Опорні конспекти з хімії з теми № 2:

Оксигеновмісні органічні речовини

Фенол

Уч__________ 11 - М класу

ФЕНОЛ

Зверни увагу! В молекулах фенолів гідроксогрупа безпосередньо сполучена з атомом Карбону бензенового ядра.

 Класифікація фенолів

 Кількість гідроксогруп

• о дноатомні

фенол

2-метилфенол

3-метилфенол

4-метилфенол

• двохатомні

бензен-1,2-діол

бензен-1,3діол

бензен-1,4-діол

пірокатехол

резорцинол

гідрохінон

Фенол

Фенол – перший представник гомологічного ряду одноатомних фенолів.

Нагадай! Загальну формулу ароматичних вуглеводнів – аренів!

С_nH_2n-6

Так як одноатомні феноли розглядають як похідні аренів у яких один атом Гідрогену заміщено на гідроксогрупу 

С_nH_2n-7OH або С_nH_2n-6O, n  6

n = 6: С₆Н₅ОН - фенол, {карболова кислота}

 Фізичні властивості фенолу

• за звичайних умов:

  • безбарвна кристалічна речовина, при доступі повітря набуває рожевих відтінків, через здатність легко окиснюватись

  • має різкий характерний запах

  • t_пл (фенолу) = 42⁰С, t_кип (фенолу) = 182⁰С

Нагадай! t_пл (бензену) = 5,5⁰С, t_кип (бензену) = 80⁰С

З а допомогою водневих зв’язків молекули фенолу об’єднуються в асоціати.

Це зумовлює їх більший конденсований агрегатний стан та більш високі t_кип, порівняно з вуглеводнями.

• частково розчиняється у воді:

  • у холодній воді малорозчинний

  • при t⁰ = 70⁰С розчиняється у воді у будь-якому співвідношенні

Часткова розчинність фенолу у воді зумовлена утворенням водневих зв’язків між молекулами води та фенолу.

• володіє сильною антисептичною дією (здатність вбивати мікроорганізми)

• фізіологічна дія – дуже токсичний:

  • якщо в організм потрапляє більше 0,3 г/добу (всмоктується через шкіру) наступає отруєння фенолом. Фенол, потрапляючи в організм, зв’язується з білками, пригнічує роботу ферментів.

  • при попаданні на шкіру викликає опіки, язви.

Симптоми отруєння фенолом: блювота, болі в області шлунку, виділення зеленої сечі.

 Будова фенолу

Гідроксогрупа  OH володіє (-I) та (+М)  орієнтант І роду.

Нагадай! (+М) гідроксогрупи значно сильніший, ніж його (-І)

Неподілена р-ē пара атому O взаємодіє з -ē бензольного ядра, внаслідок чого, утворюється спільна ē орбіталь, яка охоплює і бензенове ядро і атом Оксигену [р- спряження].

Внаслідок р- спряження електронна густина зсувається від атому Оксигену в бік бензенового ядра і зосереджується в о-, п- положеннях

 бензенове ядро стає активнішим в реакціях заміщення.

Атом Оксигену відтягує електронну хмару від атома Гідрогену значно сильніше, ніж в насичених одноатомних спиртах  відбувається поляризація зв’язку О – Н

 зростають кислотні властивості.

Кислотні властивості фенолу виражені значно сильніше, ніж у насичених одноатомних та багатоатомних спиртів.

Фенол, як кислота:

сильніший, ніж вода і спирти, але

слабший, ніж карбонатна кислота.

H₂CO₃ > С₆Н₅  OH > HOH > R – OH

 Хімічні властивості фенолу

Властивості, за гідроксогрупою О  Н

 Кислотні властивості фенолу – підтверджуються їх взаємодією:

 як одноатомні спирти реагують з лужними металами, Al

2 С₆Н₅  О  Н + 2 Na  2 С₆Н₅  О  Na + Н₂

натрій фенолят

 на відміну від одноатомних спиртів реагують з лугами

С₆Н₅  О  Н + NaОН  С₆Н₅  О  Na + Н₂О

Феноляти – солі дуже слабкої кислоти, гідролізують:

С₆Н₅  О  Na + H₂О  С₆Н₅  О  Н + NaОН

При стоянні фенолятів на відкритому повітрі, вони поглинають вуглекислий газ:

С₆Н₅  О  Na + H₂О + СО₂  С₆Н₅  О  Н + NaНСО₃

 на відміну від одноатомних спиртів

реагують з ферум (ІІІ) хлоридом

.

 Якісна реакція на фенол: в результаті взаємодії з ферум (ІІІ) хлоридом утворюється розчин синіх, синьо-зелених, фіалкових відтінків

 Реакції заміщення гідроксогупи галогеном

C₆H₅  OH + HCl 

 Реакції дегідратації

• реакції внутрішньомолекулярної дегідратації

 як і метанол, фенол в реакцію не вступає

• реакції міжмолекулярної дегідратації  реакції утворення етерів

[

+ NaOH + R — Hal, t⁰

фенол  Na фенолят  етер

NaOH, t⁰]

С₆Н₅ — О — Na + Cl — CH₃  С₆Н₅ — О — CH₃ + NaCl

метилфеніловий етер

 Реакції естерифікації

Фенол не утворює естерів при безпосередній дії на нього карбонових кислот.

Отримати естер фенолу та карбонової кислоти можна при взаємодії натрій феноляту з хлорангідридом карбонової кислоти:

фенілетаноат

Властивості, за бензольним ядром

Гідроксогрупа – орієнтант І роду (ē-донорний замісник) активізує перебіг реакцій заміщення в бензеновому ядрі  реакції S_E перебігають легко.

 Реакція нітрування фенолу

[ HNO₃ (к)]

2,4.6-тринітрофенол

пікринова кислота (пік ратна)

 Реакція бромування фенолу

[бромна вода, звичайні умови]

2,4.6-трибромофенол

При дії бромної води на фенол утворюється білий осад.

 Це - якісна реакція на фенол

Нагадай! Бензен реагує тільки з парами брому при t⁰, kat – FeBr₃, при цьому утворюються монобромопохідні.

 Реакція окиснення фенолу

Окиснення фенолу відбувається дуже легко, фенол окиснюється киснем повітря, при цьому фенол змінює забарвлення – відтінки рожевого.

 Через легку здатність фенолів до окиснення їх застосовують як антиоксиданти - речовини, які окиснюються самі, перешкоджаючи окисненню інших речовин.

 Реакція поліконденсації фенолу та формальдегіду

Продукт реакції поліконденсації фенолу та формальдегіду – фенол-формальдегідні смоли. Це термореактивний полімер.

Його особливість, полягає в тому, що при нагріванні втрачає здатність плавитись та розчинятись в органічних розчинниках, тобто необернено змінює свою будову при нагріванні.

Фенол-формальдегідні полімери виготовляють у вигляді порошків, які змішують з наповнювачем (деревною мукою, каоліном, волокнистими матеріалами, скляним волокном тощо). В гарячій формі з цієї суміші формують найрізноманітніші вироби – теплоізолізаційні плити, пенопласти.

 Якісна реакція на фенол

• взаємодія з ферум (ІІІ) хлоридом – утворюється розчин синіх, синьо-зелених, фіалкових відтінків.

• взаємодія з бромною водою - випадає білий осад 2,4,6-трибромофенолу

 Добування фенолу

 Метод лужного плаву [натрієві солі сульфобензенової кислоти сплавляють з лугом, t⁰ – 300⁰C]:

 Лужний гідроліз моногалогенпохідних аренів

[ t⁰ – 500⁰C, kat – Cu²⁺ на алюмосилікатах]

 Кумольний метод

[з пропенової фракції крекінгу нафти, окисник – О₂,t⁰ – 110-130⁰С]:

Нагадай! Кумол утворюється при ______________________________

___________________________________________________________________

 Коксування кам’яного вугілля: продукт сухої перегонки кам’яного вугілля – кам’яновугільна смола містить > 400 ароматичних та гетероциклічних сполук, серед яких - фенол.

Нагадай! Основні компоненти коксування вугілля:

1. ________________________

2. ________________________

3. ________________________

4. ________________________

 Застосування фенолу

• Фенол – сировина для виробництва:

  • пластмас (фенол-формальдегідні смоли)

  • ліків (саліцилова кислота та її похідні)

  • барвників, індикаторів (фенолфталеїн)

  • вибухових речовин (пікринова кислота)

• Фенол володіє антисептичними властивостями (5% розчин – карболова кислота)  дезинфікуюча речовина:

  • знезаражування приміщень, хірургічних інструментів

  • обробка деревини

• Фенол легко окиснюється  антиоксидант.

 Шкідливий вплив фенолу на живі організми

Фенол є одним з найбільш поширених забруднювачів, який потрапляє в поверхневі води. Він міститься:

• в сечі людини і тварин, так як білкові амінокислоти, які містять бензольне ядро, при розщепленні в живих організмах утворюють фенол.

• в стічних водах нафтопереробного, коксохімічного, сланцепереробного, лісохімічного, анілінофарбових виробництв.

Фенол згубно впливає на флору та фауну. Шкідлива дія фенольних вод полягає в:

• їх токсичності (дивись фізіологічну дію фенолу)

• сильній відновній здатності - на окиснення фенолу витрачається багато кисню  порушується кисневий режим водойм

 Очищення стічних вод від фенолу

• адсорбційний метод: адсорбентом є активоване вугілля

• озонування стічних вод: озон легко окислює феноли

• метод лужного випарювання: упарювання відбувається з додаванням лугів або вапна. Леткі одноатомні феноли переходять у парову фазу, яку зрошують розчином лугу і виводять з пари у вигляді фенолятів активних металів. Цей метод застосовують для очищення стічних вод, утворених після переробки бурого вугілля.

Тренувальні вправи

1. Серед наведених нижче формул вказати формули

1. насичених одноатомних спиртів

2. ароматичних спиртів

3. фенолів

1. С₆Н₁₃ОН

2. С₆Н₄(ОН)₂

3. С₆Н₅СН₂ОН

4. С₆Н₅СН₂СН₂ОН

5. С₃Н₇ОН

2. Написати рівняння реакцій:

   1. фенол + Na

   2. фенол + NaOH

   3. натрій фенолят + Н₂О

   4. натрій фенолят (стояння на повітрі)

5. фенол + ферум (ІІІ) хлорид

6. натрій фенолят + хлороетан

7. натрій фенолят + хлороангідрид оцтової кислоти

8. фенол + нітратна кислота

9. фенол + бромна вода

10. фенол + хлороетан (t⁰, AlCl₃)

11. фенол + формальдегід

12. бензен  Х  фенол

13. бензен  Х  фенол

1. Написати рівняння реакції, за допомогою якого можна довести, що карбонатна кислота сильніша, ніж фенол.

2. Написати рівняння реакцій, за допомогою яких можна отримати фенол, використовуючи ацетилен, безводний бром та воду.

3. Написати рівняння реакцій, за допомогою яких можна виявити наявність кожної з речовин:

1. гліцерин

2. етанол

3. розчин фенолу

4. 1-гексен

6. Написати рівняння реакцій за допомогою яких можна здійснити ланцюжки перетворень: ═

1. фенол  натрій фенолят  фенол  о-хлорофенол



метил феніловий етер

2. вапняк  Х  СаС₂  У  бензин  Z  фенол  пікринова кислота

3. пропан  Х  У  фенол  2,4,6-трибромофенол

4. +H₂O 1500⁰C C_акт, 600⁰С + CH₂ ═ CH  CH₃ +O₂, kat +KOH

Al₄C₃  A  B  D  M  N  F

5. Pt, t⁰ Br₂, FeBr₃ +NaOH (в.р.) + HNO₃

циклогексан  A  B  D  M

Тренувальні задачі

1. Бромна вода, яка містить 43,2 г брому повністю прореагувала з 15 г водного розчину фенолу. Визначити масову частку фенолу у водному розчині.[56,4%]

2. Для нейтралізації суміші етанолу і фенолу витратили 65,31 мл розчину натрій гідроксиду з масовою часткою лугу 20%, густина розчину 1,225 г/см³. При взаємодії такої самої кількості вихідної суміші з надлишком натрію виділилося 6,72 л газу (н.у.) Визначити масові частки компонентів у вихідній суміші. .[19,66%, 80,34%]

3. При дії на суміш метанолу та фенолу бромною водою утворився осад масою 33,1 г. А при дії на цю суміш натрієм виділився газ у кількості, достатній для повного гідрування пропену об’ємом 4,48 л (н.у.) Визначити масову частку фенолу у суміші. [49,5%]