تويت
متعددات غول
Polyalcohol - Polyol
متعددات الغول
متعددات الغول أو متعددات الكحول polyalcohols أو البوليولات polyols (البوليولات جمع بوليول) من المركبات العضوية الأكسجينية، التي تضم في بناها الجزيئية أكثر من وظيفة غولية nC-O-H، وتكون سلسلتها الكربونية أليفاتية مفتوحة أو حلقية، مشبعة أو غير مشبعة. وتنتمي إلى مجموعة المركبات العضوية ذات الوظائف المتعددة المتجانسة، وتشتمل على:
1- الديولات (ثنائيات الغول أو الغليكولات): وهي المركبات التي تحتوي على وظيفتين غوليتين مرتبطتين إمـا بذرتين متجاورتين مثـل CH2OH-CH2OH (ويدعى الإيتيلين غليكول أو الإيتان ديول أو ثنائي هدروكسي الإيتان)، أو تفصل بينهما ذرة كـربون SP3 مثل البـروبـان ديـول - 1 ،3 CH2OHCH2CH2OH، أو يفصل بينهما أكثر من ذرة كـربون SP3 مثل البوتان ديـول -1، 4 صيغتـه CH2OHCH2CH2CH2OH، وإن المركبات التي تحمل جزيئاتها زمرتي غول على ذرة كربون واحدة لا تنتمي إلى متعددات الغول.
ينتج الإيتلين غليكول من أكسدة الإيتيلين CH2 = CH2 عبر تشكل أكسيد الإيتيلين الذي يتميه إلى الديول. ويستعمل فوق منغنات البوتاسيوم KMnO4 أو أكسـيد الأسميوم، أو فوق أكاسـيد الحموض R—CO2OH مؤكسداً، وتفيد عمليات الأكسدة هذه في الحصول على مركبات انتقائية من ثنائي هدروكسي حلقي البنتانون (أو ثنائي هدروكسي حلقي الهكسانون) المقرون أو المفروق.
2- التريولات (ثلاثيات الغول أو الغليسيرولات): وأهمها الغليسرول glycerol[ر] (الغليسيرين) CH2OH-CHOH-CH2OH.
3- تبدأ البوليولات polyols عملياً من ضروب التترول tetrols، وأغلبها منتجات طبيعية صيغتها العامة CH2OH- (CHOH)n- CH2OH، حيث n تراوح بين 2 و5 وهي ضروب الإيتول أو الإيتولات itols.
رباعي هدروكسي بوتان (الإريتريتول) صيغته CH2OHCHOHCHOHCH2OH له ثلاثة إيزوميرات (متماكبات)[ر: الكيمياء الفراغية]، وأحد هذه الإيزوميرات لا يحرف الضوء المستقطب وهو الإريتريت erythrite الطبيعي الشائع في بعض النباتات صيغته المفصلة:
ومتخايلان ضوئيان يحضَّران بالاصطناع. الإريتريت له هيئة بلورات بيضاء ذات طعم حلو درجة انصهاره 121-122 ْس ودرجة غليانه 329 ْ-331 ْس، كتلته الحجمية 1.24غ/سم3. ينحل بالماء وينحل قليلاً بالكحول، وهو عديم الانحلال بالإتير.
4- البوليولات الحلقية: وهي صنف مهم من متعددات الغول، منها بنتاهدروكسي سايكلوهكسان cyclohexanepentols، المتوقع أن يكون له 16 متماكباً فراغياً، ولا تعرف جميعها. أما هكساهدروكسي سايكلوهكسان cyclohexanehexols (ضروب الإنُزيتول inositols) التسعة المتوقعة فهي معروفة كلها، وأمكن اصطناعها.
5- تلحَق المركبات التي تحتوي جزيئاتها على عدة وظائف غولية إضافة إلى وظيفة أخرى بالمركبات ذات الوظائف المتعددة غير المتجانسة مثل ضروب الألدول ومنها على سبيل المثال أسيت ألدول CH3CHOHCH2CHO وضروب الكيتولات ومنها على سبيل المثال السكاكر (السكريدات) [ر: السكريات]. والسكاكر هي متعددات غول تجاورية تتصف بخواص كيمياوية تماثل ضروب الديولات -1، 2. لا تنتمي متعددات هدروكسي البنزن إلى متعددات الغول، وتلحَق بضروب الفينول (الفينولات).
الصفات الفيزيائية
تبلغ الكتلة الحجمية لأبسط الديولات (الإيتان ديول، أو الغليكول) 1.113غ/سم3. وهو أكثر لزوجة من البروبانول (المتساوي معه بعدد الإلكترونات)، ودرجة غليانه أعلى منه بكثير (198 ْس، مقابل 127 ْس للبروبانول). ويعزى استعماله مضاداً للتجمد لدرجة حرارة غليانه المرتفعة، إضافة إلى انخفاض درجة تجمده وذوبانيته العالية في الماء ولزوجته، وهو لا يتبلور بسبب لزوجته إلا بصعوبة كبيرة (يصعب على الجزيئات التوجه بشكل ملائم).
يغلي البروبان ديول ـ 1، 2 ذو الكتلة الحجمية 1.040غ/سم3 عند الدرجة 187 ْس، في حين يغلي متماكبه، البروبان ديول ـ 1، 3 ذو الكتلة الحجمية 1.060غ/سم3 عند الدرجة215 ْس. ويغلي الغليسيرين ذو الكتلة الحجمية 1.261غ/سم3 عند الدرجة 290 ْس. وينصهر عند الدرجة 18.6 ْس، ويكون عملياً فوق منصهر في درجات أدنى، ولا يمكن تقطيره تحت الضغط الجوي من دون أن يتفكك. إنه سائل شديد اللزوجة، وطعمه سكري.
لا توجد متعددات الغول بالحالة الغازية في درجة الحرارة العادية وتحت الضغط الجوي. والبوليولات مركبات صلبة، وشديدة الذوبان في الماء، وتتصف بطعم سكري، وقليلة الذوبان في الغول، وغير ذوّابة عملياً في الإيتر أو الفحوم الهدروجينية.
يؤدي وجود أكثر من زمرة هدروكسيل واحدة في متعددات الغول إلى زيادة لزوجتها، وزيادة قابلية ذوبانها في الماء، وارتفاع ملحوظ في درجات غليانها مقارنة بالأغوال القرينة. يُعزى ارتفاع درجة غليان متعددات الغول إلى ازدياد عدد الروابط الهدروجينية ما بين جزيئية intermolecular تتشكل بين جزيئاتها نتيجة استقطاب الرابطة O-H وتولد شحنة جزئية سالبة (δ-) على أكسجين الزمرة الهدروكسيلية وشحنة جزئية موجبة (δ+) على هدروجينها. تؤدي قوى التجاذب بين هدروجين جزيء متعدد الغول وأكسجين جزيء آخر (حامل أيضاً لثنائيتين إلكترونيتين غير رابطتين) إلى ارتباطات تساعد على زيادة التصاق جزيئين أو أكثر بعضها ببعضها الآخر، مما يجعل تبخيرها أصعب.
وهناك عامل آخر يؤثر في الخواص الفيزيائية لمتعددات الغول وهو وجود روابط هدروجينية جزيئية داخلية intramolecular لا تتفكك بالتمديد، إضافة إلى الروابط الهدروجينية ما بين الجزيئية المـلاحظة في الأغـوال البسـيطة. وتتجلى الروابط الهدروجينية لمتعددات الغول في أطياف ما تحت الأحـمر، ففي الطور الغازي أو المحـلول الشـديد التمـديد يبدي الإيتـان ديـول مثلاً خطيـن دقيـقين (عند 3630سم-1 و3590سم-1)، وهما يوافقان اهتزاز الامتطاط الطبيعي لإحدى زمرتي O-H واهتزاز امتطاط الزمرة الأخرى المضطربة بالرابطة الهدروجينية الجزيئية الداخلية intra، وهي لا تتحول بالتمديد إلى عصابة رابطة O-H غير مرتبطة.
