Некоторые химические свойства фенола

Предыдущая 18 19 20 21 22 23 242526 27 28 29 30 31 32 33 Следующая

1. Взаимодействие по функциональной гидроксильной группе.

1.1. Образование фенолятов

ArOH + NaOH ArO^-Na⁺ + H₂O,

Ar – бензольное ядро.

1.2. Образование простых эфиров алкилированием фенолятов

ArONa + RI ® ArOR + NaI

ArONa + (CH₃O)₂SO₂ ® ArOCH₃ + CH₃O–SO₂ONa

1.3. Образование сложных эфиров

2. Реакции ароматического ядра

2.1. Галоидирование

2.2. Сульфирование. Приводит к образованию смеси о- и п-фенолсульфокислот. При высоких температурах (t > 100 °С) доля п-изомера может составлять до 96 %. При снижении температуры увеличивается доля о-изомера и при 20 °С может достигать 49 %.

2.3. Нитрование. Для получения мононитрофенола гидроксибензол нитруют на холоду разбавленной HNO₃.

Гидроксибензол применяется для многотоннажного получения фенол-формальдегидных и других полимеров, красителей, пластификаторов, ПАВ, использование С₆Н₅ОН и п-бензилфенола как антисептика.

Феноло-формальдегидные смолы – продукты поликонденсации фенола с формальдегидом. Природа продуктов реакции зависит от вида катализатора – кислотного или основного типа и молярного соотношения фенола и формальдегида. При взаимодействии в эквимолярных соотношениях в кислой среде в феноле замещаются атомы водорода в о- и п-положении к ОН – группе и образуются соответствующие изомеры оксибензилового спирта.

Гидроксибензиловые спирты устойчивы только в щелочной среде при низкой температуре. В нейтральной и кислой среде они легко вступают в реакцию поликонденсации.

Рассмотрим некоторые токсикологические характеристики гидроксибензола. По нормативным документам нашей страны фенол – вещество 2-го класса опасности (высокоопасное), выраженный аллерген. Относительная интегральная опасность C₆H₅OH (А) составляет 537 т/на 1 т СО (опасность СО условно принята за 1). При оценке величины А учитывается относительная опасность присутствия фенола в воздухе, вдыхаемом человеком, вероятность его накопления в окружающей среде и пищевых цепях, действия оксибензола на различные реципиенты, вероятность образования вторичных продуктов. В частности, малеиновой кислоты (НООССНСНСООН), временная допустимая концентрация которой в воздухе рабочей зоны 2,6 мг/м³ и в местах проживания людей 4 × 10^-³ мг/м³ (расчет авторов). Для самого фенола эти требования более жесткие. Его ориентировочные предельно-допустимые концентрации в газовой фазе (рабочая зона ~ 0,3 мг/м³), мест постоянного проживания людей ~0,003 мг/м³, в воде рыбохозяйственного назначения
(~ 0,001 мг/л) и общедоступных водоемов (~ 0,3 мг/л).

Острые отравления фенолом при попадании на кожу наблюдаются при содержании его в атмосфере 8,8 … 12,2 мг/м³. Порог чувствительности
4 мг/м³, растворимость в воде – 8,2 масс. % (15 °С). Давление насыщенного пара фенола (Р_н.п.) можно получить из зависимости

lg Р_н.п. = A – ,

где t °С; А = 7,6385; В = 1913,8; С = 280.

Рассмотрим кратко пути адсорбционного удаления гидроксибензола из промышленных сточных вод двух типов:

1. Концентрированных с С_исх, составляющей до 4 … 5 г/л.

2. Разбавленных с С_исх, равной 20 … 100 мг/л.

В первом случае адсорбционное удаление гидроксибензола
(на 95 – 98 %) проводится техническим углеродом с последующей регенерацией адсорбента и утилизацией фенола. Во втором – используется адсорбционная очистка сточных вод на природных минералах. Так, с использованием концентрата глауконита, позволяющего очищать воды на 99 % при остаточной концентрации фенола (2 –6) × 10^-³ мг/л. Некоторые результаты в качестве примера представлены на рис. 17.

