fenolen.

1. Definitie. Classificatie.

2. Nomenclatuur en isomerie. belangrijkste vertegenwoordigers

3. Ontvangst:

4. Fysische eigenschappen:

5. Chemische eigenschappen:

6. Toepassing. Impact op de menselijke gezondheid.

fenolen zijn benzeenderivaten met één of meer hydroxylgroepen.

Classificatie.

afhankelijk van het aantal hydroxygroepen Fenolen worden door atomiciteit verdeeld in: één-, twee- en drie-atomair.

Door de mate van vluchtigheid van stoffen ze zijn meestal verdeeld in twee groepen - vluchtige fenolen met stoom (fenol, cresolen, xylenolen, guaiacol, thymol) en niet-vluchtige fenolen (resorcinol, catechol, hydrochinon, pyrogallol en andere meerwaardige fenolen). Hieronder wordt ingegaan op de structuur en nomenclatuur van individuele vertegenwoordigers.

Nomenclatuur en isomerie. belangrijkste vertegenwoordigers.

De eerste vertegenwoordiger wordt in de regel genoemd door triviale nomenclatuur, fenol (oxybenzeen, verouderd carbolzuur).

https://pandia.ru/text/78/359/images/image005_11.gif" width="409" height="104">

3,5-dimethylfenol 4-ethylfenol

Vaak voor fenolen verschillende graden substituties gebruiken triviale namen.

Bon

1) Isolatie uit producten van droge koolteer, evenals uit pyrolyseproducten van bruinkool en hout (teer).

2) Door benzeensulfonzuur. Ten eerste wordt benzeen behandeld door te verwarmen met geconcentreerd zwavelzuur

C6H6 + H2SO4 = C6H5SO3H + H2O

Het resulterende benzeensulfonzuur wordt gefuseerd met alkali

C6H5SO3H + 3NaOH = C6H5ONa + 2H2O + Na2SO3

Na behandeling van het fenolaat met een sterk zuur wordt fenol verkregen.

3) Cumeenmethode (gebaseerd op de oxidatie) aromatische koolwaterstof cumeen (isopropylbenzeen) met zuurstof uit de lucht, gevolgd door ontleding van het resulterende hydroperoxide verdund met H2SO4). De reactie vindt plaats met een hoge opbrengst en is aantrekkelijk omdat het je in staat stelt om twee technisch waardevolle producten tegelijk te krijgen - fenol en aceton (je moet het zelf overwegen).

Fysieke eigenschappen

Fenol Het is een kleurloos naaldvormig kristal dat roze kleurt in de lucht door oxidatie, wat resulteert in gekleurde producten. Ze hebben een specifieke geur van gouache. Laten we oplossen in water (6 g op 100 g water), in oplossingen van alkaliën, in alcohol, in benzeen, in aceton.

Bij het werken met fenol is het noodzakelijk om veiligheidsmaatregelen in acht te nemen: werk onder een afzuigkap, gebruik persoonlijke beschermingsmiddelen, omdat het brandwonden veroorzaakt wanneer het in contact komt met de huid.

Chemische eigenschappen van fenolen

De structuur van het fenolmolecuul

De benzeenring en de OH-groep, gecombineerd in het fenolmolecuul, beïnvloeden elkaar en verhogen wederzijds de reactiviteit van elkaar. De fenylgroep trekt het eenzame elektronenpaar weg van het zuurstofatoom in de OH-groep.

https://pandia.ru/text/78/359/images/image007_10.gif" width="348" height="62">

Katalytische interactie met alcoholen leidt tot: ethers, en als gevolg van reactie met anhydriden of zuurchloriden carbonzuren gevormd esters. Dit zijn reacties die lijken op de reacties van alcoholen die in het laatste college zijn bestudeerd (ze worden ook wel o-alkylering en o-acylering genoemd).

2. Reacties met de abstractie van de OH-groep

Bij interactie met ammoniak (bij verhoogde temperatuur en druk) wordt de OH-groep vervangen door NH2 en wordt aniline gevormd.

3. Substitutiereacties van waterstofatomen in de benzeenring

(elektrofiele substitutiereacties) .

De OH-groep is een activerend oriënterend middel van de eerste soort. daarom worden tijdens halogenering, nitrering, sulfonering en alkylering van fenol centra met verhoogde elektronendichtheid aangevallen, d.w.z. substitutie vindt voornamelijk plaats in ortho- en paar- bepalingen. Dergelijke reacties werden in detail bestudeerd in de lezing over de oriëntatieregels in de benzeenring.

Reacties van fenolen met halogenen snel te werk gaan, zonder katalysatoren.

o-chloor- en p-chloorfenol

Fenol op het werk conc.HNO3 verandert in 2,4,6-trinitrofenol (picrinezuur). Nitratie gaat gepaard met oxidatie, waardoor de productopbrengst laag is.

