Фенолы. Фенолы — номенклатура, получение, химические свойства Фенолы примеры
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
Цель: Дать характеристику физических и химических свойств фенола Показать отрицательную и положительную роль в природе и жизни человека фенола и его производных
3 слайд
Описание слайда:
Фенол (оксибензол, устар. карболовая кислота) C6H5OH - простейший представитель класса фенолов. Кристаллическое, бесцветное вещество с характерным запахом. На воздухе легко окисляется, приобретая вначале розовую, затем бурую окраску. Игольчатые кристаллы фенола
4 слайд
Описание слайда:
Классификация фенолов Различают одно-, двух-, трехатомные фенолы в зависимости от количества ОН-групп в молекуле:
5 слайд
Описание слайда:
Получение Кумольный способ получения фенола (СССР, Сергеев П.Г., Удрис Р.Ю., Кружалов Б.Д., 1949 г.). Преимущества метода: безотходная технология (выход полезных продуктов > 99%) и экономичность. Сплавлением солей ароматических сульфокислот с твёрдыми щелочами: C6H5-SO3Na + NaOH t → Na2SO3 + С6H5 – OH Из каменноугольной смолы: C6H5ONa + H2SO4(разб) → С6H5 – OH + NaHSO4 Из галогенбензолов: С6H5-Cl + NaOH t,p → С6H5 – OH + NaCl
6 слайд
Описание слайда:
Физические свойства Растворим в воде (6 г на 100 г воды), в растворах щелочей, в спирте, в бензоле, в ацетоне. Фенол крайне ядовит и опасен для человеческого организма
7 слайд
Описание слайда:
Электронное строение Гидроксильная группа -OH является заместителем I рода, то есть она способствует повышению электронной плотности в бензольном кольце (особенно в орто- и пара-положениях). Это обусловлено тем, что одна из неподелённых пар электронов атома кислорода OH-группы вступает в сопряжение с π-системой бензольного кольца. Смещение неподелённой пары электронов атома кислорода в сторону бензольного кольца приводит к увеличению полярности связи O-H.
8 слайд
Описание слайда:
Химические свойства Взаимодействие с металлическим натрием: 2C6H5OH + 2Na 2C6H5ONa + H2 Обладает слабыми кислотными свойствами, при действии щелочей образует соли - феноляты (например, фенолят натрия - C6H5ONa): C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O Взаимодействие с бромной водой (качественная реакция на фенол): C6H5OH + 3Br2 C6H2Br3OH + 3HBr (образуется твёрдое вещество белого цвета 2,4,6-трибромфенол) Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой: C6H5OH + 3HNO3 C6H2(NO2)3OH + 3H2O (образуется 2,4,6-тринитрофенол) Взаимодействие с хлоридом железа(III) (качественная реакция на фенол): 6C6H5OH + FeCl3 Cl3
9 слайд
Описание слайда:
Биологическая роль Эфирные масла (обладают сильными бактерицидными и противовирусными свойствами, стимулируют иммунную систему, повышают артериальное давление: - анетол в укропе, фенхеле, анисе - карвакрол и тимол в чабреце - эвгенол в гвоздике, базилике Флавоноиды (способствуют удалению радиоактивных элементов из организма) Лекарственные препараты (пурген, парацетамол) Антисептики (3-5 % раствор –карболовая кислота) Фенол - один из промышленных загрязнителей. Фенол довольно токсичен для животных и человека. Фенол губителен для многих микроорганизмов, поэтому промышленные сточные воды с высоким содержанием фенола плохо поддаются биологической очистке.
10 слайд
Описание слайда:
Токсические свойства Относится к высокоопасным веществам (Класс опасности II). При вдыхании вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу, вызывая химические ожоги. Попадая на кожу, фенол очень быстро всасывается даже через неповреждённые участки и уже через несколько минут начинает воздействовать на ткани головного мозга.
11 слайд
Описание слайда:
Токсические свойства Сначала возникает кратковременное возбуждение, а потом и паралич дыхательного центра. Даже при воздействии минимальных доз фенола наблюдается чихание, кашель, головная боль, головокружение, бледность, тошнота, упадок сил. Тяжелые случаи отравления характеризуются бессознательным состоянием, синюшностью, затруднением дыхания, нечувствительностью роговицы, скорым, едва ощутимым пульсом, холодным потом, нередко судорогами
12 слайд
Описание слайда:
Воздействие на организм При попадании фенольного раствора на кожный покров сразу же появляются сильные ожоги химического характера, переходящие в язвы. Если четверть всей поверхности тела обожжена воздействием фенола, то вероятность смерти близка к 100%. Попадание вещества в организм через желудочно-кишечный тракт способствует затруднению движения, может спровоцировать кровотечение, язву. Смертельная доза для человека при попадании внутрь 1-10 г, для детей 0,05-0,5 г. Несмотря на быстрый период выведения из организма (всего сутки), фенол способен нанести непоправимый урон, а лечение может занять несколько лет. Наиболее серьезные последствия – развитие онкологических заболеваний, бесплодие, проблемы с сердцем.
а) Из метана при нагревании можно получит ацетилен:
В присутствии катализатора ацетилен превращается в бензол (реакция тримеризации):
Фенол из бензола можно получить в две стадии. Бензол реагирует с хлором в присутствии хлорида железа, при этом образуется хлорбензол:
При действии на хлорбензол щелочи при высокой температуре происхо дит замещение атома хлора на гидроксильную группу и получается фенол:
При действии на фенол брома образуется 2,4,6-трибромфенол:
б) Этан из метана можно получить в две стации. При хлорировании метана образуется хлорметан. При хлорировании метана на свету образуется хлорметан:
При взаимодействии хлорметана с натрием образуется этан (реакция Вюрца):
Пропан из этана также можно получить в две стадии. При хлорировании этана образуется хлорэтан:
При реакции хлорэтана с хлорметаном в присутствии натрия образуется пропан:
Из пропана в две стадии можно получить гексан. При хлорировании пропана образуется смесь изомеров - 1-хлорпропана и 2-хлорпропана. Изомеры имеют разные температуры кипения и их можно разделить перегонкой.
При взаимодействии 1-хлорпропана с натрием образуется гексан:
При дегидрировании гексана над катализатором образуется бензол:
Из бензола можно в три стадии получить пикриновую кислоту (2,4,6-тринитрофенол). При реакции бензола с хлором в присутствии хлорида железа образуется хлорбензол.
Образованные на основе бензола. При нормальных условиях представляют собой твердые ядовитые вещества, обладающие специфическим ароматом. В современной промышленности эти химические соединения играют далеко не последнюю роль. По объемам использования фенол и его производные входят в двадцатку наиболее востребованных химических соединений в мире. Они широко применяются в химической и легкой промышленности, фармацевтике и энергетике. Поэтому получение фенола в промышленных масштабах - одна из основных задач химической промышленности.
Обозначения фенола
Первоначальное название фенола - карболовая кислота. Позднее данное соединение поучило название «фенол». Формула этого вещества представлена на рисунке:
Нумерация атомов фенола ведется от того атома углерода, который соединен с гидроксогруппой ОН. Последовательность продолжается в таком порядке, чтобы другие замещенные атомы получили наименьшие номера. Производные фенола существуют в виде трех элементов, характеристики которых объясняются различием их структурных изомеров. Различные орто-, мета-, паракрезолы являются лишь видоизменением основной структуры соединения бензольного кольца и гидроксильной группы, базовая комбинация которой и представляет собой фенол. Формула этого вещества в химической записи выглядит как C 6 H 5 OH.
Физические свойства фенола
Визуально фенол представляет собой твердые бесцветные кристаллы. На открытом воздухе они окисляются, придавая веществу характерный розовый оттенок. При нормальных условиях фенол довольно плохо растворяется в воде, но с повышением температуры до 70 о этот показатель резко возрастает. В щелочных растворах это вещество растворимо в любых количествах и при любых температурах.
Эти свойства сохраняются и в других соединениях, основным компонентом которых являются фенолы.
