Skip to content · ⁨コンテンツへスキップ⁩

Hydroxy compounds · ⁨ヒドロキシ化合物⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level 化学⁩ · Topic 32 · ⁨トピック 32⁩

View Slides · ⁨查看幻灯片⁩ Train · ⁨練習する⁩
Video lesson for this topic · ⁨このトピックのビデオレッスン⁩ Open the video page · ⁨動画ページを開く⁩
8:38

水酸化合物(A2):フェノール

1860年代、外科手術は恐ろしいものでした。切開自体で生き延びることはできましたが、それに続く感染症では多くの人が命を落としました。切断術後、ほぼ半分…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨英語ナレーション・英語+中文字幕 burning-in⁩

32.1

Alcohols with acyl chlorides · ⁨アシル塩化物とのアルコール⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English
  1. describe the reaction with acyl chlorides to form esters using ethyl ethanoate
日本語
  1. アシルクロリドとの反応を用いて、エチルエタノ酸エステルを用いてエステルが生成される反応を記述せよ

Source: Cambridge International syllabus · ⁨出典: Cambridge International シラバス⁩

English

At A Level you meet one more reaction of an alcohol 醇: it reacts with an acyl chloride 酰氯 to make an ester 酯. This works faster and more completely than using a carboxylic acid. For example, ethanol and ethanoyl chloride give ethyl ethanoate, plus fumes of $\text{HCl}$.

日本語

A-Levelでは、アルコールのもう一つの反応に触れる:それはアシル塩化物と反応してエステルを作る。これはカルボン酸を使用する場合よりも速く、より完全に進行する。例えば、エタノールとエタンアシル塩化物からエチルエタノエートと、$\text{HCl}$の白煙が得られる。

エタノールがエタンアシル塩化物と反応してエステルエチルエタノエートと塩化水素を生成する様子
アシル塩化物はカルボン酸よりも速く、より完全にアルコールと反応してエステルとHClの白煙を与える
Explore · ⁨探索⁩

Acyl chloride with alcohol route · ⁨アシルクロリドからアルコールへの経路⁩

Follow nucleophilic acyl substitution to an ester. · ⁨求核アシル置換を経てエステルを作る。⁩

Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩
English 日本語
alcohol/ˈælkəhɒl/ アルコール
acyl chloride/əˈkɪl ˈklɔːraɪd/ アシルクロリド
ester/ˈestə/ エステル
32.2

Phenol · ⁨フェノール⁩

Syllabus · ⁨シラバス⁩
English
  1. recall the reactions (reagents and conditions) by which phenol can be produced: (a) reaction of phenylamine with $\text{HNO}_2$ or $\text{NaNO}_2$ and dilute acid below $10\text{ }^\circ\text{C}$ to produce the diazonium salt; further warming of the diazonium salt with $\text{H}_2\text{O}$ to give phenol
  2. recall the chemistry of phenol, as exemplified by the following reactions: (a) with bases, for example $\text{NaOH(aq)}$ to produce sodium phenoxide (b) with $\text{Na(s)}$ to produce sodium phenoxide and $\text{H}_2\text{(g)}$ (c) in $\text{NaOH(aq)}$ with diazonium salts, to give azo compounds (d) nitration of the aromatic ring with dilute $\text{HNO}_3\text{(aq)}$ at room temperature to give a mixture of 2-nitrophenol and 4-nitrophenol (e) bromination of the aromatic ring with $\text{Br}_2\text{(aq)}$ to form 2,4,6-tribromophenol
  3. explain the acidity of phenol
  4. describe and explain the relative acidities of water, phenol and ethanol
  5. explain why the reagents and conditions for the nitration and bromination of phenol are different from those for benzene
  6. recall that the hydroxyl group of a phenol directs to the 2-, 4- and 6-positions
  7. apply knowledge of the reactions of phenol to those of other phenolic compounds, e.g. naphthol
日本語
  1. フェノールが生成される反応(試薬および条件)を思い出し、(a)フェニルアミンを$\text{HNO}_2$または$\text{NaNO}_2$および希酸と$10\text{ }^\circ\text{C}$以下の温度で反応させ、ジアゾニウム塩を生成し、さらにジアゾニウム塩を$\text{H}_2\text{O}$で温めてフェノールを得る
  2. フェノールの化学を、以下の反応によって例示し、思い出せ。(a)塩基、例えば$\text{NaOH(aq)}$との反応によりフェノキシナトリウムを生成する (b) $\text{Na(s)}$との反応によりフェノキシナトリウムおよび$\text{H}_2\text{(g)}$を生成する (c) $\text{NaOH(aq)}$中でのジアゾニウム塩との反応によりアゾ化合物を生成する (d) 室温で希$\text{HNO}_3\text{(aq)}$を用いて芳香環をニトロ化し、2-ニトロフェノールおよび4-ニトロフェノールの混合物を得る (e) $\text{Br}_2\text{(aq)}$を用いて芳香環をブロモ化し、2,4,6-トリブロモフェノールを生成する
  3. フェノールの酸性を説明せよ
  4. 水、フェノールおよびエタノールの相対的な酸性を説明・解説せよ
  5. フェノールのニトロ化および臭素化に用いる試薬および条件が、ベンゼンと異なる理由を説明せよ
  6. フェノールの水酸基は2-, 4-および6-位置への置換反応を誘導することを記憶せよ
  7. 其他フェノール性化合物(例:ナフトール)に対するフェノールの反応の知識を適用せよ

