Haluro de arilo: estructura y reacciones

Publicado el 28 octubre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Oye, ¿qué es un haluro de arilo?

En medio de todos los compuestos químicos con los que los instructores de química orgánica le piden que se familiarice, estoy seguro de que en algún momento ha experimentado la abrumadora sensación de que es demasiado. Estoy en lo cierto? ¡Sé que cuando estaba tomando mi primer curso de química orgánica, la lista de grupos funcionales y clases de compuestos que me pidieron que memorizara parecía que estaba aprendiendo un idioma extranjero!

En muchos sentidos, aprender el “lenguaje” de la química orgánica implica memorizar el vocabulario primero, como lo haría con cualquier otro idioma con el que no esté familiarizado. Entonces, en esta lección, agregaremos un término de vocabulario a nuestro repertorio de química orgánica. Vamos a hablar de una clase de compuestos llamados haluros de arilo . Lo primero que tenemos que hacer es definir qué es un haluro de arilo, luego exploraremos su estructura y, por último, aprenderemos sobre algunas de las reacciones más importantes que pueden sufrir.

Definición de un haluro de arilo

Analicemos lo que esas dos pequeñas palabras significan en primer lugar. La palabra arilo significa aromático (benceno), anillo y la palabra haluro significa un halógeno de algún tipo: flúor, cloro, bromo o yodo. Cuando mira un haluro de arilo, es simplemente uno de los cuatro átomos de halógeno unidos directamente a un anillo de benceno. Bastante simple, ¿verdad?


Ejemplos de haluros de arilo
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Estructura de haluro de arilo

Como vimos en la sección anterior, un haluro de arilo se clasifica por su enlace distintivo de un halógeno directamente a un anillo de benceno. Desde un punto de vista estructural, una de las cosas más importantes a tener en cuenta es la tendencia en las longitudes de los enlaces de los cuatro haluros de arilo. Dado que la tendencia del tamaño atómico es F <Cl <Br <I (lo que significa que el flúor es más pequeño que el cloro, que es más pequeño que el bromo, etc.) probablemente no sea sorprendente que en términos de longitud de enlace, la observación sea la siguiente:


Longitudes de enlace (expresadas en picómetros) de los cuatro haluros de arilo
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Las longitudes de los enlaces aquí se miden en picómetros, que es una pequeña unidad de medida utilizada porque estamos hablando de enlaces químicos a escala microscópica. Observe que a medida que pasamos del flúor al cloro, al bromo y al yodo, las longitudes de los enlaces se hacen cada vez más largas. Esto se debe a que a medida que aumenta el tamaño del halógeno, el enlace tiene que alargarse para dejar espacio para el átomo más grande que está unido al anillo de benceno.

Reacciones de los haluros de arilo: sustitución aromática electrofílica (EAS)

Ahora que sabemos qué es un haluro de arilo y hemos abordado un aspecto estructural importante de ellos, exploremos algunas de las reacciones más importantes que pueden sufrir.

Los haluros de arilo experimentan fácilmente una reacción llamada sustitución aromática electrofílica o EAS para abreviar. Debido a la naturaleza electronegativa del halógeno, cuando se agrega otro átomo o grupo de átomos al anillo de benceno, siempre irán a las posiciones orto (directamente adyacente al carbono halogenado) y para (directamente enfrente del carbono halogenado) en el anillo de benceno. Esto se debe principalmente al hecho de que estas posiciones proporcionan la mayor estabilidad para el carbocatión que finalmente resultará cuando se rompa un doble enlace carbono-carbono (del anillo aromático).

Bromación

En pocas palabras, la bromación solo significa agregar uno o más átomos de bromo a un compuesto. Los haluros de arilo pueden bromarse, y para que se produzca esta reacción simplemente necesitamos un catalizador de bromuro de hierro (III) FeBr 3 y bromo molecular Br 2 .


Bromación de un haluro de arilo: observe cómo está el bromo en las posiciones orto y para del anillo de benceno de los productos.
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Nitración

Se pueden agregar grupos nitro ( grupo NO 2 ) a los haluros de arilo. A esto lo llamamos nitración , y para esta transformación, simplemente podemos tomar nuestro haluro de arilo y reaccionarlo con ácido nítrico concentrado (HNO 3 ) y ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Dado que este proceso implica el uso de ácidos concentrados, se debe tener mucho cuidado para minimizar su exposición a estos químicos dañinos.


Nitración de un haluro de arilo: esta vez, los grupos nitro van a las posiciones orto y para
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Reacciones de los haluros de arilo: síntesis de ácido benzoico

El bromobenceno es un haluro de arilo excepcionalmente útil, ya que se puede utilizar para fabricar lo que se llama reactivo de Grignard y luego se utiliza para producir ácido benzoico. Este tipo de reacción, como era de esperar, se llama reacción de Grignard . En el primer paso del proceso, el bromobenceno se hace reaccionar con magnesio metálico puro para formar un intermedio conocido como reactivo de Grignard.


Reacción de bromobenceno con magnesio metálico
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Después de que se hizo nuestro reactivo de Grignard, reaccionamos con hielo seco (sólido CO 2 ), seguido de algo de ácido clorhídrico diluido (HCl) y que produce ácido benzoico!


Formación de ácido benzoico a partir del reactivo de Grignard
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Resumen de la lección

En esta lección, aprendimos que un haluro de arilo es cuando uno de los cuatro halógenos está unido directamente a un anillo de benceno. En cuanto a su estructura, el enlace entre el anillo de benceno y el flúor es más corto que el entre el anillo de benceno y el cloro, que es más corto que el enlace entre el anillo de benceno y el bromo, que finalmente es más corto que el enlace entre el anillo de benceno y el bromo. yodo.

Esto se debe a que la serie en tamaño atómico de los cuatro halógenos va F <Cl <Br <I. En términos de las reacciones que pueden sufrir los haluros de arilo, aprendimos sobre las siguientes reacciones:

1. Sustitución aromática electrofílica

  • Bromación : adición de un átomo de bromo al anillo de benceno del haluro de arilo.
  • Nitración : adición de un grupo nitro al anillo de benceno del haluro de arilo.

2. Una reacción de Grignard

  • Específicamente, analizamos la síntesis de ácido benzoico a partir de bromobenceno. Aquí es cuando tomamos bromobenceno y primero lo reaccionamos con magnesio metálico seguido de hielo seco (CO 2 ) y ácido clorhídrico.

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