Химические свойства
Уникальные свойства фенола объясняются его внутренней структурой. В молекуле этого химического вещества р-орбиталь кислорода образует единую п-систему с бензольным кольцом. Такое плотное взаимодействие повышает электронную плотность ароматического кольца и понижает этот показатель у атома кислорода. При этом полярность связей гидроксогруппы значительно увеличивается, и водород, входящий в ее состав, легко замещается любым щелочным металлом. Так образуются различные феноляты. Эти соединения не разлагаются водой, как алкоголяты, но их растворы очень похожи на соли сильных оснований и слабых кислот, поэтому они имеют достаточно выраженную щелочную реакцию. Феноляты взаимодействуют с различными кислотами, в результате реакции восстанавливаются фенолы. Химические свойства этого соединения позволяют ему взаимодействовать с кислотами, образуя при этом сложные эфиры. Например, взаимодействие фенола и уксусной кислоты приводит к образованию финилового эфира (фениацетата).
Широко известна реакция нитрирования, в которой под воздействием 20% азотной кислоты фенол образует смесь пара- и ортонитрофенолов. Если воздействовать на фенол концентрированной азотной кислотой, то получается 2,4,6-тринитрофенол, который иногда называют пикриновой кислотой.
Фенол в природе
Как самостоятельное вещество фенол в природе содержится в каменноугольной смоле и в отдельных сортах нефти. Но для промышленных нужд это количество не играет никакой роли. Поэтому получение фенола искусственным способом стало приоритетной задачей для многих поколений ученых. К счастью, эту проблему удалось разрешить и получить в итоге искусственный фенол.
Свойства, получение
Применение различных галогенов позволяет получать феноляты, из которых при дальнейшей обработке образуется бензол. Например, нагревание гидроксида натрия и хлорбензола позволяет получить натрия фенолят, который при воздействии кислоты распадается на соль, воду и фенол. Формула такой реакции приведена здесь:
С 6 Н 5 -CI + 2NaOH -> С 6 Н 5 -ONa + NaCl + Н 2 O
Ароматические сульфокислоты также являются источником для получения бензола. Химическая реакция проводится при одновременном плавлении щелочи и сульфокислоты. Как видно из реакции, сначала образуются феноксиды. При обработке сильными кислотами они восстанавливаются до многоатомных фенолов.
Фенол в промышленности
В теории, получение фенола самым простым и многообещающим способом выглядит таким образом: при помощи катализатора бензол окисляют кислородом. Но до сих пор катализатор для этой реакции так и не был подобран. Поэтому в настоящее время в промышленности используются другие методы.
Непрерывный промышленный способ получения фенола состоит во взаимодействии хлорбензола и 7% раствора едкого натра. Полученную смесь пропускают через полуторакилометровую систему труб, нагретых до температуры в 300 С. Под воздействием температуры и поддерживаемого высокого давления исходные вещества вступают в реакцию, в результате которой получат 2,4-динитрофенол и другие продукты.
Не так давно был разработан промышленный способ получения фенолсодержащих веществ кумольным методом. Этот процесс состоит из двух этапов. Сначала из бензола получают изопропилбензол (кумол). Для этого бензол алкируют с помощью пропилена. Реакция выглядит следующим образом:
После этого кумол окисляют кислородом. На выходе второй реакции получают фенол и другой важный продукт — ацетон.
Получение фенола в промышленных масштабах возможно из толуола. Для этого толуол окисляется на кислороде, содержащемся в воздухе. Реакция протекает в присутствии катализатора.
Примеры фенолов
Ближайшие гомологи фенолов называются крезолами.
Существуют три разновидности крезолов. Мета-крезол при нормальных условиях представляет собой жидкость, пара-крезол и орто-крезол - твердые вещества. Все крезолы плохо растворяются в воде, а по своим химическим свойствами они почти аналогичны фенолу. В естественном виде крезолы содержатся в каменноугольной смоле, в промышленности их применяют при производстве красителей, некоторых видов пластмасс.
Примерами двухатомных фенолов могут служить пара-, орто- и мета-гидробензолы. Все они представляют собой твердые вещества, легко растворимые в воде.
Единственный представитель трехатомного фенола - пирогаллол (1,2,3-тригидроксибензол). Его формула представлена ниже.
Пирогаллол является довольно сильным восстановителем. Он легко окисляется, поэтому его используют для получения очищенных от кислорода газов. Это вещество хорошо известно фотографам, его используют как проявитель.
Реферат на тему:
«Фенолы»
Преподаватель: Петришек
Ирина Александровна
Выполнил:
студент 2 курса 9 группы
фармацевтического факультета
Владлен Ардисламов
Общая характеристика фенолов
Фенолами называются производные аренов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы
ОН-группы фенолов называют фенольными гидроксильными группами.
Многие фенолы и их производные представлен в растительном мире (пигменты, дубильные вещества, лигниновые компоненты древесины). Фенолы используются в медицине (является мощным противогрибковым и противобактериальным антисептиком; при попадании в организм человека в достаточном количестве вызывает отравление с поражением большинства органов и систем), в фармацевтической промышленности, в производстве полимеров, красителей, душистых веществ, средств защиты растений. Фенолы и их производные используются в нефтяной промышленности (в качестве антиполяримезаторов). Гидрохинон применяется в качестве косметического средства для устранения дефектов кожи, в качестве ингибитора реакции свободнорадикальной полимеризации метилметакрилата входит в состав стоматологических композиционных материалов химического отверждения. Пирокатехин применяют в фотографии как проявитель, в производстве красителей, лекарственных веществ (например, адреналина).
По числу гидроксильных групп в ароматическом кольце различают одно и многоатомные фенолы. Для большинства фенолов и некоторых их гомологов используются тривиальные названия, принятые номенклатурой ИЮПАК.
Представители:
О-Крезол м-Крезол п-Крезол
а-нафтол b-нафтол
Пирокатехин Резорцин Гидрохинон
Пирогаллол
Физические свойства фенолов
Фенол и его низшие гомологи представляют собой бесцветные низкоплавкие кристаллические вещества или жидкости с довольно сильным характерным запахом. Запах фенола в воздухе при низких концентрациях (4мг/м3). Двух- и трехатомные фенолы- твердые вещества, без запаха, с достаточно высокими температурами плавления. Фенолы менее летучи чем спирты с близкой молекулярной массой, так как образуют более прочные межмолекулярные водородные связи.
Фенол умеренно растворим в воде (8.2% при 15С*). Другие одноатомные фенолы в воде малорастворимы, но легко растворяются в эфире, бензоле, спирте и хлороформе. Увеличение числа гидроксильных групп обуславливает повышение растворимости многоатомных фенолов в воде. В полярных многоатомных растворителяхмногоатомные фенолы так же ххорошо растворимы.
Фенолы и особенно нафтолы относятся к высокотоксичным веществам. Их выброс в водоемы причиняет непоправимый вред природе.
Получение фенолов
Кумольный метод (Сергеева)
Большую часть фенола в настоящее время производят из изопропилбензола – кумола. Окислением кумола воздухом получают гидроперекись кумола, разлагающуюся под действием водных растворов минеральных кислот на фенол и ацетон. Кумол синтезируют из бензола и пропилена.
Гидроперекись кумола
Механизм:
(М
3)
Аналогично ведет себя гидроперекись втор-бутила.
Гидролиз арилгалогенидов
Хлор в хлорбензоле малоподвижен и поэтому гидролиз ведут 8%-ным раствором NaOH в автоклаве при 250оС в присутствии солей меди:
Феноксид натрия
По методу Рашига хлорбензол получают окислением бензола в присутствии хлороводорода:
Гидролиз хлорбензола осуществляют перегретым паром в присутствии медного катализатора. Образующийся при этом хлороводород возвращают на первую стадию процесса:
Гидролиз в присутствии щелочи проходит при более низкой температуре, но при этом теряется ценная соляная кислота, сохраняющаяся в методе Рашига.
Сплавление арилсульфонатов со щелочью
При сплавлении со щелочью арилсульфонаты претерпевают реакцию замещения:
Бензолсульфокислота Бензолсульфонат натрия
Превращение фенолята натрия в фенол осуществляется с помощью диоксида серы, который образуется на второй стадии:
Фенол получают в виде водного раствора, из которого его выделяют дистилляцией. Этот метод синтеза фенола является самым старым (1890 г.). Метод используется для получения и других фенолов, например:
Разложение солей диазония
Прямое окисление бензола
С6Н6+О2 (боксит, 300-750С*) С6Н5ОН
Сложность данного превращения заключалась в том, что бензол окисляется легче, чем фенол. Известно как каталиитическое окисление кислородом воздуха (на схеме реакции), так и с применением различных комбинаций окислителей (пероксиды) и катализаторов (соли меди, железа, титана и т.д.).
Выделение из природного сырья
Фенолы выделяют из каменноугольной смолы при перегонке и химической обработке, получая смесь фенолов; из отходов переработки нефти.
Фенолы - производные ароматических углеводородов, в состав которых могут входить одна или несколько гидроксильных групп, соединенных с бензольным кольцом.
Как называть фенолы?
По правилам ИЮПАК сохраняется название «фенол ». Нумерация атомов идет от атома , который непосредственно связан с гидрокси-группой (если она - старшая) и нумеруют так, чтобы заместители получили наименьший номер.
Представитель - фенол - С 6 Н 5 ОН :
Строение фенола.
У атома кислорода на внешнем уровне находится неподеленная электронная пара, которая «втягивается» в систему кольца (+М-эффект ОН -группы). В результате могут возникнуть 2 эффекта:
1) повышение электронной плотности бензольного кольца в положения орто- и пара-. В основном, такой эффект проявляется в реакциях электрофильного замещения.
2) уменьшается плотность на атоме кислорода, вследствие чего связь О-Н ослабляется и может рваться. Эффект связан с повышенной кислотности фенола по сравнению с предельными спиртами.
Монозамещенные производные фенола (крезол) могут быть в 3х структурных изомерах:
Физические свойства фенолов.
Фенолы - кристаллические вещества при комнатой температуре. Плохо растворимы в холодной воде , но хорошо - в горячей и в водных растворах щелочей. Обладают характерным запахом. Вследствие образования водородных связей, обладают высокой температурой кипения и плавления.
Получение фенолов.
1. Из галогенбензолов. При нагревании хлорбензола и гидроксида натрия под давлением получают фенолят натрия, который после взаимодействия с кислотой , превращается в фенол:
2. Промышленный способ: при каталитическом окислении кумола на воздухе получается фенол и ацетон:
3. Из ароматических сульфокислот с помощью сплавления с щелочами. Чаще проводят реакцию для получения многоатомных фенолов:
Химические свойства фенолов.
р -орбиталь атома кислорода образует с ароматическим кольцом единую систему. Поэтому электронная плотность на атоме кислороде уменьшается, в бензольном кольце - увеличивается. Полярность связи О-Н повышается, и водород гидроксильной группы становится более реакционоспособным и легко может быть замещен атомом металла даже при действии щелочей.
Кислотность фенолов выше, чем у спиртов, поэтому можно проводить реакции:
Но фенол - слабая кислота. Если через его соли пропускать углекислый или сернистый газ, то выделяется фенол, что доказывает, что угольная и сернистая кислота являются более сильными кислотами:
Кислотные свойства фенолов ослабляются при введении в кольцо заместителей I рода и усиливаются - при введении II.
2) Образование сложных эфиров. Процесс протекает при воздействие хлорангидридов:
3) Реакция электрофильного замещения. Т.к. ОН -группа является заместителем первого рода, то реакционная способность бензольного кольца в орто- и пара- положениях повышается. При действии на фенол бромной воды наблюдается выделение осадка - это качественная реакция на фенол:
4) Нитрование фенолов. Реакцию проводят нитрирующей смесью, в результате чего образуется пикриновая кислота:
5) Поликонденсация фенолов. Реакция протекает под воздействии катализаторов:
6) Окисление фенолов. Фенолы легко окисляются кислородом воздуха:
7) Качественной реакцией на фенол является воздействие раствора хлорида железа и образование комплекса фиолетового цвета.
Применение фенолов.
Фенолы используют при получении фенолформальдегидных смол, синтетических волокон, красителей и лекарственных средств, дезинфицирующих веществ. Пикриновая кислота используется в качестве взрывчатых веществ.
