Formula chimică a fenolului. Alchimiști: fenoli. Originea substanței, proprietăți chimice și fizice

Acidul carbolic este unul dintre denumirile fenolului, indicând comportamentul său special în procesele chimice. Această substanță suferă reacții de substituție nucleofilă mai ușor decât benzenul. Proprietățile acide inerente ale compusului sunt explicate prin mobilitatea atomului de hidrogen în gruparea hidroxil asociată cu inelul. Studierea structurii moleculei și a reacțiilor calitative la fenol fac posibilă clasificarea substanței ca compus aromatic - derivați de benzen.

Fenol (hidroxibenzen)

În 1834, chimistul german Runge a izolat acidul carbolic din gudronul de cărbune, dar nu a putut să-i descifreze compoziția. Mai târziu, alți cercetători au propus o formulă și au clasificat noul compus ca alcool aromatic. Cel mai simplu reprezentant al acestui grup este fenolul (hidroxibenzenul). În forma sa pură, această substanță este cristale transparente cu un miros caracteristic. Când este expus la aer, culoarea fenolului se poate schimba, devenind roz sau roșu. Alcoolul aromatic se caracterizează printr-o solubilitate slabă în apă rece și o solubilitate bună în solvenți organici. Fenolul se topește la o temperatură de 43°C. Este un compus toxic și provoacă arsuri grave la contactul cu pielea. Partea aromatică a moleculei este reprezentată de radicalul fenil (C6H5—). Oxigenul grupării hidroxil (—OH) este legat direct de unul dintre atomii de carbon. Prezența fiecărei particule este demonstrată printr-o reacție calitativă corespunzătoare la fenol. Formula care arată conținutul total de atomi de elemente chimice dintr-o moleculă este C6H6O. Structura este reflectată de includerea ciclului Kekule și a grupării funcționale - hidroxil. O reprezentare vizuală a moleculei de alcool aromatic este oferită de modelele cu bile și băț.

Caracteristicile structurii moleculei

Interacțiunea inelului benzenic și a grupului OH determină reacțiile chimice ale fenolului cu metale, halogeni și alte substanțe. Prezența unui atom de oxigen asociat cu inelul aromatic duce la o redistribuire a densității electronilor în moleculă. Legătura O-H devine mai polară, ceea ce duce la o creștere a mobilității hidrogenului în grupa hidroxil. Protonul poate fi înlocuit cu atomi de metal, ceea ce indică aciditatea fenolului. La rândul său, gruparea OH crește proprietățile de reacție ale inelului benzenic. Delocalizarea electronilor și capacitatea de substituție electrofilă în nucleu crește. În acest caz, mobilitatea atomilor de hidrogen asociați cu carbonul în pozițiile orto și para crește (2, 4, 6). Acest efect se datorează prezenței unui donator de densitate de electroni - gruparea hidroxil. Datorită influenței sale, fenolul se comportă mai activ decât benzenul în reacțiile cu anumite substanțe, iar noii substituenți sunt orientați către poziții orto și para.

Proprietăți acide

În grupul hidroxil al alcoolilor aromatici, atomul de oxigen capătă o sarcină pozitivă, slăbind legătura sa cu hidrogenul. Eliberarea protonului este facilitată, astfel încât fenolul se comportă ca un acid slab, dar mai puternic decât alcoolii. Reacțiile calitative la fenol includ testarea cu hârtie de turnesol, care își schimbă culoarea de la albastru la roz în prezența protonilor. Prezența atomilor de halogen sau a grupărilor nitro asociate cu inelul benzenic duce la o creștere a activității hidrogenului. Efectul se observă în moleculele de nitro derivați ai fenolului. Substituenții precum gruparea amino și alchil (CH3-, C2H5- și alții) reduc aciditatea. Compușii care combină un inel benzenic, o grupare hidroxil și un radical metil includ crezolul. Proprietățile sale sunt mai slabe decât acidul carbolic.

Reacția fenolului cu sodiu și alcalii

La fel ca acizii, fenolul interacționează cu metalele. De exemplu, reacţionează cu sodiul: 2C6H5—OH + 2Na = 2C6H5—ONa + H2. Se formează și se eliberează hidrogenul gazos. Fenolul reacţionează cu bazele solubile. Apare cu formarea de sare și apă: C6H5–OH + NaOH = C6H5–ONa + H2O. Capacitatea de a dona hidrogen în grupa hidroxil a fenolului este mai mică decât cea a majorității acizilor anorganici și carboxilici. Chiar și dioxidul de carbon (acidul carbonic) dizolvat în apă îl înlocuiește din săruri. Ecuația reacției: C6H5—ONa + CO2 + H2O = C6H5—OH + NaHCO3.

