Obtention du phénol c6h6. Obtenir du phénol. La structure, les propriétés et l'application du phénol. Méthodes d'obtention des phénols
Phénols- les dérivés d'hydrocarbures aromatiques, pouvant contenir un ou plusieurs groupes hydroxyle liés au cycle benzénique.
Quels sont les noms des phénols ?
Selon les règles de l'IUPAC, le nom " phénol". Les atomes sont numérotés à partir de l'atome qui est directement lié au groupe hydroxy (s'il est le plus élevé) et sont numérotés de sorte que les substituants reçoivent le plus petit nombre.
Représentant - phénol - C 6 H 5 OH:
La structure du phénol.
L'atome d'oxygène a une seule paire d'électrons au niveau externe, qui est "aspirée" dans le système annulaire (+ effet M IL-groupes). En conséquence, 2 effets peuvent se produire :
1) une augmentation de la densité électronique du cycle benzénique aux positions ortho et para. Fondamentalement, cet effet se manifeste dans les réactions de substitution électrophile.
2) la densité sur l'atome d'oxygène diminue, ce qui entraîne la liaison IL s'affaiblit et peut se déchirer. L'effet est associé à l'acidité accrue du phénol par rapport aux alcools saturés.
Dérivés monosubstitués phénol(crésol) peut être en 3 isomères de structure :
Propriétés physiques des phénols.
Les phénols sont des substances cristallines à température ambiante. Ils sont peu solubles dans l'eau froide, mais bien solubles 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 un point de fusion élevés.
Obtenir des phénols.
1. D'halogènebenzènes. Lorsque le chlorobenzène et la soude sont chauffés sous pression, on obtient du phénolate de sodium qui, après interaction avec un acide, se transforme en phénol :
2. Méthode industrielle : l'oxydation catalytique du cumène dans l'air produit du phénol et de l'acétone :
3. A partir d'acides sulfoniques aromatiques par fusion avec des alcalis. Le plus souvent, la réaction est effectuée pour obtenir des phénols polyhydriques :
Propriétés chimiques des phénols.
R-orbitale 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 - augmente. Polarité de communication 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, du phénol est libéré, ce qui prouve que les acides carbonique et sulfureux sont des acides plus forts :
Les propriétés acides des phénols sont affaiblies par l'introduction de substituants de type I dans le cycle et renforcées par l'introduction de II.
2) Formation d'esters. Le processus a lieu lorsqu'il est exposé à des chlorures acides :
3) Réaction de substitution électrophile. Parce que IL- est un substituant du premier type, alors la réactivité du cycle benzénique en position ortho et para augmente. Sous l'action de l'eau de brome sur le phénol, on observe une précipitation - il s'agit d'une réaction qualitative au phénol:
4) Nitration 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 de fer et la formation d'un complexe violet.
L'utilisation de phénols.
Les phénols sont utilisés dans la préparation de résines phénol-formaldéhyde, de fibres synthétiques, de colorants et de médicaments, de désinfectants. L'acide picrique est utilisé comme explosif.
Le phénol est une substance cristalline incolore avec une odeur très spécifique. Cette substance est largement utilisée dans la production de divers colorants, plastiques, diverses fibres synthétiques (principalement du nylon). Avant le développement de l'industrie pétrochimique, le phénol était obtenu exclusivement à partir de goudron de houille. Bien sûr, cette méthode n'était pas en mesure de couvrir tous les besoins de l'industrie en plein développement du phénol, qui est maintenant devenu un composant important de presque tous les objets qui nous entourent.
Le phénol, dont la production est devenue un besoin urgent en raison de l'émergence d'une gamme extrêmement large de nouveaux matériaux et substances, dont il fait partie intégrante, est utilisé dans le processus de synthèse et constitue à son tour un élément important composant des phénoplastes. De plus, une grande quantité de phénol est transformée en cyclohexanol, nécessaire à la production industrielle.
Un autre domaine important est la production d'un mélange de créosols, qui est synthétisé en résine créosolformalgide, qui est utilisée pour la fabrication de nombreux médicaments, antiseptiques et antioxydants. Par conséquent, aujourd'hui, la production de phénol en grande quantité est une tâche importante de la pétrochimie. De nombreuses méthodes ont déjà été développées pour produire cette substance en volumes suffisants. Attardons-nous sur les principaux.
