HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
En los inicios de la química orgánica, la palabra aromático se usó para describir sustancias fragantes como el benzaldehído (de cerezas, durazno y almendras), el tolueno (del bálsamo de tolú) y el benceno (del destilado del carbón). Sin embargo, pronto se comprendió que las sustancias agrupadas como aromáticas se comportaban de manera químicamente distinta de como lo hace la mayoría de los otros compuestos orgánicos.
En la actualidad, el término aromático se emplea para referirse al benceno y a los compuestos relacionados estructuralmente con él.
Las sustancias aromáticas presentan un comportamiento químico muy distinto del de las sustancias alifáticas. De modo que los químicos de principios del siglo XIX tenían razón cuando hicieron notar que existe una diferencia química entre los compuestos aromáticos y los otros; sin embargo, la asociación de la aromaticidad con la fragancia hace mucho que se perdió.
Muchos compuestos aislados de fuentes naturales son parcialmente aromáticos. Además de benceno, benzaldehído y tolueno, otros compuestos complejos tienen anillos aromáticos, como la hormona esteroide femenina llamada estrona y el bien conocido analgésico de nombre morfina. Muchos fármacos sintéticos usados en medicina son también parcialmente aromáticos; el tranquilizante denominado diazepan (o valium) es uno de muchos ejemplos.
Se ha observado que una exposición prolongada al benceno mismo reduce la actividad de la médula ósea (la deprime) y en consecuencia provoca leucopenia (disminución de la cantidad de glóbulos blancos en la sangre). Por tanto, se debe evitar el uso de benceno como solvente en el laboratorio.
Fuentes de hidrocarburos aromáticosLos hidrocarburos aromáticos simples que se usan como material de partida para elaborar productos más complejos provienen de dos fuentes principales, el carbón (o hulla) y el petróleo.
El carbón es una sustancia mineral enormemente compleja formada en mayor medida por grandes arreglos de anillos insaturados del tipo del benceno unidos entre sí. Cuando se calienta a 1000 °C en ausencia de aire, las moléculas de la hulla experimentan desintegración térmica (pirólisis), y destila una mezcla de productos volátiles llamada alquitrán de hulla. La destilación fraccionada posterior de esta mezcla produce benceno, tolueno, xileno (dimetilbenceno), naftaleno (fórmula molecular: C10H8) y una variedad de otros compuestos orgánicos.
El petróleo, a diferencia del carbón, consiste principalmente en alcanos y contiene pocos compuestos aromáticos. Sin embargo, durante la refinación del petróleo se forman moléculas aromáticas cuando los alcanos se hacen pasar sobre un catalizador a una temperatura aproximada de 500 °C a altas presiones. El heptano (C7H16) por ejemplo se transforma en tolueno (C7H8) por deshidrogenación y ciclación. En el alquitrán de hulla se puede encontrar algunos compuestos aromáticos como los siguientes: Benceno, tolueno, o-xileno, naftaleno, antraceno, fluoreno, fenantreno, bifenilo.
EstructuraFormulación de KekuléEn 1866, sólo unos pocos años después de la publicación de sus ideas acerca de lo que hoy conocemos como teoría estructural de la química orgánica. August Kekulé aplicó sus principios a la estructura del benceno. Basó su razonamiento en tres premisas:
Pronto fue señalado un fallo en la fórmula de Kekulé del benceno. De acuerdo con la fórmula de Kekulé, la disustitución 1,2 es diferente a la disustitución 1,6. Estas dos fórmulas estructurales difieren en que los dos carbonos sustituidos están conectados por un doble enlace en una y por un enlace simple en la otra. Dado que todos los conocimientos disponibles indicaban que tal isomería no existía, Kekulé modificó su hipótesis y consideró que en el benceno existía una rápida migración de enlace consecuencia de una interconversión de dos estructuras.
La formulación de Kekulé se refiere a la estructura del benceno, pero deja sin resolver importantes preguntas acerca de su reactividad. El benceno no se comporta en la forma que podríamos esperar para el comportamiento del ciclohexatrieno. El benceno no es un ciclohexatrieno estático, el benceno no es un par de isómeros de ciclohexatrieno que se equilibren rápidamente. Quedó para las teorías electrónicas de la química orgánica del siglo XX proporcionar la comprensión acerca del porqué el anillo de benceno es una unidad estructural tan estable.
Numerosos estudios no dejan duda de que el benceno es plano y que su esqueleto carbonado tiene la forma de un hexágono regular. No hay evidencias que soporten las formulaciones estructurales con dobles y simples enlaces alternados. Todos los enlaces carbono-carbono tienen la misma longitud (1.4 Å) y los ángulos de enlace de 120° se corresponden perfectamente con la hibridación sp2. Muy interesante es que la distancia de 1.386 Å en el benceno es el punto medio entre la longitud del típico enlace sencillo sp3-sp3 de 1.46 Å y la longitud del doble enlace sp2-sp2 de 1.34 Å. Si las longitudes de enlace están relacionadas con el tipo de enlace, ¿qué tipo de enlace carbono-carbono es el que queda a la mitad entre las longitudes de enlace simple y del doble?
