Aromatización
La aromatización es una reacción química en la que se forma un sistema aromático a partir de un único precursor no aromático. Normalmente, la aromatización se logra mediante la deshidrogenación de compuestos cíclicos existentes, como lo demuestra la conversión de ciclohexano en benceno . La aromatización incluye la formación de sistemas heterocíclicos. [1]
La conversión de metilciclohexano en tolueno es una reacción clásica de aromatización. Este proceso catalizado por platino (Pt) se practica a gran escala en la producción de gasolina a partir del petróleo.
Práctica industrial
Aunque no se practica con ese nombre, la aromatización es una piedra angular del refinado del petróleo . Una de las principales reacciones de reformado es la deshidrogenación de parafinas y naftenos en aromáticos.
El proceso, que es catalizado por platino soportado por óxido de aluminio, se ejemplifica en la conversión de metilciclohexano (un nafteno) en tolueno (un aromático). [2] La deshidrociclación convierte las parafinas (hidrocarburos acíclicos) en aromáticos. [3] Un proceso de aromatización relacionado incluye la deshidroisomerización de metilciclopentano a benceno:
A partir de los alcanos, primero se deshidrogenan en olefinas, luego forman anillos en el lugar del doble enlace, convirtiéndose en cicloalcanos, y finalmente pierden hidrógeno gradualmente para convertirse en hidrocarburos aromáticos. [4]
En el caso del ciclohexano, ciclohexeno y ciclohexadieno, la deshidrogenación es la vía conceptualmente más sencilla para la aromatización. La barrera de activación disminuye con el grado de insaturación. Por lo tanto, los ciclohexadienos son especialmente propensos a la aromatización. Formalmente, la deshidrogenación es un proceso redox . La aromatización deshidrogenativa es la inversa de la hidrogenación de arenos. Como tal, los catalizadores de hidrogenación son eficaces para la reacción inversa. Las deshidrogenaciones catalizadas con platino de ciclohexanos y materias primas relacionadas son las aplicaciones a mayor escala de esta reacción (véase más arriba). [1]
Procesos bioquímicos
Las aromatasas son enzimas que aromatizan los anillos dentro de los esteroides. Las conversiones específicas son testosterona a estradiol y androstenediona a estrona . [5] Cada una de estas aromatizaciones implica la oxidación del grupo metilo C-19 para permitir la eliminación del ácido fórmico concomitante con la aromatización. Tales conversiones son relevantes para la tumorogénesis estrogénica en el desarrollo del cáncer de mama y cáncer de ovario en mujeres posmenopáusicas y ginecomastia en hombres. [6] Se ha demostrado que los inhibidores de la aromatasa como el exemestano (que forma un enlace permanente y desactivador con la enzima aromatasa) [7] y el anastrozol y el letrozol (que compiten por la enzima) [8] son más efectivos que los medicamentos antiestrógenos como el tamoxifeno, probablemente porque previenen la formación de estradiol. [6]
Métodos de laboratorio
Aunque se practican en una escala muy pequeña en comparación con las rutas petroquímicas, se han desarrollado diversos métodos para síntesis químicas finas.
Deshidrogenación oxidativa
El reactivo de elección suele ser la 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinona (DDQ). Se ha utilizado DDQ y un catalizador ácido para sintetizar un esteroide con un núcleo de fenantreno mediante oxidación acompañada de una doble migración de metilo . [9] En el proceso, la DDQ se reduce a un producto de hidroquinona aromática.
El azufre y el selenio se utilizan tradicionalmente en la aromatización, siendo el grupo saliente el sulfuro de hidrógeno . [10]
Los complejos de metales de transición solubles pueden inducir una aromatización oxidativa concomitante con la formación de complejos. El α-felandreno (2-metil-5- isopropil -1,3- ciclohexadieno ) se oxida a p - isopropiltolueno con la reducción de tricloruro de rutenio . [11]
La deshidrogenación oxidativa de la dihidropiridina da como resultado la aromatización, dando piridina . [12]
Deshidración
Los anillos no aromáticos se pueden aromatizar de muchas maneras. La deshidratación permite la reacción de Semmler-Wolff de la oxima de 2-ciclohexenona a anilina en condiciones ácidas. [13]
Tautomerización
La isomerización de ciclohexadienonas produce el tautómero aromático fenol . [14] [15] La isomerización de 1,4-naftalenodiol a 200 °C produce una mezcla 2:1 con su forma ceto, 1,4-dioxotetralina. [16]
Abstracción de hidruros y protones
Clásicamente, las reacciones de aromatización implican el cambio de la relación C:H de un sustrato. Cuando se aplica al ciclopentadieno , la eliminación de protones da como resultado el anión ciclopentadienilo , una base aromática conjugada , que se puede aislar como ciclopentadienuro de sodio : [17]
- 2 Na + 2 C 5 H 6 → 2 NaC 5 H 5 + H 2
La aromatización puede implicar la eliminación del hidruro. Tropylium, C
7yo+
7surge por la reacción de aromatización del cicloheptatrieno con aceptores de hidruro.
- do
7yo
8+ Br
2→ C
7yo+
7+ Br−
+ HBr
A partir de precursores acíclicos
La aromatización de precursores acíclicos es más rara en la síntesis orgánica, aunque es un componente significativo de la producción de BTX en las refinerías.
Entre los precursores acíclicos, los alquinos son relativamente propensos a la aromatización, ya que están parcialmente deshidrogenados. La ciclización de Bergman convierte un enodiino en un dirradical intermedio de deshidrobenceno, que abstrae hidrógeno para aromatizar. [18] La fracción de enodiino puede incluirse dentro de un anillo existente, lo que permite el acceso a un sistema bicíclico en condiciones suaves como consecuencia de la tensión del anillo en el reactivo. El ciclodeca-3-en-1,5-diino reacciona con el 1,3-ciclohexadieno para producir benceno y tetralina a 37 °C, siendo la reacción altamente favorable debido a la formación de dos nuevos anillos aromáticos:
Véase también
Referencias
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