تعريف
الكحوليات– المركبات التي تحتوي على واحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل –OH المرتبطة بجذر الهيدروكربون.
صيغة عامةسلسلة متجانسة من الكحولات الأحادية المشبعة C n H 2 n +1 OH. تحتوي أسماء الكحوليات على اللاحقة - ol.
اعتمادًا على عدد مجموعات الهيدروكسيل ، تنقسم الكحولات إلى واحدة- (CH 3 OH - ميثانول ، C 2 H 5 OH - إيثانول) ، اثنان (CH 2 (OH) -CH 2 -OH - جلايكول الإيثيلين) وثلاثي الذرة ( CH 2 (OH) -CH (OH) -CH 2 -OH - الجلسرين). اعتمادًا على ذرة الكربون التي تقع فيها مجموعة الهيدروكسيل، يتم التمييز بين الكحولات الأولية (R-CH 2 -OH)، والثانوية (R 2 CH-OH) والكحولات الثلاثية (R 3 C-OH).
تتميز الكحوليات أحادية الهيدريك المشبعة بإيزومرية الهيكل الكربوني (بدءًا من البيوتانول)، وكذلك إيزومرية موضع مجموعة الهيدروكسيل (بدءًا من البروبانول) والأيزومرية بين الطبقات مع الإيثرات.
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH (بيوتانول – 1)
CH 3 -CH (CH 3) - CH 2 -OH (2-ميثيل بروبانول - 1)
CH 3 -CH (OH) -CH 2 -CH 3 (بيوتانول - 2)
CH 3 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3 (ثنائي إيثيل الأثير)
الخواص الكيميائية للكحولات
1. ردود الفعل المتقطعة اتصالات O-N:
— خصائص الحمضيتم التعبير عن الكحوليات بشكل ضعيف جدًا. تتفاعل الكحوليات مع الفلزات القلوية
2C 2 H 5 OH + 2K → 2C 2 H 5 OK + H 2
ولكن لا تتفاعل مع القلويات. في وجود الماء، تتحلل الكحولات بشكل كامل:
C 2 H 5 OK + H 2 O → C 2 H 5 OH + KOH
هذا يعني أن الكحوليات أكثر الأحماض الضعيفةمن الماء
- تعليم استراتتحت تأثير الأحماض المعدنية والعضوية:
CH 3 -CO-OH + H-OCH 3 ↔ CH 3 COOCH 3 + H2O
- أكسدة الكحولات تحت تأثير ثنائي كرومات البوتاسيوم أو برمنجنات مركبات الكربونيل. تتأكسد الكحولات الأولية إلى الألدهيدات، والتي بدورها يمكن أن تتأكسد إلى الأحماض الكربوكسيلية.
R-CH 2 -OH + [O] → R-CH = O + [O] → R-COOH
تتأكسد الكحولات الثانوية إلى الكيتونات:
R-CH(OH)-R' + [O] → R-C(R') = O
الكحولات الثلاثية أكثر مقاومة للأكسدة.
2. رد فعل مع كسر الرابطة CO.
- الجفاف داخل الجزيئات مع تكوين الألكينات (يحدث عندما يتم تسخين الكحوليات مع المواد التي تزيل الماء (حمض الكبريتيك المركز) بقوة):
CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH → CH 3 -CH = CH 2 + H 2 O
— الجفاف بين جزيئات الكحول مع تكوين الإيثرات (يحدث عندما يتم تسخين الكحول قليلاً بمواد إزالة الماء (حمض الكبريتيك المركز)):
2C 2 H 5 OH → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O
— تتجلى الخصائص الأساسية الضعيفة للكحولات في تفاعلات عكسية مع هاليدات الهيدروجين:
C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O
الخصائص الفيزيائية للكحولات
الكحولات المنخفضة (حتى C 15) هي سوائل، والكحولات الأعلى هي سوائل المواد الصلبة. يتم خلط الميثانول والإيثانول مع الماء بأي نسبة. مع النمو الوزن الجزيئي الغراميتنخفض ذوبان الكحولات في الماء. الكحول لديها درجات حرارة عاليةالغليان والذوبان بسبب تكوين روابط هيدروجينية.
تحضير الكحوليات
يمكن إنتاج الكحوليات باستخدام طريقة التكنولوجيا الحيوية (التخمير) من الخشب أو السكر.
ل طرق المختبريشمل إنتاج الكحول ما يلي:
- ترطيب الألكينات (يحدث التفاعل عند التسخين وبوجود حمض الكبريتيك المركز)
CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 أوه
— التحلل المائي لهاليدات الألكيل تحت تأثير المحاليل المائية للقلويات
CH3Br + NaOH → CH3OH + NaBr
CH3Br + H2O → CH3OH + HBr
— الحد من مركبات الكربونيل
CH 3 -CH-O + 2[H] → CH 3 – CH 2 -OH
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
| يمارس | تبلغ نسبة كتلة الكربون والهيدروجين والأكسجين في جزيء الكحول أحادي الهيدريك المشبع 51.18 و13.04 و31.18% على التوالي. استنتج صيغة الكحول. |
| حل | دعونا نشير إلى عدد العناصر الموجودة في جزيء الكحول بالمؤشرات x، y، z. ثم، صيغة الكحول هي منظر عامسيبدو مثل - C x H y O z . دعونا نكتب النسبة: x:y:z = ω(С)/Ar(C): ω(Н)/Ar(Н) : ω(О)/Ar(О); س:ص:ض = 51.18/12: 13.04/1: 31.18/16؛ س:ص:ض = 4.208: 13.04: 1.949. دعونا نقسم القيم الناتجة على الأصغر، أي. بسعر 1.949. نحن نحصل: س:ص:ض = 2:6:1. ولذلك فإن صيغة الكحول هي C2H6O1. أو C2H5OH هو الإيثانول. |
| إجابة | صيغة الكحول أحادي الهيدريك المشبع هي C2H5OH. |
محتوى المقال
الكحوليات(الكحول) - الطبقة مركبات العضويةتحتوي على واحدة أو أكثر من مجموعات C-OH، مع مجموعة هيدروكسيل OH مرتبطة بذرة كربون أليفاتية (المركبات التي تكون فيها ذرة الكربون في مجموعة C-OH جزءًا من الحلقة العطرية تسمى الفينولات)
يتنوع تصنيف الكحوليات ويعتمد على السمة الهيكلية التي يتم أخذها كأساس.
1. تنقسم الكحولات حسب عدد مجموعات الهيدروكسيل في الجزيء إلى:
أ) أحادية الذرة (تحتوي على مجموعة هيدروكسيل OH واحدة)، على سبيل المثال، الميثانول CH 3 OH، الإيثانول C 2 H 5 OH، البروبانول C 3 H 7 OH
ب) متعدد الذرات (مجموعتان أو أكثر من الهيدروكسيل)، على سبيل المثال، جلايكول الإثيلين
H O – CH 2 –CH 2 –OH، الجلسرين H O – CH 2 –CH (OH) –CH 2 –OH، بنتايريثريتول C (CH 2 OH) 4.
المركبات التي تحتوي فيها ذرة كربون واحدة على مجموعتي هيدروكسيل تكون في معظم الحالات غير مستقرة وتتحول بسهولة إلى ألدهيدات، مما يؤدي إلى التخلص من الماء: RCH(OH) 2 ® RCH=O + H 2 O
2. بناءً على نوع ذرة الكربون التي ترتبط بها مجموعة OH تنقسم الكحولات إلى:
أ) الأولية، حيث ترتبط مجموعة OH بذرة الكربون الأولية. تسمى ذرة الكربون (المظللة باللون الأحمر) المرتبطة بذرة كربون واحدة فقط ذرة كربون أولية. أمثلة على الكحولات الأولية - الإيثانول CH 3 - ج H 2 –OH، بروبانول CH 3 –CH 2 – ج H2-أوه.
ب) ثانوي، حيث ترتبط مجموعة OH بذرة كربون ثانوية. ترتبط ذرة الكربون الثانوية (المظللة باللون الأزرق) بذرتي كربون في نفس الوقت، على سبيل المثال، البروبانول الثانوي، والبيوتانول الثانوي (الشكل 1).
أرز. 1. هيكل الكحوليات الثانوية
ج) الثالثي، حيث ترتبط مجموعة OH بذرة الكربون الثلاثية. ذرة الكربون الثلاثية (مميزة أخضر) يرتبط في وقت واحد بثلاث ذرات كربون مجاورة، على سبيل المثال، البيوتانول الثالث والبنتانول (الشكل 2).
أرز. 2. هيكل الكحولات الثلاثية
وفقًا لنوع ذرة الكربون، تسمى مجموعة الكحول المرتبطة بها أيضًا بالابتدائية أو الثانوية أو الثالثة.
ش كحولات متعددة الهيدراتتحتوي على مجموعتين أو أكثر من مجموعات OH، يمكن أن تتواجد مجموعات H O الأولية والثانوية في وقت واحد، على سبيل المثال، في الجلسرين أو الزيليتول (الشكل 3).
أرز. 3. مزيج من مجموعات OH الأولية والثانوية في هيكل الكحولات المتعددة الذرات.
3. وفقًا لهيكل المجموعات العضوية المرتبطة بمجموعة OH ، تنقسم الكحولات إلى مشبعة (ميثانول ، إيثانول ، بروبانول) ، غير مشبعة ، على سبيل المثال ، كحول الأليل CH 2 =CH –CH 2 –OH ، عطرية (على سبيل المثال ، كحول بنزيل C6H5CH2OH) يحتوي على مجموعة عطرية في المجموعة R.
الكحولات غير المشبعة التي تكون فيها مجموعة OH "مجاورة" للرابطة المزدوجة، أي. مرتبطة بذرة كربون تشارك في نفس الوقت في تكوين رابطة مزدوجة (على سبيل المثال، كحول الفينيل CH 2 = CH – OH)، وهي غير مستقرة للغاية وتتصاوغ على الفور ( سمالأيزومرية) إلى الألدهيدات أو الكيتونات:
CH 2 = CH – OH ® CH 3 –CH = O
تسمية الكحولات.
بالنسبة للكحوليات الشائعة ذات البنية البسيطة، يتم استخدام تسميات مبسطة: يتم تحويل اسم المجموعة العضوية إلى صفة (باستخدام اللاحقة والنهاية " جديد") وأضف كلمة "كحول":
وفي الحالة التي يكون فيها هيكل المجموعة العضوية أكثر تعقيدًا، فإنهم يستخدمون العناصر الشائعة للكل الكيمياء العضويةقواعد. الأسماء المجمعة وفقًا لهذه القواعد تسمى منهجية. وفقا لهذه القواعد، يتم ترقيم السلسلة الهيدروكربونية من النهاية التي تقع فيها مجموعة OH الأقرب. بعد ذلك، يتم استخدام هذا الترقيم للإشارة إلى موضع البدائل المختلفة على طول السلسلة الرئيسية، وفي نهاية الاسم، تتم إضافة اللاحقة "ol" ورقم يشير إلى موضع مجموعة OH (الشكل 4):
أرز. 4. الأسماء المنهجية للكحول. يتم تمييز المجموعات الوظيفية (OH) والبديلة (CH 3)، بالإضافة إلى المؤشرات الرقمية المقابلة لها، بألوان مختلفة.
تتبع الأسماء المنهجية لأبسط الكحوليات نفس القواعد: الميثانول، والإيثانول، والبيوتانول. بالنسبة لبعض الكحوليات، تم الحفاظ على الأسماء التافهة (المبسطة) التي تطورت تاريخيًا: كحول البروبارجيل HCє C – CH 2 –OH، الجلسرين H O – CH 2 –CH (OH) –CH 2 –OH، pentaerythritol C (CH 2 OH) 4، كحول فينيثيل C 6 H 5 –CH 2 –CH 2 –OH.
