发现历史
苯酚是德国化学家龙格(Runge F)于1834年在煤焦油中发现的,故又称石炭酸(Carbolic acid)。使苯酚首次声名远扬的应归功于英国著名的医生里斯特。里斯特发现病人手术后死因多数是伤口化脓感染。偶然之下用苯酚稀溶液来喷洒手术的器械以及医生的双手,结果病人的感染情况显著减少。这一发现使苯酚成为一种强有力的外科消毒剂。里斯特也因此被誉为“外科消毒之父”。
分子结构
苯酚分子由一个羟基直接连在苯环上构成。由于苯环的稳定性,这样的结构几乎不会转化为酮式结构。
苯酚共振结构如图。酚羟基的氧原子采用sp2杂化,提供一对孤电子与苯环的6个碳原子共同形成离域键。大π键加强了烯醇的酸性,羟基的推电子效应又加强了O-H键的极性,因此,苯酚中羟基的氢可以电离出来。
分子结构数据
摩尔折射率:28.13
摩尔体积(cm3/mol):87.8
等张比容(90.2K):222.2
表面张力(dyne/cm):40.9
极化率(10-24cm3):11.15
物理性质
密度:1.071g/cm3
熔点:43℃
沸点:182℃
闪点:72.5℃
折射率:1.553
饱和蒸气压:0.13kPa(40.1℃)
临界温度:419.2℃
临界压力:6.13MPa
引燃温度:715℃
爆炸上限(V/V):8.5%
爆炸下限(V/V):1.3%
溶解性:微溶于冷水,可混溶于乙醇、醚、氯仿、甘油
化学性质
可吸收空气中水分并液化。有特殊臭味,极稀的溶液有甜味。腐蚀性极强。化学反应能力强。与醛、酮反应生成酚醛树脂、双酚A,与醋酐;水杨酸反应生成醋酸苯酯、水杨酸酯。还可进行卤代、加氢、氧化、烷基化、羧基化、酯化、醚化等反应。苯酚在通常温度下是固体,与钠不能顺利发生反应,如果采用加热熔化苯酚,再加入金属钠的方法进行实验,苯酚易被氧化,在加热时苯酚颜色发生变化而影响实验效果。有人在教学中采取下面的方法实验,操作简单,取得了满意的实验效果。在一支试管中加入2-3毫升无水乙醚,取黄豆粒大小的一块金属钠,用滤纸吸干表面的煤油,放入乙醚中,可以看到钠不与乙醚发生反应。然后再向试管中加入少量苯酚,振荡,这时可观察到钠在试管中迅速反应,产生大量气体。这一实验的原理是苯酚溶解在乙醚中,使苯酚与钠的反应得以顺利进行。
酸碱反应
苯酚属于酚类物质,有弱酸性,能与碱反应:
PhOH+NaOH→PhONa+H2O
苯酚Ka=1.28×10-10,酸性介于碳酸两级电离之间,因此,苯酚不能与NaHCO3等弱碱反应:
PhOˉ+CO2+H2O→PhOH+HCO3ˉ
此反应现象:二氧化碳通入后,溶液中出现白色混浊。
原因:苯酚因溶解度小而析出。
显色反应
苯酚遇三氯化铁溶液显紫色,原因是苯酚根离子与Fe形成了有颜色的配合物。
6PhOH+FeCl3→H3[Fe(OPh)6](紫色)+3HCl
取代反应
亲电取代
苯酚由于结构中有苯环,可以在环上发生类似苯的亲电取代反应,如硝化、卤代等:对比苯的相应反应可以发现,苯酚环上的取代比苯容易得多。这是因为羟基有给电子效应,使苯环电子云密度增加。
值得注意的是,苯酚的亲电取代总是发生在羟基的邻位和对位。这是羟基等给电子基团的共性。
酚羟基上的取代
酚羟基上的氢原子可以被含碳基团取代,生成醚或酯。
氧化还原
苯酚在空气中久置会变为粉红色,是因为生成了苯醌:
苯酚的氧化产物一般是对苯醌。这个反应也可以用Br2作氧化剂。
缩合反应
苯酚与甲醛在酸或碱的催化下发生缩合,生成酚醛树脂。
计算化学数据
疏水参数计算参考值(XlogP):无
氢键供体数量:1
氢键受体数量:1
可旋转化学键数量:0
互变异构体数量:2
拓扑分子极性表面积:20.2
重原子数量:7
表面电荷:0
复杂度:46.1
同位素原子数量:0
确定原子立构中心数量:0
不确定原子立构中心数量:0
确定化学键立构中心数量:0
不确定化学键立构中心数量:0
共价键单元数量:1
毒理学数据
1、急性毒性
LD50:317mg/kg(大鼠经口);270mg/kg(小鼠经口);669mg/kg(大鼠经皮);630mg/kg(兔经皮)
LC50:316mg/m3(大鼠吸入,4h)
2、刺激性
家兔经皮:500mg(24h),重度刺激。
家兔经眼:1mg,重度刺激。
3、亚急性与慢性毒性:动物长期吸入苯酚蒸气(115.2~230.2mg/m3)可引起呼吸困难、肺损害、体重减轻和瘫痪。
4、致突变性:DNA抑制:人Hela细胞1mmol/L。姐妹染色单体交换:人淋巴细胞5μmol/L。
5、致畸性:雌性小鼠受孕后6~15d经口染毒2800mg/kg引发颅面部(包括鼻部和舌部)畸形,4g/kg引发肌肉骨骼系统发育畸形。
6、其他:大鼠经口最低中毒剂量(TDLo):1200mg/kg(孕6~15d),引起胚胎毒性。
生态学数据
1、生态毒性
LC50:49~36mg/L(48~96h)(黑头呆鱼);60~200mg/L(24h)(金鱼,静态);5.6~11mg/L(24h)(虹鳟鱼,静态);
EC50:56mg/L(96h)(水蚤);
IC50:4.6~7.5mg/L(72h)(藻类)
2、生物降解性
好氧生物降解:6~84h
厌氧生物降解:192~672h
3、非生物降解性
水相光解半衰期:46~173h
光解最大光吸收波长范围:173~269nm
水中光氧化半衰期:77~3840h
空气中光氧化半衰期:2.28~22.8h
