Sažetak na temu:

"fenoli"

Učitelj: Petrishek

Irina Aleksandrovna

Završeno:

Student 2. godine, grupa 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; ako dospije u ljudski organizam u dovoljnim količinama, izaziva trovanje s oštećenjem većine organa i sustava), u farmaceutskoj industriji, u proizvodnji polimera, bojila, mirisi, sredstva za zaštitu bilja. Fenoli i njihovi derivati ​​koriste se u naftnoj industriji (kao antipolarizatori). Hidrokinon se koristi kao kozmetički proizvod za uklanjanje nedostataka kože, kao inhibitor reakcije polimerizacije slobodnih radikala metil metakrilata, dio je kemijski stvrdnutih dentalnih kompozitnih materijala. Pirokatehin se koristi u fotografiji kao razvijač, u proizvodnji boja, ljekovitih tvari (na primjer, adrenalina).

Prema broju hidroksilnih skupina u aromatskom prstenu razlikuju se jedno i polihidrične fenole. Za većinu fenola i neke od njihovih homologa koriste se trivijalni nazivi prihvaćeni u IUPAC nomenklaturi.

Predstavnici:

O-krezol m-krezol p-krezol

a-naftol b-naftol

Pirokatehin rezorcinol hidrokinon

pirogalol

Fizička svojstva fenola

Fenol i njegovi niži homolozi su bezbojne, nisko taljive kristalne tvari ili tekućine s prilično jakim karakterističnim mirisom. Miris fenola u zraku pri niskim koncentracijama (4mg/m3). Dvo- i trohidrični fenoli su krute tvari, bez mirisa, s prilično visokim talištem. Fenoli su manje hlapljivi od alkohola slične molekularne mase, jer stvaraju jače međumolekularne vodikove veze.

Fenol je slabo topiv u vodi (8,2% na 15C*). Ostali monohidrični fenoli slabo su topljivi u vodi, ali lako topljivi u eteru, benzenu, alkoholu i kloroformu. Povećanje broja hidroksilnih skupina uzrokuje povećanje topljivosti polihidričnih fenola u vodi. U polarnim polihidričnim otapalima, polihidrični fenoli su također dobro topljivi.

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

Dobivanje fenola

Cumol metoda (Sergeeva)

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

Kumen hidroperoksid

Mehanizam:

(M 3)

Slično se ponaša i sek-butil hidroperoksid.

Hidroliza aril halogenida

Klor je neaktivan u klorobenzenu i stoga se hidroliza provodi s 8% otopinom NaOH u autoklavu na 250°C u prisutnosti soli bakra:

Natrijev fenoksid

Prema Raschigovoj metodi, klorobenzen se dobiva oksidacijom benzena u prisutnosti klorovodika:

Hidroliza klorobenzena se provodi 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 gubi dragocjena klorovodična kiselina, koja je sačuvana u Raschig metodi.

Fuzija arilsulfonata s alkalijom

Kada se spoje s alkalijom, arilsulfonati prolaze kroz reakciju supstitucije:

Benzensulfonska kiselina Natrijev benzensulfonat

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

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

Razgradnja diazonijevih soli

Izravna oksidacija benzena

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

Složenost ove transformacije bila je u tome što se benzen oksidira lakše od fenola. Poznata je i kao katalitička oksidacija s atmosferskim kisikom (u reakcijskoj shemi), te uz korištenje različitih kombinacija oksidacijskih sredstava (peroksida) i katalizatora (soli bakra, željeza, titana itd.).

Izolacija od prirodnih sirovina

Fenoli se izoliraju iz katrana ugljena tijekom destilacije i kemijske obrade, čime se dobiva smjesa fenola; iz otpada prerade nafte.

fenoli - organske tvari čije molekule sadrže fenilni radikal povezan s jednom ili više hidrokso skupina. Baš kao i alkoholi fenole klasificirati atomicnošću, t.j. brojem hidroksilnih skupina.

Monatomski fenoli sadrže jednu hidroksilnu skupinu u molekuli:

Polihidrični fenoli sadrže više od jedne hidroksilne skupine u molekulama:

Postoje i polihidrični fenoli koji sadrže tri ili više hidroksilnih skupina u benzenskom prstenu.

Upoznajmo se detaljnije sa strukturom i svojstvima najjednostavnijeg predstavnika ove klase - fenola C 6 H 5 OH. Naziv ove tvari bio je temelj za naziv cijele blagajne - fenola.

Fizička svojstva fenola

Fenol je čvrsta, bezbojna kristalna tvar, talište=43°C, vrelište=181°C, oštrog karakterističnog mirisa.Otrovan.Fenol se slabo otapa u vodi na sobnoj temperaturi. Vodena otopina fenola naziva se karbolna kiselina. U dodiru s kožom uzrokuje opekotine, stoga se s fenolom mora postupati vrlo pažljivo!

