Fenolio c6h6 gavimas. Gauti fenolį. Fenolio sandara, savybės ir panaudojimas. Fenolių gavimo būdai

Fenoliai- aromatinių angliavandenilių dariniai, kuriuose gali būti viena ar daugiau hidroksilo grupių, sujungtų su benzeno žiedu.

Kaip vadinami fenoliai?

Pagal IUPAC taisykles pavadinimas " fenolis“. Atomų numeracija gaunama iš atomo, kuris yra tiesiogiai susijęs su hidroksi grupe (jei jis yra seniausias), ir yra sunumeruoti taip, kad pakaitai gautų mažiausią skaičių.

Atstovas - fenolis - C6H5OH:

Fenolio struktūra.

Deguonies atomas išoriniame lygyje turi nepasidalintą elektronų porą, kuri yra „įtraukta“ į žiedo sistemą (+ M efektas JIS– grupės). Dėl to gali atsirasti 2 poveikiai:

1) benzeno žiedo elektronų tankio padidėjimas į orto ir para padėtis. Iš esmės šis poveikis pasireiškia elektrofilinėmis pakeitimo reakcijomis.

2) tankis ant deguonies atomo mažėja, dėl to ryšys JIS susilpnėja ir gali sulūžti. Poveikis siejamas su padidėjusiu fenolio rūgštingumu, palyginti su sočiaisiais alkoholiais.

Monopakeisti dariniai fenolis(krezolis) gali būti 3 struktūrinių izomerų:

Fenolių fizinės savybės.

Fenoliai yra kristalinės medžiagos kambario temperatūroje. Blogai tirpsta šaltame vandenyje, bet gerai – karštuose ir vandeniniuose šarmų tirpaluose. Jie turi būdingą kvapą. Dėl vandenilinių jungčių susidarymo jie turi aukštą virimo ir lydymosi temperatūrą.

Fenolių gavimas.

1. Iš halobenzenų. Kaitinant chlorbenzeną ir natrio hidroksidą esant slėgiui, gaunamas natrio fenolatas, kuris, sąveikaujant su rūgštimi, virsta fenoliu:

2. Pramoninis metodas: kataliziškai oksiduojant kumeną ore, gaunamas fenolis ir acetonas:

3. Iš aromatinių sulfonrūgščių susiliejus su šarmais. Dažniau reakcija atliekama, norint gauti daugiahidrius fenolius:

Cheminės fenolių savybės.

R-deguonies atomo orbitalė sudaro vieną sistemą su aromatiniu žiedu. Todėl elektronų tankis ant deguonies atomo mažėja, o benzeno žiede didėja. Ryšio poliškumas JIS padidėja, o hidroksilo grupės vandenilis tampa reaktyvesnis ir gali būti lengvai pakeistas metalo atomu net ir veikiant šarmams.

Fenolių rūgštingumas yra didesnis nei alkoholių, todėl gali vykti reakcijos:

Tačiau fenolis yra silpna rūgštis. Jei per jo druskas praleidžiamas anglies dioksidas arba sieros dioksidas, tada išsiskiria fenolis, o tai įrodo, kad anglies ir sieros rūgštys yra stipresnės rūgštys:

Fenolių rūgštinės savybės susilpnėja į žiedą įvedus pirmosios rūšies pakaitus ir sustiprinamos įvedus II.

2) Esterių susidarymas. Procesas vyksta veikiant rūgščių chloridams:

3) Elektrofilinės pakaitos reakcija. Nes JIS-grupė yra pirmosios rūšies pakaitas, tada padidėja benzeno žiedo reaktyvumas orto ir para padėtyse. Bromo vandeniui veikiant fenolį, stebimas nuosėdų susidarymas - tai kokybinė reakcija į fenolį:

4) Fenolių nitrinimas. Reakcija vykdoma su nitrinimo mišiniu, todėl susidaro pikrino rūgštis:

5) Fenolių polikondensacija. Reakcija vyksta veikiant katalizatoriams:

6) Fenolių oksidacija. Fenolius lengvai oksiduoja atmosferos deguonis:

7) Kokybinė reakcija į fenolį yra geležies chlorido tirpalo poveikis ir violetinio komplekso susidarymas.

Fenolių naudojimas.

Fenoliai naudojami fenolio-formaldehido dervų, sintetinių pluoštų, dažiklių ir vaistų bei dezinfekavimo priemonių gamyboje. Pikrino rūgštis naudojama kaip sprogstamosios medžiagos.

Fenolis yra bespalvė kristalinė medžiaga, turinti labai specifinį kvapą. Ši medžiaga plačiai naudojama įvairių dažų, plastikų, įvairių sintetinių pluoštų (daugiausia nailono) gamyboje. Prieš vystantis naftos chemijos pramonei, fenolio gamyba buvo vykdoma tik iš akmens anglių dervų. Žinoma, šis metodas nepajėgė patenkinti visų sparčiai besivystančios fenolio pramonės poreikių, kurie dabar tapo svarbiu beveik visų mus supančių objektų komponentu.

Sintezės procese naudojamas fenolis, kurio gamyba tapo neatidėliotinu poreikiu atsiradus itin daugybei naujų medžiagų ir medžiagų, kurių sudedamoji dalis jis yra. fenolių komponentas. Taip pat didelis fenolio kiekis perdirbamas į cikloheksanolį, kuris reikalingas pramoniniu mastu gaminti.

Kita svarbi sritis – kreozolių mišinio gamyba, iš kurio sintetinama kreozolio formaldehido derva, naudojama daugeliui vaistų, antiseptikų ir antioksidantų gamybai. Todėl šiandien fenolio gamyba dideliais kiekiais yra svarbi naftos chemijos užduotis. Jau sukurta daug metodų, kaip pagaminti šią medžiagą pakankamu kiekiu. Apsistokime prie pagrindinių.

Seniausias ir labiausiai patikrintas metodas yra šarminio lydymo metodas, kuriam būdingas didelis sieros rūgšties sunaudojimas ir šarminės medžiagos, o vėliau jų suliejimas į benzensulfonatrio druską, nuo kurios ši medžiaga yra tiesiogiai atskiriama. Fenolio gavimas benzeno chlorinimo metodu, o po to chlorbenzeno muilinimas yra pelningas tik tuo atveju, jei yra daug pigios elektros energijos, reikalingos šarminei medžiagai ir chlorui gaminti. Pagrindiniai šios technikos trūkumai – būtinybė sukurti aukštą slėgį (mažiausiai tris šimtus atmosferų) ir itin didelis įrangos korozijos laipsnis.

Šiuolaikiškesnis būdas yra gauti fenolį skaidant izopropilbenzeno hidroperoksidą. Tiesa, reikalingos medžiagos išskyrimo schema čia yra gana sudėtinga, nes ji apima išankstinį hidroperoksido gamybą benzeno alkilinimo propileno tirpalu metodu. Be to, technologija numato gauto izopropilbenzeno oksidavimą oro mišiniu, kad susidarytų hidroperoksidas. Kaip teigiamą šios technikos veiksnį galima paminėti kitos svarbios medžiagos – acetono – gamybą lygiagrečiai su fenoliu.

Taip pat yra fenolio išskyrimo iš kietojo kuro medžiagų kokso ir puskokso dervų metodas. Tokia procedūra reikalinga ne tik norint gauti vertingą fenolį, bet ir pagerinti įvairių angliavandenilių produktų kokybę. Viena iš fenolio savybių yra greita oksidacija, dėl kurios pagreitėja aliejaus senėjimas ir jame susidaro klampios dervingos frakcijos.

Bet moderniausias būdas ir naujausias naftos chemijos pramonės pasiekimas – fenolio gavimas iš benzeno tiesiogiai jį oksiduojant.Visas procesas vyksta specialiame adiabatiniame reaktoriuje, kuriame yra ceolito turintis katalizatorius. Originalus azoto oksidas gaunamas oksiduojant amoniaką oru arba atskiriant jį nuo, tiksliau, nuo jo šalutinių produktų, susidarančių sintezės metu. Ši technologija gali gaminti labai gryną fenolį su minimaliu bendru priemaišų kiekiu.

Benzeno pagrindu. Normaliomis sąlygomis tai yra kietos toksiškos medžiagos, turinčios specifinį aromatą. Šiuolaikinėje pramonėje šie cheminiai junginiai atlieka svarbų vaidmenį. Pagal naudojimą fenolis ir jo dariniai yra tarp dvidešimties paklausiausių cheminių junginių pasaulyje. Jie plačiai naudojami chemijos ir lengvosios pramonės, farmacijos ir energetikos pramonėje. Todėl fenolio gamyba pramoniniu mastu yra viena iš pagrindinių chemijos pramonės užduočių.

Fenolio žymėjimai

Originalus fenolio pavadinimas yra karbolio rūgštis. Vėliau šis junginys išmoko pavadinimą „fenolis“. Šios medžiagos formulė parodyta paveikslėlyje:

Fenolio atomai numeruojami pradedant nuo anglies atomo, kuris yra prijungtas prie OH hidrokso grupės. Seka tęsiasi tokia tvarka, kad kiti pakeisti atomai gautų mažiausius skaičius. Fenolio dariniai egzistuoja kaip trys elementai, kurių charakteristikos paaiškinamos jų struktūrinių izomerų skirtumais. Įvairūs orto-, meta-, parakrezoliai yra tik benzeno žiedo ir hidroksilo grupės junginio pagrindinės struktūros modifikacija, kurios pagrindinis derinys yra fenolis. Šios medžiagos formulė cheminiu žymėjimu atrodo kaip C 6 H 5 OH.

Fizinės fenolio savybės

Vizualiai fenolis yra kieti bespalviai kristalai. Atvirame ore jie oksiduojasi, suteikdami medžiagai būdingą rausvą atspalvį. Įprastomis sąlygomis fenolis gana blogai tirpsta vandenyje, tačiau temperatūrai pakilus iki 70 ° C, šis skaičius smarkiai padidėja. Šarminiuose tirpaluose ši medžiaga tirpsta bet kokiais kiekiais ir bet kokioje temperatūroje.

Šios savybės išsaugomos ir kituose junginiuose, kurių pagrindinis komponentas yra fenoliai.

Cheminės savybės

Unikalios fenolio savybės paaiškinamos jo vidine struktūra. Šios cheminės medžiagos molekulėje deguonies p-orbitalė sudaro vieną p-sistemą su benzeno žiedu. Ši glaudi sąveika padidina aromatinio žiedo elektronų tankį ir sumažina deguonies atomo tankį. Tokiu atveju hidrokso grupės ryšių poliškumas žymiai padidėja, o vandenilis jo sudėtyje yra lengvai pakeičiamas bet kokiu šarminiu metalu. Taip susidaro įvairūs fenolatai. Šie junginiai nesuyra su vandeniu, kaip alkoholiatai, tačiau jų tirpalai labai panašūs į stiprių bazių ir silpnų rūgščių druskas, todėl pasižymi gana ryškia šarmine reakcija. Fenolatai sąveikauja su įvairiomis rūgštimis, dėl reakcijos sumažėja fenolių. Cheminės šio junginio savybės leidžia jam sąveikauti su rūgštimis, todėl susidaro esteriai. Pavyzdžiui, dėl fenolio ir acto rūgšties sąveikos susidaro fenilo esteris (fenilacetatas).

Plačiai žinoma nitrinimo reakcija, kurios metu fenolis, veikiamas 20% azoto rūgšties, sudaro para- ir ortonitrofenolių mišinį. Jei fenolis apdorojamas koncentruota azoto rūgštimi, gaunamas 2,4,6-trinitrofenolis, kuris kartais vadinamas pikrino rūgštimi.

Fenolis gamtoje

Kaip nepriklausoma medžiaga fenolis gamtoje randamas akmens anglių dervoje ir tam tikrų rūšių aliejuje. Tačiau pramonės reikmėms ši suma nevaidina jokio vaidmens. Todėl fenolio gavimas dirbtiniu būdu tapo daugelio mokslininkų kartų prioritetu. Laimei, ši problema buvo išspręsta ir gautas dirbtinis fenolis.

savybės, gavimas

Įvairių halogenų naudojimas leidžia gauti fenolatus, iš kurių tolesnio apdorojimo metu susidaro benzenas. Pavyzdžiui, kaitinant natrio hidroksidą ir chlorbenzeną, susidaro natrio fenolatas, kuris, veikiamas rūgšties, skyla į druską, vandenį ir fenolį. Šios reakcijos formulė pateikta čia:

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

Aromatinės sulfonrūgštys taip pat yra benzeno gamybos šaltinis. Cheminė reakcija atliekama tuo pačiu metu lydant šarmą ir sulfonrūgštį. Kaip matyti iš reakcijos, pirmiausia susidaro fenoksidai. Apdorojus stipriomis rūgštimis, jie redukuojami iki daugiahidrozės fenolių.

Fenolis pramonėje

Teoriškai fenolio gavimas paprasčiausiu ir perspektyviausiu būdu atrodo taip: naudojant katalizatorių, benzenas oksiduojamas deguonimi. Tačiau iki šiol šios reakcijos katalizatorius nerastas. Todėl šiuo metu pramonėje naudojami kiti metodai.

Nepertraukiamas pramoninis fenolio gamybos metodas susideda iš chlorbenzeno ir 7% natrio hidroksido tirpalo sąveikos. Gautas mišinys praleidžiamas per pusantro kilometro ilgio vamzdžių sistemą, įkaitintą iki 300 C. Temperatūros ir palaikomo aukšto slėgio įtakoje pradinės medžiagos reaguoja į 2,4-dinitrofenolį ir kitus produktus.

Ne taip seniai buvo sukurtas pramoninis fenolio turinčių medžiagų gavimo kumeno metodu metodas. Šis procesas susideda iš dviejų etapų. Pirma, izopropilbenzenas (kumenas) gaunamas iš benzeno. Norėdami tai padaryti, benzenas alkilinamas propilenu. Reakcija atrodo taip:

Po to kumenas oksiduojamas deguonimi. Antrosios reakcijos rezultatas yra fenolis ir kitas svarbus produktas – acetonas.

Iš tolueno galima gaminti fenolį pramoniniu mastu. Norėdami tai padaryti, toluenas oksiduojamas ant deguonies, esančio ore. Reakcija vyksta dalyvaujant katalizatoriui.

Fenolių pavyzdžiai

Artimiausi fenolių homologai vadinami krezoliais.

Yra trys krezolių tipai. Metakrezolis normaliomis sąlygomis yra skystas, parakrezolis ir ortokrezolis yra kietos medžiagos. Visi krezoliai blogai tirpsta vandenyje, o savo cheminėmis savybėmis beveik panašūs į fenolį. Krezolių natūraliai yra akmens anglių dervoje, jie naudojami pramonėje dažų ir kai kurių rūšių plastikų gamyboje.

Dvihidrių fenolių pavyzdžiai yra para-, orto- ir metahidrobenzenai. Visi jie yra kietos medžiagos, lengvai tirpsta vandenyje.

Vienintelis trihidroksilio fenolio atstovas yra pirogalolis (1,2,3-trihidroksibenzenas). Jo formulė parodyta žemiau.

Pirogalolis yra gana stiprus reduktorius. Jis lengvai oksiduojamas, todėl naudojamas iš deguonies išgrynintoms dujoms gauti. Ši medžiaga yra gerai žinoma fotografams, ji naudojama kaip ryškalas.

Santrauka šia tema:

"Fenoliai"

Mokytojas: Petrishek

Irina Aleksandrovna

Užbaigta:

II kurso studentė, 9 grupė

Farmacijos fakultetas

Vladlenas Ardislamovas

Bendrosios fenolių charakteristikos

Fenoliai yra arenų dariniai, kuriuose vienas ar keli vandenilio atomai pakeisti hidroksilo grupėmis.

Fenolių OH grupės vadinamos fenolio hidroksilo grupėmis.

Augalų pasaulyje yra daug fenolių ir jų darinių (pigmentai, taninai, medienos lignino komponentai). Fenoliai naudojami medicinoje (tai galingas priešgrybelinis ir antibakterinis antiseptikas; pakankamu kiekiu patekęs į žmogaus organizmą sukelia apsinuodijimą, pažeidžiant daugumą organų ir sistemų), farmacijos pramonėje, polimerų, dažiklių gamyboje, kvapiosios medžiagos, augalų apsaugos produktai. Fenoliai ir jų dariniai naudojami naftos pramonėje (kaip antipoliarizatoriai). Hidrochinonas naudojamas kaip kosmetikos priemonė odos defektams šalinti, kaip metilmetakrilato laisvųjų radikalų polimerizacijos reakcijos inhibitorius, yra chemiškai sukietėjusių dantų kompozitinių medžiagų dalis. Pirokatechinas naudojamas fotografijoje kaip ryškalas, dažų, vaistinių medžiagų (pavyzdžiui, adrenalino) gamyboje.

Pagal hidroksilo grupių skaičių aromatiniame žiede išskiriami vienhidroksiliniai ir daugiahidroksiniai fenoliai. Daugumai fenolių ir kai kurių jų homologų naudojami trivialūs pavadinimai, priimti pagal IUPAC nomenklatūrą.

Atstovai:

O-krezolis m-krezolis p-krezolis

a-naftolis b-naftolis

Pirokatechinas Rezorcinolis Hidrochinonas

pirogalolis

Fenolių fizinės savybės

Fenolis ir jo apatiniai homologai yra bespalvės, mažai tirpstančios kristalinės medžiagos arba skysčiai, turintys gana stiprų būdingą kvapą. Fenolio kvapas ore esant mažoms koncentracijoms (4mg/m3). Dviejų ir trijų hidrių fenoliai yra kieti, bekvapiai, turintys gana aukštą lydymosi temperatūrą. Fenoliai yra mažiau lakūs nei panašios molekulinės masės alkoholiai, nes jie sudaro stipresnius tarpmolekulinius vandenilio ryšius.

Fenolis mažai tirpsta vandenyje (8,2% 15C*). Kiti monohidrogeniniai fenoliai mažai tirpsta vandenyje, bet lengvai tirpsta eteryje, benzene, alkoholyje ir chloroforme. Padidėjus hidroksilo grupių skaičiui, padidėja polihidroksilių fenolių tirpumas vandenyje. Poliariniuose daugiahidriuose tirpikliuose polihidroksiniai fenoliai taip pat gerai tirpsta.

Fenoliai ir ypač naftoliai yra labai toksiškos medžiagos. Jų patekimas į vandens telkinius daro nepataisomą žalą gamtai.

Fenolių gavimas

Cumol metodas (Sergeeva)

Didžioji dalis fenolio šiuo metu gaminama iš izopropilbenzeno – kumeno. Oksiduojant kumeną oru, gaunamas kumeno hidroperoksidas, kuris, veikiant mineralinių rūgščių vandeniniams tirpalams, suyra į fenolį ir acetoną. Kumenas sintetinamas iš benzeno ir propileno.

Kumeno hidroperoksidas

Mechanizmas:

(M 3)

Sec-butilo hidroperoksidas elgiasi panašiai.

Arilhalogenidų hidrolizė

Chloras yra neaktyvus chlorbenzene, todėl hidrolizė atliekama 8% NaOH tirpalu autoklave 250 °C temperatūroje, esant vario druskoms:

Natrio fenoksidas

Pagal Rašigo metodą chlorbenzenas gaunamas oksiduojant benzeną, esant vandenilio chloridui:

Chlorobenzeno hidrolizė atliekama perkaitintais garais, esant vario katalizatoriui. Gautas vandenilio chloridas grąžinamas į pirmąjį proceso etapą:

Hidrolizė, esant šarmams, vyksta žemesnėje temperatūroje, tačiau prarandama vertinga druskos rūgštis, kuri išsaugoma Raschig metodu.

Arilsulfonatų susiliejimas su šarmu

Susiliejus su šarmu, arilsulfonatai vyksta pakeitimo reakcija:

Benzensulfonrūgštis Natrio benzensulfonatas

Natrio fenolatas paverčiamas fenoliu, naudojant sieros dioksidą, kuris susidaro antrajame etape:

Fenolis gaunamas vandeninio tirpalo pavidalu, iš kurio išskiriamas distiliuojant. Šis fenolio sintezės metodas yra seniausias (1890 m.). Metodas naudojamas kitiems fenoliams gauti, pavyzdžiui:

Diazonio druskų skilimas

Tiesioginė benzeno oksidacija

C6H6 + O2 (boksitas, 300-750C *) C6H5OH

Šios transformacijos sudėtingumas buvo tas, kad benzenas oksiduojamas lengviau nei fenolis. Jis žinomas tiek kaip katalizinis oksidavimas atmosferos deguonimi (reakcijos schemoje), tiek naudojant įvairius oksiduojančių medžiagų (peroksidų) ir katalizatorių (vario, geležies, titano ir kt. druskų) derinius.

Izoliavimas nuo natūralių žaliavų

Fenoliai iš akmens anglių deguto išskiriami distiliavimo ir cheminio apdorojimo metu, gaunamas fenolių mišinys; iš naftos perdirbimo atliekų.