Фенолы
Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.
Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.
Спирты – это гидроксисоединения, в которых группа ОН соединена с алифатическим углеводородным радикалом R-OH. Если гидроксогруппа ОН соединена с бензольным кольцом, то вещество относится к фенолам. |
Общая формула предельных нециклических спиртов: CnH2n+2Om, где m ≤ n.
Классификация фенолов
По числу гидроксильных групп:
- фенолы с одной группой ОН — содержат одну группу -ОН. Общая формула CnH2n-7OH или CnH2n-6O.
- фенолы с двумя группами ОН — содержат две группы ОН. Общая формула CnH2n-8(OH)2 или CnH2n-6O2.
Соединения, в которых группа ОН отделена от бензольного кольца углеродными атомами – это не фенолы, а ароматические спирты: |
Строение фенолов
В фенолах одна из неподеленных электронных пар кислорода участвует в сопряжении с π–системой бензольного кольца, это является главной причиной отличия свойств фенола от спиртов.
Химические свойства фенолов
Сходство и отличие фенола и спиртов. |
Сходство: как фенол, так и спирты реагируют с щелочными металлами с выделением водорода.
Отличия:
- фенол не реагирует с галогеноводородами: ОН- группа очень прочно связана с бензольным кольцом, её нельзя заместить;
- фенол не вступает в реакцию этерификации, эфиры фенола получают косвенным путем;
- фенол не вступает в реакции дегидратации.
- фенол обладает более сильными кислотными свойствами и вступает в реакцию со щелочами.
1. Кислотные свойства фенолов
Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты и вода, т. к. за счет участия неподеленной электронной пары кислорода в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца полярность связи О–Н увеличивается. |
Раствор фенола в воде называют «карболовой кислотой», он является слабым электролитом.
1.1. Взаимодействие с раствором щелочей
В отличие от спиртов, фенолы реагируют с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соли – феноляты.
Например, фенол реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия |
Так как фенол – более слабая кислота, чем соляная и даже угольная, его можно получить из фенолята, вытесняя соляной или угольной кислотой:
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
Фенолы взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются феноляты. При взаимодействии с металлами фенолы ведут себя, как кислоты.
Например, фенол взаимодействует с натрием с образованием фенолята натрия и водорода . |
2. Реакции фенола по бензольному кольцу
Наличие ОН-группы в бензольном кольце (ориентант первого рода) приводит к тому, что фенол гораздо легче бензола вступает в реакции замещения в ароматическом кольце. |
2.1. Галогенирование
Фенол легко при комнатной температуре (без всякого катализатора) взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола (качественная реакция на фенол). |
2.2. Нитрование
Под действием 20% азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов.
Например, при нитровании фенола избытком концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота): |
3. Поликонденсация фенола с формальдегидом
С формальдегидом фенол образует фенолоформальдегидные смолы.
4. Взаимодействие с хлоридом железа (III)
При взаимодействии фенола с хлоридом железа (III) образуются комплексные соединения железа, которые окрашивают раствор в сине-фиолетовый цвет. Это качественная реакция на фенол.
5. Гидрирование (восстановление) фенола
Присоединение водорода к ароматическому кольцу.
Продукт реакции – циклогексанол, вторичный циклический спирт.
Получение фенолов
1. Взаимодействие хлорбензола с щелочами
При взаимодействии обработке хлорбензола избытком щелочи при высокой температуре и давлении образуется водный раствор фенолята натрия.
При пропускании углекислого газа (или другой более сильной кислоты) через раствор фенолята образуется фенол.
2. Кумольный способ
Фенол в промышленности получают из каталитическим окислением кумола.
Первый этап процесса – получение кумола алкилированием бензола пропеном в присутствии фосфорной кислоты:
Второй этап – окисление кумола кислородом. Процесс протекает через образование гидропероксида изопропилбензола:
Суммарное уравнение реакции:
3. Замещение сульфогруппы в бензол-сульфокислоте
Бензол-сульфокислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия:
Получается фенолят натрия, из которого затем выделяют фенол:
Как из бензола получить фенол уравнение
Фенолами называются такие соединения бензольного ряда, в которых один или несколько атомов водорода бензольного кольца замещены гидроксильными группами. В зависимости от количества гидроксилов фенолы подразделяются на одно- и многоатомные. К одноатомным фенолам относятся фенол и его гомологи — крезол, ксиленол, к двухатомным — резорцин.
