أغوال (كيمياء عضوية)

الغول (بفتح الغين) في العربية هوجميع ما يغول العقل أي يمضىه، ينطق غاله واغتاله إذا أخذه من حيث لم يدر، فكان حتى أطلقه الكيميائيين العرب على منتجات التخمر المسكرة ثم انتقل إلى أوروبا ليصبح حدثة الكحول Alcohol وهوما يعهد عند العامة ب"السبرتو".

التعريف

مركبات عضوية (تتكون أساسا من ذرات كربون وهيدروجين)، تحتوي على مجموعة هيدروكسيل أوأكثر، 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 أوالجلسرول

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 المبتر "ول". ترقم السلسلة بحيث تعطى ذرة الكربون الحاملة لمجموعة لبهيدروكسيل أصغر رقم ممكن بغض النظر عن مسقط المجموعات الفرعية الأخرى.

الاستخدامات

Total recorded alcohol per capita consumption (15+), in litres of pure alcohol

الخواص الفيزيائية

إرتفاع ذائبية (ذوبانية) الأغوال في الماء.
إرتفاع درجة غليانها.
لا تغير لون ورقتي تباع الشمس الحمراء أوالزرقاء، وبالتالي فإنها متعادلة الأس الهيدروجيني، أي ليست حامضية أوقاعدية.
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 أوKOH لتعطي بشكل أساسي أغوالا أولية .

R-Br + KOH → R-OH + KBr

من الألدهيدات والكيتونات : يتم ارجاع هذه المركبات باستخدام بوروهيدريد الصوديوم أوليتيوم 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 وثالثية 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 ووجود خميرة .

C₁₂H₂₂O₁₁ → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

Invertase → glucose + fructose

C₆H₁₂O₆ + H₂O → C₂H₅OH + CO₂

Glucose → zymase + ethanol

إماهة hydration : باستخدام الايتن أوألكينات اخرى مأخوذة من اجزاء من الزيت المقطر . وباستعمال محفز من حمض الفوسفور تحت ضغط ودرجة حرارة عالية .

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

[CO + H₂] + H₂O (g) → CH₃OH

التفاعلات

نزع البروتون Deprotonation

يمكن للأغوال حتى تسلك سلوك الحموض الضعيفة فتخضع لتفاعل نزع البروتون منتجة ملح الكوكسيد وذلك إما باستخدام هيدريد صوديوم أون-بوتيل الليتيوم أوباستخدام أحد معدنين : الصوديوم أوالبوتاسيوم .

2 R-OH + 2 NaH → 2 R-O^-Na⁺ + ↑

2 R-OH + 2Na → 2R-O⁻Na⁺

مثلا 2 -OH + 2 Na → 2 CH₃-CH₂-O⁻Na⁺

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

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⁺, ، عندئذقد يكون لدينا مجموعة مغادرة ممتازة هي جزيئة الماء لكونها أكثر ثباتا ترموديناميا عندما تكون مستقلة ويحدث 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 والأولية فهي بحاجة لمنشط عند تفاعلها مع حمض كلور الماء ، أبرز هذه المنشطات التفاعلية هي كلوريد الزنك أويمكن احداث التحول مباشرة باستخدام كلوريد التيونيل

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

3 R-OH + PBr₃ → ثلاثة RBr + H₃PO₃

تفاعلات نزع الماء

الأغوال بحد ذاتها محبة للنواة ، لذا فإن R−OH₂⁺ يمكن ان يتفاعل مع ROH لإنتاج ايترات وماء . التفاعل يخضع بشكل عام لقاعدة زايتسيف ، التي تقول حتى الألكين الأكثر ثباتا ( وهوعادة الألكين الأكثر تبادلية ) هوالذي يتشكل . تختلف درجة سهولة هذا التفاعل حسب رتبة الغوال فالأغوال الثالثية تخسر الماء في درجات حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة بقليل ، في حين بحاجة 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 + + أربعة → ثلاثة + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + سبعة O

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:

Potassium permanganate (KMnO₄).
Jones oxidation.
PDC in DMF.
Heyns oxidation.
Ruthenium tetroxide (RuO₄).
TEMPO.

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.

Oxidative breakage of carbon-carbon bond in 1,2-diols