Produktion von Phenol in der Industrie. Phenol (Hydroxybenzol, Karbolsäure). Giftige Eigenschaften von Phenol

1. Phenole- Derivate aromatischer Kohlenwasserstoffe, in deren Molekülen die Hydroxylgruppe (-OH) direkt an die Kohlenstoffatome im Benzolring gebunden ist.

2. Klassifizierung von Phenolen

Abhängig von der Anzahl der OH-Gruppen im Molekül werden ein-, zwei- und dreiwertige Phenole unterschieden:

Entsprechend der Anzahl der kondensierten aromatischen Ringe im Molekül werden Phenole selbst (ein aromatischer Ring – Benzolderivate), Naphthole (2 kondensierte Ringe – Naphthalinderivate), Anthranole (3 kondensierte Ringe – Anthracenderivate) und Phenanthrole unterschieden:

3. Isomerie und Nomenklatur von Phenolen

Es sind zwei Arten der Isomerie möglich:

• Isomerie der Stellung der Substituenten im Benzolring

• Seitenkettenisomerie (Struktur des Alkylrests und Anzahl der Reste)

Für Phenole werden häufig historisch gewachsene Trivialnamen verwendet. Auch die Namen substituierter einkerniger Phenole verwenden Präfixe ortho-,Meta- Und Paar -, in der Nomenklatur verwendet aromatische Verbindungen. Bei komplexeren Verbindungen werden die Atome, aus denen die aromatischen Ringe bestehen, nummeriert und die Position der Substituenten mithilfe digitaler Indizes angegeben

4. Molekülstruktur

Die Phenylgruppe C 6 H 5 – und Hydroxyl –OH beeinflussen sich gegenseitig

• ungeteilt Elektronenpaar Das Sauerstoffatom wird von der 6-Elektronen-Wolke des Benzolrings angezogen, wodurch die O-H-Bindung noch stärker polarisiert wird. Phenol ist eine stärkere Säure als Wasser und Alkohole.

• Im Benzolring ist die Symmetrie der Elektronenwolke gestört, die Elektronendichte nimmt in den Positionen 2, 4, 6 zu. Dadurch werden sie reaktiver S-N-Verbindungen in den Positionen 2, 4, 6. und – Bindungen des Benzolrings.

5. Physikalische Eigenschaften

Die meisten einwertigen Phenole sind unter normalen Bedingungen farblos. kristalline Substanzen mit niedrigem Schmelzpunkt und charakteristischem Geruch. Phenole sind in Wasser schwer löslich, in organischen Lösungsmitteln gut löslich, giftig und verdunkeln sich bei Lagerung an der Luft durch Oxidation allmählich.

Phenol C6H5OH (Karbolsäure ) - Eine farblose kristalline Substanz oxidiert an der Luft und wird rosa; bei gewöhnlichen Temperaturen ist sie in Wasser kaum löslich; über 66 °C ist sie in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar. Phenol - giftige Substanz, verursacht Hautverbrennungen, ist ein Antiseptikum

6. Giftige Eigenschaften

Phenol ist giftig. Verursacht Funktionsstörungen des Nervensystems. Staub, Dämpfe und Phenollösung reizen die Schleimhäute der Augen, Atemwege, Haut. Im Körper angekommen, wird Phenol sehr schnell auch durch intakte Hautbereiche absorbiert und beginnt innerhalb weniger Minuten, das Gehirngewebe zu beeinflussen. Zunächst kommt es zu einer kurzfristigen Erregung und dann zu einer Lähmung des Atemzentrums. Selbst bei der Einwirkung minimaler Phenoldosen werden Niesen, Husten, Kopfschmerzen, Schwindel, Blässe, Übelkeit und Kraftverlust beobachtet. Schwere Vergiftungsfälle sind durch Bewusstlosigkeit, Zyanose, Atembeschwerden, Unempfindlichkeit der Hornhaut, schnellen, kaum wahrnehmbaren Puls, kalten Schweiß und häufig Krämpfe gekennzeichnet. Phenol ist häufig die Ursache von Krebs.

7. Anwendung von Phenolen

1. Herstellung von Kunstharzen, Kunststoffen, Polyamiden

2. Medikamente

3. Farbstoffe

4. Tenside

5. Antioxidantien

6. Antiseptika

7. Sprengstoffe

8. Herstellung von Phenol V Industrie

1). Cumol-Methode zur Herstellung von Phenol (UdSSR, Sergeev P.G., Udris R.Yu., Kruzhalov B.D., 1949). Vorteile der Methode: abfallfreie Technologie(Ausbeute an nützlichen Produkten > 99 %) und Rentabilität. Derzeit wird die Cumol-Methode als Hauptmethode in der weltweiten Phenolproduktion eingesetzt.

