Povzetek na temo:

"fenoli"

Učitelj: Petrishek

Irina Aleksandrovna

Dokončano:

Študent 2. letnika, skupina 9

Fakulteta za farmacijo

Vladlen Ardislamov

Splošne značilnosti fenolov

Fenoli so derivati ​​arenov, v katerih je en ali več vodikovih atomov nadomeščen s hidroksilnimi skupinami.

OH skupine fenolov se imenujejo fenolne hidroksilne skupine.

V rastlinskem svetu je prisotnih veliko fenolov in njihovih derivatov (pigmenti, tanini, ligninske sestavine lesa). Fenoli se uporabljajo v medicini (je močan protiglivični in antibakterijski antiseptik; če pride v človeško telo v zadostnih količinah, povzroči zastrupitev s poškodbami večine organov in sistemov), v farmacevtski industriji, pri proizvodnji polimerov, barvil, dišave, fitofarmacevtska sredstva. Fenoli in njihovi derivati ​​se uporabljajo v naftni industriji (kot antipolarizatorji). Hidrokinon se uporablja kot kozmetični izdelek za odpravo kožnih napak, kot zaviralec reakcije polimerizacije prostih radikalov metil metakrilata je del kemično utrjenih zobnih kompozitnih materialov. Pirokatehin se uporablja v fotografiji kot razvijalec, pri proizvodnji barvil, zdravilnih snovi (na primer adrenalina).

Glede na število hidroksilnih skupin v aromatskem obroču ločimo eno in polihidrične fenole. Za večino fenolov in nekatere njihove homologe se uporabljajo trivialna imena, ki jih je sprejela nomenklatura IUPAC.

Predstavniki:

O-krezol m-krezol p-krezol

a-naftol b-naftol

Pirokatehin resorcinol hidrokinon

pirogalol

Fizikalne lastnosti fenolov

Fenol in njegovi nižji homologi so brezbarvne, nizko talljive kristalne snovi ali tekočine s precej močnim značilnim vonjem. Vonj po fenolu v zraku pri nizkih koncentracijah (4mg/m3). Dvo- in trihidrični fenoli so trdne snovi, brez vonja, z dokaj visokimi tališči. Fenoli so manj hlapni kot alkoholi s podobno molekulsko maso, saj tvorijo močnejše medmolekularne vodikove vezi.

Fenol je zmerno topen v vodi (8,2 % pri 15 C*). Drugi monohidrični fenoli so zmerno topni v vodi, vendar zlahka topni v etru, benzenu, alkoholu in kloroformu. Povečanje števila hidroksilnih skupin povzroči povečanje topnosti polihidričnih fenolov v vodi. V polarnih polihidričnih topilih so tudi polihidrični fenoli dobro topni.

Fenoli in predvsem naftoli so zelo strupene snovi. Njihovo izpust v vodna telesa povzroča nepopravljivo škodo naravi.

Pridobivanje fenolov

Cumolova metoda (Sergeeva)

Večina fenola se trenutno proizvaja iz izopropilbenzena - kumena. Z oksidacijo kumena z zrakom dobimo kumen hidroperoksid, ki se pod delovanjem vodnih raztopin mineralnih kislin razgradi v fenol in aceton. Kumen se sintetizira iz benzena in propilena.

Kumen hidroperoksid

mehanizem:

(M 3)

Sec-butil hidroperoksid se obnaša podobno.

Hidroliza aril halogenidov

Klor je v klorobenzenu neaktiven, zato se hidroliza izvede z 8 % raztopino NaOH v avtoklavu pri 250 °C v prisotnosti bakrovih soli:

Natrijev fenoksid

Po Raschigovi metodi se klorobenzen pridobi z oksidacijo benzena v prisotnosti vodikovega klorida:

Hidrolizo klorobenzena izvajamo s pregreto paro v prisotnosti bakrenega katalizatorja. Nastali vodikov klorid se vrne v prvo stopnjo postopka:

Hidroliza v prisotnosti alkalije poteka pri nižji temperaturi, vendar se izgubi dragocena klorovodikova kislina, ki se ohrani pri Raschigovi metodi.

Fuzija arilsulfonatov z alkalijo

Ko se zlijejo z alkalijo, se arilsulfonati podvržejo substitucijski reakciji:

Benzensulfonska kislina Natrijev benzensulfonat

Pretvorba natrijevega fenolata v fenol poteka z uporabo žveplovega dioksida, ki nastane v drugi stopnji:

Fenol dobimo v obliki vodne raztopine, iz katere se izolira z destilacijo. Ta metoda za sintezo fenola je najstarejša (1890). Metoda se uporablja za pridobivanje drugih fenolov, na primer:

Razgradnja diazonijevih soli

Neposredna oksidacija benzena

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

Kompleksnost te transformacije je bila, da se benzen oksidira lažje kot fenol. Poznana je tako kot katalitična oksidacija z atmosferskim kisikom (v reakcijski shemi) kot z uporabo različnih kombinacij oksidacijskih sredstev (peroksidov) in katalizatorjev (soli bakra, železa, titana itd.).

Izolacija iz naravnih surovin

Fenole izoliramo iz premogovega katrana med destilacijo in kemično obdelavo, pri čemer dobimo mešanico fenolov; iz odpadkov rafiniranja nafte.

fenoli - organske snovi, katerih molekule vsebujejo fenilni radikal, povezan z eno ali več hidrokso skupinami. Tako kot alkoholi razvrstijo fenole po atomičnosti, t.j. po številu hidroksilnih skupin.

Monatomski fenoli vsebujejo eno hidroksilno skupino v molekuli:

Polihidrični fenoli vsebujejo več kot eno hidroksilno skupino v molekulah:

Obstajajo tudi polihidrični fenoli, ki vsebujejo tri ali več hidroksilnih skupin v benzenskem obroču.

Podrobneje se seznanimo s strukturo in lastnostmi najpreprostejšega predstavnika tega razreda - fenola C 6 H 5 OH. Ime te snovi je bilo osnova za ime celotne blagajne - fenoli.

Fizikalne lastnosti fenola

Fenol je trdna, brezbarvna kristalinična snov, tališče=43°C, vrelišče=181°C, z ostrim značilnim vonjem.Strupen.Fenol se rahlo raztopi v vodi pri sobni temperaturi. Vodna raztopina fenola se imenuje karbolna kislina. Ob stiku s kožo povzroči opekline, zato je treba s fenolom ravnati zelo previdno!

Kemijske lastnosti fenola

Fenoli so bolj aktivni v večini reakcij vezi O–H, saj je ta vez bolj polarna zaradi premika elektronske gostote od atoma kisika proti benzenovemu obroču (udeležba osamljenega elektronskega para atoma kisika v p-konjugaciji sistem). Kislost fenolov je veliko višja kot pri alkoholih. Za fenole reakcije cepitve C-O vezi niso tipične, saj je atom kisika trdno vezan na ogljikov atom benzenskega obroča zaradi sodelovanja njegovega osamljenega elektronskega para v konjugacijskem sistemu. Medsebojni vpliv atomov v molekuli fenola se ne kaže le v obnašanju hidroksi skupine, temveč tudi v večji reaktivnosti benzenskega obroča. Hidroksilna skupina poveča elektronsko gostoto v benzenovem obroču, zlasti v orto in para položajih (OH skupine)

Kislinske lastnosti fenola

Vodikov atom hidroksilne skupine je kisel. Ker Ker so kislinske lastnosti fenola bolj izrazite kot vode in alkoholov, fenol ne reagira samo z alkalijskimi kovinami, ampak tudi z alkalijami, da tvori fenolate:

Kislost fenolov je odvisna od narave substituentov (donor ali akceptor elektronske gostote), položaja glede na skupino OH in števila substituentov. Največji vpliv na OH-kislost fenolov imajo skupine, ki se nahajajo v orto- in para-položaju. Donorji povečajo moč O-H vezi (s tem zmanjšajo mobilnost vodika in kislinske lastnosti), akceptorji zmanjšajo moč O-H vezi, medtem ko se kislost poveča:

Vendar pa so kislinske lastnosti fenola manj izrazite kot anorganske in karboksilne kisline. Tako so na primer kisle lastnosti fenola približno 3000-krat manjše od lastnosti ogljikove kisline. Zato lahko s prehajanjem ogljikovega dioksida skozi vodno raztopino natrijevega fenolata izoliramo prosti fenol.

