Compuesto aromático

Los compuestos aromáticos son aquellos compuestos químicos (más comúnmente orgánicos) que contienen uno o más anillos con electrones pi deslocalizados alrededor de ellos. A diferencia de los compuestos que exhiben aromaticidad, los compuestos alifáticos carecen de esta deslocalización. El término "aromático" se asignó antes de que se descubriera el mecanismo físico que determina la aromaticidad, y se refería simplemente al hecho de que muchos de estos compuestos tienen un olor dulce o agradable; sin embargo, no todos los compuestos aromáticos tienen olor dulce y no todos los compuestos con olor dulce son aromáticos. Los hidrocarburos aromáticos, o arenos, son compuestos orgánicos aromáticos que contienen únicamente átomos de carbono e hidrógeno. La configuración de seis átomos de carbono en compuestos aromáticos se llama "anillo bencénico", después del compuesto aromático simple benceno, o un grupo fenilo cuando forma parte de un compuesto más grande.

No todos los compuestos aromáticos están basados en benceno; la aromaticidad también puede manifestarse en heteroarenos, que siguen la regla de Hückel (para anillos monocíclicos: cuando el número de sus electrones ${\displaystyle \pi }$ es igual a ${\displaystyle 4n+2}$, donde ${\displaystyle n=0,1,2,3,...}$). En estos compuestos, al menos un átomo de carbono se reemplaza por uno de los heteroátomos: oxígeno, nitrógeno o azufre. Ejemplos de compuestos distintos del benceno con propiedades aromáticas son el furano, un compuesto heterocíclico con un anillo de cinco miembros que incluye un solo átomo de oxígeno, y la piridina, un compuesto heterocíclico con un anillo de seis miembros que contiene un átomo de nitrógeno.^[1]​

Modelo de anillo de benceno

 

Benceno

Artículo principal: Aromaticidad

El benceno, ${\displaystyle {\ce {C6H6}}}$ , es el hidrocarburo aromático menos complejo y fue el primero en ser nombrado como tal. La naturaleza de su vínculo fue reconocida por primera vez por August Kekulé en el siglo XIX. Cada átomo de carbono en el ciclo hexagonal tiene cuatro electrones para compartir. Uno va al átomo de hidrógeno y otro a cada uno de los dos carbonos vecinos. Esto deja un electrón para compartir con uno de los dos átomos de carbono vecinos, creando así un doble enlace con un carbono y dejando un enlace sencillo con el otro, razón por la cual algunas representaciones de la molécula de benceno lo describen como un hexágono con alternancia simple y dobles enlaces.

Otras representaciones de la estructura muestran el hexágono con un círculo en su interior, para indicar que los seis electrones están flotando en orbitales moleculares deslocalizados del tamaño del anillo en sí. Esto representa la naturaleza equivalente de los seis enlaces carbono-carbono, todos de orden de enlace 1,5; la equivalencia se explica por formas de resonancia. Los electrones se visualizan flotando por encima y por debajo del anillo, y los campos electromagnéticos que generan actúan para mantener el anillo plano.

Propiedades generales de los hidrocarburos aromáticos:

1. Muestran aromaticidad
2. La relación carbono-hidrógeno es alta
3. Arden con una fuerte llama de color amarillo hollín debido a la alta relación carbono-hidrógeno
4. Se someten a reacciones de sustitución electrofílica y sustituciones aromáticas nucleofílicas

El símbolo circular de la aromaticidad fue introducido por Sir Robert Robinson y su alumno James Armit en 1925^[2]​ y popularizado a partir de 1959 por el libro de texto de Morrison & Boyd sobre química orgánica. Se debate el uso adecuado del símbolo: algunas publicaciones lo usan para cualquier sistema cíclico ${\displaystyle \pi }$ , mientras que otras lo usan solo para aquellos sistemas ${\displaystyle \pi }$  que obedecen la regla de Hückel. Jensen^[3]​ sostiene que, de acuerdo con la propuesta original de Robinson, el uso del símbolo del círculo debería limitarse a sistemas monocíclicos de 6 electrones ${\displaystyle \pi }$ . De esta manera, el símbolo del círculo para un enlace de seis electrones de seis centros se puede comparar con el símbolo Y de un enlace de dos electrones de tres centros.

Síntesis de aromáticos

Una reacción que forma un compuesto aromático a partir de un precursor cíclico insaturado o parcialmente insaturado se denomina simplemente aromatización. Existen muchos métodos de laboratorio para la síntesis orgánica de arenos a partir de precursores no arenos. Muchos métodos se basan en reacciones de cicloadición. La trimerización de alquinos describe la ciclación ${\displaystyle [2+2+2]}$  de tres alquinos, en la reacción de Dötz un alquino, monóxido de carbono y un complejo de carbeno de cromo son los reactivos. Las reacciones de Diels-Alder de alquinos con pirona o ciclopentadienona con expulsión de dióxido de carbono o monóxido de carbono también forman compuestos de areno. En la ciclación de Bergman, los reactivos son un enino más un donante de hidrógeno.

Otro conjunto de métodos es la aromatización de ciclohexanos y otros anillos alifáticos: los reactivos son catalizadores utilizados en la hidrogenación como platino, paladio y níquel (hidrogenación inversa), quinonas y los elementos azufre y selenio.

Reacciones

Los sistemas de anillos aromáticos participan en muchas reacciones orgánicas.

Sustitución aromática

En la sustitución aromática, un sustituyente del anillo areno, normalmente hidrógeno, se sustituye por otro sustituyente. Los dos tipos principales son la sustitución aromática electrófila cuando el reactivo activo es un electrófilo y la sustitución aromática nucleófila cuando el reactivo es un nucleófilo. En la sustitución aromática nucleófila por radicales, el reactivo activo es un radical. Un ejemplo de sustitución aromática electrofílica es la nitración del ácido salicílico:^[4]​

 

Reacciones de acoplamiento

En las reacciones de acoplamiento, un metal cataliza un acoplamiento entre dos fragmentos de radicales formales. Las reacciones de acoplamiento comunes con los arenos dan como resultado la formación de nuevos enlaces carbono-carbono, por ejemplo, alquilarenos, vinil-arenos, birarilos, nuevos enlaces carbono-nitrógeno (anilinas) o nuevos enlaces carbono-oxígeno (compuestos ariloxi). Un ejemplo es la arilación directa de perfluorobencenos^[5]​

 

Hidrogenación

La hidrogenación de arenos crea anillos saturados. El compuesto 1-naftol se reduce completamente a una mezcla de isómeros decalina -ol.^[6]​

 

El compuesto resorcinol, hidrogenado con níquel Raney en presencia de hidróxido de sodio acuoso forma un enolato que se alquila con yoduro de metilo a 2-metil-1,3-ciclohexandiona:

 

Cicloadiciones

La reacción de cicloadición no es común. En la reacción de Wagner-Jauregg se puede encontrar una inusual reactividad térmica de Diels-Alder de los arenos. Otras reacciones de cicloadición fotoquímica con alquenos ocurren a través de excímeros.

Queromatización

En las reacciones de desaromatización, la aromaticidad del reactivo se pierde de forma permanente.

Benceno y derivados del benceno

Los derivados de benceno tienen de uno a seis sustituyentes unidos al núcleo de benceno central. Ejemplos de compuestos de benceno con un solo sustituyente son el fenol, que lleva un grupo hidroxilo, y el tolueno con un grupo metilo. Cuando hay más de un sustituyente presente en el anillo, su relación espacial se vuelve importante para lo cual se diseñan los patrones de sustitución areno orto, meta y para. Por ejemplo, existen tres isómeros para el cresol porque el grupo metilo y el grupo hidroxilo pueden colocarse uno al lado del otro (orto), una posición separada entre sí (meta) o dos posiciones separadas entre sí (para). El xilenol tiene dos grupos metilo además del grupo hidroxilo y, para esta estructura, existen 6 isómeros.

• Compuestos aromáticos representativos
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  Tolueno

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  Etilbenceno

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  p-xileno

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  m-xileno

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  Mesitileno

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  Dureno

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  2-fenilhexano

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  Bifenilo

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  Fenol

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  Anilina

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  Nitrobenceno

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  Ácido benzoico

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  Aspirina

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  Paracetamol

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  Ácido pícrico

El anillo aromático tiene la capacidad de estabilizar cargas. Esto se ve, por ejemplo, en el fenol (${\displaystyle {\ce {C6H5OH}}}$ ), que es ácido en el hidroxilo (${\displaystyle {\ce {OH}}}$ ), ya que una carga de este oxígeno (alcóxido ${\displaystyle {\ce {-O-}}}$ ) se deslocaliza parcialmente en el anillo de benceno.

Otro hidrocarburo aromático monocíclico

Otros hidrocarburos aromáticos monocíclicos incluyen Ciclotetradecaheptaeno o Ciclooctadecanonaeno.

Hidrocarburos aromáticos policíclicos

Artículo principal: Hidrocarburo aromático policíclico

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) son hidrocarburos aromáticos que consisten en anillos aromáticos fusionados y no contienen heteroátomos ni llevan sustituyentes.^[7]​ El naftaleno es el ejemplo más simple de HAP. Los HAP se encuentran en depósitos de petróleo, carbón y alquitrán, y se producen como subproductos de la quema de combustibles (ya sean combustibles fósiles o biomasa). Como contaminantes, son motivo de preocupación porque algunos compuestos se han identificado como carcinógenos, mutagénicos y teratogénicos. Los HAP también se encuentran en alimentos cocidos. Los estudios han demostrado que se encuentran altos niveles de HAP, por ejemplo, en la carne cocinada a altas temperaturas, como asar a la parrilla o asar a la parrilla, y en el pescado ahumado.^[8]​^[9]​^[10]​

También se encuentran en el medio interestelar, en los cometas y en los meteoritos y son una molécula candidata para actuar como base para las formas de vida más antiguas. En el grafeno, el motivo HAP se extiende a grandes hojas 2D.

Véase también

• Sustituyentes aromáticos: Arilo, Ariloxi y Arenedil
• Asfaltenos
• Hidrodesalquilación
• Anillos aromáticos simples
• Óxido de rodio-platino, un catalizador utilizado para hidrogenar compuestos aromáticos.

Referencias

1. HighBeam Encyclopedia: aromatic compound.
2. Armit, James Wilkins; Robinson, Robert (1925). «Polynuclear heterocyclic aromatic types. Part II. Some anhydronium bases». J. Chem. Soc. Trans. 127: 1604-1618. 
3. Jensen, William B. (1 de abril de 2009). «The Origin of the Circle Symbol for Aromaticity». Journal of Chemical Education 86 (4): 423. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed086p423. 
4. Webb, K.; Seneviratne, V. (1995). «A mild oxidation of aromatic amines». Tetrahedron Letters 36 (14): 2377-2378. doi:10.1016/0040-4039(95)00281-G. 
5. Lafrance, M.; Rowley, C.; Woo, T.; Fagnou, K. (2006). «Catalytic intermolecular direct arylation of perfluorobenzenes.». Journal of the American Chemical Society 128 (27): 8754-8756. PMID 16819868. doi:10.1021/ja062509l. 
6. (1971) "1-Naphthol". Org. Synth. 51; Coll. Vol. 6. 
7. Fetzer, John C. (16 de abril de 2007). «The Chemistry and Analysis of the Large Polycyclic Aromatic Hydrocarbons». Polycyclic Aromatic Compounds 27 (2): 143-162. ISSN 1040-6638. doi:10.1080/10406630701268255. 
8. «Polycyclic Aromatic Hydrocarbons – Occurrence in foods, dietary exposure and health effects». European Commission, Scientific Committee on Food. December 4, 2002. 
9. Larsson, B. K.; Sahlberg, G. P.; Eriksson, A. T.; Busk, L. A. (1983-07). «Polycyclic aromatic hydrocarbons in grilled food». Journal of Agricultural and Food Chemistry 31 (4): 867-873. ISSN 0021-8561. PMID 6352775. doi:10.1021/jf00118a049. 
10. «Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)». Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 1996. 

Enlaces externos

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Compuesto aromático.

•   Datos: Q19834818
•   Multimedia: Aromatics