
Hydrocarbons are a class of organic compounds that consist of only carbon and hydrogen. They are found abundantly in petroleum and natural gas and are frequently used as domestic and industrial fuels. Unsaturated hydrocarbons, especially alkenes, are used as starting materials for many industrial products — most products in the form of medicines, plastics, perfumes and polymers have their origins in hydrocarbons.
Hydrocarbons are broadly divided into two classes:
📌 Interesting Information (book's sidebar): the term "aromatic" was derived from the Greek word aroma meaning "fragrance", and is used in organic chemistry for a special class of compounds (aromatic compounds) having characteristic odour.
ہائیڈرو کاربنز (Hydrocarbons) نامیاتی مرکبات کی وہ قسم ہے جو صرف کاربن اور ہائیڈروجن پر مشتمل ہوتی ہے۔ یہ پٹرولیم اور قدرتی گیس میں بکثرت پائے جاتے ہیں اور گھریلو اور صنعتی ایندھن کے طور پر اکثر استعمال ہوتے ہیں۔ غیر سیر شدہ ہائیڈرو کاربنز، خاص طور پر الکینز، بہت سی صنعتی مصنوعات کے لیے خام مال کے طور پر استعمال ہوتے ہیں — ادویات، پلاسٹک، عطر اور پولیمرز کی صورت میں زیادہ تر مصنوعات کی اصل ہائیڈرو کاربنز ہی ہیں۔
ہائیڈرو کاربنز کو بڑی طور پر دو اقسام میں تقسیم کیا جاتا ہے:
📌 دلچسپ معلومات (کتاب کا حاشیہ): لفظ "ایرومیٹک" یونانی لفظ aroma سے نکلا ہے جس کا مطلب "خوشبو" ہے، اور نامیاتی کیمسٹری میں یہ مرکبات کی ایک خاص قسم (ایرومیٹک مرکبات) کے لیے استعمال ہوتا ہے جن کی مخصوص بو ہوتی ہے۔
Alkanes are saturated hydrocarbons with the general formula CnH2n+2. Methane (CH4) is the simplest member of this family. The homologous series of alkanes with condensed structural formulae and molecular formulae is:
What we obtain after the removal of one hydrogen atom from an alkane is called an alkyl group. Alkyl groups are named by replacing –ane of the alkane with –yl. Examples: methane → methyl (CH3–, Me–); ethane → ethyl (CH3–CH2–, Et–).
For alkanes with more than two carbon atoms, more than one alkyl group can be derived. From propane: n-propyl (CH3CH2CH2–) and iso-propyl (CH3CH(CH3)–, systematic name 1-methylethyl). From butane: n-butyl (butyl), sec-butyl (1-methylpropyl), iso-butyl (2-methylpropyl) and tert-butyl (1,1-dimethylpropyl).
📌 Did You Know? (book's sidebar): Butane is a fuel used in lighters. Isobutane is used as a propellant in products such as shaving gel.
الکینز (Alkanes) سیر شدہ ہائیڈرو کاربنز ہیں جن کا عمومی فارمولا CnH2n+2 ہے۔ میتھین (CH4) اس خاندان کا سب سے سادہ رکن ہے۔ الکینز کی ہومولوگس سیریز، مختصر ساختی فارمولوں اور مالیکیولر فارمولوں کے ساتھ، یہ ہے:
کسی الکین سے ایک ہائیڈروجن ایٹم نکالنے کے بعد جو حاصل ہوتا ہے اسے الکائل گروپ (alkyl group) کہتے ہیں۔ الکائل گروپس کا نام الکین کے –ane کو –yl سے بدل کر رکھا جاتا ہے۔ مثالیں: میتھین → میتھائل (CH3–، Me–)؛ ایتھین → ایتھائل (CH3–CH2–، Et–)۔
دو سے زیادہ کاربن ایٹموں والے الکینز سے ایک سے زیادہ الکائل گروپ بن سکتے ہیں۔ پروپین سے: n-پروپائل اور iso-پروپائل (نظامی نام 1-میتھائل ایتھائل)۔ بیوٹین سے: n-بیوٹائل، sec-بیوٹائل (1-میتھائل پروپائل)، iso-بیوٹائل (2-میتھائل پروپائل) اور tert-بیوٹائل (1,1-ڈائی میتھائل پروپائل)۔
📌 کیا آپ جانتے ہیں؟ (کتاب کا حاشیہ): بیوٹین لائٹرز میں ایندھن کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ آئسو بیوٹین شیونگ جیل جیسی مصنوعات میں پروپیلنٹ کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔
Branched-chain alkanes are named according to the following rules:
Applying these eight rules allows us to name most of the alkanes that we shall encounter.
شاخ دار الکینز کا نام درج ذیل اصولوں کے مطابق رکھا جاتا ہے:
ان آٹھ اصولوں پر عمل کر کے ہم زیادہ تر الکینز کا نام رکھ سکتے ہیں جن سے ہمیں واسطہ پڑے گا۔
11.2.3 Nomenclature of cycloalkanes: Cycloalkanes are named by attaching the prefix "cyclo" to the names of the alkanes possessing the same number of carbon atoms. Examples: ethylcyclohexane; isopropylcyclohexane (IUPAC name: 1-methylethylcyclohexane); 1,1,4-trimethylcyclohexane; n-propylcyclohexane (IUPAC name: propylcyclohexane).