Mononitrofenolen worden gevormd door nitrering van fenol met verdund salpeterzuur (bij kamertemperatuur).

o-nitro- en p-nitrofenol

Fenol wordt gemakkelijk gesulfoneerd geconcentreerdH2 DUS 4, terwijl bij een temperatuur van 15-20°C het o-isomeer voornamelijk wordt verkregen, en bij 100°C het p-isomeer.

o-fenol en p-fenolsulfonzuren

Fenolen worden ook gemakkelijk blootgesteld alkylering en acylering in de kern.

Een van de meest opvallende reacties is de verhitting van fenolen met ftaalzuuranhydride in aanwezigheid van zwavelzuur, wat leidt tot de productie van triarylmethyleenkleurstoffen, fenolftaleïnen genaamd.

Aspirine" href = "/text/category/aspirin/" rel="bookmark"> aspirine. Natrium- en kaliumfenolaten interageren met CO2. Bij een temperatuur van 125 ° C wordt een o-isomeer van fenolcarbonzuur verkregen, dat geacyleerd is bij de OH-groep om aspirine te vormen.

Het is belangrijk om nog twee kwalitatieve reacties van fenolen op te merken:

1) De reactie van fenolen met broom: het gaat erg snel en het is erg moeilijk om het te stoppen in het stadium van monobromering. Als resultaat wordt 2.4.6-tribroomfenol gevormd - een wit neerslag.

De reactie wordt gebruikt om fenol in water te detecteren: troebelheid is merkbaar, zelfs bij een extreem laag fenolgehalte in water (1: 100.000).

2) Reactie met Fe(III)-zouten. De reactie is gebaseerd op de vorming van paarse ijzerfenolaatcomplexen.

https://pandia.ru/text/78/359/images/image023_0.gif" width="204" height="49">

Hydrogenering met waterstof in aanwezigheid van een nikkelkatalysator werkt in op de aromatische ring, waardoor deze wordt verminderd.

4. Fenol oxidatie

Fenolen zijn gevoelig voor de werking van oxidatiemiddelen. Onder invloed van chroomzuur worden fenol en hydrochinon geoxideerd tot p-benzochinon en catechol tot o-benzochinon. Metarivatieven van fenol worden vrij moeilijk geoxideerd.

Afwerkingsmaterialen en werken fenolen en hun derivaten.

Daarom is het noodzakelijk om waakzaam te zijn en actie te ondernemen bij de eerste symptomen van vergiftiging. Onthoud als je je zorgen maakt slechte geur een recent gekocht artikel, als u denkt dat uw gezondheid is verslechterd na het kopen van meubels of een recente reparatie, kunt u beter een milieuspecialist bellen die noodzakelijk onderzoek en zal de nodige aanbevelingen geven dan in angst en twijfel te verkeren, vrezend voor uw gezondheid en de gezondheid van uw dierbaren.

Tweede Wereldoorlog fenol is gebruikt in concentratie kampen Derde Rijk voor moord.

Serieus, fenol heeft ook invloed op omgeving: in niet of licht vervuild rivierwater is het gehalte aan fenolen meestal niet hoger dan 20 µg/dm3. Het overschrijden van de natuurlijke achtergrond kan een indicatie zijn van vervuiling van waterlichamen. In verontreinigd met fenolen natuurlijke wateren hun inhoud kan tientallen en zelfs honderden microgrammen in 1 liter bereiken. MPC van fenolen in water voor Rusland is 0,001 mg/dm3

Analyse van water voor fenol is belangrijk voor natuurlijke en Afvalwater. Het is noodzakelijk om het water te testen op het fenolgehalte als er een vermoeden bestaat van vervuiling van waterlopen door industrieel afvalwater.

Fenolen zijn onstabiele verbindingen en ondergaan biochemische en chemische oxidatie . Polyhydrische fenolen worden voornamelijk vernietigd door chemische oxidatie.

Wanneer water dat fenolverontreinigingen bevat echter wordt behandeld met chloor, kunnen zich zeer gevaarlijke organische verbindingen vormen. giftige stoffen - dioxines.

De concentratie van fenolen in oppervlaktewateren blootgesteld seizoensveranderingen. BIJ zomerperiode het gehalte aan fenolen daalt (met toenemende temperatuur neemt de afbraaksnelheid toe). Afdaling in reservoirs en stromen van fenolisch water verslechtert hun algemene hygiënische toestand sterk en tast levende organismen niet alleen aan door de toxiciteit, maar ook significante verandering regime van biogene elementen en opgeloste gassen (zuurstof, kooldioxide). Door chlorering van water dat fenolen bevat, worden stabiele verbindingen van chloorfenolen gevormd, waarvan de geringste sporen (0,1 µg/dm3) het water een karakteristieke smaak geven.

