Феноли, Контент-платформа
1. Визначення. Класифікація.
2. Номенклатура та ізомерія. Основні представники
4. Фізичні властивості
5. Хімічні властивості
6. Застосування. Вплив здоров'я людини.
Феноли- це похідні бензолу з однією або декількома гідроксильними групами.
Залежно від числа гідроксигруп феноли поділяються по атомності на: одно-, двох - і триатомні.
Поступеня леткості речовинїх прийнято ділити на дві групи - леткі з парою феноли (фенол, крезоли, ксиленоли, гваякол, тимол) і нелеткі феноли (резорцин, пірокатехін, гідрохінон, пірогалол та інші багатоатомні фено. Будова та номенклатуру окремих представників розглянемо нижче.
Першого представника, як правило, називають за тривіальною номенклатурою, фенол (оксибензол, устар. карболова кислота).
При побудові назв фенолів атоми вуглецю в бензольному кільці прийнято позначати від 1 до 6, починаючи з вуглецю, пов'язаного з ОН-групою (номенклатура схожа на ароматичні вуглеводні). Цифрами та приставками вказують положення та кількість заступників, з додаванням основи – фенол.
Нерідко для фенолів різного ступеня заміщеності використовують очевидні назви.
1) Виділення з продуктів сухої кам'яновугільної смоли, а також з продуктів піролізу бурого вугілля та деревини (дьоготь).
2) Через бензолсульфокислоту. Спочатку бензол обробляють при нагріванні концентрованою сірчаною кислотою
C6H6 + H2SO4 = C6H5SO3H + H2O
Отриману бензолсульфокислоту сплавляють із лугом
C6H5SO3H + 3NaOH = C6H5ONa + 2H2O + Na2SO3
Після обробки феноляту сильною кислотою одержують фенол.
3) Кумольний спосіб(заснований на окисленні ароматичного вуглеводню кумолу (ізопропілбензол) киснем повітря з подальшим розкладанням гідроперекису, що виходить, розведеної H2SO4). Реакція проходить з високим виходом і приваблива тим, що дозволяє отримати відразу два технічно цінні продукти - фенол і ацетон (потрібно розглянути самостійно).
Фено́лє безбарвними голчастими кристалами, рожевими на повітрі через окислення, що призводить до пофарбованих продуктів. Мають специфічний запах гуаші. Розчинний у воді (6 г на 100 г води), у розчинах лугів, у спирті, в бензолі, в ацетоні.
Є сильним антисептиком, за рахунок властивостей, що денатурують білки (утворення міжмолекулярних водневих зв'язків).
При роботі з фенолом необхідно дотримуватися техніки безпеки: працювати під витяжкою, використовувати засоби індивідуального захисту, тому що при попаданні на шкіру викликає опіки.
Хімічні властивості фенолів
Будова молекула фенолу
Бензольна кільце і ОН-група, об'єднані в молекулі фенолу, впливають один на одного, взаємно підвищуючи реакційну здатність один одного. Фенільна група відтягує на себе неподілену електронну пару від атома кисню в ОН-групі.
У результаті атомі Н цієї групи збільшується частковий позитивний заряд (d+), полярність зв'язку О–Н зростає, що проявляється у збільшенні кислотних властивостей цієї групи.Таким чином, у порівнянні зі спиртами, феноли являють собою сильніші кислоти.
Частковий негативний заряд (d–), переходячи на фенільну групу, зосереджується в положенняхорто -іпара -(стосовно ОН-групи). Ці реакційні точки можуть атакуватися реагентами, що тяжіють до електронегативних центрів,так званими електрофільними («люблять електрони») реагентами (див. лекцію з правил орієнтації в бензольному кільці).
Пара електронів атома кисню, відтягнута до бензольному кільцю, збільшує міцність зв'язку С–О, тому реакції, які з розривом зв'язку, характерні спиртів, для фенолів можливі, але з типові.
Можна зробити висновок, що для фенолів можливі два типи перетворень:
1) заміщення атома водню в ОН-групі
2) заміщення водневих атомів бензольного кільця
3) заміщення ВІН-групи не зовсім типово
1.Реакції заміщення атома водню в ОН-групі
1)При дії на феноли лугівутворюються феноляти, аналогічні алкоголятам спиртів.
Каталітична взаємодія зі спиртами призводить до простих ефірів, а в результаті реакції з ангідридами або хлорангідридами карбонових кислот утворюються складні ефіри. Це реакції, аналогічні до реакцій спиртів, які були вивчені на минулій лекції (ще їх називають про-алкілування та про-ацилювання).
При взаємодії з аміаком (при підвищеній температурі та тиску) відбувається заміна ОН-групи на NH2, утворюється анілін.
3.Реакції заміщення атомів водню в бензольному кільці
ВІН-група є активуючим орієнтантом І роду. тому при галогенуванні, нітруванні, сульфуванні та алкілюванні фенолу атакуються центри з підвищеною електронною щільністю, тобто заміщення проходять переважно ворто-іпара-положеннях. Докладно такі реакції були вивчені у лекції про правила орієнтації у бензольному кільці.
Реакції фенолів з галогенами протікають швидко, без каталізаторів.
о-хлор-і п-хлорфенол
Фенолпри діїконц.HNO3перетворюється на 2,4,6-тринітрофенол (пікринова кислота). Нітрування супроводжується окисленням, тому вихід продукту невисокий.
Мононітрофеноли утворюються при нітруванні фенолу розведеною азотною кислотою (при кімнатній температурі).
о-нітро-і п-нітрофенол
Фенол легко сульфуєтьсяконцентрованоїH2SO4, при цьому при температурі 15-20оС переважно виходить про-ізомер, а при 100оС - п-ізомер.
о-фенол- та п-фенолсульфокислоти
Феноли також легко піддаються алкілуванню і ацилюванню в ядро.
Одна з найяскравіших реакцій – це нагрівання фенолів з фталевим ангідридом у присутності сірчаної кислоти, що веде до одержання триарилметиленових барвників, які називаються фенолфталеїнами.
Ця властивість фенолфталеїну дозволяє використовувати його як один з найнадійніших індикаторів лужного середовища.
Фенолфталеїн також називають пургеном - це відомий проносний засіб.
Особливою реакцією фенолів вважається реакція Кольбе
Це промисловий спосіб одержання аспірину. Феноляти натрію та калію взаємодіють із СО2. При температурі 125оС виходить про ізомер фенолкарбонової кислоти, який ацилюється по ОН-групі, з утворенням аспірину.
Важливо відзначити ще дві якісні реакції фенолів:
1)Реакція фенолів з бромом: вона протікає дуже швидко і зупинити її на стадії монобромування дуже важко. Внаслідок цього утворюється 2.4.6-трибромфенол – осад білого кольору.
Реакція застосовується для виявлення фенолу у воді: помутніння помітно навіть при вкрай незначному вмісті фенолу вводі (1:100 000).
2) Реакція із солями Fe (III). Реакція заснована на утворенні комплексів фенолятів заліза, що мають фіолетове забарвлення.
Крезоли із хлоридом заліза утворюють блакитне забарвлення.
3. Відновлення фенолів
Реагенти, що відновлюють, такі як атомарний водень і LiAlH4 перетворюють фенол в бензол (відновлюючи ОН-групу).
Гідрування воднем у присутності нікелевого каталізатора впливає на ароматичне кільце, відновлюючи саме його.
Феноли чутливі до дії окислювачів. Під дією хромової кислоти фенол і гідрохінон окислюються до п-бензохінону, а пірокатехін - до о-бензохінону. Метапохідні фенолу окислюються досить складно.
На основі фенолу отримують численні лікарські препарати, наприклад аспірин, салол, фенолфталеїн, крім того, барвники, парфумерні продукти, пластифікатори для полімерів і засоби захисту рослин. Розчин фенолу використовують як дезінфікуючий засіб (карболова кислота).
Двохатомні феноли – пірокатехін, резорцин, а також гідрохінон (пара-дигідроксибензол) застосовують як антисептики (антибактеріальні знезаражувальні речовини), вводять до складу дубителів для шкіри та хутра, як стабілізатори мастил та гуми, а також для обробки фотоматеріалів та як реагенти в аналітичній хімії.
У вигляді окремих сполук феноли використовуються обмежено, проте їх різні похідні застосовують широко. Феноли є вихідними сполуками для отримання різноманітних полімерних продуктів – феноло-альдегідних смол, поліамідів, поліепоксидів.
Вплив фенолу на організм людини та навколишнє середовище
Хронічне отруєння фенолом призводить до анорексії -прогресуючу втрату ваги; викликає запаморочення, людина може відчувати біль у м'язах, слабкість. Хронічне отруєння фенолом викликає ураження центральної нервової системи, нервові розлади, а також ураження нирок, печінки, органів дихання та серцево-судинної системи.
Тому необхідно проявляти пильність і при перших симптомах отруєння вжити заходів. Пам'ятайте, якщо вас насторожує неприємний запах нещодавно придбаної речі, якщо вам здається, що ваше здоров'я після покупки меблів або нещодавнього ремонту похитнулося, краще викликати спеціаліста-еколога, який проведе всі потрібні дослідження і дасть необхідні рекомендації, ніж перебувати в тривозі та сумнівах, побоюючись за своє здоров'я та здоров'я своїх близьких.
Під час Другої світової війни фенол застосовувався в концентраційних таборах Третього рейху для умертвіння.
Феноли - сполуки нестійкі і піддаються біохімічному та хімічному окисленню. Багатоатомні феноли руйнуються переважно шляхом хімічного окислення.
Однак при обробці хлором води, що містить домішки фенолу, можуть утворюватися дуже небезпечні органічні токсиканти - діоксини.