Строение и свойства фенолов

Фенолы представляют собой органические соединения, в молекулах которых гидроксильная группа непосредственно связана с атомом углерода ароматического ядра. Общая формула простейших фенолов может быть записана как Ar–OH, где Ar – ароматический радикал.

Главная особенность строения фенолов заключается в том, что атом кислорода гидроксильной группы находится в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца. Это обусловливает перераспределение электронной плотности: неподелённая пара электронов атома кислорода частично делокализуется, взаимодействуя с ароматической системой. В результате образуется частичный двойной характер связи C–O и усиливается поляризация O–H связи.

Сопряжение приводит к тому, что связь O–H в фенолах более полярна, чем в спиртах, и водород легче отщепляется в виде протона. Именно это свойство лежит в основе кислотных характеристик фенолов.

По числу гидроксильных групп различают:

  • монофенолы (фенол, крезолы, нафтолы);
  • ди- и полифенолы (катехол, резорцин, гидрохинон и др.).

Важное значение имеет взаимное расположение гидроксильных групп в кольце, которое определяет как химические, так и физические свойства соединений.

Физические свойства фенолов

Фенолы представляют собой кристаллические вещества или бесцветные жидкости с характерным запахом. Чистый фенол при хранении на воздухе легко окисляется и приобретает розоватую окраску.

Ключевые особенности:

  • температура плавления фенола — около 40 °C, кипения — 182 °C;
  • фенолы малорастворимы в воде, но хорошо растворимы в спиртах, эфирах и других органических растворителях;
  • наличие гидроксильной группы и возможность образования водородных связей определяют относительно высокие температуры плавления и кипения по сравнению с углеводородами аналогичной молекулярной массы.

Химические свойства фенолов

Химическая активность фенолов обусловлена как наличием гидроксильной группы, так и ароматическим ядром. Все реакции условно делятся на две группы: реакции, происходящие по –OH группе, и реакции по бензольному ядру.

1. Реакции по гидроксильной группе

  1. Кислотные свойства Фенолы обладают большей кислотностью, чем спирты. При взаимодействии с щелочами они образуют феноляты:

    C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O

    Однако с карбонатами и гидрокарбонатами фенолы не реагируют, что отличает их от карбоновых кислот.

  2. Образование эфиров Под действием кислотных хлоридов или ангидридов фенолы образуют сложные эфиры, широко применяемые в синтезе красителей и лекарственных веществ.

  3. Образование сложных соединений с металлами Фенолы способны образовывать устойчивые окрашенные комплексы с солями железа(III). Например, фенол и его производные дают интенсивную фиолетовую окраску с FeCl₃.

2. Реакции по ароматическому ядру

Наличие гидроксильной группы резко активирует бензольное кольцо и ориентирует электрофильное замещение преимущественно в орто- и пара-положения.

  1. Галогенирование В отличие от бензола, фенол легко галогенируется даже без катализатора. При взаимодействии с бромной водой фенол даёт 2,4,6-трибромфенол — белый осадок.

  2. Нитрование Под действием разбавленной азотной кислоты при комнатной температуре фенол нитруется в орто- и пара-положения. При использовании концентрированной азотной кислоты образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота).

  3. Сульфирование В мягких условиях происходит преимущественное замещение в пара-положение, а при повышенной температуре — в орто-положение.

Особенности влияния гидроксильной группы

Гидроксильная группа оказывает двойное влияние:

  • электронодонорное – через сопряжение с π-системой кольца, усиливая электронную плотность в орто- и пара-положениях;
  • электроноакцепторное – за счёт индуктивного эффекта кислорода, который частично снижает электронную плотность на атоме углерода, связанном с –OH.

Суммарный эффект делает фенолы значительно более реакционноспособными в реакциях электрофильного замещения, чем бензол.

Биологическая и практическая значимость

Фенол и его производные имеют важное практическое значение:

  • фенол применяется в производстве пластмасс, смол, антисептиков;
  • крезолы используются в синтезе красителей и дезинфицирующих средств;
  • нафтолы и полифенолы служат исходными веществами для получения антиоксидантов, лекарственных препаратов, фотоматериалов.

Биологическая активность фенолов выражается в их токсичности и антимикробном действии. Это свойство обусловлено разрушением клеточных мембран и денатурацией белков. Именно поэтому фенолы нашли применение как дезинфицирующие вещества, хотя из-за высокой токсичности их использование ограничено.

Оглавление