Op basis van benzeen. Bij normale omstandigheden zijn solide giftige stoffen met een specifiek aroma. In de moderne industrie spelen deze chemische verbindingen een belangrijke rol. Qua gebruik behoren fenol en zijn derivaten tot de twintig meest populaire chemische bestanddelen in de wereld. Ze worden veel gebruikt in de chemische en lichte industrie, farmaceutica en energie. Daarom, het verkrijgen van fenol in industriële schaal- een van de belangrijkste taken van de chemische industrie.

Fenol aanduidingen

De oorspronkelijke naam van fenol is carbolzuur. Later leerde deze verbinding de naam "fenol". De formule van deze stof wordt weergegeven in de figuur:

De fenolatomen zijn genummerd vanaf het koolstofatoom dat is verbonden met de OH-hydroxogroep. De reeks gaat zo verder dat de andere gesubstitueerde atomen de laagste nummers krijgen. Fenolderivaten bestaan ​​in de vorm van drie elementen, waarvan de kenmerken worden verklaard door het verschil in hun structurele isomeren. Verschillende ortho-, meta-, paracresolen zijn slechts een wijziging van de basisstructuur van de verbinding benzeen ring en een hydroxylgroep, waarvan de basiscombinatie een fenol is. De formule van deze stof in chemische notatie ziet eruit als C 6 H 5 OH.

Fysische eigenschappen van fenol

Visueel is fenol een vaste kleurloze kristallen. In de open lucht oxideren ze, waardoor de stof een eigenschap krijgt roze tint. Onder normale omstandigheden is fenol nogal slecht oplosbaar in water, maar met een temperatuurstijging tot 70 ° C neemt dit cijfer sterk toe. In alkalische oplossingen is deze stof in elke hoeveelheid en bij elke temperatuur oplosbaar.

Deze eigenschappen blijven ook behouden in andere verbindingen, waarvan het hoofdbestanddeel fenolen zijn.

Chemische eigenschappen

De unieke eigenschappen van fenol worden verklaard door zijn interne structuur. In het molecuul hiervan chemisch p-orbitaal van zuurstofvormen verenigd p-systeem met een benzeenring. Deze nauwe interactie verhoogt de elektronendichtheid van de aromatische ring en verlaagt die van het zuurstofatoom. In dit geval neemt de polariteit van de bindingen van de hydroxogroep aanzienlijk toe en kan de waterstof in zijn samenstelling gemakkelijk worden vervangen door een alkalimetaal. Zo ontstaan ​​verschillende fenolaten. Deze verbindingen ontleden niet met water, zoals alcoholaten, maar hun oplossingen lijken erg op zouten van sterke basen en zwakke zuren, dus ze hebben een vrij uitgesproken alkalische reactie. Fenolaten interageren met verschillende zuren, als gevolg van de reactie worden fenolen gereduceerd. De chemische eigenschappen van deze verbinding zorgen ervoor dat het kan interageren met zuren, waardoor esters worden gevormd. Zo leidt de interactie van fenol en azijnzuur tot de vorming van fenylester (fenyacetaat).

Algemeen bekend is de nitreringsreactie, waarbij onder invloed van 20% salpeterzuur fenol vormt een mengsel van para- en orthonitrofenolen. Als fenol wordt behandeld met geconcentreerd salpeterzuur, wordt 2,4,6-trinitrofenol verkregen, dat soms picrinezuur wordt genoemd.

Fenol in de natuur

Als zelfstandige stof komt fenol in de natuur voor in koolteer en in bepaalde soorten olie. Maar voor industriële behoeften speelt dit bedrag geen enkele rol. Daarom, het verkrijgen van fenol kunstmatige manier is een prioriteit geworden voor vele generaties wetenschappers. Gelukkig werd dit probleem opgelost en werd er kunstmatige fenol verkregen.

eigenschappen, krijgen

Door het gebruik van verschillende halogenen kunnen fenolaten worden verkregen, waaruit bij de verdere verwerking benzeen wordt gevormd. Bij verhitting van natriumhydroxide en chloorbenzeen ontstaat bijvoorbeeld natriumfenolaat, dat bij blootstelling aan zuur uiteenvalt in zout, water en fenol. De formule voor deze reactie wordt hier gegeven:

C 6 H 5 -CI + 2NaOH -> C 6 H 5 -ONa + NaCl + H 2 O

Aromatische sulfonzuren zijn ook een bron voor de productie van benzeen. Chemische reactie uitgevoerd met het gelijktijdig smelten van alkali en sulfonzuur. Zoals uit de reactie blijkt, worden eerst fenoxiden gevormd. Bij behandeling met sterke zuren worden ze gereduceerd tot meerwaardige fenolen.

Fenol in de industrie

In theorie ziet het verkrijgen van fenol op de eenvoudigste en meest veelbelovende manier er als volgt uit: met behulp van een katalysator wordt benzeen geoxideerd met zuurstof. Maar tot nu toe is de katalysator voor deze reactie niet gevonden. Daarom worden momenteel andere methoden gebruikt in de industrie.

continu industriële manier het verkrijgen van fenol bestaat uit de interactie van chloorbenzeen en een 7% oplossing bijtende soda. Het resulterende mengsel wordt door een anderhalve kilometer stelsel van buizen geleid, verwarmd tot een temperatuur van 300 C. Onder invloed van temperatuur en onderhouden hoge druk de uitgangsstoffen gaan een reactie aan, waardoor 2,4-dinitrofenol en andere producten worden verkregen.

Nog niet zo lang geleden werd een industriële methode ontwikkeld om fenolhoudende stoffen te verkrijgen met de cumeenmethode. Dit proces bestaat uit twee fasen. Ten eerste wordt isopropylbenzeen (cumeen) verkregen uit benzeen. Om dit te doen, wordt benzeen gealkyleerd met propyleen. De reactie ziet er als volgt uit:

Daarna wordt het cumeen geoxideerd met zuurstof. Aan de uitgang van de tweede reactie, fenol en nog een belangrijk product- aceton.

Productie van fenol op industriële schaal is mogelijk uit tolueen. Om dit te doen, wordt tolueen geoxideerd op de zuurstof in de lucht. De reactie verloopt in aanwezigheid van een katalysator.

Voorbeelden van fenolen

De dichtstbijzijnde homologen van fenolen worden cresolen genoemd.

Er zijn drie soorten cresolen. Meta-kresol is onder normale omstandigheden een vloeistof, para-kresol en ortho-kresol zijn vaste stoffen. Alle cresolen zijn slecht oplosbaar in water en lijken qua chemische eigenschappen bijna op fenol. BIJ natuurlijke vorm cresolen komen voor in koolteer; in de industrie worden ze gebruikt bij de productie van kleurstoffen en sommige soorten kunststoffen.

Voorbeelden van tweewaardige fenolen zijn para-, ortho- en meta-hydrobenzenen. Ze zijn allemaal vaste stoffen, gemakkelijk oplosbaar in water.

De enige vertegenwoordiger van driewaardige fenol is pyrogallol (1,2,3-trihydroxybenzeen). De formule is hieronder weergegeven.

Pyrogallol is een vrij sterk reductiemiddel. Het wordt gemakkelijk geoxideerd, dus het wordt gebruikt om gassen te verkrijgen die zijn gezuiverd uit zuurstof. Deze stof is welbekend bij fotografen, het wordt gebruikt als ontwikkelaar.

fenolen - organische stoffen waarvan de moleculen een fenylradicaal bevatten dat is geassocieerd met een of meer hydroxogroepen. Net als alcoholen fenolen classificeren door atomiciteit, d.w.z. door het aantal hydroxylgroepen.

monoatomaire fenolen bevatten één hydroxylgroep in het molecuul:

Polyhydrische fenolen meer dan één hydroxylgroep in de moleculen bevatten:

Er zijn ook meerwaardige fenolen met drie of meer hydroxylgroepen in de benzeenring.

Laten we nader kennis maken met de structuur en eigenschappen van de eenvoudigste vertegenwoordiger van deze klasse - fenol C 6 H 5 OH. De naam van deze stof vormde de basis voor de naam van de hele kassa - fenolen.

Fysische eigenschappen van fenol

Fenol is een vaste, kleurloze kristallijne stof, smeltpunt=43°C, kookpunt=181°C, met een scherpe karakteristieke geur.Giftig.Fenol lost lichtjes op in water bij kamertemperatuur. Een waterige oplossing van fenol wordt carbolzuur genoemd. Bij contact met de huid veroorzaakt het brandwonden, daarom moet fenol zeer voorzichtig worden behandeld!

Chemische eigenschappen van fenol

Fenolen zijn actiever in de meeste O-H-bindingsreacties, omdat deze binding meer polair is vanwege de verschuiving van de elektronendichtheid van het zuurstofatoom naar de benzeenring (deelname van het eenzame elektronenpaar van het zuurstofatoom in de p-conjugatie systeem). De zuurgraad van fenolen is veel hoger dan die van alcoholen. Voor fenolen is de gap-reactie C-O-verbindingen zijn niet kenmerkend, omdat het zuurstofatoom stevig is gebonden aan het koolstofatoom van de benzeenring vanwege de deelname van zijn eenzame elektronenpaar in het conjugatiesysteem. De wederzijdse invloed van atomen in het fenolmolecuul komt niet alleen tot uiting in het gedrag van de hydroxygroep, maar ook in grotere mate. reactiviteit benzeen kern. De hydroxylgroep verhoogt de elektronendichtheid in de benzeenring, vooral in de ortho- en paraposities (OH-groepen)

Zure eigenschappen van fenol

Het waterstofatoom van de hydroxylgroep is zuur. Omdat zure eigenschappen van fenol zijn meer uitgesproken dan die van water en alcoholen, dan reageert fenol niet alleen met alkalimetalen, maar ook met alkaliën om fenolaten te vormen:

De zuurgraad van fenolen hangt af van de aard van de substituenten (elektronendichtheiddonor of -acceptor), positie ten opzichte van de OH-groep en het aantal substituenten. De grootste invloed op de OH-zuurgraad van fenolen wordt uitgeoefend door groepen die zich op de ortho- en para-posities bevinden. Donoren vergroten kracht O-N aansluitingen(waardoor de waterstofmobiliteit en zure eigenschappen worden verminderd), acceptoren verminderen de sterkte van de O-H-binding, terwijl de zuurgraad toeneemt:

De zure eigenschappen van fenol zijn echter minder uitgesproken dan die van anorganische en carbonzuren. Zo zijn de zure eigenschappen van fenol bijvoorbeeld ongeveer 3000 keer minder dan die van koolzuur. Daarom gaat het door een waterige oplossing van natriumfenolaat kooldioxide, kan vrij fenol worden geïsoleerd.

Het toevoegen van zoutzuur of zwavelzuur aan een waterige oplossing van natriumfenolaat leidt ook tot de vorming van fenol:

Kwalitatieve reactie op fenol

Fenol reageert met ijzerchloride (3) om een ​​intens gekleurde Purper complexe verbinding.Deze reactie maakt het mogelijk om het zelfs in zeer beperkte hoeveelheden te detecteren.Ook andere fenolen met een of meer hydroxylgroepen in de benzeenring geven een heldere blauw-violette kleur in de reactie met ijzerchloride (3).

Reacties van de benzeenring van fenol

De aanwezigheid van een hydroxylsubstituent vergemakkelijkt het verloop van elektrofiele substitutiereacties in de benzeenring aanzienlijk.

1. Bromering van fenol. In tegenstelling tot benzeen vereist fenolbromering geen toevoeging van een katalysator (ijzer (3) bromide). Daarnaast verloopt de interactie met fenol selectief (selectief): broomatomen worden naar ortho- en paar- posities, ter vervanging van de waterstofatomen die zich daar bevinden. De selectiviteit van substitutie wordt verklaard door de bovenstaande kenmerken: elektronische structuur: fenol moleculen.

Dus in de interactie van fenol met broom water er ontstaat een wit neerslag van 2,4,6-tribroomfenol:

Deze reactie, evenals de reactie met ijzer(3) chloride, dient om: kwalitatieve detectie van fenol.

2.Fenol nitrering treedt ook gemakkelijker op dan de nitrering van benzeen. De reactie met verdund salpeterzuur verloopt bij kamertemperatuur. Het resultaat is een mengsel ortho- en paro isomeren van nitrofenol:

Bij gebruik van geconcentreerd salpeterzuur, 2,4,6, trinitrietfenol-picrinezuur, wordt een explosief gevormd:

3. Hydrogenering van de aromatische ring van fenol in aanwezigheid van een katalysator gaat gemakkelijk:

4.Polycondensatie van fenol met aldehyden, in het bijzonder treedt formaldehyde op bij de vorming van reactieproducten - fenol-formaldehydeharsen en vaste polymeren.

De interactie van fenol met formaldehyde kan worden beschreven door het schema:

De “mobiele” waterstofatomen blijven behouden in het dimeermolecuul, waardoor de reactie verder kan worden voortgezet met voldoende reagentia:

Reactie polycondensatie, die. de polymeerproductiereactie, die voortgaat met de afgifte van een laagmoleculair bijproduct (water), kan verder gaan (totdat een van de reagentia volledig is verbruikt) met de vorming van enorme macromoleculen. Het proces kan worden beschreven door de algemene vergelijking:

De vorming van lineaire moleculen vindt plaats bij gewone temperatuur. Het uitvoeren van dezelfde reactie tijdens verwarming leidt ertoe dat het resulterende product een vertakte structuur heeft, het is vast en onoplosbaar in water. Als resultaat van het verwarmen van een lineaire fenol-formaldehydehars met een overmaat aan aldehyde, worden vaste plastic massa's verkregen met unieke eigenschappen. Polymeren op basis van fenol-formaldehydeharsen worden gebruikt voor de vervaardiging van vernissen en verven, plastic producten die bestand zijn tegen verwarming, koeling, water, alkaliën, zuren. diëlektrische eigenschappen:. Van polymeren op basis van fenol-formaldehydeharsen, de meest verantwoorde en belangrijke details elektrische apparaten, behuizingen van vermogenseenheden en machineonderdelen, de polymeerbasis van printplaten voor radioapparatuur. Lijmen op basis van fenol-formaldehydeharsen zijn in staat om onderdelen van verschillende aard betrouwbaar te verbinden, waarbij de hoogste hechtsterkte behouden blijft in een zeer breed temperatuurbereik. Een dergelijke lijm wordt gebruikt om de metalen voet van verlichtingslampen aan een glazen bol te bevestigen, dus fenol en daarop gebaseerde producten worden veel gebruikt.

