Scopul lucrării
Scopul lucrării este de a efectua reacții de oxidare și condensare pentru fenol și derivații săi.
Partea teoretică
Fenolii sunt compuși aromatici care au grupări hidroxil asociate direct cu ciclul aromatic. Pe baza numărului de hidroxili, se disting fenolii monohidrici, diatomici și poliatomici. Cel mai simplu dintre ele, oxibenzenul, se numește fenol. Derivații hidroxi ai toluenului (metilfenoli) se numesc orto-, meta- și para-crezoli, iar derivații hidroxi ai xilenilor se numesc xilenoli. Fenolii din seria naftalinelor se numesc naftoli. Cei mai simpli fenoli diatomici se numesc: o - dioxibenzen - pirocatecol, m - dioxibenzen - resorcinol, n-dioxibenzen - hidrochinona.
Mulți fenoli sunt ușor oxidați, rezultând adesea un amestec complex de produse. În funcție de agentul oxidant și de condițiile de reacție, se pot obține diferiți produse. Astfel, în timpul oxidării în fază de vapori (t = 540 0) a o - xilenului se obţine anhidridă ftalică. Reacție calitativă pentru fenoli este un test cu o soluție de clorură ferică, care produce un ion colorat. Fenolul dă o culoare roșu-violet, cresolii dau o culoare albastră, iar alți fenoli dau o culoare verde.
O reacție de condensare este un proces intramolecular sau intermolecular de formare a unei noi legături C-C, care are loc de obicei cu participarea reactivilor de condensare, al căror rol poate fi foarte diferit: are un efect catalitic, produce produse reactive intermediare sau pur și simplu se leagă. o particulă scindată, schimbând echilibrul în sistem.
Reacția de condensare cu eliminarea apei este catalizată de o varietate de reactivi: acizi tari, alcaline puternice (hidroxizi, alcoolați, amide, hidruri de metale alcaline, amoniac, amine primare și secundare).
Comanda de lucru
În această lucrare, testăm posibilitatea oxidării fenolilor și a formării ftaleinelor prin reacția de condensare.
3.1 Oxidarea fenolului și naftolului
Oxidarea se efectuează cu o soluție de permanganat de potasiu în prezența unei soluții de carbonat de sodiu (sodă).
3.1.1 echipamente și reactivi:
Eprubete;
pipete;
Fenol – soluție apoasă;
Naftol - soluție apoasă;
permanganat de potasiu (soluție apoasă 0,5%);
Carbonat de sodiu (soluție apoasă 5%);
3.1.2 Efectuarea experimentului:
a) se pune 1 ml într-o eprubetă soluție apoasă fenol sau naftol;
b) se adaugă 1 ml soluție de carbonat de sodiu (sodă);
c) se adaugă soluție de permanganat de potasiu picătură cu picătură în timp ce se agită eprubeta. Observați schimbarea culorii soluției.
Oxidarea fenolilor are loc de obicei în direcții diferite și duce la formarea unui amestec complex de substanțe. Oxidarea mai ușoară a fenolilor, în comparație cu hidrocarburile aromatice, se datorează influenței grupării hidroxil, care crește brusc mobilitatea atomilor de hidrogen la alți atomi de carbon ai otravii de benzen.
3.2 Formarea ftaleinelor.
3.2.1 Prepararea fenolftaleinei.
Fenolftaleina se formează prin reacția de condensare a fenolului cu anhidrida ftalică în prezența acidului sulfuric concentrat.
Anhidrida ftalică se condensează cu fenolii pentru a da derivați de trifeniletan. Condensarea este însoțită de eliminarea apei datorită oxigenului uneia dintre grupările carbonil ale anhidridei și atomilor mobili de hidrogen ai nucleelor benzenice a două molecule de fenol. Introducerea agenților de deshidratare precum acidul sulfuric concentrat facilitează foarte mult această condensare.
Fenolul formează fenolftaleina prin următoarea reacție:
/ \ /
H H C
3.2.1.1 Echipamente și reactivi:
Eprubete;
pipete;
Aragaz electric;
anhidridă ftalică;
Acid sulfuric diluat 1:5;
3.2.1.2 Realizarea experimentului:
b) adăugați aproximativ de două ori cantitatea de fenol în aceeași eprubetă;
c) se agită de mai multe ori conținutul eprubetei și se adaugă cu grijă 3-5 picături de acid sulfuric concentrat, continuând să se agite;
d) se încălzește eprubeta pe o plită fierbinte până când apare o culoare roșu închis;
e) se răcește eprubeta și se adaugă în ea 5 ml apă;
f) se adaugă o soluție alcalină picătură cu picătură la soluția rezultată și se observă schimbarea culorii;
g) după schimbarea culorii, se adaugă câteva picături de acid sulfuric diluat în conținutul eprubetei până când culoarea inițială revine sau până când apare decolorarea.
3.2.2 Prepararea fluoresceinei.
Fluoresceina se formează prin reacția de condensare a resorcinolului cu anhidrida ftalică în prezența acidului sulfuric concentrat.
Fenolii diatomici cu grupări hidroxil în poziţia meta, intrând în condensare, eliberează două molecule de apă, una datorită oxigenului uneia dintre grupările carbonil ale anhidridei şi atomilor mobili de hidrogen ai nucleelor benzenice a două molecule de fenol. a doua moleculă de apă este eliberată datorită grupărilor hidroxil a două molecule de fenol pentru a forma un inel cu șase atomi.
Resorcinolul formează fluoresceina prin următoarea reacție:
OH HO OH HO OH
/ \ / \ /
H H C
3.2.1.1.Echipamente și reactivi:
Eprubete;
pipete;
Aragaz electric;
anhidridă ftalică;
Resorcinol;
Acid sulfuric concentrat;
Soluție de sodiu caustic (5-10%);
3.2.2.1 Realizarea experimentului:
a) se cântăresc 0,1-0,3 g anhidridă ftalică și se pun într-o eprubetă;
b) se adaugă aproximativ de două ori cantitatea de resorcinol în aceeași eprubetă și se amestecă prin agitare;
c) se adaugă cu grijă 3-5 picături de acid sulfuric concentrat în conținutul eprubetei;
d) se încălzește amestecul într-o eprubetă până când apare o culoare roșu închis. Încălziți la o sobă electrică;
e) se răcește conținutul eprubetei și se adaugă 5 ml apă;
f) se adaugă 2-3 picături din soluția rezultată într-o eprubetă curată, se adaugă 1 ml de soluție alcalină și se diluează cu multă apă. Observați schimbarea culorii.
3.2.3 Formarea Aurinei
Aurina se obtine prin condensarea acidului oxalic cu fenol in prezenta acidului sulfuric.
Când este încălzit în prezența acidului sulfuric, acidul oxalic se condensează cu trei molecule de fenol, despărțind apa și monoxidul de carbon pentru a forma aurină.
 |
|||
 |
|||
H-O- -H H- -OH
-H. OH O =
| . C = O +3H2O+CO
H - C
3.2.3.1. Echipamente și reactivi:
Eprubete;
pipete;
Acid oxalic;
Acid sulfuric concentrat;
3.2.3.2 Realizarea experimentului:
a) se cântăresc 0,02-0,05 g acid oxalic și aproximativ de două ori mai mult fenol;
b) se pun ambii reactivi intr-o eprubeta si se amesteca prin agitare;
c) se adaugă 1-2 picături de acid sulfuric concentrat în eprubetă;
d) se încălzește cu grijă eprubeta cu amestecul până când începe să fiarbă și apare o culoare galben intens;
e) se răcește eprubeta, se adaugă 3-4 ml apă și se agită. Observați culoarea care apare;
f) se adaugă câteva picături de soluție alcalină la soluția rezultată și se observă schimbarea culorii;
3.3 Descompunerea ureei (amida acidului carbomic) când este încălzită.
Când este încălzită peste punctul său de topire, ureea se descompune, eliberând amoniac. La o temperatură de 150 0 -160 0 C, două molecule de uree desprind o moleculă de amoniac și dau biureat, care este foarte solubil în apă caldă:
H2N-OO-NH2+H-NH-OO-NH2H2N-CO-NH-CO-NH2 +NH3
Biureatul se caracterizează prin formarea unui compus complex roșu strălucitor într-o soluție alcalină cu săruri de cupru, care are următoarea compoziție într-o soluție de hidroxid de sodiu:
(NH2CONHCONH2)2*2NaOH*Cu(OH)2
3.3.1 Echipamente și reactivi:
Eprubete;
Aragaz electric;
uree (carbamidă);
Soluție de sodiu caustic (5-7%);
Soluție de sulf de cupru (1%).
3.3.2 Realizarea experimentului:
a) se cântăresc 0,2-0,3 g uree și se pun într-o eprubetă uscată;
b) se încălzește eprubeta pe o plită;
c) observați modificările care au loc: topire, eliberare de amoniac, solidificare;
d) se răcește eprubeta;
e) se adaugă 1-2 ml într-o eprubetă răcită apă caldă, se agită și se toarnă într-o altă eprubetă;
f) se adaugă 3-4 picături de soluție de sodă caustică la soluția tulbure rezultată până când este transparentă. Apoi adăugați o picătură de soluție de acid sulfuric de cupru și observați schimbarea culorii (apare o frumoasă culoare violet).
Informații conexe.
O substanță organică din grupul fenolilor, un simplu fenol biatomic. Printre chimiști, sunt folosite și denumirile de resorcinol și 1,3-dihidroxibenzen. Formula resorcinolului este similară cu formulele hidrochinonei și pirocatechinei, diferența este în structura moleculei; în modul în care sunt atașate grupările OH.
Proprietăți
Substanța este cristale în formă de ac fără culoare sau pulbere cristalină albă cu un miros fenolic înțepător. Uneori, pudra poate avea o nuanță roz sau gălbuie. Dacă devine puternic colorat, roz-portocaliu sau maro, înseamnă că reactivul nu a fost depozitat corect și s-a oxidat. Resorcinolul este un pericol de incendiu. Solubil în apă, eter dietilic, alcool etilic, acetonă. Poate fi dizolvat în uleiuri, glicerină. Aproape insolubil în cloroform, disulfură de carbon, benzen.
Reactivul prezintă proprietăți chimice fenoli. Agent reducător puternic, ușor de oxidat. Reacționează cu alcalii, formând săruri fenolate; cu amoniac, halogeni, cu acizi tari (de exemplu, nitric, sulfuric, picric, acetic glacial).
Pentru determinarea calitativă a resorcinolului, se folosesc următoarele reacții:
- cu clorură ferică - soluția devine violet intens, aproape neagră;
- fuziunea cu anhidrida ftalica in prezenta unui catalizator duce la formarea unei substante fluorescente colorate caracteristic, de culoare verde - fluoresceina. Fluoresceina în sine are o soluție galben-roșie (reacția distinge resorcinolul de alți fenoli).
Praful de resorcinol și în special vaporii săi irită pielea, organele respiratorii și membranele mucoase ale ochilor. Inhalarea vaporilor de reactivi și a prafului provoacă tuse, greață, bătăi rapide ale inimii și amețeli, așa că trebuie să lucrați cu resorcinol folosind aparate respiratorii sau măști, ochelari de protecție, îmbrăcăminte specială și o zonă ventilată. Dacă suspectați otrăvire, trebuie să spălați zona de expunere la reactiv cu multă apă, să duceți victima la aer curat și să sunați la medic.
Depozitați resorcinolul într-un recipient ermetic, în încăperi întunecate, uscate, răcoroase, strict separate de substanțele inflamabile.
Aplicație
Resorcinolul este solicitat în industria chimică ca materie primă 
pentru producerea de coloranți artificiali, fluoresceină, rășini resorcinol-formaldehidă, solvenți, stabilizatori, plastifianți și absorbanți UV pentru materiale plastice.
- In chimia analitica se foloseste in studii colorimetrice. Este folosit pentru a determina conținutul de zinc, plumb, carbohidrați, furfural, lignină etc.
- În industria cauciucului.
- În industria blănurilor, ca vopsea pentru blană.
- Foarte utilizat pe scară largă în medicină și produse farmaceutice. Este folosit ca dezinfectant, cauterizant, agent de vindecare a rănilor și antihelmintic. Inclus în soluții și unguente pentru tratamentul diferitelor boli de piele, inclusiv fungice și purulente; acnee, seboree, dermatită, eczeme, pete de vârstă.
- Pentru a obține explozibili.
Anhidridă ftalică Fenolftaleină
Când anhidrida ftalică este topită cu resorcinol în prezența clorurii de zinc, are loc o reacție similară și se formează fluoresceină:
Resorcinol Fluoresceină
3.8 Claisen rearanjare
Fenolii suferă reacții de alchilare Friedel-Crafts. De exemplu, atunci când interacționează f
enol cu bromură de alil în prezența clorurii de aluminiu, se formează 2-alilfenol:
Același produs se formează și atunci când alilfenil eterul este încălzit ca rezultat al unei reacții intramoleculare numită rearanjament Claisen:
 |
|||
 |
|||
Alilfenil eter 2-Alilfenol
Reacţie:
Are loc după următorul mecanism:
Rearanjarea Claisen apare și atunci când alilvinil eterul sau 3,3-dimetil-1,5-hexadiena este încălzită: AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
3.9 Policondensare
Policondensarea fenolului cu formaldehidă (această reacție are ca rezultat formarea rășinii fenol-formaldehidă:
3.10 Oxidare
Fenolii sunt ușor de oxidat chiar și sub influența oxigenului atmosferic. Astfel, atunci când sta în aer, fenolul devine treptat roz-roșu. În timpul oxidării viguroase a fenolului cu un amestec de crom, principalul produs de oxidare este chinona. Fenolii diatomici se oxidează și mai ușor. Oxidarea hidrochinonei produce chinonă.
3.11 Proprietăți acide
Proprietățile acide ale fenolului se manifestă în reacții cu alcalii (vechea denumire „acid carbolic” a fost păstrată):
C6H5OH + NaOH<->C6H5ONa + H2O
Fenolul, cu toate acestea, este un acid foarte slab. Când dioxidul de carbon sau gazele de dioxid de sulf sunt trecute printr-o soluție de fenolați, fenolul este eliberat - această reacție sugerează că fenolul este un acid mai slab decât dioxidul de carbon și dioxidul de sulf:
C6H5ONa + CO2 + H2O -> C6H5ON + NaHCO3
Proprietățile acide ale fenolilor sunt slăbite prin introducerea de substituenți de primul fel în inel și îmbunătățite prin introducerea de substituenți de al doilea fel.
4. Modalitati de obtinere
Producția de fenol în scara industriala realizat în trei moduri:
– metoda cumenului. Această metodă produce mai mult de 95% din totalul fenolului produs în lume. Într-o cascadă de coloane cu bule, cumenul este supus oxidării necatalitice prin aer pentru a forma hidroperoxid de cumen (CHP). CHP rezultat, catalizat de acid sulfuric, se descompune pentru a forma fenol și acetonă. În plus, α-metilstirenul este un produs secundar valoros al acestui proces.
– Aproximativ 3% din fenolul total se obține prin oxidarea toluenului, cu formarea intermediară a acidului benzoic.
– Toate celelalte fenoli sunt izolate din gudronul de cărbune.
4.1 Oxidarea cumenului
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 oxidare hidrocarbură aromatică cumen (izopropilbenzen) cu oxigenul atmosferic, urmat de descompunerea hidroperoxidului rezultat, diluat cu H2SO4. Reacția are loc cu 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.
