Fenolické hydroxylové činidlo. Fenolické hydroxylové skupiny a antioxidačná aktivita

Antipyretiká pre deti predpisuje pediater. Pri horúčke však existujú núdzové situácie, keď je potrebné dieťaťu okamžite podať liek. Vtedy rodičia preberajú zodpovednosť a užívajú antipyretické lieky. Čo je dovolené podávať dojčatám? Ako môžete znížiť teplotu u starších detí? Aké lieky sú najbezpečnejšie?

Úvod

Väčšina lieky používané v lekárskej praxi sú organické zlúčeniny. Pravosť takýchto látok potvrdzujú reakcie na funkčné skupiny.

Funkčná skupina je reaktívny atóm, skupina atómov alebo reaktívne centrum v molekule organickej zlúčeniny.

Všeobecným princípom funkčnej analýzy je použitie charakteristických reakcií pre skupiny, ktoré sa majú určiť. Reakcia by mala byť nielen čo najšpecifickejšia, ale aj dostatočne rýchla a mala by zahŕňať reaktant alebo reakčný produkt, ktorý možno ľahko určiť.

Identifikácia hydroxylových skupín alkoholu

Alkoholy - Ide o deriváty uhľovodíkov, v molekulách ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených hydroxylovými skupinami. IN všeobecný pohľad molekula alkoholu môže byť reprezentovaná ako ROH.

Reakcia tvorby esterov

Alkoholy tvoria estery s organickými kyselinami alebo anhydridmi kyselín v prítomnosti dehydratačných činidiel (napríklad koncentrovanej kyseliny sírovej). Estery odvodené od alkoholov s nízkou molekulovou hmotnosťou majú charakteristický zápach a estery na báze alkoholov s vysokou molekulovou hmotnosťou sú kryštalické látky s jasnou teplotou topenia.

Metodológia. K 1 ml etanolu sa pridá 5 kvapiek ľadovej kyseliny octovej, 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej a mierne sa zahrieva; je zistený charakteristický zápach etylacetátu (čerstvé jablká).

Oxidačná reakcia alkoholov na aldehydy

Výsledné aldehydy sa detegujú čuchom. Ako oxidačné činidlá sa používajú hexakyano - (Sh) - železitan draselný, manganistan draselný, dvojchróman draselný atď.

Metodológia. Do prvej skúmavky sa dajú 2 kvapky etanolu, 1 kvapka 10 % roztoku kyseliny sírovej a 2 kvapky 10 % roztoku dvojchrómanu draselného. Výsledný roztok má oranžová farba. Zahrievajte nad plameňom, kým roztok nezačne naberať modrozelenej farby(Zároveň je cítiť charakteristický zápach acetanaldehydu, ktorý pripomína vôňu jabĺk Antonov). Pridajte 1 kvapku výsledného roztoku do druhej skúmavky s 3 kvapkami kyseliny fuchsín sírovej. Zobrazí sa ružovo-fialové sfarbenie.

Reakcia tvorby komplexných zlúčenín

Viacsýtne alkoholy tvoria modré komplexné zlúčeniny so síranom meďnatým v alkalickom prostredí (s Fehlingovým činidlom).

Metodológia. 5 kvapiek roztoku hydroxidu sodného a síranu meďnatého sa pridá do 0,5 ml glycerínu, intenzívne modré sfarbenie.


Identifikácia fenolových hydroxylov

Reakcia s chloridom železnatým (111).

Charakteristickou kvalitatívnou reakciou na fenoly je reakcia s chloridom železitým. V závislosti od množstva fenolických hydroxylov prítomnosť iných funkčné skupiny, vzniká ich vzájomná poloha, pH prostredia, teplota, komplexné zlúčeniny rôzneho zloženia a farby.

Metodológia. K 0,01 g liečiva rozpusteného v 1 ml vody (pre fenol, rezorcinol) sa pridajú 2 kvapky roztoku chloridu železitého – pozoruje sa charakteristické sfarbenie (tabuľka 1.).

Tabuľka 1. Farbenie komplexov prípravkov chloridom železitým

Droga

Solventný

Farbenie komplexu

Fialová

Resorcinol

modrá fialová

Adrenalín hydrochlorid

Smaragdovo zelená, ktorá sa z pridania jednej kvapky roztoku amoniaku mení na čerešňovo červenú a potom na oranžovú červenú.

Morfín hydrochlorid

Modrá, miznúca po pridaní zriedenej kyseliny octovej alebo chlorovodíkovej

paracetamol

modrá fialová

Pyridoxín hydrochlorid

Červená, ktorá zmizne pridaním zriedenej kyseliny chlorovodíkovej a nezmizne ani zriedenou kyselinou octovou.

Kyselina salicylová a salicylát sodný

modrá fialová, nezmizne po pridaní niekoľkých kvapiek zriedenej kyseliny chlorovodíkovej alebo octovej.

Fenylsalicylát

Fialová, miznúcou pridaním zriedenej kyseliny chlorovodíkovej alebo octovej a premieňajúcou sa na krvavo červená pridaním 1-2 kvapiek roztoku amoniaku.

Na rozlíšenie fenolu od rezorcinolu možno použiť roztok amoniaku. Farba komplexu rezorcinolu so železom sa po pridaní činidla zmení na hnedožltý.

V dôsledku interakcie s aldehydmi vznikajú oligoméry a, ktorých štruktúra závisí od:

  • funkčnosť použitého fenolu,
  • typ aldehydu
  • molárny pomer činidiel,
  • pH reakčného média.

V tomto prípade vznikajú buď lineárne (alebo slabo rozvetvené) produkty, ktoré sa nazývajú novolakov, alebo vysoko rozvetvené termosetové oligoméry tzv rezolami.
Vo fenoloch sú vodíky reaktívne, ktoré sú v orto- A pár- polohy k hydroxylovej skupine. Preto od jednosýtne fenoly trojfunkčné sú fenol, a , a od diatomic rezorcinol:
Bifunkčné zahŕňajú fenoly so substituentom v orto- alebo pár- poloha- O- A p-krezoly 2,3- , 2,5- A 3,4- xylenoly:
2,6- A 2,4-xylenoly - monofunkčné.

