الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري

مقدمة الدرس

الألكانات الحلقية الصيغة العامة والتسمية وسبب نشاط الحلقات الصغيرة.
التمييز بين المركبات الأليفاتية والأروماتية وتركيب البنزين عند كيكولي.
طرق تحضير البنزين صناعيًا ومعمليًا وتسمية مشتقاته.
تفاعلات الإضافة والاستبدال للبنزين وتوجيه المجموعات للمواقع الأرثو والميتا والبارا.

🌳 شجرة المفاهيم

الدرس الرابعالهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري

├── أولًاالألكانات الحلقية

│ ├── التسمية

│ └── ثبات الحلقات ونشاطها

├── ثانيًاالمركبات الأليفاتية والمركبات الأروماتية

├── ثالثًاتركيب البنزين

│ └── صيغة كيكولي

├── رابعًا←تحضير البنزين

│ ├── 1) من الفحم الحجري (التقطير الإتلافي)

│ ├── 2) من المشتقات البترولية الأليفاتية

│ ├── 3) من الفينول

│ └── 4) التحضير المعملي من بنزوات الصوديوم

├── خامسًا←تسمية مشتقات البنزين

│ ├── 1) مشتق أحادي الإحلال

│ ├── شق الأريل

│ ├── 2) مشتق ثنائي الإحلال

│ └── 3) مشتق ثلاثي الإحلال

├── سادسًاالخواص الفيزيائية للبنزين

├── سابعًاتفاعلات الإضافة في البنزين

│ ├── 1) إضافة الهيدروجين (الهدرجة)

│ └── 2) الهلجنة بالإضافة

├── ثامنًا←تفاعلات الاستبدال في البنزين

│ ├── 1) الهلجنة بالاستبدال

│ ├── 2) الألكلة (تفاعل فريدل–كرافت)

│ ├── 3) النيترة

│ ├── مركبات النيترو المتفجرة

│ └── 4) السلفنة

├── تاسعًا←توجيه المجموعات في حلقة البنزين

│ ├── مجموعات توجه إلى الموقعين أرثو وبارا

│ └── مجموعات توجه إلى الموقع ميتا

└── عاشرًا←مقارنة بين الألكينات والبنزين

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 1 / 12

أولًا: الألكانات الحلقية

🧊 المجسم الفراغي ثلاثي الأبعاد لسحابة إلكترونات باي غير الموضعية في البنزين العطري

D Scientific Model←الهيكل السداسي المستوي لروابط سيجما C-C و C-H، وسحابتين دوناتيتين من إلكترونات باي غير المتمركزة (Delocalized π-Electrons) أعلى وأسفل الحلقة، مما يمنح البنزين استقراراً عطرياً هائلاً (Resonance Energy) ويفسر تفضيله لتفاعلات الاستبدال على الإضافة.

الهيدروكربونات التي تحتوي جزيئاتها على ثلاث ذرات كربون فأكثر يمكن أن توجد في شكل حلقي.
الصيغة العامة للألكانات الحلقية CₙH₂ₙ وهي نفس الصيغة الجزيئية للألكينات الأليفاتية، فيجب التفريق بينهما عند كتابة الصيغة البنائية.

لا تختلف تسمية الألكان الحلقي عن مثيله غير الحلقي إلا بوضع «سيكلو» في المقدمة أو كلمة «حلقي» في النهاية.
| الاسم | الصيغة الجزيئية | الشكل |
|—|—|—|
| بروبان حلقي (سيكلو بروبان) | C₃H₆ | حلقة مثلثة |
| بيوتان حلقي (سيكلو بيوتان) | C₄H₈ | حلقة رباعية |
| بنتان حلقي (سيكلو بنتان) | C₅H₁₀ | حلقة خماسية |
| هكسان حلقي (سيكلو هكسان) | C₆H₁₂ | حلقة سداسية |

الزاوية بين الروابط في البروبان الحلقي 60° وفي البيوتان الحلقي 90°، وهي أقل كثيرًا من 109.5° في الألكانات غير الحلقية.
هذه الزوايا الصغيرة تعني تداخلًا ضعيفًا بين الأوربيتالات الذرية، فتكون الروابط بين ذرات الكربون ضعيفة.
لذلك فالحلقات الصغيرة نشيطة جدًا؛ فالبروبان الحلقي يكوّن مع الهواء خليطًا شديد الاحتراق، بينما البروبان المستقيم السلسلة أقل نشاطًا بكثير.
أما البنتان الحلقي والهكسان الحلقي فمستقران وثابتان لأن زوايا الروابط فيهما تقترب من 109.5° فيكون التداخل قويًا وتتكون روابط سيجما قوية.

