Definizione di fenolo. Nomenclatura e isomeria

Questa sostanza è stata scoperta in 1771 anno. Subito dopo la sua scoperta venne utilizzato come colorante. Con esso gli operai tessili tingevano i loro tessuti. IN 1834 Chimico tedesco Friedlieb Runge scoprì una sostanza cristallina bianca con un odore caratteristico nei prodotti di distillazione del catrame di carbone, ma non fu in grado di determinarne la composizione. E solo dentro 1841 anno Auguste Laurent stabilito la sua formula.

• Determinazione dei fenoli.

• Classificazione e isomeria dei fenoli.

• Proprietà fisiche del fenolo.

Per un quadro più completo delle proprietà fisiche, guarda il video:

• La struttura della molecola di fenolo.

• La coppia elettronica solitaria dell'atomo di ossigeno è attratta dalla nuvola di 6 elettroni dell'anello benzenico, facendo sì che il legame OH-H diventi ancora più polarizzato. Il fenolo è un acido più forte dell'acqua e degli alcoli.

• Nell'anello benzenico, la simmetria della nuvola elettronica viene interrotta, la densità elettronica aumenta nelle posizioni 2, 4, 6. Ciò rende i legami C - H nelle posizioni 2, 4, 6 e più reattivi? – legami dell'anello benzenico.

• Proprietà chimiche del fenolo.

a) proprietà acide:
L'acidità del fenolo è significativamente superiore a quella degli alcoli saturi; reagisce sia con i metalli alcalini,e con i loro idrossidi (da cui l’antico nome “acido carbolico”):

C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH+ NaHCO3.

C6H5OH + CH3 - CO ― Cl → C6H5 - O - CO - CH 3 + HCl.

• interazione con acqua bromo:

• interazione con acido nitrico:
  Quando il fenolo viene nitrato con acido nitrico concentrato, tre atomi di idrogeno vengono sostituiti da un gruppo nitro e si forma il 2,4,6-trinitrofenolo (acido picrico):

• reazione di policondensazione

• C 6 H 5 OH + FeCl 3 -> colore viola
• C 6 H 5 OH + Br 2 -> precipitato bianco
• C 6 H 4 (OH) 2 + FeCl 3 -> colore verde
• C6H3(OH)3 + FeCl3 —> colorazione rossa

IV. Ossidazione.
I fenoli si ossidano facilmente anche sotto l'influenza dell'ossigeno atmosferico. Pertanto, stando in aria, il fenolo diventa gradualmente rosso-rosato. Durante la vigorosa ossidazione del fenolo con una miscela di cromo, il principale prodotto dell'ossidazione è il chinone. I fenoli biatomici si ossidano ancora più facilmente. Dopo l'ossidazione idrochinone si forma anche chinone:

• Preparazione del fenolo.

C6H5 - CON l + 2 NaOH → C6H5 - ONa + NaCl + H2O.

(1)

Fenoli - sostanze organiche le cui molecole contengono un radicale fenilico legato a uno o più gruppi idrossilici. Proprio come gli alcolici, i fenoli sono classificati per atomicità, cioè dal numero di gruppi idrossilici.

Fenoli monoidrici contengono un gruppo ossidrile nella molecola:

Fenoli polivalenti contengono più di un gruppo ossidrile nelle molecole:

Esistono anche fenoli polivalenti contenenti tre o più gruppi idrossilici nell'anello benzenico.

Diamo uno sguardo più da vicino alla struttura e alle proprietà del rappresentante più semplice di questa classe: il fenolo C 6 H 5 OH. Il nome di questa sostanza costituisce la base per il nome dell'intero cass: fenoli.

Proprietà fisiche del fenolo

Il fenolo è una sostanza cristallina solida, incolore, punto di fusione = 43°C, punto di ebollizione = 181°C, con un odore acuto e caratteristico. Il fenolo è leggermente solubile in acqua a temperatura ambiente. Una soluzione acquosa di fenolo è chiamata acido carbolico. A contatto con la pelle provoca brucia, Pertanto, il fenolo deve essere maneggiato con molta attenzione!

