Фенолы — номенклатура, получение, химические свойства. Молекулярная и структурная формула фенола Химические свойства фенола таблица

Соединения с одной или несколькими гидроксильными группами, присоединенными к бензольному кольцу; называются фенолами. Важнейшим из них является сам фенол:

Фенол был открыт в 1834 г., когда его выделили из каменноугольной смолы. Сначала его называли карболовой кислотой, и это название используется до сих пор для жидкого фенола, содержащего 5% воды. Свое нынешнее название фенол получил в 1841 г.

Все простейшие фенолы при нормальных условиях представляют собой твердые вещества с невысокой температурой плавления. Фенол - бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления 43°С. Он имеет характерный запах. Подобно спиртам, фенолы имеют более высокие температуры кипения, чем можно было бы ожидать по их относительной молекулярной массе. Это обусловлено образованием в фенолах межмолекулярной водородной связи. Выше уже отмечалось, что 2-нитрофенол имеет более низкую температуру кипения, чем 4-нитрофенол. Это объясняется существованием в первом из указанных соединений внутримолекулярной водородной связи, тогда как во втором соединении имеются межмолекулярные водородные связи, делающие его менее летучим (см. разд. 2.2).

Фенолы плохо растворяются в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях, в частности в спиртах и эфирах. Фенол ограниченно смешивается с водой лишь при температурах ниже 66°С. Выше 66°С фенол смешивается с водой в любых пропорциях (см. рис. 6.22 и разд. 6.2).

Лабораторные способы получения

Для получения фенола в лабораторных условиях сплавляют при 300-350°С безводную натриевую соль бензолсульфоновой кислоты с твердым гидроксидом натрия, а затем добавляют к смеси разбавленную соляную кислоту:

Бензолсульфоновую кислоту получают сульфированием бензола (см. разд. 18.2). Нейтрализация этой кислоты гидроксидом натрия приводит к образованию ее натриевой соли.

Фенол получают также, подогревая выше 10°С водный раствор хлорида фенилдиазония:

Хлорид фенилдиазония получают диазотированием фениламина (см. разд. 19.4).

Химические свойства фенолов

Реакции гидроксильной группы. Кислотность. Фенол имеет константу кислотности равную 9,95. Таким образом, он обладает свойствами слабой кислоты, хотя и более сильной, чем Метанол, этанол и вода (см. табл. 19.4). Фенолятион, образующийся в результате отщепления иона стабилизируется благодаря делокализации

отрицательного заряда:

Он может рассматриваться как гибрид указанных резонансных форм (см. разд. 2.1 и 18.2).

Подобно спиртам, фенол реагирует с сильно электроположительными металлами, например с натрием, выделяя водород:

Однако в отличие от спиртов фенолы реагируют с гидроксидом натрия:

Фенол обладает не настолько большой кислотностью, как карбоновые кислоты. Карбоновые кислоты, например уксусная или бензойная, способны вытеснять диоксид углерода из гидрокарбоната натрия или карбоната натрия, а фенол не способен. Этой реакцией пользуются в аналитических целях, чтобы отличить карбоновые кислоты от фенолов.

Образование сложных эфиров. Хотя фенол не реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров, он реагирует с хлорангидридами карбоновых кислот в щелочных растворах:

Реакция этого типа называется ацилированием.

Образование простых эфиров. Фенол реагирует с галогеноалканами в щелочной среде, образуя простые эфиры:

Эта реакция является примером синтеза Вильямсона (см. предыдущий раздел).

Реакция с пентахлоридом фосфора. В отличие от спиртов фенол не реагирует с галогеноводородами и тригалогенидами фосфора. Однако он медленно реагирует с пентахлоридом фосфора, образуя хлоробензол с низким выходом:

Реакция с хлоридом железа (III). При добавлении нейтрального раствора хлорида железа (III) к фенолу происходит образование комплекса, имеющего фиолетовую окраску. Эта реакция используется в качестве аналитической пробы на фенол. Такая реакция характерна для соединений, содержащих енолъную группу.

Реакция в бензольном кольце. Бензольное кольцо в молекуле фенола подвергается электрофильному замещению легче, чем сам бензол. Это объясняется тем, что несвязывающие электроны на атоме кислорода втягиваются в бензольное кольцо и тем самым активируют его. Гидроксильная группа фенола обладает 2,4-направляющим действием в отношении электрофильных заместителей (см. разд. 18.2).

