Alkol ha...

Alkol
اهمیت الکلها
ما نمی‌توانیم در هیچ یک از بخشهای شیمی آلی خیلی جلو برویم، بدون اینکه به الکلها بربخوریم. الکلها در استخلاف هسته دوستی بعنوان سوبسترا و بعنوان هسته‌دوست شرکت می‌کنند. مهمترین و ساده‌ترین اثر کاتالیزوری متعلق به الکلهاست که در شیمی انواع ترکیبها ، در لوله آزمایش و در ارگانیسم زنده ، نقش کلیدی برعهده دارد.

الکلها به آلکیل هالیدها و سایر ترکیباتی که استخلاف هسته‌دوستی انجام می‌دهند، تبدیل می‌شوند، استخلافی که معرفی انواع گروههای عاملی در یک مولکول را امکان پذیر می‌سازد. الکلها امکان دسترسی ما به ترکیبهایی با حالتهای اکسایش بالاتر ، یعنی آلدئیدها ، کتونها و اسیدهای کربوکسیلیک را فراهم می‌سازند.
ساختار الکلها
فرمول عمومی الکلها ، ROH است که در آن ، R یک گروه آلکیل یا آلکیل استخلاف شده است. این گروه می‌تواند نوع اول ، دوم یا سوم باشد، ممکن است زنجیرباز یا حلقه‌ای باشد، ممکن است دارای یک اتم هالوژن ، هیدروکسیل‌های بیشتر یا یکی از بسیاری گروههای دیگری باشد که فعلا برای ما ناآشنا است.

همه الکلها ، دارای گروه هیدروکسیل (-OH) هستند که بعنوان گروه عاملی ، خواص مشخصه این خانواده از ترکیبها را تعیین می‌کند. تغییر و تنوع در ساختار R می‌تواند بر سرعت واکنشهای الکلها و حتی در موارد معدودی بر نوع واکنشها نیز تاثیر گذارد.
منابع صنعتی الکلها
الکلها ، موادی این چنین مهم در شیمی آلیفاتیک ، نه تنها باید از نظر واکنشها بسیار گوناگون و تنوع پذیر باشند، بلکه به مقدار زیاد و با قیمت ارزان نیز باید قابل تهیه باشند. برای بدست آوردن الکلهای سبک که تکیه‌گاه سنتز آلی آلیفاتیک هستند، سه روش اصلی وجود دارد، روشهایی که می‌توانند همه منابع مواد آلی را مورد استفاده قرار دهند. یعنی نفت ، گاز طبیعی ، زغال سنگ و زیست توده. این سه روش عبارتند از:
• آبدارکردن آلکنهای بدست آمده از کراکینگ نفت.
• فرایند السک از آلکنها ، مونوکسید کربن و هیدروژن.
• تخمیر کربوهیدراتها.
علاوه بر این سه روش اصلی ، روشهای دیگری نیز با کاربرد محدود وجود دارند. بعنوان مثال ، متانول از هیدروژن‌دار کردن کاتالیزوری مونوکسید کربن بدست می‌آید. مخلوط هیدروژن و مونوکسید کربن با نسبت ضروری ، از واکنش آب با متان ، آلکانهای دیگر ، یا زغال سنگ در دمای بالا بدست می‌آید.
حل شدن الکلها
رفتار الکلها بعنوان حل شده نیز توانایی آنها برای تشکیلپیوندهای هیدروژنی را منعکس می‌کند. برخلاف هیدروکربنها ، الکلهای سبک با آب امتزاج‌پذیرند. از آنجا که نیروهای بین مولکولی الکلها همانند نیروهای بین مولکولی آب است، دو نوع مولکول با یکدیگر قابل اختلاط هستند. انرژی لازم برای شکستن یک پیوند هیدروژنی بین دو مولکول آب یا دو مولکول الکل ، با تشکیل یک پیوند هیدروژنی بین یک مولکول آب و یک مولکول الکل تامین می‌شود

دید کلی
اگر ، بعنوان یک شیمیدان آلی ، قرار بود ده ترکیب آلیفاتیک انتخاب کنید و سپس در جزیره‌ای رها شوید، شما قطعا الکلها را برمی‌گزیدید. شما می‌توانید از آنها تقریبا هر ترکیب آلی دیگر را بسازید، آلکیل هالیدها ، آلکنها ، اترها ، آلدئیدها ، کتونها ، اسیدها ، استرها و دهها ترکیب دیگر.

از آلکیل هالیدها ، می‌توانید واکنشگرهای گرینیار را بسازید و از واکنش این واکنشگرها با آلدئیدها و کتونها الکلهای پیچیده‌تری را بدست آورید و غیره. در آن جزیره دور افتاده ، از الکلهای خود ، نه فقط بعنوان ماده خام استفاده می‌کنید، بلکه آنها را به دفعات ، بعنوان حلال برای انجام واکنشها و برای متبلور کردن فراورده‌ها بکار می‌برید.
اهمیت الکلها
ما نمی‌توانیم در هیچ یک از بخشهای شیمی آلی خیلی جلو برویم، بدون اینکه به الکلها بربخوریم. الکلها در استخلاف هسته دوستی بعنوان سوبسترا و بعنوان هسته‌دوست شرکت می‌کنند. مهمترین و ساده‌ترین اثر کاتالیزوری متعلق به الکلهاست که در شیمی انواع ترکیبها ، در لوله آزمایش و در ارگانیسم زنده ، نقش کلیدی برعهده دارد.

الکلها به آلکیل هالیدها و سایر ترکیباتی که استخلاف هسته‌دوستی انجام می‌دهند، تبدیل می‌شوند، استخلافی که معرفی انواع گروههای عاملی در یک مولکول را امکان پذیر می‌سازد. الکلها امکان دسترسی ما به ترکیبهایی با حالتهای اکسایش بالاتر ، یعنی آلدئیدها ، کتونها و اسیدهای کربوکسیلیک را فراهم می‌سازند.
ساختار الکلها
فرمول عمومی الکلها ، ROH است که در آن ، R یک گروه آلکیل یا آلکیل استخلاف شده است. این گروه می‌تواند نوع اول ، دوم یا سوم باشد، ممکن است زنجیرباز یا حلقه‌ای باشد، ممکن است دارای یک اتم هالوژن ، هیدروکسیل‌های بیشتر یا یکی از بسیاری گروههای دیگری باشد که فعلا برای ما ناآشنا است.

همه الکلها ، دارای گروه هیدروکسیل (-OH) هستند که بعنوان گروه عاملی ، خواص مشخصه این خانواده از ترکیبها را تعیین می‌کند. تغییر و تنوع در ساختار R می‌تواند بر سرعت واکنشهای الکلها و حتی در موارد معدودی بر نوع واکنشها نیز تاثیر گذارد.
نکته‌ای در مورد تفاوت الکلها و فنلها
ترکیباتی که در آنها گروه هیدروکسیل مستقیما به یک حلقه آروماتیک متصل است، الکل نیستند، بلکه این ترکیبات ، فنل هستند و با الکلها آنچنان تفاوت فاحشی دارند که آنها را در مبحثی دیگر باید مورد بررسی قرار داد.
طبقه‌بندی الکلها
الکلها بسته به نوع کربن حامل گروه OH- ، به سه دسته نوع اول ، نوع دوم یا نوع سوم طبقه‌بندی می‌شوند:

C(R)_3-OH ، C(R)_2H-OH ، CR(H)_2-OH .

یک واکنش اکسایش که مستقیما با دخالت اتمهای هیدروژن متصل به کربن حامل گروه OH- انجام می‌شود، در طبقه از الکلها ، روندی کاملا متفاوت دارد.

