Phenol (Hydroxybenzol,Karbolsäure) – DasÜberorganischter Aromat mit FormelnohC6H5OH. Gehört zur gleichnamigen Klasse - Phenole.

Wiederum, Phenole- Dies ist eine Klasse organischer Verbindungen der aromatischen Reihe, in denen Hydroxylgruppen enthalten sind Oh− an den Kohlenstoff des aromatischen Rings gebunden.

Je nach Anzahl der Hydroxylgruppen gibt es:

• einwertige Phenole (Arenole): Phenol und seine Homologen;
• zweiwertige Phenole (Arendiole): Brenzcatechin, Resorcin, Hydrochinon;
• dreiwertige Phenole (Arentriole): Pyrogallol, Hydroxyhydrochinon, Phloroglucinol;
• mehrwertige Phenole.

Eigentlich entsprechend Phenol, ist als Substanz der einfachste Vertreter der Phenolgruppe und hat einen aromatischen Kern und eine Hydroxylgruppe IST ER.

Phenoleigenschaften

Frisch destilliertes Phenol sind farblose nadelartige Kristalle mit einem Schmelzpunkt 41 °С und Siedepunkt 182 °С. Bei Lagerung, insbesondere in feuchter Atmosphäre und in Anwesenheit von geringen Mengen an Eisen- und Kupfersalzen, nimmt es schnell eine rote Farbe an. Phenol ist in jedem Verhältnis mischbar mit Alkohol, Wasser (bei Erhitzung darüber 60 °С), frei löslich in Ether, Chloroform, Glycerin, Schwefelkohlenstoff.

Aufgrund der Präsenz -OH Hydroxylgruppe hat Phenol chemische Eigenschaften, die sowohl für Alkohole als auch für aromatische Kohlenwasserstoffe charakteristisch sind.

Entsprechend der Hydroxylgruppe geht Phenol folgende Reaktionen ein:

• Da Phenol etwas stärker saure Eigenschaften als Alkohole hat, bildet es unter dem Einfluss von Alkalien Salze - Phenolate (z. Natriumphenolat - C 6 H 5 ONa):

C 6 H 5 OH + NaOH -> C 6 H 5 ONa + H 2 O

• Durch die Wechselwirkung von Phenol mit metallischem Natrium wird auch Natriumphenolat erhalten:

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

• Phenol wird nicht direkt mit Carbonsäuren verestert, Ester erhält man durch Umsetzung von Phenolaten mit Anhydriden oder Säurehalogeniden:

C 6 H 5 OH + CH 3 COOH -> C 6 H 5 OCOCH 3 + NaCl

• Bei der Destillation von Phenol mit Zinkstaub erfolgt die Substitutionsreaktion der Hydroxylgruppe durch Wasserstoff:

C 6 H 5 OH + Zn -> C 6 H 6 + ZnO

Reaktionen von Phenol am aromatischen Ring:

• Phenol geht am aromatischen Ring elektrophile Substitutionsreaktionen ein. Die OH-Gruppe als eine der stärksten Donorgruppen (aufgrund einer Abnahme der Elektronendichte an der funktionellen Gruppe) erhöht die Reaktivität des Rings gegenüber diesen Reaktionen und lenkt die Substitution auf ortho- und Paar- Bestimmungen. Phenol wird leicht alkyliert, acyliert, halogeniert, nitriert und sulfoniert.

• Kolbe-Schmitt-Reaktion dient der Synthese von Salicylsäure und ihren Derivaten (Acetylsalicylsäure und andere).

C 6 H 5 OH + CO 2 - NaOH -> C 6 H 4 OH (COONa)

C6H4OH (COONa) - H2SO4 -> C6H4OH (COOH)

Qualitative Reaktionen auf Phenol:

• Als Ergebnis der Wechselwirkung mit Bromwasser:

C6H5OH + 3Br2 -> C6H2Br3OH + 3HBr

gebildet 2,4,6-Tribromphenol ist ein weißer Feststoff.

• Mit konzentrierter Salpetersäure:

C 6 H 5 OH + 3 HNO 3 -> C 6 H 2 (NO 2) 3 OH + 3 H 2 O

• Mit Eisen(III)chlorid (qualitative Reaktion für Phenol):

C 6 H 5 OH + FeCl 3 -> ⌈Fe (C 6 H 5 OH) 6 ⌉Cl 3

Additionsreaktion

• Hydrierung von Phenol in Gegenwart von Metallkatalysatoren Pt/Pd , Pd/Ni , erhalten Sie Cyclohexylalkohol:

C 6 H 5 OH -> C 6 H 11 OH

Phenoloxidation

Aufgrund des Vorhandenseins einer Hydroxylgruppe im Phenolmolekül ist die Oxidationsbeständigkeit viel geringer als die von Benzol. Je nach Art des Oxidationsmittels und den Reaktionsbedingungen werden verschiedene Produkte erhalten.

• Also unter Einwirkung von Wasserstoffperoxid in Gegenwart eines Eisenkatalysators nicht große Menge zweiatomiges Phenol - Brenzkatechin:

C 6 H 5 OH + 2 H 2 O 2 - Fe> C 6 H 4 (OH) 2

• Bei Wechselwirkung mit stärkeren Oxidationsmitteln (Chromgemisch, Mangandioxid in saurem Medium) entsteht Parachinon.

Phenol bekommen

Phenol wird aus Steinkohlenteer (Verkokungsprodukt) und synthetisch gewonnen.

Der Steinkohlenteer der Koksherstellung enthält von 0,01 bis 0,1 % Phenole, in Halbverkokungsprodukten von 0,5 bis 0,7 %; in Öl aus der Hydrierung und in Abwasser zusammengenommen - von 0,8 bis 3,7 %. Braunkohlenteer und Halbverkokungsabwasser enthalten von 0,1 bis 0,4 % Phenole. Kohlenteer wird destilliert, wobei die phenolische Fraktion ausgewählt wird, die verdampft bei 160-250 °С. Die Zusammensetzung der Phenolfraktion umfasst Phenol und seine Homologen (25–40 %), Naphthalin (25–40 %) und organische Basen (Pyridin, Chinolin). Naphthalin wird durch Filtration abgetrennt und der Rest der Fraktion mit 10-14%iger Natronlauge behandelt.

Die entstehenden Phenolate werden durch Abblasen mit Frischdampf von Neutralölen und Pyridinbasen getrennt und anschließend mit Kohlendioxid behandelt. Die isolierten Rohphenole werden einer Rektifikation unterzogen, wobei nacheinander Phenol, Kresole und Xylenole selektiert werden.

Der größte Teil des derzeit industriell hergestellten Phenols wird durch verschiedene Syntheseverfahren gewonnen.