Рис. 17. Влияние продолжительности сорбции, рН исходного раствора и высоты (h) слоя адсорбента 95 %-го концентрата глауконита на глубину извлечения фенола (r). рН: 3 – 1 и 7; 7 – 2, 5, 7 и 8; 10 – 3 и 6; h, см: 10 – 1, 2, 3 и 7; 5, 2 – 4, 5, 6 и 8.

Задачи по теме

Задача 1. При полном гидрировании одного из ближайших гомологов бензола образовался циклопарафин с массовой долей водорода в исходном углеводороде – 8,7 %. Написать уравнение реакции.

w(С) = 100 - w(Н) = 100 – 8,7 = 91,3 %.

Примем, что масса исходного вещества равна 100 г, а его формула имеет вид: С_хН_у.

Тогда имеем:

m(C) = 91,3 г; m(H) = 8,7 г.

х : у = =7,6 : 8,7 = = 1 : 1,14. Ближайшее целочисленное значение х : у = 7 : 8.

Формула исходного вещества С₇Н₈ (С₆Н₅СН₃).

Уравнение реакции имеет вид:

С₆Н₅СН₃ + 3Н₂ = С₆Н₁₁СН₃.

Задача 2. Найти число метильных групп в молекуле ароматического углеводорода, молярная масса которого 106 г/моль.

Общая формула такого углеводорода С₆H_6-_k(CH₃)_k. Откуда имеем:

78 + 14k = 106; k = 2.

Формула соединения С₆Н₄(СН₃)₂. Это может быть орто-, мета- или пара-ксилол.

Задача 3. Найти массу бензола, которая получена из ацетилена, объем которого при 500 °С и давлении 1,013 × 10⁵ Па равен 500 л, если выход целевого продукта составляет 75 %.

Уравнение реакции имеет вид:

3С₂Н₂ = С₆Н₆, (1)

следовательно, можно записать:

n(С₆Н₆) = 1/3n(С₂Н₂).

Объем ацетилена, принявшего участие в реакции, равен:

V₁(С₂Н₂) = 0,75; V(С₂Н₂) = 0,75 × 500 = 375 л.

Найдем молярный объем газа в условиях протекания реакции.

рV_m = RT; л.

моль.

m(С₆Н₆) = n(С₆Н₆) × M(С₆Н₆) = 1/3 n(С₂Н₂) × M(С₆Н₆) =
= 1/3 × 5,91 × 78 = 153,7 г

Задача 3. При полном сгорании ароматического углеводорода образовалось 5,4 г воды. Определить массу образовавшегося оксида углерода (IV), если массовая доля углерода в углеводороде равна 92,3 %.

w(Н) = 100 - w(С) = 100 – 92,3 = 7,7 %.

Запишем формулу исходного вещества в виде С_хН_у.

х : у = =7,7 : 7,7 = = 1 : 1.

Простейшая формула соединения СН, а истинная, в связи с тем, что это соединение представляет собой ароматический углеводород, С₆Н₆.

Запишем уравнение реакции:

С₆Н₆ + 7,5О₂ = 6СО₂ + 3Н₂О.

n(Н₂О) моль.

n(СО₂) = 2n(Н₂О); m(СО₂) = n(СО₂) × M(СО₂) = 2n(Н₂О) × M(СО₂) =
= 2 × 0,3 × 44 = 26,4 г.

Задача 4. При сгорании бензола и толуола общей массой 17 г образовалось 1,3 моль оксида углерода (IV). Найти количество вещества образовавшегося водяного пара.

Запишем уравнения реакции.

С₆Н₆ + 7,5О₂ = 6СО₂ + 3Н₂О (1)

С₇Н₈ + 9О₂ = 7СО₂ + 4Н₂О, (2)

из которых следует:

n₁(СО₂) = 6n(С₆Н₆); n₂(СО₂) = 7n(С₇Н₈).

Нижний индекс указывает на номер уравнения.

Пусть масса бензола в смеси – х, следовательно, масса толуола равна
17 – х. Тогда имеем:

; ;