Fenol, o substanță chimică de origine organică, aparține grupului de hidrocarburi aromatice.

În 1842, cercetătorul francez Auguste Laurent a reușit să obțină formula pentru fenol (C6H5OH), constând dintr-un inel benzenic și o grupare OH hidroxi. Fenolul are mai multe denumiri care sunt folosite atât în ​​literatura științifică, cât și colocvial, și a apărut datorită compoziției acestei substanțe. Astfel, fenolul este adesea numit oxibenzen sau acidul carbolic.

Fenolul este otrăvitor. Praful și soluția de fenol irită membranele mucoase ale ochilor, căilor respiratorii și ale pielii. Are proprietăți slab acide când este expus la alcalii, formează săruri - fenolați. Acțiunea bromului produce tribromofenol, care este folosit pentru a produce un antiseptic - xeroform. Inelul benzenic și gruparea OH, combinate într-o moleculă de fenol, se influențează reciproc, crescând semnificativ reciproc reactivitatea. De o importanță deosebită sunt reacțiile de condensare ale fenolilor cu aldehide și cetone, care au ca rezultat produși polimerici.

Proprietățile fizice ale fenolului

Proprietățile chimice ale fenolului

Fenolul este o substanță cristalină albă, cu un miros ascuțit caracteristic dulce-zahăr, care se oxidează ușor atunci când este expus la aer, dobândind mai întâi o culoare roz, iar după un timp o culoare maro bogată. O caracteristică a fenolului este solubilitatea sa excelentă nu numai în apă, ci și în alcool, medii alcaline, benzen și acetonă. În plus, fenolul are un punct de topire foarte scăzut și se transformă cu ușurință într-o stare lichidă la o temperatură de +42°C și are, de asemenea, proprietăți acide slabe. Prin urmare, atunci când interacționează cu alcalii, fenolul formează săruri numite fenolați.

În funcție de tehnologia de producție și de scop, fenolul este produs în trei grade: A, B și C conform GOST 23519-93. Mai jos sunt caracteristicile sale tehnice.

Caracteristicile tehnice ale fenolului conform GOST 23519-93

Metode de producere a fenolului

Fenolul nu se găsește în natură în forma sa pură; este un produs artificial al chimiei organice. În prezent, există trei metode principale de producere a fenolului în cantități industriale. Cota principală a producției sale este reprezentată de așa-numita metodă cumpole, care implică oxidarea compusului organic aromatic izopropilbenzen cu aer. În urma reacției chimice, se obține hidroperoxidul de cumpol care, la interacțiunea cu acidul sulfuric, se descompune în acetonă, urmată de precipitarea fenolului sub formă de precipitat cristalin. Pentru producție se folosește și metilbenzenul (toluen), ca urmare a oxidării căreia se formează această substanță chimică și acidul benzoic. În plus, în unele industrii, cum ar fi producția de cocs metalurgic, fenolul este eliberat din gudronul de cărbune. Cu toate acestea, această metodă de producție este neprofitabilă din cauza intensității sale energetice crescute. Printre cele mai recente realizări ale industriei chimice se numără producția de fenol prin reacția benzenului și acidului acetic, precum și clorurarea oxidativă a benzenului.

Fenolul a fost produs pentru prima dată în cantități industriale de compania germană BASF în 1899 prin sulfonarea benzenului cu acid sulfuric. Tehnologia pentru producerea sa a fost aceea că acidul sulfonic a fost supus ulterior la topire alcalină, rezultând formarea de fenol. Această metodă a fost folosită de mai bine de 100 de ani, dar în a doua jumătate a secolului al XX-lea, întreprinderile din industria chimică au fost forțate să o abandoneze din cauza cantității uriașe de deșeuri de sulfit de sodiu, care era un produs secundar al sintezei organice a fenolului. .

În prima jumătate a secolului XX, compania americană Dow Chemical a introdus o altă metodă de producere a fenolului, prin clorurarea benzenului, numită „procesul Raschig”. Metoda sa dovedit a fi destul de eficientă, deoarece greutatea specifică a substanței rezultate a atins 85%. Ulterior, aceeași companie a introdus o metodă de oxidare a metilbenzelenului urmată de descompunerea acidului benzoic, însă, din cauza dezactivării problematice a catalizatorului, astăzi este folosit de aproximativ 3-4% din întreprinderile din industria chimică.

Cea mai eficientă este metoda cumpolară de producere a fenolului, care a fost dezvoltată de chimistul sovietic Pyotr Sergeev și introdusă în producție în 1942. Prima fabrică de kumpol, construită în 1949 în orașul Dzerjinsk, regiunea Gorki, a fost capabilă să asigure o treime din necesarul de fenol al URSS.

Domeniul de aplicare al fenolului

Inițial, fenolul a fost folosit pentru a produce diferite tipuri de coloranți, datorită proprietății sale de a-și schimba culoarea în timpul oxidării de la roz pal la maro. Această substanță chimică se găsește în multe tipuri de vopsele sintetice. În plus, proprietatea fenolului de a distruge bacteriile și microorganismele a fost adoptată în industria tăbăcirii la tăbăcirea pieilor de animale. Mai târziu, fenolul a fost folosit cu succes în medicină ca unul dintre mijloacele de dezinfecție și dezinfecție a instrumentelor și spațiilor chirurgicale și ca soluție apoasă de 1,4% - ca analgezic și antiseptic pentru uz intern și extern. În plus, fenolul acidului salicilic este baza aspirinei, iar derivatul său, acidul para-aminosalicilic, este utilizat pentru tratarea pacienților cu tuberculoză. Fenolul face, de asemenea, parte din puternicul medicament laxativ purgena.

În prezent, scopul principal al fenolului este industria chimică, unde această substanță este folosită pentru a face materiale plastice, rășini fenol-formaldehidice, fibre artificiale precum nailon și nailon, precum și diverși antioxidanți. În plus, fenolul este utilizat pentru producerea de plastifianți, aditivi de ulei și este unul dintre componentele incluse în produsele de protecție a plantelor. Fenolul este, de asemenea, utilizat activ în inginerie genetică și biologie moleculară, ca mijloc de purificare și izolare a moleculelor de ADN.

Proprietăți nocive ale fenolului

Aproape imediat după obținerea fenolului, oamenii de știință au stabilit că această substanță chimică nu numai că are proprietăți benefice, ceea ce îi permite să fie utilizat în diferite domenii ale științei și producției, dar este și o otravă puternică. Astfel, inhalarea vaporilor de fenol pentru o perioadă scurtă de timp poate duce la iritarea nazofaringelui, arsuri ale tractului respirator și edem pulmonar ulterior cu un rezultat fatal. Când o soluție de fenol intră în contact cu pielea, se formează arsuri chimice, care ulterior se transformă în ulcere. Dacă mai mult de 25% din piele este tratată cu soluție, aceasta poate provoca moartea. Dacă fenolul intră în organism cu apă potabilă, duce la dezvoltarea de ulcer peptic, atrofie musculară, coordonare afectată a mișcărilor și sângerare. În plus, oamenii de știință au descoperit că fenolul este cauza cancerului și contribuie la dezvoltarea insuficienței cardiace și a infertilității.

Datorită proprietății de oxidare, vaporii acestei substanțe chimice se dizolvă complet în aer după aproximativ 20-25 de ore. Când este eliberat în sol, fenolul își păstrează proprietățile toxice pe tot parcursul zilei. Cu toate acestea, în apă viabilitatea sa poate ajunge la 7-12 zile. Prin urmare, calea cea mai probabilă pentru ca această substanță toxică să pătrundă în corpul uman și pe piele este apa contaminată.

Ca parte a materialelor plastice, fenolul nu își pierde proprietățile volatile, prin urmare utilizarea substanțelor fenolice în industria alimentară, producția de articole de uz casnic și jucării pentru copii este strict interzisă astăzi. De asemenea, utilizarea lor nu este recomandată pentru finisarea spațiilor rezidențiale și de birouri în care oamenii petrec cel puțin câteva ore pe zi. De regulă, fenolul este excretat din organism prin transpirație și urină în 24 de ore, dar în acest timp reușește să provoace daune ireparabile sănătății umane. Datorită proprietăților sale dăunătoare, în multe țări din lume există restricții privind utilizarea acestei substanțe în scopuri medicale.

Conditii de transport si depozitare

Există standarde internaționale pentru transportul fenolului, concepute pentru a evita eliberarea substanței în mediu.

Fenolul este transportat pe calea ferată în conformitate cu regulile de transport de mărfuri în rezervoare echipate cu dispozitiv de încălzire. Rezervoarele vor fi construite din oțel inoxidabil crom-nichel, oțel carbon acoperit cu zinc sau oțel carbon. Fenolul destinat producției de produse medicale este transportat în cisterne feroviare din oțel inoxidabil crom-nichel și oțel carbon cu acoperire cu zinc. Fenolul este de asemenea transportat printr-o conductă încălzită din oțel inoxidabil crom-nichel.

Fenolul în stare topită și solidă este depozitat în recipiente sigilate din oțel inoxidabil crom-nichel, oțel carbon acoperit cu zinc sau oțel carbon, precum și în recipiente din aluminiu monolit. Se permite depozitarea fenolului în stare topită sub azot (fracția de volum a oxigenului din azot nu trebuie să depășească 2%) la o temperatură de (60 ± 10) °C timp de 2-3 zile. La depozitarea în recipiente de aluminiu, este necesar să se controleze strict temperatura pentru a evita dizolvarea aluminiului în produs.

Fenol C6H5OH – o substanță incoloră, cristalină, cu miros caracteristic. Punctul său de topire = 40,9 C. Este ușor solubil în apă rece, dar deja la 70°C se dizolvă în orice raport. Fenolul este otrăvitor. În fenol, gruparea hidroxil este conectată la un inel benzenic.

Proprietăți chimice

1. Interacțiunea cu metalele alcaline.

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

fenolat de sodiu

2. Interacțiune cu alcalii (fenolul este un acid slab)

C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O

3. Halogenare.

4. Nitrarea

5. Reacție calitativă la fenol

3C 6 H 5 OH +FeCl 3 → (C 6 H 5 O) 3 Fe +3HCl (culoare violet)

Aplicație

După descoperirea fenolului, acesta a fost rapid folosit pentru tăbăcirea pieilor și în producția de coloranți sintetici. Apoi, medicina a devenit de ceva timp principalul consumator de fenol. Dezvoltarea producției de materiale plastice fenol la sfârșitul secolului al XIX-lea, în primul rând rășini fenol-formaldehidice, a dat un impuls activ dezvoltării pieței fenolului. În timpul Primului Război Mondial, fenolul a fost utilizat pe scară largă pentru a produce un exploziv puternic, acid picric.

Soluțiile apoase diluate de fenol (acid carbolic (5%)) sunt utilizate pentru dezinfectarea spațiilor și a lenjeriei. Fiind un antiseptic, a fost folosit pe scară largă în medicina europeană și americană în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, dar datorită toxicității sale ridicate, utilizarea sa este în prezent sever limitată. Utilizat pe scară largă în biologia moleculară și inginerie genetică pentru purificarea ADN-ului. Amestecat cu cloroform, a fost folosit anterior pentru a izola ADN-ul din celule. În prezent, această metodă nu este relevantă din cauza prezenței unui număr mare de balene specializate pentru izolare.

O soluție de fenol este utilizată ca dezinfectant (acid carbolic). Fenolii diatomici - pirocatecol, resorcinol, precum și hidrochinona (para-dihidroxibenzen) sunt utilizați ca antiseptice (dezinfectanți antibacterieni), introduși în agenții de tăbăcire pentru piele și blană, ca stabilizatori pentru uleiuri lubrifiante și cauciuc, precum și pentru prelucrarea materialelor fotografice și ca reactivi în chimia analitică.

Această substanță a fost descoperită în 1771 an. Imediat după descoperirea sa, a fost folosit ca colorant. Lucrătorii din domeniul textilelor și-au vopsit țesăturile cu el. ÎN 1834 chimist german Friedlieb Runge a descoperit o substanță cristalină albă cu un miros caracteristic în produsele de distilare a gudronului de cărbune, dar nu a putut determina compoziția acesteia. Și numai în 1841 an Auguste Laurent a stabilit formula acestuia.

• Determinarea fenolilor.

• Clasificarea și izomeria fenolilor.

• Proprietățile fizice ale fenolului.

Pentru o imagine mai completă a proprietăților fizice, urmăriți videoclipul:

• Structura moleculei de fenol.

• Perechea de electroni singuratică a atomului de oxigen este atrasă de norul de 6 electroni al inelului benzenic, ceea ce face ca legătura O–H să devină și mai polarizată. Fenolul este un acid mai puternic decât apa și alcoolii.

• În inelul benzenic, simetria norului de electroni este perturbată, densitatea electronilor crește în pozițiile 2, 4, 6. Acest lucru face ca legăturile C - H din pozițiile 2, 4, 6 și mai reactive? – legături ale inelului benzenic.

• Proprietățile chimice ale fenolului.

a) proprietăți acide:
Aciditatea fenolului este semnificativ mai mare decât cea a alcoolilor saturați; reacţionează atât cu metalele alcaline,și cu hidroxizii lor (de unde vechea denumire „acid carbolic”):

C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH+ NaHC03.

C6H5OH + CH3- CO ― CI → C6H5 - O - CO - CH3 + Acid clorhidric.

• interacțiunea cu apa de brom:

• interacțiunea cu acidul azotic:
  Când fenolul este nitrat cu acid azotic concentrat, trei atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu o grupare nitro și se formează 2,4,6-trinitrofenol (acid picric):

• reacție de policondensare

• C 6 H 5 OH + FeCl 3 -> culoare violet
• C6H5OH + Br2 -> precipitat alb
• C6H4(OH)2 + FeCl3 -> culoare verde
• C6H3(OH)3 + FeCI3 —> colorare roșie

IV. 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. La oxidare hidrochinonă se formează de asemenea chinonă:

• Prepararea fenolului.

C6H5 - CU 1 + 2 NaOH → C6H5-ONa + NaCI + H2O.

(1)

Denumirile fenolilor sunt compilate ținând cont de faptul că pentru structura părinte, conform regulilor IUPAC, se păstrează denumirea banală „fenol”. Numerotarea atomilor de carbon din ciclul benzenic începe de la atomul legat direct de gruparea hidroxil (dacă este cea mai mare funcție) și continuă într-o astfel de secvență încât substituenții disponibili primesc cele mai mici numere.

Derivații de fenol monosubstituiți, de exemplu metilfenol (crezol), pot exista sub formă de trei izomeri structurali - orto-, meta- și para-crezoli.

Proprietăți fizice.

Fenolii sunt în mare parte substanțe cristaline (-crezol - lichid) la temperatura camerei. Au un miros caracteristic, sunt destul de slab solubile în apă, dar se dizolvă bine în soluții apoase de alcalii (vezi mai jos). Fenolii formează legături puternice de hidrogen și au puncte de fierbere destul de ridicate.

Metode de obținere.

1. 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:

2. Prepararea din acizi sulfonici aromatici (vezi reacția 3 în secțiunea „Proprietățile chimice ale benzenului”, § 21). 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 folosită pentru a obține fenoli polihidroxici:

Proprietăți chimice.

În fenoli, orbitalul p al atomului de oxigen formează un singur sistem cu inelul aromatic. Ca urmare a acestei interacțiuni, densitatea electronică a atomului de oxigen scade și cea a inelului benzenic crește. Polaritatea legăturii O-H crește, iar hidrogenul grupei OH devine mai reactiv și este ușor înlocuit de un metal chiar și sub acțiunea alcalinelor (spre deosebire de alcoolii monohidroxilici saturați).

În plus, ca urmare a unei astfel de influențe reciproce în molecula de fenol, reactivitatea inelului benzenic în pozițiile orto și cara în reacțiile de substituție electrofilă (halogenare, nitrare, policondensare etc.) crește:

1. Proprietățile acide ale fenolului se manifestă în reacții cu alcalii (vechea denumire „acid carbolic” a fost păstrată):

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 demonstrează că fenolul este un acid mai slab decât dioxidul de carbon și dioxidul de sulf:

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.

2. Formarea esterilor. Spre deosebire de alcooli, fenolii nu formează esteri atunci când sunt expuși la acizii carboxilici; În acest scop, se folosesc cloruri acide:

3. Halogenare. Când fenolul este expus la apă cu brom (comparați cu condițiile pentru bromurarea benzenului - § 21), se formează un precipitat de 2,4,6-tribromofenol:

Aceasta este o reacție calitativă pentru detectarea fenolului.

4. Nitrarea. Sub influența acidului azotic 20%, fenolul este ușor transformat într-un amestec de orto- și para-nitrofenoli. Dacă fenolul este nitrat cu acid azotic concentrat, se formează 2,4,6-trinitrofenol - un acid puternic (acid picric).

5. Oxidarea. 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:

Fenolii monohidric sunt lichide limpezi sau substanțe cristaline, adesea colorate în roz-roșu datorită oxidării lor. Acestea sunt otrăvuri și provoacă arsuri dacă intră în contact cu pielea. Ele ucid multe microorganisme, adică au proprietăți dezinfectante și antiseptice. Solubilitatea fenolilor în apă este scăzută, punctele de fierbere ale acestora sunt relativ ridicate datorită existenței legăturilor de hidrogen intermoleculare.

Proprietăți fizice

Fenolii sunt ușor solubili în apă, dar se dizolvă bine în alcool, eter, benzen, formează hidrați cristalini cu apă și sunt distilați cu abur. În aer, fenolul însuși se oxidează și se întunecă ușor. Introducerea substituenților precum halogeni, grupări nitro etc. în poziția para a moleculei de fenol crește semnificativ punctul de fierbere și punctul de topire al compușilor:

Poza 1.

Fenolii sunt substanțe polare cu un moment dipolar $\mu$ = 1,5-1,6 $D$. Valoarea $EI$ de 8,5-8,6 eV indică proprietățile donor mai mari ale fenolilor în comparație cu arenele precum benzenul (9.25 eV), toluenul (8.82 eV) și etilbenzenul (8.76 eV). Aceasta se datorează interacțiunii grupării hidroxil cu legăturile $\pi$ ale inelului benzenic datorită efectului $M$ pozitiv al grupului $OH$ predomină efectul său negativ $I$.

Caracteristicile spectrale ale fenolilor

Maximul de absorbție în partea UV a spectrului pentru fenol este deplasat către lungimi de undă mai mari cu aproximativ 15 nm în comparație cu benzen (deplasare batocromică) datorită participării $\pi$-electronilor de oxigen în conjugarea cu inelul benzenic și apare la 275 nm cu o structură fină.

Spectrele IR ale fenolilor, precum și ale alcoolilor, sunt caracterizate de benzi intense $v_(OH)$ în regiunea 3200-3600 cm$^(-1)$ și 3600-3615 cm$^(-1)$ pentru soluții foarte diluate, dar pentru $v_(c\_D)$ fenoli există o bandă în jur de 1230 cm$^(-1)$, spre deosebire de 1220-1125 cm$^(-1)$ pentru alcooli.

În spectrele RMN, semnalul protonului grupului $OH$ de fenoli apare într-un interval larg (4,0-12,0 ppm) comparativ cu alcoolii, în funcție de natura și concentrația solventului, temperatură și prezența inter. - sau legături de hidrogen intramoleculare . Adesea semnalul protonului grupului $OH$ este înregistrat la 8,5-9,5 ppm. în dimetil sulfoxid sau la 4,0-7,5 ppm, în $CCl_4$.

În spectrul de masă al fenolului, direcția principală de fragmentare este eliminarea particulelor $HCO$ și $CO$:

Figura 2.

Dacă radicalii alchil sunt prezenți într-o moleculă de fenol, procesul primar va fi scindarea benzii.

Proprietățile chimice ale fenolilor

Spre deosebire de alcooli, care se caracterizează prin reacții care implică scindarea atât a legăturii $O-H$ (proprietăți acido-bazice, formare de esteri, oxidare etc.), cât și a legăturii $C-O$ (reacții de substituție nucleofilă, deshidratare, rearanjare). ) , fenolii sunt caracterizați mai mult prin reacții de primul tip. În plus, ele sunt caracterizate prin reacții de substituție electrofilă în inelul benzenic activat de gruparea hidroxil donatoare de electroni.

Proprietățile chimice ale fenolilor sunt determinate de influența reciprocă a grupării hidroxil și a inelului benzenic.

Gruparea hidroxil are un efect $-I-$ și + $M$. Acesta din urmă depășește semnificativ efectul $-I$, care determină $n-\pi$-conjugarea electronilor liberi ai oxigenului cu orbitalul $\pi$ al nucleului benzenic. Datorită conjugării $n-\pi$, lungimea legăturii $C - O$, mărimea momentului dipol și poziția benzilor de absorbție ale legăturilor în spectrele IR scad comparativ cu alcoolul etilic:

Câteva caracteristici ale fenolului și etanolului:

Figura 3.

$n-\pi$-Conjugarea duce la scăderea densităţii electronilor pe atomul de oxigen, prin urmare creşte polaritatea legăturii $O - H$ în fenoli. În acest sens, proprietățile acide ale fenolilor sunt mai pronunțate decât cele ale alcoolilor. Aciditatea mai mare a fenolilor în comparație cu alcoolii se explică și prin posibilitatea delocalizării sarcinii în anionul fenolat, ceea ce implică stabilizarea sistemului:

Figura 4.

Diferența de aciditate dintre fenol și alcooli este indicată de constanta de disociere. Pentru comparație: Kd = $1,3 \cdot 10^(-10)$ pentru fenol și Kd = $10^(-18)$ pentru alcool etilic.

Prin urmare, fenolii, spre deosebire de alcooli, formează fenolați nu numai cu metalele alcaline, ci și prin interacțiunea cu alcalii:

Figura 5.

Reacția fenolului cu metalele alcaline este destul de violentă și poate fi însoțită de o explozie.

Dar fenolul este un acid slab, mai slab chiar decât acidul carbonic ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Prin urmare, acidul carbonic înlocuiește fenolul din soluția de fenolat. Aceste reacții sunt utilizate pentru separarea fenolilor, alcoolilor sau acizilor carboxilici. Grupările de atragere de electroni din molecula de fenol îmbunătățesc semnificativ, iar grupurile donatoare slăbesc, proprietățile acide ale hidroxilului fenolic.

În plus, fenolul este caracterizat printr-un număr de reacții de direcții diferite:

1. formarea de eteri și esteri;
2. reacții de alchilare și acilare;
3. reactii de oxidare

4. reacții de substituție electrofilă în ciclul aromatic, inclusiv reacții:

   • halogenare,
   • sulfonare,
   • nitrozare,
   • formilare,
   • condensare cu aldehide și cetone,
   • carboxilarea.