Fenolii

Există două clase importante de compuși hidroxilici.

Alcolii, despre care am vorbit în lecțiile trecute, și fenolii.

R reprezintă un radical alchil, iar AR reprezintă un nucleu aromatic.

În continuare vom discuta despre fenoli, a doua clasă de compuși hidroxilici.

Fenolii sunt compuși hidroxilici ce conțin grupa hidroxil.

Legată de un atom de carbon hibridizat SP2 dintr-un nucleu aromatic.

În funcție de numărul grupelor hidroxil din moleculă, fenolii se clasifică în fenoli monohidroxilici,

ce care au în moleculă o singură grupare hidroxil, și în fenoli polihidroxilici,

ce care au în moleculă două sau mai multe grupe hidroxil.

Pentru a denumi fenolii sunt acceptate mai multe variante.

Conform IUPAC, fenolii se denumesc prin adăugarea sufixului O la numele arenei corespunzătoare.

În același timp se indică poziția grupelor hidroxil în moleculă arenei,

dar și prefixul care indică numărul grupelor hidroxil acolo unde este cazul.

Tot conform IUPAC, mai putem denumi fenolii și utilizând prefixul hidroxil,

plus denumirea arenei,

specificând, ca și în cazul precedent, indicii grupelor hidroxil și prefixul pentru numărul grupelor hidroxil.

De asemenea, fenolii au și denumiri uzuale.

Astfel, denumirile pentru cele patru exemple de fenol din tabel sunt următoarele.

Conform IUPAC, avem benzenol sau hidroxil benzen,

doi metilfenol sau doi hidroxitoluen,

unu naftalenol sau unu hidroxinaftalină

și unu patru benzendiol sau unu patru dihidroxil benzen.

Iar denumirile uzuale ale compușilor sunt după cum urmează.

Fenol, ortocresol, alfanaftol, respectiv hidroquinolă.

În ceea ce privește proprietățile fenolilor, acestea sunt influențate de elementele de structură ale moleculei.

Ca și în cazul alcoolilor, oxigenul din grupa hidroxila fenolilor este hibrilizat sp3.

El formează o legătură sigma sp3 sp2 cu un atom de carbon hibrizat sp2 din nucleul aromatic

și o legătură sigma sp3s cu atomul de hidrogen.

Atomul de oxigen din grupa hidroxil mai are și doi orbitali sp3 dielectronici.

Unul din acești orbitali e orientat paralel cu orbitalul P de la atomul de carbon sp2

de care se leagă oxigenul și se întrepătrunde lateral cu el.

În acest fel, orbitalul P extins din nucleul aromatic se prelungește spre atomul de oxigen

iar perechea de electron din acest orbital sp3 al oxigenului se deplasează spre nucleul aromatic.

Astfel, se micșorează densitatea de electron de la atomul de oxigen

care capătă o sarșină pozitivă și se mărește densitatea de electroni în orbitalul P extins din nucleul aromatic.

În consecință, legătura carbon-oxigen din fenol este parțial dublă și este mai puternică decât legătura carbon-oxigen din alcool.

În schimb, atomul de oxigen pozitivat devine mai atrăgător de electroni și polarizează mai mult legătura oxigen-hidrogen,

adică electronii din legătura covalentă oxigen-hidrogen sunt atragi și mai mult spre atomul de oxigen.

Astfel, legătura oxigen-hidrogen din fenol este mai slabă decât legătura oxigen-hidrogen din alcool și fenolii sunt acizi mai tari decât alcoolii.

Cu ate cuvinte, fenolii cedează mai rapid protonul.

La fel că, în cazul alcoolilor, între grupele hidroxil din fenol se pot realiza legături de hidrogen.

Acestea pot fi legături de hidrogen intermoleculare sau intramoleculare, dacă există mai multe grupe hidroxil în molecula fenolului.

Așadar, moleculele fenolilor sunt asociate între ele prin legături de hidrogen.

Bineînțeles, astfel de interacțiuni se pot realiza și între grupele hidroxil din fenol și moleculele de apă sau moleculele de alcool.

Deci, fenolii sunt substanțe solubile în apă, în alcool și în eteri.

Fenolii monohidroxilici sunt puțin solubili în apă, însă solubilitatea crește pe măsură ce crește și numărul de grupe hidroxil din moleculă.

