Chimica organica - composti aromatici

Benzene e composti aromatici

Il benzene (C₆H₆) è l’idrocarburo aromatico (o arene) più semplice. La sua struttura:

• Contiene un anello a sei membri e tre ulteriori insaturazioni;
• È planare;
• Presenta tutti i legami C-C uguali (ibrido di risonanza).

Ibrido π

Gli elettroni dei legami sono delocalizzati sull'anello π. I sei elettroni del benzene lo rendono ricco di elettroni e quindi reattivo nei riguardi degli elettrofili.

Denominazione di un anello benzenico monosostituito

Per denominare un anello benzenico monosostituito, si denomina il sostituente e si aggiunge la parola benzene.

• CH₃CH: clorobenzene
• CH₃CCH₂ 3: t-butilbenzene
• C₂H₅: etilbenzene

Molti benzeni monosostituiti hanno nomi comuni.

• CH₃OH: metilbenzene (toluene)
• C₆H₅OH: idrossibenzene (fenolo)
• NH₂C₆H₅: amminobenzene (anilina)
• OCH₃C₆H₅: metossibenzene (anisolo)

Isomeri

Vi sono tre modi per legare due gruppi ad un anello benzenico e un prefisso (orto, meta o para) è usato per indicare la posizione relativa dei sostituenti.

• Benzene 1,2-disostituito: orto
• Benzene 1,3-disostituito: meta
• Benzene 1,4-disostituito: para

Esempi di isomeri:

• Br₂ in posizione orto: o-dibromobenzene
• Br₂ in posizione meta: m-dibromobenzene
• Br₂ in posizione para: p-dibromobenzene

Se i due sostituenti sono differenti si mettono in ordine alfabetico i nomi dei sostituenti che precedono la parola benzene. Se uno dei sostituenti è parte di un nome comune di un benzene monosostituito, denominare la molecola come un suo derivato.

• o-bromoclorobenzene
• m-etilnitrobenzene
• p-fluorotoluene
• m-nitrofenolo

Tre o più sostituenti

Per tre o più sostituenti sull’anello benzenico:

• La numerazione deve dare i numeri più piccoli possibile per l’anello benzenico;
• Mettere in ordine alfabetico i nomi dei sostituenti;
• Se i sostituenti sono parte di un nome comune, denominare la molecola come un derivato di questo benzene monosostituito. Il sostituente che caratterizza il nome del composto è collocato in posizione 1.

Il benzene come sostituente è chiamato gruppo fenile (Ph-). Il gruppo benzilico, un altro sostituente contenente un anello aromatico, differisce dal fenile nell’avere un CH₂ in più.

• 1-cloro-2,4-dietilbenzene
• 2-cloro-5-nitrofenolo
• fenile
• benzile

Esercizi

Dare il nome IUPAC ai seguenti composti:

1. OH
2. OCH₃
3. Cl

Disegna la struttura corrispondente a ciascuno dei seguenti nomi:

• Isobutilbenzene
• Cis-1,2-difenilcicloesano
• m-Cloroanilina
• 4-Cloro-1,2-dietilbenzene

Sostituzione elettrofila aromatica

La reazione caratteristica del benzene è la sostituzione elettrofila aromatica in cui un atomo di idrogeno è sostituito da un elettrofilo.

Reazione di alogenazione

Reazione di nitrazione

Reazione di solfonazione

Reazione di alchilazione

Reazione di acilazione

Meccanismo generale

Stadio 1: Addizione dell'elettrofilo e formazione del carbocatione intermedio

Stadio 2: Perdita di un protone per ripristinare l'anello aromatico

Alogenazione

Stadio 1: Genesi dell'elettrofilo

Br₂ + FeBr₃ → Br₂FeBr₃ (Base di Lewis - Acido di Lewis)

Stadio 2: Addizione dell'elettrofilo