Фенол (систематски именуван како Бензенол, исто така наречен карболна киселина или фенолна киселина) е органско ароматично соединение со молекулска формула . Тоа е бела кристална цврста материја која е испарлива. Молекулата се состои од фенилна група () врзана за хидроксилна група (). Слабо кисела и бара внимателно ракување бидејќи може да предизвика хемиски изгореници.
Фенолот најпрво бил извлечен од катран од јаглен, но денес се произведува во голем обем (околу 7 милијарди kg/годишно) од суровини добиени од нафта. Тоа е важна индустриска стока како прекурсор на многу материјали и корисни соединенија. Примарно се користи за синтеза на пластика и сродни материјали. Фенолот и неговите хемиски деривати се неопходни за производство на поликарбонати, епоксиди, бакелит, најлон, детергенти, хербициди како што се фенокси хербициди и бројни фармацевтски лекови.
Својства Фенолот е органско соединение значително растворливо во вода, со околу 84,2 g растворливо во 1000 mL (0,895 M). Можни се хомогени мешавини на фенол и вода во однос на масата фенол кон вода од ~ 2,6 и повисоки. Натриумовата сол на фенолот, натриум феноксид, е многу повеќе растворлива во вода.
Киселост Фенолот е слаба киселина. Во воден раствор во pH опсег од околу 8 - 12 е во рамнотежа со фенолатниот анјон (исто така наречен феноксид или карболат): C6H5OH <=> C6H5O- + H+
Фенолот е покисел од алифатичните алкохоли. Разликата во pKa се припишува на резонантната стабилизација на феноксидниот анјон. На овој начин, негативниот полнеж на кислородот се делокализира на орто и пара јаглеродните атоми преку пи системот.Organic Chemistry 2nd Ed. John McMurry Алтернативно објаснување ја вклучува рамката на сигма, постулирајќи дека доминантен ефект е индукцијата од поелектронегативните sp2 хибридизирани јаглероди; релативно помоќното индуктивно повлекување на густината на електроните што го обезбедува системот sp2 во споредба со системот sp3 и овозможува голема стабилизација на оксијанот. Во прилог на второто објаснување pKa на енолот на ацетон во вода е 10,9, што го прави само малку помалку кисел од фенолот (pKa 10,0). Така, поголемиот број на резонантни структури достапни за феноксидот во споредба со ацетонскиот енолат се чини дека придонесува многу малку за неговата стабилизација. Меѓутоа, ситуацијата се менува кога се исклучуваат ефектите на растворање. Една неодамнешна in silico споредба на киселоста на гасната фаза на винилогите на фенол и циклохексанол во конформации кои дозволуваат или исклучуваат стабилизација на резонанца доведува до заклучок дека околу од зголемената киселост на фенолот се припишува на индуктивните ефекти, со преостанатата сметкa за резонанца за преостанатата разлика.(Solvation effects on the relative acidities of acetaldehyde enol and phenol described in the Supporting Information)
Водородно поврзување Во растворувачите на јаглерод тетрахлорид и алкани, фенол водородните врски се поврзуваат со широк опсег на Луисови бази, како што се пиридин, диетил етер и диетил сулфид. Проучени се енталпиите на формирањето на адуктот и поместувањата на фреквенцијата на –OH IR кои го придружуваат формирањето на адуктот.Drago, R S. Physical Methods For Chemists, (Saunders College Publishing 1992), ISBN 0-03-075176-4 Фенолот е класифициран како тврда киселина која е компатибилна со односот C/E на моделот ECW со EA = 2.27 и CA = 1.07. Релативната јачина на прифаќање на фенолот кон серија бази, наспроти другите Луисови киселини, може да се илустрира со C-B графиците.Laurence, C. and Gal, J-F. Lewis Basicity and Affinity Scales, Data and Measurement, (Wiley 2010) pp 50-51 ISBN 978-0-470-74957-9 The plots shown in this paper used older parameters. Improved E&C parameters are listed in ECW model.
Феноксиден анјон Феноксидниот анјон е силен нуклеофил со нуклеофилност споредлива со онаа на карбанјони или терциерни амини.. Mayr’s Database of Reactivity Parameters. Retrieved July 10, 2019. Може да реагира и на местата на кислород или на јаглерод како амбидентен нуклеофил (види HSAB теорија). Општо земено, нападот со кислород на анјоните на феноксидот е кинетички фаворизиран, додека нападот со јаглерод е термодинамички претпочитан (види Термодинамичка контрола наспроти кинетичка реакција). Мешан напад на кислород/јаглерод и со тоа обично се забележува губење на селективноста ако брзината на реакцијата достигне контрола на дифузијата.
Тавтомеризам
Фенолот покажува кето-енол тавтомеризам со неговиот нестабилен кето тавтомер циклохексадиенон, но само мал дел од фенол постои како кето форма. Константата на рамнотежа за енолизација е приближно 10−13, што значи дека само една од секои десет трилиони молекули е во кето форма во секој момент. Малата количина на стабилизација добиена со размена на врска C=C за врска C=O е повеќе од неутрализирана со големата дестабилизација што произлегува од губењето на ароматичноста. Затоа, фенолот во суштина постои целосно во форма на енол. 4,4' супституираниот циклохексадиенон може да претрпи преуредување диенон-фенол во кисели услови и да формира стабилен 3,4-дисупституиран фенол.
Феноксидите се енолати стабилизирани со ароматичноста. Во нормални околности, феноксидот е пореактивен на позицијата на кислород, но позицијата на кислород е „тврд“ нуклеофил, додека алфа-јаглеродните позиции имаат тенденција да бидат „меки“.
Реакции
Фенолот е многу реактивен кон електрофилна ароматична супституција. Зголемената нуклеофилност се припишува на донацијата на пи електронската густина од О во прстенот. Многу групи може да се прикачат на прстенот, преку халогенација, ацилација, сулфонација и сродни процеси. Прстенот на фенол е толку силно активиран што бромирањето и хлорирањето лесно доведуваат до полисупституција. Фенолот реагира со разредена азотна киселина на собна температура за да добие мешавина од 2-нитрофенол и 4-нитрофенол додека со концентрирана азотна киселина се воведуваат дополнителни нитро групи, на пр. да се даде 2,4,6-тринитрофенол.
Водните раствори на фенол се слабо кисели и го претвораат синиот лакмус малку до црвено. Фенолот се неутрализира со натриум хидроксид, формирајќи натриум фенат или фенолат, но бидејќи е послаб од јаглеродната киселина, не може да се неутрализира со натриум бикарбонат или натриум карбонат за да се ослободи јаглерод диоксид. C6H5OH + NaOH -> C6H5ONa + H2O
Кога мешавина од фенол и бензоил хлорид се протресуваат во присуство на разреден раствор на натриум хидроксид, се формира фенил бензоат. Ова е пример за реакцијата Шотен-Бауман: C6H5COCl + HOC6H5 -> C6H5CO2C6H5 + HCl
Фенолот се редуцира во бензен кога се дестилира со цинкова прашина или кога неговата пареа се пренесува преку гранули цинк на 400 °C: C6H5OH + Zn -> C6H6 + ZnO
Кога фенолот се третира со диазометан во присуство на бор трифлуорид (), се добива анизол како главен производ и азотен гас како нуспроизвод. C6H5OH + CH2N2 -> C6H5OCH3 + N2
Кога фенолот реагира со раствор на железо(III) хлорид, се формира интензивно виолетов раствор.
Производство Поради комерцијалното значење на фенолот, развиени се многу методи за негово производство, но процесот на кумен е доминантна технологија.
Куменски процес
Сметката за 95 % од производството (2003) е куменскиот процес, исто така наречен Hock процес. Тој вклучува делумна оксидација на куменот (изопропилбензен) преку преуредувањето на Хок: Во споредба со повеќето други процеси, процесот на кумен користи релативно благи услови и релативно евтини суровини. За процесот да биде економичен, мора да се бараат и фенолот и нуспроизводот на ацетон. Во 2010 година, светската побарувачка за ацетон беше приближно 6,7 милиони тони, од кои 83 проценти беа задоволни со ацетон произведен со процесот на кумен.
Патека аналогна на процесот на кумен започнува со циклохексилбензен. Се оксидира до хидропероксид, слично на производството на кумен хидропероксид. Преку Hock преуредувањето, циклохексилбензен хидропероксид се расцепува и дава фенол и циклохексанон. Циклохексанонот е важен прекурсор на некои најлони.
Оксидација на бензен и толуен Директната оксидација на бензенот () е теоретски можен и од голем интерес, но не е комерцијализиран: C6H6 + O -> C6H5OH Азотниот оксид е потенцијално „зелен“ оксидант кој е посилен оксидант од O2. Сепак, правците за генерирање на азотен оксид остануваат неконкурентни.
Електросинтезата која користи наизменична струја дава фенол од бензен.
Оксидацијата на толуенот, развиена од Dow Chemical, вклучува бакар-катализирана реакција на стопениот натриум бензоат со воздух: C6H5CH3 + 2 O2 -> C6H5OH + CO2 + H2O Реакцијата се предлага да продолжи преку формирање на бензиолсалицилат.
Постари методи Раните методи се потпираа на екстракција на фенол од деривати на јаглен или хидролиза на деривати на бензен.
Хидролиза на бензенсулфонска киселина Рана комерцијална рута, развиена од Баер и Монсанто во раните 1900-ти, започнува со реакција на силна база со бензенсулфонска киселина. Конверзијата е претставена со оваа идеализирана равенка:Wittcoff, H.A., Reuben, B.G. Industrial Organic Chemicals in Perspective. Part One: Raw Materials and Manufacture. Wiley-Interscience, New York. 1980. C6H5SO3H + 2 NaOH -> C6H5OH + Na2SO3 + H2O
Хидролиза на хлоробензен Хлоробензенот може да се хидролизира до фенол користејќи база (Дау процес) или пареа (процес Рашиг-Хукер): C6H5Cl + NaOH -> C6H5OH + NaCl C6H5Cl + H2O -> C6H5OH + HCl Овие методи страдаат од цената на хлоробензенот и потребата за отстранување на хлоридот по производ.
Пиролиза на јаглен Фенолот е исто така повратен нуспроизвод од пиролиза на јаглен.Franck, H.-G., Stadelhofer, J.W. Industrial Aromatic Chemistry. Springer-Verlag, New York. 1988. pp. 148-155. Во Лумус процесот, оксидацијата на толуен во бензоева киселина се спроведува посебно.
Miscellaneous methods
Фенилдиазониум солите се хидролизираат до фенол. Методот не е од комерцијален интерес бидејќи прекурсорот е скап. C6H5NH2 + HCl + NaNO2 -> C6H5OH + N2 + H2O + NaCl
Салицилна киселина декарбоксилира до фенол.
Употреба Главните употреби на фенолот, кои трошат две третини од неговото производство, вклучуваат негова конверзија во прекурсори за пластика. Кондензацијата со ацетон дава бисфенол-А, клучен прекурсор на поликарбонати и епоксидни смоли. Кондензацијата на фенол, алкилфеноли или дифеноли со формалдехид дава фенолни смоли, чиј познат пример е бакелит. Делумна хидрогенизација на фенолот дава циклохексанон, прекурсор на најлон. Нејонските детергенти се произведуваат со алкилација на фенол за да се добијат алкилфеноли, на пример, нонилфенол, кои потоа се подложени на етоксилација.
Фенолот е исто така разновиден прекурсор на голема колекција на лекови, особено аспирин, но и многу хербициди и фармацевтски лекови.
Фенолот е компонента во техниката на течно-течна фенол-хлороформ екстракција што се користи во молекуларната биологија за добивање на нуклеински киселини од ткива или примероци од клеточна култура. Во зависност од рН на растворот може да се екстрахира или ДНК или РНК.
Медицински Фенолот е широко користен како антисептик. Неговата употреба беше пионер од Џозеф Листер.
Од раните 1900-ти до 1970-тите се користеше во производството на карболичен сапун. Концентрираните фенолни течности најчесто се користат за траен третман на враснати нокти на прстите, процедура позната како хемиска матриксектомија. Процедурата првпат беше опишана од Ото Бол во 1945 година. Оттогаш таа стана хемикалија од избор за хемиски матриксектомии што ги изведуваат лекари-подијатри.
Концентрираниот течен фенол може да се користи локално како локален анестетик за отолошки процедури, како што се миринготомија и поставување туба за тимпанотомија, како алтернатива на општата анестезија или други локални анестетици. Исто така, има хемостатички и антисептички квалитети што го прават идеален за оваа употреба.
Спреј со фенол, обично со 1,4 % фенол како активна состојка, медицински се користи за лекување на болки во грлото. Тоа е активна состојка во некои орални аналгетици како што се Chloraseptic спреј, TCP и Carmex.
Други употреби