Підручник з Хімії. 10 клас. Величко - Нова програма

§ 28. ФЕНОЛ

Склад і будова молекули. Ароматичні вуглеводні також мають гідроксильні похідні. Сполуки, у молекулах яких гідроксильна група міститься в бічному ланцюзі, належать до спиртів, а ті, в яких вона безпосередньо сполучена з бензеновим ядром, — до фенолів. Назву фенол має також найпростіший із фенолів — одноатомний — С6Н5ОН:

Модель молекули фенолу наведено на мал. 95.

Мал. 95. Модель молекули фенолу

Фізичні властивості. Фенол — кристалічна речовина, безбарвна, має характерний запах. У разі зберігання в нещільно закритій посудині внаслідок окиснення набуває рожевого кольору. Фенол — низькоплавка речовина (tпл = 40,8 оС).

Помістимо пробірку з фенолом у посудину з гарячою водою: речовина розплавиться. У холодній воді фенол розчиняється погано, з утворенням емульсії. Проте якщо добавити у пробірку з фенолом гарячої води, спостерігається швидке розчинення. Фенол утворює водневі зв’язки з молекулами води.

Складіть схему утворення водневих зв’язків між молекулами води й фенолу.

Хімічні властивості. Рівняння реакцій фенолу наведено на с. 148. За наявністю в молекулі фенолу гідроксильної групи можна припустити його подібність до одноатомних спиртів, а за наявністю бензенового ядра — подібність до бензену. З’ясуємо це.

Пригадайте, як взаємодіє етанол з металічним натрієм. Складіть відповідне рівняння реакції.

Нагріємо фенол у пробірці до плавлення й помістимо в нього шматочки металічного натрію. Спостерігається виділення водню, утворюється також натрій фенолят у результаті реакції заміщення атома Гідрогену гідроксильної групи на Натрій.

Отже, фенол реагує з натрієм так само, як спирти. Проте гідроксильна група у спиртах і фенолі зазнає впливу різних вуглеводневих груп: алкільної й ароматичної. У фенолі неподілена пара електронів атома Оксигену відтягується бензеновим ядром і взаємодіє з його електронною системою. У свою чергу, атом Оксигену відтягує до себе електронну густину зв’язку О—Н:

Як наслідок, зв’язок О—Н послаблюється, атом Гідрогену набуває рухливості більшої, ніж у спиртах. У цьому разі можна припустити, що фенол виявлятиме властивості кислоти сильніше порівняно зі спиртами.

Реакції фенолу

Справді, етанол не реагує з розчином лугу, а фенол вступає в цю реакцію як кислота з утворенням феноляту.

Зважаючи на кислотні властивості фенолу, його називають ще карболовою кислотою, хоча це дуже слабка кислота. У цьому можна переконатися на досліді.

До емульсії фенолу добавлятимемо по краплинах розчин лугу — утвориться розчин феноляту. Крізь порцію феноляту в пробірці пропустимо вуглекислий газ — розчин знову стає каламутним, бо виділяється вільний фенол:

Отже, фенол — слабкіша кислота, ніж карбонатна, оскільки остання витісняє його з феноляту.

У реакціях фенолу з натрієм і лугом виявляється вплив бензенового ядра на гідроксильну групу. З’ясуємо, як впливає гідроксигрупа на бензенове ядро. У результаті спряження вільних електронних пар атома Оксигену з π-електронною системою бензенового ядра підвищується його електронна густина в орто- та пара-положеннях. Фенол легко вступає в реакції електрофільного заміщення, наприклад із бромом.

Пригадайте, чи взаємодіє бензен із бромною водою.

До розчину фенолу у воді добавимо бромної води. Вона знебарвлюється, розчин каламутніє і згодом випадає білий осад 2,4,6-трибромофенолу. Відбувається реакція бромування.

Легко відбувається і реакція нітрування фенолу. Якщо бензен нітрується за допомогою нітрувальної суміші (суміш нітратної та сульфатної кислот), то фенол утворює однозаміщену похідну в результаті дії розбавленої нітратної кислоти, а тризаміщену — під дією концентрованої кислоти:

Зробіть самостійно висновок про взаємний уплив гідроксогрупи і бензенового ядра в молекулі фенолу.

Характерною реакцією фенолу, за якою його можна виявити серед інших речовин, є реакція з розчином ферум(ІІІ) хлориду.

Приготуємо розчин фенолу у воді, добавляючи її доти, доки емульсія перетвориться на розчин. Добавимо декілька краплин розчину ферум(ІІІ) хлориду. Спостерігаємо забарвлення рідини в темно-фіолетовий колір. У результаті реакції утворюється комплексна сполука (її формулу не наводимо через складність будови).