Reacții cu inel benzen

Proprietățile aromatice se datorează delocalizării electronilor din inelul benzenic. Hidrogenul din inel este înlocuit cu atomi de halogen și o grupare nitro. Un proces similar în molecula de fenol are loc mai ușor decât în ​​benzen. Un exemplu este bromurarea. Halogenul acționează asupra benzenului în prezența unui catalizator, producând bromobenzen. Fenolul reacţionează cu apa cu brom în condiţii normale. Ca rezultat al interacțiunii, se formează un precipitat alb de 2,4,6-tribromofenol, al cărui aspect face posibilă distingerea substanței de testat de compuși aromatici similari. Bromurarea este o reacție calitativă la fenol. Ecuația: C6H5–OH + 3Br2 = C6H2Br3 + HBr. Al doilea produs al reacției este bromura de hidrogen. Când fenolul reacţionează cu o soluţie diluată, se obţin derivaţi nitro. Produsul reacției cu acid azotic concentrat, 2,4,6-trinitrofenol sau acid picric, are o mare importanță practică.

Reacții calitative la fenol. Listă

Atunci când substanțele interacționează, se obțin anumite produse care permit stabilirea compoziției calitative a substanțelor inițiale. O serie de reacții de culoare indică prezența particulelor și a grupurilor funcționale, ceea ce este convenabil pentru analiza chimică. Reacțiile calitative la fenol dovedesc prezența unui inel aromatic și a unei grupări OH în molecula substanței:

1. Într-o soluție de fenol, hârtia de turnesol albastră devine roșie.
2. Reacțiile de culoare la fenoli sunt, de asemenea, efectuate într-un mediu alcalin slab cu săruri de diazoniu. Se formează coloranți azoici galbeni sau portocalii.
3. Reacționează cu apa cu brom brun, producând un precipitat alb de tribromofenol.
4. Ca rezultat al reacției cu o soluție de clorură ferică, se obține fenoxid feric - o substanță cu o culoare albastră, violetă sau verde.

Prepararea fenolilor

Producția de fenol în industrie are loc în două sau trei etape. În prima etapă, cumenul (denumirea trivială pentru izopropilbenzen) este obținut din propilenă și benzen în prezență. Ecuația reacției Friedel-Crafts: C6H5—OH + C3H6 = C9H12 (cumen). Benzenul și propilena într-un raport de 3:1 sunt trecute peste un catalizator acid. Din ce în ce mai mult, în locul catalizatorului tradițional - clorură de aluminiu - se folosesc zeoliți ecologici. În etapa finală, oxidarea se efectuează cu oxigen în prezența acidului sulfuric: C6H5—C3H7 + O2 = C6H5—OH + C3H6O. Fenolii pot fi obținuți din cărbune prin distilare și sunt compuși intermediari în producerea altor substanțe organice.

Utilizarea fenolilor

Alcoolii aromatici sunt utilizați pe scară largă în producția de materiale plastice, coloranți, pesticide și alte substanțe. Producerea acidului carbolic din benzen este primul pas în crearea unui număr de polimeri, inclusiv policarbonati. Fenolul reacţionează cu formaldehida pentru a produce răşini fenol-formaldehidă.

Ciclohexanolul servește ca materie primă pentru producția de poliamide. Fenolii sunt folosiți ca antiseptice și dezinfectanți în deodorante și loțiuni. Folosit pentru a produce fenacetină, acid salicilic și alte medicamente. Fenolii sunt utilizați în producția de rășini, care sunt utilizate în produse electrice (întrerupătoare, prize). De asemenea, sunt utilizați la prepararea coloranților azoici, cum ar fi fenilamina (anilina). Acidul picric, care este un derivat nitro al fenolului, este folosit pentru vopsirea țesăturilor și fabricarea explozivilor.

Figura prezintă relația dintre diferitele metode de producere a fenolului, iar tabelul sub aceleași numere prezintă indicatorii lor tehnici și economici (în % față de metoda sulfonatului).

Orez. 1.1. Metode de producere a fenolului

Tabelul 1.3

Astfel, cel mai convenabil din punct de vedere economic este cel mai popular proces de cumen în prezent. Procesele industriale care au fost utilizate la un moment dat pentru a produce fenol sunt descrise pe scurt mai jos.

