Фенол

Фенолы — соединения, в которых группа \(\ce{OH}\) связана непосредственно с бензольным кольцом. Простейший из них — фенол \(\ce{C6H5-OH}\) (гидроксибензол, карболовая кислота): бесцветные кристаллы с характерным запахом, на воздухе розовеют из-за окисления, плавятся при 41 °C. В холодной воде фенол растворяется ограниченно, при 70 °C и выше — неограниченно. Фенол ядовит и вызывает ожоги кожи; его раствор применяли как антисептик (Дж. Листер, 1867). Если группа \(\ce{OH}\) отделена от кольца хотя бы одним атомом углерода, как в бензиловом спирте \(\ce{C6H5-CH2-OH}\), это уже ароматический спирт, а не фенол.

Взаимное влияние кольца и группы OH

Неподелённая пара электронов атома кислорода вступает в сопряжение с \(\pi\)-системой кольца. Это даёт два следствия. Во-первых, связь \(\ce{O-H}\) становится более полярной, и фенол — заметно более сильная кислота, чем спирты и вода: он реагирует со щелочами. Во-вторых, электронная плотность в кольце повышается, особенно в орто- и пара-положениях, и фенол вступает в электрофильное замещение намного легче бензола — без катализатора и сразу в три положения.

Реакции по группе OH: кислотные свойства

\[ \ce{2C6H5-OH + 2Na -> 2C6H5-ONa + H2 ^}; \qquad \ce{C6H5-OH + NaOH -> C6H5-ONa + H2O} \]

Фенол — слабая кислота, слабее угольной. С гидрокарбонатами он не реагирует, с карбонатами реагирует без выделения газа (\(\ce{C6H5-OH + Na2CO3 -> C6H5-ONa + NaHCO3}\)), а из раствора фенолята его вытесняет даже углекислый газ. Раствор мутнеет — выделяется плохо растворимый фенол:

\[ \ce{C6H5-ONa + CO2 + H2O -> C6H5-OH + NaHCO3} \]

Группа \(\ce{OH}\) фенола, в отличие от спиртов, не замещается на галоген, а с карбоновыми кислотами фенол напрямую не этерифицируется. Сложные эфиры фенола получают из ангидридов или хлорангидридов кислот: \(\ce{C6H5-OH + CH3-COCl -> CH3-COO-C6H5 + HCl}\) (фенилацетат).

Реакции по кольцу

С бромной водой фенол реагирует мгновенно, без катализатора, и выпадает белый осадок 2,4,6-трибромфенола — качественная реакция на фенол. Концентрированная азотная кислота в присутствии серной даёт 2,4,6-тринитрофенол (пикриновую кислоту):

\[ \ce{C6H5-OH + 3Br2 -> C6H2Br3-OH v + 3HBr} \]

\[ \ce{C6H5-OH + 3HNO3 ->[H2SO4] C6H2(NO2)3-OH + 3H2O} \]

С раствором хлорида железа(III) фенол даёт фиолетовое окрашивание — ещё одна качественная реакция. При гидрировании на никеле кольцо насыщается и получается циклогексанол: \(\ce{C6H5-OH + 3H2 ->[Ni, t^\circ, p] C6H11-OH}\).

Поликонденсация с формальдегидом

При нагревании с формальдегидом в присутствии кислоты или щёлочи атомы водорода кольца в орто- и пара-положениях соединяются с группами \(\ce{CH2}\), и молекулы фенола сшиваются метиленовыми мостиками в цепи и сетки. Выделяется вода, образуется фенолформальдегидная смола — основа первых пластмасс (бакелит) и современных клеёв.