Fenolul este utilizat ca materie primă pentru producție. Obținerea fenolului. Structura, proprietățile și aplicarea fenolului. Proprietățile fizice ale fenolului

Fenolul este o substanță cristalină incoloră cu un miros foarte specific. Această substanță este utilizată pe scară largă la producerea diferiților coloranți, materiale plastice, diverse fibre sintetice (în principal nailon). Înainte de dezvoltarea industriei petrochimice, fenolul se obținea exclusiv din gudron de cărbune. Desigur, această metodă nu a reușit să acopere toate nevoile industriei care se dezvoltă rapid pentru fenol, care a devenit acum o componentă importantă a aproape tuturor obiectelor din jurul nostru.

Fenolul, a cărui producție a devenit o nevoie urgentă datorită apariției unei game extrem de largi de materiale și substanțe noi, din care este un ingredient integral, este utilizat în procesul de sinteză și, la rândul său, este un element important component al fenoplasticelor. De asemenea, o cantitate mare de fenol este procesată în ciclohexanol, care este necesar pentru producția industrială.

Un alt domeniu important este producerea unui amestec de creozoli, care este sintetizat în rășină creosolformalgidică, care este utilizată pentru fabricarea multor medicamente, antiseptice și antioxidanți. Prin urmare, astăzi producția de fenol în cantități mari este o sarcină importantă a petrochimiei. Multe metode au fost deja dezvoltate pentru a produce această substanță în volume suficiente. Să ne oprim asupra celor principale.

Cea mai veche și mai dovedită metodă este metoda de topire alcalină, care se caracterizează printr-un consum mare de acid sulfuric și caustic, urmată de fuziunea lor în sare benzensulfonat, din care această substanță este eliberată direct. Producția de fenol prin clorarea benzenului urmată de saponificarea clorobenzenului este profitabilă numai dacă există o cantitate mare de energie electrică ieftină necesară pentru producerea de caustic și clor. Principalele dezavantaje ale acestei tehnici sunt necesitatea de a crea presiune ridicata(cel puțin trei sute de atmosfere) și un grad extrem de semnificativ de coroziune a echipamentului.

Mai mult metodă modernă este producția de fenol prin descompunerea hidroperoxidului de izopropilbenzen. Este adevărat, schema pentru izolarea substanței necesare este destul de complicată aici, deoarece prevede producerea preliminară de hidroperoxid prin metoda de alchilare a benzenului cu o soluție de propilenă. Mai mult, tehnologia asigură oxidarea izopropilbenzenului rezultat cu un amestec de aer pentru a forma un hidroperoxid. Ca factor pozitiv al acestei tehnici, se poate observa că, în paralel cu fenolul, se poate remarca o altă substanță importantă, acetonă.

Există, de asemenea, o tehnică pentru separarea fenolului de rășini de cocs și semi-cocs de materiale combustibile solide. O astfel de procedură este necesară nu numai pentru a obține fenol valoros, ci și pentru a îmbunătăți calitatea diferitelor produse cu hidrocarburi. Una dintre proprietățile fenolului este oxidarea sa rapidă, care duce la îmbătrânirea accelerată a uleiului și la formarea de fracții vâscoase asemănătoare rășinii în acesta.

Dar cea mai modernă metodă și cea mai recentă realizare a industriei petrochimice este producerea de fenol din benzen direct prin oxidarea acestuia.Întregul proces se desfășoară într-un reactor adiabatic special, care conține un catalizator care conține zeolit. Oxidul de azot inițial este obținut prin oxidarea amoniacului cu aer sau prin izolarea, mai precis, din subprodusele sale formate în timpul procesului de sinteză. Această tehnologie este capabilă să asigure producția de fenol de înaltă puritate cu un conținut total minim de impurități.

Scopul principal al acestui proces este de a produce cocs metalurgic. Produsele lichide de cocsificare și gazele sunt produse subproduse. Distilarea produselor lichide de cocsificare împreună cu benzen, toluen și naftalină produce fenol, tiofen, piridină și omologii acestora, precum și analogi mai complecși cu nuclei condensați. Ponderea fenolului de gudron de cărbune, în comparație cu cea obținută prin metoda cumenei, este nesemnificativă.

2. Înlocuirea halogenului în compuși aromatici

Înlocuirea unei grupări hidroxil cu halogen are loc în condiții dure și este cunoscută sub numele de procesul „Dow” (1928)

Anterior, fenolul (din clorobenzen) se obținea prin această metodă, dar acum importanța sa a scăzut datorită dezvoltării unor metode mai economice care nu sunt asociate cu costul clorului și alcalinului și formării unei cantități mari de ape uzate.

