Физические и химические свойства фенола

Содержание

 

 

 

 

Введение

 

Необходимость усовершенствования технологии фенола связана с тем, что фенол является базовым продуктом химической промышленности. Более 96 % фенола в мире производится кумольным способом. Эта технология впервые в мире была разработана и реализована в России. Несмотря на отлаженную технологию и длительный опыт эксплуатации эффективность превращения кумола в фенол не так высока: на тонну фенола перерасход кумола составляет более 250 кг. Выход фенола находится на уровне 83 ± 1%, соответственно образуется более 20 % отходов от количества производимого фенола.

Появление новых привлекательных способов получения фенола, например прямым окислением бензола в фенол, и некоторые успехи в этой области создают серьезную конкуренцию кумольной технологии. Однако в ближайшие годы кумольная технология удержит позицию главного способа. Необходимо отметить, что возможности кумольной технологии еще не исчерпаны.

Разработка и реализация новых технологий каталитического окисления кумола в промышленности значительно увеличила бы производительность существующих реакторов. Для реализации новых научных достижений в промышленности необходимы новые эффективные технологические схемы, способные использовать энергетический потенциал основных процессов данного производства, и комплексная переработка отходов в продукты промышленного назначения, например в нефтедобыче, в строительстве и т.д.

Одной из актуальных проблем, в основе которых содержатся требования экологического характера, является проблема эффективной переработки отходов производства. За время существования производства фенола изначальная технология не подвергалась значительным изменениям. Усовершенствование отдельных процессов носило в основном единичный и локальный характер.

 

1. Физические и химические свойства фенола

 

1. Физические свойства фенола

 

Большинство одноатомных фенолов при нормальных условиях представляют собой бесцветные кристаллические вещества с невысокой температурой плавления и характерным запахом. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны, при хранении на воздухе постепенно темнеют в результате окисления [12].

Фенол C6H5OH (карболовая кислота) вес молекулы 94 г/моль, Чистый фенол – бесцветные кристаллы с характерным запахом. образует бесцветные призматические кристаллы, розовеющие при хранении на воздухе.

При температуре 65,30С фенол смешивается с водой в любых отношениях. Ниже этой температуры при растворении фенолы в воде образуется два слоя: фенольная водная фазы [21].

Фенол  - токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком

 

 

2. Химические свойства фенола

 

1. Кислотные свойства – выражены ярче, чем у предельных спиртов (окраску индикаторов не меняют) [21]:

а) Рассмотрим реакции фенола по ОН- группе с активными металлами и щелочами образуя феноляты:

2C6H5-OH + 2Na → 2C6H5-ONa + H2

C6H5-OH + NaOH (водн. р-р) ↔ C6H5-ONa + H2O

Феноляты – соли слабой карболовой кислоты, разлагаются угольной кислотой

C6H5-ONa + H2O + СO2 → C6H5-OH + NaHCO3

Кислотные свойства у фенола выражены сильнее, чем у спирта С2Н5ОН. Фенол – слабая кислота (карболовая).

б) Реакции фенола по бензольному кольцу [21]:

Кислотные свойства фенола усиливаются под влиянием связанных с бензольным кольцом электроноакцепторных групп (NO2-, Br-).

Фенильная группа C6H5 – и гидроксил –ОН взаимно влияют друг на друга.

в) Качественная реакция на фенолы

6C6H5-OH + FeCl3 → [Fe(C6H5-OH)3](C6H5O)3 + 3HCl                 

                 фиолетовый раствор                   

            

 

2. Способы получения фенолов.

 

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С6Н5ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H2SO4 (рис. А) [20].

Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон. Другой способ – каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов (рис. Б).

 

 

2.1. Получение фенола в промышленности

 

1. Наиболее важным промышленным  методом получения фенола является  кумольный метод. Он состоит из двух стадий. Вначале алкированием бензола с помощью пропилена получают изопропилбензол (кумол), который окисляют кислородом, при этом кроме фенола образуется другой важный продукт – ацетон [3]:

 

2. Фенол можно получить гидролизом  галогенопроизводных бензола с  участием катализатора при высокой  температуре, например [4]:

3. Фенол получают также сульфатным  методам, сплавляя соли бензолсульфокислоты  со щелочью и разлагая фенолят  натрия диоксидом серы в водном растворе:

4. Фенол образуется при каталитическом  окислении толуола кислородом  воздуха [5]:

5. В небольших количествах фенол  выделяют из каменноугольной  смолы.

Фенол - важный продукт промышленного органического синтеза. Он применяется а производстве красителей, лекарственных веществ. Водный раствор фенола (.2карболка2) используется как дезинфицирующее средство. Большое применение находит фенол для получения полимеров и пластмасс на их основе [10].

Гомологи фенола. Ближайшими гомологами фенола являются крезолы:

При обычных условиях мета-крезол - жидкость, а орто- и пара-крезол - твердые вещества, все они мало растворимы в воде. По химическим свойствам крезолы аналогичны фенолу. Крезолы поучают, выделяя их смесь из каменноугольной смолы. Применяют в производстве пластмасс, красителей и как дезинфицирующие вещества.

