kwasy fenolowe
Kwasy fenolowe – to pochodne węglowodorów aromatycznych, w cząsteczkach których atomy wodoru w benzenie zastąpione są grupami karboksylowymi (-COOH) i hydroksylowymi (-OH). Niekiedy są one postrzegane jako kwas aromatyczny w cząsteczkach, gdzie atom wodoru w benzenie jest zastąpiony grupami hydroksylowymi. W związku z tym kwasy fenolowe mają właściwości zarówno kwasów karboksylowych jak i fenoli. Dodatkowo oprócz właściwości wynikających z obecności w cząsteczce obu tych grup funkcyjnych, kwasy fenolowe charakteryzują się właściwościami wynikającymi z podstawy ich budowy jakim jest benzen.
Do kwasów fenolowych należą między innymi kwasy dihydroksybenzoesowe (kwas gentyzynowy, kwas protokatechowy), kwasy monohydroksybenzoesowe i kwasy trihydroksybenzoesowe (kwas floroglucynowy, kwas galusowy). Wymienione kwasy (szczególnie kwas galusowy) są składnikiem hydrolizowalnych tanin.
Synteza kwasów fenolowych
W celu otrzymania kwasów fenolowych stosuje się różne metody polegające najczęściej na syntezie. Na przykład kwas 2-hydroksybenzoesowy (salicylowy) otrzymuje się bardzo często z fenolanu sodu i dwutlenku węgla w autoklawach w temperaturze 180°C, a następnie otrzymany produkt reakcji poddaje się działaniu kwasu solnego. Jest to tak zwana synteza Kolbego, którą można zapisać następującymi wzorami:
C6H5ONa + CO2 + 180°C → C6H4(ONa)COOH
C6H4(ONa)COOH + HCl → C6H4(OH)COOH + NaCl
Właściwości kwasów fenolowych
Kwasy fenolowe są krystalicznymi ciałami stałymi. Te kwasy fenolowe, które zawierają jedną grupę hydroksylową są stosunkowo słabo rozpuszczalne w zimnej wodzie, natomiast dobrze rozpuszczają się w gorącej wodzie i wielu rozpuszczalnikach organicznych. Wraz ze wzrostem liczby fenolowych grup hydroksylowych wzrasta ich rozpuszczalność. Posiadają jednocześnie właściwości kwasów karboksylowych i fenoli, jak i pozostałe właściwości związane z ich budową.
Po podgrzaniu kwasy fenolowe rozkładają się tworząc związki fenolowe i dwutlenek węgla. Na przykład kwas salicylowy po podgrzaniu rozkłada się na fenol i dwutlenek węgla. Z kolei kwas galusowy po podgrzaniu traci grupę karboksylową i zamienia się w trójatomowy fenol jakim jest pirogalol.
Kwasy fenolowe podobnie zresztą jak kwasy karboksylowe za sprawą obecności grup karboksylowych i hydroksylowych posiadają zdolność do tworzenia estrów (reakcja estryfikacji). Na przykład może dochodzić do tworzenie estru kwasu salicylowego – kwasu acetylosalicylowego. Ponadto zarówno kwasy fenolowe jak i karboksylowe tworzą sole. Przykładem takiej reakcji jest tworzenie salicylanu sodu poprzez reakcję kwasu salicylowego i wodorotlenku sodu. Innym przykładem może być reakcja z chlorkiem żelaza (III), która jest często wykorzystywane do identyfikacji kwasy salicylowego i innych kwasów fenolowych w produktach (np. w konserwach). Po dodaniu niewielkiej ilości roztworu chlorku żelaza (III) przy obecności kwasów fenolowych substancja powinna zabarwić się na kolor fioletowy. Zabarwienie następuje w wyniku tworzenia się złożonych soli podczas reakcji grup fenolowych z cząsteczką FeCl3. Ponadto otrzymuje się w ten sposób tusz, tj. podczas reakcji kwasu galusowego z chlorkiem żelaza (III) (tworzy się niebiesko-czarny produkt reakcji).
