|
¿QUÉ SON LOS FENOLES?
Los fenoles son alcoholes aromáticos. Están
compuestos de moléculas que tienen un grupo -OH unido a un átomo de
carbono de un anillo bencénico. La estructura que se encuentra en todos
los fenoles es el
fenol.
Todos los demás fenoles difieren con respecto a los grupos que están
unidos al anillo aromático. Su fórmula general es Ar – OH, donde Ar
significa radical bencénico o grupo aromático. Son compuestos diferentes
a los
alcoholes, a pesar que ambos poseen el grupo funcional hidroxilo.
Los fenoles presentan algunas características comunes con los
alcoholes pero se diferencian en otras muchas por eso son tratados
como una clase aparte. Cuando dos hidrógenos del anillo del benceno se
sustituyen por grupos hidroxilos, se dice que son dihídricos, y en
general reciben nombres comunes
Los fenoles además pueden tener varios anillos bencénicos (policíclicos)
en la estructura molecular y acoplarse de diversa manera con diferentes
radicales en los vértices de los hexágonos del anillo para formar
compuestos de elevada complejidad y características muy diferentes.
Índice
Los fenoles en las plantas
Nomenclatura
Propiedades físicas
Propiedades químicas
Clasificación
Procedencia
Fuentes naturales
Biosíntesis
Usos y aplicaciones
Efectos sobre la
salud y el medio ambiente
Los fenoles en las plantas
Los compuestos fenólicos de las plantas son un grupo heterogéneo de
productos con más de 10.000 compuestos. Algunos son solubles en
solventes orgánicos, otros son glucósidos o ácidos carboxílicos y por lo
tanto solubles en agua, y otros son polímeros muy grandes e insolubles.
Dentro del grupo de los fenoles estarán los ácidos fenólicos (p.e.
ácido elágico) y la amplia familia de los flavonoides, entre otros. Los
compuestos más simples son unidades individuales de
fenol
que se encuentran de forma abundante en las hierbas culinarias, se
incluyen el apiol (que se encuentra en
eneldo
y
perejil) y el carvracol (orégano).
Todos ellos tienen una larga historia de utilización como conservantes
de los alimentos.
Muchos son clasificados como metabolitos secundarios de las plantas,
aquellos productos biosintetizados en las plantas que poseen la
característica biológica de ser productos secundarios de su metabolismo.
En general son sintetizados por una de dos vías biosintéticas: la vía
del ácido shikímico o la vía del ácido malónico o por las dos; por
ejemplo los
flavonoides.
Las coloraciones azul, azulgrana y violeta que se
observan en las
bayas,
uvas y
berenjena púrpura se deben a su contenido fenólico. Los
arándanos, por ejemplo, tienen una concentración elevada de
antocianidinas fenólicas y son de color rojo. Los fenoles protegen a las
plantas del daño por oxidación y realizan la misma función en los
humanos.
Este grupo también juega una variedad muy heterogénea de roles en las
plantas, roles que son atribuidos en general a los productos secundarios
de las plantas: muchos son productos de defensa ante herbívoros y
patógenos, otros proveen soporte mecánico a la planta, otros atraen
polinizadores o dispersores de frutos, algunos de ellos absorben la
radiación ultravioleta, o actúan como
agentes alelopáticos; por ejemplo reducen el crecimiento de plantas
competidoras que estén cerca.
Nomenclatura
El
fenol,
C6H5-OH , es el nombre dado al alcohol aromático
más sencillo. La mayoría de los demás fenoles se nombran como derivados
del fenol.
Considere los nombres de los siguientes fenoles: p-bromofenol, o-nitrofenol,
m-etilfenol.
Algunos fenoles disustituidos tienen nombres comunes
que se utilizan frecuentemente. Cuando hay un grupo metilo unido a un
anillo fenólico, el nombre del compuesto es cresol. Los tres cresoles
isoméricos son: o-cresol, m-cresol y p-cresol.
Se utilizan tres nombres comunes para describir los
compuestos que tienen dos grupos -OH unidos al anillo bencénico; éstos
son: catecol, resorcinol, hidroquinona.
En el catecol, los grupos -OH están en posición orto
entre sí. En el resorcinol y en la hidroquinona los grupos -OH están en
posición meta y para, respectivamente.
Propiedades físicas
Los fenoles presentan algunas propiedades semejantes
a los
alcoholes, debido a la presencia del grupo –OH. Sin embargo
conforman otra familia química y la mayoría de sus propiedades y los
métodos para su obtención son diferentes.
Los fenoles más sencillos son líquidos o sólidos
blandos e incoloros y se oxidan con facilidad por lo que se encuentran
coloreados. En presencia de impurezas o bajo influencia de la luz, el
aire y ciertos compuestos como el cobre y el hierro, el fenol puede
teñirse de amarillo, marrón o rojo
Los fenoles pueden formar puentes de hidrógeno debido
a que contienen grupos -OH. Puesto que la mayoría de los fenoles forman
enlaces fuertes de hidrógeno están en el estado sólido a temperatura
ambiente. El
fenol
tiene un punto de fusión de 43°C y un punto de ebullición de 181°C. La
adición de un segundo grupo -OH al anillo, como en el caso de
resorcinol, aumenta la fuerza de los enlaces de hidrógeno entre las
moléculas; en consecuencia, el punto de fusión (110°C) y el punto de
ebullición (281°C) del resorcinol son significativamente mayores que los
del fenol.
El
fenol
es poco soluble en agua ya que aunque presentan el puente de hidrógeno,
la proporción de carbonos con respecto a la cantidad de –OH es muy baja.
Para que los compuestos que contienen grupos –OH sean
solubles en agua la razón entre carbonos y grupos –OH no debe ser mayor
de 3:1. El fenol es el miembro más pequeño de este grupo y contiene 6
átomos de carbono y sólo uno de -OH.
Los demás monofenoles poseen mayor número de carbonos
y sólo un grupo OH, por ello son insolubles en agua. Los difenoles y
polifenoles con más de un grupo –OH presentan mayor solubilidad en el
agua.
En general presentan altos puntos de ebullición
debido a la presencia del puente de hidrógeno.
Son altos comparados con los de los
alcoholes, esto se debe a que están unidos por fuerzas
intermoleculares más fáciles de vencer.
|
Propiedades
de los fenoles |
|
NOMBRE |
pf °C
|
pe °C
|
solubilidad g/100 g H2O |
|
|
43
|
181
|
9.3
|
|
o-cresol
(o-metilfenol)
|
30
|
191
|
2.5
|
|
m-cresol
(m-metilfenol)
|
11
|
201
|
2.5
|
|
p-cresol
(p-metilfenol)
|
36
|
201
|
2.3
|
|
catecol
(o-dihidroxibenceno)
|
105
|
245
|
45
|
|
resorcinol
(m-dihidroxibenceno)
|
110
|
281
|
123
|
|
hidroquinona
(p-dihidroxibenceno)
|
170
|
286
|
8
|
Pf: punto de fusión
Pe: punto de ebullición
La formación de puentes de hidrógeno en los fenoles
también explica su solubilidad en agua. La solubilidad del
fenol
puro es de 9.3 g/100 g de H2O. Recordemos que el benceno no
polar, C6H6, es inmiscible en agua.
Propiedades químicas
La débil acidez del grupo fenólico ha determinado que
se los agrupe químicamente junto a los ácidos carboxílicos y a los
taninos, conformando así el grupo de los
ácidos orgánicos.
Las propiedades de los fenoles están influenciadas
por sus estructuras, en la reacción que se presenta a la derecha de este
texto el
fenol cede un protón al agua para formar el ión hidronio, de acuerdo
a esto, el
fenol
se comporta como un ácido.
Los fenoles pueden en general, reaccionar de dos maneras diferentes,
en una, los cambios químicos se producen en el grupo hidroxilo y en la
otra en el propio anillo bencénico.
Los fenoles tienen a diferencia de los
alcoholes, un carácter mas ácido y pueden reaccionar con el
hidróxido de sodio para formar una sal, el fenóxido de sodio. En este
caso el ion sodio sustituye al hidrógeno del grupo hidroxilo.
Cuando el
fenol
reacciona con el bromo (halogenación) se forma un tribromofenol, en el
cual se acoplan tres átomos de bromo en los vértices del anillo
bencénico quedando el grupo hidroxilo intacto.
La reacción de una molécula di-bencénica con el ácido
nítrico (nitración) produce dos compuestos diferentes con el grupo NO2.
Aquí tampoco el grupo hidroxilo participa.
Si se comparan las constantes de acidez de los fenoles con las del
agua, los
alcoholes y los ácidos carboxílicos, se puede concluir que los
fenoles son ácidos más fuertes que el agua y que los
alcoholes, pero más débiles que los ácidos carboxílicos.
El fenol presenta cinco estructuras contribuyentes,
es decir que pueden ceder protones. Dos de estas estructuras
corresponden a la resonancia del anillo bencénico. La resonancia viene
dada por la ubicación de los dobles enlaces dentro de la molécula.
Las otras tres estructuras son posibles debido al
carácter básico del oxígeno que le permiten compartir más de un par de
electrones con el anillo.
Existen varios métodos para obtener compuestos
fenólicos, entre ellos se cuentan la hidrólisis del clorobenceno,
obtención a partir del benceno-sulfonato de sodio y la oxidación del
isopropil-benceno.
Para obtener el
fenol,
el clorobenceno se trata con una solución de hidróxido de sodio a
ebullición y alta presión para obtener fenóxido de sodio. El fenóxido de
sodio es una sal que reacciona con el ácido clorhídrico para formar
fenol.
Producción de
fenol
a partir de benceno-sulfonato de sodio: para esto se hace reaccionar
benceno con ácido sulfúrico fumante obteniendo ácido benceno-sulfónico,
que tratado con cloruro de sodio o hidróxido de sodio produce una sal
denominada bencenosulfonato de sodio. El bencenosulfonato de sodio se
funde con hidróxido de sodio para obtener fenóxido de sodio que tratado
con ácido sulfúrico libera
fenol.
El isopropil benceno se oxida en presencia del
oxígeno del aire permitiendo obtener hidroxiperóxido de cumeno, que al
tratarse con ácido fuerte en agua se convierte en fenol y propanona.
A partir del
fenol
es posible producir otros compuestos químicos, su carácter ácido le
permite ceder un protón para formar así sales y éteres.
Otras reacciones como la esterificación, la
halogenqación, la nitratación, la sulfonación permiten obtener productos
químicos como
ésteres,
halógenos, productos nitrogenados y ácidos sulfónicos entre otros.
Clasificación
En base a su esqueleto químico:
Fenilpropanoides simples: que tienen
un esqueleto básico de fenilpropanoide (un anillo aromático unido a una
cadena de 3 carbonos). Ejemplos: ácido trans-cinámico, ácido p-cumárico,
y sus derivados como el ácido cafeico.
Lactonas fenilpropanoides (o "ésteres cíclicos"), también
llamadas cumarinas. También
poseen un esqueleto fenilpropanoide pero el propano está ciclado.
Ejemplos: la umbeliferona (una cumarina simple), el "psolaren" (una
furanocumarina:
cumarina a la que se adicionó un anillo furano).
Derivados del ácido benzoico (el esqueleto es un anillo aromático
unido a un carbono). Son formados a partir de fenilpropanoides a los que
se les delecionan dos carbonos de la cadena propánica. Ejemplos: la
vainillina, el ácido salicílico.
Lignanos.
Flavonoides.
Procedencia
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
jenjibre), aldehído salicílico. Entre los fenoles multivalentes
sintéticos, el hexaclorofeno es particularmente tóxico.
Fuentes naturales
La elaboración de coque a partir del carbón de piedra
proporciona importantes cantidades de
fenol.
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.
En los seres vivos están presentes con frecuencia
formas mas complejas de fenoles, como
aceites esenciales en el
te o el
tomillo,
o como hormonas en los animales superiores y el hombre.
Biosíntesis
Los fenoles de las plantas son sintetizados por muchas vías distintas
y por lo tanto también son un grupo heterogéneo desde el punto de vista
metabólico, pero dos vías básicas están involucradas: la vía del ácido
shikímico y la vía del ácido malónico.
La vía del ácido shikímico participa en la biosíntesis de la mayoría
de los fenoles de las plantas superiores. Utiliza como sustratos la
eritrosa-4-fosfato (de la vía de las pentosas fosfato) y el ácido
fosfoenolpirúvico (proveniente de la glucólisis). Uno de los productos
de esta vía es la fenilalanina, de la que se deriva la mayoría de los
fenoles. La fenilalanina, un
aminoácido esencial parte del metabolismo primario de las plantas y
animales, entra al metabolismo secundario cuando la enzima fenilalanina
amonio liasa (PAL) cataliza la eliminación de un amonio convirtiendo a
la fenilalanina en ácido cinámico.
La vía del ácido malónico es una importante fuente de fenoles en
bacterias y hongos, y en las plantas superiores existe aunque no es tan
utilizada como en aquéllos. Su sustrato es el acetil-CoA. Junto con la
vía del ácido shikímico participa en la biosíntesis de los flavonoides,
la lignina y otros fenoles.
Usos y aplicaciones
El fenol es una sustancia con enorme valor
industrial, directamente o en derivados, se usa como desinfectante,
anestésicos tópicos y germicidas. Grandes cantidades de
fenol
se usan para la producción de formaldehido, resinas y plásticos.
La bakelita, un termoplástico que se produce
industrialmente desde 1909 es un polímero del formaldehido cuya base
principal es el
fenol.
El
fenol
se utiliza para la preparación de resinas sintéticas, medicamentos,
plaguicidas, colorantes sintéticos, sustancias aromáticas, aceites
lubricantes, solventes entre muchos otros.
Efectos sobre
la salud y el medio ambiente
Los fenoles son compuestos que se absorben rápidamente por la
inhalación del vapor, en contacto con la piel y por ingestión,
alcanzándose una concentración nociva en el ambiente por evaporación de
la sustancia a 20º C.
Cuando la exposición a la sustancia es de corta duración, el vapor es
corrosivo al contacto con los ojos, la piel y el tracto respiratorio,
pudiendo causar graves quemaduras. Por inhalación provoca alteraciones
en el sistema nervioso central, el corazón y el riñón, dando lugar a
convulsiones, alteraciones cardíacas, fallos respiratorios, colapsos,
estado de coma e incluso la muerte.
Respecto de su incidencia con el medio ambiente, es un sustancia
nociva para los organismos acuáticos, provocándoles efectos adversos de
distinta magnitud en función de la concentración a la que se encuentren
expuestos. Esta sustancia está clasificada como Compuesto Orgánico
Volátil (VOC) y puede contribuir potencialmente a la formación de ozono
troposférico, dañino para los cultivos, la fauna y el hombre.
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.
Dado que los fenoles sintéticos son más tóxicos que
los fenoles naturales, es necesario disminuir urgentemente las emisiones
de esta sustancia. En la manipulación del
fenol
debe evitarse esencialmente su contacto con la piel y su inhalación.
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.
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.
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.
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 Y REFERENCIAS
|