1. Procesul sulfonat a fost primul proces fenolic implementat la scară industrială de BASF în 1899. Această metodă se bazează pe sulfonarea benzenului cu acid sulfuric urmată de topirea alcalină a acidului sulfonic. În ciuda utilizării de reactivi agresivi și a generării de cantități mari de deșeuri de sulfit de sodiu, această metodă a fost folosită de aproape 80 de ani. În SUA, această producție a fost închisă abia în 1978.

2. În 1924, Dow Chemical a dezvoltat un proces de producere a fenolului, inclusiv reacția de clorinare a benzenului și hidroliza ulterioară a monoclorobenzenului ( proces de hidroliză catalitică a benzenului halogenat ). În mod independent, o tehnologie similară a fost dezvoltată de compania germană I.G. Farbenindustrie Co. Ulterior, stadiul de obținere a monoclorobenzenului și stadiul hidrolizei acestuia au fost îmbunătățite, iar procesul a fost numit „procesul Raschig”. Randamentul total de fenol în două etape este de 70-85%. Acest proces a fost metoda principală de producere a fenolului timp de câteva decenii.

3. Procesul ciclohexan , dezvoltat de Scientific Design Co., se bazează pe oxidarea ciclohexanului într-un amestec de ciclohexanonă și ciclohexanol, care este ulterior dehidrogenat pentru a forma fenol. În anii 60, Monsanto a folosit această metodă timp de câțiva ani la una dintre fabricile sale din Australia, dar ulterior a transferat-o la metoda cumenului pentru producerea fenolului.

4. În 1961, Dow Chemical of Canada a implementat proces prin descompunerea acidului benzoic , aceasta este singura metodă pentru sinteza fenolului bazată pe utilizarea de materii prime non-benzene. Ambele reacții apar în fază lichidă. Prima reacție. oxidarea toluenului. a fost folosit în Germania deja în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru obținerea acidului benzoic. Reacția se desfășoară în condiții destul de blânde, cu randament ridicat. A doua etapă este mai dificilă din cauza dezactivării catalizatorului și a selectivității scăzute a fenolului. Se crede că efectuarea acestui pas în faza gazoasă poate face procesul mai eficient. Această metodă este utilizată în prezent în practică, deși ponderea sa în producția mondială de fenol este de doar aproximativ 5%.

5. Metoda de sinteză prin care se obține astăzi cea mai mare parte a fenolului produs în lume - procesul cumenului - descoperit de un grup de chimiști sovietici condus de profesorul P. G. Sergeev în 1942. Metoda se bazează pe oxidarea cumenului de hidrocarbură aromatică (izopropilbenzen) cu oxigenul atmosferic, urmată de descompunerea hidroperoxidului rezultat diluat cu acid sulfuric. În 1949, prima fabrică de cumen din lume a fost pusă în funcțiune în orașul Dzerjinsk, regiunea Gorki. Anterior, hidroperoxizii erau considerați produși intermediari slab stabili ai oxidării hidrocarburilor. Chiar și în practica de laborator nu au fost folosite aproape niciodată. În Occident, metoda cumenului a fost dezvoltată la sfârșitul anilor 40 și este parțial cunoscută sub numele de procesul Hock, numit după omul de știință german care mai târziu a descoperit independent calea cumenului pentru sinteza fenolului. Această metodă a fost folosită pentru prima dată la scară industrială în SUA la începutul anilor '50. Din acel moment, timp de multe decenii, procesul cumenului a devenit un model de tehnologie chimică în întreaga lume.

În ciuda tehnologiei bine stabilite și a experienței îndelungate de operare, metoda cumenului are o serie de dezavantaje. În primul rând, aceasta este prezența unui compus intermediar exploziv (hidroperoxid de cumen), precum și natura în mai multe etape a metodei, care necesită costuri de capital crescute și face dificil de realizat un randament ridicat de fenol per benzen inițial. Astfel, dacă randamentul de produs util este de 95% la fiecare dintre cele trei etape, randamentul final va fi de numai 86%. Aproximativ acest randament de fenol se obtine in prezent prin metoda cumenului. Dar cel mai important și fundamental dezavantaj al metodei cumenului este asociat cu faptul că acetona se formează ca produs secundar. Acest lucru, care a fost văzut inițial ca un punct forte al metodei, devine o problemă din ce în ce mai serioasă, deoarece acetona nu găsește o piață echivalentă. În anii 90, această problemă a devenit deosebit de vizibilă după crearea unor noi metode de sinteza a metacrilatului de metil prin oxidarea hidrocarburilor C4, ceea ce a redus drastic nevoia de acetonă. Severitatea situației este evidențiată de faptul că Japonia a dezvoltat o tehnologie care presupune reciclarea acetonei. În acest scop, la schema tradițională de cumen se adaugă încă două etape, hidrogenarea acetonei în alcool izopropilic și deshidratarea acestuia din urmă în propilenă. Propilena rezultată este din nou returnată la etapa de alchilare a benzenului. În 1992, Mitsui a lansat o producție de fenol pe scară largă (200 mii tone/an), bazată pe această tehnologie de cumen în cinci etape.

