COMPUESTOS AROMÁTICOS (Anulenos)

130
6.-HIDROCARBUROS AROMÁTICOS.
INTRODUCCIÓN
Los compuestos aromáticos abarcan una amplia gama de sustancias
químicas de uno dos o más anillos altamente insaturados de fórmula C nHn que
poseen propiedades químicas singulares.
La aromaticidad no es un atributo de los compuestos de C e H solamente,
sino que también en su estructura pueden encontrarse otros átomos como oxígeno y
nitrógeno constituyendo la gran familia de los compuestos heterocíclicos aromáticos.
En el siglo XVII, Kekulé propuso una estructura para el hidrocarburo más
representativo de los aromáticos: el benceno C6H6.
H
H
H
H
H
(A)
H
Estructura Nº1
Hay una gran estabilidad química asociada a la estructura del benceno y en
general a todos los compuestos aromáticos. Esto es debido a que son estructuras
químicas cíclicas, planas que poseen un número máximo de dobles enlaces
conjugados permitiendo así una amplia deslocalización electrónica en su sistema .
Su estudio ha demostrado que los enlaces entre los átomos de carbono sucesivos
son semejantes, es decir, no se puede distinguir entre enlace simple y enlace doble
como en la estructura (A) De esta manera, la estructura del benceno, es un híbrido
de resonancia entre las estructuras contribuyentes (C) y (D) La estructura (E) no es
una mezcla de (C) y (D), sino que es una estructura que tiene características físicas
y químicas ponderadas tanto de (C) como de (D):
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Estructura Nº2
H
H
H
(C )
(E)
(D)
131
Si la longitud del enlace simple C-C es de 1,54 x 10-8 cm y la del doble C=C es
1,34 x 10-8 cm, la longitud del enlace C-C aromático tiene un valor intermedio entre
simple y doble de 1,39 x 10-8 cm.
REPRESENTACIÓN DEL BENCENO.
Estructura Nº3
Estas representaciones se encuentran a menudo en los textos de química
orgánica. A la izquierda, una representación resonante de sus estructuras
contribuyentes. La figura de la derecha, es la representación de un híbrido de
resonancia que pone de manifiesto que la extensión de la deslocalización electrónica
abarca el anillo completo. Se verá más adelante que una u otra de las formas
(estructura Nº3) es útil para dar cuenta de las propiedades químicas de estos
compuestos.
OTRAS ESTRUCTURAS AROMÁTICAS:
La estructura de la molécula de benceno es una de las más sencillas y
recurrente entre los compuestos aromáticos, aunque tenemos también algunas otras
(Estructura Nº4) que son un tanto más complejas con varios anillos insaturados:
naftaleno
fenantreno
antraceno
Estructura Nº4
Estas moléculas complejas suelen encontrarse a menudo en nuestro ámbito
cotidiano de vida, por ejemplo, en el hollín de las chimeneas, en el alquitrán de los
pavimentos urbanos, en el humo del tabaco, etc y son conocidas desde hace mucho
tiempo como moléculas inductoras de algún tipo de cáncer. Ciertos policiclos
aromáticos como el Benzo [ a ] pireno cuya estructura se muestra más abajo
(Estructura Nº5), son capaces de producir alteraciones genéticas en sistemas
biológicos, aún a muy bajas concentraciones.
132
benzo [ a ] pireno
Estructura Nº5
Se supone que estas sustancias pro-carcinógenas, son transformadas por
algún proceso enzimático en un carcinógeno activo, capaz de interaccionar con el
ADN celular, alterando en ese momento el mensaje genético indispensable para la
reproducción celular normal.
ALGUNOS COMPUESTOS AROMÁTICOS HETEROCÍCLICOS.
Todas estas moléculas cíclicas, contienen al menos un átomo diferente al
carbono formando parte del anillo, el que puede ser de cinco o más átomos. Por
ejemplo:
N
O
S
H
pirrol
furano
tiofeno
N
piridina
Estructura Nº6
Algunas bases heterocíclicas aromáticas como la citosina, uracilo, adenina y
guanina (Estructura Nº7) son componentes esenciales de los ácidos nucleicos.
NH2
O
N
NH
O
N
H
citosina
O
N
H
uracilo
NH2
O
N
N
N
H
adenina
N
Estructura Nº7
N
HN
H2N
N
guanina
N
H
133
REPRESENTACIÓN DE LA AROMATICIDAD CON ORBITALES
MOLECULARES Y LA REGLA DE HCKEL (4N+2)
Como se dijo previamente, un compuesto aromático es un anillo con múltiples
dobles enlaces conjugados. Los cálculos de Erich Hückel, (químico alemán del
Instituto de Física Teórica de Stuttgard en la década de 1930) permitieron deducir
que, al igual que aquellos átomos de los gases nobles, cuando sus orbitales
atómicos estaban completos con sus respectivos pares de electrones, se obtenían
estructuras de gran estabilidad, encontró que lo mismo sucede con las moléculas
con sistemas electrónicos  conjugados y formando sistemas cíclicos o anillos .
Estas estructuras también adquirían una estabilidad extraordinaria si sus orbitales
moleculares se llenaban cada uno con un par de electrones con espín opuesto. Sin
embargo había otra condición que debía cumplirse, estos sistemas
 serán estables
si el número de electrones  en la estructura cíclica cumple con la relación 4n + 2,
donde n debe ser entero incluyendo además el valor cero. Es decir, n puede tomar
valores 0, 1, 2, 3, 4, etc.
El valor de n=0 implica según Hückel un nivel básico y único susceptible de
ser llenado con solo un par de electrones, el resto de los orbitales con energía
creciente aparecen de a pares de niveles. Este nivel único y básico está presente en
todos los sistemas aromáticos.
Por ejemplo: si los seis orbitales atómicos p del benceno, se combinan entre
sí, tiene lugar la formación de seis orbitales moleculares; tres enlazantes y tres
antienlazantes. Sus seis electrones ocuparán completamente y en parejas de
espines opuestos, los tres orbitales inferiores enlazantes (Diagrama Nº1)
Otra de las condiciones que debe cumplirse en los aromáticos, es su
coplanaridad. Los diferentes orbitales atómicos p deben ser paralelos entre sí y de
esta manera, obtener su máxima superposición para poder deslocalizar con máxima
efectividad los electrones sobre el total del sistema cíclico de dobles enlaces
conjugados (Figura Nº1). Esta condición obliga a que todos los átomos que forman
parte del sistema aromático estén en un mismo plano.
Al aplicar aquella regla que dice que: “La mezcla de igual número de orbitales
atómicos generan igual número de orbitales moleculares”, a los seis orbitales 2p del
benceno, entonces, cuando estos seis orbitales atómicos 2p perfectamente
paralelos, se mezclan entre sí, generarán seis orbitales moleculares,
134
orbi tal e s
p
benceno
Figura Nº1
Según Hückel entonces, se debería obtener la siguiente distribución de
orbitales moleculares, niveles de energía y electrones para obtener el diagrama.
orbitales
antienlazantes
E
energía de un
orbital 2p
orbitales
enlazantes
seis electrones pi de un compuesto aromático
como el benceno.
Diagrama Nº1
Las estructuras aromáticas no deben ser consideradas solamente como moléculas
neutras, y también pueden ser especies con carga eléctrica, y presentarse como,
aniones o cationes. Por ejemplo:
H
C sp3
H
C sp2
H
+
ciclopropeno
no aromát ico
(4n+2) = 2
n = 0 pero
no es plano
catión aromát ico
ciclopropenilo
(4n+2) = 2
n = 0 plana
H
135
El ciclopropeno muestra una inusual tendencia a ceder un hidruro para así
formar un carbocatión aromático ciclopropenilo mucho más estable que la molécula
neutra.
Otro ejemplo:
H
H
H
-H
ciclopent adieno
no aromático
(4n+2) = 4
n = 1/2 no plano
anión aromático
ciclopent adienilo
(4n+2) = 6
n = 1 plano
Esquema Nº1
Por lo mismo, se ha encontrado que este hidrocarburo presenta también un
inusual carácter ácido pKa = 16, semejante a los alcoholes, valor que contrasta con
la acidez que muestran los alcanos pKa alrededor de 40 a 50. Esto se debería a la
gran estabilidad que logra el anión al adquirir una estructura aromática.
Cuando no se cumple la regla del (4n + 2), se dice que estos compuestos
cíclicos son anti aromáticos a pesar de tener dobles enlaces conjugados.
Por Ejemplo:
ciclopentadienilo
catión
(B)
ciclobutadieno
neutro
(A)
ciclopropenilo
anión
(C)
Estructura Nº8
Y ninguna de ellas es aromática, puesto que no cumplen con la condición de
tener un valor de n entero. Son estructuras poco estables.
Para (A) que tiene cuatro electrones  localizados en cuatro orbitales p se
puede ver el siguiente diagrama de energía de orbitales moleculares:
E
ciclobutadieno
Diagrama Nº2
136
De los cuatro orbitales moleculares hay dos entre ellos de igual energía
(Diagrama Nº2). A esos orbitales isoenergéticos se les llama degenerados, en la
jerga de los químicos teórico cuánticos. Los cuatro electrones deben ser colocados
entonces, llenando los orbitales moleculares desde aquel de menor energía hacia
arriba y aquellos orbitales degenerados o isoenergéticos deben ser llenados con un
electrón cada vez. De esta manera hay dos electrones que quedan desapareados y
la molécula no es aromática.
Una situación semejante se presenta en las otras dos moléculas que
acompañan al ciclobutadieno. Demuestre usted ahora esa condición de no
aromaticidad que presentan esas estructuras iónicas.
Otra estructura interesante es la que presenta el cicloheptatrieno:
H
H
H
H
-H
anión
-H
cicloheptatrieno
catión
Esquema Nº2
Los diagramas de energía de los orbitales involucrados con estas estructuras
se muestran a continuación:
E
anión
(A)
neutra
(B)
catión
(C)
Diagrama Nº3
La estructura (B) que es la molécula neutra, no es aromática a pesar de
cumplir la regla de Hückel, ya que, por no ser plana, (posee un carbono –CH2 - con
hibridación sp3) no puede deslocalizar los electrones alrededor del anillo.