Галогенирование. Галогенирование фенолов осуществляется в гораздо более мягких условиях, чем галогенирование бензола. Например, при добавлении бромной воды к водному раствору фенола происходит образование белого осадка 2,4,6-трибромо-фенола:

В разд. 18.2 было указано, что бромирование бензола требует присутствия катализатора.

Нитрование. Фенол можно нитровать с помощью разбавленной азотной кислоты. При этом образуется смесь 2-нитрофенола и 4-нитрофенола:

Сопоставим опять эти мягкие условия с условиями протекания соответствующей реакции бензола. Нитрование бензола требуется проводить в смеси концентрированных азотной кислоты и серной кислоты (см. разд. 18.2).

2-Нитрофенол и 4-нитрофенол являются более сильными кислотами, чем фенол. Оба они характеризуются значениями приблизительно равными 7,2. Повышенная кислотность нитрофенолов объясняется тем, что нитрогруппа оттягивает на себя электроны. В результате бензольное кольцо сильнее оттягивает электроны от атома кислорода гидроксильной группы.

Сульфирование. Реакция фенола с концентрированной серной кислотой приводит к образованию смеси гидроксибензолсульфоновых кислот:

Гидроксибензолсульфоновая кислота (выход 85%)

Оба продукта этой реакции реагируют с концентрированной азотной кислотой, образуя 2,4,6-тринитрофенол - желтое кристаллическое вещество, известное под тривиальным названием «пикриновая кислота»:

Вследствие общего электроноакцепторного действия трех нитрогрупп пикриновая кислота оказывается сравнительно сильной кислотой. Она характеризуется константой кислотности близкой к 1, а при взаимодействии с раствором карбоната натрия вытесняет из него диоксид углерода.

Реакции сочетания. Щелочный раствор фенола реагирует с раствором хлорида фенилдиазония, в результате чего образуется оранжевый осадок 4-гидроксифенилазо-бензола:

Этот продукт представляет собой азокраситель. Реакция подобного типа называется реакцией сочетания (в данном случае азосочетания).

По числу гидроксильных групп:

Одноатомные; например:

Двухатомные; например:

Трехатомные; например:

Существуют фенолы и большей атомности.

Простейшие одноатомные фенолы

С 6 Н 5 ОН - фенол (гидроксибензол), тривиальное название - карболовая кислота.

Простейшие двухатомные фенолы

Электронное строение молекулы фенола. Взаимное влияние атомов в молекуле

Гидроксильная группа -ОН (как и алкильные радикалы) является заместителем 1 рода, т. е. электронодонором. Это обусловлено тем, что одна из неподеленных электронных пар гидроксильного атома кислорода вступает в р, π-сопряжение с π-системой бензольного ядра.

Результатом этого является:

Повышение электронной плотности на атомах углерода в орто- и пара- положениях бензольного ядра, что облегчает замещение атомов водорода в этих положениях;

Увеличение полярности связи О-Н, приводящее к усилению кислотных свойств фенолов по сравнению со спиртами.

В отличие от спиртов, фенолы частично диссоциируют в водных растворах на ионы:

т. е. проявляют слабокислотные свойства.

Физические свойства

Простейшие фенолы при обычных условиях представляют собой низкоплавкие бесцветные кристаллические вещества с характерным запахом. Фенолы малорастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях. Являются токсичными веществами, вызывают ожоги кожи.

Химические свойства

I. Реакции с участием гидроксильной группы (кислотные свойства)

(реакция нейтрализации, отличие от спиртов)

Фенол - очень слабая кислота, поэтому феноляты разлагаются не только сильными кислотами, но даже такой слабой кислотой, как угольная:

II. Реакции с участием гидроксильной группы (образование сложных и простых эфиров)

Как и спирты, фенолы могут образовывать простые и сложные эфиры.

Сложные эфиры образуются при взаимодействии фенола с ангидридами или хпорангидридами карбоновых кислот (прямая этерификация карбоновыми кислотами протекает труднее):

Простые эфиры (алкилариловые) образуются при взаимодействии фенолятов с алкилгалогенидами:

III. Реакции замещения с участием бензольного ядра

Образование белого осадка трибромфенола иногда рассматривается как качественная реакция на фенол.

IV. Реакции присоединения (гидрирование)

V. Качественная реакция с хлоридом железа (III)

Одноатомные фенолы + FeCl 3 (р-р) → Сине-фиолетовая окраска, исчезающая при подкислении.

Карболовая кислота — одно из названий фенола, указывающее на его особое поведение в химических процессах. Это вещество легче, чем бензол вступает в реакции нуклеофильного замещения. Присущие соединению кислотные свойства объясняются подвижностью атома водорода в гидроксильной группе, связанной с кольцом. Изучение строения молекулы и качественные реакции на фенол позволяют отнести вещество к ароматическим соединениям — производным бензола.

Фенол (гидроксибензол)

В 1834 году немецкий химик Рунге выделил карболовую кислоту из каменноугольной смолы, но не сумел расшифровать ее состав. Позже другие исследователи предложили формулу и отнесли новое соединение к ароматическим спиртам. Простейший представитель этой группы — фенол (гидроксибензол). В чистом виде это вещество представляет собой прозрачные кристаллы, обладающие характерным запахом. На воздухе цвет фенола может измениться, стать розовым или красным. Для ароматического спирта характерна плохая растворимость в холодной воде и хорошая — в органических растворителях. Плавится фенол при температуре 43°C. Является токсичным соединением, при попадании на кожу вызывает сильные ожоги. Ароматическая часть молекулы представлена радикалом фенилом (C6H5—). Непосредственно с одним из атомов углерода связан кислород гидроксильной группы (—OH). Присутствие каждой из частиц доказывает соответствующая качественная реакция на фенол. Формула, показывающая общее содержание атомов химических элементов в молекуле — C6H6O. Строение отражают включающие цикл Кекуле и функциональную группу — гидроксильную. Наглядное представление о молекуле ароматического спирта дают шаростержневые модели.

Особенности строения молекулы

Взаимовлияние бензольного ядра и ОН-группы определяет химические реакции фенола с металлами, галогенами, другими веществами. Наличие атома кислорода, связанного с ароматическим циклом, ведет к перераспределению электронной плотности в молекуле. Связь O—H становится более полярной, что приводит к увеличению подвижности водорода в гидроксильной группе. Протон может замещаться на атомы металла, что указывает на кислотность фенола. В свою очередь, ОН-группа повышает реакционные свойства бензольного кольца. Увеличивается делокализация электронов и способность к электрофильному замещению в ядре. При этом возрастает подвижность атомов водорода, связанных с углеродом в орто- и параположении (2, 4, 6). Такой эффект обусловлен наличием донора электронной плотности — гидроксильной группы. Благодаря ее влиянию фенол активнее чем бензол ведет себя в реакциях с некоторыми веществами, а новые заместители ориентируются в орто- и пара-положения.

Кислотные свойства

В гидроксильной группе ароматических спиртов атом кислорода приобретает положительный заряд, ослабляющий его связь с водородом. Высвобождение протона облегчается, поэтому фенол ведет себя как слабая кислота, но более сильная, чем спирты. Качественные реакции на фенол включают испытание лакмусовой бумажкой, которая в присутствии протонов изменяет цвет с синего на розовый. Наличие атомов галогенов или нитрогрупп, связанных с бензольным кольцом, приводит к росту активности водорода. Эффект наблюдается в молекулах нитропроизводных фенола. Понижают кислотность такие заместители, как аминогруппа и алкил (CH3—, C2H5— и другие). К соединениям, объединяющим в своем составе бензольное кольцо, гидроксильную группу и радикал метил, относится крезол. Его свойства слабее, чем карболовой кислоты.

Реакция фенола с натрием и щелочью

Подобно кислотам фенол взаимодействует с металлами. Например, вступает в реакцию с натрием: 2C6H5—OH + 2Na = 2C6H5—ONa + H2. Образуется и выделяется газообразный водород. Фенол взаимодействует с растворимыми основаниями. Происходит с образованием соли и воды: C6H5—OH + NaOH = C6H5—ONa + H2O. Способность отдавать водород в гидроксильной группе у фенола ниже, чем у большинства неорганических и карбоновых кислот. Вытесняет его из солей даже растворенный в воде диоксид углерода (угольная кислота). Уравнение реакции: C6H5—ONa + CO2 + H2O = C6H5—OH + NaHCO3.

Реакции бензольного кольца

Ароматические свойства обусловлены делокализацией электронов в бензольном ядре. Водород из состава кольца замещается на атомы галогенов, нитрогруппу. Подобный процесс в молекуле фенола проходит легче, чем у бензола. Один из примеров — бромирование. На бензол галоген действует в присутствие катализатора, получается бромбензол. Фенол реагирует с бромной водой при обычных условиях. В результате взаимодействия образуется белый осадок 2,4,6-трибромфенола, появление которого позволяет отличить испытуемое вещество от похожих на него ароматических соединений. Бромирование — качественная реакция на фенол. Уравнение: C6H5—OH + 3Br2 = C6H2Br3 + HBr. Второй продукт реакции — бромоводород. При взаимодействии фенола с разбавленной получаются нитропроизводные. Продукт реакции с концентрированной азотной кислотой — 2,4,6-тринитрофенол или пикриновая кислота имеет большое практическое значение.

Качественные реакции на фенол. Список

При взаимодействии веществ получаются определенные продукты, которые позволяют установить качественный состав исходных веществ. Ряд цветных реакций указывает на присутствие частиц, функциональных групп, что удобно использовать для химического анализа. Качественные реакции на фенол доказывают наличие в молекуле вещества ароматического кольца и OH-группы:

В растворе фенола синяя лакмусовая бумажка краснеет.
Цветные реакции на фенолы также проводят в слабой щелочной среде с солями диазония. Образуются желтые либо оранжевые азокрасители.
Реагирует с бромной водой коричневого цвета, появляется белый осадок трибромфенола.
В результате реакции с раствором хлорида железа получается феноксид трехвалентного железа — вещество синей, фиолетовой или зеленой окраски.

Получение фенолов

Производство фенола в промышленности идет в две либо три стадии. На первом этапе из пропилена и бензола в присутствии получают кумол (тривиальное название изопропилбензола). Уравнение реакции Фриделя-Крафтса: C6H5—OH + C3H6 = C9H12 (кумол). Бензол и пропилен в соотношении 3:1 пропускают над кислотным катализатором. Все чаще вместо традиционного катализатора — хлорида алюминия — используются экологически чистые цеолиты. На заключительной стадии проводят окисление кислородом в присутствии серной кислоты: C6H5—C3H7 + O2 = C6H5—OH + C3H6O. Фенолы могут быть получены из угля перегонкой, являются промежуточными соединениями в производстве других органических веществ.

Использование фенолов

Ароматические спирты находят широкое применение в производстве пластмасс, красителей, пестицидов и других веществ. Производство карболовой кислоты из бензола является первым шагом в создании ряда полимеров, в том числе поликарбонатов. Фенол вступает в реакцию с формальдегидом, получаются фенолформальдегидные смолы.

Циклогексанол служит сырьем для выпуска полиамидов. Фенолы применяются в качестве антисептиков и дезинфицирующих средств в дезодорантах, лосьонах. Используются для получения фенацетина, салициловой кислоты и других лекарственных препаратов. Фенолы находят применение в производстве смол, которые используются в электрических изделиях (выключатели, розетки). Они также используются в подготовке азокрасителей, например фениламина (анилина) . Пикриновая кислота, которая является нитропроизводным фенола, применяется для окрашивания тканей, изготовления взрывчатых веществ.

Фенолы — общее название ароматических спиртов. По своим свойствам вещества являются слабыми кислотами. Важное практическое значение имеют многие гомологи гидроксибензола С 6 Н 5 0Н (формула фенола) — простейшего представителя класса. Остановимся на этом подробнее.

Фенолы. Общая формула и классификация

Общая формула органических веществ, относящихся к ароматическим спиртам, — R-OH. Молекулы собственно фенолов и крезолов образованы радикалом - фенилом С6Н5, с которым непосредственно соединяется одна или несколько гидроксильных групп OH (оксигрупп). По их числу в молекуле фенолы классифицируются на одно-, двух- и многоатомные. Одноатомными соединениями этого типа являются фенол и крезол. Наиболее распространенные среди многоатомных гидроксибензолов — нафтолы, которые содержат в своем составе 2 конденсированных ядра.

Фенол — представитель ароматических спиртов

Текстильщикам фенол был известен уже в XVIII веке: ткачи использовали его в качестве красителя. При перегонке каменноугольной смолы в 1834 году химик из Германии Ф. Рунге выделил кристаллы этого вещества с характерным сладковатым запахом. Латинское название угля - carbo, поэтому соединение называли (карболкой). Немецкому исследователю не удалось определить состав вещества. Молекулярная формула фенола была установлена в 1842 годах О. Лораном, считавшим карболку производным бензола. Для новой кислоты употребляли наименование «фениловая». Шарль Жерар определил, что вещество является спиртом, и назвал его фенолом. Первоначальные области применения соединения — медицина, дубление кож, выпуск синтетических красителей. Характеристики рассматриваемого вещества:

Рациональная химическая формула — C 6 H 5 OH.
соединения — 94,11 а. е. м.
Брутто-формула, отражающая состав, — C 6 H 6 O.

Электронное и пространственное строение молекулы фенола

Циклическую структурную формулу бензола предложил немецкий химик-органик Ф. Кекуле в 1865 году, а незадолго до него — И. Лошмидт. Ученые представляли молекулу органического вещества в виде с чередующимися простыми и двойными связями. По современным представлениям, ароматическое ядро — это особый вид кольцевой структуры, получивший название «сопряженная связь».

Шесть атомов углерода С испытывают процесс sp 2 -гибридизации электронных орбиталей. Не участвующие в образовании С—С-связей р-электронные облака перекрываются над и под плоскостью ядра молекулы. Возникают две части общего электронного облака, которое охватывает все кольцо. Структурная формула фенола может выглядеть по-разному, учитывая исторический подход к описанию строения бензола. Чтобы подчеркнуть непредельный характер ароматических углеводородов, условно считают двойными три из шести связей, которые перемежаются с тремя простыми.

Поляризация связи в оксигруппе

В простейшем - бензоле С 6 Н 6 - электронное облако является симметричным. Формула фенола отличается на одну оксигруппу. Присутствие гидроксила нарушает симметрию, что находит отражение в свойствах вещества. Связь между кислородом и водородом в оксигруппе — полярная ковалентная. Смещение общей пары электронов к атому кислорода приводит к возникновению на нем отрицательного заряда (частичного). Водород лишается электрона и приобретает частичный заряд «+». Кроме того, кислород в О—Н-группе является обладателем двух неподеленных электронных пар. Одна из них притягивается электронным облаком ароматического ядра. По этой причине связь становится более поляризованной, легче замещается металлами. Модели дают представления о несимметричном характере молекулы фенола.

Особенности взаимовлияния атомов в феноле

Единое электронное облако ароматического ядра в молекуле фенола взаимодействует с гидроксильной группой. Происходит явление, получившее название сопряжения, в результате которого собственная пара электронов атома кислорода оксигруппы притягивается к системе бензольного цикла. Снижение отрицательного заряда компенсируется благодаря еще большей поляризации связи в группе О—Н.

В ароматическом ядре также изменяется система электронного распределения. Она понижается на углероде, который связан с кислородом, и повышается у ближайших к нему атомов, находящихся в орто-положениях (2 и 6). Сопряжение вызывает накопление на них заряда «-». Дальнейшее» смещение плотности — движение ее от атомов в мета-положениях (3 и 5) к углероду в пара-положении (4). Формула фенола для удобства изучения сопряжения и взаимовлияния обычно содержит нумерацию атомов бензольного кольца.

Объяснение химических свойств фенола на основе его электронного строения

Процессы сопряжения ароматического ядра и гидроксила сказываются на свойствах обеих частиц и всего вещества. Например, высокая электронная плотность у атомов в орто- и пара-положениях (2, 4, 6) делает С—Н-связи ароматического цикла фенола более реакционноспособными. Снижается отрицательный заряд атомов углерода в мета-положениях (3 и 5). Атаке электрофильных частиц в химических реакциях подвергается углерод, находящийся в орто- и пара-положениях. В реакции бромирования бензола изменения наступают при сильном нагревании и присутствии катализатора. Образуется моногалогенопроизводное — бромбензол. Формула фенола позволяет веществу реагировать с бромом практически мгновенно без нагревания смеси.

Ароматическое ядро влияет на полярность связи в оксигруппе, увеличивая ее. Атом водорода становится подвижнее, по сравнению с предельными спиртами. Фенол реагирует со щелочами, образуя соли - феноляты. Этанол не взаимодействует со щелочами, вернее, продукты реакции — этаноляты — разлагаются. В химическом плане фенолы — более сильные кислоты, чем спирты.

Представители класса ароматических спиртов

Брутто-формула гомолога фенола — крезола (метилфенола, гидрокситолуола) — C 7 H 8 O. Вещество в природном сырье часто сопутствует фенолу, тоже обладает антисептическими свойствами. Другие гомологи фенола:

Пирокатехин (1,2-гидроксибензол). Химическая формула — С 6 Н 4 (ОН) 2 .
Резорцин (1,3-гидроксибензол) — С 6 Н 4 (ОН) 2 .
Пирогаллол (1,2,3- тригидроксибензол) — С 6 Н 3 (ОН) 3 .
Нафтол. Брутто-формула вещества — C 10 H 7 OH. Применяется в производстве красителей, медикаментов, душистых соединений.
Тимол (2-изопропил-5-метилфенол). Химическая формула — C 6 H 3 CH 3 (OH)(C 3 H 7). Применяется в химии органического синтеза, медицине.
Ванилин, кроме фенольного радикала, содержит простую эфирную группу и остаток альдегида. Брутто-формула соединения — C 8 H 8 O 3 . Ванилин широко используется как искусственная отдушка.

Формула реактива для распознавания фенолов

Качественное определение фенола можно проводить с помощью брома. В результате выпадает белый осадок трибромфенола. Пирокатехин (1,2-гидроксибензол) окрашивается в зеленый цвет в присутствии растворенного хлорида трехвалентного железа. С этим же реагентом вступает в химическую реакцию фенол, и образуется трифенолят, обладающий фиолетовым цветом. Качественная реакция на резорцин — появление темно-фиолетового окрашивания в присутствии хлорида трехвалентного железа. Постепенно цвет раствора становится черным. Формула реактива, который служит для распознавания фенола и некоторых его гомологов, — FeCl 3 (хлорид железа (III)).

Гидроксибензол, нафтол, тимол — это все фенолы. Общая формула и состав веществ позволяет определить принадлежность этих соединение к ароматическому ряду. Все органические вещества, содержащие в своей формуле фенильный радикал С 6 Н 5 , с которым непосредственно связаны оксигруппы, проявляют особые свойства. От спиртов они отличаются лучше выраженным кислотным характером. По сравнению с веществами бензола, фенолы — более активные химические соединения.

Образованные на основе бензола. При нормальных условиях представляют собой твердые ядовитые вещества, обладающие специфическим ароматом. В современной промышленности эти химические соединения играют далеко не последнюю роль. По объемам использования фенол и его производные входят в двадцатку наиболее востребованных химических соединений в мире. Они широко применяются в химической и легкой промышленности, фармацевтике и энергетике. Поэтому получение фенола в промышленных масштабах - одна из основных задач химической промышленности.

Обозначения фенола

Первоначальное название фенола - карболовая кислота. Позднее данное соединение поучило название «фенол». Формула этого вещества представлена на рисунке:

Нумерация атомов фенола ведется от того атома углерода, который соединен с гидроксогруппой ОН. Последовательность продолжается в таком порядке, чтобы другие замещенные атомы получили наименьшие номера. Производные фенола существуют в виде трех элементов, характеристики которых объясняются различием их структурных изомеров. Различные орто-, мета-, паракрезолы являются лишь видоизменением основной структуры соединения бензольного кольца и гидроксильной группы, базовая комбинация которой и представляет собой фенол. Формула этого вещества в химической записи выглядит как C 6 H 5 OH.

Физические свойства фенола

Визуально фенол представляет собой твердые бесцветные кристаллы. На открытом воздухе они окисляются, придавая веществу характерный розовый оттенок. При нормальных условиях фенол довольно плохо растворяется в воде, но с повышением температуры до 70 о этот показатель резко возрастает. В щелочных растворах это вещество растворимо в любых количествах и при любых температурах.

Эти свойства сохраняются и в других соединениях, основным компонентом которых являются фенолы.

Химические свойства

Уникальные свойства фенола объясняются его внутренней структурой. В молекуле этого химического вещества р-орбиталь кислорода образует единую п-систему с бензольным кольцом. Такое плотное взаимодействие повышает электронную плотность ароматического кольца и понижает этот показатель у атома кислорода. При этом полярность связей гидроксогруппы значительно увеличивается, и водород, входящий в ее состав, легко замещается любым щелочным металлом. Так образуются различные феноляты. Эти соединения не разлагаются водой, как алкоголяты, но их растворы очень похожи на соли сильных оснований и слабых кислот, поэтому они имеют достаточно выраженную щелочную реакцию. Феноляты взаимодействуют с различными кислотами, в результате реакции восстанавливаются фенолы. Химические свойства этого соединения позволяют ему взаимодействовать с кислотами, образуя при этом сложные эфиры. Например, взаимодействие фенола и уксусной кислоты приводит к образованию финилового эфира (фениацетата).

Широко известна реакция нитрирования, в которой под воздействием 20% азотной кислоты фенол образует смесь пара- и ортонитрофенолов. Если воздействовать на фенол концентрированной азотной кислотой, то получается 2,4,6-тринитрофенол, который иногда называют пикриновой кислотой.

Фенол в природе

Как самостоятельное вещество фенол в природе содержится в каменноугольной смоле и в отдельных сортах нефти. Но для промышленных нужд это количество не играет никакой роли. Поэтому получение фенола искусственным способом стало приоритетной задачей для многих поколений ученых. К счастью, эту проблему удалось разрешить и получить в итоге искусственный фенол.

Свойства, получение

Применение различных галогенов позволяет получать феноляты, из которых при дальнейшей обработке образуется бензол. Например, нагревание гидроксида натрия и хлорбензола позволяет получить натрия фенолят, который при воздействии кислоты распадается на соль, воду и фенол. Формула такой реакции приведена здесь:

С 6 Н 5 -CI + 2NaOH -> С 6 Н 5 -ONa + NaCl + Н 2 O

Ароматические сульфокислоты также являются источником для получения бензола. Химическая реакция проводится при одновременном плавлении щелочи и сульфокислоты. Как видно из реакции, сначала образуются феноксиды. При обработке сильными кислотами они восстанавливаются до многоатомных фенолов.

Фенол в промышленности

В теории, получение фенола самым простым и многообещающим способом выглядит таким образом: при помощи катализатора бензол окисляют кислородом. Но до сих пор катализатор для этой реакции так и не был подобран. Поэтому в настоящее время в промышленности используются другие методы.

Непрерывный промышленный способ получения фенола состоит во взаимодействии хлорбензола и 7% раствора едкого натра. Полученную смесь пропускают через полуторакилометровую систему труб, нагретых до температуры в 300 С. Под воздействием температуры и поддерживаемого высокого давления исходные вещества вступают в реакцию, в результате которой получат 2,4-динитрофенол и другие продукты.

Не так давно был разработан промышленный способ получения фенолсодержащих веществ кумольным методом. Этот процесс состоит из двух этапов. Сначала из бензола получают изопропилбензол (кумол). Для этого бензол алкируют с помощью пропилена. Реакция выглядит следующим образом:

После этого кумол окисляют кислородом. На выходе второй реакции получают фенол и другой важный продукт — ацетон.

Получение фенола в промышленных масштабах возможно из толуола. Для этого толуол окисляется на кислороде, содержащемся в воздухе. Реакция протекает в присутствии катализатора.

Примеры фенолов

Ближайшие гомологи фенолов называются крезолами.

Существуют три разновидности крезолов. Мета-крезол при нормальных условиях представляет собой жидкость, пара-крезол и орто-крезол - твердые вещества. Все крезолы плохо растворяются в воде, а по своим химическим свойствами они почти аналогичны фенолу. В естественном виде крезолы содержатся в каменноугольной смоле, в промышленности их применяют при производстве красителей, некоторых видов пластмасс.

Примерами двухатомных фенолов могут служить пара-, орто- и мета-гидробензолы. Все они представляют собой твердые вещества, легко растворимые в воде.

Единственный представитель трехатомного фенола - пирогаллол (1,2,3-тригидроксибензол). Его формула представлена ниже.

Пирогаллол является довольно сильным восстановителем. Он легко окисляется, поэтому его используют для получения очищенных от кислорода газов. Это вещество хорошо известно фотографам, его используют как проявитель.