10. F E N O L E
Aleksander Kołodziejczyk grudzień 2007
Fenolami nazywane są areny zawierające grupę hydroksylową -OH związaną bezpośrednio z
pierścieniem aromatycznym. Podobnie jak w enolach atom tlenu grupy hydroksylowej
przyłączony jest w nich do atomu węgla o hybrydyzacji sp2, jednak w przeciwieństwie do enoli,
które są zwykle nietrwałe, gdyż ulegają przekształceniu w związki karbonylowe, fenole w
większości są trwałe; należą do nielicznych trwałych enoli.
Do fenoli nie są zaliczane areny zawierające grupę -OH związaną z atomem węgla o
hybrydyzacji sp3 (w łańcuchu bocznym); te związki noszą nazwę alkoholi aromatycznych, ich
reprezentantem jest alkohol benzylowy.
OH
OH
OH OH
OH
COOH
Przykłady fenoli
²-naftol
p-krezol kwas salicylowy
fenol CH3 Ä…-naftol
CH2OH
i alkoholi aromatycznych
CH2OH
trifenylometanol
alkohol ²-naftylowy
alkohol benzylowy
OH
Warto zwrócić uwagę, że alkohol benzylowy jest izomerem krezoli.
Fenole wielowodorotlenowe
OH
OH
OH OH
OH OH
HO OH
OH
HO
HO OH
OH
OH
OH
hydroksyhydrochinon
pirogalol floroglucyna
pirokatechina rezorcyna hydrochinon
Występowanie w przyrodzie
Fenole są popularnymi związkami naturalnymi, chociaż nie występują w dużym stężeniu,
głównie; na szczęście, gdyż są bardzo toksyczne. Towarzyszą, np. terpenom w niektórych
olejkach eterycznych. Do najbardziej znanych należą tymol i karwakrol z grupy cymenoli.
Fenole nie są zaliczane do terpenów. Tymol znajduje się w macierzance, tymianku i innych
ziołach. Karwakrol zaś w olejku oregano i cząbrze. Tymol stosowany jest jako środek
dezynfekcyjny oraz do zwalczania robaczycy; jest 25 razy aktywniejszy od fenolu w działaniu
przeciwbakteryjnym, głównie z uwagi na wyższą hydrofobowość. Eugenol nadaje przyjemny
zapach goz
dzikom.
CH3
CH3
O
H3C CH2
OH
HO
OH
eugenol
H3C CH3
(4-allilo-2-metoksyfenol)
tymol (p-cymen-3-ol) H3C CH3 karwakrol (p-cymen-2-ol)
Do popularnych fenoli naturalnych należy kwas salicylowy, aldehyd salicylowy (główny
składnik chińskiego olejku cynamonowego  ang. cassia oil) i alkohol salicylowy (saligenina):
OH OH
OH
kwas salicylowy
saligenina
COOH aldehyd salicylowy CH2OH
CHO
1
Wolny kwas salicylowy występuje w wielu roślinach, jeszcze bardziej rozpowszechnione są jego
estry i glikozydy. Kwas salicylowy pełni rolę hormonu roślinnego, jako tzw. fytohormon 
stymuluje wzrost pąków, kwiatów i korzeni. Ma działanie przeciwbakteryjne i przeciwgrzybowe.
PochodnÄ… kwasu salicylowego jest znany lek  aspiryna (kwas O-acetylosalicylowy).
Wiele fenoli naturalnych występuje w postaci estrów lub eterów (np. anizol  w anyżu)).
Żeńskie hormony płciowe i morfina zawierają grupę fenolową.
OH HO
O-CH3
H OH
O
N
H H morfina
estriol H
CH3
H
HO
anizol
żeński hormon płciowy alkaloid
HO
Pośród hydroksyaminokwasów kodowanych na uwagę zasługuje L-tyrozyna, ze względu na
obecność grupy fenolowej. Warto również wiedzieć, że niektóre antybiotyki też zawierają grupę
fenolowÄ…, np. adriamycyna.
