Номер 4, страница 84 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Почему фенол проявляет кислотные свойства в большей степени, чем спирты? Какой реакцией это можно подтвердить?

Фенол ($C_6H_5OH$) проявляет кислотные свойства в большей степени, чем спирты (например, этанол $C_2H_5OH$), из-за особенностей электронного строения его молекулы.

В молекуле фенола гидроксильная группа ($–OH$) напрямую связана с атомом углерода бензольного кольца, находящимся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Неподеленная электронная пара атома кислорода втягивается в единую сопряженную $\pi$-систему бензольного кольца. Этот эффект называется p,$\pi$-сопряжением. В результате сопряжения электронная плотность смещается от атома кислорода к кольцу, что приводит к увеличению положительного заряда на атоме кислорода и, как следствие, к сильной поляризации связи $O–H$. Протон ($H^+$) становится более "подвижным" и легче отщепляется. Кроме того, образующийся при диссоциации анион — фенолят-ион ($C_6H_5O^−$) — оказывается очень стабильным, так как отрицательный заряд на атоме кислорода делокализуется (рассредотачивается) по всей $\pi$-системе бензольного кольца.

В молекулах предельных одноатомных спиртов гидроксильная группа связана с алкильным радикалом (например, $C_2H_5–$). Алкильные группы проявляют положительный индуктивный эффект (+I), то есть являются электронодонорами. Они "отталкивают" электронную плотность к атому кислорода, что, наоборот, уменьшает полярность связи $O–H$ и затрудняет отщепление протона. Образующийся алкоголят-ион (например, $C_2H_5O^−$) менее стабилен, так как отрицательный заряд на кислороде не делокализован, а наоборот, усиливается донорным эффектом алкильной группы.

Подтвердить более высокую кислотность фенола по сравнению со спиртами можно с помощью реакции с раствором щелочи, например, с гидроксидом натрия ($NaOH$). Фенол, в отличие от спиртов, является достаточно сильной кислотой (его историческое название — карболовая кислота), чтобы реагировать со щелочами с образованием солей — фенолятов.

Реакция для фенола:
$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$

Спирты, будучи более слабыми кислотами, чем вода, в реакцию со щелочами не вступают:
$C_2H_5OH + NaOH \nrightarrow$

Ответ: Кислотные свойства фенола обусловлены p,$\pi$-сопряжением неподеленной электронной пары атома кислорода с $\pi$-системой бензольного кольца. Это приводит к поляризации связи $O–H$ и стабилизации образующегося фенолят-иона за счет делокализации отрицательного заряда. У спиртов алкильный радикал проявляет положительный индуктивный эффект, ослабляющий кислотные свойства. Экспериментально это подтверждается реакцией с раствором щелочи ($NaOH$), в которую фенол вступает, а спирты — нет.