Proprietà chimiche del fenolo

Nella maggior parte delle reazioni, i fenoli sono più attivi sul legame O–H, poiché questo legame è più polare a causa dello spostamento della densità elettronica dall'atomo di ossigeno verso l'anello benzenico (partecipazione della coppia elettronica solitaria dell'atomo di ossigeno nel p -sistema di coniugazione). L'acidità dei fenoli è molto più elevata di quella degli alcoli. Per i fenoli, le reazioni di scissione del legame C-O non sono tipiche, poiché l'atomo di ossigeno è saldamente legato all'atomo di carbonio dell'anello benzenico a causa della partecipazione della sua coppia di elettroni solitari al sistema di coniugazione. L'influenza reciproca degli atomi nella molecola del fenolo si manifesta non solo nel comportamento del gruppo ossidrile, ma anche nella maggiore reattività dell'anello benzenico. Il gruppo ossidrile aumenta la densità elettronica nell'anello benzenico, soprattutto nelle posizioni orto e para (gruppi OH)

Proprietà acide del fenolo

L'atomo di idrogeno del gruppo ossidrile è di natura acida. Perché Poiché le proprietà acide del fenolo sono più pronunciate di quelle dell'acqua e degli alcoli, il fenolo reagisce non solo con i metalli alcalini, ma anche con gli alcali per formare fenolati:

L'acidità dei fenoli dipende dalla natura dei sostituenti (donatore o accettore di densità elettronica), dalla posizione relativa al gruppo OH e dal numero di sostituenti. La maggiore influenza sull'acidità OH dei fenoli è esercitata dai gruppi situati nelle posizioni orto e para. I donatori aumentano la forza del legame OH (riducendo così la mobilità dell'idrogeno e le proprietà acide), gli accettori riducono la forza del legame OH, mentre l'acidità aumenta:

Tuttavia, le proprietà acide del fenolo sono meno pronunciate di quelle degli acidi inorganici e carbossilici. Ad esempio, le proprietà acide del fenolo sono circa 3000 volte inferiori a quelle dell'acido carbonico. Pertanto, facendo passare l'anidride carbonica attraverso una soluzione acquosa di fenolato di sodio, è possibile isolare il fenolo libero.

Anche l'aggiunta di acido cloridrico o solforico a una soluzione acquosa di fenolato di sodio porta alla formazione di fenolo:

Reazione qualitativa al fenolo

Il fenolo reagisce con il cloruro ferrico per formare un composto complesso intensamente viola. Questa reazione consente di rilevarlo anche in quantità molto limitate. Anche altri fenoli contenenti uno o più gruppi idrossilici sull'anello benzenico danno un colore blu-viola brillante in reazione con il cloruro ferrico. cloruro(3).

Reazioni dell'anello benzenico del fenolo

La presenza di un sostituente idrossilico facilita notevolmente il verificarsi di reazioni di sostituzione elettrofila nell'anello benzenico.

1. Bromurazione del fenolo. A differenza del benzene, la bromurazione del fenolo non richiede l'aggiunta di un catalizzatore (bromuro di ferro (3)). Inoltre, l'interazione con il fenolo avviene in modo selettivo: sono diretti gli atomi di bromo orto- E paio- posizioni, sostituendo gli atomi di idrogeno che si trovano lì. La selettività della sostituzione è spiegata dalle caratteristiche della struttura elettronica della molecola di fenolo discussa sopra.

Pertanto, quando il fenolo reagisce con l'acqua bromo, si forma un precipitato bianco di 2,4,6-tribromofenolo:

Questa reazione, come la reazione con il cloruro di ferro(3), serve a rilevazione qualitativa del fenolo.

2.Nitrazione del fenolo inoltre avviene più facilmente della nitrazione del benzene. La reazione con acido nitrico diluito avviene a temperatura ambiente. Di conseguenza, si forma una miscela orto- E par isomeri del nitrofenolo:

Quando si utilizza acido nitrico concentrato, si forma l'acido 2,4,6, trinitritefenolo-picrico, un esplosivo:

3. Idrogenazione dell'anello aromatico del fenolo in presenza di catalizzatore passa facilmente:

4.Policondensazione del fenolo con aldeidi, in particolare con la formaldeide avviene con la formazione di prodotti di reazione: resine fenolo-formaldeide e polimeri solidi.

L'interazione del fenolo con la formaldeide può essere descritta dal seguente schema:

La molecola del dimero conserva atomi di idrogeno "mobili", il che significa che è possibile un'ulteriore continuazione della reazione con un numero sufficiente di reagenti:

Reazione policondensazione, quelli. la reazione di produzione del polimero, che avviene con il rilascio di un sottoprodotto a basso peso molecolare (acqua), può proseguire ulteriormente (fino al completo consumo di uno dei reagenti) con la formazione di enormi macromolecole. Il processo può essere descritto dall’equazione riassuntiva:

La formazione di molecole lineari avviene a temperature ordinarie. L'esecuzione della stessa reazione quando riscaldata porta al fatto che il prodotto risultante ha una struttura ramificata, è solido e insolubile in acqua. Come risultato del riscaldamento della resina fenolo-formaldeide di struttura lineare con un eccesso di aldeide, plastica solida. si ottengono masse con proprietà uniche. I polimeri a base di resine fenolo-formaldeide vengono utilizzati per la produzione di vernici e vernici, prodotti in plastica resistenti al riscaldamento, al raffreddamento, all'acqua, agli alcali e agli acidi. Hanno elevate proprietà dielettriche. Le parti più critiche e importanti degli apparecchi elettrici, gli alloggiamenti delle unità di potenza e le parti di macchine, nonché la base polimerica dei circuiti stampati per apparecchi radio sono realizzati con polimeri a base di resine fenolo-formaldeide. Gli adesivi a base di resine fenolo-formaldeide sono in grado di collegare in modo affidabile parti di un'ampia varietà di natura, mantenendo la massima resistenza della giunzione in un intervallo di temperature molto ampio. Questo adesivo viene utilizzato per fissare la base metallica delle lampade di illuminazione a un bulbo di vetro. Pertanto, il fenolo e i prodotti a base di esso sono ampiamente utilizzati.

Applicazione dei fenoli

Il fenolo è una sostanza solida dall'odore caratteristico che provoca ustioni se entra in contatto con la pelle. Velenoso. Si dissolve in acqua, la sua soluzione si chiama acido carbolico (antisettico). È stata il primo antisettico introdotto in chirurgia. Ampiamente utilizzato per la produzione di materie plastiche, medicinali (acido salicilico e suoi derivati), coloranti, esplosivi.

Formato sulla base del benzene. In condizioni normali sono sostanze tossiche solide con un aroma specifico. Nell'industria moderna, questi composti chimici svolgono un ruolo importante. In termini di volume di utilizzo, il fenolo e i suoi derivati ​​sono tra i venti composti chimici più diffusi al mondo. Sono ampiamente utilizzati nell'industria chimica e leggera, farmaceutica ed energetica. Pertanto, la produzione di fenolo su scala industriale è uno dei compiti principali dell'industria chimica.

Denominazioni fenoliche

Il nome originale del fenolo è acido fenico. Successivamente a questo composto venne dato il nome di “fenolo”. La formula di questa sostanza è mostrata in figura:

Gli atomi di fenolo sono numerati dall'atomo di carbonio che è collegato al gruppo idrossido OH. La sequenza continua in modo tale che gli altri atomi sostituiti ricevano i numeri più bassi. I derivati ​​fenolici esistono sotto forma di tre elementi, le cui caratteristiche sono spiegate dalle differenze nei loro isomeri strutturali. Vari orto-, meta-, para-cresoli sono solo una modifica della struttura di base del composto dell'anello benzenico e del gruppo ossidrile, la cui combinazione di base è il fenolo. La formula di questa sostanza in notazione chimica assomiglia a C 6 H 5 OH.

Proprietà fisiche del fenolo

Visivamente, il fenolo appare come cristalli solidi e incolori. All'aria aperta si ossidano conferendo alla sostanza una caratteristica tinta rosa. In condizioni normali, il fenolo è piuttosto scarsamente solubile in acqua, ma con un aumento della temperatura fino a 70 o questa cifra aumenta bruscamente. Nelle soluzioni alcaline questa sostanza è solubile in qualsiasi quantità e a qualsiasi temperatura.

Queste proprietà sono preservate anche in altri composti, i cui componenti principali sono i fenoli.

Proprietà chimiche

Le proprietà uniche del fenolo sono spiegate dalla sua struttura interna. Nella molecola di questa sostanza chimica, l'orbitale p dell'ossigeno forma un unico sistema p con l'anello benzenico. Questa stretta interazione aumenta la densità elettronica dell'anello aromatico e diminuisce questo indicatore per l'atomo di ossigeno. In questo caso, la polarità dei legami del gruppo idrossi aumenta in modo significativo e l'idrogeno incluso nella sua composizione può essere facilmente sostituito con qualsiasi metallo alcalino. Ecco come si formano i vari fenolati. Questi composti non si decompongono con acqua come gli alcolati, ma le loro soluzioni sono molto simili ai sali di basi forti e acidi deboli, quindi hanno una reazione alcalina abbastanza pronunciata. I fenolati reagiscono con vari acidi; come risultato della reazione, i fenoli vengono ridotti. Le proprietà chimiche di questo composto gli permettono di reagire con gli acidi, formando esteri. Ad esempio, la reazione tra fenolo e acido acetico porta alla formazione di fenilestere (fenacetato).

La reazione di nitrazione è ampiamente nota, in cui, sotto l'influenza dell'acido nitrico al 20%, il fenolo forma una miscela di para- e ortonitrofenoli. Quando il fenolo viene trattato con acido nitrico concentrato, produce 2,4,6-trinitrofenolo, che a volte viene chiamato acido picrico.

Fenolo in natura

Come sostanza indipendente, il fenolo si trova in natura nel catrame di carbone e in alcuni tipi di olio. Ma per le esigenze industriali questa quantità non ha alcun ruolo. Pertanto, ottenere artificialmente il fenolo è diventata una priorità per molte generazioni di scienziati. Fortunatamente, questo problema è stato risolto e alla fine è stato ottenuto il fenolo artificiale.

Proprietà, ricevere

L'uso di vari alogeni consente di ottenere fenolati, dai quali si forma il benzene dopo ulteriore lavorazione. Ad esempio, il riscaldamento di idrossido di sodio e clorobenzene produce fenolato di sodio che, se esposto all'acido, si scompone in sale, acqua e fenolo. La formula per tale reazione è data qui:

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

Gli acidi solfonici aromatici sono anche una fonte per la produzione di benzene. La reazione chimica viene effettuata mediante fusione simultanea di alcali e acido solfonico. Come si può vedere dalla reazione, prima si formano i fenossidi. Se trattati con acidi forti, vengono ridotti a fenoli polivalenti.

Fenolo nell'industria

In teoria, il modo più semplice e promettente per ottenere il fenolo si presenta così: con l'aiuto di un catalizzatore, il benzene viene ossidato con l'ossigeno. Ma fino ad ora non è stato selezionato un catalizzatore per questa reazione. Pertanto, altri metodi sono attualmente utilizzati nell'industria.

Un metodo industriale continuo per la produzione di fenolo consiste nell'interazione del clorobenzene e di una soluzione di idrossido di sodio al 7%. La miscela risultante viene fatta passare attraverso un sistema di tubi di un chilometro e mezzo riscaldato ad una temperatura di 300 C. Sotto l'influenza della temperatura e mantenute ad alta pressione, le sostanze di partenza reagiscono, formando 2,4-dinitrofenolo e altri prodotti.

Non molto tempo fa è stato sviluppato un metodo industriale per la produzione di sostanze contenenti fenoli utilizzando il metodo cumene. Questo processo consiste di due fasi. Innanzitutto, dal benzene si ottiene l'isopropilbenzene (cumene). Per fare questo, il benzene viene alcalato con il propilene. La reazione è simile a questa:

Successivamente, il cumene viene ossidato con l'ossigeno. Il risultato della seconda reazione è il fenolo e un altro prodotto importante, l'acetone.

Il fenolo può essere prodotto su scala industriale dal toluene. Per fare ciò, il toluene viene ossidato sull'ossigeno contenuto nell'aria. La reazione avviene in presenza di un catalizzatore.

Esempi di fenoli

Gli omologhi più vicini ai fenoli sono chiamati cresoli.

Esistono tre tipi di cresoli. Il meta-cresolo in condizioni normali è un liquido, il para-cresolo e l'orto-cresolo sono solidi. Tutti i cresoli sono scarsamente solubili in acqua e le loro proprietà chimiche sono quasi simili al fenolo. Nella loro forma naturale, i cresoli si trovano nel catrame di carbone; nell'industria vengono utilizzati nella produzione di coloranti e di alcuni tipi di plastica.

Esempi di fenoli biatomici includono para-, orto- e meta-idrobenzeni. Sono tutti solidi, facilmente solubili in acqua.

L'unico rappresentante del fenolo triidrico è il pirogallolo (1,2,3-triidrossibenzene). La sua formula è presentata di seguito.

Il pirogallolo è un agente riducente abbastanza forte. Si ossida facilmente, quindi viene utilizzato per produrre gas privi di ossigeno. Questa sostanza è ben nota ai fotografi perché viene utilizzata come sviluppatore.

Ci si può aspettare che, a seconda di ciò, le proprietà delle sostanze differiscano significativamente l'una dall'altra a causa dell'influenza reciproca di gruppi di atomi (ricordate una delle disposizioni della teoria di Butlerov). Infatti, i composti organici contenenti il ​​radicale aromatico fenile C 6 H 5 -, direttamente legato al gruppo ossidrile, presentano proprietà speciali che differiscono dalle proprietà degli alcoli. Tali composti sono chiamati fenoli.

- sostanze organiche le cui molecole contengono un radicale fenilico associato ad uno o più gruppi idrossilici.

Proprio come gli alcoli, i fenoli vengono classificati in base alla loro atomicità, cioè in base al numero di gruppi idrossilici.

I fenoli monoidrici contengono un gruppo ossidrile nella molecola:

Esistono altri poliatomici fenoli contenente tre o più gruppi idrossilici nell'anello benzenico.

Diamo uno sguardo più da vicino alla struttura e alle proprietà del rappresentante più semplice di questa classe: il fenolo C6H50H. Il nome di questa sostanza costituisce la base per il nome dell'intera classe: i fenoli.

Proprietà fisiche
Sostanza solida cristallina incolore, tºmel = 43 °C, tº ebollizione = °C, con odore acuto caratteristico. Velenoso. Il fenolo è leggermente solubile in acqua a temperatura ambiente. Una soluzione acquosa di fenolo è chiamata acido carbolico. Provoca ustioni se entra in contatto con la pelle, quindi il fenolo deve essere maneggiato con cura.

La struttura della molecola di fenolo

Nella molecola del fenolo, l'ossidrile è direttamente legato all'atomo di carbonio dell'anello aromatico benzenico.

Ricordiamo la struttura dei gruppi di atomi che formano la molecola del fenolo.

L'anello aromatico è costituito da sei atomi di carbonio che formano un esagono regolare a causa dell'ibridazione sp 2 degli orbitali elettronici dei sei atomi di carbonio. Questi atomi sono collegati da legami Þ. Gli elettroni p di ciascun atomo di carbonio che non partecipano alla formazione dei legami s, sovrapponendosi sui lati opposti del piano del legame Þ, formano due parti di un singolo elettrone a sei P-nuvola che ricopre l'intero anello benzenico (nucleo aromatico). Nella molecola del benzene C6H6 l'anello aromatico è assolutamente simmetrico, con un unico componente elettronico P-la nuvola copre uniformemente l'anello di atomi di carbonio sotto e sopra il piano della molecola (Fig. 24).

Il legame covalente tra gli atomi di ossigeno e idrogeno del radicale ossidrile è altamente polare, la nuvola elettronica generale del legame OH viene spostata verso l'atomo di ossigeno, sul quale si forma una carica negativa parziale, e sull'atomo di idrogeno - una carica positiva parziale . Inoltre, l'atomo di ossigeno nel gruppo ossidrile ha due coppie di elettroni solitari che appartengono solo a lui.

In una molecola fenolica, il radicale ossidrile interagisce con l'anello aromatico, mentre le coppie elettroniche solitarie dell'atomo di ossigeno interagiscono con la singola nube TC dell'anello benzenico, formando un unico sistema elettronico. Questa interazione di coppie elettroniche solitarie e nubi di legami π è chiamata coniugazione. Come risultato della coniugazione della coppia elettronica solitaria dell'atomo di ossigeno del gruppo ossidrile con il sistema elettronico dell'anello benzenico, la densità elettronica sull'atomo di ossigeno diminuisce. Questa diminuzione è compensata da una maggiore polarizzazione del legame OH, che a sua volta porta ad un aumento della carica positiva sull'atomo di idrogeno. Di conseguenza, l'idrogeno del gruppo ossidrile nella molecola del fenolo ha un carattere “acido”.

È logico supporre che la coniugazione degli elettroni dell'anello benzenico e del gruppo ossidrilico influenzi non solo le sue proprietà, ma anche la reattività dell'anello benzenico.

Infatti, come ricorderete, la coniugazione delle coppie solitarie dell'atomo di ossigeno con la nube l dell'anello benzenico porta ad una ridistribuzione della densità elettronica in esso. Diminuisce nell'atomo di carbonio associato al gruppo OH (a causa dell'influenza delle coppie di elettroni dell'atomo di ossigeno) e aumenta negli atomi di carbonio vicini (cioè posizioni 2 e 6 o posizioni orto). È ovvio che un aumento della densità elettronica di questi atomi di carbonio dell'anello benzenico porta alla localizzazione (concentrazione) di una carica negativa su di essi. Sotto l'influenza di questa carica, si verifica un'ulteriore ridistribuzione della densità elettronica nel nucleo aromatico: il suo spostamento dal 3o e 5o atomo (posizione meta) al 4o (posizione orto). Questi processi possono essere espressi dal diagramma:

Pertanto, la presenza di un radicale ossidrile in una molecola fenolica porta ad un cambiamento nella nuvola l dell'anello benzenico, ad un aumento della densità elettronica negli atomi di carbonio 2, 4 e 6 (posizione orto, dara) e una diminuzione della densità elettronica nel 3° e 5° atomo di carbonio (posizioni meta).

La localizzazione della densità elettronica nelle posizioni orto e para li rende più propensi ad essere attaccati da specie elettrofile quando interagiscono con altre sostanze.

Di conseguenza, l'influenza dei radicali che compongono la molecola del fenolo è reciproca e ne determina le proprietà caratteristiche.

Proprietà chimiche del fenolo

Proprietà acide

Come già accennato, l'atomo di idrogeno del gruppo idrossile del fenolo è di natura acida. Le proprietà acide del fenolo sono più pronunciate di quelle dell'acqua e degli alcoli. A differenza degli alcoli e dell'acqua, il fenolo reagisce non solo con i metalli alcalini, ma anche con gli alcali per formare fenolati.

Tuttavia, le proprietà acide dei fenoli sono meno pronunciate di quelle degli acidi inorganici e carbossilici. Ad esempio, le proprietà acide del fenolo sono circa 3000 volte inferiori a quelle dell'acido carbonico. Pertanto, facendo passare l'anidride carbonica attraverso una soluzione acquosa di fenolato di sodio, è possibile isolare il fenolo libero:

Anche l'aggiunta di acido cloridrico o solforico a una soluzione acquosa di fenolato di sodio porta alla formazione di fenolo.

Reazione qualitativa al fenolo

Il fenolo reagisce con il cloruro di ferro (III) per formare un composto complesso intensamente viola.

Questa reazione permette di rilevarlo anche in quantità molto piccole. Anche altri fenoli contenenti uno o più gruppi idrossilici sull'anello benzenico danno un colore blu-violetto brillante quando reagiscono con cloruro di ferro (III).

Reazioni dell'anello benzenico

La presenza di un sostituente idrossilico facilita notevolmente il verificarsi di reazioni di sostituzione elettrofila nell'anello benzenico.

1. Bromurazione del fenolo. A differenza del benzene, la bromurazione del fenolo non richiede l'aggiunta di un catalizzatore (bromuro di ferro (III)).

Inoltre, l'interazione con il fenolo avviene in modo selettivo: gli atomi di bromo sono diretti verso le posizioni orto e para, sostituendo gli atomi di idrogeno lì situati. La selettività della sostituzione è spiegata dalle caratteristiche della struttura elettronica della molecola di fenolo discussa sopra. Pertanto, quando il fenolo reagisce con l'acqua bromo, si forma un precipitato bianco di 2,4,6-tribromofenolo.

Questa reazione, come la reazione con il cloruro di ferro (III), serve per la rilevazione qualitativa del fenolo.

2. Anche la nitrazione del fenolo avviene più facilmente della nitrazione del benzene. La reazione con acido nitrico diluito avviene a temperatura ambiente. Di conseguenza, si forma una miscela di isomeri orto e para del nitrofenolo:

3. L'idrogenazione dell'anello aromatico del fenolo in presenza di un catalizzatore avviene facilmente.

4. La policondensazione del fenolo con aldeidi, in particolare con formaldeide, avviene con la formazione di prodotti di reazione: resine fenolo-formaldeide e polimeri solidi.

L'interazione del fenolo con la formaldeide può essere descritta dal seguente schema:

Probabilmente hai notato che gli atomi di idrogeno "mobili" vengono trattenuti nella molecola del dimero, il che significa che la reazione può continuare ulteriormente se è presente una quantità sufficiente di reagenti.

La reazione di policondensazione, cioè la reazione di produzione di un polimero che avviene con il rilascio di un sottoprodotto a basso peso molecolare (acqua), può proseguire ulteriormente (fino al completo consumo di uno dei reagenti) con la formazione di enormi macromolecole . Il processo può essere descritto dall’equazione riassuntiva:

La formazione di molecole lineari avviene a temperature ordinarie. L'esecuzione di questa reazione quando riscaldata porta al fatto che il prodotto risultante ha una struttura ramificata, è solido e insolubile in acqua. Come risultato del riscaldamento di una resina lineare fenolo-formaldeide con un eccesso di aldeide, si ottengono masse plastiche dure con proprietà uniche. I polimeri a base di resine fenolo-formaldeide sono utilizzati per la produzione di vernici e vernici, prodotti in plastica resistenti al riscaldamento, al raffreddamento, all'acqua, agli alcali e agli acidi hanno elevate proprietà dielettriche; Le parti più critiche e importanti degli apparecchi elettrici, gli alloggiamenti delle unità di potenza e le parti di macchine, nonché la base polimerica dei circuiti stampati per apparecchi radio sono realizzati con polimeri a base di resine fenolo-formaldeide.

Gli adesivi a base di resine fenolo-formaldeide sono in grado di collegare in modo affidabile parti di un'ampia varietà di natura, mantenendo la massima resistenza della giunzione in un intervallo di temperature molto ampio. Questa colla viene utilizzata per fissare la base metallica delle lampade di illuminazione a una lampadina di vetro. Ora capisci perché il fenolo e i prodotti a base di esso sono ampiamente utilizzati (Schema 8).

1. Denominare le sostanze in base alle loro formule strutturali:

2. Spiega perché le proprietà acide del fenolo sono più pronunciate delle proprietà acide dell'acqua e degli alcoli.

3. Quando l'anidride carbonica veniva fatta passare attraverso una soluzione acquosa di fenolato di sodio, la miscela di reazione diventava torbida e acquisiva un odore caratteristico. Spiegare i cambiamenti e fornire le equazioni di reazione in forma molecolare, ionica completa e ridotta.

4. Creare equazioni di reazione corrispondenti a diverse fasi della formazione di un polimero fenolo-formaldeide da un trimero.

5*. Una miscela di alcol insaturo e un omologo del fenolo del peso di 1,37 g reagisce con 160 g di acqua bromo al 2%. La stessa miscela, fatta reagire con sodio in eccesso, libera 168 ml di gas (n.o.). Determinare le formule molecolari delle sostanze e le loro frazioni di massa nella miscela.

I fenoli monoidrici sono liquidi limpidi o sostanze cristalline, spesso colorati di rosa-rosso a causa della loro ossidazione. Questi sono veleni e provocano ustioni se entrano in contatto con la pelle. Uccidono molti microrganismi, cioè hanno proprietà disinfettanti e antisettiche. La solubilità dei fenoli in acqua è bassa, i loro punti di ebollizione sono relativamente alti a causa dell'esistenza di legami idrogeno intermolecolari.

Proprietà fisiche

I fenoli sono leggermente solubili in acqua, ma si sciolgono bene in alcool, etere, benzene, formano idrati cristallini con acqua e vengono distillati con vapore. Nell'aria, il fenolo stesso si ossida e scurisce facilmente. L'introduzione di sostituenti come alogeni, gruppi nitro, ecc. nella posizione para della molecola di fenolo aumenta significativamente il punto di ebollizione e il punto di fusione dei composti:

Immagine 1.

I fenoli sono sostanze polari con momento dipolare $\mu$ = 1,5-1,6 $D$. Il valore $EI$ di 8,5-8,6 eV indica le maggiori proprietà donatrici dei fenoli rispetto agli areni come benzene (9,25 eV), toluene (8,82 eV) ed etilbenzene (8,76 eV). Ciò è dovuto all'interazione del gruppo ossidrile con i legami $\pi$ dell'anello benzenico dovuta all'effetto positivo $M$ del gruppo $OH$ predomina il suo effetto negativo $I$;

Caratteristiche spettrali dei fenoli

Il massimo di assorbimento nella parte UV dello spettro del fenolo viene spostato verso lunghezze d'onda più lunghe di circa 15 nm rispetto al benzene (spostamento batocromico) a causa della partecipazione degli elettroni $\pi$ dell'ossigeno nella coniugazione con l'anello benzenico e appare a 275 nm con una struttura fine.

Gli spettri IR dei fenoli, così come degli alcoli, sono caratterizzati da intense bande $v_(OH)$ nella regione di 3200-3600 cm$^(-1)$ e 3600-3615 cm$^(-1)$ per soluzioni molto diluite, ma per i $v_(c\_D)$ fenoli esiste una fascia attorno a 1230 cm$^(-1)$, in contrasto con 1220-1125 cm$^(-1)$ per gli alcoli.

Negli spettri NMR, il segnale del protone del gruppo fenolico $OH$ appare in un ampio intervallo (4,0-12,0 ppm) rispetto agli alcoli, a seconda della natura e concentrazione del solvente, della temperatura e della presenza di inter - o legami idrogeno intramolecolari. Spesso il segnale del protone del gruppo $OH$ viene registrato a 8,5-9,5 ppm. in dimetilsolfossido oppure a 4,0-7,5 ppm, in $CCl_4$.

Nello spettro di massa del fenolo, la direzione principale della frammentazione è l'eliminazione delle particelle $HCO$ e $CO$:

Figura 2.

Se in una molecola di fenolo sono presenti radicali alchilici, il processo primario sarà la scissione del benzile.

Proprietà chimiche dei fenoli

A differenza degli alcoli, che sono caratterizzati da reazioni che comportano la scissione sia del legame $O-H$ (proprietà acido-base, formazione di esteri, ossidazione, ecc.) che del legame $C-O$ (reazioni di sostituzione nucleofila, disidratazione, riarrangiamento ), i fenoli sono maggiormente caratterizzati da reazioni del primo tipo. Inoltre, sono caratterizzati da reazioni di sostituzione elettrofila nell'anello benzenico attivate dal gruppo idrossile donatore di elettroni.

Le proprietà chimiche dei fenoli sono determinate dall'influenza reciproca del gruppo ossidrile e dell'anello benzenico.

Il gruppo ossidrile ha un effetto $-I-$ e +$M$. Quest'ultimo supera significativamente l'effetto $-I$, che determina la coniugazione $n-\pi$ degli elettroni liberi dell'ossigeno con l'orbitale $\pi$ del nucleo del benzene. A causa della coniugazione $n-\pi$, la lunghezza del legame $C - O$, l'entità del momento dipolare e la posizione delle bande di assorbimento dei legami negli spettri IR diminuiscono rispetto all'alcol etilico:

Alcune caratteristiche del fenolo e dell'etanolo:

Figura 3.

La coniugazione $n-\pi$ porta ad una diminuzione della densità elettronica sull'atomo di ossigeno, quindi aumenta la polarità del legame $O - H$ nei fenoli. A questo proposito, le proprietà acide dei fenoli sono più pronunciate di quelle degli alcoli. La maggiore acidità dei fenoli rispetto agli alcoli si spiega anche con la possibilità di delocalizzazione della carica nell'anione fenolato, che comporta la stabilizzazione del sistema:

Figura 4.

La differenza di acidità tra fenoli e alcoli è indicata dalla costante di dissociazione. Per confronto: Kd = $1,3 \cdot 10^(-10)$ per il fenolo e Kd = $10^(-18)$ per l'alcol etilico.

Pertanto, i fenoli, a differenza degli alcoli, formano fenolati non solo con i metalli alcalini, ma anche attraverso l'interazione con gli alcali:

Figura 5.

La reazione del fenolo con i metalli alcalini è piuttosto violenta e può essere accompagnata da un'esplosione.

Ma il fenolo è un acido debole, più debole anche dell'acido carbonico ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Pertanto, l'acido carbonico sposta il fenolo dalla soluzione di fenolato. Queste reazioni vengono utilizzate per separare fenoli, alcoli o acidi carbossilici. I gruppi elettron-attrattori nella molecola del fenolo aumentano significativamente, mentre i gruppi donatori indeboliscono, le proprietà acide dell'idrossile fenolico.

Inoltre, il fenolo è caratterizzato da una serie di reazioni di diverse direzioni:

1. formazione di eteri ed esteri;
2. reazioni di alchilazione e acilazione;
3. reazioni di ossidazione

4. Reazioni di sostituzione elettrofila nell'anello aromatico, comprese le reazioni:

   • alogenazione,
   • solfonazione,
   • nitrosazione,
   • formilazione,
   • condensazione con aldeidi e chetoni,
   • carbossilazione.