Quelles substances sont utilisées pour produire du phénol. Obtention, propriétés chimiques et application du phénol. Les phénols monoatomiques les plus simples

Phénols- les dérivés d'hydrocarbures aromatiques, pouvant comporter un ou plusieurs groupements hydroxyle liés au cycle benzénique.

Quel est le nom des phénols ?

Selon les règles de l'IUPAC, le nom " phénol". La numérotation des atomes provient de l'atome, qui est directement connecté au groupe hydroxy (s'il est le plus âgé) et sont numérotés de manière à ce que les substituants reçoivent le plus petit nombre.

Représentant - phénol - C6H5OH:

La structure du phénol.

L'atome d'oxygène a une paire d'électrons non partagés au niveau externe, qui est "attiré" dans le système cyclique (+ effet M EST-IL-groupes). En conséquence, 2 effets peuvent se produire :

1) une augmentation de la densité électronique du cycle benzénique vers les positions ortho et para. Fondamentalement, cet effet se manifeste dans des réactions de substitution électrophiles.

2) la densité sur l'atome d'oxygène diminue, à la suite de quoi la liaison EST-IL affaibli et peut casser. L'effet est associé à l'augmentation de l'acidité du phénol par rapport aux alcools saturés.

Dérivés monosubstitués phénol(crésol) peut être en 3 isomères structuraux :

Propriétés physiques des phénols.

Les phénols sont des substances cristallines à température ambiante. Peu soluble dans l'eau froide, mais bien - dans les solutions chaudes et aqueuses d'alcalis. Ils ont une odeur caractéristique. En raison de la formation de liaisons hydrogène, ils ont un point d'ébullition et de fusion élevé.

Obtenir des phénols.

1. Des halobenzènes. Lorsque le chlorobenzène et l'hydroxyde de sodium sont chauffés sous pression, on obtient du phénolate de sodium qui, après interaction avec l'acide, se transforme en phénol :

2. Méthode industrielle : lors de l'oxydation catalytique du cumène dans l'air, du phénol et de l'acétone sont obtenus :

3. A partir d'acides sulfoniques aromatiques par fusion avec des alcalis. Le plus souvent, une réaction est effectuée pour obtenir des phénols polyhydriques :

Propriétés chimiques des phénols.

R-orbital de l'atome d'oxygène forme un système unique avec le cycle aromatique. Par conséquent, la densité électronique sur l'atome d'oxygène diminue, dans le cycle benzénique, elle augmente. Polarité des communications EST-IL augmente, et l'hydrogène du groupe hydroxyle devient plus réactif et peut facilement être remplacé par un atome de métal même sous l'action d'alcalis.

L'acidité des phénols étant supérieure à celle des alcools, des réactions peuvent être réalisées :

Mais le phénol est un acide faible. Si du dioxyde de carbone ou du dioxyde de soufre passe à travers ses sels, alors du phénol est libéré, ce qui prouve que l'acide carbonique et l'acide sulfureux sont des acides plus forts :

Les propriétés acides des phénols sont affaiblies par l'introduction de substituants du premier type dans le cycle et sont renforcées par l'introduction de II.

2) Formation d'esters. Le processus se déroule sous l'influence de chlorures d'acide:

3) Réaction de substitution électrophile. Parce que EST-IL-groupe est un substituant du premier type, alors la réactivité du cycle benzénique dans les positions ortho et para augmente. Sous l'action de l'eau bromée sur le phénol, on observe une précipitation - il s'agit d'une réaction qualitative au phénol:

4) Nitratation des phénols. La réaction s'effectue avec un mélange nitrant, conduisant à la formation d'acide picrique :

5) Polycondensation des phénols. La réaction se déroule sous l'influence de catalyseurs :

6) Oxydation des phénols. Les phénols sont facilement oxydés par l'oxygène atmosphérique :

7) Une réaction qualitative au phénol est l'effet d'une solution de chlorure ferrique et la formation d'un complexe violet.

L'utilisation de phénols.

Les phénols sont utilisés dans la production de résines phénol-formaldéhyde, de fibres synthétiques, de colorants et de médicaments et de désinfectants. L'acide picrique est utilisé comme explosif.

A base de benzène. Dans des conditions normales, ce sont des substances toxiques solides avec un arôme spécifique. Dans l'industrie moderne, ces composés chimiques jouent un rôle important. En termes d'utilisation, le phénol et ses dérivés font partie des vingt composés chimiques les plus demandés au monde. Ils sont largement utilisés dans les industries chimiques et légères, les produits pharmaceutiques et l'énergie. Par conséquent, la production de phénol à l'échelle industrielle est l'une des tâches principales de l'industrie chimique.

Désignations de phénol

Le nom original du phénol est l'acide carbolique. Plus tard, ce composé a appris le nom de "phénol". La formule de cette substance est indiquée sur la figure:

Les atomes de phénol sont numérotés à partir de l'atome de carbone qui est relié au groupe OH hydroxo. La séquence continue dans un ordre tel que les autres atomes substitués reçoivent les numéros les plus bas. Les dérivés phénoliques existent sous la forme de trois éléments dont les caractéristiques s'expliquent par la différence de leurs isomères structuraux. Divers ortho-, méta-, paracrésols ne sont qu'une modification de la structure de base du composé du cycle benzénique et du groupe hydroxyle, dont la combinaison de base est le phénol. La formule de cette substance en notation chimique ressemble à C 6 H 5 OH.

Propriétés physiques du phénol

Visuellement, le phénol est un cristal solide incolore. A l'air libre, ils s'oxydent, donnant à la substance une teinte rose caractéristique. Dans des conditions normales, le phénol est plutôt peu soluble dans l'eau, mais avec une augmentation de la température à 70 ° C, ce chiffre augmente fortement. Dans les solutions alcalines, cette substance est soluble en toute quantité et à toute température.

Ces propriétés sont également conservées dans d'autres composés, dont le composant principal est le phénol.

Propriétés chimiques

Les propriétés uniques du phénol s'expliquent par sa structure interne. Dans la molécule de ce produit chimique, l'orbitale p de l'oxygène forme un seul système p avec le cycle benzénique. Cette interaction étroite augmente la densité électronique du cycle aromatique et abaisse celle de l'atome d'oxygène. Dans ce cas, la polarité des liaisons du groupe hydroxo augmente considérablement et l'hydrogène dans sa composition est facilement remplacé par n'importe quel métal alcalin. C'est ainsi que divers phénolates se forment. Ces composés ne se décomposent pas avec l'eau, comme les alcoolates, mais leurs solutions sont très similaires aux sels de bases fortes et d'acides faibles, ils ont donc une réaction alcaline assez prononcée. Les phénolates interagissent avec divers acides, à la suite de la réaction, les phénols sont réduits. Les propriétés chimiques de ce composé lui permettent d'interagir avec les acides, formant ainsi des esters. Par exemple, l'interaction du phénol et de l'acide acétique conduit à la formation d'ester phénylique (phényacétate).

La réaction de nitration est largement connue, dans laquelle, sous l'influence d'acide nitrique à 20 %, le phénol forme un mélange de para- et d'orthonitrophénols. Si le phénol est traité avec de l'acide nitrique concentré, on obtient du 2,4,6-trinitrophénol, parfois appelé acide picrique.

Phénol dans la nature

En tant que substance indépendante, le phénol se trouve dans la nature dans le goudron de houille et dans certaines qualités d'huile. Mais pour les besoins industriels, ce montant ne joue aucun rôle. Par conséquent, l'obtention artificielle de phénol est devenue une priorité pour de nombreuses générations de scientifiques. Heureusement, ce problème a été résolu et du phénol artificiel a ainsi été obtenu.

propriétés, obtention

L'utilisation de divers halogènes permet d'obtenir des phénolates, à partir desquels du benzène se forme lors d'un traitement ultérieur. Par exemple, le chauffage de l'hydroxyde de sodium et du chlorobenzène produit du phénolate de sodium, qui se décompose en sel, eau et phénol lorsqu'il est exposé à l'acide. La formule de cette réaction est donnée ici :

C 6 H 5 -CI + 2NaOH -> C 6 H 5 -ONa + NaCl + H 2 O

Les acides sulfoniques aromatiques sont également une source pour la production de benzène. La réaction chimique est réalisée avec la fusion simultanée d'acide alcalin et sulfonique. Comme on peut le voir à partir de la réaction, les phénoxydes se forment en premier. Lorsqu'ils sont traités avec des acides forts, ils sont réduits en phénols polyhydriques.

Phénol dans l'industrie

En théorie, l'obtention de phénol de la manière la plus simple et la plus prometteuse ressemble à ceci : à l'aide d'un catalyseur, le benzène est oxydé avec de l'oxygène. Mais jusqu'à présent, le catalyseur de cette réaction n'a pas été trouvé. Par conséquent, d'autres méthodes sont actuellement utilisées dans l'industrie.

Une méthode industrielle continue de production de phénol consiste en l'interaction de chlorobenzène et d'une solution d'hydroxyde de sodium à 7 %. Le mélange résultant est passé à travers un système de tuyaux d'un kilomètre et demi chauffé à une température de 300 ° C. Sous l'influence de la température et d'une pression élevée maintenue, les matières premières réagissent pour obtenir du 2,4-dinitrophénol et d'autres produits.

Il n'y a pas si longtemps, une méthode industrielle d'obtention de substances contenant du phénol par la méthode au cumène a été développée. Ce processus se compose de deux étapes. Premièrement, l'isopropylbenzène (cumène) est obtenu à partir du benzène. Pour ce faire, le benzène est alkylé avec du propylène. La réaction ressemble à ceci :

Après cela, le cumène est oxydé avec de l'oxygène. La sortie de la seconde réaction est le phénol et un autre produit important, l'acétone.

La production de phénol à l'échelle industrielle est possible à partir du toluène. Pour ce faire, le toluène est oxydé sur l'oxygène contenu dans l'air. La réaction se déroule en présence d'un catalyseur.

Exemples de phénols

Les homologues les plus proches des phénols sont appelés crésols.

Il existe trois types de crésols. Le méta-crésol dans des conditions normales est un liquide, le para-crésol et l'ortho-crésol sont des solides. Tous les crésols sont peu solubles dans l'eau et leurs propriétés chimiques sont presque similaires au phénol. Les crésols se trouvent naturellement dans le goudron de houille, ils sont utilisés dans l'industrie dans la production de colorants et de certains types de plastiques.

Des exemples de phénols dihydriques sont les para-, ortho- et méta-hydrobenzènes. Tous sont des solides, facilement solubles dans l'eau.

Le seul représentant du phénol trihydrique est le pyrogallol (1,2,3-trihydroxybenzène). Sa formule est présentée ci-dessous.

Le pyrogallol est un réducteur assez puissant. Il s'oxyde facilement, il est donc utilisé pour obtenir des gaz purifiés à partir d'oxygène. Cette substance est bien connue des photographes, elle est utilisée comme révélateur.

Le but principal de ce procédé est de produire du coke métallurgique. Les sous-produits sont les produits de cokéfaction liquides et le gaz. Par distillation des produits de cokéfaction liquides, ainsi que du benzène, du toluène et du naphtalène, du phénol, du thiophène, de la pyridine et de leurs homologues, ainsi que des analogues plus complexes à noyaux condensés, sont obtenus. La part de phénol de charbon, en comparaison avec la méthode au cumène obtenue, est insignifiante.

2. Substitution halogène dans les composés aromatiques

La substitution d'un halogène à un groupe hydroxyle se déroule dans des conditions difficiles et est connue sous le nom de procédé "Dow" (1928)

Auparavant, le phénol (à partir de chlorobenzène) était obtenu de cette manière, mais son importance a maintenant diminué en raison du développement de méthodes plus économiques qui n'impliquent pas le coût du chlore et de l'alcali et la formation d'une grande quantité d'eaux usées.

Dans les haloarènes activés (contenant, avec un halogène, un groupe nitro dans sur- Et P- dispositions), la substitution de l'halogène s'effectue dans des conditions plus douces :

Cela peut s'expliquer par l'effet attracteur d'électrons du groupe nitro, qui attire à lui la densité électronique du cycle benzénique et participe ainsi à la stabilisation du complexe σ :

3. Méthode de Raschig

Il s'agit d'une méthode au chlore modifié : le benzène subit une chloration oxydative par action du chlorure d'hydrogène et de l'air, puis, sans libérer le chlorobenzène formé, il est hydrolysé à la vapeur d'eau en présence de sels de cuivre. En conséquence, le chlore n'est pas du tout consommé et le processus global est réduit à l'oxydation du benzène en phénol :

4. Méthode au sulfonate

Les phénols peuvent être obtenus avec un bon rendement en fusionnant des acides sulfoniques aromatiques Ar-SO 3 H avec un mélange d'hydroxydes de sodium et de potassium (réaction fusion alcaline) à 300 С, suivi d'une neutralisation de l'alcoolate obtenu par addition d'acide :

La méthode est encore utilisée dans l'industrie (pour obtenir du phénol) et est utilisée dans la pratique de laboratoire.

5. Méthode Cumol

La première production à grande échelle de phénol par la méthode au cumène a été réalisée en 1949 en Union soviétique. Actuellement, c'est la principale méthode d'obtention de phénol et d'acétone.

Le procédé comprend deux étapes : l'oxydation de l'isopropylbenzène (cumène) avec l'oxygène atmosphérique en hydroperoxyde et sa décomposition acide :

L'avantage de cette méthode est l'absence de sous-produits et la forte demande de produits finaux - phénol et acétone. La méthode a été développée dans notre pays par R.Yu. Udris, BD Krutalov et d'autres en 1949

6. A partir de sels de diazonium

La méthode consiste à chauffer des sels de diazonium dans de l'acide sulfurique dilué, ce qui conduit à une hydrolyse - le remplacement d'un groupe diazo par un groupe hydroxy. La synthèse est très pratique pour obtenir des hydroxyarènes en laboratoire :

1. La structure des phénols

La structure et la distribution de la densité électronique dans une molécule de phénol peuvent être représentées par le schéma suivant :

Le moment dipolaire du phénol est de 1,55 D et est dirigé vers le cycle benzénique. Le groupe hydroxyle par rapport au cycle benzénique présente l'effet -I et l'effet +M. Étant donné que l'effet mésomère du groupe hydroxyle prévaut sur l'effet inductif, la conjugaison des paires d'électrons isolés de l'atome d'oxygène avec les orbitales  du cycle benzénique a un effet donneur d'électrons sur le système aromatique, ce qui augmente sa réactivité en électrophile. réactions de substitution.

a) L'acétylène peut être obtenu à partir du méthane lorsqu'il est chauffé :

En présence d'un catalyseur, l'acétylène est transformé en benzène (réaction de trimérisation) :

Le phénol peut être obtenu à partir du benzène en deux étapes. Le benzène réagit avec le chlore en présence de chlorure ferrique pour former du chlorobenzène :

Lorsque l'alcali agit sur le chlorobenzène à haute température, l'atome de chlore est remplacé par un groupe hydroxyle et le phénol est obtenu :

Sous l'action du brome sur le phénol, il se forme du 2,4,6-tribromophénol :

b) L'éthane peut être obtenu à partir du méthane dans deux stations. Lorsque le méthane est chloré, il se forme du chlorométhane. Lorsque le méthane est chloré en présence de lumière, il se forme du chlorométhane :

Lorsque le chlorométhane réagit avec le sodium, il se forme de l'éthane (réaction de Wurtz) :

Le propane peut également être fabriqué à partir d'éthane en deux étapes. Lorsque l'éthane est chloré, il se forme du chloroéthane :

Lorsque le chloroéthane réagit avec le chlorométhane en présence de sodium, il se forme du propane :

Le propane peut être converti en hexane en deux étapes. Lorsque le propane est chloré, un mélange d'isomères se forme - 1-chloropropane et 2-chloropropane. Les isomères ont des points d'ébullition différents et peuvent être séparés par distillation.

Lorsque le 1-chloropropane réagit avec le sodium, il se forme de l'hexane :

Lorsque l'hexane est déshydrogéné sur un catalyseur, du benzène se forme :

A partir du benzène, l'acide picrique (2,4,6-trinitrophénol) peut être obtenu en trois étapes. Lorsque le benzène réagit avec le chlore en présence de chlorure ferrique, il se forme du chlorobenzène.

A base de benzène. Dans des conditions normales, ce sont des substances toxiques solides avec un arôme spécifique. Dans l'industrie moderne, ces composés chimiques jouent un rôle important. En termes d'utilisation, le phénol et ses dérivés font partie des vingt composés chimiques les plus demandés au monde. Ils sont largement utilisés dans les industries chimiques et légères, les produits pharmaceutiques et l'énergie. Par conséquent, la production de phénol à l'échelle industrielle est l'une des tâches principales de l'industrie chimique.

Désignations de phénol

Le nom original du phénol est l'acide carbolique. Plus tard, ce composé a appris le nom de "phénol". La formule de cette substance est indiquée sur la figure:

Les atomes de phénol sont numérotés à partir de l'atome de carbone qui est relié au groupe OH hydroxo. La séquence continue dans un ordre tel que les autres atomes substitués reçoivent les numéros les plus bas. Les dérivés phénoliques existent sous la forme de trois éléments dont les caractéristiques s'expliquent par la différence de leurs isomères structuraux. Divers ortho-, méta-, paracrésols ne sont qu'une modification de la structure de base du composé du cycle benzénique et du groupe hydroxyle, dont la combinaison de base est le phénol. La formule de cette substance en notation chimique ressemble à C 6 H 5 OH.

Propriétés physiques du phénol

Visuellement, le phénol est un cristal solide incolore. A l'air libre, ils s'oxydent, donnant à la substance une teinte rose caractéristique. Dans des conditions normales, le phénol est plutôt peu soluble dans l'eau, mais avec une augmentation de la température à 70 ° C, ce chiffre augmente fortement. Dans les solutions alcalines, cette substance est soluble en toute quantité et à toute température.

Ces propriétés sont également conservées dans d'autres composés, dont le composant principal est le phénol.

Propriétés chimiques

Les propriétés uniques du phénol s'expliquent par sa structure interne. Dans la molécule de ce produit chimique, l'orbitale p de l'oxygène forme un seul système p avec le cycle benzénique. Cette interaction étroite augmente la densité électronique du cycle aromatique et abaisse celle de l'atome d'oxygène. Dans ce cas, la polarité des liaisons du groupe hydroxo augmente considérablement et l'hydrogène dans sa composition est facilement remplacé par n'importe quel métal alcalin. C'est ainsi que divers phénolates se forment. Ces composés ne se décomposent pas avec l'eau, comme les alcoolates, mais leurs solutions sont très similaires aux sels de bases fortes et d'acides faibles, ils ont donc une réaction alcaline assez prononcée. Les phénolates interagissent avec divers acides, à la suite de la réaction, les phénols sont réduits. Les propriétés chimiques de ce composé lui permettent d'interagir avec les acides, formant ainsi des esters. Par exemple, l'interaction du phénol et de l'acide acétique conduit à la formation d'ester phénylique (phényacétate).

La réaction de nitration est largement connue, dans laquelle, sous l'influence d'acide nitrique à 20 %, le phénol forme un mélange de para- et d'orthonitrophénols. Si le phénol est traité avec de l'acide nitrique concentré, on obtient du 2,4,6-trinitrophénol, parfois appelé acide picrique.

Phénol dans la nature

En tant que substance indépendante, le phénol se trouve dans la nature dans le goudron de houille et dans certaines qualités d'huile. Mais pour les besoins industriels, ce montant ne joue aucun rôle. Par conséquent, l'obtention artificielle de phénol est devenue une priorité pour de nombreuses générations de scientifiques. Heureusement, ce problème a été résolu et du phénol artificiel a ainsi été obtenu.

propriétés, obtention

L'utilisation de divers halogènes permet d'obtenir des phénolates, à partir desquels du benzène se forme lors d'un traitement ultérieur. Par exemple, le chauffage de l'hydroxyde de sodium et du chlorobenzène produit du phénolate de sodium, qui se décompose en sel, eau et phénol lorsqu'il est exposé à l'acide. La formule de cette réaction est donnée ici :

C 6 H 5 -CI + 2NaOH -> C 6 H 5 -ONa + NaCl + H 2 O

Les acides sulfoniques aromatiques sont également une source pour la production de benzène. La réaction chimique est réalisée avec la fusion simultanée d'acide alcalin et sulfonique. Comme on peut le voir à partir de la réaction, les phénoxydes se forment en premier. Lorsqu'ils sont traités avec des acides forts, ils sont réduits en phénols polyhydriques.

Phénol dans l'industrie

En théorie, l'obtention de phénol de la manière la plus simple et la plus prometteuse ressemble à ceci : à l'aide d'un catalyseur, le benzène est oxydé avec de l'oxygène. Mais jusqu'à présent, le catalyseur de cette réaction n'a pas été trouvé. Par conséquent, d'autres méthodes sont actuellement utilisées dans l'industrie.

Une méthode industrielle continue de production de phénol consiste en l'interaction de chlorobenzène et d'une solution d'hydroxyde de sodium à 7 %. Le mélange résultant est passé à travers un système de tuyaux d'un kilomètre et demi chauffé à une température de 300 ° C. Sous l'influence de la température et d'une pression élevée maintenue, les matières premières réagissent pour obtenir du 2,4-dinitrophénol et d'autres produits.

Il n'y a pas si longtemps, une méthode industrielle d'obtention de substances contenant du phénol par la méthode au cumène a été développée. Ce processus se compose de deux étapes. Premièrement, l'isopropylbenzène (cumène) est obtenu à partir du benzène. Pour ce faire, le benzène est alkylé avec du propylène. La réaction ressemble à ceci :

Après cela, le cumène est oxydé avec de l'oxygène. La sortie de la seconde réaction est le phénol et un autre produit important, l'acétone.

La production de phénol à l'échelle industrielle est possible à partir du toluène. Pour ce faire, le toluène est oxydé sur l'oxygène contenu dans l'air. La réaction se déroule en présence d'un catalyseur.

Exemples de phénols

Les homologues les plus proches des phénols sont appelés crésols.

Il existe trois types de crésols. Le méta-crésol dans des conditions normales est un liquide, le para-crésol et l'ortho-crésol sont des solides. Tous les crésols sont peu solubles dans l'eau et leurs propriétés chimiques sont presque similaires au phénol. Les crésols se trouvent naturellement dans le goudron de houille, ils sont utilisés dans l'industrie dans la production de colorants et de certains types de plastiques.

Des exemples de phénols dihydriques sont les para-, ortho- et méta-hydrobenzènes. Tous sont des solides, facilement solubles dans l'eau.

Le seul représentant du phénol trihydrique est le pyrogallol (1,2,3-trihydroxybenzène). Sa formule est présentée ci-dessous.

Le pyrogallol est un réducteur assez puissant. Il s'oxyde facilement, il est donc utilisé pour obtenir des gaz purifiés à partir d'oxygène. Cette substance est bien connue des photographes, elle est utilisée comme révélateur.