background image

190

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

28

ALCOHOLS, PHENOLS

AND ETHERS

S

o far you have learnt the chemistry of hydrocarbons which serve as basic skeleton for

the attachment of various functional groups to give a large number of their derivatives. In
the last  lesson, we discussed one  such class of  compounds viz halogen derivatives  of
hydrocarbons
. Another very useful and important catagory of hydrocarbon derivatives is
that of compounds containing functional groups in which the carbon atom is linked to an
oxygen atom.

We have devoted two lessons for the study of these compounds. In this lesson, you will
study about compounds containing carbon-oxygen single bond (

C

O

) whereas the

next lesson deals with compounds containing carbon-oxygen double-bond (

O

C

).

Among the compounds with carbon-oxygen single bond are the classes of alcohols, phenols
and ethers having the following general structures.

These are very important categories of compounds both in the industry and in the synthesis
of other organic compounds. You will study each of these classes of compounds in this
Lesson.

Objectives

After reading this lesson, you should be able to

Classify alcohols as primary, secondary or tertiary;

Name simple alcohols according to IUPAC system of nomenclature;

List general methods of preparation of alcohols;

Discuss the properties of alcohols in the light of their structure;


background image

191

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

Explain various reactions exhibited by alcohols to give other categories of organic
compounds;

Give the names of common phenolic compounds;

Describe the laboratory and industrial methods of preparation of phenols;

Explain the greater acidity of phenols as compared to alcohols;

Discuss the reactions of phenols;

Name ethers according to the IUPAC system of nomenclature;

Describe the general methods of preparation of ethers and

Explain the important reactions of ethers.

28.1 Alcohols

Alcohols are organic compounds that have one or more hydroxy (-OH) groups bonded to
the carbon atoms in aliphatic compounds. They occur widely in nature and have many
industrial and pharmaceutical applications. For example, methanol and ethanol are two
industrially important alcohols.

3

3

2

CH

OH

CH CH

OH

Methanol

Ethanol

                (Methyl alcohol)

(Ethyl  alcohol)

28.1.1  Classification  and  Nomenclature  of Alcohols

Alcohols are classified as primary (1º), secondary (2º) or tertiary (3º) depending upon
whether the number of alkyl groups bonded to the carbon atom bearing the hydroxy group
is one, two or three, respectively.

primary alcohol

 secondary alcohol

tertiary alcohol

According to the IUPAC system of nomenclature, alcohols are called alkanols. They

are named as the derivatives of the corresponding alkane in which the -e of the alkane is

replaced by -ol .

The procedure for nomenclature involves the following steps:

Step 1: Select the longest carbon chain which contains the carbon atom bearing the –OH

group. Count the number of carbon atoms and identify the corresponding alkane. From

the name of this alkane, drop the final and suffix -ol in its place. This gives the root

name or the parent name.


background image

192

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

Step 2: Number the carbon chain starting from the end nearest to the hydroxy group. The
number of the carbon atom bearing the hydroxy group is indicated before -ol in the name.

Step 3: Number the other substituents according to their position on the chain.

Step 4: Write the name of the alcohol by listing the substituents in the alphabetical order
alongwith their position.

You  may  remember  from  Lesson  25  that  the  hydroxyl  group  takes  precedence  over
double  and  triple  bonds.

Table 28.1 illustrates some common alcohols and their IUPAC and common names. Go
through them in light of the steps given above for nomenclature.

Table 28.1 : Some common Alcohols and their Names

2

H C

2

CHCH OH

3

2

CH CHCH OH

1-Propanol

( -Propyl alcohol)

n

Prop-2-en-1-ol

3

2

CH CHCH OH

3

CH

2-Methylpropan

ol

-1-

(Isobutyl alcohol)*

2

CH OH

Phenylmethanol

(Benzyl alcohol)

3

3

CH CHCH

OH

Propan- ol

2-

(

propyl alcohol)

Iso

3

2

3

CH CHCH CH

OH

Butan- ol

2-

(

 Butyl alcohol)

sec

OH

Cyclohexanol

(Cyclohexyl alcohol)

OH

3

CH

—C—

3

CH

3

CH

2-Methylpropan

ol

-2-

(

-Butyl alcohol)

tert

3

CH

—C

3

CH

OH

3

CH

—C—

3

CH

3

CH

2,3,3-Trimethylbutan

ol

-2-

Primary
Alcohol

Secondary
Alcohol

Tertiary
Alcohol

OH

3

CH

1-Methylcyclohex-1-ol

* The names given in the brackets are common names.

