الكيمياء فصل ثاني

طرائق تحضير المركبات العضوية Methods of Preparing Organic Compounds

 ما الطرق المتبعة في تحضير المركبات العضوية؟ وما ظروف تحضير بعض منها؟

تنتج ملايين المركبات العضوية سنويًا، ولكل منها استخداماته وأهميته على المستوى الصناعي وفي الحياة اليومية؛ فقد أنعم الله على خلقه بكثير من النعم، وجعل لكل من النباتات وثمارها طعمًا ورائحة مميزين؛ إذ تعود إلى أنواع المركبات العضوية التي توجد فيها، مثل الإسترات، والألديهايدات، وغيرها من المركبات العضوية التي تعرف بالنكهات الطبيعية، وقد تمكن الباحثون من استخلاص كثير من هذه المواد ودراستها والتعرف إلى مكوناتها وخصائصها؛ مما ساعد على
تصنيع مواد مشابهة عرفت بالنكهات الصناعية، حيث تستخدم في صناعة المواد الغذائية وأنواع العصائر المختلفة.

وتسهم الصناعات القائمة على المركبات العضوية وتفاعلاتها في النمو الاقتصادي في عدد من الدول؛ إذ تدخل في صناعة الوقود، والمستحضرات الصيدلانية، ومواد التجميل، والصناعات الزراعية، ولذلك يهتم الكيميائيون المختصون في الكيمياء العضوية بدراسة المركبات العضوية وطرائق تحضيرها والصناعات القائمة عليها أنظر الشكل(18).

تحضير الألكانات Preparation of Alkanes

كيف يتم الحصول على الألكانات؟

تُستخلص الألكانات بشكل رئيس بعملية التقطير التجزيئي للنفط والغاز الطبيعي،

كما يمكن تحضيرها بالتكسير الحراري أو إضافة الهيدروجين إلى الألكين.

إنتاج الألكانات بالتكسير الحراري: Produce Alkanes by cracking

يُسخّن خليط النفط إلى درجات حرارة عالية في أبراج ضخمة، أنظر الشكل(19)؛

فتتكسر سلاسل المركبات الهيدروكربونية الطويلة إلى مركبات أصغر في ما يعرف بعملية التكسير الحراري Thermal Cracking تؤدي إلى تكوين خليط غازيّ من الألكانات والألكينات؛ يتراوح عدد ذرات الكربون في مركباتها (2- 10)  ، وتُفصل مكونات هذا الخليط عن طريق عملية التقطير التجزيئي، بالاعتماد على تفاوت درجات غليانها،

الربط مع الصناعة: هدرجة الزيوت  Hydrogenation of Oils تعرف الزيوت المهدرجة باسم الدهون الصناعية (السمن)، حيث تُحول الزيوت السائلة غير المشبعة إلى زيوت مشبعة على شكل سمن نباتي أو زبدة صُلبة؛ ويتم ذلك بإضافة الهيدروجين إلى الزيوت غير المشبعة (هدرجة الزيوت) بوجود عامل مساعد مناسب، وعند ظروف عالية  من الضغط والحرارة. وذلك بهدف إطالة مدة الصلاحية وتسهيل عمليات الحفظ والتخزين.

 فمثلاً؛ عند إجراء تكسير للمركب C₈H₁₈ ؛ فإن الجزيء الواحد يتكسر بحيث يكون مجموع  عدد ذرات الكربون في الألكان والألكين الناتجين عن تكسيره مساوياً لعدد ذرات الكربون فيه.

 

تحضير الألكانات من الألكينات Preparation of Alkanes from Alkenes

يحضر الألكان بإضافة الهيدروجين H₂ إلى الألكين فيما يعرف بعملية الهدرجة التي تستخدم في هدرجة الزيوت صناعياً إلى دهون مشبعة. حيث يتم إضافة الهيدروجين H₂ إلى الألكين؛ بوجود عامل مساعد، مثل النيكل Ni أو البلاتين Pt ، فمثلاً؛ يُحضّر الإيثان بإضافة غاز الهيدروجين إلى الإيثين عند درجة حرارة ${150}^{°}\mathrm{C}$ ، كما في المعادلة الآتية:

                                                     CH₂=CH₂  + H₂   $\stackrel{\mathrm{Ni}}{\to }$   CH₃CH₃

إجابة سؤال أتحقَّق:

أكتب معادلة كيميائية توضح تحضير البروبان CH₃CH₂CH₃؛باستخدام البروبين CH₂=CHCH₃

                                                                        CH₂=CHCH₃  + H₂   $\stackrel{\mathrm{Ni}}{\to }$  CH₃CH₂CH₃

 

تحضير الألكينات Preparation of Alkenes

كيف تُحضر الألكينات؟ وما الطرقة المستخدمة لتحضيرها؟

تنتج الألكينات صناعياً بالتكسير الحراري للألكانات.

وتحضر مخبرياً باستخدام تفاعلات الحذف في كلّ من هاليدات الألكيل RX، أو الكحولاتROH ،  أنظر الشكل (20).

 

إنتاج الألكينات بالتكسير الحراري Produce Alkenes by Cracking
 

عرفتُ في ما سبق أن تكسير السلاسل الكربونية الطويلة للألكانات يؤدي إلى إنتاج خليط غازي من الألكانات والألكينات. حيث تفصل المكونات بالاعتماد على درجة غليان كل منها.

فمثلاً؛ عند تكسير سلسلة من الديكان C₁₀H₂₂ ، ينتج خليط من الأوكتان والإيثين، والهبتان والبروبين وغيرهما.

تحضير الألكينات من هاليدات الألكيل 

Preparation of Alkenes from Alkyl Halides

يحضر الألكين مخبريا بتسخين هاليد الألكيل الثانوي أو الثالثي مع محلول مركّز من أيونات الهيدروكسيد (^-OH )، الناتجة من محلول هيدروكسيد الصوديوم ،NaOH المذاب في الإيثانول، أو هيدروكسيد البوتاسيوم KOH ، المذاب في الإيثانول.

مثال(1): يحضر البروبين CH₃CH=CH₂ ، من تسخين 2-برومو بروبانCH₃CHBrCH₃ مع محلول مركز من هيدروكسيد الصوديوم NaOH الكحولي. أكتب معادلة كيميائية تبيّن تحضير البروبين.

الحلّ:

                  CH₃CHBrCH₃   + NaOH كحولي $\stackrel{\mathrm{تسخين}}{\to }$   CH₃CH=CH₂ + H₂O  + NaBr

 

تحضير الألكينات من الكحولات Preparation of Alkenes from Alcohols

يحضر الألكين بتسخين الكحول مع محلول مركز من حمض الكبريتيك H₂SO₄ ، أو محلول مركز من حمض الفسفوريك H₃PO₄ ، إذ ينزع جزيء ماء H₂O ، من الكحول في أثناء التفاعل وينتج الألكين.

مثال (2):

أكتب معادلة تحضير الإيثين الناتج عن تسخين الإيثانول CH₃CH₂OH ؛ مع محلول مركز من حمض الكبريتيكH₂SO₄
الحلّ:

                                               CH₃CH₂OH      $\underset{∆}{\overset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\mathrm{مركز}}{\to }}$   CH₂ = CH₂ + H₂O

إجابة سؤال أتحقَّق:
1 - أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير 2-بيوتينCH₃CH=CHCH₃، باستخدام 2-برومو بيوتان CH₃CHBrCH₂CH₃ ،

  ومحلول مركز من هيدروكسيد البوتاسيوم KOH الكحولي.

       CH₃CHBrCH₂CH₃  + KOH كحولي (مركز)   _{$\stackrel{∆}{\to }$}   CH₃CH=CHCH₃  + KBr  +  H₂O

2 - أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير البروبين CH₃CH=CH₂ ؛ بتسخين 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃  مع محلول حمض الكبريتيك H₂SO₄ المركز. 

   CH₃CHOHCH₃  $\underset{∆}{\overset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4\mathrm{مركز}}{\to }}$ CH₃CH=CH₂ +  H₂O

تحضير هاليدات الألكيل Preparation of Alkyl Halide

تستخدم هاليدات الألكيل في كثير من الصناعات، مثل صناعة المبيدات الحشرية،
ومحاليل المُعقّمات الطبية، وصناعة طفايات الحريق، وصناعة المبلمرات، وغيرها.
تُحضّر هاليدات الألكيل بطرائق عدة في المختبر منها:
الاستبدال في الألكان (هلجنة الألكان)، وإضافة هاليد الهيدروجين إلى الألكين، والاستبدال في الكحولات، أنظر الشكل ( 21 ).

