Witaj :)
Najpierw zaczniemy od otrzymywania fenolu, a następnie przejdziemy do kwasu pikrynowego.
Fenol
Fenol to zwyczajowa nazwa hydroksybenzenu (benzenolu), czyli hydroksylowej pochodnej benzenu, w którym jeden atom wodoru został zastąpiony (podstawiony) grupą hydroksylową -OH. Synteza fenolu mając do dyspozycji wodorotlenek wapnia będzie przebiegać w 7 etapach.
- ETAP 1. Termiczny rozkład wodorotlenku wapnia - Pod wpływem wysokiej temperatury następuje odwodnienie wodorotlenku wapnia do tlenku wapnia (produktem jest również woda w postaci pary).
- ETAP 2. Stapianie tlenku wapnia z węglem - W wyniku stapiania tlenku wapnia z węglem otrzymujemy węglik wapnia (zwany karbidem, lub acetylenkiem wapnia).
- ETAP 3. Hydroliza węgliku wapnia - Działając wodą na otrzymany węglik wapnia ulega on hydrolizie dając jako produkty etyn (acetylen) oraz wodorotlenek wapnia. W reakcji tej należy zastosować etanol (znaczony EtOH nad strzałką). Etanol jest inhibitorem tej reakcji, ponieważ reakcja węgliku wapnia z wodą przebiega bardzo gwałtownie, więc aby spowolnić zachodzący proces dodaje się niewielkie ilości etanolu.
- ETAP 4. Trimeryzacja acetylenu - Pod wpływem wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia, oraz katalizatora którym najczęściej jest bardzo drobno sproszkowany nikiel zwany niklem Raneya trzy cząsteczki acetylenu ulegają polimeryzacji, tworząc benzen. Reakcja ta nazywa się trimeryzacją, ponieważ uczestniczą w niej trzy cząsteczki acetylenu (tri - przedrostek oznaczający trzy).
- ETAP 5. Substytucja chlorowca do pierścienia aromatycznego - W tej reakcji następuje podstawienie atomu wodoru atomem chlorowca (jako chlorowiec wybrałem chlor, ale równie dobrze może być to brom). Jest to reakcja substytucji elektrofilowej w układzie aromatycznym, co oznacza, że czynnikiem atakującym pierścień jest elektrofil. Mechanizm tej reakcji jest bardzo prosty. Cząsteczka naszego chlorowca reaguje z katalizatorem - FeCl₃, który jest kwasem Lewisa tworzy odczynnik elektrofilowy (kation chloru), który następnie atakuje pierścień aromatyczny tworząc mezomerycznie stabilizowany kompleks sigma. W ostatnim etapie następuje powrót pary elektronowej do pierścienia, odtworzenie struktury aromatycznej.
- ETAP 6. Hydroliza zasadowa chlorowcopochodnej benzenu - W reakcji tej otrzymana w poprzednim etapie chlorowcopochodna pod wpływem mocnej zasady ulega hydrolizie do soli fenolu. Reakcja ta wymaga zastosowania bardzo drastycznych warunków, ponieważ oderwanie chlorowca od pierścienia aromatycznego jest w brew pozorom bardzo trudne. Trzeba tutaj zastosować podwyższoną temperaturę, oraz ciśnienie, a także katalizator.
- ETAP 7. Wypieranie fenolu z jego soli - Ostatnim etapem jest działanie na otrzymaną sól fenolu mocnym kwasem (mocniejszym od fenolu). Następuje tutaj wyparcie fenolu z jego soli. Zaproponowanym przeze mnie kwasem jest kwas chlorowodorowy, ale równie dobrze mógłby to być kwas węglowy, gdyż fenol jest kwasem słabszym nawet od niego.
2,4,6-trinitrofenol (kwas pikrynowy)
Kwas pikrynowy jest to trinitropochodna fenolu, czyli taka, gdzie trzy atomy wodoru zostały zastąpione grypami nitrowymi -NO₂. Otrzymanie tego związku jest bardzo proste. Wystarczy na otrzymany fenol zadziałać mieszaniną nitrującą, czyli mieszaniną stężonego kwasu azotowego(V), oraz stężonego kwasu siarkowego(VI). Mogłoby się wydawać, że działając na fenol mieszaniną nitrującą otrzymamy dwa izomery, a mianowicie o-nitrofenol, oraz p-nitrofenol. Nic bardziej mylnego. Stałoby się tak, jeżeli byśmy nitrowali fenol rozcieńczonym kwasem azotowym(V) bez użycia kwasu siarkowego(VI). Obecność grupy hydroksylowej w pierścieniu aromatycznym zwiększa podatność pierścienia na reakcję substytucji elektrofilowej, więc nitrując fenol mieszaniną nitrującą grupy nitrowe podstawiają trzy atomy wodoru w pozycjach 2,4,6 względem grupy hydroksylowej. W przypadku otrzymywania kwasu pikrynowego etapy od 1 - 7 z otrzymywania fenolu są identyczne.
Zaprezentowane przeze mnie reakcje są jednym z wielu możliwości syntez obu związków. Fenol można równie dobrze otrzymać w reakcji kumenowej, lub stapiając sole kwasów arylosulfonowych z wodorotlenkiem sodu. Kwas pikrynowy można otrzymać w takiej reakcji jak hydroliza chlorku pikrylu, czy podstawienie "ipso" grup sulfonowych grupami nitrowymi.
W załącznikach znajdują się reakcje.
