Fenolin c6h6 saaminen. Fenolin saaminen. Fenolin rakenne, ominaisuudet ja käyttö Menetelmät fenolien saamiseksi
Fenolit- aromaattisten hiilivetyjen johdannaiset, jotka voivat sisältää yhden tai useampia bentseenirenkaaseen kiinnittyneitä hydroksyyliryhmiä.
Mitkä ovat fenolien nimet?
IUPAC -sääntöjen mukaan nimi " fenoli". Atomit on numeroitu atomista, joka on sitoutunut suoraan hydroksiryhmään (jos se on korkein), ja ne on numeroitu niin, että substituentit saavat pienimmän määrän.
Edustaja - fenoli - C 6H 5OH:
Fenolin rakenne.
Happiatomilla on ulkotasolla yksinäinen elektronipari, joka "vedetään" rengasjärjestelmään (+ M-vaikutus HÄN-ryhmät). Seurauksena voi olla 2 vaikutusta:
1) bentseenirenkaan elektronitiheyden lisääntyminen orto- ja para- asemissa. Pohjimmiltaan tämä vaikutus ilmenee elektrofiilisissä substituutioreaktioissa.
2) happiatomin tiheys pienenee, minkä seurauksena sidos HÄN heikentää ja voi repeytyä. Vaikutus liittyy fenolin lisääntyneeseen happamuuteen verrattuna tyydyttyneisiin alkoholeihin.
Monosubstituoidut johdannaiset fenoli(kresoli) voi olla 3 rakenteellisessa isomeerissä:
Fenolien fysikaaliset ominaisuudet
Fenolit ovat kiteisiä aineita huoneenlämmössä. Ne liukenevat huonosti kylmään veteen, mutta liukenevat hyvin kuumaan ja emäksisiin vesiliuoksiin. Niillä on ominainen haju. Vety sidosten muodostumisen vuoksi niillä on korkea kiehumispiste ja sulamispiste.
Fenolien saaminen.
1. Halogeenibentseenistä. Kun klooribentseeniä ja natriumhydroksidia kuumennetaan paineessa, saadaan natriumfenolaattia, joka vuorovaikutuksessa hapon kanssa muuttuu fenoliksi:
2. Teollinen menetelmä: kumeenin katalyyttisen hapetuksen aikana ilmassa saadaan fenolia ja asetonia:
3. Aromaattisista sulfonihapoista fuusioimalla alkalien kanssa. Useimmiten reaktio suoritetaan polyhydristen fenolien saamiseksi:
Fenolien kemialliset ominaisuudet.
R-happiatomin orbitaali muodostaa yhden järjestelmän aromaattisen renkaan kanssa. Siksi elektronitiheys happiatomissa pienenee, bentseenirenkaassa - kasvaa. Viestinnän napaisuus HÄN kasvaa, ja hydroksyyliryhmän vety muuttuu reaktiivisemmaksi ja voidaan helposti korvata metalliatomilla jopa alkalien vaikutuksesta.
Fenolien happamuus on korkeampi kuin alkoholien, joten reaktiot voidaan suorittaa:
Mutta fenoli on heikko happo. Jos hiilidioksidi tai rikkidioksidi johdetaan sen suolojen läpi, vapautuu fenolia, mikä osoittaa, että hiili- ja rikkihapot ovat vahvempia happoja:
Fenolien happamat ominaisuudet heikentyvät lisäämällä renkaaseen tyypin I substituentteja ja lisäämällä II: n lisäämistä.
2) Esterien muodostuminen. Prosessi tapahtuu altistettaessa happoklorideille:
3) Elektrofiilisen substituution reaktio. Koska HÄN-ryhmä on ensimmäisen tyyppinen substituentti, jolloin bentseenirenkaan reaktiivisuus kasvaa orto- ja para -asemissa. Bromiveden vaikutuksesta fenoliin havaitaan saostumista - tämä on laadullinen reaktio fenolille:
4) Fenolien nitraatio. Reaktio suoritetaan nitrausseoksella, jonka seurauksena muodostuu pikriinihappoa:
5) Fenolien polykondensaatio. Reaktio tapahtuu katalyyttien vaikutuksesta:
6) Fenolien hapettuminen. Fenolit hapettuvat helposti ilmakehän hapen vaikutuksesta:
7) Laadullinen reaktio fenoliin on rautakloridiliuoksen vaikutus ja violetin kompleksin muodostuminen.
Fenolien käyttö.
Fenoleja käytetään fenoliformaldehydihartsien, synteettisten kuitujen, väriaineiden ja lääkkeiden, desinfiointiaineiden valmistukseen. Pikriinihappoa käytetään räjähteinä.