تحضير هاليدات الألكيل من الالكانات

 Preparation of Alkyl Halide from Alkanes

تُحضّر بعض هاليدات الألكيل البسيطة في المختبر؛ باستبدال ذرة هالوجين بذرة هيدروجين في الألكان بوجود الضوء، مثل تفاعل الميثان أو الإيثان مع الكلور Cl₂ ، أو البروم Br₂، بوجود الضوء.

مثال (3) : يُحضّر كلورو ميثان CH₃Cl بتفاعل الميثان CH₄ مع الكلور Cl₂ ؛ بوجود الضوء

أكتب المعادلة الكيميائية للتفاعل الحاصل.
الحلّ:                                     CH₃Cl + HCl $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$ا CH₄ + Cl₂

 

تحضير هاليدات الألكيل من الكينات

Preparation of Alkyl Halides from Alkenes
يُحضر هاليد الألكيل RX ؛ بإضافة هاليد الهيدروجين إلى الألكين؛ وفق قاعدة

ماركو فينكوف.

مثال (4) :يُحضّر 2-كلوروبروبان CH₃CHClCH₃ ؛ بإضافة كلوريد الهيدروجين HCl إلى البروبين CH₂=CHCH₃ ،  أكتب المعادلة الكيميائية للتفاعل الحاصل.
الحلّ:

                 CH₂=CHCH₃ + HCl     $\to {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{Cl} }{| } }{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$

مثال (5) :أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير المركب 2-برومو ميثيل بروبان ${\mathrm{CH}}_3\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{\overset{\stackrel{\mathrm{Br}}{| }}{\underset{| }{\mathrm{C} }}}{\mathrm{CH}}_3$ بإضافة بروميد الهيدروجين HBr إلى ميثيل بروبين. 

الحلّ:                   $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3 \underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_{3 }}{| }}{\mathrm{C} =} {\mathrm{CH}}_2+ \mathrm{HBr} \to {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_3 }{| }}{\stackrel{\stackrel{\mathrm{Br}}{| }}{\mathrm{C} } }{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{بروبين} \mathrm{ميثيل} \mathrm{بروبان} \mathrm{ميثيل} \mathrm{برومو}-2 \end{gathered}$$

 

 

تحضير هاليدات الألكيل من الكحولات Preparation of Alkyl Halides from Alcohols

تُحضّر هاليدات الألكيل باستخدام تفاعل الاستبدال في الكحولات؛ وذلك بتفاعل الكحول مع محلول حمض مركز مثل HCl ، أو HBr.

مثال(6): يُحضّر كلورو إيثان CH₃CH₂Cl ؛ بتفاعل الإيثانول CH₃CH₂OH ، مع محلول حمض الهيدروكلوريك HCl المركّز، اكتب معادلة كيميائية للتفاعل الحاصل.

الحلّ:                         

                          CH₃CH₂OH + HCl (مركز) $\to$  CH₃CH₂Cl  + H₂O

مثال(7): 

أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير 2- بروموبروبان ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{Br} }{| } }{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$ من تفاعل 2- بروبانول${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$ مع حمض HBr المركّز.

       الحلّ:                                $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 + \mathrm{HBr} \left(\mathrm{مركز}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{Br} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \\ \mathrm{بروبانول} -2 \mathrm{بروموبروبان} -2 \end{gathered}$$

 

إجابة سؤال أتحقَّق:
1- أكتب معادلة كيميائية لتحضير برومو إيثان بتفاعل الإيثان CH₃CH₃، مع البروم Br₂؛ بوجود الضوء.

الحلّ:

                                                          CH₃CH₃ + Br₂    $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$          CH₃CH₂Br + HBr                                                       

2- أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير 2- كلورو ميثيل بروبان ${\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{Cl}}{| }}{\mathrm{C}}}{\mathrm{CH}}_3$ من تفاعل

  ميثيل-2-بروبانول$\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{ | }}{\overset{\stackrel{ \mathrm{OH} }{ | }}{{\mathrm{CH}}_3\mathrm{C} }}{\mathrm{CH}}_3$ مع حمض الهيدروكلوريك HCl المركّز.

   الحلّ:                 ${\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{ | }}{\overset{\stackrel{ \mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{C}}}{\mathrm{CH}}_3 + \mathrm{HCl}\left(\mathrm{مركز}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{Cl}}{| }}{\mathrm{C} }}{\mathrm{CH}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

 

 

تحضير الألديهايد والكيتون Preparation of Aldehyde and Ketone

كيف تحضر الالديهايدات والكيتونات؟ وما العوامل المستخدمة في تحضيرها؟ 
تعدّ تفاعلات التأكسد من الطرق الرئيسة لتحضير الألديهايدات والكيتونات التي تستخدم في المجالات الصناعية المتعددة في حياتنا اليومية؛ فتستخدم الألديهايدات في صناعة العطور، والمنظفات، والصابون، كما تستخدم الكيتونات في صناعة المنسوجات، والأصماغ، ومذيبات الدهانات، وغيرها.
تُحضّر الألديهايدات والكيتونات صناعيًا؛ بتسخين الكحولات الأولية أو الثانوية عند درجة حرارة $300°\mathrm{C}$ ، بوجود فلزّ النحاسCu الذي يعمل عاملًا مساعدًا لنزع الهيدروجين،

فمثلا؛ يتأكسد الإيثانول بوجود النحاس وفق المعادلة الآتية:

                                                    $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{Cu}\backslash 300°\mathrm{C}}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H} \\ \mathrm{الإيثانول} \mathrm{الإيثانال} \end{gathered}$$ 

وكذلك يتأكسد الكحول الثانوي 2- بروبانول ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$ بوجود النحاس؛وفق المعادلة الآتية:

                               $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_{3 }\stackrel{\mathrm{Cu}\backslash 300°\mathrm{C}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{بروبانول}-2 \mathrm{بروبانون} \end{gathered}$$ 

أما في المختبر؛ فهناك طرائق عدة لتحضير كل من الألديهايد والكيتون، ومن أشهرها

أكسدة الكحول الأولي باستخدام كلوروكرومات البيريدينيوم PCC المذاب في ثنائي كلورو ميثان CH₂Cl₂ ، وينتج الألديهايد.

مثال(8):  يتأكسد الايثانول CH₃CH₂OH، باستخدام كلوروكرومات البيريدينيوم PCC المذاب في ثنائي كلورو ميثان CH₂Cl₂ ، وينتج الايثانال ،CH₃CHO ، أكتب معادلة التفاعل الحاصل.

الحلّ:                          $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H} \\ \mathrm{إيثانول} \mathrm{إيثانال} \end{gathered}$$

إجابة سؤال أفكر:

أصمّم مخططًا لسلسلة التفاعلات المستخدمة في تحضير الإيثانال بدءًا من الإيثين.

الحلّ:                               ${\mathrm{CH}}_2={\mathrm{CH}}_2 \underset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}{\overset{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }}{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H}$

في حين يتأكسد الكحول الثانوي باستخدام دايكرومات البوتاسيوم K₂Cr₂O₇ ، في وسط حمضي(⁺H)،أو باستخدام المركب PCC ، المذاب في CH₂Cl₂ ؛ وينتج الكيتون.

مثال(9): يتأكسد 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃ ، باستخدام دايكرومات البوتاسيوم K₂Cr₂O₇ ، في  وسط حمضي وينتج البروبانون CH₃COCH₃ ، أكتب معادلة التفاعل الحاصل.

  الحلّ: 

                                    $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{بروبانول}-2 \mathrm{بروبانون} \end{gathered}$$                                       

مثال(10): أكتب معادلة اكسدة 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃ ، باستخدام كلوروكرومات البيريدينيوم PCC ، المذاب في ثنائي كلورو ميثان CH₂Cl₂ ، لتحضير  البروبانون CH₃COCH₃ .

