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Organic Chemistry कार्बनिक रसायन (Organic Chemistry)

Preparation of Phenol फीनॉल का विरचन (Preparation of Phenol)

Phenol is synthesized industrially and in the laboratory via methods including the alkaline fusion of sodium benzenesulfonate, hydrolysis of diazonium salts, and the cumene oxidation process. These pathways convert aromatic hydrocarbon derivatives into hydroxybenzenes through nucleophilic substitution and rearrangement mechanisms. फीनॉल का संश्लेषण औद्योगिक और प्रयोगशाला स्तर पर सोडियम बेंजीन सल्फोनेट के क्षारीय संगलन (alkaline fusion), डायजोनियम लवणों के जल-अपघटन और क्यूमीन ऑक्सीकरण प्रक्रम द्वारा किया जाता है। ये मार्ग नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) और पुनर्विन्यास क्रियाविधि द्वारा एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन व्युत्पन्नों को हाइड्रॉक्सीबेंजीन में परिवर्तित करते हैं।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Industrial Syntheses of Phenol फीनॉल का औद्योगिक संश्लेषण

  • The Cumene process generates both phenol and acetone simultaneously via a hydroperoxide intermediate under catalytic air oxidation.
  • The Dow process utilizes chlorobenzene reacting with aqueous sodium hydroxide under extreme conditions of 623 K and 300 atm via a benzyne intermediate.
  • Alkali fusion of sodium benzenesulfonate involves high-temperature reaction with molten sodium hydroxide to yield sodium phenoxide.
  • क्यूमीन प्रक्रम (Cumene process) में उत्प्रेरकीय वायु ऑक्सीकरण के माध्यम से हाइड्रोपरॉक्साइड मध्यवर्ती द्वारा फीनॉल और एसीटोन का एक साथ उत्पादन होता है।
  • डाउ प्रक्रम (Dow process) में क्लोरोबेंजीन की अभिक्रिया 623 K और 300 atm की चरम स्थितियों में जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ बेंजीन (benzyne) मध्यवर्ती के माध्यम से कराई जाती है।
  • सोडियम बेंजीन सल्फोनेट का क्षारीय संगलन, सोडियम फेनॉक्साइड प्राप्त करने के लिए पिघले हुए सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ उच्च तापमान पर अभिक्रिया कराता है।

Laboratory Preparations from Amines and Acids एमीन्स और अम्लों से प्रयोगशाला विरचन

  • Primary aromatic amines react with nitrous acid (HNO2 at 273-278 K) to form stable benzenediazonium chloride.
  • Hydrolysis of benzenediazonium chloride by warm water yields phenol along with the evolution of nitrogen gas.
  • Decarboxylation of salicylic acid with sodalime (NaOH + CaO) produces phenol through thermal elimination of carbon dioxide.
  • प्राथमिक एरोमैटिक एमीन्स नाइट्रस अम्ल (HNO2, 273-278 K पर) के साथ अभिक्रिया करके स्थायी बेंजीन डायजोनियम क्लोराइड बनाते हैं।
  • बेंजीन डायजोनियम क्लोराइड का गर्म जल द्वारा जल-अपघटन करने पर फीनॉल प्राप्त होता है और नाइट्रोजन गैस मुक्त होती है।
  • सोडालाइम (NaOH + CaO) के साथ सैलिसिलिक अम्ल का विकार्बोक्सिलीकरण (decarboxylation) ऊष्मीय रूप से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाकर फीनॉल उत्पन्न करता है।

Mechanistic Features and Intermediates क्रियाविधि संबंधी विशेषताएँ और मध्यवर्ती

  • The Dow process proceeds via an elimination-addition mechanism involving a highly reactive benzyne (cyclohexa-1,5-diene) intermediate.
  • Cumene oxidation proceeds via free-radical propagation where oxygen inserts into the tertiary benzylic C-H bond.
  • Acidification of sodium phenoxide using mineral acids like HCl or H2SO4 liberates free phenol.
  • डाउ प्रक्रम एक विलोपन-योग (elimination-addition) क्रियाविधि द्वारा आगे बढ़ता है जिसमें अत्यधिक सक्रिय बेंजीन (cyclohexa-1,5-diene) मध्यवर्ती शामिल होता है।
  • क्यूमीन ऑक्सीकरण मुक्त-मूलक संचरण (free-radical propagation) द्वारा होता है जहाँ ऑक्सीजन तृतीयक बेंजिलिक C-H बंध में प्रवेश करती है।
  • HCl या H2SO4 जैसे खनिज अम्लों का उपयोग करके सोडियम फेनॉक्साइड के अम्लीकरण से मुक्त फीनॉल प्राप्त होता है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Dow Process डाउ प्रक्रम (Dow Process)
C6H5Cl + NaOH → C6H5ONa + NaCl (followed by H+ → C6H5OH)
Conditions: High temperature (623 K) and high pressure (300 atm)
शर्तें: उच्च तापमान (623 K) और उच्च दाब (300 atm)
इकाइयाँ: तापमान केल्विन (K) में और दाब वायुमंडल (atm) में
Diazonium Salt Hydrolysis डायजोनियम लवण जल-अपघटन (Diazonium Salt Hydrolysis)
C6H5N2+Cl- + H2O → C6H5OH + N2 + HCl
Conditions: Warm aqueous acid solution (Δ)
शर्तें: गर्म जलीय अम्लीय विलयन (Δ)
इकाइयाँ: लागू नहीं
Alkali Fusion of Sodium Benzenesulfonate सोडियम बेंजीन सल्फोनेट का क्षारीय संगलन (Alkali Fusion)
C6H5SO3Na + 2NaOH → C6H5ONa + Na2SO3 + H2O
Conditions: Molten NaOH at 573-623 K followed by acidification
शर्तें: 573-623 K पर पिघला हुआ NaOH, तत्पश्चात अम्लीकरण
इकाइयाँ: तापमान केल्विन (K) में
Cumene Process क्यूमीन प्रक्रम (Cumene Process)
C6H5CH(CH3)2 + O2 → C6H5C(CH3)2OOH → C6H5OH + CH3COCH3
Conditions: Air oxidation followed by dilute acid hydrolysis (H2SO4)
शर्तें: वायु ऑक्सीकरण तत्पश्चात तनु अम्ल जल-अपघटन (H2SO4)
इकाइयाँ: लागू नहीं
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Aliphatic halides undergo nucleophilic substitution readily under mild aqueous alkali conditions.एलिफैटिक हैलाइड्स मृदु जलीय क्षारीय स्थितियों में आसानी से नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया देते हैं।

Observation: Chlorobenzene is extremely unreactive toward nucleophilic substitution under normal conditions. — Partial double bond character of the C-Cl bond due to resonance and sp2 hybridization of the carbon atom. प्रेक्षण: क्लोरोबेंजीन सामान्य स्थितियों में नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति अत्यधिक अक्रिय होता है। इसका कारण अनुनाद (resonance) के कारण C-Cl बंध का आंशिक द्वि-बंध लक्षण और कार्बन परमाणु का sp2 संकरण है।

Exceptionअपवाद Diazonium salts decompose explosively when heated dry.डायजोनियम लवण शुष्क अवस्था में गर्म करने पर विस्फोटक रूप से विघटित हो जाते हैं।

Observation: Diazonium salt hydrolysis to phenol is conducted safely in an aqueous acidic medium. — Dilute aqueous solution prevents local overheating and uncontrolled explosive decomposition of the dry salt. प्रेक्षण: फीनॉल के लिए डायजोनियम लवण का जल-अपघटन जलीय अम्लीय माध्यम में सुरक्षित रूप से किया जाता है। तनु जलीय विलयन स्थानीय अति-तापन और शुष्क लवण के अनियंत्रित विस्फोटक विघटन को रोकता है।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Cumene Product Mnemonicक्यूमीन उत्पाद याद रखने की युक्ति
Cumene = Phenol + Acetone

Application: Whenever a question asks for co-products of the industrial cumene process, immediately select acetone. अनुप्रयोग: जब भी औद्योगिक क्यूमीन प्रक्रम के सह-उत्पादों के बारे में पूछा जाए, तो तुरंत एसीटोन चुनें।

