Лабораторная работа №7 Тема: фенолы

Цель работы: Практическое освоение характерных свойств фенолов и их отличительных особенностей.

Оборудование и реактивы: фенол кристаллический; насыщенный раствор фенола; едкий натр, 2н раствор; раствор фенолята натрия; соляная кислота, 2н раствор; углекислый кальций; хлорное железо, 0,1н раствор; бромная вода, насыщенный раствор; серная кислота (d=1,84 г/мл); азотная кислота (d=1,4 г/мл); нитрит натрия, 0,02н раствор; пирокатехин, 1% раствор; резорцин, 1% раствор; гидрохинон, 1% раствор; пирогаллол, 1% раствор, водяная баня; пробирки; стеклянные трубки с оттянутым концом; газоотводные трубки; капельная воронка.

7.1 Теоретическая часть

Органические соединения, у которых гидроксильная группа связана непосредственно с бензольным кольцом, называют фенолами (Ar-OH).

В зависимости от числа гидроксильных групп в ядре различают одно-, двух- и трехатомные фенолы.

7.1.1 Методы получения

Фенол является одним из важных продуктов нефтехимии. Источником фенола и его метильных гомологов служит каменноугольная смола, кроме того в значительных количествах его получают синтетическими способами.

1. Кумольный способ:

2. Сплавление солей сульфокислот с гидроксидом натрия:

С₆Н₅SO₃Na + 2NaOH  C₆H₅ONa + Na₂SO₃ + H₂O

2C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O 2C₆H₅OH + Na₂CO₃

3. Гидроксилирование ароматических производных в жестких условиях при 300-350^оС и 150-200 ат:

С₆Н₅CI + NaOH  C₆H₅OH + NaCI

Двух- и трехатомные фенолы получают аналогичными способами.

4. В лаборатории фенолы получают гидролизом солей диазония путем нагревания подкисленных растворов:

C₆H₅ – N⁺=N + H₂O  C₆H₅OH + N₂ + H⁺

7.1.2 Химические свойства

Большинство фенолов – бесцветные твердые вещества. Простейший фенол C₆H₅OH обладает характерным запахом, плавится при 42^оС. Температура плавления фенола сильно понижается от примеси небольших количеств воды (кристаллогидрат C₆H₅OH•H₂O плавится при 16^оС). Фенол гигроскопичен, кристаллы его при стоянии на воздухе расплываются. Раствор фенола в воде обладает антисептическими свойствами. Пары фенола токсичны, а сам он вызывает ожоги кожи.

Химические свойства фенола определяются наличием гидроксигруппы и бензольного кольца, взаимно влияющих друг на друга

Сопряжение неподеленной электронной пары атома кислорода гидроксильной группы приводит к смещению электронной плотности в сторону бензольного кольца, что усиливает подвижность атома водорода. Фенолы являются более сильными кислотами, чем предельные одноатомные спирты (pКа =10). Кислотность фенолов зависит также от характера заместителей в ядре. Введение в ядро электроноакцепторных заместителей (нитрогруппы, атомов галогенов) приводит к увеличению кислотных свойств.

С другой стороны, являясь заместителем I рода, гидроксигруппа приводит к повышению электронной плотности в о- и п-положениях бензольного кольца, что облегчает реакции электрофильного замещения.

Двух- и трехатомные фенолы во многих химических реакциях обнаруживают сходство с одноатомными фенолами, участвуя одной, двумя или тремя гидроксигруппами. Двухатомные фенолы более сильные кислоты, чем одноатомный фенол. Они легко окисляются и являются сильными восстановителями. Пирокатехин при окислении образует о-бензохинон:

Две структуры – бензоидная и хиноидная – легко переходят друг в друга. Хиноидные группировки относятся к важным хромофорным системам в молекулах красителей.

К наиболее характерным химическим свойствам можно отнести следующие.

1. Проявляя кислотные свойства, фенол реагирует с гидроксидом натрия, образуя феноляты:

2. Фенолы легко алкилируются при действии на феноляты галогенпроизводных, особенно в присутствии порошка меди, а также при действии на фенол алкилсульфатов, эфиров сульфокислот или диазометана:

3. Фенол конденсируется с окисью этилена с образованием фенилового эфира полиэтиленгликоля:

4. фенолы не этерифицируются непосредственно карбоновыми кислотами. Эфиры фенолов могут быть получены действием ангидридов или галогенангидридов кислот на феноляты или растворы фенолов в пиридине:

5. Гидроксильная группа в фенолах с большим трудом замещается на галоген:

6. При перегонке фенолов с цинковой пылью гидроксильная группа замещается на водород:

7. Галогенирование фенола действием растворов галогенов или галогенирующих средств идет с большой скоростью и преимущественно в пара-положение. Конечным продуктом галогенирования в ядро являются тригалогенофенолы. Возможно дальнейшее галогенирование:

8. Нитрование фенола идет уже при действии разбавленной азотной кислоты. При дальнейшем нитровании концентрированной азотной кислотой получается тринитрофенол – пикриновая кислота: