Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение —

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение - Кислород

Все тесты

  • Тест на темуАнализ стихотворения «Не с теми я, кто бросил землю» А. Ахматовой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Перемена» Б. Пастернака5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Стихи о Петербурге» А. Ахматовой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Стихи к Блоку» М. Цветаевой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Клеветникам России» А. Пушкина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Завещание» Н. Заболоцкого5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Стихи о Москве» М. Цветаевой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Молитва» М. Цветаевой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «И. И. Пущину!» А. Пушкина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «День и ночь» Ф. Тютчева5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Весна в лесу» Б. Пастернака5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Журавли» Р. Гамзатова5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Люблю» В. Маяковского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Когда на меня навалилась беда» К. Кулиева5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Гамлет» Б. Пастернака5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Русь» А. Блока5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Ночь» В. Маяковского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения К. Симонова «Ты помнишь, Алёша, дороги Смоленщины…»5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения Жуковского «Приход весны»5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения Анны Ахматовой «Сероглазый король»5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Июль – макушка лета…»5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Мелколесье. Степь и дали…» С. Есенина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Не позволяй душе лениться» Н. Заболоцкого5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «На дне моей жизни» А. Твардовского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Нивы сжаты, рощи голы…» С. Есенина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Бабушкины сказки» С. Есенина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Снежок» Н. Некрасова1 вопрос
  • Тест на темуАнализ стихотворения «По вечерам» Н. Рубцова5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Вчерашний день, часу в шестом…» Н. Некрасова5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Цветы последние милей…» А. Пушкина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Я знаю, никакой моей вины…» А. Твардовского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Я не ищу гармонии в природе»Н. Заболоцкого5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Разбуди меня завтра рано» С. Есенина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Снега потемнеют синие» А. Твардовского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Осень» Н. Карамзина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Молитва» А. Ахматовой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Вечер» А. Фета5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Не жалею, не зову, не плачу» С. Есенина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Тучи» М. Лермонтова5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Книга» Г. Тукая5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Необычайное приключение, бывшее с Владимиром Маяковским летом на даче» В. Маяковского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Деревня» А. Пушкина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Летний вечер» А. Блока5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Я убит подо Ржевом» А. Твардовского5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Элегия» А. Пушкина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Зимнее утро» А. Пушкина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Троица» И. Бунина5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Бабушке» М. Цветаевой5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «О весна без конца и краю» А. Блока5 вопросов
  • Тест на темуАнализ стихотворения «Море» В. Жуковского5 вопросов

Лекция №29-30

Лекция
№29-30

ФЕНОЛЫ

План

  1. Классификация и номенклатура.
  2. Методы получения.
  3. Физические свойства и строение.
  4. Химические свойства.

Фенолы
– гидроксилпроизводные ароматических углеводородов, в которых группа ОН связана
с атомом углерода ароматического ядра.

1. и номенклатура

По количеству ароматических ядер в молекуле различают собственно фенолы, а
также нафтолы, антролы, фенантролы и др. По числу гидроксильных групп различают
одно-, двух-, трех-, многоатомные фенолы.

Названия фенолов образуют от названий соответствующих аренов с добавлением
суффикса –ол. Простейший фенол – гидроксибензол С6Н5ОН
называют просто фенол. При наличии нескольких заместителей начало
нумерации определяет гидроксильная группа и эти соединения рассматриваются как
производные фенола. Иногда в соединениях сложного строения наличие
гидроксильной группы обозначают префиксом гидрокси-. Многие фенолы имеют
тривиальные названия.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

2. получения

Фенол выделяют из каменноугольной смолы. Существует многочисленные
синтетические методы получения фенола, промышленные и лабораторные.

1) Замещение сульфогруппы на гидроксил

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Наиболее старый промышленный метод получения фенолов заключается в
сплавлении щелочных арилсульфонатов с твердым гидроксидом натрия или калия или
со сравнительно легкоплавкой смесью этих гидроксидов при 300-350оС.
Хотя точный механизм реакции в расплаве двух ионных соединений неизвестен, ее
следует отнести к процессам нуклеофильного ароматического замещения, где
гидроксид-ион играет роль нуклеофильного агента, а сульфит-ион — уходящей
группы.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Для получениясамого фенола метод щелочного плавления в настоящее
время неиспользуется, но он широко используется для получения 2-нафтола,
резорцина, ализарина и других фенолов.

2).Замещение галогена на гидроксил

Арилгалогениды, не содержащие активирующих электроноакцепторных
заместителей, вступают в реакцию обмена в очень жестких условиях. Фенол
получают нагреванием хлорбензола с 15-20%-ным водным раствором гидроксида
натрия при 360-390оС и давлении 280-300 атм.

C6H5Cl
2NaOH
® C6H5O-Na NaCl H2O

C6H5O-Na HCl ® C6H5OH NaCl

В
этих условиях реакция идет по ариновому механизму (см. лек.№24).

В присутствии солей меди (II), играющих роль катализатора, ариновый механизм
полностью подавляется из-за резкого ускорения прямого замещения галогена по SNAr-механизму.
Применение солей меди (II) позволяет проводить региоселективное замещение
галогена на гидроксил без примеси какого-либо другого изомерного фенола.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Введение в молекулу арилгалогенида электроноакцепторных заместителей в орто
или пара-положения увеличивают скорость обмена галогена на гидроксил в
некатализируемой реакции. Для таких реакций предложен SNAr-механизм
замещения.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

3) Замещение диазогруппы на гидроксил

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Метод
включает диазотирование первичного амина с последующими разложением соли
диазония в водном растворе серной кислоты. Замещение диазогруппы на гидроксил
протекает по SN1-механизму. Так как промежуточно образующийся
арилкатион может реагировать с любым нуклеофилом, имеющимся в реакционной среде,
наиболее целесообразно использовать для гидролиза в фенолы гидросульфаты
диазония. В качестве побочного продукта при этом образуется эфир ArOSO3H,
который легко гидролизуется в фенол. См. также лек. №24 и 43.

4) Получение фенола из гидропероксида кумола

Современный промышленный метод получения фенола заключается в
кислотно-катализируемом разложении гидропероксида кумола. Исходное вещество для
всего цикла превращений — кумол получают алкилированием бензола пропиленом по
Фриделю-Крафтсу.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Далее кумол окисляют кислородом воздуха при 100-130оС до
гидропероксида кумола.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Эта реакция протекает по цепному радикальному механизму с участием
кумильного радикала.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Разложение гидропероксида кумола до фенола и ацетона проводят в присутствии
1% водной серной кислоты при 50-90оС.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Процесс разложения гидропероксида по своему механизму напоминает
перегруппировки карбкатионов. Различие заключается в том, что миграция фенила
происходит к положительно заряженному атому кислорода.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

В целом это очень экономичный способ получения одновременно двух важнейших
продуктов — ацетона и фенола.

3. свойства и строение

Фенолы – жидкие или кристаллические вещества с сильным характерным запахом.
При хранении на воздухе быстро темнеют из-за окисления. Ограниченно растворимы
в воде.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Гидроксигруппа и ароматическое кольцо образуют сопряженную систему.
Гидроксигруппа проявляет электронодонорные свойства за счет М-эффекта, который
превышает по силе –I-эффект.

Фенол и его гомологи – полярные соединения. Дипольный момент направлен в
сторону бензольного кольца. Взаимодействии неподеленной пары электронов
кислорода с p -системой кольца
обусловливает электронодонорные свойства этих соединений. Энергия ионизации
фенола составляет 8,5-8,6 эВ, что ниже, чем у бензола и спиртов.

Спектральные характеристики.

Введение гидроксильной группы в бензольное кольцо вызывает сдвиг полос
поглощения в УФ-спектрах в длинноволновую область и усиливает их: 210 (e 6200) и 270 (e
1450) нм.

В ИК-спектрах характеристические полосы поглощения валентных колебаний
группы ОН лежат в области 3390-3600 см-1 и зависят от растворителя и
концентрации.

В спектрах ПМР сигнал протонов группы ОН находится в широком диапазоне и
зависит от температуры, концентрации, рН и растворителя (в дейтерохлороформе d 4,5-7,5 м.д.)

4. свойства

Для фенолов характерны нуклеофильные свойства, которые усиливаются при
превращении их в феноксид-анионы в результате ионизации полярной связи О-Н. При
этом электрофилы могут реагировать как по атому кислорода, так и по атомам
углерода ароматического кольца фенолов или феноксид-анионов.

Кислотные свойства

Фенолы являлются слабыми ОН-кислотами, но значительно превосходят по
кислотности спирты. Например, фенол в 108 раз более сильная
ОН-кислота по сравнению с циклогексанолом.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Причина более высокой кислотности фенолов состоит в стабилизации
феноксид-аниона за счет делокализации отрицательного заряда с участием ароматического
кольца.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Влияние заместителя в бензольном кольце на кислотность фенолов согласуется с
представлениями об их электронных эффектах. Электроноакцепторные заместители,
особенно в орто- и пара-положениях, усиливают, а
электронодонорные — понижают кислотные свойства фенолов.

Величины рКа орто-, мета- и пара-замещенных фенолов в воде при 25оС

Большинство фенолов легко растворяется в водных растворах щелочей МОН с
образованием фенолятов ArOM.