2). Hergestellt aus Kohlenteer (als Nebenprodukt – die Ausbeute ist gering):

C 6 H 5 ONa+ H 2 SO 4 (verdünnt) → C 6 H 5 – OH + NaHSO 4

Natriumphenolat

(Produkt vonHarzstiefelÄtznatron)

3). Aus Halogenbenzolen :

C 6 H 5 -Cl + NaOH T , P→ C 6 H 5 – OH + NaCl

4). Fusion von Salzen aromatischer Sulfonsäuren mit festen Alkalien :

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

Natriumsalz

Benzolsulfonsäuren

9. Chemische Eigenschaften von Phenol (Carbolsäure)

ICH . Eigenschaften Hydroxylgruppe

Säureeigenschaften- ausgeprägter als in gesättigte Alkohole(Die Farbe der Indikatoren ändert sich nicht):

• Mit aktiven Metallen-

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

Natriumphenolat

• Mit Alkalien-

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

! Phenolate sind Salze schwacher Karbolsäure, die durch Kohlensäure zersetzt werden -

C6H5-ONa+H2O+MITO 2 → C 6 H 5 -OH + NaHCO 3

Hinsichtlich der sauren Eigenschaften ist Phenol dem Ethanol 10 6-mal überlegen. Gleichzeitig ist es der Essigsäure um ein Vielfaches unterlegen. Im Gegensatz zu Carbonsäuren Phenol kann Kohlensäure nicht aus seinen Salzen verdrängen

C 6 H 5 - OH + NaHCO 3 = Die Reaktion findet nicht statt – obwohl es sich in wässrigen Alkalilösungen perfekt löst, löst es sich tatsächlich nicht in einer wässrigen Natriumbicarbonatlösung.

Die sauren Eigenschaften von Phenol werden durch den Einfluss elektronenziehender Gruppen, die mit dem Benzolring verbunden sind, verstärkt ( NEIN 2 - , Br - )

2,4,6-Trinitrophenol oder Pikrinsäure ist stärker als Kohlensäure

II . Eigenschaften des Benzolrings

1). Die gegenseitige Beeinflussung der Atome im Phenolmolekül äußert sich nicht nur im Verhalten der Hydroxygruppe (siehe oben), sondern auch in der höheren Reaktivität des Benzolrings. Die Hydroxylgruppe erhöht die Elektronendichte im Benzolring, insbesondere in ortho- Und Paar- Positionen (+ M-OH-Gruppeneffekt):

Daher ist Phenol bei elektrophilen Substitutionsreaktionen im aromatischen Ring viel aktiver als Benzol.

• Nitrierung. 20 % betroffen Salpetersäure HNO 3 Phenol lässt sich leicht in eine Mischung umwandeln ortho- Und Paar- Nitrophenole:

Bei Verwendung von konzentrierter HNO 3 entsteht 2,4,6-Trinitrophenol ( Pikrinsäure):

• Halogenierung. Phenol reagiert bei Raumtemperatur leicht mit Bromwasser unter Bildung eines weißen Niederschlags von 2,4,6-Tribromphenol ( qualitative Reaktion für Phenol):

• Kondensation mit Aldehyden. Zum Beispiel:

2). Hydrierung von Phenol

C6H5-OH + 3H2 Ni, 170ºC→ C 6 H 11 – OH Cyclohexylalkohol (Cyclohexanol)

Einwertige Phenole sind klare Flüssigkeiten oder kristalline Substanzen, die aufgrund ihrer Oxidation oft rosarot gefärbt sind. Diese sind giftig und verursachen bei Hautkontakt Verbrennungen. Sie töten viele Mikroorganismen ab, haben also desinfizierende und antiseptische Eigenschaften. Die Löslichkeit von Phenolen in Wasser ist gering, ihre Siedepunkte sind aufgrund der Existenz intermolekularer Verbindungen relativ hoch Wasserstoffbrücken.

Physikalische Eigenschaften

Phenole sind in Wasser schwer löslich, lösen sich jedoch gut in Alkohol, Ether und Benzol, bilden mit Wasser kristalline Hydrate und werden mit Wasserdampf destilliert. An der Luft oxidiert Phenol selbst leicht und verdunkelt sich. Die Einführung von Substituenten wie Halogenen, Nitrogruppen etc. in die para-Stellung des Phenolmoleküls erhöht den Siedepunkt und Schmelzpunkt der Verbindungen deutlich:

Bild 1.