Pri a furfural s trifunkčnými fenolmi možno získať oba a oligoméry. Bifunkčné fenoly tvoria iba termoplastické oligoméry.
Z aldehydov sú len formaldehyd a furfural schopné tvoriť termosetové oligoméry po polykondenzácii s trifunkčnými fenolmi. Iné aldehydy (octové, maslové atď.) netvoria termosetové oligoméry v dôsledku zníženej reaktivity a stérickej zábrany.

Termoplastické (novolakové) oligoméry sa tvoria v nasledujúcich prípadoch:

  • s nadbytkom fenolu (pomer fenol:formaldehyd 1: 0,78-0,86) v prítomnosti kyslých katalyzátorov; v neprítomnosti nadbytku fenolu sa tvoria rezolové oligoméry;
  • s veľkým nadbytkom formaldehydu (pomer fenol:formaldehyd 1:2-2,5) v prítomnosti silných kyselín ako katalyzátora; v tomto prípade získané oligoméry pri zahrievaní netvrdnú, ale keď sa k nim pridá malé množstvo zásad, prechádzajú do netaviteľného a nerozpustného stavu.

Termosetové (rezolové) oligoméry sa tvoria v nasledujúcich prípadoch:

  • pri polykondenzácii nadbytku trojfunkčného fenolu s formaldehydom v prítomnosti zásaditých katalyzátorov (v alkalickom prostredí sa získajú termosetové oligoméry aj pri veľmi veľkom prebytku fenolu, ktorý v tomto prípade zostáva rozpustený v reakčnom produkte);
  • s miernym nadbytkom formaldehydu v prítomnosti bázických aj kyslých katalyzátorov.
    Znakom interakcie fenolov s formaldehydom je použitie formaldehydu hlavne vo forme vodných roztokov. Takéto riešenie má zložité zloženie v dôsledku:

CH20 + H20<=>NOSN 2 OH
BUT (CH20)nH + NOCH20H<=>BUT (CH20)n + 1 H + H20
BUT (CH20)nH + CH30H<=>CH30 (CH20)nH + H20

podieľa sa na reakcii s fenolom. najreaktívnejší voľný formaldehyd, ktorého koncentrácia v roztoku je nízka. Pri spotrebe formaldehydu posun rovnováhy doľava. V tomto prípade je rýchlosť tvorby formaldehydu vyššia ako rýchlosť jeho spotreby na reakciu s fenolom. Preto v procese interakcie fenolu s formaldehydom stupňa dehydratácia metylénglykolu, depolymerizácia oligooxymetylénglykolov A rozklad poloacetálov nie sú obmedzujúce.
Kinetika a mechanizmus tvorby fenolformaldehydových oligomérov sú určené typom použitého katalyzátora. V prítomnosti kyselín reakcia prebieha nasledovne:
Spočiatku sa tieto zlúčeniny tvoria v približne rovnakých množstvách, potom v dôsledku vyššej reaktivity podiel para-izoméru sa stáva menším. Celkový obsah monohydroxymetylfenoly v reakčnom médiu sa spočiatku zvyšuje, dosahuje 6-8% a potom začne klesať, pretože rýchlosť adičných reakcií je takmer o jeden rád nižšia ako rýchlosť kondenzačných reakcií.

Ako kondenzácia postupuje, 4,4'- A 2,4'-dihydroxydifenylmetány a potom menej 2,2'-dihydroxydifenylmetán:
V produktoch reakcie na počiatočná fáza nachádzajú sa aj kondenzácie 1,3-benzodioxán a hemiacetálové deriváty hydroxymetylfenoly. Súčasne takmer chýbajú polykondenzačné produkty. di- A trihydroxymetylfenoly A . Posledne menované sú tvorené vzájomnou interakciou hydroxymetylových derivátov fenolu:
Nízka koncentrácia týchto zlúčenín v reakčnej hmote sa vysvetľuje ich nízkou stabilitou. Dihydroxydibenzylétery sa rozkladajú za uvoľnenia formaldehydu:

Okrem toho je to možné fenolýza dihydroxydibenzyléterov (K = 2 10 10 pri 25 °C), čo vedie k vytvoreniu zmesi produktov obsahujúcich o-hydroxymetylfenol, 2,2'- A 2,4'-dihydroxydifenylmetány, a tri- A štvor-jadrový s metylénovými väzbami. Nižšie sú uvedené údaje o rovnovážnych konštantách týchto reakcií:

Reakcia Rovnovážna konštanta
pri 25 °C pri 100 °C
Tvorba hydroxymetylfenolov 8 10 3 10 2
Tvorba dihydroxydifenylmetánu 10 9 3 10 6
Tvorba dihydroxydibenzyléterov 8 10 -2 9 10 -3
Deštrukcia dimetylénéterovej väzby 2 10 6 5 10 6

Ako je zrejmé z hodnôt rovnovážnych konštánt, tvorba metylénového mostíka medzi fenylovými kruhmi je termodynamicky oveľa priaznivejšia ako tvorba mostíka. -CH2OCH2-(zodpovedajúce rovnovážne konštanty sa líšia o 8-9 rádov). Za normálnych podmienok syntézy fenolformaldehydových oligomérov, keď sa formaldehyd používa vo forme vodných roztokov, je tvorba dihydroxydibenzyléterov prakticky nemožná.

Pri použití orto-substituovaných derivátov fenolu sú príslušné ortochizoméry dodatočne stabilizované v dôsledku tvorby intramolekulárnej vodíkovej väzby:
V nasledujúcich štádiách chemického procesu dochádza k interakcii monohydroxymetyl deriváty fenolu s dihydroxydifenylmetány. Adičné a kondenzačné reakcie prebiehajúce v kyslé prostredie, majú prvé poradie pre každé z činidiel, v rýchlostných konštantách - sú priamo úmerné aktivite vodíka. Aktivačné energie adičných reakcií 78,6-134,0 kJ/mol, kondenzačné reakcie fenolu s o-hydroxymetylfenol 77,5-95,8 kJ/mol A n-hydroxymetylfenol 57,4-79,2 kJ/mol.

Rýchlosť adičných a kondenzačných reakcií v porovnaní s nesubstituovanými orto- ustanovenia novolakový oligomér málo závisí od , t.j. všetko zadarmo orto- pozície majú rovnakú reaktivitu.

Zvýšenie konverzie monomérov vedie k rozdelenie reakčnej hmoty na dve vrstvy: vodné a oligomérne, po ktorých reakcia pokračuje v heterogénnom systéme. Interakcia na fázovom rozhraní je prakticky nepodstatná vzhľadom na relatívne pomalý priebeh uvažovaných reakcií.

Prítomnosť troch reaktívnych skupín vo fenole vytvára predpoklady pre izoméria fenolformaldehydových oligomérov. Ich izomérne zloženie je určené pomerom reakčných rýchlostí podľa O- A P- ustanovenia fenolové jadrá. Reaktivita týchto polôh závisí od povahy katalyzátora, pH prostredia a teploty.

Za obvyklých podmienok na výrobu novolakov (katalyzátor - kyselina, pH = 0-2, 37 % roztok foralínu, teplota asi 100 °C) nesubstituované pár- polohy fenolových jednotiek a pár- hydroxymetylové skupiny sú oveľa aktívnejšie ako zodpovedajúce orto- predpisy a orto- hydroxymetylové skupiny. Tento rozdiel je obzvlášť významný v prípade kondenzačnej reakcie, ako je možné vidieť z údajov nižšie:

Reakcie rýchlostná konštanta,

k 105 s -1

aktivačná energia,

kJ/mol

Fenol -> o-hydroxymetylfenol 1,5 93,5
Fenol -> P-hydroxymetylfenol 1,8 79,6
o-Hydroxymetylfenol ->

2,2'-dihydroxydifenylmetán

5,9 96,0
p-Hydroxymetylfenol ->

2,4'-dihydroxydifenylmetán

35,6 79,3
o-Hydroxymetylfenol ->

2,4'-dihydroxydifenylmetán

14,8 78,0
p-Hydroxymetylfenol ->

4,4'-dihydroxydifenylmetán

83,9 72,5

Rýchlosť reakcie podľa orto- pozície sa zvyšujú so zvyšujúcim sa počtom pH a teplotu. Izomérne zloženie polykondenzačných produktov vo vodnom roztoku závisí len málo od povahy kyseliny. V prípade polykondenzácie v organických rozpúšťadlách (etylalkohol, toluén, tetrachlóretán) podiel orto- substitúcia klesá v sérii kyselín:octová > šťaveľová > kyselina benzénsulfónová > chlorovodíková.
Bežné novolaky obsahujú 50-60% orto-, pár- metylénové väzby, 10-25% orto-, orto- a 25-30% pár-, pár- metylénové väzby.
V procese získavania fenolových oligomérov, lineárne A rozvetvený Produkty. Stupeň rozvetvenia je však nízky, pretože podiel trisubstituovaných fenolových jednotiek je 10-15% . Nízky stupeň rozvetvenia sa vysvetľuje skutočnosťou, že počiatočná zmes izomérov obsahuje nadbytok fenolu.

Polykondenzácia kyselín

Pri kyslej katalýze prebieha reakcia podľa nasledujúceho mechanizmu. Najprv sa stane
Objavil sa ďalej karbóniový ión napáda fenol a vytvára:
V kyslom prostredí tvoria hydroxymetylfenoly relatívne stabilné a dlhotrvajúce karbóniové ióny, ktoré ako elektrofilné činidlá reagujú s fenolom alebo jeho hydroxymetylové deriváty:
Vo všeobecnosti môže byť proces získania novolaku znázornený nasledujúcou schémou: Znižovanie nadbytku fenolu v počiatočnej zmesi je sprevádzané zvýšenie molekulovej hmotnosti výsledného novolaku a v pomere blízkom ekvimolárnemu je možné získať polymér priestorovej štruktúry.

Novolaky získané z trifunkčný fenol alebo zmes fenolov obsahujúca aspoň jeden trifunkčný fenol, stále sú v ňom aktívne vodíky orto- A pár - polohy k fenolickým hydroxylom. Preto pri ich spracovaní s formaldehydom, nahradením kyslého katalyzátora zásaditým, je možné priamo získať rezol, netaviteľný a nerozpustný polymér. opakovať .

Resit sa získava aj pôsobením formaldehydových polymérov na novolak ( paraformy, a-polyoxymetylén, p-polyoxymetylén) alebo hexametyléntetramín. V druhom prípade sa zjavne podieľal proces vytvrdzovania di- A trimetylamíny vzniká pri rozklade hexametyléntetramínu a uvoľnený amoniak hrá úlohu katalyzátora.

Získané novolaky z bifunkčných fenolov (O- A P- krezoly), po spracovaní s formaldehydom neprechádzajú do netaviteľného a nerozpustného stavu. Ak sa však takéto oligoméry zahrievajú vyššie 180 °С sú schopné prejsť, aj keď pomaly, do nerozpustného a nerozpustného stavu.

Podobný obraz je pozorovaný pre 250-280 °C a pre novolaky získané polykondenzáciou 1 mól fenolu s 0,8 mólom formaldehydu, čo možno vysvetliť aktiváciou atómov vodíka v meta- polohe k fenolickým hydroxylom alebo ich interakcii s tvorbou éterových väzieb.

Polykondenzácia v alkalickom prostredí

Pri interakcii fenolu s formaldehydom v alkalickom prostredí, ako v prípade kyslej katalýzy, najskôr vzniká O- A p-hydroxymetylfenoly, potom 2,4- A 2,6-dihydroxymetylfenoly a nakoniec trihydroxymetylfenoly. Na polykondenzácii sa podieľajú prevažne pár- hydroxymetylové skupiny a nesubstituované pár- polohy fenolových jadier.

Z hydroxymetylových derivátov je najreaktívnejší 2,6-dihydrokoimeylfenol, ktorý rýchlo reaguje s formaldehydom za vzniku trihydroxymetylfenol. Hydroxymetylfenoly vznikajúce v alkalickom prostredí (na rozdiel od kyslého) sú veľmi stabilné. Preto pri reakčnej teplote nie vyššej ako 60 °C hydroxymetylfenoly zostávajú prakticky jedinými reakčnými produktmi.

So zvýšením teploty začnú hydroxymetylové deriváty interagovať navzájom aj s fenolom. Hlavným produktom na homokondenzácia p-hydroxymetylfenolu je 5-hydroxymetyl-2,4'-dihydroxydifenylmetán:
V tomto prípade, analogicky s kyslou katalýzou, tvorba 4,4'-dihydroxydifenylmetán. Keďže však táto zlúčenina bola nájdená aj v neprítomnosti fenolu, reakcia zjavne prebieha cez prechodnú tvorbu nestabilného dihydroxydibenzyléter:

Treba poznamenať, že v alkalickom prostredí sú vo všeobecnosti stabilné zlúčeniny s dimetylénéterovou väzbou

-CH2OCH2-

sa netvoria vo výrazných množstvách. Pomer papa- A orto- substituovaných hydroxymetylfenolov závisí na so znižovaním pH zdieľam pár- substituované produkty klesá (at pH = 13 je to 0,38, s pH = 8,7 rovná sa 1,1).
V závislosti od použitého alkalického katalyzátora v sérii katiónov sa tento pomer zvyšuje v nasledujúcom poradí:
mg

O pH ≤ 9 adičné reakcie sú prvého rádu, pokiaľ ide o fenol a formaldehyd, ich rýchlosť je priamo úmerná koncentrácii ON --ióny. Na katalýzu NaOH pri 57 °C a pH≈8,3 boli získané nasledujúce hodnoty rýchlostných konštánt a aktivačnej energie:

Reakcie Rýchlostná konštanta, k 10 5, l mol/s Aktivačná energia, kJ/mol
Fenol -> o-hydroxymetylfenol 1,45 68,55
Fenol -> P-hydroxymetylfenol 0,78 65,20
o-Hydroxymetylfenol ->

2,6'-dihydroxymetylfenol

1,35 67,71
o-Hydroxymetylfenol ->

2,4'-dihydroxymetylfenol

1,02 60,61
P-Hydroxymetylfenol ->

2,4'-dihydroxymetylfenol

1,35 77,23
p-Hydroxymetylfenol ->

4,4'-dihydroxymetylfenol

83,9 72,5
2,6-Dihydroxymetylfenol ->

2,4,6-trihydroxymetylfenol

2,13 58,40
2,4-Dihydroxymetylfenol ->

2,4,6-trihydroxymetylfenol

0,84 60,19

Vzájomná interakcia hydroxymetylderivátov teda prebieha rýchlejšie ako ich reakcie s fenolom.
Mechanizmus interakcie fenolu s formaldehydom za podmienok zásaditej katalýzy zahŕňa tvorbu anióny pseudokyselín s vysokou nukleofilitou:
Lokalizácia záporného náboja v orto- A pár- polohy pseudokyseliny ich robia vysoko reaktívnymi voči elektrofilným činidlám, najmä formaldehydu:
záporný náboj v fenolátový ión je posunutý smerom ku kruhu v dôsledku indukčného vplyvu a konjugačného efektu. Zároveň sa hustota elektrónov v orto- A pár- pozícií sa zvyšuje vo väčšej miere ako na kyslíku hydroxymetylovej skupiny, pretože prenos náboja cez π väzby efektívnejšie ako δ väzby. Preto orto- A pár- polohy jadra sú viac nukleofilné ako hydroxymetylová skupina.

Dôsledkom toho je útok elektrofilného činidla pozdĺž prstenca, ktorý je sprevádzaný tvorbou metylénová väzba(nie dimetylénéter). Rýchlosť reakcie je maximálna pri pH = pK ačinidiel a je minimálny pri pH = 4-6. S týmito hodnotami pH rezolové oligoméry sú najstabilnejšie.
Má nejaké špecifické reakcia fenolu s formaldehydom pri použití ako katalyzátor amoniak. Amoniak ochotne kvantitatívne reaguje s formaldehydom za vzniku hexametyléntetramín:
Preto spolu s interakciou fenolu s formaldehydom môže dôjsť k reakcii fenolu s hexametyléntetraamínom. Prirodzene, pravdepodobnosť tejto reakcie závisí od pomeru CH20: NH3. Čím je menšia, tým je pravdepodobnejšie, že dôjde k druhej reakcii, ktorej dôsledkom je prítomnosť v produktoch reakcie spolu s hydroxymetylfenolmi, 2-hydroxybenzylamín, 2,2'-dihydroxydibenzylamín, ako aj derivát benzokoazín budovy:
Použitie kovových solí, oxidov alebo hydroxidov ako katalyzátorov vedie v niektorých prípadoch k výraznému zvýšeniu podielu oligomérov obsahujúcich orto- substituované fenolové jadrá. Orto-orientačný vplyv Zn, Cd, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Fe, Pb. Orto-orientačný účinok týchto katalyzátorov je badateľný najmä pri pH = 4-7, kedy katalytický účinok iónov H+ A ON - minimálne. Preto sa ako katalyzátory najčastejšie používajú soli slabých karboxylových kyselín, napr. acetáty.

Vzdelávanie hydroxymetylfenoly počas katalýzy hydroxidmi kovov môžu byť reprezentované takto:
Týmto spôsobom sa dajú získať novolaky aj rezoly. Ortoizoméry sa tvoria prevažne v prípade nekatalytickej reakcie, pre ktorú bol navrhnutý mechanizmus, podľa ktorého reakcia prebieha cez H-komplex fenol-formaldehyd:
Resols sú zmesou lineárnych a rozvetvených produktov všeobecného vzorca:
H-[-C6H2(OH)(CH2OH)CH2]m-[-C6H3(OH)CH2-]n-OH
Kde n = 2,5, m = 4-10.
Molekulová hmotnosť rezolov (od 400 do 800-1000) je nižšia ako u novolakových oligomérov, pretože polykondenzácia sa uskutočňuje veľmi rýchlo, aby sa zabránilo gélovateniu. Pri zahrievaní rezoly postupne tvrdnú, to znamená, že sa menia na polyméry priestorovej štruktúry.

V procese vytvrdzovania rezolových oligomérov sa rozlišujú tri stupne:

  • IN etapy A tiež nazývaný rezol Oligomér je svojimi fyzikálnymi vlastnosťami podobný novolakovému oligoméru, keďže sa podobne ako novolak topí a rozpúšťa v zásadách, alkohole a acetóne. Ale na rozdiel od novolaku je rezol nestabilný produkt, ktorý sa po zahriatí stáva netaviteľným a nerozpustným.
  • IN etapy IN polymér tzv resitol, len čiastočne rozpustný v alkohole a acetóne, netopí sa, ale stále si zachováva schopnosť zmäknúť (pri zahriatí sa premení do vysoko elastického stavu podobného gume) a napučiavať v rozpúšťadlách.
  • IN etapy S- konečná fáza vytvrdzovania - polymér tzv opakovať, je netaviteľný a nerozpustný produkt, ktorý pri zahriatí nemäkne a nenapučiava v rozpúšťadlách.

V štádiu resit má polymér vysoký nepomer a veľmi zložitú priestorovú štruktúru:



Tento vzorec zobrazuje iba obsah určitých skupín a zoskupení, ale neodráža ich kvantitatívny pomer. V súčasnosti sa verí, že fenolformaldehydové polyméry sú pomerne zriedkavo zosieťované (malý počet uzlov v trojrozmernej sieti). Stupeň dokončenia odpovede na posledná etapa vytvrdzovanie je malé. Typicky sa spotrebuje až 25 % funkčných skupín, ktoré tvoria väzby v trojrozmernej sieti.

Bibliografia:
Kuznetsov EV, Prokhorova IP Album technologických schém na výrobu polymérov a plastov na nich založených. Ed. 2. M., Chémia, 1975. 74 s.
Knop A., Sheib V. Fenolové živice a materiály na ich báze. M., Chémia, 1983. 279 s.
Bachman A., Muller K. Phenoplasts. M., Chémia, 1978. 288 s.
Nikolaev A.F. Technológia plastov, L., Chémia, 1977. 366 s.



Monatomické fenoly (arenoly). Nomenklatúra. izomerizmus. Spôsoby, ako získať. Fyzikálne vlastnosti a budovanie. Chemické vlastnosti: kyslosť, tvorba fenolátov, éterov a esterov; nukleofilná substitúcia hydroxylovej skupiny; reakcie s elektrofilnými činidlami (halogenácia, nitrácia, nitrozácia, azokopulácia, sulfonácia, acylácia a alkylácia); interakcia s formaldehydom, fenolformaldehydovými živicami; oxidačné a hydrogenačné reakcie.

Dvojsýtne fenoly (arendioly): pyrokatechín, rezorcinol, hydrochinón. Spôsoby získavania, vlastnosti a aplikácia.

Trojsýtne fenoly (arentrioly): pyrogallol, hydroxyhydrochinón, floroglucinol. Spôsoby získavania, vlastnosti a aplikácia.

Hydroxylové deriváty arénov

Fenoly sú deriváty aromatických uhľovodíkov, v ktorých je jedna alebo viac hydroxylových skupín priamo naviazaných na benzénový kruh.

V závislosti od počtu hydroxylových skupín v jadre sa rozlišujú jedno-, dvoj- a trojatómové fenoly.

Na pomenovanie fenolov sa často používajú triviálne názvy (fenol, krezoly, pyrokatechol, rezorcinol, hydrochinón, pyrogallol, hydroxyhydrochinón, floroglucinol).

Substituované fenoly sa označujú ako fenolové deriváty alebo ako hydroxyderiváty zodpovedajúceho aromatického uhľovodíka.

Monatomické fenoly (arenoly) ArOH

orto-krezol meta-krezol para-krezol

2-metylfenol 3-metylfenol 4-metylfenol

2-hydroxytoluén 3-hydroxytoluén 4-hydroxytoluén

V aromatickom rade sa vyskytujú aj zlúčeniny s hydroxylovou skupinou v bočnom reťazci – takzvané aromatické alkoholy.

Vlastnosti hydroxylovej skupiny v aromatických alkoholoch sa nelíšia od vlastností alifatických alkoholov.

Dvojsýtne fenoly (arendioly)

pyrokatechín rezorcinol hydrochinón

1,2-dihydroxybenzén 1,3-dihydroxybenzén 1,4-dihydroxybenzén

trojsýtne fenoly (arentrioly)

pyrogallol hydroxyhydrochinón floroglucinol

1,2,3-trihydroxybenzén 1,2,4-trihydroxybenzén 1,3,5-trihydroxybenzén

Monatomické fenoly
Ako získať
Prirodzeným zdrojom fenolu a jeho homológov je uhlie, pri ktorého suchej destilácii vzniká uhoľný decht. Počas destilácie živice sa získa frakcia „karbolového oleja“ (t 0 160-230 °C) obsahujúca fenol a krezoly.
1. Fúzia solí aromatických sulfónových kyselín s alkáliami

Reakcia je základom priemyselných metód na získanie fenolov.

Reakcia spočíva v zahrievaní kyseliny benzénsulfónovej s pevnou zásadou (NaOH, KOH) pri teplote 250-300 0 C:

Reakcia prebieha mechanizmom nukleofilnej substitúcie S N 2 aróma(príloha-štiepenie).

Prítomnosť substituentov priťahujúcich elektróny v orto a para polohách vzhľadom na substitučné miesto uľahčuje nukleofilnú substitučnú reakciu.

2. Hydrolýza arylhalogenidov
Arylhalogenidy, ktoré neobsahujú aktivačné substituenty priťahujúce elektróny, reagujú za veľmi drsných podmienok.

Chlórbenzén sa teda hydrolyzuje za vzniku fenolu pôsobením koncentrovanej alkálie pri teplote 350-400 0 C a vysoký tlak 30 MPa, alebo v prítomnosti katalyzátorov - solí medi a vysokej teplote:

Reakcia prebieha podľa mechanizmu nukleofilnej substitúcie (štiepenie-adícia) (arine alebo kine-mechanizmus).

Prítomnosť substituentov priťahujúcich elektróny v orto a para polohách vzhľadom na halogén značne uľahčuje hydrolytickú reakciu.

Para-nitrochlórbenzén je teda schopný nahradiť chlór hydroxylom konvenčným zahrievaním alkalickým roztokom pri atmosférickom tlaku:

para-nitrochlórbenzén para-nitrofenol
Reakcia prebieha podľa mechanizmu S N 2 aróma(príloha-štiepenie).

3. Získavanie fenolu z kuménu (kuménová metóda)
Syntéza na báze kuménu má priemyselný význam a je cenná v tom, že umožňuje súčasne získavať dva technicky dôležité produkty (fenol a acetón) z lacných surovín (ropa, plyny z krakovania ropy).

