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Fenol
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¿Qué es el fenol?

Fenol
Identificadores
Nombre químico Fenol
Sinónimos/nombres comerciales: Ácido fénico, ácido carbólico, hidroxibenceno, monohidroxibenceno, hidróxido de fenilo, ácido fenil
Nombre químico (alemán): Phenol, Karbolsäure, Hydroxybenzol; (francés): Phénol, acide carbolique, acide phénique, benzénol, phénol ordinaire; (inglés): Phenol, carbolic acid, hydroxybenzene, oxybenzene, monohydroxybenzene, phenic acid, phenyl hydrate, phenyl hydroxide, phenyl acid
Fórmula empírica: C6H5OH
Propiedades
Aspecto general Sustancia incolora a blanco rosado o masa fundida incolora; de olor dulzón.
Masa molecular relativa 94,11 g
Densidad 41º/4º 1.05 g/cm3
Densidad 25º/4º: 1,07 g/cm3 a 20° C
Densidad relativa del gas: 3,24
Punto de ebullición: 181,75°C
Punto de fusión: 40,8°C
Punto de inflamación: 82°C
Calor latente de fusión. 29.30 Kcal/mol
Presión de vapor: 0,2 hPa a 20°C, 3,5 hPa a 50°C, 54 hPa a 100°C
Temperatura de ignición: 595°C
Límites de explosividad: 1,3-9,5% V
Umbral de olor: 0,18 mg/m3 = 0,046 ppm
Solubilidad En agua: 82 g/l; se disuelve fácilmente en alcohol, éter, cloroformo, grasas y aceites esenciales.
Factores de conversión: 1 ppm = 3,91 mg/m3, 1 mg/m3 = 0,26 ppm

Recibe el nombre de fenol, el alcohol monohidroxílico derivado del benceno; dándosele, además, a todos los compuestos que tengan un radical oxidrílico unido al anillo bencénico. El fenol en forma pura es un sólido cristalino de color blanco-incoloro a temperatura ambiente. El fenol es un alcohol que puede sintetizarse mediante la oxidación parcial del benceno.

Fenol, antiguamente llamado ácido fénico o ácido carbólico, es un compuesto orgánico aromático débilmente ácido y se asemeja a los alcoholes en su estructura. Los cristales incoloros, y en forma de aguja, del fenol purificado tienen un punto de fusión de 43 °C y un punto de ebullición de 182 °C. Cuando están almacenados, los cristales se vuelven rosados y finalmente rojizos. El fenol es soluble en disolventes orgánicos y ligeramente soluble en agua a temperatura ambiente, pero por encima de los 66 °C es soluble en todas proporciones. Es un componente del alquitrán de hulla.

El fenol es una sustancia manufacturada. El producto comercial es un líquido. Tiene un olor repugnantemente dulce y alquitranado.

El término fenol se usa también para denominar a cualquiera de los compuestos de carácter ácido que son derivados hidroxilados de los hidrocarburos aromáticos, por ejemplo, los metilfenoles (cresoles) y la resorcina.

Historia

El fenol fue obtenido por Ruge en 1834; separó del asfalto lo que Él llamó ácido carbòlico. Nombre con el que se conoció hasta principios de este siglo. En 1914 Meyers y Bergius, proponen hidrolizar el monoclorobenceno con hidróxido de sodio. Proceso que se generalizó pocos años después.

Hasta la Primera Guerra Mundial, solo se había logrado obtener el fenol ó ácido carbólico por la separación del asfalto; hasta que se estableció el proceso basado en la sulfonación del benceno hidrolizado con hidróxido de sodio, y volviendo a hidrolizar el producto, que era el bencensulfonato de sodio; a este se le llamó fenol sintético.

En 1930, se transforma el proceso de hidrólisis del monoclorobenceno, obteniéndose el fenol, en fase vapor, hidrolizando al monoclorobenceno con agua, en lo que se conoce momo proceso de Rashig-Hooker.

En 1950, la B.P. Internacional. Ltd. y la Hercules Chemical, Inc., instituyen un nuevo proceso para la obtención del fenol, oxidando el cumeno hasta hidroperóxido de cumeno y catalizando la reacción de éste para obtener fenol y un segundo producto comercial, la acetona.

Este proceso surgió debido a la sobreproducción del cumeno que era subproducto en la reacción de obtención del hule sintético G R - S, además de la necesidad de la obtención de acetona que se usaba como aditivo en gasolinas de aviación.