Kemijska svojstva fenola

Fenoli su aktivniji u većini reakcija veze O–H, budući da je ta veza polarnija zbog pomaka elektronske gustoće od atoma kisika prema benzenskom prstenu (sudjelovanje usamljenog elektronskog para atoma kisika u p-konjugaciji sustav). Kiselost fenola je mnogo veća od kiselosti alkohola. Za fenole, reakcije cijepanja C-O veze nisu tipične, budući da je atom kisika čvrsto vezan za ugljikov atom benzenskog prstena zbog sudjelovanja njegovog usamljenog elektronskog para u konjugacijskom sustavu. Međusobni utjecaj atoma u molekuli fenola očituje se ne samo u ponašanju hidroksi skupine, već i u većoj reaktivnosti benzenskog prstena. Hidroksilna skupina povećava gustoću elektrona u benzenskom prstenu, posebno u orto i para položajima (OH skupine)

Kisela svojstva fenola

Atom vodika hidroksilne skupine je kiseo. Jer Budući da su kisela svojstva fenola izraženija od one vode i alkohola, fenol ne reagira samo s alkalnim metalima, već i s lužinama dajući fenolate:

Kiselost fenola ovisi o prirodi supstituenata (donator ili akceptor elektronske gustoće), položaju u odnosu na OH skupinu i broju supstituenata. Najveći utjecaj na OH-kiselost fenola imaju skupine smještene u orto- i para-položaju. Donori povećavaju snagu O-H veze (na taj način smanjuju pokretljivost vodika i kisela svojstva), akceptori smanjuju snagu O-H veze, dok se kiselost povećava:

Međutim, kisela svojstva fenola su manje izražena od anorganskih i karboksilnih kiselina. Tako su, na primjer, kisela svojstva fenola oko 3000 puta manja od onih ugljične kiseline. Stoga se propuštanjem ugljičnog dioksida kroz vodenu otopinu natrijevog fenolata može izolirati slobodni fenol.

Dodavanje klorovodične ili sumporne kiseline u vodenu otopinu natrijevog fenolata također dovodi do stvaranja fenola:

Kvalitativna reakcija na fenol

Fenol reagira s željezovim(3) kloridom da nastane intenzivno ljubičasti kompleksni spoj. Ova reakcija omogućuje da se otkrije čak i u vrlo ograničenim količinama. Drugi fenoli koji sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina u benzenskom prstenu također daju svijetlu plavoljubičastu boju u reakcija sa željezovim(3) kloridom.

Reakcije benzenskog prstena fenola

Prisutnost hidroksilnog supstituenta uvelike olakšava tijek reakcija elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu.

1. Bromiranje fenola. Za razliku od benzena, bromiranje fenola ne zahtijeva dodavanje katalizatora (željezo(3) bromid). Osim toga, interakcija s fenolom se odvija selektivno (selektivno): atomi broma se šalju u orto- I par- pozicije, zamjenjujući atome vodika koji se tamo nalaze. Selektivnost supstitucije objašnjava se obilježjima elektronske strukture molekule fenola o kojoj smo gore raspravljali.

Dakle, kada fenol stupi u interakciju s bromnom vodom, nastaje bijeli talog 2,4,6-tribromofenola:

Ova reakcija, kao i reakcija s željezov(3) kloridom, služi za kvalitativna detekcija fenola.

2.Nitriranje fenola također se događa lakše od nitriranja benzena. Reakcija s razrijeđenom dušičnom kiselinom se odvija na sobnoj temperaturi. Rezultat je smjesa orto- I paro izomeri nitrofenola:

Pri korištenju koncentrirane dušične kiseline, 2,4,6, trinitritfenol-pikrinske kiseline, nastaje eksploziv:

3. Hidrogenacija aromatskog prstena fenola u prisutnosti katalizatora lako prolazi:

4.polikondenzacija fenola s aldehidima, posebno, s formaldehidom se događa s stvaranjem produkta reakcije - fenol-formaldehidne smole i čvrstih polimera.

Interakcija fenola s formaldehidom može se opisati shemom:

“Pokretni” atomi vodika su sačuvani u molekuli dimera, što znači da se reakcija može nastaviti dalje s dovoljnom količinom reagensa:

Reakcija polikondenzacija, oni. reakcija proizvodnje polimera, koja nastavlja s oslobađanjem niskomolekularnog nusproizvoda (vode), može se nastaviti dalje (sve dok se jedan od reagensa potpuno ne potroši) s stvaranjem ogromnih makromolekula. Proces se može opisati općom jednadžbom:

Stvaranje linearnih molekula događa se na običnoj temperaturi. Provođenje iste reakcije tijekom zagrijavanja dovodi do činjenice da dobiveni proizvod ima razgranatu strukturu, čvrst je i netopiv u vodi.Kao rezultat zagrijavanja fenol-formaldehidne smole linearne strukture s viškom aldehida, čvrsta je plastika dobivaju se mase jedinstvenih svojstava. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za proizvodnju lakova i boja, plastičnih proizvoda koji su otporni na zagrijavanje, hlađenje, vodu, lužine, kiseline, imaju visoka dielektrična svojstva. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za izradu najkritičnijih i najvažnijih dijelova električnih uređaja, kućišta agregata i dijelova strojeva, polimerne baze tiskanih ploča za radio uređaje. Ljepila na bazi fenol-formaldehidnih smola mogu pouzdano spajati dijelove različite prirode, održavajući najveću čvrstoću prianjanja u vrlo širokom temperaturnom rasponu. Takvo ljepilo se koristi za pričvršćivanje metalne baze rasvjetnih svjetiljki na staklenu žarulju.Tako se fenol i proizvodi na temelju njega široko koriste.

Upotreba fenola

Fenol je čvrsta tvar karakterističnog mirisa koja u dodiru s kožom izaziva opekline. Otrovno. Otapa se u vodi, njegova otopina se zove karbolna kiselina (antiseptik). Ona je bila prvi antiseptik uveden u kirurgiju. Široko se koristi za proizvodnju plastike, lijekova (salicilna kiselina i njezini derivati), bojila, eksploziva.

Prema broju hidroksilnih skupina:

jednoatomni; na primjer:

dijatomski; na primjer:

troatomski; na primjer:

Postoje fenoli i veća atomičnost.

Najjednostavniji monoatomski fenoli

C 6 H 5 OH - fenol (hidroksibenzen), trivijalni naziv je karbolna kiselina.

Najjednostavniji dihidrični fenoli

Elektronska struktura molekule fenola. Međusobni utjecaj atoma u molekuli

Hidroksilna skupina -OH (poput alkilnih radikala) je supstituent 1. vrste, tj. donor elektrona. To je zbog činjenice da jedan od usamljenih elektronskih parova atoma hidroksilnog kisika ulazi u p, π-konjugaciju s π-sustavom benzenske jezgre.

Rezultat toga je:

Povećanje elektronske gustoće na atomima ugljika u orto i para položajima benzenske jezgre, što olakšava zamjenu atoma vodika u tim položajima;

Povećanje polariteta O-H veze, što dovodi do povećanja kiselih svojstava fenola u usporedbi s alkoholima.

Za razliku od alkohola, fenoli se u vodenim otopinama djelomično disociraju na ione:

tj. pokazuju slabo kisela svojstva.

Fizička svojstva

Najjednostavniji fenoli u normalnim uvjetima su nisko taljive, bezbojne kristalne tvari karakterističnog mirisa. Fenoli su slabo topljivi u vodi, ali lako topljivi u organskim otapalima. To su otrovne tvari koje uzrokuju opekline kože.

Kemijska svojstva

I. Reakcije koje uključuju hidroksilnu skupinu (kisela svojstva)

(reakcija neutralizacije, za razliku od alkohola)

Fenol je vrlo slaba kiselina, stoga se fenolate razgrađuju ne samo jakim kiselinama, već čak i tako slabom kiselinom kao što je ugljična:

II. Reakcije koje uključuju hidroksilnu skupinu (tvorba estera i etera)

Poput alkohola, fenoli mogu tvoriti etere i estere.

Esteri nastaju interakcijom fenola s anhidridima ili kloridima karboksilnih kiselina (izravna esterifikacija s karboksilnim kiselinama je teža):

Eteri (alkilaril) nastaju interakcijom fenolata s alkil halogenidima:

III. Reakcije supstitucije koje uključuju benzenski prsten

Stvaranje bijelog taloga tribromofenola ponekad se smatra kvalitativnom reakcijom na fenol.

IV. Reakcije adicije (hidrogenacija)

V. Kvalitativna reakcija sa željezovim (III) kloridom

Jednoatomni fenoli + FeCl 3 (otopina) → Plavoljubičasta boja koja nestaje zakiseljavanjem.

a) Acetilen se može dobiti iz metana kada se zagrijava:

U prisutnosti katalizatora, acetilen se pretvara u benzen (reakcija trimerizacije):

Fenol se može dobiti iz benzena u dva koraka. Benzen reagira s klorom u prisutnosti željeznog klorida da nastane klorobenzen:

Kada lužina djeluje na klorobenzen na visokoj temperaturi, atom klora se zamjenjuje hidroksilnom grupom i dobiva se fenol:

Pod djelovanjem broma na fenol nastaje 2,4,6-tribromofenol:

b) Etan se može dobiti iz metana u dvije postaje. Kada se metan klorira, nastaje klorometan. Kada se metan klorira u prisutnosti svjetlosti, nastaje klorometan:

Kada klorometan reagira s natrijem, nastaje etan (Wurtzova reakcija):

Propan se također može napraviti od etana u dvije faze. Kada se etan klorira, nastaje kloroetan:

Kada kloroetan reagira s klorometanom u prisutnosti natrija, nastaje propan:

Propan se može pretvoriti u heksan u dva koraka. Kada se propan klorira, nastaje smjesa izomera - 1-kloropropan i 2-kloropropan. Izomeri imaju različite točke vrelišta i mogu se odvojiti destilacijom.

Kada 1-kloropropan reagira s natrijem, nastaje heksan:

Kada se heksan dehidrogenira preko katalizatora, nastaje benzen:

Iz benzena se pikrinska kiselina (2,4,6-trinitrofenol) može dobiti u tri stupnja. Kada benzen reagira s klorom u prisutnosti željeznog klorida, nastaje klorobenzen.

Glavna svrha ovog procesa je proizvodnja metalurškog koksa. Nusproizvodi su tekući proizvodi koksanja i plin. Destilacijom tekućih produkata koksanja, uz benzol, toluen i naftalen, dobivaju se fenol, tiofen, piridin i njihovi homolozi, kao i složeniji analozi s kondenziranim jezgrama. Udio fenola ugljena u usporedbi s dobivenom kumenskom metodom je neznatan.

2. Supstitucija halogena u aromatskim spojevima

Zamjena halogenom za hidroksilnu skupinu odvija se u teškim uvjetima i poznata je kao "Dow" proces (1928.)

Prije se na taj način dobivao fenol (iz klorobenzena), no sada je njegova važnost smanjena zbog razvoja ekonomičnijih metoda koje ne uključuju trošak klora i lužine te stvaranje velike količine otpadnih voda.

U aktiviranim haloarenima (koji zajedno s halogenom sadrže nitro skupinu u oko- I P- odredbe), zamjena halogena se odvija u blažim uvjetima:

To se može objasniti učinkom povlačenja elektrona nitro skupine, koja povlači elektronsku gustoću benzenskog prstena prema sebi i tako sudjeluje u stabilizaciji σ-kompleksa:

3. Raschigova metoda

Ovo je modificirana metoda klora: benzen se podvrgava oksidativnom kloriranju djelovanjem klorovodika i zraka, a zatim se, bez oslobađanja nastalog klorobenzena, hidrolizira vodenom parom u prisutnosti bakrenih soli. Kao rezultat toga, klor se uopće ne troši, a cjelokupni proces se svodi na oksidaciju benzena u fenol:

4. Sulfonatna metoda

Fenoli se mogu dobiti s dobrim prinosom spajanjem aromatskih sulfonskih kiselina Ar-SO 3 H sa smjesom natrijevog i kalijevog hidroksida (reakcija topljenje alkalija) na 300°S, nakon čega slijedi neutralizacija nastalog alkoholata dodavanjem kiseline:

Metoda se još uvijek koristi u industriji (za dobivanje fenola) i koristi se u laboratorijskoj praksi.

5. Cumol metoda

Prva velika proizvodnja fenola kumenskom metodom izvedena je 1949. godine u Sovjetskom Savezu. Trenutno je ovo glavna metoda za dobivanje fenola i acetona.

Metoda uključuje dvije faze: oksidaciju izopropilbenzena (kumena) atmosferskim kisikom u hidroperoksid i njegovu kiselu razgradnju:

Prednost ove metode je odsutnost nusproizvoda i velika potražnja za krajnjim proizvodima - fenolom i acetonom. Metodu je u našoj zemlji razvio R.Yu. Udris, B.D. Krutalov i drugi 1949. godine

6. Od diazonijevih soli

Metoda se sastoji u zagrijavanju diazonijevih soli u razrijeđenoj sumpornoj kiselini, što dovodi do hidrolize - zamjene diazo skupine hidroksi skupinom. Sinteza je vrlo pogodna za dobivanje hidroksiarena u laboratoriju:

1. Struktura fenola

Struktura i raspodjela elektronske gustoće u molekuli fenola može se prikazati sljedećom shemom:

Dipolni moment fenola je 1,55 D i usmjeren je prema benzenskom prstenu. Hidroksilna skupina u odnosu na benzenski prsten pokazuje –I učinak i +M učinak. Budući da mezomerni učinak hidroksi skupine prevladava nad induktivnim, konjugacija usamljenih elektronskih parova atoma kisika s -orbitalama benzenskog prstena djeluje na aromatski sustav što povećava njegovu reaktivnost u reakcije elektrofilne supstitucije.