Organiskās vielas ir fenoli. Fenols (hidroksibenzols, karbolskābe)

Fenoli ir arēnu atvasinājumi, kuros viens vai vairāki aromātiskā gredzena ūdeņraža atomi ir aizstāti ar OH grupu.

Klasifikācija.

1. Vienvērtīgie fenoli:

2. Daudzvērtīgie fenoli:

Fizikālās īpašības:

Fenols un tā apakšējie homologi ir bezkrāsainas, zemas kušanas kristāliskas vielas vai šķidrumi ar raksturīgu smaržu.

Fenols vidēji šķīst ūdenī. Fenols spēj veidot ūdeņraža saites, kas ir tā antiseptisko īpašību pamatā. Fenola ūdens šķīdumi izraisa audu apdegumus. Atšķaidītu fenola ūdens šķīdumu sauc par karbolskābi. Fenols ir toksisks, samazinās fenola homologu toksicitāte, palielinās baktericīda aktivitāte, jo alkilradikālis kļūst sarežģītāks.

Fenolu iegūšanas metodes

1. Izgatavots no akmeņogļu darvas.

2. Kumenes metode

3. Aromātisko sulfonskābju sāļu saplūšana ar sārmu:

4. Diazonija sāļu sadalīšanās:

5. Halogēna atvasinājumu hidrolīze

§vienpadsmit. Fenolu ķīmiskās īpašības.

1. Skābes īpašības: fenoli veido sāļus:

Fenols ir vājāka skābe nekā ogleklis H 2 CO 3:

2. Reakcijas, kurās iesaistīta OH grupa.

a) alkilēšana (ēteru veidošanās)

b) acilēšana (esteru veidošanās):

3. OH grupas aizvietošanas reakcijas:

Fenols nesadarbojas ar NH3 un R – NH2.

4. Arēniem raksturīgas elektrofilās aizvietošanas reakcijas.

Aizstāšana notiek ātrāk nekā ar benzolu. OH grupa virza jauno aizvietotāju uz orto un para pozīcijām.

a) halogenēšana (broma ūdens krāsas maiņa - kvalitatīva reakcija uz fenolu):

b) nitrēšana

c) sulfonēšana:

5. Kondensācijas reakcijas

a) ar formaldehīdu

b) ar ftālskābes anhidrīdu

6. Oksidācija

a) baltie fenola kristāli gaisā kļūst sārti;

b) fenols ar FeCl 3 šķīdumu dod sarkanvioletu krāsu;

krezols – zila krāsa;

c) oksidēšanās ar spēcīgiem oksidētājiem

7. Atveseļošanās

8. Karboksilēšana (Kolbes-Šmita reakcija):

Pieteikums

1. Fenolu izmanto fenola-formaldehīda sveķu, kaprolaktāma, pikrīnskābes, krāsvielu, insekticīdu ražošanā, zāles.

2. Pirokateholu un tā atvasinājumus izmanto medikamentu (tiek iegūts sintētiskais hormons adrenalīns) un aromātisko vielu ražošanā.

3. Rezorcīnu izmanto krāsvielu sintēzē; medicīnā kā dezinfekcijas līdzeklis.

eksperimentālā daļa

Pieredze 1. Radikāla un hidroksilgrupu skaita ietekme uz spirtu šķīdību.

Trīs mēģenēs pievienojiet 4-5 pilienus etilspirta, izoamilspirta un glicerīna. Katrā mēģenē pievienojiet 5-6 pilienus ūdens un sakratiet. Ko jūs novērojāt?

Pieredze 2.Ūdens noteikšana etilspirtā un tā dehidratācija.

Sausā mēģenē pievieno 10 pilienus etilspirta, pievieno nedaudz bezūdens vara sulfāta, rūpīgi samaisa un ļauj nosēsties. Ja spirtā ir ūdens, vara sulfāta nogulsnes kļūs zilas, jo veidojas vara sulfāts CuSO 4 · 5H 2 O. Saglabājiet bezūdens spirtu vēlākam eksperimentam.

Pieredze 3. Nātrija etoksīda veidošanās.

Ievietojiet nelielu nātrija gabalu sausā mēģenē, pievienojiet 3 pilienus bezūdens etilspirta (no iepriekšējā eksperimenta) un ar pirkstu aizveriet mēģenes atveri. Tūlīt sākas ūdeņraža evolūcija.

Reakcijas beigās, nepaceļot pirkstu no mēģenes atveres, novietojiet to uz degļa liesmu. Atverot mēģeni, ūdeņradis aizdegas ar raksturīgu skaņu, veidojot zilganu gredzenu. Mēģenes apakšā paliek bālgans nātrija etoksīda vai tā šķīduma nogulsnes.

Kad mēģenē pievieno 1 pilienu fenolftaleīna spirta šķīduma, parādās sarkana krāsa.

Uzrakstiet notiekošo reakciju vienādojumus.

Pieredze 4. Etilspirta oksidēšana ar hroma maisījumu.

Mēģenē pievienojiet 3-4 pilienus etilspirta. Pievienojiet 1 pilienu 2N sērskābes šķīduma un 2 pilienus 0,5N kālija dihromāta šķīduma. Sildiet iegūto oranžo šķīdumu virs degļa liesmas, līdz krāsa sāk mainīties. Parasti dažu sekunžu laikā šķīduma krāsa kļūst zilgani zaļa. Tajā pašā laikā ir jūtama raksturīga acetaldehīda smarža, kas atgādina ābolu smaržu. Metodi var izmantot, lai atšķirtu primāros un sekundāros spirtus.

Uzrakstiet reakciju vienādojumus.

Pieredze 5. Etilacetāta sagatavošana.

Ievietojiet sausā mēģenē nedaudz bezūdens nātrija acetāta pulvera (slāņa augstums aptuveni 2 mm) un 3 pilienus etilspirta. Pievienojiet 2 pilienus koncentrētas sērskābes un viegli karsējiet virs degļa liesmas. Pēc dažām sekundēm parādās raksturīga patīkama atsvaidzinoša etilacetāta smarža.

Reakciju vienādojumi:

CH 3 C(O)ONa + HOSO 3 H NaHSO 4 + CH 3 C(O)OH

C 2 H 5 OH + HOSO 3 H H 2 O + C 2 H 5 OSO 3 H

CH 3 C(O)OH + HOSO 3 HH 2 SO 4 + CH 3 C(O)O C 2 H 5

Pieredze 6. Glicerīna reakcija ar vara (II) hidroksīdu sārmainā vidē .

Ielejiet mēģenē 3 pilienus 0,2 N CuSO 4 šķīduma un 2 pilienus 2 N NaOH šķīduma un samaisiet. Parādās želejveida vara (II) hidroksīda nogulsnes:

Sildot sārmainā vidē līdz vārīšanās temperatūrai, iegūtais hidroksīds

varš(II) sadalās. To nosaka, izdalot melnas vara (II) oksīda nogulsnes:

Atkārtojiet eksperimentu, bet pirms vara (II) hidroksīda vārīšanas mēģenē pievienojiet 1 pilienu glicerīna. Kratīt. Iegūto šķīdumu uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai un pārliecinieties, ka vara glicerāta šķīdums vārot nesadalās. Šeit veidojas helātu savienojums

Pieredze 7. Akroleīna veidošanās no glicerīna.

Ievietojiet mēģenē 3-4 kālija bisulfāta kristālus un 1 pilienu glicerīna. Uzkarsē uz degļa liesmas. Glicerīna sadalīšanās sākuma pazīme ir šķidruma brūnināšana mēģenē un iegūtā akroleīna smago tvaiku parādīšanās, kam ir ļoti asa smaka.

Pieredze 8. Fenola šķīdība ūdenī.

Ievietojiet mēģenē 1 pilienu šķidrā fenola, pievienojiet 1 pilienu ūdens un

sakratiet to. Rezultāts ir duļķains šķidrums – fenola emulsija. Stāvot

šāda emulsija noslāņojas, un apakšā būs ūdens šķīdums fenolā,

vai šķidrais fenols, un augšpusē - fenola šķīdums ūdenī, vai karbolūdens.

Pilienu pa pilienam pievieno ūdeni, katru reizi kratot mēģeni, līdz

jūs iegūsit dzidru fenola šķīdumu ūdenī. Saglabājiet saņemto

fenola ūdens turpmākajiem eksperimentiem.

Pieredze 9.Krāsu reakcijas uz fenola ūdeni.

Ievietojiet mēģenē 3 pilienus tīra fenola ūdens un pievienojiet 1 pilienu 0,1 N FeCl 3 šķīduma - parādās violeta krāsa.

Jutīgāka reakcija uz fenolu ir krāsainais indofenols

Ievietojiet mēģenē 1 pilienu tīra karbolūdens. Pievienojiet tam 3 pilienus 2N NH 4 OH šķīduma un pēc tam 3 pilienus piesātināta broma ūdens šķīduma. Pēc dažām sekundēm uz papīra baltā fona var redzēt zilu krāsu, kas pakāpeniski palielinās, jo veidojas krāsviela - indofenols.

Pieredze 10. Tribromfenola veidošanās.

Ievietojiet mēģenē 3 pilienus broma ūdens un pievienojiet 1 pilienu tīra karbolūdens. Fenoli ar brīvām orto- un para-pozīcijām iekrāso broma ūdeni un veido aizvietošanas produktus, kas parasti izgulsnējas.

Pieredze 11. Pierādījumi par fenola skābumu.

Atlikušajam fenola ūdenim pievienojiet vēl 1 pilienu fenola un sakratiet. Jauniegūtajai emulsijai pievieno 1 pilienu 2N NaOH šķīduma. Tūlīt veidojas dzidrs nātrija fenolāta šķīdums, jo tas labi šķīst ūdenī.

§10. Problēmas, kas jārisina patstāvīgi.

1. Uzrakstiet šādu savienojumu strukturālās formulas:

3-metil-2-pentanols; 2-metil-3-butin-2-ols; 1-fenilpropanols-1.

2. Izmantojiet Grinārda reakciju, lai iegūtu šādus spirtus:

1) 2-metil-3-pentanols;

2) 2,3-dimetil-3-pentanols;

3) 2,2-dimetil-1-propanols.

3. Iegūstiet atbilstošos etilēna ogļūdeņražus, hidratējot

šādi spirti:

a) 2-metilpentanols-2; b) 3,3-dimetilbutanols-2.

4. Uzrakstiet sekundārā butilspirta oksidācijas reakcijas;

2-metilbutanols-1.

5. Pakļaujiet 2-pentanolu dehidratācijai, pēc tam oksidējiet reakcijas produktu ar kālija permanganāta ūdens šķīdumu. Apstrādājiet iegūto savienojumu ar etiķskābi. Uzrakstiet reakciju vienādojumus un nosauciet visus produktus.

6. Iegūstiet fenolu no benzola un 1-butēna, izmantojot sek.butilhidroperoksīda veidošanās stadiju.

7. Aprakstiet šādu pārveidojumu shēmu:

8. Pozīcija sekojoši savienojumi skābes īpašību dilstošā secībā:

Atkarībā no OH grupu skaita molekulā izšķir viena, divu un trīs atomu fenolus (1. att.)

Rīsi. 1. VIEN-, BI-UN TRIHĀTISKIE FENOLI

Atbilstoši kondensēto aromātisko gredzenu skaitam molekulā tos izšķir (2. att.) pašos fenolos (viens aromātiskais gredzens - benzola atvasinājumi), naftolos (2 kondensēti gredzeni - naftalīna atvasinājumi), antranolos (3 kondensētie gredzeni - antracēns). atvasinājumi) un fenantroli (2. att.).

Rīsi. 2. MONO- UN POLIKULĀRI FENOLI

Alkoholu nomenklatūra.

Fenoliem plaši tiek izmantoti triviāli nosaukumi, kas attīstījušies vēsturiski. Aizvietoto mononukleāro fenolu nosaukumos tiek izmantoti arī prefiksi orto-,meta- Un pāris -, izmanto aromātisko savienojumu nomenklatūrā. Sarežģītākiem savienojumiem atomi, kas ir daļa no aromātiskajiem gredzeniem, ir numurēti un aizvietotāju atrašanās vieta tiek norādīta, izmantojot digitālos indeksus (3. att.).

Rīsi. 3. FENOLU NOMENKLATŪRA. Skaidrības labad aizstājošās grupas un atbilstošie digitālie indeksi ir izcelti dažādās krāsās.

