الثيول

تتميز العديد من مركبات الثيول بروائح قوية تشبه رائحة الثوم . وغالبًا ما تكون روائح الثيول، وخاصة تلك ذات الوزن الجزيئي المنخفض، قوية ومنفرة. ويتكون رذاذ الظربان بشكل رئيسي من مركبات الثيول ومشتقاتها ذات الوزن الجزيئي المنخفض. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} ويمكن للأنف البشري أن يستشعر هذه المركبات بتركيزات لا تتجاوز 10 أجزاء في المليار. ^{[ 14 ]} ويحتوي عرق الإنسان على ( R )/( S )-3-ميثيل-3-سلفانيل هكسان-1-أول (3M3SH)، والذي يمكن استشعاره بتركيز جزأين في المليار، وله رائحة تشبه البصل (المتصاوغ S) ورائحة فاكهية تشبه الجريب فروت (المتصاوغ R). ^{[ 15 ]} _{يُعدّ (ميثيل ثيو} ) ميثانثيول ( MeSCH₂SH ؛ MTMT) ثيولًا متطايرًا ذو رائحة نفاذة، ويمكن الكشف عنه بمستويات أجزاء في المليار، ويوجد في بول ذكور الفئران . وقد أظهر لورانس سي. كاتز وزملاؤه أن MTMT يعمل كعامل شبه كيميائي ، حيث يُنشّط بعض الخلايا العصبية الحسية الشمية لدى الفئران، ويجذب إناثها . [ ^{16 ] وقد} ثبت أن النحاس ضروري لمستقبل شمّي مُحدد لدى الفئران، وهو MOR244-3، الذي يستجيب بشكل كبير لـ MTMT بالإضافة إلى العديد من الثيولات الأخرى والمركبات ذات الصلة. ^{[ 17 ]} تم تحديد مستقبل شم بشري، OR2T11 ، والذي يستجيب بشكل كبير، في وجود النحاس، لروائح الغاز (انظر أدناه) إيثانثيول و t- بوتيل مركابتان بالإضافة إلى ثيولات أخرى منخفضة الوزن الجزيئي، بما في ذلك أليل مركابتان الموجود في أنفاس الثوم البشري، وكبريتيد الثيتان الحلقي ذو الرائحة القوية . ^{[ 18 ]}

كما أن مركبات الثيول مسؤولة عن فئة من عيوب النبيذ الناتجة عن تفاعل غير مقصود بين الكبريت والخميرة ، بالإضافة إلى الرائحة "الكريهة" للبيرة التي تعرضت للأشعة فوق البنفسجية.

لا تتميز جميع مركبات الثيول برائحة كريهة. فعلى سبيل المثال، يساهم مركب فوران-2-يل ميثانثيول في رائحة القهوة المحمصة ، بينما يُعد مركب مركابتان الجريب فروت ، وهو ثيول أحادي التربينويد ، مسؤولاً عن الرائحة المميزة للجريب فروت . ويظهر تأثير هذا المركب الأخير فقط عند التركيزات المنخفضة، أما العينات المركزة فتكون ذات رائحة كريهة.

في الولايات المتحدة، يُلزم موزعو الغاز بإضافة الثيولات، وتحديدًا الإيثانثيول ، إلى الغاز الطبيعي (عديم الرائحة بطبيعته) بعد انفجار مدرسة نيو لندن المميت في نيو لندن، تكساس ، عام ١٩٣٧، على الرغم من أن العديد من الموزعين كانوا يُضيفون روائح للغاز قبل ذلك. تحتوي معظم مُعطرات الغاز المُستخدمة حاليًا على مخاليط من المركابتانات والكبريتيدات، حيث يُعدّ ثالثي بوتيل مركابتان المكون الرئيسي للرائحة في الغاز الطبيعي، بينما يُعدّ الإيثانثيول المكون الرئيسي للرائحة في غاز البترول المسال (البروبان). ^{[ ١٩ ]} في الحالات التي تُستخدم فيها الثيولات في الصناعات التجارية، مثل ناقلات غاز البترول المسال وأنظمة مناولة المواد السائبة، يُستخدم عامل حفاز مؤكسد لإزالة الرائحة. يعمل عامل حفاز مؤكسد قائم على النحاس على معادلة الثيولات المتطايرة وتحويلها إلى منتجات خاملة.

تُظهر الثيولات ارتباطًا ضعيفًا عبر الروابط الهيدروجينية ، سواء مع جزيئات الماء أو فيما بينها. ولذلك، تتميز بانخفاض درجة غليانها وقلة ذوبانها في الماء والمذيبات القطبية الأخرى مقارنةً بالكحولات ذات الوزن الجزيئي المماثل. ولهذا السبب أيضًا، تتشابه الثيولات ونظائرها من مجموعة الكبريتيد الوظيفية في خصائص الذوبان ودرجة الغليان، بينما لا ينطبق الأمر نفسه على الكحولات ونظائرها من الإيثرات.

بشكل عام، على نطاق المختبر المعتاد، يكون التفاعل المباشر للهالوألكان مع هيدروسلفيد الصوديوم غير فعال بسبب التكوين المنافس للكبريتيدات (الألكلة الزائدة). وبدلاً من ذلك، تُحوّل هاليدات الألكيل إلى ثيولات عبر ألكلة الكبريت لليوريا الثيوية . تتم هذه العملية متعددة الخطوات في وعاء واحد عبر وسيط ملح إيزوثيورونيوم ، الذي يتحلل مائيًا في خطوة منفصلة: ^{[ 24 ] [ 25 ]}

CH₃CH₂Br + SC ( _NH₂ ) _₂ → [ CH₃CH₂SC ( _NH₂ ) _{₂ ] Br​​}​

[ CH ₃ CH ₂ SC(NH ₂ ) ₂ ] Br + NaOH → CH ₃ CH ₂ SH + OC(NH ₂ ) ₂ + NaBr

تُعدّ طريقة الثيوريا فعّالة مع الهاليدات الأولية، وخاصةً المُنشّطة منها. أما الثيولات الثانوية والثالثية، فيصعب تحضيرها. يُمكن تحضير الثيولات الثانوية من الكيتون عبر ثنائي ثيوكيتالات المُقابلة . ^{[ 26 ]} تتضمن عملية مُشابهة من خطوتين ألكلة الثيوسلفات للحصول على الثيوسلفونات (" ملح بونتي ")، متبوعةً بالتحلل المائي. يُوضّح هذا الأسلوب من خلال مثال واحد لتخليق حمض الثيوغليكوليك :

ClCH ₂ CO ₂ H + Na ₂ S ₂ O ₃ → Na [ O ₃ S ₂ CH ₂ CO ₂ H] + NaCl

Na [ O ₃ S ₂ CH ₂ CO ₂ H] + H ₂ O → HSCH ₂ CO ₂ H + NaHSO ₄

تتفاعل مركبات الليثيوم العضوية وكواشف غرينيارد مع الكبريت لإعطاء الثيولات، والتي تتحلل بسهولة: ^{[ 27 ]}

RLi + S → RSLi

RSLi + HCl → RSH + LiCl

يمكن تحويل الفينولات إلى ثيوفينولات عن طريق إعادة ترتيب ثنائي ألكيل ثيوكاربامات O- أريل الخاصة بها . ^{[ 28 ]}

يتم تحضير الثيولات عن طريق إزالة الألكيل الاختزالية للكبريتيدات، وخاصة مشتقات البنزيل والثيوأسيتالات. ^{[ 29 ]}

يتم إنتاج الثيوفينولات عن طريق الأريلة S أو استبدال مجموعة الديازونيوم المغادرة بأنيون السلفهيدريل ( SH ⁻ ): ^{[ 30 ] [ 31 ]}

ArN + 2 + SH ⁻ → ArSH + N ₂

تُعدّ مركبات الألكيل ثيول أبسط أنواع الثيولات. ومن الكواشف الشائعة: _{ميثانثيول} (CH₃SH ، _{ميثيل مركابتان} ) ، وإيثانثيول ( C₂H₅SH، إيثيل مركابتان)، وبروبانثيول (C₃H₇SH)، وبيوتانثيول (C₄H₉SH، ن - بيوتيل مركابتان ، وتيرت - بيوتيل مركابتان ) . وعلى _الرغم من أن هذه _{الثيولات تتميز} بروائحها الكريهة ، إلا أن بعضها مسؤول عن نكهة ورائحة الأطعمة، مثل _فيوران -2-يل ميثانثيول . أما 1-هيكساديكانثيول فهو ألكيل ثيول محب للدهون.

_{تشمل مركبات الثيول الأريلية مركب} الثيوفينول الأساسي ( C6H5SH ) . ويتمتع مركب _{بنتاكلوروبنزينثيول} بخصائص مبيدة للحشرات .

يُعدّ كلٌّ من 1,3-بروبانيديول و1,2 -إيثانيديول من الكواشف في الكيمياء العضوية. أما حمض ثنائي مركابتوسكسينيك فهو عامل مُخلِّب. ويُعتبر حمض الليبويك ، وهو تعديل طبيعي لـ 1,3-بروبانيديول، عاملًا مساعدًا للعديد من الإنزيمات. بينما يُعدّ ثنائي ثيوتريتول كاشفًا في الكيمياء الحيوية .

تُعدّ مركبات الثيول الفينيلية نادرة، بينما تكثر مركبات الثيول غير المشبعة الأخرى. ومن الأمثلة النموذجية على مركبات الثيول غير المشبعة مركب مركابتان الجريب فروت ، الذي يوجد على شكل متماثلين ضوئيين، لكل منهما رائحة مميزة. أما المكون الرئيسي لرذاذ الظربان فهو مركب بوتينيل ثيول. ^{[ 32 ]}

يُعدّ 2-مركابتوإيثانول كاشفًا في الكيمياء الحيوية. أما 3-مركابتوبروبان-1،2-ديول فهو دواء. تتميز هذه المركبات بذوبانها العالي في الماء نظرًا لوجود مجموعة أو مجموعات هيدروكسيل (OH) فيها.

للسيستين والبنسيلامين الصيغة الكيميائية HSCR₂CH (NH₂ ₎ CO₂H _، حيث R = H و CH₃ على _{التوالي} . السيستين حمض أميني شائع ، والبنسيلامين له خصائص طبية. أما الإنزيم المساعد A والجلوتاثيون فهما مشتقات أكثر تعقيدًا تحتوي على الثيول. تتميز البروتينات الغنية بالسيستين، والتي تُسمى _{الميثالوثيونين} ، بألفة عالية للمعادن الثقيلة. يمكن اعتبار الأحماض الثيوكربوكسيلية ، ذات الصيغة الكيميائية HS(O)CR ، من الثيولات أيضًا. حمض الثيوأسيتيك مثال على ذلك.

يُصنف السيستين والبنسيلامين أيضاً ضمن الأمينوثيولات . _ومن بين _{أنواعها} السيستيامين ( HSCH₂CH₂NH₂ ₎ .

تُنزع البروتونات من الثيولات بسهولة. ^{[ 33 ]} وتُعدّ الثيولات أكثر حمضية من الكحولات. يُطلق على القاعدة المرافقة للثيول اسم الثيولات . تبلغ قيمة pKa للبيوتانثيول _10.5 مقابل 15 للبيوتانول. وتبلغ قيمة pKa للثيوفينول ₆ مقابل 10 للفينول . يُعدّ خماسي فلوروثيوفينول ( C6F5SH ) ثيولًا شديد الحموضة، _حيث تبلغ _قيمة pKa له 2.68. _{بالتالي} ، يُمكن الحصول على الثيولات من الثيولات بمعالجتها بهيدروكسيدات الفلزات القلوية .

تُعتبر القاعدة المرافقة للثيولات نيوكليوفيلات قوية. وهي تُؤلكل لتُعطي الكبريتيدات:

RSH + R′Br + B → RSR′ + [ HB]Br  (B ​​= قاعدة)

تشارك العديد من الكواشف المحبة للإلكترونات في هذا التفاعل. تضيف مركبات الكربونيل غير المشبعة ألفا، بيتا مجموعات الثيول، خاصة في وجود محفزات قاعدية. تتفاعل الثيولات مع ثاني كبريتيد الكربون لإنتاج ثيوكسانثات ( RSCS - 2 ).

تتأكسد الثيولات بسهولة ، خاصة في وجود القاعدة، بواسطة كواشف مثل البروم واليود لإعطاء ثنائي كبريتيد عضوي ( R−S−S−R ).

2 R−SH + Br ₂ → R−S−S−R + 2 HBr

يمكن أن يؤدي الأكسدة بواسطة كواشف أقوى مثل هيبوكلوريت الصوديوم أو بيروكسيد الهيدروجين أيضًا إلى إنتاج أحماض السلفونيك ( RSO ₃ H ).

R−SH + 3 H ₂ O ₂ → RSO ₃ H + 3 H ₂ O

يمكن أيضًا أن تحدث الأكسدة بواسطة الأكسجين في وجود المحفزات: ^{[ 34 ]}

2 R − SH + ½ _O₂ → _RS −SR + _H₂O

تشارك الثيولات في عملية تبادل الثيول-ثنائي الكبريتيد:

RS−SR + 2 R′SH → 2 RSH + R′S−SR'

هذا التفاعل مهم في الطبيعة.

تتفاعل الثيولات مع أيونات المعادن كروابط لتكوين معقدات ثيولات المعادن الانتقالية . يُشتق مصطلح "مركابتان" من الكلمة اللاتينية "mercurium captans " (أي "مُحتبس الزئبق") ^{[ 7 ]} نظرًا لقوة ارتباط مجموعة الثيولات بمركبات الزئبق . ووفقًا لنظرية الأحماض والقواعد الصلبة/اللينة (HSAB) ، يُعد الكبريت ذرة لينة نسبيًا (قابلة للاستقطاب). وهذا يُفسر ميل الثيولات للارتباط بالعناصر والأيونات اللينة مثل الزئبق والرصاص والكادميوم. ويُشابه استقرار ثيولات المعادن استقرار معادن الكبريتيد المقابلة. يُستخدم أوروثيولات الصوديوم كدواء مضاد لالتهاب المفاصل . ^{[ 35 ]}

تلعب مجموعة الثيول، باعتبارها المجموعة الوظيفية لحمض السيستين الأميني البروتيني ، دورًا بالغ الأهمية في علم الأحياء. فعندما تتقارب مجموعتا الثيول لبقايا السيستين (كما في المونومرات أو الوحدات المكونة) أثناء عملية طي البروتين ، يمكن لتفاعل الأكسدة أن يُنتج وحدة سيستين برابطة ثنائية الكبريتيد (-S-S-). تُساهم روابط ثنائية الكبريتيد في البنية الثالثية للبروتين إذا كان السيستين جزءًا من نفس سلسلة الببتيد ، أو تُساهم في البنية الرباعية للبروتينات متعددة الوحدات من خلال تكوين روابط تساهمية قوية نسبيًا بين سلاسل الببتيد المختلفة. وتُقدم تقنيات فرد الشعر مثالًا عمليًا على توازن السيستين-سيستين . ^{[ 40 ]}

يمكن لمجموعات السلفهيدريل في الموقع النشط للإنزيم أن تُكوّن روابط غير تساهمية مع ركيزة الإنزيم ، مما يُساهم في النشاط التحفيزي التساهمي في الثلاثيات التحفيزية . تُعدّ بقايا السيستين في الموقع النشط الوحدة الوظيفية في الثلاثيات التحفيزية لبروتياز السيستين . قد تتفاعل بقايا السيستين أيضًا مع أيونات المعادن الثقيلة ( Zn²⁺، Cd²⁺ ^، Pb²⁺ ، ^Hg²⁺ ، ^Ag⁺ ) نظرًا ^للألفة العالية بين الكبريتيد اللين والمعدن اللين (انظر الأحماض والقواعد الصلبة واللينة ⁾ . يُمكن أن يُؤدي هذا إلى تشويه البروتين وتعطيله، وهو أحد آليات التسمم بالمعادن الثقيلة .

تحتوي العديد من العوامل المساعدة (جزيئات مساعدة غير بروتينية) على مجموعات الثيول. تتم عملية التخليق الحيوي وتحلل الأحماض الدهنية والهيدروكربونات طويلة السلسلة ذات الصلة على هيكل داعم يثبت السلسلة النامية من خلال ثيوإستر مشتق من مرافق الإنزيم A. حمض ثنائي هيدروليبويك ، وهو ثنائي ثيول ، هو الشكل المختزل لحمض الليبويك ، وهو عامل مساعد في العديد من العمليات الأيضية لدى الثدييات. ينشأ التخليق الحيوي للميثان ، وهو الهيدروكربون الرئيسي على الأرض، من التفاعل الذي يتوسطه مرافق الإنزيم M (حمض 2-مركابتوإيثيل سلفونيك) ومرافق الإنزيم B (7-مركابتوهيبتانويل ثريونين فوسفات). تشكل الثيولات، وهي القواعد المرافقة المشتقة من الثيولات، مركبات قوية مع العديد من أيونات المعادن، وخاصة تلك المصنفة على أنها معادن لينة. يتوازى استقرار ثيولات المعادن مع استقرار معادن الكبريتيد المقابلة.

الأدوية التي تحتوي على مجموعة الثيول:

• 6-ميركابتوبورين (مضاد للسرطان)
• كابتوبريل (خافض لضغط الدم)
• د-بنسيلامين (مضاد لالتهاب المفاصل)