Цел на работата
Целта на работата е да се проведат реакции на окисление и кондензация на фенол и неговите производни.
Теоретична част
Фенолите са ароматни съединения, които имат хидроксилни групи, директно свързани с ароматния пръстен. Въз основа на броя на хидроксилите се разграничават едновалентни, двуатомни и многоатомни феноли. Най-простият от тях, оксибензенът, се нарича фенол. Хидрокси производните на толуена (метилфеноли) се наричат орто-, мета- и пара-крезоли, а хидрокси производните на ксилените се наричат ксиленоли. Фенолите от нафталиновата серия се наричат нафтоли. Най-простите двувалентни феноли се наричат: o - диоксибензен - пирокатехол, m - диоксибензен - резорцин, n-диоксибензен - хидрохинон.
Много феноли лесно се окисляват, което често води до сложна смес от продукти. В зависимост от окислителя и реакционните условия могат да се получат различни продукти. Така по време на парофазовото окисление (t = 540 0) на о-ксилен се получава фталов анхидрид. Качествена реакцияза феноли е тест с разтвор на железен хлорид, който произвежда оцветен йон. Фенолът дава червено-виолетов цвят, крезолите дават син цвят, а другите феноли дават зелен цвят.
Реакцията на кондензация е вътремолекулен или междумолекулен процес на образуване на нова С-С връзка, обикновено протичащ с участието на кондензиращи реагенти, чиято роля може да бъде много различна: има каталитичен ефект, произвежда междинни реактивни продукти или просто свързва отцепена частица, изместваща равновесието в системата.
Реакцията на кондензация с елиминирането на водата се катализира от различни реагенти: силни киселини, силни основи (хидроксиди, алкохолати, амиди, хидриди на алкални метали, амоняк, първични и вторични амини).
Работен ред
В тази работа се тества възможността за окисляване на феноли и образуването на фталеини чрез реакцията на кондензация.
3.1 Окисляване на фенол и нафтол
Окисляването се извършва с разтвор на калиев перманганат в присъствието на разтвор на натриев карбонат (сода).
3.1.1 оборудване и реактиви:
Епруветки;
пипети;
Фенол – воден разтвор;
Нафтол - воден разтвор;
Калиев перманганат (0,5% воден разтвор);
Натриев карбонат (5% воден разтвор);
3.1.2 Провеждане на експеримента:
а) поставете 1 ml в епруветка воден разтворфенол или нафтол;
б) добавете 1 ml разтвор на натриев карбонат (сода);
в) добавете капка по капка разтвор на калиев перманганат, докато разклащате епруветката. Наблюдавайте промяната на цвета на разтвора.
Окислението на фенолите обикновено протича в различни посоки и води до образуването на сложна смес от вещества. По-лесното окисляване на фенолите в сравнение с ароматните въглеводороди се дължи на влиянието на хидроксилната група, която рязко увеличава подвижността на водородните атоми при други въглеродни атоми на бензеновата отрова.
3.2 Образуване на фталеини.
3.2.1 Получаване на фенолфталеин.
Фенолфталеинът се образува при реакция на кондензация на фенол с фталов анхидрид в присъствието на концентрирана сярна киселина.
Фталовият анхидрид се кондензира с феноли, за да даде производни на трифенилетан. Кондензацията се придружава от елиминирането на водата поради кислорода на една от карбонилните групи на анхидрида и подвижните водородни атоми на бензеновите ядра на две фенолни молекули. Въвеждането на обезводняващи агенти като концентрирана сярна киселина значително улеснява тази кондензация.
