Eigenschaften und Verwendung von Phenol und seinen Derivaten

Phenol findet man im Steinkohleteer, der bei der Kohleentgasung (Verkokung) anfällt, und in geringen Mengen im Kiefernholz und in den Kiefernnadeln. Der größte Teil des benötigten Phenols wird deshalb synthetisch hergestellt.

Phenol ist giftig, bildet farblose, kristalline Nadeln, die sich an der Luft rötlich färben und allmählich zerfließen. Die molare Masse beträgt 94,1 g/mol. Phenol schmilzt bei 43 °C, siedet bei 182 °C und besitzt eine Dichte von 1,132$g/c{m}^3$ (bei 25 °C).

Es hat einen charakteristischen durchdringenden Geruch. Es löst sich in Ether, Chloroform, etherischen Ölen und Alkohol sehr gut, in Benzen und Wasser mäßig und in aliphatischen Kohlenwasserstoffen sehr schwer.

Die Giftigkeit des Phenols beruht auf der schädigenden Wirkung auf das Protoplasma der Zellen. Wegen dieser keimtötenden Eigenschaft wurde Phenol bzw. phenolghaltige Lösungen (max. 5 % Phenol) früher in der Chirurgie als Desinfektionsmittel verwendet. Die Flüssigkeit und auch schon die Dämpfe reizen und verätzen Haut, Atemwege und Augen. Die Einnahme führt zuerst zu Atemlähmung und später zum Tod durch Herzstillstand. Bei chronischen Vergiftungen treten zuerst Nierenschäden auf. Der MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration) beträgt 5 ppm (~ 19 $mg/c{m}^3$). Die letale Dosis beträgt zwischen 1g (über den Mund aufgenommen) und 10 g (über die Haut aufgenommen).

Die Summenformel von Phenol ist $C_6{H}_{5}OH$. Sein chemischer Name lautet Hydroxybenzen. Phenole sind formal Derivate des Benzen. Ihr Gundkörper ist der aromatische Benzenring, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatome des Benzens durch eine Hydroxylgruppe substituiert sind (Bild 1). Da der Sauerstoff der phenolischen Hydroxylgruppe mit dem delokalisierten
$\Pi$-Elektronensystem in Wechselwirkung steht, ist das durch Deprotonierung entstehende Phenolat-Anion besonders stabilisiert (Mesomerie).

Aus diesem Grund kann das Proton der Hydroxylgruppe bei Phenolen wesentlich leichter abgespalten werden als bei aliphatischen Alkoholen. Es hat somit im Sinne von Broensted saure Eigenschaften und wird deshalb auch manchmal als Carbolsäure bezeichnet, obwohl es keine Carbonsäure ist. In Wasser dissoziiert Phenol schwach in Protonen und Phenolat-Anion. Dadurch wird auch die gute Löslichkeit von Phenol in verdünnter Lauge verständlich.

Anders als die Alkohole reagiert Phenol auch mit einer verdünnten Eisen(III)-chloridlösung in charakteristischer Art und Weise. Die Lösung färbt sich blau bis blau-violett. Diese Farbreaktion wird als Nachweis für Phenol genutzt.

Phenol kann mit vielen anderen Verbindungen zur Reaktion gebracht werden und ist deshalb ein wichtiger Ausgangsstoff in der organischen Synthesechemie. Daher sind die Verwendung smöglichkeiten des Phenols in der chemischen Industrie äußerst vielseitig.

Es bildet bei der Reaktion mit Alkalimetallen die Phenolate (Salze). Phenolate sind (im Gegensatz zu den Alkoholaten) in Wasser recht beständig. Außerdem können auch Reaktionen am aromatischen Ring stattfinden, wobei verschiedene Phenolderivate entstehen.

Ein Beispiel ist die Bildung von Salicylsäure
(2-Hydroxybenzoesäure) durch Umsetzung von Phenol mit Kohlenstoffdioxid unter starker Erwärmung. Salicylsäure ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung des bekannten Arzneistoffs Aspirin (Acetylsalicylsäure), in der die phenolische Hydroxylgruppe noch acetyliert ist.

Synthese von Phenol

Für die Synthese von Phenol gibt es drei wichtige technische Verfahren.

1. Das HOCK-Verfahren geht von Benzen aus. Das Benzen wird durch die Reaktion mit Propen in das Isopropylbenzen (Cumol) überführt. Durch die Reaktion mit Sauerstoff stellt man das Cumolhydroperoxid her. Dieses Peroxid wird durch Säuren in Phenol und Aceton gespalten. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist besonders hoch, weil zwei wichtige chemische Grundstoffe produziert werden. Es ist heute das bevorzugte Verfahren zur Phenolherstellung (Bild 3).
   
2. Benzolsulfonsäure kann in einer Alkalischmelze in Phenol umgewandelt werden. Diese Synthesevariante ist die älteste technische Phenolsynthese. Im Gegensatz zu anderen Substitutionen am Aromaten ist dies eine nucleophile Substitution. Das stark basische OH-Anion verdrängt in der Schmelze die Sulfonat-Gruppe.
   
3. Die Hydrolyse von Chlorbenzen mit Natriumhydroxid bei 250 °C und einem Druck von 2 bis 5 MPa im Strömungsrohr ergibt ebenfalls Phenol.
   
4. Die Synthese von Phenol gelingt ebenfalls durch die Hydrolyse von Chlorbenzen (RASCHIG-Verfahren) mit Wasser in der Dampfphase an Kontakten aus Calciumphosphat oder Siliciumdioxid.