Fenolu ķīmiskās īpašības.

Benzola gredzens un OH grupa, kas apvienoti fenola molekulā, ietekmē viens otru, ievērojami palielinot reaktivitāte viens otru. Fenilgrupa absorbē vientuļu elektronu pāri no skābekļa atoma OH grupā (4. att.). Rezultātā palielinās šīs grupas H atoma daļējais pozitīvais lādiņš (norādīts ar simbolu d+), palielinās O–H saites polaritāte, kas izpaužas šīs grupas skābo īpašību palielināšanā. Tādējādi, salīdzinot ar spirtiem, fenoli ir spēcīgākas skābes. Daļējs negatīvs lādiņš (apzīmēts ar d–), kas pāriet uz fenilgrupu, koncentrējas pozīcijās orto- Un pāris-(attiecībā pret OH grupu). Šos reakcijas punktus var uzbrukt reaģenti, kas gravitējas uz elektronnegatīviem centriem, tā sauktie elektrofīlie ("elektronus mīlošie") reaģenti.

Rīsi. 4. ELEKTRONU BLĪVUMA SADALĪJUMS FENOLĀ

Rezultātā fenoliem iespējamas divu veidu transformācijas: ūdeņraža atoma aizstāšana OH grupā un H-atomobenzola gredzena aizstāšana. O atoma elektronu pāris, kas pievilkts benzola gredzenam, palielina C–O saites stiprumu, tāpēc reakcijas, kas notiek ar šīs saites pārrāvumu, raksturīgās spirtiem, fenoliem nav raksturīgas.

1. Ūdeņraža atoma aizvietošanas reakcijas OH grupā. Fenolus pakļaujot sārmiem, veidojas fenolāti (5.A att.), katalītiskā mijiedarbība ar spirtiem noved pie ēteru veidošanās (5.B att.) un reakcijas ar anhidrīdiem vai skābes hlorīdiem rezultātā. karbonskābes veidojas esteri (5.B att.). Mijiedarbojoties ar amonjaku ( paaugstināta temperatūra un spiediens) OH grupa tiek aizstāta ar NH 2, veidojas anilīns (5.D att.), reducējošie reaģenti pārvērš fenolu benzolā (5.E att.)

2. Ūdeņraža atomu aizvietošanas reakcijas benzola gredzenā.

Fenola halogenēšanas, nitrēšanas, sulfonēšanas un alkilēšanas laikā uzbrūk centriem ar paaugstinātu elektronu blīvumu (4. att.), t.i. nomaiņa galvenokārt notiek orto- Un pāris- pozīcijas (6. att.).

Ar dziļāku reakciju benzola gredzenā tiek aizstāti divi un trīs ūdeņraža atomi.

Īpaši svarīgas ir fenolu kondensācijas reakcijas ar aldehīdiem un ketoniem, būtībā tā ir alkilēšana, kas notiek viegli un maigos apstākļos (40–50 ° C, ūdens vide katalizatoru klātbūtnē), savukārt oglekļa atoms metilēngrupas CH 2 vai aizvietotas metilēngrupas (CHR vai CR 2) formā ir ievietots starp divām fenola molekulām. Bieži vien šāda kondensācija noved pie polimēru produktu veidošanās (7. att.).

Diatomiskais fenols ( tirdzniecības nosaukums bisfenols A, 7. att.), tiek izmantots kā sastāvdaļa epoksīdsveķu ražošanā. Fenola kondensācija ar formaldehīdu ir pamatā plaši izmantotu fenola-formaldehīda sveķu (fenoplastu) ražošanai.

Fenolu iegūšanas metodes.

Fenoli tiek izolēti no akmeņogļu darvas, kā arī no brūnogļu un koksnes (darvas) pirolīzes produktiem. Rūpnieciskā metode paša fenola iegūšana C 6 H 5 OH ir balstīta uz oksidēšanu aromātiskais ogļūdeņradis kumēns (izopropilbenzols) ar atmosfēras skābekli, kam seko iegūtā hidroperoksīda sadalīšanās, kas atšķaidīts ar H 2 SO 4 (8.A att.). Reakcija notiek ar augstu ražu un ir pievilcīga ar to, ka ļauj iegūt uzreiz divus tehniski vērtīgus produktus - fenolu un acetonu. Vēl viena metode ir halogenēto benzolu katalītiskā hidrolīze (8.B att.).

Rīsi. 8. FENOLA IEGŪŠANAS METODES

Fenolu pielietojums.

Fenola šķīdumu izmanto kā dezinfekcijas līdzekli (karbolskābi). Diatomiskie fenoli - pirokatehols, rezorcīns (3. att.), kā arī hidrohinons ( pāris- dihidroksibenzolu) izmanto kā antiseptiskus līdzekļus (antibakteriālos dezinfekcijas līdzekļus), pievieno ādas un kažokādu miecēšanas līdzekļiem, kā smēreļļu un gumijas stabilizatorus, kā arī fotomateriālu apstrādei un kā reaģentus analītiskajā ķīmijā.

Fenoli tiek izmantoti ierobežotā apjomā atsevišķu savienojumu veidā, bet to dažādie atvasinājumi tiek plaši izmantoti. Fenoli kalpo izejas savienojumi dažādu polimēru izstrādājumu ražošanai - fenola-aldehīda sveķi (7. att.), poliamīdi, poliepoksīdi. Pamatojoties uz fenoliem, daudzi medikamentiem piemēram, aspirīns, salols, fenolftaleīns, arī krāsvielas, smaržas, polimēru plastifikatori un augu aizsardzības līdzekļi.

Mihails Levitskis

Profila ķīmiskā un bioloģiskā klase

Nodarbības veids: jauna materiāla apguves nodarbība.

Nodarbību apmācības metodes:

  • verbāls (saruna, skaidrojums, stāsts);
  • vizuālā (datorprezentācija);
  • praktiskie (demonstrācijas eksperimenti, laboratorijas eksperimenti).

Nodarbības mērķi:Mācību mērķi: izmantojot fenola piemēru, konkretizēt studentu zināšanas par fenolu klasei piederošo vielu uzbūves īpatnībām, apsvērt fenola molekulā esošo atomu savstarpējās ietekmes atkarību no tās īpašībām; iepazīstināt studentus ar fenola un dažu tā savienojumu fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, pētīt kvalitatīvas reakcijas uz fenoliem; apsvērt fenola un tā savienojumu klātbūtni dabā, to bioloģisko lomu

Izglītības mērķi: Izveidojiet nosacījumus, lai patstāvīgs darbs studentiem, nostiprināt skolēnu prasmes darbā ar tekstu, izcelt tekstā galvenos punktus un veikt testus.

Attīstības mērķi: Veidot dialoga mijiedarbību stundā, veicināt skolēnu prasmju attīstību izteikt savu viedokli, uzklausīt draugu, uzdot viens otram jautājumus un papildināt viens otra runas.

Aprīkojums: krīts, tāfele, ekrāns, projektors, dators, elektroniskie mediji, mācību grāmata “Ķīmija”, 10. klase, O.S. Gabrieljans, F.N. Maskajevs, mācību grāmata “Ķīmija: kontroldarbos, uzdevumos un vingrinājumos”, 10. klase, O.S. Gabrieljans, I.G. Ostroumovs.

Demonstrācija: D. 1. Fenola aizstāšana no nātrija fenolāta ar ogļskābi.

D 2. Fenola un benzola mijiedarbība ar broma ūdeni (video).

D. 3. Fenola reakcija ar formaldehīdu.

Laboratorijas pieredze:1. Fenola šķīdība ūdenī normālā un paaugstinātā temperatūrā.

2. Fenola un etanola mijiedarbība ar sārma šķīdumu.

3. Fenola reakcija ar FeCl 3.

Lejupielādēt:


Priekšskatījums:

PAŠVALDĪBAS IZGLĪTĪBAS IESTĀDE

"GRAMATIKAS SKOLA № 5"

TYRNYAUZA KBR

Atvērtā stunda-pētniecība ķīmijā

Ķīmijas skolotājs: Gramoteeva S.V.

I kvalifikācijas kategorija

Klase: 10 "A", ķīmiskā un bioloģiskā

Datums: 14.02.2012

Fenols: struktūra, fizikālā un Ķīmiskās īpašības fenola.

Fenola pielietojums.

Profila ķīmiskā un bioloģiskā klase

Nodarbības veids: jauna materiāla apguves nodarbība.

Nodarbību apmācības metodes:

  1. verbāls (saruna, skaidrojums, stāsts);
  2. vizuālā (datorprezentācija);
  3. praktiskie (demonstrācijas eksperimenti, laboratorijas eksperimenti).

Nodarbības mērķi: Mācību mērķi: izmantojot fenola piemēru, konkretizēt studentu zināšanas par fenolu klasei piederošo vielu uzbūves īpatnībām, apsvērt fenola molekulā esošo atomu savstarpējās ietekmes atkarību no tās īpašībām; iepazīstināt studentus ar fenola un dažu tā savienojumu fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, pētīt kvalitatīvas reakcijas uz fenoliem; apsvērt fenola un tā savienojumu klātbūtni dabā, to bioloģisko lomu

Izglītības mērķi:Radīt apstākļus studentiem patstāvīgam darbam, nostiprināt studentu prasmes darbā ar tekstu, izcelt tekstā galvenos punktus un veikt ieskaites.

Attīstības mērķi:Veidot dialoga mijiedarbību stundā, veicināt skolēnu prasmju attīstību izteikt savu viedokli, uzklausīt draugu, uzdot viens otram jautājumus un papildināt viens otra runas.

Aprīkojums: krīts, tāfele, ekrāns, projektors, dators, elektroniskie mediji, mācību grāmata “Ķīmija”, 10. klase, O.S. Gabrieljans, F.N. Maskajevs, mācību grāmata “Ķīmija: kontroldarbos, uzdevumos un vingrinājumos”, 10. klase, O.S. Gabrieljans, I.G. Ostroumovs.

Demonstrācija: D. 1.Fenola aizstāšana no nātrija fenolāta ar ogļskābi.

D 2. Fenola un benzola mijiedarbība ar broma ūdeni (video).

D. 3. Fenola reakcija ar formaldehīdu.

Laboratorijas pieredze: 1. Fenola šķīdība ūdenī normālā un paaugstinātā temperatūrā.

3. Fenola reakcija ar FeCl 3 .

NODARBĪBU LAIKĀ

  1. Laika organizēšana.
  2. Gatavošanās apgūt jaunu materiālu.
  1. Frontālā aptauja:
  1. Kādus spirtus sauc par daudzvērtīgajiem spirtiem? Sniedziet piemērus.
  2. Kādas ir daudzvērtīgo spirtu fizikālās īpašības?
  3. Kādas reakcijas ir raksturīgas daudzvērtīgajiem spirtiem?
  4. Uzrakstiet kvalitatīvas reakcijas, kas raksturīgas daudzvērtīgajiem spirtiem.
  5. Sniedziet piemērus etilēnglikola un glicerīna esterifikācijas reakcijai ar organiskām un neorganiskām skābēm. Kā sauc reakcijas produktus?
  6. Uzrakstiet intramolekulārās un starpmolekulārās dehidratācijas reakcijas. Nosauciet reakcijas produktus.
  7. Uzrakstiet daudzvērtīgo spirtu reakcijas ar ūdeņraža halogenīdiem. Nosauciet reakcijas produktus.
  8. Kādas ir etilēnglikola ražošanas metodes?
  9. Kādas ir glicerīna ražošanas metodes?
  10. Kādi ir daudzvērtīgo spirtu pielietojumi?
  1. Pārbauda māju. uzdevumi: 158. lpp., bij. 4-6 (selektīvi pie dēļa).
  1. Jauna materiāla apgūšana sarunas veidā.

Slaidā ir redzamas strukturālās formulas organiskie savienojumi. Jums ir jānosauc šīs vielas un jānosaka, kurai klasei tās pieder.

Fenoli - tās ir vielas, kurās hidroksogrupa ir tieši saistīta ar benzola gredzenu.

Kāda ir fenila radikāļa molekulārā formula: C 6 H 5 – fenils. Ja šim radikālim pievieno vienu vai vairākas hidroksilgrupas, iegūstam fenolus. Ņemiet vērā, ka hidroksilgrupām jābūt tieši pievienotām benzola gredzenam, pretējā gadījumā mēs iegūsim aromātiskos spirtus.

Klasifikācija

Tas pats, kas spirti, fenoliklasificē pēc atomitātes, t.i. pēc hidroksilgrupu skaita.

  1. Vienvērtīgie fenoli satur vienu hidroksilgrupu molekulā:
  1. Daudzvērtīgo fenolu molekulās ir vairāk nekā viena hidroksilgrupa:

Vissvarīgākais šīs klases pārstāvis ir fenols. Šīs vielas nosaukums veidoja pamatu visas klases nosaukumam - fenoli.

Daudzi no jums tuvākajā nākotnē kļūs par ārstiem, tāpēc viņiem būtu jāzina pēc iespējas vairāk par fenolu. Pašlaik ir vairākas galvenās fenola izmantošanas jomas. Viens no tiem ir zāļu ražošana. Lielākā daļa šo zāļu ir no fenola iegūtas salicilskābes atvasinājumi: o-HOC 6 H 4 COOH. Visizplatītākais pretdrudža līdzeklis aspirīns nav nekas cits kā acetilsalicilskābe. Pats salicilskābes un fenola esteris ir labi pazīstams arī ar nosaukumu salol. Paraaminosalicilskābi (saīsināti PAS) lieto tuberkulozes ārstēšanā. Visbeidzot, fenola kondensācija ar ftalskābes anhidrīdu rada fenolftaleīnu, kas pazīstams arī kā purgens.

Fenoli – organisko vielu, kuru molekulas satur fenilgrupu, kas saistīts ar vienu vai vairākām hidroksilgrupām.

Kāpēc, jūsuprāt, fenoli tiek klasificēti kā atsevišķa klase, lai gan tie satur tādu pašu hidroksilgrupu kā spirti?

To īpašības ļoti atšķiras no spirtu īpašībām. Kāpēc?

Molekulā esošie atomi savstarpēji ietekmē viens otru. (Butlerova teorija).

Apskatīsim fenolu īpašības, kā piemēru izmantojot visvienkāršāko fenolu.

Atklājumu vēsture

1834. gadā Vācu organiskais ķīmiķis Frīdlībs Runge akmeņogļu darvas destilācijas produktos atklāja baltu kristālisku vielu ar raksturīgu smaržu. Viņš nevarēja noteikt vielas sastāvu, viņš to izdarīja 1842. gadā. Ogists Lorāns. Vielai bija izteiktas skābas īpašības, un tā bija benzola atvasinājums, kas atklāts īsi pirms tam. Lorāns to sauca par benzola fenonu, tāpēc jauno skābi sauca par fenilskābi. Čārlzs Džerards uzskatīja iegūto vielu par alkoholu un ierosināja to saukt par fenolu.

Fizikālās īpašības

Laboratorijas pieredze: 1. Mācās fizikālās īpašības fenols.

Instrukciju karte

1. Apskatiet jums doto vielu un pierakstiet tās fizikālās īpašības.

2.Izšķīdiniet vielu auksts ūdens.

3. Nedaudz sasildiet mēģeni. Ņemiet vērā novērojumus.

Fenols C6H5 OH (karbolskābe)- bezkrāsaina kristāliska viela, t pl = 43 0 C, t vārīšanās = 182 0 C, gaisā oksidējas un kļūst sārta, parastā temperatūrā ierobežoti šķīst ūdenī, virs 66 °C jebkurā proporcijā sajaucas ar ūdeni. Fenols - toksiska viela, izraisa ādas apdegumus, ir antiseptisks līdzeklis, tāpēcAr fenolu jārīkojas uzmanīgi!

Pats fenols un tā tvaiki ir indīgi. Bet fenoli pastāv augu izcelsme, ko satur, piemēram, tēja. Viņiem ir labvēlīga ietekme uz cilvēka ķermeni.

O-H saites polaritātes un atsevišķu elektronu pāru klātbūtnes uz skābekļa atoma sekas ir hidroksi savienojumu spēja veidoties. ūdeņraža saites

Tas izskaidro, kāpēc fenolam ir diezgan augsta temperatūra kušana (+43) un vārīšanās (+182). Ūdeņraža saišu veidošanās ar ūdens molekulām veicina hidroksi savienojumu šķīdību ūdenī.

Spēja izšķīst ūdenī samazinās, palielinoties ogļūdeņraža radikālim un no poliatomiskiem hidroksi savienojumiem uz monoatomiskiem. Metanolu, etanolu, propanolu, izopropanolu, etilēnglikolu un glicerīnu sajauc ar ūdeni jebkurā attiecībā. Fenola šķīdība ūdenī ir ierobežota.

Izomērisms un nomenklatūra

Iespējami 2 veidi izomerisms:

  1. aizvietotāju pozīcijas izomerisms benzola gredzenā;
  2. sānu ķēdes izomērija (alkilradikāļa struktūra un skaitlisradikāļi).

Ķīmiskās īpašības

Uzmanīgi apskatiet fenola strukturālo formulu un atbildiet uz jautājumu: "Kas fenolā ir tik īpašs, ka tas tika ievietots atsevišķā klasē?"

Tie. fenols satur gan hidroksilgrupu, gan benzola gredzenu, kas saskaņā ar teorijas trešo pozīciju A.M. Butlerovs, ietekmējiet viens otru.

Kādām īpašībām formāli vajadzētu būt fenolam? Tieši tā, spirti un benzols.

Fenolu ķīmiskās īpašības ir tieši saistītas ar funkcionālās hidroksilgrupas un benzola gredzena klātbūtni molekulās. Tāpēc fenola ķīmiskās īpašības var aplūkot gan pēc analoģijas ar spirtiem, gan pēc analoģijas ar benzolu.

Atcerieties, ar kādām vielām reaģē spirti. Noskatīsimies video par fenola mijiedarbību ar nātriju.

  1. Reakcijas, kurās iesaistīta hidroksilgrupa.
  1. Mijiedarbība mo sārmu metāli (līdzība spirtiem).

2C 6 H 5 OH + 2 Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2 (nātrija fenolāts)

Vai atceries, vai spirti reaģē ar sārmiem? Nē, kā ar fenolu? Veiksim laboratorijas eksperimentu.

Laboratorijas pieredze: 2. Fenola un etanola mijiedarbība ar sārma šķīdumu.

1. Pirmajā mēģenē ielejiet NaOH šķīdumu un 2-3 pilienus fenolftaleīna, pēc tam pievienojiet 1/3 fenola šķīduma.

2. Otrajā mēģenē pievienojiet NaOH šķīdumu un 2-3 pilienus fenolftaleīna, pēc tam pievienojiet 1/3 daļu etanola.

Veiciet novērojumus un uzrakstiet reakciju vienādojumus.

  1. Fenola hidroksilgrupas ūdeņraža atoms pēc būtības ir skābs. Fenola skābās īpašības ir izteiktākas nekā ūdenim un spirtiem.Atšķirībā no alkoholiem un ūdens fenols reaģē ne tikai ar sārmu metāliem, bet arī ar sārmiem, veidojot fenolātus:

C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O

Tomēr fenolu skābās īpašības ir mazāk izteiktas nekā neorganiskajām un karbonskābēm. Piemēram, fenola skābās īpašības ir aptuveni 3000 reižu mazākas nekā ogļskābei, tāpēc nātrija fenolāts tiek izvadīts caur šķīdumu. oglekļa dioksīds, var izolēt brīvo fenolu ( demonstrācija):

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

Sālsskābes vai sērskābes pievienošana nātrija fenolāta ūdens šķīdumam arī izraisa fenola veidošanos:

C 6 H 5 ONa + HCl → C 6 H 5 OH + NaCl

Fenolātus izmanto kā izejvielas ēteru un esteru ražošanā:

C 6 H 5 ONa + C 2 H 5 Br → C 6 H 5 OC 2 H 5 + NaBr (etifenilēteris)

C 6 H 5 ONa + CH 3 COCl → CH 3 – COOC 6 H 5 + NaCl

Acetilhlorīda fenilacetāts, etiķskābes fenilesteris

Kā izskaidrot to, ka spirti nereaģē ar sārmu šķīdumiem, bet fenols reaģē?

Fenoli ir polāri savienojumi (dipoli). Benzola gredzens ir dipola negatīvais gals, OH grupa ir pozitīvais gals. Dipola moments ir vērsts uz benzola gredzenu.

Benzola gredzens velk elektronus no vientuļā skābekļa elektronu pāra. Skābekļa atoma vientuļo elektronu pāra pārvietošanās benzola gredzena virzienā izraisa polaritātes palielināšanos O-H savienojumi. O-H saites polaritātes palielināšanās benzola gredzena ietekmē un pietiekami liela pozitīva lādiņa parādīšanās uz ūdeņraža atoma noved pie tā, ka fenola molekuladisociējasūdenī risinājumusskābes veids:

C 6 H 5 OH ↔ C 6 H 5 O - + H + (fenolāta jons)

Fenols ir vājš skābe. Šī ir galvenā atšķirība starp fenoliem unspirti, kas irneelektrolīti.

  1. Reakcijas, kas saistītas ar benzola gredzenu

Benzola gredzens mainīja hidroksogrupas īpašības!

Vai ir pretējs efekts - vai ir mainījušās benzola gredzena īpašības?

Veiksim vēl vienu eksperimentu.

Demonstrācija: 2. Fenola mijiedarbība ar broma ūdeni (video).

Aizvietošanas reakcijas. Elektrofīlās aizvietošanas reakcijas fenolu benzola gredzenā notiek daudz vieglāk nekā benzolā un maigākos apstākļos hidroksilgrupas aizvietotāja klātbūtnes dēļ.

  1. Halogenēšana

Īpaši viegli bromēšana notiek ūdens šķīdumos. Atšķirībā no benzola, fenola bromēšanai nav nepieciešams pievienot katalizatoru (FeBr 3 ). Fenolam reaģējot ar broma ūdeni, veidojas baltas 2,4,6-tribromfenola nogulsnes:

  1. Nitrēšana arī notiek vieglāk nekā benzola nitrēšana. Reakcija ar atšķaidītu slāpekļskābe iet ar telpas temperatūra. Rezultātā veidojas nitrofenola orto- un para-izomēru maisījums:

O-nitrofenols p-nitrofenols

Izmantojot koncentrētu slāpekļskābi, veidojas 2,4,6-trinitrofenols - pikrīnskābe, sprāgstviela:

Kā redzat, fenols reaģē ar broma ūdeni, veidojot baltas nogulsnes, bet benzols nereaģē. Fenols, tāpat kā benzols, reaģē ar slāpekļskābi, bet ne ar vienu molekulu, bet ar trim uzreiz. Kas to izskaidro?

Iegūstot lieko elektronu blīvumu, benzola gredzens kļuva destabilizēts. Negatīvais lādiņš koncentrējas orto un para pozīcijās, tāpēc šīs pozīcijas ir visaktīvākās. Šeit notiek ūdeņraža atomu aizstāšana.

Fenols, tāpat kā benzols, reaģē ar sērskābi, bet ar trim molekulām.

  1. Sulfonēšana

Orto- un para-izmēru attiecību nosaka reakcijas temperatūra: istabas temperatūrā galvenokārt veidojas o-fenolsulfoksilāts, pie temperatūras 100 0 C – para-izomērs.

  1. Fenola polikondensācija ar aldehīdiem, īpaši ar formaldehīdu, notiek, veidojoties reakcijas produktiem - fenola-formaldehīda sveķiem un cietajiem polimēriem ( demonstrācija):

Reakcija polikondensācija,t.i., polimēru ražošanas reakcija, kas notiek, izdaloties produktam ar zemu molekulmasu (piemēram, ūdeni, amonjaku utt.),var turpināties tālāk (līdz viens no reaģentiem ir pilnībā iztērēts) ar milzīgu makromolekulu veidošanos. Procesu var aprakstīt ar kopsavilkuma vienādojumu:

Lineāru molekulu veidošanās notiek parastā temperatūrā. Šīs reakcijas veikšana karsējot noved pie tā, ka sastāvdaļām ir sazarota struktūra, tā ir cieta un ūdenī nešķīstoša. Karsējot lineāros fenola-formaldehīda sveķus ar aldehīda pārpalikumu, iegūst cietas plastmasas masas ar unikālām īpašībām.

