Конспект урока: Фенол

Строение фенола. Номенклатура фенолов. История открытия

В 1834 году немецкий химик Фридлиб Фердинанд Рунге обнаружил в  каменноугольной смоле белое кристаллическое вещество с характерным запахом. Состав вещества он не определил. В 1842 году Огюст Лоран определил состав вещества и дал ему название «феном». Он установил, что вещество обладает выраженными кислотными свойствами и является производным бензола (открытого незадолго до фенола). Соотечественник Лорана Шарль Фридерик Жерар полагал, что полученное вещество является спиртом и предложил называть его фенолом.

В 1867 году английский хирург Джозеф Листер написал статью о применении раствора фенола — карболовой кислоты — в качестве антисептика в хирургии.

Впоследствии было установлено, что целая группа веществ обладает подобным строением и свойствами, поэтому их начали называть «фенолами». 

Первый представитель класса, собственно сам фенол, состоит из бензольного кольца и гидроксильной группы. Следовательно, его структурная формула будет иметь следующий вид:

Фенол не является представителем класса спиртов, хотя у него и есть гидроксильная группа. Дело в том, что бензольное кольцо и OH-группа влияют друг на друга. Бензольное кольцо оттягивает на себя электронную плотность от гидроксильной группы, благодаря чему на атоме водорода группы OH возникает частичный положительный заряд, что проявляется в усилении кислотных свойств. Отрицательный заряд, смещаемый на бензольное кольцо, локализуется в орто- и пара-положениях, в которых и будут проходить реакции замещения.

Фенол является родоначальником веществ, содержащих бензольное кольцо и гидроксильную группу (или несколько гидроксильных групп).

В медицине применяется 1,3-дигидроксибензол, или резорцин.

1,4-дигидроксибензол, или гидрохинон, используется в фотографии и аналитической химии.

Фенолы с метильным радикалом называются крезолами. Например, орто-метилфенол, или орто-крезол.

Физические свойства фенола

Рис. 1. Фенол

Фенол представляет собой бесцветные кристаллы с характерным запахом. При хранении фенол частично окисляется и приобретает розовую окраску. В холодной воде малорастворим. При взбалтывании образует суспензию. Значительно лучше растворяется в горячей воде.

 

При попадании на кожу вызывает ожоги. Фенол очень токсичен. Вдыхание его паров может вызвать отравление, головокружение и даже летальный исход.

Химические свойства фенола

У фенола есть гидроксильная группа и бензольное кольцо, поэтому для него будут характерны реакции замещения, протекающие по бензольному кольцу, как у аренов, а также реакции по гидроксильной группе (слабые кислотные свойства).

Кислотные свойства фенола более выражены, чем у спиртов. Не случайно раньше раствор фенола называли карболовой кислотой. Фенол вступает в реакцию со щелочами и щелочными металлами по гидроксильной группе, образуя феноляты.

$C_{6} H_{5} OH + KOH \rightarrow C_{6} H_{5} OK + H_{2} O$

или

$2 C_{6} H_{5} OH + 2 Na \rightarrow 2 C_{6} H_{5} ONa + H_{2} \uparrow$

или

Хотя фенол и проявляет кислотные свойства, превосходя по этому показателю многоатомные, а тем более одноатомные спирты, тем не менее его нельзя назвать даже средней по силе кислотой.

Он уступает даже слабой угольной кислоте $( H_{2} CO_{3} ) ,$ которая вытесняет его из растворов солей:

$C_{6} H_{5} ONa + H_{2} O + CO_{2} ( H_{2} CO_{3} ) \rightarrow C_{6} H_{5} OH + NaHCO_{3}$.

Рис. 2. Раствор фенолята железа (III)

С солями железа (III) фенол образует комплексы фиолетового цвета (рис. 2). Это качественная реакция на фенолы.

 

Реакции фенола по бензольному кольцу

 

Фенол, как и гомологи бензола, вступает в реакции замещения, которые протекают в орто- и пара-положениях.

 

Фенол обесцвечивает бромную воду. В результате в виде осадка белого цвета образуется 
2,4,6-трибромфенол.

С концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты как катализатора и под действием высокой температуры образуется 2,4,6-тринитрофенол, или пикриновая кислота.

Пикриновая кислота применяется как взрывчатое вещество.

Получение фенола

Кумольный способ получения фенола

В промышленности фенол получают путём алкилирования бензола пропиленом с образованием изопропилбензола (кумола), который окисляют кислородом воздуха в пероксидное соединение. Гидролизом последнего получают фенол и другой не менее важный продукт — ацетон:

Основы этого технологического процесса были разработаны отечественными химиками и внедрены в производство в конце 1940-х гг.

Кумол, или изопропилбензол, окисляется кислородом с образованием двух ценных продуктов: фенола и ацетона.

Применение фенола

Несмотря на свою токсичность, фенол по-прежнему применяется в медицине как антисептик. Кроме этого, он входит в состав красок — именно с фенолом связан запах гуаши. 

Из фенола и формальдегида синтезируют фенолформальдегидную смолу. Она применяется для создания древесно-стружечных плит, сокращённо ДСП. Правда, в настоящее время многие производители отказываются от смол на основе фенола из-за его токсичности.

Рис. 3. Применение фенола

Упражнение 1

 

Заполните пропуски в уравнениях химических реакций.

Упражнение 1

а) $2 C_{6} H_{5} OH + 2 Na \rightarrow 2 C_{6} H_{5} ONa + H_{2}$

б) $C_{6} H_{5} OH + HNO_{3} ( pa\text{зб} . ) \rightarrow H_{2} O + HO - C_{6} H_{4} - NO_{2}$

в) $C_{6} H_{4} Br_{2} + 4 KOH ( \text{в}o\text{дн} . ) \rightarrow 2 KBr + 2 H_{2} O + KO - C_{6} H_{4} - OK$

Упражнение 2