Hidrocarburos aromáticos

Cuando se estudian las reacciones de algunos compuestos insaturados, cuyo ejemplo más típico es el benceno y sus derivados, se observan características marcadamente distintas de las de los compuestos alifáticos, por lo que se agrupan en una nueva serie llamada aromática, término que, en un principio, provenía del hecho de que muchos compuestos de esta serie tenían olores intensos y casi siempre agradables.

El hidrocarburo aromático más sencillo es el benceno, que constituye, además, el compuesto fundamental de toda la serie aromática. La estructura molecular del benceno ha sido estudiada exhaustivamente por numerosos métodos tanto químicos como físicos. El benceno (y los demás anillos aromáticos) no puede representarse por una sola fórmula, sino por varias llamadas estructuras resonantes o mesómeras, que son ficticias, pero cuya superposición imaginaria es capaz de dar cuenta de las propiedades características del benceno, así como de otros compuestos con resonancia.

Modernamente,  para no tener que escribir todas las estructuras resonantes, se representa el benceno por la siguiente fórmula estructural simplificada:

ffenil.gif (474 bytes)
benceno (C6H6)

Los hidrocarburos aromáticos más sencillos pueden considerarse como derivados del benceno, por sustitución de uno o varios átomos de hidrógeno por radicales hidrocarbonados, bien sean saturados, como metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, etc., o no saturados, como etenilo o vinilo, etinilo, etc. Existen, además, muchos otros hidrocarburos aromáticos con varios anillos, llamados, por esto, polinucleares, como por ejemplo el naftaleno, antraceno, fenantreno, etcétera, y todos sus derivados por sustitución de átomos de hidrógeno por radicales hidrocarbonados.

Nomenclatura de los hidrocarburos aromáticos

Para nombrar los hidrocarburos derivados del benceno por alquilación tales como:

falquilb.gif (548 bytes)

se nombra el radical y a continuación se nombra benceno, por ejemplo:

fetilben.gif (755 bytes)
etil benceno

Cuando son dos los radicales sustituyentes, se puede proceder de dos modos distintos:

a) Se numeran los carbonos del benceno asignando la posición 1 de modo que correspondan los números más bajos posibles, y se leen los radicales indicando sus posiciones anteponiéndolas a la palabra benceno:

f1m2eben.gif (1842 bytes)
1-metil-2-etil-benceno

(Se han nombrado los sustituyentes en orden de complejidad creciente.)

b) El nombre se deriva de las posiciones relativas de los radicales:

forto.gif (648 bytes)posición orto. Abreviadamente: o
fmeta.gif (643 bytes)posición meta. Abreviadamente: m
fpara.gif (603 bytes)posición para. Abreviadamente: p

Así, por ejemplo, se nombrarán:

fomeben.gif (896 bytes)fmdmben.gif (765 bytes)
o-metil etil benceno        m-dimetil benceno

La mayoría de los hidrocarburos aromáticos poseían nombres triviales, la mayoría de los cuales se conservan:

ftolueno.gif (756 bytes)fnafta.gif (875 bytes)fantra.gif (1231 bytes)
metilbenceno 
(tolueno)      
naftaleno (C10H8)    antraceno (C14H10)

Obtención de los hidrocarburos aromáticos

Por destilación del alquitrán de hulla se o tienen benceno, tolueno (metilbenceno), xilenos (dimetilbenceno), naftaleno, antraceno y fenantreno.

Los métodos generales de obtención de hidrocarburos bencénicos son:

a) Síntesis de Wurtz-Fittig

fbrben.gif (552 bytes) +  2Na  +  Br—Rflechab1.gif (117 bytes)falquilb.gif (548 bytes)   +   2NaBr

b) Síntesis de Friedel y Crafts

fc6h5h.gif (515 bytes) +   Br—CH3Cl3Al
flechab0.gif (130 bytes)
 
fmetilb.gif (603 bytes)   +   2NaBr

Propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos aromáticos

Son todos incoloros (el antraceno presenta fluorescencia azulada) muy aromáticos, insolubles en agua y menos densos que ésta. 

Las reacciones más importantes de los hidrocarburos aromáticos son las de sustitución, en las que un grupo funcional sustituye a uno de los átomos de hidrógeno del anillo aromático:

a) Halogenación

El benceno en presencia de luz solar adiciona cloro hasta llegar a hexacloro ciclohexano:

ffenil.gif (474 bytes) +   3 Cl2Luz U.V.
flechab0.gif (130 bytes)
 
  fhcch.gif (1103 bytes)
benceno hexaclorociclohexano 

b) Nitración

Consiste en la sustitución de un hidrógeno por el grupo —NO2, y se produce por la acción del ácido nítrico, en presencia de ácido sulfúrico (mezcla sulfonítrica):

ffenil.gif (474 bytes)   +   NO3H SO4H2
flechab0.gif (130 bytes)
 
  fnitrob.gif (629 bytes)  +   H2O
benceno nitrobenceno 

c) Sulfonación

Consiste en la sustitución de un hidrógeno por el grupo —SO3H, y se produce por la acción, en caliente, del ácido sulfúrico concentrado:

ffenil.gif (474 bytes)   +   SO4H2   flechab0.gif (130 bytes)  fabs.gif (664 bytes)  +   H2O
benceno ácido bencenosulfónico 

d) Reacciones de Friedel-Crafts

Consisten en la sustitución de un hidrógeno por un radical alquilo,—R, llamada alquilación; o por un radical acilo,—RCO—, llamada acilación. Ambas reacciones se producen, respectivamente, mediante la acción de halogenuros de alquilo, R—X, o de halogenuros de acilo, R—CO—X, en presencia del cloruro de aluminio anhidro, como catalizador. Por ejemplo:

ffenil.gif (474 bytes)   +   CH3—CH2Cl   Cl3Al
flechab0.gif (130 bytes)
 
  fetilben.gif (755 bytes)   +  ClH
cloroetano etilbenceno 

 

ffenil.gif (474 bytes)   +   CH3—COCl   Cl3Al
flechab0.gif (130 bytes)
 
  fmfc.gif (719 bytes)   +  ClH
cloruro de acetilometilfenilcetona 

Como puede observarse en la alquilación se producen otros hidrocarburos aromáticos, mientras que la acilación conduce a cetonas aromáticas, siendo el método de Friedel-Crafts muy utilizado para la síntesis de estos compuestos.