苯酚
发现
苯酚是德国化学家荣格(Runge F)于1834年在煤焦油中发现的,故又称石炭酸(Carbolic acid)。
结构
苯酚分子由一个羟基直接连在苯环上构成。根据苯的凯库勒式,这个羟基是连在双键上的,为烯醇式结构。但由于苯环的稳定性,这样的结构几乎不会转化为酮式结构。
苯酚具有以下共振结构:
苯酚盐负离子则有以下共振结构:
酚羟基的氧原子采用sp 杂化,提供1对孤电子与苯环的6个碳原子共同形成离域 Π Π --> 7 8 {\displaystyle \ {\Pi }_{7}^{8}} 键。大Π键加强了烯醇的酸性,羟基的推电子效应又加强了O-H键的极性,因此苯酚中羟基的氢可以电离出来。
物理性质
苯酚熔点为40.5℃,沸点为181.7℃,常温下为一种无色或白色的晶体,有特殊气味。苯酚密度比水大,微溶于冷水,可在水中形成白色混浊;但易溶于65℃以上的热水。易溶于醇、醚等有机溶剂。
化学性质
苯酚具有弱酸性,能与碱反应:
苯酚pKa=10,酸性介于碳酸两级电离之间,因此苯酚不能与NaHCO 3 等弱碱反应:
此反应现象:二氧化碳通入后,溶液现白色混浊。
苯酚遇三氯化铁溶液显紫色,原因是苯酚根离子与Fe 形成了有颜色的配合物。
苯环上的亲电取代:苯酚由于结构中有苯环,可以在环上发生类似苯的亲电取代反应,如硝化、卤代等:
对比苯的相应反应可以发现,苯酚环上的取代比苯容易得多。这是因为羟基有给电子效应,使苯环电子云密度增加。
值得注意的是,苯酚的亲电取代总是发生在羟基的 邻位 和 对位 。这是羟基等给电子基团的共性。
酚羟基上的取代:酚羟基上的氢原子可以被含碳基团取代,生成醚或酯。
苯酚在空气中久置会变为粉红色,是因为生成了苯醌:
苯酚的氧化产物一般是对苯醌。这个反应也可以用溴作氧化剂。
苯酚与甲醛在酸或碱的催化下发生缩合,生成酚醛树脂。
制备
苯酚可由苯磺酸与碱熔融反应制得:
用酸处理即得苯酚。此法是最早用来制取苯酚的方法,萘酚也用类似的方法制取。
此法初始原料为苯,通过傅-克反应与丙烯加成为异丙苯,再由异丙苯氧化为苯酚。此法同时生成丙酮。
第二步反应是一个自由基反应。
通过氯苯在氢氧化钠水溶液中的水解,也可以制得苯酚。由于氯苯的氯原子参与苯环的共轭,这个水解过程十分困难,需要在高压(28MPa)、高温(300℃)、以铜作催化剂的条件下进行。
苯酚也可由苯胺经重氮盐水解制得。
2007年吉林大学化学学院的冯守华等人在 Org. Lett. 期刊上发表文章称,他们用碳酸氢钠和铁粉在仿早期地球环境的条件下进行水热合成(水,200℃,1.9GPa),在产物中得到了产率为0.8%的苯酚。
他们认为反应机理如下:
安全
苯酚有毒。苯酚及其浓溶液对皮肤有强烈的刺激作用,若不慎将苯酚沾到皮肤上,应用酒精或聚乙二醇;若量较大或者混有氯仿,则需要进行急救。沾到衣服上也需用大量水冲洗。
工业及医学用途
苯酚可作杀菌剂、麻醉剂、防腐剂。约瑟夫·李斯特(Lister J)最早将其用于外科手术消毒;但由于苯酚的毒性,这一技术最终被取代。现在苯酚可用于制备消毒剂,如TCP;或用其稀溶液直接进行消毒。
苯酚是多种化工产品的原料,用来合成阿司匹林等药品,以及一些农药、香料、染料。亦用来合成树脂,最主要的一种是和甲醛缩合而成的酚醛树脂。
尽管苯酚的浓溶液毒性很强,它仍在整形外科手术中充当脱皮剂。
衍生物
苯二酚、苯三酚
硝基苯酚、三硝基苯酚、三溴苯酚、五氯苯酚
苯醌:对苯醌、邻苯醌
甲酚、百里酚
水杨酸、乙酰水杨酸
萘酚、蒽酚
酚酞
参见
酚
苯
阿司匹林
参考文献
邢其毅等.基础有机化学 第二版.§17.1,3-8,13.北京:高等教育出版社,1994年.ISBN 7-04-004607-5.
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