Introducción: Gnfgnjdtyhm

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS. REACCIONES DE MONOSUSTITUCIÓN AROMÁTICA. SÍNTESIS DE NITROBENC NITROBENCENO ENO

INTRODUCCIÓN

Gnfgnjdtyhm

1

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS. REACCIONES DE MONOSUSTITUCIÓN AROMÁTICA. SÍNTESIS DE NITROBENC NITROBENCENO ENO

FUNDAMENTOS FUNDAMENTO S TEÓRICOS Los hidrocarb hidrocarburo uross aromáti aromáticos cos , son hidrocar hidrocarbur buros os cíclicos, cíclicos, llamados llamados así debido al fuerte aroma que caracteriza a la mayoría de ellos, se consideran compuestos derivados del benceno, pues la estructura cíclica del benceno benceno se se encuentra presente en todos los compuestos aromáticos.

Características estructurales del benceno: 

Es una estructura cerrada con forma hexaonal reular, pero sin alternancia entre los enlaces simples y los dobles !carbono" carbono#.



$us seis átomos de carbono son equivalentes entre sí, pues son derivados monosustituidos, monosustituidos, lo que les hace ser id%nticos.



La lonitud de enlace entre los carbonos vecinos entre sí son iuales en todos los casos. La distancia es de 1&' pm, no coincidiendo con la lonitud media de un dobl doble e enla enlacce, que que es de 1&& pm, pm, ni siquiera a la de un enlace simple, que es de 1() pm.



Loss átom Lo átomos os de ca carb rbon ono o del del benc bencen eno, o, poseen una hibridaci*n sp+2, en tres de los los orbita bitale less at*mi t*mico coss, y esto stos son usados para poder unirse a los dos átomos de carbono que se encuentren a su lado, y tambi%n a un átomo á tomo de hidr*eno. hidr*eno.



El orbi orbita tall p !pur !puro# o# de ca cada da ca carb rbon ono o res esta tant nte, e, se encu encuen entr tra a orientado perpendicularmente al plano del anillo de hexáono, %ste se solapa con los demás orbitales tipo p de los carbonos contiuos. sí, los seis electrones deslocalizados formarán lo que se conoce conoce como, nube electr*nica electr*nica !-#, que se colocará por encima, y tambi%n por debao del plano del anillo.

2

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS. REACCIONES DE MONOSUSTITUCIÓN AROMÁTICA. SÍNTESIS DE NITROBENCENO 

La presencia de la nube electr*nica de tipo -, hace que sean alo más peque/os los enlaces simples entre los carbonos !0" 0#, otorando una peculiar estabilidad a los anillos aromáticos.

Derivados del benceno 1) Monosustituidos: ara

nombrarlos

basta

con

anteponer

el

nombre

del rupo sustituyente a la palabra benceno. or eemplo

3tros derivados monosustituidos tienen nombres especiales !propios# aceptados por las relas de la 450.

2) Derivados disustituidos: &

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS. REACCIONES DE MONOSUSTITUCIÓN AROMÁTICA. SÍNTESIS DE NITROBENCENO

ara nominar los derivados con más de un sustituyente es necesario numerar a los átomos de carbono que constituyen al benceno, de manera que se puedan asinar a los sustituyentes los

n6meros

de

menor

valor

posible.

Los sustituyentes en los derivados disustituidos pueden ir colocados de tres maneras o posiciones diferentes, y vendrán nombrados siuiendo el orden alfab%tico 

Carbonos 1 y 2: si el sustituyente se encuentra en esta

posici*n se dirá que se encuentra en posici*n 7orto8 !orto" 7o"7#. or eemplo 09:);r2

o"dibromobenceno 

Carbonos 1 y 3:  esta posici*n de los sustituyentes se

conocerá con el pre<o meta"

!m"#.

or eemplo 09:)0l=32

m"cloronitrobenceno 

Carbonos 1 y 4: en este caso se nombrará como 7para"8

!p"#. or eemplo 09:)!0:20:

)


p"dietilbenceno 3) Derivados trisustituidos: Los sustituyentes pueden encontrarse ocupando un total de tres posiciones distintas, uni%ndose a los átomos de carbono n6mero 1, 2 y &, 1,2 y ), o incluso a los átomos 1,& y (. or eemplo 09:&!0:&#&

1,2,3-trimetilbenceno

Propiedades químicas del benceno El benceno da con facilidad reacciones de sustituci*n

a) Nitracin:

b) !ul"onacin:

(


c) #alo$enacin:

d) %lquilacin de &riedel-Cra"ts:

9


Mecanismo de la nitracin El ion nitronio =32? es el electr*
baa

para

nitrar

al

benceno

a

una

velocidad conveniente, pero a/adiendo :2$3) al :=3& la concentraci*n de nitronio aumenta.

&ormacin del Nitrobenceno: @ormaci*n del 4*n

;enceno ? 4*n nitronio"A

>


MATERIALES M%'(*%+(! Cubos de ensayo.  Dradilla.  @uente de enería calorí
*N!M!   

Fcido nítrico :=3&. Fcido sulf6rico :2$3). ;enceno.

B


'


PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1 G reparaci *n de la mezcla sulfonítric a

2 G Hezcla con el benceno y exposici*n al calor

& G 3btenci*n de nitroben ceno

Preparacin de la me.cla sul"onítrica: 1. rimeramente, se arean I.( ml de Fcido sulf6rico :2$3) y I.( ml de Fcido nítrico :=3& en un tubo de ensayo, y estos se mezclan.

2. dicionalmente, se area 1 ml de benceno 09:9 en otro tubo de ensayo para la nitraci*n de este.

Nitracin del benceno:

1I


1/ 0on los tubos de ensayo listos, se procede a arear la mezcla sulfonítrica de 1 ml hacia el tubo que contiene el mililitro de benceno, observándose que se forma una mezcla con dos fases, donde el benceno queda en la parte inferior por ser de mayor densidad que la mezcla restante.

Esta mezcla hetero%nea se lleva hacia la fuente de calor por un plazo de 1I minutos aproximadamente a una temperatura de 9IJ 0 o hasta sentir n olor irritante que es el ácido sulf6rico producto de la reacci*n endot%rmica.

2. @inalmente, se retira el tubo con la mezcla de la fuente de calor cuando se lora percibir el olor irritante, muestra de que se ha formado el ácido sulf6rico esperado, lo que indica que se ha lorado formar el nitrobenceno, como se esperaba te*ricamente se6n las reacciones.

11


(!0(M Khtrnrhsrth

12


RESULTADOS Preparacin de la me.cla sul"onítrica: 

En la preparaci*n de esta mezcla, se observ* que toma un color amarillento, que es lo que se esperaría por la reacci*n del #N3 y #2!. El ácido sulf6rico reacciona con el ácido nítrico enerando el ion nitronio !=32?#, que es el electr*
Nitracin del benceno: 

a en la nitraci*n del benceno, puede observarse que la mezcla #N3 ? #2! ? C# es una mezcla hetero%nea, es decir, presenta dos fasesM en donde el benceno ocupa la parte inferior por tener mayor densidad especí


 cuando esta mezcla se expone al calor por un tiempo prolonado, pudo percibirse el olor característico del ácido sulf6rico, lo cual indica que el nitrobenceno

se form*

exitosamente. Lo que ocurri* fue que el ion nitronio, producido en la mezcla sulfonítrica, reaccion* con el benceno, en presencia de calor, formando el compleo sima que pierde un prot*n y es atrapado por el ion bisulfato para dar luar al nitrobenceno, lo 1&


que produce la activaci*n del anillo aromático estando más activado para la sustituci*n nucleofílica del rupo nitro y de esa manera se obtiene nitrobenceno. El benceno resulta nitrado racias al reNuo de ácido sulf6rico concentrado y ácido nítrico concentrado a 9I J0 se6n 1.

2.

&.

