Fenol

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Fenol

General

Nombre sistemático

Hidroxibenceno

nombres tradicionales

Fenol, ácido carbólico, ácido carbólico, benceno; oxibenceno

química fórmula

C6H6O _ _ _ _

Rata. fórmula

C6H5OH _ _ _ _

Propiedades físicas

Estado

sólido

Masa molar

94,11 g/ mol

Densidad

1,07 g/cm³

Energía de ionización

8,5 ± 0,1 eV

Propiedades termales

La temperatura

• fusión

41°C

• hirviendo

181.84°C

• parpadea

79 ( vaso cerrado ), 85 (abierto) °C

Límites explosivos

1,8 ± 0,1% en volumen

mol. capacidad calorífica

134,7 (cr.) J / (mol K)

entalpía

• educación

−162,944 kJ/mol

Presion de vapor

0,4 ± 0,1 mmHg

Propiedades químicas

Constante de disociación ácida

pK_{a}

9,89 ± 0,01 [1]

Solubilidad

• en agua

6,5g/100ml

Estructura

Hibridación

hibridación sp 2

Clasificación

registro número CAS

108-95-2

PubChem

996

registro Número EINECS

203-632-7

SONRISAS

OC1=CC=CC=C1

InChI

PulgadasI=1S/C6H6O/c7-6-4-2-1-3-5-6/h1-5.7HISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N

RTECS

SJ3325000

CHEBI

15882

un numero

1671

ChemSpider

971

La seguridad

LD 50

140 mg/kg (conejillo de Indias, por vía intragástrica)

Toxicidad

Tóxico, altamente cáustico, fuerte irritante

Frases de riesgo (R)

R23/24/25 , R34 , R48/20/21/22 , R68

Frases de seguridad (S)

S24/25 , S26 , S28 , S36/37/39 , S45

Carácter breve. peligro (H)

H301 , H311 , H331 , H314 , H341 , H373

medidas de precaución. (PAGS)

P260 , P301+P310 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338 , P361 , P405 , P501

palabra clave

peligroso

Pictogramas SGA

NFPA 704

2 3 0

Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.

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El fenol ( hidroxibenceno , del ácido carbólico obsoleto , fórmula química -C 6 H 6 O o C 6 H 5 OH ) es un compuesto orgánico que encabeza la clase de fenoles .

En condiciones estándar, el fenol es un cristal incoloro en forma de aguja , que se vuelve rosa en el aire, con un olor característico. Tóxico , es un fuerte irritante .

Las sales y ésteres de fenol se denominan fenolatos .

Historia

El fenol fue descubierto en 1834 por Friedlieb Ferdinand Runge , quien lo extrajo (impuramente) del alquitrán de hulla [2] . Runge nombró al fenol "Karbolsäure" (ácido carbónico-butírico, ácido carbólico). El alquitrán de hulla siguió siendo la principal fuente de fenol hasta el desarrollo de la industria petroquímica. En 1841, el químico francés Auguste Laurent obtuvo fenol puro [3] .

En 1836, Auguste Laurent acuñó el nombre "von" para el benceno [4] , que es la raíz de las palabras "fenol" y "fenilo". En 1843, el químico francés Charles Gerhardt acuñó el nombre de "fenol" [5] .

Las propiedades antisépticas del fenol fueron explotadas por Sir Joseph Lister (1827-1912) en su técnica pionera de cirugía antiséptica . Lister decidió que las heridas en sí debían limpiarse a fondo. Luego cubría las heridas con un trozo de tela o pelusa [6] recubierta con fenol o "ácido carbólico", como él lo llamaba. La irritación de la piel causada por la exposición constante al fenol finalmente condujo a la introducción de técnicas asépticas en la cirugía.

Propiedades físicas

Es un cristal incoloro en forma de aguja , que se vuelve rosa en el aire debido a la oxidación, lo que lleva a la formación de sustancias coloreadas (esto se debe a la formación intermedia de quinonas ). Tiene un olor específico (como el olor del gouache , ya que el gouache contiene fenol). Escasamente soluble en agua (6 g por 100 g de agua), en soluciones alcalinas, en alcohol, en benceno , en acetona . Una solución al 5% en agua es un antiséptico ampliamente utilizado en medicina en el pasado.

Propiedades químicas

Debido a la presencia de un anillo aromático y un grupo hidroxilo, el fenol presenta propiedades químicas que son características tanto de los alcoholes como de los hidrocarburos aromáticos.

Por grupo hidroxilo:

Tiene propiedades de ácido débil (más fuertes que las de los alcoholes), bajo la acción de los álcalis forma sales - fenolatos (por ejemplo, fenolato de sodio - C 6 H 5 ONa) [7] :

\mathsf{C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O}

El fenol es un ácido tan débil que incluso el ácido carbónico lo desplaza de los fenolatos:

{\displaystyle {\mathsf {C_{6}H_{5}ONa+H_{2}O+CO_{2}\rightarrow C_{6}H_{5}OH+NaHCO_{3))))

Los fenolatos se descomponen más intensamente bajo la acción de ácidos fuertes, por ejemplo, bajo la acción del ácido sulfúrico :

{\displaystyle {\mathsf {C_{6}H_{5}ONa+H_{2}SO_{4}\rightarrow C_{6}H_{5}OH+NaHSO_{4))))

Interacción con sodio metálico :

\mathsf{2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2\uparrow}

El fenol no se esterifica directamente con ácidos carboxílicos; los ésteres se pueden obtener haciendo reaccionar fenolatos con anhídridos o haluros de ácido :

{\mathsf {C_{6}H_{5}ONa+CH_{3}COCl\rightarrow C_{6}H_{5}OCOCH_{3}+NaCl))

{\mathsf {C_{6}H_{5}ONa+(CH_{3}CO)_{2}O\rightarrow C_{6}H_{5}OCOCH_{3}+CH_{3}COONa))

La formación de éteres . Para obtener fenol éteres, los haloalcanos o los derivados halógenos de los arenos actúan sobre los fenolatos. En el primer caso se obtienen éteres grasos-aromáticos mixtos:

{\mathsf {C_{6}H_{5}ONa+CH_{3}I\rightarrow C_{6}H_{5}OCH_{3}+NaI))

En el segundo caso se obtienen éteres aromáticos puros:

{\mathsf {C_{6}H_{5}ONa+C_{6}H_{5}Cl{\xrightarrow[{}]{Cu))C_{6}H_{5}OC_{6}H_ {5}+ClNa}}

La reacción se lleva a cabo en presencia de cobre en polvo , que sirve como catalizador.

Durante la destilación de fenol con polvo de zinc, el grupo hidroxilo se reemplaza por hidrógeno [8] :

{\mathsf {C_{6}H_{5}OH+Zn\rightarrow C_{6}H_{6}+ZnO))

El fenol entra en reacciones de sustitución electrofílica en el anillo aromático. El grupo hidroxo , al ser uno de los grupos donantes más fuertes (debido a una disminución en la densidad electrónica del grupo funcional), aumenta la reactividad del anillo a estas reacciones y dirige la sustitución a las posiciones orto y para [9] . El fenol se alquila, acila, halogena, nitra y sulfona fácilmente.

La reacción de Kolbe-Schmitt se utiliza para la síntesis de ácido salicílico y sus derivados ( ácido acetilsalicílico y otros).

{\mathsf {C_{6}H_{5}OH+CO_{2}{\xrightarrow[{}]{NaOH}}C_{6}H_{4}OH(COONa)))

{\displaystyle {\mathsf {C_{6}H_{4}OH(COONa)+H_{2}SO_{4}\rightarrow C_{6}H_{4}OH(COOH)+NaHSO_{4))))

Interacción con agua de bromo (reacción cualitativa a fenol):

\mathsf{C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH + 3HBr}

Se forma 2,4,6-tribromofenol, un sólido blanco.

Interacción con ácido nítrico concentrado :

\mathsf{C_6H_5OH + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2(NO_2)_3OH + 3H_2O}

Interacción con cloruro de hierro (III) ( reacción cualitativa para fenol [10] ):

{\mathsf {6C_{6}H_{5}OH+FeCl_{3}\rightarrow H_{3}[Fe(C_{6}H_{5}O)_{6}]+3HCl))

Reacción de adición: la hidrogenación del fenol en presencia de catalizadores metálicos conduce a la formación de ciclohexanol y ciclohexanona :

{\mathsf {2C_{6}H_{5}OH+5H_{2}{\xrightarrow {t,p,kat:Pt/Pd,Pd/Ni,Pd/Al_{2}O_{3}, Ni/Cr/Al_{2}O_{3}}}C_{6}H_{11}OH+C_{6}H_{10}O}}

Oxidación de fenol: debido a la presencia de un grupo hidroxilo en la molécula de fenol, la resistencia a la oxidación es mucho menor que la del benceno. Según la naturaleza del agente oxidante y las condiciones de reacción, se obtienen diversos productos. Entonces, bajo la acción del peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador de hierro, se forma una pequeña cantidad de fenol diatómico - pirocatecol:

{\mathsf {C_{6}H_{5}OH+2H_{2}O_{2}{\xrightarrow[{-H_{2}O}]{kat:Fe))C_{6}H_{ 4}(OH)_{2}}}

Al interactuar con agentes oxidantes más fuertes (mezcla de cromo, dióxido de manganeso en un medio ácido), se forma paraquinona .

Conseguir

Actualmente, la producción de fenol a escala industrial se realiza de tres formas:

método del cumeno. En una cascada de columna de burbujeo , el cumeno se somete a oxidación con aire no catalítica para formar hidroperóxido de cumeno (HPC). El CHP resultante, catalizado con ácido sulfúrico, se descompone para formar fenol y acetona . Además, un subproducto valioso de este proceso es el α-metilestireno . El 95% de todo el fenol producido en el mundo se produce por este método. El método fue inventado por los científicos soviéticos P. G. Sergeev, N. M. Gornastaleva, R. Yu. Udris, B. D. Kruzhalov. En comparación con la mayoría de los demás procesos, el proceso del cumeno utiliza condiciones de síntesis relativamente suaves y materias primas relativamente económicas. Sin embargo, para operar económicamente, debe haber demanda tanto de fenol como de acetona [11] [12] . En 2010, la demanda mundial de acetona fue de aproximadamente 6,7 millones de toneladas, de las cuales el 83 % se cubrió con cumeno acetona;
oxidación de tolueno , con formación intermedia de ácido benzoico (alrededor del 3%);
extracción del alquitrán de hulla .

El fenol también se puede hacer por reducción de quinona .

Rol biológico

El aminoácido proteinogénico tirosina es un derivado estructural del fenol y se puede considerar como fenol para -sustituido o para-cresol α - sustituido . Otros compuestos fenólicos también son comunes en la naturaleza, incluidos los polifenoles . En su forma libre, el fenol se encuentra en algunos microorganismos y está en equilibrio con la tirosina. El equilibrio lo mantiene la enzima tirosina-fenol-liasa ( EC 4.1.99.2).

La importancia biológica del fenol generalmente se considera en términos de su impacto en el medio ambiente. El fenol es uno de los contaminantes industriales. En su forma pura, el fenol es bastante tóxico para los animales y los humanos . El fenol es perjudicial para muchos microorganismos , por lo que las aguas residuales industriales con un alto contenido de fenol son difíciles de tratar biológicamente.

Aplicación

La producción mundial de fenol en 2006 es de 8,3 millones de toneladas/año. En términos de producción, el fenol ocupa el puesto 33 entre todas las sustancias producidas por la industria química y el 17 entre las sustancias orgánicas. . Según datos de 2006, el consumo mundial de fenol tiene la siguiente estructura:

El 43% del fenol se usa para hacer bisfenol A , que a su vez se usa para hacer policarbonatos y resinas epoxi ;
El 30% del fenol se gasta en la producción de resinas de fenol-formaldehído ;
El 12% del fenol se convierte por hidrogenación en ciclohexanol , que se utiliza para obtener fibras artificiales: nailon y capron [13] ;
en Rusia, una gran cantidad de fenol se usa en la refinación de petróleo , en particular, para la purificación selectiva de aceites en unidades de proceso de los tipos 37/1 y A-37/1. El fenol exhibe una alta selectividad y eficiencia en la eliminación de sustancias resinosas, varios hidrocarburos aromáticos policíclicos con cadenas laterales cortas, así como compuestos que contienen azufre de los aceites [14] ;
el resto del fenol se gasta en otras necesidades, incluida la producción de antioxidantes (ionol), tensioactivos no iónicos: alquilfenoles polioxietilados ( neonoles ), otros fenoles ( cresoles ), medicamentos ( aspirina ), antisépticos ( xeroformo ) y pesticidas . Una solución de fenol al 1,4% se utiliza en medicina (oracept) como anestésico y antiséptico [15] .

El fenol y sus derivados determinan las propiedades conservantes del humo del humo. . En cosmetología, como una exfoliación química (tóxica).

en ganadería - desinfección de animales con soluciones de fenol y sus derivados.
en cosmetología - para peeling profundo.

Propiedades toxicas

El fenol es tóxico . Según el grado de impacto en el cuerpo humano, el fenol se clasifica como una sustancia altamente peligrosa ( Clase de peligro 2). Cuando se inhala, causa daño a las funciones del sistema nervioso . El polvo, los vapores y la solución de fenol irritan las membranas mucosas de los ojos , las vías respiratorias y la piel, provocando quemaduras químicas . Faltan pruebas de que el fenol sea cancerígeno para los seres humanos [16] .

Concentraciones Máximas Permisibles (MPC) de fenol [17] [18] [19] [20] :

MPKr.z. = 1 mg/m³ ( clase de peligro 2 )
MPC.s. = 0,3 mg/m³ ( clase de peligro 2 )
MPCm.r. = 0,01 mg/m³
MPCs.s. = 0,006 mg/m³
MPCv. = 0,001 mg/l.

Al entrar en contacto con la piel, el fenol se absorbe muy rápidamente incluso a través de áreas intactas y después de unos minutos comienza a afectar el tejido cerebral. Primero, hay una excitación a corto plazo y luego, parálisis del centro respiratorio. Incluso cuando se exponen a dosis mínimas de fenol, se observan estornudos, tos, dolor de cabeza, mareos, palidez, náuseas y pérdida de fuerza. Los casos graves de intoxicación se caracterizan por pérdida del conocimiento, cianosis, dificultad para respirar, insensibilidad de la córnea, pulso rápido, apenas perceptible, sudor frío y, a menudo, convulsiones. La dosis letal para humanos cuando se ingiere es de 1 a 10 g, para niños: de 0,05 a 0,5 g [21] .

Seguridad en el trabajo

MPC en el aire del área de trabajo: 1 mg / m³ (máximo una vez) y 0,3 mg / m³ (cambio promedio). El umbral de olor del fenol varía de persona a persona; y puede alcanzar (promedio de grupo) 5,8-7,5 mg/m³ [22] . Y para trabajadores individuales, puede ser mucho más alto que el valor promedio. Por esta razón, se puede esperar que el uso de filtros RPE ampliamente disponibles , en combinación con el " cambio de filtro cuando la máscara huele mal" (como lo recomiendan casi universalmente los proveedores en RF), dará como resultado una sobreexposición a los vapores de fenol durante al menos algunos trabajadores, y causar daños a su salud [23] - debido al reemplazo tardío de los filtros de las máscaras antigás . Para la protección contra el fenol, se debe utilizar un cambio de tecnología más efectivo y protección colectiva .

Catástrofe fenólica en Ufa

Un claro ejemplo del impacto del fenol en el medio ambiente fue el caso de la primavera de 1990 en Ufa . Como resultado de un accidente provocado por el hombre en la empresa de producción de Ufakhimprom, una gran cantidad de fenol se filtró en el río Shugurovka , que desemboca en el río Ufa , que es la fuente de suministro de agua potable para la ciudad de Ufa. La contaminación del agua en el área de la toma de agua del Sur superó el MPC en más de 100 veces. El peligro de contaminación del agua potable con fenol se manifiesta en el hecho de que se utilizó cloro en la purificación del agua , que, al interactuar con el fenol, formó derivados del cloro (una mezcla de clorofenoles), sustancias más tóxicas (unas 100-250 veces más altas que las toxicidad del propio fenol). Se advirtió a la población de Ufa sobre los peligros de usar agua del grifo para beber. El número total de personas que consumieron agua potable contaminada con fenol de la toma de agua del sur de Ufa fue de 672.876 personas [24] .

Notas

↑ Binas (holandés) - 2 - Noordhoff Uitgevers , 1986. - ISBN 978-90-01-89351-4
↑ FF Runge (1834) "Ueber einige Produkte der Steinkohlendestillation" Archivado el 29 de abril de 2021 en Wayback Machine (Sobre algunos productos de la destilación del carbón), Annalen der Physik und Chemie , 31 : 65-78. En la página 69 del volumen 31, Runge nombra al fenol "Karbolsäure" (ácido de aceite de carbón, ácido fénico). Runge caracteriza el fenol en: F. F. Runge (1834) "Ueber einige Produkte der Steinkohlendestillation", archivado el 3 de marzo de 2021 en Wayback Machine Annalen der Physik und Chemie , 31 : 308-328.
↑ Auguste Laurent (1841) "Mémoire sur le phényle et ses dérivés" Archivado el 27 de octubre de 2019 en Wayback Machine (Memorias sobre el benceno y sus derivados), Annales de Chimie et de Physique , series 3, 3 : 195-228. En la página 198, Laurent nombra al fenol "hidrato de phényle" y "l'acide phénique".
↑ Auguste Laurent (1836) "Sur la chlorophénise et les acides chlorophénisique et chlorophénèsique", Annales de Chemie et de Physique , vol. 63, págs. 27-45, véase pág. 44 Archivado el 20 de marzo de 2015 en Wayback Machine : Je donne le nom de phène au radical fondamental des acides précédens (φαινω, j'éclaire), puisque la benzine se trouve dans le gaz de l'éclairage. (Doy el nombre de "phène" (φαινω, Ilumino) al radical fundamental del ácido precedente, porque el benceno se encuentra en el gas de iluminación.)
↑ Gerhardt, Charles (1843) "Recherches sur la salicine", archivado el 6 de noviembre de 2018 en Wayback Machine Annales de Chimie et de Physique , serie 3, 7 : 215-229. Gerhardt acuña el nombre "fenol" en la página 221.
↑ Lister, José. Principio antiséptico de la práctica de la cirugía . - 1867. Archivado el 15 de septiembre de 2014 en Wayback Machine .
↑ Smith, Michael B. & March, Jerry (2007), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1 , < https ://books.google.com/books?id=JDR-nZpojeEC&printsec=frontcover > Archivado el 24 de diciembre de 2019 en Wayback Machine .
↑ Roscoe, Henry. Un tratado de química, Volumen 3, Parte 3 . Londres: Macmillan & Co. , 1891. - pág. 23.
↑ Química orgánica 2.ª ed. John McMurry ISBN 0-534-07968-7
↑ Reacción cualitativa al fenol _
↑ Fenol: la industria química esencial en línea (11 de enero de 2017). Consultado el 2 de enero de 2018. Archivado desde el original el 3 de enero de 2018. (indefinido)
↑ Rutas directas al fenol (enlace descendente) . Consultado el 9 de abril de 2007. Archivado desde el original el 9 de abril de 2007. (indefinido)
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Enlaces

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