Phenole sind polare Stoffe mit einem Dipolmoment $\mu$ = 1,5-1,6 $D$. Der $EI$-Wert von 8,5–8,6 eV weist auf die größeren Donoreigenschaften von Phenolen im Vergleich zu Arenen wie Benzol (9,25 eV), Toluol (8,82 eV) und Ethylbenzol (8,76 eV) hin. Dies liegt an der Wechselwirkung der Hydroxylgruppe mit den $\pi$-Bindungen des Benzolrings aufgrund des positiven $M$-Effekts der $OH$-Gruppe; ihr negativer $I$-Effekt überwiegt.

Spektrale Eigenschaften von Phenolen

Das Absorptionsmaximum im UV-Teil des Spektrums für Phenol ist nach mehr verschoben lange Wellen ca. 15 nm im Vergleich zu Benzol (bathochrome Verschiebung) aufgrund der Beteiligung von $\pi$-Elektronen des Sauerstoffs an der Konjugation mit dem Benzolring und erscheint bei 275 nm mit einer feinen Struktur.

Die IR-Spektren von Phenolen sowie Alkoholen sind durch intensive $v_(OH)$-Banden im Bereich von 3200–3600 cm$^(-1)$ und 3600–3615 cm$^(-1)$ gekennzeichnet stark verdünnte Lösungen, aber für $v_(c\_D)$ Phenole gibt es eine Bande um 1230 cm$^(-1)$, im Gegensatz zu 1220-1125 cm$^(-1)$ für Alkohole.

In den NMR-Spektren erscheint das Signal des Protons der $OH$-Gruppe von Phenolen im Vergleich zu Alkoholen in einem weiten Bereich (4,0–12,0 ppm), abhängig von der Art und Konzentration des Lösungsmittels, der Temperatur und der Anwesenheit von Intermediaten - oder intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen. Oft wird das Signal des Protons der $OH$-Gruppe bei 8,5-9,5 ppm aufgezeichnet. in Dimethylsulfoxid oder bei 4,0-7,5 ppm, in $CCl_4$.

Im Massenspektrum von Phenol ist die Hauptrichtung der Fragmentierung die Abspaltung von $HCO$- und $CO$-Partikeln:

Figur 2.

Wenn in einem Phenolmolekül Alkylreste vorhanden sind, ist der primäre Prozess die Benzylspaltung.

Chemische Eigenschaften von Phenolen

Im Gegensatz zu Alkoholen, die durch Reaktionen gekennzeichnet sind, bei denen sowohl die $O-H$-Bindung (Säure-Base-Eigenschaften, Bildung von Estern, Oxidation usw.) als auch die $C-O$-Bindung (Reaktionen nukleophiler Substitution, Dehydratisierung, Umlagerung) gespalten werden ) sind Phenole eher durch Reaktionen des ersten Typs gekennzeichnet. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch elektrophile Substitutionsreaktionen im Benzolring aus, die durch die elektronenspendende Hydroxylgruppe aktiviert werden.

Die chemischen Eigenschaften von Phenolen werden durch die gegenseitige Beeinflussung der Hydroxylgruppe und des Benzolrings bestimmt.

Die Hydroxylgruppe hat einen $-I-$- und + $M$-Effekt. Letzterer übertrifft den $-I$-Effekt deutlich, der die $n-\pi$-Konjugation freier Sauerstoffelektronen mit dem $\pi$-Orbital des Benzolkerns bestimmt. Aufgrund der $n-\pi$-Konjugation verringert sich die Länge der $C-O$-Bindung, der Wert Dipolmoment und die Positionen der Bindungsabsorptionsbanden in den IR-Spektren im Vergleich zu Ethylalkohol:

Einige Eigenschaften von Phenol und Ethanol:

Figur 3.

$n-\pi$-Konjugation führt zu einer Abnahme der Elektronendichte am Sauerstoffatom, daher nimmt die Polarität der $O-H$-Bindung in Phenolen zu. Deswegen saure Eigenschaften Phenole sind stärker ausgeprägt als die von Alkoholen. Der höhere Säuregehalt von Phenolen im Vergleich zu Alkoholen erklärt sich auch durch die Möglichkeit einer Ladungsdelokalisierung in das Phenolatanion, was eine Stabilisierung des Systems mit sich bringt:

Figur 4.

Der Unterschied im Säuregehalt zwischen Phenol und Alkoholen wird durch die Dissoziationskonstante angegeben. Zum Vergleich: Kd = $1,3 \cdot 10^(-10)$ für Phenol und Kd = $10^(-18)$ für Ethylalkohol.

Daher bilden Phenole im Gegensatz zu Alkoholen nicht nur mit Alkalimetallen, sondern auch durch Wechselwirkung mit Alkalien Phenolate:

Abbildung 5.

Die Reaktion von Phenol mit Alkalimetallen ist recht heftig und kann mit einer Explosion einhergehen.

Aber Phenol ist eine schwache Säure, sogar schwächer als Kohlensäure ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Deshalb Kohlensäure verdrängt Phenol aus der Phenolatlösung. Diese Reaktionen dienen der Trennung von Phenolen, Alkoholen oder Carbonsäuren. Elektronenziehende Gruppen im Phenolmolekül verstärken die sauren Eigenschaften der phenolischen Hydroxylgruppe erheblich, während Donorgruppen sie schwächen.

Darüber hinaus zeichnet sich Phenol durch eine Reihe von Reaktionen unterschiedlicher Richtung aus:

1. Bildung von Ethern und Estern;
2. Alkylierungs- und Acylierungsreaktionen;
3. Oxidationsreaktionen

4. elektrophile Substitutionsreaktionen im aromatischen Ring, einschließlich Reaktionen:

   • Halogenierung,
   • Sulfonierung,
   • Nitrosierung,
   • Formylierung,
   • Kondensation mit Aldehyden und Ketonen,
   • Carboxylierung.

Die Abbildung zeigt den Zusammenhang verschiedene Methoden Produktion von Phenol, und die Tabelle unter den gleichen Zahlen zeigt ihre technischen und wirtschaftlichen Indikatoren (in % relativ zur Sulfonatmethode).

Reis. 1.1. Methoden zur Herstellung von Phenol

Tabelle 1.3

Aus wirtschaftlicher Sicht ist daher das derzeit am weitesten verbreitete Cumol-Verfahren das günstigste. Im Folgenden werden kurz die industriellen Prozesse beschrieben, die zu der einen oder anderen Zeit zur Herstellung von Phenol eingesetzt wurden.

1. Sulfonatverfahren war das erste phenolische Verfahren, das 1899 von der BASF im industriellen Maßstab umgesetzt wurde. Dieses Verfahren basiert auf der Sulfonierung von Benzol mit Schwefelsäure und dem anschließenden alkalischen Schmelzen der Sulfonsäure. Trotz der Verwendung aggressiver Reagenzien und der Bildung große Menge Natriumsulfit-Abfall, diese Methode seit fast 80 Jahren im Einsatz. In den USA wurde diese Produktion erst 1978 eingestellt.

2. Im Jahr 1924 entwickelte Dow Chemical ein Verfahren zur Herstellung von Phenol, einschließlich der Chlorierungsreaktion von Benzol und der anschließenden Hydrolyse von Monochlorbenzol ( Verfahren katalytische Hydrolyse Halogenierte Benzole ). Unabhängig davon wurde eine ähnliche Technologie entwickelt Deutsches Unternehmen"ICH G. Farbenindustrie Co. Anschließend wurden die Stufe der Gewinnung von Monochlorbenzol und die Stufe seiner Hydrolyse verbessert, und das Verfahren wurde als „Raschig-Verfahren“ bezeichnet. Die Gesamtausbeute an Phenol in zwei Stufen beträgt 70-85 %. Dieser Prozess ist seit mehreren Jahrzehnten die wichtigste Methode zur Herstellung von Phenol.

3. Cyclohexan-Verfahren , entwickelt von Scientific Design Co., basiert auf der Oxidation von Cyclohexan zu einer Mischung aus Cyclohexanon und Cyclohexanol, die weiter zu Phenol dehydriert wird. In den 60er Jahren nutzte Monsanto diese Methode mehrere Jahre lang in einem seiner Werke in Australien, übertrug sie jedoch später auf die Cumol-Methode zur Herstellung von Phenol.

4. Im Jahr 1961 wurde Dow Chemical aus Kanada eingeführt Prozess durch die Zersetzung von Benzoesäure , Das der einzige Weg Phenolsynthese basierend auf der Verwendung von Nicht-Benzol-Rohstoffen. Beide Reaktionen finden in der flüssigen Phase statt. Erste Reaktion. Oxidation von Toluol. wurde in Deutschland bereits während des Zweiten Weltkriegs zur Herstellung von Benzoesäure verwendet. Die Reaktion verläuft unter relativ milden Bedingungen mit hoher Ausbeute. Die zweite Stufe ist aufgrund der Katalysatordesaktivierung und der geringen Phenolselektivität schwieriger. Es wird angenommen, dass die Durchführung dieses Schritts in der Gasphase den Prozess effizienter machen kann. Dieses Verfahren wird derzeit in der Praxis eingesetzt, obwohl sein Anteil an der weltweiten Phenolproduktion nur etwa 5 % beträgt.

5. Die Synthesemethode, mit der wir heute erhalten am meisten weltweit produziertes Phenol - Cumol-Prozess - von einer Gruppe eröffnet Sowjetische Chemiker unter der Leitung von Professor P. G. Sergeev im Jahr 1942. Die Methode basiert auf Oxidation Aromatischer Kohlenwasserstoff Cumol (Isopropylbenzol) mit Luftsauerstoff, gefolgt von der Zersetzung des resultierenden Hydroperoxids, verdünnt mit Schwefelsäure. 1949 wurde in der Stadt Dzerzhinsk in der Region Gorki die weltweit erste Cumolanlage in Betrieb genommen. Bisher galten Hydroperoxide als wenig stabile Zwischenprodukte der Kohlenwasserstoffoxidation. Selbst in der Laborpraxis wurden sie fast nie verwendet. Im Westen wurde die Cumol-Methode Ende der 40er Jahre entwickelt und ist teilweise als Hock-Verfahren bekannt, benannt nach dem deutschen Wissenschaftler, der später unabhängig die Cumol-Route für die Phenolsynthese entdeckte. Diese Methode wurde erstmals Anfang der 50er Jahre in den USA im industriellen Maßstab eingesetzt. Von da an wurde das Cumol-Verfahren für viele Jahrzehnte zum Vorbild chemische Technologien weltweit.

Trotz der ausgereiften Technologie und langen Betriebserfahrung weist die Cumol-Methode eine Reihe von Nachteilen auf. Dies liegt zunächst an der Anwesenheit einer explosiven Zwischenverbindung (Cumolhydroperoxid) sowie am mehrstufigen Charakter des Verfahrens, der erhöhte Kapitalkosten erfordert und es schwierig macht, eine hohe Phenolausbeute pro Ausgangsbenzol zu erzielen. Ja, beim Verlassen nützliches Produkt 95 % in jeder der drei Stufen beträgt die Endausbeute nur 86 %. Ungefähr diese Ausbeute an Phenol wird derzeit mit der Cumol-Methode erzielt. Der wichtigste und grundsätzlich unvermeidbare Nachteil der Cumol-Methode ist jedoch die Tatsache, dass als Nebenprodukt Aceton entsteht. Dieser Umstand, der zunächst als angenommen wurde starker Punkt Die Methode wird zu einem wachsenden Problem, da Aceton keinen entsprechenden Markt findet. In den 90er Jahren wurde dieses Problem besonders deutlich, nachdem neue Methoden zur Synthese von Methylmethacrylat durch Oxidation von C4-Kohlenwasserstoffen entwickelt wurden, wodurch der Bedarf an Aceton stark reduziert wurde. Wie ernst die Situation ist, zeigt sich daran, dass Japan eine Technologie entwickelt hat, bei der Aceton recycelt wird. Zu diesem Zweck werden dem traditionellen Cumol-Schema zwei weitere Stufen hinzugefügt, die Hydrierung von Aceton zu Isopropylalkohol und dessen Dehydratisierung zu Propylen. Das entstehende Propylen wird erneut in die Benzol-Alkylierungsstufe zurückgeführt. Im Jahr 1992 startete Mitsui große Produktion Phenol (200.000 Tonnen/Jahr), basierend auf dieser fünfstufigen Cumol-Technologie.

Reis. 1.2. Aceton-Recycling zur Herstellung von Propylen

Es wurden auch andere ähnliche Modifikationen der Cumol-Methode vorgeschlagen, die das Acetonproblem entschärfen würden. Sie alle führen jedoch zu einer erheblichen Komplikation der Technologie und können nicht als erfolgversprechende Lösung des Problems angesehen werden. Daher zielte die Forschung darauf ab, neue Wege für die Synthese von Phenol zu finden, die auf der direkten Oxidation von Benzol basieren würden letztes Jahrzehnt sind besonders intensiv geworden. Die Arbeiten werden hauptsächlich in den folgenden Bereichen durchgeführt: Oxidation mit molekularem Sauerstoff, Oxidation mit monoatomaren Sauerstoffspendern und konjugierte Oxidation. Betrachten wir die Richtungen der Suche nach neuen Wegen der Phenolsynthese genauer.

Auf Basis von Benzol gebildet. Bei normale Bedingungen sind solide giftige Substanzen mit einem bestimmten Aroma. IN moderne Industrie Diese chemischen Verbindungen spielen keine Rolle letzte Rolle. Gemessen am Einsatzvolumen gehören Phenol und seine Derivate zu den zwanzig beliebtesten Chemische Komponenten in der Welt. Sie werden häufig in der Chemie und Lichtindustrie, Pharmazeutika und Energie. Daher ist die Gewinnung von Phenol in industrieller Maßstab- eine der Hauptaufgaben der chemischen Industrie.

Phenolbezeichnungen

Der ursprüngliche Name von Phenol ist Karbolsäure. Später erhielt diese Verbindung den Namen „Phenol“. Die Formel dieser Substanz ist in der Abbildung dargestellt:

Die Phenolatome werden ausgehend von dem Kohlenstoffatom nummeriert, das mit der OH-Hydroxogruppe verbunden ist. Die Reihenfolge wird in der Reihenfolge fortgesetzt, dass die anderen substituierten Atome die niedrigsten Zahlen erhalten. Phenolderivate existieren in Form von drei Elementen, deren Eigenschaften durch den Unterschied in ihren Eigenschaften erklärt werden Strukturisomere. Verschiedene ortho-, meta-, para-Kresole sind lediglich eine Modifikation der Grundstruktur der Verbindung aus Benzolring und Hydroxylgruppe, deren Grundkombination Phenol ist. Die Formel dieser Substanz lautet chemische Notation sieht aus wie C6H5OH.

Physikalische Eigenschaften von Phenol

Optisch erscheint Phenol als feste, farblose Kristalle. An draußen Sie oxidieren und verleihen der Substanz einen charakteristischen rosa Farbton. Unter normalen Bedingungen ist Phenol in Wasser recht schlecht löslich, bei einem Temperaturanstieg auf 70 °C steigt dieser Wert jedoch stark an. In alkalischen Lösungen ist dieser Stoff in jeder Menge und bei jeder Temperatur löslich.

Diese Eigenschaften bleiben auch in anderen Verbindungen erhalten, deren Hauptbestandteile Phenole sind.

Chemische Eigenschaften

Die einzigartigen Eigenschaften von Phenol werden dadurch erklärt Interne Struktur. Im Molekül davon chemische Substanz Es bildet sich das p-Orbital des Sauerstoffs einheitliches p-system mit einem Benzolring. Diese enge Wechselwirkung erhöht die Elektronendichte des aromatischen Rings und verringert diesen Indikator für das Sauerstoffatom. In diesem Fall nimmt die Polarität der Bindungen der Hydroxogruppe deutlich zu und der in ihrer Zusammensetzung enthaltene Wasserstoff kann leicht durch jedes Alkalimetall ersetzt werden. So entstehen verschiedene Phenolate. Diese Verbindungen zersetzen sich nicht wie Alkoholate mit Wasser, ihre Lösungen sind jedoch Salzen sehr ähnlich starke Gründe Und schwache Säuren, also haben sie eine ziemlich ausgeprägte alkalische Reaktion. Phenolate reagieren mit verschiedenen Säuren; infolge der Reaktion werden Phenole reduziert. Die chemischen Eigenschaften dieser Verbindung ermöglichen es ihr, mit Säuren zu reagieren und sich dabei zu bilden Ester. Zum Beispiel die Wechselwirkung von Phenol und Essigsäure führt zur Bildung von Finylester (Phenylacetat).

Weithin bekannt ist die Nitrierungsreaktion, bei der Phenol unter dem Einfluss von 20 % Salpetersäure ein Gemisch aus Para- und Orthonitrophenolen bildet. Wenn Phenol mit konzentrierter Salpetersäure behandelt wird, entsteht 2,4,6-Trinitrophenol, das manchmal auch Pikrinsäure genannt wird.

Phenol in der Natur

Als eigenständiger Stoff kommt Phenol in der Natur im Steinkohlenteer und in bestimmten Ölsorten vor. Für den industriellen Bedarf spielt diese Menge jedoch keine Rolle. Daher die Produktion von Phenol künstlich ist für viele Generationen von Wissenschaftlern zu einer Priorität geworden. Glücklicherweise wurde dieses Problem gelöst und schließlich konnte künstliches Phenol gewonnen werden.

Eigenschaften, Empfang

Der Einsatz verschiedener Halogene ermöglicht die Gewinnung von Phenolaten, aus denen bei der Weiterverarbeitung Benzol entsteht. Beispielsweise entsteht beim Erhitzen von Natriumhydroxid und Chlorbenzol Natriumphenolat, das bei Einwirkung von Säure in Salz, Wasser und Phenol zerfällt. Die Formel für eine solche Reaktion ist hier angegeben:

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

Aromatische Sulfonsäuren sind auch eine Quelle für die Herstellung von Benzol. Chemische Reaktion erfolgt durch gleichzeitiges Schmelzen von Alkali und Sulfonsäure. Wie aus der Reaktion hervorgeht, entstehen zunächst Phenoxide. Bei Behandlung mit starken Säuren werden sie zu mehrwertigen Phenolen reduziert.

Phenol in der Industrie

Theoretisch sieht der einfachste und erfolgversprechendste Weg zur Phenolgewinnung so aus: Mit Hilfe eines Katalysators wird Benzol mit Sauerstoff oxidiert. Bisher wurde jedoch kein Katalysator für diese Reaktion ausgewählt. Daher werden derzeit in der Industrie andere Methoden eingesetzt.

Kontinuierlich industrielle Methode Die Herstellung von Phenol erfolgt durch die Wechselwirkung von Chlorbenzol und einer 7 %igen Natriumhydroxidlösung. Die resultierende Mischung wird durch ein anderthalb Kilometer langes Rohrsystem geleitet, das auf eine Temperatur von 300 °C erhitzt und unter Temperatureinfluss gehalten wird hoher Druck Ausgangsmaterialien reagieren, was zu 2,4-Dinitrophenol und anderen Produkten führt.

Vor nicht allzu langer Zeit wurde ein industrielles Verfahren zur Herstellung phenolhaltiger Substanzen mithilfe der Cumol-Methode entwickelt. Dieser Prozess besteht aus zwei Phasen. Zunächst wird aus Benzol Isopropylbenzol (Cumol) gewonnen. Dazu wird Benzol mit Propylen alkalisch gemacht. Die Reaktion sieht so aus:

Anschließend wird Cumol mit Sauerstoff oxidiert. Das Ergebnis der zweiten Reaktion ist Phenol und ein weiteres wichtiges Produkt, Aceton.

Phenol kann im industriellen Maßstab aus Toluol hergestellt werden. Dazu wird Toluol an in der Luft enthaltenem Sauerstoff oxidiert. Die Reaktion findet in Gegenwart eines Katalysators statt.

Beispiele für Phenole

Die nächsten Homologen der Phenole werden Kresole genannt.

Es gibt drei Arten von Kresolen. Meta-Kresol ist unter normalen Bedingungen eine Flüssigkeit, Para-Kresol und Ortho-Kresol sind es Feststoffe. Alle Kresole sind in Wasser schlecht löslich und entsprechend ihrer chemische Eigenschaften sie ähneln fast Phenol. IN natürliche Form Kresole sind im Kohlenteer enthalten und werden industriell bei der Herstellung von Farbstoffen und einigen Arten von Kunststoffen verwendet.

Beispiele für zweiatomige Phenole sind para-, ortho- und meta-Hydrobenzole. Bei allen handelt es sich um Feststoffe, die in Wasser leicht löslich sind.

Der einzige Vertreter des dreiwertigen Phenols ist Pyrogallol (1,2,3-Trihydroxybenzol). Seine Formel ist unten dargestellt.

Pyrogallol ist ein ziemlich starkes Reduktionsmittel. Es oxidiert leicht und wird daher zur Herstellung sauerstofffreier Gase verwendet. Diese Substanz ist Fotografen gut bekannt und wird als Entwickler verwendet.

Abhängig von der Anzahl der OH-Gruppen werden Phenole unterteilt in: einatomige und

zweiatomige Phenole:

trisubstituierte Phenole: (Pyrogallol), symmetrisch und unsymmetrisch

Nomenklatur und Isomerie.

Die Namen der Phenole werden unter Berücksichtigung der Tatsache zusammengestellt, dass für die Grundstruktur gemäß den IUPAC-Regeln der Trivialname „Phenol“ beibehalten wird. Die Nummerierung der Kohlenstoffatome des Benzolrings beginnt bei dem direkt an die OH-Gruppe gebundenen Atom und setzt sich in einer solchen Reihenfolge fort, dass die vorhandenen Substituenten die niedrigsten Nummern erhalten.

Die Struktur von Phenol, die gegenseitige Beeinflussung des Benzolrings und der Hydroxylgruppe.

In einem Phenolmolekül Benzolring und die OH-Gruppe beeinflussen sich gegenseitig. Das einsame Elektronenpaar des Sauerstoffatoms der OH-Gruppe steht in p,π-Konjugation mit dem Benzolring. Daher weist die OH-Gruppe in Phenol neben der negativen induktiven Wirkung auch eine positive mesomere Wirkung auf. Größe +M- mehr Wirkung als – ICH- Wirkung. Daher ist die OH-Gruppe ein Elektronendonor (ED) in Bezug auf den Benzolring und erhöht die Polarität der O-H-Bindung, wodurch die Beweglichkeit des Wasserstoffatoms zunimmt und dadurch verbessert wird saure Eigenschaften.

Außerdem, +M- Durch die Wirkung der OH-Gruppe erhöht sich die Elektronendichte in ortho-Und Paar- Positionen des Benzolrings und in den Positionen 2, 4, 6 entsteht eine teilweise negative Ladung, die elektrophile Substitutionsreaktionen erleichtert.

Säurezentrum

–ICH< +М, ED

Physikalische Eigenschaften.

Phenol ist eine farblose, kristalline Substanz mit stechendem Geruch; bei normalen Temperaturen ist es in Wasser schlecht löslich und bei Temperaturen über 66 0 mischt es sich in jedem Verhältnis mit Wasser. An der Luft oxidiert es und verfärbt sich rosa. Phenol ist eine giftige Substanz, die Hautverbrennungen verursacht; seine 10 %ige wässrige Lösung heißt Karbolsäure und wird als Antiseptikum verwendet.

Chemische Eigenschaften.

Die chemischen Eigenschaften von Phenolen beruhen auf dem Vorhandensein einer OH-Gruppe und eines Benzolrings.

Reaktionen mit Beteiligung der Hydroxylgruppe.

Dissoziation in wässrigen Lösungen:

Phenolat-Ion

Interaktion aktive Metalle(ähnlich einfachen Alkoholen):

Wechselwirkung mit Alkalien (Unterschied zu Alkoholen):

Die entstehenden Phenolate werden durch die Einwirkung von Säuren leicht zersetzt. Daher zersetzen sich Phenolate unter der Einwirkung von H 2 CO 3 (CO 2 + H 2 O) und anderen Säuren leicht und Rückschlag nicht möglich.

C 6 H 5 ONa + CO 2 + H 2 O  C 6 H 5 OH + NaHCO 3

Reaktion mit Halogenalkanen zur Bildung von Ethern:

Methylphenylether

Reaktion mit Säureanhydriden zur Bildung von Estern:

Phenylacetat

Wechselwirkung mit Salzen (Eisen-III-Chlorid). Diese Reaktion ist eine qualitative Reaktion zu Phenolhydroxid

Jedes Phenol ergibt in einer qualitativen Reaktion mit FeCl 3 seine eigene charakteristische Farbe:

Phenol  Lila, Hydrochinon  Schmutzgrün,

Pyrocatechin  Grün, Pyrogallol  Rot.

Resorcin  Violett

3C 6 H 5 OH + FeC1 3  (C 6 H 5 O) 3 Fe + 3HC1

Lila Färbung

Reduktionslösung mit Zinkstaub beim Erhitzen:

C 6 H 5 OH + 3H 2 C 6 H 12 + ZnO

.R-Ionen am Benzolring ( S E )

Wie oben erwähnt, erleichtert die OH-Gruppe, ein Orientierungsmittel vom Typ I, Reaktionen am Benzolring, indem sie den Angriff des elektrophilen Reagens vorwiegend auf die ortho- und para-Positionen lenkt:

Phenolhalogenierung:

2,4,6-Tribromphenol

Es kommt zu Verfärbungen Bromwasser und die Bildung eines weißen Niederschlags. Diese Reaktion wird als qualitative Reaktion für Phenol verwendet.

Nitrierung von Phenol. Unter dem Einfluss einer 20 %igen Salpetersäurelösung in der Kälte wird Phenol in ein Gemisch umgewandelt ortho- Und Paar- Nitrophenol:

2-Nitrophenol – 40 % 4-Nitrophenol – 10 %

Um 2,4,6-Trinitrophenol (Pikrinsäure) zu erhalten, wird Phenol zunächst in konzentrierter Schwefelsäure gelöst und anschließend mit konzentrierter Salpetersäure nitriert:

Pikrinsäure

Sulfonierung von Phenol:

Kondensationslösung. Bei der Wechselwirkung mit Formaldehyd bildet Phenol Polymere unterschiedlicher Struktur (linear, verzweigt, vernetzt) ​​– Phenol-Formaldehyd-Harze.

Fragment

Phenol-Formaldehyd

5. Hydrierungsprozess (Reduktion):

Oxidation. Phenole werden unter dem Einfluss von Luftsauerstoff leicht oxidiert:

Chinon

Viele biologische Substanzen enthalten ein „chinoides“ System: Vitamin K 2 (Blutgerinnungsfaktor), Redoxenzyme der Gewebeatmung – Ubichinone.