FENOL



Fenol (C

6

H

5

OH) inaczej hydroksybenzen (inne

nazwy: benzenol, kwas karbolowy, karbol)



Najprostszy związek z grupy fenoli. Od alkoholi
odróżnia go fakt, że grupa hydroksylowa
połączona jest bezpośrednio z pierścieniem
aromatycznym, co wpływa na właściwości
związku - m. in. na wzrost właściwości
kwasowych.



Po raz pierwszy został wydzielony ze smoły
węglowej w 1832 r. przez chemika niemieckiego



Podczas II wojny światowej więźniów niektórych
obozów koncentracyjnych (np. Auschwitz-
Birkenau) zabijano przez wstrzyknięcie fenolu.

Właściwości



Stan skupienia, barwa: w temperaturze pokojowej

czysty fenol jest bezbarwnym krystalicznym ciałem

stałym (pod wpływem światła następuje częściowe

utlenienie fenolu, w wyniku którego zmienia barwę na

różową, brunatną lub czarną)



Zapach: ostry, słodkawy



Gęstość: 1,07 g/cm³



Rozpuszczalność: niezbyt dobrze rozpuszcza się w

wodzie (w temp. 20°C 8,2 g na 100 cm³ H

2

O), lepiej w

rozpuszczalnikach organicznych np.: alkohol etylowy,

eter etylowy, gliceryna, chloroform, benzen



Temperatura topnienia: 41°C



Temperatura wrzenia: 182°C



Należy unikać źródeł zapłonu,
wysokiej temperatury, ponieważ
fenol jest substanją palną (w
środowisku pożaru wydzielają się
tlenki węgla)



Fenol ma słabe właściwości kwasowe
(stała dysocjacji K

a

= 1,3 · 10

-10

).



Tworzy sole i estry - fenolany.

Otrzymywanie



Najważniejszą metodą otrzymywania fenolu jest
obecnie metoda kumenowa.



Inne metody, obecnie głównie o znaczeniu
historycznym, to np.:



ekstrakcja ze smoły węglowej,



katalizowana hydroliza chlorobenzenu w
podwyższonej temperaturze,



stapianie kwasu benzenosulfonowego lub jego soli z
wodorotlenkiem sodu lub potasu i zakwaszanie
powstałych fenolanów.

Otrzymywanie – metoda kumenowa



To trójetapowa metoda otrzymywania fenolu i acetonu z benzenu i
propenu. Nazwa tej metody pochodzi od kumenu
(izopropylobenzenu), który jest produktem pośrednim.



etap I - alkilacja benzenu propenem w temp. 250°C pod zwiększonym
ciśnieniem w obecności kwasu Lewisa (np. chlorku glinu) jako

katalizatora:



etap II – utlenianie kumenu tlenem w temp. 100°C do wodoronadtlenku
kumenu:

Otrzymywanie – metoda kumenowa



etap III - kwasowa hydroliza otrzymanego hydronadtlenku
kumenu:



Produkty są następnie rozdzielane przez destylację.



Zdecydowana większość światowej produkcji fenolu

i acetonu oparta jest na tej metodzie.

Zastosowanie



produkcja żywic fenolowo-
formaldehydowych (np. bakelitu),



leków (np. kwasu acetylosalicylowego),



detergentów, herbicydów, fungicydów i
barwników,



sam fenol był używany w roztworze
wodnym jako środek bakteriobójczy. Wodny
roztwór fenolu - karbol, używany był do
dezynfekcji pomieszczeń. Nazwa karbol
dawniej była niekiedy stosowana również na
określenie samego fenolu.

Zastosowanie



był jednym z najwcześniej stosowanych środków

przeciwbakteryjnych. W stężeniu 0,2% działa

bakteriostatycznie, 1,3% grzybobójczo, powyżej 2%

bakteriobójczo. Dzisiaj nie stosowany, ze względu na

dużą toksyczność; jedynie w stomatologii - pomocniczo

jako antyseptyk w leczeniu endodontycznym

(kanałowym) miazgi zębowej



stosowany w kosmetyce do tzw. peelingu

chirurgicznego. Fenol to najsilniejszy wśród związków

chemicznych używanych do złuszczania skóry. Zabieg

może być wykonywany tylko przez chirurga plastyka lub

specjalnie przeszkolonego lekarza.

Toksyczność



Fenol jest sklasyfikowany jako

substancja toksyczna oraz żrąca,

powoduje oparzenia



Drogi wchłaniania:



drogi oddechowe,



skóra,



z przewodu pokarmowego

Toksyczność



Pary fenolu dobrze wchłaniają się zarówno
przez układ oddechowy jak i przez skórę
(wchłanianie przez skórę może być nawet
przyczyną zatruć śmiertelnych).



Fenol stały lub w roztworach wchłania się
przez skórę, jednak denaturacja białek
naskórka powoduje opóźnienie wchłaniania.



Objawy zatrucia ostrego:



pary i mgła powodują podrażnienie spojówek, błon

śluzowych nosa, gardła, uczucie suchości w nosie,

gardle, kaszel. W wysokich stężeniach: zawroty i ból

głowy, mdłości, wymioty, duszność, przyspieszenie i

pogłębienie oddechów, zaburzenia oddychania,

zaburzenia orientacji, zapaść, utratę przytomności.



wchłanianie przez skórę mgły, par i roztworu

wywołuje zawroty, ból głowy, dezorientację,

zaburzenia oddechowe, zapaść, utratę przytomności.



skażenie skóry substancją stałą lub ciekłą wywołuje

miejscowe zbielenie i oparzenia, które początkowo

nie są bolesne, oraz pęcherze, martwicę.



skażenie oczu powoduje ostry stan zapalny,

uszkodzenie rogówki.



bezpośrednim następstwem zatrucia jest
uszkodzenie wątroby z żółtaczką, uszkodzenie nerek
z ich ostrą niewydolnością, zapalenie płuc.



połknięcie roztworu wywołuje rozległe oparzenia błon
śluzowych jamy ustnej, gardła i dalszych części
przewodu pokarmowego, bóle i krwawienie,
perforację ścian przewodu pokarmowego,
uszkodzenie wątroby i nerek.



Objawy zatrucia przewlekłego:



zaburzenia ze strony układu pokarmowego: wymioty,
bóle gardła, utrata łaknienia, ślinotok, biegunka i
jadłowstręt.



występuje ochronoza (ciemne zabarwienie skóry i
moczu) i wykwity skórne.



może wystąpić uszkodzenie wątroby i nerek.



Narażenie zawodowe na fenol występuje

głównie w trakcie stosowania żywic

fenolowych oraz ich obróbki cieplnej. Są one

wykorzystywane jako materiał wiążący w

materiałach izolacyjnych, płytach wiórowych,

farbach i jako składnik mas formierskich.



Narażenie na fenol może także występować

podczas produkcji koksu, produkcji fenolu i

jego pochodnych oraz kaprolaktamu.



Źródłem narażenia mogą być wędzone

produkty spożywcze oraz woda pitna.

Losy w organizmie



Biotransformacja fenolu polega głównie
na sprzęganiu z kwasem siarkowym i
glukuronowym głównie w wątrobie, jednak
płuca, jelita i nerki również odgrywają
istotną rolę w metabolizmie tego związku



Główną droga wydalania fenolu są nerki,
w ciągu 24 h wydala się ok. 90% dawki
fenolu głównie w postaci siarczanu

Mechanizm działania
toksycznego



Fenol i jego metabolity wiążą się kowalencyjnie z

białkami tkanek, głównie wątroby, z białkami

osocza a także z DNA



Uszkadza wątrobę i nerki, wywołuje kwasicę

metaboliczną



Pary fenolu mogą powodować podrażnienie dróg

oddechowych



Działa neurotoksycznie, powodując

demielenizację włókien nerwowych



Przeprowadzone badania wykazują, że fenol może

mieć działanie genotoksyczne oraz hamujące

erytropoezę

Oznaczanie fenolu w wodzie i
moczu:



Polega na wydzieleniu go z matrycy – najczęściej

poprzez destylację z parą wodną z kwaśnego roztworu i

następnie reakcji z 4-aminoantypiryną w środowisku

alkalicznym przy pH = 9,8 +/- 0,2 w obecności

heksacyjanożelazianu (III) potasu jako substancji

utleniającej



W wyniku tej reakcji powstaje barwny związek

(indofenol) mający zabarwienia w zależności od

stężenia fenolu od zielonożółtego do

czerwonowiśniowego



Następnie określa się stężenie za pomocą

spektrofotometru UV-Vis lub kolorymetru

fotoelektrycznego



Metodę stosuje się w zakresie stężeń 0,5 – 10,00

mg/dm

3

4-
aminoantypiryna

fenol

indofenol

Spektrofotometria

spektroskopia

Dział nauki zajmujący się
oddziaływaniem promieniowania
elektromagnetycznego z materią

spektroskopi

a

molekularna

Zajmuje się oddziaływaniem
promieniowania elektromagnetycznego
z cząsteczkami

W wyniku absorpcji promieniowania

elektromagnetycznego przez cząstki następuje

wzbudzenie odpowiednich poziomów energii,

zjawisko to obserwuje się w postaci widma

absorpcyjnego

spektrofotomet

ria UV-Vis

Bada elektronowe widma absorpcyjne, które
powstają wskutek wzbudzenia elektronów
promieniowaniem elektromagnetycznym z
zakresu UV-Vis, czyli o długościach fali od 100
do 780 nm



Wiązka promieniowania monochromatycznego przechodząca przez
warstwę roztworu jest osłabiona w stosunku do padającego.
Promieniowanie o natężeniu ulega częściowo odbiciu lub
rozproszeniu, częściowo pochłonięciu, a tylko część przechodzi

przez roztwór.

I

0

- natężenie wiązki

promieniowania
monochromatycznego

I

r

– natężenie promieniowania

rozproszonego i obitego

I

p

– natężenie promieniowania

pochłoniętego

I

t

– natężenie promieniowania

przechodzącego przez roztwór.

b – grubość warstwy
absorbującej

W przypadku roztworów, w których nie ma zawiesin, wartość I

r

można praktycznie pominąć

Powyższą obserwację można przedstawić w postaci równania

I

0

= I

p

+I

t



Do absorpcji promieniowania zdolne są
cząsteczki organiczne posiadające grupy
chromoforowe (sprzężone wiązania
podwójne lub potrójne, pierścienie
aromatyczne).



Nagromadzenie tych wiązań powoduje
wzrost absorpcji i przesunięcie jej w
kierunku podczerwieni.

I prawo absorpcji (prawo Lamberta)

Absorbancja jest proporcjonalna do grubości warstwy

absorbującej, jeżeli wiązka promieniowania

monochromatycznego przechodzi przez jednorodny ośrodek

absorbujący

I = I

o

* e

–kb

A = log I

o

/ I = a*b

I – natężenie promieniowania po przejściu przez ośrodek absorbujący
I

0

– natężenie wiązki promieniowania padającego na ośrodek absorbujący

b – grubość warstwy absorbującej
k - współczynnik absorpcji
a – 0,4343 k
e - podstawa logarytmów naturalnych
A - zdolność pochłaniania promieniowania zwana absorbancją

II Prawo absorpcji
(Lamberta-Beera)

Jeżeli współczynnik absorpcji rozpuszczalnika jest

równy zeru, to wiązka promieniowania

monochromatycznego, po przejściu przez jednorodny

roztwór substancji absorbującej o stężeniu c, ulega
osłabieniu według równania:

I = I

o

* e

–kbc

A = log I

o

/ I = abc



Prawo to dotyczy absorpcji promieniowania przez roztwory.

a - właściwy współczynnik absorpcji (gdy stężenie w
g/cm

3)



W przypadku gdy zależność

A = log Io / I = abc

jest liniowa, wówczas

dany roztwór podlega prawu Lamberta - Beera. Jednak w praktyce
spotyka się odchylenia od tego prawa głównie za sprawą reakcjami
chemicznymi zachodzącymi wraz ze zmianą stężenia lub błędami
aparaturowymi, np. niską monochromatycznością promieniowania.



Spełnienie prawa Lamberta-Beera nie jest jednak warunkiem
koniecznym wykonania analizy spektrofotometrycznej. Odchylenia
od prawa Lamberta-Beera powodują zwiększenie błędów
oznaczania.



Zależność absorbancji od stężenia ma

charakter prostoliniowy:



Pomiar absorbancji należy wykonywać

przy długości fali, dla której uzyskuje się

maksymalną absorpcję, czyli dla 

max

Budowa i zasada działania spektrofotometru

1-lampa wolframowa
2-kondensor
3-zwierciadło
4-szczelina wejściowa
5-układ achromatyczny
6-siatka dyfrakcyjna
7-soczewka achromatyczna
8-szczelina wyjściowa
9-kuweta
10-filtr
11-detektor
12-wzmacniacz tranzystora
13-urządzenie pomiarowe
14-bęben (pokrętło)

Źródłem (1) emitowanego światła jest
lampa. Światło przechodząc przez
kondensor (2) ulega odbiciu od
zwierciadła (3) następnie przechodzi
przez szczelinę wejściową (4) do
kolimatora, gdzie po przejściu przez
układ achromatyczny (5) pada na
monochromator (6), którym jest siatka
dyfrakcyjna. Przy pomocy układu
dźwigni, poruszanych bębnem (14),
możliwe jest obracanie siatką
dyfrakcyjną i dzięki temu w szczelinie
wyjściowej monochromatora uzyskuje się
wiązkę o żądanej długości fali. Wiązka o
wybranej długość, po przejściu przez
soczewkę achromatyczną (7), trafia
na szczelinę wyjściową (8) i po
przejściu przez kuwetę z roztworem
badanym (9) i filtr barwny służący do
pochłaniania promieniowania cieplnego
(10) pada na detektor (11). Powstały w
fotoogniwie fotoprąd ulega wzmocnieniu
we wzmacniaczu (12) a następnie
dostaje się do urządzenia
pomiarowego (13).



Schemat blokowy spektrofotometru UV-Vis

Kuweta
pomiarowa

monochromat

or

detektor

Wskaźnik i
rejestrator

źródło

promieniowani

a

• Źródło promieniowania musi pokryć cały zakres
UV-Vis

stosowane są lampy deuterowe, lampy
wolframowo halogenowe lub
wysokociśnieniowe łukowe lampy ksenonowe



Monochromator:



Ma za zadanie wybrać z emitowanego przez źródło ciągłego

promieniowania wąskie pasmo o żądanej długości fali i

przepuścić je przez komórkę z badaną substancją



Składa się ze szczeliny wejściowej, kolimatora (np.

zwierciadło), elementu rozszczepiającego promieniowanie

(np.siatka dyfrakcyjna) i szczeliny wyjściowej



Komórka pomiarowa:



Musi zapewnić dokładnie znaną grubość warstwy

absorbującej cieczy lub gazu



Wykazywać odporność na działanie analizowanych substancji

chemicznych



Zapewnić w max. stopniu transmisję promieniowania



Wykonane są na zakres UV z kwarcu lub stopionej

krzemionki a na zakres Vis ze szkła optycznego



Detektory:



Powinny charakteryzować się dobrą czułością i

proporcjonalnością przetwarzania sygnałów optycznych na

elektryczne



Najczęściej są to: fotokomórki, fotopowielacze lub fotodiody

Zastosowanie spektrofotometrii UV-Vis:



Jest to najczęściej wykorzystywana metoda instrumentalna w

analizie ilościowej



Główne jej zalety to : dobra czułość, precyzja i selektywność

oznaczeń



Stosowana jest w :



Analizie ilościowej kationów metali: najczęściej w postaci

barwnych kompleksów chelatowych z odczynnikami

organicznymi, barwnych kompleksów par jonowych a także

barwnych kompleksów z prostymi ligandami nieorganicznymi



W analizie ilościowej anionów nieorganicznych: najczęściej

azotany (V) i (III), fosforany, fluorki i krzemiany – w rolnictwie,

badaniach środków spożywczych i ochrony środowiska



W analizie ilościowej związków organicznych: jednak jest to

metoda nieselektywna i dlatego połączenie HPLC z detektorem

spektrofotometrycznym UV umożliwia analizę ilościową

olbrzymiej grupy związków organicznych



Do badania równowag reakcji chemicznych: zwłaszcza

wyznaczanie stałych dysocjacji kwasów i zasad, ustalanie

składu i stałych trwałości związków kompleksowych

Dziękuję za uwagę