Orez. 1.2. Reciclarea acetonei pentru a produce propilenă

Au fost propuse și alte modificări similare la metoda cumenului care ar atenua problema acetonei. Cu toate acestea, toate duc la o complicație semnificativă a tehnologiei și nu pot fi considerate ca o soluție promițătoare a problemei. Prin urmare, cercetările menite să găsească noi căi pentru sinteza fenolului, care s-ar baza pe oxidarea directă a benzenului, au devenit deosebit de intense în ultimul deceniu. Se lucrează în principal în următoarele domenii: oxidarea cu oxigen molecular, oxidarea cu donatori monoatomici de oxigen și oxidarea conjugată. Să luăm în considerare mai detaliat direcțiile de căutare a unor noi modalități de sinteză a fenolului.

Fenolii sunt denumirea generală pentru alcoolii aromatici. Prin proprietățile lor, substanțele sunt acizi slabi. Mulți omologi ai hidroxibenzenului C 6 H 5 0H (formula fenolului), cel mai simplu reprezentant al clasei, au o importanță practică importantă. Să ne uităm la asta mai detaliat.

Fenolii. Formula generală și clasificare

Formula generală a substanțelor organice înrudite cu alcoolii aromatici este R-OH. Moleculele fenolilor și crezolilor înșiși sunt formate dintr-un radical - fenil C6H5, cu care una sau mai multe grupări hidroxil OH (grupe hidroxi) sunt conectate direct. După numărul lor în moleculă, fenolii sunt clasificați în mono-, di- și poliatomici. Compușii monoatomici de acest tip sunt fenolul și crezolul. Cei mai frecventi dintre hidroxibenzenii poliatomici sunt naftolii, care conțin 2 nuclee condensate.

Fenolul este un reprezentant al alcoolilor aromatici

Fenolul era cunoscut lucrătorilor din domeniul textilelor deja în secolul al XVIII-lea: țesătorii îl foloseau ca vopsea. La distilarea gudronului de cărbune în 1834, chimistul german F. Runge a izolat cristale din această substanță cu un miros dulce și caracteristic. Numele latin al cărbunelui este carbo, deci compusul a fost numit (acid carbolic). Cercetătorul german nu a putut determina compoziția substanței. Formula moleculară a fenolului a fost stabilită în 1842 de O. Laurent, care considera acidul carbolic ca fiind un derivat al benzenului. Pentru noul acid, a fost folosit denumirea de „fenil”. Charles Gerard a stabilit că substanța era un alcool și ia numit-o fenol. Domeniile inițiale de aplicare ale compusului sunt medicina, tăbăcirea pielii și producția de coloranți sintetici. Caracteristicile substanței în cauză:

• Formula chimică rațională este C 6 H 5 OH.
• conexiuni - 94.11 a. e.m.
• Formula brută care reflectă compoziția este C6H6O.

Structura electronică și spațială a moleculei de fenol

Formula structurală ciclică a benzenului a fost propusă de chimistul organic german F. Kekule în 1865, iar cu puțin timp înaintea lui de I. Loschmidt. Oamenii de știință și-au imaginat o moleculă a unei substanțe organice ca având legături simple și duble alternative. Conform conceptelor moderne, inelul aromatic este un tip special de structură inelar, numită „legătură conjugată”.

Şase atomi de carbon C suferă procesul de hibridizare sp 2 a orbitalilor de electroni. Norii de electroni p care nu sunt implicați în formarea legăturilor C-C se suprapun deasupra și sub planul nucleului molecular. Apar două părți ale unui nor de electroni comun, care acoperă întregul inel. Formula structurală a fenolului poate arăta diferit, având în vedere abordarea istorică a descrierii structurii benzenului. Pentru a sublinia natura nesaturată a hidrocarburilor aromatice, trei din cele șase legături, care alternează cu trei simple, sunt considerate convențional duble.

Polarizarea legăturii în grupul hidroxi

În cel mai simplu - benzenul C 6 H 6 - norul de electroni este simetric. Formula fenolului diferă printr-o grupare hidroxi. Prezența hidroxilului rupe simetria, care se reflectă în proprietățile substanței. Legătura dintre oxigen și hidrogen din grupa hidroxi este o legătură covalentă polară. Deplasarea unei perechi comune de electroni la atomul de oxigen duce la apariția unei sarcini negative (parțiale) pe acesta. Hidrogenul pierde un electron și capătă o sarcină parțială „+”. În plus, oxigenul din grupul O-H are două perechi de electroni singuri. Unul dintre ei este atras de norul de electroni al nucleului aromatic. Din acest motiv, legătura devine mai polarizată și este mai ușor înlocuită de metale. Modelele oferă o perspectivă asupra naturii asimetrice a moleculei de fenol.

Caracteristici ale influenței reciproce a atomilor în fenol

Norul unic de electroni al nucleului aromatic din molecula de fenol interacționează cu gruparea hidroxil. Are loc un fenomen numit conjugare, în urma căruia perechea proprie de electroni a atomului de oxigen al grupării hidroxi este atrasă de sistemul inelar benzenic. Scăderea sarcinii negative este compensată de polarizarea și mai mare a legăturii în grupul O-H.

Sistemul de distribuție a electronilor din miezul aromatic se modifică și el. Descrește la carbon, care este legat de oxigen, și crește la atomii cei mai apropiați de acesta, aflați în poziții orto (2 și 6). Împerecherea provoacă acumularea unei taxe „-” asupra lor. O altă schimbare a densității este mișcarea sa de la atomii în pozițiile meta (3 și 5) la carbonul în poziția para (4). Pentru confortul studierii conjugării și influenței reciproce, formula fenolului conține de obicei numerotarea atomilor inelului benzenic.

Explicația proprietăților chimice ale fenolului pe baza structurii sale electronice

Procesele de conjugare a inelului aromatic și hidroxil afectează proprietățile atât ale particulelor, cât și ale întregii substanțe. De exemplu, densitatea mare de electroni a atomilor din pozițiile orto și para (2, 4, 6) face ca legăturile C-H ale inelului aromatic al fenolului să fie mai reactive. Sarcina negativă a atomilor de carbon în pozițiile meta (3 și 5) scade. Carbonul din pozițiile orto și para este atacat de particule electrofile în reacțiile chimice. În reacția de bromurare a benzenului, apar modificări cu încălzire puternică și prezența unui catalizator. Se formează un derivat monohalogen, bromobenzen. Formula cu fenol permite substanței să reacționeze cu bromul aproape instantaneu fără a încălzi amestecul.

Inelul aromatic afectează polaritatea legăturii din grupa hidroxi, crescând-o. Atomul de hidrogen devine mai mobil în comparație cu alcoolii saturați. Fenolul reacţionează cu alcalii, formând săruri - fenolaţi. Etanolul nu reacționează cu alcalii, sau mai degrabă, produșii de reacție - etanolații - se descompun. Din punct de vedere chimic, fenolii sunt acizi mai puternici decât alcoolii.

Reprezentanți ai clasei de alcooli aromatici

Formula brută a omologului fenolului, crezolul (metilfenol, hidroxitoluen) este C 7 H 8 O. Substanța din materiile prime naturale însoțește adesea fenolul și are, de asemenea, proprietăți antiseptice. Alți omologi ai fenolilor:

• Pirocatecol (1,2-hidroxibenzen). Formula chimică - C 6 H 4 (OH) 2.
• Resorcinol (1,3-hidroxibenzen) - C6H4(OH) 2.
• Pirogalol (1,2,3-trihidroxibenzen) - C6H3(OH)3.
• Naftol. Formula brută a substanței este C 10 H 7 OH. Este folosit în producția de coloranți, medicamente și compuși parfumați.
• Timol (2-izopropil-5-metilfenol). Formula chimică - C 6 H 3 CH 3 (OH) (C 3 H 7). Este folosit în chimia sintezei organice și în medicină.
• Vanilina, în plus față de radicalul fenolic, conține o grupare eter și un reziduu de aldehidă. Formula brută a compusului este C8H8O3. Vanilina este utilizată pe scară largă ca parfum artificial.

