Idrocarburi aromatici: proprietà

Gli idrocarburi aromatici danno reazioni caratteristiche come le reazioni di sostituzione elettrofila e le reazioni di sostituzione nucleofila

Gli idrocarburi aromatici si distinguono in mononucleari e hanno formula bruta CnH2n-6 , quelli polinucleari per la serie naftalenica CnH2n-12 , mentre quelli della serie fenantrenica CnH2n-18.

Proprietà fisiche

Gli idrocarburi aromatici sono liquidi o solidi, insolubili in acqua, ma solubili in solventi non polari o debolmente polari. I punti di ebollizione crescono abbastanza regolarmente con il peso molecolare con un incremento di circa 20-30 °C da un composto omologo a quello superiore.

Proprietà spettroscopiche

1)       Infrarosso. La presenza di un gruppo aromatico in una molecola viene rilevata in genere dagli assorbimenti a ≈ 3030 cm-1  (ν = CH) e nella regione 1600-1500 cm-1 (ν C=C) mentre il tipo di sostituzione può essere determinato dai forti assorbimenti al di sotto di 900 cm-1

2)     Ultravioletto. Il benzene presenta due assorbimenti, uno primario costituito da una sola banda a circa 200 nm e uno secondario che è rappresentato da una serie di bande tra 230-270 nm.

3)     1H Risonanza magnetica nucleare. I protoni legati a un nucleo aromatico sono più de schermati rispetto a quelli olefinici e risuonano nell’intervallo  2-3 τ.

Reattività degli idrocarburi aromatici

Le reazioni caratteristiche degli idrocarburi aromatici sono:

Sostituzione elettrofila aromatica

 Le reazioni di sostituzione elettrofila aromatica sono alogenazione, nitrazione, solfonazione, alchilazione e acilazione di Friedel Crafts.

Sostituzione nucleofila aromatica

Le reazioni di sostituzione nucleofila  avvengono più frequentemente secondo tre meccanismi:

  • complesso-intermedio che si verifica quando sono presenti gruppi con effetto mesomero negativo come, ad esempio, -NO2, -CHO, -COOH.
  • SN1 che si verifica quando i gruppi da sostituire sono molto labili come, ad esempio nel caso del gruppo diazonio
  • intermedio “arino” (intermedio benzenico con triplo legame)  che si verifica in assenza di attivazione da parte di basi molto forti e procede attraverso un’eliminazione e successivamente un’addizione

Riduzione

L’idrogenazione dell’anello aromatico può essere fatta in modo totale, trasformando il composto aromatico in composto ciclico saturo, o più frequentemente in modo parziale trasformandolo in composto ciclico con una o due insaturazioni. L’idrogenazione catalitica trasforma il benzene in cicloesano solo in presenza di catalizzatore e a temperatura di 200°C.

Ossidazione

Gli idrocarburi aromatici presentano due direzioni di ossidazione, una sull’anello e l’altra sui sostituenti alchilici. Generalmente i gruppi alchilici vengono attaccati preferenzialmente ( CrO3 a caldo, KMnO4 , OsO4). Industrialmente l’ossidazione delle catene laterali viene effettuata con aria in presenza di sali di cobalto quali catalizzatori

Sostituzione

 I reattivi elettrofili che reagiscono con il benzene, agiscono con il naftalene secondo lo stesso meccanismo. Inoltre l’elevata densità elettronica tra gli atomi 1,2 ed equivalenti, conferisce a questo legame un più accentuato carattere di doppio legame. Tali reazioni, pertanto avvengono in condizioni più blande del benzene. Inoltre l’attacco si può verificare sulle posizioni α e β non equivalenti.

Antracene

Il legame tra gli atomi di carbonio 1 e 2 e tra gli atomi equivalenti ha un carattere di doppio legame più spiccato rispetto ad altri e rispetto al corrispondente legame nel naftalene. Una caratteristica importante è che nell’antracene le posizioni più reattive nelle reazioni di addizione, di sostituzione, di addizione e di ossidazione sono le 9 e 10

Fenantrene

Anche in questo caso l’elevato carattere di doppio legame tra il 9 e 10 rende queste posizioni più reattive nelle reazioni di addizione, di sostituzione, di addizione e di ossidazione. Passando dal benzene al naftalene e, quindi, al fenantrene, la facilità di questi substrati a dare reazioni di somma aumenta con il carattere di doppio legame tra le posizioni più reattive.

Gli idrocarburi aromatici si ottengono soprattutto per distillazione secca (pirolisi) del catrame di carbon fossile ed in particolare il benzene, il toluene, o-, m-, p-, xileni, indene e naftaleni.

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