Фенолы

Химические соединения, в которых гидроксильная группа присоединена непосредственно к ароматическому кольцу

В органической химии фенолы , иногда называемые фенолами , представляют собой класс химических соединений, состоящих из одной или нескольких гидроксильных групп ( −OH ) , связанных непосредственно с ароматической углеводородной группой. ^[1] Простейшим является фенол , C
₆ЧАС
₅ОН . Фенольные соединения классифицируются как простые фенолы или полифенолы в зависимости от количества фенольных единиц в молекуле.

Фенол – простейший из фенолов

Химическая структура салициловой кислоты , активного метаболита аспирина

Фенолы синтезируются промышленным способом, а также производятся растениями и микроорганизмами. ^[2]

Характеристики

Кислотность

Фенолы более кислые , чем типичные спирты. Кислотность гидроксильной группы в фенолах обычно промежуточная между кислотностью алифатических спиртов и карбоновых кислот (их pK _a обычно составляет от 10 до 12). Депротонирование фенола образует соответствующий отрицательный фенолят-ион или феноксид-ион , а соответствующие соли называются фенолятами или феноксидами ( арилоксидами согласно Золотой книге ИЮПАК). ^{[ необходима цитата ]}

Конденсация с альдегидами и кетонами

Фенолы восприимчивы к электрофильным ароматическим замещениям . Конденсация с формальдегидом дает смолистые материалы, например, бакелит . ^{[ требуется цитата ]}

Другим промышленным методом электрофильного ароматического замещения является производство бисфенола А , который получают путем конденсации с ацетоном . ^[3]

C-Алкилирование алкенами

Фенол легко алкилируется в орто-положениях с использованием алкенов в присутствии кислоты Льюиса, такой как феноксид алюминия : ^{[ требуется ссылка ]}

CH2 = _CR2 + _C6H5OH → _R2CHCH2-2 - C6H4OH_​​​_​​​_​​

Ежегодно (2000 год) таким образом производится более 100 000 тонн трет- бутилфенолов, используя в качестве алкилирующего агента изобутилен (CH ₂ =CMe _{2 ). Особенно важен} 2,6-дитрет-бутилфенол , универсальный антиоксидант . ^[3]

Другие реакции

Фенолы подвергаются этерификации . Эфиры фенола являются активными эфирами , склонными к гидролизу. Фенолы являются реакционноспособными видами по отношению к окислению . Окислительное расщепление, например, расщепление 1,2-дигидроксибензола до монометилового эфира 2,4-гексадиендиовой кислоты с кислородом, хлоридом меди в пиридине ^[4] Окислительная деароматизация до хинонов , также известная как реакция Тойбера ^[5] и оксона ^[6] В реакции, изображенной ниже, 3,4,5-триметилфенол реагирует с синглетным кислородом, полученным из оксона / карбоната натрия в смеси ацетонитрила / воды, до пара-пероксихинола. Этот гидропероксид восстанавливается до хинола с помощью тиосульфата натрия .

Фенолы окисляются до гидрохинонов в процессе персульфатного окисления по Эльбсу .

Реакция нафтолов и гидразинов с бисульфитом натрия в синтезе карбазола по Бухереру .

Синтез

Многие фенолы, представляющие коммерческий интерес, получаются путем переработки фенола или крезолов . Обычно их получают путем алкилирования бензола / толуола пропиленом с образованием кумола , а затем O
₂добавляется с H
₂ТАК
₄для образования фенола ( процесс Хока ). В дополнение к реакциям, описанным выше, многие другие более специализированные реакции производят фенолы:

• Перегруппировка эфиров в перегруппировке Фриса ^{[7] [8]}
• перегруппировка N -фенилгидроксиламинов в перегруппировке Бамбергера ^{[9] [10]}
• деалкилирование фенольных эфиров
• восстановление хинонов
• замена ароматического амина на гидроксильную группу с водой и бисульфидом натрия в реакции Бухерера ^[11]
• термическое разложение солей арилдиазония , соли превращаются в фенол ^[12]
• окислением арилсиланов — ароматической вариацией окисления Флеминга-Тамао ^[13]
• каталитический синтез из арилбромидов и иодидов с использованием закиси азота ^[14]

Классификация

Самый продаваемый препарат в США — ацетаминофен , также известный как парацетамол, — это фенол.

Существуют различные схемы классификации . ^{[15] : 2} Обычно используемая схема основана на числе атомов углерода и была разработана Джеффри Харборном и Симмондсом в 1964 году и опубликована в 1980 году: ^{[15] : 2  [16]}

Лекарственные препараты и биологически активные натуральные продукты

Более 371 препарата, одобренных FDA в период с 1951 по 2020 год, содержат либо фенол, либо фенольный эфир (фенол с алкилом), причем представлены почти все классы низкомолекулярных препаратов, а натуральные продукты составляют большую часть этого списка. ^[17]

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «фенолы». doi :10.1351/goldbook.P04539
2. Hättenschwiler, Stephan; Vitousek, Peter M. (2000). «Роль полифенолов в круговороте питательных веществ в наземных экосистемах». Trends in Ecology & Evolution . 15 (6): 238–243. doi :10.1016/S0169-5347(00)01861-9. PMID  10802549.
3. Фиге Х; Фогес HW; Хамамото Т; Умемура С; Ивата Т; Мики Х; Фудзита Ю; Буйш Х.Дж.; Гарбе Д; Паулюс В. (2000). «Производные фенола». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a19_313. ISBN 978-3527306732. {{cite encyclopedia}}: |work=проигнорировано ( помощь )
4. 2,4-Гексадиендиовая кислота, монометиловый эфир, (Z,Z)- Органические синтезы , Сборник. Т. 8, стр. 490 (1993); Т. 66, стр. 180 (1988) Статья.
5. "2,5-Циклогексадиен-1,4-дион, 2,3,5-триметил". Органические синтезы . 52 : 83. 1972.
6. Карреньо, М. Кармен; Гонсалес-Лопес, Маркос; Урбано, Антонио (2006). «Окислительная деароматизация пара-алкилфенолов в пара-пероксихинолы и пара-хинолы, опосредованная оксоном как источником синглетного кислорода». Angewandte Chemie International Edition . 45 (17): 2737–2741. doi :10.1002/anie.200504605. PMID  16548026.
7. Фрис, К .; Финк, Г. (1908). «Über Homologie des Cumaranons und ihre Abkömmlinge». Химише Берихте . 41 (3): 4271–4284. дои : 10.1002/cber.190804103146.
8. Фрис, К.; Пфаффендорф, В. (1910). «Über ein Kondensationsprodukt des Cumaranons und seine Umwandlung in Oxindirubin». Химише Берихте . 43 (1): 212–219. дои : 10.1002/cber.19100430131.
9. Бамбергер, Э. (1894). «Ueber die Reduction der Nitroverbindungen». Химише Берихте . 27 (2): 1347–1350. дои : 10.1002/cber.18940270229.
10. Бамбергер, Э. (1894). «Убер дас Фенилгидроксиламин». Химише Берихте . 27 (2): 1548–1557. дои : 10.1002/cber.18940270276.
11. Х. Бухерер (1904). «Über die Einwirkung schwefligsaurer Salze auf Fratische Amido- und Hydroxylverbindungen». Ж. Практ. хим. (на немецком языке). 69 (1): 49–91. дои : 10.1002/prac.19040690105.
12. HE Ungnade, EF Orwoll (1943). "3-Бром-4-гидрокситолуол". Органические синтезы . 23 : 11. doi :10.15227/orgsyn.023.0011.
13. Брейсгердл, Соня; Андерсон, Эдвард А. (2010). «Окисление арилсилана — новые пути к гидроксилированным ароматическим соединениям». Chem. Comm . 46 (20): 3454–6. doi :10.1039/b924135c. PMID  20582346. S2CID  31736757.
14. Ле Валлиант, Франк; Матеос Кальбет, Ана; Гонсалес-Пелайо, Сильвия; Рейджерс, Эдвард Дж.; Ни, Шэнъян; Буш, Джулия; Корнелла, Хосеп (2022). «Каталитический синтез фенолов закисью азота». Природа . 604 (7907): 677–683. Бибкод : 2022Natur.604..677L. дои : 10.1038/s41586-022-04516-4. ПМК 9046086 . ПМИД  35478236. 
15. Вильфред Вермеррис и Ральф Николсон. Биохимия фенольных соединений Springer, 2008.
16. Harborne, JB (1980). «Растительные фенолы». В Bell, EA; Charlwood, BV (ред.). Энциклопедия физиологии растений, том 8 Вторичные растительные продукты . Берлин-Гейдельберг-Нью-Йорк: Springer-Verlag. С. 329–395.
17. Скотт, Кевин А.; Кокс, Филип Б.; Ньярдарсон, Джон Т. (2022-05-26). «Фенолы в фармацевтических препаратах: анализ повторяющегося мотива». Журнал медицинской химии . 65 (10): 7044–7072. doi :10.1021/acs.jmedchem.2c00223. ISSN  0022-2623. PMID  35533692. S2CID  248667453.