Fenol definition. Nomenklatur och isomerism

Detta ämne upptäcktes i 1771 år. Omedelbart efter upptäckten användes det som färgämne. Textilarbetare färgade sina tyger med det. I 1834 tysk kemist Friedlieb Runge upptäckte ett vitt kristallint ämne med en karakteristisk lukt i destillationsprodukterna av stenkolstjära, men han kunde inte bestämma dess sammansättning. Och bara i 1841 år Auguste Laurent fastställt sin formel.

• Bestämning av fenoler.

• Klassificering och isomerism av fenoler.

• Fysikaliska egenskaper hos fenol.

För en mer komplett bild av de fysiska egenskaperna, se videon:

• Strukturen av fenolmolekylen.

• Det ensamma elektronparet i syreatomen attraheras av bensenringens 6-elektronmoln, vilket gör att O–H-bindningen blir ännu mer polariserad. Fenol är en starkare syra än vatten och alkoholer.

• I bensenringen störs elektronmolnets symmetri, elektrontätheten ökar i positionerna 2, 4, 6. Detta gör att C - H-bindningarna i positionerna 2, 4, 6 och mer reaktiva? – bindningar av bensenringen.

• Kemiska egenskaper hos fenol.

a) sura egenskaper:
Fenolens surhetsgrad är betydligt högre än för mättade alkoholer; det reagerar både med alkalimetaller,och med deras hydroxider (därav det gamla namnet "karbolsyra"):

C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH+ NaHCO3.

C 6 H 5 OH + CH 3 - CO - Cl -> C6H 5 -O-CO-CH3+ HCl.

• interaktion med bromvatten:

• interaktion med salpetersyra:
  När fenol nitreras med koncentrerad salpetersyra ersätts tre väteatomer med en nitrogrupp och 2,4,6-trinitrofenol (picrinsyra) bildas:

• polykondensationsreaktion

• C 6 H 5 OH + FeCl 3 -> lila färg
• C6H5OH + Br2 -> vit fällning
• C 6 H 4 (OH) 2 + FeCl 3 -> grön färg
• C6H3 (OH)3 + FeCl3 —> röd färg

IV. Oxidation.
Fenoler oxideras lätt även under påverkan av atmosfäriskt syre. Således, när man står i luften, blir fenol gradvis rosa-röd. Under den kraftiga oxidationen av fenol med en kromblandning är den huvudsakliga oxidationsprodukten kinon. Diatomära fenoler oxideras ännu lättare. Vid oxidation hydrokinon bildas också kinon:

• Beredning av fenol.

C6H5 - MED 1 + 2 NaOH → C6H5-ONa + NaCl + H2O.

(1)

Fenoler - organiska ämnen vars molekyler innehåller en fenylradikal kopplad till en eller flera hydroxogrupper. Precis som alkohol, fenoler klassificeras genom atomicitet, dvs. med antalet hydroxylgrupper.

Envärda fenoler innehåller en hydroxylgrupp i molekylen:

Flervärda fenoler innehåller mer än en hydroxylgrupp i molekyler:

Det finns också flervärda fenoler som innehåller tre eller flera hydroxylgrupper i bensenringen.

Låt oss ta en närmare titt på strukturen och egenskaperna hos den enklaste representanten för denna klass - fenol C 6 H 5 OH. Namnet på detta ämne låg till grund för namnet på hela cass - fenoler.

Fysikaliska egenskaper hos fenol

Fenol är ett fast, färglöst kristallint ämne, smältpunkt = 43°C, kokpunkt = 181°C, med en skarp karakteristisk lukt Giftigt Fenol är svagt lösligt i vatten vid rumstemperatur. En vattenlösning av fenol kallas karbolsyra. Vid kontakt med huden orsakar det brännskador, Därför måste fenol hanteras mycket försiktigt!

Kemiska egenskaper hos fenol

I de flesta reaktioner är fenoler mer aktiva vid O–H-bindningen, eftersom denna bindning är mer polär på grund av förskjutningen av elektrontätheten från syreatomen mot bensenringen (deltagande av det ensamma elektronparet i syreatomen i p -konjugationssystem). Surheten hos fenoler är mycket högre än hos alkoholer. För fenoler är reaktioner av C-O-bindningsklyvning inte typiska, eftersom syreatomen är fast bunden till kolatomen i bensenringen på grund av deltagandet av dess ensamma elektronpar i konjugationssystemet. Den ömsesidiga påverkan av atomer i fenolmolekylen manifesteras inte bara i hydroxigruppens beteende utan också i bensenringens större reaktivitet. Hydroxylgruppen ökar elektrontätheten i bensenringen, speciellt vid orto- och parapositionerna (OH-grupper)

Syraegenskaper hos fenol

Hydroxylgruppens väteatom är sur till sin natur. Därför att Eftersom fenolens sura egenskaper är mer uttalade än vatten och alkoholer, reagerar fenol inte bara med alkalimetaller utan också med alkalier för att bilda fenolater:

Fenolernas surhetsgrad beror på substituenternas natur (donator eller acceptor av elektrondensitet), position i förhållande till OH-gruppen och antalet substituenter. Det största inflytandet på OH-surheten hos fenoler utövas av grupper belägna i orto- och para-positionerna. Donatorer ökar styrkan på O-H-bindningen (och minskar därigenom vätgasrörlighet och sura egenskaper), acceptorer minskar styrkan på O-H-bindningen, medan surheten ökar:

De sura egenskaperna hos fenol är dock mindre uttalade än hos oorganiska och karboxylsyror. Till exempel är fenolens sura egenskaper ungefär 3000 gånger mindre än för kolsyra. Därför, genom att passera koldioxid genom en vattenlösning av natriumfenolat, kan fri fenol isoleras.

Tillsats av salt- eller svavelsyra till en vattenlösning av natriumfenolat leder också till bildning av fenol:

Kvalitativ reaktion på fenol

Fenol reagerar med järnklorid för att bilda en intensivt lila komplex förening. Denna reaktion gör att den kan detekteras även i mycket begränsade mängder. Andra fenoler som innehåller en eller flera hydroxylgrupper på bensenringen ger också en ljus blåviolett färg i reaktion med järn klorid(3).

Reaktioner av bensenringen av fenol

Närvaron av en hydroxylsubstituent underlättar i hög grad förekomsten av elektrofila substitutionsreaktioner i bensenringen.

1. Bromering av fenol. Till skillnad från bensen kräver bromering av fenol inte tillsats av en katalysator (järn(3)bromid). Dessutom sker interaktionen med fenol selektivt: bromatomer riktas mot orto- Och par- positioner, ersätter väteatomerna som finns där. Selektiviteten för substitution förklaras av egenskaperna hos den elektroniska strukturen hos fenolmolekylen som diskuterats ovan.

Sålunda, när fenol reagerar med bromvatten, bildas en vit fällning av 2,4,6-tribromfenol:

Denna reaktion, liksom reaktionen med järn(3)klorid, tjänar till kvalitativ detektion av fenol.

2.Nitrering av fenol förekommer också lättare än bensennitrering. Reaktionen med utspädd salpetersyra sker vid rumstemperatur. Som ett resultat bildas en blandning orto- Och paro isomerer av nitrofenol:

När koncentrerad salpetersyra används, bildas 2,4,6, trinitritfenol-pikrinsyra, ett sprängämne:

3. Hydrering av den aromatiska ringen av fenol i närvaro av en katalysator passerar lätt:

4.Polykondensering av fenol med aldehyder, i synnerhet med formaldehyd sker det med bildandet av reaktionsprodukter - fenol-formaldehydhartser och fasta polymerer.

Interaktionen mellan fenol och formaldehyd kan beskrivas med följande schema:

Dimermolekylen behåller "mobila" väteatomer, vilket innebär att ytterligare fortsättning av reaktionen är möjlig med ett tillräckligt antal reagens:

Reaktion polykondensation, de där. polymerproduktionsreaktionen, som sker med frisättning av en lågmolekylär biprodukt (vatten), kan fortsätta ytterligare (tills ett av reagenserna är helt förbrukat) med bildandet av enorma makromolekyler. Processen kan beskrivas med den sammanfattande ekvationen:

Bildandet av linjära molekyler sker vid vanliga temperaturer. Att utföra samma reaktion vid upphettning leder till det faktum att den resulterande produkten har en grenad struktur, den är fast och olöslig i vatten Som ett resultat av uppvärmning av ett fenol-formaldehydharts av en linjär struktur med ett överskott av aldehyd, fast plast massor med unika egenskaper erhålls. Polymerer baserade på fenol-formaldehydhartser används för tillverkning av lacker och färger, plastprodukter som är resistenta mot värme, kyla, vatten, alkalier och syror.De har höga dielektriska egenskaper. De mest kritiska och viktiga delarna av elektriska apparater, kraftenhetshöljen och maskindelar, och polymerbasen av tryckta kretskort för radioenheter är gjorda av polymerer baserade på fenol-formaldehydhartser. Lim baserade på fenol-formaldehydhartser kan på ett tillförlitligt sätt förbinda delar av en mängd olika karaktärer och bibehålla den högsta foghållfastheten över ett mycket brett temperaturområde. Detta lim används för att fästa metallbasen på belysningslampor på en glasglödlampa, så fenol och produkter baserade på den används i stor utsträckning.

Applicering av fenoler

Fenol är ett fast ämne med en karakteristisk lukt som orsakar brännskador om det kommer i kontakt med huden. Giftig. Det löser sig i vatten, dess lösning kallas karbolsyra (antiseptisk). Hon var det första antiseptiska medlet som introducerades i operationen. Används i stor utsträckning för tillverkning av plast, läkemedel (salicylsyra och dess derivat), färgämnen, sprängämnen.

Bildad på basis av bensen. Under normala förhållanden är de fasta giftiga ämnen med en specifik arom. I modern industri spelar dessa kemiska föreningar en viktig roll. När det gäller användningsvolym är fenol och dess derivat bland de tjugo mest populära kemiska föreningarna i världen. De används i stor utsträckning inom den kemiska och lätta industrin, läkemedel och energi. Därför är produktionen av fenol i industriell skala en av den kemiska industrins huvuduppgifter.

Fenolbeteckningar

Det ursprungliga namnet på fenol är karbolsyra. Senare fick denna förening namnet "fenol". Formeln för detta ämne visas i figuren:

Fenolatomerna är numrerade från kolatomen som är kopplad till OH-hydroxogruppen. Sekvensen fortsätter i sådan ordning att de andra substituerade atomerna får de lägsta talen. Fenolderivat finns i form av tre element, vars egenskaper förklaras av skillnaderna i deras strukturella isomerer. Olika orto-, meta-, para-kresoler är endast modifieringar av den grundläggande strukturen av föreningen av bensenringen och hydroxylgruppen, vars grundläggande kombination är fenol. Formeln för detta ämne i kemisk notation ser ut som C 6 H 5 OH.

Fysikaliska egenskaper hos fenol

Visuellt framstår fenol som fasta, färglösa kristaller. I öppen luft oxiderar de, vilket ger ämnet en karakteristisk rosa nyans. Under normala förhållanden är fenol ganska dåligt lösligt i vatten, men med en ökning av temperaturen till 70 o ökar denna siffra kraftigt. I alkaliska lösningar är detta ämne lösligt i vilken mängd som helst och vid vilken temperatur som helst.

Dessa egenskaper bevaras även i andra föreningar, vars huvudkomponenter är fenoler.

Kemiska egenskaper

Fenolens unika egenskaper förklaras av dess inre struktur. I molekylen av detta kemiska ämne bildar p-orbitalen av syre ett enda p-system med bensenringen. Denna snäva interaktion ökar elektrontätheten hos den aromatiska ringen och minskar denna indikator för syreatomen. I det här fallet ökar polariteten hos hydroxogruppens bindningar avsevärt, och vätet som ingår i dess sammansättning ersätts lätt med vilken alkalimetall som helst. Det är så olika fenolater bildas. Dessa föreningar sönderdelas inte med vatten som alkoholater, men deras lösningar liknar mycket salter av starka baser och svaga syror, så de har en ganska uttalad alkalisk reaktion. Fenolater reagerar med olika syror, som ett resultat av reaktionen reduceras fenoler. De kemiska egenskaperna hos denna förening gör att den kan reagera med syror och bilda estrar. Till exempel leder reaktionen av fenol och ättiksyra till bildningen av fenylester (fenylacetat).

Nitreringsreaktionen är allmänt känd, där fenol under inverkan av 20 % salpetersyra bildar en blandning av para- och ortonitrofenoler. När fenol behandlas med koncentrerad salpetersyra producerar den 2,4,6-trinitrofenol, som ibland kallas pikrinsyra.

Fenol i naturen

Som ett oberoende ämne finns fenol i naturen i stenkolstjära och i vissa typer av olja. Men för industriella behov spelar denna kvantitet ingen roll. Därför har att erhålla fenol på konstgjord väg blivit en prioritet för många generationer av forskare. Lyckligtvis löstes detta problem och artificiell fenol erhölls så småningom.

Egenskaper, mottagande

Användningen av olika halogener gör det möjligt att erhålla fenolater, från vilka bensen bildas vid vidare bearbetning. Uppvärmning av natriumhydroxid och klorbensen producerar till exempel natriumfenolat, som när det utsätts för syra bryts ner till salt, vatten och fenol. Formeln för en sådan reaktion ges här:

C6H5-CI + 2NaOH -> C6H5-ONa + NaCl + H2O

Aromatiska sulfonsyror är också en källa för produktion av bensen. Den kemiska reaktionen utförs genom samtidig smältning av alkali och sulfonsyra. Som framgår av reaktionen bildas fenoxider först. När de behandlas med starka syror reduceras de till flervärda fenoler.

Fenol i industrin

I teorin ser det enklaste och mest lovande sättet att få fenol ut så här: med hjälp av en katalysator oxideras bensen med syre. Men hittills har en katalysator för denna reaktion inte valts ut. Därför används idag andra metoder inom industrin.

En kontinuerlig industriell metod för att framställa fenol består av växelverkan mellan klorbensen och en 7% natriumhydroxidlösning. Den resulterande blandningen passerar genom ett en och en halv kilometers system av rör uppvärmda till en temperatur av 300 C. Under inverkan av temperatur och bibehållet högt tryck reagerar utgångsämnena, vilket resulterar i 2,4-dinitrofenol och andra produkter.

För inte så länge sedan utvecklades en industriell metod för att framställa fenolhaltiga ämnen med kumenmetoden. Denna process består av två steg. Först erhålls isopropylbensen (kumen) från bensen. För att göra detta alkaliseras bensen med propen. Reaktionen ser ut så här:

Efter detta oxideras kumen med syre. Resultatet av den andra reaktionen är fenol och en annan viktig produkt, aceton.

Fenol kan framställas i industriell skala av toluen. För att göra detta oxideras toluen på syre som finns i luften. Reaktionen sker i närvaro av en katalysator.

Exempel på fenoler

De närmaste homologerna av fenoler kallas kresoler.

Det finns tre typer av kresoler. Meta-kresol är under normala förhållanden en vätska, para-kresol och orto-kresol är fasta ämnen. Alla kresoler är dåligt lösliga i vatten, och deras kemiska egenskaper liknar nästan fenol. I sin naturliga form finns kresoler i stenkolstjära, inom industrin används de för tillverkning av färgämnen och vissa typer av plast.

Exempel på diatomiska fenoler inkluderar para-, orto- och metahydrobensener. Alla är fasta ämnen, lättlösliga i vatten.

Den enda representanten för trihydrisk fenol är pyrogallol (1,2,3-trihydroxibensen). Dess formel presenteras nedan.

Pyrogallol är ett ganska starkt reduktionsmedel. Det oxiderar lätt, så det används för att producera syrefria gaser. Detta ämne är välkänt för fotografer, det används som framkallare.

Det kan förväntas att, beroende på detta, egenskaperna hos ämnen kommer att skilja sig avsevärt från varandra på grund av ömsesidig påverkan av grupper av atomer (kom ihåg en av bestämmelserna i Butlerovs teori). Organiska föreningar som innehåller den aromatiska radikalen fenyl C 6 H 5 -, direkt bundna till hydroxylgruppen, uppvisar speciella egenskaper som skiljer sig från egenskaperna hos alkoholer. Sådana föreningar kallas fenoler.

- organiska ämnen vars molekyler innehåller en fenylradikal associerad med en eller flera hydroxigrupper.

Precis som alkoholer klassificeras fenoler efter sin atomicitet, d.v.s. efter antalet hydroxylgrupper.

Envärda fenoler innehåller en hydroxylgrupp i molekylen:

Det finns andra polyatomiska fenoler som innehåller tre eller flera hydroxylgrupper i bensenringen.

Låt oss ta en närmare titt på strukturen och egenskaperna hos den enklaste representanten för denna klass - fenol C6H50H. Namnet på detta ämne låg till grund för namnet på hela klassen - fenoler.

Fysikaliska egenskaper
Fast färglös kristallin substans, tºmel = 43 °C, tº koka = °C, med en skarp karakteristisk lukt. Giftig. Fenol är lätt lösligt i vatten vid rumstemperatur. En vattenlösning av fenol kallas karbolsyra. Det orsakar brännskador om det kommer i kontakt med huden, så fenol måste hanteras med försiktighet.

Strukturen av fenolmolekylen

I fenolmolekylen är hydroxylen direkt bunden till kolatomen i den aromatiska bensenringen.

Låt oss komma ihåg strukturen av grupperna av atomer som bildar fenolmolekylen.

Den aromatiska ringen består av sex kolatomer som bildar en regelbunden hexagon på grund av sp 2-hybridiseringen av de sex kolatomernas elektroniska orbitaler. Dessa atomer är förbundna med Þ-bindningar. P-elektronerna i varje kolatom som inte deltar i bildandet av s-bindningar, överlappande på motsatta sidor av Þ-bindningsplanet, bildar två delar av en enda sex-elektron P-moln som täcker hela bensenringen (aromatisk kärna). I C6H6-bensenmolekylen är den aromatiska ringen absolut symmetrisk, med en enda elektronisk P-molnet täcker jämnt ringen av kolatomer under och ovanför molekylens plan (fig. 24).

Den kovalenta bindningen mellan syre- och väteatomerna i hydroxylradikalen är mycket polär, O-H-bindningens allmänna elektronmoln förskjuts mot syreatomen, på vilken en partiell negativ laddning uppstår, och på väteatomen - en partiell positiv laddning . Dessutom har syreatomen i hydroxylgruppen två ensamma elektronpar som bara tillhör den.

I en fenolmolekyl interagerar hydroxylradikalen med den aromatiska ringen, medan de ensamma elektronparen i syreatomen interagerar med det enda TC-molnet i bensenringen och bildar ett enda elektroniskt system. Denna interaktion mellan ensamma elektronpar och moln av π-bindningar kallas konjugering. Som ett resultat av konjugationen av det ensamma elektronparet av syreatomen i hydroxigruppen med elektronsystemet i bensenringen, minskar elektrondensiteten på syreatomen. Denna minskning kompenseras av större polarisering av O-H-bindningen, vilket i sin tur leder till en ökning av den positiva laddningen på väteatomen. Följaktligen har vätet i hydroxylgruppen i fenolmolekylen en "sur" karaktär.

Det är logiskt att anta att konjugeringen av elektroner i bensenringen och hydroxylgruppen påverkar inte bara dess egenskaper utan också bensenringens reaktivitet.

I själva verket, som du minns, leder konjugeringen av ensamma par av syreatomen med l-molnet av bensenringen till en omfördelning av elektrontätheten i den. Den minskar vid kolatomen som är associerad med OH-gruppen (på grund av påverkan av syreatomens elektronpar) och ökar vid dess närliggande kolatomer (d.v.s. positionerna 2 och 6, eller ortopositioner). Det är uppenbart att en ökning av elektrontätheten för dessa kolatomer i bensenringen leder till lokaliseringen (koncentrationen) av en negativ laddning på dem. Under påverkan av denna laddning sker en ytterligare omfördelning av elektrontätheten i den aromatiska kärnan - dess förskjutning från den 3:e och 5:e atomen (metaposition) till den 4:e (ortoposition). Dessa processer kan uttryckas med diagrammet:

Således leder närvaron av en hydroxylradikal i en fenolmolekyl till en förändring i bensenringens l-moln, en ökning av elektrontätheten vid 2, 4 och 6:e kolatomerna (orto-, dara-position) och en minskning av elektrondensiteten vid de 3:e och 5:e kolatomerna (metapositioner).

Lokaliseringen av elektrontäthet i orto- och parapositioner gör att de mest sannolikt blir attackerade av elektrofila arter när de interagerar med andra ämnen.

Följaktligen är påverkan av radikalerna som utgör fenolmolekylen ömsesidig, och den bestämmer dess karakteristiska egenskaper.

Kemiska egenskaper hos fenol

Syra egenskaper

Som redan nämnts är väteatomen i fenolens hydroxylgrupp sur till sin natur. De sura egenskaperna hos fenol är mer uttalade än hos vatten och alkoholer. Till skillnad från alkoholer och vatten, reagerar fenol inte bara med alkalimetaller, utan också med alkalier för att bilda fenolater.

De sura egenskaperna hos fenoler är dock mindre uttalade än hos oorganiska och karboxylsyror. Till exempel är fenolens sura egenskaper ungefär 3000 gånger mindre än för kolsyra. Därför, genom att passera koldioxid genom en vattenlösning av natriumfenolat, kan fri fenol isoleras:

Tillsats av salt- eller svavelsyra till en vattenlösning av natriumfenolat leder också till bildning av fenol.

Kvalitativ reaktion på fenol

Fenol reagerar med järn(III)klorid för att bilda en intensivt lila komplex förening.

Denna reaktion gör att den kan detekteras även i mycket små mängder. Andra fenoler innehållande en eller flera hydroxylgrupper på bensenringen ger också en klar blåviolett färg när de reageras med järn(III)klorid.

Bensenringreaktioner

Närvaron av en hydroxylsubstituent underlättar i hög grad förekomsten av elektrofila substitutionsreaktioner i bensenringen.

1. Bromering av fenol. Till skillnad från bensen kräver bromering av fenol inte tillsats av en katalysator (järn(III)bromid).

Dessutom fortskrider interaktionen med fenol selektivt: bromatomer riktas till orto- och parapositionerna och ersätter väteatomerna som finns där. Selektiviteten för substitution förklaras av egenskaperna hos den elektroniska strukturen hos fenolmolekylen som diskuterats ovan. Sålunda, när fenol reagerar med bromvatten, bildas en vit fällning av 2,4,6-tribromfenol.

Denna reaktion, liksom reaktionen med järn(III)klorid, tjänar till kvalitativ detektering av fenol.

2. Nitrering av fenol sker också lättare än nitrering av bensen. Reaktionen med utspädd salpetersyra sker vid rumstemperatur. Som ett resultat bildas en blandning av orto- och para-isomerer av nitrofenol:

3. Hydrogenering av den aromatiska ringen av fenol i närvaro av en katalysator sker lätt.

4. Polykondensation av fenol med aldehyder, i synnerhet med formaldehyd, sker med bildning av reaktionsprodukter - fenol-formaldehydhartser och fasta polymerer.

Interaktionen mellan fenol och formaldehyd kan beskrivas med följande schema:

Du har säkert märkt att "mobila" väteatomer finns kvar i dimermolekylen, vilket gör att reaktionen kan fortsätta ytterligare om det finns en tillräcklig mängd reagens.

Polykondensationsreaktionen, d.v.s. reaktionen att producera en polymer som sker med frisättning av en lågmolekylär biprodukt (vatten), kan fortsätta ytterligare (tills ett av reagenserna är helt förbrukat) med bildandet av enorma makromolekyler . Processen kan beskrivas med den sammanfattande ekvationen:

Bildandet av linjära molekyler sker vid vanliga temperaturer. Att utföra denna reaktion vid upphettning leder till det faktum att den resulterande produkten har en grenad struktur, den är fast och olöslig i vatten. Som ett resultat av uppvärmning av ett linjärt fenol-formaldehydharts med ett överskott av aldehyd erhålls hårda plastmassor med unika egenskaper. Polymerer baserade på fenol-formaldehydhartser används för tillverkning av lacker och färger, plastprodukter som är resistenta mot uppvärmning, kylning, vatten, alkalier och syror, de har höga dielektriska egenskaper. De mest kritiska och viktiga delarna av elektriska apparater, kraftenhetshöljen och maskindelar, och polymerbasen av tryckta kretskort för radioenheter är gjorda av polymerer baserade på fenol-formaldehydhartser.

Lim baserade på fenol-formaldehydhartser kan på ett tillförlitligt sätt förbinda delar av en mängd olika karaktärer och bibehålla den högsta foghållfastheten över ett mycket brett temperaturområde. Detta lim används för att fästa metallbasen på belysningslampor på en glaslampa. Nu förstår du varför fenol och produkter baserade på det används i stor utsträckning (schema 8).

1. Namnge ämnena enligt deras strukturformler:

2. Förklara varför de sura egenskaperna hos fenol är mer uttalade än de sura egenskaperna hos vatten och alkoholer.

3. När koldioxid fick passera genom en vattenlösning av natriumfenolat blev reaktionsblandningen grumlig och fick en karakteristisk lukt. Förklara förändringarna och ge reaktionsekvationer i molekylär, full och reducerad jonform.

4. Skriv ner reaktionsekvationer som motsvarar flera steg i bildningen av en fenol-formaldehydpolymer från en trimer.

5*. En blandning av omättad alkohol och en fenolhomolog som väger 1,37 g reagerar med 160 g 2 % bromvatten. Samma blandning, när den reageras med överskott av natrium, frigör 168 ml gas (n.o.). Bestäm molekylformlerna för ämnen och deras massfraktioner i blandningen.

Envärda fenoler är klara vätskor eller kristallina ämnen, ofta färgade rosa-röda på grund av deras oxidation. Dessa är gifter och orsakar brännskador om de kommer i kontakt med huden. De dödar många mikroorganismer, det vill säga de har desinficerande och antiseptiska egenskaper. Lösligheten av fenoler i vatten är låg, deras kokpunkter är relativt höga på grund av förekomsten av intermolekylära vätebindningar.

Fysikaliska egenskaper

Fenoler är svagt lösliga i vatten, men löser sig väl i alkohol, eter, bensen, bildar kristallina hydrater med vatten och destilleras med ånga. I luft oxiderar fenol själv lätt och mörknar. Införandet av substituenter som halogener, nitrogrupper etc. i para-positionen av fenolmolekylen ökar avsevärt föreningarnas kokpunkt och smältpunkt:

Bild 1.

Fenoler är polära ämnen med ett dipolmoment $\mu$ = 1,5-1,6 $D$. $EI$-värdet på 8,5-8,6 eV indikerar de större donatoregenskaperna hos fenoler jämfört med arener som bensen (9,25 eV), toluen (8,82 eV) och etylbensen (8,76 eV). Detta beror på interaktionen av hydroxylgruppen med $\pi$-bindningarna i bensenringen på grund av den positiva $M$-effekten av $OH$-gruppen, dess negativa $I$-effekt dominerar.

Spektrala egenskaper hos fenoler

Absorptionsmaximum i UV-delen av spektrumet för fenol förskjuts mot längre våglängder med ungefär 15 nm jämfört med bensen (badokromisk skiftning) på grund av deltagandet av $\pi$-elektroner av syre i konjugering med bensenringen och uppträder vid 275 nm med fin struktur.

IR-spektra för fenoler, såväl som alkoholer, kännetecknas av intensiva $v_(OH)$-band i området 3200-3600 cm$^(-1)$ och 3600-3615 cm$^(-1)$ för mycket utspädda lösningar, men för $v_(c\_D)$-fenoler finns ett band runt 1230 cm$^(-1)$, i motsats till 1220-1125 cm$^(-1)$ för alkoholer.

I NMR-spektra uppträder signalen för protonen i $OH$-gruppen av fenoler inom ett brett område (4,0-12,0 ppm) jämfört med alkoholer, beroende på lösningsmedlets natur och koncentration, temperatur och närvaron av inter - eller intramolekylära vätebindningar. Ofta registreras signalen för protonen i $OH$-gruppen vid 8,5-9,5 ppm. i dimetylsulfoxid eller vid 4,0-7,5 ppm, i $CCl_4$.

I masspektrumet av fenol är den huvudsakliga fragmenteringsriktningen elimineringen av $HCO$- och $CO$-partiklar:

Figur 2.

Om alkylradikaler är närvarande i en fenolmolekyl kommer den primära processen att vara bensylklyvning.

Kemiska egenskaper hos fenoler

I motsats till alkoholer, som kännetecknas av reaktioner som involverar klyvning av både $O-H$-bindningen (syra-basegenskaper, bildning av estrar, oxidation, etc.) och $C-O$-bindningen (reaktioner av nukleofil substitution, dehydrering, omarrangemang ) kännetecknas fenoler mer av reaktioner av den första typen. Dessutom kännetecknas de av elektrofila substitutionsreaktioner i bensenringen aktiverade av den elektrondonerande hydroxylgruppen.

De kemiska egenskaperna hos fenoler bestäms av hydroxylgruppens och bensenringens ömsesidiga inverkan.

Hydroxylgruppen har en $-I-$ och + $M$ effekt. Den senare överstiger markant $-I$-effekten, som bestämmer $n-\pi$-konjugationen av fria syreelektroner med $\pi$-orbitalen i bensenkärnan. På grund av $n-\pi$-konjugation minskar längden på $C - O$-bindningen, storleken på dipolmomentet och positionen för absorptionsbanden för bindningar i IR-spektrat jämfört med etylalkohol:

Några egenskaper hos fenol och etanol:

Figur 3.

$n-\pi$-Konjugation leder till en minskning av elektrondensiteten på syreatomen, därför ökar polariteten för $O - H$ bindningen i fenoler. I detta avseende är de sura egenskaperna hos fenoler mer uttalade än hos alkoholer. Den högre surheten hos fenoler jämfört med alkoholer förklaras också av möjligheten av laddningsdelokalisering till fenolatanjonen, vilket medför stabilisering av systemet:

Figur 4.

Skillnaden i surhetsgrad mellan fenol och alkoholer indikeras av dissociationskonstanten. Som jämförelse: Kd = $1,3 \cdot 10^(-10)$ för fenol och Kd = $10^(-18)$ för etylalkohol.

Därför bildar fenoler, till skillnad från alkoholer, fenolater inte bara med alkalimetaller, utan också genom interaktion med alkalier:

Bild 5.

Reaktionen av fenol med alkalimetaller är ganska våldsam och kan åtföljas av en explosion.

Men fenol är en svag syra, till och med svagare än kolsyra ($K = 4,7 \cdot 10^(-7)$). Därför tränger kolsyra bort fenol från fenolatlösningen. Dessa reaktioner används för att separera fenoler, alkoholer eller karboxylsyror. Elektronbortdragande grupper i fenolmolekylen förbättrar avsevärt, och givargrupper försvagar, de sura egenskaperna hos fenolisk hydroxyl.

Dessutom kännetecknas fenol av ett antal reaktioner i olika riktningar:

1. bildning av etrar och estrar;
2. alkylerings- och acyleringsreaktioner;
3. oxidationsreaktioner

4. elektrofila substitutionsreaktioner i den aromatiska ringen, inklusive reaktioner:

   • halogenering,
   • sulfonering,
   • nitrosering,
   • formylering,
   • kondensation med aldehyder och ketoner,
   • karboxylering.