Syntheseverfahren zur Gewinnung von Phenol

1. Von Benzolsulfonat-Methode Benzol wird mit Vitriolöl gemischt. Das resultierende Produkt wird mit Soda behandelt und das Natriumsalz von Benzolsulfonsäure wird erhalten, wonach die Lösung eingedampft wird, das ausgefallene Natriumsulfat abgetrennt wird und das Natriumsalz von Benzolsulfonsäure mit Alkali geschmolzen wird. Das resultierende Natriumphenolat entweder mit Kohlendioxid sättigen oder Schwefelsäure zugeben, bis sich Schwefeldioxid zu entwickeln beginnt und das Phenol abdestilliert.
2. Chlorbenzol-Methode besteht in der direkten Chlorierung von Benzol mit gasförmigem Chlor in Gegenwart von Eisen oder seinen Salzen und Verseifung des resultierenden Chlorbenzols mit einer Natriumhydroxidlösung oder während der Hydrolyse in Gegenwart eines Katalysators.
3. Modifizierte Raschig-Methode basiert auf der oxidativen Chlorierung von Benzol mit Chlorwasserstoff und Luft, gefolgt von der Hydrolyse von Chlorbenzol und der Isolierung von Phenol durch Destillation.
4. Cumol-Methode besteht in der Alkylierung von Benzol, der Oxidation des resultierenden Isopropylbenzols zu Cumolhydroperoxid und seiner anschließenden Zersetzung in Phenol und Aceton:
   Isopropylbenzol wird durch Behandeln von Benzol mit reiner Propylen- oder Propan-Propylen-Fraktion aus dem Ölcracken, gereinigt von anderen ungesättigten Verbindungen, Feuchtigkeit, Mercaptanen und Schwefelwasserstoff, die den Katalysator vergiften, erhalten. Als Katalysator wird beispielsweise in Polyalkylbenzol gelöstes Aluminiumtrichlorid verwendet. in Diisopropylbenzol. Die Alkylierung wird bei 85°C und Überdruck durchgeführt 0,5 MPa, der den Ablauf des Prozesses in der flüssigen Phase sicherstellt. Isopropylbenzol wird mit Luftsauerstoff oder technischem Sauerstoff zu Hydroperoxid oxidiert 110-130°C in Gegenwart von Salzen unterschiedlichwertiger Metalle (Eisen, Nickel, Kobalt, Mangan) Hydroperoxid mit verdünnten Säuren (Schwefel- oder Phosphorsäure) oder geringen Mengen konzentrierter Schwefelsäure zersetzen bei 30-60 °С. Nach der Destillation werden Phenol, Aceton und eine gewisse Menge an α-Methylstyrol. Das in der UdSSR entwickelte industrielle Cumolverfahren ist im Vergleich zu anderen Verfahren zur Herstellung von Phenol das wirtschaftlich vorteilhafteste. Die Herstellung von Phenol durch Benzolsulfonsäure ist mit dem Verbrauch großer Mengen an Chlor und Alkali verbunden. Die oxidative Chlorierung von Benzol ist mit einem großen Dampfverbrauch verbunden - 3-6 mal größer als bei Verwendung anderer Methoden; außerdem kommt es während der chlorierung zu starker korrosion der ausrüstung, was die verwendung von speziellen materialien erfordert. Die Cumol-Methode ist einfach im Hardware-Design und ermöglicht es Ihnen, gleichzeitig zwei technisch wertvolle Produkte zu erhalten: Phenol und Aceton.
5. Bei der oxidativen Decarboxylierung von Benzoesäure zunächst wird eine flüssigphasenkatalytische Oxidation von Toluol zu Benzoesäure durchgeführt, die in Gegenwart von Cu 2+ in Benzolsalicylsäure umgewandelt. Dieser Prozess kann durch das folgende Diagramm beschrieben werden:
   Benzoylsalicylsäure zerfällt mit Wasserdampf in Salicyl- und Benzoesäure. Phenol entsteht durch die schnelle Decarboxylierung von Salicylsäure.

Anwendung von Phenol

Phenol wird als Rohstoff für die Herstellung von Polymeren verwendet: Polycarbonat und (zunächst wird Bisphenol A synthetisiert, dann diese), Phenol-Formaldehyd-Harze, Cyclohexanol (mit anschließender Herstellung von Nylon und Capron).

Bei der Ölraffination mit Hilfe von Phenol werden Öle von harzigen Substanzen, schwefelhaltigen Verbindungen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen gereinigt.

Darüber hinaus dient Phenol als Rohstoff für die Herstellung von Ionol, Neonolen (), Kreosolen, Aspirin, Antiseptika und Pestiziden.

Phenol ist ein gutes Konservierungsmittel und Antiseptikum. Es wird zur Desinfektion in der Tierhaltung, Medizin und Kosmetik eingesetzt.

Toxische Eigenschaften von Phenol

Phenol ist giftig (Gefahrenklasse II). Das Einatmen von Phenol stört die Funktionen des Nervensystems. Staub, Dämpfe und Phenollösung verursachen bei Kontakt mit den Schleimhäuten der Augen, Atemwege, Haut Verätzungen. Bei Kontakt mit der Haut wird Phenol innerhalb weniger Minuten resorbiert und beginnt, das zentrale Nervensystem zu beeinflussen. In großen Dosen kann es zu einer Lähmung des Atemzentrums führen.Tödliche Dosis für den Menschen bei Einnahme 1-10g, für Kinder 0,05–0,5 g.

Referenzliste:
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Je nach Anzahl der OH-Gruppen im Molekül gibt es ein-, zwei-, dreiatomige Phenole (Abb. 1)

Reis. ein. EINZEL-, ZWEI- UND DREIATOMISCHE PHENOLE

Entsprechend der Anzahl der kondensierten aromatischen Zyklen im Molekül gibt es (Abb. 2) Phenole selbst (ein aromatischer Ring - Benzolderivate), Naphthole (2 kondensierte Ringe - Naphthalinderivate), Anthanole (3 kondensierte Ringe - Anthracenderivate) und Phenantrole (Abb. 2).

Reis. 2. MONO- UND POLYNUCLEAR PHENOLE

Nomenklatur von Alkoholen.

Für Phenole sind historisch gewachsene Trivialnamen weit verbreitet. Präfixe werden auch in den Namen von substituierten einkernigen Phenolen verwendet ortho-,Meta- und Paar -, in der Nomenklatur aromatischer Verbindungen verwendet. Bei komplexeren Verbindungen werden die Atome, die Teil der aromatischen Zyklen sind, nummeriert und die Position der Substituenten wird durch digitale Indizes angezeigt (Abb. 3).

Reis. 3. NOMENKLATUR DER PHENOLE. Substituentengruppen und entsprechende Zahlenindizes sind zur Verdeutlichung in unterschiedlichen Farben hervorgehoben.

Chemische Eigenschaften von Phenolen.

Der Benzolkern und die im Phenolmolekül kombinierte OH-Gruppe beeinflussen sich gegenseitig und erhöhen die Reaktivität des anderen erheblich. Die Phenylgruppe zieht das freie Elektronenpaar vom Sauerstoffatom in der OH-Gruppe weg (Abb. 4). Dadurch steigt die partielle positive Ladung am H-Atom dieser Gruppe (angedeutet durch d+), die Polarität der O-H-Bindung nimmt zu, was sich in einer Zunahme der sauren Eigenschaften dieser Gruppe äußert. Somit sind Phenole im Vergleich zu Alkoholen stärkere Säuren. Die negative Teilladung (bezeichnet mit d–), die zur Phenylgruppe übergeht, konzentriert sich in den Positionen ortho- und Paar-(bezüglich der OH-Gruppe). Diese Reaktionsstellen können von Reagenzien angegriffen werden, die zu elektronegativen Zentren neigen, den sogenannten elektrophilen ("elektronenliebenden") Reagenzien.

Reis. 4. ELEKTRONENDICHTEVERTEILUNG IN PHENOL

Dadurch sind bei Phenolen zwei Arten von Umwandlungen möglich: die Substitution eines Wasserstoffatoms in der OH-Gruppe und die Substitution des H-Atombenzolkerns. Ein Elektronenpaar des O-Atoms, das an den Benzolring gezogen wird, erhöht die Stärke der C-O-Bindung, sodass die für Alkohole charakteristischen Reaktionen, die beim Aufbrechen dieser Bindung auftreten, für Phenole nicht typisch sind.

1. Substitutionsreaktionen des Wasserstoffatoms in der OH-Gruppe. Bei der Behandlung von Phenolen mit Alkalien entstehen Phenolate (Abb. 5A), die katalytische Reaktion mit Alkoholen führt zu Ethern (Abb. 5B) und bei der Reaktion mit Anhydriden oder Säurechloriden von Carbonsäuren entstehen Ester ( Abb. 5C). Bei Wechselwirkung mit Ammoniak (erhöhte Temperatur und Druck) wird die OH-Gruppe durch NH 2 ersetzt, Anilin wird gebildet (Abb. 5D), reduzierende Reagenzien wandeln Phenol in Benzol um (Abb. 5E)

2. Substitutionsreaktionen von Wasserstoffatomen im Benzolring.

Bei der Halogenierung, Nitrierung, Sulfonierung und Alkylierung von Phenol werden Zentren mit erhöhter Elektronendichte angegriffen (Abb. 4), d.h. Die Substitution erfolgt hauptsächlich in ortho- und Paar- Positionen (Abb.6).

Bei einer tieferen Reaktion werden zwei und drei Wasserstoffatome im Benzolring ausgetauscht.

Von besonderer Bedeutung sind die Kondensationsreaktionen von Phenolen mit Aldehyden und Ketonen, im Wesentlichen ist dies eine Alkylierung, die leicht und unter milden Bedingungen (bei 40–50 ° C, einem wässrigen Medium in Gegenwart von Katalysatoren) stattfindet, während die Kohlenstoff Atom in Form einer Methylengruppe CH 2 oder einer substituierten Methylengruppe (CHR oder CR 2) zwischen zwei Phenolmolekülen eingefügt ist. Eine solche Kondensation führt häufig zur Bildung polymerer Produkte (Abb. 7).

Zweiwertiges Phenol (Handelsname Bisphenol A, Abb. 7) wird als Komponente bei der Herstellung von Epoxidharzen verwendet. Die Kondensation von Phenol mit Formaldehyd liegt der Herstellung weit verbreiteter Phenol-Formaldehyd-Harze (Phenolkunststoffe) zugrunde.

Methoden zur Gewinnung von Phenolen.

Phenole werden aus Kohlenteer sowie aus Pyrolyseprodukten von Braunkohle und Holz (Teer) isoliert. Das industrielle Verfahren zur Gewinnung von C 6 H 5 OH-Phenol selbst basiert auf der Oxidation des aromatischen Kohlenwasserstoffs Cumol (Isopropylbenzol) mit Luftsauerstoff, gefolgt von der Zersetzung des resultierenden Hydroperoxids, verdünnt mit H 2 SO 4 (Fig. 8A). Die Reaktion verläuft mit hoher Ausbeute und ist insofern attraktiv, als sie es ermöglicht, zwei technisch wertvolle Produkte auf einmal zu erhalten – Phenol und Aceton. Eine andere Methode ist die katalytische Hydrolyse von halogenierten Benzolen (Abb. 8B).

Reis. acht. METHODEN ZUM ERHALTEN VON PHENOL

Die Verwendung von Phenolen.

Als Desinfektionsmittel wird eine Phenollösung (Karbolsäure) verwendet. Zweiatomige Phenole - Brenzkatechin, Resorcin (Abb. 3) sowie Hydrochinon ( Paar- Dihydroxybenzol) wird als Antiseptikum (antibakterielles Desinfektionsmittel), eingebracht in Gerbstoffe für Leder und Pelze, als Stabilisator für Schmieröle und Gummi sowie für die Verarbeitung von fotografischen Materialien und als Reagenzien in der analytischen Chemie verwendet.

In Form von Einzelverbindungen werden Phenole in begrenztem Umfang verwendet, aber ihre verschiedenen Derivate sind weit verbreitet. Phenole dienen als Ausgangsverbindungen für die Herstellung verschiedener polymerer Produkte wie Phenol-Aldehyd-Harze (Abb. 7), Polyamide und Polyepoxide. Auf Basis von Phenolen werden zahlreiche Arzneimittel gewonnen, beispielsweise Aspirin, Salol, Phenolphthalein, außerdem Farbstoffe, Duftstoffe, Weichmacher für Polymere und Pflanzenschutzmittel.

Michail Levitsky

Einatomige Phenole sind klare Flüssigkeiten oder kristalline Substanzen, die aufgrund ihrer Oxidation oft eine rosarote Farbe haben. Dies sind Gifte und verursachen bei Hautkontakt Verbrennungen. Sie töten viele Mikroorganismen ab, das heißt, sie haben desinfizierende und antiseptische Eigenschaften. Die Löslichkeit von Phenolen in Wasser ist gering, ihre Siedepunkte sind aufgrund der Existenz intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen relativ hoch.

Physikalische Eigenschaften

Phenole sind schwer wasserlöslich, aber gut löslich in Alkohol, Ether, 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 Halogeniden, Nitrogruppen etc. in para-Stellung des Phenolmoleküls erhöht den Siede- und Schmelzpunkt der Verbindungen deutlich:

Bild 1.

Phenole sind polare Substanzen 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), Ethylbenzol (8,76 eV) hin. Dies ist auf die Wechselwirkung der Hydroxylgruppe mit den $\pi$-Bindungen des Benzolrings zurückzuführen, da durch den positiven $M$-Effekt der $OH$-Gruppe deren negativer $I$-Effekt überwiegt.

Spektrale Eigenschaften von Phenolen

Das Absorptionsmaximum im UV-Teil des Spektrums von Phenol ist durch die Beteiligung von Sauerstoff $\pi$-Elektronen in Konjugation mit dem Benzolkern um etwa 15 nm zu längeren Wellenlängen verschoben (bathochrome Verschiebung) und erscheint bei 275 nm mit feiner Struktur.

In den IR-Spektren für Phenole sowie für Alkohole sind intensive $v_(OH)$-Banden im Bereich von 3200-3600 cm$^(-1)$ und 3600-3615 cm$^(-1)$ charakteristisch für stark verdünnte Lösungen, aber für $v_(c\_D)$ Phenole gibt es eine Bande bei etwa 1230 cm$^(-1)$ im Gegensatz zu 1220-1125 cm$^(-1)$ für Alkohole.

In den PMR-Spektren zeigt sich das Protonensignal der $OH$-Gruppe von Phenolen in einem weiten Bereich (4,0–12,0 ppm) im Vergleich zu Alkoholen, abhängig von der Art und Konzentration des Lösungsmittels, der Temperatur und der Anwesenheit von Inter - oder intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen . Oft wird das Protonensignal der $OH$-Gruppe bei 8,5–9,5 mh aufgezeichnet. in Dimethylsulfoxid oder bei 4,0-7,5 m.h, in $CCl_4$.

Im Massenspektrum von Phenol ist die Hauptzerfallsrichtung die Abspaltung von $HCO$- und $CO$-Partikeln:

Figur 2.

Wenn Alkylreste im Phenolmolekül vorhanden sind, wird der primäre Prozess eine Benzylspaltung sein.

Chemische Eigenschaften von Phenolen

Im Gegensatz zu Alkoholen, die durch Reaktionen mit Spaltung sowohl von $O-H$-Bindungen (Säure-Base-Eigenschaften, Esterbildung, Oxidation usw.) als auch von $C-O$-Bindungen (nucleophile Substitutionsreaktionen, Dehydratisierung, Umlagerung) gekennzeichnet sind, sind Phenole eher typisch für Reaktionen der ersten Art. Außerdem zeichnen sie sich durch elektrophile Substitutionsreaktionen im Benzolring aus, die durch eine elektronenspendende Hydroxylgruppe aktiviert werden.

Die chemischen Eigenschaften von Phenolen beruhen auf der gegenseitigen Beeinflussung der Hydroxylgruppe und des Benzolkerns.

Die Hydroxylgruppe hat $-I-$ und + $M$-Wirkung. Letzteres übertrifft den $-I$-Effekt, der die $n-\pi$-Konjugation freier Sauerstoffelektronen mit dem $\pi$-Orbital des Benzolkerns bestimmt, deutlich. Aufgrund der $n-\pi$-Konjugation nehmen die $C - O$-Bindungslänge, die Größe des Dipolmoments und die Lage der Bindungsabsorptionsbanden in den IR-Spektren im Vergleich zu Ethanol ab:

Einige Eigenschaften von Phenol und Ethanol:

Figur 3

$n-\pi$-Konjugation führt zu einer Abnahme der Elektronendichte am Sauerstoffatom, wodurch die Polarität der $O - H$-Bindung in Phenolen zunimmt. Dabei sind die sauren Eigenschaften von Phenolen stärker ausgeprägt als die von Alkoholen. Die größere Acidität von Phenolen im Vergleich zu Alkoholen erklärt sich auch durch die Möglichkeit der Ladungsdelokalisierung in das Phenolatanion, was zu einer Stabilisierung des Systems führt:

Figur 4

Der Unterschied zwischen der Acidität von 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 ziemlich heftig und kann von einer Explosion begleitet werden.

Aber Phenol ist eine schwache Säure, noch schwächer als Kohlensäure ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Daher verdrängt Kohlensäure Phenol aus der Phenolatlösung. Diese Reaktionen dienen der Abtrennung von Phenolen, Alkoholen oder Carbonsäuren. Die elektronenziehenden Gruppen im Phenolmolekül verstärken deutlich, während die Donorgruppen die sauren Eigenschaften von Phenolhydroxyl schwächen.

Darüber hinaus zeichnet sich Phenol durch eine Reihe von Reaktionen verschiedener Richtungen aus:

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

4. Reaktionen der elektrophilen Substitution im aromatischen Ring, einschließlich der Reaktionen:

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

Frage 2. Phenol, seine Struktur, Eigenschaften und Anwendung.

Antworten. Phenole sind von aromatischen Kohlenwasserstoffen abgeleitete organische Verbindungen, bei denen eine oder mehrere Hydroxylgruppen an einen Benzolring gebunden sind.

Der einfachste Vertreter dieser Stoffgruppe ist Phenol bzw. Karbolsäure C 6 H 5 OH. In einem Phenolmolekül ziehen die π-Elektronen des Benzolrings die freien Elektronenpaare des Sauerstoffatoms der Hydroxylgruppe an, wodurch die Beweglichkeit des Wasserstoffatoms dieser Gruppe zunimmt.

Physikalische Eigenschaften

Feste, farblose, kristalline Substanz mit stechendem charakteristischem Geruch, die während der Lagerung an der Luft oxidiert und eine rosa Farbe annimmt, in kaltem Wasser schwer löslich, aber in heißem Wasser leicht löslich. Schmelzpunkt - 43 °C, Siedepunkt - 182 °C. Starkes Antiseptikum, sehr giftig.

Chemische Eigenschaften

Die chemischen Eigenschaften beruhen auf der gegenseitigen Beeinflussung der Hydroxylgruppe und des Benzolrings.

Reaktionen am Benzolring

1. Bromierung:

C 6 H 5 OH + 3 Br 2 \u003d C 6 H 2 Br 3 OH + 3 HBr.

2,4,6-Tribromphenol (weißer Niederschlag)

2. Wechselwirkung mit Salpetersäure:

C 6 H 5 OH + 3 HNO 3 \u003d C 6 H 2 (NO 2) 3 OH + 3 H 2 O.

2,4,6-Trinitrophenol (Pikrinsäure)

Diese Reaktionen finden statt in normale Bedingungen(ohne Heizung und Katalysatoren), während die Nitrierung von Benzol Temperatur und Katalysatoren erfordert.

Reaktionen an der Hydroxygruppe

1. Wie Alkohole interagiert es mit aktiven Metallen:

2C 6 H 5 OH + 2 Na \u003d 2 C 6 H 5 ONa + H 2.

Natriumphenolat

2. Im Gegensatz zu Alkoholen interagiert es mit Alkalien:

C 6 H 5 OH + NaOH \u003d C 6 H 5 ONa + H 2 O.

Phenolate werden durch schwache Säuren leicht zersetzt:

a) C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 \u003d C 6 H 5 OH + NaHCO 3;

b) C 6 H 5 ONa + CH 3 I + CO 2 \u003d C 6 H 5 OCH 3 + NaI.

Methylphenylether

3. Wechselwirkung mit Halogenderivaten:

C 6 H 5 OH + C 6 H 5 I \u003d C 6 H 5 OC 2 H 5 + HI

Ethylphenylether

4. Wechselwirkung mit Alkoholen:

C 6 H 5 OH + HOC 2 H 5 \u003d C 6 H 5 OC 2 H 5 + H 2 O.

5. Qualitative Reaktion:

3C 6 H 5 OH + FeCl 3 \u003d (C 6 H 5 O) 3 Fe ↓ + 3 HCl.

Eisen(III)phenolat

Eisen(III)-phenolat hat eine braun-violette Farbe mit einem Geruch nach Tinte (Tinte).

6. Ausrichtung:

C 6 H 5 OH + CH 3 COOH \u003d C 6 H 5 OCOCH 3 + H 2 O.

7. Copolykondensation:

C 6 H 5 OH + CH 2 O + ... → - k. –.

Methanal-H 2 O-Phenol-Formaldehyd-Harz

Erhalt

1. Aus Steinkohlenteer.

2. Gewinnung aus chlorierten Derivaten:

C 6 H 5 Cl + NaOH \u003d C 6 H 5 ONa + HCl,

2C 6 H 5 ONa + H 2 SO 4 \u003d 2C 6 H 5 OH + Na 2 SO 4.

3. Cumol-Methode:

C 6 H 6 + CH 2 CHCH 3 C 6 H 5 CH (CH 3) 2,

C 6 H 5 CH (CH 3) 2 + O 2 С 6 H 5 C (CH 3) 2 OOH C 6 H 5 OH + CH 3 COCH 3.

Phenol Aceton

Anwendung

1. Als Antiseptikum, das als Desinfektionsmittel verwendet wird.

2. Bei der Herstellung von Kunststoffen (Phenol-Formaldehyd-Harz).

3. Bei der Herstellung von Sprengstoffen (Trinitrophenol).

4. Bei der Herstellung von Photoreagenzien (Entwickler für Schwarz-Weiß-Papier).

5. Bei der Herstellung von Arzneimitteln.

6. Bei der Herstellung von Farben (Gouache).

7. Bei der Herstellung von Kunststoffen.

Frage 3. Nach 200 g einer 40%igen KOH-Lösung wurden 1,12 Liter CO 2 durchgeleitet. Art und Masse des gebildeten Salzes bestimmen.

Antworten.

Gegeben: Finden: Art und Masse des Salzes.

V (CO 2) \u003d 1,12 l.

Entscheidung

m(KOH wasserfrei) = 200 * 0,4 = 80 g.

x 1 g 1,12 l x 2 g

2KOH + CO 2 \u003d K 2 CO 3 + H 2 O.

v: 2 Mol 1 Mol 1 Mol

M: 56 g/mol - 138 g/mol

Größe: 112 g - 138 g

x 1 \u003d m (KOH) \u003d (1,12 * 112) / 22,4 \u003d 5,6 g,

x 2 \u003d m (K 2 CO 3) \u003d 138 * 1,12 / 22,4 \u003d 6,9 g.

Da KOH im Überschuss aufgenommen wird, wurde ein durchschnittliches Salz von K 2 CO 3 gebildet und kein saures KHCO 3.

Antworten: m(K 2 CO 3) \u003d 6,9 g.

TICKET Nr. 3

Frage 1.Theorie der Struktur organischer Verbindungen. Der Wert der Theorie für die Entwicklung der Wissenschaft.

Antworten. 1861 formulierte der russische Wissenschaftler Alexander Mikhailovich Butlerov die wichtigsten Bestimmungen der Theorie der Struktur organischer Substanzen.

1. Moleküle organischer Verbindungen bestehen aus Atomen, die entsprechend ihrer Wertigkeit in einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden sind (C-IV, H-I, O-II, N-III, S-II).

2. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Stoffes hängen nicht nur von der Art der Atome und ihrem Mengenverhältnis im Molekül ab, sondern auch von der Reihenfolge der Atomverknüpfung, also von der Struktur des Moleküls.

3. Die chemischen Eigenschaften eines Stoffes können durch Kenntnis seiner Molekularstruktur bestimmt werden. Umgekehrt kann die Struktur eines Moleküls einer Substanz experimentell festgestellt werden, indem die chemischen Umwandlungen einer Substanz untersucht werden.

4. In Molekülen gibt es eine gegenseitige Beeinflussung von Atomen oder Atomgruppen:

CH 3 - CH 3 (t kochen = 88,6 0 С), CH 3 - CH 2 - CH 3 (t kochen, \u003d 42,1 0 С)

Ethan Propan

Basierend auf seiner Theorie sagte Butlerov die Existenz von Isomeren von Verbindungen voraus, zum Beispiel zwei Isomere von Butan (Butan und Isobutan):

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (Siedet = 0,5 0 C),

CH 3 -CH (CH 3) - CH 3 (t kip \u003d -11,7 0 C).

2-Methylpropan oder Isobutan

Isomere sind Stoffe, die die gleiche molekulare Zusammensetzung, aber unterschiedliche chemische Struktur haben und daher unterschiedliche Eigenschaften haben.

Die Abhängigkeit der Eigenschaften von Substanzen von ihren Strukturen ist eine der Ideen, die der Theorie der Struktur organischer Substanzen von A.M. Butlerow.

Der Wert der Theorie von A. M. Butlerov

1. beantwortete die wichtigsten "Widersprüche" der organischen Chemie:

a) Die Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen

b) offensichtliche Diskrepanz zwischen Wertigkeit und organischen Substanzen:

c) unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften von Verbindungen mit der gleichen Summenformel (C 6 H 12 O 6 - Glucose und Fructose).

2. Es ermöglichte, die Existenz neuer organischer Substanzen vorherzusagen und auch die Wege zu ihrer Gewinnung aufzuzeigen.

3. Es ermöglichte, verschiedene Fälle von Isomerie vorherzusehen und mögliche Reaktionsrichtungen vorherzusagen.

Frage 2. Arten chemischer Bindungen in organischen und organischen Verbindungen.

Antworten: Die Hauptantriebskraft, die zur Bildung einer chemischen Bindung führt, ist das Streben der Atome, das äußere Energieniveau zu vervollständigen.

Ionenverbindung- eine chemische Bindung aufgrund elektrostatischer Anziehung zwischen Ionen. Die Bildung von Ionenbindungen ist nur zwischen Atomen möglich, deren Elektronegativitätswerte sehr unterschiedlich sind.

Ionische Verbindungen umfassen Halogenide und Oxide von Alkali- und Erdalkalimetallen (NAI, KF, CACl 2 , K 2 O, LI 2 O).

Ionen können auch aus mehreren Atomen bestehen, deren Bindungen nicht ionisch sind:

NaOH \u003d Na + + OH -,

Na 2 SO 4 \u003d 2Na + + SO 4 2-.

Es ist zu beachten, dass sich die Eigenschaften von Ionen erheblich von den Eigenschaften der entsprechenden Atome und Moleküle einfacher Substanzen unterscheiden: Na ist ein Metall, das heftig mit Wasser reagiert, das Na + -Ion löst sich darin; H 2 - löst sich darin auf; H 2 - ein Gas ohne Farbe, Geschmack und Geruch, das H + -Ion verleiht der Lösung einen sauren Geschmack, ändert die Farbe von Lackmus (zu rot).

Eigenschaften ionischer Verbindungen

1. Ionische Verbindungen sind Elektrolyte. Elektrischer Strom wird nur durch Lösungen und Schmelzen geleitet.

2. Große Zerbrechlichkeit kristalliner Substanzen.

kovalente Bindung- eine chemische Bindung, die durch die Bildung gemeinsamer (bindender) Elektronenpaare erfolgt.

Kovalente unpolare Bindung- Eine Bindung zwischen Atomen mit gleicher Elektronegativität. Bei einer kovalenten unpolaren Bindung ist die Elektronendichte eines gemeinsamen Elektronenpaares räumlich symmetrisch zu den Kernen gemeinsamer Atome (H 2, I 2, O 2, N 2) verteilt.

Kovalente polare Bindung - eine kovalente Bindung zwischen Atomen mit unterschiedlicher (aber nicht sehr unterschiedlicher) Elektronegativität (H 2 S, H 2 O, NH 3).

Nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus werden NH + 4, H 3, O +, SO 3, NO 2 gebildet. Im Fall des Auftretens des NH + 4-Ions ist das Stickstoffatom ein Donator, der ein ungeteiltes Elektronenpaar zur gemeinsamen Nutzung bereitstellt, und ein Wasserstoffion ist ein Akzeptor, der dieses Paar aufnimmt und sein eigenes Orbital dafür bereitstellt. In diesem Fall wird eine Donor-Akzeptor-(Koordinations-)Bindung gebildet. Das Akzeptoratom erwirbt eine große negative Ladung und das Donoratom erwirbt eine positive.

Verbindungen mit einer kovalenten polaren Bindung haben höhere Siede- und Schmelzpunkte als Substanzen mit einer kovalenten unpolaren Bindung.

In den Molekülen organischer Verbindungen ist die Atombindung kovalent polar.

In solchen Molekülen findet eine Hybridisierung (Mischen von Orbitalen und Ausrichten gemäß der Formel und Energie) der Valenzorbitale (extern) von Kohlenstoffatomen statt.

Hybridorbitale überlappen und starke chemische Bindungen werden gebildet.

Metallkrawatten- eine durch relativ freie Elektronen ausgeführte Bindung zwischen Metallionen in einem Kristallgitter. Metallatome geben leicht Elektronen ab und verwandeln sich in positiv geladene Ionen. Die abgelösten Elektronen bewegen sich frei zwischen den positiven Metallionen, d.h. sie werden durch Metallionen sozialisiert, d.h. Sie werden sozialisiert und bewegen sich um das gesamte Metallstück herum, das im Allgemeinen elektrisch neutral ist.

Eigenschaften von Metallen.

1. Elektrische Leitfähigkeit. Es ist auf das Vorhandensein freier Elektronen zurückzuführen, die einen elektrischen Strom erzeugen können.

2. Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund derselben.

3. Formbarkeit und Plastizität. Metallionen und Atome in einem Metallgitter sind nicht direkt miteinander verbunden und einzelne Metallschichten können sich frei relativ zueinander bewegen.

Wasserstoffverbindung- kann intermolekular und intramolekular sein.

Intermolekulare Wasserstoffbrückenbindung wird zwischen den Wasserstoffatomen eines Moleküls und den Atomen eines stark elektronegativen Elements (F, O, N) eines anderen Moleküls gebildet. Diese Verbindung bestimmt die ungewöhnlich hohen Siede- und Schmelzpunkte einiger Verbindungen (HF, H 2 O). Beim Verdampfen dieser Stoffe werden Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen, was den Aufwand zusätzlicher Energie erfordert.

Der Grund für die Wasserstoffbrücke: Wenn ein einzelnes Elektron an sein „eigenes“ Atom eines elektronegativen Elements abgegeben wird, erhält Wasserstoff eine relativ starke positive Ladung, die dann mit einem freien Elektronenpaar eines „fremden“ Atoms eines elektronegativen Elements wechselwirkt .

Intramolekulare Wasserstoffbrückenbindung findet innerhalb des Moleküls statt. Diese Bindung bestimmt die Struktur von Nukleinsäuren (Doppelhelix) und die sekundäre (helikale) Struktur des Proteins.

Die Wasserstoffbindung ist viel schwächer als die ionische oder kovalente Bindung, aber stärker als die intermolekulare Wechselwirkung.

Frage 3. Ein Problem lösen. 20 g Nitrobenzol wurden einer Reduktionsreaktion unterzogen. Ermitteln Sie die Masse des gebildeten Anilins, wenn die Reaktionsausbeute 50 % beträgt.

Antworten.

Gegeben: Finde: m(C 6 H 6 NH 2).

m (C 6 H 6 NO 2) \u003d 20 g,

Entscheidung

(C 6 H 6 NO 2) + 3 H 2 = C 6 H 6 NH 2 + 2 H 2 0.

v: 1 Mol 1 Mol

M: 123 g/mol 93 g/mol

x \u003d m theor (C 6 H 6 NH 2) \u003d 20 * 93 / 123 \u003d 15 g,

m praktisch \u003d 15 * 0,5 \u003d 7,5 g.

Antworten: 7,5 gr

Ticketnummer 4

Eigenschaften Metall	Li, K, Rb, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Wiederherstellbarkeit (Elektronen spenden)	Zunehmend
Wechselwirkung mit Luftsauerstoff	Oxidiert schnell bei normalen Temperaturen	Bei normaler Temperatur oder beim Erhitzen langsam oxidiert	Nicht oxidieren
Wechselwirkung mit Wasser	H 2 wird freigesetzt und Hydroxid wird gebildet	Beim Erhitzen wird Wasserstoff freigesetzt und Hydroxid gebildet	Verdrängt keinen Wasserstoff aus Wasser
Wechselwirkung mit Säuren	Verdrängt Wasserstoff aus verdünnten Säuren	Verdrängt keinen Wasserstoff aus verdünnten Säuren
Oxidationsfähigkeit (Elektronen binden)	Zunehmend

Frage 1. Allgemeine Eigenschaften von Metallen. Merkmale der Struktur von Atomen .

Antworten. Metallatome geben relativ leicht Valenzelektronen ab und werden in positiv geladene Ionen umgewandelt. Daher sind Metalle Reduktionsmittel. Dies ist die wichtigste und allgemeinste chemische Eigenschaft von Metallen. Metallverbindungen weisen nur positive Oxidationsstufen auf. Das Reduktionsvermögen verschiedener Metalle ist nicht gleich und nimmt in der elektrochemischen Reihe der Metallspannungen von Au zu Li zu.

Physikalische Eigenschaften

1. Elektrische Leitfähigkeit. Dies ist auf das Vorhandensein freier Elektronen in Metallen zurückzuführen, die einen elektrischen Strom bilden (gerichtete Bewegung von Elektronen).

2. Wärmeleitfähigkeit.

3. Formbarkeit und Plastizität.

Metalle mit ρ<5 г /см 3 – легкие, c ρ >5 g / cm 3 - schwer.

Niedrigschmelzende Metalle: c t pl< 1000 0 C ,тугоплавкие – c t пл >10000C.

Schema der Wechselwirkung von Metallen mit Schwefelsäure.

Verdünnte H 2 SO 4 löst Metalle, die in einer Reihe von Standardelektrodenpotentialen (Metallaktivitätsreihe) liegen, zu Wasserstoff auf:

M + H 2 SO 4 (Zersetzung) → Salz + H 2

(M = (Li → Fe) in der Metallaktivitätsreihe).

Dabei entstehen das entsprechende Salz und Wasser.

Mit Ni reagiert verdünnte H 2 SO 4 sehr langsam, mit Ca, Mn und Pb reagiert die Säure nicht. Unter Säureeinwirkung bildet sich auf der Bleioberfläche ein PbSO 4 -Film, der sie vor weiterer Wechselwirkung mit der Säure schützt.

konzentriert H 2 SO 4 wechselwirkt bei normaler Temperatur nicht mit vielen Metallen. Beim Erhitzen reagiert konzentrierte Säure jedoch mit fast allen Metallen (außer Pt, Au und einigen anderen). In diesem Fall wird die Säure zu H 2 S oder SO 2 reduziert:

M + H 2 SO 4 (konz.) → Salz + H 2 O + H 2 S (S, SO 2).

Bei diesen Reaktionen wird kein Wasserstoff freigesetzt, sondern Wasser gebildet.

Schema der Wechselwirkung von Metallen mit Salpetersäure.

Wenn Metalle mit HNO 3 interagieren, wird kein Wasserstoff freigesetzt; es oxidiert zu Wasser. Je nach Aktivität des Metalls kann die Säure zu Verbindungen reduziert werden.

5 +4 +2 +1 0 -3 -3

HNO 3 → NO 2 → NO → N 2 O → N 2 → NH 3 (NH 4 NO 3).

In diesem Fall wird auch ein Salz der Salpetersäure gebildet.

Verdünnt HNO 3 reagiert mit vielen Metallen (Ausnahme: Ca, Cr, Pb, Au) am häufigsten unter Bildung von NH 3, NH 4 NO 3, N 2 oder NO:

M + HNO 3 (razb.) → Salz + H 2 O + NH 3 (NH 4 NO 3, N 2, NO).

konzentriert HNO 3 reagiert hauptsächlich mit Schwermetallen zu N 2 O oder NO 2:

M + HNO 3 (konz.) → Salz + H 2 O + N 2 O (NO 2).

Bei normaler Temperatur reagiert diese Säure (ein starkes Oxidationsmittel) nicht mit Al, Cr, Fe und Ni. Es versetzt sie leicht in einen passiven Zustand (auf der Metalloberfläche bildet sich ein dichter schützender Oxidfilm, der verhindert, dass das Metall mit dem Medium in Kontakt kommt.)

Frage 2. Stärke und Cellulose. Vergleichen Sie ihre Struktur und Eigenschaften. Ihre Anwendung.

Antworten. Die Struktur der Stärke: Strukturlink - der Rest des Moleküls

α-Glucose. Die Struktur von Cellulose: ein Struktureinheitsrest des β-Glucose-Moleküls.

Physikalische Eigenschaften

Stärke ist ein weißes, knackiges Pulver, das in kaltem Wasser unlöslich ist. In heißem Wasser bildet sich eine kolloidale Lösungspaste.

Cellulose ist eine harte Fasersubstanz, die in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich ist.

Chemische Eigenschaften

1. Stärkezellulose wird hydrolysiert:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O \u003d nC 6 H 12 O 6.

Die Hydrolyse von Stärke erzeugt Alpha-Glucose, während die Hydrolyse von Zellulose Beta-Glucose erzeugt.

2. Stärke mit Jod ergibt eine blaue Farbe (im Gegensatz zu Zellulose).

3. Stärke wird im menschlichen Verdauungssystem verdaut, aber Zellulose wird nicht verdaut.

4. Cellulose ist durch die Veresterungsreaktion gekennzeichnet:

[(C 6 H 7 O 2) (OH) 3 ] n + 3nHONO 2 (konz.) [(C 6 H 7 O 2) (ONO 2) 3 ] n + 3nH 2 O.

Trinitrocellulose

5. Stärkemoleküle haben sowohl lineare als auch verzweigte Strukturen. Zellulosemoleküle hingegen haben eine lineare (d. h. nicht verzweigte) Struktur, wodurch Zellulose leicht Fasern bildet, was der Hauptunterschied zwischen Stärke und Zellulose ist.

6. Verbrennung von Stärke und Cellulose:

(C 6 H 10 O 5) n + O 2 \u003d CO 2 + H 2 O + Q.

Ohne Luftzutritt kommt es zur thermischen Zersetzung. CH 3 O, CH 3 COOH, (CH 3 ) 2 CO usw. entstehen.

Anwendung

1. Durch Hydrolyse werden sie in Fluss und Glukose umgewandelt.

2. Als wertvolles und nahrhaftes Produkt (die Hauptkohlenhydrate der menschlichen Nahrung sind Brot, Getreide, Kartoffeln).

3. Bei der Herstellung von Paste.

4. Bei der Herstellung von Farben (Verdickungsmittel)

5. In der Medizin (zur Herstellung von Salben, Pulvern).

6. Zum Stärken von Leinen.

Zellulose:

1. Bei der Herstellung von Acetatfasern, Plexiglas, Flammschutzfolie (Cellophan).

2. Bei der Herstellung von rauchfreiem Pulver (Trinitrocellulose).

3. Bei der Herstellung von Zelluloid und Kolodit (Dinitrocellulose).

Frage 3. Zu 500 Gramm einer 10%igen Lösung von NACL wurden 200 Gramm einer 5%igen Lösung der gleichen Substanz hinzugefügt, dann weitere 700 Gramm Wasser. Finden Sie die prozentuale Konzentration der resultierenden Lösung.

Antworten. Finde:m 1 (NaCl) \u003d 500g

Gegeben:

ω 1 (NaCl) \u003d 10%

m 2 (NaCl) \u003d 200 g

Entscheidung

m 1 (NaCl, wasserfrei) \u003d 500 * 10\100 \u003d 50 g,

m 2 (NaCl, wasserfrei) \u003d 200 * 5 \ 100 \u003d 10 g,

m (r-ra) \u003d 500 + 200 + 700 \u003d 1400 g,

m gesamt (NaCl) = 50 + 10 = 60 g,

ω 3 (NaCl) \u003d 60 \ 1400 * 100% \u003d 4,3%

Antwort: ω 3 (NaCl) \u003d 4,3%

TICKET Nr. 5

Frage 1. Acetylen. Ihre Struktur, Eigenschaften, Zubereitung und Anwendung.

Antworten. Acetylen gehört zur Klasse der Alkine.

Acetelenkohlenwasserstoffe oder Alkine sind ungesättigte (ungesättigte) Kohlenwasserstoffe mit der allgemeinen Formel , in deren Molekülen eine Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen besteht.

Elektronische Struktur

Der Kohlenstoff im Acetylenmolekül befindet sich im Zustand sp- Hybridisierung. Die Kohlenstoffatome in diesem Molekül bilden eine Dreifachbindung, bestehend aus zwei -Bindungen und einer σ-Bindung.

Molekularformel: .

Grafische Formel: H-C≡ C-H

Physikalische Eigenschaften

Gas, leichter als Luft, wenig wasserlöslich, in reiner Form, fast geruchlos, farblos, = - 83,6. (In der Alkinreihe steigen mit zunehmendem Molekulargewicht des Alkins die Siede- und Schmelzpunkte.)

Chemische Eigenschaften

1. Verbrennung:

2. Verbindung:

a) Wasserstoff:

b) Halogen:

C 2 H 2 + 2Cl 2 \u003d C 2 H 2 Cl 4;

1,1,2,2-Tetrochlorethan

c) Halogenwasserstoff:

HC≡CH + HCl = CHCl

Vinylchlorid

CH 2 \u003d CHCl + HCl \u003d CH 3 -CHCl 2

1,1-Dichlorethan

(nach Markovnikovs Regel);

d) Wasser (Kucherov-Reaktion):

HC \u003d CH + H 2 O \u003d CH 2 \u003d CH-OH CH 3 -CHO

Vinylalkohol Acetaldehyd

3. Auswechslung:

HC≡CH + 2AgNO 3 + 2NH 4 = AgC≡CAg↓ + 2NH 4 NO 3 + 2H 2 O.

Silberacetylenid

4. Oxidation:

HC≡CH + + H 2 O → HOOC-COOH (-KMnO 4).

Oxalsäure

5. Trimerisierung:

3HC≡CH t, Kat.-Nr

6. Dimerisierung:

HC≡CH + HC≡CH KAT. HC≡C - HC=CH2

Vinylacetylen

Erhalt

1. Dehydrierung von Alkanen (Cracken von flüssigen Erdölfraktionen):

C 2 H 6 \u003d C 2 H 2 + 2H 2.

2. Aus Erdgas (Thermisches Cracken von Methan):

2CH 4 C 2 H 2 + 3 H 2

3. Hartmetallweise:

CaC 2 + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2

Anwendung

1. Bei der Herstellung von Vinylchlorid, Acetaldehyd, Vinylacetat, Chloropren, Essigsäure und anderen organischen Stoffen.

2. Bei der Synthese von Kautschuk- und Polyvinylchloridharzen.

3. Bei der Herstellung von Polyvinylchlorid (Kunstleder).

4. Bei der Herstellung von Lacken, Arzneimitteln.

5. Bei der Herstellung von Sprengstoffen (Acetyliden).

Die Abbildung zeigt das Verhältnis verschiedener Verfahren zur Herstellung von Phenol, und in der Tabelle sind unter gleichen Nummern ihre technischen und wirtschaftlichen Kennziffern angegeben (in % bezogen auf das Sulfonatverfahren).

Reis. 1.1. Phenolherstellungsverfahren

Tabelle 1.3

Technische und wirtschaftliche Indikatoren der Phenolproduktion

	Methoden
Indikator	1	2	3	4	5	6
Investitionen	100	83	240	202	208	202
Rohstoffkosten	100	105	58	69	72	45
Selbstkostenpreis	100	96	70	73	76	56

Aus wirtschaftlicher Sicht ist daher das derzeit am meisten nachgefragte Cumol-Verfahren das zielführendste. Die industriellen Prozesse, die früher oder später zur Herstellung von Phenol verwendet wurden, werden im Folgenden kurz beschrieben.

1. Sulfonat-Prozess war das erste phenolische Verfahren, das 1899 von der BASF großtechnisch umgesetzt wurde. Dieses Verfahren basiert auf der Sulfonierung von Benzol mit Schwefelsäure und anschließendem alkalischem Aufschmelzen der Sulfonsäure. Trotz der Verwendung aggressiver Reagenzien und der Erzeugung einer großen Menge an Natriumsulfit-Abfall wird dieses Verfahren seit fast 80 Jahren angewendet. In den USA wurde diese Produktion erst 1978 eingestellt.

2. 1924 entwickelte die Firma Dow Chemical ein Verfahren zur Herstellung von Phenol, einschließlich der Reaktion der Chlorierung von Benzol und der anschließenden Hydrolyse von Monochlorbenzol ( Katalytischer Hydrolyseprozess von halogenierten Benzolen ). Eine unabhängig ähnliche Technologie wurde von der deutschen Firma I.G. Farbenindustrie Co. Anschließend wurden die Stufe zur Gewinnung von Monochlorbenzol und die Stufe zu seiner Hydrolyse verbessert, und das Verfahren wurde "Raschig-Verfahren" genannt. Die Gesamtausbeute an Phenol in zwei Stufen beträgt 70-85 %. Dieser Prozess ist seit mehreren Jahrzehnten die Hauptmethode zur Herstellung von Phenol.

3. Cyclohexan-Verfahren , entwickelt von Scientific Design Co., basiert auf der Oxidation von Cyclohexan zu einem Gemisch aus Cyclohexanon und Cyclohexanol, das dann zu Phenol dehydriert wird. In den 60er Jahren verwendete Monsanto dieses Verfahren mehrere Jahre lang in einem seiner Werke in Australien, stellte es aber später auf das Cumol-Verfahren zur Herstellung von Phenol um.

4. 1961 verkaufte Dow Chemical of Canada Prozess durch Zersetzung von Benzoesäure , ist dies das einzige Verfahren zur Synthese von Phenol, das auf der Verwendung von Nicht-Benzol-Rohstoffen basiert. Beide Reaktionen laufen in flüssiger Phase ab. Erste Reaktion. Toluol-Oxidation. wurde in Deutschland bereits während des Zweiten Weltkriegs zur Herstellung von Benzoesäure verwendet. Die Reaktion läuft unter eher milden Bedingungen mit hoher Ausbeute ab. Der zweite Schritt ist aufgrund der Katalysatordesaktivierung und der geringen Phenolselektivität schwieriger. Es wird angenommen, dass die Durchführung dieses Schritts in der Gasphase das Verfahren effizienter machen kann. Derzeit wird dieses Verfahren in der Praxis angewendet, obwohl sein Anteil an der weltweiten Phenolproduktion nur etwa 5 % beträgt.

5. Das Syntheseverfahren, mit dem heute der größte Teil des weltweit produzierten Phenols gewonnen wird - Cumol-Prozess - 1942 von einer Gruppe sowjetischer Chemiker unter der Leitung von Professor P. G. Sergeev eröffnet. Das Verfahren basiert auf der Oxidation des aromatischen Kohlenwasserstoffs Cumol (Isopropylbenzol) mit Luftsauerstoff, gefolgt von der Zersetzung des entstandenen, mit Schwefelsäure verdünnten Hydroperoxids. 1949 wurde in der Stadt Dserschinsk im Gebiet Gorki die weltweit erste Cumolanlage in Betrieb genommen. Zuvor galten Hydroperoxide als instabile Zwischenprodukte der Kohlenwasserstoffoxidation. Auch in der Laborpraxis kamen sie fast nie zum Einsatz. Im Westen wurde die Cumol-Methode Ende der 1940er Jahre entwickelt und ist teilweise als Hock-Verfahren bekannt, nach einem deutschen Wissenschaftler, der später unabhängig den Cumol-Weg für die Synthese von Phenol entdeckte. Im industriellen Maßstab wurde diese Methode erstmals in den frühen 1950er Jahren in den Vereinigten Staaten eingesetzt. Seit dieser Zeit ist das Cumol-Verfahren für viele Jahrzehnte weltweit zu einem Modell der chemischen Technologie geworden.

Trotz der etablierten Technologie und langjährigen Betriebserfahrung weist das Cumol-Verfahren eine Reihe von Nachteilen auf. Dies ist vor allem das Vorhandensein einer explosiven Zwischenverbindung (Cumolhydroperoxid) sowie das mehrstufige Verfahren, das erhöhte Kapitalkosten erfordert und es schwierig macht, eine hohe Phenolausbeute bezogen auf das anfängliche Benzol zu erzielen. Bei einer nutzbaren Produktausbeute von 95 % in jeder der drei Stufen beträgt die Endausbeute also nur 86 %. Ungefähr diese Ausbeute an Phenol liefert das Cumolverfahren zur Zeit. Der wichtigste und grundsätzlich nicht zu beseitigende Nachteil des Cumol-Verfahrens hängt jedoch mit der Tatsache zusammen, dass Aceton als Nebenprodukt gebildet wird. Dieser Umstand, der ursprünglich als Stärke des Verfahrens angesehen wurde, wird zu einem immer gravierenderen Problem, da Aceton keinen gleichwertigen Markt findet. In den 1990er Jahren wurde dieses Problem besonders deutlich, nachdem neue Methoden zur Synthese von Methylmethacrylat durch die Oxidation von C4-Kohlenwasserstoffen geschaffen wurden, die den Bedarf an Aceton drastisch reduzierten. Wie akut die Lage ist, zeigt die Tatsache, dass in Japan eine Technologie entwickelt wurde, die das Recycling von Aceton vorsieht. Zu diesem Zweck werden dem traditionellen Cumolschema zwei weitere Stufen hinzugefügt, die Hydrierung von Aceton zu Isopropylalkohol und die Dehydratisierung des letzteren zu Propylen. Das resultierende Propylen wird erneut in den Benzolalkylierungsschritt zurückgeführt. 1992 startete Mitsui eine groß angelegte Produktion von Phenol (200.000 Tonnen/Jahr) basierend auf dieser fünfstufigen Cumol-Technologie.

Reis. 1.2. Aceton-Recycling zu Propylen

Andere ähnliche Modifikationen des Cumolverfahrens werden ebenfalls vorgeschlagen, die das Acetonproblem mildern würden. Sie alle führen jedoch zu einer erheblichen Komplizierung der Technologie und können nicht als vielversprechende Lösung des Problems angesehen werden. Daher hat die Forschung, die sich auf die Suche nach neuen Synthesewegen für Phenol konzentriert, die auf der direkten Oxidation von Benzol beruhen, im letzten Jahrzehnt einen besonders intensiven Charakter angenommen. Gearbeitet wird hauptsächlich in folgenden Bereichen: Oxidation mit molekularem Sauerstoff, Oxidation mit einatomigen Sauerstoffspendern und konjugierte Oxidation. Betrachten wir die Richtungen der Suche nach neuen Wegen der Phenolsynthese genauer.