CH2OH
O OH
CH2 C COOH
O
OH
H NH2
HO
L-tyrozyna
O
adriamycyna
CH3O OH OR
Alergogennymi składnikami trujących bluszczy (np. sumaka jadowitego) i trującego dębu (ang.
poison-oak) sÄ… alkilokatechole (alkilodihydroksybenzeny), zwane toksykodendrolami
(urusziolami). SÄ… to alkilowe pochodne pirokatechiny, przy czym reszta alkilowa (lub
alkenylowa) usytuowana w pozycji 3 zawiera 15 atomów węgla.
OH
R: (CH2)14CH3; (CH2)7CH=CH(CH2)5CH3;
OH
(CH2)7CH=CHCH2CH=CHCH3 i inne
urusziole
R
y
ródła fenoli
Początkowo fenol i jego homologi wydobywano ze smoły pogazowej. Obecnie fenole wytarza się
na dużą skalę przemysłową. Niektóre fenole izoluje się z materiału biologicznego.
Otrzymywanie fenolu
Znanych jest wiele reakcji prowadzących do fenolu. Część z nich stosowana do przemysłowej
produkcji fenolu ma obecnie już tylko historyczne znaczenie. Do nich należą pierwsze metody
wykorzystane w przemyśle, jedna zwana stapianiem, polegająca na termicznym rozkładzie
benzenosulfonianu sodu i druga  oparta na zasadowej hydrolizie chlorobenzenu. W obu
przypadkach powstawało dużo szkodliwych ścieków.
SO3Na OH
1. Stapianie
NaOH
+ NaHSO3
benzenosulfonian sodu
fenol
>300oC
ONa
Cl
NaOH
2. Alkaliczna hydroliza chlorobenzenu
+ NaCl
chlorobenzen
> 350oC, ciÅ›. fenol
3. Kwaśna hydroliza chlorobenzenu
2
Jedna ze współczesnych metod produkcji fenolu polega na hydrolizie chlorobenzenu w
środowisku kwaśnym:
OH
Cl
H+/HOH, kat.
+ HCl
chlorobenzen > 400oC, ciÅ›.
fenol
Produktem kwaśnej hydrolizy chlorobenzenu obok fenolu jest chlorowodór, który służy do
otrzymywania chlorobenzenu w bezodpadowej technologii, tzw. chlorowanie utleniajÄ…ce.
Cl
250oC
+ H2O
+ HCl + 0,5 O2
chlorobenzen
CuCl2/FeCl3
benzen
4. Metoda kumenowa:
Ważną sposobem produkcji fenolu jest utlenienie kumenu do wodoronadtlenku kumenu i jego
rozkÅ‚ad do fenolu i acetonu. ä
OOH
H
CH3 H3C CH3
H3C
OH
C C O
H+/HOH
O2
CH3CCH3
+
"
kumen wodoronadtlenek kumenu fenol aceton
5. Utlenianie toluenu
Jedna z najnowocześniejszych metod otrzymywania fenolu polega na utlenienie toluenu
powietrzem. Istotną rolę w tym procesie pełni katalizator.
OH
COOH
CH3
powietrze, >200oC
powietrze, >100oC
- CO2, kat.
- HOH
fenol
toluen
kwas benzoesowy
Właściwości fizykochemiczne i fizjologiczne
Fenol jest bezbarwną (jasnoróżową) substancją krystaliczną (tt. 43oC., tw. 183oC), szybko jednak
zmienia kolor pod wpływem pojawiających się produktów utlenienia, początkowo różowy staje
siÄ™ ciemno-brunatny. Jest higroskopijny. W zimnej wodzie rozpuszcza siÄ™ umiarkowanie (8 g w
100 ml w 15oC), ale wraz ze wzrostem temperatury jego rozpuszczalność szybko rośnie i
powyżej 65oC miesza się z wodą w każdym stosunku. Podobnie w etanolu, eterze czy benzenie
rozpuszcza się w każdej ilości tych rozpuszczalników. Jego roztwory, nawet rozcieńczone stają
się czerwonofioletowe w obecności FeCl3, krezole w tych warunkach zabarwiają się na
niebiesko, a wiele innych fenoli na zielono. Jest to test na wykrywanie fenoli.
Fenol należy do bardzo toksycznych związków, ma właściwości bakteriobójcze i przez długi
okres czasu, pod nazwą krezolu był stosowany jako popularny środek dezynfekujący. Obecnie
nowoczesne, bardziej skuteczne preparaty, które są mniej niebezpieczne i nie tak cuchnące jak
fenol całkowicie go wyparły z tej roli. Na skórze po kontakcie z fenolem tworzą się trudno gojące
pęcherze. Krezole mają silniejsze działanie bakteriobójcze i też były stosowane jako środki
dezynfekujące (lizol). Tymol, jeszcze silniejszy preparat bakteriobójczy znalazł zastosowanie w
leczeniu zębów  do wyjaławiania oczyszczonych ubytków przed ich wypełnieniem. Silniejsze
bakteriobójcze działanie tymolu wynika z jego wysokiej lipofilowości  łatwiej przenika przez
błonę komórkową niż hydrofilowy fenol.
3
Właściwości fizykochemiczne
Fenole są silniejszymi kwasami niż alkohole; pKa fenolu wynosi 9,9, podczas gdy etanolu 16, a
cykloheksanolu 17.
OH
OH
CH3CH2 OH
pKa: fenol 9,9 etanol 16 cykloheksanol 17
W reakcji fenolu z wodnymi roztworami wodorotlenków alkalicznych tworzą się fenolany.
OH O- Na+
+ NaOH
fenolan
+ HOH
fenol
sodu
Fenolany, jako sole słabych kwasów hydrolizują częściowo w wodnych roztworach i przez to
ich odczyn jest zasadowy. Fenol z fenolanów jest wypierany ditlenkiem węgla, ponieważ kwas
węglowy jest silniejszym kwasem niż fenol. Z tej samej przyczyny fenol nie wypiera CO2 z
węglanów.
-
O Na+
OH
HOH
+ NaHCO3
+ CO2
fenol
fenolan sodu
Przyczyną podwyższonej kwasowości fenoli w porównaniu do alkoholi jest mezomeryczna
stabilizacja jonu fenolanowego
.. ..
.. .. ..
- -
: :
O O
: : : :
O: O O
..
.. -
-
-
..
Duży wpływ na kwasowość fenoli wywierają podstawniki obecne w pierścieniu. Mogą one
oddziaływać mezomerycznie lub indukcyjnie. Efekt mezomeryczny jest skuteczny z położenia
orto- lub/i para-, a siła efektu indukcyjnego zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od grupy
fenolowej.
Grupy elektrodonorowe wykazujÄ…ce efekt +M (EDG), np. -CH3, -OCH3, -NH2, -NHR czy -NR2
obniżają kwasowość fenoli, natomiast grupy o efekcie -M (EWG), np. halogeny, -NO2, -COOH
i -CN zwiększają moc kwasową fenoli.
OH
fenol , pKa = 9,9
OH OH OH OH
OH OH
NO2
NH2 OMe CH3
Cl NO2
EWG
EDG
pKa: aminofenol 10,5 p-metoksyfenol 10,2 p-metylofenol 10,2 p-chlorofenol 9,4 m-nitrofenol 8,3 p-nitrofenol 7,1
Na przykładzie nitrofenoli widać, że w przypadku p-nitrofenolu efekty indukcyjny i
mezomeryczny (-M i -I) sumujÄ… siÄ™, a dla m-nitrofenolu obserwowany jest jedynie efekt -I.
4
Każda dodatkowa, przyłączona do pierścienia grupa o zgodnym efekcie zwiększa efekt
oddziaływania na kwasowość fenoli:
OH
OH
2,4,6-trinitro-
O2N NO2 fenol
p-nitrofenol
(kwas pikrynowy)
NO2 pKa = 0,96
NO2 pKa = 7,1
Czynniki wpływające na kwasowość związków organicznych
Rodzaj atomu zwiÄ…zanego z atomem wodoru
wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka związanego z kwaśnym atomem wodoru
rośnie kwasowość związku, np. tiole są silniejszymi kwasami niż alkohole;
Rezonans
delokalizacja ujemnego ładunku anionu powstałego po oderwaniu protonu zwiększa
kwasowość; fenole są silniejszymi kwasami niż alkohole
Grupy sÄ…siadujÄ…ce
grupy wyciągające elektrony (-I lub/i -M) zwiększają kwasowość;
grupy oddające elektrony (+I lub/i +M) obniżają kwasowość.
Właściwości chemiczne fenoli
10.1. Reakcje na grupie hydroksylowej:
10.1.1 Alkilowanie
W wyniku reakcji fenolanów z odczynnikami alkilującymi powstają etery alkilowo-arylowe.
.. CH3CH2I
:B -
O Et
:
OH O
..
fenol eter etylowo-fenylowy
fenolan jodek etylu
NaOH/HOH
H3C OH + BrCH2 NO2 H3C O CH2 NO2
"
p-krezol
bromek p-nitrobenzylowy
eter p-nitrobenzylowo-p-tolilowy
K2CO3 O-n-Bu
OH
(80%)
+
n-BuBr aceton
NO2
o-nitrofenol NO2
bromek n-butylu eter n-butylowo-o-nitrofenolfenolowy
o-Nitrofenol jest na tyle silnym kwasem, że do przekształcenia go w fenolan wystarczy węglan
sodu lub potasu.
10.1.2 Acylowanie
Fenole podobnie jak alkohole Å‚atwo ulegajÄ… acylowaniu tworzÄ…c odpowiednie estry. Do
acylowania stosuje się bezwodniki lub chlorki kwasowe. Estry fenylowe można też otrzymywać
zgodnie z reakcją estryfikacji Fischera, tzn. poprzez działanie kwasami na fenole, przy czym
usuwanie wody ze środowiska reakcji, korzystnie azeotropowo, ułatwia przesunięcie równowagi
na prawo. Przykładem może być otrzymywanie estru fenylowego w reakcji estryfikacji fenolu
kwasem benzoesowym.
5
O
TosOH
OH O
HO
+
benzen, "
O
benzoesan fenylu
fenol kwas benzoesowy - HOH
Procedura acylowania fenoli (prowadząca do estrów) lub acylowania amin aromatycznych
(prowadząca do amidów) polegająca na wytrząsaniu tych substratów w środowisku zasadowym z
bezwodnikami lub halogenkami kwasowymi nosi nazwÄ™ reakcji Schottena-Baumanna.
O
OH NaOH O
(96%)
Cl
+
O
HOH benzoesan fenylu
fenol
chlorek benzoilu
10.1.3 Reakcje z halogenkami fosforu
Fenole inaczej reagują z halogenkami fosforu niż alkohole. W alkoholach pod wpływem PCl3
lub PBr3 dochodzi do podstawienia grupy -OH halogenem, a fenole w tych warunkach tworzÄ…
estry kwasu fosforowego (III).
OH
PX3
fosforyn trifenylu
O
X
+ PCl3
OH
3
O O
P
..
cykloheksanol halogenek cykloheksylu fenol
Fenole zawierajÄ…ce w pozycjach o- lub p- grupy elektroakceptorowe reagujÄ… z halogenkami
fosforu podobnie jak alkohole, tzn. halogen podstawia funkcję hydroksylową. Tak więc z 2,4-
dinitrofenolu można otrzymać 1-chloro-2,4-dinitrobenzen. W praktyce postępuje się odwrotnie,
to raczej w reakcji hydrolizy 1-chloro-2,4-dinitrobenzenu otrzymuje siÄ™ 2,4-dinitrofenol.
PCl5
O2N Cl
O2N OH
1-chloro-2,4-dinitrobenzen
NO2
NO2
2,4-dinitrofenol
10.2. Utlenianie
Utlenianie jest charakterystyczną reakcją fenoli. Pod wpływem wielu utleniaczy fenole zostają
przekształcane w ugrupowania zwane chinonami. Z fenolu w tych warunkach powstaje 2,5-
cykloheksadieno-1,4-dion (p-benzochinon, p-chinon lub krótko chinon). Do otrzymywania
chinonów używa się tritlenku chromu w kwasie octowym, dichromianu sodu, a obecnie częściej
soli Fremy ego  nitrozodisulfonianu potasu, (KSO3)2NO.
O
OH
(KSO3)2NO
p-benzochinon
fenol
(79%)
O
Chinony otrzymuje się również poprzez utlenienie amin aromatycznych.
Izomeryczny o-benzochinon najłatwiej otrzymać poprzez utlenienie (odwodorowanie)
pirokatechiny:
O
OH
- 2 H
o-benzochinon
pirokatechina
O
OH
6
Nazwa chinon pochodzi od substratu  kwasu chinowego, z którego po raz pierwszy (w 1838 r.)
poprzez jego utlenianie otrzymano p-chinon. Kwas chinowy jest bardzo rozpowszechniony w
przyrodzie, występuje w korze drzewa chinowego, w ziarnach kawy, w sianie, w burakach
cukrowych, w czarnych jagodach i innych roślinach.
OH
COOH
HO
HO
1
kwas chinowy COOH
3
5
(1Ä…,3Ä…,4Ä…,5²-tetrahydroksycyklo- HO OH HO
OH
heksanokarboksylowy)
OH
Z analizy struktury elektronowej chinonów wynika, że utraciły one aromatyczność, ponieważ
pierÅ›cieÅ„ chinonowy nie speÅ‚nia reguÅ‚y Hückla  sÄ… w nim jedynie 4 elektrony Ä„, zamiast
wymaganych 6. Dlaczego zatem chinony tworzą się łatwo, chociaż jak wiadomo utrata
aromatyczności wiąże się ze zmniejszeniem stabilności energetycznej cząsteczki. Otóż w
przypadku chinonów sprzężenie elektronów Ą pierścienia zostaje rozszerzone na wiązania  C=O
i wolne pary elektronowe atomów tlenu, co dodatkowo obniża energię potencjalną cząsteczki.
Właściwości chemiczne chinonów jednoznacznie wskazują, że nie są one związkami
aromatycznymi, ale nie zachowują się też jak typowe sprzężone diketony. Stanowią one odrębną
klasę związków  chinonów.
.. ..
-
:
O: O:
O
OH
SnCl2 lub NaBH4
p-hydrochinon
p-chinon
(KSO3)2NO
O: O:
+
.. ..
O
OH
Chinony wraz ich z formą zredukowaną  hydrochinonami tworzą ważne z praktycznego punktu
widzenia pary związków o właściwościach redoks (redukująco-utleniających). Te związki łatwo
przechodzą jeden w drugi pod wpływem reduktorów i utleniaczy
Układ p-chinonowy występuje w
O O
wielu zwiÄ…zkach biologicznie CH3O
czynnych, pełniąc ważną rolę w
CH3O
CH2 n H
H
biochemicznych reakcjach redoks. 3
O O
Najbardziej znanymi należącymi do
ubichinon (koenzym Q)
R witamina K1
chinonów związkami, biorącymi
udział w przemianach biochemicznych są ubichinony, zwane również koenzymami Q. Jest to
grupa alkilowanych analogów p-chinonu różniących się długością łańcucha R, który z kolei jest
oligomerem izoprenu o stopniu oligomeryzacji n = 1-10. Ubichinony w reakcjach
biochemicznych działają jako utleniacze, biorą między innymi udział w procesach przenoszenia
energii, w tym w oddychaniu. Na uwagę zasługuje podobieństwo strukturalne witaminy K
(czynnika koagulacyjnego) z ubichinonami.
Rola ubichinonów w procesie oddychania polega na tym, że w I etapie utleniają w
mitochondriach NADH (zredukowany dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) do NAD+
(utlenionego dinukleotydu), a same redukują się do układu hydrochinonowego, który z kolei w
II etapie zostaje utleniony tlenem ponownie do ubichinonu. Tak więc w wieloetapowym
procesie oddychania, którego celem jest dostarczenie organizmowi energii, ubichinony pełnią
rolę pośrednika.
O OH
I etap  utlenienie NADH:
CH3O CH3 CH3O CH3
NADH + H+ +
+ NAD+
CH3O R CH3O R
O OH
utleniony
zredukowany
7
II etap  odtworzenie ubichinonów (utlenienie hydrochinonu):
O
OH
CH3O CH3
CH3O CH3
+ 0,5 O2 + HOH
CH3O R
CH3O R
O
OH
Sumarycznie wieloetapową reakcję utlenienia w mitochondriach można przestawić
następującym równaniem:
ubichinony
NADH + 0,5 O2 + H+ çÅ‚çÅ‚çÅ‚ NAD+ + HOH
Fenole łatwo ulegają różnorodnym, innym przemianom pod wpływem utleniaczy, między
innymi rodnikowej (utleniającej) oligomeryzacji. Odpowiednie środowisko oraz substancje
sprzyjające tworzeniu rodników ułatwiają przekształcanie fenoli w mezomerycznie
stabililizowane rodniki fenoksylowe.
.
..
-
:O:
OH :O: OH
:B - R-H
- e-
.
+ R
- H+
fenol
fenol anion fenolanowy rodnik fenoksylowy
Mezomeria stabilizuje rodnik fenoksylowy, a tym samym ułatwia jego powstawanie:
.
:O:
:O:
:O: :O:
.
.
.
Rodniki fenoksylowe dimeryzują do dihydroksybifenyli, które w ciągu kolejnych podobnych
reakcji mogą dalej zwiększać masę cząsteczkową.
H
. .
4,4'-dihydroksybifenyl
O HO OH
O + O O
H
Podstawniki w położeniu orto- lub/i para- w pierścieniu fenolu, w tym reszty alkilowe, a
szczególnie grupa t-butylowa dodatkowo zwiększają trwałość rodnika fenoksylowego. Już nie
tylko efekt mezomeryczny stabilizuje tego rodzaju rodniki, ale zajęte miejsca reaktywne (o- i p-)
i objętościowo duże grupy utrudniają rekombinację wolnych rodników. Do związków łatwo
tworzących trwałe wolne rodniki należą 3,5-di-t-butylo-4-hydroksytoluen (BHT  butylated
hydroxytoluene), 2-t-butylo-4-hydroksyanizol + 3-t-butylo-4-hydroksyanizol (BHA) i 2,4,6-tri-t-
butylofenol.
OH OH OH
OH
(CH3)3C C(CH3)3
C(CH3)3 (CH3)3C C(CH3)3
C(CH3)3
CH3 OMe C(CH3)3
OMe
3,5-di-t-butylo-4-hydroksytoluen
2-t-butylo-4-hydroksyanizol 3-t-butylo-4-hydroksyanizol 2,4,6-tri-t-butylofenol
Utlenienie 2,4,6-tri-t-butylofenolu, np. za pomocÄ…, np. PbO2 lub K3Fe(CN)6 prowadzi do
otworzenia trwałego wolnego rodnika, który w roztworze przybiera niebieskie zabarwienie; w
stanie stałym jest bezbarwny. W warunkach beztlenowych nie dimeryzuje, ale pod wpływem
tlenu jego roztwory szybko tracą zabarwienie, przekształcając się w bezbarwny nadtlenek.
8
.
: :
OH O
(CH3)3C C(CH3)3
(CH3)3C C(CH3)3 PbO2 (CH3)3C C(CH3)3 O2
O O
O O
HOH
C C
(CH3)3C
C(CH3)3 C(CH3)3 (H3C)3 (CH3)3 C(CH3)3
2,4,6-tri-t-bytulofenol rodnik 2,4,6-tri-t-butylofenoksylowy bezbarwny nadtlenek zawierajÄ…cy
szkielet chinoidowy
bezbarwny
niebieski
10.3. Reakcje substytucji elektrofilowej SE
10.3.1. Bromowanie
Fenolowa grupa hydroksylowa należy do podstawników najsilniej uaktywniających pierścień
aromatyczny na podstawienie SE. Tego typu reakcje z fenolami biegną szybciej i często w
niższych temperaturach niż z arenami nieuaktywnionymi. Bromowanie i chlorowanie fenolu w
wodzie biegnie bez katalizatora i nie zatrzymuje siÄ™ na etapie monobromowania, lecz powstaje
od razu 2,4,6-tribromo- lub trichlorofenol. W celu otrzymania monobromofenolu bromowanie
należy przeprowadzić w niskiej temperaturze, w roztworze disiarczku węgla, a brom wprowadzać
do mieszaniny reagującej wolno w postaci rozcieńczonego roztworu, tak żeby w trakcie
bromowania nie było nadmiaru bromu.
OH
fenol
Br2 HOH/25oC
CS2/0oC Br2
OH
OH OH
Br Br
Br
+
(91%)
(9%)
2,4,6-tribromofenol
Br
p-bromofenol
o-bromofenol
Br
Czysty o-bromofenol można otrzymać w reakcji kilkustopniowej. W pierwszym etapie blokuje
się pozycję para- i jedną orto- usuwalnymi resztami (np. grupami sulfonowymi), następnie
przeprowadza bromowanie, po czym usuwa siÄ™ grupy ochronne:
OH
OH
OH
OH
Br SO3H
Br2
SO3H
H2SO4
Br
H+/HOH
HO-
200oC
SO3H
SO3H
fenol o-bromofenol 43%
kwas 4-hydroksybenzeno-1,3-disulfonowy kwas 5-bromo-4-hydroksybenzeno-1,3-disulfonowy
Również bromowanie aniliny bromem w wodzie, podobnie jak bromowanie fenolu, prowadzi do
2,4,6-tribomoaniliny.
