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Fenoli

I fenoli sono composti in cui la funzione alcolica è direttamente legata a un anello aromatico.

Capostipite di questa classe, da cui prende anche il nome è il fenolo, di formula C₆H₅OH in cui un atomo di idrogeno del benzene è sostituito da un gruppo -OH.

Proprietà

Sebbene presentino lo stesso gruppo funzionale degli alcoli, i fenoli mostrano caratteristiche diverse rispetto ad essi. Gli alcoli sono acidi deboli che reagiscono con i metalli per formare gli alcossidi (o alcolati):

2 CH₃-OH + 2 Na → 2 CH₃-O^– + H₂

Metanolo + sodio → metossido di sodio + idrogeno gassoso

Risonanza

Nel fenolo uno dei due doppietti di elettroni liberi sull’ossigeno partecipa alla risonanza dell’anello benzenico, per cui esso viene rappresentato con un notevole contenuto di strutture polari con la carica positiva sull’ossigeno e la negativa dispersa nell’anello benzenico:

lo ione fenossido C₆H₅O^–  che si origina per dissociazione del fenolo viene anch’esso rappresentato come un ibrido di risonanza dalle strutture:

nelle strutture limite dello ione fenossido, contrariamente al fenolo indissociato, non vi sono separazioni di cariche, per cui lo ione fenossido è stabilizzato per risonanza in misura maggiore del fenolo.

Ne consegue che i fenoli hanno una notevole tendenza a dissociarsi, tendenza che è  maggiore di quella degli alcoli, in cui gli anioni non sono stabilizzati per risonanza da cui deriva che i fenoli sono acidi più forti degli alcoli (fenolo K_a∼ 10^-10 ; alcool  K_a∼ 10^-18). Una misura di questa maggiore acidità dei fenoli rispetto agli alcoli è ben rappresentata dal diverso comportamento che queste due classi di composti hanno con le basi. Così, mentre gli alcoli, per azione di idrati alcalini, non danno alcolati (è infatti necessaria l’azione di metalli come Li, Na, K, Mg), i fenoli reagiscono facilmente dando fenossidi (fenati).

R-OH + OH^– ≠ RO^– + H₂O

Ar-OH + OH^– → Ar-O^– + H₂O

L’acidità dei fenoli dipende dalla natura dei sostituenti presenti nell’anello aromatico: i sostituenti che stabilizzano lo ione fenossido disperdendo la carica negativa per effetto induttivo o mesomero intensificano l’acidità del fenolo.

I clorofenoli, infatti, sono più acidi dei fenoli e l’acidità dei clorofenoli isomeri decresce nell’ordine K_a (orto) > K_a (meta) > K_a (para) parallelamente alla diminuzione dell’effetto elettronattrattore del cloro sull’ossidrile con la distanza.

Nomenclatura

I fenoli possono venire denominati sia attraverso nomi comuni sia, quando il gruppo ossidrilico è il principale gruppo funzionale, come derivati del fenolo. Ad esempio:

il composto viene denominato 2 metilfenolo o orto metilfenolo.

Quando il gruppo ossidrilico, invece, non è il principale gruppo funzionale, la funzione fenolica viene denominata  con il prefisso idrossi-. Per esempio:

il composto viene denominato acido p-idrossibenzoico.

Proprietà fisiche

I fenoli puri sono incolori, ma, data la facilità di ossidazione all’aria, spesso appaiono colorati. I fenoli formano legami a idrogeno intermolecolari con se stessi e con molecole di solvente come l’acqua più forti dei corrispondenti alcoli saturi. Conseguentemente hanno punti di fusione, di ebollizione e solubilità in acqua più elevati di altri composti di peso molecolare simile e di alcoli saturi (cicloesanoli)

Metodi di preparazione

Dall’acido salicilico per reazione con idrossido di sodio in presenza di ossido di calcio

I prodotti di reazione sono, oltre al fenolo, il carbonato di sodio e l’acqua

Dalla toluidina per reazione con acido nitrico e acido cloridrico

Si ottiene un derivato del fenolo dagli acidi benzensolfonici:

Dagli alogenuri arilici (processo di Dow) in cui il clorobenzene viene fatto reagire con NaOH a 300°C:

C₆H₅Cl + 2 NaOH →2  C₆H₅O^– Na⁺

C₆H₅O^– Na⁺  + HCl → C₆H₅OH + NaCl

Dal cumene (processo Hock)  secondo il quale il fenolo può essere preparato industrialmente dal benzene e dal propene:

Reattività

Alcune delle reazioni dei fenoli vengono riportate in figura: