Postoje jedno-, dvo-, troatomni fenoli ovisno o broju OH skupina u molekuli (slika 1.)

Riža. jedan. JEDNO-, DVA- I TRI-ATOMSKI FENOLI

U skladu s brojem spojenih aromatskih ciklusa u molekuli postoje (slika 2) sami fenoli (jedan aromatski prsten - derivati ​​benzena), naftoli (2 spojena prstena - derivati ​​naftalena), antranoli (3 spojena prstena - derivati ​​antracena) i fenatroli (slika 2).

Riža. 2. MONO- I POLINUKLEARNI FENOLI

Nomenklatura alkohola.

Za fenole se široko koriste trivijalni nazivi koji su se povijesno razvili. Prefiksi se također koriste u nazivima supstituiranih mononuklearnih fenola orto-,meta- i par -, koristi se u nomenklaturi aromatskih spojeva. Za složenije spojeve, atomi koji su dio aromatskih ciklusa su numerirani, a položaj supstituenata označen digitalnim indeksima (slika 3).

Riža. 3. NOMENKLATURA FENOLA. Grupe supstituenata i odgovarajući numerički indeksi označeni su različitim bojama radi jasnoće.

Kemijska svojstva fenola.

Jezgra benzena i OH skupina spojene u molekuli fenola utječu jedna na drugu, značajno povećavajući međusobno reaktivnost. Fenilna skupina odvlači usamljeni elektronski par od atoma kisika u OH skupini (slika 4.). Kao rezultat, povećava se djelomični pozitivni naboj na H atomu ove skupine (označen znakom d+), povećava se polaritet O–H veze, što se očituje povećanjem kiselinskih svojstava ove skupine. Dakle, u usporedbi s alkoholima, fenoli su jače kiseline. Djelomični negativni naboj (označen s d–), koji prelazi na fenilnu skupinu, koncentriran je u položajima orto- i par-(s obzirom na OH skupinu). Ova reakcijska mjesta mogu biti napadnuta reagensima koji teže elektronegativnim centrima, takozvanim elektrofilnim ("elektronskim") reagensima.

Riža. četiri. DISTRIBUCIJA ELEKTRONSKE GUSTOĆE U FENOLU

Kao rezultat, moguće su dvije vrste transformacija za fenole: supstitucija atoma vodika u OH skupini i supstitucija jezgre H-atomobenzena. Par elektrona atoma O, privučen benzenskim prstenom, povećava snagu veze C–O, pa reakcije koje nastaju prekidom ove veze, a koje su karakteristične za alkohole, nisu tipične za fenole.

1. Reakcije supstitucije atoma vodika u OH skupini. Kada se fenoli tretiraju lužinama nastaju fenolati (slika 5A), katalitička reakcija s alkoholima dovodi do etera (slika 5B), a kao rezultat reakcije s anhidridima ili kiselim kloridima karboksilnih kiselina nastaju esteri ( Slika 5C). Prilikom interakcije s amonijakom (povišena temperatura i tlak), OH skupina se zamjenjuje s NH 2, nastaje anilin (slika 5D), redukcijski reagensi pretvaraju fenol u benzen (slika 5E)

2. Reakcije supstitucije atoma vodika u benzenskom prstenu.

Tijekom halogeniranja, nitriranja, sulfoniranja i alkilacije fenola napadaju se centri s povećanom gustoćom elektrona (slika 4.), t.j. zamjena se odvija uglavnom u orto- i par- pozicije (sl.6).

S dubljom reakcijom, dva i tri atoma vodika zamjenjuju se u benzenskom prstenu.

Od posebne su važnosti kondenzacijske reakcije fenola s aldehidima i ketonima, u biti se radi o alkilaciji koja se odvija lako i u blagim uvjetima (na 40–50 °C, vodeni medij u prisutnosti katalizatora), dok se ugljik atom je u obliku metilenske skupine CH 2 ili je supstituirana metilenska skupina (CHR ili CR 2) umetnuta između dvije molekule fenola. Takva kondenzacija često dovodi do stvaranja polimernih proizvoda (slika 7).

Dihidrični fenol (trgovački naziv bisfenol A, slika 7) koristi se kao komponenta u proizvodnji epoksidnih smola. Kondenzacija fenola s formaldehidom temelji se na proizvodnji široko korištenih fenol-formaldehidnih smola (fenolne plastike).

Metode dobivanja fenola.

Fenoli se izoliraju iz katrana ugljena, kao i iz proizvoda pirolize mrkog ugljena i drva (katran). Sama industrijska metoda za dobivanje C 6 H 5 OH fenola temelji se na oksidaciji aromatskog ugljikovodika kumona (izopropilbenzena) s atmosferskim kisikom, nakon čega slijedi razgradnja nastalog hidroperoksida razrijeđenog s H 2 SO 4 (slika 8A). Reakcija se odvija s visokim prinosom i atraktivna je po tome što omogućuje dobivanje dva tehnički vrijedna proizvoda odjednom - fenola i acetona. Druga metoda je katalitička hidroliza halogeniranih benzena (slika 8B).

Riža. osam. METODE ZA DOBAVANJE FENOLA

Upotreba fenola.

Otopina fenola koristi se kao dezinficijens (karbolna kiselina). Dvoatomski fenoli - pirokatehol, resorcinol (slika 3), kao i hidrokinon ( par- dihidroksibenzen) koristi se kao antiseptik (antibakterijska dezinficijensa), uvodi se u sredstva za štavljenje kože i krzna, kao stabilizatori za maziva ulja i gumu, kao i za obradu fotografskih materijala i kao reagensi u analitičkoj kemiji.

U obliku pojedinačnih spojeva fenoli se koriste u ograničenoj mjeri, ali su široki njihovi različiti derivati. Fenoli služe kao polazni spojevi za dobivanje raznih polimernih proizvoda - fenol-aldehidne smole (slika 7.), poliamida, poliepoksida. Na temelju fenola dobivaju se brojni lijekovi, na primjer, aspirin, salol, fenolftalein, osim toga, boje, parfemi, plastifikatori za polimere i sredstva za zaštitu bilja.

Mihail Levitsky

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 privlači gustoću elektrona benzenskog prstena na sebe 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 hidroksilne skupine prevladava nad induktivnim, konjugacija usamljenih elektronskih parova atoma kisika s -orbitalama benzenskog prstena ima elektron-donacijski učinak na aromatski sustav, što povećava njegovu reaktivnost u elektrofilnom supstitucijske reakcije.

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.

Fenoli- derivati ​​aromatskih ugljikovodika, koji mogu uključivati ​​jednu ili više hidroksilnih skupina povezanih na benzenski prsten.

Kako se zovu fenoli?

Prema IUPAC pravilima, naziv " fenol". Numeracija atoma dolazi od atoma koji je izravno povezan s hidroksi skupinom (ako je najstarija) i numerirani su tako da supstituenti dobivaju najmanji broj.

Predstavnik - fenol - C6H5OH:

Struktura fenola.

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

1) povećanje elektronske gustoće benzenskog prstena do orto i para položaja. U osnovi, ovaj se učinak očituje u reakcijama elektrofilne supstitucije.

2) gustoća na atomu kisika se smanjuje, zbog čega je veza ON oslabljen i može se slomiti. Učinak je povezan s povećanom kiselošću fenola u odnosu na zasićene alkohole.

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

Fizička svojstva fenola.

Fenoli su kristalne tvari na sobnoj temperaturi. Slabo topiv u hladnoj vodi, ali dobro - u vrućoj i u vodenim otopinama lužina. Imaju karakterističan miris. Zbog stvaranja vodikovih veza imaju visoko vrelište i talište.

Dobivanje fenola.

1. Od halobenzena. Kada se klorobenzen i natrijev hidroksid zagrijavaju pod tlakom, dobiva se natrijev fenolat koji se nakon interakcije s kiselinom pretvara u fenol:

2. Industrijska metoda: tijekom katalitičke oksidacije kumena na zraku dobivaju se fenol i aceton:

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

Kemijska svojstva fenola.

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

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

Ali fenol je slaba kiselina. Ako se kroz njegove soli propušta ugljični dioksid ili sumpordioksid, oslobađa se fenol, što dokazuje da su ugljična i sumporna kiselina jače kiseline:

Kisela svojstva fenola oslabljena su uvođenjem supstituenata prve vrste u prsten, a pojačana su uvođenjem II.

2) Stvaranje estera. Proces se odvija pod utjecajem kiselih klorida:

3) Elektrofilna supstitucijska reakcija. Jer ON-skupina je supstituent prve vrste, tada se povećava reaktivnost benzenskog prstena u orto i para položajima. Pod djelovanjem bromne vode na fenol, uočava se taloženje - ovo je kvalitativna reakcija na fenol:

4) Nitracija fenola. Reakcija se provodi s nitrirajućom smjesom, što rezultira stvaranjem pikrinske kiseline:

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

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

7) Kvalitativna reakcija na fenol je djelovanje otopine željeznog klorida i stvaranje ljubičastog kompleksa.

Upotreba fenola.

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

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 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.