 الحلّ :                                       $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{بروبانول}-2 \mathrm{بروبانون} \end{gathered}$$

مثال(11): أكتب معادلات تُبيّن تحضير الميثانال CH₂O، باستخدام الميثان CH₄ في المختبر، وبوجود الضوء وكلّ من المواد الآتية: Cl₂ , KOH , PCC ,CH₂Cl₂ , HCl

 الحلّ:
يتفاعل الميثان CH₄ مع الكلور Cl₂ ، بوجود الضوء لتكوين كلوروميثان CH₃Cl ؛

كما في المعادلة الآتية:                                    CH₄ + Cl_{2  $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$}   CH₃Cl + HCl
ثم يتفاعل كلوروميثان CH₃Cl ، مع القاعدة KOH ، لتكوين الميثانول CH₃OH ،

كما في المعادلة الآتية:                                   CH₃Cl + KOH  $\to$  CH₃OH + KCl
يتأكسد الميثانول CH₃OH ، باستخدام العامل المؤكسد PCC ، وبوجود CH₂Cl₂ ، وينتج الميثانال؛

كما في المعادلة الآتية:                               $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to } \mathrm{H}-\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H} \\ \mathrm{الميثانول} \mathrm{الميثانال} \end{gathered}$$

مثال(12):أكتب معادلات كيميائية تبيّن تحضير البروبانون${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3$ باستخدام البروبين CH₃CH=CH₂ ،  والمواد غير العضوية الآتية: H₂SO₄ , H₂O , K₂Cr₂O₇

الحلّ:
يُحضّر البروبانون من أكسدة 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃، وهو كحول ثانويّ يمكن الحصول عليه من إضافة الماء إلى البروبين CH₃CH=CH₂ ، والمعادلات الآتية توضح ذلك:

أولاً يضاف الماء إلى البروبين بوجود حمض H₂SO₄ ؛ فينتج 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃

كما في المعادلة الآتية:                            

               $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{بروبين} \mathrm{بروبانول} -2 \end{gathered}$$

ثم يتأكسد 2- بروبانول باستخدام العامل المؤكسد K₂Cr₂O₇ ، بإضافة قطرات من الحمض؛ نتج البروبانون كما في المعادلة الآتية:       

        ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{ \mathrm{OH} }{| } }{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3$

الربط بالصحة: الكشف عن الكيتون في البول يعدّ ارتفاع مستويات الكيتون في البول أو ما يعرف بالحماض الكيتوني السكري - Diabetic Ketoacidosis -  أول مؤشرات الإصابة بمرض السكري غير المكتشف، كما يعدّ أحد مضاعفات مرض السكري عند المصابين. يجري الكشف عن الكيتون في البول باستخدام اختبار روثيرا، الذي يكشف عن وجود البروبانون (الأسيتون) في البول، إذ يحول لون البول إلى اللون الأحمر.

إجابة سؤال أتحقَّق: أصمّم مخططًا يبين صيغ المركبات العضوية الناتجة من سلسلة التفاعلات الكيميائية التي تجري لتحضير البيوتانون ؛CH₃COCH₂CH₃ من

1- كلورو بيوتان CH₃CH₂CH₂CH₂Cl ،باستخدام مصدر حرارة والمواد الآتية:

     KOH , K₂Cr₂O₇ , H₂SO₄ , H₂O

الحل:يحضر البيوتانون (كيتون) من أكسدة كحول ثانوي، لذلك نحضر الكحول الثانوي ثم نؤكسده كما يلي:

 _{$$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_2\mathrm{Cl} +\mathrm{KOH}\to {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \underset{∆}{\overset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4/\mathrm{مركز}}{\to }} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_2 \\ {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_2 \underset{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\overset{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}{\to }}{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to } {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 \end{gathered}$$}

تحضير الكحولات Preparation of Alcohols
تعد الكحولات من أشهر المركبات العضوية، ولها أهمية كبيرة في الكيمياء العضوية؛ ويمكن تحضيرها من عدد من المركبات العضوية أنظر الشكل (22).

يعدُّ كل من الميثانول CH₃OH ، والإيثانول CH₃CH₂OH ، أبسط أنواع الكحولات، ولهما أهمية في الصناعات المختلفة، لذلك يجري تحضيرهما صناعيًّا بكميات تجارية.

يُحضّر الميثانول صناعيًّا عن طريق هدرجة غاز أول أكسيد الكربون CO ، عند درجة حرارة $400°\mathrm{C}$ ، بوجود أكسيد الخارصين ZnO، أو أكسيد الكروم Cr₂O₃ بوصفها عوامل مساعدة؛ كما في المعادلة الآتية:

                                                                    ${\mathrm{CO}}_{\left(\mathrm{g}\right)} + 2{\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{g}\right)} \underset{400°\mathrm{C}}{\overset{\mathrm{ZnO}/{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_3}{\to }} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{OH}}_{\left(\mathrm{g}\right)}$

يُحضّر الإيثانول صناعيًا؛ من تخمير الجلوكوز الموجود في الذرة، أو العنب، أو الشعير،

باستخدام أنزيمات الخميرة، كما في المعادلة الآتية:

                                                         C₆H₁₂O_{6    $\stackrel{\mathrm{الخميرة}}{\to }$}  2CH₃CH₂OH + 2CO₂

تحضير الكحولات من الألكينات Preparation of Alcohols from Alkenes
يُحضّر الكحول بإضافة الماء إلى الألكين؛ بوجود عامل مساعد مثل حمض الكبريتيك H₂SO₄ ، أو حمض الفسفوريك H₃PO₄. والأمثلة الآتية توضح ذلك:

مثال(13): يحضر 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃ ، باستخدام البروبين CH₃CH=CH₂ ، والماء، وحمض الفسفوريك ؛H₃PO₄ ،اكتب معادلة التفاعل الحاصل. 

                الحل:                                                                                            ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_2 +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\stackrel{{\mathrm{H}}_3{\mathrm{PO}}_4}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$

 

إجابة سؤال أتحقَّق:  أكتب معادلة تحضير 2- بيوتانول CH₃CH₂CHOHCH₃ ؛

من تفاعل 1-بيوتين CH₃CH₂CH=CH₂ مع الماء، بوجود حمض الكبريتيكH₂SO₄

  الحلّ:                    ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_2+ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{ \mathrm{OH}}{ |}}{{\mathrm{CH}}_2\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$

 

تحضير الكحولات من هاليدات الألكيل Preparation of Alcohols from Alkyl Halides
يُحضر الكحول الأولي من تفاعل هاليد الألكيل الأولي مع هيدروكسيد الصوديوم NaOH ؛ أو هيدروكسيد البوتاسيوم KOH.

مثال(14):أكتب معادلة كيميائية تبين ناتج تفاعل 1-برومو بروبان CH₃CH₂CH₂Br 

               مع محلول هيدروكسيد الصوديوم NaOH.
الحلّ:
                                       CH₃CH₂CH₂Br + NaOH  $\to$ CH₃CH₂CH₂OH + NaBr
ويمكن كتابة المعادلة على النحو الآتي:
                                              ^-CH₃CH₂CH₂Br + OH^- $\to$ CH₃CH₂CH₂OH + Br

إجابة سؤال أتحقَّق: أكتب معادلات كيميائية تُبيّن تحضير الإيثانول CH₃CH₂OH ، إذا توافر لديك في المختبر   إيثان CH₃CH₃ ، والكلور Cl₂ ، والضوء، ومحلول هيدروكسيد البوتاسيوم KOH.

  الحلّ:

                                                                                                  CH₃CH₃ + Cl₂   $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$  CH₃CH₂Cl  + HCl                                                                           CH₃CH₂Cl  + KOH   $\to$  CH₃CH₂OH   + KCl             

تحضير الكحولات من الألديهايدات أو الكيتوناتPreparation of Alcohols from Aldehydes or Ketones
يحضر الكحول باختزال الألديهايد أو الكيتون؛ باستخدام عوامل مختزلة، مثل

هيدريد الليثيوم والألمنيوم LiAlH₄، في وسط من الإيثر الجافّ ،  أو بورو هيدريد الصوديوم NaBH₄ مذابا في الايثانول، ثم يضاف إليه محلول مخفف من حمض مثل H₂SO₄، 

إذ يؤدي اختزال الألديهايد إلى إنتاج كحول أولي، بينما يؤدي اختزال الكيتون إلى إنتاج كحول ثانوي.

 

إجابة سؤال أفكر:  يصعب تحضير المركب 2- بروبانول CH₃CHOHCH₃ مباشرة من تفاعل  2- كلورو بروبانCH₃CHClCH₃ .

الاجابة: لأن 2- كلورو بروبان هو هاليد الكيل ثانوي يتفاعل بالحذف بالتسخين مع قاعدة قوية مثل NaOH وينتج عن ذلك الكين ولا ينتج كحولاً.

