Introducción de Funcionalidad al Benceno, utilizando el Cloro como Electrófilo

in #stem-espanol6 years ago
El benceno es un compuesto aromático y el modelo por excelencia de los de su tipo, debido a su alta estabilidad; por poseer coplanaridad entre sus átomos, ser cíclico y cumplir con la regla de Huckell, de tener en su nube π = 4n +2 electrones; con 6 electrones π y n=1. Al cumplir con estos tres criterios se considera aromático y el mas estable de esta serie de compuestos.

Experimentalmente, el benceno manifiesta calor de hidrogenación por debajo del valor esperado. El calor de hidrogenación del ciclohexeno por un solo enlace doble es de -28,6 Kcal/mol, así que por cada adición de hidrógeno a dobles enlaces de un compuesto cíclico, lo esperado es que por cada hidrogenación, se eleve el calor desprendido en la reacción, en múltiplos, según tantos dobles enlaces se tuviesen. En el benceno el cálculo teórico es de 3x-28,6 Kcal/mol = -85,8 Kcal/mol, y el valor experimental, arroja un resultado de -49, 8 Kcal/mol con una diferencia de 36 Kcal/mol, mas estable que el teórico y que puede solamente explicarse por la distribución electrónica en 6 átomos de carbono, de manera equitativa con hibridación Sp2.


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3 enlaces dobles que sufren hidrogenación, para dar ciclohexano; por ello en el cálculo teórico, se multiplicaba por 3 el calor de hidrogenación tomado como referencia del ciclohexeno.


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Una véz entendida la estabilidad del benceno, también hay que comprender que mientras más estable es una molécula, menos reactiva es, y en comparación con los alquenos que tienen al igual que el benceno nube pi como centro de densidad electrónica, el benceno es menos reactivo que los alquenos a pesar de que su densidad electrónica es mayor. Siendo así debemos potenciar el electrófilo para que la reacción ocurra con un compuesto tan estable como el benceno; utilicemos el cloro, que en su enlace Cl-Cl es no polar, pero al reaccionar con un ácido de lewis ( aceptor de pares de electrones) se convierte en un buen electrófilo (deficiente de electrones), listo para atacar a un centro rico en electrones, pero con mucha estabilidad (el benceno ). Al enlazarse el par de electrones del cloro con el Fe se polariza el enlace Cl-Cl y se vuelve mas débil, por lo que este complejo cloro-ácido de Lewis, hace que el enlace Cl-Cl se rompa y quede disponible el ion cloronium para la sustitución.


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En la siguiente imagen se muestra como ocurre la sustitución electrofílica aromática general de un electrófilo, sobre un anillo de benceno. En la primera etapa se adiciona el electrófilo enlazandose con un par de electrones de la nube π, dejando al carbono adyacente con carga positiva, dicha carga se estabiliza por resonancia, y luego al perder un protón, el anillo recupera el doble enlace que rompió con la aromaticidad al comienzo de la adición del electrófilo; luego de restablecerse el doble enlace el anillo vuelve a ser aromático ( estable); pero con un grupo funcional : un halógeno, en este caso, el cloro.


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Introducir un grupo funcional en una molécula, le confiere una nueva identidad química, y va a determinar su reactividad y múltiples usos.


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Referencias Bibliográficas

Química Orgánica, Marcano y Cortez, tercera edición, Universidad Central de Venezuela. Ed. Biblioteca-EBUC, Facultad de Ciencias, facultad de Farmacia, 2010.

Química Orgánica, Fox y Whitesell, segunda edición, 2000.

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