Кислотные свойства фенола метанол вода

Фенолы

Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.

Спирты – это гидроксисоединения, в которых группа ОН соединена с алифатическим углеводородным радикалом R-OH. Если гидроксогруппа ОН соединена с бензольным кольцом, то вещество относится к фенолам.

Общая формула предельных нециклических спиртов: C_nH_2n+2O_m, где m ≤ n.

Классификация фенолов

По числу гидроксильных групп:

• фенолы с одной группой ОН — содержат одну группу -ОН. Общая формула C_nH_2n-7OH или C_nH_2n-6O.
• фенолы с двумя группами ОН — содержат две группы ОН. Общая формула C_nH_2n-8(OH)₂ или C_nH_2n-6O₂.

Соединения, в которых группа ОН отделена от бензольного кольца углеродными атомами – это не фенолы, а ароматические спирты:

Строение фенолов

В фенолах одна из неподеленных электронных пар кислорода участвует в сопряжении с π–системой бензольного кольца, это является главной причиной отличия свойств фенола от спиртов.

Химические свойства фенолов

Сходство и отличие фенола и спиртов.

Сходство: как фенол, так и спирты реагируют с щелочными металлами с выделением водорода.

Отличия:

• фенол не реагирует с галогеноводородами: ОН- группа очень прочно связана с бензольным кольцом, её нельзя заместить;
• фенол не вступает в реакцию этерификации, эфиры фенола получают косвенным путем;
• фенол не вступает в реакции дегидратации.
• фенол обладает более сильными кислотными свойствами и вступает в реакцию со щелочами.

1. Кислотные свойства фенолов

Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты и вода, т. к. за счет участия неподеленной электронной пары кислорода в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца полярность связи О–Н увеличивается.

Раствор фенола в воде называют «карболовой кислотой», он является слабым электролитом.

1.1. Взаимодействие с раствором щелочей

В отличие от спиртов, фенолы реагируют с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соли – феноляты.

Например, фенол реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия

Так как фенол – более слабая кислота, чем соляная и даже угольная, его можно получить из фенолята, вытесняя соляной или угольной кислотой:

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Фенолы взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются феноляты. При взаимодействии с металлами фенолы ведут себя, как кислоты.

Например, фенол взаимодействует с натрием с образованием фенолята натрия и водорода .

2. Реакции фенола по бензольному кольцу

Наличие ОН-группы в бензольном кольце (ориентант первого рода) приводит к тому, что фенол гораздо легче бензола вступает в реакции замещения в ароматическом кольце.

2.1. Галогенирование

Фенол легко при комнатной температуре (без всякого катализатора) взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола (качественная реакция на фенол).

2.2. Нитрование

Под действием 20% азотной кислоты HNO₃ фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов.

Например, при нитровании фенола избытком концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):

3. Поликонденсация фенола с формальдегидом

С формальдегидом фенол образует фенолоформальдегидные смолы.

4. Взаимодействие с хлоридом железа (III)

При взаимодействии фенола с хлоридом железа (III) образуются комплексные соединения железа, которые окрашивают раствор в сине-фиолетовый цвет. Это качественная реакция на фенол.

5. Гидрирование (восстановление) фенола

Присоединение водорода к ароматическому кольцу.

Продукт реакции – циклогексанол, вторичный циклический спирт.

Получение фенолов

1. Взаимодействие хлорбензола с щелочами

При взаимодействии обработке хлорбензола избытком щелочи при высокой температуре и давлении образуется водный раствор фенолята натрия.

При пропускании углекислого газа (или другой более сильной кислоты) через раствор фенолята образуется фенол.

2. Кумольный способ

Фенол в промышленности получают из каталитическим окислением кумола.

Первый этап процесса – получение кумола алкилированием бензола пропеном в присутствии фосфорной кислоты:

Второй этап – окисление кумола кислородом. Процесс протекает через образование гидропероксида изопропилбензола:

Суммарное уравнение реакции:

3. Замещение сульфогруппы в бензол-сульфокислоте

Бензол-сульфокислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием фенолята натрия:

Получается фенолят натрия, из которого затем выделяют фенол:

Источник

Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола

Содержание:

• Спирты – это производные углеводородов, у которых один атом (или более) замещены на функциональную группу –ОН.

