كيمياء - الكحولات

كيمياء - الكحولات - صفحة1

الكحولات

   
     
   
     

كيمياء - الكحولات - صفحة2

الكحولات


التعريف:
هي مركبات عضوية تتميز بوجود مجموعة هيدروكسيل (OH-) أو أكثر.

كيمياء - الكحولات - صفحة3

الكحولات


المجموعة الوظيفية: مجموعة الهيدروكسيل OH-

كيمياء - الكحولات - صفحة4

الكحولات


الصيغة العامة: R-OH أو Ar-OH أو CnH2n+1-OH
  حيث R تمثل شق الألكيل (للكحولات الأليفاتية)

   وتمثل Ar مجموعة آريل (للكحولات الأروماتية)

كيمياء - الكحولات - صفحة5

الكحولات

التسمية

تتم تسمية الكحولات بإضافة المقطع (ول) إلى اسم الألكان المناظر:
CH4
ميثان
CH3-OH
ميثانول
CH3CH3
إيثان
CH3CH2-OH
إيثانول

لا بد من تحديد رقم ذرة الكربون التي تحمل المجموعة (OH-) , مع ملاحظة أن يبدأ الترقيم من الطرف الأقرب لمجموعة الهيدروكسيل:


بعد ذلك تتم الإشارة إلى مجموعة (مجموعات) (الألكيل) أو(الآريل) المتفرعة ورقم ذرة الكربون المتصلة بكل منها:


2- ميثيل - 2 - بروبانول

بعد تحديد موقع مجموعة الهيدروكسيل (بكتابة رقم ذرة الكربون المتصلة بها) نكتب علامة (-) ثم اسم الألكان + المقطع (ول) وذلك بعد كتابة أسماء جميع التفرعات.
للتوسع


1- يلاحظ أن التسمية الشائعة أو القديمة ما زالت تتبع جنباً إلى جنب مع قواعد مؤتمر جنيف (الإيوباك)، وإليك بعض الصيغ بالتسمية القديمة التي ما زالت شائعة:
2- وقد يظهر عنصر هالوجيني على الفرع الألكيلي، عندئذ ترقم ذرات الكربون على أن تبدأ بالحرف (a) من ذرة الكربون التي تقع عليها مجموعة الهيدروكسيل ثم يسمى العنصر كالتالي:
3- وقد يصادف التلميذ تسمية أخرى شائعة، وفيها يتخذ كحول الميثيل أساساً للتسمية حيث تسمى كاربينول (Carbinol) وكل كحول آخر مشتق منه:
4- وهناك بعض الملحوظات عند استخدام التسمية تبعاً للأيوباك IUPAC وحالة وجود التركيب الحلقي أو وجود رابطة مزدوجة وإليك الأمثلة الآتية:

كيمياء - الكحولات - صفحة6

كيمياء - الكحولات - صفحة7

الكحولات


خصائص التركيب
1- الذرات المكونة لجزيئات الكحولات هي:
C H O
الكربون الهيدروجين الأكسجين
2- الروابط بين الذرات هي روابط تساهمية أحادية قوية من نوع سيجما ناتجة عن تداخل رأسي لمجالات مهجنة من نوع sp3
إيثانول
3- نظراً لارتفاع السالبية الكهربية للأكسجين عنها في الكربون والهيدروجين، فهناك رابطتان قطبيتان في جزيء الكحول أحادي الهيدروكسيل C-O ، O-H مما يجعل قطبية جزيئات الكحولات مرتفعة.
4- ينتج عن قطبية جزيئات الكحولات أن تنجذب ذرة الأكسجين السالبة في جزيء إلى ذرة الهيدروجين الموجبة في جزيء آخر فتتكون روابط هيدروجينية بين الجزيئات.

