Хемиски својства на фенолите. Хемиски својства на фенолите киселина својства на фенолите Фенол јаглеродна киселина

Феноли- деривати на ароматични јаглеводороди, кои може да содржат една или повеќе хидроксилни групи поврзани со бензен прстен.

Како се нарекуваат фенолите?

Според правилата на IUPAC, името " фенол" Нумерирањето на атомите доаѓа од атомот кој е директно поврзан со хидрокси групата (ако е постарата) и е нумериран така што супституентите добиваат најмал број.

Претставник - фенол - C 6 H 5 OH:

Структурата на фенолот.

Атомот на кислород има осамен електронски пар на неговото надворешно ниво, кој е „влечен“ во прстенестиот систем (+М ефект ТОЈ-групи). Како резултат на тоа, може да се појават 2 ефекти:

1) зголемување на густината на електроните на бензенскиот прстен до орто- и пара- позициите. Во основа, овој ефект се манифестира во реакции на електрофилна супституција.

2) густината на атомот на кислород се намалува, како резултат на што врската ТОЈслабее и може да се кине. Ефектот е поврзан со зголемената киселост на фенолот во споредба со заситените алкохоли.

Моно-супституирани деривати фенол(крезол) може да биде во 3 структурни изомери:

Физички својства на фенолите.

Фенолите се кристални материи на собна температура. Слабо растворлив во ладна вода, но добро растворлив во топла вода и во водени раствори на алкалии. Имаат карактеристичен мирис. Поради формирањето на водородни врски, тие имаат висока точка на вриење и топење.

Подготовка на феноли.

1. Од халобензените. Кога хлоробензенот и натриум хидроксид се загреваат под притисок, се добива натриум фенолат, кој по реакција со киселина се претвора во фенол:

2. Индустриски метод: каталитичката оксидација на куменот во воздухот произведува фенол и ацетон:

3. Од ароматични сулфонски киселини со фузија со алкалии. Реакцијата која најчесто се изведува за производство на полихидрични феноли е:

Хемиски својства на фенолите.

Р-Орбиталата на атомот на кислород формира единствен систем со ароматичниот прстен. Затоа, густината на електроните на атомот на кислород се намалува, а на бензенскиот прстен се зголемува. Поларитет на комуникација ТОЈсе зголемува, а водородот од хидроксилната група станува пореактивен и лесно може да се замени со метален атом дури и под дејство на алкалии.

Киселоста на фенолите е поголема од онаа на алкохолите, така што може да се спроведат следните реакции:

Но, фенолот е слаба киселина. Ако јаглерод диоксид или сулфур диоксид се протне низ неговите соли, се ослободува фенол, што докажува дека јаглеродните и сулфурните киселини се посилни киселини:

Киселините својства на фенолите се ослабени со воведувањето на супституенти од типот I во прстенот и зајакнати со воведувањето на тип II.

2) Формирање на естри. Процесот се јавува под влијание на киселински хлориди:

3) Реакција на електрофилна супституција. Бидејќи ТОЈ-групата е супституент од првиот вид, тогаш реактивноста на бензенскиот прстен во орто- и пара-позициите се зголемува. Кога фенолот е изложен на бромна вода, се забележува талог - ова е квалитативна реакција на фенол:

4) Нитрација на фенолите. Реакцијата се изведува со мешавина за нитрација, што резултира со формирање на пикринска киселина:

5) Поликондензација на феноли. Реакцијата се јавува под влијание на катализаторите:

6) Оксидација на феноли. Фенолите лесно се оксидираат од атмосферскиот кислород:

7) Квалитативна реакција на фенол е ефектот на раствор од железен хлорид и формирање на виолетовиот комплекс.

Примена на феноли.

Фенолите се користат во производството на фенол-формалдехидни смоли, синтетички влакна, бои и лекови и средства за дезинфекција. Пикринската киселина се користи како експлозив.