Примеры спиртов: СН₃ОН (метиловый спирт), СН₃-СН₂-ОН (этиловый спирт).

Фенолы – это соединения, в которых содержится ароматическое ядро и непосредственно связанная с ним группа –ОН.

Общая формула этих веществ – R-OH.

Спирты

Спирты

Существует несколько классификаций спиртов по различным критериям. По характеру органических радикалов подразделяют на:

По числу функциональных групп –ОН:

1. одноатомные;
2. двухатомные;
3. многоатомные (трехатомные, четырехатомные, пятиатомные и шестиатомные).

А также по названию углеродного атома, связанного с группой –ОН:

Органические соединения, которые содержат гидроксильные группы, непосредственно связанные с атомами углерода ароматического кольца называют фенолами, и это уже другой самостоятельный класс соединений.

Физические свойства одноатомных и многоатомных спиртов

Одноатомные спирты – это вещества, имеющие одну группу –ОН, а многоатомные – несколько. Физические свойства спиртов объясняются способностью образовывать межмолекулярные водородные свойства. Они имеют высокую температуру кипения, жидкое агрегатное состояние и растворимость в воде. С увеличением углеродной цепи температура возрастает, а растворимость уменьшается. Простые спирты характеризуются специфическим запахом.

Химические свойства одноатомных спиртов

Они определяются присутствием группы –ОН, а также участием α-углеродного атома первичных и вторичных спиртов.

I. Кислотные свойства

Спирты проявляют кислотные свойства, но кислотами не являются, т.к. не реагируют с гидроксидами, оксидами и солями металлов. Константа кислот меньше константы воды. Разница обусловлена влиянием радикалов – чем больше частично отрицательный заряд на группе –ОН, тем сильнее кислород удерживает свой водород и тем меньше кислотные свойства. По гомологическому ряду кислотные свойства убывают.

Взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами

2 R-OH + 2 Me → 2 R-OMe + H₂

Взаимодействие с карбоновыми кислотами

R-COOH + R’-OH → R-COOR’ + H₂O

Взаимодействие с магнийорганическими соединениями

Взаимодействие с неорганическими кислотами

II. Основные свойства

Основные свойства проявляются себя в реакциях с сильными кислотами, образуя оксониевые соли с дальнейшими превращениями в галогенпроизводные. R-OH + HBr → R-Br + H₂O

Взаимодействие с галогенпроизводными (фосфор)

Взаимодействие с галогенпроизводными (сера)

III. Реакции замещения

Для спиртов характерны реакции замещения атома водорода в функциональной группе –ОН.

Этерификация Образование сложных эфиров провоцирует взаимодействие одноатомных спиртов с различными кислотами. Катализатором реакции служат сильные неорганические кислоты.

Эта реакция обратима и для смещения равновесия в сторону сложного эфира необходимо провести нагревание в присутствии концентрированной серной кислоты.

Взаимодействие спиртов с галогеноводородами Эта реакция также обратима.

R-OH + HCl → R-Cl + H₂O

IV. Реакции отщепления

Для спиртов характерны реакции отщепления группы –ОН или водорода этой группы и водорода соседнего углеродного атома.

Данная реакция имеет два типа.

Одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы от другой. В ходе данной реакции образуется простой эфир. Катализатор – концентрированная серная кислота. Реакция проводится при высоких температурах.

Одна молекула отщепляется только от одной молекулы спирта. Эта реакция протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и при нагревании.

При дегидратации несимметричных спиртов действует правило Зайцева.

Эта реакция зависит от типа одноатомного спирта.

Дегидрирование первичных спиртов

Проводится в присутствии меди и при нагревании. Образуется альдегид.

Дегидрирование вторичных спиртов

Дегидрирование третичных спиртов

Третичные спирты не подвергаются данному типу реакций.

Дегидратация, подразумевает отщепление молекул воды.

При межмолекулярной дегидратации спиртов молекула воды образуется при отщеплении атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы.

В результате этой реакции образуются соединения, относящиеся к классу простых эфиров (R-O-R):

Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит так, что одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта. Реакции протекает при более жестких условиях, заключающихся в необходимости использования заметно более сильного нагревания по сравнению с межмолекулярной дегидратацией. При этом из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды:

Для молекулы метанола реакция дегидратации невозможно, потому что молекула содержит один атом углерода. При дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH₃-O-CH₃).

В случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, т.е. водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода:

C₄H₉OH = C₄H₈ + H₂O (реакция протекает в присутствии серной кислоты при нагревании до образовании бутена – 1)

V. Окисление

Спирты хорошо горят и выделяют при этом тепло.

Эти реакции протекают в присутствии меди, хрома и других катализаторов.

Первичные спирты образуют альдегиды.

Вторичные спирты при таких же условиях образуют кетоны.

Третичные спирты не вступают в реакции окисления.

Химические свойства двухатомных спиртов (гликолей)

I. Кислотные свойства

Кислотные свойства гликолей выше, чем у одноатомных, что обусловлено отрицательным индуктивным эффектом одной группы –ОН на другую. Они способны реагировать с щелочными металлами, их оксидами и гидроксидами, но не могут с солями.

Один или оба атома водорода могут замещаться на атом металла в зависимости от условий.

II. Взаимодействие с гидроксидами тяжелых металлов

Эта реакция служит качественной реакцией на многоатомность, т.е. она характерна и для трехатомных спиртов.

III. Реакция этерификации

Сложные эфиры образуются при взаимодействии двухатомных спиртов с кислотами.

Реакция обратима и катализируется сильными неорганическими кислотами.

Химические свойства трехатомных спиртов (алкантриолей)

Главнейшим представителем является глицерин. Он входит в состав жиров и липидов. Кислотные свойства алкантриолей выше, чем у двухатомных спиртов.

Взаимодействие глицерина с азотной кислотой:

В результате реакции образуется тринитроглицерин – это масляная жидкость с большой взрывчатой силой.

Спирты применяют в органическом синтезе, при изготовлении биотоплива, растворителей, как душистое вещество в парфюмерии, как основу в алкогольной продукции и т.д.

Фенол

Фенол – это простейшее соединение класса фенолы, которое характеризуется непосредственно связью функциональной группы –ОН с бензольным кольцом. У атома кислорода есть неподеленная электронная пара, с помощью которой она проявляет положительный мезомерный эффект.

Физические свойства фенолов

Фенолы – это кристаллические вещества. Имеют плохую растворимость в холодной и хорошую в горячей воде и водных растворах щелочей. Обладают специфическим запахом. Характерна высокая температура плавления и кипения из-за способности создавать водородные связи.

Химические свойства фенолов

Электронная плотность на кислороде фенола уменьшается, а в ядре – увеличивается, вследствие строения соединения. Полярность связи О-Н увеличивается и возможны реакции замещения атома водорода под действием щелочей.

I. Кислотные свойства

Кислотные свойства фенолов выше, чем у спиртов. Но в отличии от них, фенолы – это слабые кислоты.

Пропускание углекислого газа через соли фенола

Образование сложных эфиров

II. Реакция галогенирования

Функциональная группа –ОН – заместитель первого рода, поэтому она обогащается бензольное кольцо электронной плотностью. Это значит, что заместители пойдут в орто- и параположения, относительно группы –ОН.

III. Реакция нитрования

При взаимодействии фенола с азотной кислотой образуется смесь из орто- и паранитрофенолов.

А при взаимодействии фенола с нитрующей смесью образуется 2,4,6 –тринитрофенола – это опасное взрывчатое вещество.

IV. Реакция присоединения

Фенолы – это ненасыщенные соединения, поэтому для них характерны реакции присоединения.

V. Качественные реакции

Качественной реакцией на фенолы служит взаимодействие его с кислотами Льюиса. В результате образуется комплекс фиолетового цвета.

Фенолы нашли широкое применение в получении фенилформальдегидных смол, синтетических волокон, красителей и лекарств. Пикриновая кислота – это опасное взрывчатое средство.

Источник