2

Organic Chemistry (1)

Courses

First year (Second Semester)

Faculty of Pharmacy

Lecture (1) Prof Dr Mohammad Nasser

Reference

Essential Organic Chemistry

Paula Yurkanis Bruice 2010

Second Edition

T. W. Graham Solomons, Organic Chemistry, Fifth Edition, New York, 1992.

3

أساسيات في الكيمياء العضوية

Basics in Organic Chemistry

:Introduction مقدمة -1-1

ماهي الكيمياء العضوية: -1-1-1

بشكل خاص )يمياء مركبات الكربون، الذي يشكل باتحاده مع العديد من العناصر االخرى الكيمياء العضوية هي ك

H,N,O,S,P,X مركب 5000000( اكثر من .

يملك العديد من هذه المركبات اهمية كبيرة جدا، كما يظهر من القائمة التالية:

Fuels

Solvents

Explosives

Detergents

Plastics, synthetic fibers

Rubber

Wool, cotton, natural fibers

Insecticides, pesticides

Animal toxins, plant poisons

Vitamins, hormones

Synthetic pharmaceuticals

Antibiotics

Dyestuffs

Foodstuffs, flavorings and preservatives

وهيدرات كبات عضوية مثل البروتينات والدهون والكرببالنظر إلى ان االشياء الحية المائية مصنعة من مر

، فان دراسة هذه المركبات (proteins, fats, carbohydrates and nucleicacidsوالحموض النووية )

والدور الذي تلعبه في جميع عمليات الحياة مجال خاص للدراسة يدعى بالكيمياء الحيوية

BIOCHEMISTRY .

لمركبات ا إلنتاجكانت ضرورية (vital force)لقرن التاسع عشر بان القوة الحية ساد االعتقاد في بدايات ا

. العضوية، لذا توجد هذه المركبات في االجسام الحية فقط

ت تحويل ملح العضوي هو سيانا 1828عام Friedrich Wohlerهجرت نظرية القوة الحية بعد ان استطاع

. ureaوية مصدرها الكائنات الحية وهي اليوريا إلى مادة عض ammonium cyanateاالمونيوم

1لمحاضرة ا

4

NH3 + HNCO

cyanic

acid

NH4NCO

aammonium

cyanate

NH2CONH

2

urea

:Structure of organic compoundsبنية المركبات العضوية -1-1-1-1

تميل المركبات العضوية لتكون مبنية وفقا لمخطط عام على النحو التالي:

جين تعد ذرات الهيدرو. لسلسلة من ست ذرات كربون، حيث تتكون ا"skeleton"تشكل ذرات الكربون هيكال

ففذذي . covalent bondsالذذذرات االكثذذر شذذيوعا المرتبطذذة بذذذرات الكربذذون وهذذي تذذرتبط بهذذا بذذروابط مشذذتركة

ي هذذالتذذي تعذذد المكذذون االساسذذي للبتذذرول تكذذون الذذذرات المرتبطذذة بذذالكربون ،Hydrocarbonsالهيذذدروكربونات

فذذي او اكثذذر functional group))رتبط بالسلسذذلة الكربونيذذة مجموعذذة و يفيذذة ذرات الهيذدروجين ويمكذذن ان تذذ

.(alcoholic group OHالمثال السابق المجموعة الو يفية هي المجموعة الغولية )

يمكن تمثيل بنية المركبات العضوية بطرائق اخرى:

ام يمكن استخد ون بعض الروابط اهرة اواحيانا تك. تمثل هذه البنية الجزيئة السابقة ولكن دون ا هار الروابط

)حيث يشير FILLEDor STICK-AND-BALLالنماذج المعروفة مثا نموذج الكرة والقطبان او المطوي

.اللون االسود إلى ذرات الكربون واالحمر إلى ذرة االكسجين واالبيض إلى ذرة الهيدروجين(

5

لمثال:على سبيل ا structure of the moleculeة الجزيئة يدعى ترتيب جميع ذرات الجزيئة في الفراغ ببني

و الصيغة البنية التالية والتي تعرف بالصيغة البنيوية أ 14H6Cيمكن ان نكتب للمركب الذي صيغته المجملة

structural formulaالمنشورة

ختلفة او ذات اطوال م straight chainsالهياكل الكربونية متنوعة فيمكن ان تكون مكونة من سالسل مستقيمة

او من rings of various sizesاو من حلقات ذات احجام مختلفة branched chainsمن سالسل متفرعة

حلقات متكاثفة كما يوضحه الشكل التالي:

والسؤال االن لماذا يشكل الكربون سالسل طويلة مستقرة؟ -1-1-1-2

اصر بتة مع ذرات كربون اخرى وذرات هيدروجين وذرات العنان مقدرة ذرة الكربون تشكيل روابط مشتركة ثا

دة مئات( عوكنتيجة لذلك السالسل الطويلة لذرات الكربون )اكثر من . الخفيفة يجعله فريدا وسط جميع العناصر

دوري في الجدول ال IVبينما نجد بان مقدرة عناصر اخرى من المجموعة الرابعة . تكون ثابتة إلى حد كبير

. كما ان هيدريداتها غير ثابتة وتتفاعل مع الهواء بعنف بدرجة حرارة الغرفة ،سل محدودةلتشكيل سال

افضل توضيح يكون بمقارنة طاقات الروابط لبعض الروابط التي تكون مستخدمة:

Bond Bond energy kJ. mol-1 Bond Bond energy kJ. mol-1

C-C 245 C-H 365

Si-Si 178 Si-H 314

Ge-Ge 158 Ge-H 312

Sn-Sn 144 Sn-H 295

Pb-Pb --- Pb-H ---

6

)lmo. kJ 376-1)تكذون وويذة جذدا O-Siفالرابطذة ،شذيء مماثذل فذي العذالم المعذدني )الطبيعذة(يمكن مالظةنة

يليكات هذذه النتيجذة موجذودة فذي السذ .يمكذن ان تتشذكل O units-Siوهذا يعني بان السالسل الطويلذة مذن وحذدات

SILICATES لفلزات االكثر شيوعا في القشرة االرضيةا .

Functional Groupsالمجموعات الوظيفية -1-2

الكيميائية الفعالية قليلة مركبات Alkanes االلكانات -1-2-1

اذا استبدلت ذرة هيدروجين او اكثر بذرة عنصر مختلف او برابطة جديدة فغنها تتشكل مجموعة

Functional Groupو يفية

المجموعات الوظيفية: -1-2-2

. هي مجموعات من الذرات تملك صفات كيميائية خاصة وهي تحدد كيمياء)تفاعالت( المركب الكيميائي

تحدد صف او طائفة المركب .

. تملك المركبات في الصف او الطائفة تفاعالت كيميائية وصفات متشابهة

C H C C

l

C H

H

C O

3CH2CH2CH2CH2CH3CH

C C C C

H H

7

تكون المووع الفعالREACTIVE SITE

تحدد التفاعالت للمجموعة .

. في تسمياتها ONE–تملك النهاية ketonesتعد اساسا لتسمية المركبات، مثال جميع الكيتونات

acetone

methyl ethyl ketone

cyclopropanone

مثال:

ة جموعالو يفية والتي تعرف بالم (OH-)طائفة من المركبات الي تملك المجموعة Alcoholsتعد االغوال

. Alcoholic groupالغولية

CH3-OH methanol methane =

one

carbon

CH3CH2-OH ethanol ethane =

two

carbons CH3CH2CH2-OH propanol

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-OH

8

يوضح الجدول التالي المجموعات الوظيفية الشائعة:

COMMON FUNCTIONAL GROUPSCOMMON FUNCTIONAL GROUPS

ALCOHOLS

R R

C C RR

C C RR

R O H

C C

C C

O H

double bond

triple bond

hydroxyl

ALKENES

ALKYNES

CLASS FUNCTIONAL GROUP

( R = any group of carbon and hydrogen atoms )

R

R C

H

O

R C O

C

H

O

C O

aldehyde

carbonyl

ALDEHYDES

KETONES

AMINES aminoR N H

H

N H

H

ETHER R O R O R alkoxy

R

R cannot be H

R cannot be H

H cannot be R

H can be R

R can be H

R can be H

H cannot be R

R cannot be H

( Take special care where red arrows indicate )

9

GROUPS WITH SPECIAL ABBREVIATIONSالمجموعات مع اختصارات خاصة :وفيما يلي

OH

R C

OR’

O

OH

C

OR

O

carboxyl

ester

CARBOXYLIC

ACIDS

ESTERS

R C O C O

FUNCTIONAL GROUPS FUNCTIONAL GROUPS …….. .. continuedcontinued

AMIDES amide

PHENOLS phenolO

H

OH

R

C O

NH2

C O

NH2

R

AROMATICS Any compound which has a

benzene ring is “aromatic”

or “benzenoid”

R

CLASS FUNCTIONAL GROUP

R’ cannot be H

H can be R

R can be H

R can be H

R can be H

attached to

any carbon

benzene

ring

not an

alcohol

-C6H5 benzene ring

-NO2 nitro group

-NH2 amino group

(CO) or CO carbonyl group

SPECIAL ABBREVIATIONSSPECIAL ABBREVIATIONS( continued )

N O

O

N H

H

..

..

..

:

::

+

-

C O..

:

-OH hydroxyl

( -C-OH or HO-C is OK, but not C-HO

because an aldehyde is -CHO )

O H....

10

البنية االلكترونية والمدارات الذرية -1-3

ELECTRONIC STRUCTURE AND ATOMIC ORBITALS:

:simple view بسيطة مراجعة -1-3-1

:رسم التاليفي اي مقدمة لصف كيميائي يجب التعرف على البنية الكيميائية للكربون والهيدروجين المبينة في ال

ن الدوائر عممثلة تزايد المسافات عن النواة ويمكن االستتغناء energy levelsتظهر الدوائر مستويات الطاوة

ترونية على شكل مخطط طاوي بسيط:ورسم البنية االلك

SPECIAL ABBREVIATIONSSPECIAL ABBREVIATIONS

-CHO

-COOH

-CO2H

-COOR

-CO2R

-CONH2

( note H before O,

-C-OH is an alcohol)

aldehyde

carboxylic acid

ester

amide

KNOW THESE - including electron pairs

O

C H

O

C O H

O

C O R

O

C N H

H

..

..

..

..

..

..

..

..

..

:

:

:

:

11

:Atomic orbitals الذرية المدارات -1-3-2

المدار يمثل .(% 95ان المدار الذري هو حجم من الفراغ يكون احتمال وجود االلكترون فيه اعظميا )حوالي

)الكمية( : الذي تحدده االعداد الكوانتية االربعة X,Y,Z)Ψ)الذري بالتابع الرياضي

الكمي الرئيسي العددn:

يعين سويات الطاوة الرئيسة )محط االلكترون(

n= 1 2 3 4 5 6 7 القيم:

K L M N O P Q السويات:

العدد الكمي الثانويl:

يد العدد على عدة سويات للطاوة تدعى فرعية اوثانوية ويف Kتحوي كل سوية طاوية رئيسية ماعدا السوية

حدد الشكل سويات الطاوة الفرعية )الثانوية( في سوية الطاوة الرئيسية، كما ي في تعيين lالكمي الثانوي

اجل: ( وهكذا يكون منl=0 - n-1الهندسي للمدار او المحط الذي يتحرك االلكترون ضمنه وياخذ القيم )

n=1 l=o المدار المقابل كروي م(S)

n=2 l=o and l=1 والمدار المقابل لـl=o كروي من نوعS و اكبر حجما من المدار االول وهS مدار وال

يلتقيان يتالف من كرتين متماستين ومتنا رتين بالنسبة للنواة او يكون على شكل مغزالن l=1المقابل لـ

جود ويطلق على المستوي المماسي للكرتين اسم المستوي العقدي الن احتمال .P))بالراس ويرمز له بـ

. االلكترون فيه معدوما

n=3 l= 0, 1,2 ويرمز للمدار من النوعl = 2 بالحرفd وياخذ اشكاال هندسية معقدة .

Figure 1: The shapes of some s and p orbitals. Pure, unhybridized p orbitals

touching spheres-are almost .

العدد الكمي المغناطيسيm :

صذحيحة ا يخضع إلى حقذل خذارجي وياخذذ جميذع القذيم اليعين االوضاع واالتجاهات التي ياخذها مدار ما عنم

بما فيها الصفر: l+))و l-))بين

-l ≤ m ≤ +l

12

Sاي يوجد وضع واحد للمدار m=oيكون l=0من اجل -

ي تختلذف فذي اتجاهاتهذا فذ Pاي يوجذد ثذالم مذدارات متكافئذة مذن نذوع m= -1, 0,+1يكذون l=1من اجل -

. الفراغ المحيط بالنواة

تختلذذف فذذي dاي يوجذذد خمذذا مذذدارات متكافئذذة مذذن نذذوع m= -2, -1, 0,+1,+2يكذذون l=2اجذذل مذذن -

. اتجاهاتها في الفراغ المحيط بالنواة

. fاي يوجد سبع مدارات متكافئة من نوع m= -3, -2, -1, 0,+1,+2, +3يكون l=3من اجل -

العدد الكمي للف الذاتيs:

ق عليذه كزه باالضافة إلى حركته في مداره حول النواة وهو مذا اطلذيدور االلكترون حول محور مار من مر

هذة دوران حيث يمكن لاللكترون ان يدور حول نفسذه فذي احذد اتجذاهين مختلفذين امذا بج ،(spin)اسم اللف الذاتي

. عقارب الساعة او بعكا جهة دوران عقارب الساعة وهو مانمثله بسهمين متعاكسين باالتجاه

و

:Fitting electrons into orbitals المدارات على االلكترونات ادخال -1-3-3

الطاوية وعلى السوية 1Sيجب التذكير بانه يوجد على السوية الطاوية االولى مدار واحد فقط هو المدار

ليا وواحد او اثنين وكل مدار يمكن ان يستوعب الكترون zand 2p y, 2px2s, 2pالثانية اربع مدارات هي

. اكثر

بان االلكترونين يمكن تمثيل المدار على شكل صندوق تظهر فيه االلكترونات على شكل اسهم متعاكسة تبين

. مختلفين

اللكترونين كما يظهر الشكل التالي: 1Sيتسع المدار

:21sويمكن كتابته بشكل سريع على الشكل

:The order of filling orbitals: Haund s ruleارات )قاعدة هوند( توزيع االلكترونات في المد -1-3-4

ت ت ذات سذويايتم امالء المدارات ذات سويات الطاوة االدنى )االورب لى النذواة( وبذل ان يذتم امذالء المذدارا

ل كن يضم بل اوالطاوة االعلى وفي حال وجود مدارات لها نفا السوية الطاوية اليمكن امالء اي منها بالكترونين

. واحد منها الكترونا واحدا

اك علذذى انذذه اليسذذتطيع الكترونذذان ان يشذذغال المذذدار نفسذذه اذا كذذان هنذذ Haund s ruleتذذنق واعذذدة هونذذد

الكترون بذمدارات متكافئة من حيث الطاوة وماتزال فارغذة، ويذتم شذغل المذدارات ذات سذويات الطاوذة المتسذاوية

. هذه المدارات استقبال االلكترون الثاني واحد بالترتيب وبل ان يستطيع اي من

13

2sلمذدار يلخق المخطط التالي طاوات المذدارات المتنوعذة فذي مسذتويات الطاوذة االولذى والثانيذة، الحذ بذان ا

تمللذك و، 2pسذتم امذال ه بااللكترونذات وبذل المذدارات 2sوهذذا يعنذي بذان المذدار ،2pاخفض طاوة مذن المذدارات

. الطاوة تماما نفا 2pجميع المدارات

:The electronic structure of hydrogenالبنية االلكترونية للهيدرجي -1-3-4-1

لك وبالتالي يم 1sالمدار –تملك ذرة الهيدروجين الكترونا واحدا فقط وهو يشغل المدار االخفض طاوة

. 11sالهيدروجين البنية االلكترونية

:The electronic structure of carboneن البنية االلكترونية للكربو -1-3-4-2

لتذالين المذدار ااالوذرب إلذى النذواة، و يشذغل االلكتذرونين 1sيملك الكربون ستة الكترونات اثنان يشغالن المدار

2s 2، اما االلكترونين المتبقيين فسيكونان في مدارينp 2منفصلين الن جميع المداراتp طاوةلها نفا ال .

.

1لبنية االلكترونية للكربون على النحو االتي: يمكن كتابة اy2p1

x2p22s21s .ترونات على ان هذا التوزع لاللك

المدار يحصل في الحالة االساسية لذرة الكربون الحرة

:Bonding in Methane and Ethaneاالرتباط في الميتان وااليتان -1-3-5

:Methane, CH4الميتان -1-3-5-1

1اللكترونية للكربون تكتب على النحو االتي: الحظنا بان البنية اy2p1

x2p22s21s . اللكترونات لان هذا التوزع

مذع الذذرات على المدار يحصل في الحالة االساسية لذرة الكربون الحرة وفي هذذه الحالذة يمكذن ان تتكذون الذروابط

لكربذذون اللوهلذذة االولذذى ان ( فيبذذدو لنذذا2pyو 2Pxاالخذذرى بمشذذاركة الكتذذرونين فقذذط )الموجذذودين فذذي المذذدارين

.ثنائي التكافؤ

ويمكذن تحقيذق ذلذك ،CH4يبدي الكربون في الغالبية العظمذى مذن المركبذات التكذافؤ الربذاعي كمذا فذي الميتذان

فتصذذبح ذررة . 2Pzعذذن بعضذذهما وانتقذذال احذذدهما إلذذى المذذدار الشذذاغر 2Sبانفصذذال االلكتذذرونين المتذذزاوجين

14

12Pz1يذذة )متهيجذذة( الكربذذون فذذي حالذذة طاويذذة عالy2p1

x2p12s21s وفذذي هذذذه الحالذذة يصذذبح الكربذذون ذا اربعذذة ،

. وادرة على تشكيل اربع روابط مع ذرات او زمر اخرى unpaired electronsعازبة الكترونات

:Promotion of an electronاثارة)تهيج( االلكترون -1-3-6

اذاشكل الكربون اربع روابط يكون مفضال علذى. اكثر ثباتا عندما تتشكل الروابط تتحرر الطاوة وتصبح الجملة

رابطتينن حيث تزيد كمية الطاوة المتحررة عنذد تشذكل الذرابطتين االضذافيتين ولذيال عذن الطاوذة الضذرورية لفصذل

و 2s)يوجذد فجذوة صذغيرة مذن الطاوذة بذين المذدارات 2P 2Sوتحقيق االنتقال 22sااللكترونين المتزاوجين

2p 2تالي يحتاج الكربون كمية صغيرة من الطاوة الثارة الكترون من المدار وبالs 2غلى المدار الفارغp العطاء

.اربعة الكترونات عازبة(

:sp3 HYBRIDZATIONالتهجي رباعي الوجوه -1-3-7

سويات الوتنتج اربعة مدارات ذرية هجينة ويبين الشكل التالي Pمع ثالم مدارات Sيتم امتزاج مدار واحد

الطاوية في الحالة االساسية ووبل التهجين وبعده:

Hybridized state-3sp Excited state Ground state

ة رات متطابقتعيد االلكترونات ترتيب نفسها بعملية تدعى التهجين وهذا يعيد ترتيب االلكترونات في اربعة مد

.(Pمع ثالم مدارات S)ناتجة من امتزاج مدار واحد hybrids 3spتدعى المدرات الهجينة

15

Hybridization of pure atomic orbitals of a carbon atom to produce sp3 hybrid orbitals

عطذي بنيذة ي sp3وبالتذالي فذان الكربذون ذو التهجذين °5 .109تتوجه المدارات صانعة فيما بينها زوايذا تسذاوي

حيذذث تتوضذذع ذرات الهيذذدروجين فذذي ر وس ربذذاعي وجذذوه ،tetrahedral structureة الوجذذوه هرميذذة رباعيذذ

. منتظم وتستقر ذرة الكربون في مركزه وهذا مايفسر الشكل الهرمي لجزيء الميتان

16

ا فذي عمليذة التهجذين نجمذع مذدارات ولذذي. sp3يوضذح هذذا الشذكل تكذون الميتذان مذن ذرة كربذون ذات تهجذين

تقيذد بمبذذدايجذري بعذد ذلذك اضذافة االلكترونذات للمذدارات المهجنذذة بمذا يكفذي النشذاء الذروابط، مذع الالكترونذات، و

.(opposite spinباولي الذي يمنع وجود الكترونين في نفا المدار، اال اذا كانا متعاكسي السبين )

ماذا يحدث عندما تتشكل الروابط؟ -1-3-8

رات جزيئيذةرات الذريذة العائذدة للذذرات المسذتقلة تنذدمج لتشذكيل مذداعندما تتشكل الرابطذة المشذتركة فذان المذد

. الذي يشكل الرابطة electron pairجديدة التي تحتوي الزوج االلكتروني

ع نوىاالصلية لكن م 3spتتشكل اربعة مدارات جزيئية والتي تبدو مشابهة إلى حد ما المدارات الهجينة

. ويحتوي كل مدار على الكترونين الهيدروجين المنطمرة في كل فلقة

مع عائدة لذرة الكربون 3sp( بالتداخل بين اربع مدارت هجينة bond(σ) Sigma) σتتشكل اربع روابط

. عائدة الربع ذرات هيدروجين1sاربع مدارات

17

(a) (b)

الميتان ثالثية يبين كيف نرسم بنية b))بنية الميتان باستخدام نموذج الكرة والقضبان والشكل a))يمثل الشكل

وعذة رابطذة الوااالبعاد حيث تشير الخطوط العادية إلى الروابط الواوعة في مستوي الرسذم والمثلذث المملذوء إلذى ال

. خلف مستوي الرسمامام مستوي الرسم اما المثلث المفرغ فيشير إلى الرابطة الواوعة

:6H2Bonding in ethane, Cاالرتباط في االيتان -1-3-9

The formation of molecular orbitals in ethaneتشكل المدارات الجزيئية في االيتان: -1-3-9-1

carbon-carbon single bondكربون -يعدااليتان ابسط مثال لتوضيح كيف تتشكل الرابطة االحادية كربون

ماما، وباتالي تكما الحظنا في الميتان 3spذرة كربون في االيتان يثار الكترون وتتشكل عندئذ مدارات هجينة كل

تبدو الذرات وبل االرتباط على النحو التالي:

ترتبط ذرات الهيدروجين مع ذرتي كربون لتكوين مدرات جزيئيذة كمذا هذو الحذال فذي الميتذان وتذرتبط ذرتذي

لتشذذكيل مذذدارات end-to-endالمتبقيذذان طذذرف إلذذى طذذرف sp3دارين الذذذريين الهجينذذين الكربذذون بتذذداخل المذذ

كمذا تذدعى ايضذا ،σ sigma bondالرابطة المتشكلة بالتدخل طرف إلذى طذرف تذدعى بالرابطذة . جزيئية جديدة

18

كترونذاتزوج مذن االل σيوجد في اي رابطذة . ايضا σالروابط بين ذرتي الكربون وذرات الهيدروجين بالروابط

pair of electrons بين النواتين .

(a) (b)

اليتذان ثالثيذة ايبين كيذف نرسذم بنيذة b))بنية االيتان باستخدام نموذج الكرة والقضبان والشكل (a)يمثل الشكل

ة امام بطة الوافعالخطوط العادية إلى الروابط الواوعة في مستوي الرسم وامثلث المملوء إلى الرا االبعاد حيث تشير

. مستوي الرسم اما المثلث المفرغ فيشير إلى الرابطة الواوعة خلف مستوي الرسم

19

:كربون -الدوران ظول الرابطة االظادية كربون -1-3-10

Free rotation about the carbon-carbon single bond:

لخذط الواصذل الواصلة بين ذرتي كربون تكذون متنذا رة بالنسذبة إلذى ا σ-فالرابطة ،اليملك االيتان بنية وحيدة

لذرات ويمكن نظريا تصور عدد غير محدود من البنى تختلف عن بعضها من حيث التوضع النسبي. بين النواتين

ة بالشذذكلينوتسذذمى الحالتذذان الحذذديتان مذذن البنذذى الممكنذذ ،نيذذةالهيذذدروجين المتصذذلة بذذذرتي الكربذذون االولذذى والثا

.Steggeredوالمتعارض Eclipsedالمتحاجب

20

يسذذمى وتذذدعى االشذذكال المتشذذابهة الثالثيذذة االبعذذاد الذذواردة سذذابقا بمسذذاوط سذذرج الحصذذان ومسذذاوط نيومذذان،

. اليتاناية بينهما بامتثاالت جزيئة الشكالن المتحاجب والمتعارض والعدد غير المحدود من البنى االنتقال

:Other alkanes االخرى االلكانات -1-3-11

ترتبط جميع االلكانات االخرى بنفس الطريقة:

يثار الكترون من كل ذرة كربون وعندئذ تتهجن وتتشكل مدارات هجينةsp3 .

ترتبط ذرات الكربون مع بعضها البعض لتشكيل روابطσ ةالهجينة بتداخل المدارات الذريsp3 لذى إطذرف

end-to-endطرف

1ترتبط ذرات الهيدروجين حيثما يكون حاجة لذلك بتداخل مذداراتهاS1 نذة الهجي مذع المذدارات الذريذةsp3

. لذرات الكربون

:Bonding in ethene, C2H4 االيت في االرتباط-1-3-12

THE STRUCTURE OF ETHENE (ETHYLENE)بنية االيت )االيتلي ( -1-3-12-1

:sp2التهجي المثلثي )المستوي(

The structure and bond angles of ethene. The plane of the atoms is perpendicular to

the paper. The dashed edge bonds project behind the plane of the paper, and the solid

wedge bonds project in front of the paper .

A process for obtaining sp2-hybridized carbon atoms

21

2Pاحذد هجينذة ويبقذى مذدار وsp2وتتشكل ثذالم مذدارات 2Sمع مدار 2Pفي هذا التهجين يتم اندماج مدارين -1

. اليشارك في التهجين

regularمنذذتظم التذذي تنذذتج مذذن عمليذذة التهجذذين تكذذون متوجهذذة باتجذذاه ر وس مثلذذث sp2المذذدرات الذذثالم -2

triangle .

An sp2-hybridized carbon atom

A model for the bonding molecular orbitals of ethane formed from The simple view of

the bonding in ethane two sp2-hybridized carbon atoms and four hydrogen atoms

الربع عائدة1Sعائدة إلى ذرتي كربون مع مدارات sp2اربعة مدارات بالتداخل بين σتتشكل اربعة روابط -3

. عائدين إلى ذرتي كربون sp2فتتشكل بتداخل مدارين σذرات هيدروجين اما الرابطة الخامسة

ة وائمة مع التي التشارك في التهجين والمتوازية فيما بينها والتي تتوضع صانعة زاوي 2Pتتداخل المدارات -4

. Pi () bond الذي توجد فيه ذرات الكربون والهيدرجين مشكلة الرابطة المستوي

. لرابط امستوي عقدي مارا بالرابطة الواصلة بين النواتين وبين فلقتي المدار الجزيئي تملك الرابطة -5

22

(a) A wedge-dashed wedge formula for the sigma bonds in ethene anda schematic depiction

of the overlapping of adjacent p orbitals that form the bond. (b) A calculated structure for

enthene. The blue and red colors indicate oppositephase signs in each lobe of the

molecular orbital. A ball-and-stick model for the

:Bonding in ethyne, C2H2 يتي اال في االرتباط -1-3-13

:THE STRUCTURE OF ETHYNE (ACETYLENE)بنية االيتي )االستلي ( -1-3-13-1

احد من رابطة ثالثية بين ذرتي كربون، حيث يمثل كل خط في البنية التالية زوج و ALKYNESتملك االلكينات

االلكترونات المرتبطة:

التهجي الخطيsp:

A process for obtaining sp-hybridized carbon atoms

اركان في اليش 2Pهجينن ويبقى مدارين spوتتشكل مدارين 2Sمع مدار 2Pفي هذا التهجين يتم اندماج مدار -1

. التهجين

. ͦ 180)التي تنتج من عملية التهجين تصنع محاور تنا ر فيما بينها زوايا ) spالمدارين -2

23

An sp-hybridized carbon atom

. σورابطة تحتوي الرابطة الثالثية على رابطتين - 3

Formation of the bonding molecular orbitals of ethyne from two

sp-hybridized carbon atoms and two hydrogen atoms

موعات دوران المج على طول الرابطة الثالثية وباتالي الويد على Circular symmetryيوجد تنا ر دائري -4

. المرتبطة بالرابطة الثالثية

(a) The structure of ethyne (acetylene) showing the sigma bond framework and a schematic depiction

of the two pairs of p orbitals that overlap to form the two bonds in ethyne.

(b) A structure of ethyne showing calculated molecular orbitals. Two pairs of molecular orbital

lobes are present, one pair for each bond. The red and blue lobes in each bond represent

24

opposite phase signs. The hydrogen atoms of ethyne (white spheres) can be seen at each end of the

Structur

وااليتي وااليت االيتان في الروابط اطوال -1-3-14

Bond lengths of Ethyne, Ethene, and Ethane:

. Sاالقصر هي التي تنتج بمشاركة مدرات الكربون التي تزداد فيها صفات المدار C-Hالروابط

Bond angles and bond lengths of ethyne, ethene, and ethane

Methane

A tetrahedral shape for methane allows the maximum separation of

the four bonding electron pairs

The bond angles of methane are 109. 5

25

Ammonia

The tetrahedral arrangement of the electron pairs of an ammonia molecule that results when

the nonbonding electron pair is considered to occupy onecorner. This arrangement of electron

pairs explains the trigonal pyramidal shapeof the NH3 molecule.

Water

An approximately tetrahedral arrangement of the electron pairs for a molecule of water that

results when the pair of nonbonding electrons are consideredto occupy corners. This

arrangement accounts for the angular shape of the H2Omolecule.

Boron Trifluoride

The triangular (trigonal planar) shape of boron trifluoride maximally

separates the three bonding pairs

Beryllium Hydride

26

Carbon Dioxide

Shapes of Molecules and Ions from VSEPR Theory

:BONDING IN BENZENE البنزن في االرتباط -1-3-15-2

:,6H6C The Kekulé structure for benzeneبنية كيكوليه للبنزن -1-3-15-1

لقي نظريته والتي تقول ان البنزن عبارة عن مركب ح F. A. Kekuleوضع العالم االلماني 1865في عام •

الية مؤلف من ست ذرات كربون ويحتوي على ثالثة روابط مضاعفة توجد في حالة ترافق، وتبين الصيغة الت

بنية البنزن التي اوترحها كيكولية:

اصة للبنزن، فعلى الرغم من عدم تبين هذه الصيغة ان ذرات الكربون الست متكافئة، اال انها التفسر الصفات الخ

االشباع في البنزن فانه:

C

C

C

C

CH

CH

H

H

H

H

أو

27

تاسيوم، اياليبدي ميال للدخول في تفاعالت الضم، فهو اليزيل لون ماء البروم واللون محلول برمنغنات البو •

. انه اليعطي التفاعالت النوعية المميزة للمركبات غير المشبعة

. اليتفاعل مع الحموض الممددة •

.ين اال بشروط خاصة )حرارة مرتفعة وضغط مرتفع(اليضم الهيدروج •

تبدال لذرةكما يتفاعل البنزن بوجود الوسطاء مع الهالوجينات، اال انه اليحصل تفاعل ضم للهالوجين بل اس •

. الهيدروجين بذرة هالوجينBr2/CCl4

dark,25 0 C

KMnO4/H2O

25 0 C

H3O+/H2O

heat

H2/Ni

No addition of bromine

No oxidation

No hydration

Slow addition at high temperature and pressure

وفقا للتصورات االلكترونية الحديثة يملك جزيء البنزن:

.sp2ية حلقية مستوية محتوية على ست ذرات كربون وجميع ذرات الكربون فيه ذات تهجين بن •

دارات ، اثنتان مع ذرتي كربون مجاورتين تنتج من تداخل مσتشكل كل ذرة من ذرات الكربون ثالثة روابط •

مدار ربون معلذرة ك sp2والثالثة مع ذرة هيدروجين وتنتج من تداخل مدار ،بين ذرتي كربون sp2من نوع

1s تحتوي ، فضال عن ذلك كل ذرة كربون°120لذرة هيدروجين وتكون الزوايا بين الروابط الثالثة مساوية

. اليشارك في التهجين ويتوضع صانعا زاوية وائمة مع المستوي الذي توجد فيه الحلقة 2pعلى مدار

زية فيما بينهاذي توجد فيه الحلقة ولكنها متوالذرات الكربون الست متعامدة مع المستوي ال 2pتكون المدارات •

كما في الشكل االتي:

2pمدارات

. المتجاورة والمتوازية ان تتداخل جانبيا فيما بينها وتشكل ثالثة روابط 2pيمكن للمدارات •

ن جميع مابين كل ذرة كربون والذرتين المجاورتين ونظرا لالبعاد المتساوية مابي pان تداخل المدارات •

وهي وسط بين كربون )جميع الروابط في جزيء البنزن متساوية ويبلغ طولها -الروابط كربون

في االلكنات C=Cوطول الرابطة الثنائية في االلكانات C-Cطول الرابطة البسيطة

H

H

H

H

H

H

A39,1

A54,1A33,1

28

ا كما في يؤدي إلى تشكل غمامتين الكترونيتين تقع احداها فوق سطح حلقة البنزن السداسية واالخرى تحته

الشكل االتي:

سحابة االلكترونات

:The stability of benzeneثبات البنزن

العطاءهي اضافة الهيدروجين إلى المركب، كاضافة الهيدرجين إلى االيتن Hydrogenationالهدرجة

االيتان وفق المعادلة:

CH2=CH2 + H2 CH3CH3

ه نية كيكولييبدي البنزن سلوكا غير متووع بالدخول في تفاعالت االستبدال، على الرغم من اننا نتووع بحسب ب

اريةنتائج الحرويامه بتفاعالت االضافة، كما انه اكثر ثباتا مما توحي به بنية كيكوليه ولفهم ذلك يجب دراسة ال

التالية:

+ H2Pt

H o = - 28.6 k cal/mol

Cyclohexene Cyclohexane

جة توجد في حلقي الهكسن رابطة مضاعفة واحدة، ويمكن هدرجته بسهولة إلى حلقي الهكسن وحرارة الهدر

ب يحتوي المرك. alkeneوهي وريبة من القيمة الخاصة الي الكن k cal/mol 6 .28-لهذا التفاعل تساوي

Cyclohexadiene-1,3 0مضاعفتين مترافقتين وعلى هذا االساس نتووع ان تكون على رابطتين H∆ لهدرجة

1,3-Cyclohexadiene ضعف ماهو مالح في حلقي الهكسن اي

C-C 0. 154 nm

C=C 0. 134 nm

bond Length in benzene

between C-C and C=C 0. 139 nm

29

2 k cal/mol. 57-= 0 H∆ )2 k cal/mol. 57-6 x 2=. 28-= 0 H(∆ ولكن القيمة التي تم الحصول

اس ان يمة المقدرة، ويمكن تعليل الفرق على اسوهي وريبة من الق ∆k cal/mol. 55-= 0 H 4عليها تجريبيا

. زلةالمركبات التي تحتوي روابط مضاعفة مترافقة اثبت عادة من المركبات التي تحتوي روابط مضاعفة منع

+ 2H2Pt

1,3-Cyclohexadiene Cyclohexane

k cal/mol 8 .85-فان حرارة هدرجته cyclohexa-1,3,5-trieneاذا انتقلنا إلى البنزن واعتبرنا انه

(8 k cal/mol. 85-6 x 3=. 28-= 0 H(∆ اال ان حرارة الهدرجة التي تم الحصول عليها من التجربة

(8 k cal/mol. 49-= 0 H(∆. تذي تسذاوي يمثل الفرق بين حرارة الهدرجة النظرية للبنزن وحذرارة الهدرجذة الفعليذة وال

k cal/mol 36 8= 36 k cal/mol. 49-8. 85-= 0 H(∆مايسذ ) مى بطاوذة تثبيذت البنذزنstabilization energy

delocalisation energy or resonance energyويطلق عليها ايضا بطاوة االنتشا )عدم التموضذع( او طاوذة الطنذين

. وهي تعطي المركب مزيدا من الثبات واالستقرار

+ 3H2Pt

Benzene Cyclohexane

36االفتراضي بمقدار cyclohexa-1,3,5-trieneان البنزن اكثر ثباتا من فاذا وضعنا هذه النتائج بشكل مخطط نجد

k cal/mol 152او kJ.

30

:ELECTRONEGATIVITYالكهرسلبية -1-4

. الرابطة الكهرسلبية هي مقدرة ذرة ما على جذب الزوج االلكتروني الذي يربطها مع ذرة اخرى مما يؤدي إلى استقطاب

.4االكثر شيوعا والفلور هو العنصر الكثر كهرسلبية ويملك القيمة Pauling scaleيعد سلم باولينغ

Electronegativities of Some of Elements

نتقال من كما تتناوق باال. تزداد الكهرسلبية من اليسار إلى اليمين ضمن الدور الواحد في الجدول الدوري

. االعلى إلى االسفل ضمن الفصيلة الواحدة

ماذا يحدث عندما ترتبط ذرتي متماثلتي بالكهرسلبية؟ -1-4-1

قع الزوج المشكل للرابطة باتجاهها، وبالتالي سي electron pairكل من الذرات سوف تذب الزوج االلكتروني

االلكتروني في منتصف المسافة بين النواتين كما هو الحل عند ارتباط ذرتي كربون:

:The carbon-fluorine bondفلور -الرابطة كربون -1-4-2

ر من وبالتالي سوف تجذب ذرة الفلور الزوج الرابطي بقوة اكث ،الفلور اكثر كهرسلبية من ذرة الكربون

الكربون ويظهر ذلك على النحو التالي:

لماذا الفلور اكثر كهرسلبية م الكربون؟ -1-4-3

يكون كاف لشرح ذلك: C-Fان المخطط التالي لتشكل الرابطة

31

ن مسذافة الزوج الرابطي يكون في مستوي الطاوة الثاني لكذل مذن الكربذون والفلذور وبغيذاب اي تذاثير اخذر تكذو

. الزوج االلكتروني عن كال النواتين واحدة

9ك ، لكذذن نذذواة الفلذذور تملذذ1Sيكذذون زوج االلكترونذذات محجوبذذا عذذن وذذوة سذذحب كذذل مذذن النذذواتين بالكترونذذات

لرابطذي ايصذبح الذزوج 1Sباهمذال تذاثير الحجذب اللكترونذات . بروتونذات 6ة الكربذون بينما تملك نذوا ،بروتونات

جعذل وبالتذالي فذان شذحنة النذوة سذوف ت ،فذي حالذة الفلذور +7في حالة الكربون ولجذب مذن +4خاضعا لجذب من

. الزوج الرابطي اورب إلى الفلور من الكربون

:The carbon-chlorine bondكلور -الرابطة كربون -1-4-4

ن باتجذذاه الكلذذور االكثذذر كهرسذذلبية مذذ bonding pair of electronsينذذزح الذذزوج الرابطذذي لاللكترونذذات

. الكربون لكن ليا بالمقدار المالح في حالة الفلور الن الفلور اكثر كهرسلبية من الكلور

لماذا الفلور اكثر كهرسلبية م الكلور؟ -1-4-5

.ة للكلور والفلور نجد ان ذرة الكلور اكبر من ذرة الفلوراذا تفحصنا البنية االلكتروني1

z2p2y2p2

x2p22s2fluorine: 1s 1

z3p2y3p2

x3p23s2z2p2

y2p2x2p22s2chlorine: 1s

يكون الزوج الرابطي في حالة الكلور محجوبا بجميع الكترونات المستوي االول والمستوي الثاني

1-level and 2-level، ا صافيا الكترونات معطيا جذب10روتونا يكون محجوبا بما مجموعه ب 17وبالتالي فان

ر ابعد عن غير ان الزوج الرابطي في حالة الكلو،ن كما هو مالح في حالة الفلور+7في حالة الكلور من حوالي

. ويكن جذبها من وبل النواة اول ووة level-3النواة النه موجودا في المستوي الثالث

:Bond polarity and inductive effects التحريضيةبطة والتاثيرات قطبية الرا -1-5-1

:Polar bondsالروابط القطبية -1-5-1

نجد بان الزوج الرابطي يكون منزاحا باتجاه الفلور الذي يشكل الطرف اليميني C-Fاذا عدنا إلى الرابطة

( ويكتسب +ة شحنة موجبة صغيرة )للرابطة وبالتلي سيكتسب الكربون الذي يشكل الطرف اليساري للرابط

( :-الفلور شحنة سالبة صغيرة )

The symbols + and - mean "slightly positive" and "slightly negative". You read +

as "delta plus" or "delta positive".

