Завдяки наявності гідроксильних груп і особливостям електронної структури бензольного кільця феноли мають властивості слабких кислот.
Найбільш важливе значення мають реакції окислення. Схильність до легкої віддачі електрона, закладена в структурі бензольного ядра, зазнає певних змін з введенням в кільце однієї або декількох гідроксильних груп. Здатність до оборотного окислення в хинон, через проміжну стадію утворення семіхінонов радикала (див. Вище), властива далеко не всім фенольним з'єднанням. При розташуванні гідроксильних груп поруч (орто-положення) легко утворюються о-хінони- навпроти (пара-положення) - n-хінони. Але 1,3-діоксібензоли (мега-положення) практично не окислюються за цим механізмом, тому що при такому розташуванні гідроксілов неможлива перебудова електронної структури і системи зв'язків ароматичного кільця в хинон.
Тільки феноли з певним розташуванням гідроксильних груп можуть легко і оборотно окислюватися в семіхінонов і хинон, віддаючи електрони і ядра водню і виступаючи тим самим в ролі відновників, антиоксидантів. Ця реакція в силу особливої легкості віддачі електронів може відбуватися при доступі кисню і без ферментів, мимовільно. Причому продукти оборотного окислення - семіхінонов і хинон - виступають у ролі самоускорітелей реакції, автокатализаторов. До стадії хинона процес звернемо. Але якщо окислення продовжується, воно призводить до з'єднання окремих фенольних молекул між собою - до окисної конденсації з утворенням полімерних продуктів.
Якщо разом з о- або n-фенолом містяться інші легко окислюються речовини, фенольні сполуки поступово витрачає свої електрони і протони, перетворюючись на хинон, але захищаючи від окислення речовина-сусіда. І тільки після того, як ресурси фенолу вичерпані, починається окислення і тієї речовини, яка до того вдавалося зберегти, наприклад жиру. Навіть невелика домішка фенолу (0,01-0,02%) може довго оберігати швидкопсувний продукт від окислення. Ось чому феноли називають речовинами-антиоксидантами. Ця їхня здатність дуже широко використовується і в медицині, і в харчовій промисловості, і в косметиці, і у виробництві ряду ліків, вітамінів і т. П.
Добре відомо, що більшість поліциклічних ароматичних вуглеводнів токсичні для організму. Їх окислення, гідроксилювання, у тому числі з утворенням фенолів, - основний шлях знешкодження цих сполук. У міру введення в кільце все нових гідроксілов токсичність речовини падає. Закінчується цей процес розривом кільця і згоранням вуглеводню до вуглекислого газу і води. Феноли з мета-розташуванням гідроксильних груп не здатні до оборотного окислення - дегідрірованію- тому для них основний шлях перетворень лежить через пряме гидроксилирование кільця з його розривом.
Під впливом багатоцільових оксидаз більшість проникли в організм людини ароматичних вуглеводнів, окислюючись, втрачають отруйні властивості. Іноді, однак, відбувається зворотне: в процесі окислення деяких ароматичних вуглеводнів утворюються сполуки більш токсичні і, зокрема, канцерогенні, що викликають злоякісне переродження клітин.
Поряд з інактивацією окислювальних вільних радикалів фенольні сполуки надають антиоксидантну дію за допомогою іншого біохімічного механізму. Багато фенольні сполуки утворюють досить міцні, яркоокрашенние і стабільні комплекси з іонами металів. Так, наприклад, іон тривалентного заліза утворює комплекс зеленого кольору з трьома молекулами пірокатехіна. Солі свинцю з флавоноїдами утворюють жовті або помаранчеві комплекси. Іони металів каталізують вільне окислення органічних сполук при доступі молекулярного кисню. Присутність іонів заліза, міді, кобальту, марганцю, молібдену, цинку, алюмінію в рідинах і тканинах організму, в харчових продуктах, лікарських препаратах є однією з причин їх прискореного окислення. Феноли, з'єднуючи Комплексообразующєє здатність з відносною нешкідливістю і малою токсичністю, тим самим послаблюють або вимикають каталітична дія вільних іонів важких металів.
Ще більш важливо, що аналогічна комплексоутворююча активність фенолів виявляється і відносно тих іонів металів, які включені до складу активних центрів більшості окисно-відновних ферментів або грають роль кофакторів або активаторів. Тому фенольні сполуки виступають як інгібіторів багатьох окисних ферментів, зокрема ферментів мікроорганізмів, що у псуванні харчових продуктів.
Існування двох ефективних механізмів антиоксидантної активності робить феноли особливо сильними антиокислювачами. Але при їх використанні в якості харчових антиоксидантів та консервантів, а також у легкій, парфумерної та фармацевтичної промисловості доводиться враховувати і токсичність, розчинність у воді або жирах, смакові якості і т. п.
Якщо поруч з фенольним гідроксилом ввести одну або дві масивні, об'ємні угруповання типу (СН3) 3С, гідроксил виявляється захищеним від кисню та інших хімічно активних речовин. Такі «просторово утруднені» феноли (бутілоксіанізол, бутилокситолуол) дуже стійкі і зручні для застосування в харчовій промисловості та медицині.
Консервуюча дія коптильного диму в чому залежить від присутності в ньому простих фенолів - гідрохінону, пірокатехіна, 3- і 4-метілпірокатехіна і особливо пірогалолу. Вираженою антиокисної активністю володіють і багато флавоноїди - кверцетин, рутин і т. п. Вперше добавку органічного антиокислювача для консервації харчових продуктів застосував французький фармацевт Дешамп в 1843 р Він використовував бензойну кислоту для продовження термінів зберігання свинячого сала. Гідрохінон, пирокатехин, пирогаллол, гваякол, нафтол та інші фенольні сполуки стали застосовуватися в якості антиоксидантів в 1932-1935 рр. Ефіри галової кислоти і «просторово утруднені» феноли - ще пізніше.
Але принцип затримки окислення жирів і ліпідів за допомогою фенольних антиоксидантів, освоєний людством недавно, в природі застосовується давно і широко. По суті, всі жири, як рослинні, так і тварини, в природних умовах містять домішки антиоксидантів. Це насамперед токофероли - препарати вітаміну Е, каротиноїди (провітамін А), нафтохінони, убіхінон і т. П. Рафінування масел і жирів, надмірна їх очистка, якої нерідко захоплюються харчовики, насправді призводять до того, що свинячий смалець, рослинні жири і тому подібні речовини виявляються позбавленими природного захисту, нестійкі при зберіганні. Тому вони потребують добавці штучних, синтетичних антиоксидантів. Кожен такий препарат, перш ніж бути використаним як харчового консерванту, проходить дуже строгу перевірку на нешкідливість і ефективність.
Нестача природних антиоксидантів, які є обов'язковою складовою частиною біологічних мембран, є причиною (або, у всякому разі, однією з причин) раннього склерозу судин і старіння - так вважають сьогодні багато вчених. Тривала добавка до їжі антиоксидантів сприяє в досвіді на щурах продовженню життя тварин. Не виключено, що незабаром і для людей будуть підібрані ефективні та нешкідливі антиоксиданти, здатні відсунути старість і хвороби, продовжити активне життя людини. І рослинні фенольні сполуки (або їх синтетичні аналоги) можуть виявитися найбільш підходящими засобами для цього.