4.2 Preparare din halobenzeni
Când clorbenzenul și hidroxidul de sodiu sunt încălzite sub presiune, se obține fenolat de sodiu, după prelucrarea ulterioară a căruia cu acid, se formează fenol:
С6Н5-CI + 2NaOH -> С6Н5-ONa + NaCl + Н2O
4.3 Preparare din acizi sulfonici aromatici
Reacția se realizează prin topirea acizilor sulfonici cu alcalii. Fenoxizii formați inițial sunt tratați cu acizi tari pentru a obține fenoli liberi. Metoda este de obicei utilizată pentru a obține fenoli polihidroxici:
4.4 Preparare din clorbenzen
Se știe că atomul de clor este strâns legat de inelul benzenic, prin urmare reacția de înlocuire a clorului cu o grupare hidroxil se desfășoară în condiții dure (300 °C, presiune 200 MPa):
C6H5-Cl + NaOH – > C6H5-OH + NaCl
5. Aplicarea fenolilor
O soluție de fenol este utilizată ca dezinfectant (acid carbolic). Fenolii diatomici - pirocatecol, resorcinol (Fig. 3), precum și hidrochinona (para-dihidroxibenzen) sunt utilizați ca antiseptice (dezinfectanți antibacterieni), adăugați la agenții de tăbăcire pentru piele și blană, ca stabilizatori pentru uleiuri lubrifiante și cauciuc, precum și pentru prelucrarea materialelor fotografice şi 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 unei varietăți de produse polimerice - rășini fenolice, 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.
Consumul mondial de fenol are următoarea structură:
· 44% din fenol este cheltuit pentru producerea de bisfenol A, care, la rândul său, este folosit pentru producerea de rășini policarbonatice și epoxidice;
· 30% din fenol este cheltuit pentru producerea de rășini fenol-formaldehidice;
· 12% din fenol este transformat prin hidrogenare în ciclohexanol, folosit la producerea fibrelor artificiale - nailon și nailon;
· restul de 14% este cheltuit pentru alte nevoi, inclusiv pentru producerea de antioxidanți (ionol), surfactanți neionici - alchilfenoli polioxietilati (neonoli), alți fenoli (crezoluri), medicamente (aspirina), antiseptice (xeroform) și pesticide.
· 1,4% fenol este utilizat în medicină (oracept) ca analgezic și antiseptic.
6. Proprietăți toxice
Fenolul este otrăvitor. Provoacă disfuncție sistemul nervos. Praful, vaporii și soluția de fenol irită membranele mucoase ale ochilor, căilor respiratorii și pielii (MPC 5 mg/m³, în rezervoare 0,001 mg/l).
Reacția de complexare cu ioni de fier (III).
Se bazează pe proprietățile hidroxilului fenolic de a forma compuși complecși solubili, adesea colorați în albastru (fenol) sau violet (rezorcinol, acid salicilic) mai rar în roșu (PAS - sodiu) și verde (chinosol, adrenalină).
Compoziția complexelor și, în consecință, culoarea lor este determinată de cantitatea de hidroxili fenolici, de influența altor grupe funcționale și de reacția mediului.
Resorcinol
Reacția de formare a compușilor oxiazo.
Aceasta este o reacție de culoare foarte sensibilă
Cuplarea azo poate avea loc, de asemenea, în poziţia o faţă de hidroxilul fenolic. Resorcinolul formează colorant galben de resorcinol:
Reacția lui Lieberman. Reacția se realizează prin fuziunea cristalelor de resorcinol și a unui compus nitrozo. Apoi adăugați concentrat acid sulfuric Apare o culoare violet.
Reacții de oxidare. Când fenolii sunt oxidați, se obține un amestec de substanțe colorate. Astfel, atunci când sunt expuse la hipocloriți sau la apă cu brom în prezența amoniacului, se formează chinone, imine chinonice și indofenoli.
Resorcinol - culoare galben-maronie
Reacții de condensare. Când resorcinolul este fuzionat cu anhidridă ftalică (sau cu hidroftalat de potasiu), se formează o topitură galben-roșie:
Când topitura este dizolvată într-o soluție de hidroxid de sodiu, apare o fluorescență verde intensă (datorită formării unui inel chinoid în moleculă):
Când anhidrida ftalică reacţionează cu fenolul, se formează fenolftaleina, care are o culoare violetă într-un mediu alcalin, iar timolul formează timolftaleina, care capătă culoarea albastră în aceleaşi condiţii.
Reacții de substituție (cu apă cu brom și acid azotic)
Reacțiile se bazează pe capacitatea fenolilor de a fi bromurați și nitrați datorită înlocuirii atomului de hidrogen mobil în pozițiile orto și para.
Derivații bromo precipită ca un precipitat alb, în timp ce derivații nitro sunt galbeni.
precipitat alb de resorcinol
colorare galbenă