Будова молекули фенолу
У молекулі фенолу гідроксид безпосередньо пов’язаний з атомом вуглецю бензольного ароматичного ядра.
Згадаймо будова груп атомів, що утворюють молекулу фенолу.
Ароматичне кільце складається з шести атомів вуглецю, створюючих правильний шестикутник, внаслідок sр2-гібридизації електронних орбіталей шести атомів вуглецю. Ці атоми зв’язані σ-зв’язками. Не беруть участь в утворенні σ-зв’язків р-електрони кожного атома вуглецю, перекриваються по різні сторони площини σ-зв’язків, утворюють дві частини єдиного шестіелектронного π-хмари, що охоплює все бензольні кільце (ароматичне ядро). У молекулі бензолу С6Н6 ароматичне ядро абсолютно симетрично, єдине електронне π-хмара рівномірно охоплює кільце атомів вуглецю під і над площиною молекули (рис. 43, а).
Порівняльна схема розподілу електронної щільності молекулах: а – бензолу; б – фенолу
Ковалентний зв’язок між атомами кисню і водню гідроксильного радикала сильно полярна. Загальна електронне хмара зв’язку О-H зміщена в бік атома кисню. У результаті на атомі кисню виникає частковий негативний заряд, а на атомі водню – частковий позитивний заряд. Крім того, атом кисню в гідроксильної групі має дві неподілені, що належать тільки йому електронні пари:
У молекулі фенолу гідроксильний радикал взаємодіє з ароматичним ядром, при цьому неподілені електронні пари атома кисню взаємодіють з л-хмарою бензольного кільця, утворюючи єдину електронну систему. Така взаємодія неподілених електронних пар і хмар π-зв’язків називають, як ви знаєте, р, π-сполученням (див. С. 148). У результаті сполучення неподіленої електронної пари атома кисню гідроксигрупи з електронною системою бензольного кільця зменшується електронна щільність на атомі кисню. Це зниження компенсується за рахунок більшої поляризації зв’язку О-Н, що, у свою чергу, призводить до збільшення позитивного заряду на атомі водню.
Отже, водень гідроксильної групи в молекулі фенолу має кислотний характер.
Сполучення електронів бензольного кільця і гідроксильної групи позначається не тільки на її властивості, а й на реакційної здатності бензольного кільця.
Справді, як ви пам’ятаєте, пару неподілених пар атома кисню з π-хмарою бензольного кільця призводить до перерозподілу електронної щільності в ньому (рис. 43, б). Вона знижується у атома вуглецю, пов’язаного з ОН-групою (позначається вплив електронних пар атома кисню), і підвищується у сусідніх з ним атомів вуглецю, т. Е. В положеннях 2 і 6, або орто-положеннях. Очевидно, що підвищення електронної густини у цих атомів вуглецю бензольного кільця призводить до локалізації (зосередження) негативного заряду на них. Під впливом цього заряду відбувається подальший перерозподіл електронної щільності в ароматичному ядрі – зміщення її від 3-го і 5-го атомів (мета-положення) до 4-го (орто-положення). Ці процеси можна виразити формулою.
Таким чином, наявність гідроксильного радикала в молекулі фенолу призводить до зміни π-хмари бензольного кільця, збільшенню електронної густини у 2, 4 і б-го атомів вуглецю (орто-, пара-положення) та зменшенню електронної густини у третьому і 5 го атомів вуглецю (мета-положення).
Локалізація електронної щільності в орто – і пара-положеннях робить їх найбільш ймовірними для атак електрофільних частинок при взаємодії з іншими речовинами.
Отже, вплив радикалів, складових молекулу фенолу, взаємно, і воно визначає його характерні властивості.
(2 votes, average: 4.50 out of 5)