Fenoli

Ifenolisono sostanze derivate dagliidrocarburi aromaticiper la sostituzione di uno o più atomi diidrogenocongruppiossidrile -OH.^[1] Capostipite di questa classe, da cui prende anche il nome, è ilfenolo,di formula C₆H₅OH, in cui un atomo di idrogeno delbenzeneè sostituito da un gruppo -OH.

Come glialcolisonoossidabili;in particolare si comportano come alcoli alifaticiterziari,in quanto per ossidazione la molecola viene spesso completamente degradata.

Sono piùacididi altri alcoli: l'anioneche si forma per perdita dell'idrogenodel gruppo -OH è particolarmente stabile, dato che larisonanzadisperde lacarica elettricanegativa su tutto l'anello aromatico. La presenza di gruppi elettron-attrattori migliora l'effetto di dispersione della carica aumentando l'acidità del composto. Analogamente, gruppi elettron-repulsori rendono invece più difficile disperdere la carica negativa e quindi diminuiscono l'acidità.

composto	pK_a	note
fenolo	9,98
p-cresolo	10,20	il p-cresolo reca sull'anello un gruppo -CH₃elettron-repulsore
acido picrico	0,38	l'acido picrico reca sull'anello tre gruppi -NO₂,elettron-attrattori

I fenoli subiscono facilmente reazioni disostituzione elettrofilanelle posizioniortoepara.

Proprietà fisiche di fenoli e fenoleteri

I fenoli sono generalmente composti cristallini con punti di fusione relativamente bassi ed odore molto caratteristico. Il fenolo fonde a circa 40,9 °C ma spesso si presenta in forma semiliquida, a causa dell'acqua assorbita che ne abbassa di parecchio il punto di fusione, tant'è che basta una percentuale del 7-8% di quest'ultima perché il composto si presenti totalmente allo stato liquido. Il fenolo è poco solubile in acqua fredda (6,7 g/L) ma totalmente miscibile con acqua calda. Sia fenoli che cresoli sono usati come disinfettanti commerciali. I fenoleteri di basso peso molecolare sono liquidi e, non potendo formare legami idrogeno se non deboli mancando dell'ossidrile, sono insolubili in acqua. Anche l'ossigeno non può essere coinvolto in legami idrogeno particolarmente intensi a causa della sua bassa basicità causata dalla coniugazione di un doppietto libero con l'anello aromatico.

Nomenclatura dei fenoli

Il termine fenolo deriva dalla fusione dei due sostantivifenileedenolo.Il fenolo può infatti essere considerato come un enolo, avendo un doppio legame vicino all'ossidrile. Al contrario dei chetoni, dove l'equilibrio è spostato verso la struttura chetonica, nei fenoli prevale la forma enolica a causa del grande effetto stabilizzante dell'aromaticità della molecola, che si perderebbe nella formacarbonilica.Dato che nel termine fenoloil gruppo funzionale è considerato come un suffisso, laIUPACha deliberato che tutti i composti derivati possono essere chiamati come tali. IlChemical Abstractsusa il termine fenolo per riferirsi al composto base mentre gli altri sono considerati derivati delbenzenolo.Ecco alcuni esempi:

I gruppi come il solfonico ed il car Boss ilico sono considerati prioritari, per cui quando un fenolo contiene tali gruppi l'ossidrile è indicato con il prefissoidrossi-come nel caso degli altri alcool. I fenileteri sono chiamati come alcossi areni sebbene sporadicamente si utilizzi comunque il termine etere. Essendo largamente diffusi in natura, molti composti fenolici hanno assunto nomi d'uso che è bene conoscere. Ecco alcuni dei principali:

Notare come nel caso in cui l'anello presenti due ossidrili non venga usato il termine fendiolo ma venga usato il prefissodiidrossi-

Sintesi dei fenoli

Fusione degli acidi benzensolfonici conidrossidi alcalini,quando non sono presenti altri gruppi funzionali reattivi nei confronti nelle basi procede con buone rese;

Idrolisi degli alogenoareni conalcaliad alta temperatura. È un'operazione più commerciale che di laboratorio a causa della formazione di variisomeri;

Idrolisi dei sali di arendiazonio (reazione di Sandmeyer);

Idrolisi di eteri ed esteri fenolici;
Riduzione dichinoni.

Sintesi industriale

Industrialmente il fenolo è ottenuto con un processo che comporta l'ossidazione delcumene,un idrocarburo che può essere ottenuto semplicemente e soprattutto economicamente peralchilazionedel benzene.

Il cumene è un idrocarburo instabile che reagisce rapidamente con l'ossigeno atmosferico ossidandosi ad idroperossido di cumene. Questo tipo di ossidazione è resa facile dal fatto che l'intermedio radicalico principale è un radicale cumile non solo terziario ma anche aromatico, quindi estremamente stabile.

L'idroperossido può quindi venir trattato con acido solforico per dare fenolo eacetone.

Sintesi dei fenoleteri

Sintesi di Williamson;

Nel caso di eteri aril metilici il reagente migliore è ilsolfato dimetilico;

Sostituzione nucleofila aromatica,solo in alcuni casi (vedisostituzione elettrofila aromatica)

Reazioni dello ione fenossido

Alogenazione.Quando una soluzione acquosa di fenolo è trattata con bromo si ottiene un precipitato di 2,4,4,6-tetrabromocicloesa-2,5-dienone che generalmente viene poi lavato con una soluzione dibisolfito di sodioper ottenere 2,4,6-tribromofenolo. L'intermedio reattivo è lo ione fenossido e la successiva introduzione di bromo nell'anello rende i prodotti sempre più acidi e quindi sempre più reattivi fino ad arrivare al prodotto finale. Ancheiodioeclorodanno la stessa reazione. Si può facilmente notare la somiglianza tra questa reazione e l'alogenazione dichetonicatalizzata da basi. Il meccanismo della reazione è mostrato sotto.

Addizione ad aldeidi.Come l'anione enolato di aldeidi e chetoni reagisce con altri carbonili come nel caso dellacondensazione aldolica,così può reagire anche lo ione fenossido. Il fenolo reagisce ad esempio con formaldeide in presenza di alcali diluiti per dare un misto di alcool o- e p-idrossibenzilici.

La reazione è tuttavia poco controllabile e spesso porta a prodotti polimerici. In condizioni particolari la reazione tra fenolo e formaldeide porta allabakelite,una delle prime materie plastiche. Questo genere di polimeri è definito come quello delleresine fenolo-formaldeide.

Sintesi di Kolbe.Si tratta di una reazione di carbonatazione, del tutto simile a quella deiReattivi di Grignard,che porta ad acidi car Boss ilici.

Reazione con i sali di diazonio.I fenoli reagiscono con i sali di diazonio per dare composti di grande importanza come lafenolftaleina,un indicatore di acido-base fondamentale nell'analisi quantitativavolumetrica o il giallo alizarina. L'anello aromatico dei fenoli è fortemente attivato e reagisce prevalentemente in posizione para anche se piccole percentuali(nell'ordine dell'1%) di isomero orto sono anche presenti.

Biochimica

I composti fenolici sono ampiamente diffusi in natura e rappresentano un'importante classe di metaboliti secondari. In molti casi la funzione ossidrilica è mascherata da unaO-metilazioneoppure da unaO-glicosilazione.La diffusione dei fenoli è comune in tutto il regno vivente ma la maggior distribuzione appartiene al regno vegetale ed in particolare nei tessuti vegetali. In questi sono responsabili di molte caratteristiche organolettiche, fitoterapiche e cromatiche; ad esempio aitanninisi riconoscono qualità astringenti, agliantocianiil colore dei fiori, agli acidi fenolici il sapore acidulo, ad alcuniflavonoidiil sapore amaro.

