Номер 1, страница 257 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Почему фенолы выделяют в особый класс, отличный от спиртов?

Почему фенолы выделяют в особый класс, отличный от спиртов?

Фенолы выделяют в особый класс соединений, отличный от спиртов, из-за фундаментальных различий в их химическом строении, которые ведут к кардинально разным химическим свойствам. Хотя и спирты, и фенолы содержат гидроксильную группу (–OH), её поведение определяется тем, с каким атомом углерода она связана.

Ключевое различие в строении заключается в следующем: в спиртах гидроксильная группа присоединена к насыщенному атому углерода (находящемуся в состоянии $sp^3$-гибридизации), как, например, в этаноле $C_2H_5OH$. В фенолах же гидроксильная группа связана непосредственно с атомом углерода, входящим в состав ароматического бензольного кольца (этот атом углерода находится в состоянии $sp^2$-гибридизации), как в молекуле фенола $C_6H_5OH$.

Это структурное различие порождает эффект взаимного влияния ароматического кольца и гидроксильной группы, которого нет в спиртах. Этот эффект проявляется в двух направлениях:

1. Влияние ароматического кольца на гидроксильную группу.
Неподеленная электронная пара атома кислорода в гидроксильной группе вступает во взаимодействие с делокализованной $\pi$-системой бензольного кольца. Этот эффект называется p,$\pi$-сопряжением. В результате этого сопряжения электронная плотность смещается от атома кислорода в сторону кольца, связь O–H становится более полярной и ослабленной, и протон ($H^+$) отщепляется значительно легче, чем в спиртах. Это приводит к главному химическому отличию: фенолы проявляют заметные кислотные свойства, в то время как спирты практически нейтральны. Кислотность фенола ($pK_a \approx 10$) примерно в миллион раз выше кислотности этанола ($pK_a \approx 16$). Поэтому фенолы, в отличие от спиртов, реагируют с растворами щелочей, образуя соли — феноляты:
$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$
$C_2H_5OH + NaOH \nrightarrow$ (реакция не идёт)

2. Влияние гидроксильной группы на ароматическое кольцо.
Смещение электронной плотности от гидроксильной группы к кольцу делает его более реакционноспособным. Электронная плотность повышается преимущественно в орто- и пара-положениях (атомы углерода 2, 4 и 6). Вследствие этого ароматическое кольцо фенола гораздо активнее вступает в реакции электрофильного замещения (например, галогенирование, нитрование), чем бензол. Например, фенол легко реагирует с бромной водой даже без катализатора, образуя белый осадок 2,4,6-трибромфенола, что является качественной реакцией на фенолы.

Кроме того, из-за p,$\pi$-сопряжения связь углерод–кислород в фенолах имеет частично двоесвязный характер и является более прочной, чем в спиртах. Поэтому фенолы не вступают в реакции с разрывом этой связи (например, с галогеноводородами), которые характерны для спиртов.

Ответ: Фенолы выделяют в отдельный класс, так как прямая связь гидроксильной группы с ароматическим кольцом приводит к уникальному электронному эффекту — p,$\pi$-сопряжению. Это сопряжение кардинально меняет химические свойства: оно значительно увеличивает кислотность гидроксильной группы и активирует ароматическое кольцо к реакциям замещения, делая химическое поведение фенолов принципиально отличным от поведения спиртов, у которых такого взаимодействия нет.