Хидроксилната група во молекулите на органските соединенија може да се поврзе со ароматично јадродиректно или може да се одвои од него со еден или повеќе јаглеродни атоми. Може да се очекува дека, во зависност од ова својство, супстанциите значително ќе се разликуваат една од друга поради меѓусебното влијание на групи атоми. Навистина, органските соединенија што го содржат ароматичниот радикал фенил C 6 H 5 - директно поврзан со хидроксилната група покажуваат посебни својства, различен од својствата на алкохолите. Таквите врски се нарекуваат феноли.

Органски супстанции чии молекули содржат фенилен радикал поврзан со една или повеќе хидроксо групи. Исто како и алкохолите, фенолите се класифицираат според нивната атомност, т.е. според бројот на хидроксилни групи.

Монохидрични фенолисодржат една хидроксилна група во молекулата:

Полихидрични фенолисодржат повеќе од една хидроксилна група во молекули:

Постојат и други полихидрични феноли кои содржат три или повеќе хидроксилни групи на бензенскиот прстен.

Ајде внимателно да ја разгледаме структурата и својствата на наједноставниот претставник на оваа класа - фенол C 6 H 5 OH. Името на оваа супстанција ја формираше основата за името на целата класа - феноли.

Фенолот е цврста, безбојна кристална супстанција, t° = 43 °C, t° = 181 °C, со остар карактеристичен мирис. Отровни. Фенолот е малку растворлив во вода на собна температура. Воден раствор на фенол се нарекува карболна киселина. По контакт со кожата предизвикува изгореници, затоа со фенолот мора внимателно да се постапува!

Хемиски својства на фенолите

Карактеристики на киселина. Водородниот атом од хидроксилната група има кисела природа. Киселите својства на фенолот се поизразениотколку онаа на водата и алкохолот. За разлика од алкохолот и водата, фенолот реагира не само со алкалните метали, туку и со алкалите за да формира фенолати:

Сепак, киселинските својства на фенолите се помалку изразени од оние на неорганските и карбоксилните киселини. На пример, киселинските својства на фенолот се приближно 3000 пати помали од оние на јаглеродната киселина. Затоа, со поминување на јаглерод диоксид низ воден раствор на натриум фенолат, може да се изолира слободниот фенол.

Додавањето на хлороводородна или сулфурна киселина во воден раствор на натриум фенолат, исто така, доведува до формирање на фенол:

Фенолот реагира со железо (III) хлорид за да формира интензивно виолетова комплексна соединение.

Оваа реакција овозможува да се открие дури и во многу ограничени количини. Други феноли кои содржат една или повеќе хидроксилни групи на бензенскиот прстен, исто така, произведуваат светли сино-виолетови бои кога реагираат со железо (III) хлорид.

Присуството на хидроксилен супституент во голема мера го олеснува појавувањето на реакции на електрофилна супституција во бензенскиот прстен.

1. Бромирање на фенол.

За разлика од бензенот, бромирањето на фенолот не бара додавање на катализатор (железо (III) бромид). Покрај тоа, интеракцијата со фенолот се одвива селективно: атомите на бром се насочени кон орто и пара позициите, заменувајќи ги атомите на водород лоцирани таму. Селективноста на супституцијата се објаснува со карактеристиките на електронската структура на молекулата на фенолот дискутирана погоре.

Така, кога фенолот реагира со бромната вода, се формира бел талог од 2,4,6-трибромофенол:

Оваа реакција, како реакцијата со железо (III) хлорид, служи за квалитативно откривање на фенолот.

2. Нитрација на фенолисто така се јавува полесно од нитрацијата на бензенот. Реакцијата со разредена азотна киселина се јавува на собна температура. Како резултат на тоа, се формира мешавина од орто- и пара-изомери на нитрофенол:

Кога се користи концентрирана азотна киселина, се формира 2,4,6-тринитрофенол - пикринска киселина, експлозив:

3. Хидрогенизација на ароматичното јадро на фенолотво присуство на катализатор лесно се случува:

4. Поликондензација на фенол со алдехиди, особено, со формалдехид се јавува со формирање на производи за реакција - фенол-формалдехидни смоли и цврсти полимери.

