Уравнение горения фенола в кислороде

Урок 21. Фенолы

Фенолами называют производные ароматических углеводородов, в молекулах которых имеются гидроксильные группы, связанные с бензольным кольцом.

Ароматические спирты – изомеры фенолов класса спиртов, у которых гидроксильная группа ОН удалена от бензольного кольца на один или несколько атомов С:

Получение фенола

Химические свойства фенола

• Реакции по гидроксильной группе:

• Реакции ароматического бензольного кольца:

• Качественная реакция на фенолы – взаимодействие с хлоридом железа(III), при котором возникает фиолетовое окрашивание раствора:

Применение фенолов

1) Для производства фенолформальдегидных пластмасс:

2) В производстве красителей:

Азосоединения содержат группу N=N. Группы N=N (азо-), N=O (нитрозо-), NO₂ (нитро-) обусловливают окраску соединений. Их называют хромофорами.

3) Лекарственные вещества, полученные из фенола, очень разнообразны:

4) Тринитрофенол (тол) – взрывчатое вещество.

Фенолы растительного происхождения

УПРАЖНЕНИЯ.

1. Подчеркните химические формулы фенолов:

2. Соедините линиями химические формулы фенолов и соответствующие им названия:

а) 2-метил-4-нитрофенол; б) 2,6-диметилфенол; в) 3,5-динитрофенол; г) 4-этилфенол.

3. Используя названия соединений, допишите пропущенные фрагменты химических формул:

4. Составьте уравнения реакций и назовите все органические вещества:

5. При обработке 4,18 г смеси бензилового спирта, крезола и фенола избытком калия выделилось 448 мл (н.у.) газа. Вычислите массовую долю фенола в исходной смеси.

6. При сжигании в избытке кислорода раствора фенола в этаноле выделилось 83,87 кДж теплоты. Продукты сгорания пропустили последовательно через трубку с оксидом фосфора(V) и склянку с раствором КОН. Масса трубки увеличилась на 2,97 г, а масса склянки на 5,72 г. Какое количество теплоты выделится при сгорании 1 г этанола, если известно, что при сгорании 1 моль фенола выделяется 3064 кДж?

Ответы на упражнения к теме 2

Урок 21

1. Подчеркнуты формулы фенолов:

2. Соответствие химических формул и названий фенолов:

3. Дополнительные фрагменты формул (по названиям соединений):

4.

5. Бензиловый спирт С₆Н₅СН₂ОН и крезол СН₃С₆Н₄ОН являются изомерами состава С₇Н₈О. Их массу в смеси обозначим через х, а объем выделившегося водорода – у, тогда реакцию изомеров с калием можно записать одним уравнением:

В реакции фенола с калием масса фенола равна (4,18 – х) г, а объем выделившегося водорода
V(Н₂) = z л. Уравнение реакции имеет вид:

Всего в реакциях (1) и (2) выделилось 0,448 л газа: у + z = 0,448 л,
или: 22,4•х/(2•108) + 22,4•(4,18 – х)/(2•94) = 0,448.
Отсюда х = 3,24 г.
Масса фенола равна: 4,18 – 3,24 = 0,94 г.
Массовая доля фенола в смеси:

(С₆Н₅ОН) = 0,94/4,18 = 0,225, или 22,5%.

Ответ: (С₆Н₅ОН) = 0,225, или 22,5%.

6. Вычислим количество вещества воды и углекислого газа, образовавшихся при сжигании раствора фенола в этаноле:

Обозначим количество вещества в исходном растворе:

(фенола) = х моль, (этанола) = у моль.

Запишем уравнения реакций горения:

Из коэффициентов в уравнениях реакций (1) и (2) следует, что:

Общее количество вещества:

Решая систему из двух уравнений с двумя неизвестными, находим:

При сгорании 0,005 моль фенола выделяется следующее количество теплоты:

Q₁ = (С₆Н₅ОН)•Q_мол = 0,005•3064 = 15,32 кДж.

Количество теплоты Q₂, выделившееся при сжигании 0,05 моль (2,3 г) спирта (из исходной смеси), равно:

83,87 – 15,32 = 68,55 кДж.

Соответственно при сгорании 1 г этанола выделится теплоты в 2,3 раза меньше:

Фенолы

Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.

Общая формула предельных нециклических спиртов: C_nH_2n+2O_m, где m ≤ n.

Классификация фенолов

По числу гидроксильных групп:

• фенолы с одной группой ОН — содержат одну группу -ОН. Общая формула C_nH_2n-7OH или C_nH_2n-6O.
• фенолы с двумя группами ОН — содержат две группы ОН. Общая формула C_nH_2n-8(OH)₂ или C_nH_2n-6O₂.

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: 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

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.

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.

2. Реакции фенола по бензольному кольцу

2.1. Галогенирование

2.2. Нитрование

Под действием 20% азотной кислоты HNO₃ фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов.

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:

Уравнение горения фенола в кислороде

Химические свойства фенолов определяются наличием в молекуле гидроксильной группы и бензольного кольца.

I. Реакции с участием гидроксильной группы

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.

Фенолы в водных растворах диссоциируются по кислотному типу: на фенолят-ионы и ионы водорода:

Фенол диссоциирует обратимо, это слабая кислота. Однако его силы кислотных свойств достаточно, чтобы изменять окраску индикатора, имеющего в нейтральной среде фиолетовый цвет. В растворе фенола лакмус краснеет.

1) Взаимодействие с активными металлами с образованием фенолятов (сходство со спиртами)

Видеоопыт «Взаимодействие фенола с металлическим натрием»

2) Взаимодействие со щелочами с образованием фенолятов (отличие от спиртов)

Видеоопыт «Взаимодействие фенола с раствором щелочи»

Образующиеся в результате реакций феноляты легко разлагаются при действии кислот. Даже такая слабая кислота, как угольная, вытесняет фенол из фенолятов. Следовательно, !Феноляты – соли слабой карболовой кислоты, разлагаются угольной кислотой:

По кислотным свойствам фенол превосходит этанол в 10 6 раз. При этом во столько же раз уступает уксусной кислоте. В отличие от карбоновых кислот, фенол не может вытеснить угольную кислоту из её солей

C₆H₅-OH + NaHCO₃ = реакция не идёт – прекрасно растворяясь в водных растворах щелочей, он фактически не растворяется в водном растворе гидрокарбоната натрия.

Кислотные свойства фенола усиливаются под влиянием связанных с бензольным кольцом электроноакцепторных групп (NO₂ — , Br — )

2,4,6-тринитрофенол или пикриновая кислота сильнее угольной.

3) Образование сложных и простых эфиров

Как и спирты, фенолы могут образовывать простые и сложные эфиры. Фенолы не образуют сложные эфиры в реакциях с кислотами. Сложные эфиры образуются при взаимодействии фенола с ангидридами или хлорангидридами карбоновых кислот:

Простые эфиры образуются при взаимодействии фенолятов с алкилгалогенидами:

II . Реакции, с участием бензольного кольца

Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не только в особенностях поведения гидроксигруппы, но и в большей реакционной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара- положениях (+ М -эффект ОН-группы):

Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце.

Реакции замещения

1) Нитрование

Под действием 20% азотной кислоты HNO₃ фенол легко превращается в смесь орто- и пара- нитрофенолов:

При использовании концентрированной HNO₃ образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):

У нее кислотные свойства выражены сильнее, чем у фенола, т.к. нитрогруппы оттягивают электронную плотность от бензольного кольца и делают связь О-Н еще более полярной.

Пикриновая кислоты является взрывчатым веществом, в чистом виде представляет собой желтые кристаллы.

2) Галогенирование

Фенол легко при комнатной температуре взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола ( качественная реакция на фенол! ):

Образуется белый осадок трибромфенола.

Видеоопыт «Взаимодействие фенола с бромной водой»

3) Сульфирование

Соотношение о- и п-изомеров определяется температурой реакции: при комнатной температуре в основном образуется о-фенолсульфокислота, при t=1000С – пара-изомер:Реакции присоединения

1) Гидрирование фенола

Эта реакция идет с разрушением ароматического кольца. Продукт реакции циклический одноатомный спирт — циклогексиловый спирт (циклогексанол).

2) Конденсация с альдегидами

При нагревании фенола с формальдегидом в присутствии кислотных или основных катализаторов происходит реакция поликонденсации и образуется фенолформальдегидная смола.

Данная реакция имеет большое практическое значение и используется при получении фенолформальдегидных смол.

III. Реакция окисления

Фенолы легко окисляются даже под действием кислорода воздуха. При стоянии на воздухе фенол постепенно окрашивается в розовато-красный цвет.

1) Горение (полное окисление)

Фенолы, как и большинство органических веществ, сгорают до углекислого газа и воды.

2) Окисление хромовой смесью

При энергичном окислении фенола хромовой смесью основным продуктом окисления является хинон. Двухатомные фенолы окисляются еще легче. При окислении гидрохинона также образуется хинон:

IV. Качественная реакция! — обнаружение фенола

Для обнаружения фенолов используется качественная реакция с хлоридом железа (III). Одноатомные фенолы дают устойчивое сине-фиолетовое окрашивание, что связано с образованием комплексных соединений железа.

Видеоопыт «Качественная реакция на фенол»

Образование фиолетового окрашивания при добавлении раствора FeCl3 служит качественной реакцией на фенол:

Для фенолов реакции по связям С-О не характерны, поскольку атом кислорода прочно связан с атомом углерода бензольного кольца за счет участия своей неподеленной электронной пары в системе сопряжения.