In the above examples, only one -OH group is present in the molecule. These alcohols are
called monohydric alcohols. Alcohols having two hydroxyl groups in a molecule are
known  as dihydric alcohols or diols or glycols.  Examples  of  some  diols  are  shown
below :

CH

OH

2

CH

OH

2

—CH

3

CH

OH

2

CH OH

Ethane-1,2-diol

Propane-1,2-diol

(Ethylene  glycol)

(Propylene  glycol)

Note that the term glycol generally means 1,2-diol or a vicinal diol. In these diols, the two
hydroxyl groups are present on the adjacent carbon atoms.

Similarly,  alcohols  having three  hydroxyl  groups  are  called trihydric  alcohols.  1,2,3-
propanetriol which is commanly known as glycerol, is a trihydric alcohol.


background image

193

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

OH

2

CH —OH

HO —

2

CH

CH

1,2,3-Propanetriol

(Glycerol)

28.1.2  General  Methods  of  Preparation

Alcohols are synthesized by the following general methods. You might have come across
some of these methods in previous lessons. Let us now study these methods.

1.  Hydrolysis  of  Haloalkanes

Haloalkanes can be converted to corresponding alcohols using aqueous sodium or potassium
hydroxide or water as nucleophiles.

3

2

3

2

CH CH Cl

NaOH(aq.)

CH CH OH

NaCl



Chloroethane

Ethanol

Br

OH

3

CH

2

CH

CH

3

CH

aq. NaOH

3

CH

2

CH

CH

3

CH

2. From  hydration of Alkenes

Hydration means addition of water molecule. In case of alkenes, hydration is the addition
of H

+

 and OH

 across the double bond to give alcohols.

Alkenes can be hydrated by the following methods:

(i) Acid-catalysed Hydration

Alkenes can be hydrated to yield alcohols in the presence of acid catalysts.

OH

2

4

H SO

3

2

CH CH

3

H O

+

2

CH

2

H C

+

4

HSO

3

2

CH CH

Ethene

Ethyl hydrogen

Ethanol

sulphate

The reaction proceeds via alkyl hydrogen sulphate and this method is used for the industrial
preparation of ethanol.

In case of unsymmetric alkenes, the addition follows Markovniokov’s rule.

3

CH

C

C

H

H

3

CH

3

CH

C

C

H

H

H

3

CH

OH

2

H / H O

+

2-Methylpropene

2-Methyl-2-propanol


background image

194

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

(ii)  Oxymercuration-demercuration

Alkenes  react  with  mercury  (II)  acetate,  i.e.  mercuric  acetate  [

3 2

Hg(OCCH )

O

also

represented as Hg(OAc)

2

] in aqueous tetrahydrofuran (THF) solvent to give hydroxyalkyl

mercury compounds which are reduced to alcohols by sodium borohydride.

Step  1:  Oxymercuration

3

CH COOH

— C

C —

C

— C

Hg

OAc

THF

+

2

H O +

2

Hg(OAc)

HO

+

Step  2:  Demercuration

Hg

C

C —

C

— C

H

+

+

4

NaBH

HO

+

HO

Hg – OAc

3

CH COO

+

OH

This method gives very good yield of alcohols and here also, the addition takes place in
Markovnikov’s fashion.

OH

2

CH

2

CH

3

2 2

CH (CH ) CH

3

2 2

CH (CH ) CH

2

Hg(OAc)

HgOAc

4

NaBH

OH

3

2 2

3

CH (CH ) CHCH

Hg

+

OH

aq. THF

Pent-1-ene

Pentan-2-ol

     (93%)

(iii) Hydroboration - Oxidation

When an alkene reacts with BH

3

 (a boron hydride) in THF solution, an organoborane is

obtained.

Since BH

3

 has three hydrogens, above addition can occur three times to give trialkylborane

(R

3

B). This is shown below for propene.


background image

195

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

H

3

CH CH

2

CH

2

BH

2

CH

3

CH CH

3

(CH

2

2 2

CH CH ) B

Dipropylborane

Propylborane

Tripropylborane

3

2

2 3

(CH CH CH ) B

3

BH

+

2

CH

3

CH CH

Propene

2

CH

3

CH CH

The trialkylborane so obtained is oxidised using alkaline hydrogen peroxide solution to give
three molecules of alcohols and boric acid.

    (CH

3

CH

2

CH

2

)

3

B

2

2

H O / OH

  3CH

3

CH

2

CH

2

OH  +  B(OH)

3

Tripropylborane

Propanol

    Boric acid

Note that hydroboration-oxidation yields the anti-Markovnikov addition of water although
the reaction proceeds according to Markonikov’s rule.

3. Reduction  of Carbonyl  Compounds

Carbonyl compounds (which contain –C–

O

 group) such as aldehydes, ketones, carboxylic

acids and esters can be reduced to alcohols.

Aldehydes give primary alcohols while ketones yield secondary alcohols on reduction.

C

— —

H

C

H

O

R

O

H

H

R

C

— —

H

C

R'

O

R

O

H

R

R'

Primary alcohol

Secondary alcohol

Reduction

Reduction

Aldehyde

Ketone

H /Pd

2

NaBH

4

Carboxylic acids and esters also give primary alcohols on reduction.

C

— —

H

C

OH

O

R

OH

H

R

Reduction

C

— —

H

C

OR '

O

R

O

H

H

R

Reduction

or

+

Carboxylic acid

Primary alcohol

Primary alcohol

Ester

R '

OH

LiAlH

4


background image

196

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

The reduction is carried out using hydride reagents such as lithium aluminium hydride
(LiAIH

4

) and sodium borohydride (NaBH

4

). LiAIH

4

 is stronger and reacts explosively

with water while NaBH

4

 is convenient to handle and reacts slowly.

Lithium aluminium hydride reduces all of the above classes of compounds while sodium
borohydride reduces only aldehydes and ketones and does not reduce carboxylic acids and
esters. Hence, it can be used to selectively reduce aldehydic/ketonic carbonyl group in
presence of carboxylic acid/ester function. Some examples below illustrate the use of
these  reagents.

O

3

2

2

CH CH CH CH

4

2

5

1. NaBH , C H OH

3

2.H O

+

3

2

2

2

CH CH CH CH OH

Butanol

Butan-1-ol

4

1.LiAlH , ether

3

2.H O

+

O

H

OH

  Cyclohex-2-enone

Cyclohex-2-enol

4.  From Aldehydes  and  Ketones  using  Grignard  Regents
Grignard reagents react with methanal (or formaldehyde) to give a primary alcohol.

      Propyl magnesium bromide    Methanal

Butan-1-ol

(Primary  alcohol)

All other aldehydes yield secondary alcohols on reaction with Grignard reagents.

Ethyl  magnesium

Ethanal

Butan-2-ol

bromide

(Acetaldehyde)

(Secondary  alcohol)

With ketones, Grignard reagents give tertiary alcohols.

Ethyl magnesium

Propanone

     2-Methylbutan-2-ol

bromide

5. Diazotization of Primary Aliphatic Amines

This reaction also yields alchols and will be discussed in Lesson 30.

6.  Fermentation

Ethanol is prepared on a large scale using fermentation. It involves breaking down large
molecules into simpler ones using enzymes. Usually, yeast is added as a source of enzymes.


background image

197

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

The fermentation of sugar is shown below :

C H O   +  H O

12

22

11

2

Sugar

Investase

C H O   +  C H O

6

12

6

6

12

6

Glucose

Fructose

Zymase

2 C H OH  +  2 CO

2

5

2

Ethanol

28.1.3  Structure and Physical Properties

The structure of alcohols is similar to that of water. The structures of water and methanol
molecules are shown in Fig. 28.1.

H

H

H

H

H

H

O

C

C

Fig. 28.1: Water and Methanol molecule

You know that the electronegativity of oxygen is more than that of hydrogen. Therefore,

in alcohols, the O–H bond is polar in nature. In other words, oxygen has a slight negative

charge on it whereas hydrogen has a slight positive charge. This bond polarity alone

cannot explain the higher boiling points of alcohols as compared to hydrocarbons or similar

haloalkanes, as listed in Table 28.2.

Normally, hydrogen bonding is responsible for higher boiling points of alcohols. Hydrogen

bonding amongst alcohol molecules is depicted in Fig. 28.2.

H

H

O

H

O

H

H

O

R

R

R

R

R

O

O

+

+

+

+

H

yd

ro

ge

n

bo

nd

in

g

Fig. 28.2: Hydrogen bonding in alcohol molecules

You can see that the negatively polarised oxygen atom of one alcohol molecule attracts

the positively polarised hydrogen atom of the other molecule. Thus, alcohol molecules are

associated or are held together. This force of attraction is to be overcome before a molecule

is set free from the liquid state and vaporises. Thus, more heat energy is required to break

the hydrogen bonds and hence, the boiling points of alcohols are higher than alkanes and

haloalkanes of comparable molecular mass.


background image

198

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

Table 28.2: Physical Properties of some Alcohols, Hydrocarbons and related Haloalkanes

Compound

IUPAC Name Melting Point

Boiling Point

Solubility

(K)

(K)

g/100 mL of water

CH OH

3

Methanol

175.2

322.8

CH4

Methane

90.5

181.13

CH Cl

3

Chloromethane

175.3

248.8

CH CH OH

3

2

Ethanol

158.3

351.5

CH CH

3

3

Ethane

189.7

184.4

CH CH Cl

3

2

Chloroethane

136.6

285.3

CH CH CH OH

3

2

2

Propan-1-ol

378.04

CH CH CH

3

2

3

Propane

85.3

230.9

CH

3

CH CH

3

OH

Propan-2-ol

184

355

CH CH CH CH OH

3

2

2

2

Butan-1-ol

 183

391

8.3

CH

3

CH

2

CH CH

3

OH

Butan-2-ol

 159

 373

 10.0

From the last column of Table 28.2, you must have noticed that alcohols have high solubilities
in water. The lower alcohols are completely miscible and their solubilities decrease as the
hydrocarbon portion of the molecule becomes larger. The higher solubility of alcohols can
be again attributed to the hydrogen bonding. In this case, hydrogen bonding takes place
between the alcohol and water molecules as is shown below in Fig. 28.3.

R – O       H – O       H – O       H – O

H

H

R

H

Fig. 28.3: Hydrogen bonding in a solution of methanol and water

28.1.4  Reactions  of Alcohols

Alcohols exhibit the following reactions:

1. Acidic and  Basic  behaviour

Alcohol behave both as acids and bases. They are weakly acidic. A strong base such as a
hydride ion (H

) in sodium hydride (NaH), can remove the proton from the alcohol molecule

and an alkoxide ion results.

R

H

+

B

R

+

B

H

O

. .
. .

O

. .

. .

Alcohol

Base

Alkoxide ion       Protonated base


background image

199

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

H

+

B

+

BH

O

. .
. .

O

. .

. .

3

2

CH CH

3

2

CH CH

Ethanol

      Base

Ethoxide ion   Protonated base

When  water  is  used  as  a  base,  the acid  dissociation  constant  (K

a

)  and pK

a

  can  be

written as follows:

2

3

R

O

H

H O

R

O

H O



  



a

K

3

[H O ]]RO ]

[ROH]

a

K

pK

a

 = – log K

a

Some pK

a

values are listed in Table 28.3.

Table 28.3: pK

a

values of some compounds

Compound

pK

a

CH OH

3

15.5

H O

2

15.74

CH CH OH

3

2

15.9

16.5

CH

3

– C – OH

CH

3

CH

3

18.0

Remember  that  the  lower  the  pK

a

value,  higher  is  the  acidity  of  the  compound.

Alcohols can behave as weak bases also. They have lone pair of electrons on oxygen
atom and hence they can be protonated by strong acids to give oxonium ions as shown
below:





Alcohol

Acid

Oxonium  ion

2.  Formation  of Alkoxides

Alcohols react with sodium or potassium metals to give the respective alkoxides.

3

2

3

2

2

1

CH CH OH

Na

CH CH O Na

H (g)

2



Ethanol

Sodium

Sodium

metal

ethoxide


background image

200

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

3 3

3 3

2

1

(CH ) C OH

K

(CH ) C O K

H (g)

2

 

 

         tert-Butyl alcohol

Potassium

Potassium

metal

tert-butoxide

Alkoxides are used in the synthesis of organic compounds.

3.  Conversion  to Alkyl  Halides

You have already studied in Lesson 27 that alcohols react with a variety of reagents to
form alkyl halides. These are hydrogen halides (such as HCl, HBr or HI), phosphorus
tribromide (PBr

3

) and thionyl chloride (SOCl

2

). The reaction involves the breaking of

OH

R

 bond of alcohol molecule.

+ H

2

O

Cyclohexanol

Bromocyclohexane

3

2

2

2

CH CH CH OH SOCl

+

3

2

2

2 (g)

(g)

CH CH CH Cl SO

HCl

+

+

Propan-1-ol

1-Chloropropane

Tertiary alcohols are readily converted to alkyl halides by HCl or HBr while the best
method with primary and secondary alcohols is by using PBr

3

 or SOCl

2

 as the reagents.

Another advantage of using SOCl

2

is that both the by-products in this reaction, i.e. SO

2

 and

HCl are gases and hence can be easily eliminated to yield pure alkyl halide.

Lucas  Test
The formation of alkyl halides from alcohols is the basis of this test. In involves the
reaction of the alcohol with Lucas reagent (i.e. anhyd. ZnCl

2

  +  conc.  HCl). Since the

reactivity of alcohols is in the following order :

primary alcohols

<

secondary alcohols

<

tertiary alcohols

With primary alcohols turbidity does not appear. In case of secondary alcohols, turbidity
appears within 5 mintues whereas it appears immediately with tertiary alcohols. The turbidity
is due to the formation of alkyl chlorides from the corresponding alcohols.


background image

201

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

4.  Formation  of Alkenes

Alcohols can be dehydrated to alkenes. This reaction requires an acidic catalyst and is
favoured at higher tempratures. Usually sulphuric and phosphoric acid are used as acidic
catalysts. You have come across this reaction in Lesson 26 also. The ease of dehydration
follows the following order amongst alcohols.

tertiary alcohols

>

 secondary alcohols

>

 primary alcohols

5. Dehydration to form Ethers

Intermolecular dehydration of alcohols yields ethers. This reaction takes place at a lower
temperature than that for dehydration to give alkenes.

The formation of ethers by dehydration is a substitution type of reaction and gives only
symmetrical ethers. You will study a better method of synthesis of ethers later under the
section of ethers in this lesson.

6.  Oxidation

Alcohols can be oxidised to carbonyl compounds. Primary alcohols give aldehydes or
carboxylic acids on oxidation while secondary alcohols yield ketones. The tertiary alcohols
do not usually undergo oxidation. Normally   KMnO

4

, CrO

3

 and Na

2

Cr

2

O

7

 or K

2

Cr

2

O

7

are used as oxidising agents.

2

2

7

2

4

2

K Cr O ,H SO

Further oxidation

3

2

2

3

2

3

2

H O

CH CH CH OH

CH CH CHO

CH CH COOH





Propan-1-ol

Propanal

 Propanoic acid

The aldehydes obtained by oxidation of the primary alcohols get further oxidised to carboxylic
acids as shown above. You will study more about these classes of compounds in the next
lesson.

The oxidation can be controlled and aldehydes are obtained as the products by using
pyridium chlorochromate (PCC) which is a mild reagent.

PCC

3

2 8

2

3

2 8

CH (CH ) CH OH

CH (CH ) CHO



Decanol

Decanal

Secondary alcohols can be oxidised to ketones as shown below :

H

OH

Cyclohexanol

2

2

7

2

4

Na Cr O

H SO



O

Cyclohexanone


background image

202

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

7.  Formation  of  Esters

Alcohols react with carboxylic acids to form esters. This reaction is discussed in the next lesson.

3

3

2

CH COOH

CH CH OH

+

3

2

3

2

CH COOCH CH

H O

+

H+

Ethanoic acid

Ethanol

Ethyl  ethanoate

Water

This reaction is called esterification reaction and is reversible in nature.

U s e s

Alcohols find a large variety of uses as follows :

1. As solvents

2. As laboratory reagents

3. In medicines

4. As thinners in paints, varnishes, etc.

Intext Questions  28.1

1. Give the IUPAC names of the following alcohols :

(i)

OH

CH

3

CCH

2

CH

2

CH

3

CH

3

(ii) CH

3

CH == CCH

2

CH

3

CH

2

OH

(iii)

OH

CH

3

CHCH

2

CH

2

CH

2

OH

....................................................................................................................................

2. How will you prepare propan-1-ol from propanal?

....................................................................................................................................

3. Give the synthesis of 2-methylpropan-2-ol using Grignard reagent.

....................................................................................................................................

4. Give the product of the following reactions:

28.2  Phenols

The name phenol is specifically used for the following compound (hydroxybenzene) in
which one hydroxyl group is attached to the benzene ring.


background image

203

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

OH

Phenol

It is also  used as a general name for  the class of compounds derived  from the above
compound. Phenol is a disinfactant. Phenols are widely distributed in nature. They are
also important in the synthesis of organic compounds such as aspirin and in the preparation
of dyes. Phenol is also used in the manufacture of bakelite which is a very useful polymer.

28.2.1  Nomenclature  of  Phenols

Some representative examples of phenolic compounds are given below:

Note that the term phenol is used as a parent name and the other substituents present in
the compound are given a specific number according to their position on the aromatic ring.
As done before the common names of the above compounds are given in the brackets
below their IUPAC names.

28.2.2  General  Methods  of  Preparation

We can categorise the methods of preparation as methods of laboratory synthesis and
industrial synthesis of  phenols.

A.  Laboratory  Synthesis  of  Phenols

1. From Arenediazonium Salts

It is the most general method of preparation of phenols and requires mild conditions.

Arenediazonium salts or aromatic diazonium salts are obtained by the diazotization of
primary aromatic amines as given below :


background image

204

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

Benzenamine

        Benzenediazonium chloride

(Aniline)

(an aromatic amine)

The arenediazonium salt on hydrolysis yields phenol.

Benzenediazonium  chloride

Phenol

2. Alkali  Fusion  of  Sodium  Benzenesulphonate

This was the first commercial synthesis of phenol developed in Germany in 1890. It can
also be used as a laboratory method for synthesis of phenol.

Sodium benzenesulphonate is fused with sodium hydroxide to give sodium phenoxide which
on acidification yields phenol.

3

SO Na

+

623 K

2NaOH

+

2

3

Na SO

+

2

H O

+

OH

Sodium phenoxide

Sodium benzenesulphonate

3

H O

+

Phenol

O Na

 

+

B.  Industrial  Synthesis  of  Phenols

1.  Dow  Process

In this process, chlorobenzene is heated with aqueous sodium hydroxide under pressure.
Sodium phenoxide so produced on acidification gives phenol.

2

H O

Cl

623 K

2NaOH

+

NaCl

+

+

OH

Sodium phenoxide

Chlorobenzene

3

H O

+

Phenol

Pressure (300 atm)

O Na

– 

+


background image

205

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

This  method  was  in  use  for  many  years  but  now  phenol  is  synthesised  via  cumene
hydroperoxide which is discussed below.

2.  From  Cumene  Hydroperoxide

The reaction between benzene and propene in presence of phosphoric acid yields cumene.

Cumene is then oxidised to cumene hydroperoxide by air.

In the final step, cumene hydroperoxide is treated with 10% sulphuric acid to give phenol
and acetone on hydrolytic rearrangement.

Note that propanone is obtained as a valuable byproduct in this reaction.

28.2.3  Physical  Properties

Similar to alcohols, phenols also have hydrogen atom linked to the electronegative oxygen
atom. Thus, phenols also exhibit hydrogen bonding and hence have higher boiling points as
compared to the hydrocarbons of similar molecular weight.


background image

206

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

Due to their ability to form hydrogen bonds, phenols show some water solubility. For
example, the solubility of phenol is 9.3 g per 100

mL

of water..

28.2.4  Reactions  of  Phenols

Let us now study the reactions exhibited by phenols.

1. Acidic and  Basic  Nature

Phenols are much more acidic than alcohols. pK

a

values of some phenols are listed in

Table 28.4.

Table 28.4: pK

a

values of phenols

Name

pK

a

Phenol

9.89

2- Methylphenol

10.20

2-Chlorophenopl

8.11

3-Chlorophenol

8.80

2-Nitrophenol

7.17

3-Nitrophenol

8.28

4-Nitrophenol

7.15

2,4,6-Trinitrophenol

0.38

(Picric acid)

Since phenols are acidic in nature, they are soluble in dilute sodium hydroxide.

The greater acidity of phenols can be attributed to the resonance stablisation of the phenoxide
ion. The resonance structures of pheoxide ion are shown in Fig. 28.4.

Fig. 28.4: Resonance structures of phenoxide ion

The delocalisation of the negative charge over the benzene ring stabilises the phenoxide
ion. No such stabilisation is possible, in case of alkoxide ions.

Similar resonance is also shown in phenol itself, see Fig 28.5. But the resonance structures
of phenol are less stable as compared to those of phenoxide ion as they involve the separation
of charge.


background image

207

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

O  H

OH

+

OH

+

OH

+

. .

. .

. .

. .

. .

. .

Fig. 28.5: Resonance structures of phenol

If you carefully go through the pK

a

values given in Table 28.4, you would see that the

electron donating substituents such as methyl group decrease the acidity of phenol and
hence alkylphenols have greater pK

a

 values as compared to phenol itself. On the other

hand, electron withdrawing substituents increase the acidity and phenols having these
substituents (–Cl, –NO

2

, etc.) have lower pK

a

values than phenol. In fact, 2,4,6-trinitrophenol

is more acidic than many carboxylic acids.

Phenols behave as weak bases also. Similar to alcohols, they can also be protonated to
give phenyloxonium ion.

2.  Electrophilic  Substitution  Reactions

The hydroxyl group is a powerful activating group and hence phenols readily undergo
electrophilic substitution reactions. In this reaction, an electrophile (electron loving species)
attacks the benzene ring and replaces one of its hydrogen atoms. Since the ortho and
para positions of the phenol are electron rich, the substitution takes place at these positions.
Two such reactions are halogenation and nitration reactions. Let us now study them in
details.

(i)  Halogenation: Phenol  reacts  with  bromine  in  aqueous  solution  to  give  2,4,6-
tribromophenol in about 100% yield.

Bromination can be limited to monobromination to give mainly 4-bromophenol using low
temprature and less polar solvent such as carbon disulphide. The other product formed in
minor quantity is 2-bromophenol.


background image

208

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

(ii) Nitration: Phenol gives a mixture of 2-nitro and 4-nitrophenols on nitration with dilute
nitric acid.

The mixture of nitrophenols so obtained is separated using steam distillation. Both these
products  show  hydrogen  bonding.  In  case  of  2-nitrophenol,  the  hydrogen  bonding  is
intramolecular  (in  the  same  molecule)  whereas  in  case  of  4-nitrophenol,  it  is
intermolecular (between different molecules). These are depicted in Fig. 28.5.

O

           2-Nitrophenol

N

O

O

. .

. .

. .

..

H

           intramolecular

         hydrogen bonding

           4-Nitrophenol

O

N

+

O

HO

O

N

+

O

HO

           Intermolecular

           hydrogen bonding

. .

. .

. .

. .

. .
. .

Fig. 28.5 : Intramolecular and intermolecular hydrogen bonding in nitrophenols

2-Nitrophenol is steam volatile and distills out on passing steam whereas 4-nitrophenol is
less volatile due to intermolecular hydrogen bonding.

Treatment of phenol with a mixture of conc. nitric acid and conc. sulphuric acid at 323K
yields 2,4,6-trinitrophenol also known as picric acid.

3.  Kolbe  Reaction

It involves sodium phenoxide which is allowed to absorb carbon dioxide and then heated
under a pressure of CO

2

to 398 K. Sodium salicylate so obtained on acidification yields

salicylic acid.

NaOH

OH

ONa

OH

OH

2

CO

398K

 pressure

(4-7 atm)

Sodium

salicylate

Salicylic acid

COONa

COOH

3

H O

+

Phenol

Sodium

phenoxide

By reaction with acetic anhydride, salicylic acid yields aspirin, which is the common
pain  reliever.


background image

209

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

4.  Oxidation

Phenols undergo oxidation reactions to give products which are diffrent from those obtained
by alcohols. They can be oxidised using a variety of oxidising agents such as sodium
dichromate or silver oxide to give quinones. These days Fremy’s salt [(KSO

3

)

2

NO] is

preferred for oxidation.

5.  Reimer  Tiemann  Reaction

Phenols react with chloroform in the presence of sodium hydroxide (or potassium hydroxide)
solution followed by acidification to give hydroxy aldehydes.

Use of carbon tetrachloride in place of chloroform gives salicylic acid.

OH

ONa

Salicylicacid

ONa

COOH

OH

Sodium phenoxide

Phenol

NaOH

CCl

4

H O

3

+

COOH

6.  Esterification

Similar to alcohols, phenols react with carboxylic acids to give esters.

COOH

OH

3

CH COOH

H

+

+

O–C–CH

3

Acetyl salicylic acid

COOH

O

Ethanoic acid

2-Hydroxybenzoic acid

This reaction is an acetylation reaction as the H of –OH the phenol is replaced by the

acetyl (

C

3

CH

O

) group.


background image

210

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

7.  Coupling  Reaction

Phenols react with aromatic diazonium salts in slightly alkaline conditions to give azo
compounds. These azo compounds are brightly coloured and are used as azo dyes.

N

N

=

+

orange solid

-Phenylazophenol

p

( -Hydroxyazobenzene)

p

Phenol

Benzenediazonium

chloride

2

N Cl

+

OH

2

NaOH, H O

273K

OH

U s e s

1. Phenol is used as a disinfectant.

2. It is also used in the synthesis of polymers.

3. Phenols are used in the synthesis of many organic compounds.

4. Substituted phenols are used in dyeing and tanning industries.

Intext Questions  28.2

1.

How will you convert aniline to phenol?

...............................................................................................................................

2.

What is the starting material in Dow’s process?

...............................................................................................................................

3.

Arrange the following in the increasing order of their acidity:

Phenol, 2-Methylphenol, 2-Chlorophenol

...............................................................................................................................

4.

How will you prepare salicylic acid from phenol?

...............................................................................................................................

5.

What is an azo dye?

...............................................................................................................................

28.3  Ethers

Ethers are organic compounds in which an oxygen atom is bonded to two alkyl groups or

aryl groups. Thus, ethers can be represented as

R

O

R

 

 where

R

 and

R

 may be alkyl

or aryl groups. When the two substituent groups (R and

R

) are identical, then the ether is

called a symmetrical ether, otherwise if these two groups are different, then the ether is
known as an unsymmetrical ether.


background image

216

MODULE - 7

Chemistry

Notes

Chemistry of Organic

Compounds

(i) CH

3

CH

2

CH

2

Cl   +   NaOH (aq.)



..............

(ii)  CH

3

CHO

4

3

1. LiAlH , ether

2. H O



..............

(iii) CH

3

OH + Na



..............

5.

How is ethanol prepared using fermentation?

6.

What is Lucas test? What is its use?

7.

Which reagent is used for oxidising primary alcohols to aldehydes?

8.

Why are phenols more acidic than alcohols? Explain.

9.

Why are ethers polar in nature?

Answers to Intext Questions

28.1

1.

(i) 2-Methylpentan-2-ol

(ii) 2-Ethylbut-2-en-1-ol

(iii) 1, 4-Pentanediol

2.

By reduction with NaBH

4

 or LiAlH

4

3.

3

1. Ether

2. H O



4.

(i) Hexanoic Acid

(ii) Hexanal

28.2

1.

2.

Chlorobenzene

3.

2-Methylphenol < Phenol < 2-Chlorophenol

4.

By Kolbe reaction

5.

Azo  dyes  are  azo  compounds  formed  by  the  reaction  of  phenols  with  aromatic
diazonium salts. They are brightly coloured.


background image

217

MODULE - 7

Alcohols, Phenols and Ethers

Notes

Chemistry of Organic
Compounds

28.3

1.

(i) 2-Methoxybutane
(ii) Methoxymethane

2.

(i)

3

2

2

3

CH CH CH O

CH Br



  CH

3

CH

2

 – O – CH

3

 + Br

(ii) Methoxypropane

3.

They may explode due to the presence of peroxides.

4.

Because they are unreactive in nature.

5.

It is a cyclic ether.

O

It is used as a solvent.




رفعت المحاضرة من قبل: Mohammed AGHA
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 849 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل