Фталевый ангидрид резорцин. Химический опыт – получаем флуоресцеин. Реакции по гидроксильной группе

Реакция комплексообразования с ионами железа (III)

Основана на свойствах фенольного гидроксила образовывать растворимые комплексные соединения, окрашенные чаще в синий (фенол) или фиолетовый цвет (резорцин, кислота салициловая) реже в красный (ПАСК - натрия) и зелёный (хинозол, адреналин).

Состав комплексов, а, следовательно, и их окраска обусловлены количеством фенольных гидроксилов, влиянием других функциональных групп, реакцией среды.

Резорцин

Реакция образования оксиазосоединений.

Это очень чувствительная цветная реакция

Азосочетание может идти также в о-положении по отношению к фенольному гидроксилу. Резорцин образует краситель резорциновый желтый:

Реакция Либермана. Выполняют реакцию сплавлением кристаллов резорцина и нитрозосоединения. Затем добавляют концентрированную серную кислоту Появляется фиолетовое окрашивание.

Реакции окисления. При окислении фенолов получают смесь окрашенных веществ. Так, при действии гипохлоритами или бромной водой в присутствии аммиака образуются хиноны, хинонимины, индофенолы.

Резорцин - в буровато-желтый цвет

Реакции конденсации. При сплавлении резорцина с фталевым ангидридом (или с гидрофталатом калия) образуется плав желто-красного цвета:

При растворении плава в растворе гидроксида натрия появляется интенсивная зеленая флуоресценция (ввиду образования в молекуле хиноидного цикла):

При взаимодействии фталевого ангидрида с фенолом образуется фенолфталеин, имеющий в щелочной среде пурпурное окрашивание, а тимол образует тимолфталеин, приобретающий в тех же условиях синее окрашивание.

Реакции замещения (с бромной водой и азотной кислотой)

Реакции основаны на способности фенолов бромироваться и нитроваться за счёт замещения подвижного атома водорода в орто- и пара-положениях.

Бромпроизводные выпадают в виде осадка белого цвета, а нитропроизводные окрашены в жёлтый цвет.

резорцин белый осадок

жёлтое окрашивание

Фталевый ангидрид Фенолфталеин

При сплавлении фталевого ангидрида с резорцином в присутствии хлорида цинка происходит аналогичная реакция и образуется флуоресцеин:

Резорцин Флуоресцеин

3.8 Перегруппировка Кляйзена

Фенолы вступают в реакции алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Например, при взаимодействии ф

енола с аллилбромидом в присутствии хлорида алюминия образуется 2-аллилфенол:

Этот же продукт образуется и при нагревании аллилфенилового эфира в результате внутримолекулярной реакции называемой перегруппировкой Кляйзена:

Аллилфениловый эфир 2-Аллилфенол

Реакция:

Проходит по следующему механизму:

Перегруппировка Кляйзена происходит также и при нагревании аллилвинилового эфира или 3,3 – диметил – 1,5 – гексадиена: AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

3.9 Поликонденсация

Поликонденсация фенола с формальдегидом (по этой реакции происходит образование фенолформальдегидной смолы:

3.10 Окисление

Фенолы легко окисляются даже под действием кислорода воздуха. Так, при стоянии на воздухе фенол постепенно окрашивается в розовато-красный цвет. При энергичном окислении фенола хромовой смесью основным продуктом окисления является хинон. Двухатомные фенолы окисляются еще легче. При окислении гидрохинона образуется хинон.

3.11 Кислотные свойства

Кислотные свойства фенола проявляются в реакциях со щелочами (сохранилось старинное название «карболовая кислота»):

С6Н5ОН + NaOH <-> C6H5ONa + Н2O

Фенол, однако, является очень слабой кислотой. При пропускании через раствор фенолятов углекислого или сернистого газов выделяется фенол – такая реакция позывает, что фенол – более слабая кислота, чем угольная и сернистая:

C6H5ONa + СO2 + Н2O -> С6Н5ОН + NaHCО3

Кислотные свойства фенолов ослабляются при введении в кольцо заместителей I рода и усиливаются при введении заместителей II рода.

4. Способы получения

Производство фенола в промышленном масштабе осуществляется тремя способами:

– Кумольный метод. Этим способом получают более 95% всего производимиого в мире фенола. В каскаде барботажных колонн кумол подвергают некаталитическому окислению воздухом с образованием гидропероксида кумола (ГПК). Полученный ГПК, при катализе серной кислотой, разлагают с образованием фенола и ацетона. Кроме того, ценным побочным продуктом этого процесса является α-метилстирол.

– Около 3% всего фенола получают окислением толуола, с промежуточным образованием бензойной кислоты.

– Весь остальной фенол выделяют из каменноугольной смолы.

4.1 Окислением кумола

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. 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.

4.2 Получение из галогенбензолов

При нагревании хлорбензола и гидроксида натрия под давлением получают фенолят натрия, при дальнейшей обработке которого кислотой образуется фенол:

С6Н5-CI + 2NaOH -> С6Н5-ONa + NaCl + Н2O

4.3 Получение из ароматических сульфокислот

Реакция проводится при сплавлении сульфокислот с щелочами. Первоначально образующиеся феноксиды обрабатывают сильными кислотами для получения свободных фенолов. Метод обычно применяют для получения многоатомных фенолов:

4.4 Получение из хлорбензола

Известно, что атом хлора прочно связан с бензольным кольцом, поэтому реакцию замены хлора на гидроксильную группу проводят в жестких условиях (300 °С, давление 200 МПа):

C6H5-Cl + NaOH – > C6H5-OH + NaCl

5. Применение фенолов

Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин (рис. 3), а также гидрохинон (пара-дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.

В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – феноло-альдегидных смол, полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.

Мировое потребление фенола имеет следующую структуру:

· 44% фенола расходуется на производство бисфенола А, который, в свою очередь, используется для производства поликарбона и эпоксидных смол;

· 30% фенола расходуется на производство фенолформальдегидных смол;

· 12% фенола гидрированием превращается в циклогексанол, используемый для получения искусственных волокон – нейлона и капрона;

· остальные 14% расходуются на другие нужды, в том числе на производство антиоксидантов (ионол), неионогенных ПАВ – полиоксиэтилированных алкилфенолов (неонолы), других фенолов (крезолов), лекарственных препаратов (аспирин), антисептиков (ксероформа) и пестицидов.

· 1,4% фенола применяется в медицине (орасепт), как обезболивающее и антисептическое средство.

6. Токсические свойства

Фенол ядовит. Вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу (ПДК 5 мг/м³, в водоёмах 0,001 мг/л).

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Синтез флуоресцеина

Решил провести эксперименты с флуоресцеином, но готового реактива под рукой не оказалось: пришлось провести пробный синтез. В наличии были фталевый ангидрид и несколько грамм резорцина. За основу взял методику из статьи .

Для пробного эксперимента необходимые количества веществ рассчитывать не стал: просто взял 1 гр фталевого ангидрида, 1 гр резорцина, смешал. Смесь поместил в стаканчик на 50 мл и смочил примерно 0.5 мл концентрированной серной кислоты.

Стаканчик закрепил над включенной электрической плиткой. Смесь расплавилась и стала малиновой. Позже - красновато-коричневой. Нагрев регулировал, то убирая, то подставляя под стаканчик плитку. В целом смесь несильно кипела минут 5. Когда стаканчик снял с плитки, в верхней его части образовались иглы фталевого ангидрида.

Приготовил раствор 0.5 гр едкого натра в 50 мл воды. Смесь нужно было вылить из стаканчика в раствор щелочи, не дав ей остыть - иначе она застынет. В случае с пробиркой (см. цитируемую статью) это, видимо, было несложно, но у стаканчика бОльшая поверхность - смесь застывала. Из стаканчика удалось вылить в раствор щелочи всего лишь несколько капель, которые застыли на дне в виде зеленых шариков. Раствор стал желтовато-зеленым с характерной флуоресценцией.