137
La estructura (A) es una estructura plana, pero no cumple con la regla de (4n
+ 2), y posee electrones desapareados (ver diagrama Nº3) por lo tanto es antiaromática.
La estructura (C) es una estructura plana, ya que, al perder un hidruro (protón
con dos electrones) en el carbono sp3, este cambia a hibridación sp2 quedando
entonces un orbital vacío p paralelo al resto de los orbitales p del anillo conjugado.
Cumple además con la regla de Hückel y por lo tanto es aromático.
Problema:
Si los pares de electrones no compartidos del nitrógeno que están en el pirrol y
también en piridina, en un orbital atómico sp 2. ¿ Implica este hecho que ambas
moléculas son aromáticas?. ¿Puede dar usted una explicación razonable en caso de
que su respuesta sea afirmativa o negativa?
Pirrol
N
H
Piridina
N
NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS AROMÁTICOS.
Los compuestos se conocen desde hace mucho tiempo, incluso, antes que
aparecieran las reglas de la nomenclatura IUPAC, por esa razón, hay en la literatura
actual numerosos ejemplos de nombres triviales en la química de esta familia. Por
ejemplo:
benceno
CH3
CHO
tolueno
benzaldehido
NH2
COOH
anilina
ácido benzoico
Estructura Nº9
NO2
OH
CH
CH2
COOH
CH3
OH
HO
nitrobenceno
Estructura Nº10
fenol
estireno
CH3
para-xileno
OH
ácido gálico
138
IUPAC, acepta estos nombres no sistemáticos. Pero nombre sistemático de
estos compuestos, lo define IUPAC como la combinación del nombre del
sustituyente como prefijo del nombre benceno. Así por ejemplo (Vea la Tabla Nº1):
Sustituyente
Grupo funcional.
Hidroxi
Amino
Etenil
-OH
-NH2
-CH=CH2
Nombre del
compuesto.
Hidroxibenceno
Aminobenceno
Etenilbenceno
Nombre común
Fenol
Anilina
Estireno
Tabla Nº1
Cuando el anillo benceno está como sustituyente, su nombre es fenil, y el
carbono de la valencia libre es el Nº1
fenil
Estructura Nº11
Otros sustituyentes aromáticos bencenoides son:
CH2
CH
bencil
C
benciliden
CH
difenilmetil
bencilidin
C
trifenilmetil
Estructura Nº12
Benceno disustituido:
Cuando sobre el anillo hay más de un sustituyente, aparecen diferentes
estructuras isoméricas:
139
ISÓMERO
G
S
ORTO
G
G
MONO
META
S
G
P ARA
S
Diagrama Nº4
En general estos isómeros se abrevian con una letra como sigue:
o- de orto, m- de meta y p-de para.
En esta nomenclatura, lo importante es la posición relativa de los
sustituyentes. El grupo sustituyente G puede estar sobre cualquier átomo de carbono
del anillo.
Hay veces en que se combina esta regla de la disustitución o, m, p con
nombres comunes no sistemáticos. Por ejemplo:
IS Ó MERO
OH
NO2
o-n itrofe n ol
S USTITUC IÓ N
(1-2) O RTO
NH2
m -cloroan ilin a
Cl
(1-3)
META
140
CO2H
ácido p-hidroxibe nz oico (1-4) PARA
OH
Figura Nº2
Cuando hay más de dos sustituyentes en el benceno, se numera el núcleo
aromático siguiendo el sentido que dé a los sustituyentes la menor numeración
posible. Además, hay que respetar la precedencia de los grupos funcionales. Vea la
tabla Nº1, Capítulo Nº1.
OH
1
NH2
NO2
2
1
3
5
4
3
Cl
H3C
NH2
4-amino-2-nitrofenol
y no 4-hidroxi-3-nitroanilina
3-cloro-5-metilanilina
y no 3-amino-5-clorotolueno
Estructura Nº13
OH
CO2H
1
2
3
2
NH2
1
5
O2N
Br
4
CHO
OH
2-amino-3-hidroxibenzaldehido
ácido 2-bromo-4-hidroxi-5-nit robenzoico
Estructura Nº14
Observe que se ha dado la numeración 1, al carbono perteneciente al anillo
que tiene unida la función química más importante entre los sustituyentes, es decir,
la función que tiene la mayor precedencia en química orgánica. (Capítulo 1) Esta
función prioritaria, nos informa, a qué familia química pertenece la molécula que
tenemos delante. El sentido de la numeración, sigue el mismo criterio citado ya, es
141
decir, darle al resto de los sustituyentes, la menor numeración posible. En el nombre
final, estos se ordenan según orden alfabético.
REACCIONES QUÍMICAS DEL BENCENO
Desde aquí en adelante, tomaremos la molécula de benceno como modelo
representativo de la familia de los aromáticos, estudiando en él, las diferentes
propiedades químicas de estos compuestos.
La sustitución electrofílica es la reacción más común de estos compuestos
Esta consiste en el reemplazo en el anillo de un hidrógeno por otro átomo o grupo de
átomos. El mecanismo general describe el ataque de un electrófilo lo
suficientemente fuerte como para producir un intermediario no aromático en la etapa
lenta:
E
H
+
H
E
H
E
E
Esquema Nº3
Aquí, E+ es el electrófilo. Las tres estructuras contribuyentes de la derecha
(Pueden ser reemplazadas por un híbrido de resonancia que se muestra más abajo)
ponen de manifiesto, que el carbono al cual se une el electrófilo, cambia su
hibridación de sp2 a sp3, es decir, hay ruptura de la aromaticidad, y por consiguiente
hay un aumento de la energía de este catión intermediario con relación a la molécula
aromática. A esta estructura de alta energía se le llama complejo sigma.
H
E
H
E
H
estructuras contribuyentes
E
H
E
híbrido de resonancia
Estructura del complejo sigma representado como un híbrido de resonancia.
Figura Nº3
142
La formación del complejo sigma, va precedida del paso por el complejo
activado o de transición de máxima energía de activación (vea el gráfico Nº2)
Nótese además, que en las estructuras contribuyentes, la carga positiva se dispersa
en el interior del anillo afectando específicamente a los carbonos orto y para con
relación al carbono del electrófilo. Como se mencionó anteriormente, este hecho
ocurre lentamente, constituyéndose en la etapa determinante de la reacción.
Luego viene una segunda etapa rápida, en la cual, el sistema se estabiliza por
pérdida del protón (Ver gráfico Nº2), recuperando así su aromaticidad al quedar
nuevamente todos los carbonos del anillo aromático con hibridación sp2:
H
E
E
rápido
+
+
B
BH
Esquema Nº4
El protón es sacado por B- que es la base de Lewis en el sistema. Note que
esta base podría actuar como un nucleófilo también y adicionarse al anillo formando
un ciclohexadieno, sin embargo, no sucede porque se pierde la aromaticidad y el
producto sería uno de mucha más energía.
E
B
E
H
E
E
H
coorde n ada de re acción
Gráfico Nº1
143
Muchas de estas reacciones pueden ser llevadas a cabo a temperaturas
relativamente moderadas, menores a 100ºC.
El diagrama de reacción (Gráfico Nº2), representa la curva típica de la
sustitución electrofílica en un anillo aromático. La formación de T1, tiene la energía
de activación más alta y representa la etapa lenta de la reacción, aquella en la cual,
el sistema comienza a perder su aromaticidad hasta llegar al intermediario o
complejo sigma con el carbono tetraédrico.
El complejo de transición T2, que se forma cuando el intermediario comienza
a perder el protón para recuperar su aromaticidad, tiene una energía de activación
menor, lo que significa que es una etapa más rápida que la anterior. La salida del
protón lleva a la formación del producto.
T1
T2
E
Ea
reac.
prod.
coordenada de reacción
Gráfico Nº2
MECANISMO DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN AROMÁTICA Y LA
MONOSUSTITUCIÓN EN EL ANILLO AROMÁTICO.
Las reacciones de sustitución en un anillo aromático, abren una puerta
enorme al campo de la síntesis orgánica. Esta se proyecta hacia diversos campos
del diario vivir. Por ejemplo, en muchos de los plásticos, detergentes, combustibles,
fármacos y drogas, etc. que estamos utilizando diariamente
A continuación se presenta un listado de las reacciones de sustitución más
comunes que tienen lugar entre un compuesto aromático y un reactivo electrófilo.
Estas son:
1.- Nitración
2.- Halogenación
3.- Sulfonación
4.- Alquilación
5.- Acilación.
144
1.- NITRACIÓN.
En esta reacción el electrófilo es el ión nitronio (NO2+). Este catión se genera
in situ por la acción del ácido sulfúrico (pKa = -5,2) sobre el ácido nítrico (pKa =-1,4).
De acuerdo con los valores relativos de pKa, el ácido sulfúrico actúa como un ácido
protonando al ácido nítrico según el equilibrio:
H2SO4
+
+
H2NO3
HNO3
HSO4
Esquema Nº5
Luego el ácido conjugado del ácido nítrico se desproporciona formando así la
especie nitrante –NO2+ ( ión nitronio ):
H2O
H2NO3
+
NO2
Esquema Nº6
Este electrófilo fuerte, ataca al anillo aromático en una primera etapa lenta,
rompiendo su aromaticidad:
H
NO2
lento
+ NO2
Esquema Nº7
Lo que sigue es el ataque de la base conjugada del ácido sulfúrico,
extrayendo el protón del complejo y restaurando así el sistema aromático. Esta etapa
va acompañada de emisión de energía al alcanzar el sistema un estado estable que
es el producto de la reacción:
H
NO2
NO2
+
HSO4
rápido
+
nit robenceno
Esquema Nº8
H2SO4
145
El producto final de esta reacción es el nitrobenceno. Como usted pudo ver, el
ácido sulfúrico actuó como generador de la especie nitrante y también como
catalizador de la reacción ya que se recupera al final en la última etapa.
2.- HALOGENACIÓN.
La fluoración y la iodación son reacciones poco frecuentes en un laboratorio
químico y requieren de reactivos especiales. Por esa razón no serán tratadas aquí.
En cambio, la cloración y la bromación del benceno, se efectúan en presencia
de un catalizador ácido como el trihalogenuro férrico respectivo. Por ejemplo, para
clorar el benceno utilizaremos el tricloruro férrico y para bromar será necesario el
tribromuro férrico. El mecanismo de estas halogenaciones se desarrolla al igual que
la nitración, en dos etapas: Primero, el ataque del electrófilo sobre el anillo para
formar un intermediario con la pérdida momentánea de la aromaticidad del benceno
en una etapa lenta:
H
+
Cl
Cl
FeCl3
lento
Cl + FeCl4
Esquema Nº9
Aquí hay que recordar que el catión intermediario es un híbrido de resonancia
en el cual intervienen tres estructuras contribuyentes que deslocalizan la carga
positiva alrededor del anillo.
En una segunda etapa rápida, la base conjugada FeCl4- extrae el protón
desde el carbono sp3 del anillo, para así recuperar el carácter aromático en el
producto.
H
Cl + FeCl4
rápido
Cl
+
HCl
+
FeCl3
Esquema Nº10
La forma de la curva o diagrama de reacción es cualitativamente semejante a
la de la nitración y en este aspecto, la bromación tiene también las mismas
características o requerimientos energéticos.
3.- SULFONACIÓN.
146
Es una reacción de gran importancia industrial, sobretodo en el campo de los
detergentes. En el laboratorio el benceno es sulfonado con ácido sulfúrico fumante, o
sea, una mezcla de ácido sulfúrico y anhídrido sulfúrico SO 3.
Al parecer, el agente electrofílico se generaría por autoprotolisis del ácido
sulfúrico y posterior descomposición de esta especie protonada:
2 H2SO4
+
H3SO4
H3O
H3SO4
HSO4
SO3
+
Esquema Nº11
El electrófilo SO3 tiene el átomo de azufre altamente deficiente en electrones
debido a la mayor electronegatividad de los oxígenos unidos a él, y por lo tanto, es el
átomo de azufre el que atacará y se unirá con el carbono del anillo aromático:
O
O
S
O
S
O
O
O
azufre altamente electronegativo
Figura Nº4
La sulfonación se distingue de la nitración y de la halogenación, porque la
etapa lenta de la reacción no es la formación del enlace C-electrófilo, ni la salida del
protón en la segunda etapa:
H
+
Esquema Nº12
SO 3
lent a
lent a
SO 3
147
La remoción del protón en la siguiente etapa desde el carbono sp3 es una
etapa semejante en cuanto a energía a la etapa anterior en la reacción. Este hecho
es importante en la reversibilidad del equilibrio(esquema Nº12 y 13):
H
SO3
SO3
lento
+
HSO4
+
H2SO4
lento
Esquema Nº13
Finalmente, el medio ácido de la reacción proporciona el protón.
SO3H
SO3
+
rápido
H3O
+
rápido
H2O
ácido benceno sulfónico
Esquema Nº14
La sulfonación, es entonces una reacción reversible. Como se verá
posteriormente, tiene numerosas ventajas en síntesis, ya que este grupo (sulfón)
puede ser desplazado del anillo por simple calentamiento a reflujo del compuesto
aromático sulfonado en una solución diluida de ácido sulfúrico.
T1
T2
H
E
React .
SO 3
P roduct.
coorde n ada de re acción
Gráfico Nº3
148
En el diagrama puede verse que T2 es semejante a T1. En T2 la energía de
activación corresponde a la ruptura del enlace C(sp3))-H del intermediario.
4.- ALQUILACION DE FRIEDEL Y CRAFTS.
Esta es una reacción en la cual, con ayuda de un acatalizador ácido, es
posible introducir una cadena lateral en el anillo aromático.
El esquema general para esta reacción puede escribirse de la siguiente
manera: donde R-X es un halogenuro de alquilo.
R
+
R
+
X
H
X
Esquema Nº15
La alquilación electrofílica aromática, solo puede llevarse a cabo en presencia
de un cartalizador, porque el halogenuro de alquilo no es un electrófilo lo
suficientemente fuerte como para romper la aromaticidad del sistema. El tricloruro de
aluminio, que se usa como catalizador en esta reacción, aumenta la electrofília del
agente alquilante por el siguiente mecanismo:
Sea RX el halogenuro de alquilo, donde X puede ser cloro o bromo:
R
X
+ AlCl3
catalizador
R
X
AlCl3
R
X AlCl3
producto coordinado
+
R
carbocatión
XAlCl3
Esquema Nº16
Como todas aquellas reacciones en las que se forman carbocationes, hay que
tener presente un posible reordenamiento o trasposición del carbocatión a uno más
estable, y así el producto de la reacción será diferente al esperado.
Por ejemplo: Si R es n-propilo:
CH3CH2CH2
Br
+ AlCl3
catalizador
CH3CH2CH2 Br
AlCl3
compuest o coordinado
Br AlCl3
CH3CH2CH2
producto coordinado
+
CH3CH2CH2
carbocatión 1º
muy inest able
BrAlCl3
149
H
CH3 CH CH3
carbocatión 2º
mas estable
CH3 CH CH2
migra un hidruro
Esquema Nº17
En este caso, puede notarse que el agente alquilante ha cambiado de
carbocatión primario, n-propilo, a isopropilo secundario que es más estable.
Prosiguiendo con el esquema del mecanismo:
R
H
+ R XAlCl3
H
lento
XAlCl3
R
R
rápido
+
XAlCl3
AlCl3
+ HX
Esquema Nº18
Siempre en una reacción de alquilación, deberá tenerse el cuidado de utilizar
un halogenuro de alquilo terciario o secundario estable, para inducir productos con
poca o nada de contaminación debido a reacciones laterales y con alto rendimiento
del compuesto esperado.
Ejemplo 1:
CH3
CH3
C
CH3
CH3
X
+
AlCl3
CH3
C
+
XAlCl3
CH3
Esquema Nº19
El carbocatión electrofílico no puede reordenarse a una especie más estable y
este será el agente alquilante que proporcionará un producto único, el
terbutilbenceno.
150
Ejemplo 2:
CH3CHCH2CH3
+
CH3CHCH2CH3
AlCl3
+
XAlCl3
X
CH3CHCH2CH3
CH3CHCH2CH3
+
AlCl3X
+ AlCl3 + HX
Esquema Nº20
En este caso, el agente alquilante es el más estable y no hay posibilidades de
que se reordene. Produce un único producto.
La etapa lenta de la reacción , es decir, aquella asociada a la energía de
activación mayor al de todas las etapas, es el ataque de la especie electrofílica al
anillo aromático. El resto de las etapas son rápidas y no determinantes para la
velocidad de la reacción.
Limitaciones para la reacción de Friedel y Crafts.
1. Al ser los grupos alquilo, dadores de electrones, estos aumentan la densidad
de aquellos en el anillo aromático, y por consecuencia, facilitan la entrada de
más de un grupo alquilo. El resultado entonces, es un producto polialquilado.
Esta dificultad experimental puede minimizarse si se tiene la precaución de
usar un grán exceso del compuesto aromático para que de esta manera,
disminuya la probabilidad de que un nuevo grupo alquilo presente en la
solución se encuentre con un anillo que ya ha sido alquilado.
2. La reacción de Friedel Crafts no se produce si se quiere alquilar un anillo
aromático en el que se encuentre un grupo aceptor fuerte de electrones,
como por ejemplo, el grupo nitro o ciano y en general grupos sustituyentes
con efecto eléctrico (-M), ya que esta reacción es muy sensible a la
disminución de la densidad electrónica del anillo
3. Tampoco es posible alquilar un compuesto aromático que tenga ya algún
sustituyente de carácter básico o con electrones no compartidos, como el
grupo amino, alquil amino o dialquilamino. Estos derivados interaccionan con
el (ácido de Lewis) tricloruro de aluminio consumiéndolo y al mismo tiempo
formando un grupo amino cuaternario fuertemente aceptor. Vea esquema
Nº21, más abajo.
151
acept or fuerte
dador fuerte
H2N
H2N AlCl3
+
AlCl3
Esquema Nº21
4. Otra restrición se encuentra, al tratar de hacer reaccionar haluros de arilo o
vinilo. Estos enlaces C-halógeno son demasiado fuertes para romperlos o si
es que llegaran a romperse, lo harían tan lentamente que la reacción sería de
poco interés práctico.
X
X
C
C
haluro de vinilo
haluro de arilo
Estructura Nº15
PROBLEMA
¿Es la siguiente proposición verdadera o falsa?
El nitrobenceno se alquila por Friedel y Craft en la posición meta.
Exponga al menos un argumento importante que avale su respuesta.
5.- ACILACIÓN DE FRIEDEL Y CRAFTS.
En esta reacción no es posible el reordenamiento, como sucede en la
reacción de alquilación que acabamos de ver. Solo agrega una etapa más al
esquema que es la reducción del grupo carbonilo siempre que sea necesaria.
El mismo catalizador utilizado en la alquilación de Friedel y Crafts, es decir, el
tricloruro de aluminio, colocado frente a un halogenuro de ácido o anhidrido de ácido,
generará una especie electrofílica (Catión acilo) Ver esquema Nº22, capaz de atacar
un sistema aromático y provocar la sustitución de uno de sus hidrógenos.
152
Luego se dan ejemplos de reaciones de coordinación halógeno – aluminio y
oxígeno – aluminio respectivamente:
O
R
C O +
catión acilo
R
C
X AlCl3
halogenuro de
ácido
O
R
XAlCl3
O
C
R
R
C O
catión acilo
AlCl3
O
C
+
R
C
OAlCl3
O
anhidrido de ácido
Esquema Nº22
El catión acilo atacará al anillo aromático, sin posibilidad de reordenamiento,
no como ocurre en algunos casos de la reacción de alquilación.
El ataque transcurre lentamente.