Добування. Фенол видобувають із кам’яновугільної смоли. Інший спосіб — переробка бензену за такою схемою:

Складіть рівняння хімічних реакцій за цією схемою.

Застосування. Фенол було вперше виділено з кам’яновугільної смоли в першій половині ХІХ ст. Його застосування тісно пов’язане з розвитком синтетичної органічної хімії. Фенол є вихідною речовиною для виробництва барвників, лікувальних засобів, пластичних мас, вибухових речовин. До останніх належить розглянутий вище тринітрофенол, або пікринова кислота.

Фенол має антисептичні властивості, що їх було виявлено ще у другій половині ХІХ ст. Завдяки цьому розчин фенолу (5%-й) використовують для знезаражування приміщень, хірургічних інструментів, його добавляють до деяких сортів мила, ним протруюють деревину, щоб запобігти її гниттю.

Дезінфікувальна дія фенолу полягає в тому, що під його впливом відбувається руйнування білків (вони згортаються), а через це припиняється життєдіяльність бактерій.

Фенол — токсична речовина, він може спричинити опік шкіри. Оскільки фенол використовують у різних галузях промисловості, то разом з іншими промисловими викидами він потрапляє у стічні води, тим самим забруднюючи довкілля та впливаючи на екологічну рівновагу. Щоб запобігти цьому, фенол окиснюють до нешкідливих речовин або видаляють за допомогою розчинників.

Висновки

• У молекулах фенолів функціональні гідроксильні групи сполучені безпосередньо з бензеновим ядром.

• Фенол розчиняється у воді завдяки утворенню водневих зв’язків.

• Вільні електронні пари атома Оксигену гідроксильної групи спряжені з π-електронною системою бензенового ядра.

• Фенол вступає в реакції за гідроксильною групою і бензеновим ядром.

• Гідроксильна група так впливає на бензенове ядро, що зростає його активність у реакціях з електрофільними реагентами, зокрема полегшується заміщення атомів Гідрогену переважно в положеннях 2-, 4-, 6-.

• Під упливом бензенового ядра послаблюється зв’язок О—Н у гідроксильній групі, і фенол виявляє кислотні властивості.

• Фенол виявляють за реакцією з ферум(ІІІ) хлоридом.

• Основне промислове джерело фенолу — кам’яновугільна смола.

• Фенол — антисептик, але він отруйний для людини.

Завдання для самоконтролю

1. У чому полягає відмінність хімічної будови ароматичних спиртів і фенолів?

2. Поясніть розчинність фенолу у воді.

3. Згрупуйте хімічні реакції фенолу за гідроксильною групою та бензеновим ядром.

4. Які реакції доводять, що фенол має кислотні властивості?

5. До якого типу належить реакція фенолу з лугом?

6. У чому полягає вплив гідроксильної групи на бензенове ядро (порівняйте з бензеном)?

7. Поясніть уплив бензенового ядра на гідроксильну групу (порівняйте з метанолом).

8. Який вплив чинить фенол на довкілля? Для відповіді скористайтеся допоміжною літературою.

Додаткові завдання

10. Поясніть орієнтувальну дію гідроксильної групи в молекулі фенолу.

11. Складіть хімічну схему, що пояснює взаємний уплив атомів у молекулі фенолу.

12. Складіть рівняння реакцій за наведеною схемою перетворень:

Етин—>Бензен—>Хлоробензен—>Фенол—>2,4,6-Трибромофенол.

13. У трьох пробірках містяться етанол, гліцерол і розчин фенолу. Як розрізнити вміст пробірок за фізичними й хімічними властивостями цих сполук?

14. Зробіть припущення щодо хімічних властивостей сполуки такої будови:

Складіть рівняння відповідних хімічних реакцій.

15. До яких класів належать сполуки такої будови?

16. Укажіть серед наведених вище сполук ізомери й гомологи.

А ізомери — 1 і 6, 2 і 5; гомологи — 1 і 5

Б ізомери — 1 і 3, 2 і 5, 7 і 8; гомологи — 1 і 4

В ізомери —1 і 2; гомологи — 4 і 6

17. Обчисліть масу 60 %-го розчину натрій гідроксиду, потрібного для взаємодії з фенолом, що утворився з бензену об’ємом 100 мл (густина бензену становить 0,8 г/см3).

18. Обчисліть масу фенолу, який треба взяти, щоб виготовити 2 %-й розчин карболової кислоти масою 10 кг, якщо масова частка домішок у фенолі становить 6 %?