Fenooli c6h6 saamine. Fenooli saamine. Fenooli struktuur, omadused ja kasutusala. Fenoolide saamise meetodid
Fenoolid- aromaatsete süsivesinike derivaadid, mis võivad sisaldada üht või mitut benseenitsükliga seotud hüdroksüülrühma.
Mis on fenoolide nimetused?
IUPACi reeglite kohaselt on nimi " fenool". Aatomid nummerdatakse aatomist, mis on otseselt seotud hüdroksürühmaga (kui see on kõrgeim), ja nummerdatakse nii, et asendajad saavad väikseima numbri.
Esindaja - fenool - C6H5OH:
Fenooli struktuur.
Hapniku aatomil on välistasandil üksik elektronpaar, mis "tõmmatakse" ringisüsteemi (+ M-efekt TEMA-rühmad). Selle tulemusena võib ilmneda 2 mõju:
1) benseenitsükli elektrontiheduse suurenemine orto- ja paraasendis. Põhimõtteliselt avaldub see efekt elektrofiilsetes asendusreaktsioonides.
2) tihedus hapnikuaatomil väheneb, mille tulemusena side TEMA nõrgeneb ja võib rebeneda. Toime on seotud fenooli suurenenud happesusega võrreldes küllastunud alkoholidega.
Monoasendatud derivaadid fenool(kresool) võib olla kolmes struktuurses isomeeris:
Fenoolide füüsikalised omadused.
Fenoolid on toatemperatuuril kristalsed ained. Need lahustuvad halvasti külmas vees, kuid hästi kuumades ja leeliste vesilahustes. Neil on iseloomulik lõhn. Vesiniksidemete moodustumise tõttu on neil kõrge keemis- ja sulamistemperatuur.
Fenoolide saamine.
1. Halogeenbenseenidest. Klorobenseeni ja naatriumhüdroksiidi rõhu all kuumutamisel saadakse naatriumfenolaat, mis pärast interaktsiooni happega muutub fenooliks:
2. Tööstuslik meetod: kumeeni katalüütiline oksüdeerimine õhus tekitab fenooli ja atsetooni:
3. Aromaatsetest sulfoonhapetest leelistega liitmisel. Sagedamini viiakse reaktsioon läbi mitmehüdroksüülsete fenoolide saamiseks:
Fenoolide keemilised omadused.
R- hapnikuaatomi orbitaal moodustab aromaatse ringiga ühtse süsteemi. Seetõttu elektrontihedus hapnikuaatomil väheneb, benseenitsüklis - suureneb. Kommunikatsiooni polaarsus TEMA suureneb ja hüdroksüülrühma vesinik muutub reaktiivsemaks ja seda saab kergesti asendada metalliaatomiga isegi leeliste toimel.
Fenoolide happesus on kõrgem kui alkoholidel, seega saab läbi viia reaktsioone:
Kuid fenool on nõrk hape. Kui süsinikdioksiid või vääveldioksiid lastakse läbi selle soolade, eraldub fenool, mis tõestab, et süsi- ja väävelhapped on tugevamad happed:
Fenoolide happelisi omadusi nõrgestab I tüüpi asendajate sisestamine tsüklisse ja võimendab II lisamine.
2) estrite moodustumine. Protsess toimub kokkupuutel happekloriididega:
3) Elektrofiilse asendusreaktsioon. Sest TEMA-rühm on esimest tüüpi asendaja, siis suureneb benseenitsükli reaktsioonivõime orto- ja para-asendis. Broomvee mõjul fenoolile täheldatakse sadenemist - see on kvalitatiivne reaktsioon fenoolile:
4) Fenoolide nitreerimine. Reaktsioon viiakse läbi nitreeriva seguga, mille tulemusena moodustub pikriinhape:
5) Fenoolide polükondensatsioon. Reaktsioon toimub katalüsaatorite mõjul:
6) Fenoolide oksüdatsioon. Fenoolid oksüdeerivad kergesti õhuhapniku toimel:
7) Kvalitatiivne reaktsioon fenoolile on raudkloriidi lahuse mõju ja violetse kompleksi moodustumine.
Fenoolide kasutamine.
Fenoole kasutatakse fenoolformaldehüüdvaikude, sünteetiliste kiudude, värvainete ja ravimite, desinfektsioonivahendite valmistamisel. Pikriinhapet kasutatakse lõhkeainena.
Fenool on väga spetsiifilise lõhnaga värvitu kristalne aine. Seda ainet kasutatakse laialdaselt erinevate värvainete, plastide, erinevate sünteetiliste kiudude (peamiselt nailoni) tootmisel. Enne naftakeemiatööstuse arengut saadi fenooli eranditult kivisöetõrvast. Loomulikult ei suutnud see meetod katta kõiki kiiresti areneva tööstuse vajadusi fenooli järele, millest on nüüdseks saanud peaaegu kõigi meid ümbritsevate objektide oluline komponent.
Sünteesiprotsessis kasutatakse fenooli, mille tootmine on muutunud ülimalt suure hulga uute materjalide ja ainete esilekerkimise tõttu tungivaks vajaduseks, mille lahutamatuks koostisosaks see on, ning see omakorda on oluline. fenoplasti komponent. Samuti töödeldakse suures koguses fenooli tsükloheksanooliks, mis on vajalik tööstuslikuks tootmiseks.
Teine oluline valdkond on kreosoolide segu tootmine, millest sünteesitakse kreosoolformalgiidvaiku, mida kasutatakse paljude ravimite, antiseptikumide ja antioksüdantide valmistamiseks. Seetõttu on tänapäeval suures koguses fenooli tootmine naftakeemia oluline ülesanne. Selle aine piisavas koguses tootmiseks on juba välja töötatud palju meetodeid. Peatugem peamistel.
Vanim ja enim tõestatud meetod on leeliseline sulatusmeetod, mida iseloomustab suur väävelhappe ja leeliselise happe tarbimine, millele järgneb nende sulatamine benseensulfonaatsoolaks, millest see aine vahetult eraldub. Fenooli tootmine benseeni kloorimisel, millele järgneb klorobenseeni seebistamine, on tulus ainult siis, kui seebikivi ja kloori tootmiseks on vaja palju odavat elektrit. Selle tehnika peamised puudused on vajadus luua kõrge rõhk (vähemalt kolmsada atmosfääri) ja seadmete äärmiselt oluline korrosiooniaste.
Kaasaegsem meetod on fenooli saamine isopropüülbenseenvesinikperoksiidi lagundamisel. Tõsi, nõutava aine eraldamise skeem on siin üsna keeruline, kuna see näeb ette hüdroperoksiidi esialgse tootmise benseeni alküülimise meetodil propüleenilahusega. Lisaks näeb tehnoloogia ette saadud isopropüülbenseeni oksüdeerimise õhuseguga, moodustades hüdroperoksiidi. Selle tehnika positiivse tegurina võib märkida, et paralleelselt fenooliga võib märkida veel ühte olulist ainet, atsetooni.
Samuti on olemas tehnika fenooli eraldamiseks tahkekütuse materjalide koksi- ja poolkoksivaikudest. Selline protseduur on vajalik mitte ainult väärtusliku fenooli saamiseks, vaid ka erinevate süsivesiniktoodete kvaliteedi parandamiseks. Fenooli üheks omaduseks on selle kiire oksüdeerumine, mis viib õli kiirendatud vananemiseni ja selles viskoossete vaigutaoliste fraktsioonide moodustumiseni.
Kuid kõige kaasaegsem meetod ja naftakeemiatööstuse uusim saavutus on fenooli tootmine benseenist otse selle oksüdeerimise teel.Kogu protsess viiakse läbi spetsiaalses adiabaatilises reaktoris, mis sisaldab tseoliiti sisaldavat katalüsaatorit. Algne dilämmastikoksiid saadakse ammoniaagi oksüdeerimisel õhuga või isoleerimisel, täpsemalt selle sünteesi käigus tekkinud kõrvalsaadustest. See tehnoloogia suudab tagada kõrge puhtusastmega fenooli tootmise minimaalse lisandite kogusisaldusega.
Moodustatud benseeni baasil. Tavatingimustes on need kindla aroomiga tahked mürgised ained. Kaasaegses tööstuses mängivad need keemilised ühendid olulist rolli. Kasutamise poolest on fenool ja selle derivaadid kahekümne enimnõutud keemilise ühendi hulgas maailmas. Neid kasutatakse laialdaselt keemia- ja kergetööstuses, farmaatsiatööstuses ja energeetikas. Seetõttu on fenooli tootmine tööstuslikus mastaabis keemiatööstuse üks peamisi ülesandeid.