الخواص الكيمياوية
تبدي متعددات الغول جميع خواص الأغوال[ر: الغول] التقليدية: انفصام الرابطتين O-H وC-OH، وتفاعل الأكسدة. ويضاف إليها تفاعلات أخرى تنتج من التأثير المتبادل للزمر الغولية لمتعدد الغول أو تحلقه. وتعد متعددات الغول مدخلاً إلى كيمياء المركبات الأكسيجينية الأخرى ذات الوظائف الوحيدة، أو المتعددة، المتجانسة منها وغير المتجانسة. وتستعمل في عدد من الصناعات منها المواد اللدنة والمتفجرات.
تعطي الديولات إسترات ثنائية. وتؤدي أكسدة -α الديولات بحمض فوق اليود HIO4 إلى فصم الرابطة C−C وتعطي مركبين كربونيلين:
باستطاعة -α الديولات أن تعطي مع الحموض الثنائية إسترات حلقية، وتعطي بتفاعلها مع الألدهيدات والكيتونات أسيتالات حلقية. كما يعطي البوتان ديول ـ 1، 3 إسترات حلقية وأسيتالات حلقية.
يستعمل الإيتلين غليكول في صناعة المتفجرات (الإسترات النترية)، ومضاداًَ للتجمد. ويتكاثف مع ترفتالات الميتيل مشكلاً، متعدد إستر، المادة الصناعية المهمة المعروفة باسم نسيج (ليف) الترغال.
تعطي البوليولات مع بلا ماء حمض الخل متعددات الإستر الموافقة. وتتبلمه إلى إيتيرات أوكسيد حلقية:
يحيى القدسي
Polyalcohol - Polyol
متعددات الغول
متعددات الغول أو متعددات الكحول polyalcohols أو البوليولات polyols (البوليولات جمع بوليول) من المركبات العضوية الأكسجينية، التي تضم في بناها الجزيئية أكثر من وظيفة غولية nC-O-H، وتكون سلسلتها الكربونية أليفاتية مفتوحة أو حلقية، مشبعة أو غير مشبعة. وتنتمي إلى مجموعة المركبات العضوية ذات الوظائف المتعددة المتجانسة، وتشتمل على:
1- الديولات (ثنائيات الغول أو الغليكولات): وهي المركبات التي تحتوي على وظيفتين غوليتين مرتبطتين إمـا بذرتين متجاورتين مثـل CH2OH-CH2OH (ويدعى الإيتيلين غليكول أو الإيتان ديول أو ثنائي هدروكسي الإيتان)، أو تفصل بينهما ذرة كـربون SP3 مثل البـروبـان ديـول - 1 ،3 CH2OHCH2CH2OH، أو يفصل بينهما أكثر من ذرة كـربون SP3 مثل البوتان ديـول -1، 4 صيغتـه CH2OHCH2CH2CH2OH، وإن المركبات التي تحمل جزيئاتها زمرتي غول على ذرة كربون واحدة لا تنتمي إلى متعددات الغول.
ينتج الإيتلين غليكول من أكسدة الإيتيلين CH2 = CH2 عبر تشكل أكسيد الإيتيلين الذي يتميه إلى الديول. ويستعمل فوق منغنات البوتاسيوم KMnO4 أو أكسـيد الأسميوم، أو فوق أكاسـيد الحموض R—CO2OH مؤكسداً، وتفيد عمليات الأكسدة هذه في الحصول على مركبات انتقائية من ثنائي هدروكسي حلقي البنتانون (أو ثنائي هدروكسي حلقي الهكسانون) المقرون أو المفروق.
2- التريولات (ثلاثيات الغول أو الغليسيرولات): وأهمها الغليسرول glycerol[ر] (الغليسيرين) CH2OH-CHOH-CH2OH.
3- تبدأ البوليولات polyols عملياً من ضروب التترول tetrols، وأغلبها منتجات طبيعية صيغتها العامة CH2OH- (CHOH)n- CH2OH، حيث n تراوح بين 2 و5 وهي ضروب الإيتول أو الإيتولات itols.
رباعي هدروكسي بوتان (الإريتريتول) صيغته CH2OHCHOHCHOHCH2OH له ثلاثة إيزوميرات (متماكبات)[ر: الكيمياء الفراغية]، وأحد هذه الإيزوميرات لا يحرف الضوء المستقطب وهو الإريتريت erythrite الطبيعي الشائع في بعض النباتات صيغته المفصلة:
ومتخايلان ضوئيان يحضَّران بالاصطناع. الإريتريت له هيئة بلورات بيضاء ذات طعم حلو درجة انصهاره 121-122 ْس ودرجة غليانه 329 ْ-331 ْس، كتلته الحجمية 1.24غ/سم3. ينحل بالماء وينحل قليلاً بالكحول، وهو عديم الانحلال بالإتير.
4- البوليولات الحلقية: وهي صنف مهم من متعددات الغول، منها بنتاهدروكسي سايكلوهكسان cyclohexanepentols، المتوقع أن يكون له 16 متماكباً فراغياً، ولا تعرف جميعها. أما هكساهدروكسي سايكلوهكسان cyclohexanehexols (ضروب الإنُزيتول inositols) التسعة المتوقعة فهي معروفة كلها، وأمكن اصطناعها.
5- تلحَق المركبات التي تحتوي جزيئاتها على عدة وظائف غولية إضافة إلى وظيفة أخرى بالمركبات ذات الوظائف المتعددة غير المتجانسة مثل ضروب الألدول ومنها على سبيل المثال أسيت ألدول CH3CHOHCH2CHO وضروب الكيتولات ومنها على سبيل المثال السكاكر (السكريدات) [ر: السكريات]. والسكاكر هي متعددات غول تجاورية تتصف بخواص كيمياوية تماثل ضروب الديولات -1، 2. لا تنتمي متعددات هدروكسي البنزن إلى متعددات الغول، وتلحَق بضروب الفينول (الفينولات).
الصفات الفيزيائية
تبلغ الكتلة الحجمية لأبسط الديولات (الإيتان ديول، أو الغليكول) 1.113غ/سم3. وهو أكثر لزوجة من البروبانول (المتساوي معه بعدد الإلكترونات)، ودرجة غليانه أعلى منه بكثير (198 ْس، مقابل 127 ْس للبروبانول). ويعزى استعماله مضاداً للتجمد لدرجة حرارة غليانه المرتفعة، إضافة إلى انخفاض درجة تجمده وذوبانيته العالية في الماء ولزوجته، وهو لا يتبلور بسبب لزوجته إلا بصعوبة كبيرة (يصعب على الجزيئات التوجه بشكل ملائم).
يغلي البروبان ديول ـ 1، 2 ذو الكتلة الحجمية 1.040غ/سم3 عند الدرجة 187 ْس، في حين يغلي متماكبه، البروبان ديول ـ 1، 3 ذو الكتلة الحجمية 1.060غ/سم3 عند الدرجة215 ْس. ويغلي الغليسيرين ذو الكتلة الحجمية 1.261غ/سم3 عند الدرجة 290 ْس. وينصهر عند الدرجة 18.6 ْس، ويكون عملياً فوق منصهر في درجات أدنى، ولا يمكن تقطيره تحت الضغط الجوي من دون أن يتفكك. إنه سائل شديد اللزوجة، وطعمه سكري.
لا توجد متعددات الغول بالحالة الغازية في درجة الحرارة العادية وتحت الضغط الجوي. والبوليولات مركبات صلبة، وشديدة الذوبان في الماء، وتتصف بطعم سكري، وقليلة الذوبان في الغول، وغير ذوّابة عملياً في الإيتر أو الفحوم الهدروجينية.
يؤدي وجود أكثر من زمرة هدروكسيل واحدة في متعددات الغول إلى زيادة لزوجتها، وزيادة قابلية ذوبانها في الماء، وارتفاع ملحوظ في درجات غليانها مقارنة بالأغوال القرينة. يُعزى ارتفاع درجة غليان متعددات الغول إلى ازدياد عدد الروابط الهدروجينية ما بين جزيئية intermolecular تتشكل بين جزيئاتها نتيجة استقطاب الرابطة O-H وتولد شحنة جزئية سالبة (δ-) على أكسجين الزمرة الهدروكسيلية وشحنة جزئية موجبة (δ+) على هدروجينها. تؤدي قوى التجاذب بين هدروجين جزيء متعدد الغول وأكسجين جزيء آخر (حامل أيضاً لثنائيتين إلكترونيتين غير رابطتين) إلى ارتباطات تساعد على زيادة التصاق جزيئين أو أكثر بعضها ببعضها الآخر، مما يجعل تبخيرها أصعب.
وهناك عامل آخر يؤثر في الخواص الفيزيائية لمتعددات الغول وهو وجود روابط هدروجينية جزيئية داخلية intramolecular لا تتفكك بالتمديد، إضافة إلى الروابط الهدروجينية ما بين الجزيئية المـلاحظة في الأغـوال البسـيطة. وتتجلى الروابط الهدروجينية لمتعددات الغول في أطياف ما تحت الأحـمر، ففي الطور الغازي أو المحـلول الشـديد التمـديد يبدي الإيتـان ديـول مثلاً خطيـن دقيـقين (عند 3630سم-1 و3590سم-1)، وهما يوافقان اهتزاز الامتطاط الطبيعي لإحدى زمرتي O-H واهتزاز امتطاط الزمرة الأخرى المضطربة بالرابطة الهدروجينية الجزيئية الداخلية intra، وهي لا تتحول بالتمديد إلى عصابة رابطة O-H غير مرتبطة.
الخواص الكيمياوية
تبدي متعددات الغول جميع خواص الأغوال[ر: الغول] التقليدية: انفصام الرابطتين O-H وC-OH، وتفاعل الأكسدة. ويضاف إليها تفاعلات أخرى تنتج من التأثير المتبادل للزمر الغولية لمتعدد الغول أو تحلقه. وتعد متعددات الغول مدخلاً إلى كيمياء المركبات الأكسيجينية الأخرى ذات الوظائف الوحيدة، أو المتعددة، المتجانسة منها وغير المتجانسة. وتستعمل في عدد من الصناعات منها المواد اللدنة والمتفجرات.
تعطي الديولات إسترات ثنائية. وتؤدي أكسدة -α الديولات بحمض فوق اليود HIO4 إلى فصم الرابطة C−C وتعطي مركبين كربونيلين:
باستطاعة -α الديولات أن تعطي مع الحموض الثنائية إسترات حلقية، وتعطي بتفاعلها مع الألدهيدات والكيتونات أسيتالات حلقية. كما يعطي البوتان ديول ـ 1، 3 إسترات حلقية وأسيتالات حلقية.
يستعمل الإيتلين غليكول في صناعة المتفجرات (الإسترات النترية)، ومضاداًَ للتجمد. ويتكاثف مع ترفتالات الميتيل مشكلاً، متعدد إستر، المادة الصناعية المهمة المعروفة باسم نسيج (ليف) الترغال.
تعطي البوليولات مع بلا ماء حمض الخل متعددات الإستر الموافقة. وتتبلمه إلى إيتيرات أوكسيد حلقية:
يحيى القدسي