Фенол и его гомологи получают в процессе сухой перегонки каменного угля, при сухой перегонке сланцев, торфа и древесины. Так же фенолы получают из продуктов термической переработки твердых топлив и из нефтяного сырья.
Получение синтетического фенола. Получение фенола синтетическим путем основано на использовании в качестве исходного сырья бензола, который в свою очередь получают из коксового газа, а также из продуктов химической переработки нефти.
Синтетический фенол получают несколькими способами: сульфированием бензола, хлорированием бензола, алкилированием бензола пропиленом (кумольный способ).
Получение фенола сульфированием бензола. По этому методу фенол получают как в паровой, так и жидкой фазах путем сульфирования бензола концентрированной серной кислотой. Образующуюся бензолсульфокислоту переводят в натриевую соль и сплавляют с едким натром, получая фенолят натрия:
Подкислением серной кислотой из фенолята натрия выделяют фенол.
Получение фенола хлорированием бензола. Бензол обрабатывают газообразным хлором в присутствии катализаторов. Полученный хлорбензол при повышенной температуре и под давлением подвергают гидролизу при действии водного раствора едкого натра:
Выделяемый фенол очищают перегонкой под вакуумом.
Синтез фенола сульфированием бензола ввиду сложности и большого расхода серной кислоты не получил широкого развития. Получение же фенола через хлорбензол в паровой фазе достаточно экономично, но технологически сложно.
Получение фенола из кумола. Кумол или изопропилбензол получают взаимодействием бензола с пропиленом, являющимся продуктом крекинга нефти, по реакции
Кумол затем окисляют кислородом воздуха в гидроперекись кумола:
Разложением гидроперекиси серной кислотой получают фенол и ацетон:
Способ получения фенола из кумола высокопроизводителен и экономичен. При этом процессе одновременно получают ацетон. Из всего производимого в стране синтетического фенола 60% получают кумольным методом.
Получение фенолов из продуктов переработки твердого топлива. Несмотря на значительный рост производства синтетического фенола из нефтепродуктов, выработка фенолов из каменноугольной смолы сохранит свое значение на ближайшие годы.
Наиболее распространенными процессами термической переработки каменного угля, при которых образуются фенолы, являются коксование и полукоксование.
При коксовании уголь подвергается сухой перегонке, при которой выделяется коксовый газ, каменноугольная смола, сырой бензол, надсмольная вода и кокс.
Каменноугольная смола представляет собой черную вязкую, маслянистую жидкость — смесь многочисленных органических веществ, преимущественно углеводородов ароматического характера. Для промышленности она имеет исключительно важное значение, так как из нее получают различные ценные продукты — кокс, бензол и др.
Содержание фенолов в каменноугольной смоле обычно не превышает 3-4%. Для извлечения фенолов каменноугольную смолу подвергают разгонке на фракции, которые перерабатываются в конечные готовые или промежуточные продукты.
Более насыщены фенольными продуктами фенольная и нафталиновая фракции. Фенольная фракция содержит основное количество фенолов и крезолов, входящих в состав смолы, и поэтому является исходным сырьем для фенола и крезолов. Она содержит 28 — 38% фенола и крезолов, в нафталиновой фракции 60 — 70% нафталина, 4 — 8% фенола, крезолов и ксиленолов.
Менее богаты фенольными продуктами поглотительная и антраценовая фракции; в первой из них фенола, крезолов и ксиленолов содержится 3 — 5%. Содержание чистого фенола в общей смеси фенолов не превышает 12 — 15%, крезола 30 — 35%, ксиленола 18 — 22%.
Для получения ксиленолов каменноугольная смола продолжает оставаться единственным источником.
При полукоксовании каменного угля наряду с другими продуктами получают полукоксовую смолу и надсмольную воду. В полукоксовой смоле обычно содержится до 20% фенолов. Для извлечения фенолов полукоксовую смолу подвергают разгонке на фракции. Фенолы извлекаются из бензол-лигроиновой и керосиновой фракций; в бензол-лигроиновой фракции продуктов полукоксования гумусовых углей содержится 70—75% фенолов.