Интеракцијата на фенол со формалдехид може да се опише со следнава шема:

Молекулата на димерот задржува „подвижни“ атоми на водород, што значи дека е можно понатамошно продолжување на реакцијата со доволен број реагенси:

Реакцијата на поликондензација, т.е. реакцијата на производство на полимер што се јавува со ослободување на нуспроизвод со ниска молекуларна тежина (вода), може да продолжи понатаму (додека еден од реагенсите целосно не се потроши) со формирање на огромни макромолекули . Процесот може да се опише со збирната равенка:

Формирањето на линеарни молекули се случува на обични температури. Спроведувањето на оваа реакција при загревање води до фактот дека добиениот производ има разгранета структура, тој е цврст и нерастворлив во вода. Како резултат на загревање на линеарна фенол-формалдехидна смола со вишок на алдехид, се добиваат тврди пластични маси со уникатни својства. Полимерите базирани на фенол-формалдехидни смоли се користат за производство на лакови и бои, пластични производи кои се отпорни на греење, ладење, вода, алкалии и киселини. Тие имаат високи диелектрични својства. Најкритичните и најважните делови на електричните апарати, куќиштата на енергетските единици и машинските делови, како и полимерната основа на печатените кола за радио уредите се направени од полимери базирани на фенол-формалдехидни смоли. Лепилата базирани на фенол-формалдехидни смоли се способни за сигурно поврзување на делови од широк спектар на природи, одржувајќи ја најголемата јачина на спојницата во многу широк температурен опсег. Овој лепак се користи за прицврстување на металната основа на светилките за осветлување на стаклена сијалица. Така, фенолот и производите врз основа на него се широко користени.

ДЕФИНИЦИЈА

Феноли- деривати на ароматични јаглеводороди, во чии молекули хидроксилните групи се директно поврзани со јаглеродните атоми на бензенскиот прстен. Функционалната група, како и онаа на алкохолите, е OH.

Фенолот е цврста, безбојна, кристална супстанција, слабо топење, многу хигроскопна, со карактеристичен мирис. Во воздухот, фенолот оксидира, па неговите кристали првично добиваат розова нијанса (сл. 1), а при долгорочно складирање потемнуваат и стануваат поцрвени. Малку е растворлив во вода на собна температура, но брзо и добро се раствора на 60 - 70 o C. Фенолот е слабо топење, неговата точка на топење е 43 o C. Тој е токсичен.

Ориз. 1. Фенол. Изглед.

Подготовка на фенол

Во индустриски размери, фенолот се добива од катран од јаглен. Меѓу лабораториските методи најчесто го користам следново:

- хидролиза на хлоробензен

C 6 H 5 Cl + NaOH→ C 6 H 5 OH + NaCl (kat = Cu, t 0).

- алкално топење на соли на аренсулфонски киселини

C 6 H 5 SO 3 Na + 2NaOH → C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3 + H 2 O (t 0).

— метод на кумен (оксидација на изопропилбензен)

C6H5-C(CH3)H-CH3 + O2 →C6H5OH + CH3-C(O)-CH3 (H +, t0).

Хемиски својства на фенолот

Хемиските трансформации на фенол се случуваат главно со разделување:

1) O-H врски

— интеракција со метали

2C 6 H 5 OH + 2Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2 .

- интеракција со алкалии

C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O.

- интеракција со анхидриди на карбоксилна киселина

C6H5-OH + Cl-C(O)-O-C(O)-CH3 → C6H5-O-C(O)-CH3 + CH3COOH (t 0).

— интеракција со халиди на карбоксилна киселина

C6H5-OH + Cl-C(O)-CH3 → C6H5-O-C(O)-CH3 + HCl (t0).

- интеракција со FeCl 3 (квалитативна реакција на фенол - појава на виолетова боја, која исчезнува кога се додава киселина)

6C 6 H 5 OH + FeCl 3 → (C 6 H 5 OH) 3 + 3Cl - .