Dodajanje klorovodikove ali žveplove kisline v vodno raztopino natrijevega fenolata vodi tudi do tvorbe fenola:

Kvalitativna reakcija na fenol

Fenol reagira z železovim(3) kloridom in tvori intenzivno vijolično kompleksno spojino. Ta reakcija omogoča, da jo zaznamo tudi v zelo omejenih količinah. Drugi fenoli, ki vsebujejo eno ali več hidroksilnih skupin v benzenovem obroču, dajejo tudi svetlo modro vijolično barvo v reakcija z železovim(3) kloridom.

Reakcije benzenskega obroča fenola

Prisotnost hidroksilnega substituenta močno olajša potek reakcij elektrofilne substitucije v benzenovem obroču.

1. Bromiranje fenola. Za razliko od benzena bromiranje fenola ne zahteva dodajanja katalizatorja (železov(3) bromid). Poleg tega interakcija s fenolom poteka selektivno (selektivno): atomi broma se pošljejo v orto- in par- položaje, ki nadomestijo atome vodika, ki se nahajajo tam. Selektivnost substitucije je razložena z zgoraj obravnavanimi značilnostmi elektronske strukture molekule fenola.

Torej, ko fenol interagira z bromovo vodo, nastane bela oborina 2,4,6-tribromofenola:

Ta reakcija, kot tudi reakcija z železovim(3) kloridom, služi za kvalitativno odkrivanje fenola.

2.Nitriranje fenola poteka tudi lažje kot nitriranje benzena. Reakcija z razredčeno dušikovo kislino poteka pri sobni temperaturi. Rezultat je mešanica orto- in paro izomeri nitrofenola:

Pri uporabi koncentrirane dušikove kisline, 2,4,6, trinitritfenol-pikrinske kisline, nastane eksploziv:

3. Hidrogenacija aromatičnega obroča fenola v prisotnosti katalizatorja zlahka prehaja:

4.polikondenzacija fenola z aldehidi, zlasti s formaldehidom nastanejo reakcijski produkti - fenol-formaldehidne smole in trdni polimeri.

Interakcija fenola s formaldehidom lahko opišemo s shemo:

V molekuli dimera so ohranjeni »mobilni« vodikovi atomi, kar pomeni, da lahko reakcijo nadaljujemo z zadostno količino reagentov:

Reakcija polikondenzacija, tiste. reakcija proizvodnje polimera, ki poteka s sproščanjem nizkomolekularnega stranskega produkta (vode), se lahko nadaljuje (dokler eden od reagentov ni popolnoma porabljen) s tvorbo ogromnih makromolekul. Postopek lahko opišemo s splošno enačbo:

Tvorba linearnih molekul poteka pri običajni temperaturi. Izvajanje enake reakcije med segrevanjem vodi do dejstva, da ima nastali produkt razvejano strukturo, je trden in netopen v vodi. Zaradi segrevanja fenol-formaldehidne smole linearne strukture s presežkom aldehida nastane trdna plastika dobimo mase z edinstvenimi lastnostmi. Polimeri na osnovi fenol-formaldehidnih smol se uporabljajo za izdelavo lakov in barv, plastičnih izdelkov, ki so odporni na segrevanje, hlajenje, vodo, alkalije, kisline, imajo visoke dielektrične lastnosti. Polimeri na osnovi fenol-formaldehidnih smol se uporabljajo za izdelavo najpomembnejših in najpomembnejših delov električnih aparatov, ohišja napajalnikov in delov strojev, polimerne osnove tiskanih vezij za radijske naprave. Lepila na osnovi fenol-formaldehidnih smol so sposobna zanesljivo povezati dele različne narave in ohraniti najvišjo trdnost vezi v zelo širokem temperaturnem območju. Takšno lepilo se uporablja za pritrditev kovinskega podnožja svetilk na stekleno žarnico, zato se fenol in izdelki na njegovi osnovi pogosto uporabljajo.

Uporaba fenolov

Fenol je trdna snov z značilnim vonjem, ki ob stiku s kožo povzroči opekline. Strupeno. Raztopi se v vodi, njena raztopina se imenuje karbolna kislina (antiseptik). Bila je prvi antiseptik, ki je bil uveden v kirurgijo. Široko se uporablja za proizvodnjo plastike, zdravil (salicilna kislina in njeni derivati), barvil, eksplozivov.

Glede na število hidroksilnih skupin:

enoatomni; na primer:

diatomski; na primer:

triatomski; na primer:

Obstajajo fenoli in višja atomičnost.

Najpreprostejši monoatomski fenoli

C 6 H 5 OH - fenol (hidroksibenzen), trivialno ime je karbolna kislina.

Najpreprostejši dihidrični fenoli

Elektronska struktura molekule fenola. Medsebojni vpliv atomov v molekuli

Hidroksilna skupina -OH (kot alkilni radikali) je substituent 1. vrste, to je darovalec elektronov. To je posledica dejstva, da eden od samotnih elektronskih parov hidroksilnega kisikovega atoma vstopi v p, π-konjugacijo s π-sistemom benzenskega jedra.

Rezultat tega je:

Povečanje elektronske gostote na ogljikovih atomih v orto in para položajih benzenovega jedra, kar olajša zamenjavo vodikovih atomov v teh položajih;

Povečanje polarnosti O-H vezi, kar vodi do povečanja kislinskih lastnosti fenolov v primerjavi z alkoholi.

Za razliko od alkoholov se fenoli v vodnih raztopinah delno disociirajo v ione:

kažejo šibko kisle lastnosti.

Fizične lastnosti

Najpreprostejši fenoli v normalnih pogojih so nizko talljive, brezbarvne kristalne snovi z značilnim vonjem. Fenoli so zmerno topni v vodi, vendar zlahka topni v organskih topilih. So strupene snovi, ki povzročajo opekline kože.

Kemijske lastnosti

I. Reakcije, ki vključujejo hidroksilno skupino (kisle lastnosti)

(reakcija nevtralizacije, za razliko od alkoholov)

Fenol je zelo šibka kislina, zato fenolate ne razgrajujejo samo močne kisline, ampak tudi tako šibka kislina, kot je ogljikova:

II. Reakcije, ki vključujejo hidroksilno skupino (tvorba estrov in etrov)

Tako kot alkoholi lahko fenoli tvorijo etre in estre.

Estri nastanejo z interakcijo fenola z anhidridi ali kloridi karboksilnih kislin (neposredna esterifikacija s karboksilnimi kislinami je težja):

Etri (alkilaril) nastanejo z interakcijo fenolatov z alkil halogenidi:

III. Substitucijske reakcije, ki vključujejo benzenski obroč

Nastanek bele oborine tribromofenola se včasih šteje za kvalitativno reakcijo na fenol.

IV. Reakcije adicije (hidrogenacija)

V. Kvalitativna reakcija z železovim (III) kloridom

Enoatomski fenoli + FeCl 3 (raztopina) → modro-vijolična barva, ki izgine pri zakisanju.

a) Acetilen se lahko pridobi iz metana pri segrevanju:

V prisotnosti katalizatorja se acetilen pretvori v benzen (reakcija trimerizacije):

Fenol lahko pridobimo iz benzena v dveh korakih. Benzen reagira s klorom v prisotnosti železovega klorida, da nastane klorobenzen:

Ko alkalija deluje na klorobenzen pri visoki temperaturi, se atom klora nadomesti s hidroksilno skupino in dobimo fenol:

Pod delovanjem broma na fenol nastane 2,4,6-tribromofenol:

b) Etan je mogoče pridobiti iz metana na dveh postajah. Ko metan klorira, nastane klorometan. Ko se metan klorira v prisotnosti svetlobe, nastane klorometan:

Ko klorometan reagira z natrijem, nastane etan (Wurtzova reakcija):

Propan je mogoče izdelati tudi iz etana v dveh fazah. Ko se etan klorira, nastane kloroetan:

Ko kloroetan reagira s klorometanom v prisotnosti natrija, nastane propan:

Propan se lahko pretvori v heksan v dveh korakih. Ko se propan klorira, nastane mešanica izomerov - 1-kloropropana in 2-kloropropana. Izomeri imajo različno vrelišče in jih je mogoče ločiti z destilacijo.