O
H
C
R
O
+
C
XAlCl3
lenta
XAlCl3
+
R
Esquema Nº23
Luego en una segunda etapa rápida, ocurre el ataque de la base conjugada
XAlCl3- o RCOOAlX3- , según sea el caso, para restablecer la aromaticidad en el
sistema. Por ejemplo:
O
O
H
C
C
R
+
XAlCl3
R
rápida
+ AlCl3
+
HX
acilbenceno
Esquema Nº24
Las acilaciones de Friedel y Crafts, adolecen de los mismos problemas
mencionados en 2 y 3 anteriormente, para la alquilación.
153
SÍNTESIS DE ALQUILBENCENOS COMO PRODUCTO DE LA REACCIÓN DE
REDUCCIÓN DE ACILBENCENOS.
Como se sabe, el grupo carbonilo C=O puede ser reducido entre otros, por el
método de Clemmensen , es decir, por tratamiento del compuesto carbonílico con
amalgama de cinc y ácido clorhídrico.
C
O
+
CH2
Zn(Hg),HCl
+ ZnCl2
+ etc.
metileno
grupocarbonilo
Esquema Nº25
Puede utilizarse también, el método de Wolff-Kischner o Tioacetales como
método alternativo específico para reducir los carbonilos.
Así, la secuencia completa para obtener n-propilbenceno a partir de benceno
es:
O
C CH2CH3
O
+ CH3CH2 C
AlCl3
+
HX
X
Esquema Nº26
Luego hay que reducir el grupo carbonilo usando por ejemplo, el método de
Clemmensen:
O
C CH2CH3
CH2CH2 CH3
Zn(Hg),HCl
propilbenceno
Esquema Nº27
La alquilación directa con ,por ejermplo, el halogenuro de alquilo
CH3CH2CH2X, no puede hacerse simplemente, porque hay un reordenamiento del
catión primario CH3CH2CH2+ a otro secundario mucho más estable: CH3CH+CH3,
154
inhibiendo al producto esperado n-propilbenceno que es muy diferente al
isopropilbenceno que es el producto principal de esta mal planificada reacción.
CH2CH2CH3
CH3 CHCH3
Dos de los posibles productos de la
reacción con más de tres átomos de
carbono.
REACCIONES DE TRANSFORMACIÓN PARA LOS SUSTITUYENTES
1 COMO INTRODUCIR UNA CADENA LATERAL AL ANILLO AROMÁTICO.
Como lo vimos en la primera parte, (Recación de Friedel y Crafts), hay dos
formas de llevar a cabo esta transformación:
1.a) Por sustitución electrofílica con un halogenuro de alquilo, usando como
catalizador el tricloruro de aluminio (AlCl3). Hay que recordar las limitaciones de esta
reacción, que es la posibilidad de reordenamiento y la otra es la polisustitución del
anillo debido al incremento de reactividad que se produce por el efecto eléctrico
dador de la primera sustitución alquílica en el anillo, que lo hace más reactivo a una
segunda, tercera, etc, sustitución.
Por ejemplo:
1.a1 Cuando hay tres o más carbonos en una cadena a introducir, esta se
reordenará irremediablemente para llegar a un producto diferente al esperado:
H3C CH
CH3
+
+ CH3CH2CH2X
HX
AlCl3
Cuando solo hay dos átomos de carbono en la cadena de sustitución no habrá
reordenamiento.
1.b) La otra forma, es por sustitución electrofílica con un anhidrido o halogenuro (Cl,
o Br) de ácido de dos, tres, o más átomos de carbono, en presencia de (AlCl 3).
155
1.b1 Una de ellas es:
O
O
RCH2C
+
C
AlCl3
O
CH2R
+
O
RCH2C
RCH2C
OH
O
1.b2 La otra es:
O
C
O
AlCl3
CH2R
+ HX
+ RCH2C
X
Ambas reacciones 1.b1 y 1.b2, tienen la ventaja sobre las anteriores en que no se
produce reordenamiento.
Aquí es importante considerar que el grupo alquilo R, de la reacción 1.a, tiene
la capacidad de orientación para una segunda sustitución electrofílica en el anillo a la
posición relativa orto-para.
De la misma manera, la reacción 1.b1 y 1. b2, introducen en el anillo un grupo
acilo (RCO-), los que son orientadores meta típicos en síntesis orgánica.
Si se reduce el grupo carbonilo por el método de Clemmensen, Zn(Hg),HCl o
con Hidrazina en medio básico (Wolff - Kischner), este grupo funcional acilo, se
transforma en un radical alquilo RCH2-, (el grupo carbonilo CO se ha transformado
en CH2) cambiando la orientación en una segunda sustitución, a orto-para.
En otras palabras, la transformación química del CO a CH 2, implica un cambio
eléctrico fundamental del grupo sustituyente y consecuentemente en la orientación si
se hace una segunda sustitución en el anillo:
156
O
C
Reducción
CH2CH2R
CH2R
orientador
orto-para
orientador
meta
El cambio de la estructura química del grupo funcional
implica en este caso un acambio de orientación en una segunda
la sustitución
2.- ALGUNAS TRANSFORMACIONES EN LA CADENA LATERAL.
Una vez introducida la cadena lateral, es posible efectuar algunas
transformaciones simples tales como:
2.a BROMACIÓN BENCÍLICA SOBRE LA CADENA
Aprovechándo la posibilidad de halogenar el carbono vecino a un doble
enlace, alílico o bencílico, condición que se cumple justamente en el carboco unido
al anillo, llamado bencílico, por el mecanismo de radicales libres (Ver también el
capítulo de alquenos), utilizando la N-bromosuccinimida como inductor, con lo que es
relativamente fácil obtener un producto halogenado como el que se muestra a
continuación:
Br
CH2
R
CH
R
NBS
2.b FORMACIÓN DEL DOBLE ENLACE EN LA CADENA
2.b1 El tratamiento de un halogenuro de alquilo o arilo con una base fuerte como
el hidróxido alcalino (KOH), da lugar a la formación de un doble enlace en la cadena
lateral por una simple eliminación de HBr.
CHBr
CH2R
CH
CHR
OH
H2O
La amida sódica, también es una buena base para obtener el doble enlace en
un halogenuro de alquilo o arilo:
157
CHBr
CH2R
CH
CHR
NaNH2/NH3
NaBr
He aquí otro ejemplo de como introducir un doble enlace en una cadena
lateral:
Br
CH2CH2CH3
CH
CHCH2CH3
NBS
CHCH3
KOH/EtOH
Esquema Nº33
Esta secuencia muestra la manera más común de introducir un halógeno en
una cadena lateral, y crear posteriormente por eliminación un doble enlace al tratar el
compuesto con una base fuerte como el hidróxido.o amida sódica Ahora bién, sobre
este doble enlace, pueden aplicarse todas las reacciones de alquenos que ya se han
visto anteriormente. (Ver capítulo 3)
2.c-TRANSFORMACIONES QUE PUEDEN HACERSE SOBRE UN DOBLE
ENLACE EN UNA CADENA LATERAL.
2.c.1-También, a partir de un doble enlace, es posible crear un grupo
funcional aldehido -CHO como sustituyente en el anillo aromático. Para esto, solo
basta con la ozonolisis del compuesto en cuestión:
CH
CHR
CHO
O3/Zn (H2O)
+
RCHO
Zn(OH)2
2.c.2- Si se utiliza un oxidante más enérgico, como por ejemplo el KMNO4 en
medio ácido, se logra la formación de ácido benzoico:
158
CH
CHR
COOH
KMnO 4/H2SO 4
+ RCOOH
MnO 2,H2O
2.c.3 Pero si el compuesto aromático no posee hidrógenos alfa, obtendremos
una cetona (Recuerde que la oxidación a ácido carboxílico de una cadena lateral de
un anillo aromático se produce solamente si en el carbono alfa hay por lo menos un
átomo de hidrógeno).
CH3
C
CH3
C
CHR
KMnO4/H2SO4
O
+ RCOOH
MnO2,H2O
La oxidación de un anillo aromático con permanganato de potasio en medio
ácido no lo afecta; solo afecta las cadenas laterales sin importar su estructura
alifática, y lo más importante es que tengan al menos un hidrógeno bencílico. La
oxidación conduce a la formación de un grupo carboxilo en el carbono bencílico,
perdiéndose el resto de la cadena. Nótese que aquí hay un cambio de orientación
del sustituyente al ir desde alquilo orientador o-p (activador) a carboxilo orientador m
(desactivador)
hidrógeno bencílico
COOH
CHR2
KMnO4/H
Esquema Nº39
159
Otro ejemplo:
hidrógenos bencílicos
COOH
KMnO4/H
COOH
Esquema Nº40
3.-OBTENCIÓN DE UN DIHALOGENURO VECINAL
3.a Dentro de estas reacciones de alquenos está la adición de bromo en
tetracloruro , obteniéndose asi un dihalogenuro vecinal.
CH
CHBr
CHCH3
CHBrCH3
Br2/CCl4
Esta reacción es importante para la obtención de un triple enlace. Ya que al
ser tratado con una base fuerte como el amiduro de sodio en amoníaco, se produce
un alquino.
CHBr
CHBrCH3
NaNH2/NH3 (líquido)
C
C
CH3 + NaBr
La presencia de un triple enlace en la cadena lateral, habre la posibilidad de
aplicar sobre él, las transformaciones químicas ya vistas en el capítulo de los
alquinos, como por ejemplo Hidratación con disiamilborano (DSMB)
O
C
C
R
DSMB/ H2O
H2O2,OH
C
O
CH2R
+
CH2
Obteniendo una mezcla compleja de cetonas aromáticas isoméricas.
C
R
160
4.-COMO OBTENER UNA AMINA A PARTIR DE NITROBENCENO:
Por simple reducción con cinc y ácido clorhídrico, se puede reducir el grupo
nitro a amino.