الخصائص الفيزيائية للكحولات.
الكحولات قابلة للذوبان في معظم المذيبات العضوية؛ أول ثلاثة ممثلين أبسط - الميثانول والإيثانول والبروبانول، وكذلك البيوتانول الثالث (H 3 C) 3 СОН - يتم خلطها مع الماء بأي نسبة. مع زيادة عدد ذرات C في المجموعة العضوية، يبدأ تأثير كاره للماء (طارد للماء)، وتصبح القابلية للذوبان في الماء محدودة، وعندما يحتوي R على أكثر من 9 ذرات كربون، فإنه يختفي عمليا.
بسبب وجود مجموعات OH، تنشأ روابط هيدروجينية بين جزيئات الكحول.
أرز. 5. الروابط الهيدروجينية في الكحول(يظهر بالخط المنقط)
ونتيجة لذلك، فإن جميع الكحوليات لها نقطة غليان أعلى من الهيدروكربونات المقابلة، على سبيل المثال bp. الإيثانول +78 درجة مئوية، وT. يغلي. الإيثان -88.63 درجة مئوية؛ تي كيب. البيوتانول والبيوتان، على التوالي، +117.4 درجة مئوية و-0.5 درجة مئوية.
الخواص الكيميائية للكحولات.
الكحول لديها مجموعة متنوعة من التحولات. ردود فعل الكحول لديها بعض الأنماط العامة: التفاعلتكون الكحولات أحادية الهيدريك الأولية أعلى من الكحولات الثانوية، وبالتالي تكون الكحولات الثانوية أكثر نشاطًا كيميائيًا من الكحولات الثلاثية. بالنسبة للكحول ثنائي الهيدريك، في حالة وجود مجموعات OH في ذرات الكربون المجاورة، لوحظ زيادة التفاعل (مقارنة بالكحول أحادي الهيدريك) بسبب التأثير المتبادل لهذه المجموعات. بالنسبة للكحوليات، من الممكن حدوث تفاعلات تتضمن كسر روابط C-O وO-H.
1. التفاعلات التي تحدث عند الرابطة O-H.
عند التفاعل مع المعادن النشطةتظهر الكحولات (Na، K، Mg، Al) خصائص الأحماض الضعيفة وتشكل أملاحًا تسمى كحولات أو ألكوكسيدات:
2CH 3 أوه + 2Na ® 2CH 3 أوك + H 2
الكحولات غير مستقرة كيميائيا، وعندما تتعرض للماء، تتحلل لتشكل الكحول وهيدروكسيد المعدن:
C 2 H 5 OK + H 2 O ® C 2 H 5 OH + KOH
يوضح هذا التفاعل أن الكحولات أحماض أضعف مقارنة بالماء ( حامض قوييزيح الضعيف)، بالإضافة إلى ذلك، عند التفاعل مع المحاليل القلوية، لا تشكل الكحوليات كحولات. ومع ذلك، في الكحوليات متعددة الهيدرات (في حالة ارتباط مجموعات OH بذرات C المجاورة)، تكون حموضة مجموعات الكحول أعلى بكثير، ويمكنها تكوين كحولات ليس فقط عند التفاعل مع المعادن، ولكن أيضًا مع القلويات:
H O–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O
عندما ترتبط مجموعات H O في كحولات متعددة الهيدرات بذرات C غير متجاورة، فإن خصائص الكحولات تكون قريبة من خصائص الكحولات أحادية الذرة، حيث لا يظهر التأثير المتبادل لمجموعات H O.
عند التفاعل مع المعادن أو الأحماض العضويةتشكل الكحولات استرات - مركبات تحتوي على جزء R-O-A (A عبارة عن بقايا حمض). يحدث تكوين الاسترات أيضًا أثناء تفاعل الكحوليات مع أنهيدريدات وكلوريدات الأحماض الكربوكسيلية (الشكل 6).
تحت تأثير العوامل المؤكسدة (K 2 Cr 2 O 7، KMnO 4)، تشكل الكحولات الأولية الألدهيدات، وتشكل الكحولات الثانوية الكيتونات (الشكل 7)
أرز. 7. تكوين الألدهيدات والكيتونات أثناء أكسدة الكحولات
يؤدي اختزال الكحوليات إلى تكوين هيدروكربونات تحتوي على نفس عدد ذرات الكربون الموجودة في جزيء الكحول الأصلي (الشكل 8).
أرز. 8. ترميم البوتانول
2. التفاعلات التي تحدث عند رابطة C-O.
في وجود محفزات أو قوية الأحماض المعدنيةيحدث جفاف الكحوليات (إزالة الماء)، ويمكن أن يتم التفاعل في اتجاهين:
أ) الجفاف بين الجزيئات الذي يشمل جزيئين كحوليين، حيث يتم كسر روابط C-O لأحد الجزيئات، مما يؤدي إلى تكوين الإيثرات - وهي مركبات تحتوي على جزء R-O-R (الشكل 9A).
ب) أثناء الجفاف داخل الجزيئات، يتم تشكيل الألكينات - الهيدروكربونات مع رابطة مزدوجة. غالبًا ما تحدث كلتا العمليتين – تكوين الأثير والألكين – بالتوازي (الشكل 9ب).
في حالة الكحولات الثانوية، أثناء تكوين الألكين، من الممكن وجود اتجاهين للتفاعل (الشكل 9ب)، الاتجاه السائد هو أنه أثناء عملية التكثيف، يتم فصل الهيدروجين عن ذرة الكربون الأقل هدرجة (التي تتميز بـ رقم 3)، أي. محاطة بعدد أقل من ذرات الهيدروجين (مقارنة بالذرة 1). يظهر في الشكل. يتم استخدام 10 تفاعلات لإنتاج الألكينات والإيثرات.
يحدث انقسام رابطة C-O في الكحوليات أيضًا عندما يتم استبدال مجموعة OH بمجموعة هالوجين أو أمينو (الشكل 10).
