Лекция 12. Фенолы. Сиртез и свойства.

Лекция 12
Фенолы. Синтез и свойства
Тот, кто не смотрит вперед,
оказывается позади.
Д. Герберт
Š Фенолы. Методы получения: щелочное плавление
аренсульфонатов, замещение галогена на гидроксил,
гидролиз солей арендиазония, перегруппировка
Байера-Виллигера,
гидроксилирование
аренов
(радикальное и электрофильное), получение фенолов
на
основе
металорганических
соединений.
Кумольный
способ
получения
фенола
в
промышленности.
Š Свойства фенолов. Фенолы как ОН-кислоты.
Сравнение кислотного характера фенолов и спиртов,
влияние заместителей на кислотность фенолов.
Образование простых и сложных эфиров фенолов.
Ацилирование фенолов, перегруппировка Фриса.
Фенолы. Синтез и свойства
OH
OH
о -крезол
фенол
OH
OH
OH
OH
OH
OH
1,2-дигидроксибензол
1,3-дигидроксибензол
1,4-дигидроксибензол
пирокатехин
резорцин
гидрохинон
OH
OH
OH
OH
OH
HO
OH
1,2,3-тригидроксибензол
(пирогаллол)
OH
1,2,4-тригидроксибензол
OH
1,3,5-тригидроксибензол
Синтез фенолов
Щелочное плавление сульфокислот
O
ArSO3Na + 2NaOH
SO3
HO
300-350 C
ArONa + Na2SO3 + H2O
O
OH
SO3
OH
2
+ SO3
2
OH
+ SO3 + H2O
ONa
SO3Na
O
NaOH; 330 C
O
NaOH; 325 C
SO3Na
CH3
CH3
ONa
Нуклеофильное замещение
O
Cl + 2NaOH
NO2
160 C
NO2
ONa + NaCl + H2O
76%
O2N
O2N
O
0-20 C
Br + 2NaOH
H2 O
NO2
ONa + NaBr + H2O
NO2
O2N
97%
Cl
NC
OH
CN
O
+ H 2O
NC
CN
CN
O2N
50 C
ТГФ
NC
CN
+ HCl
NC
CN
CN
Замещение через арины
+ NaOH
H 2O
350 - 400 °C
30 MПа
OH
+
Cl
2 : 3
HO
HO
Cl
+ NaOH
H2O
+
350 - 400 °C
30 MПа
HO
2:1
Использование солей меди подавляет изомеризацию
O
Cl + 2NaOH
CH3
CuSO4;190-200 C
CH3
ONa
ONa
Cl
O
Cl + 4NaOH
CuSO4;190 C
ONa
H2 O
O
Cl
Cl + 4NaOH
CuSO4;175 C
H2O
NaO
ONa
Гидролиз солей диазония
ArN2 X
+ H2O
N N
O2N
t °C
H2O
ArOH + N2 + HX
H2O
OH
H2SO4; 100 °C
O2N
81-85 %
Промышленный способ получения фенола
OH
N2O
Fe-цеолит
O
H3PO4; 250 C; 25 атм
+ CH3CH=CH2
CH3
CH3
O
+ O2
100-130 C
O OH
H+
OH +
O
CH(CH3)2 + X
C(CH3)2 + HX
CH3
C(CH3)2 + O-O
O-O
CH3
CH3
CH3
O-O
+
H
CH3
CH3
CH3
O-OH
CH3
H3C
+
H3C
и т.д.
