnica, Ed. Prentice-Hall Hispanoamericana- McMurry, J.; Qumica Orgnica, Ed. Alhambra S.A.- Solomon, A.; Qumica Orgnica, Ed. Fondo Educativo Interamericano- Burdick, Donald L. y Leffler, William L.; Petrochemicals in Non Technical Language, Ed. Penn-WellIng. Marcos Chambi Yana - Compuestos Aromticos