كيمياء - الكحولات - صفحة8

الكحولات

الخواص الفيزيائية


I- درجة الغليان:
1- الجدول التالي يوضح الكتل الجزيئية ودرجات الغليان لبعض الكحولات والألكانات، المتقاربة في الكتل الجزيئية:
الألكان الكتلة الجزيئية درجة الغليان °س الكحول الكتلة الجزيئية درجة الغليان °س
الإيثان
C2H6
30 -89 الميثانول
CH3-OH
32 65
البروبان
C3H8
44 -42 الإيثانول
C2H5-OH
46 78
البيوتان
C4H10
58 -0.5 1- بروبانول
C3H7-OH
60 97
البنتان
C5H12
72 36 1- بيوتانول
C4H9-OH
74 118
2- تتميز الكحولات بدرجات غليان مرتفعة نسبياً (أعلى من الهيدروكربونات المقابلة). يرجع ذلك إلى قطبية جزيئات الكحولات والتي تزيد من تجاذب الجزيئات بعضها مع بعض مما يؤدي إلى زيادة الطاقة اللازمة لفصلها عن بعضها البعض، كما أن وجود الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات يزيد من الطاقة اللازمة لكسر هذه الروابط وفصل الجزيئات مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الغليان.
القطبية الرابطة الهيدروجينية
3- تزداد درجة غليان الكحولات كلما:
أ- ازداد عدد مجموعات الهيدروكسيل OH- في الجزيء
ب- كبرت السلسلة الهيدروكربونية R (ازداد الوزن الجزيئي)
أ-
  >  
ب-
 >  

أي المركبين له درجة غليان أعلى في كل زوج مما يلي:
أ- هبتان أم ا- هكسانول
ب- 1- أوكتانول أم 1- ديكانول

II- الذائبية:
1- التعريف:«المذيبات تذيب أشباهها»
نظراً لقطبية جزيئات الكحولات فهي تذوب في المذيبات القطبية كالماء، كما أن تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الكحولات وجزيئات الماء تزيد من ذوبان الكحولات في الماء.
القطبية الرابطة الهيدروجينية
2- التغير في الذائبية:
العامل المؤثر التغير في الذائبية
أ- عدد مجموعات OH- تزداد بزيادة عدد مجموعات OH-
ب- طول السلسلة الهيدروكربونية تقل كلما كبرت السلسلة الهيدروكربونية
جـ تفرع السلسلة الهيدروكربونية السلسلة المستقيمة أقل ذوباناً من السلسلة المتفرعة
أ-
  >  
ب-
اسم الكحول الصيغة الذائبية
(غ /100غ ماء)
ميثانول CH3OH يذوب بأية نسبة
إيثانول CH3CH2OH يذوب بأية نسبة
1- بروبانول CH3CH2CH2OH يذوب بأية نسبة
1- بيوتانول CH3(CH2)2CH2OH 7.9
1- بنتانول CH3(CH2)3CH2OH 2.7
1- هكسانول CH3(CH2)4CH2OH 0.59
1- هبتانول CH3(CH2)5CH2OH 0.20
1- أوكتانول CH3(CH2)6CH2OH 0.05
جـ
  >  


III- الحالة الفيزيائية:
 
الكحولات ذات الكتل الجزيئية حالتها الفيزيائية
الصغيرة سائلة
الكبيرة غالباً صلبة شمعية القوام

 

 

IV- اللون والرائحة:
الكحولات مواد لا لون لها، ولكل منها رائحة مميزة

كيمياء - الكحولات - صفحة9

الكحولات

التحضير
في الصناعة في المختبر
أ- الميثانول من الميثان أ- التحلل المائي لهاليد الألكيل المقابل
ب- 1- الإيثانول من الإيثين ب- اختـزال الألدهيدات والكيتونات
2- الإيثانول من المواد السكرية  


أ ـ تحضير الميثانول: (في الصناعة)
يخلط الميثان (CH4) ببخار الماء تحت ضغط في أنابيب مسخنة، وفي وجود عامل حفاز فنحصل أولاً على غاز الاصطناع (خليط من غازي الهيدروجين وأول أكسيد الكربون)، الذي يستخدم للحصول على الميثانول تبعاً للمعادلة التالية:
ميثانول
2H2 + CO -> CH3-OH
    ضغط ـ حرارة (450°س) + عامل حفاز

ب ـ تحضير الإيثانول: (في الصناعة)
1- يتفاعل الإيثين مع الماء في وجود عامل حفاز وعند ضغط ودرجة حرارة عاليتين.
  إيثانول              

->
CH2=CH2 + H-OH
ضغط عالي ـ حرارة (330°س) + عامل حفاز (H3PO4)


ب ـ تحضير الإيثانول: (في الصناعة)
2- بعملية التخمر: ينتج الإيثانول من تخمر المواد السكرية والنشوية في الحبوب والفواكه بوساطة فطر الخميرة التي تفرز إنزيمات تحول سكر الجلوكوز (C6H12O6) إلى الإيثانول:
  إيثانول
+ 2CO2 + طاقة C6H12O6 ->
خميرة
استخدام الإيثانول الناتج من تخمر الجلوكوز في قصب السكر كوقود للسيارات

أ- التحلل المائي لهاليد الألكيل المقابل: (في المختبر)
يسخن هاليد الألكيل مع محلول مائي مركز من هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم فنحصل على الكحول المقابل كما في المعادلة التالية حيث هاليد الأكيل هو يوديد الميثيل.
 
يمكن تحضير كحول البنزيل من تفاعل كلوريد البنزيل مع هيدروكسيد الصوديوم المركز كما في المعادلة.



ويمكن كتابتها بالصورة

C6H5CH2Cl + NaOH
C6H5CH2OH + NaCl

ملاحظة: ولا تستخدم هذه الطريقة لتحضير الكحولات إلا عند الضرورة، لأن الكحولات أكثر توافراً من هاليدات الألكيل وأسهل تحضيراً، وأقل كلفة.

ب- اختزال الألدهيدات والكيتونات: (في المختبر)

(الكحولات الأولية)

(الكحولات الثانوية)
تحضر باختزال
الألدهيدات
بالهيدروجين الذري حديث التولد.
تحضر باختزال
الكيتونات
بالهيدروجين الذري حديث التولد.
تحضير الكحولات الأولية باختزال الألدهيدات


تحضير الكحولات الثانوية باختزال الكيتونات


كيمياء - الكحولات - صفحة10

الكحولات

الخواص الكيميائية
تعتمد تفاعلات الكحولات على وجود مجموعة الهيدروكسيل كجموعة وظيفية. وتتم التفاعلات:
1- بكسر الرابطة بين الأكسجين والهيدروجين. (تفاعلات الرابطة O-H)
2- بكسر الرابطة بين الأكسجين والكربون.(تفاعلات الرابطة C-O)
تفاعلات الرابطة
(O-H) (C-O)
تكوين أملاح الألكوكسيد التفاعل مع أمـين الصوديوم تكوين الإستر تفاعل اليودوفورم
أكسدة الكحـولات التفاعل مع الأحماض الهالوجينية التفاعل مع حمض الكبريتيك المركز
تفاعلات الرابطة O-H


1- تكوين أملاح الألكوكسيد:
تتفاعل الكحولات مع الفلزات النشطة مثل الصوديوم والبوتاسيوم، حيث يحل الفلز محل هيدروجين مجموعة الهيدروكسيل:


ألكوكسيد الصوديوم                  كحول


إيثوكسيد الصوديوم                  إيثانول

تجربة: إضافة الصوديوم إلى الإيثانول وتصاعد غاز الهيدروجين الذي يتجمع في أنبوب الاختبار

ملاحظة:
1- يستخدم تفاعل الكحولات مع فلز الصوديوم
للتمييز بين الكحولات والمركبات العضوية غير الحاوية لذرة هيدروجين حامضية (كالهيدروكربونات، هاليدات الألكيل، الإيثرات ...).
إذ لا تتفاعل الهيدروكربونات مع الصوديوم لعدم احتوائها على هيدروجين حمضي.
2- تتفاعل الكحولات الأولية مع الصوديوم أسرع من تفاعل الكحولات الثانوية، وهذه أسرع من تفاعل الكحولات الثالثية.
ويتحلل أيثوكسيد الصوديوم بالماء معطياً كحول الأثيل وهيدروكسيد الصوديوم كما يلي:


C2H5ONa + H2O
C2H5OH + NaOH


2- التفاعل مع أمين الصوديوم:
تتفاعل الأغوال أيضاً مع أمين الصوديوم (أمينات الصوديوم)
مثال:

CH3-OH + NaNH2
CH3O-Na + NH3

ويمكن استخدام هذا التفاعل للكشف عن الكحولات وذلك بسبب تصاعد رائحة الأمونيا NH3 النفاذة.


