SolucionesEl enigma del Benceno
1. Calores de formación
Calcula los calores de formación del ciclohexeno, el 1,4-ciclohexadieno, el 1,3-ciclohexadieno y el benceno a partir de sus calores de combustión: −896,9, −853,3, −854,6 y −780,8 kcal/mol, respectivamente (con agua líquida como producto). ¿Qué conclusiones puedes sacar?
Datos: C(grafito) + O2 → CO2, ΔH° = −94,1 kcal/mol; H2 + ½ O2 → H2O(l), ΔH° = −68,3 kcal/mol. El calor de formación es la diferencia entre lo que desprende la combustión de los elementos y lo que desprende la del compuesto: ΔH°f = ΔH°comb(elementos) − ΔH°comb(compuesto).
| Compuesto | ΔH°comb | Combustión de los elementos | ΔH°f |
|---|---|---|---|
| Ciclohexeno (C6H10) | −896,9 | 6(−94,1) + 5(−68,3) = −906,1 | −9,2 |
| 1,4-Ciclohexadieno (C6H8) | −853,3 | 6(−94,1) + 4(−68,3) = −837,8 | +15,5 |
| 1,3-Ciclohexadieno (C6H8) | −854,6 | 6(−94,1) + 4(−68,3) = −837,8 | +16,8 |
| Benceno (C6H6) | −780,8 | 6(−94,1) + 3(−68,3) = −769,5 | +11,3 |
El ciclohexeno es más estable que sus elementos, y cada doble enlace adicional eleva el calor de formación unas 25 kcal/mol. Por extrapolación, un «ciclohexatrieno» con tres dobles enlaces sin interacción especial tendría ΔH°f ≈ +42 kcal/mol; el benceno tiene +11,3, es decir, es unas 30 kcal/mol más estable de lo esperado.
Es la misma conclusión que se obtiene con los calores de hidrogenación: el benceno no es un ciclohexatrieno, sino un sistema aromático especialmente estable.
2. Isómeros de Kekulé
Si el benceno fuera un ciclohexatrieno que se interconvierte rápidamente entre sus dos estructuras de Kekulé, ¿cuántos isómeros del 1,2-dimetilbenceno deberían poder aislarse? ¿Cuántos se conocen?
Con dobles enlaces localizados habría dos 1,2-dimetilbencenos: uno con un doble enlace entre los carbonos que llevan los metilos y otro con un enlace sencillo entre ellos. Solo se conoce uno, porque los seis enlaces C–C son idénticos (1,39 Å): el benceno es un híbrido de resonancia y no un equilibrio entre dos estructuras.
3. Hidrogenación
La hidrogenación del ciclohexeno desprende 28,6 kcal/mol y la del benceno, 49,3. Calcula la energía de resonancia del benceno.
Tres dobles enlaces aislados desprenderían 3 × 28,6 = 85,8 kcal/mol. La diferencia, 85,8 − 49,3 = 36,5 kcal/mol, es la energía de resonancia (estabilización aromática) del benceno. Si se descuenta la pequeña estabilización por conjugación de un trieno (unas 3 × 2,3 kcal/mol), quedan unas 30 kcal/mol atribuibles a la aromaticidad.