Одержання фенолу c6h6. Одержання фенолу. Будова, властивості та застосування фенолу. Способи одержання фенолів
Феноли- похідні ароматичних вуглеводнів, до складу яких можуть входити одна або кілька гідроксильних груп, з'єднаних із бензольним кільцем.
Як називати феноли?
За правилами ІЮПАК зберігається назва « фенол». Нумерація атомів походить від атома , який безпосередньо пов'язаний з гідрокси-групою (якщо вона - старша) і нумерують так, щоб заступники отримали найменший номер.
Представник - фенол - З 6 Н 5 ВІН:
Будова фенолу.
У атома кисню на зовнішньому рівні знаходиться неподілена електронна пара, яка «втягується» в систему кільця (+М-ефект ВІН-групи). В результаті можуть виникнути 2 ефекти:
1) підвищення електронної щільності бензольного кільця положення орто- і пара-. В основному такий ефект проявляється в реакціях електрофільного заміщення.
2) зменшується щільність на атомі кисню, внаслідок чого зв'язок О-Нпослаблюється та може рватися. Ефект пов'язаний із підвищеною кислотністю фенолу в порівнянні з граничними спиртами.
Монозаміщені похідні фенолу(крезол) можуть бути в 3х структурних ізомерах:
Фізичні властивості фенолів.
Феноли – кристалічні речовини при кімнатній температурі. Погано розчиняються у холодній воді, але добре – у гарячій та у водних розчинах лугів. Мають характерний запах. Внаслідок утворення водневих зв'язків, мають високу температуру кипіння та плавлення.
Одержання фенолів.
1. Із галогенбензолів. При нагріванні хлорбензолу і гідроксиду натрію під тиском одержують фенолят натрію, який після взаємодії з кислотою перетворюється на фенол:
2. Промисловий спосіб: при каталітичному окисленні кумолу на повітрі виходить фенол та ацетон:
3. З ароматичних сульфокислот за допомогою сплаву з лугами. Найчастіше проводять реакцію для отримання багатоатомних фенолів:
Хімічні характеристики фенолів.
р-орбіталь атома кисню утворює з ароматичним кільцем єдину систему Тому електронна щільність на атомі кисні зменшується, у бензольному кільці – збільшується. Полярність зв'язку О-Нпідвищується, і водень гідроксильної групи стає реакційноздатним і легко може бути заміщений атомом металу навіть при дії лугів.
Кислотність фенолів вища, ніж у спиртів, тому можна проводити реакції:
Але фенол – слабка кислота. Якщо через його солі пропускати вуглекислий або сірчистий газ, то виділяється фенол, що доводить, що вугільна та сірчиста кислота є сильнішими кислотами:
Кислотні властивості фенолів послаблюються при введенні в кільце заступників І роду та посилюються - при введенні ІІ.
2) Утворення складних ефірів. Процес протікає при дії хлорангідридів:
3) Реакція електрофільного заміщення. Т.к. ВІН-група є заступником першого роду, то реакційна здатність бензольного кільця в орто-і пара-положеннях підвищується. При дії на фенол бромної води спостерігається виділення осаду – це якісна реакція на фенол:
4) Нітрування фенолів. Реакцію проводять нітрируючою сумішшю, в результаті чого утворюється пікринова кислота:
5) Поліконденсація фенолів. Реакція протікає під впливом каталізаторів:
6) Окислення фенолів. Феноли легко окислюються киснем повітря:
7) Якісною реакцією на фенол є вплив розчину хлориду заліза та утворення комплексу фіолетового кольору.
Застосування фенолів.
Феноли використовують при отриманні фенолформальдегідних смол, синтетичних волокон, барвників та лікарських засобів, що дезінфікують речовин. Пікрінова кислота використовується як вибухові речовини.
Фенол є безбарвною речовиною кристалічної будови з вельми специфічним запахом. Дана субстанція досить широко використовується у виробництві різних барвників, пластмас, різноманітних синтетичних волокон (переважно капрону). До розвитку нафтохімічної галузі одержання фенолу здійснювалося виключно з кам'яновугільних смол. Звичайно ж, цей спосіб був не в змозі покрити всі потреби промисловості, що бурхливо розвивається, у фенолі, який зараз став важливим компонентом чи не всіх навколишніх предметів.
Фенол, отримання якого стало нагальною необхідністю у зв'язку з появою надзвичайно широкого спектру нових матеріалів і речовин, невід'ємним інгредієнтом яких він є, використовується в процесі синтезу. А вона, у свою чергу, є важливим компонентом фенопластів. Також велика кількість фенолу переробляється в циклогексанол, необхідний виготовлення в промислових масштабах.