Het gebruik van fenolen

Fenol - solide, met een karakteristieke geur, veroorzaakt brandwonden bij contact met de huid. Giftig. Het lost op in water, de oplossing wordt carbolzuur (antiseptisch) genoemd. Ze was het eerste antisepticum dat in de chirurgie werd geïntroduceerd. Veel gebruikt bij de productie van kunststoffen, geneesmiddelen(salicylzuur en zijn derivaten), kleurstoffen, explosieven.

Monatomic fenolen zijn heldere vloeistoffen of kristallijne stoffen, vaak rozerood getint vanwege hun oxidatie. Dit zijn vergiften en bij contact met de huid veroorzaken ze brandwonden. Ze doden veel micro-organismen, dat wil zeggen dat ze desinfecterende en antiseptische eigenschappen hebben. De oplosbaarheid van fenolen in water is laag, hun kookpunten zijn relatief hoog vanwege het bestaan ​​van intermoleculaire waterstofbruggen.

Fysieke eigenschappen

Fenolen zijn slecht oplosbaar in water, maar zijn gemakkelijk oplosbaar in alcohol, ether, benzeen, vormen kristallijne hydraten met water en worden gedestilleerd met waterdamp. In de lucht oxideert fenol zelf gemakkelijk en wordt het donkerder. De introductie van substituenten zoals halogeniden, nitrogroepen, enz. In de para-positie van het fenolmolecuul verhoogt het kookpunt en het smeltpunt van de verbindingen aanzienlijk:

Foto 1.

Fenolen zijn polaire stoffen met een dipoolmoment $\mu$ = 1,5-1,6 $D$. De $EI$-waarde van 8,5-8,6 eV geeft de grotere donoreigenschappen van fenolen aan in vergelijking met arenen als benzeen (9,25 eV), tolueen (8,82 eV), ethylbenzeen (8,76 eV). Dit komt door de interactie van de hydroxylgroep met de $\pi$-bindingen van de benzeenring door het positieve $M$-effect van de $OH$-groep, het negatieve $I$-effect overheerst.

Spectrale kenmerken van fenolen

Het absorptiemaximum in het UV-gedeelte van het spectrum voor fenol wordt verschoven naar langere golflengten met ongeveer 15 nm vergeleken met benzeen (badchromische verschuiving) vanwege de deelname van zuurstof $\pi$ elektronen in conjugatie met de benzeenkern en verschijnt bij 275 nm met een fijne structuur.

In de IR-spectra voor fenolen, evenals voor alcoholen, zijn intense $v_(OH)$ banden kenmerkend in het gebied van 3200-3600 cm$^(-1)$ en 3600-3615 cm$^(-1)$ voor sterk verdunde oplossingen, maar voor $v_(c\_D)$ fenolen is er een band van ongeveer 1230 cm$^(-1)$ in tegenstelling tot 1220-1125 cm$^(-1)$ voor alcoholen.

In de PMR-spectra manifesteert het protonsignaal van de $OH$-groep van fenolen zich in een breed bereik (4,0-12,0 ppm) in vergelijking met alcoholen, afhankelijk van de aard en concentratie van het oplosmiddel, de temperatuur en de aanwezigheid van inter - of intramoleculaire waterstofbruggen. Vaak wordt het protonsignaal van de $OH$-groep geregistreerd bij 8,5-9,5 m.h. in dimethylsulfoxide of bij 4,0-7,5 m.h, in $CCl_4$.

In het massaspectrum van fenol is de belangrijkste richting van fragmentatie de eliminatie van $ HCO $ en $ CO $ -deeltjes:

Figuur 2.

Als alkylradicalen aanwezig zijn in het fenolmolecuul, zal het primaire proces benzylsplitsing zijn.

Chemische eigenschappen van fenolen

In tegenstelling tot alcoholen, die worden gekenmerkt door reacties met splitsing van zowel $O-H$-bindingen (zuur-base-eigenschappen, estervorming, oxidatie, enz.) als $C-O$-bindingen (nucleofiele substitutiereacties, uitdroging, herschikking), zijn fenolen meer reacties van het eerste type. Bovendien worden ze gekenmerkt door elektrofiele substitutiereacties in de benzeenring geactiveerd door een elektronendonerende hydroxylgroep.

De chemische eigenschappen van fenolen zijn te danken aan de wederzijdse invloed van de hydroxylgroep en de benzeenkern.

