Fundamento teorico de nitración de anillos aromáticos

Fundamento teorico de nitración de anillos aromáticos

Nitración

La nitración es un proceso químico general para la introducción de un grupo nitro en un compuesto químico mediante una reacción química.

Ejemplos de nitraciones simples son la conversión de glicerina en nitroglicerina con ácido nítrico y sulfúrico, la de la cianhidrina de acetona con ácido nítrico en anhídrido acético para obtener nitrato de acetocianhidrina y la conversión de α-bromobutirato de etilo en α-nitrobutirato de etilo con nitrito sódico.

Nitración aromática

La nitración aromática sucede con compuestos aromáticos gracias a un mecanismo de sustitución electrófila aromática que incluye el ataque de un anillo bencénico rico en electrones por parte del ion nitronio.

El benceno resulta nitrado gracias al reflujo de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado a 50 °C.

1. 2H2SO4 + HNO3 → 2HSO41- + NO2+ + H3O+

2. C6H6 + NO2+ → C6H5NO2 + H+

3. H+ + H3O+ + 2HSO41- → H2O + 2H2SO4

El ácido sulfúrico es regenerado y por tanto actúa como catalizador.

Mecanismo de reacción

Nitración del benceno

Esta reacción se inicia mediante el ataque electrofilico sobre el anillo aromático. El reactivo electrofilico, que es el ion nitronio, se forma por la acción del ácido sulfúrico sobre el ácido nítrico.

Una vez que se ha formado el ion nitronio, puede atacar el anillo aromático. El nitrógeno se une al anillo mediante un par de electrones que originalmente se encontraban en el orbital deslocalizado del anillo, se elimina ácido sulfúrico. El ion carbonio que se forma como intermediario se pude representar como híbrido e resonancia de 3 formas contribuyentes principales, se encuentra estabilizado por resonancia.

Alcance

La selectividad es siempre un desafío en las nitraciones. La nitración con fluorenona es selectiva y produce un compuesto trinitro o tetranitro ajustando las condiciones de reacción sólo ligeramente. Otro ejemplo de trinitración puede hallarse en la síntesis del floroglucinol.

Otros reactivos de nitración incluyen el tetrafluoroborato de nitronio, que es una sal de nitronio auténtica. Este compuesto puede ser preparado a partir de fluoruro de hidrógeno, ácido nítrico y trifluoruro de boro. Los compuestos aromáticos nitrados son intermediarios importantes para las anilinas mediante la acción de un agente reductor.

Una mayor dilucidación de la selectividad puede hallarse examinando los sustituyentes de anillos y el efecto que tienen en la tasa de reacción de esta sustitución electrófila aromática. Los grupos de desactivación tales como otros grupos nitro tienen un efecto de retirada del par de electrones que desactiva la reacción (creando dificultad en la formación de productos polinitrados) y dirige el electrofílico ion nitronio a atacar la posición meta aromática.

Los sustitutos desactivadores meta-directores incluyen el tionil, grupos ciano, cetonas, pueden ser ésteres o derivados carboxílicos. La nitración puede ser activada mediante grupos de activación tales como aminas, hidroxilo, metilo, también amidas y éteres resultantes en para y orto isómeros.

El 1,3-dinitrobenceno y el 1,3,5-trinitrobenceno son sustancias sintéticas usadas en explosivos. Ambos compuestos son sólidos amarillos tipo cristales a temperatura ambiente. Pueden existir en el aire en pequeñísimas cantidades como polvo o vapor, y pueden disolverse en ciertos líquidos. Si cualquiera de las dos sustancias se coloca bajo intenso calor, explotarán. Estos compuestos no tienen olor ni sabor.

Hidrólisis (del griego: ὕδωρ, hudōr, ‘agua’; y λύσις, lysis, ‘ruptura’ o ‘disociación’) es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente.

Hidrólisis Ácido Base

En la hidrólisis ácido-base el agua se divide en el ion hidroxilo OH- y un protón H+ (el cual es inmediatamente hidratado para formar el ion hidronio H3O+). Esta reacción sucede espontáneamente en agua pura, y en el equilibrio la concentración de iones hidronio en agua es [H3O+] = 1 × 10–7 M. Esta es también la concentración de iones hidroxilo puesto que cada molécula de agua que se divide genera un hidroxilo y un hidronio. Dicho equilibrio se denomina autoprotólisis:

La adición de algunas sustancias al agua, por ejemplo una sal, modifica el equilibrio.1 Al ser disueltos en agua, los iones constituyentes de una sal se combinan con los iones hidronio, hidroxilo, o ambos, procedentes de la disociación del agua. Al consumirse estos iones se modifica su concentracion y, como consecuencia, se modifica el valor del pH.

Los iones A-, BH+ procedentes de ácidos débiles AH, bases débiles B o sales AB se hidrolizan por acción del agua, dependiendo el grado de la reacción de la debilidad del ácido o de la base, y la solubilidad de la sal; los iones procedentes de ácidos o bases fuertes no se hidrolizan apreciablemente. Tanto la reacción como su constante de equilibrio se pueden obtener por combinación de la reacción ácido-base con la reacción de autoprotólisis del agua. Así, las sales obtenidas a partir de ácidos y bases fuertes no se hidrolizan, las obtenidas a partir de ácidos y bases débiles se hidrolizan de forma que el pH depende de las dos constantes, y en las obtenidas a partir de una combinación de ácido y base en las que sólo uno es fuerte, será el fuerte el que determine el pH.

Hidrólisis en química orgánica

En química orgánica, la hidrólisis se presenta como la reacción opuesta a la condensación. En este contexto una molécula orgánica y el agua reaccionan rompiendo un enlace covalente para formar dos moléculas orgánicas con grupos funcionales que incluyen los átomos de la molécula de agua. En general se requiere añadir ácidos o bases fuertes para catalizar la hidrólisis.

Hidrólisis de amidas y ésteres

Hidrólisis de ésteres.

La hidrólisis de amidas y ésteres ocurre cuando un nucleófilo, como el agua o el ion hidroxilo, ataca el carbono del grupo carbonilo del éster o la amida. En una base acuosa, los

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