البنزين - الخواص الفيزيائية - التسمية - التحضير - التفاعلات - Benzene

 

البنزين Benzene

الخواص الفيزيائية للبنزين physical properties of benzene

تسمية مشتقات البنزين Nomenclature derivatives of benzene

أشباه البنزين Benzenoids   

تحضير البنزين والتولوين والنفثالين  

تفاعلات البنزين Reactions of benzene

تفاعلات الإحلال الإلكتروفيلي Electrophilic substitution reactions

 

البنزين Benzene

البنزين أهم وأول أفراد عائلة الهيدروكربونات الأروماتية ولقد أكتشفه لأول مرة Michael Faraday  سنة 1825م في زيت الحوت المتحلل حراريا وبعد اكتشافه بدأ الكيميائيون في در اسة خواصه وعندها بدأت الصعوبات التي تمثلت في وضع التركيب البنائي له حيث أظهر  تحليل البنز ين أنه يتكون من عنصري الكربون والهيدروجين فقط وأن الصيغة الجزيئية له هي C₆H₆ وهذا يعني أنه على درجة عالية من عدم التشبع فتم اقتراح عدة تراكيب مختلفة منها ما يلي :- 

 

 لقد تم استبعاد  كل  هذه التراكيب لأن البنزين لا يخضع لتفاعلات الإضافة وهذه التراكيب تتفاعل بالإضافة وكذلك يعطي بعض  من ها خليط من النواتج عند الهلجنة بسبب وجود أكثر من نوع من الهيدروجين ولقد اقترح Kekule تركيب حلقي سداسي يحتوي على ثلاث روابط زوجية وأفترض أنه في حالة اتزان بين المركبين التاليين :- 

 

 لقد أثبتت الدراسات أن جميع روابط C-C متساوية في الطول تبلغ A^o1.39 تقريبًاً أي أنها أقصر من روابط C-C الأحادية وأطول من روابط C=C الزوجية وهذا ما تعارض مع تراكيب Kekule فلو كان المركبين في حالة اتزان لكانت روابط C-C الفردية أطول من روابط C=C الزوجية كما في الألكانات والألكينات ولكن تم التوصل أخيرا إلى أن الروابط الزوجية غير متمركزة  داخل الحلقة بل في حالة تبادل مستمر مع الروابط الفردية نتيجة للرنين Resonance الذي يسبب الثبات العالي لحلقة البنزين ومقاومتها لتفاعلات الإضافة وأصبح يمثل البنزين بدائرة داخل الحلقة إلا أنه حتى الآن تستخدم تراكيب Kekule للبنزين . 

 

 

 

الخواص الفيزيائية للبنزين physical properties of benzene

1. سائل متطاير له رائحة عطرية .
2. يغلي عند C^o80.1 ويتجمد عند C^o5.5 وكثافته ^3-0.88 g Cm   
3.  لا يمتزج مع الماء ويمتزج مع المذيبات العضوية غير القطبية مثل الإيثر .
4. مذيب جيد لكثير من المواد العضوية لذا يستخدم في التنظيف الجاف وفي إذابة الدهون .

 

 

تسمية مشتقات البنزين Nomenclature derivatives of benzene

هناك نظامان لتسمية مشتقات البنزين : 

في النظام الأول تسمى باتخاذ البنزين كاسم أساسي للمركب مثل : 

 

وفي النظام الثاني تتخذ المجموعة البديلة وحلقة البنزين أساسا للاسم مثل : 

 

 

قواعد التسمية  

1. عند وجود مجموعتان مستبدلتان  على حلقة البنزين نستخدم الترقيم بحيث تأخذ ذرة الكربون التي تتصل بالمجموعة التي لها أسبقية التسمية الرقم 1 ويكون اتجاه الترقيم لأقرب مجموعة مستبدله .
2.  أو تستخدم المقاطع التالية لتدل على موقع المجموعتان بالنسبة لبعضهما كما يلي :-  أورثو Ortho " o " : تدل على أن المجموعتان على ذرتين آربون متجاورتين 1-,2   ميتا Meta " m " : تدل على أن المجموعتان تفصل بينهما ذرة آربون واحدة 1-,3   بارا Para " p " : تدل على أن المجموعتان في وضع متقابل على الحلقة 1-,4  
3.   عند وجود أكثر من مجموعتين مستبدلتين على الحلقة تستخدم الأرقام لتحديد مواقعها بحيث تعطى المجموعات أقل أرقام ممكنة .
4.  عند اتصال حلقة البنزين بسلسلة هيدروكربونية طويلة  فأن حلقة البنزين تسمى كمجموعة مستبدلة حيث يطلق عليها كلمة Phenyl و تختصر بـ Ph ويرمز لها بالرمز -C₆H₅ بينما يطلق على المجموعة    C₆H₅CH₂ اسم Benzyl

 

 

 

أمثلة على تسمية البنزين  

 

أعد تسمية المركبات التالية وفقا للنظام الثاني لتسمية البنزين ؟ 

 

سم المركب Chloro-p-xylene-2 وفقا للنظام الأول لتسمية البنزين ؟ 

 2-Chloro-1,4-dimethyl benzene

 

أشباه البنزين Benzenoids   

هي مركبات  صلبة تحتوي على حلقات بنزين مندمجة مع بعضها مثل النفثالين والأنثراسين والفنانثرين وهي ابسط مركبات  هذه الفئة .

 

 عند تسمية مشتقات  أشباه  البنزين يتم تحديد مواقع المجموعات المستبدلة بالأرقا م الموضحة  سابقًاً أو تستخدم الأحرف اللاتينية في تحديد المواقع كما يلي :- 

 

وفي حالة وجود مجموعتين مستبدلتين تستخدم المقاطع التالية كبادئة توضع موقع المجموعتين بالنسبة لبعضها  

 1,2→ ortho       ,    1,3→ meta        ,      1,4 → para

 1,5 → ana         ,     1,6 → epi            ,    1,7 → kata

  1,8 → peri        ,     2,6 → amphi      ,    2,7 → pros

 

 

تحضير البنزين والتولوين والنفثالين  

أدى ازدياد الطلب على البنزين والتولوين والنفثالين إلى اعتماد الصناعة على المشتقات التالية :   n-Hexane  ,  n-Heptane  , Methyl cyclohexane ,  1,3-Dimethyl naphthalene وهي عبارة عن مواد تنتج من التجزئة النفطية Fractionated petroleum أو من التقطير الإتلافي للفحم الحجري  Destructive distillation

 

 

 

تفاعلات البنزين Reactions of benzene

تفاعل الاحتراق Combustion reaction

يحترق البنزين في وجود الهواء الجوي ويعطي  ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء ويشتعل بلهب مدخن في كمية محددة من الأكسجين نظرا لارتفاع نسبة الكربون فيه . 

 

تفاعل الهدرجةHydrogenation  

يتفاعل البنزين مع الهيدروجين بالإضافة تحت ظروف خاصة جدا من الضغط ودرجة الحرارة في وجود فلز النيكل أو البلاتين الساخن فيتحول إلى  هكسان حلقي وكذلك عندما يتفاعل مع الكلور تحت نفس الظروف في ضوء الشمس ينتج Hexachloro cyclohexane ،

 

 

تفاعلات الإحلال الإلكتروفيلي Electrophilic substitution reactions

 تفاعل الهلجنة  Halogenation

يتفاعل البنزين مع الكلور والبروم بسرعة وفي وجود حمض لويس مثل : FeCl₃ أو ₃ AlCl الذي يعمل على كسر الرابطة في جزئ الهالوجين لأن إلكترونات بآي في البنزين  غير قادرة على ذلك لأنها تكون مشدودة بقوة نحو ذرات الكربون بسبب الرنين .   

 

ولكي يتفاعل البنزين مع اليود يتم إضافة فوق كلورات الفضة لمخلوط التفاعل وذلك لضعف فاعلية اليود . 

 

وبسبب فاعلية الفلور  العالية فأنه يتفاعل مع البنزين  بسرعة ويصعب التحكم في ناتج التفاعل عند الفلورة الأحادية لذا يتم الحصول على Fluoro benzene بطريقة غير مباشرة كما يلي :- 

 

 

تفاعل النيترة Nitration

هو عبارة عن تفاعل إدخال مجموعة نيترو NO₂ على الحلقة و يتم ذلك باستخدام مزيج النيترة وهو عبارة عن  مزيج من  حمض النتريك وحمض الكبريتيك المركزين بنسبة 1:1 حيث يقوم حمض الكبريتيك بزيادة تركيز الإلكتروفيل ⁺NO₂ ومنع حدوث التفاعل العكسي . 

  

 

تفاعل السلفنة  Sulphonation

هو إدخال مج موعة السلفونيك SO₃H على الحلقة بالتفاعل مع حمض الكبريتيك المركز في درجة حرارة عالية أو باستخدام حمض الكبريتيك المدخن عند درجة حرارة معتدلة (حمض الكبريتيك المدخن هو الحمض الذي يحتوي على غاز SO₃ ذائب فيه)  

 

لكلة فريدل  ـ كرافتFriedel-Crafts alkylation   

اكتشف كل من الكيميائيين تشارلس فري دل Charles Friedel وجيمس كرافت James M. Crafts سنة 1877م طريقة لإحلال مجموعة ألكيل ومجموعة الأسيل على حلقة البنزين حيث ترتبط المجموعتين كإليكتروفيل في وجود ₃ AlCl كحفاز . 

 

 من عيوب ألكلة فريدل ـ كرافت : 

• حدوث الألكلة المتعددة للبنزين حيث تعمل  مجموعة الألكيل الدافعة للإلكترونات على تنشيط الحلقة تجاه الإلكتروفيل . 
• لا تحدث تفاعلات فريدل ـ كرافت عند وجود مجموعات ساحبة للإلكترونات على الحلقة  . 
• أحيانا تغير مجموعات الألكيل مواقعها على الحلقة . 

 

اسيلة فريدل ـ كرافت Acylation  

 

اشرح سبب عدم حدوث التفاعلين التاليين ؟ 

 

  في التفاعل الأول مجموعة الأمين تتفاعل مع حامض لويس فتمنع تكوين الكاتيون الكربوني . 

في التفاعل الثاني  Chloro benzene غير قادر على تكوين كاتيون كربوني بسهولة نظرا لتهجين sp² الذي يجعل الإلكترونات أقرب إلى النواة بالإضافة للرنين الذي يضفي على رابطة C-Cl شيئا من صفات الرابطة الزوجية . 

 

كيف تميز بين البنزين والمركبات  التالية :

 Cyclohexane  , 2) Cyclohexene  (1 ؟ 

 

البنزين والسايكلوهكسان  

عن طريق الإذابة في حمض الكبريتيك : حيث يتفاعل البنزين ولا يتفاعل سايكلوهكسان .

أو إزالة لون البروم في وجود حامض لويس : يزيله البنزين ولا يتفاعل سايكلوهكسان .

البنزين وسايكلوهكسين  

التفاعل مع حمض الكبريتيك : حيث يتفاعل سايكلوهكسين اسرع من البنزين .

أو إزالة لون البرمنجنات في وسط قاعدي : لا يتفاعل البنزين .

أو عن طريق إزالة لون البروم في رابع كلوريد الكربون : لا يتفاعل البنزين .

 

 

 

 

 

 

المصادر

• الكيمياء العضوية الحديثة . د عادل جرار  ، الطبعة الأولى (2002) / دار أويا للطباعة والنشر والتوزيع ـ طرابلس ـ الجماهيرية العظمى . 
•   الكيمياء العامة . فريدريك لونجو . مترجم . منشورات الأردن . (1981) / مجمع اللغة العربي الأردني . 

• Organic Chemistry / G. Patrick  . ( Second edition) , 2004 , BIOS Scientific , UK .
• Organic Chemistry / G. Marc Loudon  . ( Fourth edition ) , 2002 , Oxford University Press , Inc . USA
•   Stereochemistry /  David G. Morris  , 2001, Royal Society of Chemistry , UK .
•  Organic Chemistry / Philip S. Bailey , Christina A. Bailey . ( Sixth edition ) ,  2000, Prentice-Hall , Inc . New Jersey .
•  Organic Chemistry / Graham Solomons , Craig Fryhle . ( Seventh edition ) , 2000,  John Wiley & Sons .
• Organic Chemistry / Thomas N. Sorrell , 1999, University Science Books .
• Foundations of  Organic Chemistry / Michael Hornby , Josephine  Peach  , 1997,  Oxford University Press , Inc .  New York .
• Textbook of Practical Organic Chemistry / Vogel^'s. ( Fifth edition ) , 1996,  Longman , Edinburgh Gate , UK .
• Organic Chemistry / John McMurry . ( Fourth edition ) , 1996, T I P , Inc .USA
• Organic Chemistry / Morrison , Boyd . ( Fifth edition ) , 1987,  Allyn  and  Bacon  , Inc .
• Introduction to Organic Chemistry / Douglas Applequist , Charles Depuy , Kennth  L. Rinehart , (Third edition ) ,1982 , John Wiley & Sons , Inc .
• Organic Chemistry " A Short Course " / Harold  Hart ,  Robert  D.  Schuetz .  ( Fifth edition ) , 1978 , Houghton Mifflin Company . USA .
• Organic Chemistry / Douglas C. Neckers , Michael P. Doyle , 1977 , John Wiley  & Sons , Inc . USA .
• Solution Manual /Douglas C. Neckers , Michael P. Doyle , Erich C, 1977 , John  Wiley & Sons , Inc .
•  Fundamental Principal  Lecturer in Organic Chemistry / I. Finar, Sixth edition  ,1976, Longman , London .
• Organic Chemistry / G. A. Taylor , 1975, Longman Group Limited , London .
• Essential of Organic and Biochemistry / Donald  J. Burton , Joseph  I. Routh .   1974,  W. B. Saunders Company . Toronto , Canada .
• Inorganic Chemistry , Principles of Structure  and  Reactivity  / James HuHeey ,  Ellen A. Keiter , Richard  L. Keiter  . ( Fourth edition ) , 1993, Harper Collins .
• General Chemistry / James E. Brady . ( Fifth edition ) , 1990, John Wiley & Sons ,  Inc . Canada .
• Chemical Principles / William L. Masterton , Emil J. Slowinski , Conrad  L.  Staitski . ( fifth edition ) , 1981, Holt-Saunders Japan , LTD .
• General Chemistry / Luder , Zuffanti , Shepard , Vernon . ( Third edition ) , 1966,
•  W. B. Saunders Company . London W. C. I
• Biochemical Calculations / Irwin H. Segel . ( Second Edition ) , 1975