Hidrocarburos 1. Quimica. QUÍM.

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Química

A. Generalidades. Son compuestos químicos (v.) que contienen únicamente carbono e hidrógeno. El carbono tiene la peculiaridad de formar cadenas consigo mismo por medio de enlaces covalentes C-C. Esta particularidad es, probablemente, consecuencia de un conjunto de factores, como la distribución de los cuatro electrones de valencia (v.) del átomo de carbono, la naturaleza casi invariablemente covalente de sus cuatro enlaces (que se saturan fácilmente con otros átomos de carbono o de hidrógeno), la facilidad con que en la formación de estos enlaces el átomo de carbono adquiere configuración electrónica de gas noble, y la falta en el carbono tetracovalente de toda tendencia a captar o ceder pares de electrones (v. ENLACES Químicos). La energía de enlace simple C-C es relativamente alta (58,6 Kcal/mol.) lo que está de acuerdo con la facilidad con que se unen entre sí los átomos de carbono. Ahora bien, en las cadenas carbonadas -C-C-C-C- todos los átomos de carbono tetravalentes tienen valencias sin saturar, que satisfacen preferentemente con átomos de hidrógeno para dar lugar a la serie casi ilimitada de h. presentes en la naturaleza. Y la explicación de este hecho puede ser que el enlace carbono-hidrógeno posee una energía de enlace de 87,3 Kcal/mol., superior a cualquier otro enlace carbono-elemento excepto el carbono-flúor.

La clasificación de los h., atendiendo a elementos estructurales, presenta tres grupos fundamentales: a) Alifáticos, de cadena abierta. b) Alicíclicos, semejantes a los anteriores, pero con las cadenas carbonadas formando ciclos. c) Aromáticos, que son compuestos hidrocarbonados que contienen por lo menos un núcleo o anillo bencénico.

B. Hidrocarburos alifáticos. Los compuestos hidrocarbonados de cadena abierta pueden dividirse, a su vez, en saturados y no saturados. En los primeros, todos los enlaces carbono-carbono son sencillos, mientras que en los no saturados hay enlaces carbono-carbono dobles o triples.

Alcanos. Se les denomina generalmente h. saturados, h. paraf ínicos o parafinas (del latín parum af f inis, poca afinidad). Tienen el número máximo de átomos de hidrógeno compatible con la tetravalencia del carbono. Por esto son compuestos totalmente saturados, de fórmula general CnH2n+2, donde n es un número entero. Los compuestos derivados de la fórmula anterior forman una serie homóloga en la que cada uno difiere del anterior o del posterior en un grupo metileno CH2.

La parafina más sencilla es el metano, CH4. Es el principal producto orgánico gaseoso de la degradación de los pantanos y fue descubierto e identificado por Volta en 1778 quien le dio el nombre de "gas de los pantanos". Está presente en un 40% en volumen en el gas del alumbrado y se puede obtener en cantidades considerables por fermentación bacteriana de los lodos y cienodel alcantarillado. Forma también parte del gas natural, de los gases de los pozos petrolíferos y puede presentarse en grandes bolsas gaseosas a elevada presión mezclado con el aire en las minas de hulla y antracita (grisú), mezcla sumamente explosiva que constituye un grave peligro.

La primera síntesis del metano fue llevada a cabo por Berthelot en 1856, haciendo pasar una mezcla de sulfuro de carbono y sulfuro de hidrógeno sobre cobre caliente: CS2+2H,S+8Cu=CH4+4Cu2SExisten numerosos métodos industriales y de laboratorio para preparar metano con buen rendimiento, pero actualmente las mayores cantidades se obtienen del gas natural, del gas de los pozos petrolíferos y del traqueo del petróleo (v.). Es un gas incoloro e inodoro y no es tóxico. A presión normal hierve a -1640C y su punto de fusión es de -184° C. Estructuralmente tiene una configuración espacial totalmente simétrica, con las cuatro valencias del carbono dirigidas hacia los vértices de un tetraedro regular coincidiendo con los ejes de los cuatro orbitales híbridos del carbono, y precisamente en estas direcciones se sitúan los cuatro enlaces C-H.

El siguiente miembro de la serie de h. alifáticos saturados es el etano CH6, que existe, junto con el metano, en el gas natural y en los gases de los yacimientos petrolíferos. El mejor procedimiento para su obtención es la hidrogenación catalítica. del etileno:CH4+H2 ---> C2H6Admitiendo la tetravalencia del carbono y la monovalencia del hidrógeno, la única estructura posible para el etano esH H II H-C-C-HII H Hque en forma reducida se acostumbra a presentar CH3-CH3. Es un gas incoloro a temperatura ambiente y su punto de ebullición es -89° C.

El propano es el siguiente miembro de la serie. Su fórmula molecular es C3H$ y su única estructura posible CH3-CH2-CH3. Es también gaseoso, se licua a -44,5° C y se asemeja en sus propiedades al metano y al etano; también forma parte del gas natural y de los gases de los pozos petrolíferos.

En el caso del butano C4HIo son posibles dos formas estructurales:C113-CH2-CH2-CH3 de cadena lineal, yCH3 I CH3-CH-CH3ramificada. Se conocen los dos compuestos, el primero llamado butano normal (punto de ebullición -0,50C) y el segundo isobutano (punto de ebullición -10,20C).

Los h. y, en general, los compuestos químicos que tienen igual fórmula molecular y distinta estructura y propiedades, se llaman isómeros. La isomería (v.) es frecuentísima entre los hidrocarburos y, a medida que aumenta el número de átomos de carbono, mayor es el 1número de isómeros posibles. Así, son posibles tres pentanos CSH12: el pentano normalCH3-CH2-CH2-CH2-CH3 (punto de ebullición 360C), el isopentano H3CCH-CH2-CH3 /H3C(punto de ebullición 280C), y el neopentano H3C CH3CH3C CH3(punto de ebullición 9,41>C). Para el siguiente miembro, hexano C6H14, son posibles cuatro isómeros. El alcano de ocho átomos de carbono, octano C8H18, puede presentarse en 18 formas isómeras diferentes y mediante una fórmula matemática recurrente se puede calcular que, para el alcano de veinte átomos de carbono, eicosano C2oH42, son posibles teóricamente 366.319 isómeros.

Para la nomenclatura de los alcanos se han seguido diversos sistemas. Universalmente se admiten para los cuatro primeros nombres especiales ya citados: metano, etano, propano y butano; a partir del quinto en adelante se utilizan prefijos latinos o griegos para indicar el número de átomos de carbono de la molécula; así, el pentano es CsH12, el octano CsH18, etc., llevando todos el sufijo -ano. Cuando se elimina un átomo de hidrógeno de un alcano, se forma un radical monovalente que se denomina radical alquilo o grupo alquilo, y se nombra atendiendo al alcano del que procede cambiando el sufijo -ano por -ilo. De esta forma, del metano deriva el metilo,-CH3 ;del etano el etilo,CH3-CH2-; del propano el propilo, CH3--CH2-CH2 ,y el isopropiloCH3-CH-CH3,etcétera; y, en general, un radical alquílico cualquiera se representa por R-, siendo R-H el alcano correspondiente. Es fácil imaginar que, a medida que aumenta el número de átomos de carbono, y con ello el de posibles isómeros y ramificaciones, se hace más difícil la nomenclatura, por lo que modernamente se han tratado de unificar los sistemas y la IUPAC (Internacional Union of Pure and Applied Chemistry, Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) ha dictado un sistema que es indudablemente superior a los anteriores y que permite nombrar sin ambigüedad cualquier h. y que nosotros emplearemos.

Obtención. Todos los h. saturados se han podido separar de las mezclas en que normalmente se encuentran por destilación fraccionada, método de admirable eficacia. También se ha conseguido una serie de métodos excelentes para la obtención de estos compuestos; los más frecuentes son:1) Método electrolítico de Kolbe, que consiste en la electrólisis (v.) de una disolución concentrada de la sal sódica o potásica de un ácido alifático (v. ÁCIDOS III). Así, p. ej., al electrolizar una disolución acuosa de acetato sódico, en el ánodo se recoge etano y dióxido de carbono, y en cátodo hidrógeno y sosa, según el esquema:2CH3000Na+2H201 C2H6+2CO2+2NaOH+H2 Por este procedimiento, que es el más antiguo, descrito como síntesis general de h., se han logrado rendimientosdel 50 al 90% a partir de ácidos de cadena lineal que contienen entre 2 y 18 átomos de carbono.

