Lý thuyết Phenol

1. Định nghĩa

- Phenol là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử C của vòng benzen.

Chú ý: Phân biệt giữa phenol và ancol thơm (có vòng benzen nhưng nhóm OH liên kết với C của nhánh).

- Thường chỉ xét phenol đơn giản nhất là C₆H₅OH. Ngoài ra còn có crezol CH₃–C₆H₄–OH, HO-C₆H₄-OH (o-catechol, m-rezoxinol, p-hidroquinol).

Công thức cấu tạo và công thức phân tử của phenol

2. Tính chất vật lý

Là một chất rắn, nó ở dạng tinh thể không màu, có mùi đặc trưng và dễ bay hơi

Khi để lâu ngoài không khí, phenol chuyển sang hồng do bị oxy hóa một phần và bị chảy rữa do hấp thụ hơi nước,

Nó ít tan trong nước lạnh, tan nhiều trong nước nóng và trong một số hợp chất hữu cơ. Chúng tan vô hạn khi ở nhiệt độ trên khoảng 66 ^oC.

3. Tính chất hóa học

3.1. Cấu tạo của phân tử phenol

- Gốc C₆H₅ hút e làm cho liên kết O-H trong phân tử phenol phân cực hơn liên kết O-H của ancol vì vậy H trong nhóm OH của phenol linh động hơn H trong nhóm OH của ancol và biểu hiện được tính axit yếu (phenol có tên gọi khác là axit phenic).

- Do có hiệu ứng liên hợp nên cặp e chưa sử dụng của nguyên tử O bị hút về phía vòng benzen làm cho mật độ e của vòng benzen đặc biệt là các vị trí o-, p- tăng lên nên phản ứng thế vào vòng benzen của phenol dễ hơn và ưu tiên vào vị trí o-, p- .

Vì vậy nhóm OH và gốc phenyl trong phân tử phenol ảnh hưởng lẫn nhau.

3.2. Tính chất hóa học

a. Tính chất của nhóm OH

- Tác dụng với kim loại kiềm:           

C₆H₅OH + Na → C₆H₅ONa + 1/2H₂

→ Phản ứng này dùng để phân biệt phenol với anilin.

- Tác dụng với dung dịch kiềm:                   

C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O

Ancol không có phản ứng này chứng tỏ H của phenol linh động hơn H của Ancol và chứng minh ảnh hưởng của gốc phenyl đến nhóm OH.

→ Phản ứng này dùng để tách phenol khỏi hỗn hợp anilin và phenol sau đó thu hồi lại phenol nhờ phản ứng với các axit mạnh hơn:               

C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O → C₆H₅OH + NaHCO₃

C₆H₅ONa + HCl → C₆H₅OH + NaCl

Phenol bị CO₂ đẩy ra khỏi muối → phenol có tính axit yếu hơn axit cacbonic → phenol không làm đổi màu quỳ tím. (dùng axit mạnh đẩy axit yếu ra khỏi muối để chứng minh trật tự tính axit của các chất). Phản ứng này cũng chứng minh được ion C₆H₅O- có tính bazơ.

b. Phản ứng thế vào vòng benzen

- Thế Brom: phenol tác dụng với dung dịch brom tạo 2,4,6 - tribromphenol kết tủa trắng:

→ Phản ứng này dùng để nhận biết phenol khi không có mặt của anilin và chứng minh ảnh hưởng của nhóm OH đến khả năng phản ứng của vòng benzen.

- Thế Nitro: phenol tác dụng với HNO₃ đặc có xúc tác H₂SO₄ đặc, đun nóng tạo 2,4,6 - trinitrophenol (axit picric):

C₆H₅OH + 3HNO₃ → C₆H₂(NO₂)₃OH + 3H₂O

Chú ý: Ngoài phenol, tất cả những chất thuộc loại phenol mà còn nguyên tử H ở vị trí o, p so với nhóm OH đều có thể tham gia vào 2 phản ứng thế brom và thế nitro.

c. Phản ứng tạo nhựa phenolfomanđehit

Phenol + HCHO trong môi trường axit tạo sản phẩm là nhựa phenolfomandehit. 

• nC₆H₅OH + nHCHO  → nH₂O + (HOC₆H₂CH₂)n

4. Điều chế

Phenol được chiết xuất lần đầu tiên từ nhựa than đá nhưng ngày nay do nhu cầu tăng, phenol được sản xuất với quy mô lớn (khoảng 7 tỷ kg/năm) với nguồn nguyên liệu chủ yếu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Nguồn phenol chủ yếu được lấy từ sản phẩm chưng cất than đá. Ngoài ra, cũng có thể sử dụng benzen để điều chế.

C₆H₆ + Br2 → C₆H₅Br +  HBr (xúc tác bột Fe)

C₆H₅Br + 2NaOH(đặc) → C₆H₅ONa + NaBr + H₂O (nhiệt độ và áp suất cao)

C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O → C₆H₅OH + NaHCO₃

5. Bài tập vận dụng

Bài 1: Một hỗn hợp gồm 25 gam phenol và benzen khi cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thấy tách ra 2 lớp chất lỏng phân cách, lớp chất lỏng phía trên có thể tích 19,5 ml và có khối lượng riêng là 0,8 g/ml. Khối lượng phenol trong hỗn hợp ban đầu là :

A. 9,4 gam.                             B. 0,625 gam.   

C. 24,375 gam.                      D. 15,6 gam.

Lời giải

C₆H₅OH  + NaOH  -> C₆H₅ONa(tan) +  H₂O

Lớp chất tan này nằm ở phía dưới do có khối lượng riêng lớn , lớp chất lỏng ở phía trên chính là benzen không tan

=> m C₆H₆ = d.v=19,5.0,8 =15,6 (gam)

=> m C₆H₅OH = 25-15,6 =9,4 (gam)

=> Đáp án A

Bài 2: Cho 0,1 mol hợp chất hữu cơ thơm X (C, H, O) tác dụng với 400 ml dung dịch MOH 1M (M là kim loại kiềm). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được rắn khan Y. Đốt cháy toàn bộ lượng rắn khan Y bằng O2 dư; thu được 8,96 lít CO₂ (đktc); 3,6 gam nước và 21,2 gam M₂CO₃. Số đồng phân cấu tạo của X là.

A. 3                     B.4              C.5              D.6

Lời giải

nMOH= 0,4; nCO₂= 0,4; nH₂O= 0,2

ta có 2M + 60 = 21,2/0,2

=> M là Na

nC trong Y= 0,4 + 0,2=0,6

=> Y có 6C => X có 6C

nH trong Y= 0,2 . 2 = 0,4 => Y có 4 H

=> X là phenol có 2 nhóm OH nên số đồng phân của X là 3 đáp án A