Resonancia del bencenoLa descripción del siglo XX acerca del enlace en el benceno incluyen dos importantes aproximaciones, los tratamientos por resonancia y por orbitales moleculares, que juntos proporcionan un cuadro bastante claro de la aromaticidad. Empezaremos con la descripción de la resonancia.
Las dos estructuras de Kekulé para el benceno tienen la misma disposición de los átomos pero difieren en el emplazamiento de los electrones. Así, existen formas resonantes entre sí, pero ninguna de ellas representa correctamente por sí misma el enlace en la molécula real. El benceno es un híbrido de las dos estructuras de Kekulé. La estructura híbrida se representa a menudo por un hexágono que contiene un círculo en la parte interna. El círculo nos recuerda la naturaleza deslocalizada de los electrones. fue sugerida por primera vez por el químico Robert Robinson como un símbolo conveniente para el sexteto aromático, los seis electrones pi deslocalizados en el anillo de benceno.
Orbitales moleculares pi del bencenoDespués de haber visto al benceno con base en la resonancia, se verá ahora una descripción basada en los orbitales moleculares. La teoría OM describe al benceno de un modo que, en muchos aspectos, es superior a la aproximación simple de la resonancia.
En la representación orbital se ponen de relieve la conjugación cíclica de la molécula de benceno y la equivalencia de los seis enlaces carbono-carbono.
Dado que los seis átomos de carbono y los seis orbitales p del benceno son equivalentes, es imposible definir tres enlaces pi de alqueno localizados en los cuales un orbital pi dado se superponga sólo con un orbital p vecino. Más bien, cada orbital p se superpone de igual manera con ambos orbitales p vecinos, lo que da por resultado un esquema del benceno en el que los seis electrones pi se encuentran completamente deslocalizados alrededor del anillo. El benceno tiene, por tanto, dos nubes de electrones en forma de rosquilla, una por encima del anillo y otra por debajo.
Propiedades Físicas
En la actualidad, el término aromático se emplea para referirse al benceno y a los compuestos relacionados estructuralmente con él.
Las sustancias aromáticas presentan un comportamiento químico muy distinto del de las sustancias alifáticas. De modo que los químicos de principios del siglo XIX tenían razón cuando hicieron notar que existe una diferencia química entre los compuestos aromáticos y los otros; sin embargo, la asociación de la aromaticidad con la fragancia hace mucho que se perdió.
Muchos compuestos aislados de fuentes naturales son parcialmente aromáticos. Además de benceno, benzaldehído y tolueno, otros compuestos complejos tienen anillos aromáticos, como la hormona esteroide femenina llamada estrona y el bien conocido analgésico de nombre morfina. Muchos fármacos sintéticos usados en medicina son también parcialmente aromáticos; el tranquilizante denominado diazepan (o valium) es uno de muchos ejemplos.
Se ha observado que una exposición prolongada al benceno mismo reduce la actividad de la médula ósea (la deprime) y en consecuencia provoca leucopenia (disminución de la cantidad de glóbulos blancos en la sangre). Por tanto, se debe evitar el uso de benceno como solvente en el laboratorio.
Fuentes de hidrocarburos aromáticosLos hidrocarburos aromáticos simples que se usan como material de partida para elaborar productos más complejos provienen de dos fuentes principales, el carbón (o hulla) y el petróleo.
El carbón es una sustancia mineral enormemente compleja formada en mayor medida por grandes arreglos de anillos insaturados del tipo del benceno unidos entre sí. Cuando se calienta a 1000 °C en ausencia de aire, las moléculas de la hulla experimentan desintegración térmica (pirólisis), y destila una mezcla de productos volátiles llamada alquitrán de hulla. La destilación fraccionada posterior de esta mezcla produce benceno, tolueno, xileno (dimetilbenceno), naftaleno (fórmula molecular: C10H8) y una variedad de otros compuestos orgánicos.
El petróleo, a diferencia del carbón, consiste principalmente en alcanos y contiene pocos compuestos aromáticos. Sin embargo, durante la refinación del petróleo se forman moléculas aromáticas cuando los alcanos se hacen pasar sobre un catalizador a una temperatura aproximada de 500 °C a altas presiones. El heptano (C7H16) por ejemplo se transforma en tolueno (C7H8) por deshidrogenación y ciclación. En el alquitrán de hulla se puede encontrar algunos compuestos aromáticos como los siguientes: Benceno, tolueno, o-xileno, naftaleno, antraceno, fluoreno, fenantreno, bifenilo.
EstructuraFormulación de KekuléEn 1866, sólo unos pocos años después de la publicación de sus ideas acerca de lo que hoy conocemos como teoría estructural de la química orgánica. August Kekulé aplicó sus principios a la estructura del benceno. Basó su razonamiento en tres premisas:
- El benceno es C6H6.
- Todos los hidrógenos del benceno son equivalentes.
- La teoría estructural requiere que haya cuatro enlaces para cada carbono.
Pronto fue señalado un fallo en la fórmula de Kekulé del benceno. De acuerdo con la fórmula de Kekulé, la disustitución 1,2 es diferente a la disustitución 1,6. Estas dos fórmulas estructurales difieren en que los dos carbonos sustituidos están conectados por un doble enlace en una y por un enlace simple en la otra. Dado que todos los conocimientos disponibles indicaban que tal isomería no existía, Kekulé modificó su hipótesis y consideró que en el benceno existía una rápida migración de enlace consecuencia de una interconversión de dos estructuras.
La formulación de Kekulé se refiere a la estructura del benceno, pero deja sin resolver importantes preguntas acerca de su reactividad. El benceno no se comporta en la forma que podríamos esperar para el comportamiento del ciclohexatrieno. El benceno no es un ciclohexatrieno estático, el benceno no es un par de isómeros de ciclohexatrieno que se equilibren rápidamente. Quedó para las teorías electrónicas de la química orgánica del siglo XX proporcionar la comprensión acerca del porqué el anillo de benceno es una unidad estructural tan estable.
Numerosos estudios no dejan duda de que el benceno es plano y que su esqueleto carbonado tiene la forma de un hexágono regular. No hay evidencias que soporten las formulaciones estructurales con dobles y simples enlaces alternados. Todos los enlaces carbono-carbono tienen la misma longitud (1.4 Å) y los ángulos de enlace de 120° se corresponden perfectamente con la hibridación sp2. Muy interesante es que la distancia de 1.386 Å en el benceno es el punto medio entre la longitud del típico enlace sencillo sp3-sp3 de 1.46 Å y la longitud del doble enlace sp2-sp2 de 1.34 Å. Si las longitudes de enlace están relacionadas con el tipo de enlace, ¿qué tipo de enlace carbono-carbono es el que queda a la mitad entre las longitudes de enlace simple y del doble?
Resonancia del bencenoLa descripción del siglo XX acerca del enlace en el benceno incluyen dos importantes aproximaciones, los tratamientos por resonancia y por orbitales moleculares, que juntos proporcionan un cuadro bastante claro de la aromaticidad. Empezaremos con la descripción de la resonancia.
Las dos estructuras de Kekulé para el benceno tienen la misma disposición de los átomos pero difieren en el emplazamiento de los electrones. Así, existen formas resonantes entre sí, pero ninguna de ellas representa correctamente por sí misma el enlace en la molécula real. El benceno es un híbrido de las dos estructuras de Kekulé. La estructura híbrida se representa a menudo por un hexágono que contiene un círculo en la parte interna. El círculo nos recuerda la naturaleza deslocalizada de los electrones. fue sugerida por primera vez por el químico Robert Robinson como un símbolo conveniente para el sexteto aromático, los seis electrones pi deslocalizados en el anillo de benceno.
Orbitales moleculares pi del bencenoDespués de haber visto al benceno con base en la resonancia, se verá ahora una descripción basada en los orbitales moleculares. La teoría OM describe al benceno de un modo que, en muchos aspectos, es superior a la aproximación simple de la resonancia.
En la representación orbital se ponen de relieve la conjugación cíclica de la molécula de benceno y la equivalencia de los seis enlaces carbono-carbono.
Dado que los seis átomos de carbono y los seis orbitales p del benceno son equivalentes, es imposible definir tres enlaces pi de alqueno localizados en los cuales un orbital pi dado se superponga sólo con un orbital p vecino. Más bien, cada orbital p se superpone de igual manera con ambos orbitales p vecinos, lo que da por resultado un esquema del benceno en el que los seis electrones pi se encuentran completamente deslocalizados alrededor del anillo. El benceno tiene, por tanto, dos nubes de electrones en forma de rosquilla, una por encima del anillo y otra por debajo.
Propiedades Físicas
- Son compuestos de baja polaridad.
- Insolubles en agua
- Menos densos que el agua
- En ausencia de grupos sustituyentes polares, las fuerzas intermoleculares son débiles y limitadas a las atracciones de Van Der Waals del tipo dipolo inducido-dipolo inducido.
- Hasta no hace mucho y a pesar de su inflamabilidad, el benceno se usó ampliamente como disolvente. Este uso ha desaparecido prácticamente una vez que fue demostrado que el benceno es un cancerígeno y pruebas estadísticas demuestran un aumento de la incidencia de la leucemia entre los trabajadores expuestos a niveles de benceno tan bajo como 1 ppm (1 mg/litro de solución). El tolueno ha reemplazado al benceno como disolvente orgánico barato, porque tiene propiedades similares como disolvente y no se ha demostrado que sea cancerígeno en los sistemas celulares y a los niveles que lo es el benceno.
AQUI ENCONTRARAS INFORMACION SOBRE LA NOMENCLATURA DE LOS HIDROCARBUROS AROMATICOS: http://genesis.uag.mx/edmedia/material/quimicaII/Aromaticos.cfm