Haluro de arilo

En química orgánica, un haluro de arilo (también conocido como haloareno) es un compuesto aromático en el que se reemplazan uno o más átomos de hidrógeno, unidos directamente a un anillo aromático. por un haluro. Los haloareno se diferencian de los haloalcanos porque presentan muchas diferencias en los métodos de preparación y propiedades. Los miembros más importantes son los cloruros de arilo, pero la clase de compuestos es tan amplia que existen muchos derivados y aplicaciones.

Clasificación según halogenuros

Cloruros de arilo

Los cloruros de arilo son los haluros de arilo producidos a mayor escala comercialmente: 150.000 toneladas/año sólo en Estados Unidos (1994). Los niveles de producción están disminuyendo debido a preocupaciones medioambientales. Los clorobencenos se utilizan principalmente como disolventes.

La halogenación de Friedel-Crafts o "cloración directa" es la principal ruta de síntesis. Ácidos de Lewis, p.e. Cloruro de hierro (III), cataliza las reacciones. El haluro de arilo más abundante, el clorobenceno, se produce mediante esta ruta:

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

La monocloración del benceno va acompañada de la formación de derivados del diclorobenceno. Los arenos con grupos donadores de electrones reaccionan con halógenos incluso en ausencia de ácidos de Lewis. Por ejemplo, los fenoles y las anilinas reaccionan rápidamente con el cloro y el agua con bromo para dar productos multihalogenados. Se encuentran disponibles muchos procedimientos de laboratorio detallados. Para derivados de alquilbenceno, p.e. tolueno, las posiciones alquilo tienden a halogenarse por condiciones de radicales libres, mientras que la halogenación del anillo se favorece en presencia de ácidos de Lewis. En la prueba del bromo se utiliza la decoloración del agua con bromo mediante arenos ricos en electrones.

La oxicloración del benceno ha sido bien investigada, motivada por evitar el HCl como coproducto en la halogenación directa:

4 C₆H₆ + 4 HCl + O₂ → 4 C₆H₅Cl + H₂O

Sin embargo, esta tecnología no se utiliza mucho.

La reacción de Gatterman también se puede utilizar para convertir sales de diazonio en clorobencenos utilizando reactivos a base de cobre. Debido al alto coste de las sales de diazonio, este método se reserva para cloruros especiales.

Bromuros de arilo

Los principales bromuros de arilo producidos comercialmente son el anhídrido tetrabromoftálico, el éter decabromodifenilo y el tetrabromobisfenol-A. Estos materiales se utilizan como retardantes de llama. Se producen por bromación directa de fenoles y éteres arílicos. El anhídrido ftálico reacciona poco con el bromo, por lo que es necesario el uso de medios ácidos.

La reacción de Gatterman también se puede utilizar para convertir sales de diazonio en bromobencenos utilizando reactivos a base de cobre. Debido al alto costo de las sales de diazonio, este método se reserva para bromuros especiales.

Fluoruros de arilo

Los fluoruros de arilo se utilizan como intermediarios sintéticos, p. para la preparación de productos farmacéuticos, pesticidas y cristales líquidos. La conversión de sales de diazonio es una ruta bien establecida para obtener fluoruros de arilo. Por tanto, las anilinas son precursoras de los fluoruros de arilo. En la reacción clásica de Schiemann, el tetrafluoroborato es el donante de fluoruro:

[C]₆H₅N+2BF−4 → C₆H₅F + N₂ + BF₃

En algunos casos se utiliza la sal de flúor:

[C]₆H₅N+2F⁻ → C₆H₅F + N₂

Muchos fluoruros de arilo comerciales se producen a partir de cloruros de arilo mediante el proceso Halex. El método se utiliza a menudo para cloruros de arilo que también contienen grupos aceptores de electrones. Es ilustrativa la síntesis de 2-fluoronitrobenceno a partir de 2-nitroclorobenceno:

O₂NC₆H₄Cl + KF → O₂NC₆H₄F + KCl

Yoduros de arilo

Los yoduros de arilo sintéticos se utilizan como agentes de contraste de rayos X, pero por lo demás estos compuestos no se producen a gran escala. Los yoduros de arilo son "fáciles" sustratos para muchas reacciones, como reacciones de acoplamiento cruzado y conversión a reactivos de Grignard, pero son mucho más caros que los cloruros y bromuros de arilo, más ligeros y menos reactivos.

Los yoduros de arilo se pueden preparar tratando sales de diazonio con sales de yoduro. Los arenos ricos en electrones, como las anilinas y los derivados dimetoxi, reaccionan directamente con el yodo.

Los reactivos de aril litio y aril Grignard reaccionan con el yodo para dar el haluro de arilo:

ArLi + I₂ → ArI + LiI

Este método es aplicable a la preparación de todos los haluros de arilo. Una limitación es que la mayoría, pero no todos, los reactivos de aril litio y Grignard se producen a partir de haluros de arilo.

Halogenuros de arilo en la naturaleza

La hormona tiroxina T3 es un yoduro de arilo. Su precursor biosintético T4 es uno de los medicamentos más recetados. Un tetrayoduro, T4, se produce mediante yodación electrófila de un derivado de tirosina. La T4 sintética es uno de los medicamentos más recetados en los EE. UU.

Muchos compuestos aromáticos clorados y bromados son producidos por organismos marinos. Los cloruros y bromuros de las aguas oceánicas son la fuente de los halógenos. Varias enzimas peroxidasas (p. ej., bromoperoxidasa catalizan las reacciones. Numerosos son derivados de anillos ricos en electrones que se encuentran en la tirosina, el triptófano y varios pirroles. Algunos de estos haluros de arilo naturales exhiben propiedades medicinales útiles.

Tendencias estructurales

Las distancias C-X para haluros de arilo siguen la tendencia esperada. Estas distancias para fluorobenceno, clorobenceno, bromobenceno y 4-yodobenzoato de metilo son 135,6(4), 173,90(23), 189,8(1) y 209,9 pm, respectivamente.

Reacciones

Sustitución

A diferencia de los haluros de alquilo típicos, los haluros de arilo normalmente no participan en reacciones de sustitución convencionales. Los haluros de arilo con grupos aceptores de electrones en las posiciones orto y para pueden sufrir reacciones SNAr. Por ejemplo, el 2,4-dinitroclorobenceno reacciona en una solución básica para dar un fenol:

A diferencia de la mayoría de las otras reacciones de sustitución, el fluoruro es el mejor grupo saliente y el yoduro el peor. Un artículo de 2018 indica que esta situación puede ser bastante común y ocurrir en sistemas que anteriormente se suponía que procedían a través de mecanismos S_NAr.

Bencino

Los haluros de arilo a menudo reaccionan a través de la intermediación de bencinos. El clorobenceno y la amida de sodio reaccionan en amoníaco líquido para dar anilina por esta vía.

Formación de reactivos organometálicos

Los haluros de arilo reaccionan con metales, generalmente litio o magnesio, para dar más derivados organometálicos que funcionan como fuentes de aniones de arilo. Mediante la reacción de intercambio metal-halógeno, los haluros de arilo se convierten en compuestos de aril litio. Es ilustrativa la preparación de fenil litio a partir de bromobenceno utilizando butil litio (BuLi):

C₆H₅Br + BuLi → C₆H₅Li + BuBr

La formación directa de reactivos de Grignard, mediante la adición de magnesio al haluro de arilo en una solución etérea, funciona bien si el anillo aromático no se desactiva significativamente mediante grupos aceptores de electrones.

Otras reacciones

Los haluros pueden ser desplazados por nucleófilos fuertes mediante reacciones que involucran aniones radicales. Alternativamente, los haluros de arilo, especialmente los bromuros y yoduros, sufren adición oxidativa y, por lo tanto, están sujetos a reacciones de tipo aminación de Buchwald-Hartwig.

El clorobenceno fue alguna vez el precursor del fenol, que ahora se produce mediante la oxidación del cumeno. A altas temperaturas, los grupos arilo reaccionan con el amoníaco para dar anilinas.

Biodegradación

Rhodococcus phenolicus es una bacteria que degrada el diclorobenceno como única fuente de carbono.

Aplicaciones

Los haluros de arilo producidos a mayor escala son el clorobenceno y los isómeros del diclorobenceno. Una aplicación importante, pero descontinuada, fue el uso de clorobenceno como solvente para dispersar el herbicida Lasso. En general, la producción de cloruros de arilo (también derivados de naftilo) ha ido disminuyendo desde la década de 1980, en parte debido a preocupaciones ambientales. La trifenilfosfina se produce a partir de clorobenceno:

3 C₆H₅Cl + PCl₃ + 6 Na → P(C₆H₅)₃ + 6 NaCl

Los bromuros de arilo se utilizan ampliamente como retardantes de fuego. El miembro más destacado es el tetrabromobisfenol-A, que se prepara mediante bromación directa del difenol.