Знали ли вы, что краситель индиго — это первый краситель на Земле, рецепт которого дошёл до наших времен? А теперь посмотрите на свои джинсы — да-да, именно в таких в средневековье вас бы считали знатью и богачом. Или вот из чего состоял первый мяч, которым играли индейцы майя и ацтеки? Что такое «трупный» яд и так ли он опасен на самом деле? Цвет, вкус и запах — это всё про органическую химию. Одни и те же атомы могут обладать разными свойствами в зависимости от того, как они собраны в молекулы. И благодаря развитию этой науки мы можем воссоздать практически любое вещество или материал. Именно этим и занимаются самые креативные ученые — химики-органики. В этом курсе мы познакомим тебя с действительно «непопсовыми» темами в органической химии. Ты сможешь лучше узнать, как протекают разные реакции: мы познакомимся с механизмами свободнорадикального замещения в алканах, электрофильного присоединения в алкенах, электрофильного замещения в ароматических соединениях, нуклеофильного замещения SN1 и SN2 в спиртах и галогеналканах, вместе мы изучим вопросы оптической изомерии, а также разберёмся в методах синтеза различных классов веществ. Неважно, насколько ты крут в химии, даже если ты только начал изучать её, тебе всё равно будет интересно с нами, ведь такого тебе точно не расскажут в школе! Присоединяйся к онлайн-курсу «Органическая химия» и мы научим тебя разбираться в химической сущности вещей. Программа курса: 5 недель обучения 1 неделя. Введение в органическую химию (7 видеолекций) 2 неделя. Углеводороды (9 видеолекций) 3 неделя. Молекулы с простыми функциями (10 видеолекций) 4 неделя. Молекулы со сложными функциями (9 видеолекций) 5 неделя. Молекулы со смешанными функциями и гетероциклы (9 видеолекций)
3. 7. Фенолы
Loading...
来自 Novosibirsk State University 的课程
Органическая химия
18 个评分
从本节课中
Молекулы с простыми заместителями
В этом модуле вы научитесь правильно составлять названия молекул, которые содержат простую функциональную группу (атом галогена, гидроксильную группу, амино группу), узнаете их химические свойства и методы получения.
与讲师见面
Денис МорозовСтарший преподаватель, кандидат химических наук
Факультет естественных наук НГУ
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] На
прошлой лекции мы познакомились с химией многоатомных спиртов.
Сейчас давайте обратимся к дальним родственникам спиртов — к фенолам.
Итак, фенолы — это молекулы,
у которых гидроксильная группа присоединена к бензольному кольцу.
Такое соседство обуславливает целый ряд специфических свойств,
которые сегодня мы с вами и рассмотрим.
Но сначала давайте обратимся к методам синтеза.
Фенолы могут быть получены различными способами.
Например, при щелочной плавке арилсульфокислот образуется фенолят-анион,
который далее может быть легко превращен, собственно, в молекулу фенола.
Далее галоген-бензолы также при взаимодействии со щелочью также приводят
нас к фенолам.
Но в промышленности основным методом получения фенола является каталитическое
окисление кислородом воздуха изопропилбензола, который носит название
кумола, и отсюда сам метод называется кумольным методом синтеза фенола.
В результате мы получаем смесь двух ценных для промышленности
веществ: ацетона и фенола.
В лаборатории фенолы могут быть получены из солей диазония — что это такое,
мы познакомимся с этим классом соединений в последующих лекциях.
Гидролизом солей диазония мы получаем фенолы.
Наличие достаточно полярной связи O-H обуславливает кислотные свойства фенола.
Однако же, по сравнению со спиртами фенолят анион вследствие
сопряжения с ароматическим циклом является более устойчивым,
что обуславливает более сильные кислотные свойства по сравнению со спиртами.
Отсюда и тривиальное название фенола: карболовая вода или карболовая кислота.
Наличие избыточной электронной плотности в молекуле фенола
как на ароматическом цикле, так и на атоме кислорода, является причиной того,
что типичной реакцией для фенолов является взаимодействие с электрофилами.
Так, например, сам фенол может вступать в реакцию алкилирования.
Но следует отметить,
что алкилирование протекает исключительно по атому кислорода.
Так, при взаимодействии с галогеналканами мы получаем эфиры фенолов.
В случае необходимости получения именно метиловых эфиров фенолов
необходимо использовать либо диметилсульфат, либо диазометан.
Интересно отметить поведение аллиловых эфиров фенолов.
При нагревании этого соединения, аллиловых эфиров и фенолов,
до нескольких сотен градусов происходит синхронный процесс,
который носит название перегруппировка Кляйзена.
И алкильный заместитель перемещается в ортоположение.
Если ортоположение занято, алкильный заместитель уходит в парапозицию.
Реакция ацилирования фенолов также проходит по атому кислорода.
Образующиеся эфиры фенолов также не являются устойчивыми соединениями,
и при определенных условиях способны вступать в дальнейшее превращение,
которое носит название «перегруппировка Фриса».
В итоге мы получаем смесь орто- и паразамещенных ацилфенолов.
Интересно отметить поведение фенола с ангидридом фталевой кислоты.
