Oxigeno V

BENCENO

Perteneciente a la familia de los compuestos aromáticos (anillo aromático), de formula C6H6, el cual posee una estructura electrónica única de entre los compuestos aromáticos que le da un comportamiento químico característico.

Este compuesto presenta un alto grado de instauración, y parece evidente que es una molécula simétrica y que la instauración de cualquier hidrógeno por el bromo es equivalente a la sustitución de cualquiera de los 5 hidrógenos restantes.

Se puede representar mediante las estructuras de Kekulé, propuestas en 1865, sin embargo ninguna de las dos son completamente correctas:

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS:

Es un compuesto particularmente estable, pues puede soportar el calor durante largo tiempo y presión alta manteniendo su identidad estructural.

El benceno no reacciona tan fácilmente con reactivos que típicamente lo hacen con alquenos y alcadienos. Por ejemplo el Bromo Br2 en CCl4 o el Permanganato de Potasio acuoso con el ciclohexeno y los ciclohexadienos. Se tiene que utilizar otro tipo de condiciones y/o catalizadores, como el Bromo en presencia de FeBr3 a temperatura ambiente, donde se da una reacción de sustitución entre el hidrógeno y el bromo.

Las longitudes de enlace carbono - carbono son de 1.39 Å en el benceno y no el típico 1.34 Å del C - C en un doble enlace, y mucho menos el 1.54 Å del enlace sencillo C - C.

Los ángulos son de 120° y es completamente plana.

Respecto a su estructura electrónica, los átomos híbridos del carbono son sp2 dando su planaridad a la molécula; y cada uno de estos átomos tiene un orbital p perpendicular a los sp2 donde tiene un solo electrón.

ESTRUCTURAS RESONANTES

Se representan mejor con su híbrido de resonancia:

De acuerdo a los calores de hidrogenación (que se emplearon para determinar la estabilidad de los alquenos), el benceno posee 36 Kcal/mol menos de energía de lo que se esperaría tener (se esperaba 85.8 Kcal/mol) si fuera 1,3,5 - ciclohexatrieno. O sea es 36 Kcal/mol mas estable de lo esperado, y es la energía de deslocalización oenergía de resonancia (por los electrones deslocalizados).

La deslocalización de los electrones en el benceno es una cualidad que a menudo se conoce como aromaticidad,y que aunque esta característica no solo se limita al benceno para que se pueda dar debe cumplir con los siguientes puntos:

Ser estructuras cíclicas y cumplir con la premisa de tener 4n+2 electrones deslocalizados (Regla de Hückel).

Ser moléculas planas o por lo menos muy cercanas a las planas.

Cada átomo del anillo debe tener hibridación sp2.

La molécula del benceno no es polar y es insoluble en agua.

Su punto de fusión es de 5.4°C, de ebullición 80.1°C y su densidad a 20°C 0.879g/cm3.

El benceno puede formar sistemas de anillos fusionados, como el naftaleno, el antraceno o el fenantreno, pertenecientes a los hidrocarburos aromáticos polinucleares.

Por ejemplo:

La reacción principal de los compuestos aromáticos es la sustitución aromática electrofílica, donde un electrófilo ataca al anillo aromático y da lugar a la sustitución., sustituyendo un Protón H+ por un electrófilo E+, preservando siempre la integridad aromática del sistema.

REACCIONES DEL BENCENO:

• Sustitución Aromática Electrofílica:

Los pasos son los siguientes:

• Generación del Electrófilo, reacción de equilibrio.

CATALIZADOR

E Nu E+ + -:Nu

Ataque del electrófilo sobre el núcleo aromático: Paso lento determinante de la velocidad.

Pérdida del protón, que es capturado por una especie aceptora de protones (Por ejemplo Nu:-) para dar lugar a un producto de sustitución; reacción rápida.

REACTIVIDAD QUÍMICA

Las reacciones del benceno mediante sustitución aromática son las siguientes:

Nitración del Benceno: Monosustitución.

Se deja reaccionar en una mezcla al benceno con el Ácido Nítrico y Ácido Sulfúrico concentrado a temperaturas de 50 y 60°C, convirtiéndose suavemente a nitrobenceno. A mas de 60°C produce la disustitución.

Halogenación del Benceno: Monosustitución.

Cuando se deja reaccionar el benceno con bromo o cloro en presencia de hierro metálico o haluro férrico en cantidades catalíticas la reacción se lleva a cabo suavemente y se forma el halobenceno; también se libera haluro de hidrógeno.

Sulfonación del Benceno: Monosustitución.

Se lleva a cabo normalmente con ácido sulfúrico fumante (contiene trióxido de azufre, SO3) aunque se emplea ácido sulfúrico concentrado (95% H2SO4, 5% H2O) para anillos activados.

Alquilación de Friedel - Crafts: Monosustitución.

Esta reacción es importante para introducir grupos alquilo en un anillo aromático. Involucra un haluro de alquilo y un catalizador ácido de Lewis, generalmente tricloruro de Aluminio, AlCl3: Falla con Haluros de arilo y vinilo.

Alquilación del Benceno por Alcoholes:

La reacción entre el alcohol tert - butílico y el benceno, en presencia de ácido sulfúrico concentrado, produce tert - butilbenceno.

Alquilación del benceno con Alquenos:

Cuando se deja que un alqueno entre en contacto con el benceno en presencia de un catalizador ácido ocurre la Alquilación.

Introducción de un segundo grupo en un derivado de Benceno Monosustituido: Disustitución:

En la disustitución diferentes sustituyentes orientan a un grupo entrante a distintas posiciones. La nitración del tolueno produce orto- y para- nitrotolueno, en tanto que la misma reacción con nitrobenceno produce meta - dinitrobenceno. Conviene

Considerar dos factores importantes:

La orientación de un grupo entrante.

La reactividad del compuesto de benceno Monosustituido hacia un grupo entrante.

Tanto la orientación como la reactividad dependen del grupo que inicialmente está presente en la molécula. Puede haber dos tipos de gruposorientadores orto, para y orientadores meta.

USOS Y APLICACIONES DEL BENCENO:

Durante muchos años, la principal salida para el benzol fue como combustible de motores de automóviles, sobre todo mezclado con gasolina. Ese uso se extendió principalmente en Europa, donde se hicieron minuciosas investigaciones sobre las mezclas de benzol y gasolina y sus efectos en el funcionamiento del motor. Antes de la segunda Guerra mundial , el orden de importancia de los usos del benceno era como sigue:

Combustible para motores.

Disolventes

Materia prima para la industria química.

Durante la guerra , aumentaron muchísimo los usos químicos y llegaron a superar a todos los demás usos

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