Kumén (izopropylbenzén) sa oxidáciou vzdušným kyslíkom mení na hydroperoxid, ktorý sa pôsobením vodného roztoku kyseliny rozkladá na fenol a acetón:

hydroperoxid fenol acetón

4. Hydroxylácia arénov

Na priame zavedenie hydroxylovej skupiny do benzénového kruhu sa používa peroxid vodíka v prítomnosti katalyzátorov (železité (II) alebo medené (II) soli):

5. Oxidačná dekarboxylácia karboxylových kyselín

Fenoly sa získavajú z aromatických kyselín prechodom vodnej pary a vzduchu do reaktora pri teplote 200-300 0 C v prítomnosti solí medi (P):

6. Získavanie z diazóniových solí

Pri zahrievaní aréndiazóniových solí vo vodných roztokoch sa uvoľňuje dusík, aby sa získali fenoly:

Fyzikálne vlastnosti fenolov
Najjednoduchšie fenoly za normálnych podmienok sú bezfarebné kryštalické látky s nízkou teplotou topenia s charakteristickým zápachom.

Fenoly sú ťažko rozpustné vo vode, ale vysoko rozpustné v organických rozpúšťadlách. Pri skladovaní na vzduchu stmavnú v dôsledku oxidačných procesov.

Sú to toxické látky, ktoré spôsobujú popáleniny kože.

Elektrónová štruktúra fenolu
Štruktúra a distribúcia elektrónovej hustoty v molekule fenolu môže byť znázornená nasledujúcou schémou:



Hydroxylová skupina je substituent 1. druhu, t.j. substituent donoru elektrónov.

Je to spôsobené skutočnosťou, že jeden z osamelých elektrónových párov hydroxylového kyslíkového atómu vstupuje do p, π-konjugácie s π-systémom benzénového jadra, pričom vykazuje +M efekt.

Na druhej strane hydroxylová skupina v dôsledku väčšej elektronegativity kyslíka vykazuje -I efekt.

Účinok +M vo fenoloch je však oveľa silnejší ako opačne smerovaný účinok –I (+M > -I).

Výsledkom párovacieho efektu je:

1) zvýšenie polarity O-N pripojenia, čo vedie k zvýšeniu kyslých vlastností fenolov v porovnaní s alkoholmi;

2) v dôsledku konjugácie sa väzba C-OH vo fenoloch skráti a zosilní v porovnaní s alkoholmi, pretože má čiastočne dvojitú povahu. Preto sú substitučné reakcie OH skupiny ťažké;

3) zvýšenie hustoty elektrónov na atómoch uhlíka v orto- a para-polohách benzénového jadra uľahčuje reakcie elektrofilnej substitúcie atómov vodíka v týchto polohách.

Chemické vlastnosti fenolov

Chemické vlastnosti fenolov sú určené prítomnosťou hydroxylovej skupiny a benzénového kruhu v molekule.

1. Reakcie na hydroxylovej skupine

1. Vlastnosti kyselín

Fenoly sú slabé OH kyseliny, ale oveľa silnejšie ako alkanoly. Konštantná kyslosť RK A fenol je 10.

Vyššia kyslosť fenolu je spôsobená dvoma faktormi:

1) väčšia polarita väzby O-H vo fenoloch, v dôsledku čoho atóm vodíka hydroxylovej skupiny získava väčšiu pohyblivosť a môže sa odštiepiť vo forme protónu za vzniku fenolátový ión;

2) Fenolátový ión je mezomérne stabilizovaný v dôsledku konjugácie osamelého páru kyslíka s benzénovým kruhom, t.j. záporný náboj na atóme kyslíka fenolátového iónu je výrazne delokalizovaný:


Žiadna z týchto hraničných štruktúr izolovane nepopisuje skutočný stav molekuly, ale ich použitie umožňuje vysvetliť mnohé reakcie.

Substituenty priťahujúce elektróny zvyšujú kyslé vlastnosti fenolu.

Stiahnutím elektrónovej hustoty z benzénového jadra k sebe prispievajú k posilneniu p, π-konjugácie (+ M-efekt), čím sa zvyšuje polarizácia väzby O-H a zvyšuje sa pohyblivosť atómu vodíka hydroxylovej skupiny. .

Napríklad:

fenol 2-nitrofenol 2,4-dinitrofenol kyselina pikrová

pKa 9,98 7,23 4,03 0,20

Elektróndonorové substituenty znižujú kyslosť fenolov.

1. Substitúcia fenolického hydroxylu halogénom

Hydroxylová skupina vo fenoloch sa veľmi ťažko nahrádza halogénom.

Pri interakcii fenolu s chloridom fosforečným PCl 5 je hlavným produktom trifenylfosfát a chlórbenzén sa tvorí len v malých množstvách:

Trifenylfosfát Chlórbenzén

Prítomnosť substituentov priťahujúcich elektróny v orto a para polohe vzhľadom na hydroxyl značne uľahčuje reakcie nukleofilnej substitúcie OH skupiny.

Kyselina pikrová sa teda za rovnakých podmienok ľahko zmení na 2,4,6-trinitrochlórbenzén (pikrylchlorid):
pikrylchlorid kyseliny pikrovej

2. Interakcia s amoniakom

Pri interakcii s amoniakom zvýšená teplota a tlaku v prítomnosti katalyzátora na báze chloridu hlinitého sa OH skupina nahradí skupinou NH2 za vzniku anilínu:

fenolanilín

3. Regenerácia fenolu

Keď sa fenol redukuje lítiumalumíniumhydridom, vzniká benzén:

3. Reakcie zahŕňajúce benzénový kruh

1. Reakcie elektrofilnej substitúcie v benzénovom kruhu

Hydroxylová skupina je substituentom 1. druhu, preto elektrofilné substitučné reakcie v benzénovom kruhu prebiehajú oveľa ľahšie s fenolmi ako s benzénom a substituenty sú nasmerované do polôh orto a para.

1) Halogenačné reakcie

Fenol ľahko reaguje s brómovou vodou pri izbovej teplote za vzniku bielej zrazeniny 2,4,6-tribrómfenolu:


2,4,6-tribrómfenol

Táto reakcia je kvalitatívna pre fenoly.

Chlorácia fenolu prebieha ľahko:

2) Nitračné reakcie

Fenol sa ľahko nitruje zriedenou kyselinou dusičnou pri teplote 0 0 C za vzniku zmesi orto- a para-izomérov s prevahou orto-izoméru:


orto- a para-nitrofenoly

Izomérne nitrofenoly sa ľahko oddeľujú vďaka skutočnosti, že iba orto izomér je prchavý s vodnou parou.

Vysoká prchavosť orto-nitrofenolov sa vysvetľuje tvorbou intramolekulárnej vodíkovej väzby, zatiaľ čo para-izomér tvorí medzimolekulové vodíkové väzby:

Pri použití koncentrovanej kyseliny dusičnej vzniká 2,4,6-trinitrofenol (kyselina pikrová):

kyselina pikrová

3) Sulfonačné reakcie

Fenol sa ľahko sulfonuje pri teplote miestnosti koncentrovanou kyselinou sírovou za vzniku ortoizoméru, ktorý sa pri teplotách nad 100 °C prešmykuje na para-izomér:


4) Alkylačné reakcie

Fenoly ľahko vstupujú do alkylačných reakcií.

Halogénalkány, alkanoly a alkény sa používajú ako alkylačné činidlá v prítomnosti protických kyselín (H2SO4, H3PO4) alebo Lewisových kyselín (AlCl3, BF3):


5) Acylačné reakcie

Acylácia fenolov sa ľahko vyskytuje pôsobením halogénanhydridov alebo anhydridov karboxylových kyselín v prítomnosti Lewisových kyselín:

6) Nitrozačné reakcie

Nitrozofenoly sa získavajú priamou nitrozáciou fenolov:

para-krezol orto-nitrózo-para-krezol

7) Azokopulačné reakcie
Kombinácia s fenolmi vedie k mierne zásadité prostredie, pretože fenolátový ión je oveľa aktívnejší ako samotný fenol:

8) Kondenzačné reakcie

Fenoly sú také aktívne zložky v elektrofilných substitučných reakciách, že interagujú s veľmi slabými elektrofilmi - aldehydmi a ketónmi v prítomnosti kyselín a zásad.
Kondenzácia s formaldehydom

Formaldehyd sa najľahšie zúčastňuje kondenzačných reakcií.

Ak sa kondenzačná reakcia fenolu s formaldehydom uskutočňuje za miernych podmienok, potom je možné izolovať orto- a para-hydroxymetylfenoly: Jednotliví zástupcovia

Fenol- kryštalická látka s tak pl. 43°C, má charakteristický štipľavý zápach, spôsobuje popáleniny na pokožke. Toto je jedno z prvých antiseptík používaných v medicíne. Používa sa vo veľkých množstvách na získanie plastov (kondenzácia s formaldehydom), lieky(kyselina salicylová a jej deriváty), farbivá, výbušniny (kyselina pikrová).

Metylester fenolu - anizol- Používa sa na získavanie vonných látok a farbív.

Etylester fenolu - fenetol.

Krezoly (metylfenoly) používa sa pri výrobe plastov, farbív, dezinfekčných prostriedkov.

Spomedzi mnohých farebných reakcií na hydroxyl fenolu je v liekopisnej analýze najpoužívanejší test s chloridom železitým. Sfarbenie vyplývajúce z reakcie je zvyčajne modré alebo fialové a závisí od substituentov. S. Weibel poukazuje na empiricky stanovené „nasledujúce zákonitosti, ktoré však neplatia vo všetkých prípadoch“:

1) substituované fenoly, ktoré majú dve hydroxylové skupiny v orto polohe, poskytujú zelenú farbu;

2) prítomnosť karboxylovej skupiny v orto polohe k hydroxylu vedie k výskytu fialovej farby namiesto modrej,

3) ak je karboxylová skupina v para polohe vzhľadom na hydroxyl, farba sa zmení na žltú alebo červenú, intenzita farby sa v prvom prípade zvýši a v druhom prípade sa zníži, p-hydroxykarboxylové kyseliny môžu tiež tvoriť žlté alebo červenkasté zrazeniny s chloridom železitým,

4) meta-substituované fenoly zvyčajne reagujú slabo alebo sa nefarbia vôbec, avšak m-dioxibenzén (resorcinol) farbí do intenzívnej fialovej farby.

Zrieďte 1 ml 0,1 % vodného roztoku adrenalínu so 4 ml vody, pridajte 1 kvapku roztoku chloridu železitého: ihneď sa objaví zelené sfarbenie, ktoré sa po pridaní 0,5 ml zriedeného amoniaku zmení na čerešňovo červené. (Roztok hydrochloridu adrenalínu, GPC.)

Fenoly s voľnými orto alebo para polohami odfarbujú brómovú vodu a tvoria substitučné produkty, ktoré sa zvyčajne vyzrážajú a môžu byť charakterizované teplotou topenia po rekryštalizácii.

Takže tribrómfenol získaný bromáciou fenolu sa po rekryštalizácii z alkoholu a sušení pri 80 ° topí pri 92-95 °.

Rovnaké fenoly sú kombinované s diazotovanými primárnymi aromatickými amínmi vo všetkých prípadoch, kde substitúcie nie sú v meta polohe k aminoskupine alebo inej hydroxyskupine.

Reakcia je opísaná vyššie v teste primárnych aromatických aminoskupín.

Mnoho voľných para fenolov kondenzuje s 4-chlórim,in-2,6-dichlórchinónom za vzniku farebných indofenolov. Indofenolová reakcia sa môže uskutočňovať v roztoku aj na filtračnom papieri.

Vložte 1 ml 0,01 % roztoku do dvoch skúmaviek označených A a B a do každej skúmavky pridajte 2 ml 20 % roztoku octanu sodného. Do skúmavky A pridajte 1 ml vody, do skúmavky B pridajte 1 ml 4 % roztoku kyseliny boritej a premiešajte. Obe skúmavky sa ochladia na 20 °C a do každej skúmavky sa rýchlo pridá 1 ml 0,5 % roztoku 4-chlórimín-2,6-dichlórchinónu v alkohole: v skúmavke A sa objaví modré sfarbenie, ktoré rýchlo zmizne a po niekoľkých minútach sa zmení na červenú, v skúmavke B nie je modrá farba. (Pyridoxín hydrochlorid. International Pharmacopoeia, USP XVII.)

Špecifickosť metódy spoločnej pre fenoly je v prípade pyridoxínu dosiahnutá reakciou dvoch molekúl pyridoxínu s jednou molekulou kyseliny boritej, v dôsledku čoho vzniká zlúčenina, ktorá nereaguje s chlórchinónom.

Komplex pyridoxínu s kyselinou boritou

Posledne uvedené umožňuje kontrolné stanovenie, ktoré odlišuje pyridoxín od iných fenolových zlúčenín a od pyridoxamínu a pyridoxalu, ktoré nemajú oxymetylénovú skupinu v polohe 4. Rovnaká reakcia bola použitá v X vydaní Štátneho liekopisu na testovanie neprítomnosti metylester pyridoxínu.

Fenoly sa premieňajú na acetylderiváty zahrievaním látky rozpustenej v pyridíne s anhydridom kyseliny octovej.

0,2 g sa 5 minút varí s 1 ml acetanhydridu a 2 ml pyridínu v banke na acetyláciu. Po ochladení sa pridá 10 kvapiek vody a po vytvorení kryštálov ďalších 50 ml vody sa banka nechá stáť za stáleho trepania 1 hodinu. Prefiltrujte cez sklenený filter, banku opláchnite a prefiltrujte 50 ml vody. Vysušte filter pri 105°. Teplota topenia výsledného diacetátu je 121 až 124 °C. (Dietylstilbestrol, Scandinavian Pharmacopoeia.)

Rovnakým spôsobom sa stanovia dikumarín, fluoresceín a fenolftaleín, ktorých teploty topenia acetylových derivátov sú 262 až 271 °C, 202 až 207 °C a 147 až 150 °C.

Podobne ako pri aromatických amínoch sú fenolbenzoáty kryštalické pevné látky s charakteristickou teplotou topenia.

0,03 g práškového prípravku sa rozpustí v banke so zabrúsenou zátkou s objemom 50 ml v 12 ml 5 % roztoku hydroxidu draselného, ​​ochladí sa na teplotu nepresahujúcu 10 °C a pridajú sa 3-4 kvapky benzoylchloridu. Roztok sa dôkladne pretrepe, zrazenina sa odfiltruje na malom sklenenom filtri č. 3 alebo č. 4, premyje sa 1-2 ml vody, prenesie sa do 25 ml banky vybavenej vzduchovým chladičom, 2 ml metylalkoholu sa pridajú a zahrievajú sa vo vodnom kúpeli za miešania až do úplného rozpustenia a potom

chladené v ľade. Vytvorená zrazenina sa odfiltruje a suší sa 30 minút v sušiarni pri 100 až 105 °C. Teplota topenia výsledného etinylestradiolbenzoátu je 199 až 202 °C. (Etinylesgradiol, GPC.)

Fenoly v neutrálnom prostredí vo vodných alebo alkoholových roztokoch tvoria soli s chloridom železitým, sfarbené do modrofialova (monatomické), modré (diatomické: rezorcinol), zelené (pyrokatechín) alebo červené (floroglucinol). Je to spôsobené tvorbou katiónov C 6 H 5 OFe 2+, C 6 H 5 OFe + atď.

Metodológia: do 1 ml vodného alebo alkoholového roztoku testovanej látky ( fenol - 0,1:10, rezorcinol - 0,1:10, salicylát sodný - 0,01:10, pyridoxín hydrochlorid - 0,01:10) pridajte 1 až 5 kvapiek roztoku chloridu železitého. Pozoruje sa charakteristické sfarbenie.

7.2. Oxidačné reakcie (indofenolový test)

A). Reakcia s chloramínom.

Pri interakcii fenolov s chloramínom a amoniakom vzniká indofenol sfarbený do rôznych farieb: modrozelený (fenol), hnedožltý (resorcinol), červenohnedý (PAS-sodík) atď.

Metodológia: 0,05 g testovanej látky ( fenol, rezorcinol, PAS-sodík) sa rozpustí v 0,5 ml roztoku chlóramínu, pridá sa 0,5 ml roztoku amoniaku. Zmes sa zahrieva vo vriacom vodnom kúpeli. Pozoruje sa farbenie.

b). Liebermanova nitrózoreakcia. Farebný produkt (červený, zelený, červenohnedý) tvoria fenoly, ktoré nemajú žiadne substituenty v polohe orto a para.

Metodológia: Zrnko hmoty ( fenol, rezorcinol, tymol, kyselina salicylová) sa vloží do porcelánového pohára a navlhčí sa 2-3 kvapkami 1% roztoku dusitanu sodného v koncentrovanej kyseline sírovej. Pozoruje sa sfarbenie, ktoré sa mení pridaním roztoku hydroxidu sodného.

7.3. Kondenzačné reakcie s aldehydmi.

Fenoly v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej kondenzujú s aldehydmi za vzniku bezfarebnej látky. Potom koncentrovaná kyselina sírová dehydratuje kondenzačný produkt za vzniku látky s chinoidnou štruktúrou. Objaví sa červená farba.

Metodológia: Niekoľko zrniek hmoty ( fenol, rezorcinol, kyselina salicylová, chinosol atď.) sa vložia do porcelánového pohára a navlhčia 2-3 kvapkami Markovho činidla (alebo roztokom iného aldehydu v kyseline sírovej). Pri státí sa pozoruje červená farba.

Niektoré heterocyklické liečivá obsahujúce fenolhydroxyl poskytujú červenofialové alebo modrofialové sfarbenie (produkty oxidácie).

7.4. Kombinácia s diazóniovými soľami

Fenoly v alkalickom a amoniakovom prostredí interagujú s diazóniovými soľami za vzniku azofarbiva (červená farba):

azofarbivo (červené farbivo)

Metodológia: A). Príprava diazoreagencie: 0,1 g kyseliny sulfanilovej sa rozpustí v 10 ml vody. Roztok sa okyslí kyselinou chlorovodíkovou a zahrieva sa 3 minúty. K ochladenému roztoku sa pridajú 2 ml 0,1 M roztoku dusitanu sodného.

b). K 0,05 g liečivá látka (rezorcinol, fenol, salicylát sodný, PAS sodný, chinosol), rozpustený v 5 ml vody, pridajte 2 ml roztoku amoniaku a 1 ml diazočinidla. Vznikne červená farba.



Podporte projekt – zdieľajte odkaz, ďakujeme!
Prečítajte si tiež
Nepríjemné ochorenie ďasien u psov: príznaky, liečba doma a na klinike Nepríjemné ochorenie ďasien u psov: príznaky, liečba doma a na klinike Infekčné choroby u mačiek: príznaky a liečba Infekčné choroby u mačiek: príznaky a liečba Ochorenie ďasien u psov: príčiny, prevencia, liečba Boxerské psy po odstránení cysty čeľuste Ochorenie ďasien u psov: príčiny, prevencia, liečba Boxerské psy po odstránení cysty čeľuste