Двухатомные фенолы. Простейшими их представителями являются:

Пирокатехин, резорцин и гидрохинон представляют собой растворимые в воде твердые вещества. Пирокатехин гидрохинон - сильные восстановители; они легко окисляются до бензохинонов:

 

Пирогаллол. Пирогаллол является представителем трехатомных фенолов:

Это - твердое вещество, хорошо растворимое в воде. Пирогаллол - очень сильный восстановитель. Он легко окисляется кислородом воздуха, поэтому его часто используют для очистки газов от следов кислорода. Пирогаллол применяют в производстве красителей и как проявитель в фотографии [4].

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С6Н5ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H2SO4 (рис. А) [20].

Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон. Другой способ – каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов (рис. Б).

 

 

2.1. Получение фенола в промышленности

 

1. Наиболее важным промышленным  методом получения фенола является  кумольный метод. Он состоит из  двух стадий. Вначале алкированием  бензола с помощью пропилена получают изопропилбензол (кумол), который окисляют кислородом, при этом кроме фенола образуется другой важный продукт – ацетон [3]:

 

2. Фенол можно получить гидролизом  галогенопроизводных бензола с  участием катализатора при высокой  температуре, например [4]:

3. Фенол получают также сульфатным  методам, сплавляя соли бензолсульфокислоты  со щелочью и разлагая фенолят  натрия диоксидом серы в водном  растворе:

4. Фенол образуется при каталитическом  окислении толуола кислородом  воздуха [5]:

5. В небольших количествах фенол выделяют из каменноугольной смолы.

Пирогаллол. Пирогаллол является представителем трехатомных фенолов:

Это - твердое вещество, хорошо растворимое в воде. Пирогаллол - очень сильный восстановитель. Он легко окисляется кислородом воздуха, поэтому его часто используют для очистки газов от следов кислорода. Пирогаллол применяют в производстве красителей и как проявитель в фотографии [4].  

 

 

 

 

 

3. Сравнительный анализ методов получения фенола

 

1. Синтеза фенолов через гидроперекись алкил ароматических углеводородов, предусматривающий предварительное алкилирование углеводородов [11]:

Окисление в присутствии моноатомных доноров кислорода. Болееуспешные результаты дает применение в качестве окислителей так называемых моноатомных доноров кислорода в виде различных кислородсодержащих молекул. Среди таких молекул наибольшее внимание привлекает пероксид водорода

Этот метод является в настоящее время основным промышленным методом производства фенола. Метод начинает использоваться в крупном промышленном масштабе для синтеза дикрезольной смеси и двух атомных фенолов – резорцина и гидрохинона. Являясь универсальным способом синтеза фенолов, гидроперекисный метод после соответствующей доработки может быть применен для синтеза ксиленолов.

2. Окислительное декарбоксилирование  арилкарбоновых кислот, получаемых  при окислении соответствующих алкилароматических углеводородов:

Этот метод применяется в промышленных маштабах для получения фенола из толуола через промежуточное окисление до бензойной кислоты [7].

3. Классическим методом синтеза  фенола является щелочное плавление сульфокислот ароматических углеводородов:

При получении фенола через бензолсульфокислоту необходимо расходовать большие количества таких веществ, как серная кислота, едкий натр, сернистый газ; аппаратура подвергается интенсивной коррозии, целый ряд процессов оформляется периодически, условия проведения отдельных стадий процесса весьма жестки [3].

Процесс протекает при температуре 160оС. На стадии щелочного плавления раствором NaOH температура достигает 285–315 оС [4].

Однако при сульфировании бензола происходит образование побочных продуктов, в частности, образование дифенилсульфона, дисульфокислоты бензола, оксидифенилов, дифенилового эфира и тиофенола. Также существенным недостатком процесса является высокая себестоимость сырья.

Несмотря на применение агрессивных реагентов и образование большого количества отходов сульфита натрия, данный метод использовался в течение почти 80 лет. В США это производство было закрыто лишь в 1978 году.

Окислительное хлорирование бензола. В 1924 г. фирмой «Dow Chemical» (США) был разработан процесс получения фенола, включающий реакцию хлорирования бензола и последующий гидролиз монохлорбензола.

Независимо аналогичная технология была разработана немецкой фирмой «I.G. Farbenindustrie Co». Впоследствии стадия получения монохлорбензола и стадия его гидролиза были усовершенствованы, и процесс получил название «процесс Рашига»

Это самый перспективный метод получения п-крезола из толуола. Сейчас сульфурационный метод является самым основным при производстве резорцина из бензола. Можно применять данный метод для синтеза ксиленов и ксилолов.

4. Синтез фенола омылением хлорбензола связан с расходом значительных количеств хлора, щелочи, соляной кислоты. Использование в процессе сильно агрессивных веществ требует применения дорогих антикоррозионных материалов. Недостатком является также работа под высоким избыточным давлением (до 300 ат) [8].

5. В последнее время для синтеза фенола из нафталина в промышленном маштабе используют метод, основанный на гидрировании ароматического углеводорода до соответствующего цикло алкана, окислении в смесь карбинола и кетона и получение при их дегидрировании фенолов

6. Получение фенолов гидролизом  диазопроизводных, получаемых из  ароматических аминов. Метод предпологает  предварительное нитрование ароматических углеволородов и восстановление образующихся нитропроизводных:.