Phenole

Begriff und grundlegende Eigenschaften

Phenole sind chemische Verbindungen aus einem aromatischen Ring (Aren) und einer oder mehreren daran gebundenen Hydroxygruppen. In der chemischen Nomenklatur werden sie mit der Nachsilbe „-ol“ oder der Vorsilbe „Hydroxy-“ bezeichnet. Sie werden von Pflanzen und Mikroorganismen produziert, aber auch industriell synthetisiert.

Wegen ihrer Hydroxygruppe ähneln Phenole Alkoholen. In Wasser reagieren sie jedoch als schwache Säuren und bilden leicht saure Lösungen. Dabei kann ein Proton abgespalten werden; das entstehende Phenolat-Anion ist durch Mesomerie, also die Verteilung von Elektronen über mehrere mögliche Strukturen, stabilisiert. Mit Basen bilden Phenole daher Salze, die Phenolate. Außerdem sind für Alkohole typische Reaktionen möglich, etwa die Veresterung mit Säuren und die Bildung von Phenolethern.

Phenole besitzen Keto-Enol-Tautomerie, also ein Gleichgewicht zwischen zwei Strukturformen. Es liegt stark auf der Enol-Seite, weil das aromatische System energetisch begünstigt ist; dabei ist die Hückel-Regel bedeutsam.

Einfache und substituierte Vertreter

Das einfachste Phenol ist das von Benzol abgeleitete Phenol mit einer Hydroxygruppe und der Summenformel C6H5OH. Einwertige Phenole besitzen ebenfalls eine Hydroxygruppe. Dazu zählen die Toluol-Derivate o-, m- und p-Kresol, außerdem α- und β-Naphthol sowie Thymol.

Zweiwertige Phenole mit zwei Hydroxygruppen heißen Diphenole oder Dihydroxybenzole. Bekannte Beispiele sind Brenzcatechin, Resorcin, Hydrochinon und 1,4-Naphthohydrochinon. Dreiwertige Phenole heißen Triphenole. Dazu gehören Phloroglucin (1,3,5-Trihydroxybenzol), Pyrogallol (1,2,3-Trihydroxybenzol) und Hydroxyhydrochinon (1,2,4-Trihydroxybenzol). Phloroglucin dient in salzsaurer Lösung als Nachweisreagenz für Lignin; Pyrogallol wird in der chemischen Analytik zum Nachweis und zur Absorption von Sauerstoff verwendet.

Bei substituierten Phenolen ist zusätzlich zur Hydroxygruppe ein weiterer Bestandteil am aromatischen Ring gebunden. Pikrinsäure ist ein Beispiel. Weitere wichtige Derivate sind Salicylsäure, o- und p-Nitrophenol, Gallussäure, Eugenol, Hexachlorophen, Chlorxylenol, Adrenalin und Noradrenalin. Auch Tannine, viele Aromastoffe, Vanillin und Pflanzenfarbstoffe aus der Gruppe der Flavonoide zählen zu den Phenolen. Butylhydroxytoluol ist ein Antioxidans und als Lebensmittelzusatzstoff E321 zugelassen.

Phenolate

Phenolate sind Salze aus Metallkationen und Phenolat-Anionen. Phenolat-Anionen entstehen aus Phenolen durch Deprotonierung, also durch Abspaltung eines Protons. Sie sind schwächere Basen als Alkoholationen.

Für das einfachste Phenolat lautet die allgemeine Formel (C6H5O)nM. Dabei steht M für ein Metallion, und n entspricht dessen Wertigkeit.

Gewinnung und Verwendung

Einige Phenole werden durch Destillation aus Teer von Stein- und Braunkohle gewonnen; andere lassen sich aus Naturprodukten isolieren. Die meisten Phenole werden heute, wie Phenol selbst, synthetisch mit dem Cumolhydroperoxid-Verfahren hergestellt. Außerdem wird erforscht, Phenole aus nachwachsenden Rohstoffen, besonders aus Lignin, zu gewinnen. Dafür kommen beispielsweise Pyrolyse- und Hydrolyseverfahren in Betracht.

Phenole sind Ausgangsstoffe für Kunstharze (Phenoplaste). Sie werden außerdem zur Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen, Pharmazeutika und Pestiziden eingesetzt. Hydrochinon (1,4-Dihydroxybenzol) ist ein mildes Reduktionsmittel und wird deshalb auch als photographischer Entwickler verwendet.

Nachweise, Geschmack und Vergilbung

Die meisten Phenole färben sich mit Eisen(III)-chlorid grün-blau. Viele lassen sich spezifisch nachweisen, indem sie mit Benzoylchlorid zu gut kristallisierenden Estern umgesetzt werden.

Tannine und weitere Phenole beeinflussen Geschmack und Geruch von Wein. Tannine befinden sich hauptsächlich in Schalen und Kernen roter Weintrauben. Das Phenolderivat 2,4,6-Trichloranisol verursacht den Korkton von Weinen und ist bereits in Spuren von wenigen Nanogramm pro Liter wahrnehmbar. Beim Whisky sind unter anderem 4-Ethylphenol, 4-Ethylguajacol, Guajacol, Eugenol, Syringaaldehyd und Vanillin Geschmacksträger; besonders die drei zuerst genannten tragen zur Rauchnote bei.

Phenolisches Vergilben ist die Vergilbung von Materialien durch Stickstoffoxide und phenolische Verbindungen. Die mögliche Neigung eines Materials dazu kann nach DIN EN ISO 105-X18 geprüft werden: Ein Probekörper wird mit 2,6-Di-tert-butyl-4-nitrophenol in Kontakt gebracht; eine mögliche Vergilbung wird mit einem Graumaßstab bewertet.