Formula reactivă pentru recunoașterea fenolului

Determinarea calitativă a fenolului poate fi efectuată folosind brom. Ca rezultat, precipită un precipitat alb de tribromofenol. Pirocatecolul (1,2-hidroxibenzen) devine verde în prezența clorurii ferice dizolvate. Fenolul reacționează chimic cu același reactiv și se formează trifenolatul, care are o culoare violet. O reacție calitativă la resorcinol este apariția unei culori violet închis în prezența clorurii ferice. Treptat, culoarea soluției devine neagră. Formula reactivului, care servește la recunoașterea fenolului și a unora dintre omologii săi, este FeCl 3 (clorură de fier (III)).

Hidroxibenzenul, naftolul, timolul sunt toți fenoli. Formula generală și compoziția substanțelor ne permit să stabilim dacă acești compuși aparțin seriei aromatice. Toate substanțele organice care conțin în formula lor radicalul fenil C 6 H 5, la care grupările hidroxi sunt asociate direct, prezintă proprietăți speciale. Se deosebesc de alcooli prin caracterul lor acid mai bine exprimat. În comparație cu substanțele benzenice, fenolii sunt compuși chimici mai activi.

Fenolii cu unu, doi și trei atomi se disting în funcție de numărul de grupări OH din moleculă (Fig. 1)

Orez. 1. FENOLI UNURI, BI-ȘI TRIHATICI

În conformitate cu numărul de inele aromatice condensate din moleculă, ele se disting (Fig. 2) în fenoli înșiși (un inel aromatic - derivați de benzen), naftoli (2 inele condensate - derivați de naftalenă), antranoli (3 inele condensate - antracen). derivaţi) şi fenantroli (fig. 2).

Orez. 2. FENOLI MONO-ȘI POLINUCLEARI

Nomenclatura alcoolilor.

Pentru fenoli, denumirile banale care s-au dezvoltat istoric sunt utilizate pe scară largă. Numele de fenoli mononucleari substituiți folosesc și prefixe orto-,meta-Şi pereche -, utilizate în nomenclatura compuşilor aromatici. Pentru compușii mai complecși, atomii care fac parte din inelele aromatice sunt numerotați și poziția substituenților este indicată folosind indici digitali (Fig. 3).

Orez. 3. NOMENCLATURA FENOLOR. Grupurile de înlocuire și indicii digitali corespunzători sunt evidențiați în culori diferite pentru claritate.

Proprietățile chimice ale fenolilor.

Inelul benzenic și gruparea OH, combinate într-o moleculă de fenol, se influențează reciproc, crescând semnificativ reciproc reactivitatea. Gruparea fenil absoarbe o pereche singură de electroni din atomul de oxigen din grupa OH (Fig. 4). Ca urmare, sarcina pozitivă parțială a atomului de H din acest grup crește (indicată prin simbolul d+), crește polaritatea legăturii O–H, ceea ce se manifestă printr-o creștere a proprietăților acide ale acestui grup. Astfel, în comparație cu alcoolii, fenolii sunt acizi mai puternici. O sarcină negativă parțială (notată cu d–), care se transferă la gruparea fenil, este concentrată în poziții orto-Şi pereche-(față de grupa OH). Aceste puncte de reacție pot fi atacate de reactivi care gravitează spre centrii electronegativi, așa-numiții reactivi electrofili („iubitoare de electroni”).

Orez. 4. DISTRIBUȚIA DENSIȚII ELECTRONICE ÎN FENOL

Ca urmare, sunt posibile două tipuri de transformări pentru fenoli: substituția unui atom de hidrogen în grupa OH și substituirea inelului H-atomobenzen. O pereche de electroni ai atomului O, atrași de inelul benzenic, crește rezistența legăturii C–O, prin urmare reacțiile care apar odată cu ruperea acestei legături, caracteristice alcoolilor, nu sunt tipice pentru fenoli.

1. Reacții de substituție a unui atom de hidrogen în grupa OH. Când fenolii sunt expuși la alcalii, se formează fenolați (Fig. 5A), interacțiunea catalitică cu alcoolii duce la eteri (Fig. 5B), iar ca rezultat al reacției cu anhidride sau cloruri acide ale acizilor carboxilici, se formează esteri (Fig. 5B). Când interacționează cu amoniacul (creșterea temperaturii și a presiunii), gruparea OH este înlocuită cu NH 2, se formează anilină (Fig. 5D), reactivii reducători transformă fenolul în benzen (Fig. 5E)

2. Reacții de substituție a atomilor de hidrogen din ciclul benzenic.

În timpul halogenării, nitrării, sulfonării și alchilării fenolului sunt atacați centrii cu densitate electronică crescută (Fig. 4), adică. înlocuirea are loc în principal în orto-Şi pereche- poziții (Fig. 6).

Cu o reacție mai profundă, doi și trei atomi de hidrogen sunt înlocuiți în inelul benzenic.

De o importanță deosebită sunt reacțiile de condensare a fenolilor cu aldehide și cetone, în esență, aceasta este o alchilare care are loc ușor și în condiții blânde (la 40–50 ° C, un mediu apos în prezența catalizatorilor), cu atomul de carbon în; forma unei grupări metilen CH2 sau a unei grupări metilen substituite (CHR sau CR2) este inserată între două molecule de fenol. Adesea, o astfel de condensare duce la formarea de produse polimerice (Fig. 7).

Fenolul diatomic (denumirea comercială bisfenol A, Fig. 7) este utilizat ca componentă în producția de rășini epoxidice. Condensarea fenolului cu formaldehida stă la baza producerii de rășini fenol-formaldehidice (fenoplaste) utilizate pe scară largă.

Metode de obţinere a fenolilor.

Fenolii sunt izolați din gudronul de cărbune, precum și din produsele de piroliză ai cărbunelui brun și a lemnului (gudron). Metoda industrială de producere a fenolului C6H5OH în sine se bazează pe oxidarea cumenului de hidrocarbură aromatică (izopropilbenzen) cu oxigenul atmosferic, urmată de descompunerea hidroperoxidului rezultat diluat cu H2SO4 (Fig. 8A). Reacția se desfășoară cu un randament ridicat și este atractivă prin faptul că permite obținerea simultană a două produse valoroase din punct de vedere tehnic - fenol și acetonă. O altă metodă este hidroliza catalitică a benzenilor halogenați (Fig. 8B).

Orez. 8. METODE DE OBTINEREA FENOLULUI

Aplicarea fenolilor.

O soluție de fenol este utilizată ca dezinfectant (acid carbolic). Fenoli diatomici - pirocatecol, resorcinol (Fig. 3), precum și hidrochinonă ( pereche- dihidroxibenzen) sunt utilizate ca antiseptice (dezinfectanți antibacterieni), adăugate la agenții de tăbăcire pentru piele și blană, ca stabilizatori pentru uleiuri lubrifiante și cauciuc, precum și pentru prelucrarea materialelor fotografice și ca reactivi în chimia analitică.

Fenolii sunt utilizați într-o măsură limitată sub formă de compuși individuali, dar diferiții lor derivați sunt utilizați pe scară largă. Fenolii servesc ca compuși de pornire pentru producerea diferitelor produse polimerice - rășini fenolice (Fig. 7), poliamide, poliepoxizi. Din fenoli se obțin numeroase medicamente, de exemplu, aspirina, salol, fenolftaleină, în plus, coloranți, parfumuri, plastifianți pentru polimeri și produse de protecție a plantelor.

Mihail Levitsky

Gruparea hidroxil din moleculele compușilor organici poate fi asociată cu miez aromatic direct sau poate fi separat de acesta prin unul sau mai mulți atomi de carbon. Se poate aștepta ca, în funcție de această proprietate, substanțele să difere semnificativ unele de altele datorită influenței reciproce a grupurilor de atomi. Într-adevăr, compușii organici care conțin radicalul aromatic fenil C 6 H 5 - legat direct de gruparea hidroxil prezintă proprietăți speciale, diferit de proprietățile alcoolilor. Se numesc astfel de conexiuni fenoli.

Substanțe organice ale căror molecule conțin un radical fenil legat de una sau mai multe grupări hidroxo. La fel ca alcoolii, fenolii sunt clasificați în funcție de atomicitatea lor, adică în funcție de numărul de grupări hidroxil.

Fenoli monohidric conțin o grupare hidroxil în moleculă:

Fenoli polihidric conţin mai mult de o grupare hidroxil în molecule:

Există și alți fenoli polihidroxici care conțin trei sau mai multe grupări hidroxil pe ciclul benzenic.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra structurii și proprietăților celui mai simplu reprezentant al acestei clase - fenolul C 6 H 5 OH. Numele acestei substanțe a stat la baza denumirii întregii clase - fenoli.

Fenolul este o substanță cristalină solidă, incoloră, t° = 43 °C, t° = 181 °C, cu un miros caracteristic ascuțit. Otrăvitoare. Fenolul este ușor solubil în apă la temperatura camerei. O soluție apoasă de fenol se numește acid carbolic. La contactul cu pielea aceasta provoacă arsuri, deci fenolul trebuie manevrat cu grijă!

Proprietățile chimice ale fenolilor

Proprietăți acide. Atomul de hidrogen al grupării hidroxil este de natură acidă. Proprietățile acide ale fenolului sunt mai pronunțate decât cel al apei și al alcoolilor. Spre deosebire de alcool și apă, fenolul reacționează nu numai cu metalele alcaline, ci și cu alcalii pentru a forma fenolați:

Cu toate acestea, proprietățile acide ale fenolilor 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, prin trecerea dioxidului de carbon printr-o soluție apoasă de fenolat de sodiu, fenolul liber poate fi izolat.

Adăugarea de acid clorhidric sau sulfuric într-o soluție apoasă de fenolat de sodiu duce, de asemenea, la formarea de fenol:

Fenolul reacţionează cu clorura de fier (III) pentru a forma un compus complex de culoare violet intens.

Această reacție îi permite să fie detectat chiar și în cantități foarte limitate. Alți fenoli care conțin una sau mai multe grupări hidroxil pe inelul benzenic produc, de asemenea, culori strălucitoare albastru-violet atunci când reacţionează cu clorura de fier (III).

Prezența unui substituent hidroxil facilitează foarte mult apariția reacțiilor de substituție electrofile în ciclul benzenic.

1. Bromurarea fenolului.

Spre deosebire de benzen, bromurarea fenolului nu necesită adăugarea unui catalizator (bromură de fier (III)). În plus, interacțiunea cu fenolul are loc selectiv: atomii de brom sunt direcționați către pozițiile orto și para, înlocuind atomii de hidrogen aflați acolo. Selectivitatea substituției este explicată prin caracteristicile discutate mai sus ale structurii electronice a moleculei de fenol.

Astfel, atunci când fenolul reacţionează cu apa cu brom, se formează un precipitat alb de 2,4,6-tribromofenol:

Această reacție, ca și reacția cu clorura de fier (III), servește la detectarea calitativă a fenolului.

2. Nitrarea fenolului de asemenea, apare mai ușor decât nitrarea benzenului. Reacția cu acidul azotic diluat are loc la temperatura camerei. Ca rezultat, se formează un amestec de orto- și para-izomeri ai nitrofenolului:

Când se utilizează acid azotic concentrat, se formează 2,4,6-trinitrofenol - acid picric, un exploziv:

3. Hidrogenarea miezului aromatic al fenoluluiîn prezența unui catalizator apare ușor:

4. Policondensarea fenolului cu aldehide, în special, cu formaldehida are loc cu formarea produselor de reacție - rășini fenol-formaldehidă și polimeri solizi.

Interacțiunea fenolului cu formaldehida poate fi descrisă prin următoarea schemă:

Molecula dimer reține atomi de hidrogen „mobili”, ceea ce înseamnă că continuarea reacției este posibilă cu un număr suficient de reactivi:

Reacția de policondensare, adică reacția de producere a unui polimer care are loc odată cu eliberarea unui produs secundar cu greutate moleculară mică (apa), poate continua mai departe (până când unul dintre reactivi este consumat complet) cu formarea de macromolecule uriașe. . Procesul poate fi descris prin ecuația rezumativă:

Formarea moleculelor liniare are loc la temperaturi obișnuite. Efectuarea acestei reacții la încălzire duce la faptul că produsul rezultat are o structură ramificată, este solid și insolubil în apă. Ca urmare a încălzirii unei rășini fenol-formaldehidice liniare cu un exces de aldehidă, se obțin mase plastice dure cu proprietăți unice. Polimerii pe bază de rășini fenol-formaldehidice sunt utilizați pentru fabricarea lacurilor și vopselelor, a produselor din plastic rezistente la încălzire, răcire, apă, alcalii și acizi. Au proprietăți dielectrice ridicate. Cele mai critice și importante părți ale aparatelor electrice, carcasele unităților de alimentare și piesele de mașină, precum și baza polimerică a plăcilor de circuite imprimate pentru dispozitive radio sunt realizate din polimeri pe bază de rășini fenol-formaldehidă. Adezivii pe bază de rășini fenol-formaldehidă sunt capabili să conecteze în mod fiabil părți de o mare varietate de naturi, menținând cea mai mare rezistență a îmbinării într-un interval de temperatură foarte larg. Acest adeziv este folosit pentru a atașa baza metalică a lămpilor de iluminat pe un bec de sticlă. Astfel, fenolul și produsele pe bază de acesta sunt utilizate pe scară largă.