"Химия (базовый уровень)", Журин А.А.
Фенолы — органические вещества, в которых группы –OH непосредственно связаны с ароматическим кольцом. Такое строение отличает их от спиртов и определяет характерные свойства: фенол проявляет слабые кислотные свойства, реагирует с натрием и щёлочами, а его кольцо легко вступает в реакции замещения. При добавлении бромной воды она обесцвечивается и образуется осадок 2,4,6-трибромфенола. Эти особенности помогают распознавать фенол и объяснять его поведение.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фенолы — органические вещества, в которых одна или несколько гидроксильных групп непосредственно связаны с атомами углерода ароматического кольца. Гидроксильная группа — это группа –OH, состоящая из атома кислорода и атома водорода. По тому, с каким атомом углерода связана –OH, отличают фенолы от других классов веществ.
Фенол — простейший представитель фенолов с формулой C₆H₅OH. Его также называют гидроксибензолом: название показывает, что к бензольному кольцу присоединена гидроксильная группа. Формула помогает увидеть состав молекулы, а название — связать её строение с бензолом.
Гидроксильная группа фенола –OH непосредственно связана с бензольным кольцом. В спиртах та же группа связана с атомом углерода углеводородного фрагмента, а не с ароматическим кольцом. Это различие необходимо, потому что строение определяет свойства вещества и его реакции.
Многоатомные фенолы — соединения, содержащие несколько гидроксильных групп, связанных с ароматическим кольцом. Например, в их молекуле может быть две или три группы –OH. Число таких групп влияет на свойства и помогает различать представителей класса.
В феноле кислород группы –OH связан прямо с углеродом ароматического кольца, а в спирте между ними расположен углеводородный фрагмент. Такое соседство с кольцом меняет распределение электронов в молекуле. Поэтому фенол нельзя считать просто спиртом с необычным названием: для него характерны отдельные реакции, в том числе с щёлочами.
Группа –OH передаёт часть электронной плотности в ароматическое кольцо. Из-за этого кольцо становится более активным в реакциях замещения, при которых атом водорода заменяется другим атомом или группой. Наиболее удобны для замещения орто- и пара-положения — соседние с углеродом, связанным с –OH, и противоположное ему положение. Поэтому бромирование фенола происходит легче, чем бензола.
Фенол проявляет слабокислотные свойства, потому что может отдавать ион водорода от группы –OH. Оставшийся фенолят-ион устойчивее, чем частица, которая возникла бы при отщеплении водорода от обычного спирта: заряд в нём распределяется с участием ароматического кольца. Фенол реагирует со щёлочами, образуя соли-феноляты, однако он значительно слабее карбоновых кислот. Поэтому фенол не вытесняет угольную кислоту из гидрокарбонатов.
Чистый фенол — бесцветное кристаллическое вещество, которое может розоветь при хранении на воздухе. В воде он растворяется ограниченно: группа –OH способствует взаимодействию с молекулами воды, а крупный углеводородный фрагмент плохо сочетается с ней. Эти два влияния и объясняют, почему растворимость есть, но она не безгранична.
Фенол реагирует с натрием с выделением водорода, а с раствором гидроксида натрия — с образованием фенолята натрия и воды. При действии бромной воды кольцо легко замещает водород на бром в положениях 2, 4 и 6: раствор обесцвечивается, выпадает осадок 2,4,6-трибромфенола. Этот результат объясняется активирующим влиянием –OH и служит качественным признаком фенола.
| Характеристика | Что указать | Уравнение или признак реакции |
|---|---|---|
| Агрегатное состояние и растворимость в воде | Бесцветное кристаллическое вещество; растворяется ограниченно | Растворимость обусловлена группой –OH и ограничивается углеводородным фрагментом |
| Кислотные свойства | Слабая кислота; не реагирует с гидрокарбонатами как карбоновая кислота | Образует феноляты при взаимодействии со щёлочами |
| Взаимодействие с натрием | Группа –OH замещается на –ONa | 2C₆H₅OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂↑ |
| Взаимодействие с гидроксидом натрия | Образуются фенолят натрия и вода | C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O |
| Взаимодействие с бромной водой | Замещаются три атома водорода кольца | C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr |
| Качественный признак реакции с бромной водой | Обесцвечивание раствора и образование осадка | Белый осадок 2,4,6-трибромфенола |
Сначала определите, какое свойство проверяют: кислотность, реакцию с металлом или способность кольца к замещению. Затем сверьте уравнение с наблюдением: выделение газа, обесцвечивание или появление осадка. Так можно связать формулы веществ с тем, что видно в опыте.