În haloarenele activate (care conțin, împreună cu halogen, o grupare nitro în O-și NS- poziții), înlocuirea halogenului are loc în condiții mai blânde:

Acest lucru poate fi explicat de efectul de retragere a electronilor al grupului nitro, care retrage densitatea electronilor din inelul benzenic și participă astfel la stabilizarea complexului σ:

3. Metoda Raschig

Aceasta este o metodă modificată cu clor: benzenul suferă clorurare oxidativă prin acțiunea clorurii de hidrogen și a aerului și apoi, fără a emite clorobenzenul format, este hidrolizat cu vapori de apă în prezența sărurilor de cupru. Ca urmare, clorul nu se consumă deloc, iar procesul general se reduce la oxidarea benzenului în fenol:

4. Metoda sulfonatului

Fenolii pot fi obținuți cu un randament bun prin fuzionarea acizilor sulfonici aromatici Ar-SO 3 H cu un amestec de hidroxizi de sodiu și potasiu (reacție topire alcalină) la 300 ° C cu neutralizarea ulterioară a alcoolatului rezultat prin adăugarea de acid:

Metoda este încă utilizată în industrie (pentru producerea fenolului) și este utilizată în practica de laborator.

5. Metoda cumene

Prima producție pe scară largă de fenol prin metoda cumenului a fost efectuată în 1949 în Uniunea Sovietică. În prezent este principala metodă de producere a fenolului și acetonei.

Metoda include două etape: oxidarea izopropilbenzenului (cumenului) cu oxigenul atmosferic în hidroperoxid și descompunerea sa acidă:

Avantajul acestei metode este absența subproduselor și o cerere mare de produse finale - fenol și acetonă. Metoda a fost dezvoltată în țara noastră de R.Yu. Udris, B.D. Krutalov și alții în 1949

6. Din săruri de diazoniu

Metoda constă în încălzirea sărurilor de diazoniu în acid sulfuric diluat, ceea ce duce la hidroliză - înlocuirea grupului diazo cu o grupare hidroxi. Sinteza este foarte convenabilă pentru obținerea hidroxirenelor în condiții de laborator:

1. Structura fenolilor

Structura și distribuția densității electronilor într-o moleculă de fenol pot fi descrise prin următoarea diagramă:

Momentul dipol al fenolului este de 1,55 D și este îndreptat spre inelul benzenic. Gruparea hidroxil în raport cu inelul benzenic prezintă efectul -I și efectul + M. Deoarece efectul mezomer al grupului hidroxi predomină asupra celui inductiv, conjugarea perechilor de electroni singulari ai atomului de oxigen cu orbitalii inelului benzenic are un efect donator de electroni asupra sistemului aromatic, ceea ce crește reactivitatea acestuia în substituția electrofilă. reacții.

Fenoli - substanțe organice, ale căror molecule conțin un radical fenil legat de una sau mai multe grupări hidroxo. La fel ca alcoolii fenoli clasifica atomicitate, adică după numărul de grupări hidroxil.

Fenoli monohidrici conține o grupare hidroxil în moleculă:

Fenoli polihidrici conțin mai multe grupări hidroxil în molecule:

Există, de asemenea, fenoli polihidrici care conțin trei sau mai multe grupări hidroxil în inelul benzenic.

Să ne cunoaștem mai detaliat structura și proprietățile celui mai simplu reprezentant al acestei clase - fenolul C 6 H 5 OH. Denumirea acestei substanțe a stat la baza denumirii întregii case de marcat - fenoli.

Proprietățile fizice ale fenolului

Fenolul este o substanță cristalină solidă, incoloră, punctul de topire = 43 ° C, punctul de fierbere = 181 ° C, cu un miros caracteristic ascuțit.Poștinos.Fenolul la temperatura camerei este ușor solubil în apă. O soluție apoasă de fenol se numește acid carbolic. La contactul cu pielea, provoacă arsuri, prin urmare, fenolul trebuie manipulat foarte atent!

Proprietățile chimice ale fenolului

Fenolii sunt mai activi în majoritatea reacțiilor la legătura O - H, deoarece această legătură este mai polară datorită deplasării densității electronilor de la atomul de oxigen către inelul benzenic (participarea perechii de electroni singulari a atomului de oxigen în p-sistem de conjugare). Aciditatea fenolilor este mult mai mare decât cea a alcoolilor. Pentru fenoli, reacții de rupere legături C-O nu sunt tipice, deoarece atomul de oxigen este ferm legat de atomul de carbon al inelului de benzen datorită participării perechii sale de electroni solitari în sistemul de conjugare. Influența reciprocă a atomilor în molecula fenolului se manifestă nu numai în particularitățile comportamentului grupării hidroxi, ci și în reactivitatea mai mare a nucleului benzenic. Grupa hidroxil crește densitatea electronilor în inelul benzenic, în special în pozițiile orto și para (grupe OH)

