ملخص الفصل 5 من كتاب أساسيات الكيمياء العضوية لـ “جون ماكموري” Chapter 5 notes, Aromatic Compounds

إذا كنت تبحث عن ملخصات باقي الفصول لنفس الكتاب فهي كما يأتي:

ملخص الفصل الأول 1 من كتاب مبادئ الكيمياء العضوية ماكموري Organic Chemistry John McMurry Structure and Bonding Acids and Bases

ملخص الفصل 2 من كتاب أساسيات الكيمياء العضوية لـ “جون ماكموري” Chapter 2 notes, Alkanes: The Nature of Organic Compounds

ملخص الفصل 3 من كتاب أساسيات الكيمياء العضوية لـ “جون ماكموري” Chapter 3 notes, Alkenes & Alkynes: The Nature of Organic Reactions

ملخص الفصل 4 من كتاب أساسيات الكيمياء العضوية لـ “جون ماكموري” Chapter 4 notes, Reactions of Alkenes and Alkynes

 

ملخص الفصل الخامس من كتاب أساسيات الكيمياء العضوية لـ “جون ماكموري”

المركبات العطرية

Fundamentals of Organic Chemistry, J. McMurry

Chapter 5 notes, Aromatic Compounds

 

In the early days of organic chemistry, the word aromatic was used to describe fragrant substances such as benzene, benzaldehyde, and toluene.

• في الأيام الأولى للكيمياء العضوية ، كانت كلمة عطرية تستخدم لوصف المواد العطرية مثل البنزين والبنزالدهيد والتولوين .

Substances classed as aromatic differed from most other organic compounds in their chemical behavior.

• المواد المصنفة على أنها عطرية تختلف عن معظم المركبات العضوية الأخرى في سلوكها الكيميائي.

We now use the word aromatic to refer to the class of compounds that contain six-membered benzene-like rings with three double bonds.

• نستخدم الآن كلمة أروماتك للإشارة إلى فئة المركبات التي تحتوي على حلقات شبيهة بالبنزين سداسية الأطراف مع ثلاث روابط مزدوجة.

Many valuable compounds are aromatic in part, such as the steroidal hormone estrone and the cholesterol lowering drug atorvastatin.

• العديد من المركبات الهامة تكون عطرية في جزء منها ، مثل هرمون الإسترون الستيرويدي وعقار أتورفاستاتين الذي يُعالج الكولسترول.

Benzene itself causes a depressed white blood cell count (leukopenia) on prolonged exposure and should not be used as a laboratory solvent.

• يتسبب البنزين بحد ذاته في انخفاض عدد خلايا الدم البيضاء (اللوكيميا) عند التعرض لفترات طويلة ويجب عدم استخدامه كمذيب في المختبر.

 

5.1  Structure of Benzene

تركيب البنزين 

Benzene reacts only very slowly with Br2 to give bromobenzene (where Br replaces H).

• يتفاعل البنزين ببطء شديد مع البرومين (جزيء البروم) ليعطي بروموبنزين (حيث تستبدل ذرة بروم بذرة هيدروجين).

This is substitution rather than the rapid addition reaction common to compounds with C=C, suggesting that, in benzene, there is a higher energy barrier to reaction.

• إن تفاعل الاستبدال هذا و الذي يحل محل تفاعل الإضافة و الذي هو تفاعل شائع مع المركبات التي تحتوي على رابطة ثنائية بين ذرتي الكربون، هو دليل على أن هناك طاقة عالية تحد من تفاعل الإضافة في البنزين .

All the carbon– carbon bonds in benzene have the same length—139 pm—intermediate between typical single (154 pm) and double (134 pm) bonds.

• جميع روابط الكربون – الكربون في البنزين لها نفس الطول – 139 ميكرومتر – و هذه القيمة هي وسط بين طول بين الروابط الفردية (154 ميكرومتر) والثنائية (134 ميكرومتر).

The electron density in all six carbon–carbon bonds is identical.

• الكثافة الإلكترونية في جميع روابط الكربون والكربون الستة متطابقة.

Benzene is a planar molecule with the shape of a regular hexagon. All C – C – C bond angles are 120°, all six carbon atoms are sp²-hybridized, and each carbon has a p orbital perpendicular to the plane of the six-membered ring.

• البنزين هو جزيء مستوٍ له شكل سداسي منتظم. وجميع زوايا الرابطة C- C -C هي 120 درجة ، وجميع ذرات الكربون الست مهجنة من نوع sp² ، ولكل كربون مدار p عمودي على مستوى الحلقة المكونة من ستة ذرات.

5.2  Naming Aromatic Compounds

           تسمية المركبات العطرية

Many of aromatic substances has a common name.

• العديد من المركبات العطرية له أسماء شائعة.

Some of the more widely used names are retained .

• تم الاحتفاظ بالأسماء الأكثر انتشارا لأن تستخدم لتسمية المركبات العطرية.

For example methylbenzene is commonly known as toluene, hydroxybenzene as phenol, aminobenzene as aniline, and so on.

• على سبيل المثال ، يُعرف ميثيل بنزين عمومًا باسم التولوين ، والهيدروكسي بنزين باسم الفينول ، والأمينوبنزين باسم الأنيلين ، وما إلى ذلك.

Monosubstituted benzenes have systematic names as hydrocarbons with- benzene C₆H₅Br = bromobenzene, C₆H₅NO₂ = nitrobenzene, and C₆H₅CH₂CH₂CH₃ is propylbenzene.

• لحلقات البنزين الذي تم استدال منها ذرة واحدة فإن لها أسماء نظامية تشابه تلك للهيدروكربونات مع إضافة اللاحقة -بنزين في نهاية الإسم، فمثلا : C₆H₅Br = بروموبنزين ، C₆H₅NO₂ = نيتروبنزين ، و C₆H₅CH₂CH₂CH₃ = بروبيل بنزين.

When a benzene ring is a substituent, the term phenyl is used (for -C₆H₅)

• عندما تصبح حلقة البنزين هي بحد ذاتها الجزء الذي سوف يستخدم للإستبدال (-C₆H₅) فإنه يطلق عليها اسم “فينيل”

Benzyl refers to C₆H₅CH₂-.

• يطلق مصطلح “بنزيل” على المجموعة -C₆H₅CH₂.

In disubstituted benzenes the substituted groups the name is according to their position on a benzene ring.

• في حال حلقات البنزين التي تحتوي على مجموعتين مستبدلتين ، فإن الاسم يعتمد على موضع المجموعات المستبدل في حلقة البنزين .

ortho- (o) substituents on adjacent carbons (1,2)

• أورثو ( o) المجموعتين المستدلتين تكونان على ذرتي الكربون المجاورتين لبعضهما البعض (الموضع 1 و 2 )

meta- (m) substituents separated by one carbon (1,3)

• ميتا ( m) المجموعتين المستدلتين تكونان على ذرتي الكربون تفصلهما ذرة كربون (الموضع 1 و 3)

para- (p) substituents separated by two carbons (1,4)

• بارا ( p) المجموعتين المستدلتين تكونان على ذرتي الكربون تفصلهما ذرتي كربون (الموضع 1 و 4)

 

 

 

Naming Benzenes with More Than Two Substituents:

• لتسمية مركبات البنزين التي تحتوي على أكثر من مجموعتين مستبدلتين:

Choose numbers to get lowest possible values

• اختر الأرقام التي تمثل اقل رقم ممكن.

List substituents alphabetically with hyphenated numbers

• رتب المجموعات البديلة حسب الاحرف الهجائية مع الترقيم المناسب لها باستخدام إشارة الفاصلة لتفصل بينها.

Common names, such as “toluene” can serve as root name (as in TNT)

• يمكن استخدام الأسماء الشائعة مثل (التولوين) كاسم أساسي (جذر) كما هو الحال في TNT .

5.3  Electrophilic Aromatic Substitution Reactions: Bromination

           تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية العطرية : البَرْوَمَة

In electrophilic aromatic substitution process the electrophile (E^–) reacts with an aromatic ring and substitutes for one of the hydrogens.

• في تفاعل الاستبدال الإلكتروفيلي العطري ، يتفاعل الإلكتروفيل (E^–) مع الحلقة العطرية و  يحل محل واحدة من ذرات الهيدروجين .

The aromatic ring can be substituted by a halogen ( – Cl, – Br, – I), a nitro group ( – NO₂), a sulfonic acid group ( – SO₃H), an alkyl group ( – R), or an acyl group ( – COR).

• يمكن أن تتم عملية الاستبدال عن طريق استبدال أي من ذرات الهيدروجين في الحلقة العطرية بهالوجين ( – Cl, – Br, – I) ، أو مجموعة نيترو ( – NO₂)، أو مجموعة حمض السلفونيك ( – SO₃H)، أو مجموعة ألكيل ( – R) أو مجموعة أسيل ( – COR).

For bromination of benzene to take place, a catalyst such as FeBr₃ is needed. The catalyst makes the Br₂ molecule more electrophilic by reacting with it to give FeBr₄^– and Br^–.

• لحدوث عملية البرومة في البنزين (معالجة البنزين بالبروم) ، يلزم وجود محفز مثل FeBr₃. المحفز يجعل جزيء Br₂ أكثر إلكتروفيلية من خلال التفاعل معه لإنتاج ^–FeBr₄ و^–Br.

The electrophilic Br^– then reacts with the electron-rich (nucleophilic) benzene ring to yield nonaromatic carbocation intermediate.

• يتفاعل إلإلكتروفيل ^–Br بعد ذلك مع حلقة البنزين الغنية بالإلكترون (النيوكليوفيل) لإنتاج كربوكاتيون غير عطرية وسيطة.

The carbocation intermediate loses H⁺ from the bromine-bearing carbon to give a substitution product.

• يفقد الكربوكاتيون الوسطي أيون الهيدروجين ⁺H المرتبط مع ذرة الكربون المرتبطة بها البروم و ينتج عن ذلك منتج نتج عن تفاعل الاستبدال.

5.4  Other electrophilic Aromatic Substitution Reactions

           تفاعلات استبدال إلكتروفيلية عطرية أخرى

Chlorine and iodine (but not fluorine, which is too reactive) can produce aromatic substitution with the addition of other reagents to promote the reaction.

• يمكن أن ينتج الكلور واليود (ولكن ليس الفلور لأنه شديد التفاعل) بدائل عطرية مع إضافة كواشف أخرى لتعزيز التفاعل

Chlorination requires FeCl₃ or AlCl₃.

• تتطلب الكلورة (المعالجة بالكلور) FeCl₃ أو AlCl₃

Iodine must be oxidized to form a more powerful I⁺ species (with Cu⁺ or peroxide).

• يجب أن يتأكسد اليود ليشكل أيونات اليود I⁺ الأكثر نشاطا (مع أيون النحاس Cu⁺ أو فوق الأكسيد)

The combination of nitric acid and sulfuric acid produces NO₂⁺ (nitronium ion).

• تفاعل حمض النيتريك مع حمض الكبريتيك ينتج أيون النيترونيوم NO₂⁺ .

The reaction of nitronium ion with benzene produces nitrobenzene.

• تفاعل أيون النيترونيوم مع البنزين نيتروبنزين .

Sulfonation is a substitution of H by SO₃

• الكبرته هي عملية استبدال ذرة هيدروجين بمجموعة SO₃H .

5.5  The Friedel-Craft Alkylation and Acylation Reactions

           تفاعلات فريدل-كرافت الألكلة و الأسألة

Alkylation is the introduction of an alkyl group onto the benzene ring.

• الألكلة : هو تفاعل يتم فيه ربط مجموعة ألكيل إلى حلقة البنزين .

Alkylation is among the most useful electrophilic aromatic substitution reactions.

• يعتبر تفاعل الألكلة من أكثر تفاعلات الاستبدال العطرية أهمية .

Aluminum chloride promotes the formation of the carbocation.

• يساعد كلوريد الألومنيوم تكوين الكربوكاتيون .

Limitations of the Friedel-Crafts Alkylation

• سلبيات تفاعل ألكلة فريدل-كرافت

Only alkyl halides can be used (F, Cl, I, Br).

• فقط يتم استخدام هاليدات الألكيل (F, Cl, I, Br) .

Aryl halides and vinylic halides do not react (their carbocations are too hard to form).

• لا تتفاعل هاليدات الأريل و هاليدات الفينيل طبقا لهذا التفاعل (صعب تكويتن الكربوكاتيونات الخاصة بها).

Will not work with rings containing an amino group substituent or a strongly electron-withdrawing group.

• لا يتم التفاعل مع الحلقات التي تحتوي على مجموعات أمينون بديلة أو مجموعات بديلة قوية تعمل على جذب الإلكترونات نحوها.

Reaction of an acid chloride (RCOCl) and an aromatic ring in the presence of AlCl3 introduces an acyl group, –

• تفاعل كلوريد الحمض (RCOCl)مع حلقة عطرية في وجود AlCl₃ يتسبب في اقحام مجموعة أسيل ¾COR إلى الحلقة .

Benzene with acetyl chloride yields acetophenone.

• تفاعل البنزين مع كلوريد الأسيتيل ينتج أسيتوفينون.

 

5.6  Substituent Effects in Electrophilic Aromatic Substitution

           تأثير المجموعات البديلة على سير تفاعل الاستبدال الإلكتروفيلي العطري

Substituents can cause a compound to be (much) more or (much) less reactive than benzene.

• أن المجموعات البديلة التي يتم ربطها بحلقة البنزين يمكن أن تجعل المنتج النهائي أنشط أو حتى أقل نشاطا من البنزين بحد ذاته.

The presence of an OH^– substituent makes the ring 1000 times more reactive than benzene, while an  NO₂^– substituent makes the ring more than 10 million times less reactive.

• إن وجود المجموعة البديلة ^– OH يجعل من حلقة البنزين أكثر نشاطا ب 1000 مرة من البنزين بحد ذاته، في حين أن المجموعة NO₂^– يجعل الحلقة أقل نشاطا من البنزين بأكثر من 10 ملايين مرة.

The nature of the substituent already present on the ring determines the position of the second substitution.

• إن طبيعة و نوع المجموعة البديلة على حلقة البنزين تحدد موضع المجموع البديلة الثانية الجديدة التي سيتم اداخلها إلى حلقة البنزين.

Substituents can be classified into three groups: ortho- and para-directing activators, ortho- and para-directing deactivators, and meta-directing deactivators.

• يمكن تصنيف المجموعات البديلة و مدى تأثيرها إلى ثلاث مجموعات على النحو الآتي: منشطات للتوجيه نحو موضع بارا و أورثو، مثبطات للتوجيه نحو أورثو و بارا و مثبطات للتوجيه نحو موضع ميتا .

 

5.7  An Explanation of Substituent Effect

          شرح لتأثير المجموعات البديلة

Activating groups donate electrons into the ring, stabilizing the intermediate carbocation. For example -OH group.

• تعمل المجموعات المنشطة على منح الإلكترونات إلى الحلقة مما يساهم في استقرار الكربوكاتيون، و المثال على ذلك مجموعة OH-.

Deactivating groups withdraw electrons from the ring, destabilizing the carbocation For example -CHO group.

• تعمل المجموعات المثبطة على سحب الإلكترونات من الحلقة، مما يقلل من استقرار الكربوكاتيون .و المثال على ذلك مجموعة CHO- .

 

Electron donation or withdrawal may occur by either an inductive effect or a resonance effect.

• تحدث عملية منح أو سحب الإلكترونات بسبب إما لتأثير حثي أو بسبب تأثير الرنين.

An inductive effect is the withdrawal or donation of electrons through a σ bond due to an electronegativity difference between the ring and the attached substituent atom,

• في التأثير الحثي تحدث عملية سحب أو منح الإلكترونات خلال الرابطة سيجما بسبب الفرث في الكهروسالبية بين الحلقة و المجموعة البديلة المتصلة بها.

A resonance effect is the withdrawal or donation of electrons through a π bond due to the overlap of a p orbital on the substituent with a p orbital on the aromatic ring.

• أنا في تأثير الرنين فتحدث عملية سحب أو نتح الإلكترونات خلال الرابطة باي بسبب تداخل الفلك p في المجموعة البديلة مع الفلك p في الحلقة العطرية.

For example, in the nitration of phenol, the nitronium ion NO₂^– will be directed toward ortho or para position because ortho and para intermediates are more stable than the meta intermediate because they have more resonance forms.

• فمثلا في عملية نترتة الفينول، فإن أيون النيترونيوم سوف يتم توجيهه نحو موضع أورثو و بارا لأن المركب الوسطي للأورثو و البارا أكثر استقرارا من المركب الوسطي للميتا لأن لهما أشكال رنين أكثر.

Any substituent that has a lone pair of electrons on the atom directly bonded to the aromatic ring allows an electron-donating resonance interaction to occur and thus acts as an ortho and para director.

• أي مجموعة بديلة تملك زوجا حرا من الإلكترونات على الذرة المتصلة منها مباشرة على الخلقة العطرية تسمح بحدوث تفاعل رنين مانح للإلكترونات و بالتالي تعمل المجموعة كموجه نحو موضع أورثو و بارا .

In a chlorination of a benzaldehyde as an example for meta-directing substituents we find the meta intermediate has three favourable resonance forms, while the ortho and para intermediates have only two.

• في كلورة البنزالدهيد كمثال لبدائل التوجيه نحو الموضع ميتا ، نجد أن المركب الوسطى لموضع ميتا له ثلاثة أشكال رنين مقبولة ، في حين أن المركبات الوسطية الناتجة عن موضع أورثو و بارا لهما شكلي رنين فقط.

In general, any substituent that has a positively polarized atom (+δ) directly attached to the ring makes one of the resonance forms of the ortho and para intermediates unfavorable, and thus acts as a meta director.

–  بشكل عام ، فإن أي مجموعة بديلة تمتلك ذرة موجبة الاستقطاب (+ δ)  و مرتبطة مباشرة بالحلقة يجعل أحد أشكال الرنين للوسائط أورثو و بارا غير مفضلة ، وبالتالي يتم التوجيه نحو ميتا .

5.8  An Oxidation and Reduction of Aromatic Compounds

          أكسدة و اختزال المركبات العطرية

Benzene ring does not usually react with strong oxidizing agents such as KMnO₄.

• في العادة لا تتفاعل حلقة البنزين مع الكواشف المؤكسدة القوية مثل KMnO₄ .

Alkyl side chains can be oxidized to -CO₂H by strong reagents such as KMnO₄ and Na₂Cr₂O₇ if they have a C–H next to the ring.

• يمكن أكسدة سلسلة الألكيل الطرفية المتصلة بالحلقة إلى CO₂H- عن طريق كاشف قوي مثل KMnO₄  و Na₂Cr₂O₇ و ذلك في حالة إذا كان هناك C–H  متصلة مباشرة بالحلقة.

Converts an alkylbenzene into a benzoic acid, Ar-R→Ar-CO2H.

• و هذا الأمر يتسبب بتحويل مركبات الألكيل بنزين إلى حمض البنزويك , Ar-R→Ar-CO₂H.

Just as aromatic rings are inert to oxidation, they are also inert to reduction under typical alkene conditions.

• مثلما تكون الحلقات العطرية خاملة للأكسدة ، فهي أيضًا خاملة للاختزال في ظل ظروف الألكين النموذجية.

High temperatures and pressures are required in order to reduce aromatic rings.

• يلزم درجات حرارة وضغوط عالية لاختزال الحلقات العطرية.

5.9  Other aromatic Compounds

          مركبات عطرية أخرى  

Aromatic compounds can have rings that share a set of carbon atoms (fused rings).

• يمكن للمركبات العطرية أن يكون لديها أكثر من حلقة تتشارك فيما بينها ذرات الكربون (حلقات مدمجة مع بعضها البعض).

Compounds from fused benzene or aromatic heterocycle rings are themselves aromatic.

• فالمركبات الناتجة عن دمج حلقات البنزين أو عن دمج الحلقات غير المتجانسة هي بحد ذاتها تعتبر مركبات عطرية.

Heterocyclic compounds contain elements other than carbon in a ring, such as N,S,O,P.

• تحتوي المركبات الحلقية غير المتجانسة على عناصر أخرى غير الكربون في الحلقة ، مثل N ، S ، O ،

Aromatic compounds can have elements other than carbon in the ring.

• يمكن أن تحتوي المركبات العطرية على عناصر أخرى غير الكربون في الحلقة.

There are many heterocyclic aromatic compounds and many are very common.

• هناك العديد من المركبات العطرية الحلقية غير المتجانسة والعديد منها شائع جدا.

Cyclic compounds that contain only carbon are called carbocycles.

• تسمى المركبات الحلقية التي تحتوي على الكربون فقط بالحلقات الكربونية.

5.10  Organic Synthesis

          التحضيرات العضوية       

Synthesis can produce new molecules that are needed as drugs or materials.

• يمكن أن ينتج عن التحضيرات العضوية جزيئات جديدة مطلوبة كأدوية أو مواد.

Syntheses can be designed and tested to improve efficiency and safety for making known molecules.

• يمكن تصميم التحضيرات العضوية واختبارها لتحسين الكفاءة والأمان لتحضير جزيئات معروفة.

Highly advanced synthesis is used to test ideas and methods, answering challenges.

• يستخدم التحضير المتقدم للغاية لاختبار الأفكار والأساليب ، والإجابة على التحديات.

Chemists who engage in synthesis may see some work as elegant or beautiful when it uses novel ideas or combinations of steps – this is very subjective and not part of an introductory course.

• قد يرى الكيميائيون الذين يشاركون في عملية التحضير بعض الممارسات على أنها أنيقة أو جميلة عندما تستخدم أفكارًا جديدة أو مجموعات من الخطوات – وهذا أمر شخصي للغاية وليس جزءًا من خطوة تمهيدية.

In order to propose a synthesis you must be familiar with reactions:

• من أجل اقتراح طريقة تحضير جديدة ، يجب أن تكون على دراية بالتفاعلات:

What they begin with.

• أي المواد التي تم البدء بها

What they lead to.

• إلى ماذا تؤدي هذه المواد

How they are accomplished.

• كيف يتم انجاز هذه المواد

What the limitations are.

• ماهي القيود أو المحظورات من استخدام تلك المواد

A synthesis combines a series of proposed steps to go from a defined set of reactants to a specified product.

• تجمع عملية التحضير بين سلسلة من الخطوات المقترحة للانتقال من مجموعة محددة من المواد المتفاعلة إلى منتج محدد.

 

 

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرو في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2

 

2 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

 

3 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :