مركبات الثيول: الخصائص والاستخدامات والكيمياء

مركبات الثيول: الخصائص والاستخدامات والكيمياء

في الكيمياء العضوية، الثيول (Thiol) أو مشتقاته هي مركبات كبريتية عضوية تأخذ الصيغة العامة R−SH، حيث يمثل R مجموعة ألكيل أو أي بديل عضوي آخر. تُعرف المجموعة الوظيفية −SH باسم مجموعة الثيول، أو مجموعة السلفهيدريل (Sulfhydryl)، أو مجموعة السلفانيل. تُعد الثيولات النظير الكبريتي للكحوليات، حيث يحل الكبريت محل الأكسجين في مجموعة الهيدروكسيل (−OH) الموجودة في الكحول، ومن هنا جاءت تسمية "ثيول" كمزيج من كلمة "thio" (التي تعني كبريت باليونانية) وكلمة "alcohol".

التسمية والمصطلحات

تُعرف الثيولات أحياناً باسم الميركابتانات (Mercaptans) أو مركبات الميركابتو. هذا المصطلح الذي أدخله ويليام كريستوفر زايس عام 1832، مشتق من العبارة اللاتينية mercurio captāns والتي تعني "صائد الزئبق"، وذلك بسبب قدرة مجموعة الثيولات (RS−) على الارتباط بقوة شديدة بمركبات الزئبق.

توجد عدة طرق لتسمية ألكيل الثيولات:

• طريقة IUPAC: إضافة اللاحقة "-ثيول" (thiol) إلى اسم الألكان المقابل، مثل ميثان ثيول (Methanethiol) لمركب CH3SH.
• تسمية الميركابتان: استبدال كلمة "كحول" بكلمة "ميركابتان" في اسم الكحول المكافئ، فيُسمى CH3SH ميثيل ميركابتان.
• استخدام البادئات: استخدام مصطلح "سلفهيدريل" أو "ميركابتو" كبادئة في التسميات الكيميائية، مثل ميركابتوبورين (Mercaptopurine).

الخصائص الفيزيائية

الرائحة والتمييز الحسي

تتميز العديد من الثيولات بروائح قوية ونفاذة تشبه رائحة الثوم أو الكرنب أو البيض الفاسد. وتكون هذه الروائح، خاصة في الثيولات ذات الوزن الجزيئي المنخفض، منفرة للغاية. على سبيل المثال، يتكون رذاذ حيوان الظربان بشكل أساسي من ثيولات منخفضة الوزن الجزيئي ومشتقاتها، ويمكن للأنف البشري اكتشاف هذه المركبات بتركيزات منخفضة جداً تصل إلى 10 أجزاء في المليار.

توجد الثيولات في الطبيعة في سياقات متنوعة، منها:

• العرق البشري: يحتوي على مركب (R)/(S)-3-methyl-3-sulfanylhexan-1-ol، الذي يتميز برائحة تشبه البصل أو الجريب فروت حسب المتصاوغ المرآتي.
• القهوة والموالح: يساهم مركب furan-2-ylmethanethiol في رائحة القهوة المحمصة، بينما يمنح ميركابتان الجريب فروت الرائحة المميزة لهذه الفاكهة عند التركيزات المنخفضة.
• الصناعات الغذائية: تسبب الثيولات بعض العيوب في نكهة النبيذ نتيجة تفاعلات غير مقصودة بين الكبريت والخميرة، كما تسبب رائحة "الظربان" في البيرة عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.

تطبيقات السلامة: تعطير الغاز الطبيعي

بما أن الغاز الطبيعي في صورته النقية عديم الرائحة، فإن الموزعين ملزمون بإضافة الثيولات إليه لمساعدة الناس على اكتشاف التسربات. بدأت هذه الممارسة بشكل إلزامي في الولايات المتحدة بعد انفجار مدرسة نيو لندن في تكساس عام 1937. حالياً، تُستخدم خلطات من الميركابتانات والكبريتيدات، حيث يعد t-butyl mercaptan المكون الرئيسي في الغاز الطبيعي، بينما يُستخدم ethanethiol في الغاز البترولي المسال (LPG).

درجات الغليان والذوبانية

تظهر الثيولات ارتباطاً ضعيفاً جداً بالروابط الهيدروجينية، سواء مع جزيئات الماء أو فيما بينها. ونتيجة لذلك، تكون درجات غليانها أقل وتكون أقل ذوباناً في الماء والمذيبات القطبية مقارنة بالكحوليات ذات الوزن الجزيئي المماثل.

البنية والترابط الكيميائي

تتكون ألكان الثيولات من مجموعة ألكيل (R) مرتبطة بمجموعة سلفهيدريل (SH). ونظراً لأن ذرة الكبريت أكبر من ذرة الأكسجين، فإن طول الرابطة C−S (حوالي 180 بيكومتر) يكون أطول بنحو 40 بيكومتر من الرابطة C−O. كما تقترب زاوية C−S−H من 90 درجة، بينما تكون زاوية C−O−H في الكحوليات أكثر انفراجاً.

تعتبر الرابطة S−H أضعف بكثير من الرابطة O−H، وهو ما يظهر في طاقة تفكك الرابطة (BDE). فبالنسبة لمركب CH3S−H، تبلغ الطاقة 366 كيلوجول/مول، بينما تبلغ لمركب CH3O−H حوالي 440 كيلوجول/مول. يؤدي انتزاع ذرة الهيدروجين من الثيول إلى تكوين جذور الثييل (Thiyl radical) بصيغة RS•.