ف االخر شحنة سالبة ( وعلى الطر+تدعى الرابطة التي يكون على احد طرفيها شحنة موجبة صغيرة )

. pola bond( بالرابطة القطبية -صغيرة )

:Inductive effects التاثيرات التحريضية -1-5-2

يا سذذاحبا تملذذك الذذذرة التذذي تسذذتطيع سذذحب الذذزوج الرابطذذي بعيذذدا عذذن الذذذرة المرتبطذذة بهذذا فعال)تذذاثيرا( تحريضذذ

ة فعالتحريضذيا سذالبا عنذدما تكذون مرتبطذ التذي سذتمتلك ومعظذم الذذرات negative inductive effect)سذالبا(

. بالكربون هي اكثر كهرسلبة من الكربون

. بها تملك بعض المجموعات تاثيرا تحريضيا موجبا)دافعا( فهي تدفع االلكترونات باتجاه الكربون المرتبط

32

ون التاثير ويك I (a negative inductive effect-)يكون التاثير التحريضي سالبا )ساحبا( احيانا ويرمز له بـ

.I+التحريضي موجبا )دافعا( احيانا ويرمز له بـ

ي الكهرسذلبية بين ذرتذين نتيجذة الفذرق فذ σ-ينتج التاثير التحريضي عن اعادة توزع الكثافة االلكترونية للرواب •

. بينهما

لذذى الذذذرة التذذي تذذم سذذحب يظهذذر علذذى الذذذرة التذذي تذذم سذذحب االلكترونذذات باتجاههذذا شذذحنة جزئيذذة سذذالبة وع •

. االلكترونات من عندها شحنة جزئية موجبة

. يؤدي انزياح االلكتروتات إلى تقطيب الجزيئة •

. لبحسب الشحنة التي يكتسبها المتباد I-))او سالبا I+))التاثير التحريضي يمكن ان يكون موجبا •

. هيدرجينالتاثير التحريضي للذرة او المتبادل يحدد بالمقارنة مع ذرة ال •

. مساويا الصفر C-Hيتم اخذ فحوم هيدروجينية وياسية يكون فيها عزم ثنائي القطب للروابط •

كثذذر اسذذتبدال ذرة الهيذذدرجين بذذذرة اكثذذر كهرسذذلبية يذذؤدي إلذذى هذذور عذذزم ثنذذائي وطذذب ويظهذذر علذذى الذذذرة اال •

.كهرسلبية شحنة جزئية سالبة

ؤدي إلذذى هذذور عذذزم ثنذذائي وطذذب ويظهذذر علذذى الذذذرة االوذذلاسذذتبدال ذرة الهيذذدرجين بذذذرة اوذذل كهرسذذلبية يذذ •

.كهرسلبية شحنة جزئية موجبة

. يزداد التاثير التحريضي بازدياد الشحنة الموجبة على الذرة او المتبادل ويتناقص باالبتعاد ع الذرة المسببة

.(I-)الذرات المشحونة ايجابا تملك دوما تاثيرا •

.(I+)وما تاثيرا الذرات المشحونة سلبا تملك د •

ان مهاجمذذة الكاشذذف االلكتروفيلذذي فذذي هذذذه الحالذذة سذذوف يتذذاخر ويضذذعف الن المهاجمذذة سذذوف تزيذذد مذذن •

يعهذا اكثذر ندعو الفعل التحريضي السابق بالفعل التحريضي الساحب والهالوجينات جم. الشحنةالموجبة للحلقة

. لاللكتروناتكهرسلبية من الكربون وبالتالي فالتاثير التحريضي لها ساحب

. في حال عدم وجود شحنات على الذرة نستخدم الفرق في الكهرسلبية بين الذرتين •

ل شذحنة تملك بعض المجموعات تاثير تحريضي ساحب لاللكترونات الن الذرة المرتبطة مباشرةً بالحلقة تحم •

موجبة او شحنة موجبة جزئية ومن هذه المجموعات نذكر:

CR3CR3 H-CR3

X Y

-I I=0 +I

3RN

(R=alkyl or H) ; C

X

X

X

; N

O

O

; S OH

O

O

33

لمجموعة ويزداد الفعل التحريضي كلما ازداد تفرع ا .I+))اللكيلية فعال تحريضيا دافعا تملك المجموعات ا

. االلكيلية

بعض االمثلة الهامة ع الروابط القطبية -1-5-3

Some important examples of polar bonds:

بروميد الهيدروجين وهاليدات الهيدروجين االخرى

Hydrogen bromide (and other hydrogen halides)

وجين تملذك البروم وجميع الهالوجينات االخرى اكثر كهرسلبية من الهيدروجين وبالتالي جميذع هاليذدات الهيذدر

هذذه وتكذون وطبيذة. روابط وطبية مع شحنة موجبة جزئية علذى الهيذدروجين وشذحنة جزئيذة سذالبة علذى الهذالوجين

.ناتالجزيئات هامة في تفاعالتها مع االلك

لرابطذةاكمذا الحظنذا فذي حالذة ،بذروم رابطذة وطبيذة الن البذروم اكثذر كهرسذلبية مذن الكربذون -الرابطة كربون

C-F والرابطذذةC-Clللفحذذوم هذذالوجين لهذذا اهميذذة فذذي تفذذاعالت المشذذتقات الهالوجينيذذة-، ووطبيذذة الذذروابط كربذذون

. halogenoalkanesالهيدروجينية

لكربذون رابطة وطبية الن ذرة االكسذجين االكثذر كهرسذلبية مذن ا O2CHلميتانال اكسجين في ا-الرابطة كربون

ة وبالتذذالي يكتسذذب الكربذذون شذذحنة جزئيذذة موجبذذ πوالكترونذذات الرابطذذة σتسذذحب كذذل مذذن الكترونذذات الرابطذذة

. واالكسجين شحنة جزئية سالبة

The carbon-oxygen double bond

An orbital model of the C=O bond in methanal, HCHO, looks

like this:

:::

C G

O

:

:

C G

O

)OR,OH,R,HG(

34

مالظةات مدرس المقرر

35