2) обврзници В сп 2 -H претежно во О- И n- одредби

- бромирање

C 6 H 5 -OH + 3Br 2 (aq) → Br 3 -C 6 H 2 -OH↓ + 3HBr.

- нитрација (формирање на пикринска киселина)

C 6 H 5 -OH + 3HONO 2 (конц) → (NO 2) 3 -C 6 H 2 -OH + 3H 2 O (H +).

3) еден 6π-електронски облак на бензенскиот прстен

- хидрогенизација

C 6 H 5 OH + 3H 2 → C 6 H 11 -OH (kat = Ni, t 0 = 130 - 150, p = 5 - 20 atm).

Примена на фенол

Фенолот се користи во големи количини за производство на бои, фенол-формалдехидна пластика и лековити материи.

Од диатомските феноли, резорцинолот се користи во медицината како антисептик и супстанца за некои клинички тестови, а хидрохинонот и другите диатомски феноли се користат како развивачи во обработката на фотографските материјали.

Во медицината, Lysol, кој содржи различни феноли, се користи за дезинфекција на простории и мебел.

Некои феноли се користат како антиоксиданти - супстанции кои го спречуваат расипувањето на храната при долгорочно складирање (масти, масла, концентрати на храна).

Примери за решавање проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Фенолите, како и другите еноли, се карактеризираат со кето-енол тавтомеризам. Сепак, повеќето монохидрични феноли постојат исклучиво во форма на енол. Оваа стабилност на формата на енол во споредба со кетоните се должи на ароматичноста на бензенскиот прстен, како и на високиот степен на конјугација на пар електрони на атом на хидроксил кислород со системот $\pi$-електронски на бензенскиот прстен. ($\rho-\pi$-конјугација):

Слика 1.

Како резултат на оваа конјугација, електронската густина на кислородот се префрла на бензенскиот прстен и ги подобрува неговите својства за донирање електрони, и покрај ефектот $-I$ на групата $OH$. Во овој случај, врската $O-H$ станува пополарна, што ја промовира нејзината јонизација со формирање на протон и фенолат анјон. Значи, фенолите се типични $OH$ киселини:

Слика 2.

Во фенолатниот анјон, негативниот полнеж на атомот на кислород е значително делокализиран, што ја зголемува неговата стабилност, но ја намалува неговата базичност во споредба со анјонот на алкоксид $RO^-$. Негативната дисперзија на полнеж може да се пренесе со користење на I-IV резонантни структури, кои не се можни за алифатични алкохоли:

Слика 3.

Фенолите како киселини

Како киселини, фенолите се посилни од водата и алкохолите, но послаби од јаглеродните, цијанидните и карбоксилните киселини:

Слика 4.

Затоа, фенолите комуницираат не само со натриум, туку и, за разлика од алканолите, со силни бази - алкалии. Фенолите не комуницираат со слаби бази како што се бикарбонати од алкални метали:

Слика 5.

Ова се користи за одвојување мешавини на алкохоли, феноли и карбоксилни киселини според следната шема:

Слика 6.

Горенаведениот метод на сепарација не може да се примени ако сите три почетни соединенија се растворливи во вода.

Фенолатите на алкалните метали, како соли на силни бази и слаби киселини, лесно се хидролизираат со вода, а растворот покажува силно алкална реакција:

Слика 7.

Зависноста на киселоста на фенолите зависи од супституентот во јадрото

Киселоста на фенолите зависи од природата на супституентот во јадрото. Супституентите кои повлекуваат електрони ја зголемуваат киселоста, а супституентите кои донираат електрони ја намалуваат киселоста. Ефектот на природата на супституентот врз фенолите е спротивен на неговиот ефект врз основаноста на ароматичните амини. Така, воведувањето на силна акцепторна нитро група ја менува вредноста на индексот на киселост $pK_a$ на фенолите на следниов начин:

Слика 8.

Зголемувањето на киселоста се објаснува со способноста на групата $NO_2$ да учествува во делокализацијата на негативниот полнеж на феноксидниот анјон. Ако има три нитро групи во молекулата на фенолот, киселинските својства на, на пример, пикринската киселина достигнуваат ниво на минерални.

Табела 1 го прикажува индексот на киселост $pK_a$ на некои супституирани феноли во вода на 25$^\circ$С со супституентот лоциран во орто-, мета- И пар- позиција.

$pK_a$ вредност орто-, мета- И пар-супституирани феноли во вода на 25$^\circ$С:

Слика 9.

Табела 2 го прикажува индексот на киселост $pK_a$ на некои супституирани феноли во вода на 25$^\circ$С.

$pK_a$ вредност на супституираните феноли во вода на 25$^\circ$С:

Слика 10.

Фенолати од тешки метали

Фенолите се способни да формираат фенолати не само со алкални метали, туку и со соли на тешки метали. Така, со железните (III) соли тие даваат виолетово обоени сложени соединенија, затоа солите $Fe$(III) дејствуваат како реагенси за енол (фенил) хидроксил:

Слика 11.

феноли -органски супстанции чии молекули содржат фенилен радикал поврзан со една или повеќе хидроксо групи. Исто како алкохолот, фенолите се класифициранипо атомност, т.е. според бројот на хидроксилни групи.

Монохидрични фенолисодржат една хидроксилна група во молекулата:

Полихидрични фенолисодржат повеќе од една хидроксилна група во молекули:

Исто така, постојат полихидрични феноли кои содржат три или повеќе хидроксилни групи во бензенскиот прстен.

Ајде внимателно да ја разгледаме структурата и својствата на наједноставниот претставник на оваа класа - фенол C 6 H 5 OH. Името на оваа супстанца ја формираше основата за името на целиот кас - феноли.

Физички својства на фенолот

Фенолот е цврста, безбојна кристална материја, точка на топење = 43°C, точка на вриење = 181°C, со остар карактеристичен мирис Токсичен.Фенолот е малку растворлив во вода на собна температура. Воден раствор на фенол се нарекува карболна киселина. При контакт со кожа предизвикуваизгореници, Затоа, со фенолот мора да се постапува многу внимателно!

Хемиски својства на фенолот

Во повеќето реакции, фенолите се поактивни на врската O-H, бидејќи оваа врска е пополарна поради поместувањето на густината на електроните од атомот на кислород кон бензенскиот прстен (учество на единствениот електронски пар на атомот на кислород во п -систем на конјугација). Киселоста на фенолите е многу повисока од онаа на алкохолите. За фенолите, реакциите на расцепување на врската C-O не се типични, бидејќи атомот на кислород е цврсто врзан со јаглеродниот атом на бензенскиот прстен поради учеството на неговиот единствен електронски пар во системот на конјугација. Заемното влијание на атомите во молекулата на фенолот се манифестира не само во однесувањето на хидрокси групата, туку и во поголемата реактивност на бензенскиот прстен. Хидроксилната група ја зголемува густината на електроните во бензенскиот прстен, особено на орто и пара позициите (OH групи)

Киселините својства на фенолот

Водородниот атом од хидроксилната група има кисела природа. Бидејќи Бидејќи киселинските својства на фенолот се поизразени од оние на водата и алкохолите, фенолот реагира не само со алкалните метали, туку и со алкалите за да формира фенолати:

Киселоста на фенолите зависи од природата на супституентите (донатор или акцептор на густина на електрони), положбата во однос на групата OH и бројот на супституенти. Најголемо влијание врз OH-киселоста на фенолите имаат групи лоцирани во орто- и пара-позиции. Донаторите ја зголемуваат јачината на O-H врската (со тоа ја намалуваат подвижноста на водородот и киселинските својства), акцепторите ја намалуваат јачината на O-H врската, додека киселоста се зголемува:

Сепак, киселинските својства на фенолот се помалку изразени од оние на неорганските и карбоксилните киселини. На пример, киселинските својства на фенолот се приближно 3000 пати помали од оние на јаглеродната киселина. Затоа, со поминување на јаглерод диоксид низ воден раствор на натриум фенолат, може да се изолира слободниот фенол.

