Лабораторный способ получения фенола

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь).

Промышленный способ получения самого фенола С₆Н₅ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H₂SO₄. Реакция проходит с высоким выходом и позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон.

Получение фенола в промышленности

1. Кумольный способ

(СССР, Сергеев П.Г., Удрис Р.Ю., Кружалов Б.Д., 1949 г.). Преимущества метода: безотходная технология (выход полезных продуктов > 99%) и экономичность. В настоящее время кумольный способ используется как основной в мировом производстве фенола.

В качестве исходного сырья используют бензол и пропилен, из которых получают изопропилбензол (кумол), подвергающийся дальнейшим превращениям:

1 стадия – получение кумола

2 стадия – каталитическое окисление

2. Из каменноугольной смолы (как побочный продукт – выход небольшой)

Каменноугольную смолу, содержащую в качестве одного из компонентов фенол, обрабатывают вначале раствором щелочи (образуются феноляты), а затем – кислотой:

3. Взаимодействие галогенпроизводных ароматических УВ со щелочами

или с водяным паром

4. Сплавлением солей аренсульфокислот с твёрдыми щелочами

Источник

Фенолы

Фенолы — кислородсодержащие ароматические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп (OH), присоединенных к бензольному кольцу.

Номенклатура фенолов

Нумерацию атомов углерода в молекуле фенола начинают в такой последовательности, чтобы заместители получили наименьшие номера (идут кратчайшим путем). В основе названия принято сохранять тривиальное название «фенол».

Напомню, что гидроксильная группа является ориентантом I порядка (орто-, пара-ориентант). Поэтому реакции галогенирования, нитрования протекают в орто- и пара-положениях.

Получение фенолов

При гидролизе галогенбензолов происходит обмен: гидроксогруппа встает на место атома галогена.

Этим способом получают 95% всего производимого фенола. В ходе этой реакции кумол (изопропилбензол) подвергают окислению, в результате получается фенол и ацетон.

Химические свойства фенолов

Щелочные металлы (Li, Na, K) способны вытеснять водород из фенолов с образованием солей — фенолятов. В отличие от алифатических одноатомных спиртов, фенолы способны вступать в реакцию с щелочами (KOH, LiOH, NaOH)

Реакция фенола с бромной водой является качественной: в ходе нее выпадает белая взвесь — осадок трибромфенола.

Реакция между фенолом и азотной кислотой происходит по типу замещения. В бензольном кольце появляется новый радикал — нитрогруппа. Важно учитывать, что OH группа фенола является ориентантом I порядка: замещение идет в орто-, пара-положении.

При гидрировании разрываются двойные связи бензольного кольца, образуется циклогексанол.

В промышленности получила широкое распространение реакция поликонденсации фенола с формальдегидом, приводящая к образованию смолообразных полимеров (фенолформальдегидные смолы) и воды.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Получение фенолов

Вы будете перенаправлены на Автор24

В настоящее время для получения фенолов применяют ряд промышленных и лабораторных методов. В промышленном масштабе фенолы получают:

кумольным методом;
окислением толуола;
выделением из каменноугольной смолы.

В лабораторных условиях фенолы получают:

щелочным сплавлением сульфокислот;
гидроксилированием бензола;
с помощью борорганические соединений из реактивов Гриньяра;
разложением солей диазония.

Сухая перегонка каменного угля

При сухой перегонке каменного угля образуется каменноугольная смола. Такая смола, содержащая более 400 ароматических и гетероциклических соединений, путем химической обработки и фракционной перегонки разделяется на ряд основных фракций (Олеев)

легкие масла с температурой кипения до 170 $^\circ$ С (арены, тиофен, пиридин и т.п.);
фенольное (карболовое) масло, 170-210 $^\circ$ С (фенолы (до 40%), крезолы, нафталсн, инден и т.п.);
нафталиновое масло, 210-230 $^\circ$С (нафталин, метилнафталин, индол и т.п.);
тяжелое масло, 230-270 $^\circ$С (производные нафталина, индол и т.п.);
антраценовое масло, 270-340 $^\circ$С (антрацен, фенатрен, карбазол и т.д.);
пек каменноугольной смолы, температура $ > $360 $^\circ$С (пирен, хризен, высокомолекулярные парафины и т.д.).

Фенолы из соответствующих фракций добывают с помощью их обработки 12-15% -ной щелочью, с которой они образуют водорастворимые феноляты в отличие от нафталина. Такие феноляты действием любой минеральной кислоты переводят в фенолы. В промышленности для этого используют карбонатную кислоту или смесь диоксида серы с водой:

Разложение солей диазония

При нагревании водных растворов солей диазония также добывают фенолы:

Готовые работы на аналогичную тему

Универсальным методом замены аминогруппы на гидроксил в ароматическом ряду является диазотирование первичного амина с последующими разложением соли диазония в водном растворе серной кислоты.

Принято считать, что замещение диазогруппы на гидроксил протекает по $S_N1$-механизму, крайне редко реализующимуся для других реакций в ароматическом ряду. Механизм этой реакции и область ее синтетического применения подробно обсуждаются в соответствующей главе. Наилучшие результаты для получения оптимально высокого выхода фенолов достигается при постепенном введении раствора соли диазония в кипящий раствор серной кислоты. Некоторые наиболее типичные превращения представлены следующими уравнениями:

Получение двухатомных фенолов

Двухатомные фенолы получают теми же методами, что и одноатомные. Пирокатехин (пирокатехол), например, добывают щелочным гидролизом орто-хлорофенола или орто-дихлоробензола при 300 $^\circ$С, щелочным сплавлением о-гидроксибензолсульфоновой кислоты (возможно, о-бензолдисульфоновой кислоты) или окислением фенола пероксидом водорода.

Резорцин (резорцинол) получают с помощью кислотного расщепления соответствующих дигидропероксидов или реакцией щелочного сплавления мета-бензолдисульфоновой кислоты. В последнем случае реакция замещения первой сульфогруппы проходит при температуре ниже 300 $^\circ$ С, а второй — после длительного нагревания при 330-340 $^\circ$С.

Применяют также гидролиз мета-фенилендиамина в присутствии разбавленной серной или фосфорной кислоты:

Гидрохинон впервые был получен еще 1820 из каменноугольной смолы, а 1844 Ф. Велер синтезировал его п-бензохиноны. Гидрохинон получают кислотным расщеплением дигидропероксида п-диизопропилбензола. Такой дигидропероксид образуется как побочный продукт в процессе получения гидропероксида кумола.

Используют также метод щелочного гидролиза п-хлорофенола и реакцию щелочного сплавления п-бензолдисульфоновой кислоты.

Кроме традиционных методов синтеза двухатомных фенолов существуют и специальные. Так, пирокатехин добывают с помощью щелочного окисления салицилового альдегида:

Получение трехатомных фенолов

Методы получения трехатомных фенолов аналогичны ранее приведенным. Кроме того, пирогаллол, например, добывают путем декарбоксилирования галловой кислоты (К. Шееле, 1786), которая распространена в природе:

Гидроксигидрохинон можно получить из бензохинона при ацилировании последнего уксусным ангидридом:

Источник

Фенолы

Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.

Спирты – это гидроксисоединения, в которых группа ОН соединена с алифатическим углеводородным радикалом R-OH.

Если гидроксогруппа ОН соединена с бензольным кольцом, то вещество относится к фенолам.

Общая формула предельных нециклических спиртов: C_nH₂_n₊₂O_m, где m ≤ n.

Классификация фенолов

По числу гидроксильных групп:

фенолы с одной группой ОН — содержат одну группу -ОН. Общая формула C_nH_2n-7OH или C_nH_2n-6O.
фенолы с двумя группами ОН — содержат две группы ОН. Общая формула C_nH_2n-8(OH)₂ или C_nH_2n-6O₂.

Соединения, в которых группа ОН отделена от бензольного кольца углеродными атомами – это не фенолы, а ароматические спирты:

Строение фенолов

В фенолах одна из неподеленных электронных пар кислорода участвует в сопряжении с π–системой бензольного кольца, это является главной причиной отличия свойств фенола от спиртов.

Химические свойства фенолов

Сходство и отличие фенола и спиртов.

Сходство: как фенол, так и спирты реагируют с щелочными металлами с выделением водорода.

Отличия:

фенол не реагирует с галогеноводородами: ОН- группа очень прочно связана с бензольным кольцом, её нельзя заместить;
фенол не вступает в реакцию этерификации, эфиры фенола получают косвенным путем;
фенол не вступает в реакции дегидратации.
фенол обладает более сильными кислотными свойствами и вступает в реакцию со щелочами.

1. Кислотные свойства фенолов

Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты и вода, т. к. за счет участия неподеленной электронной пары кислорода в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца полярность связи О–Н увеличивается.

Раствор фенола в воде называют «карболовой кислотой», он является слабым электролитом.

1.1. Взаимодействие с раствором щелочей

В отличие от спиртов, фенолы реагируют с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соли – феноляты.

Например, фенол реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия

Так как фенол – более слабая кислота, чем соляная и даже угольная, его можно получить из фенолята, вытесняя соляной или угольной кислотой:

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Фенолы взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются феноляты. При взаимодействии с металлами фенолы ведут себя, как кислоты.

Например, фенол взаимодействует с натрием с образованием фенолята натрия и водорода .

2. Реакции фенола по бензольному кольцу

Наличие ОН-группы в бензольном кольце (ориентант первого рода) приводит к тому, что фенол гораздо легче бензола вступает в реакции замещения в ароматическом кольце.

2.1. Галогенирование

Фенол легко при комнатной температуре (без всякого катализатора) взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола (качественная реакция на фенол).

2.2. Нитрование

Под действием 20% азотной кислоты HNO₃ фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов.

Например, при нитровании фенола избытком концентрированной HNO₃ образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):

3. Поликонденсация фенола с формальдегидом

С формальдегидом фенол образует фенолоформальдегидные смолы.

4. Взаимодействие с хлоридом железа (III)

При взаимодействии фенола с хлоридом железа (III) образуются комплексные соединения железа, которые окрашивают раствор в сине-фиолетовый цвет. Это качественная реакция на фенол.

5. Гидрирование (восстановление) фенола

Присоединение водорода к ароматическому кольцу.

Продукт реакции – циклогексанол, вторичный циклический спирт.

Получение фенолов

1. Взаимодействие хлорбензола с щелочами

При взаимодействии обработке хлорбензола избытком щелочи при высокой температуре и давлении образуется водный раствор фенолята натрия.

При пропускании углекислого газа (или другой более сильной кислоты) через раствор фенолята образуется фенол.

2. Кумольный способ

Фенол в промышленности получают из каталитическим окислением кумола.

Первый этап процесса – получение кумола алкилированием бензола пропеном в присутствии фосфорной кислоты:

Второй этап – окисление кумола кислородом. Процесс протекает через образование гидропероксида изопропилбензола:

Суммарное уравнение реакции:

3. Замещение сульфогруппы в бензол-сульфокислоте

Бензол-сульфокислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия:

Получается фенолят натрия, из которого затем выделяют фенол:

Источник