Proprietățile acide ale fenolului

Atomul de hidrogen al grupării hidroxil are un caracter acid. pentru că proprietățile acide ale fenolului sunt mai pronunțate decât cele ale apei și alcoolilor, apoi fenolul reacționează nu numai cu metalele alcaline, ci și cu alcalii pentru a forma fenolați:

Aciditatea fenolilor depinde de natura substituenților (donor sau acceptor de densitate electronică), de poziția relativă la gruparea OH și de numărul de substituenți. Cea mai mare influență asupra acidității OH a fenolilor o exercită grupurile situate în pozițiile orto și para. Donatorii sporesc puterea comunicare O-N(reducând astfel mobilitatea hidrogenului și a proprietăților acide), acceptorii reduc puterea legăturii O-H, în timp ce aciditatea crește:

Cu toate acestea, proprietățile acide ale fenolului sunt mai puțin pronunțate decât cele ale acizilor anorganici și carboxilici. De exemplu, proprietățile acide ale fenolului sunt de aproximativ 3000 de ori mai mici decât cele ale acidului carbonic. Prin urmare, trecând dioxidul de carbon printr-o soluție apoasă de fenolat de sodiu, fenolul liber poate fi izolat.

Adăugarea acidului clorhidric sau sulfuric la o soluție apoasă de fenolat de sodiu conduce, de asemenea, la formarea fenolului:

Reacție calitativă la fenol

Fenolul reacționează cu clorura de fier (3) pentru a forma o culoare intensă Violet compus complex. Această reacție permite detectarea acestuia chiar și în cantități foarte limitate. Alți fenoli care conțin una sau mai multe grupări hidroxil în inelul benzenic dau, de asemenea, o colorație albastru-violet strălucitor în reacție cu clorura de fier (3).

Reacțiile inelului benzenic al fenolului

Prezența unui substituent hidroxil facilitează foarte mult apariția reacțiilor de substituție electrofilă în inelul benzenic.

1. Bromurarea fenolului. Spre deosebire de benzen, bromurarea cu fenol nu necesită adăugarea unui catalizator (bromură de fier (3)). În plus, interacțiunea cu fenolul se desfășoară selectiv (selectiv): atomii de brom sunt direcționați către orto-și pereche- poziții, înlocuind atomii de hidrogen localizați acolo. Selectivitatea substituției se explică prin caracteristicile structurii electronice a moleculei de fenol considerate mai sus.

Deci, când fenolul interacționează cu apa de brom, se formează un precipitat alb de 2,4,6-tribromofenol:

Această reacție, la fel ca reacția cu clorură ferică (3), servește la detectarea calitativă a fenolului.

2.Nitrarea fenolului de asemenea mai ușor decât benzenul nitrurant. Reacția cu acid azotic diluat are loc la temperatura camerei. Rezultatul este un amestec orto-și aburi izomeri ai nitrofenolului:

Când se utilizează concentrat acid azotic Se formează 2,4,6, acid trinitrit-fenol-picric, exploziv:

3. Hidrogenarea nucleului fenolic aromaticîn prezența unui catalizator, merge ușor:

4.Policondensarea fenolului cu aldehide,în special, apare cu formaldehida cu formarea de produse de reacție - rășini fenol-formaldehidice și polimeri solizi.

Interacțiunea fenolului cu formaldehida poate fi descrisă prin următoarea schemă:

Molecula dimerică reține atomi de hidrogen „mobili”, ceea ce înseamnă că continuarea reacției este posibilă cu o cantitate suficientă de reactivi:

Reacţie policondensare, acestea. reacția obținerii unui polimer, care are loc prin eliberarea unui produs secundar cu greutate moleculară mică (apă), poate continua mai departe (până când unul dintre reactivi este complet consumat) cu formarea de macromolecule uriașe. Procesul poate fi descris prin ecuația sumară:

Formarea moleculelor liniare are loc la temperaturi obișnuite. Efectuarea aceleiași reacții atunci când este încălzită duce la faptul că produsul rezultat are o structură ramificată, este solid și insolubil în apă.Ca urmare a încălzirii unei rășini fenol-formaldehidice cu o structură liniară cu un exces de aldehidă, materiale plastice solide cu proprietăți unice se obțin. Un polimer pe bază de rășini fenol-formaldehidice este utilizat pentru fabricarea lacurilor și vopselelor, a produselor din plastic rezistente la încălzire, răcire, acțiunea apei, a alcalinilor, a acizilor și cu proprietăți dielectrice ridicate. Din polimeri pe bază de rășini fenol-formaldehidice, cei mai responsabili și detalii importante aparate electrice, carcase ale unităților de putere și ale pieselor mașinilor, baza polimerică a plăcilor de circuite imprimate pentru dispozitive radio. Adezivii pe bază de rășini fenol-formaldehidice sunt capabili să conecteze în mod fiabil părți dintr-o mare varietate de natură, menținând în același timp cea mai mare rezistență a legăturii într-un interval de temperatură foarte larg. Acest adeziv este utilizat pentru a atașa baza metalică a lămpilor de iluminat la becul de sticlă și, astfel, fenolul și produsele pe bază de fenol sunt utilizate pe scară largă.