De hydroxylgroep heeft een $-I-$ en + $M$-effect. Dit laatste is veel groter dan het $-I$-effect dat de $n-\pi$-conjugatie bepaalt vrije elektronen zuurstof met de $\pi$-orbitaal van de benzeenring. Door de $n-\pi$-conjugatie nemen de $C - O$ bindingslengte, de grootte van het dipoolmoment en de posities van de bindingsabsorptiebanden in de IR-spectra af in vergelijking met ethanol:

Enkele kenmerken van fenol en ethanol:

figuur 3

$n-\pi$-conjugatie leidt tot een afname van de elektronendichtheid op het zuurstofatoom, waardoor de polariteit van de $O - H$ binding in fenolen toeneemt. In dit opzicht zijn de zure eigenschappen van fenolen meer uitgesproken dan die van alcoholen. De grotere zuurgraad van fenolen in vergelijking met alcoholen wordt ook verklaard door de mogelijkheid van ladingdelokalisatie in het fenolaatanion, wat leidt tot de stabilisatie van het systeem:

Figuur 4

Het verschil tussen de zuurgraad van fenol en alcoholen wordt aangegeven door de dissociatieconstante. Ter vergelijking: Kd = $1,3 \cdot 10^(-10)$ voor fenol en Kd = $10^(-18)$ voor ethylalcohol.

Daarom vormen fenolen, in tegenstelling tot alcoholen, fenolaten niet alleen met alkalimetalen, maar ook door interactie met alkaliën:

Figuur 5

De reactie van fenol met alkalimetalen is behoorlijk heftig en kan gepaard gaan met een explosie.

Maar fenol is zwak zuur, zelfs zwakker dan koolzuur ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Daarom verdringt koolzuur fenol uit de fenolaatoplossing. Deze reacties worden gebruikt om fenolen, alcoholen of carbonzuren te scheiden. De elektronenzuigende groepen in het fenolmolecuul versterken aanzienlijk, terwijl de donorgroepen de zure eigenschappen van fenolhydroxyl verzwakken.

Bovendien wordt fenol gekenmerkt door een aantal reacties van verschillende richtingen:

1. de vorming van ethers en esters;
2. alkylerings- en acyleringsreacties;
3. oxidatie reacties

4. reacties van elektrofiele substitutie in de aromatische ring, waaronder reacties:

   • halogenering,
   • sulfonering,
   • nitrosering,
   • formylering,
   • condensaties met aldehyden en ketonen,
   • carboxylatie.

1. Fenolen- derivaten van aromatische koolwaterstoffen, in de moleculen waarvan de hydroxylgroep (-OH) direct is gebonden aan koolstofatomen in de benzeenring.

2. Classificatie van fenolen

Er zijn één-, twee-, drie-atomaire fenolen, afhankelijk van het aantal OH-groepen in het molecuul:

In overeenstemming met het aantal gefuseerde aromatische cycli in het molecuul, worden fenolen zelf onderscheiden (één aromatische ring - benzeenderivaten), naftolen (2 gefuseerde ringen - naftaleenderivaten), antranolen (3 gefuseerde ringen - antraceenderivaten) en fenantrolen:

3. Isomerie en nomenclatuur van fenolen

Er zijn 2 soorten isomerie:

• isomerie van de positie van substituenten in de benzeenring

• zijketen isomerie (structuren van de alkylradicaal en aantal radicalen)

Voor fenolen worden triviale namen die zich historisch hebben ontwikkeld, veel gebruikt. Voorvoegsels worden ook gebruikt in de namen van gesubstitueerde mononucleaire fenolen ortho-,meta- en paar -, gebruikt in de nomenclatuur van aromatische verbindingen. Voor complexere verbindingen zijn de atomen waaruit de aromatische ringen bestaan ​​genummerd en wordt de positie van de substituenten aangegeven met behulp van digitale indexen.

4. De structuur van het molecuul

Fenylgroep C 6 H 5 - en hydroxyl -OH beïnvloeden elkaar wederzijds

• onverdeeld elektronenpaar Het zuurstofatoom wordt aangetrokken door de 6-elektronenwolk van de benzeenring, waardoor de O-H-binding nog meer gepolariseerd is. Fenol is een sterker zuur dan water en alcoholen.

• In de benzeenring wordt de symmetrie van de elektronenwolk verbroken, de elektronendichtheid neemt toe op posities 2, 4, 6. Dit maakt het reactiever S-N-verbindingen op posities 2, 4, 6. en zijn bindingen van de benzeenring.

5. Fysische eigenschappen

De meeste monoatomaire fenolen zijn onder normale omstandigheden kleurloze kristallijne stoffen met een laag smeltpunt en een karakteristieke geur. Fenolen zijn slecht oplosbaar in water, gemakkelijk oplosbaar in organische oplosmiddelen, giftig en worden geleidelijk donkerder wanneer ze in de lucht worden bewaard als gevolg van oxidatie.

