Fenol, karbolna kislina ali krajše karbol, je aromatska organska spojina s kemijsko formulo C6H5OH. Je bela kristalinična hlapna trdnina. Molekula je sestavljena iz fenilne skupine C6H5-, na katero je vezana hidroksilna skupina –OH. Fenol je srednje kisel in zahteva previdno rokovanje, ker povzroča kemične opekline.
Prvič so ga pridobili iz premogovega katrana, sedaj pa se industrijsko proizvaja iz nafte. Letna svetovna proizvodnja je približno 10 milijonov ton.The Essential Chemical Industry online . Pridobljeno 1. januarja 2015. Od tega se je leta 2013 50 % fenola porabilo za proizvodnjo bisfenola A (surovina za plastične mase), 26 % za fenolne smole (bakelit), 12 % za kaprolaktam (surovina za poliamid 6), ostalih 12 % pa za druge proizvode.Phenol: 2014 World Market Outlook and Forecast up to 2018. Pridobljeno 1. januarja 2015.
Fenoli so navidezno podobni alkoholom, vendar imajo povsem drugačne lastnosti. Za razliko od alkoholov, v katerih je –OH skupina vezana na nasičen ogljikov atom,Alcohols. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology. 2. izdaja. 1997. je pri fenolih vezana na nenasičen aromatski obroč, pri fenolu na benzenov.Phenols. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology. 2. izdaja. 1997. Fenoli so zaradi stabilizacije konjugirane baze in resonance aromatskega obroča bolj kisli kot alkoholi.
Lastnosti Fenol je zelo dobro topen v vodi (približno 84,2 g/L, 0,88 M). Poleg tega tvori homogene zmesi fenol-voda in voda-fenol do razmerja približno 1:2,6 ali celo več. Še bolj topna je njegova sol natrijev fenoksid (C6H5-ONa).
Kislost Fenol je slabo kisel in pri visokih pH tvori fenolatni anion C6H5O-, ki se imenuje tudi fenoksid (Ph):M.B. Smith, J. March (2007). Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. 6. izdaja. New York: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-72091-7.
PhOH PhO− + H+ (K = 10−10)
Fenol je milijonkrat bolj kisel od alifatskih alkoholov, a se kljub temu prišteva k šibkim kislinam. Popolnoma reagira z vodnim NaOH in porabi ves H+, medtem ko alkoholi reagirajo samo delno. Fenoli so manj kisli od karboksilnih kislin in celo ogljikove kisline.
Ena od razlag za povečano kislost v primerjavi z alkoholi je resonančna stabilizacija fenoksidnega aniona z aromatskim obročem. Negativni naboj kisika se na ta način delokalizira na orto in para ogljikova atoma.Organic Chemistry. 2. Izdaja. John McMurry, ISBN 0-534-07968-7. Po drugi razlagi je povečana kislost posledica prekrivanja elektronskih orbital kisikovega prostega elektronskega para in aromatskega sistema. J. Clark. The Acidity of Phenol. ChemGuide. Jim Clark. Pridobljeno 5. avgusta 2007. Po tretji razlagi je posledica vpliva indukcije sp2 hibridiziranih ogljikovih atomov. pKa enola acetona je 10,9, kar je primerljivo s pKa fenola.Acidity Concepts of Organic Molecules. Kislosti fenola in enola acetona se v plinski fazi razlikujeta zaradi vpliva solvacije. Približno tretjina povečane kislosti fenola bi se lahko pripisalo indukcijskim učinkom, ostali dve tretjini razlike pa resonanci.P.J. Silva (2009). Inductive and Resonance Effects on the Acidities of Phenol, Enols, and Carbonyl α-Hydrogens. J. Org. Chem. 74 (2): 914–916. doi: 10.1021/jo8018736. PMID 19053615.
Fenoksidni anion thumb|center|500px|center|Resonančne strukture fenoksidnega aniona
Fenoksidni anion ima podobno nukleofilnost kot prosti amini, vendar imajo to prednost, da se njihova konjugirana kislina (nevtralni fenol) celo v zmerno kislih pogojih ne deaktivira v celoti kot nukleofil. Fenoli se včasih uporabljajo v sintezi peptidov za aktiviranje karboksilnih kislin ali estrov, da se pretvorijo aktivirane estre. Fenolatni estri so bolj stabilni proti hidrolizi kot kislinski anhidridi in acil halidi, vendar so pod milimi pogoji dovolj reaktivni, da olajšajo tvorbo amidnih vezi.
Tavtomerija left|thumb|150px|Fenolo-cikloheksadienonska tavtomerija
V fenolu je prisotna keto-enolna tavtomerija z nestabilnim keto tavtomerom cikloheksadienonom. Ravnotežna konstanta enolizacije je približno 10-13, se pravi da je v keto obliki vsak trenutek samo ena od deset trilijonov molekul.M. Capponi, I.G. Gut, B. Hellrung, G. Persy, J. Wirz (1999). Ketonization equilibria of phenol in aqueous solution. Can. J. Chem. 77 (5–6): 605–613. doi: 10.1139/cjc-77-5-6-605. Fenol je torej skoraj v celoti v enolni obliki.J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers (2001). Organic Chemistry. 1. Izdaja. Oxford University Press. Str. 531. ISBN 978-0-19-850346-0.
Fenoksidi so enolati, stabilizirani z aromatičnostjo. Pri normalnih pogojih so bolj reaktivni na položaju, kjer je kisikov atom, ki je "trd" nukleofil, medtem ko je α-ogljik "mehak".
Reakcije right|200px|thumb|Izračunana elektrostatska slika nevtralnega fenola: nevtralna področja so obarvana zeleno, elektronegativna oranžno-rdeče, elektropozitivni fenolni proton pa modro Fenol je zelo reaktiven v elektrofilnih aromatskih substitucijah, ker π elektroni kisikovega atoma donirajo svojo elektronsko gostoto aromatskemu obroču. Na obroč se zato lahko s halogeniranjem, acililiranjem, sulfoniranjem in drugimi postopki vežejo različne atomske skupine. Fenolni obroč je za nekatere reakcije tako močno aktiviran, bolj ativiran je samo anilin, da med bromiranjem in kloriranjem substitucija ne poteče samo na enem ogljikovem atomu, ampak na obeh orto in para ogljikovem atomu.
Vodne raztopine fenola so rahlo kisle in moder lakmusov papir obarvajo rahlo rdeče. Fenol se zlahka nevtralizira z natijevim hidroksidom, pri čemer nastane natrijev fenolat (ali fenat). Je šibkejša kislina kot ogljikova kislina, zato se ne more nevtralizirati z natrijevim bikarbonatom ali natrijevim karbonatom, da bi se sprostil ogljikov dioksid.
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O
Če se zmes fenola in benzoil klorida stresata v prisotnosti razredčene raztopine natrijevega hidroksida, nastane fenil benzoat (primer Schotten-Baumannove reakcije):
C6H5OH + C6H5COCl → C6H5OCOC6H5 + HCl
Če se fenol destilira s cinkovim prahom ači če njegove pare prehajajo skozi granuliran cink pri 400 °C, se reducira v benzen:H. Roscoe (1891). A treatise on chemistry 3, 3. London: Macmillan & Co. Str. 23.
C6H5OH + Zn → C6H6 + ZnO
Če fenol reagira z diazometanom v prisotnosti borovega trifluiroda (BF3), kot glavna produkta nastaneta anisol in plinasti dušik:
C6H5OH + CH2N2 → C6H5OCH3 + N2
Proizvodnja Fenol se lahko proizvaja po več postopkih. Trenutno prevladuje postopek delne oksidacije kumena (izopropilbenzena) s Hockovo premestitvijo, po katerem se proizvede približno 95 % fenola (2003):Manfred Weber, Markus Weber, M. Kleine-Boymann (2004). Ullmann's Encyclopedia of Industrial chemistry. doi:10.1002/14356007.a19_299.pub2. ISBN 3527306730.
C6H5CH(CH3)2 + O2 → C6H5OH + (CH3)2CO
Kumensko-peroksidni postopek zahteva v primerjavi z večino drugih procesov relativno mile reakcijske pogoje in relativno poceni surovine, vendar njegova gospodarnost ni odvosna samo od prodaje fenola, ampak tudi od prodaje stranskega proizvoda acetona.
Eden od prvih postokov, ki sta ga razvila Bayer in Monsanto na začetku 20. stoletja, se je začel z reakcijo močne baze z benzensulfonatom: H.A. Wittcoff, B.G. Reuben (1980). Industrial Organic Chemicals in Perspective. Part One: Raw Materials and Manufacture. Wiley-Interscience, New York.
C6H5SO3H + 2 NaOH → C6H5OH + Na2SO3 + H2O
Med druge postopkeza proizvodnjo fenola spadajo: hidroliza klorobenzena z bazo ali vodno paro (Raschig–Hookerjev postopek):H.-G. Franck, J.W. Stadelhofer (1988). Industrial Aromatic Chemistry. Springer-Verlag, New York. Str. 148-155.
C6H5Cl + H2O → C6H5OH + HCl
oksidacija benzena z didušikovim oksidom, ki je potencialno"zelen" postopek:
C6H6 + N2O → C6H5OH + N2
oksidacija toluena, ki jo je razvil Dow Chemical:
C6H5CH3 + 2 O2 → C6H5OH + CO2 + H2O
stranski produkt koksanja (pirolize) premoga.
Uporaba Približno dve tretjini fenola se porabi za proizvodnjo plastičnih mas ali surovin zanje. S kondenzacijo fenola z acetonom nastane bisfenol A, ki je ključna surovina za proizvodnjo polikarbonatov in epoksidnih smol. S polikondenzacijo fenola, alkilfenolov ali difenolov s formaldehidom nastanejo fenolne smole, od katerih je najbolj znan bakelit. Z delnim hidrogeniranjem nastane cikloheksanon, ki je osnova za sintezo najlona. Neionski detergenti se proizvajajo z alkilacijo fenola, s katero nastanejo alkilfenoli, na primer nanolfenol, ki se zatem etoksilirajo.
Fenol je osnovna surovina tudi za številna zdravila, od katerih je najbolj znan aspirin, in herbicidov.
Drugo Fenol se je nekoč uporabljal kot antiseptik, predvsem v karbolnih milih, ki so se na široko uporabljala od začetka 20. stoletja do 1970. let. Je tudi ena od komponent v sredstvih za odstranjevanje barvnih premazov, ki se v letalski industriji uporabljajo za odstranjevanje predvsem epoksidnih, poliuretanskih in drugih kemično odpornih premazov.CH207 Aircraft paintstripper, phenolic, acid. Callington. 14. october 2009. Pridobljeno 27. avgusta 2011. Derivati fenola se uporabljajo tudi za pripravo kozmetičnih preparatov, na primer sredstev za zaščito pred soncemA. Svobodová, J. Psotová, D. Walterová (2003). Natural Phenolics in the Prevention of UV-Induced Skin Damage. A Review. Biomed. Papers 147 (2): 137–145. doi: 10.5507/bp.2003.019. barvanje las in svetlenja kože.R. H. DeSelms. UV-Active Phenol Ester C ompounds. Enigen Science Publishing. Washington, DC, 2008.
Koncentrirane raztopine fenola se pogosto uporabljajo za kirurško obdelavo vraščenih nohtov na nogah, ker preprečujejo ponovno vraščanje odrezanega dela nohta. Postopek se imenuje fenolizacija.
Zgodovina Nečist fenol je leta 1834 izoliral Friedlieb Ferdinand Runge iz premogovega katrana.F. F. Runge (1834). Über einige Produkte der Steinkohlendestillation. Annalen der Physik und Chemie, 31: 65-78 in 308-328. Runge ga je imenoval karbolna kislina (Karbolsäure). Premogov katran je bil glavni vir fenola vse do razvoja petrokemijske industrije. Čist fenol je leta 1841 izoliral francoski kemik Auguste Laurent.A. Laurent (1841). Mémoire sur le phényle et ses dérivés. Annales de Chimie et de Physique 3 (3): 195-228.
Leta 1836 si je Auguste Laurent za benzen izmislil ime "phène"A. Laurent (1836). Sur la chlorophénise et les acides chlorophénisique et chlorophénèsique. Annales de Chemie et de Physique 63: 27–45. (iz grškega φαινω [faino], iluminat), ker ga je odkril v svetilnem plinu. Ime je postalo koren za besedi fenol in fenil. Leta 1843 je francoski kemik Charles Gerhardt phène preimenoval v fenol.C. Gerhardt (1843). Recherches sur la salicine. Annales de Chimie et de Physique 3 (7): 215-229.
Antiseptične lastnosti fenola je odkril in izkoriščal kirurg Joseph Lister (1827–1912) v svojih pionirskih antiseptičnih operacijah. Lister je zahteval, da se rane popolnoma očistijo, in nato prekrijejo s kosom tkanine ali vato, namočeno v fenol.J. Lister (1867). Antiseptic Principle Of The Practice Of Surgery. Modern History Sourcebook. Stalna izpostavljenost fenolu je dražila kožo, kar je nazadnje privedlo do zamenjave fenola z manj agresivnimi razkužili.
Fenol je aktivna komponenta nekaterih oralnih analgetikov.
Fenol je bil tudi glavna sestavina tako imenovane "karbolne dimne žoge", neučinkovite naprave, ki so jo v 19. stoletju tržili v Londonu in naj bi ščitila pred gripo in drugim boleznim. Njena raba se je končala z razvpitim sodnim procesom.
Druga svetovna vojna