Ko 1-kloropropan reagira z natrijem, nastane heksan:

Ko se heksan dehidrogenira nad katalizatorjem, nastane benzen:

Iz benzena lahko dobimo pikrinsko kislino (2,4,6-trinitrofenol) v treh stopnjah. Ko benzen reagira s klorom v prisotnosti železovega klorida, nastane klorobenzen.

Glavni namen tega postopka je proizvodnja metalurškega koksa. Stranski proizvodi so tekoči produkti koksanja in plin. Z destilacijo tekočih produktov koksanja skupaj z benzenom, toluenom in naftalenom dobimo fenol, tiofen, piridin in njihove homologe ter kompleksnejše analoge s kondenziranimi jedri. Delež premogovega fenola je v primerjavi s pridobljeno kumensko metodo nepomemben.

2. Substitucija halogena v aromatskih spojinah

Zamenjava hidroksilne skupine s halogenom poteka v težkih pogojih in je znana kot proces "Dow" (1928)

Prej so na ta način pridobivali fenol (iz klorobenzena), zdaj pa se je njegov pomen zmanjšal zaradi razvoja varčnejših metod, ki ne vključujejo stroškov klora in alkalij ter nastajanja velike količine odpadne vode.

V aktiviranih haloarenih (ki vsebujejo skupaj s halogenom nitro skupino v o- in P- določbe), zamenjava halogena poteka pod blažjimi pogoji:

To je mogoče razložiti z učinkom odvzema elektronov nitro skupine, ki vleče elektronsko gostoto benzenskega obroča proti sebi in tako sodeluje pri stabilizaciji σ-kompleksa:

3. Raschigova metoda

To je modificirana metoda klora: benzen je podvržen oksidativnemu kloriranju z delovanjem klorovodika in zraka, nato pa se brez sproščanja nastalega klorobenzena hidrolizira z vodno paro v prisotnosti bakrovih soli. Posledično se klor sploh ne porabi, celoten proces pa se zmanjša na oksidacijo benzena v fenol:

4. Sulfonatna metoda

Fenole je mogoče dobiti z dobrim izkoristkom s spajanjem aromatskih sulfonskih kislin Ar-SO 3 H z mešanico natrijevega in kalijevega hidroksida (reakcija taljenje alkalij) pri 300С, čemur sledi nevtralizacija nastalega alkoholata z dodajanjem kisline:

Metoda se še vedno uporablja v industriji (za pridobivanje fenola) in se uporablja v laboratorijski praksi.

5. Cumolova metoda

Prva obsežna proizvodnja fenola po metodi kumena je bila izvedena leta 1949 v Sovjetski zvezi. Trenutno je to glavna metoda za pridobivanje fenola in acetona.

Metoda vključuje dve stopnji: oksidacijo izopropilbenzena (kumena) z atmosferskim kisikom v hidroperoksid in njegovo kislinsko razgradnjo:

Prednost te metode je odsotnost stranskih proizvodov in veliko povpraševanje po končnih izdelkih - fenolu in acetonu. Metodo je pri nas razvil R.Yu. Udris, B.D. Krutalov in drugi leta 1949

6. Iz diazonijevih soli

Metoda je sestavljena iz segrevanja diazonijevih soli v razredčeni žveplovi kislini, kar vodi do hidrolize - zamenjave diazo skupine s hidroksi skupino. Sinteza je zelo priročna za pridobivanje hidroksiarenov v laboratoriju:

1. Struktura fenolov

Strukturo in porazdelitev elektronske gostote v molekuli fenola lahko predstavimo z naslednjo shemo:

Dipolni moment fenola je 1,55 D in je usmerjen proti benzenovemu obroču. Hidroksilna skupina glede na benzenski obroč kaže učinek –I in +M učinek. Ker mezomerni učinek hidroksi skupine prevladuje nad induktivnim, ima konjugacija osamljenih elektronskih parov kisikovega atoma z -orbitalami benzenskega obroča elektrodonorski učinek na aromatski sistem, kar poveča njegovo reaktivnost v elektrofilne substitucijske reakcije.