Фенолът образува фенолфталеин чрез следната реакция:
/ \ /
H H C
3.2.1.1 Оборудване и реактиви:
Епруветки;
пипети;
Електрическа фурна;
Фталов анхидрид;
Сярна киселина, разредена 1:5;
3.2.1.2 Провеждане на експеримента:
б) добавете приблизително двойно количество фенол в същата епруветка;
в) разклатете няколко пъти съдържанието на епруветката и внимателно добавете към нея 3-5 капки концентрирана сярна киселина, като продължавате да разклащате;
г) загрейте епруветката на котлон, докато се появи тъмночервен цвят;
д) охладете епруветката и добавете към нея 5 ml вода;
е) добавете капка по капка алкален разтвор към получения разтвор и наблюдавайте промяната на цвета;
ж) след промяна на цвета, добавете няколко капки разредена сярна киселина към съдържанието на епруветката, докато се върне оригиналният цвят или докато се появи обезцветяване.
3.2.2 Получаване на флуоресцеин.
Флуоресцеинът се образува чрез реакция на кондензация на резорцинол с фталов анхидрид в присъствието на концентрирана сярна киселина.
Двуатомните феноли с хидроксилни групи в мета позиция, влизайки в кондензация, освобождават две водни молекули, едната поради кислорода на една от карбонилните групи на анхидрида и подвижните водородни атоми на бензеновите ядра на две фенолни молекули. втората водна молекула се освобождава поради хидроксилните групи на две фенолни молекули, за да образува шестчленен пръстен.
Резорцинолът образува флуоресцеин чрез следната реакция:
ОХО ОХ ОХ ОХ
/ \ / \ /
H H C
3.2.1.1. Оборудване и реактиви:
Епруветки;
пипети;
Електрическа фурна;
Фталов анхидрид;
Резорцинол;
Концентрирана сярна киселина;
Разтвор на натриев каустик (5-10%);
3.2.2.1 Провеждане на експеримента:
а) претеглят се 0,1-0,3 g фталов анхидрид и се поставят в епруветка;
б) добавете приблизително двойно количество резорцинол в същата епруветка и разбъркайте чрез разклащане;
в) внимателно добавете 3-5 капки концентрирана сярна киселина към съдържанието на епруветката;
г) загрейте сместа в епруветка, докато се появи тъмночервен цвят. Затопляне на електрическа печка;
д) охладете съдържанието на епруветката и добавете към нея 5 ml вода;
е) добавете 2-3 капки от получения разтвор в чиста епруветка, добавете 1 ml алкален разтвор и разредете обилно с вода. Наблюдавайте промяната на цвета.
3.2.3 Образуване на аурин
Ауринът се получава чрез кондензация на оксалова киселина с фенол в присъствието на сярна киселина.
При нагряване в присъствието на сярна киселина, оксаловата киселина се кондензира с три фенолни молекули, отделяйки вода и въглероден оксид, за да образува аурин.
 |
|||
 |
|||
H-O- -H H- -OH
-З. OH O =
| . С = О +3Н2О+СО
H - C
3.2.3.1. Оборудване и реактиви:
Епруветки;
пипети;
Оксалова киселина;
Концентрирана сярна киселина;
3.2.3.2 Провеждане на експеримента:
а) претеглят се 0,02-0,05 g оксалова киселина и приблизително два пъти повече фенол;
б) поставете двата реактива в епруветка и разбъркайте чрез разклащане;
в) добавете 1-2 капки концентрирана сярна киселина в епруветката;
г) внимателно загрейте епруветката със сместа, докато започне да кипи и се появи интензивно жълт цвят;
д) охладете епруветката, добавете 3-4 ml вода и разклатете. Наблюдавайте цвета, който се появява;
е) добавете няколко капки алкален разтвор към получения разтвор и наблюдавайте промяната на цвета;
3.3 Разлагане на урея (амид на карбонова киселина) при нагряване.
При нагряване над точката на топене уреята се разлага, освобождавайки амоняк. При температура 150 0 -160 0 C две молекули урея отделят една молекула амоняк и дават биуреат, който е силно разтворим в топла вода:
H 2 N-OO-NH 2 +H-NH-OO-NH 2 H 2 N-CO-NH-CO-NH 2 +NH 3
Биуреатът се характеризира с образуването на яркочервено комплексно съединение в алкален разтвор с медни соли, което има следния състав в разтвор на натриев хидроксид:
(NH 2 CO NH CONH 2) 2 *2NaOH*Cu(OH) 2
3.3.1 Оборудване и реактиви:
Епруветки;
Електрическа фурна;
Урея (карбамид);
Разтвор на натриев каустик (5-7%);
Разтвор на медна сяра (1%).