La temperatură obișnuită, fenolii sunt substanțe solide, iar punctele lor de topire cresc atunci când între moleculele lor se pot forma mai multe legături de hidrogen.

Proprietățile chimice ale fenolilor sunt diferite de cele ale alcoolilor.

Am văzut mai devreme că deplasările de electron din moleculele fenolilor modifică tăria legăturilor carbon-oxigen și oxigen-hidrogen,

lucru care, în consecință, modifică și reactivitatea grupei hidroxil.

Un alt factor care conduce la reactivitate chimică diferită față de alcool e faptul că, în moleculele fenolilor, grupele hidroxil sunt legate de nuclei aromatice.

Nucleele aromatice având, bineînțeles, proprietăți diferite de radicalii hidrocarburilor alifatice din moleculele alcoolilor.

Vedem că cele două grupe distincte din structura fenolilor, nucleul aromatic și gruparea hidroxil, se influențează reciproc,

faptul căre determină comportarea chimică acestei clase de compuși.

Așadar, fenolii participă atât la reacții chimice specifice grupei hidroxil cât și la reacții specifice nucleului aromatic.

Că și în cazul alcoolilor, grupa hidroxil este responsabilă de caracterul acid al fenolilor.

După cum am mai zis, legătura covalentă dintre oxigen și hidrogen este polară, astfel că fenolii pot cedea proton.

Însă, în cazul fenolilor, această legătură e mai slabă decât legătura oxigen-hidrogen din alcool sau chiar și decât legătura oxigen-hidrogen din apă.

Asta face ca fenolii să cedeze proton mai ușor decât alcoolii sau apa.

Deci, fenolii, deși sunt acizi relativ slabi, sunt acizi mai tari decât alcoolii și decât apa.

În consecință, fenolii își manifestă caracterul acid nu numai în reacțiile cu metalele alcaline, cum e cazul alcoolilor și al apei,

ci și în reacțiile cu hidroxizi alcalini.

Din ambele tipuri de reacții se obțin fenolați sau fenoxizi alcalini.

În cazul exemplelor noastre, fim vorba de fenolatul de sodiu.

Un alt exemplu este reacția dintre alfanaftol și hidroxidul de sodiu, reacția prin care obținem alfanaftolat de sodiu și apă.

În ceea ce privește nucleele aromatice din fenol, acestea participă la reacții de substituție,

specifice a reinelor, precum reacțiile de halogenare, de alchilare, de nitrare sau de sulfonare.

Să ne reamintim din lecțiile dedicate a reinelor că grupa funcțională hidroxid este un substituent de ordinul 1.

Asta înseamnă că activează nucleul aromatic în reacțiile de substituție și orientează substituenții în pozițiile orto și para față de gruparea hidroxidului.

Astfel, reacțiile de substituție la care participă fenolii au loc în condiții mai blânde decât reacțiile de substituție ale reinelor corespunzătoare și, în plus, sunt și orientate.

Pe exemplu, reacția de nitrare a fenolului are loc în prezență de acid azotic diluat la temperatură obișnuită și conduce la un amestec de ortonitrofenol și paranitrofenol.

Cu acid azotic mai concentrat putem obține 2,4-dinitrofenol și 2,46-3-nitrofenol.

O altă reacție importantă de substituție este reacția de sulfonare.

Prin tratarea fenolului cu acid sulfuric concentrat la temperatură mai mică de 100 de grade Celsius, obținem un amestec de acid ortofenol sulfonic și acid parafenol sulfonic.

Și, la fel ca în cazul nitrării și sulfonarea în condiții mai energice, conduce la acidul 2,4-fenol disulfonic sau la acidul 2,46-fenol trisulfonic.

Fenolii au multiple aplicații în industrie.

Pe exemplu, sunt utilizați în industria coloranților, în sinteza medicamentelor, a unor soluții antiseptice, dar și a materialelor plastice.

Fenolul e o substantă caustică, e extrem de toxic dacă este ingerat, iar pe piele produce arsuri.

În natură întâlnim fenolii în diferiți compuși din plante, precum în lignina din lemn sau în uleiul de cimbru și de chimion când au acțiune antiseptică.