Из фракций фенолы извлекают обработкой масел водными растворами щелочей с образованием при этом фенолятов. В качестве щелочи применяют 8—12%-ный раствор едкого натра. Получающиеся феноляты очищают от примесей масла, нафталина и продувают острым паром при температуре 105°С. После очистки феноляты разлагают раствором серной кислоты или углекислоты и выделяют сырые фенолы:
Сырые неразогнанные фенолы содержат еще некоторое количество масел, смолистых веществ и до 10% воды. Переработка сырых фенолов заключается в их обезвоживании и последующей ректификации. После обезвоживания сырые фенолы имеют примерно следующий состав (%):
В результате ректификации получаемая легкая фракция содержит около 80% фенолов и некоторое количество примесей и воды.
Получение фенола
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 394.
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 394.
Фенол относится к ароматическим углеводородам и образует гомологический ряд. Вещество имеет схожее строение с бензолом, но отличается наличием группы -ОН. Главный способ получения фенола – окисление кумола.
Строение и свойства
Молекула фенола содержит бензольное кольцо. Один атом водорода замещён гидроксильной группой. Молекулярная формула фенола – C6H5OH.
Рис. 1. Строение фенола.
При замещении атомов водорода предельными углеводородными радикалами фенол образует гомологический ряд. Общая формула гомологов – CnH2n-7OH, где n – не меньше шести.
Для гомологов фенола, как и для гомологов бензола, характерна структурная изомерия по положению углеводородного радикала в бензольном кольце и по строению заместителей.
Фенолы классифицируются по количеству гидроксильных групп на четыре вида:
- аренолы (одноатомные);
- арендиолы (двухатомные);
- арентриолы (трёхатомные);
- многоатомные.
Рис. 2. Примеры аренолов, арендиолов, арентриолов.
Фенол – кристаллическое бесцветное вещество. Кристаллы напоминают мелкие иголки. Соединение быстро розовеет на воздухе. Фенол токсичен: оставляет ожоги на коже.
Помимо фенолов и его гомологов, содержащих одно бензольное кольцо, существуют схожие по строению и свойствам многоядерные соединения. Нафтолы содержат два бензольных кольца, антролы – три, фенантролы – четыре, бензотетролы – пять.
Получение
Фенол получают в промышленности окислением ароматических углеводородов, а также выделением из каменноугольной смолы. Основные способы получения фенола представлены в таблице.
Способ
Описание
Уравнение
Безотходная технология, позволяющая получить до 99 % полезных продуктов. Сырьём являются бензол и пропилен, из которых получают кумол. Далее кумол подвергают окислению при высокой температуре в присутствии катализатора до образования гидропероксид кумола. Это вещество подвергается разложению в кислой среде (чаще используется разбавленная серная кислота). В результате образуются фенол и ацетон. Побочным продуктом является α-метилстирол (изопренилбензол)
Получают примерно 6 % фенола. При окислении кислородом воздуха в присутствии катализатора образуется бензойная кислота. Полученное вещество окисляют солями меди (II) на воздухе в присутствии водяного пара
Например, из хлорбензола в присутствии катализатора при нагревании со щёлочью или водой образуется фенол
Из каменноугольной смолы
Небольшое количество получают из обработанной щёлочью каменноугольной смолы. В результате образуются феноляты – соли фенола. Затем их обрабатывают кислотой до выделения фенола
Из ароматических сульфокислот
Сплавление сульфокислот с твёрдыми щелочами с образованием феноксидов, которые обрабатываются сильными кислотами
Фенол используется для производства других химических соединений, а также для дезинфекции.
Что мы узнали?
Фенол – бесцветное кристаллическое вещество с токсичными свойствами. Отличается от бензола гидроксильной группой. Имеет формулу C6H5OH. При присоединении углеводородных радикалов образует гомологический ряд с общей формулой CnH2n-7OH. Фенол получают в промышленности из кумола, толуола, галогенбензолов, каменноугольной смолы и ароматических сульфокислот. Кумольный способ самый производительный: можно получить до 99 % полезных веществ.
http://spbcomposit.ru/receiving_phenol.html
http://obrazovaka.ru/himiya/poluchenie-fenola-sposoby.html