フェノール

フェノールは弱酸で、pH範囲は5～6です。pH約8～12の水溶液中では、_{フェノラートアニオンC6H5O− （}フェノキシドまたはカルボラートとも呼ばれる）と平衡状態^にあります。^{[ 11 ]}

C ₆ H ₅ OH ⇌ C ₆ H ₅ O ⁻ + H ⁺

フェノールは脂肪族アルコールよりも酸性が強い。その酸性の強さは、フェノラートアニオンの共鳴安定化によるものと考えられている。このようにして、酸素上の負電荷はπ系を介してオルトおよびパラ炭素原子に非局在化される。 ^{[ 12 ]}別の説明としては、σフレームワークが関係しており、主な効果はより電気陰性度の高いsp2混成炭素からの誘導であると仮定^している。sp3系と比較してsp2^系によって提供される電子密度の誘導的引き抜きが比較的強力であるため^、オキシアニオンが大きく安定化される。2番目の説明を支持する証拠として、アセトンのエノールの水中でのpKaは10.9であり、フェノール（pKa 10.0）よりもわずかに酸性が弱いだけである_。 [ 5 ]_{したがって}、^{アセトンエノラートと}比較してフェノキシドが利用できる共鳴構造の数が多いことは、その安定化にはほとんど寄与していないようである。しかし、溶媒和効果を除外すると状況は変わる。

互変異性

フェノールは不安定なケト互変異性体であるシクロヘキサジエノンとのケト-エノール互変異性を示すが、その影響はほぼ無視できる。エノール化の平衡定数は約 10 ⁻¹³であり、これは、どの瞬間においても 10 兆個の分子のうち 1 個だけがケト型であることを意味する。^{[ 16 ]} C=C 結合を C=O 結合と交換することによって得られるわずかな安定化は、芳香族性の喪失によって生じる大きな不安定化によって相殺される。したがって、フェノールは実質的に完全にエノール型で存在する。^{[ 17 ]} 4,4' 置換シクロヘキサジエノンは酸性条件下でジエノン-フェノール転位を起こし、安定な 3,4-二置換フェノールを生成する。^{[ 18 ]}

置換フェノールの場合、いくつかの要因がケト互変異性体を促進する可能性がある。(a) 追加のヒドロキシ基 (レゾルシノールを参照)、(b)ナフトールの形成における環化、および (c) フェノラートを与える脱プロトン化。^{[ 19 ]}

フェノキシドは芳香族性によって安定化されたエノラートである。通常の状況下では、フェノキシドは酸素位置でより反応性が高いが、酸素位置は「硬い」求核剤であるのに対し、α炭素位置は「軟らかい」傾向がある。^{[ 20 ]}

フェノールは求電子芳香族置換反応に対して非常に高い反応性を示す。この高い求核性は、酸素原子から環状構造へのπ電子密度の供与に起因する。ハロゲン化、アシル化、スルホン化、および関連する反応により、多くの官能基を環状構造に導入することができる。

フェノールは非常に強く活性化されるため、臭素化と塩素化により容易に多置換が起こります。^{[ 21 ]}_{この反応により、} 2-および4-置換誘導体が得られます。ハロゲン化の立体化学は、[ PhOH2 ] ^+が優勢となる強酸性溶液中で変化します。フェノールは室温で希硝酸と反応して2-ニトロフェノールと4-ニトロフェノールの混合物を生成しますが、濃硝酸では、例えば2,4,6-トリニトロフェノールを生成するように、追加のニトロ基が導入されます。 フェノールとその誘導体のフリーデル・クラフツアルキル化は、触媒なしで進行することがよくあります。アルキル化剤には、アルキルハライド、アルケン、ケトンが含まれます。したがって、アダマンチル-1-ブロミド、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサノンは、それぞれ4-アダマンチルフェノール、ビス(2-ヒドロキシフェニル)誘導体、および4-シクロヘキシルフェノールを生成します。 アルコールとヒドロペルオキシドは、固体酸触媒（例えば、特定のゼオライト）の存在下でフェノールをアルキル化する。 クレゾールとクミルフェノールはこのようにして製造できる。^{[ 22 ]}