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 2 / 12

ثانيًا: المركبات الأليفاتية والمركبات الأروماتية

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
•	ميز الكيميائيون القدماء بين نوعين من المركبات العضوية	الكيميائيونالقدماءنوعينالمركبات
المركبات الأليفاتية (الدهنية)	مشتقة من الأحماض الدهنية وبها نسبة عالية من الهيدروجين وأولها الميثان	مشتقةالأحماضوبهانسبة
المركبات الأروماتية (العطرية)	مشتقة من بعض الراتنجات والمنتجات الطبيعية لها روائح عطرية مميزة وبها نسبة أقل من الهيدروجين وأولها البنزين	مشتقةالراتنجاتوالمنتجاتالطبيعية
•	توجد المركبات الأروماتية على هيئة حلقة بنزين واحدة أو حلقتين أو أكثر ومن أمثلتها النفثالين C₁₀H₈ (حلقتا بنزين ملتحمتان) وثنائي الفينيل C₆H₅–C₆H₅ (حلقتان متصلتان برابطة أحادية)	توجدالمركباتالأروماتيةهيئة
ملحوظة	وقود السيارات هو الجازولين وهو ألكانات ويختلف تمامًا عن البنزين العطري	وقودالسياراتالجازولينألكانات

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 3 / 12

ثالثًا: تركيب البنزين

استغرق التعرف على الصيغة البنائية للبنزين سنوات عديدة.
السبب أنه يتفاعل بالإضافة وبالاستبدال، وأن طول الروابط بين ذرات الكربون متوسط بين طول الرابطة الأحادية والمزدوجة، وغير ذلك من الخواص المحيّرة.

المجسم الفراغي ثلاثي الأبعاد لسحابة إلكترونات باي غير الموضعية في البنزين العطري

توصل العالم الألماني كيكولي عام 1865 إلى الشكل السداسي الحلقي الذي تتبادل فيه الروابط المزدوجة والأحادية.
الصيغة الجزيئية للبنزين C₆H₆.
يمكن الاكتفاء بحلقة سداسية بداخلها دائرة، وتدل الدائرة على أن الإلكترونات الستة غير متمركزة عند ذرات كربون معينة.
جميع ذرات الكربون الستة متكافئة، وجميع الروابط C–C متساوية الطول.

الصيغة البنائية لحلقة البنزين العطري ورنين كيكولي وإلكترونات باي غير المتمركزة

الصيغة البنائية لحلقة البنزين العطري ورنين كيكولي وإلكترونات باي غير المتمركزة: ثالثًا: تركيب البنزين

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 4 / 12

رابعًا: تحضير البنزين

1) من الفحم الحجري (التقطير الإتلافي)

عند تسخين الفحم الحجري بمعزل عن الهواء يتحلل إلى غازات وسوائل أهمها مادة سوداء ثقيلة تسمى قطران الفحم، ويتبقى فحم الكوك.
بالتقطير التجزيئي لقطران الفحم نحصل على مركبات عضوية ذات أهمية اقتصادية، ومنها البنزين الذي نحصل عليه عند نحو 80°م.

للطلب الكبير على البنزين مادة أولية أمكن الحصول عليه بطريقتين:
أ) من الهكسان العادي (إعادة التشكيل المحفزة) يُمرَّر الهكسان العادي في درجة حرارة مرتفعة على عامل حفاز يحتوي البلاتين.
CH₃–(CH₂)₄–CH₃ → (حرارة، عامل حفاز Pt) → C₆H₆ + 4H₂

لتحضير الطولوين بهذه الطريقة يُستخدم الهبتان العادي CH₃–(CH₂)₅–CH₃ فيعطي C₆H₅–CH₃ + 4H₂.
ب) من الإيثاين بإمراره في أنبوبة من النيكل مسخنة لدرجة الاحمرار.
3HC≡CH → (نيكل، درجة الاحمرار) → C₆H₆

بإمرار بخار الفينول على مسحوق الخارصين الساخن الذي يختزل الفينول إلى بنزين.
C₆H₅OH + Zn → (تسخين) → C₆H₆ + ZnO

بالتقطير الجاف لملح بنزوات الصوديوم مع الجير الصودي (مثل تحضير الميثان معمليًا).
C₆H₅COONa + NaOH → (تسخين، جير صودي) → C₆H₆ + Na₂CO₃

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 5 / 12

خامسًا: تسمية مشتقات البنزين

1) مشتق أحادي الإحلال

يُسمَّى بذكر اسم الذرة أو المجموعة الداخلة متبوعًا بكلمة بنزين.
تهاجم الذرة أو المجموعة الداخلة أي ذرة من ذرات الكربون الستة لأنها متكافئة.
أمثلة C₆H₅Cl كلورو بنزين، C₆H₅NO₂ نيترو بنزين، C₆H₅CH₃ ميثيل بنزين (طولوين)، C₆H₅–C₂H₅ إيثيل بنزين.

شق الأريل (Ar–) الشق الناتج من نزع ذرة هيدروجين من مركب أروماتي.
عند نزعها من البنزين يسمى شق الفينيل C₆H₅–.

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
•	يوجد في ثلاثة متشكلات حسب موقع المجموعتين	يوجدثلاثةمتشكلاتموقع
أرثو (o-)	المجموعتان على ذرتي كربون متجاورتين (1	المجموعتانذرتيكربونمتجاورتين
ميتا (m-)	المجموعتان بينهما ذرة كربون واحدة (1	المجموعتانبينهماكربونواحدة
بارا (p-)	المجموعتان متقابلتان (1	المجموعتانمتقابلتان
•	يعتمد الموقع على طبيعة المجموعة الأولى الموجودة في الحلقة (انظر التوجيه)	يعتمدالموقعطبيعةالمجموعة

لا تُستخدم أرثو وميتا وبارا، بل تُرقَّم ذرات الكربون في الحلقة.
يُحدد رقم الكربون الحامل لكل مجموعة، وتُرتَّب الأسماء أبجديًا حسب الحروف اللاتينية؛ فيكتب بروم قبل كلور وكلور قبل نيترو.
مثال 4-برومو-1-كلورو-2-نيترو بنزين.

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 6 / 12

سادسًا: الخواص الفيزيائية للبنزين

البنزين سائل شفاف لا يمتزج بالماء، له رائحة مميزة، ويغلي عند نحو 80°م.
يشتعل بلهب مدخن (دخان أسود)، لأن نسبة الكربون فيه كبيرة.
سام، ويُستخدم مذيبًا ومادة أولية في صناعات كيميائية كثيرة.

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 7 / 12

سابعًا: تفاعلات الإضافة في البنزين

رغم احتواء البنزين على روابط مزدوجة (بحسب صيغة كيكولي) فإن تفاعلات الإضافة صعبة ولا تحدث إلا بظروف خاصة.

بوجود الضغط والحرارة وعامل حفاز يتكون الهكسان الحلقي.
C₆H₆ + 3H₂ → (ضغط وحرارة، عامل حفاز Ni) → C₆H₁₂

يتفاعل البنزين مع الكلور أو البروم في ضوء الشمس (الأشعة فوق البنفسجية) فيتكون سداسي هالو الهكسان الحلقي.
مع الكلور يتكون المبيد الحشري المعروف بـ الجامكسان.
C₆H₆ + 3Cl₂ → (ضوء فوق بنفسجي) → C₆H₆Cl₆ (سداسي كلورو هكسان حلقي، الجامكسان)

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 8 / 12

ثامنًا: تفاعلات الاستبدال في البنزين

تُعدّ التفاعلات المهمة للبنزين لأنها تمكننا من الحصول على مركبات ذات أهمية اقتصادية كبيرة.
تُستبدل ذرة هيدروجين أو أكثر بذرات أو مجموعات أخرى.

1) الهلجنة بالاستبدال

يحل الهالوجين محل هيدروجين الحلقة بوجود عامل حفاز مناسب.
C₆H₆ + Cl₂ → (FeCl₃ كعامل حفاز) → C₆H₅Cl + HCl (كلورو بنزين)

2) الألكلة (تفاعل فريدل–كرافت)

يتفاعل البنزين مع هاليد ألكيل (R–X) فتحل مجموعة الألكيل محل ذرة هيدروجين، وتتكوّن ألكيل بنزين.
يتم بوجود عامل حفاز مثل كلوريد الألومنيوم اللامائي.
C₆H₆ + CH₃Cl → (AlCl₃ لامائي) → C₆H₅–CH₃ + HCl (ميثيل بنزين، طولوين)

3) النيترة

يتفاعل البنزين مع حمض النيتريك بوجود حمض الكبريتيك المركز، فتحل مجموعة النيترو (–NO₂) محل ذرة هيدروجين.
C₆H₆ + HNO₃ → (H₂SO₄ المركز، تسخين) → C₆H₅NO₂ + H₂O (نيترو بنزين)

مركبات النيترو المتفجرة

مركبات عديد النيترو العضوية شديدة الانفجار، لأن جزيئاتها تحتوي على وقودها الذاتي وهو الكربون، والأكسجين هو المؤكسد.
تحترق بسرعة وتنتج كمية كبيرة من الحرارة والغازات فيحدث الانفجار.
يعلَّل ذلك بضعف الرابطة N–O (نحو 200 كيلو جول/مول)، مقابل تكوّن الرابطتين القويتين C=O في CO₂ والرابطة N≡N في النيتروجين.
من أشهرها TNT (ثلاثي نيترو الطولوين) الذي أُنتج منه ملايين الأطنان في الحرب العالمية، ويُحضَّر بتفاعل خليط النيترة (حمض النيتريك وحمض الكبريتيك المركزان) مع الطولوين.
C₆H₅–CH₃ + 3HNO₃ → (H₂SO₄ المركز، تسخين) → CH₃–C₆H₂(NO₂)₃ + 3H₂O (2،4،6-ثلاثي نيترو الطولوين)

4) السلفنة

هي إدخال مجموعة حمض السلفونيك (–SO₃H) محل ذرة هيدروجين في الحلقة.
تتم بتفاعل البنزين مع حمض الكبريتيك المركز.
C₆H₆ + H₂SO₄ → (مركز، تسخين) → C₆H₅–SO₃H + H₂O (حمض بنزين سلفونيك)
تقوم صناعة المنظفات الصناعية أساسًا على حموض السلفونيك الأروماتية بعد معالجتها بالصودا الكاوية، فنحصل على الملح الصوديومي القابل للذوبان في الماء (ألكيل بنزين سلفونات الصوديوم).
الاستبدال في حلقة البنزين

📊 مقارنة توجيه تفاعلات الاستبدال في حلقة البنزين:

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 9 / 12

تاسعًا: توجيه المجموعات في حلقة البنزين

عند إدخال مجموعة ثانية في حلقة بها مجموعة أولى، يعتمد موضع الدخول على طبيعة المجموعة الأولى.

مجموعة الألكيل (R–) مثل CH₃–.
مجموعة الهيدروكسيل (–OH).
مجموعة الأمينو (–NH₂).
ذرات الهالوجين (–X).
مثال كلورة الطولوين تعطي مزيجًا من أرثو-كلورو طولوين وبارا-كلورو طولوين.
C₆H₅CH₃ + Cl₂ → (FeCl₃) → o-CH₃–C₆H₄–Cl + p-CH₃–C₆H₄–Cl + HCl

مجموعة الألدهيد (–CHO).
مجموعة الكيتون (–CO–R).
مجموعة الكربوكسيل (–COOH).
مجموعة النيترو (–NO₂).
كلورة النيترو بنزين تعطي ميتا-كلورو نيترو بنزين.
C₆H₅NO₂ + Cl₂ → (FeCl₃) → m-Cl–C₆H₄–NO₂ + HCl

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 10 / 12

عاشرًا: مقارنة بين الألكينات والبنزين

وجه المقارنة	الألكينات	البنزين
الصيغة العامة	CₙH₂ₙ	C₆H₆
التفاعل السائد	الإضافة بسهولة	الاستبدال، والإضافة بشروط خاصة
محلول البروم في CCl₄	يزول لونه	لا يزول لونه
برمنجنات البوتاسيوم القلوية	يزول لونها	لا تتأثر
طول الروابط C–C	مزدوجة وأحادية مختلفة	متساوية ومتوسطة
الاستقرار	أقل	أكبر لوجود الإلكترونات غير المتمركزة

.egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#fff}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#fff}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 11 / 12

الجزء 12

📖

📌 قاموس المفاهيم والمصطلحات العلمية الدقيقة:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
البنزين العطري (Benzene – C₆H₆)	أبسط مركب في عائلة الهيدروكربونات الأروماتية يتكون من حلقة سداسية كربونية تتبادل فيها الروابط الأحادية والمزدوجة وروابطه متساوية الطول تقع بين طول الرابطة الأحادية والمزدوجة	—	أبسطمركبعائلةالهيدروكربونات
صيغة كيكولي (Kekulé Structure)	صيغة وضعها العالم الألماني كيكولي تفترض أن البنزين حلقة سداسية تتناوب فيها الروابط الأحادية والمزدوجة وتكون الإلكترونات الستة للروابط باي غير متمركزة وتدور في سحابة إلكترونية حلقية	—	وضعهاالعالمالألمانيتفترض
تفاعل فريدل-كرافتس (Friedel-Crafts Alkylation)		كلوريد الميثيل CH₃Cl) في وجود كلوريد الألومنيوم اللامائي كعامل حفاز لاستبدال ذرة هيدروجين بمجموعة ألكيل لإنتاج الطولوين	البنزينهاليدالألكيلكلوريد
المجموعات الموجهة للموضعين أرثو وبارا	مجموعات تدفع الإلكترونات نحو الحلقة وتوجه البديل الجديد إلى الموضعين أرثو (2 و 6) وبارا (4)	الألكيل (-R) الهيدروكسيل (-OH) الأمينو (-NH₂) والهالوجينات (-X)	تدفعالإلكتروناتالحلقةوتوجه
المجموعات الموجهة للموضع ميتا	مجموعات ساحبة للإلكترونات من الحلقة وتوجه البديل الجديد إلى الموضع ميتا (3 و 5)	النيترو (-NO₂) الكربوكسيل (-COOH) الألدهيد (-CHO) والكربونيل (-CO-)	ساحبةللإلكتروناتالحلقةوتوجه

