Phénol (groupe)

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Le phénol - Le plus simple des composés phénoliques

En chimie organique, les phénols sont des composés chimiques aromatiques portant une fonction hydroxyle -OH. Les dérivés portant plusieurs fonctions -OH sont appelés des polyphénols.

Certains phénols ont des fonctions biologiques importantes (défense biochimique contre les microbes et champignons chez les végétaux notamment) chez certaines espèces, mais sont toxiques, voire hautement toxiques pour l'homme et d'autres espèces, ce qui en fait l'un des polluants de l'air, du sol ou de l'eau.

Le phénol est un produit chimique utilisé comme base par l'industrie chimique pour la production de nombreux autres composés chimiques.

De nombreuses substances phénoliques sont écotoxiques et toxiques[1],[2]. Certains métiers de l'Industrie y sont particulièrement exposés[3].

Origine[modifier | modifier le code]

Ce sont des alcools aromatiques qui proviennent des végétaux. Les phénols simples, déchets du métabolisme végétal, sont assemblés en polyphénols comme la lignine. Les composés phénoliques définissent un ensemble de substances que l’on a appelé pendant longtemps " matières tannoïques " d’une façon générale et imprécise parce qu’on ne connaissait pas, avec suffisamment de précision, la nature de ces substances. Il y a quatre principales familles de composés phénoliques : les acides-phénols, les flavones, les anthocyanes, les tanins.

Propriétés acido-basiques[modifier | modifier le code]

Les phénols sont plus acides que les alcools. Un ion phénolate, base conjuguée d'un phénol, est stabilisé par résonance et est plus stable qu'un ion alcoolate. En effet, lors de la prise du proton du groupement hydroxyle, le doublet électronique est partagé sur quatre carbones; ainsi, la charge est délocalisée sur autant de carbones et l'ion est beaucoup plus stable que sur un alcool où la charge négative serait trop importante et s'approprierait le proton laissé immédiatement après.

Cet acide est toutefois un acide relativement faible; en conséquence, sa base conjuguée, l'ion phénolate, est une base forte.

Les propriétés plus acides des phénols font en sorte qu'ils réagissent avec les bases fortes comme le NaOH (hydroxyde de sodium), comparativement aux alcools. Ainsi, cette propriété peut être utilisée pour séparer un mélange d'alcool et de phénol.

Resonance phenolate.JPG

Nomenclature[modifier | modifier le code]

Les éléments de base de la famille portent des noms d'usage :

  • le terme le plus simple porte le nom de phénol :

Substitutions électrophiles[modifier | modifier le code]

Le groupe -OH a un effet « activant » qui facilite les substitutions électrophiles.
Le remplacement (substitution) d'un atome d'hydrogène H du cycle benzénique par un autre atome ou groupe d'atomes se porte préférentiellement sur les positions 2, 4 et 6 (par rapport au groupe -OH) de ce cycle :

6Phenol2.svg2 4

Quelques substitutions :

  1. La nitration du phénol conduit au 2,4,6-trinitrophénol.
  2. Alkylation des phénols.

Exemple : réaction entre deux molécules de phénol et une molécule de méthanal CH2=O ; dans l'état final de la réaction, le groupe méthylène - CH2 - issu du méthanal s'est substitué à un H en position 2, 4 ou 6 de chaque molécule de phénol (position 2 de la première molécule et position 6 de la seconde dans l'illustration ci-dessous). Le groupe méthylène — CH2 — unit les deux cycles benzéniques ; on est en présence d'une réaction de condensation avec expulsion d'une molécule d'eau.

Phenol2.svg

-HFormaldehyde-2D.svgH-Phenol2.svg Phenol2.svg- CH2 - Phenol2.svg + H2O

Cette réaction est la première étape d'une polymérisation qui peut se poursuivre grâce à l'existence des trois sites réactifs (ou sites actifs) 2, 4 et 6 sur chaque molécule de phénol (fonctionnalité[4] égale à 3), il se constitue alors un réseau tridimensionnel[5] (voir phénoplaste).

Utilisations[modifier | modifier le code]

Le phénol et largement utilisé par la chimie organique et industrielle, par exemple pour produire des composés plus complexes (ex : alkylphénols, caprolactame, acide salicylique, chlorophénols, nitrophénols, acide picrique, acide adipique...) eux-mêmes utilisés pour produire des plastifiants, résines, adhésifs, durcisseurs, dissolvants, isolants, explosifs, etc.

Exemples de composés phénolés[modifier | modifier le code]

Outre les composés cités plus haut, citons pour mémoire quelques autres composés phénolés :

Dégradation et biodégradation[modifier | modifier le code]

Certains phénols sont difficilement ou lentement biodégradables[6], ce qui en fait un polluant préoccupant du sol (fréquent dans les friches industrielles) et des nappes phréatiques[7].

Diverses techniques ont été expérimentées pour leur destruction en tant que polluants, in situ ou ex situ, dont par la chaleur (thermolyse) ou des oxydations catalysées et/ou effectuées en conditions supercritiques dites (formes d'oxydation par voie humide)[8]. Ces réactions (éventuellement dopée par des catalyseurs) pluri ou monométalliques (ex : platine ou ruthénium supportés sur cérine ou sur « cérine dopée »), il se forme un dépôt carboné tout au long de la réaction, composé d'espèces organiques adsorbées sur toute la surface du catalyseur ; on y trouve « des composés polycycliques aromatiques de la famille des chroménones, des xanthénones et des fluorénones ont pu être extraits et identifiés par des techniques chromatographiques couplées à la spectrométrie de masse. Ces espèces sont issues de la condensation du phénol avec des produits de son oxydation incomplète »[8].

Toxicologie[modifier | modifier le code]

De nombreuses substances phénoliques sont écotoxiques et toxiques pour l'homme par inhalation[9], ingestion ou contact avec la peau[10],[11],[12] (nécessitant une décontamination adéquate[13]) (A titre d'exemple une crème dermique contaminée par du phénol a pu causer la mort d'un patient[14]). L'intoxication peut être aiguë ou chronique[15]. Le contact avec la peau peut à la fois induire un effet local et systémique (via un passage transcutané)[16]. Il est néphrotoxique et peut conduire à une défaillance rénale mortelle, même après une contamination percutanée[17].

Le phénol peut être toxique seul ou en combinaison avec d'autres molécules (acide sulfurique par exemple[18]) et avec de nombreux effets toxiques[19].

Sa cinétique dans l'organismes, son métabolisme chez l'Homme[20], et les mécanismes de détoxication chez les mammifères sont mieux connus[21], dont chez le lapin de laboratoire[22].

Certains phénols présentent en outre un potentiel d'effets potentialisants, seuls[23] ou en synergie avec d'autres composés[24].

Écotoxicologie[modifier | modifier le code]

Les capacités des animaux à le métaboliser varient beaucoup selon l'espèce[25], ce qui peut notamment être montré par le suivi du carbone 14[26] (lequel peut aussi être utilisé pour l'étude de sa cinétique environnementale plus globale[27]).

Les phénols sont souvent écotoxiques et se montrent très toxiques chez de nombreuses espèces (toxicité démontrée via l'expérimentation animale notamment[28]), notamment dans le milieu aquatique, en eaux douces[29],[30], et tout particulièrement pour les larves et embryons d'organismes aquatiques[31],[32], ainsi que dans les estuaires[33] et en mer.

