Magdaz: Magdaz przeniósł stronę CHEM:Chemia organiczna/Fenole do Chemia organiczna/Fenole

2015-06-04T12:26:45Z

Magdaz przeniósł stronę CHEM:Chemia organiczna/Fenole do Chemia organiczna/Fenole

Magdaz: Utworzono nową stronę "==Budowa i nazewnictwo fenoli== Fenolami nazywa się związki, w których grupa hydroksylowa związana jest bezpośrednio z pierścieniem aromatycznym. Nazwa całej klas..."

2015-06-04T12:26:37Z

Utworzono nową stronę "==Budowa i nazewnictwo fenoli== Fenolami nazywa się związki, w których grupa hydroksylowa związana jest bezpośrednio z pierścieniem aromatycznym. Nazwa całej klas..."

Nowa strona

==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. <xr id="fig:rys_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 id="fig:rys_1">
<caption>Wzory strukturalne wybranych fenoli.</caption>
{|class = "wikitable"
|[[File:Fenol.png|100px]]
|fenol
|[[File:o-chlorofenol.png|100px]]
|''o''-chlorofenol
|-
|[[File:m-krezol.png|120px]]
|''m''-krezol
|[[File:pirokatechina.png|100px]]
|pirokatechina
|-
|[[File:rezorcyna.png|120px]]
|rezorcyna
|[[File:hydrochinon.png|120px]]
|hydrochinon
|-
|[[File:eugenol.png|100px]]
|eugenol (''olejek goździkowy'')
|[[File:Izoeugenol.png|100px]]
|izoeugenol (''olejek muszkatołowy'')
|-
|[[File:Tymol.png|150px]]
|tymol (''olejek z tymianku i mięty'')
|[[File:wanilina.png|150px]]
|wanilina (''olejek wanilinowy'')
|}
</figure>
==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 [[CHEM:Chemia_organiczna/Alkiny|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
| [[Plik:strzalka rownowaga.png|40px]]
| A:-
| +
| H—Z+
|-
|kwas
|
|zasada
|
|sprzężona zasada
|
|sprzężony kwas
|}

Poniższy Rys. <xr id="fig:schemat_1"/>. podaje proste przykłady ilustrujące to równanie z udziałem wody, raz w roli zasady oraz w drugim przypadku w roli kwasu:

[[Plik:Woda jako zasada podczas reakcji z chlorowodorem oraz jako kwas w reakcji z amidkiem.png|thumb|400px|center|<figure id="fig:schemat_1"/>Woda jako zasada podczas reakcji z chlorowodorem oraz jako kwas w reakcji z amidkiem.]]
Miarą kwasowości związku jest stała kwasowości oznaczana symbolem <math>K_a\;</math>. Stałą kwasowości oraz jej wartość pochodną <math>\mathrm{p}K_a\;</math> definiuje się następująco:
:HA + H2O [[Plik:strzalka rownowaga.png|40px]] A- + H3O+
:<math>K_{eq} = \frac{[\mathrm H_3\mathrm O^+][\mathrm A^-]}{[\mathrm H\mathrm A][\mathrm H_2\mathrm O]} </math>
<math>K_{eq}</math> oznacza stałą równowagi reakcji, a w nawiasach kwadratowych wyrażone są stężenia reagentów w mol/l.
:<math>K_a = K_{eq} [\mathrm H_2\mathrm O]=\frac{[\mathrm H_3\mathrm O^+][\mathrm A^-]}{[\mathrm H\mathrm A]},</math>
gdzie dla [H2O] przyjmuje się wartość stałą 55,6 mol/l.

W zależności od mocy kwasu wartości Ka wahają się od 10-60 dla kwasów najsłabszych do 1015 dla kwasów najmocniejszych.
:<math>\mathrm{p}K_a=-\log K_a\;</math>
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 <math>\mathrm{p}K_a\;</math>, 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 <math>\mathrm{p}K_a\;</math>, fenolu wynosi 9,9, a więc jest on o kilka rzędów wielkości silniejszym kwasem niż alkohole. Alkohole wykazują słabsze właściwości kwasowe od wody (<math>\mathrm{p}K_a \leq 16\;</math> wobec <math>\mathrm{p}K_a = 15,74\;</math> 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+ + H2O
Jednak w skali bezwzględnej kwasowości właściwości fenoli porównujemy do najsłabszych kwasów nieorganicznych:
:ArOH + NaHCO3 —X→ brak reakcji
:ArONa + H2CO3 —→ ArOH + NaHCO3

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:

[[File:Wybrane reakcje podstawienia wodoru w grupie hydroksylowej fenoli (estryfikacji i eteryfikacji).png|thumb|center|400px|<figure id="fig:chemat_1"/>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:

[[File:Utleniane fenolu.png|center|250px|thumb|<figure id="fig:schemat_2"/> Utleniane fenolu.]]

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

[[File:Redukcja fenolu.png|center|250px|thumb|<figure id="fig:schemat_3"/>Redukcja fenolu.]]

Pierścień aromatyczny fenoli podatny jest również na substytucję elektrofilową, przy czym [[CHEM:Chemia_organiczna/Węglowodory_aromatyczne#Substytucja_elektrofilowa_w_alkilowych_pochodnych_benzenu.|grupa hydroksylowa należy do podstawników silnie aktywujących]] i kierujących w pozycje ''orto'' i ''para''. Przykłady takich reakcji podane są na Schemacie <xr id="fig:schemat_4"/>. 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
[[File:Przykładowe reakcje substytucji elektrofilowej w fenolu.png|thumb|400px|center|<figure id="fig:schemat_4"/> Przykładowe reakcje substytucji elektrofilowej w fenolu.]]
analogiczny do [[CHEM:Chemia_organiczna/Fluorowcopochodne_węglowodorów#label-fig:rys_3|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 <math>\pi</math> 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.

← poprzednia wersja	Wersja z 12:26, 4 cze 2015
(Brak różnic)

Chemia organiczna/Fenole - Historia wersji

Magdaz: Magdaz przeniósł stronę CHEM:Chemia organiczna/Fenole do Chemia organiczna/Fenole

Magdaz: Utworzono nową stronę "==Budowa i nazewnictwo fenoli== Fenolami nazywa się związki, w których grupa hydroksylowa związana jest bezpośrednio z pierścieniem aromatycznym. Nazwa całej klas..."