thumb|120px|Le phénol, le plus simple des composés phénoliques.
En chimie organique, les phénols sont des composés constitués d'un cycle aromatique hydrocarboné (arène) et d'un ou plusieurs groupes hydroxyle –OH qui y sont attachés. Les polyphénols, composés constitués par exemple de plus d'un cycle phénolique, font partie des phénols.
Certains phénols ont des fonctions biologiques importantes (défense biochimique contre les micro-organismes et champignons chez les végétaux notamment) chez certaines espèces, mais ils peuvent être toxiques pour l'être humain et pour d'autres espèces animales. Quand ils sont anormalement disséminés dans l'environnement, les phénols sont des polluants de l'air, du sol ou de l'eau.
De nombreux phénols sont écotoxiques et toxiques. Certains métiers de l'industrie y sont particulièrement exposésDosemeci M., Blair A., Stewart P.A., Chandeler J. et Trush M.A. (1991), Mortality amoung industrial workers exposed to phenol, Epidemiology, 2, 188-193..
Nomenclature Les éléments de base de la famille portent des noms d'usage. Le composé le plus simple de cette famille est nommé « phénol », très utilisé comme base par l'industrie chimique pour la production de nombreux autres composés organiques et produits commercialisés.
Origine et familles Dans la nature, les phénols sont des alcools aromatiques produits par les végétaux. Les phénols simples, déchets du métabolisme végétal, sont assemblés en polymères ou pseudo-polymères comme la lignine. Les composés phénoliques définissent un ensemble de substances longtemps nommées « matières tannoïques » d’une façon générale et imprécise parce qu’on ne connaissait pas encore la nature de ces substances.
Quatre principales familles de composés phénoliques se distinguent : les acides-phénols, les flavonoïdes, les anthocyanes et les tanins.
Propriétés acido-basiques Les phénols sont plus acides que les alcools. Un ion phénolate, base conjuguée d'un phénol, est stabilisé par résonance et est plus stable qu'un ion alcoolate. En effet, lors de la prise du proton du groupe hydroxyle, le doublet électronique est partagé sur trois atomes de carbone ; ainsi la charge est délocalisée, et l'ion est beaucoup plus stable que sur un alcool, où la charge négative serait trop importante et s'approprierait le proton laissé immédiatement après.
Cet acide est toutefois un acide relativement faible.
Les propriétés plus acides des phénols font en sorte qu'ils réagissent avec les bases fortes comme l'hydroxyde de sodium (NaOH), contrairement aux alcools. Cette propriété peut être utilisée pour séparer un mélange d'alcool et de phénol.
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Substitutions électrophiles Le groupe hydroxyle –OH a un effet « activant » qui facilite les substitutions électrophiles. Le remplacement (substitution) d'un atome d'hydrogène H du cycle benzénique par un autre atome ou groupe d'atomes se porte préférentiellement sur les , 4 et 6 (par rapport au groupe –OH) de ce cycle :
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Quelques substitutions : la nitration du phénol conduit au 2,4,6-trinitrophénol ; l'alkylation des phénols.
Exemple : réaction entre deux molécules de phénol et une molécule de méthanal, ou formaldéhyde CH2=O ; dans l'état final de la réaction, le groupe méthylène -CH2- issu du méthanal s'est substitué à un H en , 4 ou 6 de chaque molécule de phénol ( de la première molécule et de la seconde dans l'illustration ci-dessous). Le groupe méthylène -CH2- unit les deux cycles benzéniques ; on est en présence d'une réaction de condensation avec élimination d'une molécule d'eau.
50px|left|class=skin-invert-image-H50px|bottom|class=skin-invert-imageH-50px|middle|class=skin-invert-image → 50px|middle|class=skin-invert-image- CH2 - 50px|middle|class=skin-invert-image + H2O
Cette réaction est la première étape d'une polymérisation qui peut se poursuivre grâce à l'existence des trois sites réactifs (ou sites actifs) 2, 4 et 6 sur chaque molécule de phénol (fonctionnalitéJ.-P. Trotignon , Précis de Matières Plastiques, AFNOR, Nathan, 1996, 2, 131 . égale à 3), il se constitue alors un réseau tridimensionnelPaul Arnaud, Cours de chimie organique - Premier cycle universitaire, Dunod, 1994, 312, 471 . Les et 6 (par rapport au groupe –OH) sont parfois encore appelées positions ortho et la , position para. (voir phénoplaste).
Utilisations Historiquement, le phénol est le premier antiseptique à avoir été utilisé pour réduire les risques d'infection de plaies ouvertes en chirurgie moderne. Joseph Lister démocratise son utilisation lors des chirurgies à plaie ouverte de 1865 à 1885, réduisant le taux de mortalité à la suite des opérations de 60 % à 25 %.
Le phénol est aujourd'hui utilisé par la chimie organique et industrielle, par exemple pour produire des composés plus complexes ( alkylphénols, caprolactame, acide salicylique, chlorophénols, nitrophénols, acide picrique, acide adipique), eux-mêmes utilisés pour produire des plastifiants, résines, adhésifs, durcisseurs, dissolvants, isolants, explosifs
Exemples de composés phénoliques Voici quelques composés phénoliques : le phénol, le composé de base du groupe, utilisé comme désinfectant et en synthèse chimique ; les benzènediols : le pyrocatéchol, phénol substitué par un groupe hydroxyle en position ortho, la résorcine, phénol substitué par un groupe hydroxyle en position méta, l'hydroquinone, phénol substitué par un groupe hydroxyle en position para ; les benzènetriols : pyrogallol, hydroxyquinol et phloroglucinol ; les crésols, phénols substitués par un groupe méthyle (trois isomères) ; l'acide salicylique, un médicament analgésique, antipyrétique et anti-inflammatoire, précurseur de l'aspirine ; les cannabinoïdes, constituants actifs du cannabis ; la capsaïcine, un composé (corrosif) du piment du Chili ; la tyrosine, un acide aminé ; les neurotransmetteurs sérotonine, dopamine, adrénaline et noradrénaline ; le levodopa, un médicament qui traite la maladie de Parkinson ; l'estradiol et les autres œstrogènes ; le diéthylstilbestrol, un œstrogène de synthèse à structure de stilbène ; le salicylate de méthyle, le constituant principal du wintergreen (huile aromatique tirée de la gaulthérie couchée) ; le gaïacol (2-méthoxyphénol) du café torréfié, du whisky et de la fumée qui a une saveur de fumée et qui, industriellement, est l'intermédiaire de synthèse de la vanilline ; les polyphénols comme les flavonoïdes et les tanins ; les chlorophénols (dix-neuf isomères) ; l'acide picrique, un explosif très utilisé lors de la Première Guerre mondiale ; des indicateurs de pH : phénolphtaléine, rouge de phénol, bleu de bromothymol, thymolphtaléine et bleu de bromophénol ; les alkylphénols comme le nonylphénol ; le carvacrol (se trouve dans les huiles essentielles obtenues notamment à partir de l'origan et du thym).
Dégradation et biodégradation Certains phénols sont difficilement ou lentement biodégradablesHaider K., Jagnow G., Kohnen R. et Lim S.U. (1981), Decomposition of toxic and nontoxic organic compounds in soil, Ann. Arber Science, Mi., ce qui en fait des polluants préoccupants du sol (fréquent dans les friches industrielles) et des nappes phréatiquesDelfino J.J. et Dube D.J. (1976), Persistent contamination of ground water by phenol, J. Environ. Sci. Health, 345-355..
Diverses techniques ont été expérimentées pour leur destruction en tant que polluants, in situ ou ex situ, dont par la chaleur (thermolyse) ou des oxydations catalysées et/ou effectuées en conditions dites supercritiques (formes d'oxydation par voie humide). Ces réactions sont éventuellement dopées par des catalyseurs pluri- ou monométalliques ( platine ou ruthénium supportés sur cérine ou sur « cérine dopée »), il se forme un dépôt carboné tout au long de la réaction, composé d'espèces organiques adsorbées sur toute la surface du catalyseur ; on y trouve Keav, S., Martin, A., Barbier , J. et Duprez, D. (2010), Nature du dépôt formé au cours de l’oxydation en voie humide catalysée du phénol, Comptes Rendus Chimie, 13 (5), 508-514, résumé..
Exposition environnementale Elle est devenue préoccupante à partir de la seconde moitié du , alors que l'industrie produisait des quantités croissantes de phénols aujourd'hui retrouvés partout, dans l'eau, l'air, les sols, les aliments et les organismes vivant et notamment dans l'environnement du fœtus qui y est exposé à une période où il est très vulnérable.
Cette exposition peut être évaluée via des analyses d'urine, qui bénéficient de progrès techniques permettant de doser avec une précision croissante les phénols, dont par exemple les conjugués de bisphénol A, de 2,5-dichlorophénol ou encore de 2-hydroxy-4-méthoxybenzophénoneYe X.Y., Zsuzsanna K., Needham L.L. (2005), Quantification of urinary conjugates of bisphenol A, 2,5-dichlorophenol, and 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone in humans by online solid phase extraction-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry, Anal. Bioanal. Chem., 383, 638–644.. Il est toutefois important de veiller à ne pas contaminer les échantillons (qui ne doivent pas par exemple être prélevés ou stockés avec des matériaux contenant des phénolsMortamais M., Chevrier C., Philippat C. (2012), Correcting for the influence of sampling conditions on biomarkers of exposure to phenols and phthalates: a 2-step standardization method based on regression residuals, Environ. Health, 11:29.). L'heure de la miction peut aussi avoir une importance pour la teneur en phénols de l'urine.
Toxicologie De nombreuses substances phénoliques sont écotoxiques et toxiques pour l'être humain par inhalationDalin N.M. et Kristofferson R. (1974), Physiological effects of a sublethal concentration of inhaled phenol on the rat. Ann Zool Fenn, 11, 193-199., ingestion ou contact avec la peauConning D.M. et Hayes M.J. (1970), The dermal toxicity of phenol, and investigation of the most effective first-aid measures, Br. J. Ind. Med., 27, 155-159.Ersek R.A. (1991), Comparative study of dermabrasion, phenol peel, and acetic acid peel, Anesth. Plast. Surg., 15, 241-243.Deichmann W.B., Miller T. et Roberts J.B. (1950), Local and systemic effects following application of dilute solutions of phenol in water and in camphor-liquid petrolatum on the skin of animals, Arch. Ind. Hyg. Occup. Med., 2, 454-461. (nécessitant une décontamination adéquateBrown V.K.H., Box V.L. et Simpson B.J. (1975), Decontamination procedures for skin exposed to phenolic substances, Arch. Environ. Health, 30, 1-6.). (À titre d'exemple, une crème dermique contaminée par du phénol a pu causer la mort d'un patientCronin T.D. et Brauer R.O. (1949), Death due to phenol contained in Foille, J. Am. Med. Assoc., 139, 777-779.). L'intoxication peut être aiguë ou chroniqueDeichmann W.B., Kitzmiller K.V. et Witherup S. (1944), Phenols studies - VII: Chronic phenol poisoning, with special reference to the effects upon experimental animals of the inhalation of phenol vapour, Am. J. Clin. Pathol., 14, 273-277.. Le contact avec la peau peut à la fois induire un effet local et systémique (via un passage transcutané)Deichmann W.B. (1949), Local and systemic effects following skin contact with phenol: a review of the litterature, J. Ind. Hyg. Toxicol., 31, 146-154.. Il est néphrotoxique et peut conduire à une défaillance rénale mortelle, même après une contamination percutanéeFoxall P.J.D., Bending M.R., Gartland K.P.R. et Nicholson J.K. (1991), Acute renal failure following accidental cutaneous absorption of phenol. Nephrotoxicity: Mechanism, early diagnosis and therapeutic management (fourth International Symposium in Nephrotoxicity, Guildford, UK, 1989), New York, Basel, Marcel Dekker Inc. P. H. Bach, 55-59..