Dow Process Conditionsडाउ प्रक्रम की स्थितियाँ
6-3-3 Rule: 623 K and 300 atm

Application: Recall the harsh conditions required to force chlorobenzene to undergo nucleophilic substitution with NaOH. अनुप्रयोग: क्लोरोबेंजीन को NaOH के साथ नाभिकरागी प्रतिस्थापन के लिए मजबूर करने हेतु आवश्यक कठोर स्थितियों को याद रखें।

Diazonium Temperature Windowडायजोनियम तापमान सीमा
0-5 °C (273-278 K)

Application: Crucial temperature range for diazotization; exceeding 5 °C hydrolyzes the diazonium salt prematurely into phenol. अनुप्रयोग: डायजोटीकरण के लिए महत्वपूर्ण तापमान सीमा; 5 °C से अधिक होने पर डायजोनियम लवण समय से पहले फीनॉल में जल-अपघटित हो जाता है।

⚖️ Industrial Preparation Methods of Phenol ⚖️ फीनॉल की औद्योगिक विरचन विधियाँ
MethodविधिStarting Materialप्रारंभिक पदार्थReagents & Conditionsअभिकर्मक और स्थितियाँ
Cumene Processक्यूमीन प्रक्रमIsopropylbenzeneआइसोप्रोपिलबेंजीनO2, followed by H+/H2OO2, तत्पश्चात H+/H2O
Dow Processडाउ प्रक्रमChlorobenzeneक्लोरोबेंजीनNaOH, 623 K, 300 atmNaOH, 623 K, 300 atm
Alkali Fusionक्षारीय संगलनSodium Benzenesulfonateसोडियम बेंजीन सल्फोनेटMolten NaOH, 573-623 Kपिघला हुआ NaOH, 573-623 K
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • Cumene is isopropylbenzene, which upon air oxidation gives cumene hydroperoxide.
  • Acetone is obtained as a valuable by-product in the manufacture of phenol via cumene.
  • Chlorobenzene requires 623 K and 300 atm pressure to react with aqueous NaOH in the Dow process.
  • Benzenediazonium chloride is prepared by treating aniline with NaNO2 and HCl at 273-278 K.
  • Decarboxylation of sodium salicylate with sodalime yields phenol.
  • Hydrolysis of benzene sulfonic acid with superheated steam also produces phenol.
  • क्यूमीन आइसोप्रोपिलबेंजीन है, जो वायु ऑक्सीकरण पर क्यूमीन हाइड्रोपरॉक्साइड देता है।
  • क्यूमीन के माध्यम से फीनॉल के निर्माण में एसीटोन एक मूल्यवान उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है।
  • डाउ प्रक्रम में क्लोरोबेंजीन को जलीय NaOH के साथ अभिक्रिया करने के लिए 623 K और 300 atm दाब की आवश्यकता होती है।
  • बेंजीन डायजोनियम क्लोराइड को 273-278 K पर एनिलीन को NaNO2 और HCl के साथ उपचारित करके तैयार किया जाता है।
  • सोडियम सैलिसिलेट का सोडालाइम के साथ विकार्बोक्सिलीकरण फीनॉल देता है।
  • बेंजीन सल्फोनिक अम्ल का अति-तप्त भाप (superheated steam) के साथ जल-अपघटन भी फीनॉल उत्पन्न करता है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Forgetting that the Dow process requires both high temperature and high pressure.
  • Confusing the role of acetone as a reactant instead of a co-product in the cumene process.
  • Failing to acidify sodium phenoxide at the final step to isolate free phenol.
  • Exceeding 5 °C during diazotization, which destroys the diazonium salt.
  • यह भूल जाना कि डाउ प्रक्रम के लिए उच्च तापमान और उच्च दाब दोनों की आवश्यकता होती है।
  • क्यूमीन प्रक्रम में एसीटोन को अभिकारक के बजाय सह-उत्पाद के रूप में भ्रमित करना।
  • मुक्त फीनॉल को अलग करने के लिए अंतिम चरण में सोडियम फेनॉक्साइड का अम्लीकरण न करना।
  • डायजोटीकरण के दौरान 5 °C से अधिक तापमान करना, जो डायजोनियम लवण को नष्ट कर देता है।