Механизм перегруппировки
H3C
O OH
H3C
H
CH3
+
H3C
Ph
Ph
O
Ph
CH3
OH
CH3
H2O
O
Ph
O
OH +
O OH2
+
+ CH3
CH3
Перегруппировка Байера-Виллигера
O
AcCl/AlCl3
O
AcOOH
Ac
H
NaOH
O
Получение фенолов через литийорганические соединения
1) Me3SiOOSiMe3
2) H2O
Li
O2Li
OLi
OH
R
R
ArLi
O2
R
R
1) B(OR)3
2) H2O
B(OH)2
H
O
O
OH
H
H2O2
R
O
B(OH)2
B(OH)2
R
R
R
Радикальное гидроксилирование аренов
Fe2 + HO-OH
Fe3 + OH + HO
реактив Фентона
HO
OH
Fe3+
H
OH
H
-H+
OH
Электрофильное гидроксилирование
+ HO-OH
OH
FSO3H
56%
OH
H3 C
CH3
+ CF3COOOH
CH3
BF3*(C2H5)2O
H3C
CF3COOH
80% CH3
CH3
Zip (молния) - сборка
O
O
NaOH
O
COMe
O
O
O
OH
OH
Фенолы – более сильные кислоты, чем спирты
OH
O
+ H3O
+ H2O
pKa=10.0
OH
O
+ H2O
+ H3O
pKa=18.0
Величины pKa замещённых фенолов при 25 °С
орто-
мета-
пара-
H
CH3
10.00
10.29
10.00
10.09
10.0
10.26
COOC2H5
9.92
9.10
F
Cl
8.73
8.56
9.29
9.12
8.34
9.89
Br
8.45
9.03
CHO
9.37
8.37
8.98
CN
NO2
7.61
6.86
7.23
8.64
8.36
7.97
7.15
заместитель
9.41
2.4-динитрофенол 4.07 2.4.6-тринитрофенол 0.42
Таутомерное равновесие кетон-фенолы
O
OH
O
H
H
H
H
OH
O
антрон
OH
H
H
O
O
150 C
90%
OH
O
10%
Алкилирование фенолов
ONa
OCH3
+ (CH3O)2SO2
20OC
96%
ДМФА
OCH2(CH2)3CH3
ONa
+ CH3(CH2)3CH2Br
60OC, ацетон
80%
O2N
O2N
OH
+ CH2=N=N
эфир
-N2
OCH3
Возможно и С-алкилирование фенолов
O
ONa
CH3OH
100%
+ CH2=CHCH2Cl
H2O
OH
O
+
51%
49%
Bn
ONa
+ BnBr
OBn
CF3CH2OH
+
7%
CH2=CHCH2Cl
ацетон
85%
OH
ONa
O
OH
CH2=CHCH2Br
C6H6
CH2CH=CH2
Перегруппировка Кляйзена
O
OH
O
200-220 C
73%
OCH2CH=CH2
H3C
CH3
OH
O
200-220 C
H3C
CH3
OCH2CH=CHCH3
OH
O
200 C
O
CH2
O
CH
CD2
t°
CD2CH=CH2
H
2,4-ЦИКЛОГЕКСАДИЕНОН
OH
D2
C
Ацилирование фенолов
OAc
OH
+ (CH3CO)2O
H2SO4
96-98%
60°C
OAc
OH
OH
+ (CH3CO)2O
COOH
H2SO4
60°C
OAc
COOH
Перегруппировка Фриса
O
O
OH
1.AlCl3,C6H5NO2,140°C
OH
O
+
2.H2O,HCl
O
50%
35%
OH
O
AlCl3,C6H5NO2, 25°C
O
O
OH
AlCl3,C6H5NO2, 165°C
O
Получение фенолфталеина
OH
OH
2
O
+
O
OH
H2SO4, 120°C
O
O
O
фенолфталеин(бесцветный лактон)
-
O
HO
O
OO
Галогенирование фенолов
OH
OH
O
+
Br2 O
O
CHCl3, 0-20 C
Br
O-
O-
OBr
O
Br2,5 C,H2O
88%
Br2,H2O
O
Br
Br
Br2,H2O
Br
Br
Br
OH
OH
+
Cl2
Br
OH
Cl
CCl4, 0°C
+
Cl
74%
26%
Br
Br
Br
O
OH
+
Br
Br2
Br
+ HBr
Br
Br
Br
O
OH
(H3C)3C
C(CH3)3
+ Br2
C(CH3)3
CH3COOH
(H3C)3C
C(CH3)3
Br
C(CH3)3
Нитрование фенолов
OH
OH
OH
NO2
20% HNO3,25°C
+
NO2
15%
35%
OH
OH
HNO3/Ac2O
NO2
70%
Получение пикриновой кислоты
OH
OH
SO3H
O
конц. H2SO4, 100 C
O
HNO3, 0 C
SO3H
OH
O2N
OH
SO3H
O
HNO3, 100 C
O2N
NO2
70%
SO3H
NO2
Сульфирование фенолов
OH
SO3H
20 °C
+
OH
H2SO4
OH
SO3H
51%
OH
OH
O
120 C
+
SO3H
49%
96%
SO3H
4%
Нитрозирование фенолов
OH
OH
OH
N
O
NaNO2,HCl,H2O,0-5 C
+
O
HO-N
N
15/1
OH
O
NH2
O
Формилирование по Реймеру-Тиману
OH
OH
OH
CHO
CHCl3 + NaOH
+
60 °C
CHO 10%
OH
OH
OH
H3C
20%
CHCl3 + NaOH
H3C
H3C
+
60 °C
CHO 8%
OH
CHO
CHCl3 + NaOH
60 °C
CHO
20%
OH
38-40%
CHCl3
HO
H2O + :CCl2 + Cl
H2O + CCl3
O
O
O
H
CCl2
+ :CCl2
H
CHCl2 + HO
H2O
OH
O
CHO
+ H2O + Cl
HO
CHCl2
Формилирование по Гаттерману
CH3
CH3
Zn(CN)2 +HCl
HO
бензол
тимол
HO
CHO
99%
Фенол-формальдегидные смолы (бакелит)
H2
C
OH
NaOH,H2O,20-150C
OH
OH
HO
CH2
CH2
бакелит
HO
H2 C
O
+ HCHO
NaOH, H2O
CH2
CH2
O
+ nHCHO
n
H2
C
CH2
CH2
O
O
H
CH2O
+
H
CH2O
OH
CH2OH
OH
HOH2C
O
O
CH2 OH
CH2
t°
+ HO
O
O
t°
+ HO
CH2 OH
O
CH2
O
HO
O
HO
O
CH2
+
Каликсарены
OH
OH
OH
OH
CH2O
OH
OH
H+
2
OH
+ CH3COCH3
HO
бисфенол А
Эпоксидные смолы
CH3
CH2Cl
O
+
CH3
O
O
CH3
CH3
CH2 O
O
O CH2
CH3
O
O
H3C
CH3
CH3
O
CH3
O
CH
CH3
2
O
CH2 O
O
O CH2
O
Карбоксилирование фенолов (Кольбе)
ONa
OH
+
CO2
COONa
180°C, 5 атм
OK
OH
+ CO2
200-220°C, 5 атм
COOK
OK
COOK
200-220°C
KOOC
OK
ONa
CO2
260 °C, 5 атм
OK
CO2
260 °C, 5 атм
KOOC
OH
COONa
OH
Азосочетание фенолов
SO3Na
N
N
OH
+
NaO3S
pH~10
H2O
N
N
OH
SO3Na
NaO3S
Sunset Yellow
пищевой краситель желтого цвета
Алкилирование фенолов в ядро. Ароксильные радикалы
OH
+
OH
H
+
O
OH
K3Fe(CN)6
NaOH
Аминирование фенолов (реакция Бухерера)
OH
NH2
O
+ NH4HSO3 + NH3
150 C,H2O,8 час
95%
O
+ SO2 + NH3
160 C,H2O,12 час
N
N
NH2
OH
HO
90%
HO
OH
O
40 C,NH3,SO2
HO
OH
O
160 C,NH3,SO2
H2O, 24 дня
H2O,5 час
NH2 100%
NH2
OH
82%
NH2
Механизм реакции Бухерера
H SO3NH4
H
H
H
H
HO
O
H
SO2/NH3
O
H
NH3
H2N
H
HN
H
SO3NH4
H
H -H2O
H
H
HO
H2N
H
SO3NH4
H
H
H