En 1961, se busca reformar los procesos de obtención del fenol, y debido a esto, la Dow Chemical of Canada, Ltd., lo obtiene por medio de la oxidación del tolueno hasta ácido benzoico, y la reoxidación de éste para obtener fenol.

Propiedades

Químicamente, el fenol, se caracteriza por la influencia mutua entre el grupo hidroxilo u oxidrilo (HO:) y el anillo aromático. El grupo fenilo ó fenil negativo, es la causa de una leve acidez del grupo oxidrílico (pK en solución acuosa a 25 ºC es 1.3 x 10 -10).

En fenol reacciona con las bases fuertes para formar sales llamadas fenóxidos (alguna veces fenonatos ó fenolatos):

C6H5-OH + NaOH H2O + C6H5-ONa

Los fenatos de sodio y potasio, son rápidamente descompuestos por el bióxido de azufre; éste compuesto, también descompone al fenol.

El Grupo hidroxilo puede ser fácilmente eterificado y eterificado. El acetato de fenilo CH3=COO=C6H5, el fosfato de trifenilo (C6H5)3PO4 y el salicilato de fenilo (C6H5)2O son los éteres comerciales más conocidos del fenol.

El fenol es rápidamente oxidado a una variedad de productos que incluye a los bancenodioles (hidroquinona, resorcinol y pirocatecol), bencenotrioles y derivados del difenilo (difenoles ó bifenoles) HO-C6H4-OH, y óxido de difenilo (dibenzofurano) y productos de descomposición, dependiendo este del agente occidente y de las condiciones de operación. La reducción del fenol con zinc por destilación, da benceno, y la hidrogenación del fenol, finalmente, es método para la obtención del ciclohexanol.

El grupo hidroxilo de una alta reactividad al grupo fenilo. Los átomos del hidrógeno en las posiciones o- (orto) y p- (para), con respecto del grupo hidroxilo, son altamente reactivos (orienta las sustituciones hacia eses posiciones); o sea, los hidrógenos en 2- y 4- son los primeros en ser sustituidas para formar el monoderivados para formar el monoderivado inicial, después el 2- 4- ó el 2- 6- derivado, y finalmente el 2- 4- 6- triderivado, esto si las condiciones lo permite.

Obtención del fenol

En el grupo de los fenoles, los cresoles y el compuesto base mismo son los compuestos más importantes, además del timol, los naftoles, la fenolftaleína, el triclorofenol y el pentaclorofenol. Los compuestos naturales (pirocatequina, guayacol y sus derivados) no son tóxicos. Un derivado conocido de la pirocatequina es la adrenalina. El fenol se presenta en la Naturaleza en la madera y en las agujas de pino, en la orina de los herbívoros (fenolsulfato) y en el alquitrán de hulla. De los fenoles monohídricos se obtienen numerosas esencias (aromáticas) naturales, como por ejemplo: vainillina, timol, carvacrol, "zingiverón" (en jengibre), aldehído salicílico. Entre los fenoles multivalentes sintéticos, el hexaclorofeno es particularmente tóxico.

El fenol se obtiene a partir de la destilación del alquitrán de hulla. Según RÖMPP (1983), con 1 tonelada de hulla se obtiene aproximadamente 0,25 kg de fenol. Actualmente, sin embargo, predomina la producción sintética por disociación del hidroperóxido de cumeno, obteniéndose acetona como producto secundario. En parte aún se recurre a la síntesis a partir del benceno, utilizando ácido bencenosulfónico o clorobenceno.

Usos y aplicaciones

El fenol se utiliza para la preparación de resinas sintéticas, colorantes, medicamentos, plaguicidas, curtientes sintéticos, sustancias aromáticas, aceites lubricantes y solventes.

La principal aplicación del fenol es la fabricación de resina fenol-formaldehídica. El segundo derivado en importancia es la caprolactama. También puede condensarse con acetona para obtener difenol, el cual reacciona con epiclorhidrina para dar policarbonatos y con diversas sulfonas complejas para dar resinas polisulfónicas. El fenol puede alquilarse con trímero de propileno (o con otras olefinas) par dar p-nonilfenol para conversión a detergentes, ya sea por sulfonación e etoxilación. Además, el nonilfenol constituye la base para oxidantes de hules y plásticos. Otros alquilfenoles se usan para la formación de resinas fenólicas. El fenol también se emplea como materia prima para obtener el herbicida ácido 2, 4-diclorofenoxiacético.

El fenol se usa también en la producción de resinas fenólicas. También se usa en la manufactura de nylon y otras fibras sintéticas. El fenol es muy utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica como un potente fungicida, bactericida, antiséptico y desinfectante, también para producir agroquímicos, policarbonatos, en el proceso de fabricación de ácido acetilsalicílico o aspirina y en preparaciones médicas como enjuagadientes y pastillas para el dolor de garganta.

En 1867, el cirujano británico Joseph Lister utilizó por primera vez el fenol como desinfectante para esterilizar heridas, vendajes e instrumentos quirúrgicos. Las disoluciones diluidas son antisépticos muy útiles, pero las disoluciones concentradas son cáusticas y dejan cicatrices en los tejidos. Actualmente, el fenol ha sido sustituido por germicidas menos irritantes y más eficaces, pero aún se sigue usando en la fabricación de resinas, plásticos, insecticidas, explosivos, tintes y detergentes, y como materia prima para la producción de algunos medicamentos, como la aspirina.

Un derivado del fenol, la fenolftaleína (C20H14O4), es un compuesto químico obtenido por la reacción entre el fenol y el anhídrido ftálico en presencia de ácido sulfúrico y se usa como indicador de la acidez.

Principales compuestos derivados del fenol

La producción del los derivados alquilados del fenol, o alquilfenoles, ocupa el 7% del volumen de la producción total del fenol en los EEUU., teniendo buena importancia comercial cada uno de ellos. A continuación se nombran los alquilfenoles más importantes y sus usos:

O- terbutifenol . Se sugiere su uso como producto intermedio en la obtención de resinas sintéticas, perfumes, agentes tenso activos y en plastificantes.

M- terbutilfenol. Se sugiere su uso para prevenir la oxidación en hules, aceites y resinas, además como agente anti-natas.

P- terbutilfenol. La reacción más importante del P- terbutilfenol, es su condensación con el formaldehído en presencia de catalizadores ácidos ó básicos, para dar colorantes mate y resinas solubles en aceite, que se caracterizan por su buena resistencia a los ácidos, álcalis, el agua y la luz. Las resinas de P- terbutilfenol son importantes también en la formulación de adhesivos. La condensación de P- terbutilfenol con el acetileno da un producto de polimerización, aplicable en hules y otros elastómeros.

El P-terbutilfenol, sirve como agente anti-cracking en hules y como estabilizador de jabones. Su hidrogenación da cis- y trans- 4- terbutilciclohexanol, cuyos acetatos se usan en perfumería como sustitutos del aceite de limón.

P- teramilfenol. Como otros fenoles para sustituidos, el P- termilfenol puede condensarse con el formal dehido para formar resinas termoestables solubles en benceno, tolueno y en aceites secantes; estas resinas tienen valor en la manufactura de pinturas y barnices. Otro uso y mejor para el P- termilfenol es en la producción de agentes tenso activos por su reacción con el óxido de etileno. Las soluciones de P- termilfenol en alcohol / agua se usan en la manufactura de germicidas, insecticidas y fumigantes. El P-teramilfenol se usa también como intermedio para obtener aditivos para hules y petróleo

Heptilfenol. Se usa comúnmente como intermedio en las reacciones de obtención de aditivos de detergentes-dispersantes y en aditivos de aceites lubricantes, así como intermedios en la producción de plastificantes, estabilizadores y hules químicos.

P- teroctilfenol. Los usos comerciales más frecuentes del P-teroctilfenol, es en la manufactura de resinas fenólicas por condensación con la formaldehído y en la manufactura de secantes no-iónicos y de agentes dispersantes por condensación con el óxido de etileno. Las sales de calcio y bario de los sulfuros y formaldehído condensados con el P- tercotilfenos se usan como aditivos en aceites.

El P- teroctilfenol le da estabilidad térmica y ultravioleta a la etil-celulosa, se usa también en la fabricación de pinturas, insecticidas, bactericidas y compuestos farmacéuticos.

Nonilfenol. Su reacción industrial más importante es su eterificación, por condensación con el óxido del etileno usando un catalizador básico dando al agente tenso-activo no iónico del tipo del nonilfenoxipolietoxietanol, estos éteres tienen buena estabilidad química y excelentes propiedades secantes, emulsionantes y detergentes.

El nonilfenol reacciona con los aldehídos, para dar resinas fenólicas, cuando lo hace con otros fenoles, da resinas más resistentes al agua, más solubles en aceites y que dan ciertas propiedades eléctricas.

Una variedad de nonilfenoles, está siendo usada como productos intermedios en al fabricación de plastificantes de cloruro de polivinilo. Otras aplicaciones para el nonilfenoles en productos farmacéuticos, inhibidores de corrosión, pinturas, agentes de flotación, insecticidas, bactericidas y estabilizadores químicos.

Dodecilfenol. Las sales de los metales alcalinos del ácido dodecilfenoldulfónico, tienen propiedades tenso-activas.

Tal como el nonilfenol, reaciona con los óxidos de alquileno para formar largas cadenas poliéster, que tienen usos como detergentes no-iónicos de tipo casero e industrial, además de su uso como agentes secante y emulsionante. Se preparan sucfactantes aniónicos por la sulfacción de los condensados que contengan de 4 a 7 moléculas de óxido de etileno por molécula de alquilfenol (se usan como detergentes líquidos).

2- 6- diterbutilfenol. Se obtiene haciendo reaccionar fenol con isobutileno usando fenato de aluminio como catalizador y se sugiere como producto intermedio para obtener resinas sintéticas, plastificantes, y agentes tenso-activos. Se usa como antioxidante para inhibir la formación de gomas en gasolinas que contengan tetraetilo de plomo, su producto de condensación con formaldehído se usa particularmente como antioxidante para polímeros, aceites y ceras.

3- metil 6- terbutilfenol. Es un antioxidante efectivo y un estabilizador de resinas cumarona-indeno, éteres polivinílicos e hidrocarburos halogenados, tales como el tricloroetileno y el percloroteileno y es también un producto intermedio en la manufactura de antioxidantes para hules y polímeros de alto peso molecular.

Otras de sus aplicaciones son: como germicida en formulaciones desinfectantes y antisépticas.

3-metil 4- 6- diterbutilfenol. Este fenol alquilado es efectivo como antioxidante y estabilizador de éteres polivinílicos. Se propone su uso en la producción de hule duro o ebonita de copolimerización de butadieno-acrilonitrilo.

4- metil 2- terbutilfenol. Tiene buen valor comercial en el presente y es en la preparación de sus productos de condensación con aldehidos para formar antioxidantes, sobre todo para hules.

4-metil 2- 6- diterbutilfenol. En presencia de catalizadores ácidos, tales como cloruro de aluminio, en los ácidos sulfúrico y fosfórico, el alquilfenol puede se debutilado para formar terbutil P- cresol. Por medio de la oxidación con ácido crómico, ó con bromo se convierte a aldehído el grupo metilo.

El 4- metil 2- 6- diterbutilfenol. Se usa en gasolina para motores automotrices ó de aviación lubricación turbinas, aceites, ceras, hules sintéticos y naturales, pinturas, plásticos y elastómeros puesto que protege los materiales contra los efectos del oxígeno atmosférico durante su almacén y su servicio. En grado de alta pureza es muy usado en los alimentos para delatar cuando estos entran en estado de descomposición, especialmente para alimentos de origen animal, aceites vegetales y vitaminas solubles en aceite. También se usa en el empaque de alimentos, tales como papel de aluminio y polietileno.

2- 4- dimetil 6- terbutilfenol. Se encontró su aplicación como un antioxidante de olefinas y para gasolinas; para inhibir la polimerización prematura de monómeros reactivos particularmente acrilatos y metilicrilatos; para restringir la decoloración durante el proceso de obtención de las resinas cumarona-indeno, y es un agente anti-natas para pinturas, barnices, aceites secantes y tintas de impresión.

Precauciones, toxicidad y contaminación ambiental

Se puede detectar el sabor y el olor del fenol a niveles más bajos que los asociados con efectos nocivos. El fenol se evapora más lentamente que el agua y una pequeña cantidad puede formar una solución con agua. El fenol se inflama fácilmente, es corrosivo y sus gases son explosivos en contacto con la llama. Surgen emisiones por combustión incompleta de la gasolina y del alquitrán de hulla, en el agua residual de coquerías y como metabolitos en la fotólisis del benceno y del clorobenzeno

De ser ingerido en altas concentraciones, puede causar envenenamiento, vómitos, decoloración de la piel e irritación respiratoria. Desafortunadamente es uno de los principales desechos de industrias carboníferas y petroquímicas; como consecuencia el fenol entra en contacto con cloro en fuentes de agua tratadas para consumo humano, y forma compuestos fenilclorados, muy solubles y citotóxicos por su facilidad para atravesar membranas celulares.

Toxicidad
Mamíferos
Seres humanos: 1 g puede ser fatal s.RIPPEN, 1989
Ratas DL50 414-530 mg/kg, oral s.RIPPEN, 1989
DL50 670 mg/kg, dérmico s.RIPPEN, 1989
Conejos DL50 400-600 mg/kg, oral s.RIPPEN, 1989
DL50 850 mg/kg, dérmico s.RIPPEN, 1989
Gatos DL50 100 mg/kg, oral s.RIPPEN, 1989
Perros DL50 500 mg/kg, oral s.RIPPEN, 1989
Organismos acuáticos:
Pimephales promelas DL50 24-68 mg/l, s.RIPPEN, 1989
Leuciscus idus melanotus DL50 25 mg/l (48h) s.RIPPEN, 1989
Lepomis macrochirus DL50 24 mg/l (96h) s.RIPPEN, 1989
Daphnia DL50 12 mg/l (48h) s.RIPPEN, 1989
Scenedesmus quadricauda CE0 7,5-40 mg/l s.RIPPEN, 1989
Microcystis aeruginosa CE0 4,6 mg/l s.RIPPEN, 1989

Efectos característicos

Seres humanos/mamíferos: Los vapores y líquidos del fenol son tóxicos y pueden ingresar fácilmente al cuerpo por vía cutánea. Los vapores inhalados lesionan las vías respiratorias y el pulmón. El contacto del líquido con la piel y los ojos produce severas quemaduras (el fenol es un poderoso tóxico protoplasmático). La exposición prolongada paraliza el sistema nervioso central y produce lesiones renales y pulmonares. La parálisis puede desembocar en la muerte. Los síntomas que acompañan la afección son cefalalgias, zumbido en los oídos, mareos, trastornos gastrointestinales, obnubilación, colapso, intoxicación, pérdida del conocimiento, respiración irregular, paro respiratorio (apnea), paro cardíaco y, en algunos casos, convulsiones. Según HORN (1989), el fenol ejerce efectos teratógenos y cancerígenos. Según el ensayo Ames, el fenol carece de potencial mutagénico. Por lo común, el olor y sabor alarmantes evitan lesiones por ingesta

Plantas: Inhibe la permeabilidad pasiva y el crecimiento.

Afectación del medio ambiente

Agua: El fenol es más pesado que el agua y se hunde. Se disuelve lentamente y forma, incluso en dilución, soluciones tóxicas. En Alemania, el fenol se encuadra en el grupo de sustancias clasificadas como "Amenaza para el agua - Clase 2" debido a su considerable toxicidad en este medio.

Aire: Los vapores son más pesados que el aire y, expuestos al calor, forman mezclas explosivas. La oxidación del fenol en el aire se acelera por efecto de la luz o de impurezas que actúan como catalizadores.

Suelo: Debido a la degradación microbiana (aeróbica o anaeróbica) la acumulación de fenol en el suelo es escasa; el nivel de esta acumulación depende de la presencia de minerales arcillosos (gran afinidad con el óxido de aluminio).

Degradación, productos de la descomposición: La biodegradabilidad de los fenoles naturales es en general muy buena, de modo que casi no hay acumulación en plantas o animales. La degradación bacteriana del fenol continúa hasta la descomposición total en dióxido de carbono. En el suelo puede producirse su condensación a ácido húmico. Los fenoles sintéticos se degradan con menos facilidad, puesto que muchos de ellos son tóxicos para los microorganismos. Su toxicidad se incrementa con el número de átomos de cloro o de nitrógenos hayan sido incorporados a los fenoles. Por lo tanto, el pentaclorofenol es el más tóxico de los clorofenoles y el trinitrofenol (ácido pícrico) es el compuesto más tóxico de los nitrofenoles.

La descomposición en los cuerpos de agua superficiales se cumple en aproximadamente 7 días al 90% (aguas estancadas) y en el suelo alcanza la misma proporción en aproximadamente 1 día según la microflora y concentración (RIPPEN, 1989); la degradación total en las suspensiones de lodo requiere más de 2 días.

Los metabolitos de los fenoles pueden ser también extraordinariamente tóxicos: la combustión incompleta del 2,4,5-triclorofenol puede desembocar en la formación de TCDD (dioxina). Por regla general, la biodegradación produce ácido acético y CO2 pasando por la pirocatequina, o-chinona y ácidos dicarboxílicos (RIPPEN, 1989).

El fenol se elimina del organismo por vía urinaria, después de su oxidación o conjugación con ácido sulfúrico o glucónico.

Cadena alimentaria: Se produce poca acumulación en los alimentos. Los fumadores están más expuestos, porque el humo del cigarrillo contiene fenoles. La presencia de fenol en aguas subterráneas también contamina el agua potable, la que ya no se podrá consumir debido a su sabor desagradable.


Documentación

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