13.4 Сравнение химических свойств одноатомных спиртов и фенола

Определения и обозначения

Одноатомный спирт — органическое соединение, содержащее одну гидроксильную группу –OH, связанную с углеродом углеводородного радикала. Для предельных ациклических одноатомных спиртов используют общую формулу CₙH₂ₙ₊₁OH. По этой формуле можно увидеть, что в молекуле такого спирта одна группа –OH.

Фенол — соединение, в котором группа –OH непосредственно связана с бензольным кольцом; простейший фенол имеет формулу C₆H₅OH. В спирте гидроксильная группа присоединена к углероду радикала, а в феноле — к атому углерода ароматического кольца. Это структурное различие определяет, какие реакции для веществ характерны.

Фенолят натрия — соль фенола, в которой атом водорода гидроксильной группы заменён атомом натрия. Формула этой соли — C₆H₅ONa. Она образуется, например, при действии на фенол гидроксида натрия, поэтому её получение показывает кислотные свойства фенола.

Кислотные свойства фенола — способность отдавать протон, то есть ион водорода H⁺, от группы –OH. Их можно обнаружить по реакции фенола со щёлочью, в которой образуются фенолят натрия и вода. Это понятие помогает объяснить, почему фенол реагирует с NaOH, а обычный спирт — нет.

Как это устроено

В молекуле спирта группа –OH связана с атомом углерода углеводородного радикала, а в молекуле фенола — непосредственно с бензольным кольцом. Кислород в феноле взаимодействует с электронной системой кольца, поэтому свойства группы –OH меняются. Та же связь влияет и на кольцо: оно легче вступает в некоторые реакции замещения, чем бензол.

При действии натрия на спирт или фенол водород группы –OH замещается металлом, а атомы водорода соединяются в молекулы H₂. Поэтому оба вещества выделяют водород и образуют соединения с натрием. Однако фенол проявляет более выраженные кислотные свойства: после отдачи протона возникает фенолят-ион, а его заряд распределяется с участием электронной системы бензольного кольца. Такая стабилизация делает образование фенолята более выгодным.

Фенол вступает в реакцию с водным раствором NaOH: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O. Щёлочь связывает протон фенола, и образуется растворимая соль — фенолят натрия. У обычного спирта анион после отдачи протона не получает такой стабилизации, поэтому в водном растворе NaOH равновесие не приводит к образованию соли в заметном количестве.

Для спиртов характерно замещение группы –OH на галоген при реакции с галогеноводородом, например с HBr: связь между углеродом радикала и кислородом разрывается, и образуется бромалкан. В феноле кислород связан непосредственно с атомом углерода кольца; эта связь прочнее и имеет особенности, связанные с сопряжением. Поэтому HBr не замещает в феноле группу –OH таким же способом.

Фенол обесцвечивает бромную воду и образует белый осадок 2,4,6-трибромфенола. Группа –OH повышает электронную плотность в бензольном кольце, из-за чего атомы брома легко замещают водороды в положениях 2, 4 и 6. Для качественной реакции уравнение записывают так: C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr. Это позволяет отличить фенол от обычных одноатомных спиртов.

Сравнение химических свойств одноатомных спиртов и фенола

Сначала определите, какой реагент используется, затем сравните продукты и наблюдаемые признаки в соответствующей строке. Таблица помогает не смешивать реакции с натрием и щёлочью: в первом случае выделяется водород, во втором водород не выделяется. Для распознавания фенола особенно полезна строка о бромной воде.

Разбор задач

Реакция этанола с натрием

Запишите уравнение реакции этанола с натрием и укажите, какой газ выделяется. В молекуле этанола есть группа –OH, водород которой может замещаться натрием. Продуктами будут этилат натрия и водород.

1. Записываем формулы исходных веществ: C₂H₅OH и Na.
2. Заменяем водород группы –OH на натрий, получаем C₂H₅ONa.
3. Уравниваем число атомов водорода: ставим коэффициент 2 перед этанолом и этилатом, а также перед натрием; молекуле H₂ соответствует коэффициент 1.

Уравнение реакции: 2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂↑. Стрелка вверх показывает выделение газа. Ответ: образуется этилат натрия, выделяется водород.

Фенол и раствор NaOH

Запишите уравнение взаимодействия фенола с раствором NaOH, назовите органический продукт и объясните, почему этанол ведёт себя иначе. В отличие от этанола, фенол способен отдавать протон щёлочи, потому что фенолят-ион стабилизируется сопряжением с бензольным кольцом. Поэтому среди продуктов реакции фенола появляются соль и вода.

1. Записываем формулы фенола и гидроксида натрия: C₆H₅OH и NaOH.
2. Заменяем водород группы –OH на натрий и добавляем воду: C₆H₅ONa и H₂O.
3. Проверяем атомы: уравнение сбалансировано коэффициентами 1:1:1:1.

Уравнение: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O. Органический продукт — фенолят натрия. Этанол в обычных условиях не образует соль с водным раствором NaOH: этилат-ион не стабилизирован ароматической системой.

Распознавание фенола и этанола

К растворам фенола и этанола добавили бромную воду, затем раствор NaOH. Нужно указать наблюдения и записать реакции, позволяющие различить вещества. Ключевой признак появляется уже при добавлении бромной воды: фенол реагирует с бромом, а этанол — нет. Последующее добавление щёлочи помогает подтвердить образование фенолята.

1. В пробе с фенолом бромная вода обесцвечивается, появляется белый осадок 2,4,6-трибромфенола. В пробе с этанолом характерных изменений нет.
2. Записываем реакцию фенола: C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr.
3. При добавлении NaOH фенол реагирует с образованием фенолята: C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O. Этанол в обычных условиях соль с водной щёлочью не образует.

Ответ: фенол распознают по обесцвечиванию бромной воды и белому осадку; этанол не даёт этих признаков. При последующем добавлении щёлочи фенол образует фенолят натрия. При интерпретации опыта учитывайте, что NaOH также нейтрализует HBr, образовавшийся в первой реакции.

Типичные ошибки

Ошибка — считать фенол спиртом только потому, что в обоих веществах есть группа –OH. Так рассуждают, не учитывая, к какой части молекулы присоединена группа: у спирта это углерод радикала, у фенола — бензольное кольцо. Проверьте формулу строения: непосредственная связь –OH с кольцом означает фенол.

Ошибка — утверждать, что спирт реагирует с NaOH так же, как фенол. Её допускают, перенося кислотные свойства фенола на любое соединение с группой –OH. Проверьте, стабилизирован ли анион после отдачи протона: для фенолята такую стабилизацию обеспечивает кольцо, а обычный спирт в водной щёлочи соль не образует.

Ошибка — записывать для реакции фенола с бромной водой только монобромпроизводное. Это происходит, если забыть, что группа –OH активирует бензольное кольцо и замещение идёт сразу в трёх положениях. Сверьте уравнение с наблюдением: качественная реакция даёт белый осадок 2,4,6-трибромфенола.

Ошибка — путать выделение водорода при реакции с натрием с реакцией со щёлочью. В обоих случаях меняется водород группы –OH, но реагенты и продукты разные: при реакции с натрием выделяется H₂, а при реакции фенола с NaOH образуются соль и вода. Проверьте, какой именно реагент стоит слева в уравнении и есть ли среди продуктов водород.

Связь с другими темами

Для сравнения свойств нужно знать строение гидроксильной группы, углеводородного радикала и бензольного кольца, а также уметь составлять и уравнивать реакции. Эти представления помогают связать особенности строения молекул с их поведением в опытах. Тема также соединяет органическую химию с кислотно-основными представлениями: способность отдавать протон объясняет образование фенолята. Эти знания пригодятся при изучении ароматических соединений, солей фенола и качественных реакций для распознавания веществ.

Что запомнить

• В одноатомном спирте группа –OH связана с углеродом радикала, в феноле — непосредственно с бензольным кольцом.
• И спирты, и фенол реагируют с натрием с выделением водорода.
• Фенол реагирует с NaOH, образуя фенолят натрия и воду.
• Одноатомные спирты в обычных условиях не образуют соли при взаимодействии с водным раствором NaOH.
• Фенол обесцвечивает бромную воду и образует белый осадок 2,4,6-трибромфенола.
• Различия свойств спиртов и фенола обусловлены влиянием бензольного кольца на группу –OH.