اما ، معمولا ، الکلهای طبقات مختلف ، فقط از نظر سرعت یا مکانیسم واکنش و به هر طریقی هماهنگ با ساختارشان ، با هم تفاوت دارند. بعضی از استخلافها می‌توانند آنچنان بر واکنش پذیری یک الکل تاثیر گذارند که آن را با الکلهای طبقه‌های دیگر مشابه سازند.
منابع صنعتی الکلها
الکلها ، موادی این چنین مهم در شیمی آلیفاتیک ، نه تنها باید از نظر واکنشها بسیار گوناگون و تنوع پذیر باشند، بلکه به مقدار زیاد و با قیمت ارزان نیز باید قابل تهیه باشند. برای بدست آوردن الکلهای سبک که تکیه‌گاه سنتز آلی آلیفاتیک هستند، سه روش اصلی وجود دارد، روشهایی که می‌توانند همه منابع مواد آلی را مورد استفاده قرار دهند. یعنی نفت ، گاز طبیعی ، زغال سنگ و زیست توده. این سه روش عبارتند از:

• آبدارکردن آلکنهای بدست آمده از کراکینگ نفت.
• فرایند السک از آلکنها ، مونوکسید کربن و هیدروژن.
• تخمیر کربوهیدراتها.
علاوه بر این سه روش اصلی ، روشهای دیگری نیز با کاربرد محدود وجود دارند. بعنوان مثال ، متانول از هیدروژن‌دار کردن کاتالیزوری مونوکسید کربن بدست می‌آید. مخلوط هیدروژن و مونوکسید کربن با نسبت ضروری ، از واکنش آب با متان ، آلکانهای دیگر ، یا زغال سنگ در دمای بالا بدست می‌آید.

تاریخچه
اتانول برای انسان از دوران باستان شناخته شده بود، زیرا این ماده ، جزء اصلی مشروبات الکلی است. جداسازی آن بصورت اتانول نسبتا خالص احتمالا اولین بار توسط "جابر بن حیان" که صنعت تقطیر را گسترش داد، انجام شده است. البته بیشتر گمان می‌رود که اتانول خالص توسط "محمد زکریای رازی" دانشمند ایرانی تولید شده باشد.
فرایند تولید
اتانول مورد استفاده در نوشابه‌های الکلی توسط فرایند تخمیر از متابولیسم گلوکز توسط گونه مخصوصی از مخمرها در غیاب اکسیژن تولید می‌شود و در پایان فرایند تخمیر غلظت اتانول را با تقطیر بالا می‌برند. برای مخلوط اتانول با آب بالاترین نقطه آزئوتروپ جوش برای 95% الکل و 5% آب است. بنابراین جزء تقطیر شده مخلوط اتانول و آب نمی‌تواند خالصتر از 95 درصد باشد. برای تولید اتانول خالص‌تر ، مقدار کمی بنزن به آن اضافه می‌شود.

بنزن ، آزئوتروپ سه‌گانه ‌ای با آب و اتانول تشکیل می‌دهد و مخلوط دوباره تقطیر می‌شود. نتیجه این فرایند بدست آوردن اتانول بدون آب است. با این همه چند ppm بنزن در اتانول باقی می‌ماند که جذب آن در بدن از مشخصه‌های آسیب کبدی است که در افراد الکلی دیده می‌شود.
تولید اتانول صنعتی
اتانول سوخت نسبتا خوبی برای موتورهاست و در صنعت ، بصورتهای مختلفی استفاده می‌شود. اتانول مورد مصرف در صنعت را معمولا از واکنش کاتالیزوری آب با اتیلن تولید می‌کنند. این یک واکنش افزایشی است که در آن یک مولکول آب شکافته شده ، قطعات حاصل از آن به اتمهای کربن در پیوند دوگانه اضافه می‌شود. این فرایند ، تولید اتانول اقتصادی‌تر از تولید آن با مخمر است.

امروزه برای تولید تجارتی آسان آن تخمیر مواد آلی زائد مانند خرده چوب و خاک اره پیشنهاد شده است. اتانول صنعتی برای مصرف انسان ، نامناسب است، زیرا به آن ، مقادیر کمی متانول و مواد سمی دیگر اضافه می‌شود.
خواص فیزیکی
اتانول ، مایعی قابل احتراق و بی‌رنگ بوده ، یکی از انواع الکلهای موجود در نوشابه‌های الکلی است. گرانروی آن ، مانند آب است و بوی نسبتا تندی دارد. در صنعت بعنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می‌شود. بدلیل تشکیل پیوند هیدروژنی با هر نسبتی در آب حل می‌شود. اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد.