Додавањето на хлороводородна или сулфурна киселина во воден раствор на натриум фенолат, исто така, доведува до формирање на фенол:

Квалитативна реакција на фенол

Фенолот реагира со железен хлорид за да формира интензивно виолетова комплексна соединение. Оваа реакција овозможува да се открие дури и во многу ограничени количини. Другите феноли кои содржат една или повеќе хидроксилни групи на бензенскиот прстен, исто така, даваат светла сино-виолетова боја во реакција со железен хлорид (3).

Реакции на бензенскиот прстен на фенолот

Присуството на хидроксилен супституент во голема мера го олеснува појавувањето на реакции на електрофилна супституција во бензенскиот прстен.

1. Бромирање на фенол.За разлика од бензенот, бромирањето на фенолот не бара додавање на катализатор (железо(3) бромид). Покрај тоа, интеракцијата со фенол се случува селективно: атомите на бром се насочени кон орто-И пар-позиции, заменувајќи ги атомите на водород лоцирани таму. Селективноста на супституцијата се објаснува со карактеристиките на електронската структура на молекулата на фенолот дискутирана погоре.

Така, кога фенолот реагира со бромната вода, се формира бел талог од 2,4,6-трибромофенол:

Оваа реакција, како реакцијата со железо(3) хлорид, служи за квалитативно откривање на фенол.

2.Нитрација на фенолисто така се јавува полесно од нитрацијата на бензенот. Реакцијата со разредена азотна киселина се јавува на собна температура. Како резултат на тоа, се формира мешавина орто-И пароизомери на нитрофенол:

Кога се користи концентрирана азотна киселина, се формира 2,4,6, тринитритефенол-пикринска киселина, експлозив:

3. Хидрогенизација на ароматичниот прстен на фенолотво присуство на катализатор лесно поминува:

4.Поликондензација на фенол со алдехиди,особено, со формалдехид се јавува со формирање на реакциони производи - фенол-формалдехидни смоли и цврсти полимери.

Интеракцијата на фенол со формалдехид може да се опише со следнава шема:

Молекулата на димерот задржува „подвижни“ атоми на водород, што значи дека е можно понатамошно продолжување на реакцијата со доволен број реагенси:

Реакција поликондензација,тие. реакцијата на производство на полимер, која се јавува со ослободување на нуспроизвод со мала молекуларна тежина (вода), може да продолжи понатаму (додека еден од реагенсите целосно не се потроши) со формирање на огромни макромолекули. Процесот може да се опише со збирната равенка:

Формирањето на линеарни молекули се случува на обични температури. Спроведувањето на истата реакција при загревање води до фактот дека добиениот производ има разгранета структура, тој е цврст и нерастворлив во вода.Како резултат на загревање на фенол-формалдехидна смола од линеарна структура со вишок на алдехид, цврста пластика се добиваат маси со единствени својства. Полимерите базирани на фенол-формалдехидни смоли се користат за производство на лакови и бои, пластични производи кои се отпорни на греење, ладење, вода, алкалии и киселини.Имаат високи диелектрични својства. Најкритичните и најважните делови на електричните апарати, куќиштата на енергетските единици и машинските делови, како и полимерната основа на печатените кола за радио уреди се направени од полимери базирани на фенол-формалдехидни смоли. Лепилата базирани на фенол-формалдехидни смоли се способни за сигурно поврзување на делови од широк спектар на природи, одржувајќи ја најголемата јачина на спојницата во многу широк температурен опсег. Ова лепило се користи за прицврстување на металната основа на светилките за стаклена сијалица.Така, широко се користат фенолот и производите врз основа на него.

Примена на феноли

Фенолот е цврста супстанца со карактеристичен мирис што предизвикува изгореници доколку дојде во контакт со кожата. Отровни. Се раствора во вода, неговиот раствор се нарекува карболна киселина (антисептик). Таа беше првиот антисептик воведен во операцијата. Широко се користи за производство на пластика, лекови (салицилна киселина и нејзините деривати), бои, експлозиви.