3.3.2 Провеждане на експеримента:
а) претеглят се 0,2-0,3 g урея и се поставят в суха епруветка;
б) загрейте епруветката на електрическа печка;
в) наблюдавайте настъпващите промени: топене, отделяне на амоняк, втвърдяване;
г) охладете епруветката;
д) добавете 1-2 ml към охладена епруветка топла вода, разклатете и изсипете в друга епруветка;
е) добавете 3-4 капки разтвор на сода каустик към получения мътен разтвор до прозрачност. След това добавете една капка разтвор на медна сярна киселина и наблюдавайте промяната на цвета (появява се красив лилав цвят).
Свързана информация.
Органично вещество от групата на фенолите, прост двуатомен фенол. Сред химиците се използват и наименованията резорцин и 1,3-дихидроксибензен. Формулата на резорцина е подобна на формулите на хидрохинон и пирокатехин, разликата е в структурата на молекулата; в начина на свързване на ОН групите.
Имоти
Веществото представлява безцветни игловидни кристали или бял кристален прах с остра фенолна миризма. Понякога прахът може да има розов или жълтеникав оттенък. Ако стане силно оцветен, розово-оранжев или кафяв, това означава, че реактивът не е бил съхраняван правилно и се е окислил. Резорцинът е опасен от пожар. Разтворим във вода, диетилов етер, етилов алкохол, ацетон. Може да се разтваря в масла, глицерин. Почти неразтворим в хлороформ, въглероден дисулфид, бензен.
Реагентът показва Химични свойствафеноли. Силен редуциращ агент, лесно се окислява. Реагира с алкали, образувайки фенолни соли; с амоняк, халогени, силни киселини (например азотна, сярна, пикринова, ледена оцетна).
За качествено определяне на резорцинол се използват следните реакции:
- с железен хлорид - разтворът става наситено лилав, почти черен;
- сливането с фталов анхидрид в присъствието на катализатор води до образуването на характерно оцветено, зелено флуоресцентно вещество - флуоресцеин. Самият флуоресцеин има жълто-червен цвят на разтвора (реакцията отличава резорцина от другите феноли).
Прахът от резорцин и особено неговите пари дразнят кожата, дихателните органи и лигавиците на очите. Вдишването на пари и прах от реагенти причинява кашлица, гадене, ускорен пулс и замаяност, така че трябва да работите с резорцин, като използвате респиратори или маски, предпазни очила, специално облекло и проветриво помещение. Ако подозирате отравяне, трябва да измиете зоната на излагане на реагента с много вода, да изведете жертвата на чист въздух и да се обадите на лекар.
Съхранявайте резорцин в херметически затворени контейнери, в тъмни, сухи и хладни помещения, строго отделени от запалими вещества.
Приложение
Резорцинът е търсен в химическата промишленост като суровина 
за производство на изкуствени багрила, флуоресцеин, резорцин-формалдехидни смоли, разтворители, стабилизатори, пластификатори и UV абсорбери за пластмаси.
- В аналитичната химия се използва при колориметрични изследвания. Използва се за определяне съдържанието на цинк, олово, въглехидрати, фурфурол, лигнин и др.
- В каучуковата промишленост.
- В кожухарската промишленост, като боя за козината.
- Много широко използван в медицината и фармацевтиката. Използва се като дезинфектант, каутеризиращ, заздравяващ рани агент и противоглистно средство. Включва се в разтвори и мехлеми за лечение на различни кожни заболявания, включително гъбични и гнойни; акне, себорея, дерматит, екзема, старчески петна.
- За получаване на експлозиви.
Фталов анхидрид фенолфталеин
Когато фталов анхидрид се слее с резорцинол в присъствието на цинков хлорид, възниква подобна реакция и се образува флуоресцеин:
Резорцинол флуоресцеин
3.8 Пренареждане на Клайзен
Фенолите претърпяват реакции на алкилиране на Фридел-Крафтс. Например, когато взаимодействат f
енол с алилбромид в присъствието на алуминиев хлорид се образува 2-алилфенол:
Същият продукт се образува и при нагряване на алилфенилов етер в резултат на вътрешномолекулна реакция, наречена пренареждане на Claisen:
 |
|||
 |
|||
Алилфенил етер 2-Алилфенол
Реакция:
То се осъществява по следния механизъм:
Пренареждането на Claisen се получава и при нагряване на алил винилов етер или 3,3-диметил-1,5-хексадиен: AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
3.9 Поликондензация
Поликондензация на фенол с формалдехид (тази реакция води до образуването на фенолформалдехидна смола:
3.10 Окисляване
Фенолите лесно се окисляват дори под въздействието на атмосферния кислород. Така, когато стои на въздух, фенолът постепенно става розово-червен. По време на енергичното окисляване на фенол с хромна смес основният продукт на окисление е хинон. Двуатомните феноли се окисляват още по-лесно. Окислението на хидрохинон произвежда хинон.
3.11 Киселинни свойства
Киселинните свойства на фенола се проявяват при реакции с алкали (старото наименование "карболова киселина" е запазено):
C6H5OH + NaOH<->C6H5ONa + H2O
Фенолът обаче е много слаба киселина. Когато газовете въглероден диоксид или серен диоксид преминават през разтвор на фенолати, се освобождава фенол - тази реакция предполага, че фенолът е по-слаба киселина от въглеродния и серния диоксид:
C6H5ONa + CO2 + H2O -> C6H5ON + NaHCO3
Киселинните свойства на фенолите се отслабват чрез въвеждането на заместители от първия вид в пръстена и се засилват чрез въвеждането на заместители от втория вид.
4. Методи за получаване
Производство на фенол в индустриален мащабизвършва по три начина:
– Кумолен метод. Този метод произвежда повече от 95% от целия фенол, произведен в света. В каскада от колони с мехурчета кумолът се подлага на некаталитично окисление с въздух, за да се образува кумолов хидропероксид (CHP). Полученият CHP, катализиран от сярна киселина, се разлага до образуване на фенол и ацетон. В допълнение, α-метилстиренът е ценен страничен продукт от този процес.
– Около 3% от общия фенол се получава чрез окисляване на толуен, с междинно образуване на бензоена киселина.
– Всички останали феноли се изолират от каменовъглен катран.
4.1 Окисляване на кумол
Фенолите се изолират от въглищен катран, както и от продуктите на пиролизата на кафяви въглища и дървесина (катран). Самият индустриален метод за производство на фенол C6H5OH се основава на окисление ароматен въглеводородкумол (изопропилбензен) с атмосферен кислород, последвано от разлагане на получения хидропероксид, разреден с H2SO4. Реакцията протича с висок добив и е привлекателна с това, че позволява да се получат едновременно два технически ценни продукта - фенол и ацетон. Друг метод е каталитичната хидролиза на халогенирани бензени.
4.2 Получаване от халобензени
При нагряване на хлоробензен и натриев хидроксид под налягане се получава натриев фенолат, при по-нататъшна обработка на който с киселина се образува фенол:
С6Н5-CI + 2NaOH -> С6Н5-ONa + NaCl + Н2O
4.3 Получаване от ароматни сулфонови киселини
Реакцията се провежда чрез сливане на сулфонови киселини с основи. Първоначално образуваните феноксиди се третират със силни киселини, за да се получат свободни феноли. Методът обикновено се използва за получаване на поливалентни феноли:
4.4 Получаване от хлоробензен
Известно е, че хлорният атом е здраво свързан с бензеновия пръстен, поради което реакцията на заместване на хлора с хидроксилна група се извършва при тежки условия (300 ° C, налягане 200 MPa):
C6H5-Cl + NaOH – > C6H5-OH + NaCl
5. Приложение на феноли
Като дезинфектант се използва фенолен разтвор (карболова киселина). Двуатомните феноли - пирокатехол, резорцин (фиг. 3), както и хидрохинонът (пара-дихидроксибензен) се използват като антисептици (антибактериални дезинфектанти), добавят се към дъбилни средства за кожи и кожи, като стабилизатори за смазочни масла и каучук, а също и за обработка на фотографски материали и като реактиви в аналитичната химия.
