Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не только в особенностях поведения гидроксигруппы, но и в большей реакционной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-положениях за счёт +М-эффекта ОН-группы (анимация).
Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце (часть I. Электрофильные реакции). Фенольный гидроксил как электронодонорный заместитель ориентирует электрофильное замещение в орто- и пара-положения бензольного кольца.
Нитрование. Под действием 20% азотной кислоты HNO3 Электрофильный центр – атом N+ фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов:
При использовании концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):
Пикриновая кислота – кристаллическое вещество желтого цвета. Первый синтетический краситель тканей. Тривиальное название дано за горький вкус (от греч. pykros – горький). Соли пикриновой кислоты – пикраты калия и аммония – сильные взрывчатые вещества. Из пикриновой кислоты ранее получали боевое отравляющее вещество – хлорпикрин. В период русско-японской войны (1904-1905) пикриновая кислота использовалась японской армией в артиллерийских снарядах в качестве взрывчатки, названной шимоза (по имени инженера Масатики Симосэ).
Галогенирование. Фенол легко при комнатной температуре взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола (качественная реакция на фенол):
Данная реакция протекает количественно (почти на 100%) и позволяет обнаружить фенол даже при очень малых концентрациях (до 10-4 моль/л). Поэтому она используется не только для качественного, но и для количественного определения фенола.
Видеоопыт "Взаимодействие фенола с бромной водой".
Конденсация с альдегидами и кетонами. Практическое значение имеют реакции
конденсацииРеакция конденсации – исторически сложившийся термин, который означает химическую реакцию, приводящую к усложнению углеродного скелета. При конденсации из двух относительно простых молекул образуется новое, более сложное соединение. Конденсация, приводящая к образованию высокомолекулярных соединений, называ-ется поликонденсацией.
фенола с формальдегидом H2C=O и с ацетоном (CH3)2C=O. Эти реакции идут по типу электрофильного замещения в бензольном кольце с участием орто- и пара-положений. Электрофильным реагентом является альдегид или кетон за счёт пониженной электронной плотности (частичного положительного заряда δ+) на атоме углерода в полярной карбонильной группе >Cδ+=Oδ–.
Фенол с формальдегидом H2C=O при конденсации образуют фенолоформальдегидные смолы.
Ещё в 1872 г. Адольф Байер обнаружил, что при взаимодействии фенола с формальдегидом образуются смолообразные продукты, позднее названные фенолоформальдегидными смолами.
Важное практическое значение эта реакция приобрела после открытия Лео Бакеландом (1909 г.) способа получения исторически первой синтетической пластмассы — бакелита, изделия из которого стали производиться в крупных промышленных масштабах. Этот нерастворимый, неплавкий, не проводящий электричество и относительно недорогой полимерный материал нашел широкое применение.
Неотверждённые фенолоформальдегидные смолы являются основным видом связующих веществ в стеклопластиках, древесно-волокнистых (ДВП) и древесно-стружечных плитах (ДСП), а также в клеях типа БФ-2, БФ-6 и др.
Процесс образования фенолоформальдегидных смол происходит при нагревании в присутствии катализатора (кислоты или основания) и включает ряд последовательных реакций:
Для фенола эта реакция идёт как электрофильное замещение (SE) в бензольном кольце, а для формальдегида – как нуклеофильное присоединение (AdN) по связи Сδ+=Oδ–.
и так далее . . .
Образование линейного фенолоформальдегидного полимера схематически можно записать в следующем виде:
Формальная схема образования полимера (управляемая анимация)
В избытке формальдегида и при нагревании в щелочной среде в реакции участвуют как орто-, так и пара-положения молекул фенола. При этом образуется нерастворимый и неплавкий сетчатый полимер — бакелит (резит). Подробнее >>
Конденсация фенола с ацетоном (CH3)2C=O (реакция Дианина) имеет важное практическое значение как способ получения бисфенола А — необходимого полупродукта в производстве эпоксидных смолЭпоксидные смолы — олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей образовывать сшитые полимеры. Наиболее важные представители — продукты поликонденсации эпихлоргидри-на с бисфенолом А (дианом). и поликарбонатов,Поликарбонаты — сложные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных спиртов или фенолов общей формулы
(-O-R-O-CO-)n
Наибольшее практическое значение имеют ароматические поликарбонаты, в первую очередь, поликарбонат на основе бисфенола А (диана). широко применяемых в различных областях промышленности и техники.
Подробнее
Схема синтеза диана (бисфенола А)
Реакции I и II — электрофильное замещение в бензольном кольце фенола с участием пространственно более доступного пара-положения. Кислотный катализ активирует электрофильные реагенты, превращая их в карбокатионы:
Бисфенол А называют "дианом" в честь русского химика А.П. Дианина, впервые получившего это соединение и открывшего конденсацию фенолов с кетонами.
Эпоксидные смолы получают при взаимодействии диана с эпихлоргидрином
Реакция конденсации – исторически сложившийся термин, который означает химическую реакцию, приводящую к усложнению углеродного скелета. При конденсации из двух относительно простых молекул образуется новое, более сложное соединение. Конденсация, приводящая к образованию высокомолекулярных соединений, называется поликонденсацией.
Катализаторы (кислота или основание) облегчают электрофильное замещение в бензольном кольце фенола.
1. Основание (например, HО– в составе NaOH) активирует молекулу фенола превращением ее в фенолят-анион С6Н5О–.
С6Н5ОH + NaOH → С6Н5О–Na+ + H2O
При этом отрицательно заряженный атом кислорода проявляет значительно более сильный +M-эффект по сравнению c ОН-группой и в большей степени увеличивает электронную плотность в кольце. Катализ основаниями часто используется и при проведении других реакций электрофильного замещения в феноле.
2. В случае кислотного катализа формальдегид H2C=O, присоединяя протон, превращается в более активный электрофильный реагент H2C+–OH.
Фенолоформальдегидные смолы используются в качестве связующих и клеев в производстве композиционных материалов на основе древесины и бумаги (древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит, фанеры, гетинаксов), тканей (текстолит) и др., связующих литьевых и прессовочных материалов конструкционного и функционального назначения, теплозвукоизолирующих пенопластов, материалов на основе минеральной ваты, формовочных материалов для литейного производства, абразивных и фрикционных материалов, защитных покрытий, лаков, эмалей, заливочных и пропиточных составов, наполнителей для полимерных материалов (волокон, микросфер), углерод-углеродных композиционных материалов, ионообменных смол, светочувствительных материалов (фоторезистов).
Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-положениях за счёт +М-эффекта ОН-группы (анимация).
Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце (часть I. Электрофильные реакции). Фенольный гидроксил как электронодонорный заместитель ориентирует электрофильное замещение в орто- и пара-положения бензольного кольца. 
Видеоопыт "Взаимодействие фенола с бромной водой".
— бакелит (резит). Подробнее >>
.
