الكحولات

الكحولات مركبات عضوية تحوي على مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر، وصيغتها العامة ⁦R-OH⁩، وتصنف حسب عدد مجموعات الألكيل ⁦(R)⁩ المتصلة بذرة الكربون المرتبطة بشكل مباشر مع مجموعة الهيدروكسيل إلى: كحول ميثيل، وكحولات أولية، أو ثانوية، أو ثالثية.

تمرين (2): صنّف الكحولات الآتية الى كحولات أولية، أو ثانوية أو ثالثية. $CH_3-CH_2-CH_2-OH$ (1-بروبانول) | $CH_3-C(CH_3)(OH)-CH_3$ (2-ميثيل-2-بروبانول) | $CH_3-CH(OH)-CH_3$ (2-بروبانول)

يمكن تحضير الكحولات بعدة طرق منها:

• أ. إضافة الماء إلى الألكينات ⁦(Hydration)⁩ بوجود الحموض المعدنية مثل $H_2SO_4$ كعوامل مساعدة: وتتم آلية الإضافة وفقاً لقاعدة ماركوفنيكوف:

$R-C(R')=C-H + H-OH \xrightarrow{H^+} R-C(R')H-C-H(OH)H$ مثال (5): اكتب معادلة كيميائية تمثل تفاعل البروبين مع الماء. الحل: $CH_3-CH=CH_2 + H-OH \xrightarrow{H^+} CH_3-CH(OH)-CH_3$ بروبين | 2-بروبانول

تمرين (3): اكتب معادلة تحضير كحول ثالثي يتكون من أربع ذرات كربون بإضافة الماء إلى الألكين المناسب واستخدام العامل المساعد الملائم.

• ب. إضافة هيدروكسيدات الفلزات القلوية إلى هاليدات الألكيل الأولية وهاليد ميثيل في وسط مائي كما مرّ معك سابقاً.

تمرين (4): اكتب نواتج تفاعل 1-كلورو بيوتان مع هيدروكسيد الصوديوم المائي. $CH_3CH_2CH_2CH_2Cl + NaOH_{(aq)} \xrightarrow{H_2O}$

تمتاز الكحولات بالصفات الأمفوتيرية، لأنها تحوي مجموعة الهيدروكسيل، فتسلك كحموض في الوسط القاعدي؛ نظراً لوجود ذرة هيدروجين حمضية متصلة بالأكسجين، وتسلك كقواعد في الوسط الحمضي؛ نظراً لاحتواء ذرة الأكسجين على زوجين من الإلكترونات غير الرابطة قادرة على استقبال بروتون من الحمض.

• أ. تفاعل الكحولات كحموض:

  تتميز الكحولات بخواص حمضية ضعيفة، ويعزى سلوكها الحمضي إلى ارتباط ذرة الهيدروجين بذرة الأكسجين برابطة قطبية تجعل زوج الإلكترونات المشترك ينحاز قليلاً نحو الأكسجين؛ ولذلك تتفاعل الفلزات النشطة، مثل عنصري الصوديوم والبوتاسيوم: ⁦Na⁩ و ⁦K⁩ حيث ينتج ألكوكسيد الفلز ويتصاعد غاز الهيدروجين كما في التفاعل العام الآتي:

$2 R-OH + 2 Na \longrightarrow 2 R-ONa + H_{2(g)}$ مثال (6): اكتب معادلة كيميائية تمثل تفاعل الإيثانول مع عنصر الصوديوم. الحل: $2 CH_3CH_2OH + 2Na \longrightarrow 2 CH_3CH_2ONa + H_{2(g)}$ إيثانول | إيثوكسيد الصوديوم ويمكن استخدام هذا التفاعل للتمييز بين الكحولات والألكانات كما سيتبين لك عند تنفيذ نشاط (5-2).

نشاط (5-2): التمييز مخبرياً بين الإيثانول والهكسان. المواد والأدوات: قطعة صغيرة من الصوديوم، والإيثانول، وهكسان وأنابيب اختبار، وسداد فلين. احتياطات السلامة العامة: يتفاعل الصوديوم مع الماء بشدة؛ ولذلك يجب أخذ الحيطة والحذر عند التعامل مع الصوديوم وأثناء التسخين. خطوات العمل:

1. ضع في أنبوب اختبار 2 مل من الإيثانول.
2. أضف إليه قطعة صغيرة جداً من الصوديوم.
3. أغلق الأنبوب بسداد فلين، ماذا تلاحظ؟
4. افتح الأنبوب وقرب من فوهته عود ثقاب مشتعلاً، ماذا تلاحظ؟
5. اكتب معادلة التفاعل الحاصل. ما اسم المادة الناتجة من التفاعل؟

• أعد خطوات النشاط باستخدام الهكسان بدل الإيثانول، ماذا تلاحظ؟

تمرين (5): كيف يتم التمييز بين الهكسان و1-هكسانول في المختبر مع كتابة المعادلات؟

• ب. تفاعل الكحولات كقواعد:

1. تتفاعل الكحولات مع الحموض الهالوجينية ⁦(HX)⁩ وينتج عن ذلك هاليدات الألكيل كما مر معك سابقاً.

تمرين (6): أكمل معادلة تفاعل الإيثانول مع حمض الهيدروكلوريك ⁦HCl⁩. $CH_3CH_2OH + HCl \longrightarrow$

2. تفاعل الكحولات مع حمض الكبريتيك المركز (حذف الماء، ⁦Dehydration⁩).

   وتمثل المعادلة الآتية هذا التفاعل:

$CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow[160 ^\circ\text{س}]{H_2SO_4} CH_3-CH=CH_2 + H_2O$ 2-بروبانول | بروبين ويتم التفاعل وفق قاعدة زايتسف ⁦(Zaitsev's rule)⁩، التي تنص على: ينتج الألكين بكمية كبيرة (الناتج الرئيس) من حذف الماء من الكحول بخروج هيدروجين الماء من ذرة الكربون المجاورة لذرة الكربون التي ترتبط بالهيدروكسيل، وتحوي عدداً أقل من ذرات الهيدروجين. مثال (7): اكتب معادلة كيميائية تمثل معالجة 2-بيوتانول مع حمض الكبريتيك المركز عند درجة حرارة 160 °س. الحل: $CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_3 \xrightarrow[160 ^\circ\text{س}]{H_2SO_4} CH_3-CH=CH-CH_3 + CH_3-CH_2-CH=CH_2 + H_2O$ 2-بيوتانول | ناتج رئيس 2-بيوتين | ناتج فرعي 1-بيوتين

تمرين (7): أكمل التفاعل الآتي، وبيّن الناتج الرئيس: $CH_3-C(CH_3)(OH)-CH_2-CH_3 \xrightarrow[160 ^\circ\text{س}]{H_2SO_4}$ 2-ميثيل-2-بيوتانول

• ج. أكسدة الكحولات:

1. أكسدة الكحولات باستخدام دايكرومات البوتاسيوم أو بيرمنغنات البوتاسيوم في وسط حمضي:

   تتأكسد الكحولات الأولية إلى الألدهيدات المناظرة باستخدام العامل المؤكسد القوي دايكرومات البوتاسيوم في وسط حمضي، وفي حالة بقاء الألدهيد في المحلول فإنه يتأكسد بدوره إلى حمض كربوكسيلي. ولا يمكن إيقاف التفاعل عند مرحلة تشكل الألدهيد، بل يستمر ليعطي الحمض الكربوكسيلي؛ ولذلك لا يمكن تحضير الألدهيدات بهذه الطريقة باستثناء الألدهيدات المتطايرة (يكون عدد ذرات الكربون فيها من 1-4) حيث تتبخر قبل تأكسدها.

$RCH_2OH \xrightarrow{\text{أكسدة}} R-CHO \xrightarrow{\text{أكسدة}} R-COOH$ وفي حالة استخدام محلول بيرمنغنات البوتاسيوم المائي، ثم إضافة حمض معدني قوي فإن الكحول الأولي يتأكسد إلى الحمض الكربوكسيلي المناظر، حيث يختفي لون محلول بيرمنغنات البوتاسيوم البنفسجي ويظهر راسب بني من $MnO_2$؛ لأن الكحول يختزل أيون البيرمنغنات إلى $MnO_2$، ويتم فصل ثاني أكسيد المنغنيز من المحلول بالترشيح قبل إضافة الحمض المعدني القوي. $RCH_2OH \xrightarrow{KMnO_4} RCOO^- + MnO_{2(s)} + KOH \xrightarrow{H^+} RCOOH$ مثال (8): اكتب معادلة كيميائية تمثل أكسدة الإيثانول باستخدام دايكرومات البوتاسيوم في وسط حمضي. الحل: $CH_3CH_2OH \xrightarrow{K_2Cr_2O_7/H^+} CH_3CHO$ إيثانول | إيثانال

تمرين (8): اكتب معادلة كيميائية تمثل أكسدة 1-بيوتانول باستخدام محلول بيرمنغنات البوتاسيوم، ثم إضافة حمض معدني قوي. أما الكحولات الثانوية فتتأكسد إلى كيتونات حسب المعادلة العامة الآتية: $R-CH(OH)-R' \xrightarrow{\text{أكسدة}} R-CO-R'$ وأما الكحولات الثالثية فتقاوم تفاعلات الأكسدة المذكورة في الظروف العادية. $R-C(OH)(R')-R'' \xrightarrow{\text{أكسدة}} \text{لا تفاعل}$

نشاط (5-3): صمّم نشاطاً للتمييز عملياً بين الكحول الأولي والكحول الثالثي؟

2. الأكسدة بنزع الهيدروجين من الكحولات عند تمرير أبخرة الكحولات على مسحوق النحاس عند درجة حرارة (200-400 °س)، وينتج عن ذلك الألدهيدات إذا كانت الكحولات أولية، بينما تنتج الكيتونات عن طريق أكسدة الكحولات الثانوية.

مثال (9): اكتب معادلة كيميائية تمثل أكسدة الإيثانول بتمرير بخاره على مسحوق النحاس عند درجة 300 °س. الحل: $CH_3CH_2OH \xrightarrow[300 ^\circ\text{س}]{Cu} CH_3CHO + H_{2(g)}$ إيثانول | إيثانال

تمرين (9): ما صيغة المادة المتفاعلة في التفاعل الآتي؟ $[\quad] \xrightarrow[300 ^\circ\text{س}]{Cu} CH_3-CO-C_2H_5 + H_{2(g)}$