Polimēri uz fenola formaldehīda sveķu bāzes tiek izmantoti laku un krāsu ražošanā. Plastmasas izstrādājumi, kas izgatavoti uz šo sveķu bāzes, ir izturīgi pret karsēšanu, dzesēšanu, sārmiem un skābēm, un tiem ir arī augstas elektriskās īpašības. Elektroierīču svarīgākās daļas, barošanas bloku korpusi un mašīnu daļas, kā arī radioierīču iespiedshēmu plates polimēru pamatne ir izgatavota no polimēriem uz fenola formaldehīda sveķu bāzes.

Līmes, kuru pamatā ir fenola-formaldehīda sveķi, spēj droši savienot visdažādāko veidu daļas, saglabājot visaugstāko savienojuma stiprību ļoti plašā temperatūras diapazonā. Šo līmi izmanto apgaismes spuldžu metāla pamatnes piestiprināšanai pie stikla spuldzes.

Visas plastmasas, kas satur fenolu, ir bīstamas cilvēkiem un dabai. Vajag atrast jaunais veids polimēri, dabai droši un viegli sadalās drošos atkritumos. Tā ir tava nākotne. Radiet, izgudrojiet, neļaujiet bīstamām vielām iznīcināt dabu!

Kvalitatīva reakcija uz fenoliem

Ūdens šķīdumos vienvērtīgie fenoli reaģē ar FeCl 3 ar sarežģītu fenolātu veidošanos, kuriem ir purpursarkana krāsa; krāsa pazūd pēc stipras skābes pievienošanas

Laboratorijas pieredze: 3. Fenola reakcija ar FeCl 3 .

Mēģenē pievieno 1/3 fenola šķīduma un pa pilienam FeCl šķīdumu 3 .

Pierakstiet savus novērojumus.

Iegūšanas metodes

  1. Kumenes metode.

Kā izejvielu izmanto benzolu un propilēnu, no kuriem iegūst izopropilbenzolu (kumēnu), kas tiek tālāk pārveidots.

Kumena metode fenola iegūšanai (PSRS, Sergejevs P.G., Udris R.Ju., Kružalovs B.D., 1949). Metodes priekšrocības: bezatkritumu tehnoloģija(Izeja veselīgus produktus> 99%) un izmaksu efektivitāti. Pašlaik kumēna metodi izmanto kā galveno metodi fenola globālajā ražošanā.

  1. Izgatavots no akmeņogļu darvas.

Akmeņogļu darvu, kas satur fenolu kā vienu no sastāvdaļām, vispirms apstrādā ar sārma šķīdumu (veidojas fenolāti) un pēc tam ar skābi:

C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O (nātrija fenolāts, starpprodukts)

C 6 H 5 ONa + H 2 SO 4 → C 6 H 5 OH + NaHSO 4

  1. Arēnsulfonskābju sāļu saplūšana ar sārmu:

300 0 C

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

  1. Aromātisko ogļūdeņražu halogēna atvasinājumu mijiedarbība ar sārmiem:

300 0 C, P, Cu

C6H5 Cl + NaOH (8-10% šķīdums) → C 6 H 5 OH + NaCl

vai ar ūdens tvaiku:

450-500 0 C, Al 2 O 3

C 6 H 5 Cl + H 2 O → C 6 H 5 OH + HCl

Fenola savienojumu bioloģiskā loma

Pozitīvi

Negatīvs (toksisks efekts)
  1. zāles (purgens, paracetamols)
  2. antiseptiķi (3-5% šķīdums – karbolskābe)
  3. ēteriskās eļļas (piemīt spēcīgas baktericīdas un pretvīrusu īpašības, stimulē imūnsistēmu, palielina arteriālais spiediens: - anetols dillēs, fenhelī, anīsā - karvakrols un timols timiānā - eugenols krustnagliņās, baziliks

    Fenolu ķīmiskās īpašības nosaka hidroksilgrupas un benzola gredzena klātbūtne molekulā.

      Reakcijas pēc hidroksilgrupas

    Fenoliem, tāpat kā alifātiskajiem spirtiem, piemīt skābas īpašības, t.i. spēj veidot sāļus - fenolāti. Tomēr tās ir stiprākas skābes un tāpēc var mijiedarboties ne tikai ar sārmu metāliem (nātriju, litiju, kāliju), bet arī ar sārmiem un karbonātiem:

    Skābuma konstante rK A fenols ir vienāds ar 10. Fenola augstais skābums ir saistīts ar benzola gredzena akceptora īpašību ( savienojuma efekts), un tas ir izskaidrojams ar iegūtā fenolāta anjona rezonanses stabilizāciju. Fenolāta anjona skābekļa atoma negatīvais lādiņš var tikt pārdalīts visā aromātiskajā gredzenā, pateicoties konjugācijas efektam, šo procesu var aprakstīt ar rezonanses struktūru kopumu:

    Neviena no šīm struktūrām atsevišķi neapraksta molekulas faktisko stāvokli, taču to izmantošana ļauj izskaidrot daudzas reakcijas.

    Fenolāti viegli mijiedarbojas ar haloalkāniem un skābju halogenīdiem:

    Fenola sāļu mijiedarbība ar haloalkāniem ir fenolu O-alkilēšanas reakcija. Šī ir ēteru sagatavošanas metode (Williamson reakcija, 1852).

    Fenols spēj reaģēt ar skābes halogenīdiem un anhidrīdiem, veidojot esterus (O-acilēšana):

    Reakcija notiek neliela daudzuma minerālskābes klātbūtnē vai karsējot.

      Reakcijas uz benzola gredzenu

    Hidroksilgrupa ir elektronu donoru grupa un aktivizējas orto- Un pāri- pozīcijas elektrofīlās aizvietošanas reakcijās:

    Halogenēšana

    Fenolu halogenēšana, iedarbojoties ar halogēniem vai halogenētājiem, notiek lielā ātrumā:

    Nitrēšana

    Ja tiek pakļauta slāpekļskābei etiķskābē (klātbūtnē liels daudzums sērskābe) pārvēršot fenolu, rodas 2-nitrofenols:

    Koncentrētas slāpekļskābes vai nitrējoša maisījuma ietekmē fenols tiek intensīvi oksidēts, kas noved pie tā molekulas dziļas iznīcināšanas. Lietojot atšķaidītu slāpekļskābi, nitrēšanu pavada spēcīga darvas veidošanās, neskatoties uz atdzesēšanu līdz 0°C, un tas izraisa veidošanos O- Un P- izomēri, kuros dominē pirmais no tiem:

    Fenolu nitrējot ar slāpekļa tetroksīdu inertā šķīdinātājā (benzolā, dihloretānā), veidojas 2,4-dinitrofenols:

    Pēdējo nitrēšana ar nitrēšanas maisījumu norit viegli un var kalpot kā pikrinskābes sintēzes metode:

    Šī reakcija notiek ar pašsildīšanu.

    Pikrīnskābi iegūst arī sulfonēšanas posmā. Lai to paveiktu, fenolu apstrādā 100°C temperatūrā ar lieko sērskābes daudzumu, iegūst 2,4-disulfoatvasinājumu, ko apstrādā ar kūpošu slāpekļskābi, neizdalot to no reakcijas maisījuma:

    Divu sulfogrupu (kā arī nitrogrupu) ievadīšana benzola gredzenā padara to izturīgu pret kūpošās slāpekļskābes oksidējošo darbību. Reakcija nav saistīta ar darvas veidošanos. Šī pikrīnskābes iegūšanas metode ir ērta ražošanai rūpnieciskā mērogā.

    Sulfonēšana . Fenola sulfonēšana atkarībā no temperatūras notiek iekšā orto- vai pāri- pozīcija:

    Alkilēšana un acilēšana saskaņā ar Friedel-Crafts . Fenoli ar alumīnija hlorīdu veido neaktīvus sāļus ArOAlCl 2, tāpēc par fenolu alkilēšanas katalizatoriem izmanto protoniskās skābes (H 2 SO 4) vai skābes tipa metāla oksīda katalizatorus (Al 2 O 3). Tas ļauj kā alkilētājus izmantot tikai spirtus un alkēnus:

    Alkilēšana notiek secīgi, veidojot mono-, di- un trialkilfenolus. Tajā pašā laikā ar alkilgrupu migrāciju notiek skābes katalizēta pārkārtošanās:

    Kondensācija ar aldehīdiem un ketoniem . Kad sārmaini vai skābes katalizatori iedarbojas uz fenola un taukskābju aldehīda maisījumu, notiek kondensācija. O- Un P- noteikumi. Šai reakcijai ir ļoti liela praktiska nozīme, jo tā ir svarīgu plastmasas un laku bāzes ražošanas pamatā. Parastā temperatūrā molekulas augšana kondensācijas dēļ notiek lineārā virzienā:

    Ja reakciju veic ar karsēšanu, kondensācija sākas ar sazarotu molekulu veidošanos:

    Pievienošanās rezultātā visiem pieejamajiem O- Un P-pozīcijas, veidojas trīsdimensiju termoreaktījošs polimērs – bakelīts. Bakelītam ir augsta elektriskā pretestība un karstumizturība. Šis ir viens no pirmajiem rūpnieciskajiem polimēriem.

    Fenola reakcija ar acetonu minerālskābes klātbūtnē izraisa bisfenola veidošanos:

    Pēdējo izmanto, lai iegūtu epoksīda savienojumus.

    Kolbes-Šmita reakcija. Fenilkarbonskābju sintēze.

    Nātrija un kālija fenolāti reaģē ar oglekļa dioksīdu, veidojot fenilkarbonskābju orto- vai para-izomērus atkarībā no temperatūras:

    Oksidācija

    Fenolu viegli oksidē hromskābe līdz P- benzohinons:

    Atveseļošanās

    Fenola reducēšanu līdz cikloheksanonam izmanto, lai ražotu poliamīdu (neilons-6,6)


    Fenols C 6 H 5 OH – bezkrāsaina, kristāliska viela ar raksturīgu smaržu. Tā kušanas temperatūra = 40,9 C. Tas nedaudz šķīst aukstā ūdenī, bet jau 70°C šķīst jebkurā proporcijā. Fenols ir indīgs. Fenolā hidroksilgrupa ir saistīta ar benzola gredzenu.

    Ķīmiskās īpašības

    1. Mijiedarbība ar sārmu metāliem.

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

    nātrija fenolāts

    2. Mijiedarbība ar sārmu (fenols ir vāja skābe)

    C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H2O

    3. Halogenēšana.

    4. Nitrēšana

    5. Kvalitatīva reakcija uz fenolu

    3C 6 H 5 OH + FeCl 3 → (C 6 H 5 O) 3 Fe + 3 HCl (purpursarkanā krāsā)

    Pieteikums

    Pēc fenola atklāšanas to ātri izmantoja ādas miecēšanai un sintētisko krāsvielu ražošanā. Tad medicīna kādu laiku kļuva par galveno fenola patērētāju. Fenola plastmasas, galvenokārt fenola-formaldehīda sveķu, ražošanas attīstība 19. gadsimta beigās deva aktīvu impulsu fenola tirgus attīstībai. Pirmā pasaules kara laikā fenolu plaši izmantoja spēcīgas sprāgstvielas, pikrīnskābes, ražošanai.

    Telpu un veļas dezinfekcijai izmanto atšķaidītus fenola ūdens šķīdumus (karbolskābi (5%)). Tā kā tas ir antiseptisks līdzeklis, tas tika plaši izmantots Eiropas un Amerikas medicīnā Otrā pasaules kara laikā, taču tā augstās toksicitātes dēļ tā lietošana pašlaik ir ļoti ierobežota. Plaši izmanto molekulārajā bioloģijā un gēnu inženierija DNS attīrīšanai. Sajaukts ar hloroformu, tas iepriekš tika izmantots, lai izolētu DNS no šūnām. Pašlaik šī metode nav aktuāla, jo ir liels skaits specializētu vaļu izolācijai.

    Fenola šķīdumu izmanto kā dezinfekcijas līdzekli (karbolskābi). Diatomiskos fenolus - pirokateholu, rezorcīnu, kā arī hidrohinonu (para-dihidroksibenzolu) izmanto kā antiseptiskus līdzekļus (antibakteriālos dezinfekcijas līdzekļus), pievieno ādas un kažokādu miecēšanas līdzekļiem, kā stabilizatorus smēreļļām un gumijai, kā arī fotomateriālu apstrādei un kā reaģenti analītiskajā ķīmijā.

    

    Līdzīgi raksti