Source: Cambridge International syllabus · ⁨出典: Cambridge International シラバス⁩

English

Phenol 苯酚 has an $\text{–OH}$ group joined directly to a benzene 苯 ring. This changes the chemistry of both the $\text{–OH}$ group and the ring.

Making phenol

Cool phenylamine 苯胺 with $\text{NaNO}_2$ and dilute acid below $10\,°\text{C}$ to make a diazonium salt 重氮盐. Warming this salt with water then gives phenol (and nitrogen gas).

Reactions of phenol

  • with a base such as $\text{NaOH(aq)}$: phenol reacts to give sodium phenoxide and water. (Ordinary alcohols do not react with $\text{NaOH}$ — this shows phenol is more acidic.)
  • with sodium metal: gives sodium phenoxide and hydrogen.
  • with a diazonium salt in $\text{NaOH(aq)}$: forms a coloured azo compound 偶氮化合物 (used in dyes).
  • nitration 硝化 with dilute $\text{HNO}_3$ at room temperature: gives a mixture of 2-nitrophenol and 4-nitrophenol.
  • bromination 溴化 with bromine water at room temperature (no catalyst): gives a white precipitate of 2,4,6-tribromophenol.

Acidity of phenol

Phenol loses its $\text{H}^+$ to form a phenoxide ion. This ion is stabilised because its negative charge is spread (delocalised) into the ring. So phenol's acidity 酸性 is higher than that of water or ethanol:

$$\text{ethanol} < \text{water} < \text{phenol}$$

(Phenol is still a weak acid — weaker than a carboxylic acid.)

Why the conditions are milder than for benzene

A lone pair on the phenol oxygen is partly delocalised 离域 into the ring. This makes the ring more electron-rich, so it attracts electrophiles more strongly. Phenol therefore reacts faster and under much milder conditions than benzene — no catalyst is needed, and dilute reagents work at room temperature.

The $\text{–OH}$ group directs new substituents to the 2-, 4- and 6-positions. The same ideas apply to other phenolic compounds, such as naphthol.

Worked example. Phenol, ethanol and ethanoic acid are each shaken with aqueous $\text{NaOH}$ and then with aqueous $\text{Na}_2\text{CO}_3$. Predict what happens, and order the three by acidity. Acidity depends on how well the anion left behind is stabilised. Ethanol's ethoxide keeps its charge stuck on one oxygen, so ethanol is weakest and reacts with neither. Phenol's phenoxide spreads the charge into the ring, making phenol acidic enough to react with the strong base $\text{NaOH}$ but not with the weaker $\text{Na}_2\text{CO}_3$ - so no fizzing. Ethanoate spreads the charge over two oxygens, the most effective of the three, so ethanoic acid reacts with both and fizzes with the carbonate. Order: ethanol < phenol < ethanoic acid. The carbonate is the discriminating test - only a carboxylic acid fizzes, which is exactly how you tell phenol from an acid.

日本語

フェノールはベンゼン環に直接$\text{–OH}$基が結合している。これにより、$\text{–OH}$基と環の両方の化学的性質が変化する。

ピンク色に変色したフェノールのサンプル
フェノールは低融点固体であり、空気中で酸化されるにつれて徐々にピンク色に変化する

フェノールの合成

アニリンを$\text{NaNO}_2$と希酸を用いて$10\,°\text{C}$以下に冷却するとジアゾニウム塩が得られる。この塩を水とともに温めるとフェノール(および窒素ガス)が得られる。

フェノールの反応

  • $\text{NaOH(aq)}$のような塩基との反応:フェノールは反応してフェノキシドナトリウムと水を生成する。(通常のアルコールは$\text{NaOH}$とは反応しない—これがフェノールの方が酸性であることを示す。)
  • ナトリウム金属との反応:フェノキシドナトリウムと水素ガスを生成する。
  • $\text{NaOH(aq)}$中のジアゾニウム塩との反応:有色のアゾ化合物(染料として使用)を形成する。
  • 室温での希$\text{HNO}_3$によるニトロ化:2-ニトロフェノールと4-ニトロフェノールの混合物が得られる。
  • 室温での臭素水による臭素化(触媒なし):2,4,6-トリブロモフェノールの白色沈殿が得られる。