به عنوان مثال نقطه جوش پروپان که تقریبا وزن مولکولی برابری با اتانول دارد، 43- درجه سانتی‌گراد است، درحالی‌که نقطه جوش اتانول 78 درجه سانتی‌گراد است. دلیل این اختلاف ، وجود پیوندهای هیدروژنی مربوط به گروه OH است که نیروی جاذبه میان مولکولهای مجاور را افزایش می‌دهد. اتانول خاصیت ضعیف اسیدی و بازی از خود نشان می‌دهد که خاصیت بازی آن بدلیل جفت الکترون تنهای اکسیژن بوده و خاصیت اسیدی آن ، بخاطر پیوند هیدروژن با عنصر الکترونگاتیو اکسیژن است. اتانول با فلزات فعال ( Na و K و Mg و … ) وارد واکنش شده ، اتوکسید ایجاد می‌کند.
کاربرد
اتانول بدلیل نقطه ذوب پائین در صنعت ضدیخ‌سازی استفاده می‌شود. حلال بسیار خوبی است و در صنعت عطرسازی ، رنگسازی و … استفاده می‌شود. محلول %85 – 70 آن بعنوان محلول ضدعفونی کننده کاربرد دارد. اتانول با تغییر دادن پروتئین و حل کردن چربی ، میکرو ارگانیسمهای آنها را از بین می‌برد. البته این عمل فقط در برابر باکتریها و ویروسها و قارچها موثر است، ولی در مقابل هاگ ، باکتریها تاثیری ندارد. اتانول همچنین در صنایع مشروبات الکلی به میزان گسترده ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساختمان اتانول

نکته مهم
مصرف بیش از حد مشروبات الکلی ، بدلیل وجود اتانول در ترکیب آنها باعث ایجاد عوارض بسیاری در سلامتی انسان می‌شود که عبارتند از :
عوارض حاد
تهوع ، استفراغ ، افسردگی ، تنگی نفس.
عوارض مزمن
اعتیاد به الکل (الکسیم) ، سایروز کبدی ، تاثیر در سلسله اعصاب مرکزی ، تاثیر در حافظه در بلند مدت.

الکل صنعتی
تاریخچه
نخستین بار، ابوبکر محمدبن زکریای رازی پزشک و شیمیدان ایرانی از تقطیر شراب در قرع و انبیق ، ماده‌ای بدست آورد که آن را الکحل نام نهاد؛ پس از مدتی ، "دکتر واندیک" آمریکایی واژه الکحل را به الکل (alcohol) تبدیل کرد.
ساختمان الکل اتیلیک
مشخصات کلی
امروزه این ماده ، به نام اتیلن الکل (الکل معمولی ، الکل اتیلیک ، روح الخمر ، الکل شراب ، اتانول ، نتیل کربینول ، جوهر شراب ، الکل کشمش ، ئیدروکسیل و...) مشهور است. الکل ، آب‌گونه‌ای است فرار ، بی‌رنگ ، با بوی ویژه و مزه سوزان ، رطوبت گیر و از آب سبکتر است. وزن ویژه یا جرم حجمی آن 0.795 تا 0.8 ، در فشار متعارفی ، نقطه جوش آن 78.53 تا 78.5 درجه سانتی‌گراد و نقطه انجماد آن ، 114درجه سانتی‌گراد است.

از این‌رو ، آن را در دماسنجهایی که برای سنجش سرما بکار می‌رود، استفاده می‌کنند. الکل جامد در 130درجه سانتی‌گراد گداخته می‌شود. قابلیت حل شدن اتیل الکل در آب بسیار زیاد است و به هر نسبت با آب مخلوط می‌شود. از آمیختن آب و الکل ، کمی گرما هم تولید می‌شود، الکل یکی از حلال‌های بسیار خوب است ، ید ، کافور ، عطرها ، عسل و ... را در خود ناپدید می‌کند.