Получение простых и сложных эфиров фенолов

Нуклеофильные свойства атома кислорода фенолов понижены по сравнению со
спиртами в результате сопряжения. Как следствие этого ариловые эфиры карбоновых
кислот нельзя получать прямой этерификацией фенолов карбоновыми кислотами.
Сложные эфиры получают ацилированием фенолов или их Na-и K-солей
галогенангидридами или ангидридами кислот.

ArOH RCOX ® RCOOAr HX

ArONa
RCOX ® RCOOAr NaX

(X=Cl, OCOR)

Феноляты легко алкилируются , алкилгалогенидами и диалкилсульфатами с
образованием простых эфиров.

ArONa RX ® ArOR NaX

(X=Hal, ROSO3)

Метиловые эфиры фенолов получают также действием диазометана в эфирном
растворе.

ArOH CH2N2®
AROCH3 N2

В отличие от спиртов фенолы как более сильные кислоты метилируются
диазометаном в отсутствие катализатора.

Перегруппировка Кляйзена аллилариловых эфиров

Аллиловый эфир фенола при нагревании до 200-220оС превращается в орто-аллилфенол,
т.е. аллильная группа мигрирует в орто-положение бензольного кольца.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Если оба орто-положения заняты заместителями, то аллильная группа
перемещается в пара-положение:

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Установлено, что и орто— и пара-перегруппировки являются
внутримолекулярными реакциями первого порядка. Миграция в орто-положение
сопровождается инверсией аллильной группы, т.е. она присоединяется к
бензольному кольцу g -углеродным
атомом.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Из этого следует, что переходное состояние перегруппировки Кляйзена должно
быть циклическим шестизвенным. Такое переходное состояние включает шесть p -электронов и является ароматическим, что
составляет движущую силу этой термической перегруппировки. На последней стадии
происходит изомеризация циклогексадиенона в о-аллилфенол. Эта стадия аналогична
изомеризации кетона в енольную форму.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

2,4-Циклогексадиенон является интермедиатом перегруппировки аллилариловых
эфиров. Такой интермедиат может быть выделен при перегруппировке аллилового
эфира 2,6-диметилфенола, когда аллильная группа мигрирует в пара-положение,
поскольку енолизация кетона в фенол в этом случае не может происходить из орто-положения.
Конечным результатом двух последовательных миграций аллильной группы является
сохранение структуры мигрирующей группы.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Кроме того, при проведении перегруппировки в присутствии малеинового
ангидрида 2,4-циклогексадиенон улавливается в виде аддукта диенового синтеза.

Реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце

Гидроксильная группа относится к числу групп, активирующих электрофильное
замещение в ароматическом кольце и направляющих заместитель в орто— и пара-положения.
Фенолы вступают практически во все типичные реакции электрофильного замещения
как с сильными, так и со слабыми электрофильными агентами.

Галогенирование

Галогенирование фенолов не требует катализа кислотами Льюиса и легко
осуществляется под действием молекулярного галогена. Галогенирование фенола
молекулярным бромом или хлором в полярной среде практически невозможно
остановить на стадии моногалогенирования, поскольку реагирующей частицей здесь
является фенолят-ион, который содержит очень сильную активирующую группу –O.
Скорость галогенирования фенолят-иона по крайней мере в тысячу раз выше, чем
фенола. Галогензамещенный фенол является более сильной кислотой, чем сам фенол,
что облегчает введение второго и третьего атома галогена в орто— и пара-положения.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Бромирование фенола в воде приводит к образованию нерастворимого
2,4,6-трибромфенола. Эта реакция настолько чувствительна, что позволяет
обнаружить фенол в концентрации 10-5М в водном растворе.
2,4,6-Трибромфенол взаимодействует еще с одним молем брома с образованием
2,4,4,6-тетрабромциклогекса-2,5-диенона, окрашенного в желтый цвет.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

При обработке продукта этой реакции раствором гидросульфита натрия или
другого слабого восстановителя он легко превращается в исходный
2,4,6-трибромфенол.
При бромировании фенола в растворе бромистоводородной кислоты диссоциация
полностью подавляется и галогенированию подвергается сам фенол. При этом в
зависимости от условий и количества галогена может быть получен п-бромфенол или
2,4-дибромфенол.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Аналогичным образом протекает хлорирование фенола хлором в соляной кислоте,
но здесь получается значительное количество о-хлорфенола. Моногалогензамещенные
производные фенолов удобно получать при галогенировании в неполярной среде, что
также исключает диссоциацию фенолов.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

В качестве галогенирующего агента кроме самих галогенов можно использовать
комплексы галогенов с диоксаном, ДМФА.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Во всех случаях соотношение пара/орто-изомеров при
бромировании и иодировании значительно выше, чем при хлорировании.

Нитрование

Нитрование фенолов разбавленной 20-25%-ной азотной кислотой приводит к
получению смеси орто- и пара-нитрофенолов.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Даже в таких мягких условиях нитрование сопровождается окислением фенола и
этот процесс становится доминирующим, если для нитрования использовать
концентрированную азотную кислоту. Поэтому для получения 2,4,6-тринитрофенола
(пикриновой кислоты) используют видоизмененный способ нитрования. Фенол
первоначально сульфируют до 4-гидрокси-1,3-бензолдисульфокислоты, а затем
нитруют азотной кислотой.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Вторая стадия по существу представляет собой электрофильное ипсо-замещение
сульфогруппы на нитрогруппу.
Для нитрования фенолов в качестве нитрующего агента кроме азотной кислоты можно
использовать ацетилнитрат и N2O4. Эти реагенты
способствуют преимущественному нитрованию в орто-положение к
гидроксильной группе.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Сульфирование

Моносульфирование фенола серной кислотой приводит к образованию смеси орто-
и пара-изомеров гидроксибензолсульфоксилоты. При 20оС в реакционной
смеси содержится 49% орто-изомера и 51% пара-изомера, тогда как при 120оС
доля пара-изомера возрастает до 96%.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Изменение в соотношении продуктов сульфирования обусловлено обратимостью
реакций, когда в равновесии преобладает термодинамически более стабильный пара-изомер.
Сульфирование в орто-положение протекает с большей скоростью, но орто-гидроксибензолсульфокислота
легко гидролизуется на исходные реагенты в отличие от пара-изомера, для
которого скорость гидролиза мала.

Нитрозирование

Нитрозирование фенолов осуществляется с помощью азотистой кислоты в воде или
уксусной кислоте. Эта реакция отличается очень высокой региоселективностью и
замещение идет в пара-положение к гидроксильной группе. Типичное
распределение орто— и пара-изомеров при нитрозировании можно
проиллюстрировать на примере самого фенола.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Алкилирование и ацилирование по Фриделю-Крафтсу

Так как фенолы взаимодействуют с галогенидами алюминия и другими кислотами
Льюиса с образованием солей типа ArOAlCl2, прямое их алкилирование в
условиях реакции Фриделя-Крафтса провести не удается. Фенолы алкилируют
алкенами и спиртами в условиях кислотного катализа. В качестве катализаторов
предпочитают использовать серную, фтористоводородную, фосфорную кислоты или
катиониты КУ-2 и другие катионообменные смолы. Таким образом, из крезола и
изобутилена в промышленности получают пространственно затрудненный фенол —
2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (ионол), который широко применяется для
стабилизации полимеров.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Аналогично из фенола и изопропилового спирта получается
2,4,6-триизопропилфенол.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Ацилирование фенолов в классических условиях реакции Фриделя-Крафтса
комплексом ацилгалогенида и хлорида алюминия приводит к неудовлетворительным
результатам, так как ацилированию подвергается гидроксильная группа фенола.
Более эффективна такая модификация этого метода, когда в качестве ацилирующего
агента используется комплекс карбоновой кислоты и трехфтористого бора. Ацильная
группа при этом вводится практически исключительно в пара-положение
бензольного кольца. Так, например, фенол при взаимодействии с комплексом
уксусной кислоты и BF3 дает пара-гидроксиацетофенон с 95%-ным
выходом.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Наиболее общий метод получения гидроксикетонов ароматического ряда основан
на перегруппировке Фриса. Ариловые эфиры карбоновых кислот при
нагревании с AlCl3 или AlBr3 перегруппировываются в
изомерные орто— и пара-гидроксикетоны.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Соотношение орто- и пара-изомеров зависит главным образом от
температуры и растворителя. В более жестких условиях преобладает орто-гидроксикетон,
а при 20-25оС — пара-гидроксикетон.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Механизм перегруппировки Фриса, по-видимому, заключается в межмолекулярном
ацилировании орто- или пара-положения бензольного кольца арилового
эфира комплексом второй молекулы сложного эфира и AlCl3 с
образованием ацильного производного гидроксикетона и фенола.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Перегруппировка завершается межмолекулярным переносом ацильной группы к
фенолу.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Формилирование

Формилирование – это введение группы СНО (см. лек.35). Синтетически наиболее
важными являются формилирование фенолов по Вильсмейеру-Хааку и Реймеру-Тиману.

Реакция Вильсмейера-Хаака

N-Алкиламиды муравьиной кислоты — N,N-диметилформамид (ДМФА) и
N-метилформамид в присутствии хлорокиси фосфора являются региоселективными
формилирующими агентами. С помощью этих реагентов альдегидная группа вводится в
пара-положение по отношению к ОН -группе. Эту реакцию можно также рассматривать
как ацилирование, где роль катализатора (кислоты Льюиса) выполняют хлорокись
фосфора (POCl3). Наиболее эффективна система ДМФА-POCl3,
в которой ДМФА служит и реагентом, и растворителем. Электрофильным агентом в
реакции Вильсмейера-Хаака является иминиевая соль, которая образуется при
взаимодействии ДМФА и хлорокиси фосфора.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Иминиевая соль при необходимости может быть выделена в индивидуальном виде,
однако обычно ее не выделяют и используют непосредственно после ее образования.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Реакция Вильсмейера-Хаака чрезвычайно проста в экспериментальном отношении и
обеспечивает очень высокие выходы ароматических гидроксиальдегидов.

Реакция Реймера-Тимана

Формилирование фенолов по Реймеру-Тиману достигается при нагревании смеси
фенола и большого избытка хлороформа с водным раствором гидроксида натрия при
50-70оС. Выходы альдегидов обычно невелики и редко превышают 30%,
однако метод исключительно прост и доступен в практическом отношении. Главное
достоинство реакции Реймера-Тимана заключается в преимущественном образовании орто-,
а не пара-и
зомеров, как это имеет место в реакции Вильсмейера-Хаака.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Механизм включает образование дихлоркарбена как интермедиата. Дихлоркарбен
:CCl2 выполняет роль электрофильного агента по отношению к
феноксид-иону, образующемуся в щелочной среде. Предполагаемый механизм реакции Реймера-Тимана
может быть представлен следующей последовательностью превращений:

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Реакция протекает только в сильно щелочной среде при наличии фенольного
гидроксила, тогда как простые эфиры фенолов и диалкиланилины не формилируются в
этих условиях.

Карбоксилирование феноксид-ионов (реакция Кольбе)

Будучи сильными нуклеофилами феноксид-анионы способны взаимодействовать с
таким слабым электрофильным реагентом как оксид углерода (IV). При нагревании
сухих фенолятов натрия или лития с СО2 при повышенном давлении,
образуются натриевые или литиевые соли салициловой кислоты.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

В аналогичных условиях из фенолятов калия, рубидия и цезия получаются только
соли пара-гидроксибензойной кислоты.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Такое различие в направлении карбоксилирования Na- и К-солей фенола принято
объяснять различием в хелатообразовании этих двух катионов с атомом кислорода
CO2 в переходном состоянии реакции, приводящем к салициловой
кислоте. Катионы натрия и, особенно, лития значительно более эффективны по
сравнению с катионом калия в способности к образованию координационной связи с
атомом кислорода.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Предполагается, что для фенолятов калия, рубидия и цезия электрофильная
атака осуществляется исключительно в пара-положение без какой-либо
координации катиона по атому кислорода.

В отличие от одноатомных фенолов двухатомные и трехатомные фенолы
карбоксилируются в более мягких условиях. Так, резорцин карбоксилируется при
пропускании СО2 в водный раствор его дикалиевой соли при 50оС.
При этом образуется 2,4-дигидроксибензойная кислота.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Конденсация с альдегидами и кетонами

Фенолы реагируют с формальдегидом в водном растворе в присутствии основания
с образованием полимерного продукта, получившего название
феноло-формальдегидной смолы, карболита или бакелита.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Взаимодействие феноксид-иона с формальдегидом напоминает альдольную
конденсацию с той лишь разницей, что роль нуклеофильного агента вместо
енолят-иона выполняет амбидентный феноксид-ион, а карбонильной компонентой
является формальдегид.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Подобно альдолям, орто— и пара-изомеры гидроксиметилфенола
подвергаются дегидратации с образованием хинонметидов — соединений, родственных
орто— и пара-хинонам.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Последующее присоединение феноксид-иона к хинонметиду представляет собой
присоединение амбидентного аниона к a ,b -непредельному кетону по Михаэлю.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

В результате дальнейшей поликонденсации в орто— и пара-положение
к гидроксигруппе фенола получается трехмерная структура конечного продукта —
бакелита. Бакелит представляет собой прозрачную смолу, в которой линейные
звенья связаны «поперечными» связями в пара-положениях.

Фенол конденсируется с ацетоном в кислой среде с образованием так
называемого бисфенола А.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Получено много подобных продуктов конденсации фенолов с кетонами. Они
находят применение в качестве антиоксидантов и мономеров для получения
эпоксидных смол.

