Φαινόλη

Ιστορία

Η  («μητρική») φαινόλη ανακαλύφθηκε το 1834 από το Φρέντιεμπ  Φέρντιναντ Ρουνγκ (Friedrich Ferdinand Runge) , που την παρήγαγε με απόσταξη λιθανθρακόπισσας. Ο Ρουνγκ ονόμασε τη νέα (για τότε) ένωση "Karbolsäure", ονομασία που αποδίδεται στα ελληνικά ως «καρβολικό οξύ».  Η λιθαναθρακόπισσα παρέμεινε ως κύρια πηγή παραγωγής φαινόλης, μέχρι την ανάπτυξη της πετροχημικής βιομηχανίας Το 1836, ο Γάλλος χημικός Αυγκούστ Λαυρέντ (Auguste Lauren) εισηγήθηκε την ονομασία «phène» (φαίνιο) για το βενζόλιο, που αποτέλεσε τελικά τη ρίζα για τους όρους «φαινόλη» και «φαινύλιο». Αργότερα, το 1841, κατώρθωσε να απομονώση φαινόλη σε χημικά καθαρή μορφή. Το 1843, ο επίσης γάλλος χημικός Τσαρλς Γκερχάρντ (Charles Gerhardt) εισηγήθηκε την ονομασία «φαινόλη», για αυτήν την ένωση.
Οι αντισηπτικές ιδιότητες της φαινόλης χρησιμοποιήθηκαν από τον Τζόζεφ Λίστερ (Sir Joseph Lister, 1827-1912), στην πρωτοπόρα (για την εποχή) τεχνική της αντισηπτικής χειρουργικής. Ο Λίστερ αποφάσισε ότι τα ίδια τα τραύματα πρέπει να καθαρίζονται σχολαστικά. Μετά κάλυψε τα τραύματα με ένα κομάτι επιδέσμου ή γάζας εμποτισμένων σε φαινόλη. Ο ερεθισμός του δέρματος που προκαλούνταν από τη συνεχή έκθεση στη φαινόλη τελικά οδήγησε στην υποκατάσταση των ασηπτικών τεχνικών της χειρουργικής.
Η φαινόλη ήταν το κύριο συστατικό στην «Καρβολική μπάλα καπνού» (Carbolic Smoke Ball), μια αναποτελεσματική συσκευή που πωλούνταν στο Λονδίνο κατά το 19ο αιώνα για προστασία από έναντι της γρίπης και άλλων λοιμώξεων, καθώς και αντικείμενο για την περίφημη νομική περίπτωση Carlill v Carbolic Smoke Ball Company.

Β΄ Παγκόσμιος Πόλεμος

Η τοξική επίδραση της φαινόλης στο κεντρικό νευρικό σύστημα (που θα αναπτυχθεί παρακάτω), προκαλεί την ξαφνική κατάρευση και την απώλεια αισθήσεων σε ανθρώπους και σε ζώα. Μια κατάσταση κράμπας προηγείται αυτών των συμπτωμάτων, λόγω της κινητικής δραστηριότητας που ελέγχεται από το κεντρικό νευρικό σύστημα.  Ενέσεις με φαινόλη χρησιμοποιήθηκαν ως μέσο ανεξάρτητης εκτέλεσης από τη Ναζιστική Γερμανία, κατά τη διάρκεια του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Αρχικά η χρήση της φαινόλης άρχισε το 1939, ως μέρος της δράσης T4. Οι Ναζί έμαθαν ότι η εξόντωση μικρότερων ομάδων είναι πιο οικονομική από την ενέσιμη χορήγηση φαινόλης σε κάθε θύμα ξεχωριστά. Ωστόσο, οι ενέσεις φαινόλης έγιναν σε χιλιάδες ανθρώπους. Περίπου ένα (1) γραμμάριο φαινόλης είναι επαρκής ποσότητα για να προκαλέσει το θάνατο.

Φυσική παρουσία

Η φαινόλη είναι κανονικό μεταβολικό προίόν, όταν απεκκρίνεται σε ποσότητες ως και 40 g/m³ στα ανθρώπινα ούρα.
Η έκκριση του προσωρινού αδένα στους αρσενικούς ελέφαντες έδειξε την παρουσία φαινόλης και 4-μεθυλοφαινόλης κατά τη διάρκεια musth. 
Ακόμη, η φαινόλη είναι μια από τις χημικές ενώσεις που βρίσκονται στο καστορέλαιο. Η φαινόλη προέρχεται από την απορρόφησή της από τα φυτά που τρώνε οι κάστορες.

Παρουσία στο ουΐσκι

Η φαινόλη είναι ένα μετρήσιμο συστατικό του αρώματος και της γεύσης του διακριτικού σκωτσέζικου ουΐσκι Ίσλεϋ, γενικά περίπου 30 ppm, αλλά μπορεί να ξεπεράσει ακόμη και τα 160 ppm στη βὐνη κριθαριού που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ουΐσκι. Αυτή η ποσότητα είναι διαφορετική από την υποτιθέμενη υψηλότερη ποσότητα στο απόσταγμα.

Παραγωγή

1. Απομονώνεται από τη λιθανθρακόπισσα, της οποίας αποτελεί συστατικό.
2. Μέθοδος Ντόου (Dow, με μηχανισμό βενζυνίου): Από φαινυλοχλωρίδιο (PhCl), με υποκατάσταση του χλωρίου Cl από υδροξύλιο (ΟΗ), που πραγματοποιείται επίδραση διαλύματος υδροξυλίου του νατρίου (NaOH), οπότε πραγματοποιείται υδρόλυση τύπου Raschig-Hooker, από την οποία παράγεται φαινόλη: 
3. Με τη βιομηχανική μέθοδο κουμενίου (cumene) από βενζόλιο και προπένιο ή κουμένιο, κατά την οποία παράγονται ταυτόχρονα φαινόλη και ακετόνη:
4. Mε σύντηξη βάσεων με βενζοσουλφονικό άλας,  παράγεται φαινόλη: 
5. Με υδρόλυση φαινυλοδιαζωνιακών αλάτων παράγεται φαινόλη:
6. Με μερική οξείδωση βενζολίου παράγεται φαινόλη:
7. Με υδροξυλίωση κατά Friedel-Crafts βενζολίου παράγεται φαινόλη:
8. Με απαμίνωση ανιλίνης:

Iδιότητες

Η φαινόλη είναι αισθητά διαλυτή στο νερό, με διαλυτότητα περίπου 84,2 kg/m³, που αντιστοιχεί σε 0,895 M. Είναι, επίσης, δυνατή η δημιουργία ομογενών μειγμάτων φαινόλης - νερού με κατά βάρος αναλογία φαινόλης / νερό ακόμη και πάνω από 2,6. Επίσης, το φαινολικό νάτριο (PhNa), δηλαδή το άλας της φαινόλης με νάτριο, είναι πολύ πιο ευδιάλυτο στο νερό.

Το φαινοξείδιο

Το φαινοξείδιο έχει μια παρόμοια πυρηνοφιλότητα με τις ελεύθερες αμίνες, με το επιπλέον πλεονέκτημα ότι το συζυγές της οξύ (δηλαδή η αδιάστατη φαινόλη) δεν απενεργοποιείται τελείως ως πυρηνόφιλο, ακόμη και σε ήπια όξινες συνθήκες. Οι φαινόλες χρησιμοποιήθηκαν μερικές φορές στην πεπτιδική σύνθεση, για να «ενεργοποιήσουν» καρβοξυλικά οξέα ή εστέρες, για να σχηματίσουν «ενεργούς εστέρες». Οι καρβοξυλικοί φαινυλεστέρες είναι πιο σταθεροί έναντι της υδρόλυσης, σε σχέση με τους ανυδρίτες οξέων και τα ακυλαλογονίδια, αλλά είναι σημαντικά δραστικοί υπό ήπιες συνθήκες, για να δημιουργήσουν αμιδικούς δεσμούς.

Ταυτομέρεια

Η φαινόλη βρίσκεται σε ταυτομέρεια με την ασταθή (2,4-)κυκλοεξαδιενόνη, με σταθερά ισορροπίας ίση με 10⁻¹³, δηλαδή σε κάθε 10 τρισεκατομμύρια μόρια φαινόλης, ένα (μα μονάδα, όχι 1 τρισεκατομμύριο) μόλις μετατρέπεται σε κυκλοεξαδιενόνη. Η μικρή ποσότητα σταθερόποιησης που κερδίζεται με την ανταλλαγή ενός δεσμού C=C με ένα δεσμό C=O, εξουδετερώνεται (συντριπτικά) από την πολύ μεγαλύτερη αποσταθεροποίηση που προέρχεται από την απώλεια της αρωματικότητας. Γι' αυτό η φαινόλη βρίσκεται σχεδόν πλήρως στην ενολική μορφή της:

Ανίχνευση

Όταν φαινόλη αντιδράσει με διάλυμα τριχλωριούχου σιδήρου (FeCl₃), σχηματίζεται ένα έντονα χρωματισμένο σε πορφυροβιολετί διάλυμα.

Αντιδράσεις με το φαινύλιο

Η φαινόλη είναι πολύ δραστική, όσον αφορά την ηλεκτρονιόφιλη αρωματική υποκατάσταση, επειδή το άτομο του οξυγόνου της προσθέτει ηλεκτρονιακή πυκνότητα στον αρωματικό δακτύλιο. Τόσο το -ΟΗ, όσο ακόμη περισσότερο το -Ο⁻ είναι ισχυροί ενεργοποιητές με ο- και π- προσανατολισμό. Σύμφωνα με αυτήν τη γενική προσέγγιση, πολλές ομάδες μπορούν να προσθεθούν στο δακτύλιό της, μέσω αλογόνωσης, νίτρωσης, αλκυλίωσης, ακυλίωσης, σουλφούρωσης και άλλων διεργασιών (δείτε παρακάτω αναλυτικότερα).

Νίτρωση

Η φαινόλη αντιδρά με αραιό διάλυμα νιτρικού οξέος (HNO₃), σε θερμοκρασία δωματίου, δίνοντας ένα μείγμα 2-νιτροφαινόλης και 4-νιτροφαινόλης, ενώ με πυκνό νιτρικό οξύ περισσότερες νιτροομάδες (-NO₂) υποκαθιστούν άτομα υδρογόνου στον αρωματικό δακτύλιο, δίνοντας 2,4,6-τρινιτροφαινόλη, γνωστότερη ως πικρικό οξύ.

Νιτρώδωση

Με νιτρώδωση παράγει κυρίως παρανιτρωδοφαινόλη:

Σουλφούρωση

Με σουλφούρωση παράγει ορθοϋδροξυβενζοσουλφονικό οξύ και παραϋδροξυβενζοσουλφονικό οξύ:

Υδροξυλίωση

Με υδροξυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει κατεχόλη και υδροξυκινόνη:

Αμίνωση

Με αμίνωση κατά Friedel-Crafts παράγει ορθοαμινοφαινόλη και παραμινοφαινόλη:

Καρβοξυλίωση

Με καρβοξυλίωση κατά Friedel-Crafts παράγει μεθανικό φαινυλεστέρα, σαλικυλικό οξύ και 4-υδροξυβενζοϊκό οξυ:

Οξείδωση

Οξειδώνεται σχηματίζοντας κινόνη:

Βιοδιάσπαση

Το Cryptanaerobacter phenolicus είναι ένα βακτήριο που παράγει βενζοϊκά ανιόντα (PhCOO⁻) από φαινόλη μέσω 4-υδροξυβενζοϊκού οξέος. Το Rhodococcus phenolicus είναι ένα βακτηριακό είδος που μπορεί να αποικοδομήσει φαινόλες, χρησιμοποιώντας τες ως μοναδικές πηγές άνθρακα.

Τοξικότητα

Η φαινόλη και οι ατμοί της είναι διαβρωτικοί για τα μάτια, το δέρμα και τον αναπνευστικό σωλήνα. Η διαβρωτική της ικανότητα στο δέρμα και στις βλεννογόνους μεμβράνες είναι αποτέλεσμα του φαινομένου αποικοδόμισης μιας πρωτεΐνης. Η εΕπαναλαμβανόμενη ή η μακρόχρονη επαφή του δέρματος με φαινόλη μπορεί να προκαλέσει δερματίτιδα ή ακόμη δευτέρου ή και τρίτου βαθμού (χημικά) εγκαύματα. Η εισπνοή ατμών φαινόλης μπορεί να προκαλέσει πνευμονικό οίδημα. Η φαινόλη μπορεί να προκαλέσει βλάβες στο κεντρικό νευρικό σύστημα και στην καρδιά, που μπορούν να καταλήξουν σε δυσρυθμία, επιληπτικές κρίσεις και κώμα. Οι νεφροί μπορούν να επηρρεαστούν επίσης. Η επαναλαμβανόμενη ή η μακρόχρονη έκθεση στη φαινόλη μπορεί να προκαλέσει βλάβες τόσο στα νεφρά, όσο και στο ήπαρ.  Ωστόσο, δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι φαινόλη προκαλεί καρκίνο στους ανθρώπους.  Εξάλλου, παρά τις (σχετικά) υδρόφοβες ιδιότητές της, μπορεί να σχηματιστεί και ένας ακόμη μηχανισμός τοξικότητας από τη φαινόλη, μέσω του σχηματισμού φαινοξυλικών ριζών.
Αφότου κάποια ποσότητα φαινόλης απορροφηθεί από το δέρμα, σχετικά γρήγορα αρχίζει να συμβαίνει συστημική δηλητηρίαση από αυτήν, ενώ επιπρόσθετα προκαλεί τοπικά καυστικά εγκαύματα. Μεγάλης ποσότητας φαινόλης μπορεί να απορροφηθεί ακόμη και από επαφή με μικρή επιφάνεια του δέρματος, προκαλώντας γρήγορα παράλυση του κεντρικού νευρικού συστήματος και μεγάλη πτώση της θερμοκρασίας του σώματος. Η μέση θανατηφόρα δόση (LD₅₀) για τοξικότητα από στοματική λήψη είναι λιγὀτερο από 500 μg/kg για τους σκύλους, για τα κουνέλια και για τα ποντίκια. Για τους ανθρώπους, η ελάχιστη θανατηφόρα δόση φαινόλης είναι 140 mg/kg. Η υπηρεσία για τις τοξικές ουσίες και καταγραφής ασθενειών (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, ATSDR) του υπουργείου υγείας και ανθρώπινων υπηρεσιών των ΗΠΑ δηλώνει ότι η θανατηφόρα ενέσιμη δόση φαινόλης κυμαίνεται από 1 ως 32 g. 
Τα χημικά εγκαύματα στο δέρμα από έκθεση σε φαινόλη μπορούν να απολυμανθούν με έκπυσή τους με πολυαιθυλενογλυκόλη, με 2-προπανόλη, ή ίσως ακόμη και με μεγάλες ποσότητες νερού. Απαιτείται ακόμη, η άμεση αφαίρεση του ρουχισμού που έχει εμποτιστεί από φαινόλη, καθώς και η άμεση νοσοκομειακή περίθαλψη, για μεγάλες πιτσιλιές. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό, αν μάλιστα έγινε έκθεση σε μείγμα φαινόλης με χλωροφόρμιο, που είναι ένα συνηθισμένο μείγμα που χρησιμοποιείται στη μοριακή βιολογία για τον καθαρισμό του DNA και του RNA. Η φαινόλη είναι επίσης μαι αναπαραγωγική τοξίνη, που προοκαλεί αυξημένη πιθανότητα αποβολής και γέννησης βρεφών χαμηλού βάρους, δείχνοντας καθυστέρισης εμβρυακής ανάπτυξης στη μήτρα.