La méthode la plus ancienne et la plus éprouvée est la méthode de fusion alcaline, qui se caractérise par une grande consommation d'acide sulfurique et caustique, suivie de leur fusion en sel de benzènesulfonate, à partir duquel cette substance est directement libérée. La production de phénol par la chloration du benzène suivie de la saponification du chlorobenzène n'est rentable que s'il existe une grande quantité d'électricité bon marché nécessaire à la production de soude caustique et de chlore. Les principaux inconvénients de cette technique sont la nécessité de créer une pression élevée (au moins trois cents atmosphères) et un degré de corrosion extrêmement important des équipements.
Une méthode plus moderne consiste à obtenir du phénol par décomposition de l'hydroperoxyde d'isopropylbenzène. Certes, le schéma d'isolement de la substance requise est ici assez compliqué, car il prévoit la production préliminaire d'hydroperoxyde par la méthode d'alkylation du benzène avec une solution de propylène. En outre, la technologie prévoit l'oxydation de l'isopropylbenzène résultant avec un mélange d'air pour former un hydroperoxyde. Comme facteur positif de cette technique, on peut noter qu'en parallèle du phénol, on peut noter une autre substance importante, l'acétone.
Il existe également une technique pour la séparation du phénol des résines de coke et de semi-coke de matériaux combustibles solides. Une telle procédure est nécessaire non seulement pour obtenir un phénol précieux, mais également pour améliorer la qualité de divers produits hydrocarbonés. L'une des propriétés du phénol est son oxydation rapide, qui conduit à un vieillissement accéléré de l'huile et à la formation de fractions visqueuses ressemblant à des résines.
Mais la méthode la plus moderne et la dernière réalisation de l'industrie pétrochimique est la production de phénol à partir du benzène directement par oxydation.L'ensemble du processus est effectué dans un réacteur adiabatique spécial, qui contient un catalyseur contenant de la zéolite. Le protoxyde d'azote initial est obtenu par oxydation de l'ammoniac à l'air ou par isolement, plus précisément, de ses sous-produits formés au cours du processus de synthèse. Cette technologie est en mesure d'assurer la production de phénol de haute pureté avec une teneur totale minimale en impuretés.
Formé à 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 l'industrie chimique et légère, 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 acide phénique. Plus tard, ce composé a reçu le nom de "phénol". La formule de cette substance est montrée dans la figure:
La numérotation des atomes de phénol est basée sur l'atome de carbone qui est connecté au groupe hydroxyle OH. La séquence se poursuit dans un ordre tel que les autres atomes substitués reçoivent le plus petit nombre. Les dérivés du phénol existent sous la forme de trois éléments dont les caractéristiques s'expliquent par la différence de leurs isomères de structure. 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 solide cristal incolore. À l'air libre, ils s'oxydent, donnant à la substance sa teinte rose caractéristique. Dans des conditions normales, le phénol est assez peu soluble dans l'eau, mais avec une augmentation de la température à 70 o, ce chiffre augmente fortement. Dans les solutions alcalines, cette substance est soluble en toute quantité et à toute température.
Ces propriétés sont conservées dans d'autres composés, dont le composant principal est le phénol.
Propriétés chimiques
Les propriétés uniques du phénol sont dues à sa structure interne. Dans la molécule de ce produit chimique, l'orbitale p d'oxygène forme un seul système p avec le cycle benzénique. Cette interaction étroite augmente la densité électronique du cycle aromatique et abaisse cet indice pour 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 se forment divers phénolates. Ces composés ne sont pas décomposés par l'eau, comme les alcoolates, mais leurs solutions sont très similaires aux sels de bases fortes et d'acides faibles, de sorte qu'ils ont 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 pour former des esters. Par exemple, l'interaction du phénol et de l'acide acétique conduit à la formation d'un ester phénylique (phéniacétate).
La réaction de nitruration est bien connue, dans laquelle le phénol forme un mélange de para- et d'ortonitrophénols sous l'influence de 20 % d'acide nitrique. Si le phénol est exposé à 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 naturellement dans le goudron de houille et dans certains types d'huile. Mais pour les besoins industriels, ce montant ne joue aucun rôle. Par conséquent, l'obtention du phénol par une méthode artificielle est devenue une tâche prioritaire pour de nombreuses générations de scientifiques. Heureusement, ce problème a été résolu et, en conséquence, du phénol artificiel a été obtenu.
Propriétés, obtention
L'utilisation de divers halogènes permet d'obtenir des phénolates, à partir desquels le benzène est formé lors d'un traitement ultérieur. Par exemple, le chauffage de l'hydroxyde de sodium et du chlorobenzène produit du phénolate de sodium qui, lorsqu'il est exposé à un acide, se décompose en sel, eau et phénol. La formule d'une telle réaction est donnée ici :
6 5 -CI + 2NaOH -> С 6 Н 5 -ONa + NaCl + Н 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'alcali et d'acide sulfonique. Comme on peut le voir à partir de la réaction, les phénoxydes sont formés en premier. Lorsqu'ils sont traités avec des acides forts, ils sont réduits en phénols polyhydriques.
Le phénol dans l'industrie
En théorie, l'obtention du 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 choisi. 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 de soude à 7 %. Le mélange résultant est passé à travers un système de tuyaux d'un kilomètre et demi chauffés à une température de 300 ° C. Sous l'influence de la température et du maintien d'une pression élevée, les matières premières entrent en réaction, à la suite de quoi 2,4- on obtient du dinitrophénol et d'autres produits.
Il n'y a pas si longtemps, une méthode industrielle de production de substances contenant du phénol par la méthode du cumène a été développée. Ce processus comporte deux étapes. Tout d'abord, l'isopropylbenzène (cumène) est obtenu à partir du benzène. Pour cela, le benzène est alkylé avec du propylène. La réaction ressemble à ceci :
Ensuite, le cumène est oxydé avec de l'oxygène. A la sortie de la seconde réaction, on obtient du phénol et un autre produit important, l'acétone.
La production de phénol à l'échelle industrielle est possible à partir du toluène. Pour cela, le toluène est oxydé sur l'oxygène de l'air. Cette réaction a lieu 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 est liquide dans des conditions normales, 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 à celles du phénol. Sous leur forme naturelle, les crésols sont contenus dans le goudron de houille ; dans l'industrie, ils sont utilisés dans la production de colorants et de certains types de plastiques.
Des exemples de phénols dihydriques comprennent les para-, ortho- et méta-hydrobenzènes. Tous sont solides, facilement solubles dans l'eau.
Le seul représentant du phénol triatomique est le pyrogallol (1,2,3-trihydroxybenzène). Sa formule est présentée ci-dessous.
Le pyrogallol est un agent réducteur assez puissant. Il est facilement oxydé, il est donc utilisé pour produire des gaz sans oxygène. Cette substance est bien connue des photographes, elle est utilisée comme révélateur.
Résumé sur le sujet :
"Phénols"
Enseignant : Petrishk
Irina Alexandrovna
Complété:
Étudiant en 2ème année du groupe 9
Faculté de Pharmacie
Vladlen Ardislamov
Caractéristiques générales des phénols
Les phénols sont des dérivés d'arènes dans lesquels un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par des groupes hydroxyle
Les groupes OH des phénols sont appelés groupes hydroxyles phénoliques.
De nombreux phénols et leurs dérivés sont présents dans le monde végétal (pigments, tanins, lignine composants du bois). Les phénols sont utilisés en médecine (c'est un puissant antiseptique antifongique et antibactérien ; lorsqu'il est ingéré en quantité suffisante, il provoque une intoxication avec des dommages à la plupart des organes et systèmes), dans l'industrie pharmaceutique, dans la production de polymères, colorants, parfums, protection des plantes des produits. Les phénols et leurs dérivés sont utilisés dans l'industrie pétrolière (comme antipolarisants). L'hydroquinone est utilisée comme agent cosmétique pour éliminer les imperfections de la peau, comme inhibiteur de la polymérisation radicalaire du méthacrylate de méthyle, elle fait partie des matériaux composites dentaires à durcissement chimique. Le pyrocatéchol est utilisé en photographie en tant que révélateur, dans la production de colorants, de substances médicinales (par exemple, l'adrénaline).
Les phénols un et polyhydriques se distinguent par le nombre de groupes hydroxyle dans le cycle aromatique. Pour la plupart des phénols et certains de leurs homologues, les noms triviaux adoptés par la nomenclature IUPAC sont utilisés.
Représentants :
O-crésol m-crésol p-crésol
a-naphtol b-naphtol
Pyrocatéchol Résorcinol Hydroquinone
Pyrogallol
Propriétés physiques des phénols
Le phénol et ses homologues inférieurs sont des substances cristallines incolores à bas point de fusion ou des liquides avec une odeur caractéristique assez forte. Odeur de phénol dans l'air à faible concentration (4mg/m3). Les phénols di- et triatomiques sont solides, inodores, avec des points de fusion suffisamment élevés. Les phénols sont moins volatils que les alcools de poids moléculaires similaires, car ils forment des liaisons hydrogène intermoléculaires plus fortes.
Le phénol est modérément soluble dans l'eau (8,2% à 15C*). D'autres phénols monohydriques sont légèrement solubles dans l'eau, mais se dissolvent facilement dans l'éther, le benzène, l'alcool et le chloroforme. Une augmentation du nombre de groupes hydroxyle provoque une augmentation de la solubilité des phénols polyhydriques dans l'eau. Les phénols polyhydriques sont également facilement solubles dans les solvants polyhydriques polaires.
Les phénols et surtout les naphtols sont des substances hautement toxiques. Leur rejet dans les plans d'eau cause des dommages irréparables à la nature.
Obtenir des phénols
Méthode Cumène (Sergeeva)
La plupart du phénol est actuellement produit à partir d'isopropylbenzène - cumène. En oxydant le cumène à l'air, on obtient de l'hydroperoxyde de cumène qui se décompose sous l'action de solutions aqueuses d'acides minéraux en phénol et acétone. Le cumène est synthétisé à partir de benzène et de propylène.
Hydroperoxyde de cumène
Mécanisme:
(M3)
L'hydroperoxyde de sec-butyle se comporte de manière similaire.
Hydrolyse des halogénures d'aryle
Le chlore dans le chlorobenzène est inactif et donc l'hydrolyse est réalisée avec une solution de NaOH à 8% dans un autoclave à 250°C en présence de sels de cuivre :
Phénoxyde de sodium
Selon la méthode de Raschig, le chlorobenzène est obtenu par oxydation du benzène en présence de chlorure d'hydrogène :
L'hydrolyse du chlorobenzène est réalisée à la vapeur d'eau surchauffée en présence d'un catalyseur au cuivre. Le chlorure d'hydrogène résultant est renvoyé à la première étape du processus :
L'hydrolyse en présence d'alcali a lieu à une température plus basse, mais en même temps de l'acide chlorhydrique précieux est perdu, ce qui est conservé dans la méthode Raschig.
Fusion d'arylsulfonates avec un alcali
Lors de la fusion avec un alcali, les arylsulfonates subissent une réaction de substitution :
Acide benzènesulfonique Benzènesulfonate de sodium
La conversion du phénolate de sodium en phénol s'effectue à l'aide de dioxyde de soufre, qui se forme dans la deuxième étape :
Le phénol est obtenu sous forme d'une solution aqueuse, à partir de laquelle il est isolé par distillation. Cette méthode de synthèse du phénol est la plus ancienne (1890). La méthode est utilisée pour obtenir d'autres phénols, par exemple :
Décomposition des sels de diazonium
Oxydation directe du benzène
С6Н6 + О2 (bauxite, 300-750С *) С6Н5ОН
La complexité de cette transformation était que le benzène s'oxyde plus facilement que le phénol. Il est connu aussi bien l'oxydation catalytique à l'oxygène de l'air (dans le schéma réactionnel) qu'avec l'utilisation de diverses combinaisons d'oxydants (peroxydes) et de catalyseurs (sels de cuivre, de fer, de titane, etc.).
Isolement des matières premières naturelles
Les phénols sont isolés du goudron de houille par distillation et traitement chimique, ce qui donne un mélange de phénols ; provenant des déchets du raffinage du pétrole.
