السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
بحث عن الكحولات
المقدمة:
عبارة عن مركبات مشتقة من البرفينات بإستبدال ذرة او أكثر من ذرات الهيدروجين بمجموعة هيدروكسيل ، اذا استبدلت ذرة هيدورجين واحدة في جزيء البرافين بمجموعة الهيدروكسيل ، فإنه ينتج كحول ثنائي الهيدروكسيل ، وابسط هذه الحكولات هو اثيليين جليكول ( Ho-ch2-ch2-oh واذا استبدلت ثلاث ذرات هيدروجين بثلاث مجموعات هيدروكسيل كان الناتج حكول ثلاثي الهيدروكسيل وابسط انواعه الجليسرول. Ho-ch2-choh-ch2oh))
يلاحظ بصورة عامة أن ذرة الكربون لا يمكنها ان تتصل بأكثر من مجموعة هيدروكسيل واحدة أذ لو حدث واتصلت ذرة كربون بمجموعتين او ثلاث مجاميع هيدروكسيل ، فإن المركب الناتج يكون غير ثابت ، فيتحلل فاقدا جزيئا من الماء ومتحولا الى مركب كربونيلي مشتمل على مجمـــــــــــــــوعة ( -c=5) او مركب كربوكسيلي مشتمل على مجموعة (-cooh) .
عبارة عن مركبات مشتقة من البرفينات بإستبدال ذرة او أكثر من ذرات الهيدروجين بمجموعة هيدروكسيل ، اذا استبدلت ذرة هيدورجين واحدة في جزيء البرافين بمجموعة الهيدروكسيل ، فإنه ينتج كحول ثنائي الهيدروكسيل ، وابسط هذه الحكولات هو اثيليين جليكول ( Ho-ch2-ch2-oh واذا استبدلت ثلاث ذرات هيدروجين بثلاث مجموعات هيدروكسيل كان الناتج حكول ثلاثي الهيدروكسيل وابسط انواعه الجليسرول. Ho-ch2-choh-ch2oh))
يلاحظ بصورة عامة أن ذرة الكربون لا يمكنها ان تتصل بأكثر من مجموعة هيدروكسيل واحدة أذ لو حدث واتصلت ذرة كربون بمجموعتين او ثلاث مجاميع هيدروكسيل ، فإن المركب الناتج يكون غير ثابت ، فيتحلل فاقدا جزيئا من الماء ومتحولا الى مركب كربونيلي مشتمل على مجمـــــــــــــــوعة ( -c=5) او مركب كربوكسيلي مشتمل على مجموعة (-cooh) .
الكحولات الاليفاتية المشبعة (احادي الهيدروكسيل ) .
تعتبر اما مشتقة من هيدروكسيلية للبرفينات أو مشتقات الكيلية للماء .
تشتق اسماؤها اما من اسماء شقوق الالكيل المقابلة بوضع كلمة كحول اما اسم الشق ، او من البرفينات المقابلة باضافة مقطع ( ول ) الى اسم البرافين ، كما يمكن اعتبارها من مشتقات لكحول المثيل .
الكحولات ثنائية الهيدروكسيل ( الجليكولات
يطلق علي الكحولات المشتقة من مجموعتي هيدروكسيل اذا اشتملت الجليكولات على أكثر من ذرتي كربون فإنموضعي مجموعتي الهيدروكسيل .
واكثر اعضاء هذه المجموعة تمثيلا لها هو الاثيلين جليكول
تعتبر اما مشتقة من هيدروكسيلية للبرفينات أو مشتقات الكيلية للماء .
تشتق اسماؤها اما من اسماء شقوق الالكيل المقابلة بوضع كلمة كحول اما اسم الشق ، او من البرفينات المقابلة باضافة مقطع ( ول ) الى اسم البرافين ، كما يمكن اعتبارها من مشتقات لكحول المثيل .
الكحولات ثنائية الهيدروكسيل ( الجليكولات
يطلق علي الكحولات المشتقة من مجموعتي هيدروكسيل اذا اشتملت الجليكولات على أكثر من ذرتي كربون فإنموضعي مجموعتي الهيدروكسيل .
واكثر اعضاء هذه المجموعة تمثيلا لها هو الاثيلين جليكول
الكحولات عديدة الهيدروكسيل :
يطلق اسم الكحولات عديدة الهيدروكسيل على المركبات الاليفاتية التي تشتمل على اكثر من مجموعتي هيدروكسيل واهمها الجليسرول ويشمل على ثلاث مجموعات هيدروكسيل والمانثيول ويشمل على ست مجموعات هيدروكسيل.
يطلق اسم الكحولات عديدة الهيدروكسيل على المركبات الاليفاتية التي تشتمل على اكثر من مجموعتي هيدروكسيل واهمها الجليسرول ويشمل على ثلاث مجموعات هيدروكسيل والمانثيول ويشمل على ست مجموعات هيدروكسيل.
تقسيم الكحولات :
كحولات اولية :
تشتمل على مجموعة اولية كحولية .. مثل كحول مثيل وكحول ايثيل وكحول ايسو –بيوتيل أولي .
الكحولات الثانوية :
تشتمل على مجموعة كحولية ثانوية ..مثل كحول ايسو –بروبيل وكحول بيوتيل ثانوي .
الكحولات الثلثية :
تشتمل على مجموعة كحولية ثلثية ، حيث تتصل بمجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون غير متصلة بهيدروجين مثل الكحول بيوتيل – ثلي .
كحولات اولية :
تشتمل على مجموعة اولية كحولية .. مثل كحول مثيل وكحول ايثيل وكحول ايسو –بيوتيل أولي .
الكحولات الثانوية :
تشتمل على مجموعة كحولية ثانوية ..مثل كحول ايسو –بروبيل وكحول بيوتيل ثانوي .
الكحولات الثلثية :
تشتمل على مجموعة كحولية ثلثية ، حيث تتصل بمجموعة الهيدروكسيل بذرة كربون غير متصلة بهيدروجين مثل الكحول بيوتيل – ثلي .
طريقة تحضير الكحولات :
بتحليل هاليدات الالكيل تحللا مائيا :
حيث يتفاعل الماء ببطء مع هاليدات الالكيل الاولية والثانوية وبسرعة مع الهاليدات الثلثية الفعالة . ويمكن زيادة سرعة عملية التحلل المائي بإضافة مادة قاعدية مثل هيدرةكسيد البوتاسيوم او الصوديوم او الباريوم او كربونات الصوديوم والمعروف أن هاليدات الالكيل تعطي مع محلول المواد القاعدية مخلوطا مع الكحولات والاليفيتات ، تختلف نسبها باختلاف نوع المحلول ، فإن كان المحلول كحوليا كانت نسبة الاوليفيتات اعلى من الكحولات ، وغن كان المحلول مائيا كانت نسبة الكحولات اعلى من الاوليفيتات .
ولمنع تكون الاوليفيتات عند تحضير الكحول من هاليدات الالكيل تعالج الاخيرة بمعلق من اكسيد الفضة في الاثير الرطب .
وتصلح هذه الطريقة لتحضير انواع الكحولات المختلفة الا انها محدودة الفائدة نظرا لان الكحول والحصول عليه اكثر سهولة من الحصول على هاليدات الالكيل .
بتحليل هاليدات الالكيل تحللا مائيا :
حيث يتفاعل الماء ببطء مع هاليدات الالكيل الاولية والثانوية وبسرعة مع الهاليدات الثلثية الفعالة . ويمكن زيادة سرعة عملية التحلل المائي بإضافة مادة قاعدية مثل هيدرةكسيد البوتاسيوم او الصوديوم او الباريوم او كربونات الصوديوم والمعروف أن هاليدات الالكيل تعطي مع محلول المواد القاعدية مخلوطا مع الكحولات والاليفيتات ، تختلف نسبها باختلاف نوع المحلول ، فإن كان المحلول كحوليا كانت نسبة الاوليفيتات اعلى من الكحولات ، وغن كان المحلول مائيا كانت نسبة الكحولات اعلى من الاوليفيتات .
ولمنع تكون الاوليفيتات عند تحضير الكحول من هاليدات الالكيل تعالج الاخيرة بمعلق من اكسيد الفضة في الاثير الرطب .
وتصلح هذه الطريقة لتحضير انواع الكحولات المختلفة الا انها محدودة الفائدة نظرا لان الكحول والحصول عليه اكثر سهولة من الحصول على هاليدات الالكيل .
باختزال المركبات الكربونيلية :
حيث تحتوي الالدهيدات والكييتونات على مجموعة كربونيل وهي مثل الرابطة الثنائية ، يمكنها ان تتفاعل بالاضافة فالهيدروجسين مثلا يتفاعل بالاضافة مع الالدهيدات ليعطي كحول اولي او مع الكيتيونات ليعطي كحول ثانوي ، ويتم اختزال الاسيتالدهيدات الى كحول اثيل أما برج محلوله المائي مع مملغم الصوديوم أو بإمرار مخلوط من بخاره مع الهيدروجيبن على نيكل حديث الاختزال مسخن لدرجة 150-200مْ.
لا تصلح هذه الطريقة لتحضير الكحولات الثلثية .
باختزال كلوريدات الاحماض وانهيدراتداتها واستراتها :
تختزل كلويدات الاحماض وانهيدراتها واستراتها بواسطة مملغم الصوديوم أو الصوديوم في الكحول الى الكحولات الاولية المقابلة ، المشتملة على نفس العدد من ذرات الكربون ، ويمكن اتمام هذا الاختزال بطريقة أفضل باستخدام محلول هيدريد الليثيوم والالومونيوم في الاثير ، يتم هذا الاختزال بإضافة الهيدروجين الى مجموعة الكربونيل .
بالهيدرة غير المباشرة :
حيث يمكن تحويل الاوليفيتات الى كحولات باضافة حمض الكبريتيك اليها ثم تعريض الناتج للتحلل المائي .
وهذه الطريقة لا تصلح لتحضير كحول المثيل ، حيث يتحول الاثيلين بهذه الطريقة الى كحول الاثيل ، أما ما عداه من الاوليفيتات فيعطي كحولات ثانوية او ثلثية .
باستعمال مركبات درينارد :
حيث تتكون الكحولات كذلك بإضافة هاليدالكيل المغنيسيوم الى المركبات الكربونيلية ثم يحلل الناتج مائيا .
1- بتفاعل حمض النيتروز مع الامينات الاولية
حيث يتفاعل حمض النيتروز مع الامينات الاولية محولا اياها الى كحولات اولية او ثانوية او ثلثية ، وهذه الطريقة محدودة القيمة اذ ان الامينات تحضر عادة من الكحولات .
التحضير الصناعي لبعض الكحولات :
تحضير الميثانــــــــول ( كحول الميثيل ) :
في السابق كان يحضر بالتقطير الاتلافي للخشب ، حيث يتركب الخشب معه السليلوز مع20-30% من مادة اللجنين ، ويحتوي اللجنين على حلقات أروماتية تحمل مجموعات ميثوكسيل ، يتكون كحول المثيل من اللجنين الموجود في الخشب ، وذلك بتسخين الخشب بمعزل عن الهواء فوق 250مْ ، حيث يتحلل الخشب الى فحم وجزء متطاير بتكثيف بالتبريد الى سائل حمضي يطلق عليه البيروليجنيني، حيث يشتمل هذا السائل على الميثانول وحمض الخليك .
وحاليا يحضر بهدرجة أول اكسيد الكربون في وجود عامل حفاز من اكسيد الكروميك واكسيد الخارصين .
حيث تحتوي الالدهيدات والكييتونات على مجموعة كربونيل وهي مثل الرابطة الثنائية ، يمكنها ان تتفاعل بالاضافة فالهيدروجسين مثلا يتفاعل بالاضافة مع الالدهيدات ليعطي كحول اولي او مع الكيتيونات ليعطي كحول ثانوي ، ويتم اختزال الاسيتالدهيدات الى كحول اثيل أما برج محلوله المائي مع مملغم الصوديوم أو بإمرار مخلوط من بخاره مع الهيدروجيبن على نيكل حديث الاختزال مسخن لدرجة 150-200مْ.
لا تصلح هذه الطريقة لتحضير الكحولات الثلثية .
باختزال كلوريدات الاحماض وانهيدراتداتها واستراتها :
تختزل كلويدات الاحماض وانهيدراتها واستراتها بواسطة مملغم الصوديوم أو الصوديوم في الكحول الى الكحولات الاولية المقابلة ، المشتملة على نفس العدد من ذرات الكربون ، ويمكن اتمام هذا الاختزال بطريقة أفضل باستخدام محلول هيدريد الليثيوم والالومونيوم في الاثير ، يتم هذا الاختزال بإضافة الهيدروجين الى مجموعة الكربونيل .
بالهيدرة غير المباشرة :
حيث يمكن تحويل الاوليفيتات الى كحولات باضافة حمض الكبريتيك اليها ثم تعريض الناتج للتحلل المائي .
وهذه الطريقة لا تصلح لتحضير كحول المثيل ، حيث يتحول الاثيلين بهذه الطريقة الى كحول الاثيل ، أما ما عداه من الاوليفيتات فيعطي كحولات ثانوية او ثلثية .
باستعمال مركبات درينارد :
حيث تتكون الكحولات كذلك بإضافة هاليدالكيل المغنيسيوم الى المركبات الكربونيلية ثم يحلل الناتج مائيا .
1- بتفاعل حمض النيتروز مع الامينات الاولية
حيث يتفاعل حمض النيتروز مع الامينات الاولية محولا اياها الى كحولات اولية او ثانوية او ثلثية ، وهذه الطريقة محدودة القيمة اذ ان الامينات تحضر عادة من الكحولات .
التحضير الصناعي لبعض الكحولات :
تحضير الميثانــــــــول ( كحول الميثيل ) :
في السابق كان يحضر بالتقطير الاتلافي للخشب ، حيث يتركب الخشب معه السليلوز مع20-30% من مادة اللجنين ، ويحتوي اللجنين على حلقات أروماتية تحمل مجموعات ميثوكسيل ، يتكون كحول المثيل من اللجنين الموجود في الخشب ، وذلك بتسخين الخشب بمعزل عن الهواء فوق 250مْ ، حيث يتحلل الخشب الى فحم وجزء متطاير بتكثيف بالتبريد الى سائل حمضي يطلق عليه البيروليجنيني، حيث يشتمل هذا السائل على الميثانول وحمض الخليك .
وحاليا يحضر بهدرجة أول اكسيد الكربون في وجود عامل حفاز من اكسيد الكروميك واكسيد الخارصين .
تحضير الايثانول : ( كحول الايثيل )
يحضر صناعيا بالتخمر الكحولي للمواد السكرية القابلة للتخمر ، وأساس هذه المواد السكرية عادة هي المواد النشوية الرخيصة ، حيث تمر بثلاث مراحل .هي كالتالي
– تكوين المحلول السكري من النشا .
– تحويل المحلول السكري الى كحول ايثيل وثاني اكسيد كربون.
– تنقية كحول الايثيل .
اولا : تكوين المحلول السكري من النشا :
تتم هذه العملية بفعل الانزيمات وهي مركبات نيتروجينيه عضوية معقدة التركيب تؤدي الى وظيفة العامل الحافز وتفرزها الكائنات الحية نباتية كانت او حيوانية ، والانزيم الكحولات احادية الهيدروكسيل .
والمستخدم لهذا الغرض هو انزيم الدياستر الذي يحول النشا الى سكر الشعير ( المالتوز ) ويحتول المالتوز دبروه الى سكر الجلوكوز بواسطة انزيم المالتاز .
يحضر صناعيا بالتخمر الكحولي للمواد السكرية القابلة للتخمر ، وأساس هذه المواد السكرية عادة هي المواد النشوية الرخيصة ، حيث تمر بثلاث مراحل .هي كالتالي
– تكوين المحلول السكري من النشا .
– تحويل المحلول السكري الى كحول ايثيل وثاني اكسيد كربون.
– تنقية كحول الايثيل .
اولا : تكوين المحلول السكري من النشا :
تتم هذه العملية بفعل الانزيمات وهي مركبات نيتروجينيه عضوية معقدة التركيب تؤدي الى وظيفة العامل الحافز وتفرزها الكائنات الحية نباتية كانت او حيوانية ، والانزيم الكحولات احادية الهيدروكسيل .
والمستخدم لهذا الغرض هو انزيم الدياستر الذي يحول النشا الى سكر الشعير ( المالتوز ) ويحتول المالتوز دبروه الى سكر الجلوكوز بواسطة انزيم المالتاز .
ثانيا : تحويل المالتوز الى جلوكوز وتخمره تخمرا كحوليا :
يبرد الرشيح من الخطوة السابقة الى درجة 15مْ ثم تضاف اليه الخميرة ويترك مدة كافية حتى يتحلل المالتوز بواسطة انزيم المالتاز الذي تفرزه
الخمرة تحلالا مائيا الى الجلوكوز ويحتول الجلوكوز بعد فترة الى كحول و ثاني اكسيد كربون بواسطة انزيم الزيماز الموجودة في الخميرة .