CONCLUSIONES •

La nitraci*n es una reacci*n de sustituci*n electrofílica, como la mayoría de las reacciones de los anillos aromáticos, ya que se rompe heterolíticamente una uni*n carbono hidroeno del anillo aromático y se forma una uni*n carbono"reactivo electrofílico 1)


que

determina

la

formaci*n

del

nitrobenceno en

este

experimento. •

La mezcla de ácido sulf6rico y ácido nítrico permite obtener el

aente nitrante que es el i*n nitronio

•

+¿ ¿ NO2 ¿

.

El ácido sulf6rico !:2$3)# forma el electr*
−¿ ¿ HSO4 ¿

+¿ ¿ NO2 ¿

y la base

y además, es un aente deshidratante ya que adsorbe

el aua para evitar que la reacci*n se vuelva lenta. or lo tanto, la reacci*n es irreversible. •

El color de las 2 fases que se forman en el tubo de ensayo lueo de un determinado tiempo de calentamiento, ayuda a darse cuenta de que ya se ha formado el nitrobeceno que es la fase transparente y tambi%n la formaci*n de ácido sulf6rico como producto que es la fase de color amarillo intenso.

1(


RECOMENDACIONES •

Echar con cuidado y no en forma directa el ácido sulf6rico para evitar que enere una reacci*n exot%rmica y ocurra una detonaci*n.

•

Los tubos de ensayo deben estar limpios antes de trabaar con ellos para obtener las reacciones y los resultados adecuados.

•

Comar las medidas y arear los reactivos con su respectivo otero o pipeta.

•

5tilizar una cantidad proporcional de reactivos.

•

evisar que los tubos de ensayo a utilizar est%n limpios.

CUESTIONARIO 1. ¿Cómo sintetiza!a "a #$nitoa%etani"i&a'

!íntesis de p-nitroanilina a partir de anilina/ !íntesis de P-Nitroanilina El i*n nitronio se produce porque el ácido sulf6rico es más fuerte que el ácido nítrico y por eso puede protonarlo. Lo que sucede es que se forma $íntesis de "=itroanilina y lueo pierde aua. La adici*n de la mezcla sulfonítrica debe hacerse lentamente y cuidando que la temperatura no sobrepase los &( O0, por eso la realizaremos en un ba/o de hielo. En nuestro caso la temperatura no super* los &I O0, pero sin embaro la mezcla comenz* a adquirir un color roizo oscuro. or este motivo deducimos que parte del producto, p"nitroacetanilida, se descompuso para dar nitrocompuestos y otros derivados. La nitraci*n atiende al siuiente mecanismo para la posici*n para

19


ealmente, tambi%n se obtiene el is*mero orto pero podemos decir que en cantidades traza, ya que la posici*n orto se ve muy impedida est%ricamente. 0omo la reacci*n se hace en medio ácido lo más probable es que parte de p"nitroacetamida est% en su especie protonada por lo que a/adiremos aua para realizar la hidr*lisis correspondiente. En este momento recoemos la p"nitroacetanilida en un ;Pchner mediante una
1/Desproteccin del $rupo amino/ ara recuperar el rupo amino que teníamos de partida, basta con adicionar aua en medio ácido, es decir, una hidr*lisis ácida. $e trata de una reacci*n de sustituci*n nucleofílica acílica, cuyo mecanismo exponemos a continuaci*n

2/ Paso previo: Protonacin 0omo observamos, al ser una adici*n de aua en medio ácido, la amina que obtenemos está protonada, ya que el :0l es mucho más ácido que la amina. ara obtener p"nitroanilina arearemos una base que sea más fuerte que la amina, con $íntesis de "=itroanilina bastará para que precipite. ara
3/ Calentamiento a reu4o La mezcla de reacci*n está contenida en el matraz de fondo redondo, al que se une una columna de refrieraci*n. 0uando la mezcla se calienta y comienza a evaporarse, los vapores ascienden por la columna del refrierante y al ponerse en contacto con la pared fría condensan. Ke este modo conseuimos llevar a cabo una determinada reacci*n o proceso que para realizarse precise calor sin 1>


que haya p%rdidas de disolvente o reducciones de volumen indeseables. Es conveniente a/adir un trozo peque/o de plato poroso para homoeneizar la temperatura en el medio de reacci*n. El plato poroso libera el aire ocluido produciendo burbuas, así evitamos proyecciones de la disoluci*n hacia la columna.

/ ecristali.acin/ $e trata de un m%todo de puri

a vacío. 5na vez tenemos depositado el s*lido en el ;Pchner, lo aplastaremos con una espátula y lo lavaremos, eneralmente, con un poco de aua fría para que no disuelva parte del s*lido. @inalmente lo introducimos en un desecador para retirar el disolvente o el aua que está imprenando el producto. $i los resultados de puri
5/ Decoloracin/ 'ratamiento con carbn activo Este tratamiento suele hacerse antes de la
1'


(. In)esti*+e e,eente a otas ea%%iones -+!mi%as &e %aa%teiza%ión &e i&o%a/+os aom0ti%os

or destilaci*n del alquitrán de hulla se oobtienen benceno, tolueno !metilbenceno#, xilenos !dimetilbenceno#, naftaleno, antraceno y "enantreno.

Los m%todos enerales de obtenci*n de hidrocarburos benc%nicos son

a) !íntesis de 6urt.-&itti$

b) !íntesis de &riedel 7 Cra"ts

Propiedades arom9ticos

"ísicas

7

químicas

de

los

8idrocarburos

$on todos incoloros !el antraceno presenta Nuorescencia azulada# muy aromáticos, insolubles en aua y menos densos que %sta. Las reacciones más importantes de los hidrocarburos aromáticos son las de sustitución, en las que un rupo funcional sustituye a uno de los átomos de hidr*eno del anillo aromático

a) #alo$enacin El benceno en presencia de luz solar adiciona cloro hasta llear a hexacloro ciclohexano

2I


b) Nitracin 0onsiste en la sustituci*n de un hidr*eno por el rupo N2, y se produce por la acci*n del ácido nítrico, en presencia de ácido sulf6rico !mezcla sulfonítrica#

c) !ul"onacin 0onsiste en la sustituci*n de un hidr*eno por el rupo !3#, y se produce por la acci*n, en caliente, del ácido sulf6rico concentrado

d) eacciones de &riedel-Cra"ts 0onsisten en la sustituci*n de un hidr*eno por un radical alquilo,, llamada alquilaci*nM o por un radical acilo, C, llamada acilaci*n. mbas reacciones se producen, respectivamente, mediante la acci*n de haloenuros de alquilo, ;, o de haloenuros de acilo, C ;, en presencia del cloruro de aluminio anhidro, como catalizador. or eemplo 21


0omo puede observarse en la alquilaci*n se producen otros hidrocarburos aromáticos, mientras que la acilaci*n conduce a cetonas aromáticas, siendo el m%todo de @riedel"0rafts muy utilizado para la síntesis de estos compuestos.

N*<(!*D%D N%C*N%+ M%= D( !%N M%C! (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

&%C+'%D D( &%M%C*% = >*0?M*C% (!C(+% P&(!*N%+ D( *N@(N*(?% *ND!'*%+ Pa%ti%a N 2 PARANITROACETANILIDA RESULTADOS3 1.$ En "a ea%%ión -+e o/se)ó %+an&o "e a4a&ió e" 0%i&o s+",5i%o3

22


2.$ ¿Cómo i&enti,i%o e" #o&+%to sintetiza&o'

6.$ ¿Po -+7 se "e &e/e %o"o%a e" ie"o a "a mez%"a s+",on!ti%a'

8I8LIO9RAF:A

>*>+*@%&?% 

HcHurry Q. Ruímica oránica, >S ed, H%xico 4nternational ChomsonM 2II'.



$olomons CT, @ryhle 0;. Ruímica oranica, 'S ed, H%xico Lisuma Tiley, 2II>.



@ox H, Thitesell QU. Ruímica oránica, 2S ed. H%xico earson Educaci*n, 2III.



0han , Doldsby U. Ruímica. 11S ed. H%xico H0 DraV :illM 2I1&.

2&


2)

Introducción: Gnfgnjdtyhm

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