フェノールの酸性

フェノールは$\text{H}^+$を失ってフェノキシドイオンとなる。このイオンは負電荷が環に分散(離域)することで安定化される。したがって、フェノールの酸性は水やエタノールよりも高い:

$$\text{ethanol} < \text{water} < \text{phenol}$$
フェノールがプロトンを失ってフェノキシドイオンとなり、カール矢印が負電荷を環内に広げる様子を示す図
フェノールは水やアルコールよりも酸性が高く、H$^+$を失ってフェノキシドイオンとなり、その負電荷が環に広がって安定化される

(フェノールは依然として弱酸であり、カルボン酸ほどではない。)

ベンゼンよりも条件が穏やかな理由

フェノールの酸素にある非共有電子対が一部環に離域する。これにより環は電子密度が高くなり、求電子試薬を強く引きつける。したがって、フェノールはベンゼンよりも速く、はるかに穏やかな条件下で反応する—触媒は不要であり、希試薬でも室温で機能する。

フェノールが室温で臭素水と反応して2,4,6-トリブロモフェノール(白色沈殿)を生成する様子
フェノールの環は活性化されているため、臭素水は触媒なしで室温において位置2, 4, 6を臭素化し、白色沈殿を与える

$\text{–OH}$基は新しい置換基を2-, 4-, 6-位へ誘導する。ナフタロールなどの他のフェノール類にも同じ原理が適用される。

ピンク色のカーボリックソープの棒状品
カーボリックソープにはフェノールが含まれており、これは最初の抗生物質の一つであった

** worked example. フェノール、エタノール、エタン酸それぞれを$\text{NaOH}$水溶液と攪拌した後、$\text{Na}_2\text{CO}_3$水溶液を加える。起こる現象を予測し、3つを酸性の順に並べよ。酸性は残った陰イオンがどれだけ安定化できるかによって決まる。エタノールのエトキシドイオンは電荷を単一の酸素上に保持するため、エタノールは最も弱く、どちらとも反応しない。フェノールのフェノキシドイオンは電荷を環内へ広げるため、フェノールは強い塩基$\text{NaOH}$とは反応するが、弱い$\text{Na}_2\text{CO}_3$とは反応せず、泡立たない。エタン酸イオンは電荷を2つの酸素に分散させることが可能であり、3つの中で最も効果的であるため、エタン酸は両方と反応し、炭酸塩と反応して泡立つ**。順序:エタノール < フェノール < エタン酸。炭酸塩は識別テストである—炭酸のみが泡立ち、これがフェノールと酸を見分ける方法である。

Explore · ⁨探索⁩

Phenol reaction lab · ⁨フェノールの反応実験⁩

Classify phenol reactions by the role of the aromatic OH group. · ⁨芳香族OH基の役割に基づいてフェノールの反応を分類する。⁩

Vocabulary · ⁨語彙⁩ Train · ⁨練習する⁩
English 日本語
phenol/ˈfenɒl/ フェノール
benzene/ˈbenziːn/ ベンゼン
phenylamine/ˌfiːˈnaɪləmiːn/ アニリン
diazonium salt/ˌdaɪəˈzəʊnɪəm sɒlt/ ジアゾニウム塩
azo compound/ˈɑːzəʊ ˈkɒmpaʊnd/ アゾ化合物
nitration/naɪˈtreɪʃn/ ニトロ化
bromination/ˌbrəʊmɪˈneɪʃn/ ブロモ化
acidity/æˈsɪdɪti/ 酸性度
delocalised/dɪˈlɒkəlaɪzd/ 非局在化
32.2

Exam tips · ⁨試験対策⁩

English
  • Phenol is a stronger acid than alcohols (its anion is stabilised by delocalisation) but weaker than carboxylic acids — it does not react with carbonates.
  • Phenol decolourises bromine water and gives a white precipitate without a catalyst (the ring is activated by oxygen).
  • Acyl chlorides react with alcohols/phenols to give esters readily (better than the reversible acid route); misty HCl fumes are the observation.
日本語
  • フェノールはアルコールよりも強い酸(その陰イオンは離域によって安定化される)だが、カルボン酸よりは弱い—炭酸塩とは反応しない。
  • フェノールは臭素水を脱色させ、触媒なしで白色沈殿を与える(環は酸素によって活性化されている)。
  • アシル塩化物はアルコール/フェノールと容易に反応してエステルを与え(可逆的な酸ルートよりも優れる)、白煙状のHClが観察される。

Interactive lessons on this topic · ⁨このトピックのインタラクティブ授業⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨一歩ずつ進め、即時チェック付きの問題で学習します。⁩

Past Papers · ⁨過去問⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level 化学⁩ · ⁨A-Level Chemistry · ⁨A-Level 化学⁩ の他のトピック⁩

Log in or create account · ⁨ログインまたはアカウント作成⁩

IGCSE, A-Level & AP