3 ـ تكوين الإستر:
تتفاعل الكحولات مع الأحماض الكربوكسيلية، وتكون مركبات تسمى الإسترات، وهذا التفاعل يُطلق عليه الأسترة، كما في المعادلة التالية:


وكما علمت سابقاً في موضوع الاتزان الكيميائي، فإنه لجعل هذا التفاعل يسير في الاتجاه الأمامي لتكوين الإستر، يضاف حمض الكبريتيك المركز لكي يعمل على امتصاص الماء.
لاحظ من المعادلة السابقة مصدر جزيء الماء الناتج.


4-تفاعل اليودوفورم Iodoform Reaction:
يحدث هذا التفاعل مع جميع الكحولات التي تحتوي على المجموعة
ولذا يستخدم هذا التفاعل في التفرقة بين كحول الإثيل وكحول الميثيل.
فمثلاً يتفاعل كحول الاثيل مع أحد الهالوجينات مثل اليود في وجود القلويات ويتم التفاعل على ثلاث مراحل:



تفاعلات الرابطة C-O
1 ـ أكسدة الكحولات:
تتأكسد الكحولات الأولية بالعوامل المؤكسدة مثل ثاني كرومات البوتاسيوم في وسط حمضي، أو برمنجنات البوتاسيوم (في وسط قلوي).
أ ـ أكسدة الكحولات الأولية:
تتأكسد الكحولات الأولية إلى ألدهيدات:

مثال 1:
يتأكسد الإيثانول إلى إيثانال (أستيالدهيد):

العامل المؤكسد دايكرومات البوتاسيوم K2Cr2O7
ويجري التفاعل في وسط حمض (H2SO4).

تجربة: إحتراق (أكسدة) الإيثانول

مثال: 2
يتأكسد الميثانول إلى ميثانال:

الميثانول سام جداً ويجب الحذر عند التعامل معه، لأنه يتأكسد في خلايا الكبد وينتج الميثانال الذي يتفاعل بسرعة كبيرة مع الإنزيمات ويفقدها وظائفها الحيوية مما يؤدي إلى الوفاة. ويؤدي وجود الميثانال في الدم إلى تعتيم عدسة العين, وبالتالي العمى.

ملاحظة:
تمت عملية الأكسدة عن طريق نزع ذرة هيدروجين من الكربون، وذرة هيدروجين أخرى من مجموعة الهيدروكسيل، وارتبطتا بأكسجين العامل المؤكسد مكونة جزيء ماء، ونتج عن ذلك مجموعة ألدهيد
تنبيه:
وإذا لم يُفصل الإيثانال عن وسط التفاعل، فإنه يتأكسد إلى حمض الإيثانويك، ويتغير لون ثاني كرومات البوتاسيوم إلى اللون الأخضر.
وتمثل المعادلة التالية تأكسد الإيثانول على مرحلتين لإعطاء ألدهيد ثم حمض كربوكسيلي:

فائدة:

يُستفاد من خاصية تأكسد الإيثانول بهذه الطريقة في فحص الأشخاص الذين يشتبه في تناولهم للخمور (إيثانول) باستخدام جهاز يُحول التغير في لون ثاني كرومات البوتاسيوم إلى رقم نسبي لكمية الكحول في هواء الزفير (يظهر على شاشة الجهاز)، وذلك لأن الإيثانول هو المكون الرئيس للخمور.
ب ـ أكسدة الكحولات الثانوية:
تتأكسد الكحولات الثانوية إلى كيتونات:

مثال:
يتأكسد 2-بروبانول إلى بروبانون (أسيتون):

العامل المؤكسد دايكرومات البوتاسيوم K2Cr2O7
ويجري التفاعل في وسط حمض (H2SO4).

