أغوال (كيمياء عضوية)

الغول (بفتح الغين) في العربية هو كل ما يغول العقل أي يذهبه، يقال غاله و اغتاله إذا أخذه من حيث لم يدر، فكان أن أطلقه الكيميائيين العرب على منتجات التخمر المسكرة ثم انتقل إلى أوروبا ليصبح كلمة الكحول Alcohol وهو ما يعرف عند العامة ب"السبرتو".

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التعريف

مركبات عضوية (تتكون أساسا من ذرات كربون وهيدروجين)، تحتوي على مجموعة هيدروكسيل أو أكثر، وتعتبر من مشتقات الألكينات. كما يمكن إعتبارها من مشتقات الماء بسبب إستبدال ذرة هيدروجين واحدة بمجموعة ألكيل.

التصنيف

تبعا لعدد مجموعات الهيدروكسيل:

أحادية الهيدروكسيل، الصيغة العامة: C_nH_2n+2O

مثاله: الكحول الميثيلي

ثنائية الهيدروكسيل،الصيغة العامة: C_nH_2n+2O₂

مثاله: الجليكول

ثلاثية الهيدروكسيل،الصيغة العامة: C_nH_2n+2O₃

مثاله: الجلسرين أو الجلسرول

عديدة الهيدروكسيل،الصيغة العامة: C_nH_2n+2O_X

مثاله: الجلوكوز

تبعا لطبيعة ذرة الكربون المرتبطة مباشرة بمجموعة الهيدروكسيل :

أولية:الكحولات التي ترتبط فيها مجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون ترتبط مباشرة بذرة كربون واحدة، الصيغة العامة: R-CH₂-OH
ثانوية:الكحولات التي ترتبط فيها مجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون ترتبط مباشرة بذرتي كربون، الصيغة العامة: R₂-CH-OH
ثالثية:الكحولات التي ترتبط فيها مجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون ترتبط مباشرة بثلاث ذرات كربون، الصيغة العامة: R₃-C-OH

تسمية الأغوال

التسمية الشائعة: كحول + ألكيلي، مثال: كحول ميثيلي
التسمية النظامية: يتم إختيار أطول سلسلة كربونية مستمرة تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل كمركب ألكاني أساسي ويضاف إليها المقطع "ول". ترقم السلسلة بحيث تعطى ذرة الكربون الحاملة لمجموعة لبهيدروكسيل أصغر رقم ممكن بغض النظر عن موقع المجموعات الفرعية الأخرى.

الاستخدامات

Total recorded alcohol per capita consumption (15+), in litres of pure alcohol^[1]

الخواص الفيزيائية

إرتفاع ذائبية (ذوبانية) الأغوال في الماء.
إرتفاع درجة غليانها.
لا تغير لون ورقتي تباع الشمس الحمراء أو الزرقاء، وبالتالي فإنها متعادلة الأس الهيدروجيني، أي ليست حامضية أو قاعدية.
الحالة الفيزيائية: غالبيتها سائلة، كما أنها متميعة حيث تمتص الماء والرطوبة.
اللون والرائحة متنوعة.

السمية Toxicity

كيمياء الأغوال

طرق التحضير Preparation

طرق مخبرية Laboratory

هناك ثلاث طرق عامة لتحضير الأغوال :

من هاليدات الألكيل : تتفاعل هاليدات الألكيل مع NaOH المائي أو KOH لتعطي بشكل أساسي أغوالا أولية .

R-Br + KOH → R-OH + KBr

من الألدهيدات و الكيتونات : يتم ارجاع هذه المركبات باستخدام بوروهيدريد الصوديوم أو ليتيوم ألمنيوم هيدريد :

R-CHO - [O] → R-OH

من الألكينات : تفاعل هدرجة محفّز حمضيا acid catalysed باستخدام حمض الكبريت المكثف كوسيط ( تعطي هذه الطريقة أغوالا ثانوية و ثالثية بشكل رئيسي )

C₂H₄ + H₂SO₄ (l) → C₂H₅-HSO₄

C₂H₅-HSO₄ + H₂O → C₂H₅OH + H₂SO₄

يمكن تحضير الأغوال الثانوية باستخدام الطريقتين الأخيرتين كما يلي :

طرق صناعية Industrial

التخمر : تستخدم هذه الطريقة لتحويل سكر الگلوكوز إلى إيتانول بدرجة حرارة 37°C و وجود خميرة .