10.3.2 Alkilowanie
Reakcje alkilowania fenoli biegną łatwiej niż alkilowanie samego benzenu. W podwyższonej
temperaturze fenol można alkilować bez katalizatora chlorkiem t-butylu lub t-pentylu.
OH
OH
60-100oC
p-t-butylo-
+ (CH3)3CCl
fenol
fenol
9
Do alkilowania fenoli służą też alkeny lub alkohole; reakcje alkoholami biegną tym łatwiej im
wyżej rzędowy jest alkohol. Alkilowanie tymi odczynnikami prowadzi się w obecności kwasu
siarkowego, fluorku boru lub chlorku glinu.
10.3.3 Nitrozowanie
Fenol, pod wpływem kwasu azotowego (III) zostaje przekształcony w nietrwały p-nitrozofenol,
który ulega tautomerycznemu przegrupowaniu do oksymu p-chinonu. Czynnikiem nitrozującym
jest jon nitrozoniowy NO+ powstajÄ…cy z kwasu azotowego (III).
OH
O
OH
NaNO2/H2SO4
(80%)
0oC
p-nitrozofenol oksym p-chinonu
fenol N=O
N-OH
10.3.4 Reakcja Kolbego (karboksylowanie Kolbego-Schmitta)
Herman Kolbe (1818-1884), ur. w Niemczech; doktorat w Getyndze, prof. uniwersytetów w Marburgu i Lipsku.
Robert Schmitt (1830-1898); ur. w Wippershain, Niemcy, doktorat w Marburgu, prof. Uniwersytetu w Drez
nie.
CO2 jest słabym elektrofilem i nie reaguje z benzenem, ale z silnie uaktywnionymi arenami jest
w stanie wchodzić w reakcje SE. Do takich arenów należy anion fenolanowy. Fenolan sodu w
podwyższonej temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem zostaje w reakcji z CO2
przekształcony w salicylan sodu, z którego po zakwaszeniu powstaje kwas salicylowy; substrat w
syntezie aspiryny. Jest to przemysłowa reakcja otrzymywania kwasu salicylowego.
OAc
OH
ONa
AcOH COOH
CO2 H+/HOH COOH
kwas acetylosalicylowy
fenolan sodu kwas salicylowy (aspiryna)
125oC/5 atm
Mechanizm reakcji:
O ´-
O
O- C
´+
O OH
-
H
O ´- COO
: O
-
fenolan
salicylan
C
O-
W reakcji karboksylowania fenolanu potasu ditlenkiem węgla powstaje mieszanina izomerów
kwasu o- i p-hydroksybenzoesowego, z dużą przewagą izomeru para.
Polifenolany reagują z ditlenkiem węgla łatwiej niż fenole monohydroksylowe, np. rezorcyna
ulega karboksylowaniu w obecności wodorowęglanów.
COOH
OH
OH
1. KHCO3, 140oC
kwas 2,4-dihydroksy-
rezorcyna
2. H+/HOH
benzoesowy
OH
OH
10.3.5 Reakcja Reimera-Tiemanna
Fenole, w obecności z chloroformem zostają w środowisku zasadowym przekształcane w
hydroksyaldehydy, przy czym grupa formylowa (aldehydowa) zajmuje położenie orto- lub para-
w stosunku do grupy -OH. Z orientacji tej można wywnioskować, że reakcja biegnie
mechanizmem SE, jednak na pierwszy rzut oka trudno wskazać elektrofil biorący udział w tej
reakcji. Elektrofilem jest dichlorokarben tworzący się z chloroformu pod wpływem zasady.
10
- - -
chloroform
CHCl3 + OH
:CCl3 :CCl3 - Cl- :CCl2 dichlorokarben
- HOH
Dichlorokarben reaguje z fenolanem zgodnie z mechanizmem SE podstawiajÄ…c atomy wodoru w
pozycji orto- i para- w stosunku 4:1.