Obecność grup fenolowych (OH) w cząsteczkach kwasu fenolowego pozwala na reakcję (w normalnych warunkach) podstawienia atomów wodoru w benzenowym pierścieniu dla halogenów. Kwas benzoesowy i pospolite kwasy aromatyczne nie wchodzą jednak w takie reakcje. Przykładem powyższej reakcji może być bromowanie kwasu salicylowego:
HOC6H4COOH + Br2 → HO(Br)C6H3COOH + HOC6H3(Br)COOH + 2HBr
Występowanie kwasów fenolowych
Kwasy fenolowe bardzo często spotyka się w przyrodzie, ponieważ obecne są w wielu gatunkach roślin. Na przykład znaczną ich ilość można znaleźć w suszonych owocach. A niemal wszystkie fenole można znaleźć w jednej roślinie z rodziny bobowatych jaką jest Macrotyloma uniflorum. Są to między innymi kwas ferulowy, kwas kawowy, kwas kumarowy, kwas p-hydroksybenzoesowy, kwas protokatechowy, kwas wanilinowy, kwas synapinowy oraz kwas syryngowy. Kwasy te można więc pozyskiwać z surowców naturalnych, jak na przykład głóg, aronia czarna czy propolis. Ponadto mogą występować w grzybach (podstawczakach). Kwasy fenolowe wchodzą także w skład kwasów humusowych obecnych w próchnicy glebowej. Stanowią również główny składnik (w wysokości 55–85%) pozostałości po destylacji drzewnej masy smołowej.
Przykłady i zastosowanie kwasów fenolowych
Kwas salicylowy (kwas 2-hydroksybenzoesowy) to typowy kwas fenolowy nazywany czasem kwasem hydroksybenzoesowym. Natomiast sole i estry kwasu salicylowego – salicylany, które po raz pierwszy otrzymano z eterów zawartych w niektórych roślinach, np. olejku eterycznego golterii rozesłanej. Kwas salicylowy stanowiący krystaliczną substancję stałą działa bakteriobójczo. Zarówno on sam jak i jego sole i estry są szeroko stosowane w medycynie i weterynarii do produkcji leków (np. kwasu acetylosalicylowego, salicylanu fenylu), fungicydów (np. salicylanilidu), substancji zapachowych (np. salicylan benzylu), środków przeciwbakteryjnych, w przemyśle spożywczym, do kolorymetrycznego oznaczania roztworów żelaza i miedzi, jako wskaźnik równowagi kwasowo-zasadowej w analizie luminescencji oraz wielu innych zastosowań.
Kwas acetylosalicylowy będący białą krystaliczną substancją to ester kwasu salicylowego. Znajduje zastosowanie w medycynie i weterynarii między innymi jako środek przeciwgorączkowy, przeciwzapalny oraz przeciwreumatyczny. W organizmie dochodzi do stopniowej hydrolizy kwasu acetylosalicylowego, utworzenia kwasu salicylowego i octowego, co jest podstawą mechanizmu działania leku.
Salicylan sodu będący substancją krystaliczną (solą kwasu salicylowego), łatwo rozpuszcza się w wodzie oraz w rozpuszczalnikach organicznych. Jest wykorzystywany w medycynie i weterynarii jako środek przeciwreumatyczny i przeciwgorączkowy oraz jaki surowiec do produkcji innych leków.
Salicylan fenylu (salol) to również krystaliczna substancja pochodząca z kwasu salicylowego. Znajduje zastosowanie w medycynie i weterynarii jako środek odkażający w leczeniu niektórych schorzeń dotyczących przewodu pokarmowego (jelit), a także przy reumatyzmie stawowym.
Kwas 3,4,5-trioksybenzoesowy (kwas galusowy) to kwas fenolowy zawierający jedną grupę karboksylową i trzy grupy hydroksylowe w cząsteczce. Posiada charakterystyczny smak i jest integralną częścią cząsteczek garbników, szczególnie taniny, występującej w dębowej korze. Tanina stanowi bezpostaciowy żółtawy proszek o cierpkim smaku, który jest łatwo rozpuszczalny w wodzie. W medycynie i weterynarii stosowany jest jako środek ściągający. Znajduje również zastosowanie w przemyśle skórzanym do garbowania skór i wyrobów futrzarskich. Znalazła również zastosowanie w laboratoriach chemicznych.