Фенолите се използват ограничено под формата на отделни съединения, но техните различни производни се използват широко. Фенолите служат като изходни съединения за производството на различни полимерни продукти - фенолни смоли, полиамиди, полиепоксиди. От феноли се получават много лекарства, например аспирин, салол, фенолфталеин, освен това багрила, парфюми, пластификатори за полимери и продукти за растителна защита.
Световното потребление на фенол има следната структура:
· 44% от фенола се изразходва за производството на бисфенол А, който от своя страна се използва за производството на поликарбонат и епоксидни смоли;
· 30% от фенола се изразходва за производството на фенолформалдехидни смоли;
· 12% от фенола се превръща чрез хидрогениране в циклохексанол, използван за производство на изкуствени влакна - найлон и найлон;
· останалите 14% се изразходват за други нужди, включително производството на антиоксиданти (йонол), нейонни повърхностноактивни вещества - полиоксиетилирани алкилфеноли (неоноли), други феноли (крезоли), лекарства (аспирин), антисептици (ксероформ) и пестициди.
· 1,4% фенол се използва в медицината (орацепт) като аналгетик и антисептик.
6. Токсични свойства
Фенолът е отровен. Причинява дисфункция нервна система. Прахът, парите и разтворът на фенол дразнят лигавиците на очите, дихателните пътища и кожата (ПДК 5 mg/m³, във водоеми 0,001 mg/l).
Реакция на комплексообразуване с железни (III) йони
Основава се на свойствата на фенолния хидроксил да образува разтворими комплексни съединения, често оцветени в синьо (фенол) или виолетово (резорцинол, салицилова киселина), по-рядко червено (PAS - натрий) и зелено (хинозол, адреналин).
Съставът на комплексите и следователно техният цвят се определят от количеството фенолни хидроксили, влиянието на други функционални групи и реакцията на околната среда.
Резорцинол
Реакция на образуване на оксиазо съединения.
Това е много чувствителна цветна реакция
Азо свързването може също да се случи в о-позиция спрямо фенолния хидроксил. Резорцинът образува резорцинолово жълто багрило:
Реакцията на Либерман. Реакцията се извършва чрез сливане на кристали от резорцинол и нитрозо съединение. След това добавете концентриран сярна киселинаПоявява се лилав цвят.
Окислителни реакции. При окисляване на фенолите се получава смес от оцветени вещества. Така при излагане на хипохлорити или бромна вода в присъствието на амоняк се образуват хинони, хинонимини и индофеноли.
Резорцин - кафеникаво-жълт цвят
Реакции на кондензация. Когато резорцинолът се слее с фталов анхидрид (или с калиев хидрофталат), се образува жълто-червена стопилка:
Когато стопилката се разтвори в разтвор на натриев хидроксид, се появява интензивна зелена флуоресценция (поради образуването на хиноиден пръстен в молекулата):
При взаимодействие на фталов анхидрид с фенол се образува фенолфталеин, който има лилав цвят в алкална среда, а тимолът образува тимолфталеин, който при същите условия придобива син цвят.
Реакции на заместване (с бромна вода и азотна киселина)
Реакциите се основават на способността на фенолите да бъдат бромирани и нитрирани поради заместването на мобилния водороден атом в орто и пара позиции.
Бромо производните се утаяват като бяла утайка, докато нитро производните са жълти.
резорцинол бяла утайка
жълто оцветяване