-
-
- O
O
O
CHCl2
+ :CCl2
+
p-(dichlorometylo)fenolan
fenolan dichlorokarben CHCl2
o-(dichlorometylo)fenolan
Ugrupowanie dichlorometylenowe szybko hydrolizuje w alkalicznym środowisku do funkcji
aldehydowej.
Mechanizm reakcji:
H
- H
H H H
O - -
OH
O O +
OH
O O
H
- HOH
-
C
OH
:CCl2 H+ C O
.. C C
: Cl OH
O
-
C- Cl H
Cl OH
OH (<40%)
fenolan
Cl
aldehyd salicylowy
Wydajność aldehydu salicylowego otrzymywana tą metodą nie jest duża, nie przekracza bowiem
40%. Niska wydajność jest powodowana zarówno tworzeniem się izomeru para- (produkt
niepożądany), jak i innych towarzyszących reakcji ubocznych; nie mniej jest to najtańszy i
najczęściej stosowany sposób otrzymywania tego związku.
10.3.6 Reakcja fenoli z aldehydami
W środowisku zasadowym fenol bardzo łatwo reaguje z metanalem, powstają przy tym alkohole
hydroksybenzylowe (orto- i para-):
OH OH
OH
CH2OH
25oC
+ CH2O +
-
OH/HOH alkohol
fenol metanal
alkohol o-hydroksybenzylowy
p-hydroksybenzylowy
CH2OH
(saligenina)
W przypadku nadmiaru metanalu powstajÄ… produkty zawierajÄ…ce dwie lub trzy reszty
hydroksymetylowe. Mechanizm reakcji przypomina pierwszy etap kondensacji aldolowej, w
którym karboanion, w tym przypadku fenolan przyłącza się w formie mezomerycznej do
karbonylowego atomu węgla, po czym następuje przemiana tautomeryczna:
O
O- O O-
O
CH2
CH2O-
+ CH2OH
:
H/HOH
-
H
H
W środowisku lekko kwaśnym, w temp. pokojowej w reakcji fenolu z metanalem też powstaje
alkohol p-hydroksybenzylowy, ale on reaguje dalej kondensujÄ…c z kolejnÄ… czÄ…steczkÄ… fenolu, w
wyniku czego tworzy się bis(hydroksyfenylo)metan. Produktem tej kondensacji może być
izomer orto-, jak i para-.
CH2OH
H+/HOH
HO CH2 OH
OH
+
- HOH
alkohol
p-hydroksybenzylowy
fenol bis(4-hydroksyfenylo)metan
OH
11
W podwyższonej temperaturze fenol w reakcji z metanalem ulega polikondesacji, której
produkty znane, jako żywice fenolowoformaldehydowe, znalazły szerokie zastosowanie (nazwy
techniczne  rezole, bakelit, rezit czy nowolak).
10.3.7 Uwodornienie fenolu
Fenol można uwodornić katalitycznie w obecności niklu. Obok głównego produktu 
cykloheksanolu pojawia się również cykloheksanon.
OH
OH
H2/Ni
cykloheksanol
fenol
180oC
Fenole o dużym znaczeniu praktycznym
Pośród wymienionych na początku fenoli naturalnych wiele znalazło praktycznie zastosowanie,
np. witamina E czyli ą-tokoferol, tymol, tyrozyna, adriamycyna czy estriol; są one używane
między innymi w lecznictwie. Duże znaczenie ma fenol  cenny surowiec w produkcji wielu
związków. Jego analogi i ich pochodne znalazły zastosowanie jako herbicydy, pestycydy, środki
do konserwacji drewna (przeciwgrzybowe i przeciwbakteryjne), żywice czy barwniki.
O OH
OCH2COOH OH OH
OH OH
OH
OH
CH2
Cl Cl
Cl Cl
Cl
n
Cl Cl CH3 CH3
Cl
Cl
O
Cl Cl
Cl
Cl
kwas 2,4-dichloro pentachlorofenol heksachlorofen alizaryna żywica nowolakowa
fenoksyoctowy (preparat do konserwacji (antyseptyk) czerwony barwnik do wełny stosowana do wytwarzania
(2,4-D; herbicyd) drewna) powłok polimerowych
w produkcji obwodów
scalonych
12