В результате мы получаем достаточно сложную молекулу,
которая носит тривиальное название фенолфталеина.
До недавних пор смесь фенолфталеина с сахарной пудрой можно было
обнаружить в любой аптеке под тривиальным названием «пурген».
Однако в лабораторной практике фенолфталеин является
достаточно популярным веществом для определения кислотности среды,
то есть он не является кислотно-основным индикатором.
В нейтральной среде фенолфталеин, его раствор,
является бесцветным, в щелочной среде этот раствор приобретает малиновую окраску.
Мало кто знает, что в сильнокислых средах фенолфталеин также начинает окрашиваться,
его раствор становится оранжевым либо ярко-красным.
В фенолах возможна реакция не только по атому кислорода,
но можно подобрать условия,
в которых электрофильное замещение будет сразу протекать по ароматическому кольцу.
Так, например,
для фенолов является качественной реакцией взаимодействие с бромной водой.
Фенолы хорошо обесцвечивают бромную воду, и в этом случае мы получаем белый осадок,
являющийся 2,4,6-трибромфенолом.
Интересно отметить,
что эту реакцию невозможно остановить на стадии монобромирования.
При использовании разбавленного раствора азотной кислоты мы
получаем смесь орто- и паранитрофенолов.
При использовании нитрующей смесь,
то есть смеси концентрированной азотной и серной кислот,
реакция нитрования протекает глубже, и в результате образуется достаточно ценное
соединение, которое носит тривиальное название пикриновая кислота.
Пикриновая кислота и ее соли тяжелых металлов —
пикраты — достаточно популярны в аналитической химии,
а также у военных, поскольку детонационная устойчивость этих молекул
не позволяет хранить эти вещества в свободной форме,
они легко взрываются, что нашло соответствующее применение.
Обработка пикриновой кислоты хлором в щелочной
среде приводит к образованию хлорпикрина.
Это вещество нашло применение в начале XX века в качестве
боевого отравляющего вещества.
Оно вызывает неконтролируемое слезоотделение,
кашель и при больших концентрациях летальный исход.
Наличие гидроксильной группы в ароматическом кольце,
то есть мощного донора по мезомерному эффекту,
открывает двери к взаимодействию со слабыми электрофилами.
Например, сам фенол достаточно легко взаимодействует с углекислым газом
в щелочной среде.
Реакция носит название реакции Кольбе — Шмидта.
В результате мы получаем достаточно ценное в медицине соединение — салициловую
кислоту, хорошее обеззараживающее средство.
В реакции Реймера — Тимана хлороформ
в щелочной среде может привести к образованию соответствующих альдегидов,
причем реакция идет достаточно селективно, получается ортоизомер.
Также фенолы вступают в реакцию азосочетания с образованием
азосоединений — интенсивно окрашенных веществ,
которые нашли применение в качестве искусственных красителей.
Еще одним интересным превращением по типу
электрофильного замещения является реакция фенола с ацетоном в кислой среде.
Образующийся бисфенол является ценным полупродуктом на пути к поликарбонату.
Ценность этого полимера переоценить очень сложно,
спросите любого садовода-огородника.
Также бисфенол способен вступать во взаимодействие с эпоксидами,
приводя к смесям, которые носят общее название эпоксидные
смолы — вещество, которое используется и в быту, и в промышленности.
Говоря об электрофильном замещении с участием фенолов,
также можно вспомнить о взаимодействии фенола с формальдегидом в кислотной среде.
Эта реакция достаточно популярна в промышленности.
В результате мы получаем субстанцию, которая носит название
фенолформальдегидная смола, которая находит применение в производстве
древесно-стружечных плит и различных строительных материалов.
Говоря о различных производных фенолов, можно упомянуть о нескольких молекул,
которые мы можем обнаружить на нашем с вами столе.
Монометиловый эфир бисфенолов — ортоизомер — носит тривиальное название «гваякол»,
в пищевой промышленности встречается под именем «аромат бекона».
Соответственно, следует сказать о высокой токсичности этого соединения,
что является ограничением на неконтролируемое употребление продуктов,
содержащих этот ароматизатор.
Однако же, если обработать гваякол в условиях реакции Вильсмейера — Хаака,
мы получим более приятное и безобидное соединение,
которое также популярно в пищевой промышленности — это ванилин.
Говоря о применении производных фенолов, также можно сказать о смеси орто-,
мета- и пара-метилфенолов, которое носит тривиальное название «креозот».
Креозот — это отличный консервант для древесины.
Когда вы спускаетесь в метро либо находитесь возле железнодорожных путей,
вы можете ощущать специфический запах — запах железной дороги,
который обусловлен в основном как раз таки запахом креозота.
Следует отметить, что также это соединение, как, собственно,
многие производные фенолов, является токсичным,
что вызывает недоумение и изумление, когда использованные шпалы,
после того как железную дорогу разбирают, используют или применяют
для построения каких-то хозяйственных построек и далее жилых домов.
Поскольку, еще раз повторю, креозот — весьма токсичное соединение.
На этом мы заканчиваем нашу лекцию о химии фенолов.
И на следующей лекции мы познакомимся со следующим классом органических соединений,
содержащих одну функциональную группу — с аминами.