Ще з важливих сфер можна виділити виробництво суміші креозолів, яку синтезують у креозолформадельгідну смолу, яка використовується для виготовлення безлічі медичних препаратів, антисептиків та антиоксидантів. Тому сьогодні отримання фенолу у великих кількостях є важливим завданням нафтохімії. Вже розроблено чимало методів, що дозволяють виробляти цю речовину у достатніх обсягах. Зупинимося на основних із них.
Найбільш старим і перевіреним методом є спосіб лужного плавлення, який характеризується великою витратою сірчаної кислоти і каустика з подальшим сплавленням їх в бензолсульфонатрієву сіль, з якої безпосередньо і виділяється дана речовина. Одержання фенолу методом хлорування бензолу з наступним омиленням хлорбензолу рентабельне тільки у разі наявності великої кількості дешевої електроенергії, необхідної для виробництва каустика та хлору. Головні недоліки даної методики - необхідність створення високого тиску (не менше трьохсот атмосфер) та надзвичайно значний ступінь корозії апаратури.
Більш сучасним методом є одержання фенолу шляхом розкладання гідроперекису ізопропілбензолу. Щоправда, схема виділення необхідної речовини тут досить складна, оскільки передбачає попереднє виробництво гідроперекису способом алкілування бензолу розчином пропілену. Далі технологією передбачається окислення вилученого ізопропілбензолу повітряною сумішшю до утворення гідроперекису. Як позитивний фактор даної методики можна відзначити отримання паралельно з фенолом ще однієї важливої речовини - ацетону.
Існує також методика виділення фенолу з коксових та напівкоксових смол твердих паливних матеріалів. Така процедура необхідна як отримання цінного фенолу, але й підвищення якості різних вуглеводневих продуктів. Однією з властивостей фенолу є швидка окислюваність, що призводить до прискореного старіння олії та утворення у ньому в'язких смолоподібних фракцій.
Але найсучаснішим методом і найновішим досягненням нафтохімічної галузі є отримання фенолу з бензолу безпосередньо шляхом окислення його. Весь процес виробляється в спеціальному адіабатичному реакторі, в якому знаходиться каталізатор, що містить цеоліт. Вихідний закис азоту отримують окисленням аміаку повітрям або виділенням з Точніше, з її побічних продуктів, що утворюються в процесі синтезу. Ця технологія здатна забезпечити отримання високочистого фенолу з мінімальним сумарним вмістом домішок.
Утворені з урахуванням бензолу. За нормальних умов є тверді отруйні речовини, що мають специфічний аромат. У сучасній промисловості ці хімічні сполуки грають далеко ще не останню роль. За обсягами використання фенол та його похідні входять до двадцятки найбільш затребуваних хімічних сполук у світі. Вони широко застосовуються в хімічній та легкій промисловості, фармацевтиці та енергетиці. Тому отримання фенолу у промислових масштабах - одне з основних завдань хімічної промисловості.
Позначення фенолу
Початкова назва фенолу – карболова кислота. Пізніше ця сполука повчила назву «фенол». Формула цієї речовини представлена на малюнку:
Нумерація атомів фенолу ведеться від атома вуглецю, який з'єднаний з гідроксогрупою ВІН. Послідовність триває так, щоб інші заміщені атоми отримали найменші номери. Похідні фенолу існують у вигляді трьох елементів, характеристики яких пояснюються відмінністю їх структурних ізомерів. Різні орто-, мета-, паракрезол є лише видозміною основної структури з'єднання бензольного кільця і гідроксильної групи, базова комбінація якої і являє собою фенол. Формула цієї речовини в хімічному записі виглядає як C6H5OH.
Фізичні властивості фенолу
Візуально фенол є твердими безбарвними кристалами. На відкритому повітрі вони окислюються, надаючи речовині характерного рожевого відтінку. За нормальних умов фенол досить погано розчиняється у воді, але з підвищенням температури до 70 о цей показник різко зростає. У лужних розчинах ця речовина розчинна в будь-яких кількостях і за будь-яких температур.
Ці властивості зберігаються й інших сполуках, основним компонентом яких є феноли.
Хімічні властивості
Унікальні властивості фенолу пояснюються його внутрішньою структурою. У молекулі цієї хімічної речовини р-орбіталь кисню утворює єдину п-систему з бензольним кільцем. Така щільна взаємодія підвищує електронну щільність ароматичного кільця і знижує цей показник атома кисню. При цьому полярність зв'язків гідроксогрупи значно збільшується, і водень, що входить до її складу, легко замінюється будь-яким лужним металом. Так утворюються різні феноляти. Ці сполуки не розкладаються водою, як алкоголяти, але їх розчини дуже схожі на солі сильних основ та слабких кислот, тому вони мають досить виражену лужну реакцію. Феноляти взаємодіють із різними кислотами, в результаті реакції відновлюються феноли. Хімічні властивості цієї сполуки дозволяють йому взаємодіяти з кислотами, утворюючи у своїй складні ефіри. Наприклад, взаємодія фенолу та оцтової кислоти призводить до утворення фінілового ефіру (феніацетату).
Широко відома реакція нітрування, в якій під впливом 20% азотної кислоти фенол утворює суміш пара-і ортонітрофенолів. Якщо впливати на фенол концентрованою азотною кислотою, виходить 2,4,6-тринитрофенол, який іноді називають пікринової кислотою.
Фенол у природі
Як самостійна речовина фенол у природі міститься у кам'яновугільній смолі та в окремих сортах нафти. Але для промислових потреб ця кількість не відіграє жодної ролі. Тому отримання фенолу штучним способом стало пріоритетним завданням багатьох поколінь учених. На щастя, цю проблему вдалося вирішити і отримати штучний фенол.
Властивості, отримання
Застосування різних галогенів дозволяє одержувати феноляти, у тому числі при подальшій обробці утворюється бензол. Наприклад, нагрівання гідроксиду натрію та хлорбензолу дозволяє отримати натрію фенолят, який при дії кислоти розпадається на сіль, воду та фенол. Формула такої реакції наведена тут:
З 6 Н 5 -CI + 2NaOH -> З 6 Н 5 -ONa + NaCl + Н 2 O
Ароматичні сульфокислоти також є джерелом отримання бензолу. Хімічна реакція проводиться при одночасному плавленні лугу та сульфокислоти. Як очевидно з реакції, спочатку утворюються феноксиди. Під час обробки сильними кислотами вони відновлюються до багатоатомних фенолів.
Фенол у промисловості
Теоретично, отримання фенолу найпростішим і багатообіцяючим способом виглядає таким чином: за допомогою каталізатора бензол окислюють киснем. Але досі каталізатор для цієї реакції так і не було підібрано. Тому нині у промисловості використовуються інші методи.
Безперервний промисловий спосіб отримання фенолу полягає у взаємодії хлорбензолу та 7% розчину їдкого натру. Отриману суміш пропускають через півторакілометрову систему труб, нагрітих до температури 300 С. Під впливом температури і високого тиску, що підтримується, вихідні речовини вступають в реакцію, в результаті якої отримають 2,4-динітрофенол та інші продукти.
Нещодавно був розроблений промисловий спосіб отримання фенолсодержащих речовин кумольним методом. Цей процес складається із двох етапів. Спочатку з бензолу одержують ізопропілбензол (кумол). Для цього бензол алкують за допомогою пропілену. Реакція виглядає так:
Після цього кумол окислюють киснем. На виході другої реакції одержують фенол та інший важливий продукт – ацетон.
Одержання фенолу у промислових масштабах можливе з толуолу. Для цього толуол окислюється на кисні, що міститься у повітрі. Реакція протікає у присутності каталізатора.
Приклади фенолів
Найближчі гомологи фенолів називаються крезол.
Існують три різновиди крезолів. Мета-крезол за нормальних умов є рідина, пара-крезол і орто-крезол - тверді речовини. Усі крезоли погано розчиняються у воді, а за своїми хімічними властивостями вони майже аналогічні до фенолу. У природному вигляді крезоли містяться в кам'яновугільній смолі, у промисловості їх застосовують при виробництві барвників, деяких видів пластмас.
Прикладами двоатомних фенолів можуть бути пара-, орто- і мета-гидробензолы. Всі вони є твердими речовинами, легко розчинними у воді.
Єдиний представник триатомного фенолу – пірогаллол (1,2,3-тригідроксибензол). Його формула представлена нижче.
Пирогаллол є досить сильним відновником. Він легко окислюється, тому його використовують для одержання очищених від кисню газів. Ця речовина добре відома фотографам, її використовують як проявник.
Реферат на тему:
«Феноли»
Викладач: Петрішек
Ірина Олександрівна
Виконав:
студент 2 курсу 9 групи
фармацевтичного факультету
Владлен Ардісламов
Загальна характеристика фенолів
Фенолами називаються похідні аренів, у яких один або кілька атомів водню заміщені на гідроксильні групи.
ВІН-групи фенолів називають фенольними гідроксильними групами.
Багато феноли та їх похідні представлені у рослинному світі (пігменти, дубильні речовини, лігнінові компоненти деревини). Феноли використовуються в медицині (є потужним протигрибковим і протибактеріальним антисептиком; при попаданні в організм людини в достатній кількості викликає отруєння з ураженням більшості органів і систем), у фармацевтичній промисловості, у виробництві полімерів, барвників, запашних речовин, засобів захисту рослин. Феноли та їх похідні використовуються в нафтовій промисловості (як антиполяримезатори). Гідрохінон застосовується як косметичний засіб для усунення дефектів шкіри, як інгібітор реакції вільнорадикальної полімеризації метилметакрилату входить до складу стоматологічних композиційних матеріалів хімічного затвердіння. Пірокатехін застосовують у фотографії як проявник, у виробництві барвників, лікарських речовин (наприклад, адреналіну).
За кількістю гідроксильних груп в ароматичному кільці розрізняють одне й багатоатомні феноли. Для більшості фенолів і деяких гомологів використовуються тривіальні назви, прийняті номенклатурою ІЮПАК.
Представники:
О-Крезол м-Крезол п-Крезол
а-нафтол b-нафтол
Пірокатехін Резорцін Гідрохінон
Пірогаллол
Фізичні властивості фенолів
Фенол та його нижчі гомологи є безбарвними низькоплавкі кристалічні речовини або рідини з досить сильним характерним запахом. Запах фенолу повітря при низьких концентраціях (4мг/м3). Дво- та триатомні феноли-тверді речовини, без запаху, з досить високими температурами плавлення. Феноли менш леткі ніж спирти з близькою молекулярною масою, оскільки утворюють міцніші міжмолекулярні водневі зв'язки.
Фенол помірно розчинний у питній воді (8.2% при 15С*). Інші одноатомні феноли у воді малорозчинні, але легко розчиняються в ефірі, бензолі, спирті та хлороформі. Збільшення кількості гідроксильних груп зумовлює підвищення розчинності багатоатомних фенолів у воді. У полярних багатоатомних розчинниках багатоатомні феноли так само добре розчинні.
Феноли та особливо нафтоли відносяться до високотоксичних речовин. Їх викид у водоймища завдає непоправної шкоди природі.
Отримання фенолів
Кумольний метод (Сергєєва)
Більшу частину фенолу нині виробляють із ізопропілбензолу – кумолу. Окисленням кумолу повітрям отримують гідроперекис кумолу, що розкладається під дією водних розчинів мінеральних кислот на фенол та ацетон. Кумол синтезують з бензолу та пропілену.
Гідроперекис кумолу
Механізм:
(М 3)
Аналогічно поводиться гідроперекис втор-бутилу.
Гідроліз арилгалогенідів
Хлор у хлорбензолі малорухливий і тому гідроліз ведуть 8%-ним розчином NaOH в автоклаві при 250оС у присутності солей міді:
Феноксид натрію
За методом Рашига хлорбензол отримують окисленням бензолу в присутності хлороводню:
Гідроліз хлорбензолу здійснюють перегрітою парою в присутності мідного каталізатора. Утворений при цьому хлороводень повертають на першу стадію процесу:
Гідроліз у присутності лугу проходить при нижчій температурі, але при цьому втрачається цінна соляна кислота, що зберігається у методі Рашига.
Сплавлення арилсульфонатів із лугом
При сплавленні з лугом арилсульфонати зазнають реакції заміщення:
Бензолсульфокислота Бензолсульфонат натрію
Перетворення феноляту натрію на фенол здійснюється за допомогою діоксиду сірки, який утворюється на другій стадії:
Фенол отримують у вигляді водного розчину, з якого виділяють дистиляцією. Цей метод синтезу фенолу є найстарішим (1890). Метод використовується для отримання інших фенолів, наприклад:
Розкладання солей діазонію
Пряме окислення бензолу
С6Н6+О2 (боксит, 300-750С*) С6Н5ОН
Складність цього перетворення полягала в тому, що бензол окислюється легше, ніж фенол. Відомо як каталіїтичне окислення киснем повітря (на схемі реакції), так і із застосуванням різних комбінацій окислювачів (пероксиди) та каталізаторів (солі міді, заліза, титану тощо).
Виділення із природної сировини
Феноли виділяють з кам'яновугільної смоли при перегонці та хімічній обробці, отримуючи суміш фенолів; із відходів переробки нафти.
