Фенолы. Нафтолы

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Комсомольский-на-Амуре  государственный 

технический университет»

 

 

 

 

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра «Технологии переработки нефти и газа»

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №3

Тема: «Фенолы. Нафтолы»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент  группы 0ХБ-1                                                  Шмаргун И.О.       

Руководитель  работы                                                                        Ремизова Н.В.

 

 

 

 

 

 

2

Таблица 1 –  Константы исследуемых веществ

№	Вещество	Формула	Молекул. масса, г/моль	Плотность, г/см3	Tпл., °C	Tкип., °C	Внешний вид
1	Фенол	C6H5OH	94,11	1,07	40,8	181,84	Бесцветные  кристаллы с характерным запахом, розовеющие на воздухе
2	Гидрохинон	C6H4(OH)2	110,11	1,3	173,8– 174,8	286,5	Бесцветные  кристаллы
3	п-Нитрофенол	C6H4(OH)NO2	139,11	1,479	114–115,6	279	Бесцветные  или желтоватые кристаллы
4	α-Нафтол	C10H7OH	144,16	1,22	96,1	288	Бесцветные  кристаллы со слабым фенольным запахом
5	β-Нафтол			1,28	122	295
6	Резорцин	C6H4(OH)2	110,11	1,285	109– 110	280,8	Бесцветные  кристаллы, хорошо растворимые в  воде
7	Пирогаллол	C6H3(OH)3	126,11		133– 134	309	Бесцветные  кристаллы, сереющие на воздухе

 

Опыт 1. Образование и разложение фенолятов

 

Реактивы и  оборудование: фенол, гидрохинон, п-нитрофенол, α-, β-нафтолы, резорцин, пирогаллол, 10%-й раствор гидроксида натрия, 10%-й раствор серной кислоты.

Описание опыта. В 7 пробирок поместили по несколько кристалликов каждого фенола, добавили 1-2 мл воды и нагрели на водяной бане до образования эмульсии. В каждую пробирку прилили по 1-2 мл раствора гидроксида натрия до образования прозрачных растворов соответствующих фенолятов, например:

после чего –  по 2 мл раствора серной кислоты. Вновь  наблюдали образование эмульсий:

п-Нитрофенол, в отличие от остальных исследуемых фенолов, обладает также свойствами ароматических нитросоединений. В щелочной среде его окраска становится интенсивно-желтой из-за образования нитрофенолятов хиноидного типа:

 

 Опыт 2. Сульфирование фенола

 

Реактивы и  оборудование. Фенол, концентрированная серная кислота, пробирки, пипетки.

Описание опыта. К 3 мл серной кислоты постепенно при встряхивании добавили около 2 г фенола. Полученную смесь разлили в 2 пробирки. В первую налили 3 мл холодной воды. При этом фенол выделился в виде белой эмульсии. Вторую пробирку нагревали на водяной бане в течение нескольких минут, после чего ее охладили, а содержимое вылили в стакан с 10 мл холодной воды. Образование эмульсии не наблюдалось, а запах фенола у полученного раствора отсутствовал.

Реакция сульфирования  фенола протекает по механизму электрофильного  замещения S_E.

1 стадия – образование электрофильной частицы:

2H₂SO₄ → [H₃SO₄]⁺ + HSO₄^‒

[H₃SO₄]⁺ → SO₃H⁺ + H₂O

SO₃H⁺ + HSO₄^‒ → SO₃ + H₂SO₄

2 стадия – образование π-комплекса:

3 стадия – перегруппировка π-комплекса в σ-комплекс:

 

 

4 стадия – перенос протона от атома углерода к атому кислорода с участием гидросульфат-иона и восстановление ароматичности:

 

 Опыт 3. Взаимодействие фенолов и нафтолов с хлоридом железа(III)

 

Реактивы и  оборудование. Фенол, гидрохинон, п-нитрофенол, α-, β-нафтолы, резорцин, пирогаллол, раствор хлорида железа(III), этанол, раствор гексацианоферрата(III) калия, чистые пробирки.