Trovano impiego come anestetici e per problemi locali della cute. Pur essendo i fenoli poco volatili, i sintomi da esposizione acuta riguardano la presenza di ustioni indolori, depigmentazione e irritazione dei tessuti (a partire dalla cute) e dell'iride degli occhi, tachicardia e ipotensione, eccitazione e depressione del sistema nervoso. In concentrazioni superiori al 5%, in particolare idrochinone e il dinitrofenolo, denaturano rapidamente qualsiasi proteina cui vengono a contatto, oltre a stimolare il rilascio di acetilcolina nella giunzione neuromuscolare, e causare metaemoglobinemia^[2].Inoltre, studi sulcarvacrolomostrano che vari fenoli inibiscono l'enzima acetilcolinesterasi.

Classificazione

Le principali classi di composti fenolici nelle piante si suddividono in:

numero di atomi di carbonio	Scheletro base	Classe
6	C₆	Fenoli semplicieBenzochinoni
7	C₆C(O)OH	Acidi fenolici
8	C₆C₂	AcetofenonieAcidi fenilacetici
9	C₆C₃	Acidi idrossicinnamici,Fenilpropeni,Cumarine,Isocumarine,Cromoni
10	C₆C₄	Naftochinoni
13	C₆C₁C₆	Xantoni
14	C₆C₂C₆	Stilbeni,Antrachinoni
15	C₆C₃C₆	Flavonoidi,Isoflavonoidi
18	(C₆C₃)₂	Lignani,Neolignani
30	(C₆C₃C₆)₂	Biflavonoidi
n	(C₆C₃)_n	Lignine
	(C₆)_n	Catecol-melanine
	(C₆C₃C₆)_n	Tanninicondensati

I composti fenolici si accumulano in genere in tutti gli organi della pianta, con la maggior parte dei fenoli presenti negli strati epidermici e subepidermici in relazione all'effetto induttore della luce sul metabolismo fenolico, nonché con il ruolo protettivo esercitato dai composti fenolici nei confronti delle radiazioni ultraviolette.

Distribuzione

La distribuzione delle classi dei fenoli nel regno vegetale, allo stato attuale, è la seguente:

phylum	classi fenoli presenti	fenoli sicuramente assenti
Batteri	derivatipolichetidicidei fenoli, occasionale presenza di chinoni	idrossicinnamici, flavonoidi, lignine
Funghi	fenoli semplici, chinoni, fenilpropanoidi, occasionalmente flavonoidi e derivati polichetidici dei fenoli	lignine
Alghe	derivati del floroglucinolo. Nella classe delleCharophyceae(Chlorophyta) presenza di fenoli semplici e chinoni	idrossicinnamici, flavonoidi, lignine
Licheni	xantoni, antrachinoni
Briofite	fenilpropanoidi, flavonoidi, stilbeni, fenoli della parete cellulare	lignine
Felci,Angiosperme,Gimnosperme	tutte le classi dei fenoli anche di diversi sottogruppi

Fenoli semplici

I fenoli semplici come lo sono ilCresolo,ilGuaiacolo,ilFloroglucinolo,ilCatecolo,non sono frequenti nei tessuti. Il più raro è ilResorcinoloritrovato in aghi diPinus rigida,mentre il più comune è l'Idrochinone.Alcunichinoni(Plastochinone, Ubichinone, etc.) presenti nei cloroplasti e nei mitocondri delle cellule vegetali, sono coinvolti nelle reazioni del metabolismo primario.

Acidi fenolici

Ne fanno parte aldeidi fenoliche o fenolate comuni in molti olii essenziali, qualisalicilaldeide,4-idrossibenzaldeide,p-anisaldeide,aldeide protocatecuicae la più diffusavanillina.Quali acidi ne fanno parte invece l'acido salicilico,l'acido4-idrossibenzoico,l'acido protocatecuico,l'acido vanillico,l'acido siringico,distribuiti nelle piante soprattutto come esteri O-glicosidici o come costituenti della frazione alcool-insolubile dei tessuti vegetali (ad esempio legati allalignina). L'acido gallicoè comune nelle specie legnose.

Note

^The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC),IUPAC - phenols (P04539),sugoldbook.iupac.org.URL consultato il 7 febbraio 2023.
^Toxilogy Data Networkalla voce "Thymol", CASRN: 89-83-8