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	مثال	كلمات مفتاحية
الصيغة الجزيئية للبنزين	C₆H₆ \| الصيغة البنائية: حلقة سداسية بداخلها دائرة ت	سحابة إلكترونات π	C₆H₆البنائيةحلقةسداسية
ألكلة فريدل كرافتس	C₆H₆ + CH₃Cl xrightarrow{AlCl₃ اللامائي} C₆H₅-CH₃ (طولوين) + HCl	—	C₆H₆CH₃ClxrightarrowAlCl₃
نيترة البنزين	C₆H₆ + HNO₃ xrightarrow{H₂SO₄ المركز / 50°C} C₆H₅-NO₂ (نيتروبنزين) + H₂O	—	C₆H₆HNO₃xrightarrowH₂SO₄
سلفنة البنزين	C₆H₆ + H₂SO₄ المركز الدخان → C₆H₅-SO₃H (حمض بنزين سلفونيك) + H₂O	—	C₆H₆H₂SO₄المركزالدخان
البلمرة الثلاثية الحلقية للإيثاين	3 C₂H₂ xrightarrow{أنبوبة نيكل مسخنة للاحمرار} C₆H₆ (بنزين عطري)	—	C₂H₂xrightarrowأنبوبةنيكل

🔍 الشرح المستفيض والتعليلات العلمية المعتمدة (“علل”):

وجه المقارنة	الفكرة الأساسية	كلمات مفتاحية
علل	استغرق العلماء سنوات طويلة حتى تم التعرف على الصيغة البنائية الدقيقة للبنزين؟ لأنه يتفاعل بالإحلال كالمشبعات ويتفاعل بالإضافة كغير المشبعات كما أن أطوال الروابط بين ذرات الكربون فيه متساوية وتقع وسطاً بين طول الرابطة الأحادية والمزدوجة	استغرقالعلماءسنواتطويلة
علل: نيترة الطولوين تعطي مادة شديدة الانفجار (T.N.T)؟	لأن تفاعل الطولوين مع خليط النيترة ينتج 2 6-ثلاثي نيتروطولوين حيث تحتوي الجزيئات على وقودها الذاتي (الكربون) ومادتها المؤكسدة (الأكسجين) وتتولد طاقة هائلة من كسر الروابط الضعيفة وتكوين روابط N-N و C-O القوية جداً	تفاعلخليطالنيترةينتج
علل: عند كلورة النيتروبنزين ينتج ميتا-كلورونيتروبنزين فقط؟	لأن مجموعة النيترو (-NO₂) مجموعة ساحبة للإلكترونات توجه المستبدل التالي إلى الموضع ميتا فقط	مجموعةساحبةللإلكتروناتتوجه

نوع المجموعة	طبيعتها الإلكترونية	المواضع الموجهة	أمثلة شهيرة
مجموعات أرثو وبارا	دافعة للإلكترونات (تنشط الحلقة)	أرثو (Ortho – 2) وبارا (Para – 4)	-OH (فينول), -CH₃ (طولوين), -NH₂, -Cl
مجموعات ميتا	ساحبة للإلكترونات (تثبط الحلقة)	ميتا (Meta – 3 و 5)	-NO₂ (نيترو), -COOH (حمض), -CHO, -COCH₃

💡 كبسولة الفنيات وتريكات الامتحانات والأسئلة الوزارية 2026/2027:

للحصول على ميتا-كلورونيتروبنزيننبدأ بالنيترة ثم الكلورة.

للحصول على أرثو وبارا-كلورونيتروبنزيننبدأ بالكلورة ثم النيترة.

الدرس الرابع: الهيدروكربونات الحلقية والبنزين العطري · 12 / 12