أرز. 10. استبدال مجموعة OH في المشروبات الكحولية بمجموعة الهالوجين أو الأمينو
ردود الفعل المبينة في الشكل. 10 يستخدم لإنتاج الهالوكربونات والأمينات.
تحضير الكحوليات.
بعض التفاعلات الموضحة أعلاه (الشكل 6،9،10) قابلة للعكس، وعندما تتغير الظروف، يمكن أن تحدث في الاتجاه المعاكسمما يؤدي إلى إنتاج الكحوليات، على سبيل المثال، أثناء التحلل المائي للإسترات والهالوكربونات (الشكل 11 أ و ب، على التوالي)، وكذلك عن طريق ترطيب الألكينات - إضافة الماء (الشكل 11 ب).
أرز. أحد عشر. الحصول على الكحول عن طريق التحليل المائي وترطيب المركبات العضوية
يعتبر تفاعل التحلل المائي للألكينات (الشكل 11، المخطط ب) هو الأساس الإنتاج الصناعيكحولات أقل تحتوي على ما يصل إلى 4 ذرات C.
يتكون الإيثانول أيضًا أثناء ما يسمى ب تخمير الكحولالسكريات مثل الجلوكوز C6H12O6. تحدث العملية في وجود الخميرة وتؤدي إلى تكوين الإيثانول وثاني أكسيد الكربون:
ج 6 ح 12 يا 6 ® 2 ج 2 ح 5 أوه + 2 كو 2
لا يمكن أن ينتج التخمير أكثر من 15٪ محلول مائي من الكحول، لأنه عند تركيز أعلى من الكحول تموت فطريات الخميرة. يتم الحصول على محاليل الكحول ذات التركيز العالي عن طريق التقطير.
يتم إنتاج الميثانول صناعيا عن طريق اختزال أول أكسيد الكربون عند 400 درجة مئوية تحت ضغط 20-30 ميجا باسكال في وجود محفز يتكون من أكاسيد النحاس والكروم والألومنيوم:
CO + 2 H 2 ® H 3 COH
إذا تم إجراء الأكسدة بدلاً من التحلل المائي للألكينات (الشكل 11)، فسيتم تشكيل كحول ثنائي الهيدروكسيل (الشكل 12)
أرز. 12. تحضير الكحول الثنائي
استخدام الكحوليات.
قدرة الكحوليات على المشاركة في مختلف التفاعلات الكيميائيةيسمح باستخدامها للحصول على جميع أنواع المركبات العضوية: الألدهيدات، الكيتونات، الأحماض الكربوكسيليةتستخدم الإيثرات والإسترات كمذيبات عضوية في إنتاج البوليمرات والأصباغ والأدوية.
يستخدم الميثانول CH 3 OH كمذيب، وكذلك في إنتاج الفورمالديهايد، المستخدم للحصول على راتنجات الفينول فورمالدهايد، في مؤخرايعتبر الميثانول كوقود واعد للمحركات. وتستخدم كميات كبيرة من الميثانول في الإنتاج والنقل غاز طبيعي. الميثانول هو المركب الأكثر سمية بين جميع الكحوليات، جرعة قاتلةعندما يؤخذ عن طريق الفم – 100 مل.
الإيثانول C2H5OH هو المركب البادئ لإنتاج الأسيتالديهيد، حمض الاسيتيكوكذلك لإنتاج استرات الأحماض الكربوكسيلية المستخدمة كمذيبات. بالإضافة إلى ذلك، يعد الإيثانول المكون الرئيسي لجميع المشروبات الكحولية، ويستخدم على نطاق واسع في الطب كمطهر.
يستخدم البيوتانول كمذيب للدهون والراتنجات، بالإضافة إلى ذلك، فهو بمثابة مادة خام لإنتاج المواد العطرية (أسيتات البوتيل، بوتيل ساليسيلات، وما إلى ذلك). في الشامبو يتم استخدامه كمكون يزيد من شفافية الحلول.
يوجد كحول البنزيل C 6 H 5 –CH 2 –OH في الحالة الحرة (وفي شكل استرات) في الزيوت الأساسيةالياسمين والصفير. له خصائص مطهرة (مطهرة)، ويستخدم في مستحضرات التجميل كمادة حافظة للكريمات والمستحضرات وأكسير الأسنان، وفي صناعة العطور كمادة عطرية.
كحول فينيثيل C 6 H 5 –CH 2 –CH 2 –OH له رائحة الورد، ويوجد في زيت الورد، ويستخدم في صناعة العطور.
يستخدم إيثيلين جلايكول HOCH 2 –CH 2 OH في إنتاج المواد البلاستيكية وكمضاد للتجمد (مادة مضافة تقلل من درجة تجمد المحاليل المائية)، بالإضافة إلى صناعة أحبار النسيج والطباعة.
يستخدم ثنائي إيثيلين جلايكول HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH لملء أجهزة الفرامل الهيدروليكية، وكذلك في صناعة النسيج لتشطيب وصباغة الأقمشة.
يستخدم الجلسرين HOCH 2 –CH(OH) –CH 2 OH لإنتاج راتنجات البوليستر الجليفثاليك، بالإضافة إلى أنه يدخل في العديد من مستحضرات التجميل. النتروجليسرين (الشكل 6) هو المكون الرئيسي للديناميت، ويستخدم في التعدين وبناء السكك الحديدية كمادة متفجرة.
يستخدم Pentaerythritol (HOCH 2) 4 C لإنتاج البوليستر (الراتنجات الخماسية)، كمصلب للراتنجات الاصطناعية، كملدن لكلوريد البولي فينيل، وكذلك في إنتاج رباعي نتريتروبنتايرثريتول المتفجر.
الكحولات المتعددة الهيدرات زيليتول СОН2–(СНН)3–CH2ОН والسوربيتول СОН2– (СНН)4–СН2ОН لها طعم حلو، وتستخدم بدلاً من السكر في إنتاج منتجات الحلويات لمرضى السكري والأشخاص الذين يعانون من السمنة. تم العثور على السوربيتول في التوت الروان والكرز.
ميخائيل ليفيتسكي
الكحول هي فئة متنوعة وواسعة من المركبات الكيميائية.
الكحوليات هي مركبات كيميائية، والتي تحتوي جزيئاتها على مجموعات الهيدروكسيل OH المتصلة بجذر الهيدروكربون.
يتكون جذري الهيدروكربون من ذرات الكربون والهيدروجين. أمثلة على الجذور الهيدروكربونية - CH 3 - ميثيل، C 2 H 5 - إيثيل. غالبًا ما تتم الإشارة إلى جذر الهيدروكربون ببساطة بالحرف R. ولكن إذا كانت هناك جذور مختلفة موجودة في الصيغة، فسيتم الإشارة إليها بالحرف R."ص "، ص"""، الخ.
يتم تكوين أسماء الكحوليات بإضافة اللاحقة –ol إلى اسم الهيدروكربون المقابل.
تصنيف الكحولات
الكحولات أحادية الهيدرات ومتعددة الهيدرات. إذا كان هناك مجموعة هيدروكسيل واحدة فقط في جزيء الكحول، فإن هذا الكحول يسمى أحادي الهيدريك. إذا كان عدد مجموعات الهيدروكسيل 2، 3، 4، إلخ، فهو كحول متعدد الهيدرات.
أمثلة على الكحوليات أحادية الهيدريك: CH 3 -OH - الميثانول أو كحول الميثيل، CH 3 CH 2 -OH - الإيثانول أو الكحول الإيثيلي.
وفقا لذلك، في جزيء كحول ثنائي هيدروليكهناك مجموعتان من الهيدروكسيل، في الجزيء الثلاثي الذرات هناك ثلاث مجموعات، الخ.
كحولات أحادية الهيدريك
يمكن تمثيل الصيغة العامة للكحولات أحادية الهيدريك بـ R-OH.
وفقا لنوع الجذور الحرة الموجودة في الجزيء، كحولات أحادية الهيدريكوتنقسم إلى مشبعة (مشبعة) وغير مشبعة (غير مشبعة) وكحولات عطرية.
في جذور الهيدروكربون المشبعة، ترتبط ذرات الكربون اتصالات بسيطة C - C. تحتوي الجذور غير المشبعة على زوج أو أكثر من ذرات الكربون المرتبطة بروابط C = C أو ثلاثية C ≡ C.
تحتوي الكحوليات المشبعة على جذور مشبعة.
CH 3 CH 2 CH 2 -OH – كحول مشبع بروبانول -1 أو كحول بروبيلين.
وبناء على ذلك، تحتوي الكحوليات غير المشبعة على جذور غير مشبعة.
CH 2 = CH - CH 2 - أوه – كحول غير مشبع بروبينول 2-1 (كحول أليلي)
ويحتوي جزيء الكحولات العطرية على حلقة بنزين C6H5.
C6H5-CH2-OH – كحول عطري فينيل ميثانول (كحول البنزيل).
اعتمادًا على نوع ذرة الكربون المرتبطة بمجموعة الهيدروكسيل، تنقسم الكحولات إلى كحولات أولية ((R-CH 2 -OH)، وكحولات ثانوية (R-CHOH-R) وثلاثية (RR"R""C-OH).
الخواص الكيميائية للكحولات أحادية الهيدريك
1. الكحول تحترق لتتشكل ثاني أكسيد الكربونو الماء. عند الاحتراق، يتم إطلاق الحرارة.
C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
2. عندما تتفاعل الكحوليات مع الفلزات القلوية، يتكون ألكوكسيد الصوديوم ويتحرر الهيدروجين.
C 2 H 5 -OH + 2Na → 2C 2 H 5 ONa + H 2
3. التفاعل مع هاليد الهيدروجين. ونتيجة للتفاعل، يتم تشكيل هالو ألكان (بروميثان وماء).
C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O
4. يحدث الجفاف داخل الجزيئات عند تسخينه وتحت تأثير حامض الكبريتيك المركز. والنتيجة هي الهيدروكربون غير المشبع والماء.
ح 3 – CH 2 – OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O
5. أكسدة الكحولات. في درجات الحرارة العادية، الكحولات لا تتأكسد. ولكن بمساعدة المحفزات والتدفئة تحدث الأكسدة.
كحولات متعددة الهيدرات
كما تحتوي على مواد تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل، فإن الكحوليات متعددة الهيدرات لها الخواص الكيميائيةتشبه خواص الكحولات أحادية الهيدريك، لكن تفاعلها يحدث عند عدة مجموعات هيدروكسيل في وقت واحد.
تتفاعل الكحوليات المتعددة الهيدرات مع المعادن النشطة وأحماض الهيدروهاليك وحمض النيتريك.
تحضير الكحوليات
دعونا نفكر في طرق إنتاج الكحوليات باستخدام مثال الإيثانول، الذي صيغته C2H5OH.
وأقدمها هو تقطير الكحول من النبيذ، حيث يتكون نتيجة تخمر المواد السكرية. المواد الخام للحصول عليها الكحول الإيثيليكما يتم استخدام المنتجات التي تحتوي على النشا، والتي يتم تحويلها من خلال عملية التخمير إلى سكر، ثم يتم تخميره بعد ذلك إلى كحول. لكن إنتاج الكحول الإيثيلي بهذه الطريقة يتطلب استهلاكًا كبيرًا للمواد الخام الغذائية.
طريقة اصطناعية أكثر تقدمًا لإنتاج الكحول الإيثيلي. في هذه الحالة، يتم ترطيب الإيثيلين ببخار الماء.
ج 2 ح 4 + ح 2 يا → ج 2 ح 5 أوه
من بين الكحوليات متعددة الهيدرات، الأكثر شهرة هو الجلسرين، الذي يتم الحصول عليه عن طريق تقسيم الدهون أو صناعيا من البروبيلين، الذي يتشكل أثناء تكرير النفط في درجة حرارة عالية.
تعريف
كحولات أحادية الهيدريك مشبعةيمكن اعتبارها مشتقات من الهيدروكربونات من سلسلة الميثان، حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة بمجموعة هيدروكسيل في جزيئاتها.
لذلك، تتكون الكحوليات أحادية الهيدريك المشبعة من جذر الهيدروكربون والمجموعة الوظيفية -OH. في أسماء الكحولات، يتم تحديد مجموعة الهيدروكسيل باللاحقة -ol.
الصيغة العامة للكحولات الأحادية الهيدريك المشبعة هي C n H 2 n +1 OH أو R-OH أو C n H 2 n +2 O. ولا تعكس الصيغة الجزيئية للكحول بنية الجزيء، إذ يمكن وجود صيغتين مطلقتين تتوافق مع نفس الصيغة الإجمالية مواد مختلفةعلى سبيل المثال، الصيغة الجزيئية C2H5OH شائعة لكل من الكحول الإيثيلي والأسيتون (ثنائي ميثيل كيتون):
CH 3 -CH 2 -OH (الإيثانول)؛
CH 3 -O-CH 3 (الأسيتون).
تمامًا مثل الهيدروكربونات في سلسلة الميثان، تتشكل كحولات أحادية الهيدريك مشبعة سلسلة متماثلةالميثانول.
دعونا نؤلف هذه السلسلة من المتماثلات وننظر في أنماط التغيرات في الخواص الفيزيائية لمركبات هذه السلسلة اعتمادًا على الزيادة في جذري الهيدروكربون (الجدول 1).
سلسلة متماثلة (غير مكتملة) من الكحولات الأحادية المشبعة
الجدول 1. سلسلة متجانسة (غير كاملة) من الكحوليات أحادية الهيدريك المشبعة.
الكحولات الأحادية الهيدريك المشبعة أخف من الماء لأن كثافتها أقل من الوحدة. الكحولات الدنيا قابلة للامتزاج مع الماء في جميع النواحي، وكلما زاد جذري الهيدروكربون، انخفضت هذه القدرة. معظم الكحوليات قابلة للذوبان بدرجة عالية في المذيبات العضوية. تتمتع الكحوليات بنقاط غليان وانصهار أعلى من الهيدروكربونات أو مشتقات الهالوجين المقابلة لها، وذلك بسبب إمكانية تكوين روابط بين الجزيئات.
أهم ممثلي الكحوليات أحادية الهيدريك المشبعة هم الميثانول (CH 3 OH) والإيثانول (C 2 H 5 OH).
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
| يمارس | في اللؤلؤ الطبيعي، تبلغ نسبة كتلة الكالسيوم والكربون والأكسجين 10:3:12. ما هو أبسط صيغةاللؤلؤ؟ |
| حل | من أجل معرفة نوع العلاقة التي تربطهم العناصر الكيميائيةفي تكوين الجزيء من الضروري العثور على كمية المادة الخاصة بهم. من المعروف أنه للعثور على كمية المادة يجب استخدام الصيغة: سوف نجد الكتل الموليةالكالسيوم والكربون والأكسجين (القيم النسبية الكتل الذرية، مأخوذ من الجدول الدوريدي. مندلييف، تقريبه إلى الأعداد الصحيحة). من المعروف أن M = Mr، مما يعني M(Ca) = 40 جم/مول، Ar(C) = 12 جم/مول، وM(O) = 32 جم/مول. إذن فإن كمية مادة هذه العناصر تساوي: ن (الكالسيوم) = م (الكالسيوم) / م (الكالسيوم)؛ ن (الكالسيوم) = 10/40 = 0.25 مول. ن(ج) = م(ج)/م(ج); ن(ج) = 3/12 = 0.25 مول. ن(س) = م(س)/م(س); ن(O) = 12/16 = 0.75 مول. لنجد النسبة المولية: ن(Ca) :n(C):n(O) = 0.25: 0.25: 0.75= 1: 1: 3، أولئك. صيغة مركب اللؤلؤ هي CaCO 3. |
| إجابة | كربونات الكالسيوم 3 |
مثال 2
| يمارس | يحتوي أكسيد النيتريك على 63.2% أكسجين. ما هي صيغة الأكسيد |
| حل | يتم حساب الجزء الكتلي للعنصر X في جزيء التركيب NX باستخدام الصيغة التالية:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. دعونا نحسب جزء الشاملالنيتروجين في أكسيد: ω(N) = 100% - ω(O) = 100% - 63.2% = 36.8%. دعونا نشير إلى عدد مولات العناصر الموجودة في المركب بواسطة "x" (النيتروجين) و "y" (الأكسجين). ثم ستبدو النسبة المولية بالطريقة الآتية(قيم الكتل الذرية النسبية مأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev، مقربة إلى أعداد صحيحة): x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(O)/Ar(O); س: ص = 36.8/14: 63.2/16؛ س:ص= 2.6: 3.95 = 1: 2. وهذا يعني أن صيغة مركب النيتروجين والأكسجين ستكون NO 2. هذا هو أكسيد النيتريك (الرابع). |
| إجابة | رقم 2 |
يعتبر الكحول الإيثيلي أو كحول النبيذ ممثلًا واسع النطاق للكحوليات. هناك العديد من المواد المعروفة التي تحتوي على الأكسجين، إلى جانب الكربون والهيدروجين. من الرقم المركبات المحتوية على الأكسجينأنا مهتم في المقام الأول بفئة الكحول.
الإيثانول
الخصائص الفيزيائية للكحول . الكحول الإيثيلي C2H6O هو سائل عديم اللون ذو رائحة غريبة، أخف من الماء (ثقل نوعي 0.8)، يغلي عند درجة حرارة 78°.3، ويذيب بشكل جيد العديد من المواد غير العضوية و المواد العضوية. يحتوي الكحول المصحح على 96% كحول إيثيلي و4% ماء.
هيكل جزيء الكحول .وفقًا لتكافؤ العناصر، تتوافق الصيغة C 2 H 6 O مع بنائين:
لحل مسألة أي من الصيغ تتوافق بالفعل مع الكحول، دعونا ننتقل إلى الخبرة.
ضع قطعة من الصوديوم في أنبوب اختبار به كحول. سيبدأ التفاعل على الفور مصحوبًا بإطلاق الغاز. ليس من الصعب إثبات أن هذا الغاز عبارة عن هيدروجين.
لنقم الآن بإعداد التجربة حتى نتمكن من تحديد عدد ذرات الهيدروجين المنبعثة أثناء التفاعل من كل جزيء كحول. للقيام بذلك، أضف كمية معينة من الكحول، على سبيل المثال جزيء 0.1 جرام (4.6 جرام)، قطرة قطرة من قمع إلى قارورة بها قطع صغيرة من الصوديوم (الشكل 1). يزيح الهيدروجين المنطلق من الكحول الماء من الدورق ذي العنقين إلى أسطوانة القياس. يتوافق حجم الماء المزاح في الأسطوانة مع حجم الهيدروجين المنطلق.
رسم بياني 1. خبرة كمية في إنتاج الهيدروجين من الكحول الإيثيلي.
نظرًا لأنه تم أخذ 0.1 جرام من جزيئات الكحول للتجربة، فقد كان من الممكن الحصول على الهيدروجين (من حيث الظروف العادية) حوالي 1.12 لتروهذا يعني أن الصوديوم يزيح 11.2 من جزيء جرام من الكحول لتر، أي. نصف جرام من جزيء الهيدروجين، أي 1 جرام من ذرة الهيدروجين. وبالتالي، فإن الصوديوم يزيح ذرة هيدروجين واحدة فقط من كل جزيء كحول.
من الواضح أنه في جزيء الكحول، تكون ذرة الهيدروجين هذه في موقع خاص مقارنة بذرات الهيدروجين الخمس الأخرى. الصيغة (1) لا تفسر هذه الحقيقة. ووفقا لها، فإن جميع ذرات الهيدروجين مرتبطة بالتساوي مع ذرات الكربون، وكما نعلم، لا يتم إزاحتها بواسطة الصوديوم المعدني (يتم تخزين الصوديوم في خليط من الهيدروكربونات - في الكيروسين). على العكس من ذلك، تعكس الصيغة (2) وجود ذرة واحدة تقع في موقع خاص: فهي متصلة بالكربون من خلال ذرة الأكسجين. يمكننا أن نستنتج أن ذرة الهيدروجين هذه هي التي تكون أقل ارتباطًا بذرة الأكسجين؛ اتضح أنه أكثر قدرة على الحركة ويتم استبداله بالصوديوم. لذلك، الصيغة الهيكليةالكحول الإيثيلي:
على الرغم من زيادة حركة ذرة الهيدروجين في مجموعة الهيدروكسيل مقارنة بذرات الهيدروجين الأخرى، إلا أن الكحول الإيثيلي ليس إلكتروليتًا و محلول مائيلا ينفصل إلى أيونات.
للتأكيد على أن جزيء الكحول يحتوي على مجموعة الهيدروكسيل - OH، متصلة بجذر الهيدروكربون، الصيغة الجزيئيةيتم كتابة الكحول الإيثيلي على النحو التالي:
الخواص الكيميائية للكحول . لقد رأينا أعلاه أن الكحول الإيثيلي يتفاعل مع الصوديوم. وبمعرفة بنية الكحول يمكننا التعبير عن هذا التفاعل بالمعادلة:
يسمى ناتج استبدال الهيدروجين في الكحول بالصوديوم إيثوكسيد الصوديوم. ويمكن عزله بعد التفاعل (عن طريق تبخر الكحول الزائد) كمادة صلبة.
عند اشتعاله في الهواء، يحترق الكحول بلهب مزرق بالكاد يمكن ملاحظته، ويطلق الكثير من الحرارة:
إذا قمت بتسخين الكحول الإيثيلي مع حمض الهيدروهاليك، على سبيل المثال مع HBr، في دورق به ثلاجة (أو خليط من NaBr وH 2 SO 4، الذي يعطي بروميد الهيدروجين أثناء التفاعل)، فسيتم تقطير سائل زيتي. - إيثيل بروميد C2H5Br:
يؤكد هذا التفاعل وجود مجموعة الهيدروكسيل في جزيء الكحول.
عند تسخينه باستخدام حمض الكبريتيك المركز كمحفز، يجفف الكحول بسهولة، أي أنه يفصل الماء (تشير البادئة "de" إلى فصل شيء ما):
يستخدم هذا التفاعل لإنتاج الإيثيلين في المختبر. عندما يتم تسخين الكحول بدرجة أضعف مع حامض الكبريتيك (ليس أعلى من 140 درجة مئوية)، ينفصل كل جزيء ماء عن جزيئين من الكحول، مما يؤدي إلى تكوين ثنائي إيثيل إيثر - وهو سائل متطاير وقابل للاشتعال:
يُستخدم ثنائي إيثيل الإيثر (يُسمى أحيانًا الأثير الكبريتي) كمذيب (تنظيف الأنسجة) وفي الطب للتخدير. إنه ينتمي إلى الفصل الأثيرات - المواد العضوية التي تتكون جزيئاتها من جذرين هيدروكربونيين متصلين عبر ذرة أكسجين: R - O - R1
استخدام الكحول الإيثيلي . يحتوي الكحول الإيثيلي على كمية كبيرة أهمية عملية. يتم استهلاك الكثير من الكحول الإيثيلي للحصول عليه مطاط صناعيحسب طريقة الأكاديمي إس في ليبيديف. وبتمرير بخار الكحول الإيثيلي عبر محفز خاص، يتم الحصول على الديفينيل:
والتي يمكن بعد ذلك أن تتبلمر إلى مطاط.
يستخدم الكحول لإنتاج الأصباغ وإيثر ثنائي إيثيل ومختلف "خلاصات الفاكهة" وعدد من المواد العضوية الأخرى. ويستخدم الكحول كمذيب في صناعة العطور والعديد من الأدوية. يتم تحضير الورنيشات المختلفة عن طريق إذابة الراتنجات في الكحول. عالي القيمة الحراريةيحدد الكحول استخدامه كوقود (وقود المحرك = الإيثانول).
الحصول على الكحول الإيثيلي . الإنتاج العالميويقاس الكحول بملايين الأطنان سنويا.
إحدى الطرق الشائعة لإنتاج الكحول هي تخمير المواد السكرية في وجود الخميرة. في هذه المنخفضة الكائنات النباتية(الفطريات) تنتج مواد خاصة - إنزيمات تعمل كمحفزات بيولوجية لتفاعل التخمير.
وتؤخذ بذور الحبوب أو درنات البطاطس الغنية بالنشا كمواد أولية في إنتاج الكحول. يتم تحويل النشا أولاً إلى سكر باستخدام الشعير الذي يحتوي على إنزيم الدياستاز، والذي يتم بعد ذلك تخميره إلى كحول.
لقد عمل العلماء بجد لاستبدال المواد الخام الغذائية لإنتاج الكحول بمواد خام غير غذائية أرخص. وقد توجت عمليات البحث هذه بالنجاح.
في الآونة الأخيرة، يرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند تكسير النفط يتم تشكيل الكثير من الإيثيلين والصلب
تمت دراسة تفاعل ترطيب الإيثيلين (في وجود حمض الكبريتيك) بواسطة A. M. Butlerov وV. Goryainov (1873)، اللذين توقعا أيضًا أهميته الصناعية. كما تم تطوير طريقة للترطيب المباشر للإيثيلين عن طريق تمريره في خليط مع بخار الماء فوق محفزات صلبة وإدخالها في الصناعة. يعد إنتاج الكحول من الإيثيلين أمرًا اقتصاديًا للغاية، نظرًا لأن الإيثيلين جزء من غازات تكسير النفط والغازات الصناعية الأخرى، وبالتالي فهو مادة خام متاحة على نطاق واسع.
تعتمد طريقة أخرى على استخدام الأسيتيلين كمنتج أولي. يخضع الأسيتيلين للترطيب وفقًا لتفاعل كوتشيروف، ويتم اختزال الأسيتالديهيد الناتج حفزيًا مع الهيدروجين في وجود النيكل إلى كحول إيثيلي. يمكن تمثيل العملية الكاملة لترطيب الأسيتيلين متبوعة بالاختزال بالهيدروجين الموجود على محفز النيكل إلى كحول إيثيلي من خلال رسم تخطيطي.
سلسلة متجانسة من الكحولات
بالإضافة إلى الكحول الإيثيلي، من المعروف أن الكحوليات الأخرى تشبهه في البنية والخصائص. ويمكن اعتبار كل منهم مشتقات المقابلة الهيدروكربونات المشبعة، في الجزيئات التي يتم فيها استبدال ذرة هيدروجين واحدة بمجموعة هيدروكسيل:
طاولة
|
الهيدروكربونات |
الكحوليات |
نقطة غليان الكحولات في درجة مئوية |
| الميثان CH4 | ميثيل CH 3 أوه | 64,7 |
| الإيثان C2H6 | إيثيل C 2 H 5 OH أوCH 3 - CH 2 - أوه | 78,3 |
| البروبان ج 3 ح 8 | بروبيل C 4 H 7 OH أو CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH | 97,8 |
| البيوتان C4H10 | بوتيل C 4 H 9 OH أوCH 3 - CH 2 - CH 2 - OH | 117 |
كونها متشابهة في الخواص الكيميائية وتختلف عن بعضها البعض في تكوين الجزيئات بواسطة مجموعة من ذرات CH 2، تشكل هذه الكحولات سلسلة متجانسة. مقارنة الخصائص الفيزيائيةالكحولات، في هذه السلسلة، وكذلك في سلسلة الهيدروكربونات، نلاحظ التحول التغيرات الكميةالتغييرات نوعية. الصيغة العامة للكحولات هذه السلسلة R - OH (حيث R هو جذر الهيدروكربون).
من المعروف أن الكحوليات تحتوي جزيئاتها على عدة مجموعات هيدروكسيل، على سبيل المثال:
مجموعات الذرات التي تحدد الخصائص الكيميائية المميزة للمركبات، أي. وظيفة كيميائية، وتسمى المجموعات الوظيفية.
الكحوليات هي مواد عضوية تحتوي جزيئاتها على واحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل الوظيفية المرتبطة بجذر الهيدروكربون .
تختلف الكحوليات في تركيبها عن الهيدروكربونات المقابلة لها في عدد ذرات الكربون بوجود الأكسجين (على سبيل المثال، C 2 H 6 و C 2 H 6 O أو C 2 H 5 OH). ولذلك، يمكن اعتبار الكحوليات منتجات الأكسدة الجزئية للهيدروكربونات.
العلاقة الوراثية بين الهيدروكربونات والكحولات
من الصعب جدًا أكسدة الهيدروكربونات مباشرة إلى كحول. من الناحية العملية، من الأسهل القيام بذلك من خلال مشتق الهالوجين من الهيدروكربون. على سبيل المثال، للحصول على الكحول الإيثيلي بدءًا من الإيثان C2H6، يمكنك أولاً الحصول على بروميد الإيثيل عن طريق التفاعل:
ومن ثم تحويل بروميد الإيثيل إلى كحول عن طريق التسخين بالماء في وجود القلويات:
في هذه الحالة، هناك حاجة إلى القلويات لتحييد بروميد الهيدروجين الناتج والقضاء على إمكانية تفاعله مع الكحول، أي. تحرك هذا رد فعل عكسيإلى اليمين.
وبطريقة مماثلة يمكن الحصول على كحول الميثيل وفق المخطط التالي:
وبالتالي، فإن الهيدروكربونات ومشتقاتها الهالوجينية والكحوليات موجودة فيما بينها الاتصال الجيني(الاتصالات حسب الأصل).