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] Самый простой – фенол , C
₆ЧАС
₅ОЙ . Фенольные соединения классифицируются как простые фенолы или полифенолы в зависимости от количества фенольных звеньев в молекуле.

Фенол – самый простой из фенолов.

Химическая структура салициловой кислоты , активного метаболита аспирина .

Фенолы как синтезируются в промышленности, так и производятся растениями и микроорганизмами. ^[2]

Характеристики

Кислотность

Фенолы более кислые , чем типичные спирты. Кислотность гидроксильной группы фенолов обычно занимает промежуточное положение между кислотностью алифатических спиртов и карбоновых кислот (их рК _а 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).

Конденсация с альдегидами и кетонами

Фенолы подвержены электрофильным ароматическим замещениям . Конденсация с формальдегидом дает смолистые материалы, известные как бакелит .

Еще одним электрофильным ароматическим замещением в промышленных масштабах является производство бисфенола А , который получают конденсацией с ацетоном . ^[3]

C-Алкилирование алкенами

Фенол легко алкилируется в орто-положениях с использованием алкенов в присутствии кислоты Льюиса, такой как феноксид алюминия :

CH ₂ =CR ₂ + C ₆ H ₅ OH → R ₂ CHCH ₂ -2-C ₆ H ₄ OH

Таким способом ежегодно производится более 100 000 тонн трет- бутилфенолов (2000 год) с использованием изобутилена (CH ₂ =CMe ₂ ) в качестве алкилирующего агента. Особенно важен 2,6-дитрет-бутилфенол , универсальный антиоксидант . ^[3]

Другие реакции

Фенолы подвергаются этерификации . Эфиры фенола являются активными эфирами , склонными к гидролизу. Фенолы являются активными веществами в отношении окисления . Окислительное расщепление, например расщепление 1,2-дигидроксибензола до монометилового эфира 2,4-гексадиендиовой кислоты с кислородом, хлорида меди в пиридине ^[4] Окислительная деароматизация до хинонов , также известная как реакция Тойбера . ^[5] и оксон . ^[6] В реакции, изображенной ниже, 3,4,5-триметилфенол реагирует с синглетным кислородом , образующимся из оксона / карбоната натрия в смеси ацетонитрил /вода, с образованием пара-пероксихинола. Этот гидропероксид восстанавливают до хинола тиосульфатом натрия .

Фенолы окисляются до гидрохинонов при персульфатном окислении Эльбса .

Реакция нафтолов, гидразинов и бисульфита натрия в синтезе карбазола Бюхерера .

Синтез

Многие фенолы, представляющие коммерческий интерес, получают путем разработки фенола или крезолов . Обычно их получают путем алкилирования бензола / толуола пропиленом с образованием кумола , а затем O.
₂добавляется с помощью H
₂ТАК
₄с образованием фенола ( процесс Хока ). Помимо реакций, описанных выше, фенолы образуются во многих других, более специализированных реакциях:

• перегруппировка сложных эфиров в перегруппировке Фриса ^{[7] [8]}
• перегруппировка N -фенилгидроксиламинов в перегруппировке Бамбергера ^{[9] [10]}
• деалкилирование фенольных эфиров
• снижение хинонов
• замена ароматического амина по гидроксильной группе водой и бисульфидом натрия в реакции Бухерера ^[11]
• термическое разложение солей арилдиазония с превращением солей в фенол ^[12]
• окислением арилсиланов — ароматическая вариация окисления Флеминга-Тамао ^[13]
• каталитический синтез из арилбромидов и иодидов с использованием закиси азота ^[14]

Классификация

Самым продаваемым препаратом в США является Ацетаминофен , также известный как Парацетамол, являющийся фенолом.

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

Лекарства и биологически активные натуральные продукты

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

Рекомендации

1. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Фенолы». дои :10.1351/goldbook.P04539
2. Хеттеншвилер, Стефан; Витоусек, Питер М. (2000). «Роль полифенолов в круговороте питательных веществ в наземной экосистеме». Тенденции в экологии и эволюции . 15 (6): 238–243. дои : 10.1016/S0169-5347(00)01861-9. ПМИД  10802549.
3. Фиге Х; Фогес HW; Хамамото Т; Умемура С; Ивата Т; Мики Х; Фудзита Ю; Буйш Х.Дж.; Гарб Д. (2000). «Производные фенола». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a19_313. ISBN 978-3527306732.
4. 2,4-Гексадиенедиовая кислота, монометиловый эфир, (Z,Z) -Органический синтез , Сб. Том. 8, с. 490 (1993); Том. 66, с. 180 (1988) ст.
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, международное издание . 45 (17): 2737–2741. дои : 10.1002/anie.200504605. ПМИД  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). 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. Брейсгедл, Соня; Андерсон, Эдвард А. (2010). «Окисление арилсилана - новые пути получения гидроксилированных ароматических соединений». хим. Комм . 46 (20): 3454–6. дои : 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. Уилфред Вермеррис и Ральф Николсон. Биохимия фенольных соединений Springer, 2008.
16. Харборн, Дж. Б. (1980). «Растительные фенолы». В Белле, EA; Чарлвуд, Б.В. (ред.). Энциклопедия физиологии растений, том 8. Вторичные растительные продукты . Берлин Гейдельберг Нью-Йорк: Springer-Verlag. стр. 329–395.
17. Скотт, Кевин А.; Кокс, Филип Б.; Ньярдарсон, Джон Т. (26 мая 2022 г.). «Фенолы в фармацевтике: анализ повторяющегося мотива». Журнал медицинской химии . 65 (10): 7044–7072. doi : 10.1021/acs.jmedchem.2c00223. ISSN  0022-2623. PMID  35533692. S2CID  248667453.