Фенолы⭐️: способы получения, общая структурная формула, с каким веществом реагирует

Благодаря сильному М-эффекту гидроксильной группы фенолы легко окисляются даже при хранении на воздухе. Реакции окисления фенолов протекают сложно, многоступенчато и часто носят радикальный характер. В зависимости от природы окислителя, строения фенолов и условий реакций образуются различные продукты.

При окислении такими мягкими окислителями, как Н₂02, надкислоты и др., образуются двухатомные фенолы:

Окисление фенола сильными окислителями приводит к образованию смеси продуктов, в том числе /г-бензохинона:

Первичный продукт окисления фенолов — феноксид-радикал — резонансно стабилизирован, что облегчает его образование:

Дальнейшие превращения феноксид-радикалов зависят от природы заместителей в кольце. Если /гара-положение не занято, феноксильные радикалы могут димеризоваться по типу «хвост — хвост» с последующим окислением димера и образованием окрашенных дифенохинонов:

Именно по такой схеме протекает окисление фенола кислородом воздуха при хранении, сопровождающееся изменением цвета реактива от белого до грязно-розового.

Если в о- и я-положениях находятся объемистые заместители, то они стабилизируют феноксид-радикалы настолько, что их даже удается выделить в свободном виде. Образующиеся радикалы — ароксилы — имеют темно-синий цвет, растворимы в эфире и бензоле. Фенолы, способные к образованию таких стабильных радикалов, называют пространственно-затрудненными. Они ингибируют радикальные процессы распада и окисления, связывая образующиеся радикалы в полимерных материалах — каучуках, смазочных маслах и др.

Одним из таких фенолов является ионол, синтезируемый из 4-метилфе- нола:

Активные свободные радикалы R*, накапливающиеся в полимерной среде, быстро взаимодействуют с ионолом; при этом образуется стабильный арок- сил ьный радикал, что и приводит к обрыву растущей радикальной цепи.

Нафтолы под действием сильных окислителей — соединений Cr(VI), Mn(VII) — также окисляются до хинонов предположительно по ионному механизму:

Еще легче (с помощью многих мягких окислителей) окисляются двух- и трехатомные фенолы. Так, осторожное окисление пирокатехина оксидом серебра приводит к образованию о-бензохинона:

Гидрохинон при окислении FeCl3 или КВг0₃ превращается в л-бензохинон через стадию образования хингидрона — донорно-акцепторного комплекса, в котором молекула гидрохинона служит донором, а молекула хинона — акцептором электронов:

Благодаря выраженным восстановительным свойствам многоатомные фенолы (гидрохинон, пирогаллол и др.) находят применение в качестве антиоксидантов и ингибиторов в реакциях полимеризации.

Форма урока: комбинированный (2 часа).

Цели:

• Образовательные: на основе
  представлений о составе и строении фенола
  рассмотреть химические свойства; дать
  представление о химии полимеров и реакции
  поликонденсации; охарактеризовать связь химии с
  жизнью.
• Развивающие: совершенствовать умение
  сравнивать, обобщать, делать выводы о свойствах
  веществ на основе строения и о строении веществ
  по их свойствам, применять знания для
  составления прогнозов и объяснений, развивать
  умение применять приобретенные знания в
  нестандартных ситуациях.
• Воспитательные: развивать умение работать в
  парах и малых группах, прислушиваться к мнению
  друзей, обратить внимание на применимость закона
  диалектики о переходе количественных изменений
  в качественные.

Оборудование: мультимедийная
установка, шаростержневые модели бензола,
этилового спирта, презентация “Химические
свойства фенола”.

На ученических столах: коллекция изделий на
основе фенолформадегильной смолы, FeCl₃,
чайная заварка.

Ход урока

1. Организационный момент

.

2. Актуализация опорных знаний и мотивация
познавательной деятельности

.

Учитель: Предлагает ответить на
вопросы (Слайды: 1, 2) и наводит на определение
темы и целей урока.

• Какие вещества называются фенолами?
• По числу гидроксогрупп какие различают фенолы?

Учитель: В основе учения об
органических веществах лежит теория химического
строения А.М.Бутлерова. Объясните почему?

(Ответ: Эта теория раскрывает взаимосвязь
между строением веществ и их свойствами,
показывает, что свойства веществ неслучайные).

Из каких двух знакомых фрагментов состоит
молекула фенола?

Сформулируйте 3 положение теории А.М.Бутлерова.

3. Определение темы урока, целей и задач урока.

Учитель задаёт вопрос: Как вы
считаете, какой будет тема урока?

(Ученики высказывают версии, формулируют с
помощью учителя тему урока.

Записывают тему урока в тетрадь). Слайд 3.

4. Изучение нового материала.

Учитель: Свойствами каких соединений
формально должен обладать фенол?

(Ответ: фенол должен сочетатьсвойства
аренов (бензола) и одноатомных спиртов).

Учитель: Оказывается, это не совсем
так.

Именно поэтому фенолы рассматриваются отдельно
от класса спиртов.

Учитель: Как Вы думает, в чем причина?

(Ответ: причина кроется в том, что в результате
взаимного влияния гидроксильной группы и
ароматического радикала химические свойства
этих фрагментов изменяются, а фенол в целом
приобретает некоторые особенные свойства). (Слайд:
7).

4.1.

Кислотные свойства фенола.

Ученики предполагают, что для фенола
характерна реакция с Ме (IА). (Слайды: 8, 9).

2 C₆H₅OH 2 Na —> 2 C₆H₅ONa H₂

Учитель: первым доказательством более
сильных кислотных свойств фенола по сравнению со
спиртами является тот факт, что в водном растворе
наблюдается незначительная диссоциация фенола: C₆H₅OHFC₆H₅O^–
H . (Слайд: 10).

В отличие от спиртов фенол взаимодействует с
щелочами.

C₆H₅OH NaOH   C₆H₅ONa
H₂O

Реакция обратима, т.к. фенолят натрия — это соль,
образованная слабой кислотой и сильным
основанием. (Слайд: 11, 12).

Вопрос

: что происходит с солями в водном
растворе? Какова реакция среды в растворе
фенолята натрия? (

Ответ

: они гидролизуются;
среда щелочная). (

Слайд: 13

).

Учитель: первым названием фенола было карболовая
кислота. Однако кислота эта значительно слабее
не только сильных, но даже некоторых
неорганических кислот, даже угольной:

C₆H₅ONa CO₂ H₂O —> C₆H₅OH NaHCO₃.

Отличие от спиртов

: (

Слайд: 14

).

• Фенол не образует сложных эфиров при действии
  на него карбоновых кислот.
• Фенол не образует простых эфиров при
  действии конц. серной кислоты.
• Фенол не реагирует с галогеноводородами.

Вопрос: Чем обусловлено различие кислотных
свойств спиртов и фенола?

(Ответ

: различие кислотных свойств спиртов и
фенола обусловлено влиянием радикала на
гидроксильную группу: радикал фенил — C

₆

H

₅

увеличивает подвижность атома водорода в ОН
группе, а алкильные радикалы (- СН

₃

, — C

₂

H

₅

)
уменьшают ее, поэтому кислотные свойства у
фенола выражены сильнее, чем у спиртов. (

Слайд: 15

).

Вопрос: как можно получить сложные и простые
эфиры?

Ученики высказывают свои предположения. Затем
идет объяснение.

Учитель: в отличие от спиртов, фенолы не
образуют сложных эфиров при действии на них
карбоновых кислот, для этого можно использовать
хлорангидриды кислот. H₃CC(O)Cl HO–C₆H₅
—> H₃C–C(O)–O–C₆H₅ HCl (Слайд: 16).

В качестве исходных веществ для получения
простых и сложных эфиров используются также
феноляты. (Слайды: 17, 18).

Затем ученики составляют уравнения возможных
реакций получения эфиров. (Слайд: 19). (На
усмотрение учителя данное упражнение может быть
выполнено учениками в качестве домашнего
задания).

4.2. Реакции электрофильного замещения.

Учитель: Почему реакции электрофильного
замещения в бензольном кольце фенола
протекают легче, чем у бензола, и в более
мягких условиях? (Слайд: 20).

Ответ: Влияние ОН — группы на бензольное кольцо

ОН

—

группа

—

заместитель

I рода.

Подает электроны на бензольное кольцо, увеличивая
электронную плотность в орто и пара положениях.Атомы
Н в положениях 2,4,6 — более подвижны и легко замещаются.
(Слайд: 21).

Хлорирование (Слайд: 22).

Реакция с бромной водой- качественная реакция. (Слайд:
23, 24).

Аналогичные закономерности наблюдаются при
нитровании фенола. Однако при действии на фенол разбавленной
азотной кислотой можно получить смесь
монозамещенных нитропроизводных: о-нитрофенола
и п-нитрофенола. (Слайд: 25).

Ученик у доски записывает реакцию
взаимодействия фенола с разбавленной HNO₃.
Проверка — (Слайд: 26).

При взаимодействии с концентрированной
азотной кислотой образуется 2,4,6—тринитрофенол.
Ученик у доски записывает реакцию
взаимодействия фенола с концентрированнойHNO₃. Проверка — (Слайд: 27).

Электроноакцепторные свойства нитрогрупп
значительно усиливают кислотность
тринитрофенола. Он является примерно в миллиард
раз более сильной кислотой по сравнению с
фенолом, и в 100 раз сильнее фосфорной кислоты. (Слайд:
28).

Рассказ учителя

. Впервые тринитрофенол
получил в 1771г. английский химик П.Вульф действием
азотной кислоты на природное органическое
вещество индиго. Благодаря интенсивной желтой
окраске вещества его стали использовать в
качестве красителя для волокна и тканей. Из-за
горького вкуса тринитрофенол назвали сначала
пикрином (от греческого слова pykros — горький,
острый), а затем — пикриновой кислотой. В 1779г.
выяснилось, что это вещество способно
взрываться. Но только после того, как на
нескольких красильных фабриках произошли
несчастные случаи в результате взрывов
пикриновой кислоты, она в 1885г. была запатентована
в качестве взрывчатого вещества.

4.3. Реакция поликонденсация.

Объяснение.

Одним из важнейших свойств фенола,
используемых в промышленности, является его
способность вступать в реакцию с формальдегидом
в присутствии кислотных или основных
катализаторов происходит реакция
поликонденсации, в ходе которой образуется
реакция поликонденсации, в ходе которой
образуется высокомолекулярное соединение —
фенолформальдегидная смола и выделяется низкомолекулярный
продукт вода. (Слайд: 29, 30, 31, 32). Из
фенолформальдегидной смолы получают пластмассы
— фенопласты (бакелиты). Фенопласты — важнейшие
заменители цветных и черных металлов во многих
отраслях промышленности. Из них изготавливается
большое количество изделий широкого
потребления, электроизоляционные материалы и
строительные детали. Сравнение с реакцией
полимеризацией. Закрепление понятий
“полимер”, “мономер”, “структурное звено”,
“степень полимеризации”, “степень
поликонденсации”.

Работа с коллекцией изделий на основе
фенолформадегильной смолы.

4.5. Взаимодействие с раствором хлорида железа
(III).

Качественной реакцией на фенол

и его
гомологи является образование окрашенных
комплексов с раствором хлорида железа (III).

(Слайд
33, 34).

В экстрактах многих растений, особенно
обладающих дубильным и вяжущим действием,
содержатся вещества, называемые “танины”. В
состав их молекул входит большое число фенольных
остатков. Они также дают с хлорным железом
интенсивное окрашивание. Ученики проводят опыт:
в пробирку наливают 2-3 мл холодной чайной заварки
светло-желтого цвета и добавляют 2-3 капли
раствора хлорида железа (III). Жидкость
приобретает чернильный цвет. В чайных листах
содержится большое количество танина,
придающего напитку терпкий вяжущий привкус.

4.6. Восстановление.

Ученик у доски записывает реакцию
взаимодействия фенола с водородом. Проверка — (Слайд
35).

4.7. Окисление.

Объяснение: фенолы легко окисляются даже под
действием кислорода воздуха. На воздухе фенол
постепенно окрашивается в розовато-красный цвет.
При окислении фенола сильными окислителями
основным продуктом окисления является хинон.
Двухатомные фенолы окисляются легче. При
окислении гидрохинона также образуется хинон.

(Слайд 36).

Окисление фенола и гидрохинона. (Слайд 37, 38).
На усмотрение учителя данный материал может быть
рассмотрен на элективных курсах при подготовке к
ЕГЭ.

5. Заключительная часть.

Задания для закрепления материала и развития
логического мышления. (Слайд 39-41).

6. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Учитель предлагает ученикам определить
результаты урока, сравнить их с целями.

7. (Слайд 42).

Домашнее задание.

Параграф 18 по учебнику О.С.Габриелян,
И.Г.Остроумов, С.Ю.Пономарев. Химия. 10 класс (М.
Дрофа, 2022); стр. 193 № 1-10.

8. Отметки за урок. (Слайд 43).

9. Список используемой литературы. (Слайд 44).

1. О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов. Настольная книга
   учителя химии. 10 класс. М. 2001 “Блик и К⁰”
2. Н.Е. Дерябина. Органическая химия. Книга 1.
   Углеводороды и их монофункциональные
   производные. М. 2022.
3. Единая коллекция цифровых образовательных
   ресурсов. http://school-collection.edu.ru
4. Органическая химия. Видеоопыты: взаимодействие
   фенола с натрием, взаимодействие фенола с
   гидроксидом натрия, взаимодействие фенола с
   бромной водой, взаимодействие фенола с хлоридом
   железа (III).
5. Интернет-ресурсы.