11.2.4 Shapes of alkanes and cycloalkanes: The carbon atom in an alkane has four sp3 hybridized orbitals and forms four single bonds that are equidistant from each other. Alkane molecules have a tetrahedral shape around carbon atoms. Carbon atoms in alkane molecules form sigma bonds with surrounding carbon and hydrogen atoms. As a result, carbon atoms in alkanes are surrounded by 4 pairs of bonding electrons which equally repel each other to form 109.5° bond angles and a C–C bond length of 1.54 Å. The shapes of organic molecules are generally represented using the ball and stick formula. Straight-chain alkanes: methane (CH4), ethane (C2H6), propane (C3H8), butane (C4H10).
Cycloalkanes are cyclic, meaning that the carbon atoms of the molecule are arranged in the form of a ring. Cycloalkanes are also saturated, meaning that all of the carbon atoms that make up the ring are singly bonded to other atoms. Structural shapes of cyclopropane (C3H6), cyclobutane (C4H8) and cyclopentane (C5H10) are shown in the book's Table 11.5.
📌 Quick Check 11.1 (book, p. 241): (a) structural formulae for 2-methylbutane and 2,2-dimethylpropane; (b) displayed formula of 2,3,3-trimethylhexane and methylcyclohexane; (c) two differences between cyclopentane and pentane; (d) eicosane is a straight-chain alkane whose molecules contain 20 carbon atoms — its molecular formula is C20H42 (from CnH2n+2).
۱۱.۲.۳ سائیکلو الکینز کی نام گذاری: سائیکلو الکینز کا نام اس الکین کے نام کے ساتھ "سائیکلو" (cyclo) کا سابقہ لگا کر رکھا جاتا ہے جس میں کاربن ایٹموں کی تعداد برابر ہو۔ مثالیں: ایتھائل سائیکلو ہیکسین؛ آئسو پروپائل سائیکلو ہیکسین (IUPAC نام: 1-میتھائل ایتھائل سائیکلو ہیکسین)؛ 1,1,4-ٹرائی میتھائل سائیکلو ہیکسین؛ n-پروپائل سائیکلو ہیکسین (IUPAC نام: پروپائل سائیکلو ہیکسین)۔
۱۱.۲.۴ الکینز اور سائیکلو الکینز کی شکلیں: الکین میں کاربن ایٹم کے چار sp3 ہائبرڈائزڈ آربٹلز ہوتے ہیں اور یہ چار واحد بانڈ بناتا ہے جو ایک دوسرے سے برابر فاصلے پر ہوتے ہیں۔ الکین کے مالیکیولز میں کاربن ایٹموں کے گرد ٹیٹرا ہیڈرل شکل ہوتی ہے۔ الکین کے مالیکیولز میں کاربن ایٹم ارد گرد کے کاربن اور ہائیڈروجن ایٹموں کے ساتھ سگما بانڈ بناتے ہیں۔ نتیجتاً الکینز میں کاربن ایٹم بانڈنگ الیکٹرانوں کے 4 جوڑوں سے گھرے ہوتے ہیں جو ایک دوسرے کو برابر دفع کرتے ہوئے 109.5° کے بانڈ زاویے اور C–C بانڈ کی لمبائی 1.54 Å بناتے ہیں۔ نامیاتی مالیکیولز کی شکلیں عام طور پر بال اور اسٹک فارمولا سے ظاہر کی جاتی ہیں۔ سیدھی زنجیر والے الکینز: میتھین (CH4)، ایتھین (C2H6)، پروپین (C3H8)، بیوٹین (C4H10)۔
سائیکلو الکینز حلقہ دار ہوتے ہیں، یعنی مالیکیول کے کاربن ایٹم ایک حلقے کی صورت میں ترتیب پاتے ہیں۔ سائیکلو الکینز سیر شدہ بھی ہوتے ہیں، یعنی حلقہ بنانے والے تمام کاربن ایٹم دوسرے ایٹموں کے ساتھ واحد بانڈ سے جڑے ہوتے ہیں۔ سائیکلو پروپین (C3H6)، سائیکلو بیوٹین (C4H8) اور سائیکلو پینٹین (C5H10) کی ساختی شکلیں کتاب کے جدول 11.5 میں دی گئی ہیں۔
📌 کوئیک چیک 11.1 (کتاب، صفحہ 241): (الف) 2-میتھائل بیوٹین اور 2,2-ڈائی میتھائل پروپین کے ساختی فارمولے؛ (ب) 2,3,3-ٹرائی میتھائل ہیکسین اور میتھائل سائیکلو ہیکسین کا ڈسپلے فارمولا؛ (ج) سائیکلو پینٹین اور پینٹین کے درمیان دو فرق؛ (د) آئکوسین ایک سیدھی زنجیر والا الکین ہے جس کے مالیکیولز میں 20 کاربن ایٹم ہوتے ہیں — اس کا مالیکیولر فارمولا C20H42 ہے (CnH2n+2 سے)۔
📌 Quick Check 11.2 (book, p. 243): (a) Branched alkanes have lower boiling points because branching makes the molecule more compact and spherical, so the surface area of contact between molecules falls and the weak intermolecular forces become weaker — less heat is needed to separate them. (b) Alkanes have a tetrahedral shape because each carbon is sp3 hybridized with four pairs of bonding electrons that repel each other equally (see sec4). (c) Cyclopropane is a three-membered ring (triangle) and cyclopentane a five-membered ring (pentagon) of CH2 groups.
📌 کوئیک چیک 11.2 (کتاب، صفحہ 243): (الف) شاخ دار الکینز کے بوائلنگ پوائنٹس کم ہوتے ہیں کیونکہ شاخیں مالیکیول کو زیادہ کثیف اور گول بنا دیتی ہیں، اس لیے مالیکیولز کے درمیان رابطے کی سطح کم ہو جاتی ہے اور کمزور بین مالیکیولر قوتیں مزید کمزور ہو جاتی ہیں — انہیں الگ کرنے کے لیے کم حرارت درکار ہوتی ہے۔ (ب) الکینز کی شکل ٹیٹرا ہیڈرل ہوتی ہے کیونکہ ہر کاربن sp3 ہائبرڈائزڈ ہوتا ہے اور بانڈنگ الیکٹرانوں کے چار جوڑے ایک دوسرے کو برابر دفع کرتے ہیں (دیکھیں sec4)۔ (ج) سائیکلو پروپین تین رکنی حلقہ (مثلث) اور سائیکلو پینٹین پانچ رکنی حلقہ (پنج ضلع) ہے جو CH2 گروپس پر مشتمل ہے۔
Reaction mechanism is the series of steps that take place in the course of the overall reaction. Like all chemical reactions, organic reactions involve the breaking of chemical bonds. There are two ways in which a covalent bond can break:
11.4 Unreactive nature of alkanes towards polar reagents: Alkanes or paraffins (Latin: parum = little, affinis = affinity) are inert towards acids, alkalis, oxidizing and reducing agents under ordinary conditions. The lack of reactivity of alkanes under normal conditions may be explained on the basis of the non-polarity of the bonds forming them. The electronegativity values of carbon (2.5) and hydrogen (2.1) do not differ appreciably, and the bonding electrons between C–H and C–C are equally shared, making them almost non-polar and generally unreactive. The unreactive nature of alkanes can also be explained on the basis of inertness of a sigma bond: in a sigma bond the electrons are very tightly held between the nuclei, which makes it a very stable bond. A lot of energy is required to break it.
📌 Did You Know? (book's sidebar): Hydrocarbon combustion produces CO2, a greenhouse gas contributing to climate change. Incomplete combustion can release carbon monoxide and particulate matter, which have serious health and environmental consequences.
تعمل کا طریقہ کار (Reaction mechanism) ان مراحل کی سلسلہ وار ترتیب ہے جو مجموعی تعمل کے دوران پیش آتے ہیں۔ تمام کیمیائی تعملات کی طرح نامیاتی تعملات میں بھی کیمیائی بانڈز کا ٹوٹنا شامل ہوتا ہے۔ کوویلنٹ بانڈ دو طریقوں سے ٹوٹ سکتا ہے:
۱۱.۴ قطبی ری ایجنٹس کے تئیں الکینز کی غیر فعالی فطرت: الکینز یا پیرافنز (لاطینی: parum = کم، affinis = رغبت) عام حالات میں تیزابوں، اساسوں، آکسیڈائزنگ اور ریڈیوسنگ ایجنٹس کے تئیں بے عمل ہوتے ہیں۔ عام حالات میں الکینز کی فعالی کی کمی کی وضاحت ان کے بانڈز کی غیر قطبیت کی بنیاد پر کی جا سکتی ہے۔ کاربن (2.5) اور ہائیڈروجن (2.1) کی الیکٹرو نیگیٹیویٹی کی قدروں میں زیادہ فرق نہیں ہوتا، اور C–H اور C–C کے درمیان بانڈنگ الیکٹران برابر تقسیم ہوتے ہیں، جس سے وہ تقریباً غیر قطبی اور عام طور پر غیر فعالی ہو جاتے ہیں۔ الکینز کی غیر فعالی فطرت کی وضاحت سگما بانڈ کی بے عملی کی بنیاد پر بھی کی جا سکتی ہے: سگما بانڈ میں الیکٹران نیوکلیائی کے درمیان بہت مضبوطی سے تھامے ہوتے ہیں، جس سے یہ بہت مستحکم بانڈ بن جاتا ہے۔ اسے توڑنے کے لیے بہت زیادہ توانائی درکار ہوتی ہے۔
📌 کیا آپ جانتے ہیں؟ (کتاب کا حاشیہ): ہائیڈرو کاربن کے جلنے سے CO2 پیدا ہوتی ہے، جو موسمیاتی تبدیلی میں حصہ ڈالنے والی گرین ہاؤس گیس ہے۔ نامکمل جلنے سے کاربن مونو آکسائیڈ اور ذراتی مادہ خارج ہو سکتا ہے، جن کے صحت اور ماحول پر سنگین اثرات ہوتے ہیں۔
Under high temperature or suitable conditions, alkanes undergo two types of reactions: (i) thermal and catalytic reactions, e.g. combustion and cracking; (ii) free radical substitution reactions — reactions that involve replacement of one atom, or group of atoms, by another through the free radical mechanism.
