Благодаря наличию гидроксильных групп и особенностям электронной структуры бензольного кольца фенолы обладают свойствами слабых кислот.
Наиболее важное значение имеют реакции окисления. Склонность к легкой отдаче электрона, заложенная в структуре бензольного ядра, претерпевает определенные изменения с введением в кольцо одной или нескольких гидроксильных групп. Способность к обратимому окислению в хинон, через промежуточную стадию образования семихинонного радикала (см. выше), свойственна далеко не всем фенольным соединениям. При расположении гидроксильных групп рядом (орто-положение) легко образуются о-хиноны; напротив (пара-положение) - n-хиноны. Но 1,3-диоксибензолы (мега-положение) практически не окисляются по этому механизму, потому что при таком расположении гидроксилов невозможна перестройка электронной структуры и системы связей ароматического кольца в хинонную.
Только фенолы с определенным расположением гидроксильных групп могут легко и обратимо окисляться в семихинон и хинон, отдавая электроны и ядра водорода и выступая тем самым в роли восстановителей, антиоксидантов. Эта реакция в силу особой легкости отдачи может происходить при доступе кислорода и без , самопроизвольно. Причем продукты обратимого окисления - семихинон и хинон - выступают в роли самоускорителей реакции, автокатализаторов. До стадии хинона процесс обратим. Но если окисление продолжается, оно приводит к соединению отдельных фенольных молекул между собой - к окислительной конденсации с образованием полимерных продуктов.
Если вместе с о- или n-фенолом содержатся другие легко окисляющиеся вещества, фенольное соединение постепенно расходует свои электроны и протоны, превращаясь в хинон, но защищая от окисления вещество-соседа. И только после того, как ресурсы фенола исчерпаны, начинается окисление и того вещества, которое до того удавалось сохранить, например жира. Даже небольшая примесь фенола (0,01-0,02%) может долго предохранять скоропортящийся продукт от окисления. Вот почему фенолы называют веществами-антиоксидантами. Эта их способность очень широко используется и в медицине, и в пищевой промышленности, и в косметике, и в производстве ряда лекарств, витаминов и т. п.
Хорошо известно, что большинство полициклических токсичны для организма. Их окисление, гидроксилирование, в том числе с образованием фенолов,- основной путь обезвреживания этих соединений. По мере введения в кольцо все новых гидроксилов токсичность вещества падает. Заканчивается этот процесс разрывом кольца и сгоранием углеводорода до и воды. с мета-расположением гидроксильных групп не способны к обратимому окислению - дегидрированию; поэтому для них основной путь превращений лежит через прямое гидроксилирование кольца с его разрывом.
Под влиянием многоцелевых оксидаз большинство проникших в организм человека ароматических , окисляясь, теряют ядовитые свойства. Иногда, однако, происходит обратное: в процессе окисления некоторых ароматических углеводородов образуются соединения более токсичные и, в частности, канцерогенные, вызывающие злокачественное перерождение клеток.
Наряду с инактивацией окислительных свободных радикалов фенольные соединения оказывают антиоксидантное действие с помощью другого биохимического механизма. Многие фенольные соединения образуют довольно прочные, яркоокрашенные и стабильные комплексы с ионами металлов. Так, например, ион трехвалентного железа образует комплекс зеленого цвета с тремя молекулами пирокатехина. Соли свинца с флавоноидами образуют желтые или оранжевые комплексы. Ионы металлов катализируют свободное окисление органических соединений при доступе молекулярного кислорода. Присутствие ионов железа, меди, кобальта, марганца, молибдена, алюминия в жидкостях и тканях организма, в пищевых продуктах, лекарственных препаратах является одной из причин их ускоренного окисления. Фенолы, соединяя комплексообразующую способность с относительной безвредностью и малой токсичностью, тем самым ослабляют или выключают каталитическое действие свободных ионов тяжелых металлов.
Еще более важно, что аналогичная комплексообразующая активность фенолов проявляется и в отношении тех ионов металлов, которые включены в состав активных центров большинства окислительно-восстановительных ферментов или играют роль кофакторов или активаторов. Поэтому фенольные соединения выступают в качестве ингибиторов многих окислительных ферментов, в частности ферментов микроорганизмов, участвующих в порче пищевых продуктов.
Существование двух эффективных механизмов антиоксидантной активности делает фенолы особенно сильными антиокислителями. Но при их использовании в качестве пищевых антиоксидантов и консервантов, а также в легкой, парфюмерной и приходится учитывать и токсичность, растворимость в воде или жирах, вкусовые качества и т. п.
Если рядом с фенольным гидроксилом ввести одну или две массивные, объемистые группировки типа (СН3)3С, гидроксил оказывается защищенным от кислорода и других химически активных веществ. Такие «пространственно затрудненные» фенолы (бутилоксианизол, бутилокситолуол) очень устойчивы и удобны для применения в пищевой промышленности и медицине.
Консервирующее действие коптильного дыма во многом зависит от присутствия в нем простых фенолов - гидрохинона, пирокатехина, 3- и 4-метилпирокатехина и особенно пирогаллола. Выраженной антиокислительной активностью обладают и многие флавоноиды - кверцетин, и т. п. Впервые добавку органического антиокислителя для консервации пищевых продуктов применил французский фармацевт Дешамп в 1843 г. Он использовал бензойную кислоту для продления сроков хранения свиного сала. Гидрохинон, пирокатехин, пирогаллол, гваякол, нафтол и другие фенольные соединения стали применяться в качестве антиоксидантов в 1932-1935 гг. Эфиры галловой кислоты и «пространственно затрудненные» фенолы - еще позже.
Но принцип задержки окисления жиров и липидов с помощью фенольных антиоксидантов, освоенный человечеством недавно, в природе применяется давно и широко. По существу, все жиры, как растительные, так и животные, в естественных условиях содержат примесь антиоксидантов. Это прежде всего токоферолы - препараты витамина Е, каротиноиды (провитамины А), нафтохиноны, убихиноны и т. п. Рафинирование масел и жиров, чрезмерная их очистка, которой нередко увлекаются пищевики, в действительности приводят к тому, что свиной смалец, растительные жиры и тому подобные вещества оказываются лишенными естественной защиты, нестойки при хранении. Поэтому они нуждаются в добавке искусственных, синтетических антиоксидантов. Каждый такой препарат, прежде чем быть использованным в качестве пищевого консерванта, проходит очень строгую проверку на безвредность и эффективность.
Недостаток природных антиоксидантов, являющихся обязательной составной частью биологических мембран, является причиной (или, во всяком случае, одной из причин) раннего склероза сосудов и старения - так считают сегодня многие ученые. Длительная добавка к пище антиоксидантов способствует в опыте на крысах продлению жизни животных. Не исключено, что вскоре и для людей будут подобраны эффективные и безвредные антиоксиданты, способные отодвинуть старость и болезни, продлить активную жизнь человека. И растительные фенольные соединения (или их синтетические аналоги) могут оказаться наиболее подходящими средствами для этого.
Фенолы в нейтральной среде в водных или спиртовых растворах образуют соли с железа (III) хлоридом, окрашенные в сине-фиолетовый (одноатомные), синий (двухатомные: резорцин), зеленый (пирокатехин) или красный (флороглюцин). Это объясняется образованием катионов С 6 Н 5 ОFе 2+ , С 6 Н 5 ОFе + и др.
Методика: к 1 мл водного или спиртового раствора исследуемого вещества (фенол - 0,1:10, резорцин – 0,1:10, натрия салицилат – 0,01:10, пиридоксина гидрохлорид – 0,01:10 ) прибавляют от 1 до 5 капель раствора железа (III) хлорида. Наблюдается характерное окрашивание.
7.2. Реакции окисления (индофеноловая проба)
а). Реакция с хлорамином.
При взаимодействии фенолов с хлорамином и аммиаком образуется индофенол, окрашенный в различные цвета: сине-зеленый (фенол), буровато-желтый (резорцин), красно-бурый (ПАС-натрия) и др.
Методика:
0,05 г исследуемого вещества (фенол,
резорцин, ПАС-натрия
)
растворяют в 0,5 мл раствора хлорамина,
прибавляют 0,5 мл раствора аммиака. Смесь
нагревают на кипящей водяной бане.
Наблюдается окрашивание.
б). Нитрозореакция Либермана. Окрашенный продукт (красный, зеленый, красно-коричневый) образуют фенолы, у которых в орто- и пара-положениях нет заместителей.
Методика:
Крупинку вещества (фенол,
резорцин, тимол, кислота салициловая
)
помещают в фарфоровую чашку и смачивают
2-3 каплями 1% раствора натрия нитрита в
кислоте серной концентрированной.
Наблюдается окрашивание, изменяющееся
при добавлении раствора натрия
гидроксида.
7.3. Реакции конденсации с альдегидам.
Фенолы в присутствии кислоты серной концентрированной конденсируются с альдегидами с образованием бесцветного вещества. Затем кислота серная концентрированная дегидратирует продукт конденсации с образованием вещества хиноидной структуры. Появляется красное окрашивание.
Методика: Несколько крупинок вещества (фенол, резорцин, кислота салициловая, хинозол и др.) помещают в фарфоровую чашку и смачивают 2-3 каплями реактива Марки (или раствора другого альдегида в кислоте серной конц.). При стоянии наблюдается красное окрашивание.
Некоторые гетероциклические лекарственные вещества, содержащие фенольный гидроксил, дают красно-фиолетовое или сине-фиолетовое окрашивание (продукты окисления).
7.4. Сочетание с солями диазония
Фенолы в щелочной и аммиачной среде взаимодействуют с солями диазония с образованием азокрасителя (красное окрашивание):
азокраситель (красное окрашивание)
Методика: а). Приготовление диазореактива: 0,1 г кислоты сульфаниловой растворяют в 10 мл воды. Раствор подкисляют кислотой хлористоводородной и нагревают в течение 3 мин. К охлажденному раствору добавляют 2 мл 0,1 М раствора натрия нитрита.
б). К 0,05 г лекарственного вещества (резорцин, фенол, натрия салицилат, ПАС-натрия, хинозол ), растворенного в 5 мл воды, добавляют 2 мл раствора аммиака и 1 мл диазореактива. Образуется красное окрашивание .
1. ФС Реакция на фенольный гидроксил – в кислой среде с раствором хлорида железа (III): образуетсякомплексное соединение (фиолетово-красное окрашивание).
В этой реакции, как и всегда в реакциях с солями тяжелых металлов, важна определенная реакция среды. Водные растворы ПАС-натрия имеют рН 6,5-8,5, в этой среде с хлоридом железа образуется комплекс коричнево-красного цвета. Поэтому проводят подкисление разведенной хлороводородной кислотой.
Эта реакция является фармакопейной реакцией подлинности на ПАС-натрия, доказывающей наличие фенольного гидроксила. Однако, у этой реакции есть еще одно значение. Мы имеем дело с очень редким случаем, когда реакция подлинности является одновременно и реакцией обнаружения примеси . Это токсичное, фармакологически неактивное вещество – м-аминосалицилат натрия :
Он образует с хлоридом железа комплекс такого же цвета, как и ПАС-натрия, однако со временем выпадает осадок коричневого цвета . По фармакопее после появления фиолетово-красного окрашивания раствор оставляют на 3 часа. Не должно наблюдаться появления осадка коричневого цвета .
2.ФС Реакция образования азокрасителя , основанная на наличии в структуре: первичной ароматической аминогруппы и фенольного гидроксила .
А) В методике ФС после диазотирования раствором нитрита натрия в кислой среде проводят азосочетание с β-нафтолом в щелочной среде, появляется красное окрашивание (ЛВ диазосоставляющая):
Б) в методике МФ-II после диазотирования ЛВ в качестве азосоставляющей берется α-нафтиламин. Реакция проводится в кислой среде. Образуется красное окрашивание, переходящее в оранжевое при добавлении раствора гидроксида натрия (ЛВ диазосоставляющая):
В) следующий вариант образования азокрасителя основан на наличии фенольного гидроксила . Следовательно, при добавлении диазореактива происходит азосочетание в одну стадию, в орто- или пара- положении по отношению к фенольному гидроксилу (ЛВ азосоставляющая по -ОН ):
(дописать самостоятельно)
Г) есть еще один вариант, основанный на том, что ПАС-натрия имеет в структуре одновременно ПАА и фенольный гидроксил . Вначале проводят диазотирование по ПАА, затем азосочетание с ПАС-натрия (ЛВ диазо- и азосоставляющая ). В щелочной среде сочетается как фенол:
В кислой среде ПАС-натрия сочетается как амин, присоединение идет в 3-положении (пара- к ПАА).
3.На ион натрия –окрашивает пламя горелки в желтый цветФС .
При взаимодействии с цинкуранилацетатом образуется осадок желтого цвета.
1. Кислотные свойства. Фенолы - слабые кислоты, они слабее, чем угольная и карбоновые кислоты, со щелочами дают феноляты и воду:
но из растворов фенолятов фенолы вытесняются углекислым газом:
Приведенными реакциями пользуются при выделении фенолов из смеси с другими соединениями.
Фенолы, как и спирты, не изменяют окраски индикаторов, но кислотные свойства у них выражены хотя и слабо, но сильнее чем у воды и спиртов: С 6 Н 5 ОН > Н 2 0 > С 2 Н 5 ОН. У фенолов р-электроны кислорода входят в сопряжении с π-электронами ядра (энергия ~2 ккал/моль), увеличивая электронную плотность в орто- и пара-положениях. Это приводит к активации ядра в электрофильных реакциях замещения и к поляризации связи О←Н.
Кислотные свойства фенола усиливаются, если имеются электроноакцепторные группы, связанные с ядром, такие, как -N0 2 , -SO 3 H и др.
Например, в этом ряду пикриновая кислота (2,4,6-тринитрофенол) является самой сильной, по константе диссоциации приближается к минеральным кислотам.
89.
а) м-крезол + едкий калий; б) п-крезолят натрия + углекислота; в) тимол + едкий натр; г) пикриновая кислота + поташ; д) фенолят калия + углекислота; е) 2,4-динитрофенол + сода: ж) тимолят натрия + углекислота; з) п-крезол + едкий натр.
Качественная реакция на фенолы. Для открытия фенолов и енолов (енольных форм некоторых альдегидов и кетонов) используют цветную реакцию с водным раствором хлорного железа. Обычно появление окрашивания от синего до фиолетового указывает на присутствие фенолов, от кроваво-красного до василькового - алифатических енолов. В отличие от енолов фенолы лучше дают реакцию в присутствии воды:
90. Для фенолов, приведенных в упражнении 87, напишите уравнения цветной реакции с хлорным железом.
2. Реакция образования простых и сложных эфиров. Фенолы в отличие от спиртов труднее образуют простые и сложные эфиры. Простые эфиры фенолов получаются при действии на феноляты галогенпроизводных, в присутствии медного порошка:
Фенолы непосредственно карбоновыми кислотами не этерифицируются. Сложные эфиры фенолов и карбоновых кислот могут быть приготовлены действием ангидридов или галогенангидридов кислот на феноляты или на растворы фенолов в пиридине.
91. Напишите уравнения реакций и назовите продукты.
а) фенолят калия + метилбромид;
б) фенолят натрия + изопропилхлорид;
в) о-крезолят натрия + трет-бутилхлорид;
г) м-крезолят калия + уксусный ангидрид;
д) фенол (в пиридине) +уксусный ангидрид;
е) п-крезолят натрия + ацетилхлорид;
ж) п-крезол (в пиридине) + уксусный ангидрид;
з) п-крезолят натрия + уксусный ангидрид;
и) п-крезолят натрия + метилйодид;
к) м-крезолят натрия + метилбромид.
3. Реакция замещения гидроксила на галоген у фенолов идет труднее, чем у спиртов, ибо связь С-ОН у фенолов более прочная. Галогеноводороды на фенолы не действуют, a PCl 5 с небольшим выходом образует хлорбензол. Процесс осложняется побочными реакциями.
4. Восстановление фенолов в арены происходит при перегонке фенолов с цинковой пылью;
С 6 Н 5 - ОН + Zn → С 6 Н 5 + ZnO
92. Для фенолов, приведенных в упражнении 87, напишите уравнения реакций восстановления цинковой пылью. Назовите продукты реакции.
29. Наличие в структуре пиридоксина гидрохлорида фенольного гидроксила можно подтвердить с помощью раствора:
A. *Железа(III) хлорида
B. Калия перманганата
C. Натрия сульфата
D. Серебра нитрата
E. Натрия нитрита
30. Во время разработки аналитической нормативной документации на лекарственное средство, которое относится к группе фенолов, провизору-аналитику следует провести реакцию, которая подтверждает наличие фенольного гидроксила. Выберите соответствующий реактив:
A. *Железа(III) хлорид
B. Калия йодид
C. Кобальта нитрат
D. Меди(II) сульфат
E. Натрия сульфид
31. На анализ поступила субстанция парацетамола. При взаимодействии его с раствором железа(III) хлорида образовалось сине-фиолетовое окрашивание, что свидетельствует о наличии в его структуре:
A. *Фенольного гидроксила
B. Сложноэфирной группы
C. Кетогруппы
D. Альдегидной группы
E. Спиртового гидроксила
32. Провизор-аналитик проводит экспресс-анализ глазных капель, содержащих адреналина гидротартрат. После прибавления раствора хлорида железа(III) появилось изумрудно-зелёное окрашивание, что свидетельствует о наличии в молекуле адреналина:
A. *Фенольных гидроксильных групп
B. Ароматических аминогрупп
C. Альдегидных групп
D. Сложноэфирных групп
E. Карбоксильных групп
33. Аналитик контрольно-аналитической лаборатории выполняет экспресс-анализ морфина гидрохлорида. Наличие фенольного гидроксила подтверждается реакцией с раствором:
A. *FeCl 3
C. AgNO 3
D. K 3
E. Концентрированной HNO 3
34. При проведении фармацевтического анализа фенола , его идентифицируют по реакции с:
A. *Железа (ІІІ) хлоридом
B. Серебра нитратом
C. Бария хлоридом
D. Калия ферроцианидом
E. Аммония оксалатом
35. На анализ поступила субстанция морфина гидрохлорида. При ее взаимодействии с раствором железа хлорида(ІІІ), образовалась сине-фиолетовая окраска. Это свидетельствует о наличии в структуре этого лекарственного вещества:
A. *Фенольного гидроксила
B. Альдегидной группы
C. Спиртового гидроксила
D. Кетогруппы
E. Сложноэфирной группы
36. Качественная реакция на фенол – появление фиолетовой окраски с водным раствором неорганического соединения. Какого?
A. *FeCl 3
B. CuSO 4
C. Cu(OH) 2
D. Fe(SCN) 3
E. Pb(CH 3 COO) 2
37. Какие особенности структуры молекул позволяют различить морфина гидрохлорид и этилморфина гидрохлорид по реакции с раствором железа(ІІІ) хлорида?
A. *Наличие фенольного гидроксила
B. Наличие спиртового гидроксила
C. Наличие третичного азота
D. Наличие двойной связи
E. Наличие хлорид-ионов
38.
Аналитик контрольно-аналитической лаборатории выполняет экспресс-анализ натрия
пара
-аминосалицилата. Наличие фенольного гидроксила подтверждается реакцией с
раствором:
A. *FeCl 3
C. AgNO 3
D. K 3
E. Концентрированной HNO 3
39. Выберите реактив, который наиболее часто используется в фармацевтическом анализе для подтверждения наличие фенольного гидроксила в структуре лекарственных средств:
A. *Раствор железа(III) хлорида
B. Раствор калия йодида
C. Раствор 2,4-динитрохлорбензола
D. Раствор гидроксиламина
E. Раствор натрия гидрокарбоната
40. Билитраст – рентгеноконтрастное средство. Укажите реагент, с помощью которого можно подтвердить наличие фенольного гидроксила в его молекуле:
A. *Раствор феррума(III) хлорида
B. Спиртовый раствор йода
C. Раствор кислоты хлористоводородной
D. Раствор йода в калия йодиде
E. Раствор серебра нитрата
41. Какие особенности в структуре молекул позволяют различать парацетамол и фенацетин по реакции с раствором FeCl 3 ?
A. *Наличие свободного фенольного гидроксила
B. Наличие свободного спиртового гидроксила
C. Наличие аминного азота
D. Наличие двойной связи
E. Присутствие хлорид-ионов
42. Укажите, какую реакцию не используют для определения фенольного гидроксила:
A. *Гидроксамовую
B. Этерификации
C. С бромной водой
D. Индофенольную
E. Азосочетания
43. Качественная реакция на фенол – реакция с бромной водой. Какое соединение образуется при взаимодействии фенола с бромной водой и выпадает из раствора в виде белого осадка?
A. *2,4,6-Трибромфенол
B. 2-Бромфенол
C. 3-Бромфенол
D. 4-Бромфенол
E. 2,4-Дибромфенол
44.
При взаимодействии фенола с бромной водой образовался осадок белого цвета. Какое
соединение образовалось?
A. *2,4,6-Трибромфенол
B. 2,4-Дибромфенол
C. 2,6-Дибромфенол
D. 2-Бромфенол
E. 4-Бромфенол
45. Наличие какой функциональной группы в молекуле тетрациклиновых антибиотиков обусловливает возможность образования азокрасителей при реакциях с солями диазония?
A. *Фенольный гидроксил
B. Остаток диметиламина
C. Спиртовый гидроксил
D. Карбамидная группа
E. Метильная группа
46. Тимол – лекарственное вещество, содержащее в своей структуре фенольный гидроксил. Какой метод ГФУ рекомендует для количественного определения данного препарата?
A. *Броматометрия
B. Аргентометрия
C. Перманганатометрия
D. Нитритометрия
E. Ацидиметрия
Идентификация и количественное определение субстанций,