Fenoli on väritön kiteinen aine, jolla on hyvin erityinen haju. Tätä ainetta käytetään laajalti erilaisten väriaineiden, muovien, erilaisten synteettikuitujen (pääasiassa nailonin) valmistuksessa. Ennen petrokemian teollisuuden kehittämistä fenolia saatiin yksinomaan kivihiilitervasta. Tämä menetelmä ei tietenkään kyennyt kattamaan kaikkia nopeasti kehittyvän teollisuuden fenolin tarpeita, joista on nyt tullut tärkeä osa lähes kaikkia ympärillämme olevia esineitä.
Fenolia, jonka tuotannosta on tullut kiireellinen tarve, koska syntyy erittäin laaja valikoima uusia materiaaleja ja aineita, joiden se on olennainen ainesosa, käytetään synteesiprosessissa, ja se on puolestaan tärkeä fenoplastisten aineiden komponentti. Lisäksi suuri määrä fenolia prosessoidaan sykloheksanoliksi, joka on välttämätöntä teolliselle tuotannolle.
Toinen tärkeä alue on kreosoliseoksen valmistus, joka syntetisoidaan creosolformalgide -hartsiksi, jota käytetään monien lääkkeiden, antiseptisten aineiden ja antioksidanttien valmistukseen. Siksi nykyään fenolin tuotanto suurina määrinä on tärkeä petrokemian tehtävä. Tämän aineen tuottamiseksi riittävinä määrinä on jo kehitetty monia menetelmiä. Pysytään tärkeimmissä.
Vanhin ja todistetuin menetelmä on emäksinen sulatusmenetelmä, jolle on tunnusomaista suuri rikkihapon kulutus ja syövyttävyys, jota seuraa niiden yhdistäminen bentseenisulfonaattisuolaksi, josta tämä aine vapautuu suoraan. Fenolin tuotanto klooraamalla bentseeniä ja saippuoimalla klooribentseeni on kannattavaa vain, jos emäksen ja kloorin tuotantoon tarvitaan suuri määrä halpaa sähköä. Tämän tekniikan suurimmat haitat ovat tarve luoda korkeapaine (vähintään kolmesataa ilmakehää) ja laitteiden erittäin merkittävä korroosioaste.
Nykyaikaisempi menetelmä on fenolin saaminen hajoamalladia. Totta, kaava vaaditun aineen eristämiseksi on tässä melko monimutkainen, koska siinä säädetään hydroperoksidin alustavasta tuotannosta bentseenin alkylointimenetelmällä propeeniliuoksella. Lisäksi tekniikka mahdollistaa saadun isopropyylibentseenin hapetuksen ilmaseoksella hydroperoksidin muodostamiseksi. Tämän tekniikan positiivisena tekijänä voidaan huomata, että fenolin rinnalla voidaan huomata toinen tärkeä aine, asetoni.
On myös tekniikka fenolin erottamiseksi kiinteiden polttoaineiden koksi- ja puolikoksihartseista. Tällainen menettely on tarpeen paitsi arvokkaan fenolin saamiseksi myös eri hiilivetytuotteiden laadun parantamiseksi. Yksi fenolin ominaisuuksista on sen nopea hapettuminen, mikä johtaa öljyn nopeampaan ikääntymiseen ja viskoosien hartsimaisten fraktioiden muodostumiseen.
Mutta nykyaikaisin menetelmä ja petrokemian teollisuuden viimeisin saavutus on fenolin valmistus bentseenistä suoraan hapettamalla se.Koko prosessi suoritetaan erityisessä adiabaattisessa reaktorissa, joka sisältää zeoliittia sisältävän katalyytin. Alkuperäinen typpioksidi saadaan hapettamalla ammoniakkia ilmalla tai eristämällä, tarkemmin sanottuna, sen sivutuotteista, jotka muodostuvat synteesiprosessin aikana. Tämä tekniikka pystyy tuottamaan erittäin puhtaan fenolin, jossa on mahdollisimman vähän epäpuhtauksia.
Muodostettu bentseenin perusteella. Normaaleissa olosuhteissa ne ovat kiinteitä myrkyllisiä aineita, joilla on erityinen aromi. Nykyaikaisessa teollisuudessa näillä kemiallisilla yhdisteillä on tärkeä rooli. Käytön kannalta fenoli ja sen johdannaiset kuuluvat maailman kahdenkymmenen kysytyimmän kemiallisen yhdisteen joukkoon. Niitä käytetään laajalti kemian- ja kevyessä teollisuudessa, lääkkeissä ja energiassa. Siksi fenolin tuotanto teollisessa mittakaavassa on yksi kemianteollisuuden päätehtävistä.
Fenolimerkinnät
Fenolin alkuperäinen nimi on karbolihappo. Myöhemmin tämä yhdiste sai nimen "fenoli". Tämän aineen kaava on esitetty kuvassa:
Fenoliatomien numerointi perustuu hiiliatomiin, joka on kytketty OH -hydroksyyliryhmään. Sekvenssi jatkuu siinä järjestyksessä, että muille substituoiduille atomeille annetaan pienin luku. Fenolijohdannaisia on kolmen elementin muodossa, joiden ominaisuudet selitetään niiden rakenteellisten isomeerien erotuksella. Erilaiset orto-, meta- ja parakresolit ovat vain muunnos bentseenirenkaan ja hydroksyyliryhmän yhdisteen perusrakenteesta, jonka perusyhdistelmä on fenoli. Tämän aineen kaava kemiallisessa merkinnässä näyttää C 6 H 5 OH: lta.
Fenolin fysikaaliset ominaisuudet
Visuaalisesti fenoli on kiinteitä värittömiä kiteitä. Ulkona ne hapettuvat ja antavat aineelle ominaisen vaaleanpunaisen sävyn. Normaalioloissa fenoli liukenee melko huonosti veteen, mutta lämpötilan noustessa 70 ° C: een tämä luku nousee jyrkästi. Alkalisissa liuoksissa tämä aine liukenee mihin tahansa määrään ja mihin tahansa lämpötilaan.
Nämä ominaisuudet säilyvät muissa yhdisteissä, joiden pääkomponentti on fenolit.
Kemiallisia ominaisuuksia
Fenolin ainutlaatuiset ominaisuudet johtuvat sen sisäisestä rakenteesta. Tämän kemikaalin molekyylissä hapen p-orbitaali muodostaa yhden p-järjestelmän bentseenirenkaan kanssa. Tämä tiukka vuorovaikutus lisää aromaattisen renkaan elektronitiheyttä ja alentaa tätä happiatomin indeksiä. Tässä tapauksessa hydroksyyliryhmän sidosten napaisuus kasvaa merkittävästi ja koostumuksessa oleva vety korvataan helposti millä tahansa alkalimetallilla. Näin muodostuu erilaisia fenolaatteja. Nämä yhdisteet eivät hajoa vedessä, kuten alkohololaatit, mutta niiden liuokset ovat hyvin samanlaisia kuin vahvojen emästen ja heikkojen happojen suolat, joten niillä on melko voimakas emäksinen reaktio. Fenolaatit ovat vuorovaikutuksessa eri happojen kanssa; reaktion seurauksena fenolit vähenevät. Tämän yhdisteen kemialliset ominaisuudet mahdollistavat sen vuorovaikutuksen happojen kanssa esterien muodostamiseksi. Esimerkiksi fenolin ja etikkahapon vuorovaikutus johtaa fenyyliesterin (feniasetaatin) muodostumiseen.
Nitrausreaktio on laajalti tunnettu, jossa fenoli muodostaa para- ja ortonitrofenolien seoksen 20% typpihapon vaikutuksen alaisena. Jos fenoli altistetaan väkevälle typpihapolle, saadaan 2,4,6-trinitrofenolia, jota joskus kutsutaan pikriinihapoksi.
Fenoli luonnossa
Itsenäisenä aineena fenolia esiintyy luonnollisesti kivihiilitervassa ja tietyntyyppisissä öljyissä. Mutta teollisiin tarpeisiin tällä määrällä ei ole mitään merkitystä. Siksi fenolin saamisesta keinotekoisella menetelmällä on tullut monien tiedesukupolvien ensisijainen tehtävä. Onneksi tämä ongelma ratkaistiin ja tuloksena saatiin keinotekoista fenolia.
Ominaisuudet, saaminen
Erilaisten halogeenien käyttö mahdollistaa fenolaattien saamisen, joista bentseeniä muodostuu jatkokäsittelyn aikana. Esimerkiksi natriumhydroksidin ja klooribentseenin kuumentaminen tuottaa natriumfenolaattia, joka hajoaa hapoksi suolaksi, vedeksi ja fenoliksi. Tällaisen reaktion kaava on esitetty tässä:
С 6 Н 5 -CI + 2NaOH -> С 6 Н 5 -ONa + NaCl + Н 2 O
Aromaattiset sulfonihapot ovat myös bentseenin tuotannon lähde. Kemiallinen reaktio suoritetaan samanaikaisesti sulatettaessa alkalia ja sulfonihappoa. Kuten reaktiosta voidaan nähdä, fenoksideja muodostuu ensin. Kun niitä käsitellään vahvoilla hapoilla, ne pelkistyvät moniarvoisiksi fenoleiksi.
Fenoli teollisuudessa
Teoriassa fenolin saaminen yksinkertaisimmalla ja lupaavimmalla tavalla näyttää tältä: katalyytin avulla bentseeni hapetetaan hapella. Mutta tähän asti tämän reaktion katalyyttiä ei ole valittu. Siksi alalla käytetään tällä hetkellä muita menetelmiä.
Jatkuva teollinen fenolivalmistusmenetelmä koostuu klooribentseenin ja 7% natriumhydroksidiliuoksen vuorovaikutuksesta. Tuloksena oleva seos johdetaan puolitoista kilometrin pituisen putkijärjestelmän läpi, joka on lämmitetty 300 ° C: n lämpötilaan. Lämpötilan ja ylläpidetyn korkean paineen vaikutuksesta lähtöaineet joutuvat reaktioon, minkä seurauksena 2,4- saadaan dinitrofenolia ja muita tuotteita.
Ei niin kauan sitten kehitettiin teollinen menetelmä fenolia sisältävien aineiden valmistamiseksi kumeenimenetelmällä. Tässä prosessissa on kaksi vaihetta. Ensinnäkin isopropyylibentseeni (kumeeni) saadaan bentseenistä. Tätä varten bentseeni alkyloidaan propyleenillä. Reaktio näyttää tältä:
Tämän jälkeen kumeeni hapetetaan hapella. Toisen reaktion loputtua saadaan fenoli ja toinen tärkeä tuote, asetoni.
Fenolin tuotanto teollisessa mittakaavassa on mahdollista tolueenista. Tätä varten tolueeni hapetetaan ilman hapen avulla. Tämä reaktio tapahtuu katalyytin läsnä ollessa.
Esimerkkejä fenoleista
Fenolien lähimpiä homologeja kutsutaan kresoleiksi.
Kresoleja on kolme tyyppiä. Metakresoli on normaaleissa olosuhteissa nestemäinen, parakresoli ja orto-kresoli ovat kiinteitä aineita. Kaikki kresolit liukenevat huonosti veteen, ja niiden kemialliset ominaisuudet ovat melkein samanlaiset kuin fenolilla. Luonnollisessa muodossaan kresolit sisältyvät kivihiilitervaan; teollisuudessa niitä käytetään väriaineiden ja eräiden muovien valmistukseen.
Esimerkkejä kaksiarvoisista fenoleista ovat para-, orto- ja meta-hydrobentseenit. Kaikki ne ovat kiinteitä aineita, jotka liukenevat helposti veteen.
Ainoa triatomisen fenolin edustaja on pyrogalloli (1,2,3-trihydroksibentseeni). Sen kaava on esitetty alla.
Pyrogalloli on melko voimakas pelkistin. Se hapettuu helposti, joten sitä käytetään hapettomien kaasujen tuottamiseen. Tämä aine on valokuvaajien hyvin tuntema, sitä käytetään kehittäjänä.
Tiivistelmä aiheesta:
"Fenolit"
Opettaja: Petrishk
Irina Aleksandrovna
Valmis:
Ryhmän 9 toisen vuoden opiskelija
Farmasian tiedekunta
Vladlen Ardislamov
Fenolien yleiset ominaisuudet
Fenolit ovat sellaisten areenien johdannaisia, joissa yksi tai useampi vetyatomi on korvattu hydroksyyliryhmillä
Fenolien OH -ryhmiä kutsutaan fenolihydroksyyliryhmiksi.
Kasvimaailmassa on monia fenoleja ja niiden johdannaisia (pigmentit, tanniinit, puun ligniinikomponentit). Fenoleja käytetään lääketieteessä (se on voimakas sienilääke- ja antibakteerinen antiseptinen aine; nieltynä riittävinä määrinä se aiheuttaa myrkytyksen ja vaurioita useimmille elimille ja järjestelmille), lääketeollisuudessa, polymeerien, väriaineiden, tuoksujen, kasvinsuojelun valmistuksessa Tuotteet. Fenoleja ja niiden johdannaisia käytetään öljyteollisuudessa (polarisointiaineina). Hydrokinonia käytetään kosmeettisena aineena ihovaurioiden poistamiseen, metyylimetakrylaatin vapaiden radikaalien polymeroitumisen estäjänä, se on osa kemiallisesti kovettuvaa hammaskomposiittimateriaalia. Pyrokatecholia käytetään valokuvauksessa kehittäjänä, väriaineiden, lääkeaineiden (esimerkiksi adrenaliinin) valmistuksessa.
Yksi ja moniarvoiset fenolit erotetaan aromaattisen renkaan hydroksyyliryhmien lukumäärällä. Useimpien fenolien ja joidenkin niiden homologien osalta käytetään IUPAC -nimikkeistön omaksumia triviaaleja nimiä.
Edustajat:
O-Cresol m-Cresol p-Cresol
a-naftoli b-naftoli
Pyrokatecholi Resortsinolihydrokinoni
Pyrogalloli
Fenolien fysikaaliset ominaisuudet
Fenoli ja sen alemmat homologit ovat värittömiä heikosti sulavia kiteisiä aineita tai nesteitä, joilla on melko voimakas ominaishaju. Fenolin haju ilmassa pieninä pitoisuuksina (4 mg / m3). Di- ja triatomiset fenolit ovat kiinteitä, hajuttomia ja riittävän korkeita sulamispisteitä. Fenolit ovat vähemmän haihtuvia kuin alkoholit, joilla on samanlaiset molekyylipainot, koska ne muodostavat vahvempia molekyylien välisiä vetysidoksia.
Fenoli liukenee kohtalaisesti veteen (8,2% 15 ° C: ssa *). Muut yksiarvoiset fenolit liukenevat hieman veteen, mutta liukenevat helposti eetteriin, bentseeniin, alkoholiin ja kloroformiin. Hydroksyyliryhmien lukumäärän kasvu lisää polyhydristen fenolien liukoisuutta veteen. Polyhydriset fenolit liukenevat myös helposti polaarisiin polyhydrisiin liuottimiin.
Fenolit ja erityisesti naftolit ovat erittäin myrkyllisiä aineita. Niiden pääsy vesistöihin aiheuttaa korjaamatonta haittaa luonnolle.
Fenolien saaminen
Cumene -menetelmä (Sergeeva)
Suurin osa fenolista valmistetaan tällä hetkellä isopropyylibentseenistä - kumeenista. Hapettamalla kumeeni ilmalla saadaan kumeenihydroperoksidi, joka hajoaa mineraalihappojen vesiliuoksen vaikutuksesta fenoliksi ja asetoniksi. Kumeenia syntetisoidaan bentseenistä ja propeenista.
Kumeenivetyperoksidi
Mekanismi:
(M 3)
Sek-butyylin hydroperoksidi käyttäytyy samalla tavalla.
Aryylihalogenidien hydrolyysi
Kloori bentseenissä oleva kloori on inaktiivinen, ja siksi hydrolyysi suoritetaan 8% NaOH -liuoksella autoklaavissa 250 ° C: ssa kuparisuolojen läsnä ollessa:
Natriumfenoksidi
Raschig -menetelmän mukaan klooribentseeni saadaan hapettamalla bentseeni kloorivetyä läsnä ollessa:
Klooribentseenin hydrolyysi suoritetaan ylikuumennetulla höyryllä kuparikatalyytin läsnä ollessa. Saatu kloorivety palautetaan prosessin ensimmäiseen vaiheeseen:
Hydrolyysi alkalin läsnä ollessa tapahtuu alemmassa lämpötilassa, mutta samalla menetetään arvokas suolahappo, joka säilyy Raschig -menetelmässä.
Aryylisulfonaattien fuusio alkalin kanssa
Kun fuusioidaan alkalin kanssa, aryylisulfonaatit käyvät läpi korvausreaktion:
Bentseenisulfonihappo Natriumbentseenisulfonaatti
Natriumfenolaatin muuntaminen fenoliksi suoritetaan käyttämällä rikkidioksidia, joka muodostuu toisessa vaiheessa:
Fenolia saadaan vesiliuoksen muodossa, josta se eristetään tislaamalla. Tämä fenolisynteesimenetelmä on vanhin (1890). Menetelmää käytetään muiden fenolien saamiseen, esimerkiksi:
Diatsoniumsuolojen hajoaminen
Bentseenin suora hapetus
С6Н6 + О2 (boksiitti, 300-750С *) С6Н5ОН
Tämän muutoksen monimutkaisuus oli se, että bentseeni hapettuu helpommin kuin fenoli. Tunnetaan sekä katalyyttinen hapetus ilmakehän hapen kanssa (reaktiokaaviossa) että erilaisten hapettimien (peroksidien) ja katalyyttien (kuparin, raudan, titaanin jne. Suolat) yhdistelmien käyttö.
Eristys luonnon raaka -aineista
Fenolit eristetään kivihiilitervasta tislaamalla ja kemiallisella käsittelyllä, jolloin saadaan fenolien seos; öljynjalostusjätteestä.