2) A partir de alcoholes, a través del correspondiente halogenuro de alcohilo (v. HALOGENUROS ORGÁNICOS). Un alcohol R-OH se puede convertir en su correspondiente yoduro de alquilo utilizando, p. ej., triyoduro de fósforo:3ROH+PI3=3R-I+H,P03y, a partir del R-1, se puede obtener el alcano R-H por reducción con hidrógeno naciente o utilizando hidrógeno molecular y un catalizador de hidrogenación. Por este procedimiento se puede obtener metano casi puro a partir del yoduro de metilo:CH,I+2[H]=CH;+HI.

3) Síntesis de Wurtz. En este caso, una disolución en éter de un halogenuro de alquilo (preferentemente yoduro o bromuro) se trata con sodio metálico; p. ej.:RI+R’1+2Na=R--R’+2NaIEs evidente que el rendimiento de esta reacción en parafina R-R’ no puede ser muy alto, pues inevitablemente se formarán la R-R y la R-R’, pero es un método muy práctico para la obtención de compuestos simétricos en que se unen dos grupos idénticos y se han logrado buenos rendimientos en la preparación de h. superiores, por ej.:2C2oH4,Br+Na --> C40H82+BrNa.

4) Reducción mediante el empleo de reactivos de Grignard. Los halogenuros de alquilo reaccionan fácilmente con el magnesio metálico suspendido en éter dietílico para dar el correspondiente halogenuro de alquil-magnesio segúnRI + Mg -> R-Mg-1,en el caso de los yoduros. Estos halogenuros de alquilmagnesio se conocen como "reactivos de Grignard" y son de un inestimable valor en síntesis orgánica. Así, por ej., con agua se descomponen cuantitativamente dando lugar al h. correspondiente. En el caso del metano sería:CH3I+Mg --> CH3-Mg--I H_o-i CH4+HOMgI.

5) Por descarboxilación, al calentar una mezcla de sal sódica de un ácido graso (alifático) y cal sodada: R-COONa+NaOH(Ca0) -> RH+C03Na2Este método no es muy apropiado para la preparación de parafinas sencillas, puesto que el rendimiento no es bueno y los productos secundarios son difíciles de separar.

Propiedades. Los alcanos de bajo peso molecular, con uno hasta cuatro átomos de carbono, son gaseosos en condiciones normales de presión y temperatura; los de 5 a 17 átomos de carbono son líquidos, incoloros, con olores característicos; a partir del de 18 carbonos, son sólidos. Debido al carácter covalente de los enlaces, los h. sólidos son blandos, con el aspecto normal de ceras y aun los de mayor peso molecular poseen puntos de fusión cercanos a los 100° C. Se ha observado que, en los isómeros, el compuesto "normal", no ramificado, tiene siempre puntos de ebullición y fusión más altos que los isómeros ramificados. A medida que aumenta el número de átomos de carbono se acentúan otras propiedades físicas, como la viscosidad y el peso específico, tendiendo este último a un valor límite de 0,79 g/cm3.

Desde el punto de vista químico los alcanos son poco réactivos. A temperaturas ordinarias son inertes, pero se ha demostrado que son reactivos si se fuerzan las condiciones de reacción. El hexano normal no se altera al tratarlo con ácido sulfúrico concentrado, con ácido nítrico caliente, con hidróxido sódico fundido, ni es oxidado por agentes oxidantes eficaces, como el dicromato potásico. Sólo se ha llegado a resultados positivos en estos tratamientos utilizando temperaturas de reacción muy elevadas o sistemas catalíticos muy específicos. De las posibles reacciones, la halogenación, y, en particular la cloración, ha sido la más estudiada. El cloro no tiene acción alguna sobre las parafinas en la oscuridad, pero a la luz solar se produce la reacción rápidamente y, en algunos casos, es explosiva, como sucede con el metano, según: CH4+202=C+4110La luz es el elemento energético iniciador de la cloración, rompiendo en primer lugar la molécula de C12 por un proceso de homolisis (del griego homos, igual, y lisis, descomposición) dando lugar a dos radicales libres C1M de extraordinaria reactividad, puesto que al quedarse cada átomo de cloro con un electrón no apareado (v. ÁTOMO II), pierde la configuración electrónica de gas noble de que disfrutaba cuando permanecían ambos átomos unidos en la molécula C12 y, por tanto, tiene gran avidez por compartir un electrón, bien con el carbono o bien con el hidrógeno del metano o del alcano de que se trate, por lo que en realidad se producen varias reacciones entre radicales:Cl : Cl+energía luminosa --> Cl - + Cl - ; Cl. +R: HR. +CIH; R-+C1:CICl -+RCI;y en cada reacción se producen radicales que pueden iniciar un nuevo proceso de sustitución. Se trata de una reacción en cadena que, en el caso del metano, es explosiva, incontrolable, que sólo termina cuando los radicales van desapareciendo por los procesosCl- +CI-=Cl2,R- +R. =R-R-oR- +Cl-=R-Cl, y deja de suministrar energía luminosa iniciadora. Otras reacciones sobre las parafinas son la nitración y la sulfonación, obteniéndose en cada caso nitroderivados y ácidos sulfónicos, que resultan de la sustitución de átomos de hidrógeno por grupos-N02 y -S03H.

La reacción de los alcanos con el oxígeno da lugar a la combustión de aquéllos, produciéndose dióxido de carbono y agua y liberándose gran cantidad de energía, motivo por el que se usa la gasolina en los motores de explosión y los alcanos en general como combustibles líquidos y gaseosos. Los calores de combustión del propano, isobutano y octano normal son, respectivamente, 11,94 Kcal/g., 11,76 Kcal/g., y 11,43 Kal/g. (antracita 7-8 Kcal/g., cok 7,7 Kcal/g.). Por otra parte, la oxidación catalítica del metano produce metanol, CH30H, y formaldehído HCHO. La oxidación catalítica de los homólogos superiores produce ácidos grasos de larga cadena.

Alquenos. Son los h. no saturados que contienen un doble enlace; se les denomina también, comúnmente, olef inas (formadores de aceite). El primer término de la serie es el etileno CH2=CH2 razón por la que estos h. se llaman algunas veces etilénicos. Tienen fórmula general C,H2? y se nombran con el mismo prefijo que el alcano de igual número de átomos de carbono, cambiando la terminación -ano por -eno. Así, elCH2=CH-CH2CH3se denomina buteno-1, porque el doble enlace está sobre el primer carbono;C113-CH=CH-CH3es buteno-2;(CH3)2-C-CH2es isobuteno,CH2=CH-CH2-CH2 CH3es penteno-1, etc. Los cuatro primeros términos de la serie son gaseosos; a partir del quinto son líquidos con distinto punto de ebullición que crece al aumentar el peso molecular. Al ir aumentando el número de átomos de carbono, se diferencian menos de los alcanos, siempre que tengan un solo doble enlace, puesto que muchos olefínicos tienen más de uno, como, p. ej., el butadienoCH2=CH-CH=CH2.

Obtención. Entre los procedimientos generales que se pueden citar para la síntesis de las olefinas, están los siguientes: 1) Deshidratación de alcoholes. Para trasformar un alcohol alifático en alqueno es preciso eliminar conjuntamente el grupo hidroxilo alcohólico -OH y un H de un átomo de carbono adyacente, que es tanto como eliminar una molécula de agua entre dos carbonos contiguos. Así, del alcohol etílico resulta etileno, según la reacción:CH3 CH20H -a CH2=CH2+1120.

La reacción se lleva a cabo a elevada temperatura y se emplean como agentes deshidratantes compuestos inorgánicos como ácido sulfúrico, ácido fosfórico, alúmina, o pentóxido de fósforo. 2) Deshidrohalogenación. Es posible crear un doble enlace tratando un halogenuro de alquilo con un reactivo básico fuerte capaz de eliminar los elementos de un haluro de hidrógeno entre átomos de carbono contiguos. De esta forma actúan el hidróxido sódico NaOH, o el potásico KOH sobre derivados monohalogenados de las parafinas; p. ej., el propeno se puede obtener a partir del bromuro de propilo:CH3-CH2-CH2Br+KOH -> CH3-CH=CH2+KBr+1120 El rendimiento de esta reacción depende, en especial, del tipo de carbono al que está unido el átomo de halógeno. Propiedades. Las propiedades principales y más específicas de las olefinas se deben a la presencia del doble enlace. De la misma forma que en el caso del metano y demás alcanos, la existencia en el carbono de cuatro valencias idénticas condujo a la construcción del modelo de carbono tetraédrico con orbitales híbridos sp3 (v. ENLACES QUÍMICOS, 3). En una interpretación plausible del doble enlace C=C se admite una hibridación sp2 o hibridación trigonal, con ángulos de enlace de 1200 (fig. 1). Al poseer el carbono cuatro electrones de valencia, en los niveles 2s, 2px, 2p,, y 2pZ, resultan tres orbitales híbridos equivalentes sp2 a expensas de los orbitales 2s, 2px y 2py. Queda un orbital p2, de eje perpendicular al plano sobre el que se sitúan los tres orbitales híbridos de simetría triangular, y en tal orbital se sitúa el cuarto electrón. De esta forma, dos átomos de carbono pueden unirse entre sí por un enlace sencillo (enlace o-) merced a dos electrones de los orbitales sp2 híbridos, resultando una unión covalente normal, mientras que a su vez los orbitales 2pZ no hibridados de los dos átomos, que quedan en posición paralela o superposición parcial, se unen para dar lugar a un orbital molecular distinto (orbital 70 en el que se localizarán los dos electrones 2pZ de los dos átomos, que de esta forma han dado lugar a un nuevo enlace, superpuesto al enlace o- inicial y construyendo lo que convencionalmente se viene llamando doble enlace, que se suele representarc=coC:: C.

La abundancia de electrones da gran reactividad al doble enlace, que es lo que verdaderamente caracteriza a las olefinas, las cuales experimentan gran número de reacciones de adición; y los reactivos atacantes serán preferentemente sustancias ávidas de electrones (electrófilas) atraídas por los electrones 7r fácilmente extraíbles.

Los tipos de reacciones más comunes son los siguientes: 1) Hidrogenación. Las olefinas pueden tomar hidrógeno con relativa facilidad en presencia de catalizadores:CH2=CH2+H2+catalizador =CH3-CH3.

Los mejores catalizadores son metales finamente divididos. 2) Adición de halógenos. Así, p. ej., el etileno puede adicionar bromo para formar 1,2 dibromo etano:CH2=CH2+Br2 = CH2Br-CH2Br.

3) Formación de halogenuros de alquilo por reacción con ácidos halogenados;p. ej.:CH2-CH2+HBr --> CH3-CH2Br.

4) Hidratación, para dar lugar a alcoholes en medio ácido. Se pueden citar otras muchas reacciones, de las que las más importantes son las efectuadas con peróxidos, con ácidos hipohalogenosos, con halogenuros de nitroxilo, con óxidos de nitrógeno, con agua oxigenada u otros oxidantes, con perácidos, con ozono (v. OxíGENO), etc. Aparte este gran número de posibilidades de las olefinas, lo que hoy las hace imprescindibles en el desarrollo de la industria química es su facilidad para polimerizarse (v. POLIMERIZACIóN), proceso que pueden sufrir prácticamente todas ellas en presencia de catalizadores adecuados, dando lugar a productos de peso molecular elevadísimo. Las poliolefinas que más desarrollo han alcanzado son las que resultan de la polimerización del etileno, propileno, butadieno, metilbutadieno (isopreno), y una serie de derivados aromáticos del grupo CH2=CH- (radical vinilo) como el vinilbenceno (estireno), o el divinilbenceno. Algunos derivados del radical vinilo han adquirido enorme importancia en la obtención de polímeros y materiales plásticos, como el cloruro de viniloCl-CH-CH2 ; el acetato de viniloCH; COOCH-CH2; el cianuro de viniloCH2-CH-CN, etcétera (v. PLÁSTICOS).

Alquinos. Los alquinos o h. acetilénicos poseen un triple enlace C-C. Reciben esta última denominación del primer término de la serie, el acetilenoHC=HC.

Se nombran según la nomenclatura de la lUPAC, con el sufijo -¡no y los prefijos que se emplean para alcanos y alquenos de igual número de átomos de carbono. Así, el acetileno es etino; elCH3 C=C-CH3es butino-2; elHC_C-CH2 CHZ-C-CHes hexadiino 1,6; etc. Los compuestos acetilénicos que se conocen son escasos en comparación con los de las series de alcanos y alquenos. En pequeñas cantidades se encuentran en ciertos hongos (basidiomicetos) y plantas superiores (compuestas y umbelíferas), y los conocidos son en su totalidad poliacetilenos, es decir, tienen más de un triple enlace.

En la molécula de acetileno H--C=C-H se puede estudiar fácilmente la naturaleza del triple enlace utilizando los conceptos de la teoría de orbitales. Por un razonamiento análogo al seguido para interpretar el enlace doble etilénico se llega a la conclusión de que el triple enlace está constituido por un enlace a- covalente, formado por interacción de dos orbitales sp híbridos y por dos enlaces r, formados por recubrimiento lateral de orbitales p. Al interaccionar los dos orbitales u dan lugar, a su vez, a un entorno electrónico de simetría cilíndrica alrededor del eje carbono-carbono. De esta forma, los cuatro electrones r se encuentran muy concentrados en el enlace y son más difícilmente atacables por agentes electráfilos que en el caso de los electrones 7r etilénicos. El acetileno es el único alquino realmente importante. Es un gas incoloro, que le licua a -84° C y tiene un olor característico. Cuando se comprime, resulta explosivo. Arde con llama luminosa y humeante, por lo que ha sido muy empleado en iluminación. Se emplea también en el soplete oxi-acetilénico.

El principal método de obtención industrial de acetileno utiliza la hidrólisis del carburo de calcio: C2Ca+2H20=C2H2+Ca(OH)2. Modernamente se obtiene también por craqueo de mezclas metano-etano (v. PETROQUÍMICA). Se puede obtener a escala de laboratorio por otros procedimientos. La importancia del acetileno ha ido disminuyendo a medida que se ha desarrollado la petroquímica, pero aún se utiliza industrialmente en la preparación de etileno por hidrogenación, en la síntesis de cloruro, bromuro y yoduro de vinilo(CH2-CHX, X-C1, Br, I)por adición de halogenuros de hidrógeno, en la síntesis de acetaldehídoCH3 CHOy en la obtención de cianuro de vinilo. La importancia de todos estos productos justifica el gran desarrollo que alcanzó la química del acetileno.

C. Hidrocarburos alicíclicos. Los h. alicíclicos saturados tienen de fórmula general C.H2?. Se conocen anillos hidrocarbonados que pueden tener 3 a 30 átomos de carbono y, en principio, no hay limitación en cuanto al tamaño del anillo que pueda formarse. Se denominan colocando el prefijo ciclo- delante del nombre del h. alifático de igual número de átomos de carbono. Así, p. ej.: CH2CH2 o D ciclopropano;CH, CH-CH2`CH2 0ciclopenteno;CH-CH2 CH2-CH2 CH3-CHCH-CH3oCH3  -CH3, CH2-CH21,4-dimetil ciclohexano.

Se pueden representar las fórmulas solamente por los enlaces dibujando el anillo, entendiéndose que en los puntos de intersección se encuentran los átomos de carbono con sus hidrógenos respectivos. Hay varios métodos generales de obtención, y entre ellos se pueden citar: 1) Al tratar los derivados a, co-dihalogenados de las parafinas con sodio o cinc, se forma la correspondiente cicloparafina:CH2BrCH2CH+Zn -> H2CI+Br2Zn.

CH2BrCH,2) Los compuestos alicíclicos con anillos de seis miembros se pueden obtener mediante hidrogenación del benceno y sus derivados; p. ej., del tolueno (metil benceno) se puede obtener metil ciclohexanoCH3-~~ j + 3H2 --> CH33) Por reducción de derivados carbonílicos; así, de la ciclopentanonaCHZCH2 ECO CH2-CHZse obtiene ciclopentanoCHz CH2CH,CHz CH24) Las olefinas cíclicas se pueden preparar por deshidratación de los correspondientes alcoholes cíclicos saturados;p. ej., del ciclopentanol se obtiene ciclopentenoCHZ-CH2 CHZ-CH -It20jCH. CHZ-CHZ CHZ-CH,Los h. alicícllicos se comportan de forma semejante a sus correspondientes alcanos y alquenos. Por lo general, tienen puntos de fusión, de ebullición y densidad ligeramente superiores. El ciclopropano y el ciclobutano son muy reactivos, sobre todo el primero. Esta reactividad es consecuencia de la inestabilidad de los ciclos; en los enlaces C-C soportan una "tensión" debido a que la formación triangular o cuadrangular impone unos ángulos de enlace inferiores a los 109028’ del ángulo de valencia tetraédrica del carbono. Aparte de las cicloparafinas y cicloolefinas comunes de 3, 4, 5 y 6 átomos de carbono, son muy importantes otros tipos que se encuentran en la naturaleza y que han sido muy estudiados, como ciertos terpenos, sustancias naturales volátiles que proporcionan a las plantas y flores parte de su fragancia y algunos de los cuales son conocidos desde antiguo y han sido utilizados en perfumería y medicina. Los más importantes son compuestos de diez átomos de carbono que forman ciclos de tres, cuatro y seis enlaces. El alcanfor y el a-pineno son los más conocidos.

D. Hidrocarburos aromáticos. Tienen la común cualidad de contener uno o más anillos bencénicos. Se les denominó aromáticos por su olor agradable. Se pueden considerar como derivados del benceno, C6H6. Son cíclicos, pero tienen propiedades totalmente distintas a los compuestos alicíclicos. El benceno se localizó en 1845 en el alquitrán de la hulla, aunque desde 1825 se conocía su existencia. Cuando se somete a destilación el carbón, se obtiene una fracción, llamada alquitrán, en la que existe un grupo de sustancias denominadas aceites ligeros, del cual se extrae el benceno. Este método es la fuente principal del benceno y derivados bencénicos, aunque cada día aumenta la cantidad de h. aromáticos obtenidos a partir del petróleo. Se puede sintetizar también a partir de acetileno y existe buen número de métodos de laboratorio para ello. La estructura del benceno ha constituido uno de los problemas más grandes y más debatidos de la Química orgánica. La determinación de su estructura cristalina mediante técnicas modernas pone de manifiesto que el anillo hexagonal de benceno es plano, con un eje de simetría senario, siendo además los seis enlaces C-C equivalentes. Para representar el anillo bencénico, se asignan tres enlaces sencillos y tres dobles, pero en realidad los enlaces están "deslocalizados" y cada uno de los seis enlaces posee un carácter intermedio entre sencillo y doble, lo cual es acorde incluso con la longitud de los enlaces. Precisamente el concepto de "aromaticidad" se relaciona con la energía de estabilización que adquieren estos compuestos merced a la posibilidad de existir en las formas estructurales resonantes que resultan al intercambiarse las posiciones de los dobles enlaces.

El benceno es un líquido incoloro, de punto de ebullición 800C y tiene un olor característico. Es inflamable y combustible, prácticamente insoluble en agua, pero miscible con los disolventes orgánicos. Se emplea como disolvente de grasas, resinas y otras sustancias orgánicas, como combustible y en la síntesis de nitrobenceno, colorantes, drogas, etc. Es químicamente muy estable y le atacan con dificultad los agentes oxidantes más poderosos. Encondiciones especiales da lugar a productos de sustitución con los halógenos, con ácido nítrico y ácido sulfúrico.

De los h. de la serie bencénica los más importantes son los metil y etil derivados. El más sencillo de todos es el metilbenceno o tolueno. Es líquido, de punto de ebullición 111°C, que se parece al benceno en muchas de sus propiedades químicas y se emplea principalmente como disolvente. Los dimetil derivados dan lugar a tres isómeros llamados genéricamente xilenos y se les antepone el prefijo orto-, meta-, o para-, según que estén sustituyendo en las posiciones 1-2, 1-3, 1-4. Los trimetilbencenos pueden dar lugar también a tres isómeros. También se H3CBencenoToluenoH;C-CH3CH2-CH- ~1,4 DimetilbencenoEstireno(p-xileno)(Vinilbenceno) conocen tetrametil, pentametil y hexametilbencenos, y derivados etílicos, propílicos, butílicos, etc. Un derivado hidrocarbonado muy importante del benceno es el estireno o vinilbenceno, que polimeriza con facilidad y es muy utilizado en la fabricación de plásticos y resinas sintéticas.

Hay compuestos aromáticos superiores, la mayoría de los cuales se pueden obtener del alquitrán de hulla y de los petróleos asfálticos, constituidos por moléculas resultantes de la acumulación de anillos de benceno. Entre ellos están el naftaleno, con dos anillos de benceno acumulados; el difenilo, formado por dos anillos de benceno unidos mediante un enlace C-C; el antraceno y el fenantreno, formados por tres bencenos acumulados; el pireno y el criseno con cuatro; el coroneno con siete, etcétera.

V. t.: CARBONO; COMPUESTOS QUÍMICOS ll; PETRÓLEO; PETROQUíMICA; HALOGENUROS ORGÁNICOS.

C. MENDOZA OCHAR.AN.

BIBL.: R. USON, Química universitaria básica, Madrid 1970; D. J. CRAM y G. S. HAMMOND, Química orgánica, Madrid 1963; L. F. y M. FIESER, Química orgánica superior, Barcelona 1966; J. P. WIBAUT, organic Chemistry, Londres 1951; 1. L. FINAR, Principios fundamentales de química orgánica, Madrid 1966; v. t. la del art. COMPUESTOS QUíMICOS II.