Definicija fenola. Nomenklatura i izomerizam

Ova supstanca je otkrivena u 1771 godine. Odmah nakon otkrića korišćena je kao boja. Tekstilni radnici su njome farbali svoje tkanine. IN 1834 Nemački hemičar Friedlieb Runge otkrio bijelu kristalnu supstancu s karakterističnim mirisom u proizvodima destilacije katrana ugljena, ali nije mogao odrediti njen sastav. I samo unutra 1841 godine Auguste Laurent uspostavio svoju formulu.

• Određivanje fenola.

• Klasifikacija i izomerizam fenola.

• Fizička svojstva fenola.

Za potpuniju sliku fizičkih svojstava pogledajte video:

• Struktura molekula fenola.

• Usamljeni elektronski par atoma kiseonika privučen je oblakom od 6 elektrona benzenskog prstena, uzrokujući da O–H veza postane još više polarizovana. Fenol je jača kiselina od vode i alkohola.

• U benzenskom prstenu, simetrija elektronskog oblaka je narušena, elektronska gustina se povećava na pozicijama 2, 4, 6. To čini C - H veze na pozicijama 2, 4, 6 i više reaktivnim? – veze benzenskog prstena.

• Hemijska svojstva fenola.

a) kisela svojstva:
Kiselost fenola je znatno veća od kiselosti zasićenih alkohola; reaguje i sa alkalnim metalima,i sa njihovim hidroksidima (otuda stari naziv "karbolna kiselina"):

C 6 H 5 ONa + CO 2 + H 2 O → C 6 H 5 OH + NaHCO3.

C 6 H 5 OH + CH 3 - CO ― Cl → C 6 H 5 - O - CO - CH 3 + HCl.

• interakcija sa bromnom vodom:

• interakcija sa dušičnom kiselinom:
  Kada se fenol nitrira koncentriranom dušičnom kiselinom, tri atoma vodika zamjenjuju se nitro grupom i nastaje 2,4,6-trinitrofenol (pikrinska kiselina):

• reakcija polikondenzacije

• C 6 H 5 OH + FeCl 3 -> ljubičaste boje
• C 6 H 5 OH + Br 2 -> bijeli talog
• C 6 H 4 (OH) 2 + FeCl 3 -> zelene boje
• C 6 H 3 (OH) 3 + FeCl 3 —> crvena boja

IV. Oksidacija.
Fenoli se lako oksidiraju čak i pod utjecajem atmosferskog kisika. Tako, kada stoji na zraku, fenol postepeno postaje ružičasto-crven. Tokom snažne oksidacije fenola sa smjesom hroma, glavni proizvod oksidacije je kinon. Dvoatomski fenoli se još lakše oksidiraju. Nakon oksidacije hidrokinon se takođe formira kinon:

• Priprema fenola.

C 6 H 5 - SA l + 2 NaOH → C 6 H 5 - ONa + NaCl + H 2 O.

(1)

fenoli - organske supstance čije molekule sadrže fenil radikal vezan za jednu ili više hidrokso grupa. Baš kao i alkoholi, fenoli su klasifikovani atomicnošću, tj. po broju hidroksilnih grupa.

Monohidrični fenoli sadrže jednu hidroksilnu grupu u molekuli:

Polihidrični fenoli sadrže više od jedne hidroksilne grupe u molekulima:

Postoje i polihidrični fenoli koji sadrže tri ili više hidroksilnih grupa u benzenskom prstenu.

Pogledajmo bliže strukturu i svojstva najjednostavnijeg predstavnika ove klase - fenola C 6 H 5 OH. Naziv ove supstance je bio osnova za naziv čitave kase - fenola.

Fizička svojstva fenola

Fenol je čvrsta, bezbojna kristalna supstanca, tačka topljenja = 181°C, sa oštrim karakterističnim mirisom. Fenol je slabo rastvorljiv u vodi na sobnoj temperaturi. Vodena otopina fenola naziva se karbolna kiselina. U kontaktu sa kožom izaziva opekotine, Stoga se s fenolom mora rukovati vrlo pažljivo!

Hemijska svojstva fenola

U većini reakcija, fenoli su aktivniji na O–H vezi, budući da je ova veza polarnija zbog pomaka elektronske gustine od atoma kiseonika prema benzenskom prstenu (učešće usamljenog elektronskog para atoma kiseonika u p -konjugacijski sistem). Kiselost fenola je mnogo veća od kiselosti alkohola. Za fenole, reakcije cijepanja C-O veze nisu tipične, jer je atom kisika čvrsto vezan za atom ugljika benzenskog prstena zbog učešća njegovog usamljenog elektronskog para u sistemu konjugacije. Međusobni utjecaj atoma u molekuli fenola očituje se ne samo u ponašanju hidroksi grupe, već i u većoj reaktivnosti benzenskog prstena. Hidroksilna grupa povećava gustinu elektrona u benzenskom prstenu, posebno na orto i para pozicijama (OH grupe)

Kisela svojstva fenola

Atom vodika hidroksilne grupe je kisele prirode. Jer Budući da su kisela svojstva fenola izraženija od one vode i alkohola, fenol reaguje ne samo sa alkalnim metalima, već i sa alkalijama da formira fenolate:

Kiselost fenola zavisi od prirode supstituenata (donator ili akceptor elektronske gustine), položaja u odnosu na OH grupu i broja supstituenata. Najveći uticaj na OH-kiselost fenola imaju grupe koje se nalaze u orto- i para-položaju. Donori povećavaju snagu O-H veze (na taj način smanjuju pokretljivost vodika i kisela svojstva), akceptori smanjuju snagu O-H veze, dok se kiselost povećava:

Međutim, kisela svojstva fenola su manje izražena od onih neorganskih i karboksilnih kiselina. Na primjer, kisela svojstva fenola su približno 3000 puta manja od onih ugljične kiseline. Stoga se propuštanjem ugljičnog dioksida kroz vodenu otopinu natrijevog fenolata može izolirati slobodni fenol.

Dodavanje hlorovodonične ili sumporne kiseline u vodenu otopinu natrijevog fenolata također dovodi do stvaranja fenola:

Kvalitativna reakcija na fenol

Fenol reaguje sa željeznim hloridom i formira intenzivno ljubičasto kompleksno jedinjenje. Ova reakcija omogućava da se detektuje čak iu vrlo ograničenim količinama. hlorid(3).

Reakcije benzenskog prstena fenola

Prisustvo hidroksilnog supstituenta uvelike olakšava nastanak reakcija elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu.

1. Bromiranje fenola. Za razliku od benzena, bromiranje fenola ne zahtijeva dodavanje katalizatora (gvožđe(3) bromid). Osim toga, interakcija sa fenolom se događa selektivno: atomi broma su usmjereni na orto- I par- pozicije, zamjenjujući atome vodonika koji se tamo nalaze. Selektivnost supstitucije se objašnjava gore navedenim karakteristikama elektronske strukture molekula fenola.

Dakle, kada fenol reaguje sa bromnom vodom, formira se beli talog 2,4,6-tribromofenola:

Ova reakcija, kao i reakcija sa gvožđe(3) hloridom, služi za kvalitativna detekcija fenola.

2.Nitracija fenola također se dešava lakše od nitracije benzena. Reakcija s razrijeđenom dušičnom kiselinom odvija se na sobnoj temperaturi. Kao rezultat, formira se smjesa orto- I paro izomeri nitrofenola:

Kada se koristi koncentrirana dušična kiselina, nastaje 2,4,6, trinitritfenol-pikrinska kiselina, eksploziv:

3. Hidrogenacija aromatičnog prstena fenola u prisustvu katalizatora lako prolazi:

4.Polikondenzacija fenola sa aldehidima, posebno kod formaldehida dolazi do stvaranja produkta reakcije - fenol-formaldehidnih smola i čvrstih polimera.

Interakcija fenola sa formaldehidom može se opisati sljedećom shemom:

Molekula dimera zadržava "pokretne" atome vodika, što znači da je daljnji nastavak reakcije moguć uz dovoljan broj reagensa:

Reakcija polikondenzacija, one. reakcija proizvodnje polimera, koja se javlja oslobađanjem nusproizvoda niske molekularne težine (vode), može se nastaviti dalje (sve dok se jedan od reagensa potpuno ne potroši) sa stvaranjem ogromnih makromolekula. Proces se može opisati zbirnom jednačinom:

Formiranje linearnih molekula događa se na uobičajenim temperaturama. Provođenje iste reakcije kada se zagrije dovodi do činjenice da rezultirajući proizvod ima razgranatu strukturu, čvrst je i netopiv u vodi Kao rezultat zagrijavanja fenol-formaldehidne smole linearne strukture s viškom aldehida, čvrste plastike. dobijaju se mase sa jedinstvenim svojstvima. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za proizvodnju lakova i boja, plastičnih proizvoda koji su otporni na zagrijavanje, hlađenje, vodu, lužine i kiseline. Od polimera na bazi fenol-formaldehidnih smola izrađuju se najkritičniji i najvažniji dijelovi električnih uređaja, kućišta agregata i dijelovi strojeva, te polimerna osnova štampanih ploča za radio uređaje. Ljepila na bazi fenol-formaldehidnih smola mogu pouzdano povezati dijelove širokog spektra prirode, održavajući najveću čvrstoću spoja u vrlo širokom temperaturnom rasponu. Ovo ljepilo se koristi za pričvršćivanje metalne baze rasvjetnih lampi na staklenu sijalicu. Stoga se fenol i proizvodi na bazi njega široko koriste.

Primjena fenola

Fenol je čvrsta supstanca karakterističnog mirisa koja izaziva opekotine ako dođe u dodir s kožom. Otrovno. Otapa se u vodi, njegova otopina se zove karbolna kiselina (antiseptik). Ona je bila prvi antiseptik uveden u hirurgiju. Široko se koristi za proizvodnju plastike, lijekova (salicilna kiselina i njeni derivati), boja, eksploziva.

Formirano na bazi benzena. U normalnim uslovima, to su čvrste otrovne supstance sa specifičnom aromom. U savremenoj industriji ova hemijska jedinjenja igraju važnu ulogu. Po obimu upotrebe, fenol i njegovi derivati ​​spadaju među dvadeset najpopularnijih hemijskih jedinjenja u svetu. Široko se koriste u hemijskoj i lakoj industriji, farmaciji i energetici. Stoga je proizvodnja fenola u industrijskim razmjerima jedan od glavnih zadataka kemijske industrije.

Oznake fenola

Originalni naziv fenola je karbolna kiselina. Kasnije je ovo jedinjenje dobilo naziv "fenol". Formula ove supstance prikazana je na slici:

Atomi fenola su numerisani od atoma ugljika koji je povezan sa OH hidrokso grupom. Niz se nastavlja takvim redoslijedom da ostali supstituirani atomi dobiju najmanje brojeve. Derivati ​​fenola postoje u obliku tri elementa, čije karakteristike se objašnjavaju razlikama u njihovim strukturnim izomerima. Različiti orto-, meta-, para-krezoli su samo modifikacije osnovne strukture jedinjenja benzenskog prstena i hidroksilne grupe čija je osnovna kombinacija fenol. Formula ove supstance u hemijskom zapisu izgleda kao C 6 H 5 OH.

Fizička svojstva fenola

Vizualno, fenol izgleda kao čvrsti, bezbojni kristali. Na otvorenom oksidiraju, dajući tvari karakterističnu ružičastu nijansu. U normalnim uvjetima, fenol je prilično slabo topiv u vodi, ali s povećanjem temperature na 70 o ova brojka se naglo povećava. U alkalnim otopinama ova tvar je rastvorljiva u bilo kojoj količini i na bilo kojoj temperaturi.

Ova svojstva su sačuvana iu drugim jedinjenjima, čiji su glavni sastojci fenoli.

Hemijska svojstva

Jedinstvena svojstva fenola se objašnjavaju njegovom unutrašnjom strukturom. U molekulu ove hemijske supstance, p-orbitala kiseonika formira jedan p-sistem sa benzenskim prstenom. Ova čvrsta interakcija povećava gustinu elektrona aromatičnog prstena i smanjuje ovaj indikator za atom kiseonika. U ovom slučaju, polaritet veza hidrokso grupe značajno se povećava, a vodik uključen u njegov sastav lako se zamjenjuje bilo kojim alkalnim metalom. Tako nastaju različiti fenolati. Ova jedinjenja se ne razlažu sa vodom kao alkoholati, ali su njihovi rastvori veoma slični solima jakih baza i slabih kiselina, pa imaju prilično izraženu alkalnu reakciju. Fenolati reagiraju s raznim kiselinama kao rezultat reakcije, fenoli se reduciraju. Hemijska svojstva ovog jedinjenja omogućavaju mu da reaguje sa kiselinama, formirajući estre. Na primjer, reakcija fenola i octene kiseline dovodi do stvaranja fenil estera (feniacetata).

Nadaleko je poznata reakcija nitriranja u kojoj, pod utjecajem 20% dušične kiseline, fenol stvara smjesu para- i ortonitrofenola. Kada se fenol tretira koncentriranom dušičnom kiselinom, proizvodi 2,4,6-trinitrofenol, koji se ponekad naziva pikrinska kiselina.

Fenol u prirodi

Kao samostalna tvar, fenol se u prirodi nalazi u katranu ugljena i određenim vrstama ulja. Ali za industrijske potrebe ova količina ne igra nikakvu ulogu. Stoga je umjetno dobivanje fenola postalo prioritet mnogih generacija naučnika. Na sreću, ovaj problem je rešen i na kraju je dobijen veštački fenol.

Svojstva, primanje

Upotreba različitih halogena omogućava dobijanje fenolata iz kojih se daljom preradom formira benzen. Na primjer, zagrijavanjem natrijevog hidroksida i klorobenzena nastaje natrijum fenolat, koji se, kada je izložen kiselini, razlaže na sol, vodu i fenol. Formula za takvu reakciju je data ovdje:

C 6 H 5 -CI + 2NaOH -> C 6 H 5 -ONa + NaCl + H 2 O

Aromatične sulfonske kiseline su također izvor za proizvodnju benzena. Hemijska reakcija se odvija istovremenim topljenjem alkalije i sulfonske kiseline. Kao što se može vidjeti iz reakcije, prvo nastaju fenoksidi. Kada se tretiraju jakim kiselinama, reduciraju se u polihidrične fenole.

Fenol u industriji

U teoriji, najjednostavniji i najperspektivniji način dobivanja fenola izgleda ovako: uz pomoć katalizatora, benzen se oksidira kisikom. Ali do sada, katalizator za ovu reakciju nije odabran. Stoga se u industriji trenutno koriste druge metode.

Kontinuirana industrijska metoda za proizvodnju fenola sastoji se od interakcije hlorobenzena i 7% rastvora natrijum hidroksida. Dobivena smjesa se propušta kroz kilometar i po sistem cijevi zagrijanih na temperaturu od 300 C. Pod uticajem temperature i održavanog visokog pritiska, početne supstance reaguju, što rezultira 2,4-dinitrofenolom i drugim produktima.

Nedavno je razvijena industrijska metoda za proizvodnju supstanci koje sadrže fenol metodom kumena. Ovaj proces se sastoji od dvije faze. Prvo, izopropilbenzol (kumen) se dobija iz benzena. Da bi se to postiglo, benzen se alkaluje propilenom. Reakcija izgleda ovako:

Nakon toga, kumen se oksidira kisikom. Izlaz druge reakcije je fenol i još jedan važan proizvod, aceton.

Fenol se može proizvesti u industrijskim razmjerima iz toluena. Da bi se to postiglo, toluen se oksidira na kisiku sadržanom u zraku. Reakcija se odvija u prisustvu katalizatora.

Primjeri fenola

Najbliži homolozi fenola nazivaju se krezoli.

Postoje tri vrste krezola. Meta-krezol u normalnim uslovima je tečnost, para-krezol i orto-krezol su čvrste materije. Svi krezoli su slabo rastvorljivi u vodi, a njihova hemijska svojstva su skoro slična fenolu. U svom prirodnom obliku, krezoli se nalaze u katranu uglja, koriste se u proizvodnji boja i nekih vrsta plastike.

Primjeri dvoatomskih fenola uključuju para-, orto- i meta-hidrobenzene. Svi su čvrsti, lako rastvorljivi u vodi.

Jedini predstavnik trihidričnog fenola je pirogalol (1,2,3-trihidroksibenzen). Njegova formula je predstavljena u nastavku.

Pirogalol je prilično jak redukcijski agens. Lako oksidira, pa se koristi za proizvodnju plinova bez kisika. Ova supstanca je dobro poznata fotografima, koristi se kao razvijač.

Može se očekivati ​​da će se, ovisno o tome, svojstva tvari značajno razlikovati jedna od druge zbog međusobnog utjecaja grupa atoma (sjetite se jedne od odredbi Butlerovljeve teorije). Zaista, organska jedinjenja koja sadrže aromatični radikal fenil C 6 H 5 -, direktno vezan za hidroksilnu grupu, pokazuju posebna svojstva koja se razlikuju od svojstava alkohola. Takva jedinjenja nazivaju se fenoli.

- organske supstance čije molekule sadrže fenilni radikal povezan sa jednom ili više hidroksi grupa.

Kao i alkoholi, fenoli se klasifikuju po atomizmu, odnosno po broju hidroksilnih grupa.

Monohidrični fenoli sadrže jednu hidroksilnu grupu u molekuli:

Postoje i druge poliatomske fenola koji sadrže tri ili više hidroksilnih grupa u benzenskom prstenu.

Pogledajmo bliže strukturu i svojstva najjednostavnijeg predstavnika ove klase - fenola C6H50H. Ime ove supstance činilo je osnovu za naziv cijele klase - fenola.

Fizička svojstva
Čvrsta bezbojna kristalna supstanca, tºmel = 43 °C, tº ključanja = °C, sa oštrim karakterističnim mirisom. Otrovno. Fenol je slabo rastvorljiv u vodi na sobnoj temperaturi. Vodena otopina fenola naziva se karbolna kiselina. Izaziva opekotine ako dođe u dodir s kožom, pa se s fenolom mora pažljivo rukovati.

Struktura molekula fenola

U molekuli fenola, hidroksil je direktno vezan za atom ugljika aromatičnog prstena benzena.

Prisjetimo se strukture grupa atoma koje formiraju molekulu fenola.

Aromatični prsten se sastoji od šest atoma ugljika koji formiraju pravilan šesterokut zbog sp 2 hibridizacije elektronskih orbitala šest atoma ugljika. Ovi atomi su povezani Þ vezama. P-elektroni svakog atoma ugljika koji ne učestvuju u formiranju s-veza, preklapajući se na suprotnim stranama ravnine Þ-veze, čine dva dijela jednog šestoelektronskog n-oblak koji pokriva cijeli benzenski prsten (aromatično jezgro). U molekuli benzena C6H6, aromatični prsten je apsolutno simetričan, sa jednim elektronskim n-oblak ravnomjerno prekriva prsten ugljikovih atoma ispod i iznad ravni molekula (slika 24).

Kovalentna veza između atoma kisika i vodika hidroksilnog radikala je visoko polarna, opći elektronski oblak O-H veze je pomjeren prema atomu kisika, na kojem nastaje djelomični negativni naboj, a na atomu vodika - djelomični pozitivan naboj . Osim toga, atom kisika u hidroksilnoj grupi ima dva usamljena elektronska para koja pripadaju samo njemu.

U molekulu fenola, hidroksilni radikal je u interakciji sa aromatičnim prstenom, dok usamljeni elektronski parovi atoma kiseonika interaguju sa jednim TC oblakom benzenskog prstena, formirajući jedan elektronski sistem. Ova interakcija usamljenih elektronskih parova i oblaka π veza naziva se konjugacija. Kao rezultat konjugacije usamljenog elektronskog para atoma kiseonika hidroksi grupe sa elektronskim sistemom benzenskog prstena, elektronska gustina na atomu kiseonika opada. Ovo smanjenje je kompenzirano većom polarizacijom O-H veze, što zauzvrat dovodi do povećanja pozitivnog naboja na atomu vodika. Shodno tome, vodonik hidroksilne grupe u molekulu fenola ima „kiseli“ karakter.

Logično je pretpostaviti da konjugacija elektrona benzenskog prstena i hidroksilne grupe utiče ne samo na njegova svojstva, već i na reaktivnost benzenskog prstena.

U stvari, kao što se sjećate, konjugacija usamljenih parova atoma kisika s l-oblakom benzenskog prstena dovodi do preraspodjele elektronske gustoće u njemu. Smanjuje se kod atoma ugljika koji je vezan za OH grupu (zbog utjecaja elektronskih parova atoma kisika) i povećava se na susjednim atomima ugljika (tj. pozicije 2 i 6, ili orto pozicije). Očigledno je da povećanje elektronske gustoće ovih atoma ugljika benzenskog prstena dovodi do lokalizacije (koncentracije) negativnog naboja na njima. Pod utjecajem ovog naboja dolazi do daljnje preraspodjele elektronske gustine u aromatičnom jezgru – njegovog pomjeranja sa 3. i 5. atoma (meta pozicija) na 4. (orto položaj). Ovi procesi se mogu izraziti dijagramom:

Dakle, prisustvo hidroksilnog radikala u molekuli fenola dovodi do promjene l-oblaka benzenskog prstena, povećanja gustine elektrona na 2, 4 i 6. atomu ugljika (orto-, dara-položaj) i smanjenje elektronske gustine na 3. i 5. atomu ugljika (meta pozicije).

Lokalizacija elektronske gustine u orto i para položajima čini da će biti najvjerovatnije napadnuti od strane elektrofilnih vrsta kada su u interakciji s drugim supstancama.

Posljedično, utjecaj radikala koji čine molekul fenola je obostran i određuje njegova karakteristična svojstva.

Hemijska svojstva fenola

Svojstva kiselina

Kao što je već spomenuto, atom vodika hidroksilne grupe fenola je kisele prirode. Kisela svojstva fenola su izraženija od one vode i alkohola. Za razliku od alkohola i vode, fenol reaguje ne samo sa alkalnim metalima, već i sa alkalijama i formira fenolate.

Međutim, kisela svojstva fenola su manje izražena od onih neorganskih i karboksilnih kiselina. Na primjer, kisela svojstva fenola su otprilike 3000 puta manja od onih ugljične kiseline. Dakle, propuštanjem ugljičnog dioksida kroz vodenu otopinu natrijevog fenolata može se izolirati slobodni fenol:

Dodavanje hlorovodonične ili sumporne kiseline u vodenu otopinu natrijevog fenolata također dovodi do stvaranja fenola.

Kvalitativna reakcija na fenol

Fenol reaguje sa gvožđe(III) hloridom i formira kompleksno jedinjenje intenzivno ljubičaste boje.

Ova reakcija omogućava da se detektuje čak iu vrlo malim količinama. Drugi fenoli koji sadrže jednu ili više hidroksilnih grupa na benzenskom prstenu također daju svijetlu plavo-ljubičastu boju kada reagiraju sa željeznim(III) hloridom.

Reakcije benzenskog prstena

Prisustvo hidroksilnog supstituenta uvelike olakšava nastanak reakcija elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu.

1. Bromiranje fenola. Za razliku od benzena, bromiranje fenola ne zahtijeva dodavanje katalizatora (gvožđe(III) bromid).

Osim toga, interakcija s fenolom se odvija selektivno: atomi broma se usmjeravaju na orto i para položaje, zamjenjujući atome vodika koji se tamo nalaze. Selektivnost supstitucije se objašnjava karakteristikama elektronske strukture molekula fenola o kojima je bilo reči gore. Dakle, kada fenol reaguje sa bromnom vodom, formira se bijeli talog 2,4,6-tribromofenola.

Ova reakcija, kao i reakcija sa gvožđe(III) hloridom, služi za kvalitativnu detekciju fenola.

2. Nitracija fenola se takođe dešava lakše nego nitracija benzena. Reakcija s razrijeđenom dušičnom kiselinom odvija se na sobnoj temperaturi. Kao rezultat, nastaje mješavina orto- i para-izomera nitrofenola:

3. Hidrogenacija aromatičnog prstena fenola u prisustvu katalizatora se odvija lako.

4. Polikondenzacija fenola sa aldehidima, posebno sa formaldehidom, nastaje sa stvaranjem produkta reakcije - fenol-formaldehidnih smola i čvrstih polimera.

Interakcija fenola sa formaldehidom može se opisati sljedećom shemom:

Vjerovatno ste primijetili da se u molekuli dimera zadržavaju “pokretni” atomi vodika, što znači da se reakcija može nastaviti dalje ako postoji dovoljna količina reagensa.

Reakcija polikondenzacije, odnosno reakcija proizvodnje polimera koja nastaje oslobađanjem nusproizvoda niske molekularne težine (vode), može se nastaviti dalje (sve dok se jedan od reagensa potpuno ne potroši) s formiranjem ogromnih makromolekula. . Proces se može opisati opštom jednadžbom:

Formiranje linearnih molekula događa se na uobičajenim temperaturama. Provođenje ove reakcije pri zagrijavanju dovodi do činjenice da rezultirajući proizvod ima razgranatu strukturu, čvrst je i netopiv u vodi. Kao rezultat zagrijavanja linearne fenol-formaldehidne smole s viškom aldehida, dobivaju se tvrde plastične mase jedinstvenih svojstava. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za proizvodnju lakova i boja, plastičnih proizvoda koji su otporni na zagrijavanje, hlađenje, vodu, lužine i kiseline, imaju visoka dielektrična svojstva. Od polimera na bazi fenol-formaldehidnih smola izrađuju se najkritičniji i najvažniji dijelovi električnih uređaja, kućišta agregata i dijelovi strojeva, te polimerna osnova štampanih ploča za radio uređaje.

Ljepila na bazi fenol-formaldehidnih smola mogu pouzdano povezati dijelove širokog spektra prirode, održavajući najveću čvrstoću spoja u vrlo širokom temperaturnom rasponu. Ovo ljepilo se koristi za pričvršćivanje metalne baze rasvjetnih lampi na staklenu sijalicu. Sada razumijete zašto se fenol i proizvodi na bazi njega široko koriste (Shema 8).

1. Imenuj supstance prema njihovim strukturnim formulama:

2. Objasni zašto su kisela svojstva fenola izraženija od kiselih svojstava vode i alkohola.

3. Kada se ugljični dioksid propušta kroz vodeni rastvor natrijum fenolata, reakciona smeša postaje mutna i dobija karakterističan miris. Objasnite promjene i dajte jednadžbe reakcija u molekularnom, punom i reduciranom ionskom obliku.

4. Napravite jednadžbe reakcije koje odgovaraju nekoliko faza formiranja fenol-formaldehidnog polimera iz trimera.

5*. Mješavina nezasićenog alkohola i homologa fenola težine 1,37 g reagira sa 160 g 2% bromne vode. Ista smeša, kada reaguje sa viškom natrijuma, oslobađa 168 ml gasa (n.o.). Odredite molekulske formule tvari i njihove masene udjele u smjesi.

Monohidrični fenoli su bistre tečnosti ili kristalne supstance, često obojene u ružičasto-crvenu boju zbog svoje oksidacije. To su otrovi i izazivaju opekotine ako dođu u dodir s kožom. Ubijaju mnoge mikroorganizme, odnosno imaju dezinfekciona i antiseptička svojstva. Rastvorljivost fenola u vodi je niska, njihove tačke ključanja su relativno visoke zbog postojanja međumolekularnih vodoničnih veza.

Fizička svojstva

Fenoli su slabo rastvorljivi u vodi, ali se dobro rastvaraju u alkoholu, eteru, benzenu, sa vodom formiraju kristalne hidrate i destiluju se vodenom parom. Na zraku, sam fenol lako oksidira i potamni. Uvođenje supstituenata kao što su halogeni, nitro grupe itd. u para položaj molekule fenola značajno povećava tačku ključanja i tališta jedinjenja:

Slika 1.

Fenoli su polarne supstance sa dipolnim momentom $\mu$ = 1,5-1,6 $D$. Vrijednost $EI$ od 8,5-8,6 eV ukazuje na veća svojstva donora fenola u poređenju sa arenima kao što su benzen (9,25 eV), toluen (8,82 eV) i etilbenzen (8,76 eV). Ovo je zbog interakcije hidroksilne grupe sa $\pi$ vezama benzenskog prstena zbog pozitivnog $M$ efekta $OH$ grupe preovlađuje njen negativni $I$ efekat.

Spektralne karakteristike fenola

Maksimum apsorpcije u UV dijelu spektra za fenol je pomaknut prema dužim valnim dužinama za približno 15 nm u odnosu na benzen (batohromski pomak) zbog učešća $\pi$-elektrona kisika u konjugaciji s benzenskim prstenom i pojavljuje se na 275 nm sa finom strukturom.

IR spektre fenola, kao i alkohola, karakteriziraju intenzivni $v_(OH)$ trake u području od 3200-3600 cm$^(-1)$ i 3600-3615 cm$^(-1)$ za visoko razrijeđene otopine , ali za $v_(c\_D)$ fenole postoji opseg oko 1230 cm$^(-1)$, za razliku od 1220-1125 cm$^(-1)$ za alkohole.

U NMR spektrima, signal protona $OH$ grupe fenola pojavljuje se u širokom rasponu (4,0-12,0 ppm) u poređenju sa alkoholima, u zavisnosti od prirode i koncentracije rastvarača, temperature i prisustva inter - ili intramolekularne vodikove veze. Često se signal protona grupe $OH$ bilježi na 8,5-9,5 ppm. u dimetil sulfoksidu ili na 4,0-7,5 ppm, u $CCl_4$.

U spektru mase fenola, glavni pravac fragmentacije je eliminacija $HCO$ i $CO$ čestica:

Slika 2.

Ako su alkil radikali prisutni u molekulu fenola, primarni proces će biti cijepanje benzila.

Hemijska svojstva fenola

Za razliku od alkohola, koje karakteriziraju reakcije koje uključuju cijepanje i $O-H$ veze (kiselinsko-bazna svojstva, stvaranje estera, oksidacija, itd.) i $C-O$ veze (reakcije nukleofilne supstitucije, dehidracije, preuređivanja ), fenole više karakteriziraju reakcije prvog tipa. Osim toga, karakteriziraju ih reakcije elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu aktivirane hidroksilnom grupom koja donira elektrone.

Hemijska svojstva fenola određena su međusobnim utjecajem hidroksilne grupe i benzenskog prstena.

Hidroksilna grupa ima efekat $-I-$ i + $M$. Potonji značajno nadmašuje $-I$ efekat, koji određuje $n-\pi$-konjugaciju slobodnih elektrona kiseonika sa $\pi$-orbitalom jezgra benzena. Zbog $n-\pi$-konjugacije, dužina $C - O$ veze, veličina dipolnog momenta i položaj apsorpcionih traka veza u IR spektru se smanjuju u odnosu na etil alkohol:

Neke karakteristike fenola i etanola:

Slika 3.

$n-\pi$-Konjugacija dovodi do smanjenja elektronske gustine na atomu kiseonika, pa se polaritet $O - H$ veze u fenolima povećava. U tom smislu, kisela svojstva fenola su izraženija od alkohola. Veća kiselost fenola u odnosu na alkohole objašnjava se i mogućnošću delokalizacije naboja u fenolat anion, što podrazumijeva stabilizaciju sistema:

Slika 4.

Razlika u kiselosti između fenola i alkohola je naznačena konstantom disocijacije. Za poređenje: Kd = $1,3 \cdot 10^(-10)$ za fenol i Kd = $10^(-18)$ za etil alkohol.

Stoga, fenoli, za razliku od alkohola, formiraju fenolate ne samo s alkalnim metalima, već i interakcijom s alkalijama:

Slika 5.

Reakcija fenola sa alkalnim metalima je prilično burna i može biti praćena eksplozijom.

Ali fenol je slaba kiselina, slabija čak i od ugljene kiseline ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Stoga, ugljena kiselina istiskuje fenol iz otopine fenolata. Ove reakcije se koriste za odvajanje fenola, alkohola ili karboksilnih kiselina. Grupe koje povlače elektrone u molekulu fenola značajno pojačavaju, a donorske grupe slabe kisela svojstva fenolnog hidroksila.

Osim toga, fenol karakterizira niz reakcija različitih smjerova:

1. formiranje etera i estera;
2. reakcije alkilacije i acilacije;
3. oksidacijske reakcije

4. reakcije elektrofilne supstitucije u aromatičnom prstenu, uključujući reakcije:

   • halogeniranje,
   • sulfoniranje,
   • nitrozacija,
   • formilacija,
   • kondenzacija sa aldehidima i ketonima,
   • karboksilacija.