NO2
NH2
Zn/HCl
Esquema Nº34
NO2
NH2
Zn/HCl
NO2
NH2
Esquema Nº35
Si hay dos grupos nitro, puede reducirse solo uno de ellos por reacción con
polisúlfuro de amonio:
NO 2
NH2
(NH4)2Sx
NO 2
NO 2
Esquema Nº36
5.- OBTENCIÓN Y UTILIZACIÓN DE LAS SALES DE DIAZONIO EN SÍNTESIS
161
El tratamiento de la amina aromática con nitrito de sodio en medio ácido
clorhídrico y a baja temperatura, produce un compuesto químico llamado cloruro de
bencenodiazonio o comunmente una sal de diazonio. Estas sales son muy
inestables a temperatura ambiente y por lo tanto deben ser mantenidos a una
temperatura inferior a los 5ºC para poder utilizarlas posteriormente. Como se podrá
ver, es un intermediario muy importante en los procesos sintéticos de la química
orgánica:
NH2
N2 Cl
NaNO2/HCl
5ºC
sal de diazonio
Esquema Nº37
La utilidad de las sales de diazonio queda demostrada en el esquema de más
abajo:
OH
Cl
CN
H2O,H
N 2 Cl
CuCN
HCl,Cu2Cl2
I
HBr,Cu2Br2
KI
Br
H3PO2
Diagrama Nº7
Las sales de diazonio pueden ser fácilmente transformadas en los respectivos
halogenuros de arilo por tratamiento de la sal con el respectivo halogenuro cuproso.
Esta transformación se llama reacción de Sandmeyer. Por otro lado, los ioduros de
162
arilo se obtienen al tratar la sal de diazonio con ioduro de potasio. Ver el diagrama
Nº7 más arriba.
Con cianuro cuproso se puede introducir un grupo nitrilo al anillo,
obteniendose el benzonitrilo que es un valioso intermediario para obtener ácidos
benzoicos y otros compuestos:
COOH
CN
H3O
Esquema Nº38
Si la sal de diazonio se calienta en agua, se obtiene fenol. No hay otro método
tan simple y directo para introducir un grupo OH en un anillo aromático.
Finalmente, el tratamiento de la sal de diazonio con ácido hipofosforoso, nos
permite remover el grupo N2+ (diazonio) y así poder aprovechar el efecto orientador
de un grupo nitro o amino para introducir otro grupo sustituyente antes de su
eliminación.
DISUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA EN EL BENCENO.
Designemos como G al grupo sustituyente en el benceno.
La pregunta importante que es necesario hacerse al querer hacer una segunda
sustitución sobre el anillo es: ¿Cómo influye eléctricamente este grupo ya
sustituido en la reactividad del sistema aromático?.
Para responderla, lo que debemos hacer es simplemente: clasificar los diferentes
átomos y/o grupos de átomos que configuran el sustituyente G, según los efectos
eléctricos inductivo (I) y mesomérico (M). (Ver también el capítulo 2) Intuitivamente
es válido suponer que, la suma y magnitud relativa de estos dos efectos en el
sustituyente debería darnos una idea general del comportamiento eléctrico del grupo
en el sistema aromático.
Examinemos cuidadosamente los diferentes tipos de sustituyentes.
Se conocen tres tipos de sustituyentes, según las magnitudes relativas de los
efectos eléctricos inductivo (I) y mesomérico (M). Estos son:
1) Grupos con efecto (+I, +M) que son:
1a.- Aquellos que están unidos al resto de la molécula por un átomo de
carbono sp3 (Vea que el valor de la electronegatividad del C= 2,5 y del
163
hidrógeno H= 2,2) y este a su vez, a hidrógenos o a otro carbono con carga
formal = 0. Ejemplo de estos grupos es: -CH3, -CH2R, -CHRR´, -CRR´R´´.
1b.- Aquellos grupos iónicos como: –O-, o el carboxilato –COO-, los cuales
poseen una gran densidad electrónica. Son en general bases conjugadas de
ácidos fuertes.
Todos ellos son dadores netos de electrones. Son incapaces de recibir o
acomodar cualquier incremento de carga electrónica extra.
2) Grupos con efecto (-I, +M)
En esta categoría de sustituyentes hay que diferenciar dos subgrupos:
2a.- Aquellos grupos en los cuales el efecto inductivo (-I), parece ser muy
pequeño en valor absoluto, comparado con el efecto mesomérico (+M), lo que
estaría implicando un efecto eléctrico neto dador.
Estos átomos o grupos de átomos que conforman el sustituyente, se
caracterizan por estar unidos al resto de la molécula por un átomo más
electronegativo que el carbono, (O, N) de ahí su efecto (-I) y por otro lado,
tener pares de electrones no compartidos, los que pueden ser cedidos al
sistema pi, a través de una efectiva superposición de orbitales del tipo p. Este
último efecto es óptimo si el tamaño de aquellos orbitales atómicos son de un
tamaño similar. Vea la figura de más abajo. Esto se da entre el Carbono y el
Oxígeno o el Nitrógeno.
C N
C O
Son átomos que están ubicados en la misma fila o período de la tabla
periódica, es decir, usan orbitales 2p de igual tamaño para una efectiva
deslocalización.
Ejemplo de este tipo de sustituyentes es:
OH
OCH3
NH2
NHR
OR
NRR´
2b.- Aquellos grupos en los cuales el efecto inductivo (–I) predomina sobre el
efecto mesomérico (+M)
En este caso, el efecto eléctrico neto es aceptor.
Entre estos grupos de sustituyentes están aquellos en los que el átomo
directamente unido al resto de la molécula pertenece al tercer, cuarto o quinto
período o fila de la tabla periódica. (S, Cl, Br, I)
Estos átomos, son todos más electronegativos que el carbono, por eso,
presentan un efecto inductivo negativo o (-I)
164
Como poseen pares de electrones desapareados, deberían presentar
un comportamiento dador o efecto mesomérico positivo (+M), sin embargo,
debido a que los orbitales atómicos p del carbono comparado en tamaño con
los del azufre y halógenos tales como cloro, bromo y yodo, son tan diferentes
que la efectividad de la deslocalización electrónica de esos pares es mínima.
Vea la figura de más abajo.
Esto pone de manifiesto el hecho de que prevalezca el efecto inductivo
negativo (-I) por sobre el mesomérico (+M) y entonces el efecto eléctrico neto
del sustituyente es de aceptor.
C
X
C
S
Ejemplo de estos grupos sustituyentes es:
Cl
SCH3
Br
I
3) Grupos con efecto eléctrico (-I, -M)
El tercer tipo de sustituyente es aquel que presenta un efecto eléctrico inductivo (I) y un efecto mesomérico (-M). Estos son grupos aceptores netos.
El átomo del grupo unido al resto de la molécula es el carbono. Sin embargo,
este carbono siempre está unido a otro más electronegativo, por lo que presenta un
efecto eléctrico inductivo negativo (-I).
La electronegatividad de un átomo como el nitrógeno o el oxígeno, producen
asimetría en la densidad electrónica del enlace sigma entre ambos átomos,
aumentando así la electronegatividad del carbono, creando de esta manera un fuerte
efecto eléctrico inductivo (-I) sobre el resto de la molécula.
C
C
O
enlace sigma
O
165
En este tipo de sustituyente, el enlace entre estos átomos es además de tipo
múltiple, doble o triple. Por lo tanto también intervienen enlaces de tipo pi. Por
ejemplo:
O
C
C
N
Q
Donde Q puede ser:
H
OR
OH
NH2
NHR
NRR'
Como todos los átomos involucrados pertenecen al mismo período en la tabla
periódica (filas), los orbítales 2p son similares y el efecto eléctrico mesomérico (-M)
de estos grupos se manifiesta fuertemente sobre todo el sistema pi de la molécula.
Un enlace múltiple entre carbono, nitrógeno y oxígeno, con diferente
electronegatividad da lugar a enlaces polarizados, con la densidad de carga negativa
sobre el átomo más electronegativo. Así se puede observar en los grupos de esta
categoría:
O
O
C
C
Q
Q
C
N
C
N
Hay otro sustituyente que ha sido dejado aparte porque no interviene el átomo
de carbono en su estructura como átomo directamente unido al resto de la molécula,
este es el grupo nitro
Aquí el átomo del grupo que está unido al resto de la molécula, es el
nitrógeno, que pertenece al mismo período que el carbono en la tabla periódica. El
tamaño de los orbitales atómicos es semejante y por lo tanto, el efecto mesomérico
166
se manifiesta fuertemente. Por otro lado, el nitrógeno (3,0) que es más
electronegativo que el carbono (2,5), hace que este grupo presente un pronunciado
efecto atractor (-I) sobre el resto de la molécula.
O
N
O
En este grupo, también hay enlaces de tipo pi entre átomos de diferente
electronegatividad, ( O= 3,4; N= 3,0) de ahí la aparición de un fuerte efecto eléctrico
mesomérico (-M), semejante al resto de los grupos de este tipo.
En resumen, el resultado de esta doble acción, es hacer que el átomo de
nitrógeno del grupo que está unido directamente al resto de la molécula, sea
deficiente electrónicamente en su entorno, a través de su enlace sigma (-I) y
deficiente también a través de su enlace pi (-M). Sus dos efectos eléctricos negativos
apuntan en el mismo sentido y por tanto es un grupos netamente atractor de
electrones.
En general, entonces, gracias a la combinación de estos mecanismos
eléctricos, los sustituyentes, son capaces de hacer variar la reactividad de las
moléculas, donde y cuando ellos estén presentes.
Como lo veremos ahora y a grandes rasgos, los grupos sustituyentes se
manifiestan de dos maneras: cediendo electrones o captando electrones hacia sí. Es
decir, hay solo dos alternativas considerando a G como el grupo sustituyente:
(a): Si G es un grupo dador de electrones (+I,+M) y (-I,+M), las diferentes
densidades de carga eléctrica en el anillo se distribuirán, como puede observarse
claramente en las estructuras contribuyentes (B), (C) y (D):
167
G
el grupo G es un
dador de electrones
G
G
G
G
(A)
(B)
(C)
(D)
Diagrama Nº5
Nótese que el grupo dador, aumenta la densidad electrónica en el anillo en las
posiciones 2-4 y 6, es decir, en orto y para con respecto al sustituyente G.
Un grupo electrofílico, evidentemente atacará aquellas posiciones que
muestren una mayor densidad electrónica. Por esa razón a este grupo dador G, se le
llama orientador orto-para y su velocidad de reacción será mayor mientras mayor
sea la densidad de carga inducida, en comparación con la densidad electrónica en el
anillo del benceno. En otras palabras, un grupo activador aumentará la densidad
electrónica en las posiciones orto y para relativa al sustituyente G, y la velocidad de
reacción frente al ataque de un electrófilo, será con relación al benceno, mayor
mientras mayor sea el aumento de densidad electrónica inducida.
Por ejemplo:
op
op
op
E
+
E
E
Mezcla de productos
168
Debe agregarse que dentro del conjunto de grupos activadores (Ver en el
recuadro la tabla Nº2), los últimos, es decir los alquilos son activadores débiles, y del
resto, las dos primeras filas corresponden a los grupos activadores más fuertes.
NH2 ,
OH ,
NR2
NHR ,
OCH3 ,
OR
NHCOCH3 ,
NHCOR
CHR2
CH3,
CH2R,
gru pos activadore s y orie n tadore s orto-para
Tabla Nº2
b): Cuando el grupo sustituyente G en el benceno es un aceptor, la distribución de la
densidad electrónica en el anillo cambia radicalmente en comparación al caso del
grupo dador.
G
G
G
G
G
Diagrama Nº6
Observando las estructuras contribuyentes, se encuentra que la posición meta
es la que presenta una mayor densidad de carga relativa, dentro del anillo sustituido,
pero, si se la compara con el benceno, esta será menor.
Por ejemplo:
169
m
m
E
E
Todos aquellos grupos que tienen un comportamiento similar al descrito, se
les llama grupos desactivadores y son orientadores meta en una segunda
sustitución electrofílica aromática. Pertenecen a aquellos grupos caracterizados
eléctricamente por sus efectos (-I,-M).
COR,
CONH2,
CN,
COOH,
COOR,
CONR2
CONHR,
NO2 ,
CHO
NR3
gru pos de sacti vadore s y ori e n tadore s m e ta
Tabla Nº3
Un caso especial lo presentan los halógenos. El efecto eléctrico neto de estos
grupos hace que ellos sean atractores de electrones por lo que desactivan al anillo
aromático, sin embargo, como poseen electones no compartidos en su capa
electrónica externa, su efecto produce orientación orto- para. Estos grupos orientan
la sustitución electrofílica a las posiciones orto y para, pero como son
desactivantes, su velocidad de reacción será menor a la velocidad de reacción
del benceno.
F ,
Cl ,
Br ,
I
grupos de sactivadore s, pe ro orie ntadore s orto para.
Tabla Nº4
170
PROBLEMA:
Dibuje las estructuras de los productos principales de la reacción de
mono nitración para cada uno de ellos usando una mezcla de HNO3/H2SO4.
NO2
OH
CH3
(2)
(3)
Br
NHCH3
NH3
(1)
(4)
(5)
Haga un esquema de síntesis para obtener (Y) a partir de benceno y
cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico necesario:
(Y)
Br
CHO
CRITERIOS PARA DEFINIR LA ORIENTACIÓN EN UN BENCENO YA
DISUSTITUIDO
¿Que sucede con la orientación hacia la sustitución, cuando se desea predecir
el producto que resulta de hacer una nueva reacción de sustitución en un anillo
bencénico donde ya hay de antemano dos sustituyentes?
Experimentalmente se ha encontrado que según el tipo de sustituyentes
presentes previamente en el anillo, es posible notar ciertas tendencias que permiten
hacer buenas estimaciones con relación al producto que se espera al hacer
experimentalmente la reacción.
Estas tendencias pueden ser agrupadas en forma gruesa, en tres grupos,
según la combinación de los efectos eléctricos de los sustituyentes:
Caso (A): Donde ambos grupos son (+I,+M) o (-I,+M) y cualquier combinación entre
ellos. Sus condiciones experimentales (Por ejemplo: temperatura y presión) son
generalmente suaves. Estos grupos son orientadores orto-para (op). De manera
que si op1=op2, entonces tendremos que:
a1.- Ambos sustituyentes iguales en posición orto uno con respecto al otro:
171
op1
op1
op2
op1
op2
E
op2
+
E
E
Me z cla de productos
Si op1≠op2, entonces se obtendrá una mezcla compleja de productos. Por
ejemplo:
OH
OH
CH3
CH3
+
E
OH
OH
CH3 E
+
E
OH
CH3
CH3
+
E
E
Me z cla com ple ja de productos
a2.- Los sustituyentes iguales op1 y op2 están en posición meta uno con respecto al
otro:
op1
op1
E
op2
op1
E
+
op2
op2
E
Produ cto prin cipal
En el ejemplo que sigue ahora, op1 y op2 son diferentes y ambos
sustituyentes tienen aproximadamente la misma capacidad orientadora, sin
embargo, es de esperar que por la disposición de los grupos, por ejemplo, CH 3 y Cl,
aquella sustitución que se produciría entre ambos sustituyentes debería tener un
menor rendimiento.
Es lo que se conoce como impedimento estérico, y los dos productos
restantes serán los productos posibles o más probables.
172
Cl
Cl
Cl
Cl
E
E
E
+
H3C
H3C
+
H3C
H3C
E
produ ctos prin cipale s de la re acción
a3.- Ahora, si los sustituyentes están en posición para uno respecto al otro y si
op1=op2, entonces deberíamos esperar que el producto de esta reacción sea:
op1
op 1
E
E
op2
op2
Si op1≠ op2, el sustituyente más fuerte dirigirá la sustitución. Sin embargo, el
producto final de la reacción estará fuertemente contaminado. Estas son reacciones
rápidas en condiciones óptimas de temperatura. Por ejemplo:
OH
OH
OH
E
E
+
E
CH3
CH3
CH3
Me z cl a com ple ja de produ ctos
con tam i n ados
Caso B: Uno de los sustituyentes es director orto-para, es decir, pertenece a los
grupos (+I, +M) o (-I, +M). El otro pertenece al grupo (-I,-M), es decir, orientador a la
posición meta.
Aquí se pueden presentar los siguientes casos:
b1.- Sus posiciones relativas son orto, y de acuerdo con nuestros conocimientos
previos, producirán:
173
op
op
m
op
m
E
E
m
+
E
Me z cla de productos
El siguiente ejemplo muestra que la dirección de la sustitución esta dirigida
por el sustituyente activador. En este caso el grupo -CH3:
NO2
NO2
CH3
NO2
CH3
E
CH3
+
E
E
Mezcla de productos
b2.-En el siguiente caso, se obtendrá una mezcla de productos, aun cuando será el
grupo op quién dirija la sustitución. Sin embargo es de esperar también la
contaminación con el compuesto producido por la acción directora del grupo m.
op
op
E
m
op
op
E
E
y
+
m
m
m
E
Me z cl a de produ ctos
Prod. se cu n dario
El producto secundario, debido al impedimento estérico provocado por los
grupos originales en posición relativa meta, no sobrepasa generalmente el 5% del
total de los productos.
Por ejemplo:
174
CH3
CH3
CH3
CH3
E
E
E
y
CN
+
CN
CN
CN
E
Prod. se cundario
Me z cla de productos
b3.- Aquí los sustituyentes están en posición relativa para, y hay que esperar otra
vez que aquel sustituyente orientador op sea el que mande en la orientación por
sobre m. La posición de ambos sustituyentes hace que entre ellos se refuercen para
dar solo un único producto. Nótese que en este caso hay un reforzamiento en el
efecto orientador de ambos grupos.
op
op
E
E
m
m
Ún ico produ cto
Debería esperarse una reacción relativamente lenta en condiciones óptimas,
debido a la presencia en el anillo aromático, de un grupo desactivador.
CH3
CH3
E
E
NH4
NH4
Ún i co produ cto
Otro caso simple como el anterior en que los grupos presentes en el anillo
refuerzan sus efectos orientadores es:
175
E
NH2
NH2
E
NO2
NO2
aquí hay refuerzo en la orientación
El grupo NH2 orienta a orto y para, siempre que el medio no sea fuertemente
ácido. El NO2 es orientador meta y sus efectos coinciden en la posición orto con
relación al grupo amino.
Orienta op
NH2
Orienta m
NH3
medio ácido
La orientación del grupo amino cambia de op a m por
protonación en un medio ácido.
Si el medio fuera fuertemente ácido se hace necesario proteger el grupo
amino evitando así su protonación.
Su protección se logra haciendo reaccionar la fenilamina con anhidrido acético
para formar la acetanilida, mucho menos básica que el grupo amino -NH2 ,
conservando la orientación op.
NHCOCH3
NH2
(CH3CO)2O
(CH3CO)2O es el anhidrido acético
+ CH3COOH
176
La recuperación posterior del grupo amino se realiza facilmente mediante un
calentamiento suave de la acetanilida en medio ácido.
NHCOCH3
NH3 O2CCH3
Ácido diluido
Caso C: Cuando ambos grupos sustituyentes son (-I,-M), es decir, son ambos
desactivadores u orientadores meta, (mi), aparecen estas tres posibilidades según
las posiciones relativas de los sustituyentes:
c1.- En este caso, ambos sustituyentes son iguales, lo que hace que el producto sea
único:
m1
m1
m2
m2
E
E
Ún ico produ cto
Sin embargo, si los sustituyentes son diferentes, entonces aparecerán las
complicaciones. El producto esperado estará altamente contaminado:
NO2
NO2
NO2
CN
CN
CN
E
+
E
E
Me z cl a de produ ctos
c2.- Ambos grupos sustituyentes son iguales y son orientadores meta, Por su
posición relativa, ellos se refuerzan entre si dando entonces solo un producto.
177
m1
m1
E
m2
m2
E
Ún ico produ cto
De la misma manera, si ellos son diferentes darán por su orientación relativa
en el anillo, un solo producto. Por ejemplo:
NO 2
NO 2
E
CHO
E
CHO
c3.- La posición relativa para entre los sustituyentes se refuerza siempre que ambos
sean iguales.
m1
m1
E
E
m2
m2
Ún i co produ cto
Si m1≠ m2, entonces esta vez habrá mezclas complicadas en todos los
casos,
178
NO2
NO2
NO2
E
E
+
E
COOR
COOR
COOR
Todas las reacciones del tipo C serán por supuesto, más lentas con respecto
a las mismas reacciones con el benceno, debido a que en este caso, ambos grupos
sustituyentes son desactivadores
PROBLEMA:
De al menos dos argumentos que permitan decidir si el p-dimetilbenceno
(p-Xileno) es más reactivo en una reacción de sustitución electrofílica que el pclorotolueno.
ALGUNAS SÍNTESIS DE COMPUESTOS AROMÁTICOS
POLISUSTITUIDOS:
Sería imposible abarcar la enorme variedad de compuestos que se pueden
obtener, aplicando a su síntesis, las reacciones generales que hemos visto hasta
este momento. Sin embargo resulta útil hacer algunos comentarios generales.
Cuando se planea una síntesis de un compuesto aromático, uno de los
hechos importantes que hay que tener en cuenta es, la correcta secuencia de
introducción de los sustituyentes. Este orden está basado en la aplicación del
conocimiento de lo que es, la activación o desactivación y la orientación de los
diferentes grupos químicos involucrados.
Por ejemplo
Si se quiere sintetizar la molécula aromática trisustituida que se muestra más
abajo, se verá que es importante el orden en que se vayan introduciendo cada
sustituyente:
Haga un esquema de síntesis pàra obtener(A), a partir de benceno.
179
NO 2
CH3
Cl
O
(A)
Primero: Si usted nitra el benceno, no podrá acilar por Friedel y Crafts en una etapa
posterior, puesto que este es un gropo desactivador.
Segundo: Si usted clora primero, este grupo que es orientador o,p no le permitirá
introducir los otros grupos que están en posiciones relativas meta.
Por lo tanto, queda la única posibilidad que es primero acilar. Luego, nitrar, no clorar
porque este orientaría la nitración a posiciones o,p con relació a él. Finalmente
clorar.
NO2
NO2
Cl2/FeCl3
NO2
CH3COCl
AlCl3
CH3
CH3
CH3
Cl
O
O
O
(A)
Otro ejemplo:
Se quiere sintetizar el p-nitrotolueno y el m-nitroclorobenceno a partir de
benceno y cualquier otro reativo orgánico e inorgánico necesario. Proponga un
esquema de síntesis:
CH3
Cl
NO2
NO2
Estructura Nº16
En el primer caso, debemos tener en cuenta que el nitro es un orientador
meta y el metilo es un orientador orto-para. Como la posición relativa de ambos
sustituyentes es para del uno con respecto al otro, resulta lógico proceder a
introducir primero el grupo metilo en el benceno. En el segundo caso se debe
180
introducir primero el grupo nitro (orientador meta) y este orientará posteriormente la
introducción del cloro (que es orientador para) a la posición meta.
Otro ejemplo:
Si se desea obtener 1-nitro-2,4-dibromobenceno a partir de nitrobenceno.
Esta es una de las posibles secuencias de síntesis:
NO2
NO2
NO2
(NH4)xS
HNO3/H2SO4
NH2
NO2
NO2
NO2
NO2
Br2/FeBr3
Br
1 NaNO2/HCl
Br
2 H3PO2
NH2
NH2
Br
Br
Esquema Nº41
En este caso se ha aprovechado la activación y orientación del grupo amino
para dirigir la introducción de los dos átomos de bromo. Posteriormente el grupo
amino se lleva a sal de diazonio y se elimina con ácido hipofosforoso.
De otra manera, si reducimos primero el grupo nitro a amino, entonces, a
partir de anilina podemos llegar al mismo producto. El elegir uno u otro camino de
síntesis dependerá entre otras cosas del número de pasos necesarios, mientras
menos pasos sean necesarios, más simple será la secuencia sintética, o bién la
disponibilidad de reactivos lo más simples y baratos posibles etc.
NH2
NH2
N2 Cl
Br
Br2/FeBr3
Br
Br
HNO2/HCl
Br
181
NO2
N2 Cl
Br
Br
H3PO2
Br
Br
HNO3/H2SO4
Br
Br
Esquema Nº42
En este caso, también se aprovecha la orientación del grupo amino para
introducir los bromos y luego se elimina. Por último se nitra, aprovechando ahora la
orientación reforzada de los dos bromos.
Ejemplo:
Se desea sintetizar el p-nitrobenzoico a partir de benceno:
Las orientaciones de ambos grupos son meta y por lo tanto si quiero llegar a
un compuesto con los sustituyentes en posición relativa para, ninguno de ellos me
sirve. Sin embargo, se sabe que el metilo es un orientador para y me será útil para
introducir el grupo nitro en esa posición relativa. Entonces se metila primero el
benceno mediante la reacción de Friedel y Crafts con un halogenuro de metilo como
reactivo:
CH3
+
CH3Br
AlCl3
Esquema Nº43
La nitración del tolueno produce una mezcla de isómeros los que pueden ser
separados por algún método físico adecuado:
182
CH3
CH3
CH3
NO 2
HNO3/H2SO 4
+
NO 2
el p-nitrotolueno es el producto principal
y puede ser separado por recristalización
Esquema Nº44
Ahora se puede oxidar el grupo metilo para obtener el producto deseado.
CH3
COOH
KMnO 4/H
NO 2
NO 2
Esquema Nº45
¿Que habría sucedido si se oxida primero el metilo y luego se nitra?
orientador
orientador meta
orto-para
CH 3
COOH
KMnO4/H
COO H
HNO 3/H2SO 4
NO2
Esquema Nº46
Otro ejemplo:
Se quiere sintetizar el ácido o-bromobenzoico:
183
Sabemos que el bromo es un orientador o-p y el COOH es un orientador
meta, pero sabemos además que el metilo que es un orientador o-p y que puede ser
transformado posteriormente en carboxilo por oxidación del metilo con
permanganato de potasio en medio ácido, por lo tanto se puede optar por introducir
cualquiera de ellos primero el metilo o el bromo. Sin embargo, el bromo es un
desactivante en cambio el metilo es un activante y aunque débil será más rápida la
reacción con este último.
CH3
CH3Br/AlCl3
CH3
CH3
CH3
Br
Br2/FeBr3
+
Br
Esquema Nº47
Nótese que se produce una mezcla de productos en esta etapa, sin embargo,
uno puede forzar la reacción ahora, para que se produzca principalmente el producto
orto, con la ayuda de un grupo que pueda ser posteriormente removido:
CH3
CH3
CH3
SO3 H
SO3 /H2SO4
+
SO3 H
Esquema Nº48
184
La eficiente separación del isómero para y la halogenación de este
compuesto sulfonado para su posterior hidrólisis, permite obtener un producto con
muy buén rendimiento.
CH3
CH3
CH3
Br
Br2/FeBr3
SO3H
Br
H2SO4 dil.
SO3H
Esquema Nº49
Solo resta oxidar el metilo con KmnO4 en medio ácido.
COOH
CH3
Br
Br
KMnO 4 / H
Esquema Nº50
Que es el producto esperado.
Otro ejemplo:
Hacer un esquema de síntesis para obtener con buen rendimiento, el 1bromo-2-clorobenceno a partir de clorobenceno y cualquier otro reactivo orgánico e
inorgánico necesario:
Cl
Cl
Cl
NaNO2/H2SO4
NO2
+
NO2
185
Hay que separar ambos isómeros por algún método físico, como por ejemplo
la recristalización, y proseguir la síntesis con el isómero adecuado.
Cl
Cl
Br
Br2/FeBr3
NO2
NO2
Aprovechando la orientación reforzada inducida por el cloro y el grupo nitro, y
luego la eliminación del grupo clorurodiazonio (–N2+Cl-) con ácido H3PO2:
Cl
Cl
1) Zn/HCl
Br
Br
2) H3PO2
NO2
Hay otro grupo como el sulfónico (–SO3H), que es fácilmente eliminado
produciendo el mismo efecto del grupo nitro en la orientación y sustitución (Ver el
ejemplo anterior).
Cl
Cl
Cl
SO3/H2SO4
SO3H
+
SO3H
Deben ser separados por algún metodo físico
antes de proseguir con la síntesis.
186
Cl
Cl
Br
Br2/FeBr3
SO3H
SO3H
Este grupo es eliminado por simple calentamiento a reflujo del compuesto en
una solución de ácido sulfúrico diluido.
Cl
Cl
Br
H2SO4/H2O
Br
Reflujo
SO3H
Estos métodos de síntesis son adecuados para obtener buen rendimiento y
pureza, siempre que esa posible obtener una buena separación de los isómeros
orto-para de los nitrados o de los sufonados.
PROBLEMA:
Examine, cada una de las siguientes estructuras y ordénelas de mayor a
menor según su reactividad, frente a un halogenuro de alquilo y en presencia
de AlCl3. Justifique su elección brevemente.
187
NO2
OH
CH3
(2)
(3)
Br
NHCH3
NH3
(1)
(5)
(4)
Trate de hacer un esquema de síntesis para los dos siguientes
compuestos aromáticos (A) y (B) a partir de benceno y cualquier otro reactivo
orgánico e inorgánico necesario.
O
CH2CCH3
CH2CHO
(B)
(A)
NO2
Br
PROBLEMA:
Haga un esquema de síntesis para obtener a partir de benceno y
cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico SOLO UNA de las siguientes
estructuras:
CH3
CH2CH2
HO
CHCH2OH
Br
(A)
(B)
PROBLEMA:
Proponer y hacer un análisis de un esquema de síntesis para el 3,5dibromofeniletileno a partir de benceno y cualquier otro reactivo orgánico e
inorgánico:
188
CH
CH2
Br
Br
En primer lugar, por las posiciones relativas de los sustituyentes, la
introducción del primer halógeno debe venir solo si hay previamente un sustituyente
con orientación meta. Por esta razón, el primer sustituyente en el anillo debe ser
orientador meta y de dos átomos de carbono.
En segundo lugar, los dos halógenos no pueden provenir de una halogenación
directa sobre el anillo con bromo en presencia de tribromuroférrico. Solo uno de ellos
puede venir de aquel orientador meta. ¿Cuál es la razón de esta afirmación?. La
razón es que si hay uno de los halógenos ya introducido en el compuesto, este grupo
es orientador o-p, y asumirá la dirección de la siguiente halogenación.
COCH3
O
CH3C
Cl
AlCl3
Este grupo orientador meta puede adicionar un átomo de bromo en posición
meta. Posteriormente, hay que tener presente una regla general sobre orientación,
que dice que un grupo orientador orto-para como es el bromo este el caso, mandará
sobre el orientador meta en una subsiguiente sustitución.
COCH3
COCH3
Br2/FeBr3
Br
Así, en la siguiente sustitución, donde manda el halógeno bromo como
orientador o-p, resultará en una mezcla como la siguiente:
189
COCH3
COCH3
COCH3
COCH3
Br Br
Br2/FeBr3
+
Br
+
Br
Br
Br
Br
La reducción del grupo carbonilo con Clemmensen previamente a la
halogenación, redundará en la obtención de una mezcla más compleja que la ya
descrita.
Queda entonces la posibilidad de introducir el segundo bromo por
transformación de un grupo nitro que es orientador meta. Así, se tiene la siguiente
secuencia:
COCH3
COCH3
HNO2/H2SO4
NO2
Ambos sustituyentes son orientadores meta y forzarán la halogenación
fuertemente a la posición meta relativa a aquellos dos.
COCH3
COCH3
Br2/FeBr3
NO2
Br
NO2
Luego, se reduce el grupo carbonilo con Clemmensen y el nitro con Zn/HCl,
obteniendo:
CH2CH3
CH2CH3
1.- Zn/HCl
2.- Zn(Hg),HCl
Br
NO2
Br
NH2
190
¿Cómo se puede ahora introducir el otro átomo de bromo a partir de esta
estructura?
Recuerde que el grupo nitro puede ser transformado en amino o sal de
diazonio. La sal de diazonio puede ser a su vez transformada en (Ver el esquema)
en Cl, Br, I, CN, OH, H.
CH2CH3
CH2CH3
NaNO2/HCl
Br
NH2
Br
N2 Cl
El tratamiento de la sal cloruro de diazonio con bromuro cuproso (Reacción de
Sandmeyer), resulta en:
CH2CH3
CH2CH3
Br2Cu2
Br
Br
Br
N2 Cl
Por último, el doble enlace en la cadena lateral se obtiene con una
halogenación bencílica (bromación) con NBS y posterior tratamiento del producto de
reacción con una base fuerte como el hidróxido de potasio en etanol como solvente.
CH2CH3
CH
CH2
1) NBS
2)KOH/CH3CH2OH
Br
Br
Br
Br
LA RETROSÍNTESIS
Cuando se dominan los pasos de transformación, como los que se han visto
previamente en varios capítulos, es posible analizar y proponer un esquema de
síntesis comenzando desde el producto y en diversas etapas coherentes, llegar
hasta los reactivos dados. No hay duda de que esta forma de ver una síntesis
requiere, entre otras actitudes, tener mucha experiencia en la forma en que se hacen
las modificaciones estructurales de las moléculas, como así también ser capaz de
visualizar a partir de la estructura del producto, las posibles estructuras precursoras.
Por ejemplo, se plantea el siguiente ejercicio.
191
Proponga usted una vía retrosintética para obtener el compuesto químico (A),
a partir de benceno, utilizando para ello cualquier método, reactivo orgánico e
inorgánico y la condición experimental necesario.
CH
CH2
(A)
A simple vista, este compuesto invita a pensar que:
a) Hay un doble enlace en una cadena lateral, el cual puede ser obtenido a
través de dos métodos simples.
Una de ellas es mediante una reacción de deshidrohalogenación como la que se
muestra a continuación (Ver capítulo de alquenos)
CHBr
CH
CH3
CH2
KOH/EtOH
(X)
Si la síntesis tiene su punto de partida en el benceno, entonces, debe
recurrirse a Friedel y Crafts para obtener el precursor (X) a partir del benceno
ramificado.
Si la cadena lateral es más larga, debe usarse la acilación para evitar los
reordenamientos. Por supuesto que la cadena hidrocarbonada en el anillo, se tiene
cuando se reduce el grupo carbonilo (CO) con un método apropiado como por
ejemplo el de Clemmensen.
O
O
RCX
AlCl3
C
R
192
Cuando el número de átomos de carbono de la cadena lateral es menor a
tres, es válido el uso del bromuro de alquilo directamente puesto que no hay
posibilidad de reordenamiento en la cadena.
En este caso particular el grupo alquilo es etilo.
CH2CH3
CH3CH2X
AlX3
Etilbenceno
Y finalmente, la relación que hay entre etilbenceno y el 1-etilbenceno bromado
es claramente la halogenación (bromación) de esta molécula. Esto se logra con
NBS.
CHBrCH3
CH2CH3
NBS
Etilbenceno
La otra opción es utilizando la reacción de Wittig (Ver capítulo de los
alquenos)
CHBr
CH
1) Ph3P, RLi
(Y)
2) HCHO
CH2
193
PROBLEMAS DEL CAPÍTULO COMPUESTOS AROMÁTICOS:
1.-Haga un esquema retrospectivo de síntesis para los siguientes compuestos (A) y
(B), hasta llegar a benceno como el reactivo principal disponible. Usted puede usar
cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico y condición experimental.
CH(OH)CH3
CH2CH2OH
(B)
(A)
Cl
Br
2.-Haga un esquema de síntesis del compuesto (A) a partir del benceno y cualquier
otro reactivo orgánico e inorgánico necesario:
(A)
Br
3.- Escriba un esquema de síntesis para obtener 2-(p-nitrofenil)etanol (A) a partir de
benceno y cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico necesario.
NO2
?
(A)
CH2CH2OH
194
4.- Escriba un esquema de síntesis para obtener el compuesto (A) a partir de
benceno y cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico necesario.
O
CH2CCH3
(A)
OH
5.- Escriba un esquema de síntesis para obtener el compuesto (A) a partir de
benceno, y cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico necesario.
NH2
(A)
CH2CHO
6.- Haga un esquema de síntesis para la transformación:
HOCHCH2CH2CH3
?
Cl
Utilizando cualquier reactivo orgánico e inorgánico necesario.
7.- Haga un esquema de síntesis para la transformación:
CH2CHO
?
Br
Utilizando cualquier reactivo orgánico e inorgánico necesario.
195
8.- A partir de benceno y cualquier reactivo orgánico de no más de tres átomos de
carbono y cualquier reactivo inorgánico necesario, haga un esquema de síntesis
para (A):
C
C
CH2
CH3
(A)
9.- Al tratar de hacer una nitración del 2-fenil-2-butanol con una mezcla nitrante
(HNO3/H2SO4), se produjo inesperadamente 2-metanitrofenil-2-buteno:
a) Escriba un mecanismo de reacción que dé cuenta de la formación del
producto “inesperado”.
b) Proponga entonces usted, un esquema de síntesis para la obtención del 2para-nitrofenil-2-butanol
OH
CH3
CH3CH2
2-fenil-2-butanol
10.- Haga un esquema de síntesis para la siguiente molécula (A), a partir de
benceno o tolueno. Usted dispone además de cualquier otro reactivo orgánico e
inorgánico necesario.
H
H3C
H
(A)
OH
11.- La conocida aspirina es un derivado acetilado del ácido 2-hidroxibenzoico.
Sobre la base de las reacciones que usted conoce:
a) Proponga un esquema de síntesis del ácido 2-hidroxibenzoico, a partir de
benceno y cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico necesario.
196
b) Nombre según IUPAC cada intermediario que aparezca en el esquema de
síntesis propuesta por usted.
12.- Para los siguientes compuestos aromáticos:
a)
b)
c)
Cl
NO2
NH2
CH3
(A)
(B)
(C )
(D)
Prediga y ordene, de mayor a menor, su reactividad relativa frente a la
mononitración, en un medio fuertemente ácido.
Indique la posición de la mononitración.
Dibuje en base a su respuesta en los puntos a) y b). ¿Cuál y donde
estará sustituido el producto principal frente a una segunda nitración?.
13.- Obtener (Y) a partir de benceno y cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico
necesario:
(Y)
Br
CHO
14.- Haga un esquema de síntesis para los tres compuestos (A) (B) y (C) a partir de
benceno. Usted dispone además de cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico
necesario.
CO2H
NH2
Br
C
CCH 2CH3
NO2
(A)
(B)
(C)
Cl
NO2
Br
15.- (a) A partir de benceno y cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico
necesarios, sintetice los ácidos (A) y (B).
197
CO2H
CO2H
(B)
(A)
NH2
NO2
(b) ¿Como podría, utilizando (A) o (B) como punto de partida, obtener los ácidos
(C),(D),(E) y (F). Haga un esquema simple de síntesis para cada caso (sin indicar el
mecanismo):
CO2H
CO2H
(D)
(C )
CO2H
(E)
CO2H
(F)
CN
Cl
OH
16.- Haga un esquema de síntesis para SOLO UNO de los dos siguientes
compuestos aromáticos a partir de benceno y cualquier otro reactivo orgánico e
inorgánico necesario.
O
CH2CCH3
CH2CHO
(B)
(A)
NO2
Br
198
17.- Diseñe, a partir de benceno y cualquier otro reactivo orgánico e inorgánico
necesario, los esquemas de síntesis para dos de las cuatro moléculas cuyas
estructuras se muestran mas abajo:
CH
CH
C
CH
COOH
Br
(A)
(B)
como único producto
en la últ ima etapa de la síntesis
NH2
CH
CH
CH2
Cis
(C )
(D)
NO2