مثال(15): أكتب معادلة كيميائية تُبيّن تحضير الإيثانول بتفاعل الإيثانال   ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H}$ مع بورو هيدريد   الصوديوم NaBH₄ ، ثم يضاف إليه محلول مخفّف من حمض الكبريتيكH₂SO₄.
الحلّ: يُحضّر الإيثانول باختزال الإيثانال كما في المعادلة الآتية:

                                                          $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H} \underset{2. {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}}{\overset{1. {\mathrm{NaBH}}_4/\mathrm{ايثانول}}{\to }}{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \\ \mathrm{إيثانال} \mathrm{إيثانول} \end{gathered}$$

مثال(16):أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير 2- بروبانول ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$ من البروبانون، 

                باستخدام هيدريد الليثيوم والألمنيوم LiAlH₄ .

 الحلّ: يُحضّر 2- بروبانول باختزال البروبانون كما في المعادلة الآتية:

                                                                      $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 \underset{2. {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}}{\overset{1. {\mathrm{LiAlH}}_4/\mathrm{Et}}{\to }} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{البروبانون} \mathrm{بروبانول}-2 \end{gathered}$$

كما يمكن الحصول على الكحولات صناعيًا باختزال الألديهايد والكيتون أيضاً؛ بإضافة غاز الهيدروجين إلى كلّ منهما بوجود عامل مساعد، مثل النيكل Ni ، عند درجة حرارة $150°\mathrm{C}$، والمعادلتان الآتيتان توضحان اختزال كلّ من الإيثانال والبروبانون: 

                                           $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H} +{\mathrm{H}}_2 \underset{150°\mathrm{C}}{\overset{\mathrm{Ni}}{\to }} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \\ \mathrm{إيثانال} \mathrm{إيثانول} \\ {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 + {\mathrm{H}}_2 \underset{150°\mathrm{C}}{\overset{\mathrm{Ni}}{\to }} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{بروبانون} \mathrm{بروبانول}-2 \end{gathered}$$

إجابة سؤال أتحقَّق: أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير 2- بيوتانول ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$ بتفاعل البيوتانون   ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3$  مع بوروهيدريد الصوديوم NaBH₄.  

الحلّ: يُحضّر 2- بيوتانول باختزال البيوتانون باستخدام NaBH₄ كما في المعادلة الآتية:                           

                                                ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 \underset{2. {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}}{\overset{1.{\mathrm{NaBH}}_4/\mathrm{إيثانول}}{\to }}{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$

تحضير الكحولات من الحموض الكربوكسيلية Preparation of Alcohols from Carboxylic Acids
يُحضّر الكحول الأولي باختزال الحمض الكربوكسيلي؛ باستخدام هيدريد الليثيوم والألمنيوم LiAlH₄ ، المذاب في الايثر الجاف حيث يُختزل الحمض الكربوكسيلي وينتج الكحول الأولي.

مثال(17): أكتب معادلة كيميائية لتحضير الإيثانول CH₃CH₂OH ، من حمض الإيثانويك CH₃COOH ؛ باستخدام هيدريد الليثيوم والألمنيوم LiAlH₄.

الحلّ:
يُحضّر الإيثانول CH₃CH₂OH ، باختزال حمض الإيثانويك CH₃COOH ،في وسط جاف من الإيثر، ثم إضافة قطرات من محلول حمض مُخفّف، كما في المعادلة الآتية:

                                                            $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{OH} \underset{2. {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}}{\overset{1. {\mathrm{LiALH}}_4/\mathrm{Et}}{\to }} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \\ \mathrm{الإيثانويك} \mathrm{حمض} \mathrm{الإيثانول} \end{gathered}$$

إجابة سؤال أتحقَّق: أكتب معادلة كيميائية تبين تحضير 1- بروبانول CH₃CH₂CH₂OH، من حمض البروبانويك  CH₃CH₂COOH بوجود هيدريد الليثيوم والألمنيوم LiAlH₄ ، والإيثر وحمض H₂SO₄ المخفّف.

الحلّ:                 ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{OH} \underset{2. {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}}{\overset{1. {\mathrm{LiALH}}_4/\mathrm{Et}}{\to }}{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}$ 

تحضير الكحولات من الاسترات Preparation of Alcohols from Esters
يتفكّك الإستر عند تسخينه مع محلول قاعدة قوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم NaOH ؛ وينتج الكحول وملح الحمض الكربوكسيلي.

مثال (18) : أكتب معادلة كيميائية لتحضير الإيثانول CH₃CH₂OH بتسخين إيثانوات الإيثيل  ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-{\mathrm{OCH}}_2{\mathrm{CH}}_3$   مع محلول هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الحلّ: $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 + \mathrm{NaOH} \stackrel{∆}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{ONa} + {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \\ \mathrm{الإيثيل} \mathrm{إيثانوات} \mathrm{الصوديوم} \mathrm{إيثانوات} \mathrm{الإيثانول} \end{gathered}$$

إجابة سؤال أتحقَّق: أكتب معادلات كيميائية تُبيّن تحضير الميثانول بتسخين إستر إيثانوات الميثيل CH₃COOCH₃ ، مع هيدروكسيد الصوديوم NaOH.

الحلّ:                                       

            $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{OCH}}_3 + \mathrm{NaOH} \stackrel{∆}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{ONa} + {\mathrm{CH}}_3\mathrm{OH} \\ \mathrm{الميثانول} \end{gathered}$$

تحضير الكحولات باستخدام مركبات غرينارد Preparation of Alcohols from Grinard’s Compounds
ما أهمية مركب غرينارد؟ وكيف تحضر الكحولات باستخدام مركب غرينارد؟

 عرفت سابقا ان مركب غرينارد RMgX ينتج من تفاعل هاليد ألكيل RX، مع المغنيسيوم بوجود الإيثر الجاف.

تتفاعل مركبات غرينارد RMgX ، مع كلٍّ من الألديهايد RCHO ، والكيتونRCOR ؛ وينتج الكحول ROH ، وتعدّ هذه التفاعلات من أشهر الطرائق المتّبعة في تحضير الكحولات،

ويكون عدد ذرات الكربون في الكحول الناتج يساوي مجموع عدد ذرات الكربون في كلٍّ من مركب غرينارد والألديهايد أو الكيتون. يعتمد نوع الكحول الناتج على نوع الألديهايد أو الكيتون المتفاعل،  ويبيّن الشكل(23) مخطّطًا عامًّا

لنواتج تفاعلات الألديهايد أو الكيتون مع مركب غرينارد.

مثال(19): 

أكتب معادلات كيميائية تبين تحضير 1-بروبانول CH₃CH₂CH₂OH ، من تفاعل الميثانال CH₂O ، مع إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl.
الحلّ:
المركب CH₃CH₂CH₂OH هو كحول أوليّ؛ عدد ذرات الكربون فيه يساوي مجموع عدد ذرات الكربون في كلّ من مركب غرينارد CH₃CH₂MgCl ، حيث عدد ذرات الكربون فيه يساوي 2، والميثانال وعدد ذرات الكربون فيه يساوي 1، وبهذا يمكن تحضير 1- بروبانول CH₃CH₂CH₂OH ؛ بإضافة مركب غرينارد ،CH₃CH₂MgCl إلى الميثانال CH₂O ؛

وينتج المركب الوسطي كما في المعادلة الآتية:

                           $$\begin{gathered} {\stackrel{\stackrel{\mathrm{O} }{\left|\right| }}{ \mathrm{CH}}}_2 + {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{MgCl} \to \stackrel{\stackrel{\mathrm{OMgCl}}{| }}{{\mathrm{CH}}_2}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{الميثانال} \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \mathrm{ايثيل} \mathrm{الوسطي} \mathrm{المركب} \end{gathered}$$

يتفاعل المركب الوسطي الناتج في المعادلة السابقة مع حمض قوي مثل HCl ؛

وينتج الكحول 1- بروبانول؛ كما في المعادلة الآتية:

                                                                                   $$\begin{gathered} \stackrel{\stackrel{\mathrm{OMgCl}}{| }}{{\mathrm{CH}}_2}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 + \mathrm{HCl} \to \stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{{\mathrm{CH}}_2}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 + {\mathrm{MgCl}}_2 \\ \mathrm{الوسطي} \mathrm{المركب} \mathrm{بروبانول}-1 \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \end{gathered}$$

مثال (20): أكتب معادلات كيميائية تبين تحضير 2-بيوتانول${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3$ من تفاعل  إيثيل كلوريد المغنيسيوم ،CH₃CH₂MgCl مع الإيثانال CH₃CHO.

الحلّ:
المركبCH₃CHOHCH₂CH₃ ، هو كحول ثانوي يتكون من أربع ذرات كربون، وتساوي مجموع عدد ذرات الكربون في مركب غرينارد والإيثانال، أي أن اثنتين منها مصدرهما إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl، والأخريين مصدرهما الإيثانال CH₃CHO .

وبذلك يُحضّر المركب 2- بيوتانول ؛CH₃CHOHCH₂CH₃ بإضافة إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂M Cl ، إلى الإيثانال CH₃CHO ؛ وينتج المركب الوسطي كما في المعادلة الآتية:

                                             $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O} }{\left|\right| }}{\mathrm{CH} }+ {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{MgCl} \to {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{ \mathrm{OMgCl}}{| }}{\mathrm{C} \mathrm{H}}} \\ \mathrm{الإيثانال} \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \mathrm{ايثيل} \mathrm{الوسطي} \mathrm{المركب} \end{gathered}$$

يتفاعل المركب الوسطي الناتج في المعادلة السابقة مع حمض قوي مثل HCl ،

وينتج 2- بيوتانول؛ كما في المعادلة الآتية:

                                                      $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{ \mathrm{OMgCl} }{| }}{\mathrm{CH} }} + \mathrm{HCl} \to {\mathrm{CH}}_3 \underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 }{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH} }} + {\mathrm{MgCl}}_2 \\ \mathrm{الوسطي} \mathrm{المركب} \mathrm{بيوتانول}-2 \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \end{gathered}$$

مثال (21): الكحول 2- ميثيل - 2- بيوتانول${\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{C} }}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3$ ؛يتكون من خمس ذرات كربون حضّر من تفاعل إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl ، مع البروبانون CH₃COCH₃ . أكتب معادلات كيميائية توضح ذلك.

الحل:

   المركب${\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ \mathrm{CH}3}{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{C} }}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3$  كحول ثالثي يتكون من خمس ذرات كربون، تساوي مجموع عدد ذرات الكربون في إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl، والبروبانون CH₃COCH₃ ، حيث يضاف إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl ، إلى البروبانون CH₃COCH₃ ، وينتج مركب وسطي، كما في المعادلة الآتية:

                                         $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{CH}}_3 + {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{MgCl} \to {\mathrm{CH}}_3 \underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{OMgCl}}{| }}{\mathrm{C} }}{\mathrm{CH}}_3 \\ \mathrm{البروبانون} \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \mathrm{ايثيل} \mathrm{الوسطي} \mathrm{المركب} \end{gathered}$$

يتفاعل المركب الوسطي الناتج في المعادلة السابقة مع حمض قوي مثل HCl ، وينتج الكحول المطلوب، كما في المعادلة الآتية+

مثال(22): أكتب معادلات كيميائية توضح تحضير 2- بيوتانول CH₃CHOHCH₂CH₃ ، في المختبر  إذا توافر الإيثين CH₂=CH₂، و PCC/CH₂Cl₂ والمواد الآتية:

     Mg , HCl , H₂SO₄ , H₂O.

الحل:

الكحول المطلوب تحضيره 2- بيوتانول هو كحول ثانوي، ويتكون من أربع ذرات كربون؛

أي ضعف عدد ذرات الكربون في الإيثين. ولتحضيره أستخدم مركب غرينارد؛ وألديهايدًا، ويكون عدد ذرات الكربون فيهما يساوي أربع ذرات؛ لذا أستخدم مركب غرينارد وألديهايدًا يتكون كلّ منهما من ذرتي كربون. أقسم الكمية المتوافرة من الإيثين إلى قسمين؛

أستخدم أحدهما لتحضير الألديهايد (الإيثانال)،

وأستخدم القسم الآخر لتحضير مركب غرينارد (إيثيل كلوريد المغنيسيوم) CH₃CH₂MgCl.
يمكن الحصول على الإيثانال من أكسدة كحول أولي؛ ولذلك أضيف الماء إلى الإيثين بوجود حمض الكبريتيك H₂SO4 ، للحصول على الإيثانول كما يأتي:

                                         CH₂=CH₂   +  H₂O/ H₂SO₄ $\to$  CH₃CH₂OH (الإيثانول)

أجري أكسدة الإيثانول باستخدام كلورو كرومات البيريدينيوم المذاب في ثنائي كلوروميثان PCC\CH₂Cl₂ للحصول على الإيثانال كما يأتي:

                                                    $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}-\mathrm{H} \\ \mathrm{الايثانول} \mathrm{الايثانال} \end{gathered}$$

أحضر مركب غرينارد (إيثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl)، من تفاعل هاليد الألكيل مع المغنيسيوم؛ بوجود الإيثر الجاف؛ولذلك أحضر هاليد الألكيل(كلورو إيثان CH₃CH₂Cl )؛ بإضافة حمض الهيدروكلوريك HCl ، إلى الإيثين، ثم أفاعل كلورو إيثان الناتج مع المغنيسيوم بوجود الإيثر، وينتج ايثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃CH₂MgCl ؛    كما يأتي:

                                 CH₂=CH₂   +  HCl $\to$  CH₃CH₂Cl

                                 CH₃CH₂Cl  +  Mg $\stackrel{\mathrm{Et}}{\to }$   CH₃CH₂MgCl

أضيف مركب غرينارد الناتج إلى الإيثانال، وينتج المركب الوسطي الذي يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين الكحول المطلوب، كما يأتي:

$$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} + {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{MgCl} \to {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 }{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{OMgCl} }{| }}{\mathrm{CH} }}\stackrel{\mathrm{HCl}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{ {\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_{3 }}{| }}{\overset{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH} }}+ {\mathrm{MgCl}}_2 \\ \mathrm{الايثانال} \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \mathrm{ايثيل} \mathrm{الوسطي} \mathrm{المركب} \mathrm{بيوتانول}-2 \end{gathered}$$

مثال(23): أكتب المعادلات الكيميائية التي توضح كيفية تحضير الإيثانول CH₃CH₂OH ؛ من الميثان CH₄ باستخدام الضوء، والمواد الآتية: الإيثر، PCC/CH₂Cl₂ , HBr , NaOH , Mg , Br₂.

الحلّ:
المركب المطلوب تحضيره هو الإيثانول CH₃CH₂OH ، هو كحول أولي، وعدد ذرات الكربون فيه أكبر من الميثان، ولا يمكن أن ينتج إلا بتفاعل الميثانال مع مركب غرينارد؛ ولتحضيره

أُحضّر مركب غرينارد أولً، ثم أُحضّر الميثانال، وأفاعلهما معًا كي أحصل على الإيثانول.
يتفاعل الميثان مع الهالوجين؛ مثل البروم بالاستبدال لتكوين هاليد الألكيل كما في المعادلة:

                                                                           $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_4 + {\mathrm{Br}}_2 \stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br} + \mathrm{HBr} \\ \mathrm{بروموميثان} \end{gathered}$$

أقسم المركب برومو ميثان CH₃Br الناتج إلى قسمين؛

أستخدم أحدهما لتحضير مركب غرينارد ميثيل بروميد المغنيسيوم CH₃MgBr ، كما يأتي:

                                    $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br} + \mathrm{Mg} \stackrel{\mathrm{Et}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\mathrm{MgBr} \\ \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{بروميد} \mathrm{ميثيل} \end{gathered}$$

أستخدم القسم المتبقي من برومو ميثان CH₃Br ، لتحضير الميثانال CH₂O ،

حيث يتفاعل CH₃Br مع NaOH، وينتج الميثانول CH₃OH ، كما يأتي:

                                                    CH₃Br +  NaOH  $\to$  CH₃OH  +  NaBr

وبعدها أجري أكسدة الميثانول؛ باستخدام كلورو كرومات البيريدينيوم PCC\CH₂Cl₂ ، لتكوين الميثانال كما يأتي:

                                     $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to } \mathrm{H}\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} \\ \mathrm{الميثانول} \mathrm{الميثانال} \end{gathered}$$

ثم أضيف ميثيل بروميد المغنيسيوم إلى الميثانال؛ فينتج المركب الوسطي ثم أفاعله مع حمض HBr ، فيتكون كحول الإيثانول المطلوب؛ كما في المعادلات الآتية:

                  $$\begin{gathered} \mathrm{H}\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} + {\mathrm{CH}}_3\mathrm{MgBr} \to \mathrm{H}\underset{\underset{{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{\stackrel{ \mathrm{OMgBr}}{| }}{\mathrm{C} }}\mathrm{H} \stackrel{\mathrm{HBr}}{\to } \stackrel{\stackrel{ \mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{C}}{\mathrm{H}}_2{\mathrm{CH}}_3 + {\mathrm{MgBr}}_2 \\ \mathrm{الميثانال} \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{بروميد} \mathrm{ميثيل} \mathrm{وسطي} \mathrm{مركب} \mathrm{الايثانول} \end{gathered}$$  

مثال(24): 

أكتب المعادلات التي تبين تحضير 2-بروبانول ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH} }{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$من:الميثانCH₄ والإيثينCH₂=CH₂ ، وباستخدام الضوء، والمواد الآتية: الماء، الإيثر، PCC/CH₂Cl₂ , H₂SO₄ , Mg , Cl₂.

الحلّ:
الكحول المراد تحضيره 2- بروبانول هو كحول ثانوي، وعدد ذرات الكربون فيه أكبر من عددها في أيّ من المركبين العضويين المتوافرين، ويساوي مجموع عددها في كلّ من المركّبين، ولتحضير هذا المركب؛ نستخدم طريقة غرينارد، حيث يجري تحضير ألديهايد ومركب غرينارد أولاً، ثم تجري مفاعلتهما معًا.

ولمّا كان الكحول المطلوب ثانويًا؛ فإنه يلزم لتحضيره ألديهايد عدا الميثانال، ولذلك؛

يستخدم المركب CH₂=CH₂، لتحضير الألديهايد CH₃CHO، ويستخدم المركب CH₄، لتحضير مركب غرينارد ميثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃MgCl ، كما يأتي:

أضيف الماء إلى الإيثين CH₂=CH₂؛ للحصول على كحول الإيثانول CH₃CH₂OH ،

كما في المعادلة الآتية:

                                              ${\mathrm{CH}}_2={\mathrm{CH}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4}{\to } {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}$

ثم تجري أكسدة الإيثانول باستخدام كلورو كرومات البيريدينيوم PCC\CH₂Cl₂ ؛ للحصول على الإيثانال كما يأتي:

                                                         $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \stackrel{\mathrm{PCC}/{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{Cl}}_2}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} \\ \mathrm{الايثانول} \mathrm{الايثانال} \end{gathered}$$

يتفاعل الميثان مع الكلور Cl₂ بالاستبدال؛ فينتج كلورو ميثان CH₃Cl ، كما في المعادلة الآتية:

                               $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_4 + {\mathrm{Cl}}_2 \stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\mathrm{Cl} + \mathrm{HCl} \\ \mathrm{الميثان} \mathrm{ميثان} \mathrm{كلورو} \end{gathered}$$

يتفاعل كلوروميثان CH₃Cl ، مع المغنيسيوم Mg ؛ بوجود الإيثر للحصول على مركب غرينارد (ميثيل كلوريد المغنيسيوم) كما في المعادلة الآتية:

                                                                         ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{Cl} + \mathrm{Mg} \stackrel{\mathrm{Et}}{\to }{\mathrm{CH}}_3\mathrm{MgCl}$

أضيف ميثيل كلوريد المغنيسيوم CH₃MgCl الى الإيثانال CH₃CHO ؛ فينتج المركب الوسطي ثم أفاعله مع الحمض HCl ، فيتكون 2- بروبانول، كما في المعادلات الآتية:

$$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} + {\mathrm{CH}}_3\mathrm{MgCl} \to {\mathrm{CH}}_3\underset{ {\mathrm{CH}}_3}{\overset{\stackrel{ \mathrm{OMgCl}}{| }}{\underset{| }{\mathrm{C} }}}\mathrm{H} \stackrel{\mathrm{HCl}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{HCH}}_3 + {\mathrm{MgCl}}_2 \\ \mathrm{ايثانال} \mathrm{المغنيسيوم} \mathrm{كلوريد} \mathrm{ميثيل} \mathrm{وسطي} \mathrm{مركب} \mathrm{بروبانول}-2 \end{gathered}$$

إجابة سؤال أتحقَّق:أكتب صيغ المركبات العضوية , A, B, C, D, E الناتجة من سلسلة
التفاعلات المبيّنة في المخطط الآتي:

          

 الحلّ:

                   $$\begin{gathered} \mathrm{A}: {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{Cl} \mathrm{B}:{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{MgCl} \mathrm{C}: {\mathrm{CH}}_3\mathrm{CH}={\mathrm{CH}}_2 \\ \mathrm{D}: {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \mathrm{E}: {\mathrm{CH}}_3\underset{\underset{{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\overset{ \stackrel{ \mathrm{OMgCl}}{| }}{\mathrm{C} }}{\mathrm{CH}}_2{\mathrm{CH}}_3 \end{gathered}$$

 

تحضير الايثرات Preparation of Ethers
ما اهم الايثرات؟ وكيف يمكن تحضيرها؟ 

يُحضر العديد من الإيثرات صناعيًا؛ ومن أهمها ثنائي إيثيل إيثر ،CH₃CH₂OCH₂CH₃
حيث يستخدم مذيبًا عضويًا في كثير من التفاعلات، ويُحضّر صناعياً بتسخين
الإيثانول CH₃CH₂OH ، مع حمض الكبريتيك المركز H₂SO₄ ، إلى درجة حرارة تصل$140°\mathrm{C}$، والمعادلة الآتية توضح ذلك:

                           2CH₃CH₂OH  $\stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4/140°\mathrm{C}}{\to }$  CH₃CH₂OCH₂CH₃

أما في المختبر؛ فتُحضّر الإيثرات بشكل أساسي بتفاعل هاليد الألكيل الأولي RX ، مع مركبات ألكوكسيد، مثل ألكوكسيد الصوديوم R-ONa ، حيث يحلّ أيون الألكوكسيد ^-RO ، محلّ أيون الهالوجين.

مثال(25): أكتب معادلات كيميائية توضّح تحضير ثنائي ميثل إيثر CH₃-O-CH₃ ؛ في المختبر من الميثان CH₄ ، مستخدمًا الضوء والمواد الآتية: NaOH , Br₂ ,Na

 الحلّ:

ثنائي ميثل إيثر CH₃-O-CH₃ ، المراد تحضيره يتكون من مجموعتين ألكيل متماثلتين CH₃ ، على جانبي ذرة الأكسجين، تتكون كلّ منهما من ذرة كربون واحدة، يكون مصدر إحداهما هاليد الألكيل بروموميثان ،CH₃Br ومصدر الأخرى أيون الميثوكسيد ^-CH₃O ،

لذلك أستخدم الميثان لتحضير بروموميثان CH₃Br كما يأتي:

                                                            CH₄ + Br₂  $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$    CH₃Br    +     HBr

              ^{بروموميثان                      الميثان}                         

أقسم المركب بروموميثان إلى قسمين

أحتفظ بأحدهما، وأستخدم القسم الآخر لتحضير أيون الميثوكسيد، 

حيث أفاعل بروموميثان مع هيدروكسيد الصوديوم؛ فينتج الميثانول CH₃OH ، كما يأتي:   

                                                                     CH₃Br    +     NaOH   $\to$    CH₃OH   + NaBr 

                                            ^{الميثانول                                بروموميثان}                

ثم أفاعل الميثانول CH₃OH ، مع الصوديوم Na ، فينتج ميثوكسيد الصوديوم CH₃ONa

كما في المعادلة الآتية: 

                                                    CH₃OH   + Na  $\to$   CH₃ONa  +  1/2 H₂ 

وبعدها أفاعل بروموميثان CH₃Br مع ميثوكسيد الصوديوم CH₃ONa، الذي يتأين وينتج أيون ^-CH₃O، الذي يحلّ محل ذرة الهالوجين Br، في بروموميثان، وينتج ثنائي ميثيل ايثر CH₃-O-CH₃؛ كما في المعادلة الآتية:

                      CH₃Br    +     CH₃O^-  $\to$  CH₃-O-CH₃    + Br^-

مثال(25): أكتب معادلات كيميائية توضّح تحضير إيثيل ميثل ايثر CH₃CH₂-O-CH₃، إذا توافر في المختبر الميثان CH₄ والإيثين CH₂=CH₂؛مستخدمًا الضوء ، والمواد الآتية:NaOH,HCl,Cl₂,Na
الحلّ:

الإيثر المراد تحضيره هو إيثيل ميثل ايثر CH₃CH₂-O-CH₃،ويتكون من مجموعتي ألكيل مختلفتين إحداهما CH₃ والأخرى CH₃CH₂، ولذلك أستخدم أحد المركّبين العضويين لتحضير هاليد الألكيل RX ، ويستخدم الآخر لتحضير مركب الألكوكسيد RONa ،

ولذلك أضيف HCl إلى الإيثين CH₂=CH₂ ؛ فينتج كلورو ايثان CH₃CH₂Cl، كما في المعادلة الآتية:

                        CH₂=CH₂  + HCl $\to$  CH₃CH₂Cl     

ثم أستخدم الميثان CH₄، لتحضير الألكوكسيد CH₃ONa،

حيث يتفاعل الميثان مع الكلور Cl₂، بوجود الضوء بتفاعل الاستبدال، وينتج كلورو ميثان CH₃Cl؛ كما في المعادلات الآتية:           CH₄+ Cl₂  $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$ CH₃Cl   +  HCl

ثم أفاعل كلورو ميثان CH₃Cl، مع هيدروكسيد الصوديوم NaOH؛ فينتج الميثانول CH₃OH ، كما يأتي:                        CH₃Cl   +  NaOH $\to$  CH₃OH   + NaCl

بعد ذلك؛ أفاعل الميثانول CH₃OH، مع الصوديوم Na؛ فينتج ميثوكسيد الصوديوم CH₃ONa:

                                CH₃OH + Na $\to$  CH₃ONa  + 1/2 H₂   

ثم أفاعل كلورو إيثان CH₃CH₂Cl، مع ميثوكسيد الصوديوم؛ فينتج إيثيل ميثيل إيثر؛ كما في المعادلة الآتية:                               

                                   CH₃CH₂Cl + CH₃ONa  $\to$  CH₃CH₂OCH₃ + NaCl

 

إجابة سؤال أتحقَّق: 

أكتب معادلات كيميائية توضح تحضير الإيثر ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{O}-\stackrel{\stackrel{{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$،إذا توافر في المختبر

1- كلورو بروبانCH₃CH₂CH₂Cl، والإيثين CH₂=CH₂، والمواد الآتية: NaOH , HCl , Na, H₃PO₄, H₂O

الحلّ: 

لتحضي ايثر يلزم توفر هاليد الكيل اولي ومجموعة ألكوكسيد ،والايثر المطلوب تحضيره يتكون من مجموعتي الكيل     ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{O}-\stackrel{\stackrel{{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$

احداهما CH₃CH₂ ومصدرها هاليد الكيل أولي، والاخرى متفرعة مصدرها ألكوكسيد ثانوي، ولذلك نستخدم الإيثين CH₂=CH₂ لتحضير هاليد الكيل أولي ، ونستخدم CH₃CH₂CH₂Cl لتحضير ألكوكسيد ثانوي الذي يحضر من كحول ثانوي، والمعادلات الآتية توضح تحضير الايثر المطلوب:

تحضير هاليد الألكيل:   وذلك باضافة HCl الى الايثين كما يلي:

                            CH₂=CH₂ + HCl  $\to$ CH₃CH₂Cl

تحضير الألكوكسيد:  نحضر كحول ثانوي ثم نحضر منه الألكوكسيد كما يلي:

        CH₃CH₂CH₂Cl + NaOH  $\to$ CH₃CH₂CH₂OH  + NaCl

                 CH₃CH₂CH₂OH $\underset{∆}{\overset{{\mathrm{H}}_3{\mathrm{PO}}_4 \mathrm{مركز}}{\to }}$CH₃CH=CH₂ + H₂O

          CH₃CH=CH₂ + H₂O $\stackrel{{\mathrm{H}}_3{\mathrm{PO}}_4}{\to }{\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3$ 

${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{OH}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 + \mathrm{Na} \to {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{ONa}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 + \frac{1}{2} {\mathrm{H}}_2$

تحضير الايثر المطلوب: أفاعل هاليد الالكيل ومركب الكوكسيد الثانوي كما يلي:

        ${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{Cl} + {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{ONa}}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 \to {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{O}-\stackrel{\stackrel{{\mathrm{CH}}_3}{| }}{\mathrm{CH}}{\mathrm{CH}}_3 + \mathrm{NaCl}$

 

تحضير الحموض الكربوكسيلية Preparation of Carboxylic Acids
يُحضّر حمض الإيثانويك صناعيًّا على نطاق واسع عن طريق  تفاعل الميثانولCH₃OH مع أول أكسيد الكربون CO؛ بوجود عامل مساعد من يود-روديوم (RhI)؛ كما في المعادلة الآتية:

                               CH₃OH  +  CO $\stackrel{\mathrm{RhI}}{\to }$  CH₃COOH

وتُحضّر الحموض الكربوكسيلية في المختبر بطرائق عدة منها:

أكسدة الكحولات الأولية أو أكسدة الألديهايدات باستخدام عوامل مؤكسدة قوية، مثل دايكرومات الصوديوم Na₂Cr₂O₇ ، أو دايكرومات البوتاسيوم K₂Cr₂O₇ في وسط حمضي،
وتحضر ايضاً من التحلل المائي للإستر  وذلك بتفاعل الإستر مع محلول قاعدة
قوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم NaOH أو هيدروكسيد البوتاسيوم KOH ؛ فينتج
الكحول وملح الحمض الكربوكسيلي الذي تجري مفاعلته مع محلول مخفف من
حمض الهيدروكلوريك HCl ؛ فينتج الحمض الكربوكسيلي.

${\mathrm{RCOO}}^{-} + {\mathrm{H}}^{+} \to \mathrm{RCOOH}$

مثال(27): أكتب معادلات كيميائية تبين تحضير حمض الميثانويك HCOOH؛من ميثانوات الإيثيل HCOOCH₂CH₃،باستخدام قاعدة قوية مثل هيدروكسيد الصوديوم NaOH، وحمض HCl.

الحلّ:

يُحضّر الحمض الكربوكسيلي  بتسخين ميثانوات الإيثيل مع محلول القاعدة NaOH ، وينتج الإيثانول وميثانوات الصوديوم؛ كما في المعادلة الآتية:

                              _{$$\begin{gathered} \mathrm{H}\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{OCH}}_2{\mathrm{CH}}_{3 } + \mathrm{NaOH} \stackrel{∆}{\to } \mathrm{H}\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{ONa} + {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \\ \mathrm{الميثيل} \mathrm{ايثانوات} \mathrm{الصوديوم} \mathrm{ميثانوات} \mathrm{الايثانول} \end{gathered}$$}

يُفصل الإيثانول من المحلول بعملية التقطير، ثم يضاف حمض الهيدروكلوريك HCl ، إلى محلول ميثانوات الصوديوم المتبقي؛ فيتفاعل أيون الهيدروجين⁺H مع أيون^-HCOO،

وينتج حمض الميثانويك HCOOH ، كما في المعادلة الآتية:

                                                  $$\begin{gathered} \mathrm{H}\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{O}}^{-} + {\mathrm{H}}^{+} \to \mathrm{H}\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{OH} \\ \mathrm{الميثانويك}\mathrm{حمض} \end{gathered}$$

 

مثال (28):أكتب معادلات كيميائية تبين أكسدة البروبانال CH₃CH₂CHO للحصول
                 على حمض البروبانويك CH₃CH₂COOH.

الحلّ:

يُحضّر حمض البروبانويك CH₃CH₂COOH ؛ بأكسدة البروبانال CH₃CH₂CHO ، باستخدام دايكرومات البوتاسيوم K₂Cr₂O₇ ، في وسط حمضي (⁺H)، كما في المعادلة الآتية:

                                     $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} \stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to } {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{OH} \\ \mathrm{البروبانال} \mathrm{البروبانويك} \mathrm{حمض} \end{gathered}$$   

 

إجابة سؤال أتحقَّق: أكتب معادلات كيميائية تبيّن تحضير حمض الميثانويك HCOOH
مخبريًا؛ من الميثان CH₄ ، مستخدمًا الضوء، والمواد الآتية: NaOH , K₂Cr₂O₇ , HCl , Cl₂

الحلّ: يحضر الحمض الكربوكسيلي بأكسدة كحول أولي باستخدام K₂Cr₂O₇ بوسط حمضي، 

لذلك نحضر من الميثان كحول أولي ثم نؤكسده باستخدام K₂Cr₂O₇ فينتج الميثانويك كما يلي:

                CH₄  + Cl₂  $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$  CH₃Cl + HCl 

               CH₃Cl + NaOH  $\to$  CH₃OH + NaCl

               CH₃OH   $\stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to }$    HCOOH 

تحضير الإسترات Preparation of Esters

تستخدم عملية الأسترة في تحضير الكثير من المركبات العضوية ذات الأهمية الكبرى

في حياتنا؛ مثل الأسبرين ومضافات لتحسين الوقود، ومُنكّهاتٍ غذائيةً، وفي صناعة النسيج، وتستخدم في صناعة الصابون، والمنظّفات، وغيرها.
يُحضّر الإستر في المختبر بطرائق عدة؛ منها تفاعل الحمض الكربوكسيلي مع الكحول 

في وسط حمضي (محلول حمض الكبريتيك H₂SO₄ )، وذلك في ما يعرف بعملية الأسترة وهي العملية الأكثر شيوعًا صناعيًّا.

مثال(29):أكتب معادلات كيميائية توضح تحضير إيثانوات الميثيل CH₃COOCH₃، في المختبر إذا توافر CH₄ , CH₃CH₂Br والضوء والمواد الآتية: K₂Cr₂O₇ , KOH , H₂SO₄ , Br₂

الحلّ:

المركب CH₃COOCH₃؛هو إستر ينتج من تفاعل حمض كربوكسيلي مع كحول في وسط حمضي، وبالتدقيق في صيغته؛يمكن تحديد الجزء المشتق من الحمض والجزء المشتق من الكحول

كما يأتي:                                $$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O} }{\left|\right| }}{ \mathrm{C} ⋰ {\mathrm{OCH}}_3} \\ \mathrm{الحمض} \mathrm{من} ⋰ \mathrm{الكحول} \mathrm{من} \end{gathered}$$

ألاحظ أن الجزء المشتق من الحمض يتكون من ذرتي كربون؛ولذلك

أستخدم المركبCH₃CH₂Br ، لتحضير الحمض الكربوكسيلي CH₃COOH ،بينما يتكون

الجزء المشتق من الكحول من ذرة كربون واحدة؛ فأستخدم المركبCH₄، لتحضير الكحول، والمعادلات الآتية توضح ذلك:

أفاعل برومو إيثانCH₃CH₂Br، مع هيدروكسيد البوتاسيوم KOH، فينتج الإيثانول CH₃CH₂OH، كما في المعادلة الآتية:           CH₃CH₂Br + KOH$\to$ CH₃CH₂OH + KBr

ثم تجري أكسدة الإيثانول CH₃CH₂OH،باستخدام  K₂Cr₂O₇، بوسط حمضي،
وينتج حمض الإيثانويك CH₃COOH ، كما في المعادلة الآتية:    

                        CH₃CH₂OH     $\stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to }$   CH₃COOH

ثم يجري تحضير الميثانول CH₃OH، من الميثان CH₄ كما يأتي:
أفاعل الميثان CH₄، مع البروم بوجود الضوء؛ فينتج بروموميثان CH₃Br، كما يأتي:

                              CH₄ + Br₂  $\stackrel{\mathrm{الضوء}}{\to }$  CH₃Br + HBr 

ثم أفاعل برومو ميثان CH₃Br، مع هيدروكسيد البوتاسيوم KOH؛ فينتج الميثانول CH₃OH، كما في المعادلة الآتية:                         CH₃Br + KOH  $\to$   CH₃OH + KBr

بعدها أفاعل الميثانول CH₃OH، مع حمض الايثانويك CH₃COOH،في وسط حمضي،

وينتج الإستر CH₃COOCH₃؛ كما في المعادلة الآتية:

                             ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{OH} + {\mathrm{CH}}_3\mathrm{OH} \stackrel{{\mathrm{H}}^{+}}{\rightleftharpoons } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}{\mathrm{OCH}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

إجابة سؤال أتحقَّق: أكتب معادلات كيميائية تبيّن تحضير إيثانوات الإيثيل CH₃COOCH₂CH₃ ؛ بدءًا من الإيثانال CH₃CHO ، وباستخدام المواد الآتية:

Ni, H₂ , H₂SO₄ , K₂Cr₂O₇

الحلّ: يحضر الاستر من تفاعل حمض كربوكسيلي مع كحول، ولذلك نحدد الشق المشتق من الحمض في الاستر وكذلك الشق المشتق من الكحول، كمايلي: 

                                                  CH₃CO \ OCH₂CH₃  

 الجزء المشتق من الكحول  OCH₂CH_{3   ،}     الجزء المشتق من الحمض CH₃CO

كلا الجزئين يتكون من ذرتي كربون ، لذلك نقسم الإيثانال CH₃CHO الى قسمين :

نستخدم أحدهما  لتحضير الحمض الكربوكسيلي، فنؤكسد الايثانال باستحدام K₂Cr₂O₇   في وسط حمضي للحصول على الايثانويك CH₃COOH، كما يلي:

                                                                       ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} \stackrel{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7/{\mathrm{H}}^{+}}{\to } {\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{OH}$

اما الكحول فنحصل عليه من اختزال القسم المتبقي من الايثانال باضافة الهيدروجين،كما يلي:

                                          ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{H} + {\mathrm{H}}_2 \stackrel{\mathrm{Ni}}{\to } {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}$

ثم نفاعل الحمض الكربوكسيلي CH₃COOH مع الكحول CH₃CH₂OH في وسط حمضي فنحصل على الاستر ايثانوات الايثيل كما يلي: 

                             ${\mathrm{CH}}_3\stackrel{\stackrel{\mathrm{O}}{\left|\right|}}{\mathrm{C}}\mathrm{OH} + {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH} \stackrel{{\mathrm{H}}^{+}}{\rightleftharpoons } {\mathrm{CH}}_3 \stackrel{\stackrel{ \mathrm{O} }{\left|\right| }}{\mathrm{C} {\mathrm{OCH}}_2{\mathrm{CH}}_3+ {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}$

 

الإثراءُُ والتوسع: تحضير حمض الفورميك من أكسدة الكتلة الحيوية

يعدّ حمض الفورميك أو حمض الميثانويكHCOOH، من المواد الكيميائية المهمة في صناعات متعددة منها؛صناعة المنسوجات، والأدوية، والمواد الكيميائية الغذائية، وصناعة الجلود، والدباغة، ويستخدم مادةً حافظةً ومضادة للجراثيم في أعلاف الماشية. وكذلك يتوقع أن يصبح حمض الفورميك مصدرا لوقود الهيدروجين؛ إذ يمكن الحصول على حوالي % 100 من الهيدروجين المخزّن فيه لاستخدامه في خلايا الوقود.

ويحضر حمض الفورميك بعدة طرائق؛ وأكثرها شيوعا التحلّل المائي لميثانوات الميثيل، حيث يجري تحضيره صناعيًا بتفاعل أول أكسيد الكربون مع الميثانول مكونًا ميثانوات الميثيل، وبعد ذلك تتحلّل ميثانوات الميثيل في الماء لينتج حمض الميثانويك وكحول الميثانول، ويفصل الحمض، ثم يعاد استخدام الميثانول مرة أخرى لتكوين ميثانوات الميثيل، وهكذا.

أما في الوقت الحاضر؛ فهناك دراسات متعددة تركز على الكتلة الحيوية Biomass ، بوصفها مصدرًا للحصول على حمض الفورميك؛ نظرا لوفرتها وتدني تكلفتها. يطلق مصطلح الكتلة الحيوية على المخلفات العضوية للمحاصيل المختلفة، مثل قشّ القمح، ومخلفات الأخشاب، ونشارة الخشب، ومخلفات الدواجن.

حيث تجري أكسدة الكتلة الحيوية تحت ظروف مختلفة كما في الشكل، فتتحلّل وتتحول إلى حمض الفورميك؛بوجود فوق أكسيد الهيدروجين H₂O₂ ، والأكسجين O₂ ، بوصفهما عاملان مؤكسدان.