Spis treści

1 Budowa i nazewnictwo fenoli
2 Kwasowość fenoli

2.1 Kwasowość atomów wodoru
2.2 Fenole jako kwasy organiczne.

3 Reakcje fenoli.

3.1 Zastosowanie fenolu

Budowa i nazewnictwo fenoli

Fenolami nazywa się związki, w których grupa hydroksylowa związana jest bezpośrednio z
pierścieniem aromatycznym. Nazwa całej klasy tych związków pochodzi od zwyczajowej nazwy
najprostszego przedstawiciela fenolu (hydroksybenzenu). Kilka przykładów budowy różnych fenoli
pokazuje poniższy Rys. Figure

1

. Sam fenol i niektóre pochodne są związkami trującymi, ale wiele

pochodnych fenoli wchodzi w skład związków naturalnych jak np. roślinnych olejków eterycznych.
Substancje fenolowe tworzą roślinne struktury ligniny.

Figure 1: Wzory strukturalne wybranych fenoli.

fenol

o-chlorofenol

m-krezol

pirokatechina

rezorcyna

hydrochinon

eugenol (olejek
goździkowy)

izoeugenol (olejek
muszkatołowy)

tymol (olejek z
tymianku i mięty)

wanilina (olejek wanilinowy)

Kwasowość fenoli

Kwasowość atomów wodoru

Atom wodoru jako cząstka o małej masie jest podatny na wszelkie oddziaływania z elektronami od
innych układów. Szczególne znaczenie ma jego zdolność oddysocjowania w postaci kationu
(protonu), o czym już kilkakrotnie było mówione. Ta zdolność ujawnia się w cząsteczkach, w których
para elektronowa tworząca wiązanie z wodorem jest przesunięta w kierunku atomu związanego z
wodorem. Tym drugim atomem może być każdy atom o większej elektroujemności od wodoru jak na
przykład atom chloru w chlorowodorze, ale także atom węgla w odpowiednim układzie ściągającym
elektrony jak na przykład przy

potrójnym wiązaniu

. Taka polaryzacja wiązania powoduje, że atom

wodoru może zostać "przechwycony" jako proton (czyli bez elektronu) przez inny układ bogaty w
elektrony. W ujęciu teorii kwasowo-zasadowej związków chemicznych układ oddający proton (lub w
szerszym ujęciu akceptujący elektrony) nazywamy kwasem, zaś układ przyjmujący proton (bądź w
szerszym ujęciu uwspólniający elektrony) nazywamy zasadą. Teoria ta jest na tyle ogólna, że nie
ustala z góry jaka substancja jest kwasem, a jaka zasadą. Prawie każdy (tzn. z wyjątkiem
najmocniejszego) kwas w warunkach reakcji z innym, mocniejszym kwasem może być zasadą, i
odwrotnie (prawie) każda zasada może zachowywać się jak kwas w styczności z silniejszą zasadą.
Wzajemne relacje można zapisać następującym równaniem:

H-A + :Z

A:

-

+ H—Z

+

kwas

zasada

sprzężona
zasada

sprzężony
kwas

Poniższy Rys. Figure

2

. podaje proste przykłady ilustrujące to równanie z udziałem wody, raz w roli

zasady oraz w drugim przypadku w roli kwasu:

Woda jako zasada podczas reakcji z chlorowodorem oraz
jako kwas w reakcji z amidkiem.

Miarą kwasowości związku jest stała kwasowości oznaczana symbolem

. Stałą kwasowości oraz

jej wartość pochodną

definiuje się następująco:

HA + H

2

O

A

-

+ H

3

O

+

oznacza stałą równowagi reakcji, a w nawiasach kwadratowych wyrażone są stężenia reagentów

w mol/l.

gdzie dla [H

2

O] przyjmuje się wartość stałą 55,6 mol/l.

W zależności od mocy kwasu wartości Ka wahają się od 10

-60

dla kwasów najsłabszych do 10

15

dla

kwasów najmocniejszych.

W chemii organicznej mamy do czynienia raczej z kwasami słabymi, w zakresie pKa od 1 do ok. 25.
Warto pamiętać, że zgodnie z tą definicją

, jej większa wartość oznacza słabszy kwas.

Właściwości kwasowo-zasadowe substancji należą do podstawowych wartości charakteryzujących
związki chemiczne, i często o nich będziemy mówili.

Fenole jako kwasy organiczne.

Fenole wyodrębnia się w oddzielną klasę związków od alkoholi przede wszystkim z powodu ich
większej kwasowości. Wartość

, fenolu wynosi 9,9, a więc jest on o kilka rzędów wielkości

silniejszym kwasem niż alkohole. Alkohole wykazują słabsze właściwości kwasowe od wody (

wobec

dla wody), i w zwykłym tego słowa znaczeniu nie są do kwasów

zaliczane. Na przykład, w przeciwieństwie do alkoholi, fenole reagują z silnymi zasadami tworząc
sole fenolany:

ArOH + NaOH —→ ArO

-

Na

+

+ H

2

O

Jednak w skali bezwzględnej kwasowości właściwości fenoli porównujemy do najsłabszych kwasów
nieorganicznych:

ArOH + NaHCO

3

—X→ brak reakcji

ArONa + H2CO

3

—→ ArOH + NaHCO

3

Powyższe dwa przykłady reakcji wskazują, że fenole są słabszymi kwasami od słabego kwasu
nieorganicznego — kwasu węglowego, bowiem nie wypierają go z jego soli, a za to fenolany są
rozkładane przez ten kwas.

Reakcje fenoli.

Grupa hydroksylowa fenoli w wielu reakcjach zachowuje się podobnie jak grupa hydroksylowa w
alkoholach, na przykład fenole w odpowiednich warunkach tworzą estry i etery:

Wybrane reakcje podstawienia wodoru w grupie
hydroksylowej fenoli (estryfikacji i eteryfikacji).

Fenole stosunkowo łatwo ulegają też utlenianiu, przy czym reakcja utleniania jest bardziej złożona
niż w przypadku alkoholi:

Utleniane fenolu.

Redukcja fenolu prowadzi do uwodornienia pierścienia aromatycznego z zachowaniem grupy
hydroksylowej:

Redukcja fenolu.

Pierścień aromatyczny fenoli podatny jest również na substytucję elektrofilową, przy czym

grupa

hydroksylowa należy do podstawników silnie aktywujących

i kierujących w pozycje orto i para.

Przykłady takich reakcji podane są na Schemacie Figure

6

. Należy zwrócić uwagę na łagodne

warunki reakcji pokazanych na tym schemacie. Dużą reaktywność pierścienia w fenolu tłumaczy się
w oparciu o efekty elektronowe w sposób

Przykładowe reakcje substytucji elektrofilowej w fenolu.

analogiczny do

opisanego dla chlorobenzenu

. Przy czym tlen jest pierwiastkiem o mniejszej

elektroujemności niż chlor i jego efekt indukcyjny osłabiania gęstości elektronowej w pierścieniu jest
nikły, a efekt mezomeryczny związany ze sprzężeniem wolnych par elektronowych na atomie tlenu z
elektronami pierścienia znacznie silniejszy niż w przypadku chlorobenzenu, co w rezultacie
przyczynia się do wydatnego zmniejszenia energii aktywacji reakcji substytucji elektrofilowej w
fenolach w pozycji orto i para.

Zastosowanie fenolu

Fenol ma duże znaczenie w przemyśle chemicznym. Produkowany jest w pokaźnych ilościach przede
wszystkim syntetycznie z węglowodorów aromatycznych. Tradycyjnie wyodrębnia się go i jego
pochodne również ze smół pogazowych (odgazowanie czyli sucha destylacja węgla). Zużywany jest
przede wszystkim do produkcji żywic termoutwardzalnych (bakelit, żywice fenolowo-
formaldehydowe), oraz w przemyśle farmaceutycznym.