4、生物富集性:BCF:1.7(金鱼);20(金色圆腹雅罗鱼);39(虹鳟鱼)。
注意事项
健康危害
苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用,可抑制中枢神经或损害肝、肾功能。
急性中毒:吸入高浓度蒸气可致头痛、头晕、乏力、视物模糊、肺水肿等。误服引起消化道灼伤,出现烧灼痛,呼出气带酚味,呕吐物或大便可带血液,有胃肠穿孔的可能,可出现休克、肺水肿、肝或肾损害,出现急性肾功能衰竭,可死于呼吸衰竭。眼接触可致灼伤。可经灼伤皮肤吸收经一定潜伏期后引起急性肾功能衰竭。
慢性中毒:可引起头痛、头晕、咳嗽、食欲减退、恶心、呕吐,严重者引起蛋白尿。可致皮炎。
环境危害:对环境有严重危害,对水体和大气可造成污染。
燃爆危险:该品可燃,高毒,具强腐蚀性,可致人体灼伤。
急救措施
皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用甘油、聚乙烯乙二醇或聚乙烯乙二醇和酒精混合液 (7:3)抹洗,然后用水彻底清洗。或用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
食入:立即给饮植物油15~30mL。催吐。就医。
消防措施
危险特性:遇明火、高热可燃。
有害燃烧产物:一氧化碳、二氧化碳。
灭火方法:消防人员须佩戴防毒面具、穿全身消防服,在上风向灭火。
灭火剂:水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳。
泄漏应急处理
应急处理:隔离泄漏污染区,限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。
小量泄漏:用干石灰、苏打灰覆盖。
大量泄漏:收集回收或运至废物处理场所处置。
操作处置储存
操作注意事项:密闭操作,提供充分的局部排风。尽可能采取隔离操作。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿透气型防毒服,戴防化学品手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂、酸类、碱类接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。
储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。避免光照。库温不超过30℃,相对湿度不超过70%。包装密封。应与氧化剂、酸类、碱类、食用化学品分开存放,切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。应严格执行极毒物品“五双”管理制度。
测定苯酚的酸性
实验操作
1、在试管中取2mL苯酚溶液,滴加石蕊试剂,观察现象。
2、在三支试管中分别取少量苯酚固体,并分别向其中加入2-3mL氢氧化钠溶液、2-3mL碳酸钠溶液、2-3mL碳酸氢钠溶液,充分振荡,观察并比较现象(注意加盐溶液的试管中是否有气泡。)
3、在试管中取2mL氢氧化钠溶液,滴加2-3滴酚酞试液,再加入少量苯酚固体,观察颜色变化。
实验现象
苯酚不能使石蕊变红。
苯酚固体易溶于氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液,无气泡产生;难溶于碳酸氢钠溶液。
苯酚使红色溶液(滴有酚酞试液的氢氧化钠溶液)逐渐变浅。
实验结论
苯酚具有弱酸性,酸性介于碳酸和碳酸氢根离子之间。由于苯酚的酸性太弱,以至于不能使石蕊试剂变红。(石蕊试液的变色范围是:pH值5~8。)
在刚才制取的苯酚溶液中边振荡边逐滴加入氢氧化钠溶液,至恰好澄清,生成物为苯酚钠。再持续通入二氧化碳气体,溶液又变浑浊(二氧化碳与水生成碳酸,碳酸与苯酚钠反应生成苯酚与碳酸氢钠)。
综上所述,根据强酸制弱酸的原理可知酸性: H2CO3 > NaHCO3 。亦可知碳酸的酸性比苯酚的酸性强。
应用领域
广泛用于制造酚醛树脂、环氧树脂、锦纶纤维、增塑剂、显影剂、防腐剂、杀虫剂、杀菌剂、染料、医药、香料和炸药等。
工业
苯酚是重要的有机化工原料,用它可制取酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、水杨酸、苦味酸、五氯酚、2,4-D、己二酸、酚酞n-乙酰乙氧基苯胺等化工产品及中间体,在化工原料、烷基酚、合成纤维、塑料、合成橡胶、医药、农药、香料、染料、涂料和炼油等工业中有着重要用途。此外,苯酚还可用作溶剂、实验试剂和消毒剂,苯酚的水溶液可以使植物细胞内染色体上蛋白质与DNA分离,便于对DNA进行染色。
医疗
用法与用量
1、器械消毒及排泄物处理1%~5%水溶液。
2、皮肤杀菌与止痒:2%软膏涂患处。
3、中耳炎用1%~2%苯酚甘油滴耳,每日3次。
制剂与规格
苯酚软膏:2%。
苯酚甘油:①1%;②2%。
给药说明
本品对组织穿透力强,仅在小面积皮肤上使用。高浓度外用可引起组织损伤,甚至坏死。水溶液用于体表,浓度不宜超过2%,外用后不加封包。
不良反应
本品对组织有腐蚀性和刺激性。曾报道在通风较差的场所,以苯酚消毒清洁摇篮和床垫等,引起新生儿高胆红素血症,对婴儿已证实有致命性。
禁忌证
尿布皮炎患儿及6个月以下婴儿禁用。避免应用在破损皮肤和伤口。