Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Fenol, aldegid va ketonlar

Qaysi reaksiya probirkani ko‘zguga aylantiradi va nega aseton buni qila olmaydi?

Vaziyat

Bir yarim asr oldin jarrohlar yaraga «karbol kislota» — fenol eritmasini sepib, operatsiyadan keyingi o‘limni keskin kamaytirgan. Bugun fenol va formaldegiddan elektr rozetkalari va eski telefonlarning qora korpusi — bakelit yasaladi, formaldegid eritmasi — formalin namunalarni saqlaydi, aseton esa tirnoq lakini artadi. Bu moddalarning hammasida kislorod bor, lekin xossalari butunlay boshqa. Fenolni spirtdan, aldegidni ketondan qanday ajratish mumkin va nega bitta reaksiya probirkani ko‘zguga aylantiradi?

Mavzu

Fenollar, aldegidlar va ketonlar. Karbol kislotadan bakelitgacha: fenol, formalin, kumush ko‘zgu reaksiyasi va lak artuvchi aseton

Asosiy tushunchalar

Fenol: FeCl₃, bromli suv
Kumush ko‘zgu
Bakelit

Formulalar

C_{6} H_{5} OH + 3 Br_{2} \overset{}{\to} C_{6} H_{2} Br_{3} OH ↓ + 3 HBr

Fenolning bromli suv bilan sifat (va miqdoriy) reaksiyasi: oq 2,4,6-tribromfenol cho‘kmasi; brom orto- va para-holatlarga kiradi.

C_{6} H_{5} OH + NaOH \overset{}{\to} C_{6} H_{5} ONa + H_{2} O

Fenol — kuchsiz kislota (p $K_{a}$ = 9,95): ishqor bilan tuz hosil qiladi, spirtlar esa yo‘q.

CH_{3} CHO + 2 [Ag (NH_{3})_{2}] OH \overset{\overset{}{t}}{\to} CH_{3} COONH_{4} + 2 Ag ↓ + 3 NH_{3} + H_{2} O

Kumush ko‘zgu reaksiyasi — aldegid guruhining sifat reaksiyasi (3.10-amaliy mashg‘ulot).

CH_{3} CHO + 2 Cu (OH)_{2} \overset{\overset{}{t}}{\to} CH_{3} COOH + Cu_{2} O ↓ + 2 H_{2} O

Aldegid $Cu (OH)_{2}$ bilan qizdirilganda: ko‘k → sariq → qizil $Cu_{2} O$ cho‘kmasi.

n C_{6} H_{5} OH + n HCHO \overset{}{\to} (- C_{6} H_{3} (OH) - CH_{2} -)_{n} + n H_{2} O

Fenol-formaldegid smolasi (bakelit): polikondensatlanishda har bog‘lanishda bir molekula suv ajraladi.

Nazariya

Fenol: tuzilishi va kislotaliligi (3.6)

Fenollar — –OH guruhi bevosita benzol halqasiga bog‘langan birikmalar; eng oddiysi fenol $C_{6} H_{5} OH$ (karbol kislota): rangsiz kristallar, 40,5 °C da suyuqlanadi, 181,7 °C da qaynaydi, 20 °C da 100 ml suvda 8,3 g eriydi, havoda pushti tusga kiradi. Kislorodning bo‘linmagan elektron jufti halqaning π-sistemasi bilan tutashadi: O–H bog‘i qutblanib, fenol spirtlardan kuchliroq kislotaga aylanadi (p $K_{a}$ = 9,95, etanolniki ≈ 15,9) — natriy bilan ham, ishqor bilan ham tuz (fenolyat) hosil qiladi. Lekin u karbonat kislotadan kuchsiz: fenolyat eritmasidan $CO_{2}$ o‘tkazilsa, fenol qayta ajraladi. –OH guruh halqani faollashtiradi: brom katalizatorsiz, xona haroratida darhol orto- va para-holatlarga kiradi — oq 2,4,6-tribromfenol cho‘kmasi (benzol esa brom bilan faqat $FeBr_{3}$ katalizatori ishtirokida almashinish reaksiyasiga kirishadi). $FeCl_{3}$ eritmasi fenol bilan binafsha rang beradi. Aromatik spirtlarda –OH yon zanjirda: benzil spirti $C_{6} H_{5} CH_{2} OH$ (205 °C da qaynaydi) oddiy spirt kabi — ishqor bilan reaksiyaga kirishmaydi, $FeCl_{3}$ bilan binafsha rang bermaydi.

Fenolning olinishi va ishlatilishi (3.7)

Fenol toshko‘mir smolasidan ajratilgan; bugun asosan kumol usulida olinadi (2003-yilda dunyo ishlab chiqarishining ≈ 95 % i): benzol propilen bilan kumol (izopropilbenzol) ga aylantiriladi, u havo kislorodi bilan oksidlanib, parchalanganda bir vaqtda fenol va aseton beradi: $C_{6} H_{5} - CH (CH_{3})_{2} + O_{2} \overset{}{\to} C_{6} H_{5} OH + CH_{3} COCH_{3}$ (umumiy tenglama). Boshqa usul — xlorbenzolni ishqor bilan yuqori harorat va bosimda gidrolizlash. Ishlatilishi: fenol-formaldegid smolalari va plastmassalar, kaprolaktam (kapron), bo‘yoqlar, dori moddalar (salitsil kislota → aspirin), antiseptiklar. Fenol — zaharli: teriga tushsa kuydiradi va teri orqali so‘riladi. Fenol gomologlari — krezollar ( $CH_{3} C_{6} H_{4} OH$ ), naftalin hosilalari — naftollar; fenollar oksidlanganda xinonlar (p-benzoxinon) hosil bo‘ladi. Sintezda fenol –OH guruhi efir yoki murakkab efirga aylantirib «himoyalanadi».

Aldegidlar (3.9)

Aldegidlar — molekulasida aldegid guruhi –CHO (karbonil C=O ga vodorod bog‘langan) bor birikmalar: $HCHO$ metanal (formaldegid), $CH_{3} CHO$ etanal (sirka aldegidi), $C_{2} H_{5} CHO$ propanal; umumiy formula $C_{n} H_{2 n} O$ , nomi alkan nomi + «-al». Formaldegid — o‘tkir hidli gaz (−19 °C da qaynaydi), uning ≈ 37 % li suvdagi eritmasi — formalin; sirka aldegidi 20,2 °C da qaynaydi. Olinishi: birlamchi spirtlarni oksidlash ( $CH_{3} OH + CuO \overset{}{\to} HCHO + Cu + H_{2} O$ ; sanoatda metanol bug‘i qizdirilgan kumush yoki mis ustidan havo bilan o‘tkaziladi), asetilenni gidratlash (Kucherov reaksiyasi, Hg²⁺ katalizatori). Xossalari: C=O qutbli va π-bog‘ga birikish oson: vodorod bilan birlamchi spirtgacha qaytariladi ( $CH_{3} CHO + H_{2} \overset{}{\to} C_{2} H_{5} OH$ ), oson oksidlanib karbon kislotalarga aylanadi — kumush ko‘zgu va mis(II) gidroksid reaksiyalari. Formaldegid bir molekulasi to‘rtta kumush ionini qaytara oladi. Ishlatilishi: smolalar (yarmidan ko‘pi), dezinfeksiya, biologik namunalarni saqlash. Formaldegid zaharli va kanserogen.

Ketonlar (3.11)

Ketonlarda karbonil guruh ikki uglevodorod radikali orasida: $R - CO - R^{'}$ . Eng muhimi — aseton (propanon) $CH_{3} - CO - CH_{3}$ : rangsiz, o‘ziga xos hidli, 56,1 °C da qaynaydi, suv bilan cheksiz aralashadi; lak, bo‘yoq, yelim, selluloid uchun yaxshi erituvchi (tirnoq laki artuvchi suyuqlik). Aseton propanal bilan izomer ( $C_{3} H_{6} O$ ). Olinishi: ikkilamchi spirtlarni oksidlash yoki degidrogenlash ( $CH_{3} CH (OH) CH_{3} \overset{}{\to} CH_{3} COCH_{3} + H_{2}$ , Cu), kumol usulida fenol bilan birga. Xossalari: karbonil uglerodida vodorod yo‘q, shuning uchun ketonlar kumush ammiakat va $Cu (OH)_{2}$ bilan oksidlanmaydi — aldegidni ketondan aynan shu reaksiyalar ajratadi. Vodorod bilan ikkilamchi spirtga qaytariladi. Aseton juda yonuvchan.

3.10-amaliy mashg‘ulot: aldegidlarga xos reaksiyalar

Kumush ko‘zgu: toza (ishqor bilan yog‘sizlantirilgan) probirkaga 1–2 ml kumush nitrat eritmasi quyib, cho‘kma tushib, yana erib ketguncha tomchilab ammiak qo‘shiladi — kumush ammiakat (Tollens reaktivi; tenglamalarda soddalashtirib $[Ag (NH_{3})_{2}] OH$ deb yoziladi) tayyor. Unga bir necha tomchi aldegid qo‘shib, probirka 60–70 °C li suv hammomida chayqatmasdan isitiladi: eritma qorayadi, devorga yaltiroq kumush qatlami o‘tiradi. Mis(II) gidroksid bilan: NaOH eritmasiga bir necha tomchi $CuSO_{4}$ qo‘shib, ko‘k $Cu (OH)_{2}$ olinadi, aldegid qo‘shib qizdiriladi: sariq $CuOH$ , so‘ng qizil $Cu_{2} O$ cho‘kmasi. Aldegidsiz qizdirilgan $Cu (OH)_{2}$ esa shunchaki qora $CuO$ ga aylanadi — buni qizil rang bilan adashtirmang. Xavfsizlik: fenol, formalin va bromli suv bilan tortish shkafida, qo‘lqop va ko‘zoynakda ishlang; fenol teriga tushsa — ko‘p suv bilan yuving. Kumush ammiakatni saqlamang (quriganda portlovchi birikmalar hosil bo‘ladi) — tajribadan keyin darhol to‘king.

Fenol-formaldegid smolasi va model chegaralari

Fenol formaldegid bilan polikondensatlanadi: formaldegid uglerodi halqaning orto- va para-holatlariga birikib, halqalarni –CH₂– «ko‘priklar» bilan bog‘laydi, har bog‘lanishda suv ajraladi. Kislotali katalizator va ortiqcha fenol bilan chiziqli, qizdirilganda yumshaydigan novolak smola, ishqoriy katalizator va ortiqcha formaldegid bilan esa qizdirilganda uch o‘lchamli to‘rga aylanib qotadigan rezol olinadi. Leo Bekeland 1907-yilda shunday qattiq plastmassa — bakelit uchun patent so‘ragan; u elektr izolyatorlari, telefon va radio korpuslari uchun ishlatilgan, hozir fanera yelimi, tormoz kolodkalari va qolipli buyumlarda. Model: probirkadagi reaksiyalar tezligi soddalashtirilgan (kumush ko‘zgu ≈ 35 °C dan, $Cu_{2} O$ ≈ 70 °C dan sezilarli), smola hosil bo‘lishi vaqti qisqartirilgan; hammom harorati 20 + 82·(quvvat) °C ga intiladi. Brom tomchisi — 0,05 ml 0,20 mol/l bromli suv. Fenolning $FeCl_{3}$ bilan rangli kompleksi tarkibi murakkab — faqat rang ko‘rsatilgan. Molekulalar haqiqiy bog‘ uzunliklarida (1 Å ≈ 3,6 sm), reaksiya animatsiyalari faqat qaysi bog‘ uzilib, qaysi biri hosil bo‘lishini ko‘rsatadi.

Bilasizmi?

Ingliz jarrohi Jozef Lister 1865-yilda yarani birinchi marta karbol kislota (fenol) eritmasi bilan ishlagan va natijalarini 1867-yilda e’lon qilgan — shu bilan antiseptik jarrohlik boshlangan.
Leo Bekeland bakelitga 1907-yilda patent so‘ragan (patent 1909-yilda berilgan); u «ming xil ishlatiladigan material» deb reklama qilingan va birinchi to‘liq sintetik plastmassa hisoblanadi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Alkenlar va alkadiyenlar — 10-sinf
Polimerlar, kauchuk, tolalar — 10-sinf
Alkinlar, benzol va stirol — 10-sinf
Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — 10-sinf
Spirtlar va oddiy efirlar — 10-sinf
Kislotalar, efirlar va sovun — 10-sinf
Uglevodlar: glyukoza va kraxmal — 10-sinf
Organik moddalarni aniqlash — 10-sinf
Stereokimyo va konformatsiyalar — 2-kurs
Radikal va elektrofil mexanizm — 3-kurs