"Химия (базовый уровень)", Габриелян О.С., Остороумов И.Г., Сладков С.А.
Фенол C₆H₅OH — ароматическое соединение, в котором группа –OH непосредственно связана с бензольным кольцом. Такое строение отличает его от спиртов и одновременно определяет две особенности: фенол проявляет слабые кислотные свойства, а его кольцо легко вступает в реакции замещения. Фенол используют в химическом производстве, например при получении смол, но он токсичен и опасен при попадании на кожу. Главное — распознавать его строение и связывать с ним характерные реакции.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фенол — ароматическое соединение, в котором гидроксильная группа непосредственно связана с атомом углерода бензольного кольца. Его формула — C₆H₅OH: C₆H₅ обозначает остаток бензольного кольца, а OH — гидроксильную группу. Фенол не является обычным спиртом, потому что в спиртах –OH присоединена к углероду вне ароматического кольца. Это различие помогает заранее понять, почему фенол реагирует иначе, чем спирты.
Фенольный гидроксил — группа –OH, соединённая прямо с бензольным кольцом. Кольцо влияет на распределение электронной плотности в молекуле и усиливает полярность связи между кислородом и водородом. Поэтому водород гидроксила может замещаться легче, чем в спиртах. Понятие фенольного гидроксила связывает строение фенола с его кислотными свойствами.
Феноляты — соли, которые образуются, когда водород в группе –OH замещается металлом. Например, C₆H₅ONa — фенолят натрия, получающийся при взаимодействии фенола с натрием или раствором щёлочи. В формуле соли водород гидроксильной группы заменён на натрий. По образованию фенолятов можно судить о способности фенола проявлять кислотные свойства.
Качественная реакция на фенол — взаимодействие фенола с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола. В ходе реакции замещаются три атома водорода бензольного кольца. Поэтому раствор брома теряет окраску, а появление осадка служит наблюдаемым признаком реакции. Эта реакция позволяет распознать фенол среди других веществ.
В молекуле фенола шесть атомов углерода образуют бензольное кольцо, а к одному из них непосредственно присоединена группа –OH. В спирте гидроксил связан с углеродом, не входящим в такое кольцо, поэтому одинаковая запись –OH ещё не означает одинаковый класс веществ. Связь гидроксила с ароматической системой меняет распределение электронов в молекуле. Именно строение, а не только наличие группы –OH, определяет принадлежность фенола и его реакции.
Бензольное кольцо и гидроксильная группа влияют друг на друга. Электронная плотность перераспределяется так, что связь O–H становится более полярной: водород легче отделяется в реакциях, чем у спиртов. Одновременно гидроксил повышает электронную плотность в некоторых участках кольца, поэтому оно легче вступает в реакции замещения. Так одна структурная особенность объясняет и кислотные свойства, и повышенную реакционную способность кольца.
Фенол — бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом; на воздухе он может розоветь. В холодной воде растворяется ограниченно, а при нагревании растворимость увеличивается. Однако бытовое описание внешнего вида не должно создавать впечатление, что вещество безопасно: фенол токсичен и может проникать через кожу, вызывая тяжёлое поражение. Поэтому избегают контакта с ним и работают только при соблюдении правил безопасности.
Кислотные свойства фенола проявляются при реакции с активными металлами и щелочами. С натрием атом водорода гидроксильной группы замещается металлом, а атомы водорода соединяются с выделением H₂. Со щёлочью образуются фенолят и вода, поскольку гидроксид натрия принимает этот водород. Спирты обычно не реагируют с водными растворами щелочей так, как фенол; при этом фенол остаётся слабой кислотой, а не сильной кислотой.
Гидроксильная группа активирует бензольное кольцо и направляет замещение преимущественно в положения 2, 4 и 6 относительно неё. Поэтому с бромной водой фенол реагирует без специальных условий: три атома водорода кольца замещаются бромом, раствор обесцвечивается, выпадает белый 2,4,6-трибромфенол. При нитровании атомы водорода кольца замещаются нитрогруппами; продукт зависит от условий и количества азотной кислоты. В обоих случаях реагирует кольцо, а направление реакции связано с влиянием гидроксила.
| Реагент и условия | Уравнение реакции | Признак или результат |
|---|---|---|
| Натрий | 2C₆H₅OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂↑ | Образуется фенолят натрия и выделяется водород |
| Раствор NaOH | C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O | Образуется фенолят натрия; проявляется кислотный характер фенола |
| Бромная вода | C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr | Обесцвечивание раствора и белый осадок 2,4,6-трибромфенола |
| Азотная кислота, условия реакции | C₆H₅OH → нитропроизводные фенола | Замещение атомов водорода в бензольном кольце на нитрогруппы |
Таблица помогает связать каждый реагент с типом превращения и наблюдаемым результатом. Для реакций с металлом и щёлочью проверьте, что водород замещается именно в группе –OH. При работе с бромной водой обратите внимание на оба признака: исчезновение окраски и белый осадок.
Найдём в формуле группу OH: она соответствует гидроксильной группе. Остальная часть записи C₆H₅ указывает на бензольное кольцо с одним атомом водорода, замещённым группой OH. Значит, соединение — фенол.
Проверим, к какому атому присоединён гидроксил. В феноле он непосредственно связан с углеродом бензольного кольца, а не с углеродом вне ароматического кольца. Поэтому формула с –OH сама по себе не делает вещество спиртом.
Используем структурный признак для классификации: связь –OH с бензольным кольцом означает, что перед нами фенол. Это же строение объясняет его кислотные свойства и реакции кольца, отличающиеся от типичных реакций спиртов.
Ответ: C₆H₅OH — фенол; его не относят к обычным спиртам, потому что гидроксильная группа связана непосредственно с бензольным кольцом.
В обоих случаях ищем водород, который может замещаться: это водород группы –OH. При взаимодействии с натрием он заменяется на Na, а два атома водорода образуют молекулу H₂. Чтобы уравнять водород и натрий, ставим коэффициенты 2 перед фенолом и натрием.
Записываем уравнение реакции с металлом: 2C₆H₅OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂↑. Продукты — фенолят натрия и водород. Стрелка вверх показывает выделение газа.
В растворе NaOH натрий также замещает водород гидроксила, но водород вместе с гидроксид-ионом образует воду. Уравнение: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O. Здесь газ не выделяется.
Ответ: в первой реакции образуются фенолят натрия и водород, во второй — фенолят натрия и вода.
Определяем, какая часть молекулы реагирует: бром замещает атомы водорода в бензольном кольце. Гидроксильная группа направляет замещение в положения 2, 4 и 6, поэтому при избытке бромной воды замещаются три атома водорода. Образуется 2,4,6-трибромфенол.
Записываем уравнение: C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr. Коэффициент 3 перед Br₂ нужен, потому что в продукте три атома брома заместили три атома водорода. Одновременно образуются три молекулы HBr.
Сверяем уравнение и отмечаем наблюдения. Окрашенный бром исчезает по мере расходования брома, а малорастворимый продукт выпадает в виде белого осадка. Эти признаки вместе указывают на качественную реакцию фенола.
Ответ: C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr; бромная вода обесцвечивается, появляется белый осадок 2,4,6-трибромфенола.
Ошибка: считать фенол спиртом из-за наличия –OH. Так рассуждают, потому что в формулах обоих классов есть гидроксильная группа. Но классификацию определяет её связь: в феноле –OH присоединена прямо к бензольному кольцу. Проверьте формулу строения, а не только наличие букв OH.
Ошибка: утверждать, что фенол не реагирует со щёлочами. Это происходит, если переносить на фенол свойства спиртов. Фенол отдаёт водород гидроксила основанию и образует фенолят с водой. Проверка проста: запишите реакцию C₆H₅OH + NaOH и сравните продукты с исходными веществами.
Ошибка: приравнивать фенол к сильным кислотам. Кислотный характер не означает, что фенол одинаково реагирует со всеми основаниями и солями. Он слабее угольной кислоты и не вытесняет её из карбонатов. Чтобы проверить вывод, сравните силу кислот: более слабая кислота не вытесняет более сильную из её соли.
Ошибка: записывать бромирование как замещение одного атома водорода. Такое уравнение можно получить, если не учитывать активирующее влияние –OH на кольцо. При реакции с бромной водой замещаются три атома в положениях 2, 4 и 6. Сверьте число атомов брома в продукте и наличие белого осадка 2,4,6-трибромфенола.
Чтобы понять фенол, нужно знать строение бензольного кольца, гидроксильную и функциональную группы. Тема опирается на уже знакомые свойства спиртов и кислот, а также на умение составлять уравнения реакций замещения. Позднее эти знания помогут разбирать другие ароматические соединения, получение фенолформальдегидных смол и применение органических веществ в быту и промышленности. Сравнение строения и свойств позволяет объяснять, почему похожие группы могут вести себя по-разному.
Почему фенол не относят к спиртам?
В спиртах гидроксильная группа связана с атомом углерода, который не входит в ароматическое кольцо. В феноле группа –OH непосредственно соединена с углеродом бензольного кольца, поэтому его свойства и классификация отличаются от свойств спиртов.
Почему фенол проявляет кислотные свойства?
Бензольное кольцо влияет на связь O–H, делая её более полярной, поэтому атом водорода отщепляется легче, чем в спиртах. Фенол — слабая кислота: он реагирует с активными металлами и щелочами, но не ведёт себя как сильная кислота.
Реагирует ли фенол с раствором гидроксида натрия?
Да. При реакции фенола со щёлочью образуются фенолят натрия и вода: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O.
Как распознать фенол с помощью бромной воды?
При добавлении бромной воды она обесцвечивается, а в растворе появляется белый осадок 2,4,6-трибромфенола. Это качественная реакция на фенол.
Чем фенол опасен при работе с ним?
Фенол токсичен, а при попадании на кожу может вызвать тяжёлое поражение. Работать с ним можно только с соблюдением правил безопасности и под контролем учителя.
§ 13. Фенол