جـ أكسدة الكحولات الأروماتية:
ملاحظة: لا تتأكسد الكحولات الثالثية.



* ـ تفاعلات إضافية:(الرابطة C-O)
2 _تفاعل الاستبدال مع الأحماض الهيدروجينية HX:


3 _ نزع الماء لتكوين ألكين بالتسخين مع حمض الكبريت المركز إلى درجة160° م:

4 _ نزع الماء لتكوين إيثر بالتسخين مع حمض الكبريت المركز إلى درجة 140° م:

كيمياء - الكحولات - صفحة11

الكحولات

الكشف عن الكحولات
إلى المختبر

1- (للكشف عن الأغوال بصورة عامة)
* التفاعل مع الصوديوم فيتصاعد غاز الهيدروجين.

* التفاعل مع أميدات الصوديوم فيتصاعد غاز الأمونيا.


2- (للكشف عن الأغوال التي تذوب في الماء)
* تفاعل لوكاس: حيث يتم تحويل الأغوال إلى هاليدات ألكيل بتفاعلها مع حامض الكلور المركز حيث تنفصل الهاليدات عن المحلول المائي لعدم إمكانية ذوبانها في الماء.

كيمياء - الكحولات - صفحة12

الكحولات

أهميتها وآثارها على الصحة

1 ـ الميثانول Methanol:
يستخدم الميثانول في تحضير مواد الطلاء، والورنيش والمستحضرات الطبية، ويحضر منه الميثانال (فورمالدهيد) الذي يستخدم في صناعة البلاستيك كما كان يُضاف إلى مبردات السيارات لمنع تجمد الماء في البلاد الباردة قبل أن يحل محله غلايكول الإيثيلين CH2OH-CH2OH .
يستخدم أيضاً في رش الأسطح الخارجية للطائرات لإزالة الجليد عنها حيث يذوب الميثانول في الجليد (الماء) فتنخفض درجة تجمد المحلول فينصهر الجليد.


2 ـ الإيثانول Ethanol:
يستخدم الإيثانول في كثير من الصناعات مثل العطور والأدوية والدهانات، والحصول على الإيثر والكلوروفورم، ويستعمل كمذيب للدهون والزيوت وفي التعقيم، كما يستخدم كوقود.


أثر الكحول على صحة الإنسان
الإيثانول له تأثير سام على خلايا الإنسان خاصة خلايا المخ والكبد، حيث يشل حركتها ثم يُميتها، وديننا الحنيف يُحرم الخمر حفاظاً على سلامة الأبدان والعقول. يقول الله تعالى:

كيمياء - الكحولات - صفحة13

تصنيف الأغوال:
تصنيف الأغوال أحادية مجموعة الهيدروكسيل بحسب موقعها في جزيء الغول إلى ثلاثة أنواع:
1- أغوال أحادية الدرجة 1° (أولية): حيث ترتبط مجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون طرفية لا يرتبط بها مباشرة أكثر من ذرة كربون واحدة, (مثل: الإيثانول, البروبانول العادي,...)
2- أغوال ثنائية الدرجة 2° (ثانوية): حيث ترتبط مجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون يرتبط بها ذرتا كربون, (مثل: 2- بروبانول).
3- أغوال ثلاثية الدرجة 3° (ثالثية): حيث ترتيط مجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون ترتبط بثلاث ذرات كربون, مثل: 2- ميث يل-2- بروبانول.

شكل (9 - 18) مخطط يبين تصنيف الأغوال إلى أصنافها بحسب موقع مجموعة الهيدروكسيل

كيمياء - الكحولات - صفحة14

الكشف عن الكحولات بتفاعلها مع الصوديوم

وضعنا كمية من كحول الإيثانول في وعاء، ثم أضفنا إليه قطعة من الصوديوم ووضعنا بالوناً على فوهة الوعاء، نلاحظ بعد قليل تصاعد فقاعات في الوعاء، إضافة إلى انتفاخ البالون مما يدل على تصاعد غاز،
نتعرف عليه لاحقاً بطرق الكشف عن الغازات فيتبين لنا أنه غاز الهيدروجين.