Benceno, líquido incoloro de olor característico y sabor a quemado, de fórmula C6H6
El Benceno
Indice
1.
Introducción
2.
Estructura del
benceno.
4. Propiedades de esos
hidrocarburos
5.
Conclusión
6. Bibliografía
1. Introducción
El Tema que vamos a presentar es relacionado a los Hidrocarburos
Aromáticos de cadena cerrada, El benceno fue descubierto
en 1825 por el científico inglés
Michael Faraday, su formula es C6H6, La estructura de
la molécula del benceno es de gran importancia en química
orgánica. El primero en formular la teoría
de la estructura de
anillo de resonancia descrita anteriormente fue el químico
alemán August Kekulé Von.
Los compuesto aromáticos comprendían
antiguamente un pequeño grupo de
sustancias que poseían sabor y olor aromático y se
obtenían a la vez de los ácidos
esenciales, de los bálsamos, resinas, etc.
Esta designación tuvo el mismo origen que el de tantas
otras clasificaciones empíricas basadas en las características físicas,
químicas y organolépticas, con la diferencia de que
un estudio profundo de estos compuesto nos llevo a la
conclusión de que el parecido entre ellos era más
grande de lo que parecía a simple vista. Pronto se
descubrió que muchas sustancias inodoras y de olor
desagradable debían clasificarse entre los compuestos
aromáticos por ser derivados del benceno y, por
consiguiente, las propiedades de este hidrocarburo vinieron a ser
atributo general de los compuestos aromáticos.
En el Tema veremos varios elementos importantes, como su
origen, su estructura, los métodos de
obtención, los homólogos del benceno y
orientación de los sustituyentes en los derivados.
Hidrocarburos Aromáticos de cadena cerrada;
nucleicos
Benceno, Breve historia
El benceno fue descubierto en 1825 por el científico
inglés
Michael Faraday, C6H6, como uno de los componentes de un aceite
que recogió de las tuberías del gas del
alumbrado. Su composición era C6H6, dada con
símbolos modernos, y tenía un punto de fusión de
5 ° C y un punto de
ebullición de 80 ° C.
Hoffmann, en 1845, lo encontró en el
alquitrán de hulla, que es todavía la fuente
principal del benceno y sus derivados. Se observó pronto
que el benceno se comporta como el compuesto del que derivan un
número enorme de compuestos, que habían sido
aislados en la naturaleza o
habían sido preparados en el laboratorio,
con los famosos colorantes de alquitrán.
Una tonelada de carbón transformada en coque en
un horno produce unos 7,6 litros de benceno. En la actualidad se
obtienen del petróleo
grandes cantidades de benceno, ya sea extrayéndolo
directamente de ciertos tipos de petróleo
en crudo o por tratamiento químico del mismo.
La estructura de la molécula de benceno es de
gran importancia en química
orgánica. El primero en formular la teoría
de la estructura de anillo de resonancia descrita anteriormente
fue el químico alemán August Kekulé Von
Stradonitz, en 1865. Por diversos motivos, los científicos
del siglo XX tuvieron dificultades para asimilar esta idea, y
desarrollaron en su lugar una descripción molecular orbital de los
electrones orbitando por toda la molécula en vez de por
los átomos de carbono.
2. Estructura del
benceno.
El análisis y la determinación del peso
molecular demuestran que la fórmula molecular del benceno
es C6R6. Siendo el número de
átomos de hidrógeno del benceno mucho menor que el
hidrocarburo parafinico correspondiente, el hexano,
C6R14, es de esperar que aquél
dé reacciones de instauración. Esto ocurre, por
ejemplo, en lás reacciones que siguen:
a) El benceno adiciona halógenos hasta un
máximo de seis átomos.
b) El benceno puede hidrogenarse catalíticamente
a ciclohexano, pudiendo adicionar seis átomos de
hidrógeno como máximo
Estas reacciones indican que el benceno tiene tres
dobles enlaces. Sin embargo. demuestra que estos enlaces se
comportan de una forma especial en comparación los
componentes alifáticos, por ejemplo:
El permanganato alcalino no reacciona con el benceno en
frío, pero por ebullición prologada lo transforma
en C02 y H20.
En ausencia de luz Solar (y de
preferencia en presencia de transportadores de con los
halógenos), el benceno con los halógenos, reaccione
de sustitución.
Los halogenuros de hidrógeno no se adicionan al
benceno.
3. Los métodos de
obtención
Propiedades físicas
El benceno es un liquido incoloro, de olor característico, indolubre en el agua, pero
soluble en alcohol, el
caucho, etc. Disuelve el yodo, el fósforo, el azufre, el
alcanfor, las sustancias grasas, el caucho, etc. Es menos denso
que el agua, hierve a
80 c.
Propiedades Químicas.
La sustitución aromática puede seguir tres caminos;
electrofilico, nucleofilico y de radicales libres. Las reacciones
de sustitución aromáticas más corrientes son
las originadas por reactivos electrofilicos. Su capacidad para
actuar como un dador de electrones se debe a la
polarización del núcleo Bencénico. Las
reacciones típicas del benceno son las de
sustitución. Los agentes de sustitución más
frecuentemente utilizados son el cloro, bromo, ácido
nítrico y ácido sulfúrico concentrado y
caliente.
Halogenación
El cloro y el bromo dan derivados de sustitución que
recibe el nombre de haluros de arilo.
FE
C6H6 + CL2 ®
C6H5CL + HCL
Clorobenceno
FE
C6H6 + Br2 ®
C6H5Br + HBr
Bromobenceno
La halogenación está favorecida por la
temperatura
baja y algún catalizador, como el hierro o
tricloruro de aluminio, que
polariza al halógeno X ± para que se produzca
enérgicamente la reacción. Los catalizadores suelen
ser sustancias que presentan deficiencia de
electrones.
Sulfonación
Cuando los hidrocarburos
bencénicos se tratan con ácido sulfúrico
fumante (ácido sulfúrico que contiene
anhídrido sulfúrico) H2SO4 + SO3 se forman
compuestos característicos que reciben el nombre de
ácidos
sulfónicos. En realidad, se cree que el agente activo es
el SO3
SO3
C6H6 + HOSO3H ®
C6H5SO3H + H2O
Ácido benceno sulfónic
Nitración
El ácido nítrico fumante o también una
mezcla de ácidos nítrico y sulfúricos
(mezcla sulfonítrica), una parte de ácido
nítrico y tres sulfúricos, produce derivados
nitrados, por sustitución. El ácido
sulfúrico absorbe el agua
producida en la nitración y así se evita la
reacción inversa:
H2so4
C6h6 + hono2 ®
C6H5NO2 + H2O
Nitro – benceno
Combustión.
El benceno es inflamable y arde con llama fuliginosa, propiedad
característica de mayoría de los compuestos
aromáticos y que se debe a su alto contenido en carbono.
C6h6 +71 ¤ 2 o2 ® 6co2 + 3h2o
Hidrogenación.
El núcleo Bencénico, por catálisis, fija
seis átomos de hidrógeno, formando el ciclohexano,
manteniendo así la estructura de la cadena
cerrada.
Síntesis de Friedel y Crafts,
Alquilación
El benceno reacciona con los haluros de alquilo, en presencia de
Cloruro de aluminio
anhidro como catalizador, formando homólogos.
AlCl3
C6H6 + CH3Cl ®
C6H5CH3 + HCl
Tolueno
El ataque sobre el anillo bencénico por el ion
CH3 electrofilico es semejante al realizado por el ion Cl en la
halogenación.
Síntesis de Wurtz – Fitting.
Es una modificación de la de Wurtz de la serie grasa. Los
homólogos del benceno pueden prepararse calentando una
solución etérea de un halogenuro de alquilo y otro
de arilo con sodio.
Este método
tiene la ventaja sobre el de Friedel – Crafts, de que se
conoce la estructura del producto y
puede introducirse fácilmente cadenas largas
normales.
Derivados del benceno, Influencia orientadora de los
elementos que sustituyen al benceno.
Cuando se introduce un segundo sustituyente y en un derivado del
benceno del tipo C6H5X, la posición que ocupa Y depende
del carácter
electrónico del grupo X, que
ya está presente en el núcleo. Los productos de
la reacción pueden ser orto y para o meta disustituidos y
eso depende de la velocidad de
la reacción de sustitución en cada una de las tres
posiciones.
A continuación damos las reglas de
orientación:
Los grupos de la
clase 1 (dadores de electrones) orientan la sustitución a
las posiciones orto y para. En esta clase puede ser uno de los
grupos que
siguen, OH, NH2, Cl, Br, I, F, CH2CI, SH,
C6H5, etc.
Los grupos de la clase II (aceptores de electrones)
orientan la sustitución a la posición meta. En esta
clase puede ser: N02, SO3H, CN, COOH, CHO,
etc.
Hay un método
sencillo de orientación para los derivados disustituidos
que fue establecido por Körner. Frecuentemente es llamado
método 2,3.1 de Körner. Se basa en el principio de
que la introducción de un tercer sustituyente en
un compuesto para da un producto
trisustituido, en el isómero orto dos y en el meta tres.
Körner aplicó este principio para establecer la
orientación de los dibromobencenos isómeros:
nitró cada uno de ellos y examinó el número
de productos
nitrados. El isómero que dio un solo dibromo-nitrobenceno
es él para; el que dio dos derivados nitrados, el orto, y
el tercero que dio tres, es el compuesto meta.
Hidrocarburos de la serie homologa del benceno
Los hidrocarburos tales como el tolueno, etil benceno, etc.
tienen carácter
alifático y aromático. El benceno es no polar lo
mismo que el metano, siendo cero el momento dipolar de cada uno
de los compuestos. Sin embrago, el tolueno tiene un
pequeño momento dipolar (=0,4D) con la carga negativa
sobre el núcleo y la positiva sobre el grupo metilo. Los
homólogos del benceno experimentan la cloración, ya
sea en el núcleo o en la cadena lateral, según sean
las condiciones de la reacción.
4. Propiedades de esos
hidrocarburos
Tolueno.
El tolueno o metil benceno (C6H5 – CH3) se obtiene, como ya
hemos dicho, por destilación de los aceites ligeros de hulla
y en la síntesis
de Friedel – Crafts. Se emplea en la fabricación de
materias colorantes del radical metilo, facilita la
sustitución.
halogenación:
La halogenación del núcleo aromático del
tolueno con ayuda de un catalizador es más rápida
que en el benceno, pues la mayor densidad electrónica en el núcleo, producido
a por el efecto inductivo del radical metilo, facilita la
sustitución.
Nitración.
Los homólogos del benceno Se nitran más
fácilmente que éste, debido al efecto de
activación del grupo alquilo. Cuando se nitra tolueno con
mezcla nitrante Se origina una mezcla de orto y para
nitrotoluenos.
El trinitrotolueno puede prepararse en una sola operación,
pero su fabricación se realiza generalmente pasando por
las tres etapas.
Sulfonación.
La Sulfonación del tolueno, lo mismo que en la
nitración, se produce la sustitución en orto y
para, produciéndose más de un 95 por 100 de este
último.
Etilbenceno.
Ya mencionado anteriormente, es un isómero de los xilenos
y por oxidación con dicromato de potasio y ácido
sulfúrico se obtiene ácido benzoico.
O
½
C6H5CH3+Cr3O7–
+ 8H ®
C6h5C – OH + 2Cr +5H20
El Etilbenceno y otros homólogos del benceno,
cuando reaccionan en presencia de la luz solar, la
sustitución se hace en la cadena lateral y no en el
anillo. Primero se forma una mezcla de cloroetilbenceno y,
finalmente, pentacloroetilbenceno.
Todos ellos, como ya dijimos, se encuentran en los
aceites ligeros del alquitrán de hulla y son
difíciles de separar, dada la proximidad entre sus puntos
de ebullición. Los cuatro isómeros mezclados
constituyen el disolvente llamado xilol, empleado en trabajos
histológicos.
Hidrocarburos polibencénicos. Resultan de la
asociación de dos o más anillos bencénicos,
unión se verifica unas veces directamente, como en el
difenilo y en el naftaleno:
Y otras por medio de cadenas aciclicas, como en el difenilmetano,
trifenilmetano y antraceno.
Naftaleno. De fórmula C10H8, llamado
también naftalina. Está constituido por dos
núcleos bencénicos condensados. Su fórmula
estructural es:
Presenta dos clases de derivados monosustituidos: el de los
carbonos 1,4,5 y 8 se denomina. a g el de
los 2,3,6,7 se denominan b .
Se obtiene por destilación del alquitrán de hulla:
es un sólido blando insoluble en agua, soluble
en alcohol y en
éter.
Se emplea como antiséptico o insecticida y para fabricar
materias colorantes.
Antraceno. De fórmula C14H10, se
extrae de los aceites pesados del alquitrán de hulla Su
fórmula de estructura es:
Da tres clases de derivados monosustituidos:
Derivados a
———- Posición: 1,4,5 8
Derivados b
———- Posición: 2,3,6,7.
Derivados g
———– Posición: 9,10.
Es un sólido blanco, cristalino, insoluble en agua y
soluble en éter, alcohol y benceno. Se emplea para
fabricar materias colorantes
Hidrocarburos Aromáticos de cadena cerrada;
nucleicos
Como final de este trabajo tenemos que el benceno es un
compuesto aromático, que tiene muchas
características, el parecido entre ellos era más
grande de lo que parecía a simple vista. Pronto se
descubrió que muchas sustancias inodoras y de olor
desagradable debían clasificarse entre los compuestos
aromáticos por ser derivados del benceno y, por
consiguiente, las propiedades de este hidrocarburo vinieron a ser
atributo general de los compuestos aromáticos. Como
resumen el benceno es un Hidrocarburo Aromático de cadena
cerrada, fue descubierto en 1825 por el científico
inglés Michael Faraday, su formula es C6H6, su estructura
de la molécula es de gran importancia en química
orgánica. También encontramos varios elementos
importantes, los métodos de obtención, los
homólogos del benceno y orientación de los
sustituyentes en los derivados.
6. Bibliografía
Alcántara, Ma. Del consuelo. (1992). Química de
hoy. McGraw – Hill Interamericana de México,
S.A.
Sosa, Sergio. Caracas (1999). Química2000. Hill
Interamericana de Venezuela,
S.A.
Autor:
Felix Santos