Фенолы

Фенолы – это производные ароматических углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода, непосредственно связанных с бензольным кольцом, замещены на гидроксильные группы.

Число гидроксильных групп определяет атомность фенола. Первый представитель этого класса называется фенол – С₆Н₅ОН. От его названия и происходит название класса – фенолы. Группу С₆Н₅ называют фенильной группой.

В молекуле фенола одна неподелённая пара электронов от атома кислорода вступает в сопряжение с π-электронной системой бензольного кольца. Из-за этого происходит смещение электронной плотности в сторону бензольного кольца, это приводит к усилению С – О связи и ослаблению О – Н связи.

Сопряжение неподелённой пары электронов атома кислорода с π-электронной системой приводит также к перераспределению электронной плотности. Эта электронная плотность понижается на атоме углерода, который связан с гидроксильной группой, но повышается у атомов углерода в положениях два, четыре, шесть. Поэтому гидроксильная группа и бензольное кольцо взаимно влияют друг на друга.

Фенол представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с резким характерным запахом. Фенол незначительно растворим в воде при обычной температуре, но хорошо растворяется в горячей воде. Фенол ядовит, при попадании на кожу вызывает сильнейшие ожоги.

Химические свойства фенола будут обусловлены взаимным влиянием гидроксильной группы и бензольного кольца.

Фенол проявляет кислотные свойства, поэтому в водных растворах он диссоциирует по типу кислоты с образованием протона водорода, поэтому фенол называют карболовой кислотой.

Фенол, как и спирты, взаимодействует со щелочными металлами. Так, в реакции фенола с натрием образуется фенолят натрия и водород.

Фенол реагирует с растворами щелочей, так как кислотные свойства у него выражены сильнее, чем у спиртов. Например, в реакции фенола с гидроксидом калия образуется фенолят калия и вода.

Кислотные свойства у фенола выражены слабее, чем у неорганических кислот, даже таких, как угольная кислота. Поэтому если добавить к водному раствору фенолята натрия соляную кислоту, то образуется фенол и хлорид натрия.

Реакции галогенирования у фенола протекают с замещением атомов водорода в бензольном кольце. Так, в реакции фенола с бромной водой образуется белый осадок 2, 4, 6-трибромфенола. Эта реакция используется для качественного обнаружения фенола.

Фенол также даёт фиолетовое окрашивание с водным раствором хлорида железа (III), при этом образуется комплексная соль железа. Эту реакцию используют для качественного обнаружения фенола.

Фенол, как и бензол, реагирует с азотной кислотой. Но у фенола эта реакция идёт легче. В реакции фенола с азотной кислотой образуется 2, 4, 6-тринитрофенол, или пикриновая кислота.

Пикриновая кислота является сильной кислотой, так как наличие трёх заместителей в положении 2, 4, 6 усиливают её кислотные свойства. Пикриновая кислота является взрывоопасным веществом. Её соли используют в качестве взрывчатых веществ.

Одним из основных способов получения фенола в промышленности является кумольный метод. Для этого берут исходные вещества: бензол и пропен.

Сначала в реакцию вступает бензол с пропеном, образуется при этом изопропилбензол, или кумол. Затем кумол окисляют, продукт окисления кумола разлагается серной кислотой и получается фенол и ацетон.

Ранее фенол получали из каменноугольной смолы.

Фенол можно получить и из бензола: сначала хлорируют бензол, получают при этом хлорбензол, затем хлорбензол обрабатывают водным раствором щёлочи с образованием фенолятов. Затем на фенолят действуют минеральными кислотами и получают фенол.

Осуществим следующие превращения: из бензола получим бромбензол, из бромбензола – фенол, из фенола получим фенолят натрия, из фенолята натрия – фенол, а из фенола – 2,4,6 –тринитрофенол.

Для получения бромбензола из бензола необходимо провести реакцию бромирования бензола, затем к бромбензолу необходимо добавить водный раствор гидроксида натрия, чтобы получить фенол, затем для получения фенолята натрия к фенолу необходимо добавить либо натрий, либо гидроксид натрия; для получения фенола можно к феноляту натрия добавить угольную кислоту; затем для получения 2,4,6-тринитрофенола необходимо к фенолу добавить азотную кислоту.

Решим задачу. Определить массу бромной воды с массовой долей брома 2 %, которая может прореагировать с раствором фенола в воде массой 20 г, который нейтрализовали раствором КОН объёмом 6,25 мл плотностью 1,4 г/мл с массовой долей щёлочи 40 %.