Задача 1. Определите, к какому классу относится C₆H₅OH, и объясните отличие его строения от строения этанола. Чтобы выбрать класс, нужно смотреть не только на наличие группы –OH, но и на то, с каким атомом углерода она соединена.
Ответ: C₆H₅OH — фенол. В отличие от этанола, у него группа –OH непосредственно связана с ароматическим кольцом.
Задача 2. Запишите уравнение реакции фенола с раствором гидроксида натрия и назовите органический продукт. Здесь нужно учесть, что фенол слабокислый и при реакции со щёлочью отдаёт водород группы –OH, образуя соль.
Ответ: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O. Органический продукт — фенолят натрия.
Задача 3. К раствору фенола добавили бромную воду. Опишите наблюдение, составьте уравнение реакции и определите продукт. Группа –OH активирует кольцо, поэтому в характерных условиях бром замещает не один, а три атома водорода.
Ответ: C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr; образуется 2,4,6-трибромфенол, наблюдаются обесцвечивание и осадок.
Считать фенол спиртом только из-за наличия –OH. Такую ошибку допускают, ориентируясь на функциональную группу и не проверяя её положение. Сравните, к чему присоединена –OH: у фенола она связана прямо с ароматическим кольцом, у спирта — с углеродом углеводородного фрагмента.
Приравнивать кислотность фенола к кислотности карбоновых кислот. Обе группы веществ могут отдавать водород, но фенол значительно слабее карбоновых кислот. Проверьте себя по реакции: фенол не вытесняет угольную кислоту из гидрокарбонатов.
Записывать реакцию со щёлочью как реакцию обычного спирта. Ошибка возникает, если забыть о слабокислотных свойствах фенола. При взаимодействии с NaOH образуются фенолят натрия и вода, а не просто продукт замещения водорода на натрий.
Учитывать только одно замещение при реакции с бромной водой. Это часто происходит, если переносить на фенол схему реакции бензола. Проверьте, активирует ли –OH кольцо: в характерных условиях замещаются водороды в положениях 2, 4 и 6, поэтому получается 2,4,6-трибромфенол.
Для понимания реакций фенола нужно знать строение бензольного кольца и замещение в ароматических углеводородах. Понятия функциональной группы и строение спиртов помогают увидеть, почему фенолы выделяют в отдельный класс и почему их свойства отличаются. Эта тема пригодится при изучении ароматических соединений, кислотности органических веществ и получения полимеров.
Чем фенол отличается от спирта?
В феноле группа –OH связана непосредственно с атомом углерода ароматического кольца. В спирте она присоединена к углероду углеводородного фрагмента, не входящего в такое кольцо. Из-за различия строения фенол проявляет свойства, не характерные для обычных спиртов, например реагирует со щёлочью.
Почему фенол проявляет кислотные свойства?
При отщеплении иона водорода от группы –OH образуется фенолят-ион, заряд которого распределяется в том числе по ароматическому кольцу. Это делает отдачу протона возможной, хотя фенол остаётся слабой кислотой. Поэтому он реагирует со щёлочами, но не вытесняет угольную кислоту из гидрокарбонатов.
Реагирует ли фенол с гидроксидом натрия?
Да. Фенол реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия и воды: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O. Такая реакция подтверждает слабокислотные свойства фенола.
Как определить фенол с помощью бромной воды?
К раствору фенола добавляют бромную воду. Она обесцвечивается, а в растворе появляется белый осадок 2,4,6-трибромфенола. Такое сочетание признаков служит качественной реакцией на фенол.
Почему при бромировании фенола замещаются три атома водорода?
Группа –OH активирует бензольное кольцо: она увеличивает его способность вступать в реакции замещения и направляет замещение в орто- и пара-положения. В результате бром замещает водороды у атомов углерода 2, 4 и 6. Поэтому в характерных условиях образуется 2,4,6-трибромфенол.
11. Фенолы
