Fenoli și derivați

Fenolii sunt compuși aromatici cu diverse aplicații practice. Ei stau la baza obținerii de medicamente, coloranți, materiale plastice (novolac, bachelită) și fibre sintetice.

Crezolii sunt derivați ai fenolului cu un grup metil $-CH3$ atașat în diferite poziții (orto, meta, para). Prin dizolvarea crezolilor în soluție de săpun se obține creolina, un dezinfectant eficient. Orto-crezolul și meta-crezolul sunt deosebit de utili în obținerea coloranților.

Știai că? Timolul, găsit în uleiul de cimbru, este un dezinfectant natural utilizat încă din antichitate, iar astăzi îl găsim în multe produse de igienă orală!

Alți derivați fenolici importanți includ hidrochinonă (utilizată ca revelator în tehnica fotografică), pirogalolul (folosit la dozarea oxigenului din gaze), pirocatechina, rezorcina și β-naftolul - compuși cu aplicații specifice în industrie și medicină.

Clasificarea și structura fenolilor

Fenolii se clasifică în două categorii principale: monohidroxilici $cu o singură grupă -OH, precum fenolul simplu$ și polihidroxilici $cu mai multe grupe -OH, precum 1,2-benzendioli sau 1,2,3-bentrioli$.

Formula generală a fenolilor monohidroxilici derivați din arene mononucleare cu catenă saturată este C₆H₅OH. Denumirea acestor compuși se face prin indicarea poziției grupei -OH, urmată de numele arenei și sufixul "-ol".

Structura fenolilor prezintă particularități importante: atomul de oxigen din grupa -OH este hibridizat sp³, iar legătura O-H din fenoli este mai slabă decât în alcooli, făcându-i acizi mai tari decât alcoolii.

Moleculele fenolilor formează legături de hidrogen fie intermoleculare (între molecule diferite), fie intramoleculare (în cadrul aceleiași molecule). Aceste legături influențează semnificativ proprietățile lor fizice și comportamentul chimic.

Proprietăți fizice și metode de obținere

Fenolii sunt în general substanțe solide cristaline la temperatura obișnuită. Punctele lor de topire cresc cu numărul de grupe -OH, iar izomerii în poziția orto au puncte de topire mai scăzute decât cei meta sau para.

Solubilitatea în apă crește cu numărul de grupe -OH. Fenolii monohidroxilici sunt puțin solubili în apă, dar solubili în alcooli și esteri. Fenolul simplu are câteva caracteristici particulare: se înroșește în aer prin oxidare, este higroscopic, toxic și produce arsuri grave.

Atenție! Crezolii au proprietăți bactericide mai puternice decât fenolul, fiind utilizați ca dezinfectanți eficienți în diverse domenii.

Fenolii pot fi obținuți prin mai multe metode chimice, precum hidroliza esterilor. Un exemplu important este hidroliza acidului salicilic, reacție reversibilă în mediul acid din stomac, dar care se desfășoară și în alte organe precum ficatul sau mucoasa intestinală.

Metode de obținere a fenolilor

Există multiple metode de sinteză a fenolilor, fiecare cu aplicații specifice în industrie:

Hidroliza fenolaților este o metodă importantă. Ionul fenolat $Ar-O⁻$ este o bază mai slabă decât ionul hidroxil (HO⁻), iar în apă, fenolații alcalini sunt parțial hidrolizați, rezultând o soluție cu caracter bazic.

Fenolii pot fi obținuți și din săruri. Fiind acizi mai slabi decât acidul carbonic (H₂CO₃) și acizii carboxilici, fenolii sunt scoși din fenolați de acești acizi mai puternici. Ordinea de aciditate este: alcooli < fenoli < acizi carboxilici.

Din amine se pot obține fenoli prin intermediul sărurilor de diazoniu. O metodă industrială importantă este obținerea fenolului din izopropilbenzen (cumen), proces care generează ca produs secundar acetona, ambele fiind compuși valoroși.

Topirea alcalină și reacțiile grupei -OH

Topirea alcalină este o metodă industrială de obținere a fenolilor prin tratarea sărurilor de sulfonat cu hidroxid de sodiu la temperaturi ridicate:

Ar-SO₃Na + NaOH → Ar-OH + Na₂SO₃

Gruparea -OH din fenoli participă la diverse reacții chimice importante. Una dintre cele mai semnificative este formarea esterilor fenolici. Aceștia se obțin din reacția fenolilor cu cloruri acide sau anhidride:

Fenol + clorură de benzoil → benzoat de fenil + HCl

Aplicație practică: Esterii fenolici sunt utilizați frecvent în industria parfumurilor și a aromelor, datorită mirosurilor plăcute pe care le emană!

Reacțiile de esterificare au importanță deosebită în sinteza organică și în obținerea de compuși cu proprietăți specifice, utilizați în diverse domenii industriale.

Reacții cu metale și obținerea eterilor fenolici

Fenolii reacționează cu metalele alcaline și hidroxizii lor, deoarece sunt acizi mai puternici decât alcoolii:

Ar-OH + Na → Ar-O⁻Na⁺ + ½H₂ Ar-OH + NaOH → Ar-O⁻Na⁺ + H₂O

Produsele acestor reacții sunt fenolații (sau fenoxizii), săruri importante în chimia organică. Este important de reținut că fenolii sunt acizi mai slabi decât acizii carboxilici și acidul carbonic.

Eterii fenolici sunt o clasă importantă de derivați care se obțin prin reacția fenolatului de sodiu cu compuși halogenați:

Ar-O⁻Na⁺ + R-X → Ar-O-R + NaX

Reține! Spre deosebire de alcooli, între grupele -OH fenolice nu se poate elimina apă, ceea ce influențează semnificativ reactivitatea acestor compuși.

Un exemplu important de eter fenolic este anisolul $fenil-metil-eter$, obținut prin reacția fenolatului de sodiu cu clorura de metil.

Reacții de identificare și oxidare

Reacția cu FeCl₃ reprezintă o metodă clasică de identificare a fenolilor. Aceștia formează complecși colorați cu ionii de fier:

Ar-OH + FeCl₃ → Ar-O⁻Fe⁺Cl₂ + HCl

Colorația obținută variază în funcție de tipul fenolului: violet pentru fenol și α-naftol, albastru pentru crezoli și hidrochinonă.

Fenolii polihidroxilici, în special cei cu grupe hidroxil în pozițiile 1,2 și 1,4, prezintă caracter reducător și participă la reacții de oxidare. Un exemplu relevant este oxidarea hidrochinonei la benzochinonă:

Hidrochinonă + ½O₂ → benzochinonă + H₂O

Aplicație practică: Datorită acestor proprietăți, fenolii 1,2 și 1,4-dihidroxilici sunt utilizați ca agenți reducători în tehnica fotografică alb-negru!

Hidrogenarea fenolului este o altă reacție importantă care conduce la formarea de ciclohexanonă (cu 2H₂) sau ciclohexanol (cu 3H₂) în prezența catalizatorului de nichel la 180°C.

Reacții de substituție la nucleul aromatic

Gruparea -OH activează inelul aromatic, orientând substituenții în pozițiile orto și para. Cele mai importante reacții de substituție sunt:

Halogenarea: Fenolul reacționează cu bromul formând 2,4,6-tribromofenol (precipitat alb), o reacție utilă în identificarea fenolilor.

Alchilarea și acilarea permit introducerea grupelor alchil și acil, rezultând compuși precum 4-hidroxifenil-metil-cetona sau acetatul de fenil.

Nitrarea fenolului cu acid azotic conduce la formarea nitrofenolilor, compuși cu aplicații diverse în industria coloranților.

Interesant! Nitrofenolii sunt coloranți naturali intens colorați și au fost utilizați încă din antichitate pentru vopsirea textilelor!

Sulfonarea cu acid sulfuric permite obținerea acizilor fenolsulfonici, compuși importanți în sinteza organică și în industria farmaceutică. Temperatura reacției influențează poziția grupei sulfonice introduse.