Остальную часть застывшего расплава было достать из стакана проблематично. Решил: "Если гора не идет к Магомету - не грех сходить к горе". Вместо того чтобы пытаться выколупывать продукт, чтобы перенести его в щелочь, лучше налить щелочь в стакан с застывшей реакционной смесью и подождать, пока она растворится.

В результате получилась темно-зеленая жидкость с осадком. Поставил стаканчик на выключенную, но все еще горячую плитку. Реакционная смесь постепенно отстала от стенок, а жидкость стала коричневой.

Так и оставил на выходные. Потом еще переживал, что стакан нужно было накрыть, чтобы флуоресцеин в щелочной среде не окислялся воздухом (указаний на такую опасность в литературе не встречал, но кто его знает...)

После выходных пришел на работу и посмотрел на свой флуоресцеин (в пятницу оставил стакан с плавом, залитым раствором щелочи на остывающей плитке).

В стакане был желтый раствор (натриевая соль флуоресцеина - уранин) и красный порошок - осадок флуоресцеина. Однако не весь осадок был в виде порошка. На стеклянную палочку налипла масса, похожая на карамель (нерастворившийся плав).

Содержимое стакана профильтровал: образовался желтый раствор, а красный осадок осел на фильтре.

Когда я посмотрел методику получения флуоресцеина из резорцина и фталевого ангидрида , то убедился, что взял фталевый ангидрид в избытке (на 22.5 г резорцина нужно 15 г фталевого ангидрида, я же взял наугад: 1 г резорцина - 1 г фталевого ангидрида).

Именно поэтому не весь плав растворился, среда в стакане была явно не щелочной, а большая часть флуоресцеина находилась в осадке (напомню: флуоресцеин слабо растворим в воде, а его натриевая соль [уранин] - значительно лучше).

Палочку с прилипшей к ней массой перенес в чистый стакан, добавил гранулы едкого натра и немного воды. Плав постепенно растворился, образуя красно-коричневый непрозрачный раствор. Позднее к флуоресцеину, который остался на фильтре, я добавил щелочь и тоже перевел его в раствор. Растворы объединил.

(По большому счету отфильтровывать флуоресцеин было не обязательно: достаточно было максимально слить жидкость с осадка, а к образовавшейся суспензии добавить щелочь. Разумеется, кроме флуоресцеина в полученном растворе также содержится щелочь, сульфат натрия, фталат натрия и, возможно, остатки резорцина, но для дальнейших экспериментов это большого значения не имеет).

Каплю коричневого раствора добавил в трехлитровую банку с водой. Капля постепенно опускалась, образуя вихревые кольца, нити и "облака". Сначала капля была коричневой, потом постепенно стала желто-зеленой с отчетливой флуоресценцией. Неописуемая красота. Позже аналогичный эксперимент провел в пятилитровой банке.

Итак, приступим к экспериментам с флуоресцеином.

____________________________________________________________

Получение. Получают из бензола.

Описание . Белый или белый со слабым желтоватым оттенком кристаллический порошок со слабым характерным запахом. Под влиянием света и воздуха постепенно окрашивается в розовый цвет.

Растворимость . Очень легко растворим в воде и 95% спирте, легко растворим в эфире, очень мало растворим в хлороформе, растворим в глицерине и жирном масле.

Подлинность .

1) При прибавлении к раствору препарата раствора хлорида окисного железа появляется сине-фиолетовое окрашивание, переходящее от прибавления раствора аммиака в буровато-желтое.

2) При сплавлении в фарфоровой чашке нескольких кристаллов препарата с избытком фталевого ангидрида получается плав желто-красного цвета. При растворении плава в растворе едкого натра появляется интенсивная зеленая флюоресценция.

Температура плавления 109-112°.

Количественное определение .

Броматометрический метод (вариант обратного титрования ).

Точную навеску препарата помещают в мерную колбу, растворяют в воде, прибавляют избыток 0,1М KBrO 3 , KBr, H 2 SO 4 , затем к смеси прибавляют раствор йодида калия, смесь сильно взбалтывают и оставляют на 10 минут в темном месте. После этого добавляют хлороформ и титруют выделившийся йод 0,1М раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания.

KBrO 3 + 5KBr + 3H 2 SO 4 → 3Br 2 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 O

Br 2 + 2KJ = J 2 + 2KBr

J 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaJ + Na 2 S 4 O 6

УЧ = 1/6, формула обратного титрования

Хранение . В хорошо укупоренных банках оранжевого стекла.

Применение. Антисептическое средство, при кожных заболеваниях, экземе, наружно в мазях, пастах или растворах, редко применяется внутрь как средство, дезинфицирующее ЖКТ.

Резорцин несовместим с тимолом, ментолом, аспирином, камфорой (образует сыреющие смеси).

Легко разлагается (в щелочной среде) – окисляется, восстанавливает препараты ртути до металлической.

См. Учебно-методическое пособие по внутриаптечному контролю: глазные капели - раствор резорцина 1%.

Ароматические кислоты

Ароматические кислоты – это органические соединения, имеющие функциональную группу –COOH, а в качестве радикала бензольное ядро.

Простейший представитель – бензойная кислота.

Свойства ароматических кислот определяются:

1. Свойствами бензольного ядра, для которого характерны:

1.1. Реакции замещения водорода в ядре на галоген, NO 2 - , SO 3 2- - группы.

2. Свойствами – COOH группы.

2.1. Образовывать соли со щелочными, тяжелыми металлами, щелочами, карбонатами щелочных металлов.

2.2. Образовывать ангидриды, галогенангидриды, амиды.

2.3. Образовывать сложные эфиры в присутствии концентрированной серной кислоты.

3. Реакция среды ароматических кислот определяется по индикаторам (кислая).

Свободные ароматические кислоты применяют только наружно, т.к. диссоциируя на ионы, отщепляют ион H + , который обладает раздражающим действием, даже прижигающим. Кроме того, попадая в кровь, изменяет структуру кровяных телец, поэтому внутрь назначают только соли и сложные эфиры ароматических кислот.

Фенолы могут реагировать как по гидроксильной группе, так и по бензольному кольцу.

1. Реакции по гидроксильной группе

Углерод-кислородная связь в фенолах гораздо прочнее, чем в спиртах. Например, фенол не может быть превращен в бромбензол действием на него бромоводорода, тогда как циклогексанол при нагревании с бромоводородом легко превращается в бромциклогексан:

Как и алкоксиды феноксиды реагируют с алкилгалогенидами и другими алкилирующими реагентами с образованием смешанных эфиров:

(23)

Фенетол

(24)

Анизол

Алкилирование фенолов галогенуглеводородами или диметилсульфатом в щелочной среде представляет собой модификацию реакции Вильямсона. По реакции алкилирования фенолов хлоруксусной кислотой получают такие гербициды как 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д).

(25)

2,4-Дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д)

и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-Т).

(26)

2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-Т)

Исходный 2,4,5-трихлорфенол получают по схеме:

(27)

1,2,4,5- Тетрахлорфенол 2,4,5-трихлорфеноксид натрия 2,4,5-трихлорфенол

При перегреве на стадии получения 2,4,5-трихлорфенола вместо него может образовываться очень токсичный 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин:

2,3,7,8-Тетрахлордибензодиоксин

Фенолы являются более слабыми нуклеофилами, чем спирты. По этой причи-не они в отличие от спиртов не вступают в реакцию этерификации. Для получения сложных эфиров фенолов используют хлорангидриды и ангидриды кислот:

Фенилацетат

Дифенилкарбонат

Упр.17. Тимол (3-гидрокси-4-изопропилтолуол) содержится в тимьяне и используется в качестве антисептика средней силы в зубных пастах и жидкостях для полоскания рта. Его получают алкилированием по Фриделю – Крафтсу

м -крезола 2-пропанолом в присутствии серной кислоты. Напишите эту реакцию.

2. Замещение в кольцо

Оксигруппа фенола очень сильно активирует ароматическое кольцо по отношению к реакциям электрофильного замещения. В качестве промежуточных соединений вероятнее всего образуются оксониевые ионы:

При проведении реакции электрофильного замещения в случае фенолов необходимо применять специальные меры для того, чтобы предотвратить полизамещение и окисление.

3. Нитрование

Фенол нитруется гораздо легче бензола. При действии на него концентриро-ванной азотной кислоты образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):

Пикриновая кислота

Наличие в ядре трех нитрогрупп резко увеличивает кислотность фенольной группы. Пикриновая кислота является, в отличие от фенола, уже довольно сильной кислотой. Наличие трех нитрогрупп делает пикриновую кислоту взрывчатой, она используется для приготовления мелинита. Для получения мононитрофенолов необходимо использовать разбавленную азотную кислоту и проводить реакцию при низких температурах:

Получается смесь о- и п- нитрофенолов с преобладанием о- изомера. Эта смесь легко разделяется благодаря тому, что только о- изомер обладает летучестью с водяным паром. Большая летучесть о- нитрофенола объясняется образованием внутримолекулярной водородной связи, в то время как в случае

п- нитрофенола возникает межмолекулярная водородная связь.

4. Сульфирование

Сульфирование фенола осуществляется очень легко и приводит к образованию в зависимости от температуры преимущественно орто - или пара -фенолсульфокислот:

5. Галогенирование

Высокая реакционная способность фенола приводит к тому, что даже при его обработке бромной водой происходит замещение трех атомов водорода:

(31)

Для получения монобромфенола необходимо принимать специальные меры.

(32)

п -Бромфенол

Упр.18. На 0.94 г фенола действуют небольшим избытком бромной воды. Какой продукт и в каком количестве при этом образуется?

6. Реакция Кольбе

Диоксид углерода присоединяется к феноксиду натрия по реакции Кольбе, представляющей собой реакцию электрофильного замещения, в которой электрофилом является диоксид углерода

(33)

Фенол Феноксид натрия Салицилат натрия Салициловая кислота

Механизм:

(М 5)

Действием на салициловую кислоту уксусного ангидрида получают аспирин:

(34)

Ацетилсалициловая кислота

Если оба орто -положения заняты, то замещение проходит по пара- положению:

(35)

Реакция проходит по следующему механизму:

(М 6)

7. Конденсация с карбонилсожержащими соединениями

При нагревании фенола с формальдегидом в присутствии кислоты образуется фенолформальдегидная смола:

(36)

Фенолформальдегидная смола

Конденсацией фенола с ацетоном в кислой среде получают 2,2-ди(4-гидроксифенил)пропан, получивший промышленное название бисфенол А:

Бисфенол А

2,2-ди(4-гидроксифенил)пропан

ди(4-оксифенил)диметилметан

Обработкой бисфенола А фосгеном в пиридине получают лексан:

В парисутствии серной кислоты или хлорида цинка фенол конденсируется с фталевым ангидридом с образованием фенолфталеина:

(39)

Фталевый ангидрид Фенолфталеин

(40)

Резорцин Флуоресцеин

Упр.19. Изобразите схему конденсации фенола с формальдегидом. Какое практическое значение имеет эта реакция?

8. Перегруппировка Кляйзена

Фенолы вступают в реакции алкилирования по Фриделю-Крафтсу. Например, при взаимодействии фенола с аллилбромидом в присутствии хлорида алюминия образуется 2-аллилфенол:

(41)