Окисление

Окисление фенолов относится к числу сложных, многостадийных процессов,
приводящих к продуктам разного строения. Механизм окисления может сильно
меняться в зависимости от строения фенола и природы одно- или двухэлектронного
окислителя. Механизм окисления включает стадию образования стабилизированных
резонансом ароксильных радикалов.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Направление дальнейших превращений зависит от характера заместителей в
ароматическом кольце. При окислении большинства фенолов образуется несколько
различных форм димеров в результате образования новых связей С-С между ортоорто,
орто-пара- и пара-пара-
положениями ароксильных радикалов, а также новых С-О
связей между атомом кислорода одного радикала и орто- или пара-положением
другой радикальной частицы. Всего, таким образом, образуется потенциально не
менее пяти различных типов димеров, которые находится в равновесии с исходным
ароксильным радикалом. Например, для монозамещенного фенола:

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Димеры, возникающие в результате рекомбинации радикалов с образованием новой
С-С связи, называются хинолидами. Хинолиды далее изомеризуются с образованием
изомерных дигидроксибифенилов. Другой тип димеров, содержащих центральную связь
С-О, носит название хиноловыхэфиров.

Ароксильные радикалы пространственно затрудненных фенолов, содержащие в
обоих орто- и пара-положении третичные алкильные группы,
мономерны и не проявляют тенденции к образованию димеров в растворе. Например,
при окислении 2,4,6-три-трет-бутилфенола гексацианоферратом(III) калия K3Fe(CN)6
в бинарной системе бензол-вода в инертной атмосфере образуется устойчивый
радикал одновалентного кислорода — три-трет-бутилфеноксил, окрашенный в
синий цвет.

Фенол: общая и структурная формулы, химические свойства, применение -

Этот радикал находится в мономерной форме в 0,1 молярном растворе в бензоле
или эфире, а также в кристаллическом состоянии. Он очень чувствителен к действию
кислорода воздуха, оксида азота (IY), оксида азота (II) и других радикальных
частиц. Стабильность ароксильных радикалов пространственно затрудненых фенолов
обусловливает их антиокислительные свойства. Они выполняют роль ловушек
свободных радикалов в процессах пероксидного окисления. Активный свободный
радикал, ведущий цепь окисления, быстро взаимодействует с таким фенолом, давая
устойчивый ароксильный радикал, что приводит к обрыву цепи.

ArOH RO2s® ArOs
ROOH

Пространственно затрудненные фенолы (ионол, гальваноксил) используют как
антиоксиданты, стабилизирующие синтетические каучуки, пищевые жиры, витамины и
др.

Фенол, структурная формула, химические, физические свойства

1

H

ВодородВодород

1,008

1s1

2,2

Бесцветный газ

пл=-259°C

кип=-253°C

2

He

ГелийГелий

4,0026

1s2

Бесцветный газ

кип=-269°C

3

Li

ЛитийЛитий

6,941

2s1

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

пл=180°C

кип=1317°C

4

Be

БериллийБериллий

9,0122

2s2

1,57

Светло-серый металл

пл=1278°C

кип=2970°C

5

B

БорБор

10,811

2s2 2p1

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

пл=2300°C

кип=2550°C

6

C

УглеродУглерод

12,011

2s2 2p2

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

пл=3550°C

кип=4830°C

7

N

АзотАзот

14,007

2s2 2p3

3,04

Бесцветный газ

пл=-210°C

кип=-196°C

8

O

КислородКислород

15,999

2s2 2p4

3,44

Бесцветный газ

пл=-218°C

кип=-183°C

9

F

ФторФтор

18,998

2s2 2p5

4,0

Бледно-желтый газ

пл=-220°C

кип=-188°C

10

Ne

НеонНеон

20,180

2s2 2p6

Бесцветный газ

пл=-249°C

кип=-246°C

11

Na

НатрийНатрий

22,990

3s1

0,93

Мягкий серебристо-белый металл

пл=98°C

кип=892°C

12

Mg

МагнийМагний

24,305

3s2

1,31

Серебристо-белый металл

пл=649°C

кип=1107°C

13

Al

АлюминийАлюминий

26,982

3s2 3p1

1,61

Серебристо-белый металл

пл=660°C

кип=2467°C

14

Si

КремнийКремний

28,086

3s2 3p2

1,9

Коричневый порошок / минерал

пл=1410°C

кип=2355°C

15

P

ФосфорФосфор

30,974

3s2 3p3

2,2

Белый минерал / красный порошок

пл=44°C

кип=280°C

16

S

СераСера

32,065

3s2 3p4

2,58

Светло-желтый порошок

пл=113°C

кип=445°C

17

Cl

ХлорХлор

35,453

3s2 3p5

3,16

Желтовато-зеленый газ

пл=-101°C

кип=-35°C

18

Ar

АргонАргон

39,948

3s2 3p6

Бесцветный газ

пл=-189°C

кип=-186°C

19

K

КалийКалий

39,098

4s1

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

пл=64°C

кип=774°C

20

Ca

КальцийКальций

40,078

4s2

1,0

Серебристо-белый металл

пл=839°C

кип=1487°C

21

Sc

СкандийСкандий

44,956

3d1 4s2

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

пл=1539°C

кип=2832°C

22

Ti

ТитанТитан

47,867

3d2 4s2

1,54

Серебристо-белый металл

пл=1660°C

кип=3260°C

23

V

ВанадийВанадий

50,942

3d3 4s2

1,63

Серебристо-белый металл

пл=1890°C

кип=3380°C

24

Cr

ХромХром

51,996

3d5 4s1

1,66

Голубовато-белый металл

пл=1857°C

кип=2482°C

25

Mn

МарганецМарганец

54,938

3d5 4s2

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

пл=1244°C

кип=2097°C

26

Fe

ЖелезоЖелезо

55,845

3d6 4s2

1,83

Серебристо-белый металл

пл=1535°C

кип=2750°C

27

Co

КобальтКобальт

58,933

3d7 4s2

1,88

Серебристо-белый металл

пл=1495°C

кип=2870°C

28

Ni

НикельНикель

58,693

3d8 4s2

1,91

Серебристо-белый металл

пл=1453°C

кип=2732°C

29

Cu

МедьМедь

63,546

3d10 4s1

1,9

Золотисто-розовый металл

пл=1084°C

кип=2595°C

30

Zn

ЦинкЦинк

65,409

3d10 4s2

1,65

Голубовато-белый металл

пл=420°C

кип=907°C

31

Ga

ГаллийГаллий

69,723

4s2 4p1

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

пл=30°C

кип=2403°C

32

Ge

ГерманийГерманий

72,64

4s2 4p2

2,0

Светло-серый полуметалл

пл=937°C

кип=2830°C

33

As

МышьякМышьяк

74,922

4s2 4p3

2,18

Зеленоватый полуметалл

субл=613°C

(сублимация)