وحيث أن عملية التخمر مصحوبة بانطلاق الحراة فإن أوعية التخمر تبرد بماء بارد يجري في انابيب نحاسية حلزونية موجودة داخل هذه الاوعية ، يظهر مخلوط التفاعل كأنه يغلي وذلك لشدة تصاعد ثاني اكسيد الكربون .
يبرد الرشيح من الخطوة السابقة الى درجة 15مْ ثم تضاف اليه الخميرة ويترك مدة كافية حتى يتحلل المالتوز بواسطة انزيم المالتاز الذي تفرزه
الخمرة تحلالا مائيا الى الجلوكوز ويحتول الجلوكوز بعد فترة الى كحول و ثاني اكسيد كربون بواسطة انزيم الزيماز الموجودة في الخميرة .
وحيث أن عملية التخمر مصحوبة بانطلاق الحراة فإن أوعية التخمر تبرد بماء بارد يجري في انابيب نحاسية حلزونية موجودة داخل هذه الاوعية ، يظهر مخلوط التفاعل كأنه يغلي وذلك لشدة تصاعد ثاني اكسيد الكربون .
ثاثا : تنقية الايثانول :
يشتمل ناتج التخمر على التخمر من مواد غير متجانسة أهمها كحول الاثيل الذي يمكن فصلة بالتقطير التجزئيي في جهاز التقطير .
ملحوظة :
يحضر الايثانول في جمهورية مصر العربية من المولاس وهو سائل بني داكن لزج يتخلف عن صناعة السكر ويحتوي عادة على كمية من السكر القصب .. الذي يتحول الى الجلوكوز والفركتوز بواسطة انزيم الانفيرتاز الموجودة في الخميرة وفي هذه الحالة يستغني عن العملية الاولى .
يشتمل ناتج التخمر على التخمر من مواد غير متجانسة أهمها كحول الاثيل الذي يمكن فصلة بالتقطير التجزئيي في جهاز التقطير .
ملحوظة :
يحضر الايثانول في جمهورية مصر العربية من المولاس وهو سائل بني داكن لزج يتخلف عن صناعة السكر ويحتوي عادة على كمية من السكر القصب .. الذي يتحول الى الجلوكوز والفركتوز بواسطة انزيم الانفيرتاز الموجودة في الخميرة وفي هذه الحالة يستغني عن العملية الاولى .
الخاتمة
ينتج عن عملية التخمر الكحولي خليط من كميات صغيرة من مواد متخلفة ويسمى هذا الخليط ( زيت الفيوزيل ) ويحتوي على الأفراد العالية للكحوليات ، مثل كحول البيوتيا والاميل ,والجلسرين وحمض الصكسينيك وحمض اللكتيك وغيرها من المواد .
المشروبات الكحولية على أن تكون المواد الاولية ، اما موادا نشوية مثل نشا البطاطس او القمح او الشعير ، وإما مواد سكرية لعصير بعض الفواكه مثل العنب والتفاح وغيرها يستعمل المحلول المتخمر اما دون تقطير مثل السيدر والنبيذ او مقطرا مثل الويسكي والكونياك والفودكا والزبيب .
ينتج عن عملية التخمر الكحولي خليط من كميات صغيرة من مواد متخلفة ويسمى هذا الخليط ( زيت الفيوزيل ) ويحتوي على الأفراد العالية للكحوليات ، مثل كحول البيوتيا والاميل ,والجلسرين وحمض الصكسينيك وحمض اللكتيك وغيرها من المواد .
المشروبات الكحولية على أن تكون المواد الاولية ، اما موادا نشوية مثل نشا البطاطس او القمح او الشعير ، وإما مواد سكرية لعصير بعض الفواكه مثل العنب والتفاح وغيرها يستعمل المحلول المتخمر اما دون تقطير مثل السيدر والنبيذ او مقطرا مثل الويسكي والكونياك والفودكا والزبيب .
المصادر:
اسس الكيمياء العضوية : دكتور وليم ابراهيم عوض وآخرون. دار البحـــــــــــــــوث العلمية . الطبعة 74
الموسوعة العربية العلمية 19 .
اسس الكيمياء العضوية : دكتور وليم ابراهيم عوض وآخرون. دار البحـــــــــــــــوث العلمية . الطبعة 74
الموسوعة العربية العلمية 19 .
موفقين ان شاء الله
من