البنزين العطري والمركبات الأروماتية: التسمية والتحضير والتفاعلات
درس البنزين العطري: تركيبه وتسمية مشتقاته وتحضيره وتفاعلاته. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي أسئلة الدرس.
المركبات الأروماتية وتركيب البنزين
- المركبات الأروماتية (العطرية) تحتوي على حلقة بنزين أو أكثر، ولها روائح مميزة، وأبسطها البنزين C₆H₆
- قد تكون أحادية الحلقة (البنزين، الطولوين) أو عديدة الحلقات (النفثالين C₁₀H₈، الأنثراسين).
- الصيغة العامة لمتجانسات البنزين CₙH₂ₙ₋₆ (البنزين C₆H₆، الطولوين C₇H₈).
- في البنزين 12 رابطة σ و 3 روابط π، والروابط الست بين ذرات الكربون متماثلة وطولها وسط بين الأحادية والمزدوجة.
تسمية مشتقات البنزين
- عندما تكون حلقة البنزين تفرعًا على سلسلة كربونية تسمى فينيل (C₆H₅–) وتسمى السلسلة الأطول.
اعرض الحل
أطول سلسلة 5 ذرات كربون (بنتان) ومجموعة الفينيل على ذرة الكربون رقم 2
الاسم : 2-فينيل بنتان.
الإجابة (ب).
- مشتقات البنزين ثنائية الاستبدال لها ثلاثة أوضاع : أرثو (1، 2) و ميتا (1، 3) و بارا (1، 4).
- بنظام الأيوباك : نرقم الحلقة لنحصل على أقل مجموعة أرقام للتفرعات، ونرتب أسماء التفرعات أبجديًا.
- بعض الأسماء الشائعة تُستخدم كأصل للاسم : الطولوين (ميثيل بنزين)، الفينول (هيدروكسى بنزين).
اعرض الحل
أقل أرقام (1، 2، 4) : الفلورو 1 ، النيترو 2 ، الإيثيل 4 ، وترتب أبجديًا.
الاسم : 4-إيثيل -1-فلورو -2-نيتروبنزين.
الإجابة (ج).
مصادر البنزين
| العملية | المادة الخام | الناتج |
|---|---|---|
| التقطير الإتلافي | الفحم الحجري | قطران الفحم (سائل أسود) + فحم الكوك + غاز الفحم |
| التقطير التجزيئي | قطران الفحم | البنزين والمركبات الأروماتية |
- البنزين سائل يغلي عند 80°C ويستخدم مذيبًا عضويًا للدهون.
اعرض الحل
التقطير الإتلافى للفحم الحجرى يعطى قطران الفحم (سائل أسود).
التقطير التجزيئى لقطران الفحم يعطى البنزين (أبسط هيدروكربون أروماتى).
الإجابة (ج).
طرق تحضير البنزين
- إعادة التشكيل المحفز للألكانات مستقيمة السلسلة : الهكسان العادي يعطي البنزين، والهبتان العادي يعطي الطولوين، والأوكتان العادي يعطي ثنائي ميثيل بنزين أو إيثيل بنزين.
- البلمرة الثلاثية للإيثاين : 3C₂H₂ → C₆H₆ (أنبوبة نيكل ساخنة).
- اختزال الفينول بالتسخين مع الخارصين : C₆H₅OH + Zn → C₆H₆ + ZnO
- التقطير الجاف لبنزوات الصوديوم مع الجير الصودي : C₆H₅COONa + NaOH → C₆H₆ + Na₂CO₃
اعرض الحل
أطول سلسلة فى الهيكل 6 ذرات كربون عليها مجموعتا ميثيل على الكربون 3 و 4 : (X) 3،4-ثنائى ميثيل هكسان (C₈H₁₈).
أيزومره مستقيم السلسلة الأوكتان العادى، وإعادة تشكيله تعطى 1،2-ثنائى ميثيل بنزين.
الإجابة (أ).
لماذا يصعب تفاعل البنزين ؟
- إلكترونات الروابط π الستة غير متمركزة عند ذرات كربون معينة، بل تنتشر فوق الحلقة وتحتها، فيكون البنزين ثابتًا.
- لذلك لا يزيل لون البروم المذاب في CCl₄، ويتفاعل بالاستبدال أسهل من الإضافة، ويحتاج تفاعل الإضافة ظروفًا خاصة.
اعرض الحل
الإلكترونات الستة للروابط π فى البنزين لا تتمركز عند ذرات كربون معينة، مما يجعله ثابتًا صعب التفاعل.
الإجابة (ج).
تفاعلات الإضافة
- الهدرجة : C₆H₆ + 3H₂ → C₆H₁₂ (الهكسان الحلقي) في وجود Ni ساخن.
- الكلورة بالإضافة في ضوء الأشعة فوق البنفسجية : C₆H₆ + 3Cl₂ → C₆H₆Cl₆ (الجامكسان، مبيد حشري).
اعرض الحل
البنزين لا يتفاعل مع البروم المذاب فى CCl₄ ، فيبقى بنزينًا (X).
وفى وجود FeBr₃ يحدث استبدال ويتكون البروموبنزين (Y).
الإجابة (أ).
تفاعلات الاستبدال : الهلجنة والنيترة
- الهلجنة في وجود FeCl₃ أو FeBr₃ : C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl
- النيترة بخليط HNO₃ المركز و H₂SO₄ المركز : C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O
- التوجيه في المشتقات أحادية الاستبدال :
- مجموعات توجه إلى أرثو وبارا : –CH₃ و –Cl و –Br و –OH
- مجموعات توجه إلى ميتا : –NO₂ و –COOH و –SO₃H
- ترتيب الخطوات يحدد الناتج : نيترة ثم كلورة تعطي ميتا-كلورونيتروبنزين، وكلورة ثم نيترة تعطي أرثو وبارا.
اعرض الحل
مجموعة الميثيل توجه إلى الموضعين أرثو وبارا.
الإجابة (ب).
اعرض الحل
(X) : الكلور يوجه إلى أرثو وبارا، فيتكون 1-كلورو -4-نيتروبنزين.
(Y) : النيترو يوجه إلى ميتا، فيتكون 1-كلورو -3-نيتروبنزين.
الإجابة (ج).
تفاعلات الاستبدال : الألكلة والسلفنة
- الألكلة (فريدل/كرافت) : استبدال ذرة H في الحلقة بمجموعة ألكيل في وجود AlCl₃ اللامائي : C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅CH₃ + HCl
- ألكلة البنزين ثم نيترة الطولوين الناتج تعطي TNT (ثلاثي نيتروطولوين) المادة المتفجرة.
اعرض الحل
تفاعل فريدل/كرافت : استبدال ذرة H فى حلقة البنزين بمجموعة ألكيل فى وجود AlCl₃ اللامائى.
الإجابة (أ).
- السلفنة بحمض الكبريتيك المركز تعطي حمض بنزين سلفونيك C₆H₅SO₃H
- المنظفات الصناعية : سلفنة الألكيل بنزين (طويل السلسلة) ثم التعادل مع NaOH ينتج ملح صوديومي يذوب في الماء.
اعرض الحل
المنظف يحضر بسلفنة الألكيل بنزين ثم التعادل مع NaOH ، وليس تعادل ثم سلفنة.
الإجابة (د).
قبل الامتحان
- البنزين : 12 رابطة σ و 3 روابط π، والصيغة العامة لمتجانساته CₙH₂ₙ₋₆
- عدم تمركز إلكترونات π هو سبب ثبات البنزين وصعوبة تفاعله.
- التسمية : أقل أرقام للتفرعات ثم الترتيب الأبجدي، وأرثو (1، 2) وميتا (1، 3) وبارا (1، 4).
- التحضير : إعادة التشكيل المحفز، البلمرة الثلاثية للإيثاين، اختزال الفينول، التقطير الجاف لبنزوات الصوديوم.
- الإضافة : الهدرجة (هكسان حلقي) والكلورة في الضوء (الجامكسان).
- الاستبدال : هلجنة (FeCl₃)، نيترة (HNO₃ + H₂SO₄)، ألكلة (AlCl₃ لامائي)، سلفنة (H₂SO₄ المركز).
- CH₃ و Cl و OH توجه أرثو وبارا، و NO₂ و COOH و SO₃H توجه ميتا.