Dobivanje fenola c6h6. Dobivanje fenola. Struktura, svojstva i primjena fenola. Metode dobivanja fenola

Fenoli- derivati aromatskih ugljikovodika, koji mogu sadržavati jednu ili više hidroksilnih skupina vezanih za benzenski prsten.

Kako se zovu fenoli?

Prema pravilima IUPAC -a naziv „ fenol". Atomi su numerirani od atoma koji je izravno povezan s hidroksi skupinom (ako je najviša) i numerirani su tako da supstituenti dobiju najmanji broj.

Reprezentativan - fenol - C6H5OH:

Struktura fenola.

Atom kisika ima usamljeni elektronski par na vanjskoj razini, koji je "uvučen" u sustav prstenova (+ M-efekt ON-grupe). Kao rezultat toga, mogu se pojaviti 2 učinka:

1) povećanje gustoće elektrona benzenskog prstena na orto- i para-položaju. U osnovi, ovaj se učinak očituje u reakcijama elektrofilne supstitucije.

2) gustoća na atomu kisika se smanjuje, uslijed čega dolazi do veze ON slabi i može se rastrgati. Učinak je povezan s povećanom kiselošću fenola u usporedbi sa zasićenim alkoholima.

Monosupstituirani derivati fenol(krezol) može biti u 3 strukturna izomera:

Fizikalna svojstva fenola.

Fenoli su kristalne tvari na sobnoj temperaturi. Slabo su topljivi u hladnoj vodi, ali dobro topljivi u vrućoj i vodenoj otopini lužina. Imaju karakterističan miris. Zbog stvaranja vodikovih veza imaju visoku točku ključanja i talište.

Dobivanje fenola.

1. Od halogenbenzena. Kad se klorobenzen i natrijev hidroksid zagrije pod tlakom, dobiva se natrijev fenolat, koji se nakon interakcije s kiselinom pretvara u fenol:

2. Industrijska metoda: katalitičkom oksidacijom kumena u zraku nastaju fenol i aceton:

3. Od aromatskih sulfonskih kiselina fuzijom s lužinama. Češće se reakcija provodi radi dobivanja polihidričnih fenola:

Kemijska svojstva fenola.

R-orbital atoma kisika čini jedinstveni sustav s aromatskim prstenom. Stoga se gustoća elektrona na atomu kisika smanjuje, u benzenskom prstenu - povećava. Polaritet komunikacije ON povećava, a vodik hidroksilne skupine postaje reaktivniji i lako se može zamijeniti atomom metala čak i pod djelovanjem lužina.

Kiselost fenola je veća od alkohola, pa se reakcije mogu provesti:

No, fenol je slaba kiselina. Ako se ugljikov dioksid ili sumpor dioksid propuštaju kroz njegove soli, oslobađa se fenol, što dokazuje da su ugljična i sumporna kiselina jače kiseline:

Kisela svojstva fenola oslabljena su uvođenjem supstituenata tipa I u prsten i pojačana uvođenjem II.

2) Nastanak estera. Postupak se odvija pri izlaganju kloridima kiseline:

3) Reakcija elektrofilne supstitucije. Jer ON-skupina je supstituent prve vrste, tada se povećava reaktivnost benzenskog prstena u orto i para pozicijama. Pod djelovanjem bromove vode na fenol, opaža se taloženje - ovo je kvalitativna reakcija na fenol:

4) Nitriranje fenola. Reakcija se provodi s nitrirajućom smjesom, zbog čega nastaje pikrinska kiselina:

5) Polikondenzacija fenola. Reakcija se odvija pod utjecajem katalizatora:

6) Oksidacija fenola. Fenoli se lako oksidiraju atmosferskim kisikom:

7) Kvalitativna reakcija na fenol je učinak otopine željeznog klorida i stvaranje kompleksa ljubičice.

Upotreba fenola.

Fenoli se koriste u pripremi fenol-formaldehidnih smola, sintetičkih vlakana, bojila i lijekova, dezinficijensa. Pikrinska kiselina se koristi kao eksploziv.

Fenol je bezbojna kristalna tvar vrlo specifičnog mirisa. Ova tvar se naširoko koristi u proizvodnji različitih boja, plastike, raznih sintetičkih vlakana (uglavnom najlona). Prije razvoja petrokemijske industrije fenol se dobivao isključivo iz katrana ugljena. Naravno, ova metoda nije mogla pokriti sve potrebe industrije koja se brzo razvijala za fenolom, koji je sada postao važna komponenta gotovo svih objekata oko nas.

Fenol, čija je proizvodnja postala hitna potreba zbog pojave iznimno širokog spektra novih materijala i tvari, čiji je sastavni sastojak, koristi se u procesu sinteze, a on je, pak, važan komponenta fenoplastike. Također, velika količina fenola prerađuje se u cikloheksanol, koji je neophodan za industrijsku proizvodnju.

Drugo važno područje je proizvodnja smjese kreozola, koja se sintetizira u smolu kreosolformalgida, koja se koristi za proizvodnju mnogih lijekova, antiseptika i antioksidansa. Stoga je danas proizvodnja fenola u velikim količinama važan zadatak petrokemije. Za proizvodnju ove tvari u dovoljnim količinama već su razvijene mnoge metode. Zadržimo se na glavnim.

Najstarija i najpouzdanija metoda je metoda alkalnog taljenja, koju karakterizira velika potrošnja sumporne kiseline za i kaustična, nakon čega slijedi njihova fuzija u sol benzensulfonata, iz koje se ta tvar izravno oslobađa. Proizvodnja fenola kloriranjem benzena, nakon čega slijedi saponifikacija klorobenzena, isplativa je samo ako je potrebna velika količina jeftine električne energije za proizvodnju kaustične kiseline i klora. Glavni nedostaci ove tehnike su potreba stvaranja visokog tlaka (najmanje tristo atmosfera) i iznimno značajan stupanj korozije opreme.

Suvremenija metoda je dobivanje fenola razgradnjom izopropilbenzen hidroperoksida. Istina, shema izolacije potrebne tvari ovdje je prilično komplicirana jer predviđa prethodnu proizvodnju hidroperoksida metodom alkiliranja benzena otopinom propilena. Nadalje, tehnologija predviđa oksidaciju dobivenog izopropilbenzena sa smjesom zraka kako bi nastao hidroperoksid. Kao pozitivan čimbenik ove tehnike može se primijetiti da se, paralelno s fenolom, može primijetiti još jedna važna tvar, aceton.

Postoji i tehnika za odvajanje fenola od koksnih i polukoksnih smola materijala krutog goriva. Takav je postupak nužan ne samo za dobivanje vrijednog fenola, već i za poboljšanje kvalitete različitih proizvoda ugljikovodika. Jedno od svojstava fenola je njegova brza oksidacija, što dovodi do ubrzanog starenja ulja i stvaranja u njemu frakcija sličnih viskoznoj smoli.

No, najsuvremenija metoda i najnovije postignuće petrokemijske industrije je proizvodnja fenola iz benzena izravno oksidirajući ga. Cijeli se proces provodi u posebnom adijabatskom reaktoru koji sadrži katalizator koji sadrži zeolit. Početni dušikov oksid dobiva se oksidacijom amonijaka zrakom ili izolacijom iz, točnije, njegovih nusproizvoda nastalih tijekom procesa sinteze. Ova tehnologija može osigurati proizvodnju fenola visoke čistoće s minimalnim ukupnim sadržajem nečistoća.

Nastalo na bazi benzena. U normalnim uvjetima to su čvrste otrovne tvari specifične arome. U suvremenoj industriji ti kemijski spojevi imaju važnu ulogu. Što se tiče uporabe, fenol i njegovi derivati su među dvadeset najtraženijih kemijskih spojeva u svijetu. Široko se koriste u kemijskoj i lakoj industriji, farmaciji i energiji. Stoga je proizvodnja fenola u industrijskim razmjerima jedan od glavnih zadataka kemijske industrije.

Oznake fenola

Izvorni naziv fenola je karbolna kiselina. Kasnije je ovaj spoj dobio naziv "fenol". Formula ove tvari prikazana je na slici:

Numeriranje atoma fenola temelji se na atomu ugljika koji je povezan s OH hidroksilnom skupinom. Slijed se nastavlja takvim redoslijedom da se ostalim supstituiranim atomima daje najmanji broj. Derivati fenola postoje u obliku tri elementa čija se svojstva objašnjavaju razlikom u njihovim strukturnim izomerima. Razni orto-, meta-, parakrezoli samo su modifikacija osnovne strukture spoja benzenskog prstena i hidroksilne skupine, čija je osnovna kombinacija fenol. Formula ove tvari u kemijskom zapisu izgleda kao C 6 H 5 OH.

Fizikalna svojstva fenola

Vizualno, fenoli su čvrsti bezbojni kristali. Na otvorenom oksidiraju dajući tvari karakterističnu ružičastu nijansu. U normalnim uvjetima, fenol je prilično slabo topljiv u vodi, ali s porastom temperature na 70 o ta se brojka naglo povećava. U alkalnim otopinama ta je tvar topljiva u bilo kojoj količini i na bilo kojoj temperaturi.

Ova svojstva zadržavaju se u drugim spojevima, čija je glavna komponenta fenoli.

Kemijska svojstva

Jedinstvena svojstva fenola posljedica su njegove unutarnje strukture. U molekuli ove kemikalije p-orbitala kisika tvori jedinstveni p-sustav s benzenskim prstenom. Ova tijesna interakcija povećava gustoću elektrona aromatskog prstena i smanjuje ovaj indeks za atom kisika. U tom slučaju polaritet veza hidroksilne skupine značajno se povećava, a vodik u svom sastavu lako se zamjenjuje bilo kojim alkalnim metalom. Tako nastaju različiti fenolati. Ti spojevi se ne raspadaju vodom, poput alkoholata, ali su njihove otopine vrlo slične solima jakih baza i slabih kiselina, pa imaju prilično izraženu alkalnu reakciju. Fenolati stupaju u interakciju s različitim kiselinama; kao rezultat reakcije, fenoli se reduciraju. Kemijska svojstva ovog spoja omogućuju mu interakciju s kiselinama u obliku estera. Na primjer, interakcija fenola i octene kiseline dovodi do stvaranja fenil estera (feniacetata).

Reakcija nitriranja nadaleko je poznata u kojoj fenol tvori smjesu para- i ortonitrofenola pod utjecajem 20% dušične kiseline. Ako je fenol izložen koncentriranoj dušičnoj kiselini, dobiva se 2,4,6-trinitrofenol, koji se ponekad naziva i pikrinska kiselina.

Fenol u prirodi

Kao neovisna tvar, fenol se prirodno nalazi u katranu ugljena i u nekim vrstama ulja. No za industrijske potrebe taj iznos ne igra nikakvu ulogu. Stoga je dobivanje fenola umjetnom metodom postalo prioritetni zadatak mnogih generacija znanstvenika. Srećom, ovaj je problem riješen i kao rezultat toga dobiven je umjetni fenol.

Nekretnine, dobivanje

Korištenje različitih halogena omogućuje dobivanje fenolata, iz kojih tijekom daljnje obrade nastaje benzen. Na primjer, zagrijavanjem natrijevog hidroksida i klorobenzena nastaje natrijev fenolat, koji se, kada je izložen kiselini, raspada u sol, vodu i fenol. Formula za takvu reakciju data je ovdje:

S 6 N 5 -CI + 2NaOH -> S 6 N 5 -ONa + NaCl + N 2 O

Aromatične sulfonske kiseline također su izvor za proizvodnju benzena. Kemijska reakcija provodi se uz istodobno taljenje lužine i sulfonske kiseline. Kao što se može vidjeti iz reakcije, prvo nastaju fenoksidi. Kada se obrade jakim kiselinama, reduciraju se u polihidrične fenole.

Fenol u industriji

U teoriji, dobivanje fenola na najjednostavniji i obećavajući način izgleda ovako: pomoću katalizatora benzen se oksidira kisikom. No, do sada katalizator ove reakcije nije odabran. Stoga se u industriji trenutno koriste druge metode.

Kontinuirana industrijska metoda za proizvodnju fenola sastoji se u interakciji klorobenzena i 7% -tne otopine natrijevog hidroksida. Dobivena smjesa prolazi kroz sustav cijevi od jednog i pol kilometra zagrijanih na temperaturu od 300 C. Pod utjecajem temperature i održavanjem visokog tlaka početni materijali ulaze u reakciju, uslijed čega 2,4- dobivaju se dinitrofenol i drugi proizvodi.

Ne tako davno razvijena je industrijska metoda za proizvodnju tvari koje sadrže fenol metodom kumena. Ovaj proces ima dvije faze. Prvo se iz benzena dobiva izopropilbenzen (kumen). Zbog toga je benzen alkiliran s propilenom. Reakcija izgleda ovako:

Nakon toga se kumen oksidira kisikom. Na izlazu iz druge reakcije dobiva se fenol i drugi važan proizvod, aceton.

Industrijska proizvodnja fenola moguća je iz toluena. Za to se toluen oksidira kisikom u zraku. Ova reakcija se odvija u prisutnosti katalizatora.

Primjeri fenola

Najbliži homolozi fenola zovu se kresoli.

Postoje tri vrste kresola. Meta-krezol je u normalnim uvjetima tekući, para-krezol i orto-krezol su krute tvari. Svi krezoli slabo su topljivi u vodi, a njihova kemijska svojstva gotovo su slična fenolu. U svom prirodnom obliku, kresoli su sadržani u katranu ugljena, u industriji se koriste u proizvodnji boja, nekih vrsta plastike.

Primjeri dvovodnih fenola uključuju para-, orto- i meta-hidrobenzene. Svi su oni krute tvari, lako topljivi u vodi.

Jedini predstavnik triatomskog fenola je pirogalol (1,2,3-trihidroksibenzen). Njegova je formula prikazana u nastavku.

Pirogalol je prilično jako redukcijsko sredstvo. Lako se oksidira, pa se koristi za dobivanje plinova pročišćenih od kisika. Ova tvar dobro je poznata fotografima, koristi se kao programer.

Sažetak na temu:

"Fenoli"

Učitelj: Petrishk

Irina Aleksandrovna

Dovršeno:

Student 2. godine grupe 9

Farmaceutski fakultet

Vladlen Ardislamov

Opće karakteristike fenola

Fenoli su derivati arena u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno hidroksilnim skupinama

OH skupine fenola nazivaju se fenolne hidroksilne skupine.

Mnogi fenoli i njihovi derivati prisutni su u biljnom svijetu (pigmenti, tanini, ligninske komponente drva). Fenoli se koriste u medicini (snažan je antifungalni i antibakterijski antiseptik; kada se unese u dovoljnim količinama, uzrokuje trovanja s oštećenjem većine organa i sustava), u farmaceutskoj industriji, u proizvodnji polimera, bojila, mirisa, zaštite bilja proizvoda. Fenoli i njihovi derivati koriste se u naftnoj industriji (kao antipolarizatori). Hidrokinon se koristi kao kozmetičko sredstvo za uklanjanje nedostataka kože, kao inhibitor polimerizacije slobodnih radikala metil metakrilata, dio je kompozitnih materijala za zubne kemikalije. Pirokatekol se koristi u fotografiji kao programer, u proizvodnji boja, ljekovitih tvari (na primjer, adrenalina).

Jedan i polihodični fenoli razlikuju se po broju hidroksilnih skupina u aromatskom prstenu. Za većinu fenola i neke njihove homologe koriste se trivijalni nazivi usvojeni prema IUPAC nomenklaturi.

Predstavnici:

O-Cresol m-Cresol p-Cresol

a-naftol b-naftol

Pirokatehol Resorcinol Hidrokinon

Pirogalol

Fizikalna svojstva fenola

Fenol i njegovi niži homolozi su bezbojne kristalne tvari niskog tališta ili tekućine s prilično jakim karakterističnim mirisom. Miris fenola u zraku pri niskim koncentracijama (4 mg / m3). Dvo- i troatomski fenoli su čvrsti, bez mirisa, s dovoljno visokim talištem. Fenoli su manje hlapljivi od alkohola sa sličnom molekulskom masom, jer tvore jače međumolekulske vodikove veze.

Fenol je umjereno topljiv u vodi (8,2% pri 15 ° C *). Ostali monohidrični fenoli slabo su topljivi u vodi, ali se lako otapaju u eteru, benzenu, alkoholu i kloroformu. Povećanje broja hidroksilnih skupina uzrokuje povećanje topljivosti polihidričnih fenola u vodi. Polihidrični fenoli također su lako topljivi u polarnim polihidričnim otapalima.

Fenoli, a posebno naftoli, vrlo su otrovne tvari. Njihovo ispuštanje u vodna tijela nanosi nepopravljivu štetu prirodi.

Dobivanje fenola

Cumene metoda (Sergeeva)

Većina fenola trenutno se proizvodi iz izopropilbenzena - kumena. Oksidacijom kumena zrakom dobiva se kumenski hidroperoksid koji se pod djelovanjem vodenih otopina mineralnih kiselina razlaže na fenol i aceton. Kumen se sintetizira iz benzena i propilena.

Kumenov hidroperoksid

Mehanizam:

(M 3)

Slično se ponaša i hidroperoksid sek-butila.

Hidroliza aril halogenida

Klor u klorobenzenu je neaktivan pa se hidroliza provodi s 8% -tnom otopinom NaOH u autoklavu na 250 ° C u prisutnosti bakrenih soli:

Natrijev fenoksid

Prema Raschig -ovoj metodi, klorobenzen se dobiva oksidacijom benzena u prisutnosti klorovodika:

Hidroliza klorobenzena provodi se pregrijanom parom u prisutnosti bakrenog katalizatora. Dobiveni klorovodik se vraća u prvu fazu procesa:

Hidroliza u prisutnosti lužine odvija se na nižoj temperaturi, ali se istodobno gubi vrijedna klorovodična kiselina koja se zadržava u Raschig -ovoj metodi.

Fuzija arilsulfonata s lužinom

Prilikom fuzije s lužinom, arilsulfonati prolaze reakciju supstitucije:

Benzensulfonska kiselina Natrijev benzensulfonat

Pretvorba natrijevog fenolata u fenol provodi se pomoću sumpor dioksida, koji nastaje u drugoj fazi:

Fenol se dobiva u obliku vodene otopine, iz koje se izolira destilacijom. Ova metoda sinteze fenola je najstarija (1890.). Metoda se koristi za dobivanje drugih fenola, na primjer:

Razlaganje diazonijevih soli

Izravna oksidacija benzena

S6N6 + O2 (boksit, 300-750S *)  S6N5ON

Složenost ove transformacije bila je u tome što se benzen oksidira lakše od fenola. Poznato je i katalitička oksidacija atmosferskim kisikom (u shemi reakcije) i upotrebom različitih kombinacija oksidanata (peroksidi) i katalizatora (soli bakra, željeza, titana itd.).

Izolacija od prirodnih sirovina

Fenoli se izoliraju iz katrana ugljena destilacijom i kemijskom obradom, što rezultira smjesom fenola; od otpada od prerade nafte.