34

Se

СеленСелен

78,96

4s2 4p4

2,55

Хрупкий черный минерал

пл=217°C

кип=685°C

35

Br

БромБром

79,904

4s2 4p5

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

пл=-7°C

кип=59°C

36

Kr

КриптонКриптон

83,798

4s2 4p6

3,0

Бесцветный газ

пл=-157°C

кип=-152°C

37

Rb

РубидийРубидий

85,468

5s1

0,82

Серебристо-белый металл

пл=39°C

кип=688°C

38

Sr

СтронцийСтронций

87,62

5s2

0,95

Серебристо-белый металл

пл=769°C

кип=1384°C

39

Y

ИттрийИттрий

88,906

4d1 5s2

1,22

Серебристо-белый металл

пл=1523°C

кип=3337°C

40

Zr

ЦирконийЦирконий

91,224

4d2 5s2

1,33

Серебристо-белый металл

пл=1852°C

кип=4377°C

41

Nb

НиобийНиобий

92,906

4d4 5s1

1,6

Блестящий серебристый металл

пл=2468°C

кип=4927°C

42

Mo

МолибденМолибден

95,94

4d5 5s1

2,16

Блестящий серебристый металл

пл=2617°C

кип=5560°C

43

Tc

ТехнецийТехнеций

98,906

4d6 5s1

1,9

Синтетический радиоактивный металл

пл=2172°C

кип=5030°C

44

Ru

РутенийРутений

101,07

4d7 5s1

2,2

Серебристо-белый металл

пл=2310°C

кип=3900°C

45

Rh

РодийРодий

102,91

4d8 5s1

2,28

Серебристо-белый металл

пл=1966°C

кип=3727°C

46

Pd

ПалладийПалладий

106,42

4d10

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1552°C

кип=3140°C

47

Ag

СереброСеребро

107,87

4d10 5s1

1,93

Серебристо-белый металл

пл=962°C

кип=2212°C

48

Cd

КадмийКадмий

112,41

4d10 5s2

1,69

Серебристо-серый металл

пл=321°C

кип=765°C

49

In

ИндийИндий

114,82

5s2 5p1

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

пл=156°C

кип=2080°C

50

Sn

ОловоОлово

118,71

5s2 5p2

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

пл=232°C

кип=2270°C

51

Sb

СурьмаСурьма

121,76

5s2 5p3

2,05

Серебристо-белый полуметалл

пл=631°C

кип=1750°C

52

Te

ТеллурТеллур

127,60

5s2 5p4

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

пл=450°C

кип=990°C

53

I

ИодИод

126,90

5s2 5p5

2,66

Черно-серые кристаллы

пл=114°C

кип=184°C

54

Xe

КсенонКсенон

131,29

5s2 5p6

2,6

Бесцветный газ

пл=-112°C

кип=-107°C

55

Cs

ЦезийЦезий

132,91

6s1

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

пл=28°C

кип=690°C

56

Ba

БарийБарий

137,33

6s2

0,89

Серебристо-белый металл

пл=725°C

кип=1640°C

57

La

ЛантанЛантан

138,91

5d1 6s2

1,1

Серебристый металл

пл=920°C

кип=3454°C

58

Ce

ЦерийЦерий

140,12

f-элемент

Серебристый металл

пл=798°C

кип=3257°C

59

Pr

ПразеодимПразеодим

140,91

f-элемент

Серебристый металл

пл=931°C

кип=3212°C

60

Nd

НеодимНеодим

144,24

f-элемент

Серебристый металл

пл=1010°C

кип=3127°C

61

Pm

ПрометийПрометий

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

пл=1080°C

кип=2730°C

62

Sm

СамарийСамарий

150,36

f-элемент

Серебристый металл

пл=1072°C

кип=1778°C

63

Eu

ЕвропийЕвропий

151,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=822°C

кип=1597°C

64

Gd

ГадолинийГадолиний

157,25

f-элемент

Серебристый металл

пл=1311°C

кип=3233°C

65

Tb

ТербийТербий

158,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1360°C

кип=3041°C

66

Dy

ДиспрозийДиспрозий

162,50

f-элемент

Серебристый металл

пл=1409°C

кип=2335°C

67

Ho

ХольмийХольмий

164,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1470°C

кип=2720°C

68

Er

ЭрбийЭрбий

167,26

f-элемент

Серебристый металл

пл=1522°C

кип=2510°C

69

Tm

ТулийТулий

168,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1545°C

кип=1727°C

70

Yb

ИттербийИттербий

173,04

f-элемент

Серебристый металл

пл=824°C

кип=1193°C

71

Lu

ЛютецийЛютеций

174,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=1656°C

кип=3315°C

72

Hf

ГафнийГафний

178,49

5d2 6s2

Серебристый металл

пл=2150°C

кип=5400°C

73

Ta

ТанталТантал

180,95

5d3 6s2

Серый металл

пл=2996°C

кип=5425°C

74

W

ВольфрамВольфрам

183,84

5d4 6s2

2,36

Серый металл

пл=3407°C

кип=5927°C

75

Re

РенийРений

186,21

5d5 6s2

Серебристо-белый металл

пл=3180°C

кип=5873°C

76

Os

ОсмийОсмий

190,23

5d6 6s2

Серебристый металл с голубоватым оттенком

пл=3045°C

кип=5027°C

77

Ir

ИрридийИрридий

192,22

5d7 6s2

Серебристый металл

пл=2410°C

кип=4130°C

78

Pt

ПлатинаПлатина

195,08

5d9 6s1

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1772°C

кип=3827°C

79

Au

ЗолотоЗолото

196,97

5d10 6s1

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

пл=1064°C

кип=2940°C

80

Hg

РтутьРтуть

200,59

5d10 6s2

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

пл=-39°C

кип=357°C

81

Tl

ТаллийТаллий

204,38

6s2 6p1

Серебристый металл

пл=304°C

кип=1457°C

82

Pb

СвинецСвинец

207,2

6s2 6p2

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

пл=328°C

кип=1740°C

83

Bi

ВисмутВисмут

208,98

6s2 6p3

Блестящий серебристый металл

пл=271°C

кип=1560°C

84

Po

ПолонийПолоний

208,98

6s2 6p4

Мягкий серебристо-белый металл

пл=254°C

кип=962°C

85

At

АстатАстат

209,98

6s2 6p5

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=302°C

кип=337°C

86

Rn

РадонРадон

222,02

6s2 6p6

2,2

Радиоактивный газ

пл=-71°C

кип=-62°C

87

Fr

ФранцийФранций

223,02

7s1

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=27°C

кип=677°C

88

Ra

РадийРадий

226,03

7s2

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=700°C

кип=1140°C

89

Ac

АктинийАктиний

227,03

6d1 7s2

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=1047°C

кип=3197°C

90

Th

ТорийТорий

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

91

Pa

ПротактинийПротактиний

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

92

U

УранУран

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

пл=1132°C

кип=3818°C

93

Np

НептунийНептуний

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

94

Pu

ПлутонийПлутоний

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

95

Am

АмерицийАмериций

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

96

Cm

КюрийКюрий

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

97

Bk

БерклийБерклий

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

98

Cf

КалифорнийКалифорний

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

99

Es

ЭйнштейнийЭйнштейний

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

Fm

ФермийФермий

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

Md

МенделевийМенделевий

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

No

НобелийНобелий

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

Lr

ЛоуренсийЛоуренсий

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

Rf

РезерфордийРезерфордий

267

6d2 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

Db

ДубнийДубний

268

6d3 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

Sg

СиборгийСиборгий

269

6d4 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

Bh

БорийБорий

270

6d5 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

Hs

ХассийХассий

277

6d6 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

Mt

МейтнерийМейтнерий

278

6d7 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

Ds

ДармштадтийДармштадтий

281

6d9 7s1

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий