Историческая справка
Фенол был открыт Фридлибом Фердинандом Рунге в 1834 году при перегонке каменноугольной смолы. Он назвал ее карболовой кислотой или угольной кислотой (карбон = уголь, олеум = масло) из-за ее кислотного действия в водном растворе.
Первое значительное применение фенола принадлежит английскому хирургу Джозефу Листеру (1827-1921). Листера вдохновила микробная теория болезней Луи Пастера (1822–1895) и он начал использовать антисептические методы во время своих операций в 1860-х годах. В своей борьбе с раневыми инфекциями, которые часто возникали после операций, он применил так называемую «карболовую повязку» в 1865 году. Это позволило ему в значительной степени предотвратить серьезные и опасные для жизни нагноения хирургических ран. Листер также разработал основы больничной гигиены. Частое мытье рук врачами и медперсоналом раствором фенола и использование резиновых перчаток дали прекрасные результаты и смертность пациентов резко упала. В истории медицины Листер считается «отцом антисептики».
В молекулярной биологии экстракция органических тканей смесями фенола, хлороформа и изоамилового спирта была одним из первых методов получения ДНК высокой чистоты.
Производство фенола
Есть три важных технических процесса для синтеза фенола:
- В прошлом фенол экстрагировали из дистиллята при перегонке каменноугольной смолы. Фенолят натрия получали добавлением к дистилляту раствора гидроксида натрия, который можно было разложить на фенол добавлением соляной кислоты.
- В промышленных масштабах бензол превращается в изопропилбензол (кумол) реакцией с пропеном. Гидропероксид кумола получают в результате реакции с кислородом. Кислоты расщепляют эту перекись на фенол и ацетон. Экономичность процесса особенно высока, потому что производятся два важных химических материала. Сегодня это наиболее предпочтительный способ производства фенола. Бензол и пропен первоначально превращаются в кумол путем алкилирования. Затем кумол окисляется кислородом с образованием гидропероксида. Последующая кислотная обработка дает фенол и ацетон в реакции перегруппировки. Этот процесс крайне экономичен из-за попутно производимого ацетона.
- Гидролиз хлорбензола гидроксидом натрия при 250 C и давлении в от 2 до 5 МПа дает в результате искомый фенол.
Характеристики и свойства фенола
Фенол (гидроксибензол) — самый простой представитель класса фенолов. Фенол токсичен и редко встречается в природе в чистом виде, и поэтому в основном производится синтетическим путем. Содержится в каменноугольной смоле, которая образуется при дегазации угля (коксовании), в небольших количествах в древесине сосны и хвое.
Фенолы формально являются производными бензола. Его основная структура представляет собой ароматическое бензольное кольцо, в котором один или несколько атомов водорода бензола замещены гидроксильной группой. В воде фенол слабо диссоциирует на протоны и фенолят-анион. Это также объясняет хорошую растворимость фенола в разбавленном щелоке.
Фенол ядовит, образует бесцветные кристаллические иглы, которые на воздухе становятся красноватыми и постепенно растворяются. Молярная масса 94,1 г / моль. Плавится при 43 C, кипит при 182 C и имеет плотность 1,132 (при 25 С). Обладает характерным резким запахом. Очень хорошо растворяется в эфире, хлороформе, эфирных маслах и спирте, умеренно в бензоле и воде и очень трудно в алифатических углеводородах.
Токсичность фенола основана на его повреждающем действии на протоплазму клеток. Из-за этого бактерицидного свойства фенол или растворы, содержащие фенол (макс. 5% фенола), ранее использовались в качестве дезинфицирующих средств в хирургии.
В отличие от спиртов фенол реагирует характерным образом с разбавленным раствором хлорида железа (III). Раствор становится сине-фиолетовым. Эта цветная реакция используется в качестве доказательства присутствия фенола. Фенол можно заставить реагировать со многими другими соединениями, и поэтому он является важным исходным материалом в синтетической органической химии.
В отличие от алифатических спиртов фенолы не подвергаются реакциям нуклеофильного замещения с заменой гидроксильной группы другими нуклеофилами. Из-за электронодонорной природы гидроксигруппы фенол примерно в тысячу раз более активен, чем бензол.
Порог запаха в воздухе составляет 0,04 частей на миллион, а в воде — 7,9 частей на миллион.
Соли фенола
При взаимодействии с щелочными металлами образуются феноляты (соли). Феноляты (в отличие от алкоголятов) достаточно устойчивы в воде. Кроме того, в ароматическом кольце могут протекать реакции с образованием различных производных фенола.
Одним из примеров является образование салициловой кислоты (2-гидроксибензойной кислоты) в результате реакции фенола с диоксидом углерода при интенсивном нагревании. Салициловая кислота является промежуточным продуктом для производства известного лекарственного препарата аспирин (ацетилсалициловая кислота), в котором фенольная гидроксильная группа все еще ацетилирована.
Производные фенола
Важное значение имеют не только сам фенол, но и его производные. Это соединения, которые имеют другие функциональные группы в ароматическом кольце помимо группы ОН, такие как уже упомянутая салициловая кислота.
Эти вещества (например, ванилин) как правило, имеют довольно приятный запах и широко распространены в природе. Их используют в парфюмерной промышленности в качестве ароматизаторов.
- Фенольные смолы — это синтетические смолы, образующиеся в результате конденсации альдегидов (особенно формальдегида) с фенолом. В основном они используются для производства фенопластов.
- Фенолфталеин — это органический краситель, который бесцветен в кислых и нейтральных растворах и становится розовым в щелочных растворах. Фенолфталеин — один из наиболее широко используемых индикаторов для кислотно-основного титрования.
Многоатомные фенолы
- Одновалентный: фенол (гидроксибензол).
- Двухвалентный: пирокатехол (1,2-дигидроксибензол), резорцин (1,3-дигидроксибензол), гидрохинон (1,4-дигидроксибензол).
- Трехвалентный: пирогаллол (1,2,3-тригидроксибензол).
Если атом углерода дополнительно замещен одной или несколькими электроноакцепторными группами, например с нитрогруппой, кислотный характер фенольной группы -ОН значительно усиливается и может почти достигать силы некоторых минеральных кислот (например, HCl, HNO3).
Содержание в продуктах
Фенол содержится в более чем 150 натуральных продуктах, включая, абрикос, вишню, черную смородину, чернику, клюкву, другие ягоды, виноград, фрукты гуавы, персик, ананас, спаржу, лук, вареный картофель, помидоры, кору корицы, лист кассии, имбирь, сыр, масло, молоко, сухое молоко, вареное яйцо, рыба и рыбий жир, колбасы и колбасы, пиво, пшеничный хлеб, хрустящий хлеб, коньяк, розовое вино, какао, кофе, чай, виски, жареный фундук, жареный арахис, соя, орехи пекан, мед, авокадо, арктическая ежевика, маракуйя, бобы, грибы, табак, вареная говядина и курица, ферментированный соевый соус, жареный миндаль, семена кунжута, пажитник, манго, тамаринд, бразильский орех, рис, ревень, солодка, гречка, кресс-салат, креветки, крабы, раки, моллюски, кальмары, трюфель и китайская айва.
Применение
В настоящее время фенол преимущественно используется для изготовления фенольных смол, которые находят самое широкое применение в строительной отрасли. Они используются в качестве связующих веществ и наполнителей в деревянных изделиях, таких как фанера, ДСП, мебель и панели. Феноловые смолы пропитываются бумагой, которая после затвердевания дает листы, которые можно склеивать, чтобы сформировать ламинат для использования в стеновых панелях и столешницах.
Как мощный бактерицид, фенол можно найти во многих потребительских товарах, включая жидкости для полоскания рта, антисептические мази, леденцы для горла, освежители воздуха, ушные капли и бальзамы для губ.
Фенол продолжает оставаться основным химическим веществом, используемым для производства термореактивных смол. Эти смолы производятся путем объединения фенола с альдегидами, такими как формальдегид.
Помимо строительной промышленности, фенол находит множество других применений. Он используется в фармацевтике, в гербицидах, пестицидах и красках. Его можно использовать для производства капролактама, который является мономером, используемым при производстве нейлона. Другим важным промышленным соединением, получаемым из фенола, является бисфенол А, который производится из фенола и ацетона. Бисфенол А используется при производстве поликарбонатных смол, для дпльнейшего использования в различных продуктах, таких как автомобильные детали, электротехнические изделия и потребительские товары: компакт-диски, очки для чтения, солнцезащитные очки и бутылки с водой.
Фенол используется для производства множества органических соединений, таких как пирокатехин, резорцин, анилин, салициловая кислота, пикриновая кислота, адипиновая кислота, пластмасс, фенольных смол, фенолфталеина (индикатор), пикриновой кислоты, фармацевтических препаратов, инсектицидов, консервантов для древесины, взрывчатых веществ, дубильных веществ и многого другого.
Широко используется в качестве дезинфицирующего средства в нефтяной, кожевенной, бумажной, мыльной, игрушечной, кожевенной, красильной и сельскохозяйственной промышленности.
В микроскопии он используется для производства фенольной воды, состоящей из десяти частей фенола и одной части воды.
Опасность для здоровья
Фенол очень токсичен: вероятная летальная доза при пероральном приеме (для человека) составляет 50-500 мг / кг. Проглатывание всего 1 грамма уже является смертельной дозой. Люди, страдающие заболеваниями печени или почек, подвергаются большему риску.
Фенол очень быстро всасывается через поверхность кожи, легких и желудка. Симптомы отравления включают, помимо прочего, рвоту, затруднение глотания, диарею, отсутствие аппетита, головную боль, обмороки, головокружение, психические расстройства и кожную сыпь. Прямой контакт с фенолом вызывает жжение во рту, раздражение глаз, носа и дерматит, изменение цвета кожи и повреждение печени и почек. Известно, что воздействие фенола в различных концентрациях вызывает психические расстройства, угнетение ЦНС и кому.
Фенол раздражает кожу, но обладает местным анестезирующим действием, поэтому при первом контакте с ним боль не ощущается. Обычно происходит побеление области контакта, а позже могут развиться тяжелые ожоги. Фенол быстро всасывается через кожу, и токсичные или даже смертельные количества могут абсорбироваться через относительно небольшие участки. Воздействие паров фенола может вызвать сильное раздражение глаз, носа, горла и дыхательных путей.
Острое воздействие может привести к тошноте, рвоте, мышечной слабости и коме. Попадание фенола в глаза может вызвать серьезные повреждения и, возможно, слепоту.
Исследования на животных показали, что фенол может быть репродуктивным токсином.
Абсорбция фенола через неповрежденную кожу, как определено по уровням фенола в крови у подопытных животных, зависела от поверхности нанесения, а не от его концентрации в исследуемых растворах. Животные (свиньи) проявляли признаки подергивания и тремора в течение нескольких минут после нанесения, за которыми следовало слюноотделение, выделения из носа и затрудненное дыхание.
Пожароопасность
Фенол — твердое горючее вещество. При нагревании фенол выделяет пары, которые являются взрывоопасными при концентрации от 3 до 10% в воздухе. Для тушения фенольных пожаров следует использовать углекислотные или сухие химические огнетушители, т.к. сток воды для пожаротушения может выделять ядовитые газы и вызывать загрязнение.
