Referencias | 🌸 Arenos aromáticos | Joseleg

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7. Propiedades químicas | 🌸 Arenos aromáticos | Joseleg

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Los anillos aromáticos, como el benceno, reaccionan con electrófilos muy fuertes, generalmente cargados positivamente, en una reacción que resulta en la sustitución de un anillo de hidrógeno.

Halogenación

 En una reacción de halogenación, los anillos aromáticos reaccionan con Cl₂ en presencia del catalizador ácido de Lewis FeCl₃ para dar cloroarenos.

Reaccionan con Br₂ en presencia del catalizador ácido de Lewis FeBr₃ para dar bromoarenos.

Sulfonación

En una reacción de sulfonación, los anillos aromáticos reaccionan con SO₃ en presencia de ácido sulfúrico para producir ácidos arilsulfónicos.

Nitración

En una reacción de nitración, los anillos aromáticos reaccionan con ácido nítrico en presencia de ácido sulfúrico para producir nitroarenos.

Los nitroarenos son intermediarios sintéticos útiles porque el grupo nitro se puede reducir a un grupo amino por reacción con H₂ y un catalizador de metal de transición o, como alternativa, mediante el uso de hierro, zinc o estaño en HCl seguido de una base. No existe una reacción de sustitución aromática electrófila que introduzca el grupo amino directamente en el anillo aromático.

Alquilación de Friedel-Crafts

En una alquilación de Friedel-Crafts, los anillos aromáticos reaccionan con haloalcanos en presencia de un ácido de Lewis como AlCl₃ para producir alquilbencenos. Los reordenamientos y la sobrealquilación pueden ser un problema. En una acilación de Friedel-Crafts, los anillos aromáticos reaccionan con cloruros de ácido en presencia de un ácido de Lewis como AlCl₃ para producir acilbencenos. – Los productos de acilbenceno de las reacciones de acilación de Friedel-Crafts se pueden reducir al alquilbenceno correspondiente usando reducciones de Clemmensen o Wolff-Kishner, lo que proporciona un método conveniente para producir alquilbencenos que no se pueden producir con un alto rendimiento usando la alquilación de FriedelCrafts debido a reordenamiento o sobrealquilación.

Aparte de alquilación existen otro tipo de reacciones relacionadas como la acilación:

 Alquilación con alquenos

Alquilación con alcoholes

Sustituciones aromáticuas nucleofílicas

La sustitución aromática electrófila es, con mucho, el mecanismo más común para las reacciones con anillos aromáticos, pero en algunas situaciones, los anillos aromáticos reaccionan con nucleófilos. Los haloarenos reaccionan con bases muy fuertes (NaNH₂) o bases moderadas (NaOH) a alta temperatura (300 °C a 500 °C) para producir productos en los que se reemplaza el halógeno.  El grupo base/nucleófilo termina en el átomo de carbono del anillo que originalmente estaba unido al halógeno, así como en posiciones adyacentes (orto) debido a los intermediarios de bencina. Los haloarenos que se activan al tener grupos atractores de electrones fuertes orto y/o para reaccionan con nucleófilos fuertes como la hidracina para dar sustitución de manera regioselectiva

6. Propiedades físicas | 🌸 Arenos aromáticos | Joseleg

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Los olores agradables de los derivados de muchos arenos es el origen del nombre hidrocarburos aromáticos. Los arenos en sí son generalmente bastante tóxicos, cuando no son extremadísimamente tóxicos; algunos son cancerígenos y se debe evitar la inhalación de sus vapores. Los arenos volátiles son altamente inflamables y arden con una llama luminosa de hollín, en contraste con los alcanos y alquenos, que generalmente arden con una llama azulada que deja pocos residuos de carbono.

Los arenos más comunes y sus propiedades físicas se dan en la tabla:

Tabla 6‑1. Propiedades físicas de algunos arenos, Mp significa melting Point o punto de fusión, BP significa boiling Point o punto de ebullición, mientras que la densidad esta medida a 20° Celsius y en unidades de g/mL o kg/L.

Los arenos son menos densos que el agua, por lo que flotarán en una mezcla con agua y son altamente insolubles. Los puntos de ebullición aumentan regularmente con el aumento del peso molecular, pero hay poca correlación entre el punto de fusión y el peso molecular. El punto de fusión depende en gran medida de la simetría del compuesto; así, el benceno se funde 100° más que el metilbenceno, y el 1,4-dimetilbenceno (para-xileno) más simétrico tiene un punto de ebullición más alto que el isómero 1,2 o 1,3. Este último hecho se utiliza en la separación por cristalización fraccionada de 1,4-dimetilbenceno a partir de mezclas de isómeros producidos a partir del petróleo.

5. Nomenclatura | 🌸 Arenos aromáticos | Joseleg

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La nomenclatura de los compuestos aromáticos es compleja pues depende de si estamos trabajando con anillos únicos de base en benceno, con anillos múltiples fusionados, con anillos heterocíclicos simples, con anillos heterocíclicos fusionados, y sustituyentes importantes que alteran el nombre base de la sustancia.

Nomenclatura con base en benceno

Monosustituciones

Los alquilbencenos monosustituidos se nombran como derivados del benceno, como, por ejemplo, etilbenceno. El sistema IUPAC conserva los nombres comunes de varios de los alquilbencenos monosustituidos más simples. Los ejemplos son tolueno (en lugar de metilbenceno), cumeno (en lugar de isopropilbenceno) y estireno (en lugar de vinilbenceno).

5.1

El sistema IUPAC también conserva los nombres comunes fenol, anilina, benzaldehído, ácido benzoico y anisol.

5.2

En moléculas que contienen grupos funcionales de mayor jerarquía oxidativa que el benceno, este se va a reconocer como un grupo sustituyente.

1-fenil-1-pentanona

5.3

1-4-(3-Metoxifenil)-2-butanona

5.4

Disustituciones

Cuando hay dos sustituyentes en un anillo de benceno, son posibles tres isómeros constitucionales. Los sustituyentes pueden localizarse numerando los átomos del anillo o utilizando los localizadores orto, meta y para. 1,2- equivale a orto (griego, recto o correcto), 1,3- equivale a meta (griego, en medio, entre), y 1,4- equivale a para (griego, más allá). Cuando uno de los dos sustituyentes en el anillo imparte un nombre especial al compuesto, como, por ejemplo, tolueno, cumeno, fenol y anilina, entonces el compuesto se nombra como un derivado de esa molécula original. Se supone que el sustituyente especial ocupa la posición número 1 del anillo. El sistema IUPAC conserva el nombre común xileno para los tres dimetilbencenos isoméricos.

5.5

Cuando ninguno de los grupos imparte un nombre especial, los dos sustituyentes se ubican y enumeran en orden alfabético antes de la terminación -benceno. El carbono del anillo de benceno con el sustituyente de orden alfabético más bajo se numera C-1.

5.6

Polisustituciones

Cuando tres o más sustituyentes están presentes en un anillo, sus ubicaciones se especifican mediante números. Si uno de los sustituyentes imparte un nombre especial, entonces el compuesto se nombra como un derivado de esa molécula original. Si ninguno de los sustituyentes imparte un nombre especial, los sustituyentes se numeran para dar el conjunto de números más pequeño y se enumeran en orden alfabético antes de la terminación -benceno. En los siguientes ejemplos, el primer compuesto es un derivado del tolueno y el segundo es un derivado del fenol. Debido a que no hay un nombre especial para el tercer compuesto, sus tres sustituyentes se enumeran en orden alfabético y los átomos del anillo se numeran utilizando el conjunto de números más bajo posible.

5.7

Polianillos

Los hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAP) contienen dos o más anillos de benceno, cada par de los cuales comparte dos átomos de carbono en el anillo. El naftaleno, el antraceno y el fenantreno son los HAP más comunes, y las sustancias derivadas de ellos, se encuentran en el alquitrán de hulla y en los residuos de petróleo de alto punto de ebullición y muchas hormonas derivadas del colesterol.

5.8

En un momento, el naftaleno se usó como repelente de polillas e insecticida para conservar lana y pieles, pero su uso ha disminuido debido a la introducción de hidrocarburos clorados como el p-diclorobenceno. Al numerar los PAH, los átomos de carbono comunes a dos o más anillos no se numeran porque no tienen hidrógenos reemplazables. En el petróleo y el alquitrán de hulla también se encuentran cantidades menores de los siguientes HAP.

5.9

Estos compuestos se pueden encontrar en los escapes de los motores de combustión interna que funcionan con gasolina (por ejemplo, motores de automóviles) y en el humo del cigarrillo. El benzo[a]pireno ha atraído un interés particular porque es un carcinógeno muy potente (sustancia que causa cáncer) y mutágeno que se produce muy fácilmente al quemar cualquier sustancia orgánica compleja.

Nomenclatura con base en el fenol

El grupo funcional de un fenol es un grupo hidroxilo unido directamente a un anillo de benceno. Los fenoles sustituidos se nombran como derivados del fenol, como bencenoles o con nombres comunes.

Los fenoles se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. El propio fenol y los cresoles isoméricos (o-, m- y p-cresol) se encuentran en el alquitrán de hulla y el petróleo. El timol y la vainillina son componentes importantes del tomillo y la vainilla, respectivamente.

5.10

El fenol, o ácido carbólico como se le llamó una vez, es un sólido de bajo punto de fusión que es soluble en agua. En concentraciones suficientemente altas, es perjudicial para todo tipo de células. En soluciones diluidas, tiene algunas propiedades antisépticas y fue introducido en la práctica de la cirugía por Joseph Lister, quien demostró su técnica de cirugía aséptica en el quirófano de la Escuela de Medicina de la Universidad de Glasgow en 1865. El uso médico del fenol ahora es limitado. Ha sido reemplazado por antisépticos que son más potentes y tienen menos efectos secundarios indeseables. Entre estos se encuentra el hexilresorcinol, que se usa ampliamente en preparaciones sin receta como antiséptico y desinfectante suave. El eugenol, que se puede aislar de los botones florales (clavos) de Eugenia aromatica, se usa como antiséptico y analgésico dental. El urushiol es el componente principal del aceite irritante de la hiedra venenosa.

5.11