"Химия (базовый уровень)", Рудзитис Г.Е.,Фельдман Ф.Г.
Фенолы и ароматические спирты содержат бензольное кольцо и гидроксильную группу –OH, но её положение определяет свойства вещества. В феноле –OH соединена непосредственно с кольцом, а в ароматическом спирте входит в боковую цепь. Поэтому фенол проявляет слабые кислотные свойства, реагирует со щелочами и легко бромируется, тогда как ароматические спирты в основном ведут себя как обычные спирты. Эти соединения используют в органическом синтезе, промышленности и медицине.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фенолы — ароматические гидроксильные соединения, в которых группа –OH непосредственно связана с атомом углерода бензольного кольца. Для одноатомного фенола общая формула имеет вид C₆H₅OH, а простейший представитель называется фенолом. Это определение помогает отличать фенолы от веществ, где –OH расположена в боковой цепи.
Ароматические спирты — соединения, содержащие бензольное кольцо и группу –OH в боковой цепи, а не прямо в кольце. Например, в бензиловом спирте C₆H₅CH₂OH кольцо связано с группой –CH₂OH, а не с атомом кислорода. Такое строение объясняет, почему вещество в основном проявляет свойства обычного спирта.
Гидроксильная группа — функциональная группа –OH, то есть атом кислорода, соединённый с атомом водорода. Она определяет способность вещества образовывать водородные связи и участвовать в реакциях с металлами или основаниями. Однако одинаковая группа даёт разные свойства в зависимости от того, с каким фрагментом молекулы она соединена.
Фенил — углеводородный радикал C₆H₅–, образующийся из бензола удалением атома водорода. Он входит в состав фенола C₆H₅OH и ароматических спиртов, например C₆H₅CH₂OH. Обозначение фенил удобно использовать, когда бензольное кольцо рассматривают как часть более сложной молекулы.
Положение группы –OH относительно бензольного кольца определяет различие между фенолом C₆H₅OH и ароматическим спиртом C₆H₅CH₂OH. В первом случае кислород непосредственно связан с атомом углерода кольца, поэтому его электронная пара взаимодействует с ароматической системой. Во втором случае между кольцом и кислородом находится насыщенный атом углерода, и такого сопряжения нет.
В феноле электронная система бензольного кольца влияет на связь C–OH. При отщеплении иона водорода образуется фенолят-ион, а его отрицательный заряд частично распределяется по кольцу благодаря сопряжению. Стабилизация частицы облегчает отщепление протона и объясняет, почему фенол сильнее обычных спиртов как кислота.
Фенол проявляет слабые кислотные свойства: он реагирует с растворами щелочей с образованием фенолятов. Но его кислотности недостаточно для реакции с гидрокарбонатами, поэтому углекислый газ не выделяется. Ароматические спирты в основном ведут себя как обычные спирты, поскольку их –OH не связана непосредственно с бензольным кольцом.
Группа –OH активирует бензольное кольцо, то есть повышает его способность вступать в электрофильное замещение. Электрофил — частица, принимающая электронную пару; она легче атакует участки кольца, где электронная плотность выше. Поэтому новые заместители в феноле преимущественно занимают орто- и пара-положения относительно –OH.
Фенол получают промышленными способами переработки бензола и его производных. Он нужен для производства пластмасс, красителей, лекарственных веществ и дезинфицирующих средств, хотя ядовит и требует осторожного обращения. Ароматические спирты используют как растворители и как исходные вещества для органического синтеза.
| Свойство | Фенол | Ароматический спирт |
|---|---|---|
| Положение группы –OH | Непосредственно у бензольного кольца | В боковой цепи |
| Общая формула и пример | ArOH; C₆H₅OH | Ar–R–OH; C₆H₅CH₂OH |
| Кислотные свойства | Слабые кислотные свойства выражены заметно | Очень слабые, как у обычных спиртов |
| Реакция с раствором щёлочи | Идёт, образуется фенолят | Обычно не идёт |
| Реакция с активными металлами | Идёт с выделением H₂ | Идёт с выделением H₂ |
| Реакция с бромной водой | Обесцвечивание, 2,4,6-трибромфенол | Не является характерной качественной реакцией |
| Основные области применения | Пластмассы, красители, лекарства, дезинфекция | Растворители и органический синтез |
Таблицу удобно использовать как алгоритм сравнения: сначала определите положение –OH, затем проверьте кислотные и качественные реакции. Если группа находится в кольце, ожидаются свойства фенола; если в боковой цепи — свойства спирта. Реакция с бромной водой особенно помогает распознать фенол.
Распределите C₆H₅OH, C₆H₅CH₂OH, C₆H₅CH(OH)CH₃ и п-крезол по классам. Нужно установить, непосредственно ли атом кислорода соединён с углеродом бензольного кольца. От этого зависит принадлежность вещества к фенолам или ароматическим спиртам.
Ответ: фенолы — C₆H₅OH и п-крезол; ароматические спирты — C₆H₅CH₂OH и C₆H₅CH(OH)CH₃.
Составьте уравнения реакций фенола с NaOH и бромной водой, назовите продукты и признаки. В первом случае используем кислотные свойства фенола, во втором — активирующее влияние –OH на кольцо. Поэтому реакции имеют разные типы.
Ответ: образуются фенолят натрия и 2,4,6-трибромфенол; признаки второй реакции — исчезновение окраски и появление осадка.
Фенол массой 9,4 г полностью прореагировал с бромной водой. Найдите массу 2,4,6-трибромфенола. Уравнение показывает соотношение 1:1 между фенолом и продуктом, поэтому сначала вычислим количество фенола.
Ответ: масса 2,4,6-трибромфенола равна 33,1 г.
Называют фенолом любое вещество с бензольным кольцом и –OH. Ошибка возникает из-за невнимания к строению боковой цепи; нужно мысленно проследить связь C–O. Если между кольцом и кислородом есть –CH₂– или другой углеводородный фрагмент, это ароматический спирт.
Считают фенол обычным спиртом и переносят на него все свойства спиртов. Причина — внешнее сходство группы –OH, но сопряжение с кольцом меняет кислотность. Проверка: фенол реагирует с NaOH, а обычный спирт обычно нет.
Записывают реакцию фенола с NaHCO₃. Так происходит потому, что кислотные свойства фенола переоценивают; сравните его кислотность с кислотностью угольной кислоты. Отсутствие выделения CO₂ показывает, что реакцию записывать нельзя.
Неправильно определяют продукты бромирования фенола. Часто забывают, что –OH направляет замещение в орто- и пара-положения и активирует кольцо. Проверьте три свободные позиции 2, 4 и 6: именно они дают 2,4,6-трибромфенол.
Для понимания темы нужны строение бензольного кольца, понятия функциональной группы, изомера и гомолога, а также свойства спиртов. Фенолы связывают электронное строение органических веществ с кислотно-основными реакциями и электрофильным замещением. Эти знания пригодятся при изучении производных бензола, пластмасс, лекарств, красителей и способов идентификации органических соединений.
Чем фенол отличается от ароматического спирта?
В феноле группа –OH непосредственно связана с атомом углерода бензольного кольца. В ароматическом спирте гидроксильная группа находится в боковой цепи, например в бензиловом спирте C₆H₅CH₂OH.
Почему фенол проявляет кислотные свойства, а обычный спирт почти не реагирует со щёлочью?
При отщеплении протона от фенола образуется фенолят-ион, заряд которого стабилизируется сопряжением с бензольным кольцом. Поэтому фенол заметно кислее обычных спиртов и реагирует со щелочами.
Почему фенол реагирует с бромной водой без катализатора?
Группа –OH обогащает бензольное кольцо электронной плотностью и делает его более активным в реакциях электрофильного замещения. Поэтому бромирование идёт легко, образуется 2,4,6-трибромфенол и исчезает окраска бромной воды.
Можно ли обнаружить фенол с помощью реакции с гидрокарбонатом натрия?
Нет, такая реакция не используется для обнаружения фенола. Кислотность фенола недостаточна, чтобы вытеснить углекислый газ из гидрокарбоната натрия, поэтому пузырьки газа не появляются.
Какие области применения имеют фенол и ароматические спирты?
Фенол применяют для получения пластмасс, красителей, лекарственных веществ и дезинфицирующих средств. Ароматические спирты используют как растворители и сырьё для органического синтеза.
§ 22. Фенолы и ароматические спирты
