Benceno y compuestos aromáticos

¿Por qué el benceno no se comporta como un alqueno?

Si lo cuentas como tres dobles enlaces quietos, fallas la pregunta del anillo. El benceno, C6H6, tiene dos formas de resonancia. Con cualquiera de las dos, cada carbono está unido a otros tres átomos y no tiene pares solitarios, así que la hibridación es sp2. Los electrones de los orbitales p sin hibridar forman enlaces pi. Ninguna de las dos estructuras alcanza para describir esos electrones: no están en una posición o en la otra, están deslocalizados por todo el anillo. La teoría de enlace de valencia no describe bien esa deslocalización. ¹

El benceno es el miembro más simple de los hidrocarburos aromáticos. Traen anillos y enlaces que hay que describir como híbrido de resonancia o como deslocalización. La teoría de enlace de valencia pinta el benceno y otros aromáticos planos como hexágonos de carbonos sp2, con el orbital p de cada carbono perpendicular al plano del anillo. Tres electrones de valencia en los sp2 de cada carbono, más el electrón del hidrógeno, arman el esqueleto de enlaces sigma. El cuarto electrón de valencia de cada carbono se comparte con el carbono vecino en los p sin hibridar y da los enlaces pi. ²

Aun así, el benceno no muestra el comportamiento típico de un alqueno. Cada uno de los seis enlaces entre sus carbonos es equivalente y tiene propiedades intermedias entre un enlace simple carbono-carbono y un doble enlace. Para dibujar ese enlace, las fórmulas del benceno y de sus derivados usan enlaces simples entre los carbonos y un círculo dentro del anillo. ²

Hay muchos derivados. Los hidrógenos se pueden cambiar por sustituyentes distintos. Los aromáticos reaccionan más fácilmente por sustitución que por adición. Sustituir un hidrógeno por otro grupo deja intactos los dobles enlaces deslocalizados. Un ejemplo del libro: en el tolueno, un cloro reemplaza a un hidrógeno del anillo, y hay otros isómeros según dónde quede ese cloro respecto del metilo. El anillo de seis carbonos con el patrón aromático tiene que seguir ahí. Si el cloro se pone en otro carbono del hexágono, cambia el isómero. No se arma el isómero rompiendo el anillo. ²

El sigma, el pi y por qué un sp2 es plano están en hibridación del carbono.

Ideas clave

• Cada carbono del benceno es sp2, en cualquiera de las dos formas de resonancia. ¹
• Los electrones pi no se quedan en un solo par de enlaces: están deslocalizados en todo el anillo. ¹
• Los seis enlaces entre carbonos son equivalentes, a medio camino entre un simple y un doble. ²
• Se dibuja con un círculo dentro del hexágono para marcar ese enlace, distinto del de un alqueno. ²
• El anillo es plano: carbonos sp2 y el orbital p perpendicular al plano. ²
• Los aromáticos prefieren la sustitución a la adición, y así el sistema deslocalizado sigue entero. ²

Ejemplos resueltos

Resonancia que no fija los dobles enlaces

Alguien dibuja el benceno con tres dobles enlaces quietos, alternados, y dice que esa es la molécula real.

1. Hay dos formas de resonancia, y ninguna describe sola los electrones pi. ¹
2. Esos electrones están deslocalizados en todo el anillo. Cada carbono sigue siendo sp2. ¹
3. Comprueba: los seis enlaces carbono-carbono son equivalentes. Por eso el dibujo con un círculo dentro del anillo representa mejor ese enlace intermedio. ²

Cloro en el tolueno

Partes del tolueno, un anillo con un metilo, y sustituyes un hidrógeno del anillo por cloro.

1. Es una sustitución: entra el cloro y el sistema deslocalizado sigue. ²
2. Hay más de un isómero, según el carbono del hexágono donde quede el cloro respecto del metilo. ²
3. Comprueba: no cuentes como isómero un dibujo que rompe el anillo de seis. El anillo aromático tiene que permanecer. ²

Errores comunes

• Si tratas al benceno como un alqueno que suma halógeno al doble enlace, usaste la reacción de adición de los alquenos. En los aromáticos es más fácil la sustitución. ²
• Si dices que una de las dos formas de resonancia es la estructura real, el texto dice que ninguna describe por completo los pi. ¹
• Si pasas algún carbono del benceno a sp3 por la resonancia, contradices la regla: unido a tres átomos y sin pares solitarios, es sp2. ¹
• Si nombras un derivado cambiando el tamaño del anillo, dejaste de tener el hexágono aromático del que habla la sección. ²

Cómo lo pregunta el examen

El nombre de un derivado en una figura se apoya en el anillo de seis y en el sustituyente. El libro muestra el caso del cloro sobre el tolueno y dice que hay isómeros según la posición, sin dar en este tramo el nombre de cada uno. No inventes un nombre que la sección no escribe. ²

La reacción con ácido nítrico y ácido sulfúrico, y la idea de que un metilo oriente a un segundo sustituyente, no están en estas dos secciones. Lo que sí puedes afirmar es que el aromático prefiere sustituir un hidrógeno y dejar el sistema deslocalizado, y que cada carbono es sp2. ^{2 1}

Resumen

• Benceno, C6H6: seis carbonos sp2 en un anillo plano. ^{1 2}
• Dos formas de resonancia, y los pi deslocalizados en todo el anillo. ¹
• Los seis enlaces entre carbonos son equivalentes, entre simple y doble. ²
• El círculo dentro del hexágono dibuja ese enlace. ²
• Sustituir un hidrógeno deja intacto el sistema deslocalizado. ²