Les conditions de milieu, en particulier la température peuvent renforcer ou diminuer sa toxicité[34]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Fiche toxicologique Phénol par l'INRS (PDF, 8 pages)
  2. Fiche de données toxicologiques et environnementales Phénol par l'INERIS (PDF, 47 pages)
  3. Dosemeci M., Blair A., Stewart P.A., Chandeler J. and Trush M.A. (1991) - Mortality amoung industrial workers exposed to phenol. Epidemiology, 2, 188-193.
  4. Précis de Matières Plastiques - J.-P. Trotignon et al. - AFNOR, Nathan 1996, pp. 2 et 131 (Nathan : ISBN 2-09-176572-4).
  5. Paul Arnaud - Cours de chimie organique - Premier cycle universitaire - Dunod 1994 - pp. 312 et 471 (ISBN 2 04 019716 8). Les positions 2 et 6 (par rapport au groupe -OH) sont parfois encore appelées positions ortho et la position 4, position para.
  6. Haider K., Jagnow G., Kohnen R. and Lim S.U. (1981) - Decomposition of toxic and nontoxic organic compounds in soil., Ann. Arber Science, Mi.
  7. Delfino J.J. and Dube D.J. (1976) - Persistent contamination of ground water by phenol. J Environ Sci Health, 345-355.
  8. a et b Keav, S., Martin, A., Barbier Jr, J., & Duprez, D. (2010). Nature du dépôt formé au cours de l’oxydation en voie humide catalysée du phénol. Comptes Rendus Chimie, 13(5), 508-514.résumé
  9. Dalin N.M. and Kristofferson R. (1974) - Physiological effects of a sublethal concentration of inhaled phenol on the rat. Ann Zool Fenn, 11, 193-199.
  10. Conning D.M. and Hayes M.J. (1970) - The dermal toxicity of phenol, and investigation of the most effective first-aid measures. Br J Ind Med, 27, 155-159.
  11. Ersek R.A. (1991) - Comparative study of dermabrasion, phenol peel, and acetic acid peel. Anesth Plast Surg, 15, 241-243.
  12. Deichmann W.B., Miller T. and Roberts J.B. (1950) - Local and systemic effects following application of dilute solutions of phenol in water and in camphor-liquid petrolatum on the skin of animals. Arch Ind Hyg Occup Med, 2, 454-461.
  13. Brown V.K.H., Box V.L. and Simpson B.J. (1975) - Decontamination procedures for skin exposed to phenolic substances. Arch Environ Health, 30, 1-6.
  14. Cronin T.D. and Brauer R.O. (1949) - Death due to phenol contained in Foille. J Am Med Assoc, 139, 777-779.
  15. Deichmann W.B., Kitzmiller K.V. and Witherup S. (1944), Phenols studies- VII: Chronic phenol poisoning, with special reference to the effects upon experimental animals of the inhalation of phenol vapour. Am J Clin Pathol, 14, 273-277.
  16. Deichmann W.B. (1949) Local and systemic effects following skin contact with phenol : a review of the litterature. J Ind Hyg Toxicol, 31, 146-154.
  17. Foxall P.J.D., Bending M.R., Gartland K.P.R. and Nicholson J.K. (1991) - Acute renal failure following accidental cutaneous absorption of phenol. Nephrotoxicity: Mechanism, early diagnosis and therapeutic management (fourth International Symposium in Nephrotoxicity, Guildford, UK, 1989). New York, Basel, Marcel Dekker Inc. P. H. Bach, pp. 55-59
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  19. Bruce R.M., Santodonato J. and Neal N.W. (1987) - Summary review of the health effects associated with phenol. Toxicol Ind Health, 3, 4, 535-568.
  20. Eastmond D.A., Smith M.T., Ruzo L.G. and Ross D. (1986) - Metabolic activation of phenol by human myeloperoxidase and horseradish peroxidase. Mol Pharmacol, 30, 6, 674-679.
  21. Deichmann W.B. (1944) - Phenols studies- V: The distribution detoxification and excretion of phenol in the mammalian body. Arch Biochem, 2, 345-355.
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  29. Heller V.G. and Pursell L. (1938) - Phenol-contaminated waters and their physiological action. J Pharmacol Exp Ther, 69, 99-107.
  30. Gupta P.K., Mujumdar V.S., Rao P.S. and Durve V.S. (1982) - Toxicity of phenol, pentachlorophenol and sodium pentachlorophenolate to a freshwater Teleost, Lebistes reticulatus (Peters). Acta Hydrochim Hydrobiol, 10, 177-181.
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  34. Brown V.M., Jordan D.H.M. and Tiller B.A. (1967) - The effect of temperature on the acutetoxicity of phenol to rainbow trout in hard water. Water Res, 1, 587-594

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

  • Fiche toxicologique Phénol par l'INRS (PDF, 8 pages)
  • Fiche de donn€ées toxicologiques et environnementales Phénol par l'INERIS (PDF, 47 pages)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Guide de la chimie (1999) - Ph€nol. Paris. CHIMEDIT
  • Farquharson, M. E., Gage, J. C., & Northover, J. (1958). The biological action of chlorophenols. British journal of pharmacology and chemotherapy, 13(1), 20-24.
  • Abraham A.J. (1972) - A case of carbolic acid gangrene of the thumb. Br J Plast Surg, 25, 282-284.
  • Ahlborg, U. G., Thunberg, T. M., & Spencer, H. C. (1980). Chlorinated phenols: occurrence, toxicity, metabolism, and environmental impact. CRC Critical Reviews in Toxicology, 7(1), 1-35.
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