Fenol C 6 H 5 OH (Carbolzuur ) - een kleurloze kristallijne stof oxideert in lucht en wordt roze, bij gewone temperaturen is het matig oplosbaar in water, boven 66 ° C is het in elke verhouding mengbaar met water. Fenol - giftige stof, veroorzaakt brandwonden op de huid, is een antisepticum

6. Giftige eigenschappen

Fenol is giftig. Veroorzaakt disfunctie van het zenuwstelsel. Stof, dampen en fenoloplossing irriteren de slijmvliezen van de ogen, de luchtwegen en de huid. Eenmaal in het lichaam wordt fenol zeer snel geabsorbeerd, zelfs door intacte huidgebieden en begint na een paar minuten in te werken op hersenweefsel. Ten eerste is er een kortdurende excitatie en vervolgens verlamming van het ademhalingscentrum. Zelfs bij blootstelling aan minimale doses fenol worden niezen, hoesten, hoofdpijn, duizeligheid, bleekheid, misselijkheid en krachtverlies waargenomen. Ernstige gevallen van vergiftiging worden gekenmerkt door bewusteloosheid, cyanose, kortademigheid, ongevoeligheid van het hoornvlies, snelle, nauwelijks waarneembare pols, koud zweet, vaak convulsies. Vaak is fenol de oorzaak van kanker.

7. Toepassing van fenolen

1. Productie van synthetische harsen, kunststoffen, polyamiden

2. Medicijnen

3. Kleurstoffen

4. Oppervlakteactieve stoffen

5. Antioxidanten

6. Antiseptica

7. Explosieven

8. Het verkrijgen van fenol in industrie

een). Cumeenmethode voor de productie van fenol (USSR, Sergeev P.G., Udris R.Yu., Kruzhalov B.D., 1949). Voordelen van de methode: non-waste technologie (opbrengst nuttige producten > 99%) en economie. Momenteel wordt de cumeenmethode gebruikt als de belangrijkste in de wereldproductie van fenol.

2). van koolteer (als bijproduct - lage opbrengst):

C 6 H 5 ONa + H 2 SO 4 (razb) → C 6 H 5 - OH + NaHSO 4

natriumfenolaat

(product afbeeldinghars laarzenbijtende soda)

3). van halobenzenen :

Vanaf 6 H5-Cl + NaOH t , p→ C 6 H 5 - OH + NaCl

4). Fusie van zouten van aromatische sulfonzuren met vaste basen :

C 6 H 5 -SO 3 Na + NaOH t → Na 2 SO 3 + C 6 H 5 - OH

natrium zout

benzeensulfonzuren

9. Chemische eigenschappen van fenol (carbolzuur)

l . Eigenschappen van de hydroxylgroep

zure eigenschappen- zijn meer uitgesproken dan die van verzadigde alcoholen (de kleur van de indicatoren verandert niet):

• met actieve metalen-

2C 6 H 5 -OH + 2Na → 2C 6 H 5 -ONa + H 2

natriumfenolaat

• Met alkaliën-

C6H5-OH + NaOH (waterige oplossing)↔ C 6 H 5 -ONa + H 2 O

! Fenolaten - zouten van een zwak carbolzuur, afgebroken door koolzuur -

C 6 H 5 -ONa + H 2 O +MetO 2 → C 6 H 5 -OH + NaHCO 3

In termen van zure eigenschappen is fenol 10 keer beter dan ethanol. Tegelijkertijd is het evenzeer inferieur azijnzuur. In tegenstelling tot carbonzuren kan fenol het koolzuur niet uit zijn zouten verdringen.

C 6 H 5 - Oh + NaHCO 3 = de reactie gaat niet - perfect oplossend in waterige oplossingen alkaliën, het lost eigenlijk niet op in een waterige oplossing van natriumbicarbonaat.

De zure eigenschappen van fenol worden versterkt onder invloed van elektronenzuigende groepen geassocieerd met de benzeenring ( NEE 2 - , Br - )

2,4,6-trinitrofenol of picrinezuur is sterker dan koolzuur

II . Eigenschappen van de benzeenring

1). De wederzijdse invloed van atomen in het fenolmolecuul komt niet alleen tot uiting in het gedrag van de hydroxygroep (zie hierboven), maar ook in de grotere reactiviteit van de benzeenring. De hydroxylgroep verhoogt de elektronendichtheid in de benzeenring, vooral in ortho- en paar- voorzieningen (+ M-effect van OH-groep):

Daarom is fenol veel actiever dan benzeen bij elektrofiele substitutiereacties in de aromatische ring.

• Nitratie. Onder invloed van 20% salpeterzuur HNO 3 wordt fenol gemakkelijk omgezet in een mengsel ortho- en paar- nitrofenolen:

Bij gebruik van geconcentreerd HNO 3 wordt 2,4,6-trinitrofenol gevormd ( picrinezuur):

• Halogenatie. Fenol reageert bij kamertemperatuur gemakkelijk met broomwater en vormt een wit neerslag van 2,4,6-tribroomfenol ( kwalitatieve reactie voor fenol):

• Condensatie met aldehyden. Bijvoorbeeld:

2). Fenolhydrogenering

C 6 H 5 -OH + 3H 2 Ni, 170ºC→ C 6 H 11 - OH cyclohexylalcohol (cyclohexanol)