COMPUESTOS AROMATICOS BENCENO Y DERIVADOS Ing. Patricia Albarracin.

COMPUESTOS AROMATICOS

BENCENO Y DERIVADOS

Ing. Patricia Albarracin

Propiedades Físicas

• Benceno• Liquido incoloro• Punto de ebullición : 80º C• Combustible• Insoluble en solventes polares como agua• Soluble en compuestos orgánicos no polares


Aromaticidad del benceno

• El benceno es particularmente estable debido a la deslocalización por resonancia de los electrones π que forman los dobles enlaces. La regla de Hückel establece las condiciones que debe cumplir un compuesto para ser aromático: plano, con conjugación cíclica y 4n+2 electrones π con n = 0, 1,2,3..........



Calores de Hidrogenacion

Aromaticidad del benceno

• El benceno es un sistema cíclico de 6 electrones π deslocalizados. Está formado por 6 carbonos con hibridación sp2 cuyos orbitales p solapan formando una nube que permite la deslocalización de los electrónes p y confiere al benceno una gran estabilidad.

Reglas de HückelEsta energía de estabilización, llamada aromaticidad, está presente en otras moléculas que podemos identificar siguiendo las reglas de Hückel:Regla 1.- Un sistema aromático debe ser cíclico y plano (sin carbonos sp3 en el ciclo)Regla 2.- Existe conjugación cíclica de los dobles enlaces.Regla 3.- El número de electrones p del sistema aromático cumple la fórmula 4n + 2, con n = 0, 1, 2, 3 ......


Métodos de Obtención

-A partir de ciclohexano

C6 H12 Cr-Mn C6 H6 + 3 H2

calor

-A partir de Acetileno

3 CHΞCH 400 ºC C6 H6


Mecanismo de Sustitución Electrofilica


Reacciones en Benceno

1º Halogenación

2º Nitración

3º Sulfonación

4º Alquilación

5º Acilación


El catalizador interacciona con uno de los átomos de Br polarizando el enlace de manera que el otro bromo adquiere la suficiente polaridad positiva como para ser atacado por el benceno. La segunda etapa de la reacción consiste en la recuperación de la aromaticidad del anillo por pérdida de un protón

Mecanismo de la Halogenación


El catión nitronio, buen electrófilo, es atacado por el anillo aromático produciéndose la adición electrófila. En una etapa final de recuperación de la aromaticidad se da por perdida de un protón y obtenemos el nitrobenceno.

Mecanismo de la Nitración

Como se forma el catión nitronio?La nitración utiliza como reactivo una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico. El ácido sulfúrico protona el -OH del ácido nítrico que se va en forma de agua generando el catión nitronio, NO2

+


Mecanismo de la sulfonación


El SO3, buen electrófilo, es atacado por el anillo aromático produciéndose la adición electrófila, una etapa final de recuperación de la aromaticidad por perdida de un protón nos da el ácido bencenosulfónico.

La sulfonación utiliza como reactivo ácido sulfúrico fumante, (disolución al 8% de SO3 en ácido sulfúrico concentrado). El SO3 es un electrófilo bueno debido a la importante polaridad positiva del azufre.

Esta reacción permite añadir cadenas carbonadas al anillo aromático. Los reactivos son haloalcanos en presencia de un ácido de Lewis, que interacciona con el grupo saliente catalizando la reacción. Esta reacción tiene dos problemas importantes, las polialquilaciones y las transposiciones de carbocatión.

Alquilación del benceno Friedel y Crafts

Mecanismo de la reacción: 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.


Esta reacción permite añadir grupos alcanoilo al anillo aromático. Los reactivos son haluros de alcanoilo en presencia de un ácido de Lewis, que interacciona con el grupo saliente generando cationes acilo que son atacados por el benceno.

Acilación en Benceno

Mecanismo de la reacciónLos haluros de alcanoilo interaccionan con los ácidos de Lewis generando cationes acilo, este catión se estabiliza por resonancia.

El catión acilo es buen electrófilo y es atacado por el benceno, dando lugar al mecanismo de sustitución electrofilica aromática.

Posiciones orto, meta y para en el bencenoCuando el benceno tiene un sustituyente aparecen tres posiciones diferenciadas, orto, meta y para. En este punto nos interesa saber en cual de esas posiciones entraría un segundo grupo al realizar cualquiera de la reacciones estudiadas.

Efectos de Sustituyentes: Grupos Activantes y Desactivantes

Los sustituyentes se pueden clasificar en cuatro grupos:•Activantes débiles (orto para dirigentes): activan el anillo por efecto inductivo, son los grupos alquilo y fenilo (-CH3, -Ph)•Activantes fuertes (orto para dirigentes): activan el anillo por efecto resonante, son grupos con pares solitarios en el átomo que se une al anillo (-OH, -OCH3, -NH2)•Desactivantes débiles (orto para dirigentes): desactivan por efecto inductivo, son los halógenos (-F, -Cl, -Br, -I)•Desactivantes fuertes (meta dirigentes): desactivan por efecto resonante, son grupos con enlaces múltiples sobre el átomo que se une al anillo (-CHO, -CO2H, SO3H, -NO2)


Supongamos un benceno con un grupo nitro (NO2) al que hacemos una halogenación, ¿Dónde entrará el bromo?.Para responder a esta pregunta no tenemos más que buscar en la lista anterior el grupo nitro (desactivante y meta dirigente), esto indica que el bromo entrará en la posición meta.

•¿Y si el benceno tiene un grupo hidroxi y hacemos una nitración?

Ejercicios sobre orientación


HIDROCARBUROS POLINUCLEARES

Naftaleno

Antraceno

Fenantreno


Reacciones en Naftaleno


PRINCIPALES APLICACIONES INDUSTRIALES DEL BENCENO.

NH2

anilina

colorantes sintéticos(tintes azoicos)

sulfamidas(antibioticos)

ciclohexano

Nylon

Cl

pesticidas

OH

fenol pesticidas y herbicidas

aspirina

resinas fenólicas(baquelitas)

CH CH3

estireno

C12H25

dodecilbenceno

polímeros(poliestireno)

detergentes

clorobenceno

MÉTODOS DE SEPARACIÓN Y APLICACIONES INDUSTRIALES DEL

BENCENO Y DERIVADOS.

Aromáticos Destilación

Naftaleno

Tolueno

Benceno

Hidrodesalquilación

o, m y p-xilenosEtilbenceno (C8)

Desproporción

catalítica

o, m y p-xilenosEtilbenceno (C8)

Destilación

o-Xileno

m-Xilenop-XilenoEtilbenceno

Cristalización

fraccionada

p-Xileno

Etilbencenom-Xileno

Isomerización catalítica

Benceno

Cl2 Clorobenceno InsecticidasIntermediarios

O2 AnhídridoMaleico

H2 ButanodiolTHF

Butirolactona

Copolimer.Resinas de Poliéster

HNO3Nitrobenceno

DodecenosDodecilbenceno

H2SO4 Detergentes

H2 AnilinaHCHOCOCl2

Aditivos cauchoColorantesProduct. Farmacia

etc.

Poliuretanos

MÉTODOS DE SEPARACIÓN Y APLICACIONES INDUSTRIALES DEL BENCENO Y DERIVADOS

BencenoPropileno

CumenoO2

Acetona

Fenol

Plexi-disolventesBisfenolIntermediarios

CiclohexanoO2 Ciclohexanol Ciclohexanona

Caprolactama NylonPlm.

Etileno Etilbenceno- H2 Estireno

PolimerizaciónCopolimerización

PlásticosElastómeros

Fenol

H2Ciclohexanol Ciclohexanona

CaprolactamaPolimerización

Nylón

AcetonaBisfenol

Polimerización PolicarbonatosResinas epoxi

OlefinasC12 a C18

IntermediariosDetergentes

CopolimerizaciónResinas fenólicas

H2


Tolueno

Clorados, SulfonadosIntermediaros de síntesis diversas

O2Ácido Benzóico (Proceso en desuso) O2

- CO2Fenol

HNO3 T.N.T.Explosivos

NitraciónReducción

Toluen-di-amina

COCl2 Diisocianatode toluideno

PoliuretanosPolimer.

Desproporción

Hidrodesalquilación

Mezcla de Xilenos

Benceno



Mezcla deXilenos

Isomeriz.m-Xileno

o-Xileno

p-Xileno

O2ftálico

O2 Ácido tereftálico+

ésteresPoliéster

ROHÉsteres plastificantes

Fibras deCopolimer.

Resinas maleicasde PoliésterResinas alquidicas

Copolim.

Varios Colorantes

Naftaleno

SulfonadosNaftolesAminasIntermedios Síntesis Diversas

O2

Anhídrido

IMPACTO AMBIENTAL DE COMPUESTOS AROMATICOS

Los hidrocarburos aromáticos (tolueno, naftaleno, benzopireno, fenantreno) son los más tóxicos: tienden a acumularse en las grasas y por ello son difícilmente eliminables por el organismo.

Para comprender el alcance de los vertidos contaminantes, los impactos se clasifican en tres grandes apartados:

Efectos directos letales: provocan mortalidad al impedir la respiración o modificar la resistencia térmica (como sucede por ejemplo en el caso de las aves marinas).

Efectos directos subletales: motivados por el contacto directo (fundamentalmente a nivel de los tejidos corporales) tras la ingestión de los hidrocarburos contaminantes por el organismo, sin que lleguen a provocar la muerte del mismo, aunque sí alteraciones genéticas, bioquímicas o fisiológicas que pueden reducir su viabilidad y eficacia biológica. Aquí se encuentran todos los efectos tóxicos de los hidrocarburos, en particular de los HAPs (Hidrocarburos aromáticos poli cíclicos), que aunque menos evidentes al inicio de episodio, son de mayor importancia con el paso del tiempo.

Efectos indirectos: fundamentalmente perturbaciones sobre los ecosistemas. Las alteraciones de la biología de las poblaciones y su consecuencias demográficas, en último término, desembocarán en cambios en la estructura de las comunidades ecológicas y, por lo tanto, en una alteración de la red de interrelaciones existentes

Entre los principales procesos afectados, cabe destacar:

-Alteraciones del hábitat

-Cambios en las relaciones entre predadores y presas

-Cambios en las relaciones entre competidores

-Alteraciones en los niveles de productividad

-Cambios en las redes tróficas, probablemente una de las claves para comprender los impactos en el ecosistema a medio y largo plazo

Los impactos citados afectan asimismo a especies

comerciales, con el consiguiente impacto ecológico, económico y

social.

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