C₁₂H₂₂O₁₁ → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

Invertase → glucose + fructose

C₆H₁₂O₆ + H₂O → C₂H₅OH + CO₂

Glucose → zymase + ethanol

إماهة hydration : باستخدام الايتن أو ألكينات اخرى مأخوذة من اجزاء من الزيت المقطر . و باستعمال محفز من حمض الفوسفور تحت ضغط و درجة حرارة عالية .

ميتانول من بخار الماء : عملية اصطناع غازية يحدث فيها دمج لجزيء CO مع جزيئين H₂ لإنتاج الميتانول باستخدام النحاس كمحفز ، ZnO و Al₂O₃ كمحفزات عند درجة حرارة 250°C و ضغط 50يساوي -100 ضغط جوي .

[CO + H₂] + H₂O (g) → CH₃OH

التفاعلات

نزع البروتون Deprotonation

يمكن للأغوال أن تسلك سلوك الحموض الضعيفة فتخضع لتفاعل نزع البروتون منتجة ملح الكوكسيد و ذلك إما باستخدام هيدريد صوديوم أو ن-بوتيل الليتيوم أو باستخدام أحد معدنين : الصوديوم أو البوتاسيوم .

2 R-OH + 2 NaH → 2 R-O^-Na⁺ + H₂↑

2 R-OH + 2Na → 2R-O⁻Na⁺

مثلا 2 CH₃CH₂-OH + 2 Na → 2 CH₃-CH₂-O⁻Na⁺

الماء مشابه للعديد من الأغوال في درجة pK_a لهم ، لذلك فإن التوازن الكيميائي في تفاعل الأغوال مع القلويات مثل هيدروكسيد الصوديوم ييل دوما نحو اليسار :

R-OH + NaOH <=> R-O^-Na⁺ + H₂O (equilibrium to the left)

تفاعلات التبادل المحبة للنواة

لا تعتبر مجموعة الهيدروكسيل مجموعة مغادرة جيدة في تفاعلات التبادل المحبة للنواة ، لذا فإن الأغوال المعتدلة لا تشارك في هذه التفاعلات . لكن اذا حصلت برتنة للأكسجين الغولي أولا لنحصل على R−OH₂⁺, ، عندئذ يكون لدينا مجموعة مغادرة ممتازة هي جزيئة الماء لكونها أكثر ثباتا ترموديناميا عندما تكون مستقلة و يحدث عندئذ تقاعل التبادل المحب للنواة .

الأغوال الثالثية تتفاعل مباشرة مع حمض كلور الماء لإنتاج هاليدات ألكيل ثالثية ، حيث يتم استبدال زمرة الهيدروكسيل بذرة كلور .

أما الأغوال الثنائية و الأولية فهي بحاجة لمنشط عند تفاعلها مع حمض كلور الماء ، أهم هذه المنشطات التفاعلية هي كلوريد الزنك أو يمكن احداث التحول مباشرة باستخدام كلوريد التيونيل

يمكن أيضا تحويل الأغوال إلى بروميدات اللكيل باستخدام حمض بروم الماء أو ثلاثي بروميد الفوسفور .

3 R-OH + PBr₃ → 3 RBr + H₃PO₃

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تفاعلات نزع الماء

الأغوال بحد ذاتها محبة للنواة ، لذا فإن R−OH₂⁺ يمكن ان يتفاعل مع ROH لإنتاج ايترات و ماء . التفاعل يخضع بشكل عام لقاعدة زايتسيف ، التي تقول أن الألكين الأكثر ثباتا ( و هو عادة الألكين الأكثر تبادلية ) هو الذي يتشكل . تختلف درجة سهولة هذا التفاعل حسب رتبة الغوال فالأغوال الثالثية تخسر الماء في درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة بقليل ، في حين تحتاج الغوال الولية درجات حرارة أعلى بكثير .

المخطط التالي يبين تفاعل نزع الماء من ايتانول متحولا إلى ايتن :

الأسترة

R-OH + R'-COOH <=> R'-COOR + H₂O

الأكسدة

3 CH₃-CH(-OH)-CH₃ + K₂Cr₂O₇ + 4 H₂SO₄ → 3 CH₃-C(=O)-CH₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7 H₂O

Mechanism of oxidation of primary alcohols to carboxylic acids via aldehydes and aldehyde hydrates

Oxidation of alcohols to aldehydes and ketones

The direct oxidation of primary alcohols to carboxylic acids can be carried out using:

Oxidation of primary alcohols to carboxylic acids

Alcohols possessing two hydroxy groups located on adjacent carbons —that is, 1,2-diols— suffer oxidative breakage at a carbon-carbon bond with some oxidants such as sodium periodate (NaIO₄) or lead tetraacetate (Pb(OAc)₄), resulting in generation of two carbonyl groups.