フェノールの水溶液は弱酸性で、青色リトマス紙をわずかに赤色に変色させます。フェノールは水酸化ナトリウムによって中和され、フェノラートナトリウムまたはフェノラートナトリウムを生成しますが、炭酸よりも弱いため、炭酸水素ナトリウムや炭酸ナトリウムによって中和されて二酸化炭素を放出することはありません。

C ₆ H ₅ OH + NaOH → C ₆ H ₅ ONa + H ₂ O

フェノールと塩化ベンゾイルの混合物を希水酸化ナトリウム溶液の存在下で振盪すると、安息香酸フェニルが生成する。これはショッテン・バウマン反応の一例である。

C ₆ H ₅ COCl + HOC ₆ H ₅ → C ₆ H ₅ CO ₂ C ₆ H ₅ + HCl

フェノールは亜鉛粉末とともに蒸留するか、その蒸気を400 ℃の亜鉛顆粒に通すとベンゼンに還元される。 ^{[ 23 ]} 

C ₆ H ₅ OH + Zn → C ₆ H ₆ + ZnO

フェノールを三フッ化ホウ素（BF ₃）の存在下でジアゾメタンと反応させると、主生成物としてアニソールが得られ、副生成物として窒素ガスが得られる。

C ₆ H ₅ OH + CH ₂ N ₂ → C ₆ H ₅ OCH ₃ + N ₂

フェノールとその誘導体は、中性の塩化鉄(III)と反応して、フェノキシド錯体を含む濃い紫色の溶液を生成する。

フェノールは硝酸セリウムアンモニウム（CAN）試験で陽性反応を示し、暗褐色の沈殿物を生成するが、これは通常ピンク色または赤色を呈する標準的な脂肪族アルコールとは対照的である。 ^{[ 24 ]}

生産量の 95% (2003 年) を占めるのは、ホック法とも呼ばれるクメン法です。これは、ホック転位によるクメン(イソプロピルベンゼン)の部分酸化を伴います。^{[ 9 ]}他のほとんどのプロセスと比較して、クメン法は穏やかな条件と安価な原料を使用します。このプロセスが経済的であるためには、フェノールと副産物であるアセトンの両方に需要がなければなりません。^{[ 25 ] [ 26 ]} 2010 年の世界のアセトン需要は約 670 万トンで、その 83% はクメン法で生産されたアセトンで満たされました。

クメン法に類似した経路はシクロヘキシルベンゼンから始まる。これはクメンヒドロペルオキシドの生成と同様にヒドロペルオキシドに酸化される。ホック転位により、シクロヘキシルベンゼンヒドロペルオキシドは開裂してフェノールとシクロヘキサノンを生成する。シクロヘキサノンは一部のナイロンの重要な前駆体である。^{[ 27 ]}

ベンゼン（C6H6 ）をフェノールに直接酸化することは可能であるが、商業化_には至っていない。

C ₆ H ₆ + O → C ₆ H ₅ OH

亜酸化窒素は、O ₂よりも強力な酸化剤である潜在的に「グリーン」な酸化剤です。しかし、亜酸化窒素の生成経路は依然として競争力がありません。^{[ 28 ] [ 25 ] [ 27 ]}

交流を用いた電気合成によりベンゼンからフェノールが得られる。^{[ 29 ]}

ダウ・ケミカル社が開発したトルエンの酸化反応は、溶融安息香酸ナトリウムと空気との銅触媒反応を伴う。

C ₆ H ₅ CH ₃ + 2 O ₂ → C ₆ H ₅ OH + CO ₂ + H ₂ O

この反応は、ベンジオイルサリチル酸の生成を経て進行すると考えられている。^{[ 9 ]}

シクロヘキシルベンゼンの自動酸化によりヒドロペルオキシドが生成する。このヒドロペルオキシドの分解によりシクロヘキサノンとフェノールが生成する。^{[ 9 ]}

初期の方法では、石炭誘導体からのフェノールの抽出、またはベンゼン誘導体の加水分解に依存していた。

フェニルジアゾニウム塩は加水分解してフェノールになる。この方法は前駆体が高価なため商業的には何の関心も持たれない。^{[ 32 ]}

C ₆ H ₅ NH ₂ + HCl + NaNO ₂ → C ₆ H ₅ OH + N ₂ + H ₂ O + NaCl

サリチル酸は脱炭酸してフェノールになる。^{[ 33 ]}

フェノールは大量に生産され輸送されるため、70 ℃（158 °F）以下の溶融状態で輸送されます。少量の水が存在すると融点が低下し、腐食性が高まります。通常、変色を防ぐためにステンレス鋼製の容器と窒素ブランケットが必要です。^{[ 9 ]}  

フェノールの主な用途は、生産量の3分の2を消費し、プラスチックの前駆体への変換である。アセトンとの縮合により、ポリカーボネートやエポキシ樹脂の重要な前駆体であるビスフェノールAが得られる。フェノール、アルキルフェノール、またはジフェノールとホルムアルデヒドとの縮合により、ベークライトなどのフェノール樹脂が得られる。^{[ 48 ] [ 49 ]}フェノールの部分水素化により、ナイロンの前駆体であるシクロヘキサノンが得られる。^{[ 50 ]}非イオン性洗剤は、フェノールをアルキル化してアルキルフェノール（例えばノニルフェノール）を生成し、それをエトキシ化することによって製造される。^{[ 9 ]}

フェノールは、アスピリンをはじめとする多くの医薬品の前駆体としても広く用いられており、除草剤や医薬品にも利用されています。また、分子生物学において組織や細胞培養サンプルから核酸を抽出する際に用いられる液液フェノール・クロロホルム抽出法の成分でもあります。溶液のpHに応じて、DNAまたはRNAのいずれかを抽出することができます。

フェノールは非常に安価なため、小規模な用途も多く見られます。航空業界では、エポキシ、ポリウレタン、その他の耐薬品性コーティングを除去するために使用される工業用塗料剥離剤の成分です。 ^{[ 51 ]}

濃縮液状フェノールは、鼓膜切開術や鼓膜チューブ挿入術などの耳科手術の局所麻酔薬として局所的に使用でき、全身麻酔や他の局所麻酔薬の代替として用いられる。^{[ 52 ]}フェノールを有効成分とするフェノールスプレーは、咽頭痛の治療に医療的に使用されている。^{[ 52 ]}フェノールは、一部の経口鎮痛薬の有効成分でもある。^{[ 52 ]}

濃縮フェノール液は、巻き爪や巻き足爪の永久治療に使用され、化学的爪母切除術として知られる処置である。この処置は、1945年にオットー・ボルによって初めて記述された。^{[ 53 ]}

フェノールは、痙縮、関節炎、がん性疼痛などの鎮痛治療において、化学的神経遮断剤として使用されます。 ^{[ 35 ]}神経に対する作用は、タンパク質を変性させ、神経脂肪とミエリン含有量を減少させ、脳への感覚伝達を遮断することです。^{[ 35 ]}効果があれば、痛みの緩和は数週間から2年間持続する可能性があります。^{[ 35 ]}合併症としては、注射時の痛み、出血、感染などが挙げられます。^{[ 35 ]}

2023年から2025年にかけて行われた臨床研究では、 3～5本の膝の感覚神経にフェノール（滅菌水に溶解した6%フェノール1.5 ～ 3ml）を局所注射することが、慢性変形性関節症に伴う痛みを緩和する神経溶解療法として有効であることが報告されている。^{[ 54 ] [ 55 ]}フェノール法は、膝神経の高周波アブレーションで痛みが緩和されなかった人に使用される可能性がある。^{[ 54 ] [ 55 ]}

フェノールの毒性作用は、中枢神経系に突然の虚脱と意識喪失を引き起こし、中枢神経系によって制御される運動活動のため、これらの症状に先立って痙攣状態が起こります。^{[ 39 ]}フェノールの注射は、第二次世界大戦中にナチス・ドイツによって個別の処刑手段として使用されました。^{[ 65 ]}元々は、1939年にナチスがT4作戦の下で障害者の大量虐殺の一環として使用しました。^{[ 66 ]}ドイツ人は、各犠牲者にフェノールを注射することで、より小規模な集団の絶滅がより経済的であることを学びました。フェノール注射は何千人もの人々に投与されました。マクシミリアン・コルベも、アウシュヴィッツで2週間の脱水と飢餓を生き延びた後、見知らぬ人の身代わりとして死ぬことを志願し、フェノール注射で殺害されました。約1グラムで死に至るのに十分です。^{[ 67 ]}