Fenooli nimetused
Fenooli esialgne nimi on karboolhape. Hiljem sai see ühend nimeks "fenool". Selle aine valem on näidatud joonisel:
Fenooliaatomite nummerdamine põhineb süsinikuaatomil, mis on ühendatud OH hüdroksorühmaga. Jada jätkub sellises järjekorras, et teistele asendatud aatomitele antakse väikseim arv. Fenooli derivaadid eksisteerivad kolme elemendi kujul, mille omadused on seletatavad nende struktuuriisomeeride erinevusega. Erinevad orto-, meta-, parakresoolid on vaid benseenitsükli ühendi ja hüdroksüülrühma põhistruktuuri modifikatsioon, mille põhiliseks kombinatsiooniks on fenool. Selle aine valem keemilises tähistuses näeb välja nagu C 6 H 5 OH.
Fenooli füüsikalised omadused
Visuaalselt on fenool tahked värvitud kristallid. Vabas õhus need oksüdeeruvad, andes ainele iseloomuliku roosa tooni. Tavalistes tingimustes lahustub fenool vees üsna halvasti, kuid temperatuuri tõustes 70 o-ni tõuseb see näitaja järsult. Aluselistes lahustes lahustub see aine mis tahes koguses ja igal temperatuuril.
Need omadused säilivad ka teistes ühendites, mille põhikomponendiks on fenoolid.
Keemilised omadused
Fenooli ainulaadsed omadused tulenevad selle sisemisest struktuurist. Selle kemikaali molekulis moodustab hapniku p-orbitaal benseenitsükliga ühtse p-süsteemi. See tihe interaktsioon suurendab aromaatse tsükli elektrontihedust ja vähendab seda hapnikuaatomi indeksit. Sel juhul suureneb hüdroksüülrühma sidemete polaarsus märkimisväärselt ja selle koostises olev vesinik on kergesti asendatav mis tahes leelismetalliga. Nii tekivad erinevad fenolaadid. Neid ühendeid ei lagunda vesi, nagu alkoholaadid, kuid nende lahused on väga sarnased tugevate aluste ja nõrkade hapete sooladega, mistõttu on neil üsna väljendunud aluseline reaktsioon. Fenolaadid interakteeruvad erinevate hapetega, reaktsiooni tulemusena vähenevad fenoolid. Selle ühendi keemilised omadused võimaldavad tal interakteeruda hapetega, moodustades estreid. Näiteks fenooli ja äädikhappe koostoime viib fenüülestri (feniatsetaadi) moodustumiseni.
Laialt on tuntud nitriidireaktsioon, mille käigus fenool moodustab 20% lämmastikhappe mõjul para- ja ortonitrofenoolide segu. Kui fenool puutub kokku kontsentreeritud lämmastikhappega, saadakse 2,4,6-trinitrofenool, mida mõnikord nimetatakse pikriinhappeks.
Fenool looduses
Iseseisva ainena leidub fenooli looduslikult kivisöetõrvas ja teatud tüüpi õlides. Kuid tööstuslike vajaduste jaoks ei mängi see summa mingit rolli. Seetõttu on fenooli kunstlikul meetodil saamine muutunud paljude põlvkondade teadlaste jaoks prioriteetseks ülesandeks. Õnneks see probleem lahenes ja selle tulemusena saadi kunstlik fenool.
Omadused, saamine
Erinevate halogeenide kasutamine võimaldab saada fenolaate, millest edasisel töötlemisel tekib benseen. Näiteks naatriumhüdroksiidi ja klorobenseeni kuumutamisel on võimalik saada naatriumfenolaati, mis happega kokkupuutel laguneb soolaks, veeks ja fenooliks. Sellise reaktsiooni valem on toodud siin:
С 6 Н 5 -CI + 2NaOH -> С 6 Н 5 -ONa + NaCl + Н 2 O
Aromaatsed sulfoonhapped on ka benseeni tootmise allikaks. Keemiline reaktsioon viiakse läbi leelise ja sulfoonhappe samaaegse sulatamisega. Nagu reaktsioonist näha, tekivad kõigepealt fenoksiidid. Tugevate hapetega töötlemisel redutseeritakse need mitmehüdroksüülseteks fenoolideks.
Fenool tööstuses
Teoreetiliselt näeb fenooli saamine kõige lihtsamal ja paljutõotavamal viisil välja selline: katalüsaatori abil oksüdeeritakse benseen hapnikuga. Kuid siiani pole selle reaktsiooni katalüsaatorit valitud. Seetõttu kasutatakse praegu tööstuses muid meetodeid.
Pidev tööstuslik meetod fenooli tootmiseks seisneb klorobenseeni ja 7% naatriumhüdroksiidi lahuse koostoimes. Saadud segu juhitakse läbi pooleteisekilomeetrise torude süsteemi, mis on kuumutatud temperatuurini 300 C. Temperatuuri ja kõrge rõhu mõjul satuvad lähteained reaktsiooni, mille tulemusena 2,4- saadakse dinitrofenool ja muud tooted.
Mitte nii kaua aega tagasi töötati välja tööstuslik meetod fenooli sisaldavate ainete tootmiseks kumeenimeetodil. Sellel protsessil on kaks etappi. Esiteks saadakse isopropüülbenseen (kumeen) benseenist. Selleks alküülitakse benseen propüleeniga. Reaktsioon näeb välja selline:
Seejärel oksüdeeritakse kumeen hapnikuga. Teise reaktsiooni väljumisel saadakse fenool ja teine oluline produkt, atsetoon.
Fenooli tootmine tööstuslikus mastaabis on võimalik tolueenist. Selleks oksüdeeritakse tolueen õhuhapniku toimel. See reaktsioon toimub katalüsaatori juuresolekul.
Näited fenoolidest
Fenoolide lähimaid homolooge nimetatakse kresoolideks.
Kresoole on kolme tüüpi. Metakresool on tavatingimustes vedel, parakresool ja ortokresool on tahked ained. Kõik kresoolid lahustuvad vees halvasti ja nende keemilised omadused on peaaegu sarnased fenooliga. Looduslikul kujul sisalduvad kresoolid kivisöetõrvas, tööstuses kasutatakse neid värvainete, teatud tüüpi plastide tootmisel.
Kahehüdroksüülsete fenoolide näidete hulka kuuluvad para-, orto- ja metahüdrobenseenid. Kõik need on tahked ained, vees kergesti lahustuvad.
Kolmeaatomilise fenooli ainus esindaja on pürogallool (1,2,3-trihüdroksübenseen). Selle valem on esitatud allpool.
Pürogallool on üsna tugev redutseerija. See oksüdeerub kergesti, mistõttu kasutatakse seda hapnikuvabade gaaside tootmiseks. See aine on fotograafidele hästi teada, seda kasutatakse arendajana.
Teema kokkuvõte:
"Fenoolid"
Õpetaja: Petrishk
Irina Aleksandrovna
Lõpetatud:
9. rühma 2. kursuse õpilane
Farmaatsiateaduskond
Vladlen Ardislamov
Fenoolide üldised omadused
Fenoolid on areenide derivaadid, milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud hüdroksüülrühmadega
Fenoolide OH-rühmi nimetatakse fenoolsete hüdroksüülrühmadeks.
Taimemaailmas leidub palju fenoole ja nende derivaate (pigmendid, tanniinid, puidu ligniinikomponendid). Fenoole kasutatakse meditsiinis (on võimas seene- ja antibakteriaalne antiseptik; piisavas koguses allaneelamisel põhjustab enamiku elundite ja süsteemide kahjustusega mürgistusi), farmaatsiatööstuses, polümeeride, värvainete, lõhnaainete tootmisel, taimekaitses. tooted. Fenoole ja nende derivaate kasutatakse naftatööstuses (antipolarisaatoritena). Hüdrokinooni kasutatakse kosmeetilise vahendina naha ebatäiuslikkuse kõrvaldamiseks, metüülmetakrülaadi vabade radikaalide polümerisatsiooni inhibiitorina, see on osa keemiliselt kõvenevatest hambakomposiitmaterjalidest. Pürokatehooli kasutatakse fotograafias ilmutina, värvainete, raviainete (näiteks adrenaliini) tootmisel.
Ühe- ja mitmehüdroksüülseid fenoole eristatakse aromaatse ringi hüdroksüülrühmade arvu järgi. Enamiku fenoolide ja mõnede nende homoloogide puhul kasutatakse IUPACi nomenklatuuris omaks võetud triviaalseid nimetusi.
Esindajad:
O-kresool m-kresool p-kresool
a-naftool b-naftool
Pürokatehhool Resortsinool Hüdrokinoon
pürogallool
Fenoolide füüsikalised omadused
Fenool ja selle alumised homoloogid on värvitud madala sulamistemperatuuriga kristalsed ained või vedelikud, millel on üsna tugev iseloomulik lõhn. Fenooli lõhn õhus madalates kontsentratsioonides (4mg / m3). Kahe- ja kolmeaatomilised fenoolid on tahked, lõhnatud, piisavalt kõrge sulamistemperatuuriga. Fenoolid on vähem lenduvad kui sarnase molekulmassiga alkoholid, kuna need moodustavad tugevamaid molekulidevahelisi vesiniksidemeid.
Fenool lahustub vees mõõdukalt (8,2% temperatuuril 15 °C *). Teised ühehüdroksüülsed fenoolid lahustuvad vees vähe, kuid lahustuvad kergesti eetris, benseenis, alkoholis ja kloroformis. Hüdroksüülrühmade arvu suurenemine põhjustab mitmehüdroksüülsete fenoolide lahustuvuse suurenemist vees. Mitmehüdroksüülsed fenoolid lahustuvad kergesti ka polaarsetes mitmehüdroksüülsetes lahustites.
Fenoolid ja eriti naftoolid on väga mürgised ained. Nende sattumine veekogudesse põhjustab loodusele korvamatut kahju.
Fenoolide saamine
Kumeeni meetod (Sergeeva)
Enamik fenooli toodetakse praegu isopropüülbenseenist - kumeenist. Kumeeni õhuga oksüdeerides saadakse kumeenvesinikperoksiid, mis laguneb mineraalhapete vesilahuste toimel fenooliks ja atsetooniks. Kumeeni sünteesitakse benseenist ja propüleenist.
Kumeenhüdroperoksiid
Mehhanism:
(M 3)
Sec-butüüli hüdroperoksiid käitub sarnaselt.
Arüülhalogeniidide hüdrolüüs
Kloor klorobenseenis on inaktiivne ja seetõttu hüdrolüüs viiakse läbi 8% NaOH lahusega autoklaavis temperatuuril 250 ° C vasesoolade juuresolekul:
Naatriumfenoksiid
Raschigi meetodi kohaselt saadakse klorobenseen benseeni oksüdeerimisel vesinikkloriidi juuresolekul:
Klorobenseeni hüdrolüüs viiakse läbi ülekuumendatud auruga vaskkatalüsaatori juuresolekul. Saadud vesinikkloriid suunatakse tagasi protsessi esimesse etappi:
Hüdrolüüs leelise juuresolekul toimub madalamal temperatuuril, kuid samal ajal läheb kaotsi väärtuslik vesinikkloriidhape, mis säilib Raschigi meetodil.
Arüülsulfonaatide liitmine leelisega
Leelisega sulandumisel läbivad arüülsulfonaadid asendusreaktsiooni:
Benseensulfoonhape Naatriumbenseensulfonaat
Naatriumfenolaadi muundamine fenooliks viiakse läbi vääveldioksiidi abil, mis moodustub teises etapis:
Fenool saadakse vesilahusena, millest see eraldatakse destilleerimise teel. See fenooli sünteesi meetod on vanim (1890). Meetodit kasutatakse muude fenoolide saamiseks, näiteks:
Diasooniumisoolade lagunemine
Benseeni otsene oksüdatsioon
С6Н6 + О2 (boksiit, 300-750С *) С6Н5ОН
Selle muundamise keerukus seisnes selles, et benseen oksüdeerub kergemini kui fenool. Tuntud on nii katalüütiline oksüdeerimine atmosfäärihapnikuga (reaktsiooniskeemis) kui ka mitmesuguste oksüdeerijate (peroksiidide) ja katalüsaatorite (vase-, raua-, titaanisoolad jne) kombinatsioonide kasutamisega.
Isoleerimine looduslikest toorainetest
Fenoolid eraldatakse kivisöetõrvast destilleerimise ja keemilise töötlemise teel, mille tulemusena saadakse fenoolide segu; nafta rafineerimise jäätmetest.