Описание опыта. В 7 пробирок налили по 1 мл исследуемых фенолов, а затем в каждую добавили по несколько капель раствора хлорида железа(III).

3.1. В пробирках с исследуемыми фенолами возникло интенсивное окрашивание различных цветов вследствие образования комплексных фенолятов вида:

3.2. Содержимое пробирки с гидрохиноном вначале позеленело, после чего приобрело бурую окраску вследствие частичного окисления гидрохинона хлоридом железа(III) до п-бензохинона красного цвета:

п-Бензохинон, в свою очередь, дает с гидрохиноном хингидрон, выпадающий при стоянии в виде темно-зеленых кристаллов:

Аналогичные изменения  наблюдались в пробирках с  нафтолами вследствие окисления их до динафтолов:

При этом железо(III) переходит в железо(II), наличие которого в растворах исследуемых фенолов легко обнаруживается при помощи красной кровяной соли:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3– → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓_{(темно-синий)}

3.3. При добавлении щелочи, комплексные феноляты разрушаются вследствие связывания железа в нерастворимый гидроксид:

При добавлении же спирта, окраска комплексных фенолятов  усиливается вследствие их лучшей растворимости в спирте.

 

Опыт 4. Ацилирование

 

Реактивы и  оборудование. Гидрохинон, β-нафтол, уксусный ангидрид, концентрированная серная кислота, обратный холодильник, водяная баня, стакан с холодной водой.

Описание опыта.

1. Ацилирование гидрохинона. В пробирке при охлаждении смешали 0,5 г гидрохинона, 1,5 мл уксусного ангидрида и 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Затем пробирку с полученной смесью закрыли пробкой с обратным воздушным холодильником и в течение нескольких минут грели на водяной бане, после чего вылили в стакан с холодной водой:

4.2. Ацилирование  β-нафтола. К раствору 1 г β-нафтола в 5 мл 10%-го раствора гидроксида натрия при охлаждении и встряхивании добавили 1 мл уксусного ангидрида. Пробирку закрыли пробкой и еще несколько раз встряхнули. Через некоторое время в ней выпали кристаллы                            β-нафтилацетата.

Ацилирование  β-нафтола протекает легче в  щелочной среде, т.к. β-нафтол плохо  растворим в воде, но значительно лучше – в растворе щелочи (за счет образования нафтолята).

Реакции ацилирования гидрохинона и β-нафтола являются по сути реакциями образования сложных эфиров уксусной кислоты и протекают по механизму S_N.

 

 Опыт 5. Отношение фенолов и нафтолов к окислителям

 

Реактивы и  оборудование. Резорцин, α-нафтол, 5%-й раствор карбоната натрия, 1%-й раствор перманганата калия, реактив Толленса.

Описание опыта.

5.1. Окисление  α-нафтола перманганатом калия. В 2 пробирки поместили несколько кристалликов α-нафтола и добавили 0,5 мл этанола. К полученному спиртовому раствору добавили 0,5 мл раствора карбоната натрия несколько капель раствора перманганата калия. При встряхивании пробирки через некоторое время фиолетовая окраска перманганата обесцвечивается. При этом α-нафтол окисляется до динафтола:

5.2. Окисление многоатомных фенолов реактивом Толленса. В пробирку налили 2 мл спиртового раствора резорцина, добавили к нему около 1 мл заранее приготовленного раствора реактива Толленса, после чего пробирку нагрели в течение минуты на водяной бане. Через некоторое время в пробирке образовался черный осадок коллоидного серебра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1 Ремизова.Н.В. Практикум по органической химии: учеб. пособие/ Н.В.Ремизова.-Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2007.- 143 с

2 Гороновский, И.Т. Краткий справочник по химии/ И.Т. Гороновский. Ю. П, Назаренко, Е. Ф. Некряч. – Киев. : Наукова думка, 1974. – 992 с.