الکل به غیر از آب ، در اغلب حلال‌های آلی محلول است. الکل خاصیت گندزدایی دارد و آلبومین‌ها را منعقد می‌کند.
تهیه الکل از راه تخمیر
مخمر
مخمر آبجو ، قارچی است که با جوانه زدن تکثیر می‌کند، اگر این قارچ در مجاور یک ماده قندی تخمیر شود، موادی از خود خارج می‌کند که خاصیت آنزیمی داشته و موجب دگرگونی قند می‌شود. در بین قندها ، گلوکز به فرمول C6H12O6 است که در انگور وجود دارد، تخمیر شده، الکل می‌دهد (تهیه شراب).
تهیه الکل از گلوکز
آنزیمی که عمل تخمیر گلوکز بوسیله آن انجام می گیرد، زیماز یا الکلاز نامیده می‌شود. هر گاه مخمر آبجو را به گلوکز اضافه کنیم، الکل و دی‌اکسید کربن یا گاز کربونیک بدست می‌آید.

گاز کربونیک + الکل <------- گلوکز

این واکنش در حضور زیماز یا الکاز صورت می‌گیرد.

C6H12O6 → 2C2H5OH + CO2

تهیه الکل از مواد نشاسته دار
برای تهیه الکل از مواد نشاسته دار مانند برنج ، گندم ، ذرت ، سیب زمینی ، آنزیمی به نام مالتاز ، مالت را به مالتوز تبدیل می‌کند. سپس مالتوز بوسیله هیدرولیز (آبکافت) به گلوکز تبدیل می گردد و گلوکز هم تخمیر حاصل می‌کند، گاز کربونیک و الکل می‌دهد (برای تبدیل مالت به مالتوز ، محیط باید اسیدی باشد.)

گلوکز <------ آب + نشاسته

این واکنش در حضور اسیدسولفوریک 2% صورت می‌گیرد.


محلولهای الکلی که از تخمیر بدست می‌آید، از نظر مقدار الکل تفاوت دارند. در شرابها ، 10% و در آبجو 6% و در عرق بیش از 30% تا 50% است. در تخمیر الکلی لازم است که یکی از از فسفات‌ها در محیط عمل باشد تا تخمیر الکلی به آسانی و بسادگی انجام گیرد. بر حسب موادی که در محیط عمل وجود داشته باشند، مواد گوناگونی بدست می‌آید که سودمندترین آنها تبدیل گلوکز به گلسیرین است. مثلا در مجاورت بی‌سولفیت سدیم یا سولفیت هیدروژن سدیم به فرمول NaHSO3 معادله واکنش تخمیر گلوکز چنین است:

گلیسیرین + استالدئید + دی اکسید کربن <------- گلوکز (قند انگور)


C6H12O6 → CH3CHO + C3H5(OH)3 +CO2

تهیه الکل از شراب
نخستین بار ابوبکر محمدبن زکریا رازی از تقطیر شراب در قرع و انبیق ، الکل را بدست آورد. در فرانسه اغلب الکل را از شراب بدست می‌آورند. علاوه بر این روش ، مقدار زیادی الکل صنعتی و نوشابه الکلی را از راه تخمیر بدست می‌آورند. عمل تخمیر بر روی هگزوزها (قند شش کربن‌دار) انجام می‌گیرد، ولی چون در این قندها ماده اولیه گرانبها است، اغلب از چند قندیها (پلی ساکاریدها) مانند نشاسته ، سلولز و ... به عنوان ماده اولیه بهره می‌گیرند. از دی ساکاریدها مانند ملاس کارخانه‌های قند و... هم به عنوان ماده اولیه می‌توان برای تهیه اتیل الکل بهره گرفت.
تهیه الکل از ساکاروز یا قند معمولی
ساکارز را آنزیمی به نام انورتاز (invertase) یا انورتین (invertine) هیدرولیز (آبکافت) می‌کند و به گلوکز و لولز تبدیل می‌نماید.

لولز + گلوکز <------ آب + ساکاروز

C6H12O6 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

این دو واکنش در حضور انورتاز انجام میگیرد.

C6H12O6 → 2C2H5OH + CO2

این واکنش در حضور انورتاز انجام میگیرد.