ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم التاني الفينولات والأحماض الكربوكسيلية الأروماتية

أهداف التعلم

1. تمييز الفينولات عن الكحولات وفهم سبب اختلاف سلوكهما رغم وجود مجموعة هيدروكسيل مشتركة.
2. تحديد المجموعة الوظيفية للفينولات والأحماض الكربوكسيلية الأروماتية ورسم صيغها البنيوية.
3. استيعاب خصائص الحموضة للفينولات مقارنةً بالكحولات وتفسير السبب البنيوي.
4. معرفة التفاعلات الرئيسية للفينولات مع الصوديوم، الصوديوم هيدروكسيد، أنهيدريد الخل، وكلوريد الحديد (III).
5. التعرف على مجموعة الأحماض الكربوكسيلية الأروماتية (حمض البنزوئيك، الفثاليك، التيرفثاليك، الساليسيليك) ومسارات تحضيرها الصناعية.
6. كتابة المعادلات المتوازنة للتفاعلات المذكورة وتحديد نوع كل تفاعل.
7. ربط الخصائص الكيميائية للفينولات والأحماض الكربوكسيلية بتطبيقاتها في الطب، مستحضرات التجميل، والصناعة.
8. تطبيق مفهوم الحموضة في تصميم المطهرات والمنتجات المعقمة.

---

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

1. تفاعل الفينول مع الصوديوم (تحليل معدني)

Ph‑OH + Na → Ph‑ONa + ½ H₂

نوع التفاعل: تحلل (تحليل معدني).
الشروط: وجود صوديوم معدني في حالة صلبة، حرارة الغرفة أو تسخين خفيف.
الملاحظة: يتكون غاز هيدروجين (فقاعات) ويظهر لون أزرق خفيف للمنتج الفينوكسيد.

2. تفاعل الفينول مع أنهيدريد الخل (إسترة)

Ph‑OH + (CH₃CO)₂O → Ph‑OCOCH₃ + CH₃COOH

نوع التفاعل: استرة (إحلال).
الشروط: وجود حمض الكبريتيك المركز كعامل مساعد، حرارة معتدلة.
الملاحظة: ينتج إستر فينيل أسيتات ورائحة خفيفة للحمض الخليكي.

3. أيونية الفينول في الماء (تأين جزئي)

Ph‑OH ⇌ PhO⁻ + H⁺

نوع التفاعل: تأين (حمضي ضعيف).
الشروط: محلول مائي، درجة حرارة الغرفة.
الملاحظة: يُظهر المحلول حموضة ضعيفة (pH ≈ 5‑6).

4. تفاعل الفينول مع هيدروكسيد الصوديوم (تحليل قاعدي)

Ph‑OH + NaOH → PhONa + H₂O

نوع التفاعل: تحلل قاعدي.
الشروط: محلول مائي من NaOH، حرارة الغرفة.
الملاحظة: يتشكل محلول شفاف للفيونوكسيد الصوديوم، لا يُظهر لونًا مميزًا.

5. اختبار كلوريد الحديد (III) للفينولات

Ph‑OH + FeCl₃ (aq) → مركب معقد أرجواني اللون

نوع التفاعل: تفاعل تكوين معقد (اختبار نوعي).
الشروط: إضافة بضع قطرات من محلول FeCl₃ إلى محلول الفينول.
الملاحظة: ظهور لون أرجواني يدل على وجود مجموعة فينولية.

6. تفاعل الفينول مع الصوديوم هيدروكسيد (مقارنة مع الكحول)

R‑CH₂‑OH + NaOH → لا يحدث تفاعل ملحوظ

نوع التفاعل: عدم تفاعل (الكحول غير أروماتي لا يتأين بسهولة).

7. تحضير حمض الساليسيليك (من فينولكسيد الصوديوم)

PhONa + CO₂ + H₂SO₄ (مخفف) → HOC₆H₄COOH + Na₂SO₄

نوع التفاعل: أكسدة وإضافة CO₂ (تحويل فينول إلى حمض).
الشروط: ضغط CO₂، حرارة مرتفعة، حمض الكبريتيك المخفف.
الملاحظة: ينتج حمض الساليسيليك، يُستخرج كمسكّن مضاد للالتهاب.

8. تكوين ميثيل سالي سيلات (زيت المروخ)

HOC₆H₄COOH + CH₃OH → HOC₆H₄COOCH₃ + H₂O   (بوجود H₂SO₄)

نوع التفاعل: استرة (إسترة).
الشروط: حمض الكبريتيك المركز كعامل مساعد، حرارة 70‑80 °C.
الملاحظة: يُنتج سائل عطري يُستعمل كمسكّن موضعي.

9. تكوين أسيتيل سالي سيلات (الأسبرين)

HOC₆H₄COOH + (CH₃CO)₂O → CH₃COO‑C₆H₄COOH + CH₃COOH   (بوجود H₂SO₄)

نوع التفاعل: استرة (استلة).
الشروط: حمض الكبريتيك المركز، حرارة 50‑60 °C.
الملاحظة: لا يُظهر تفاعلًا مع FeCl₃ لأن مجموعة ‎OH الفينولية مُستبدلة بمجموعة ‎OCOCH₃.

10. تحضير أحماض كربوكسيلية أروماتية أخرى (ملخص)

---

الخواص والتركيب (الموضوع الأول)

الفينولات

• التركيب البنيوي: مجموعة ‎‑OH مرتبطة مباشرة بذرة كربون داخل حلقة بنزين، ما يخلق تفاعلًا بين الإلكترونات غير المتقابلة للـπ في الحلقة والزوج غير المتزاوج للـO.
• الحموضة: أكثر حموضة من الكحولات العادية؛ قيمة pKa للفينول ≈ 10 بينما للكحول العادي ≈ 16. السبب هو استقرار الأيون الفينولي (PhO⁻) عبر الرنين داخل الحلقة البنزين.
• اللون مع FeCl₃: تكوين معقد أرجواني يُستعمل كاختبار نوعي.
• التفاعل مع NaOH: يتحلل لتكوين الفينوكسيد الصوديوم، وهو سلوك غير موجود في الكحولات غير الأروماتية.

الأحماض الكربوكسيلية الأروماتية

• التركيب: مجموعة ‎COOH مرتبطة بذرة كربون داخل حلقة بنزين.
• الحموضة: تُظهر حموضة ضعيفة في الماء (pKa ≈ 4‑5) مقارنةً بالأحماض الكربوكسيلية غير الأروماتية (pKa ≈ 3‑4) بسبب سحب الإلكترونات عبر الحلقة.
• التطبيقات: تُستعمل كمواد أولية في تصنيع أدوية (مثل الأسبرين) ومركبات صناعية (مثل بولي إيثيلين تيريفثاليت).

---

التطبيقات والاستخدامات (الموضوع الثاني)

1. الأسبرين (حمض الأسيتيل سالي سيلات): مسكّن وخافض للحرارة، يُستخرج من الفينول عبر استلة مع أنهيدريد الخل. لا يُظهر اختبار FeCl₃.
2. زيت المروخ (ميثيل سالي سيلات): يُستعمل كمسكّن موضعي ومُعطر في المستحضرات الصيدلانية. يُظهر اختبار FeCl₃ بسبب وجود مجموعة ‎OH الفينولية المتبقية.
3. المطهرات والمعقمات: تعتمد على حموضة الفينولات وقدرتها على تكوين معقدات مع أيونات الحديد، ما يُعطي خصائص مضادة للميكروبات.
4. صناعة البلاستيك: حمض التيرفثاليك يُستعمل في تصنيع بولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) المستخدم في زجاجات المشروبات.
5. مستحضرات التجميل: الفينولات تُستعمل كمضادات أكسدة (مثل فينول الفينيلين) لحماية الجلد من الأكسدة.

---

جدول مقارنة

---

مسائل محلولة

مسألة 1

المعطى: 5.0 g من الفينول (M = 94 g mol⁻¹) يُذاب في ماء ثم يُضاف 0.10 mol من NaOH. احسب عدد المولات المتبقية من NaOH بعد التفاعل الكامل.

الحل:

1. عدد مولات الفينول = 5.0 g ÷ 94 g mol⁻¹ = 0.053 mol.
2. التفاعل: Ph‑OH + NaOH → PhONa + H₂O (نسبة 1:1).
3. NaOH المتبقية = 0.10 mol – 0.053 mol = 0.047 mol.

النتيجة: يبقى 0.047 mol من NaOH غير متفاعل.

مسألة 2

المعطى: يتم تحضير أسيتيل سالي سيلات من 2.0 g من حمض الساليسيليك (M = 138 g mol⁻¹) باستخدام 1.5 g من أنهيدريد الخل (M = 102 g mol⁻¹). احسب النسبة المئوية للمتبقي من حمض الساليسيليك إذا كان العائد النهائي 1.6 g من الأسبرين (M = 180 g mol⁻¹).

الحل:

1. مولات الساليسيليك = 2.0 g ÷ 138 g mol⁻¹ = 0.0145 mol.
2. مولات أنهيدريد الخل = 1.5 g ÷ 102 g mol⁻¹ = 0.0147 mol (كافٍ).
3. النظرية: كل مول من الساليسيليك يعطي مول من الأسبرين. إذن النظرية = 0.0145 mol × 180 g mol⁻¹ = 2.61 g.
4. العائد الفعلي = 1.6 g. النسبة المئوية = (1.6 g ÷ 2.61 g) × 100 ≈ 61 %.

النتيجة: العائد الفعلي ≈ 61 % من النظرية.

---

تنبيهات الامتحان

1. عدم الخلط بين الفينول والكحول: رغم وجود مجموعة ‎OH في كلاهما، فإن الفينول يحتوي على ‎OH داخل حلقة بنزين، ما يغير حموضته وتفاعلاته.
2. معادلة اختبار FeCl₃: لا تُكتب كمعادلة متوازنة؛ يكفي ذكر ظهور اللون الأرجواني كدليل على وجود مجموعة فينولية.
3. قيمة pKa: لا تُخلط بين قيمة pKa للفينول (≈10) وقيمة pKa للكحول العادي (≈16).
4. الاستلة vs الاسترة: في تحضير الأسبرين تُستبدل مجموعة ‎OH الفينولية بمجموعة ‎OCOCH₃ (استلة)، بينما في تكوين ميثيل سالي سيلات تُستبدل بـ ‎OCOCH₃ (استرة) مع بقاء مجموعة ‎OH أخرى.

---

قائمة المراجعة

• [ ] تعريف الفينول وموقع مجموعة ‎OH.
• [ ] مقارنة الحموضة بين الفينول والكحول (pKa).
• [ ] كتابة معادلة أيونية الفينول في الماء.
• [ ] تذكر تفاعل الفينول مع الصوديوم وإنتاج غاز H₂.
• [ ] تذكر تفاعل الفينول مع NaOH وتكوين الفينوكسيد الصوديوم.
• [ ] معرفة اختبار FeCl₃ والنتيجة اللونية.
• [ ] كتابة معادلة استرة الفينول مع أنهيدريد الخل.
• [ ] تعريف الأحماض الكربوكسيلية الأروماتية وصيغها العامة.
• [ ] تمييز بين حمض البنزوئيك، الفثاليك، التيرفثاليك، الساليسيليك.
• [ ] معرفة طرق التحضير الصناعية لكل حمض (أكسدة الزيلينات).
• [ ] كتابة معادلة تكوين ميثيل سالي سيلات (استرة).
• [ ] كتابة معادلة تكوين أسيتيل سالي سيلات (استلة).
• [ ] ربط الخصائص الكيميائية بتطبيقاتها (دواء، مطهر، بلاستيك).

---

جميع المعادلات دفعة واحدة

Ph‑OH + Na → Ph‑ONa + ½ H₂
Ph‑OH + (CH₃CO)₂O → Ph‑OCOCH₃ + CH₃COOH
Ph‑OH ⇌ PhO⁻ + H⁺
Ph‑OH + NaOH → PhONa + H₂O
Ph‑OH + FeCl₃ (aq) → مركب معقد أرجواني
R‑CH₂‑OH + NaOH → لا يحدث تفاعل ملحوظ
PhONa + CO₂ + H₂SO₄ (مخفف) → HOC₆H₄COOH + Na₂SO₄
HOC₆H₄COOH + CH₃OH → HOC₆H₄COOCH₃ + H₂O   (بوجود H₂SO₄)
HOC₆H₄COOH + (CH₃CO)₂O → CH₃COO‑C₆H₄COOH + CH₃COOH   (بوجود H₂SO₄)
C₆H₅CH₃ + KMnO₄ (مائي) → C₆H₅COOH + MnO₂ + K⁺ + H₂O
C₈H₆ (أورثو‑زيلين) + KMnO₄ → C₆H₄(COOH)₂ (حمض الفثاليك) + … 
C₈H₆ (بارا‑زيلين) + KMnO₄ → C₆H₄(COOH)₂ (حمض التيرفثاليك) + … 

---

بالتوفيق في امتحاناتك!