Aplicarea fenolilor

Fenolul este o substanță solidă cu miros caracteristic care provoacă arsuri la contactul cu pielea. Otrăvitor. Se dizolvă în apă, soluția sa se numește acid carbolic (antiseptic). A fost primul antiseptic introdus în operație. Utilizat pe scară largă pentru producția de materiale plastice, medicamente(acid salicilic și derivații săi), coloranți, explozivi.

DEFINIȚIE

Fenoli- derivați ai hidrocarburilor aromatice, în moleculele cărora grupările hidroxil sunt legate direct de atomii de carbon ai inelului benzenic. Grupul funcțional, ca și în alcooli, este OH.

Fenolul este o substanță cristalină solidă, incoloră, cu topire redusă, foarte higroscopică, cu miros caracteristic. În aer, fenolul este oxidat, astfel încât cristalele sale capătă inițial o nuanță roz (Fig. 1), iar cu depozitare prelungită se întunecă și devin mai roșii. Este ușor solubil în apă la temperatura camerei, dar se dizolvă rapid și bine la 60 - 70 o C. Fenolul este fuzibil, punctul său de topire este de 43 o C. Otravă.

Orez. 1. Fenol. Aspect.

Obținerea fenolului

Fenolul este produs comercial din gudron de cărbune. Printre metode de laborator cele mai frecvent utilizate sunt următoarele:

- hidroliza clorobenzenului

C6H5CI + NaOH → C6H5OH + NaCI (kat = Cu, t0).

- topirea alcalină a sărurilor de acid arenesulfonic

C 6 H 5 SO 3 Na + 2NaOH → C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3 + H 2 O (t 0).

- metoda cumenei (oxidarea izopropilbenzenului)

C 6 H 5-C (CH 3) H-CH 3 + O 2 → C 6 H 5 OH + CH 3-C (O) -CH 3 (H +, t 0).

Proprietățile chimice ale fenolului

Transformările chimice ale fenolului se desfășoară în principal cu scindare:

1) Conexiuni O-N

- interacțiunea cu metalele

2C 6 H 5 OH + 2Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2.

- interacțiunea cu alcalii

C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O.

- interacțiunea cu anhidridele acidului carboxilic

C 6 H 5-OH + Cl-C (O) -O-C (O) -CH 3 → C 6 H 5 -O-C (O) -CH 3 + CH 3 COOH (t 0).

- interacțiunea cu halogenurile acizilor carboxilici

C6H5-OH + Cl-C (O) -CH3 → C6H5 -O-C (O) -CH3 + HCI (t0).

- interacțiunea cu FeCl 3 ( răspuns calitativ la fenol - apariția unei culori violete, care dispare odată cu adăugarea de acid)

6C 6 H 5 OH + FeCl 3 → (C 6 H 5 OH) 3 + 3Cl -.

2) legături C sp 2 -H mai ales în O- și n-dispoziții

- bromurare

C6H5-OH + 3Br2 (aq) → Br3-C6H2 -OH ↓ + 3HBr.

- nitrare (formarea acidului picric)

C6H5-OH + 3HONO2 (conc) → (NO2) 3 -C6H2 -OH + 3H20 (H +).

3) un singur nor de 6π-electroni al inelului benzenic

- hidrogenare

C 6 H 5 OH + 3H 2 → C 6 H 11 -OH (kat = Ni, t 0 = 130 - 150, p = 5 - 20 atm).

Utilizarea fenolului

Fenolul este utilizat în cantități mari pentru producerea coloranților, a materialelor plastice cu fenol-formaldehidă și a substanțelor medicinale.

Dintre fenolii diatomici din medicină, resorcinolul este utilizat ca antiseptic și substanță pentru unele analize clinice, iar hidroquinona și alți fenoli diatomici sunt folosiți în procesarea materialelor fotografice ca dezvoltatori.

În medicină, lizolul este utilizat pentru dezinfectarea încăperilor și a mobilierului, care conține diverși fenoli.

Unii fenoli sunt folosiți ca antioxidanți - substanțe care previn deteriorarea alimentelor în timpul depozitării îndelungate (grăsimi, uleiuri, concentrate alimentare).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2