Учебник Органическая химия Щеголев 2016

уменьшают кислотные свойства, так как в этом случае их электронный эффект препятствует делокализации заряда аниона:

O O A D

По тем же причинам (из-за р- -сопряжения, в котором участвует неподелѐнная электронная пара электронов кислорода) основность фенолов значительно понижена по сравнению со спиртами.

10.5.3.2. Нуклеофильные свойства

За счѐт +М-эффекта гидроксильной группы в молекуле фенола понижены как основные, так и нуклеофильные свойства. Поэтому реакции, в которых фенол играет роль нуклеофила, протекают с трудом. Повышению реакционной способности фенола способствует щелочная среда, при этом молекула фенола переходит в фенолят-ион. Такими реакциями являются алкилирование и ацилирование.

Алкилирование (образование простых эфиров). В общем случае ще-

лочная среда способствует протеканию реакции по SN2-механизму, поэтому легче должны алкилироваться субстраты, имеющие доступный электрофильный реакционный центр с высоким эффективным положительным зарядом. Такими субстратами могут быть первичные алкилгалогениды и прежде всего

— производные метана.

В ряде случаев в качестве метилирующего средства используется диметилсульфат, в частности, при синтезе метиловых эфиров гидрохинона, м-крезола, 4-метил-2-нитрофенола и др. Например:

Этим же способом можно получать о- и п-нитроанизолы из о- и п-нитро- фенолов.

521

Нитрование может проводиться как концентрированной, так и разбавленной азотной кислотой. Концентрированная азотная кислота нитрует фенол сразу до ди- и тринитропроизводных, например:

при этом протекает сильное осмоление фенола.

В молекулах фенолов и их эфиров может происходить не только замещение атома водорода, но и пространственно доступных алкильных групп:

Действие разбавленной азотной кислоты на фенолы при комнатной температуре приводит к орто- и пара-замещѐнным мононитрофенолам:

524

OH

HNO3+H2O

OH

NO2

Учитывая, что в разбавленной кислоте нитроний-катион не образуется и потому нитрование по электрофильному механизму невозможно, реакция в данном случае представляет окислительное нитрозирование (за счѐт диоксида азота, содержащегося в азотной кислоте):

+HNO3

-HNO2

Поэтому для проведения мононитрования вместо разбавленной азотной кислоты может быть использована смесь азотной и азотистой кислот.

Кроме этого, нитрозирование используется и для определения фенолов (реакция Либермана). Фенол обрабатывают концентрированной серной кислотой и добавляют несколько капель водного раствора нитрита натрия. При разбавлении раствор приобретает красное окрашивание, при добавлении щѐлочи окраска переходит в голубую. Эта цветная реакция объясняется образованием индофенола, анион которого имеет синюю окраску:

NaNO2 + H2SO4 NaHSO4 + HNO2

HNO2 + H2SO4 NO+ + HSO4 + H2O

525

и затем электрофил взаимодействует с молекулой фенола:

Кроме того, продукты алкилирования фенолов по атому кислорода в ряде случаев могут претерпевать перегруппировку, приводящую к образованию о- и п-алкилфенолов. Таким превращением является перегруппировка Кляйзена, заключающаяся в миграции аллильного радикала в аллиловых эфирах фенолов при нагревании до 150 200 С и приводящая к образованию С-аллильных производных:

Механизм реакции учитывает повышение электронной плотности в орто- и пара-положениях бензольного кольца и возможность электрофильной атаки аллильного фрагмента по кольцу:

527

Если оба о-положения заняты и прототропная таутомерия промежуточного циклического кетона невозможна, то протекает повторная перегруппировка и образуется п-аллильное производное:

OH

H3CCH3

CH2-CH=CHR

Ацилирование фенолов, как и алкилирование, может протекать не только по атому кислорода, но и по атомам углерода бензольного кольца. Здесь так же как и при алкилировании требуется применение кислот Льюиса (AlCl3) в качестве катализатора. Это типичная реакция Фриделя–Крафтса в ароматическом ряду:

Ацилфенолы могут быть получены и перегруппировкой сложных эфиров фенолов (перегруппировка Фриса*). Для этого также необходимо применение кислот Льюиса:

Дальнейшее взаимодействие образовавшихся ацилхлорида и фенолят-иона

— это реакция Фриделя–Крафтса. В целом схему перегруппировки Фриса

можно изобразить следующим образом:

528

Частным случаем реакции ацилирования можно считать реакцию Вильсмайера* (реакция Вильсмайера Хаака*) — это формилирование аро-

матических соединений, таких как фенолы и их эфиры, действием N,N- дизамещѐнных формамидов и оксохлорида фосфора:

Формилирующим агентом является комплекс формамидов с POCl3, образующийся в процессе реакции. Обычно используют диметилформамид. Формильная группа обычно вводится в пара-положение к заместителю.

Другая реакция формилирования — это реакция Реймера* Тимана* — получение ароматических о-оксиальдегидов взаимодействием фенолов с хлороформом в щелочной среде. Например, получение салицилового альдегида:

Реакция применима для фенолов, содержащих алкильные, алкоксильные группы и галогены в качестве заместителей в ароматическом кольце. Наличие сильных электроноакцепторов дезактивирует молекулу фенола. Вместо CHCl3 можно использовать CHBr3 и CHI3.

Доля образующегося п-изомера, как правило, незначительна.

529

Взаимодействие с формальдегидом. Так же, как и алкилирование и ацилирование фенолов, взаимодействие с формальдегидом — типичная реакция электрофильного замещения в ароматическое кольцо, характерная для активированных ароматических соединений. При проведении реакции в мягких условиях образуются орто- и пара-гидроксиметилфенолы:

H CH2OH

Реакция может идти как в кислой, так и в щелочной среде. Кислая среда активирует электрофильный реагент, превращая молекулу формальдегида в карбокатион:

который далее взаимодействует с молекулой фенола как электрофил с обычным ароматическим субстратом. Щелочная среда активирует молекулу субстрата, превращая еѐ в фенолят-ион, способный к взаимодействию даже с очень слабыми электрофилами:

Далее гидроксиметилфенол может снова вступать во взаимодействие со следующей молекулой формальдегида за счѐт свободных о- и п-положений, а может взаимодействовать с молекулой фенола в качестве алкилирующего агента. Таким образом, в жѐстких условиях образуются продукты поликонденсации — фенолоформальдегидные смолы, как линейные, так и разветвлѐнные:

530