mercoledì 17 febbraio 2016

BENZENE, OMOLOGHI E DERIVATI.


La chimica del benzene C6H6, dei suoi omologhi (con formula CnH2n-6 e n = 6, 7, 8...) e dei derivati catturò l'interesse degli studiosi per buona parte del XIX secolo, arrivando fino ai giorni nostri.


L'albero del catrame.

Essi si ricavavano dalla distillazione del catrame, sottoprodotto dell'industria del gas illuminante, e servivano all'industria dei coloranti sintetici, degli esplodenti e dei farmaci. Oggi si ricavano anche dalla raffinazione del petrolio.

La fiamma fuligginosa del benzene che brucia.

Pur trattandosi di composti insaturi (ovvero contenenti meno idrogeno rispetto a quello che potrebbero contenere in relazione al numero di atomi di carbonio presenti), non si comportano come le olefine alifatiche. I legami insaturi del benzene non addizionano specie elettrofile, come invece il doppio legame dell'etilene che reagisce col bromo (rosso) per dare il dibromoetano (incolore):

CH2=CH2 + Br2 -> CH2Br-CH2Br

I sistemi aromatici danno reazioni di sostituzione elettorali  che avvengono in particolari condizioni. Così il benzene reagisce con:

- cloro (in presenza di cloruro di alluminio) per dare clorobenzene e acido cloridrico:

C6H6 + Cl2 -> C6H5-Cl + HCl

- acido nitrico (in acido solforico) per dare nitrobenzene e acqua:

C6H6 + HNO3 -> C6H5-NO2 + H2O

- anidride solforica (in acido solforico) per dare acido benzensolfonico:

C6H6 + SO3 -> C6H5-SO3H

- i cloruri degli acidi carbossilici (come il cloruro di acetile, in presenza di cloruro di alluminio) per dare chetoni (come l'acetofenone):

C6H6 + CH3COCl -> C6H5COCH3 + HCl

- il monossido di carbonio (CO), in presenza di acido cloridrico, per dare benzaldeide:

C6H6 + CO -> C6H5-CHO

La benzaldeide, per inciso, è un composto dall'intenso aroma di mandorle e per questo usato anche in pasticceria.

Attraverso la reazione di Cannizzaro, per azione sulla benzaldeide dell'idrossido di potassio si formano l'alcol benzilico e il benzoato di potassio (sale di potassio dell'acido benzoico, C6H5-COOH, usato come conservante alimentare):

2C6H5-CHO + KOH -> C6H5-CH2OH + C6H5-COOK

Da questi composti ne derivano molti altri, ad esempio: 
  • dal clorobenzene si fabbrica il DDT (per reazione con il cloralio) o il fenolo (C6H5-OH, per fusione con NaOH); 
  • per riduzione del nitrobenzene si preparara l'anilina, C6H5-NH2, importante intermedio nell'industria dei coloranti e dei farmaci; 
  • dall'acido benzoico derivano il cloruro di benzoile e soprattutto il perossido di benzoile
  • dall'alcol benzilico il cloruro di benzile (un lacrimogeno); 
  • vanillina, eugenolo, acido salicilico, paracetamolo, etc, son tutti esempi di composti aromatici con i quali familiarizziamo tutti i giorni.

Derivati del benzene di uso pratico.

Concludo completando il discorso sugli aromatici: il benzene possiede un solo anello, tutto di atomi di carbonio. Esistono composti con caratteristiche simili che al posto di uno o due atomi di carbonio hanno un atomo diverso: ossigeno (furano), zolfo (tiofene) o azoto (pirrolo). 

Composti eterociclici aromatici.

Quattro pirroli collegati da ponti metinici definiscono la struttura della porfirina, presente nell'emoglobina del sangue (con il ferro al centro), nelle clorofille (con il magnesio) e nella vitamina B12 (con il cobalto).


Questi sono esempi di composti dove coesistono più anelli aromatici; in alcuni casi essi sono condensati tra loro (ovvero i vari anelli condividono un lato con un altro o più), come nel naftalene (due anelli), nell'antracene e nel fenantrene (tre anelli), nel benzopirene (cinque anelli), etc.

Idrocarburi policiclici aromatici.