Методы получения фенола

Федеральное агентство  по образованию РФ

 Казанский государственный  технологический университет

 

Институт нефти и  химии 

Факультет нефти и  нефтехимии

Кафедра технологии основного  органического и нефтехимического синтеза

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА ПО ТООНС

на тему: «Методы получения фенола»

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы 415312 Валиев И.Р._________________

 

 

Руководитель практики от кафедры Заббаров Р.Р._______________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань 2010 г.

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………...3

 

I. Название продукта, синонимы, структурная и брутто-формулы………………4

 

II. Химические свойства фенолов…………………………………………………..5

 

III. Физические свойства фенола…………………………………………………...7

IV. Токсические свойства фенола. Класс опасности фенола. Виды опасного воздействия………………………………………………………………………………9

 

V. Применение фенолов……………………………………………………………11

 

VI. Способы получения фенолов………………………………………………….13

 

Список использованной литературы……………………………………………...15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Фенолами называют соединения общей формулы Ar-OH. Они отличаются от спиртов тем, что в них гидроксильная группа непосредственно присоединена к ароматическому кольцу. В зависимости от количества гидроксильных групп фенолы различаются по атомности: одноатомные, двухатомные, трехатомные и т.д., для бензола до шестиатомных. Для метилфенолов принято специальное название - крезолы. Фенол 4-Метилфенол (п-крезол) a-Нафтол b-Нафтол. Производные фенолов широко распространены в природе. Тимол является антисептиком и используется в парфюмерии. Эвгенол содержится в различных эфирных маслах, в том числе в гвоздичном масле. 2-Изопропил-5-метилфенол 4-Аллил-2-метоксифенол (тимол) (эвгенол) Ароматическое ядро, непосредственно связанное с гидроксильной группой оказывает сильное влияние на ее поведение. Это влияние так велико, что фенолы и спирты представляют собой разные классы органических соединений. Они отличаются, прежде всего, по кислотности. Значения рКа большинства спиртов составляет около 18, в то время как фенолов - менее 11. Сравним, например, циклогексанол и фенол: Циклогексанол Фенол рКа = 18 рКа = 9.9 Фенолы являются более сильными кислотами, чем вода, в то время как спирты более слабыми, чем вода. В отличие от спиртов фенолы со щелочью дают соли – феноксиды (феноляты), не разрушающиеся водой, но разлагающиеся более сильной угольной кислотой. Приведенные реакции используются для разделения фенолов, спиртов и карбоновых кислот. Фенолы, содержащие электроноакцепторные группы в ядре, имеют большую кислотность, чем сам фенол. Большая кислотность фенолов по сравнению со спиртами может быть объяснена тем, что электронная плотность в них с атома кислорода смещена на бензольное кольцо.

 

 

 

 

 

I. Название продукта, синонимы, структурная и брутто-формулы.

Синонимы: гидроксибензол, карболовая кислота

Внешний вид: бесцветные игольчатые кристаллы

Брутто-формула (система  Хилла): C₆H₆O

Формула в виде текста: C₆H₅OH

Молекулярная масса (в  а.е.м.): 94,12

Температура плавления (в  °C): 40,9

Температура кипения (в  °C): 181,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Химические свойства фенолов.

Кислотные свойства. Кислотные свойства фенола выражены сильнее, чем у воды и предельных спиртов, что связано с большей полярностью O—H связи и с большей устойчивостью образующегося при ее разрыве фенолят-иона. В отличие от спиртов, фенолы реагируют не только с щелочными и щелочноземельными металлами, но и с растворами щелочей, образуя феноляты:

2C₆H₅OH + 2Na    2C₆H₅ONa  + H₂

                    фенолят натрия 

C₆H₅OH + NaOH       C₆H₅ONa + H₂O

Однако кислотные свойства фенола выражены слабее, чем у карбоновых кислот и, тем более, у сильных неорганических.

Замещение в бензольном кольце. Наличие гидроксильной группы в качестве заместителя в молекуле бензола приводит к перераспределению электронной плотности в сопряженной -системе бензольного кольца, при этом увеличивается электронная плотность у 2-го, 4-го и 6-го атомов углерода (орто- и пара-положения) и уменьшается у 3-го и 5-го атомов углерода (мета-положение).

а) Реакция с бромной  водой (качественная реакция): 

 

                                            + 3Br2                   + 3HBr

                                                                             

Образуется 2,4,6-трибромфенол - осадок белого цвета.

б) Нитрование (при комнатной  температуре):

C₆H₅—OH + HNO₃(разб.)  H₂O + O₂N—C₆H₄—OH (смесь орто- и пара-изомеров)

 

 

    + 3HNO₃(конц.)       3H₂O + 

 

 

 

По второй реакции образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота). Поликонденсация фенола с формальдегидом (по этой реакции происходит образование фенолформальдегидной смолы:

 

 

Качественная реакция с хлоридом железа(III). Образуется комплексное соединение фиолетового цвет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Физические свойства фенола.

Большинство фенолов  — бесцветные твердые вещества. Сам фенол плавится при t°=41°C. Присутствие воды в феноле понижает его температуру плавления. Смесь фенола с водой при ком-натной температуре — жидкость. Фенол обладает характерным запахом. Если при комнатной температуре фенол растворим в воде незначительно, то при нагревании до 70°С он растворяется полностью.

Фенол — антисептик, его  водный раствор используется для  дезинфекции и называется карболовой кислотой. Фенол не самый подходящий антисептик, так как вызывает ожоги кожи, а пары его токсичны. Многочисленными исследованиями было установлено, что некоторые замещенные фенолы являются более удобными антисептиками, чем сам фенол. Одно из наиболее употребительных соединений — 2,4,6-трихлорфенол. Фенол — один из важнейших продуктов нефтехимии.

Температура кипения: 182°C

Температура плавления: 41°C

Относительная плотность (вода = 1): 1.06

Растворимость в воде: средняя

Давление паров, Па при 20°C: 47

Относительная плотность  пара (воздух = 1): 3.2

Простейшие  фенолы представляют собой жидкости или низкоплавкие твёрдые вещества; изза образования водородных связей они обычно имеют высокие температуры кипения. Сам фенол заметно растворим в воде (9г. на 100г. воды), изза образования водородных связей с водой; большинство других фенолов практически не растворимы в воде. Фенолы бесцветные вещества, если только они не содержат каких либо групп, обусловливающих появление окраски.

Простейший  из фенолов - оксибензол (собственно, фенол) и его гомологи: о -, м - и п-крезолы содержатся в каменноугольной смоле. Дополнительные количества фенола, мировое потребление которого достигает миллионов тонн, получаются из бензола. Для этого используется (всё в меньших масштабах) старый метод щелочного плавления соли бензолсульфокислоты: 300 C

C6H5SO3Na + Na OH C6H5OH + Na2SO3

Некоторое количество фенола получают гидролизом хлорбензола перегретым паром (450-500°С) над катализатором - силикагелем, промотированным ионами Cu2+ (Рашиг):

Силикагель: Cu2+

C6H5Cl +H2O C6H5OH +HCl

Фенол - слабая кислота с константой диссоциации  при комнатной температуре в водном растворе 1,3•10-10.

Таким образом, он на несколько порядков кислее воды, не говоря уже о жирных спиртах, но гораздо слабее уксусной кислоты (1,8•10-5). Фенол умеренно растворим в воде (8% при 15°С). Вода растворяется в феноле с образованием жидкого при комнатной температуре раствора. Сам фенол - бесцветное легкоплавкое (+41°С) кристаллическое вещество, вследствие окисления розовеющее на воздухе. Крезолы менее, чем фенол растворимы в воде, подобно фенолу хорошо растворимы в эфире, спиртах, хлороформе, бензоле.

Фенолы  хорошо растворяются в водных растворах щелочей в результате образования фенолятов щелочных металлов:

ArOH + NaOH ArO- Na+ + H2O

Гидролиз  фенолята (обратная реакция) вследствие слабости кислотных свойств фенола заходит далеко, и требуется избыток  щёлочи, чтобы сместить равновесие вправо. Уже двуокись углерода выделяет фенол из раствора фенолята.

Кислотные свойства фенольного гидроксила вызваны  мезомерным взаимодействием с ароматическим ядром, что выражается символами:

Валентные электроны атома кислорода (в  том числе и связывающие водород с кислородом) оказываются частично рассредоточенными в орто- и пара-положения бензольного ядра, а водородный атом гидроксила - протонизированным. Таким образом, бьльшая кислотность фенола (сравнительно со спиртами) - это другая сторона сильного орто-пара-ориентирующего действия гидроксила в реакциях электрофильного замещения реакции гидроксила фенолов.

IV. Токсические свойства фенола. Класс опасности фенола. Виды опасного воздействия.

Фенол ядовит. Вызывает нарушение  функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу (ПДК 5мг/м³, в водоёмах 0,001 мг/л).

Попадая в организм, Фенол  очень быстро всасывается даже через  неповрежденные участки кожи и уже через несколько минут начинает воздействовать на ткани головного мозга. Сначала возникает кратковременное возбуждение, а потом и паралич дыхательного центра. Даже при воздействии минимальных доз фенола наблюдается чихание, кашель, головная боль, головокружение, бледность, тошнота, упадок сил. Тяжелые случаи отравления характеризуются бессознательным состоянием, синюхой, затруднением дыхания, нечувствительностью роговицы, скорым, едва ощутимым пульсом, холодным потом, нередко судорогами. Зачастую фенол является причиной онкозаболеваний.

Класс опасности фенола II – сильный яд, оказывает общетоксическое действие, может всасываться в организм человека через кожные покровы.

Виды опасного воздействия.

 

Виды опасности, воздействия	Острая опасность, симптомы	Предупреждение	Первая помощь, ликвидация пожара
Пожарная опасность	Горюче.	Не допускать открытого огня. Не допускать контакта с сильными окислителями.	Спиртоустойчивой пеной, порошком, разбрызгиванием воды, пеной, двуокисью углерода,
Взрывоопасность	При температуре выше 79°C могут образоваться взрывоопасныe смеси пар/воздух.	При температуре выше 79°C применять закрытую систему, вентиляцию.	В случае пожара: сохранять бочки и пр. охлажденными, обливая их водой.
Вдыхание	Ощущение жжения. Кашель. Головокружение. Головная боль. Тошнота. Одышка. Потеря сознания. Рвота. Симптомы могут быть отсроченными (см. Примечания).	Избегать вдыхания мелкодисперсной  пыли и тумана. Вентиляция, местная вытяжка или защита органов дыхания.	Свежий воздух, покой. Полусидячее  положение. Искусственное дыхание по показаниям. Обратиться за медицинской помощью.
Кожа	МОЖЕТ ПРОНИКАТЬ ЧЕРЕЗ КОЖУ! Серьезные ожоги кожи. Шок. Коллапс. Кома. Судороги. Местное обезболивающее действие. Смерть (См. Вдыхание).	Защитные перчатки. Защитная одежда.	Удалить загрязненную одежду. Промыть кожу большим количеством воды или под душем. Обратиться за медицинской помощью. При оказании первой помощи использовать защитные перчатки. Для удаления или нейтрализации вещества используйте полиэтиленгликоль 300 или растительное масло.
Глаза	Постоянная потеря зрения. Сильные глубокие ожоги.	защитная маска или защита глаз в сочетании с защитой органов дыхания.	Вначале промыть большим количеством  воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это не трудно), затем доставить к врачу.
Проглатывание	Едкое. Боль в животе. Судороги. Понос. Шок или коллапс. Боль в горле. Мутная, темно-зеленая моча.	Не принимать пищу, не пить и  не курить во время работы. Мыть руки перед едой.	Прополоскать рот. Дать выпить большое  количество воды. Покой. Обратиться за медицинской помощью. Дать выпить большое количество растительного масла, НЕ давать алкоголь!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. Применение фенолов.

Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин, а также гидрохинон (пара-дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.

 

В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют  широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – феноло-альдегидных смол полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VI. Способы получения фенолов.

Фенол – один из важнейших продуктов промышленной органической химии; он используется в качестве сырья в синтезе ряда важнейших продуктов, начиная с аспирина и кончая важнейшими пластиками. Мировое производство фенола превышает 3 миллиона тонн в год. Некоторое количество фенола и крезолов выделяют из легкого масла каменноугольной смолы. Используется несколько промышленных методов получения фенола.

a) Хлорбензольный:

Сульфирование бензола

Метод Рашига:

Кумольный метод:

Окисление толуола:

Окисление циклогексана:

б)

в) колонна окислительная  – РИВ, противоток; все недостатки гетерофазного процесса каскад реакторов идеального смешения.

г) разложение гидроперекиси  на катионитах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Барбаш А.Т. Химия. – М. 2001 г.

2. Гринев А.П. Фенолы и их соединения. - М.,1998.

3. Енянкина В.Д. Спирты. Химические соединения. - М.,2000 г.

4. Москалева Б.В. Химические соединения. - М.,2002 г..

5. Популярная медицинская энциклопедия. Под редакцией Покровского В.И..- М.2003 г.

6. Харлампович, Георгий Дмитриевич и Чркин, Юрий Васильевич Фенолы. М., «Химия», 1974, 376 с.