11.5.1 Free radical substitution reactions: Substitution reactions of alkanes take place in the presence of light energy through the formation of highly reactive free radicals. An example is the substitution of a halogen atom for a hydrogen of an alkane, called halogenation. Alkanes react with chlorine and bromine in the presence of sunlight or UV light, resulting in the successive replacement of hydrogen atoms with halogens. The extent of halogenation depends upon the amount of halogen used. Reaction of alkanes with fluorine is highly violent and results in a mixture of carbon, fluorinated alkanes and hydrofluoric acid. Iodine does not substitute directly because the reaction is too slow and reversible. The order of reactivity of halogens is: F2 > Cl2 > Br2 > I2.
Halogenation involves three steps:
By repetition of the propagation step, a mixture of halogen-substituted products (chloroalkanes) is obtained. The more chlorine gas in the reaction mixture to start with, the greater the proportions of chlorine atoms in the chloroalkane molecules formed: CH3Cl (chloromethane) → CH2Cl2 (dichloromethane) → CHCl3 (trichloromethane, also known as chloroform) → CCl4 (tetrachloromethane, also known as carbon tetrachloride).
📌 Interesting Information (book's sidebar): Haloalkanes are anaesthetic in nature. The anaesthetic power of a haloalkane increases with the number of halogen atoms. Use of these as organic solvents in the lab is strictly monitored due to their toxic nature.
📌 Quick Check 11.3 (book, p. 246): (a) Alkanes have high stability because their C–C and C–H bonds are strong, non-polar sigma bonds (sec6). (b) Two types: thermal/catalytic (combustion, cracking) and free radical substitution. (c) Termination: two radicals combine (see step iii above). (d) A mixture of halogenoalkanes is obtained when excess halogen is present and propagation repeats — more halogen gives more highly substituted products. (e) Free radical chlorination of ethane gives chloroethane first, then dichloroethanes, trichloroethane and so on by successive substitution, exactly as for methane.
زیادہ درجہ حرارت یا مناسب حالات میں الکینز دو قسم کے تعملات کرتے ہیں: (۱) حرارتی اور کیٹالسٹک تعملات، مثلاً جلنا (combustion) اور کریکنگ؛ (۲) فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن تعملات — وہ تعملات جن میں ایک ایٹم یا ایٹموں کے گروپ کی جگہ فری ریڈیکل طریقہ کار سے دوسرا لے لیتا ہے۔
۱۱.۵.۱ فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن تعملات: الکینز کے سبسٹیٹیوشن تعملات روشنی کی توانائی کی موجودگی میں انتہائی فعالی فری ریڈیکلز کے بننے سے ہوتے ہیں۔ ایک مثال الکین کے ہائیڈروجن کی جگہ ہیلوجن ایٹم کا آنا ہے، جسے ہیلوجینیشن کہتے ہیں۔ الکینز سورج کی روشنی یا UV روشنی کی موجودگی میں کلورین اور برومین سے تعمل کر کے ہائیڈروجن ایٹموں کی جگہ یکے بعد دیگرے ہیلوجن لے لیتے ہیں۔ ہیلوجینیشن کی حد استعمال شدہ ہیلوجن کی مقدار پر منحصر ہوتی ہے۔ الکینز کا فلورین سے تعمل انتہائی پرتشدد ہوتا ہے اور اس سے کاربن، فلورینیٹڈ الکینز اور ہائیڈرو فلورک ایسڈ کا مرکب بنتا ہے۔ آئیوڈین براہ راست سبسٹیٹیوٹ نہیں کرتا کیونکہ تعمل بہت سست اور رجعتی ہوتا ہے۔ ہیلوجنز کی فعالی کی ترتیب یہ ہے: F2 > Cl2 > Br2 > I2۔
ہیلوجینیشن تین مراحل میں ہوتی ہے:
پھیلاؤ کے مرحلے کی تکرار سے ہیلوجن سے سبسٹیٹیوٹ شدہ مصنوعات (کلورو الکینز) کا مرکب حاصل ہوتا ہے۔ شروع میں تعملی مرکب میں کلورین گیس جتنی زیادہ ہو گی، کلورو الکین کے مالیکیولز میں کلورین ایٹموں کا تناسب اتنا ہی زیادہ ہو گا: CH3Cl (کلورو میتھین) → CH2Cl2 (ڈائی کلورو میتھین) → CHCl3 (ٹرائی کلورو میتھین، جسے کلوروفارم بھی کہتے ہیں) → CCl4 (ٹیٹرا کلورو میتھین، جسے کاربن ٹیٹرا کلورائیڈ بھی کہتے ہیں)۔
📌 دلچسپ معلومات (کتاب کا حاشیہ): ہیلو الکینز بے ہوش کرنے والی (anaesthetic) فطرت رکھتے ہیں۔ ہیلو الکین کی بے ہوش کرنے کی طاقت ہیلوجن ایٹموں کی تعداد کے ساتھ بڑھتی ہے۔ لیب میں ان کا نامیاتی سالوینٹس کے طور پر استعمال ان کی زہریلی فطرت کی وجہ سے سختی سے نگرانی میں ہوتا ہے۔
📌 کوئیک چیک 11.3 (کتاب، صفحہ 246): (الف) الکینز زیادہ مستحکم ہوتے ہیں کیونکہ ان کے C–C اور C–H بانڈ مضبوط، غیر قطبی سگما بانڈ ہوتے ہیں (sec6)۔ (ب) دو اقسام: حرارتی/کیٹالسٹک (جلنا، کریکنگ) اور فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن۔ (ج) اختتام: دو ریڈیکلز مل جاتے ہیں (اوپر مرحلہ iii دیکھیں)۔ (د) ہیلوجینو الکینز کا مرکب تب ملتا ہے جب ہیلوجن زیادہ ہو اور پھیلاؤ دہرایا جائے — زیادہ ہیلوجن سے زیادہ سبسٹیٹیوٹ شدہ مصنوعات بنتی ہیں۔ (ہ) ایتھین کی فری ریڈیکل کلورینیشن سے پہلے کلورو ایتھین، پھر یکے بعد دیگرے سبسٹیٹیوشن سے ڈائی کلورو ایتھینز، ٹرائی کلورو ایتھین وغیرہ بنتے ہیں، بالکل میتھین کی طرح۔
11.6.1 Nomenclature of alkenes: Alkenes are unsaturated hydrocarbons. Unsaturated hydrocarbons are compounds of hydrogen and carbon only whose molecules contain carbon-to-carbon double bonds (or triple bonds). Alkenes have two hydrogen atoms less than the corresponding saturated hydrocarbons, with general formula CnH2n. The IUPAC rules for naming alkenes are similar in many respects to those for naming alkanes:
11.6.2 Preparation of alkenes: Alkenes are prepared by the removal of small atoms (H, OH, X) from the adjacent carbon atoms of the saturated compounds, so as to create a double bond between carbon atoms. These reactions are known as elimination reactions. In such reactions, a small molecule such as H2O or HCl is removed from adjacent carbons in an organic molecule. Preparation of ethene through various methods is discussed below:
11.6.3 Physical properties: (i) First three members, i.e. ethene, propene and butene, are gases at room temperature while C5 to C15 are liquids and the higher members are solids. (ii) They are insoluble in water but soluble in alcohol. (iii) They have characteristic smell and burn with luminous flame. (iv) Unlike alkanes, they show weakly polar properties because of sp2 hybridization.
📌 Quick Check 11.4 (book, p. 248): (a) Propanol with H2SO4 undergoes dehydration like ethanol, giving propene: CH3CH2CH2OH —(conc. H2SO4, heat)→ CH3CH=CH2 + H2O (via propyl hydrogen sulphate). (b) Naming: (i) CH3C(CH3)=CH–CH3 is 2-methyl-2-butene; (ii) CH2=CHCH(CH3)2 is 3-methyl-1-butene. (c) Structures: (i) 3-methyl-2-butene is CH3CH=C(CH3)CH3; (ii) 2-methyl-4-ethyl-2-pentene is CH3C(CH3)=CH–CH(C2H5)–CH3. (d) Dehydrohalogenation of bromopropane: CH3CH2CH2Br + KOH(alcoholic) —(heat)→ CH3CH=CH2 + KBr + H2O. (e) Yes, propanol can undergo dehydration — see (a).
۱۱.۶.۱ الکینز کی نام گذاری: الکینز غیر سیر شدہ ہائیڈرو کاربنز ہیں۔ غیر سیر شدہ ہائیڈرو کاربنز وہ مرکبات ہیں جو صرف ہائیڈروجن اور کاربن پر مشتمل ہوتے ہیں اور جن کے مالیکیولز میں کاربن سے کاربن ڈبل بانڈ (یا ٹرپل بانڈ) ہوتے ہیں۔ الکینز میں متعلقہ سیر شدہ ہائیڈرو کاربنز سے دو ہائیڈروجن ایٹم کم ہوتے ہیں، اور ان کا عمومی فارمولا CnH2n ہے۔ الکینز کا نام رکھنے کے IUPAC اصول کئی لحاظ سے الکینز کے اصولوں سے ملتے جلتے ہیں:
۱۱.۶.۲ الکینز کی تیاری: الکینز سیر شدہ مرکبات کے ملحقہ کاربن ایٹموں سے چھوٹے ایٹموں (H، OH، X) کو نکال کر تیار کیے جاتے ہیں، تاکہ کاربن ایٹموں کے درمیان ڈبل بانڈ بن جائے۔ ان تعملات کو ایلیمینیشن تعملات کہتے ہیں۔ ایسے تعملات میں نامیاتی مالیکیول کے ملحقہ کاربنوں سے H2O یا HCl جیسا چھوٹا مالیکیول نکالا جاتا ہے۔ ایتھین کی تیاری کے مختلف طریقے ذیل میں بیان کیے گئے ہیں:
۱۱.۶.۳ طبعی خصوصیات: (۱) پہلے تین ارکان، یعنی ایتھین، پروپین اور بیوٹین، کمرے کے درجہ حرارت پر گیسیں ہیں جبکہ C5 سے C15 تک مائع اور اعلیٰ ارکان ٹھوس ہیں۔ (۲) یہ پانی میں ناقابل حل لیکن الکحل میں حل ہو جاتے ہیں۔ (۳) ان کی مخصوص بو ہوتی ہے اور یہ روشن شعلے کے ساتھ جلتے ہیں۔ (۴) الکینز کے برعکس، یہ sp2 ہائبرڈائزیشن کی وجہ سے کمزور قطبی خصوصیات ظاہر کرتے ہیں۔
📌 کوئیک چیک 11.4 (کتاب، صفحہ 248): (الف) پروپانول H2SO4 کے ساتھ ایتھنول کی طرح ڈی ہائیڈریشن کرتا ہے اور پروپین دیتا ہے۔ (ب) نام: (۱) 2-میتھائل-2-بیوٹین؛ (۲) 3-میتھائل-1-بیوٹین۔ (ج) ساختیں: (۱) 3-میتھائل-2-بیوٹین CH3CH=C(CH3)CH3 ہے؛ (۲) 2-میتھائل-4-ایتھائل-2-پینٹین CH3C(CH3)=CH–CH(C2H5)–CH3 ہے۔ (د) برومو پروپین کی ڈی ہائیڈرو ہیلوجینیشن سے پروپین بنتا ہے۔ (ہ) جی ہاں، پروپانول ڈی ہائیڈریشن کر سکتا ہے — دیکھیں (الف)۔
11.7.1 Structure of alkenes: Ethene (C2H4) is the simplest alkene. Each carbon atom in ethene is sp2 hybridized and forms three equivalent sp2 hybrid orbitals which lie in the same plane. The unhybrid p orbital lies perpendicular (90°) to the plane of hybrid orbitals. These sp2 orbitals are formed by mixing of the 2s orbital with two 2p orbitals, leaving one unhybrid p orbital. In ethene, each carbon uses two sp2 orbitals to form two C–H bonds each. The remaining sp2 orbital on each carbon is used to form a carbon–carbon σ bond by linear overlap.
The unhybrid p orbitals of each carbon atom, which are parallel to each other, overlap laterally to form another carbon–carbon bond. This bond formed by the lateral overlap of p orbitals is called a π bond. The two carbon atoms forming a double bond and the four atoms attached directly to them lie in the same plane. The sp2 hybridization results in a trigonal planar arrangement around each carbon atom. The bond angles are approximately 120°, leading to a planar molecule.
11.7.2 Reactivity of π bond: Alkenes are more reactive than alkanes due to the presence of the double bond. The probability of finding electrons away from the line joining the two nuclei is high. Due to this reason, π-electrons are less firmly held between the nuclei. A π bond is, therefore, a weak bond as compared to a σ bond. During a reaction it breaks comparatively easily, rendering alkenes as reactive group of compounds. Moreover, the loosely held π-electrons are more exposed to attack by the electrophilic reagents. Alkenes, therefore, undergo electrophilic addition reactions very easily.
📌 Did You Know? (book's sidebar): Electrophile is a species that can act as electron pair acceptor; it is represented by E+. Alkenes act as nucleophile because they contain π electrons. Nucleophile is a species that can act as a donor of a pair of electrons; it is represented by Nu−.
📌 Interesting Information (book's sidebar): Plants produce ethene as a natural ripening hormone. For efficient harvesting and transportation to market, fruits and vegetables are often picked unripe and exposed to ethene so they could ripen in short time.
📌 Quick Check 11.5 (book, p. 250): (a) An alkane differs from an alkene in stability because the alkane has only strong σ bonds, while the alkene's π bond is weaker and breaks easily, making alkenes more reactive. (b) Nucleophile: OH− (electron-pair donor); H2 has no lone pair to donate and H+ accepts rather than donates. (c) Electrophile: H+ (electron-pair acceptor); OH− donates rather than accepts, and H2 is neutral with no electron deficiency.
۱۱.۷.۱ الکینز کی ساخت: ایتھین (C2H4) سب سے سادہ الکین ہے۔ ایتھین میں ہر کاربن ایٹم sp2 ہائبرڈائزڈ ہوتا ہے اور تین برابر sp2 ہائبرڈ آربٹلز بناتا ہے جو ایک ہی سطح میں ہوتے ہیں۔ غیر ہائبرڈ p آربٹل ہائبرڈ آربٹلز کی سطح پر عمودی (90°) ہوتا ہے۔ یہ sp2 آربٹلز 2s آربٹل کو دو 2p آربٹلز کے ساتھ ملا کر بنتے ہیں، جس سے ایک غیر ہائبرڈ p آربٹل بچ جاتا ہے۔ ایتھین میں ہر کاربن دو sp2 آربٹلز سے دو C–H بانڈ بناتا ہے۔ ہر کاربن پر بچا ہوا sp2 آربٹل خطی اوورلیپ سے کاربن–کاربن σ بانڈ بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
ہر کاربن ایٹم کے غیر ہائبرڈ p آربٹلز، جو ایک دوسرے کے متوازی ہوتے ہیں، پہلو سے اوورلیپ کر کے ایک اور کاربن–کاربن بانڈ بناتے ہیں۔ p آربٹلز کے پہلو والے اوورلیپ سے بننے والا یہ بانڈ π بانڈ کہلاتا ہے۔ ڈبل بانڈ بنانے والے دو کاربن ایٹم اور ان سے براہ راست جڑے چار ایٹم ایک ہی سطح میں ہوتے ہیں۔ sp2 ہائبرڈائزیشن سے ہر کاربن ایٹم کے گرد ٹرائیگونل پلینر ترتیب بنتی ہے۔ بانڈ زاویے تقریباً 120° ہوتے ہیں، جس سے مالیکیول پلینر بن جاتا ہے۔
۱۱.۷.۲ π بانڈ کی فعالی: الکینز ڈبل بانڈ کی موجودگی کی وجہ سے الکینز سے زیادہ فعالی ہوتے ہیں۔ دو نیوکلیائی کو ملانے والی لکیر سے دور الیکٹرانوں کے پائے جانے کا امکان زیادہ ہوتا ہے۔ اس وجہ سے π-الیکٹران نیوکلیائی کے درمیان کم مضبوطی سے تھامے ہوتے ہیں۔ اس لیے π بانڈ σ بانڈ کے مقابلے میں کمزور بانڈ ہے۔ تعمل کے دوران یہ نسبتاً آسانی سے ٹوٹ جاتا ہے، جس سے الکینز فعالی مرکبات کا گروپ بن جاتے ہیں۔ مزید یہ کہ ڈھیلے تھامے ہوئے π-الیکٹران الیکٹروفیلک ری ایجنٹس کے حملے کے لیے زیادہ بے نقاب ہوتے ہیں۔ اس لیے الکینز بہت آسانی سے الیکٹروفیلک ایڈیشن تعملات کرتے ہیں۔
📌 کیا آپ جانتے ہیں؟ (کتاب کا حاشیہ): الیکٹروفائل وہ ذرہ ہے جو الیکٹران جوڑا قبول کر سکتا ہے؛ اسے E+ سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ الکینز نیوکلیوفائل کے طور پر کام کرتے ہیں کیونکہ ان میں π الیکٹران ہوتے ہیں۔ نیوکلیوفائل وہ ذرہ ہے جو الیکٹرانوں کا جوڑا دے سکتا ہے؛ اسے Nu− سے ظاہر کیا جاتا ہے۔
📌 دلچسپ معلومات (کتاب کا حاشیہ): پودے ایتھین کو قدرتی پکانے والے ہارمون کے طور پر پیدا کرتے ہیں۔ موثر کٹائی اور منڈی تک ترسیل کے لیے پھل اور سبزیاں اکثر کچی توڑی جاتی ہیں اور ایتھین کے سامنے رکھی جاتی ہیں تاکہ وہ کم وقت میں پک جائیں۔
📌 کوئیک چیک 11.5 (کتاب، صفحہ 250): (الف) الکین الکین سے استحکام میں اس لیے مختلف ہے کہ الکین میں صرف مضبوط σ بانڈ ہوتے ہیں، جبکہ الکین کا π بانڈ کمزور ہوتا ہے اور آسانی سے ٹوٹ جاتا ہے، جس سے الکینز زیادہ فعالی ہو جاتے ہیں۔ (ب) نیوکلیوفائل: OH− (الیکٹران جوڑا دینے والا)؛ H2 کے پاس دینے کے لیے لون پیئر نہیں اور H+ دینے کے بجائے قبول کرتا ہے۔ (ج) الیکٹروفائل: H+ (الیکٹران جوڑا قبول کرنے والا)؛ OH− قبول کرنے کے بجائے دیتا ہے، اور H2 غیر جانبدار ہے جس میں الیکٹران کی کمی نہیں۔
The reactions of alkenes mostly proceed through the formation of carbocations. Therefore, before studying the addition reactions of alkenes, the concept of carbocations and their stability is very important.
11.7.3 Carbocation stability and inductive effect of alkyl group: A carbocation is an alkyl group with a single positive charge on one of its carbon atoms. Carbocations are classified into the following types:
The inductive effect of alkyl groups plays an important role in the stability of carbocation. The polarization of a σ bond due to electron withdrawing or electron donating effect of adjacent groups or atoms is referred to as inductive effect. Alkyl groups have a slightly electron donating inductive effect. Electron donating species are said to have positive inductive effect (+I), whereas electron withdrawing species, such as a halogen atom, have a negative inductive effect (−I).
The alkyl groups attached to the positively charged carbon atoms are electron donating groups. Due to the positive charge on the carbon atom, carbocations are electrophile. Inductive effect is shown by the arrowheads on the bonds, to show the alkyl groups pushing electrons towards the positively charged carbon. As a result, the carbocation becomes less positively charged, which makes it energetically more stable. The stability of carbocation ions increases with the number of alkyl groups due to their +I effect. This means that tertiary carbocation is the most stable, as they have three electron-donating alkyl groups which energetically stabilize the carbocation. Stability order: 3° > 2° > 1° > methyl.
11.7.4 Electron withdrawing inductive effect: Electron withdrawing groups, such as a halogen atom, have a negative inductive effect (−I). Halogen withdraws bonded electrons from carbon to carbon bond and thus displays negative inductive effect. This causes a permanent dipole to arise in the molecule, wherein the halogen atom holds a negative charge and carbon becomes partial positive. The electron-deficient C1 pulls electrons from the C1–C2 covalent bond, and the effect weakens along the chain (C2 less positive than C1).
📌 Quick Check 11.6 (book, p. 252): (a) Alkenes react with an electrophile because their loosely held π electrons attack the electrophile, forming a carbocation intermediate which is then attacked by a nucleophile (sec11). (b) The stability order is 3° > 2° > 1° because more alkyl groups donate more electrons by the +I effect, spreading and reducing the positive charge.
الکینز کے تعملات زیادہ تر کاربو کیٹائنز کے بننے سے آگے بڑھتے ہیں۔ اس لیے الکینز کے ایڈیشن تعملات پڑھنے سے پہلے کاربو کیٹائنز اور ان کے استحکام کا تصور بہت اہم ہے۔
۱۱.۷.۳ کاربو کیٹائن کا استحکام اور الکائل گروپ کا انڈکٹیو اثر: کاربو کیٹائن ایک الکائل گروپ ہے جس کے ایک کاربن ایٹم پر واحد مثبت چارج ہوتا ہے۔ کاربو کیٹائنز کی درج ذیل اقسام ہیں:
کاربو کیٹائن کے استحکام میں الکائل گروپس کا انڈکٹیو اثر اہم کردار ادا کرتا ہے۔ ملحقہ گروپس یا ایٹموں کے الیکٹران دینے یا کھینچنے کے اثر سے σ بانڈ کی پولرائزیشن کو انڈکٹیو اثر کہتے ہیں۔ الکائل گروپس میں ہلکا الیکٹران دینے والا انڈکٹیو اثر ہوتا ہے۔ الیکٹران دینے والی انواع کو مثبت انڈکٹیو اثر (+I) والی کہا جاتا ہے، جبکہ الیکٹران کھینچنے والی انواع، جیسے ہیلوجن ایٹم، منفی انڈکٹیو اثر (−I) رکھتی ہیں۔
مثبت چارج والے کاربن ایٹموں سے جڑے الکائل گروپس الیکٹران دینے والے گروپس ہیں۔ کاربن ایٹم پر مثبت چارج کی وجہ سے کاربو کیٹائنز الیکٹروفائل ہوتے ہیں۔ انڈکٹیو اثر بانڈز پر تیر کے سروں سے ظاہر کیا جاتا ہے، تاکہ دکھایا جا سکے کہ الکائل گروپس الیکٹرانوں کو مثبت چارج والے کاربن کی طرف دھکیل رہے ہیں۔ نتیجتاً کاربو کیٹائن کم مثبت چارج والا ہو جاتا ہے، جس سے وہ توانائی کے لحاظ سے زیادہ مستحکم ہو جاتا ہے۔ کاربو کیٹائن آئنز کا استحکام الکائل گروپس کی تعداد کے ساتھ ان کے +I اثر کی وجہ سے بڑھتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ٹرشری کاربو کیٹائن سب سے زیادہ مستحکم ہے، کیونکہ اس میں تین الیکٹران دینے والے الکائل گروپس ہوتے ہیں جو کاربو کیٹائن کو توانائی کے لحاظ سے مستحکم کرتے ہیں۔ استحکام کی ترتیب: 3° > 2° > 1° > میتھائل۔
۱۱.۷.۴ الیکٹران کھینچنے والا انڈکٹیو اثر: الیکٹران کھینچنے والے گروپس، جیسے ہیلوجن ایٹم، منفی انڈکٹیو اثر (−I) رکھتے ہیں۔ ہیلوجن کاربن سے کاربن بانڈ سے بانڈڈ الیکٹران کھینچتا ہے اور اس طرح منفی انڈکٹیو اثر ظاہر کرتا ہے۔ اس سے مالیکیول میں مستقل ڈائی پول پیدا ہو جاتا ہے، جس میں ہیلوجن ایٹم منفی چارج رکھتا ہے اور کاربن جزوی مثبت ہو جاتا ہے۔ الیکٹران کی کمی والا C1، C1–C2 کوویلنٹ بانڈ سے الیکٹران کھینچتا ہے، اور یہ اثر زنجیر کے ساتھ کمزور ہوتا جاتا ہے (C2، C1 سے کم مثبت ہوتا ہے)۔
📌 کوئیک چیک 11.6 (کتاب، صفحہ 252): (الف) الکینز الیکٹروفائل سے اس لیے تعمل کرتے ہیں کہ ان کے ڈھیلے تھامے ہوئے π الیکٹران الیکٹروفائل پر حملہ کرتے ہیں، کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ بنتا ہے جس پر پھر نیوکلیوفائل حملہ کرتا ہے (sec11)۔ (ب) استحکام کی ترتیب 3° > 2° > 1° ہے کیونکہ زیادہ الکائل گروپس +I اثر سے زیادہ الیکٹران دیتے ہیں، مثبت چارج پھیلتا اور کم ہوتا ہے۔
Alkenes are unsaturated hydrocarbons and they undergo electrophilic addition reactions mostly. Other minor types of reactions include oxidation, combustion and polymerization reactions.
11.8.1 Electrophilic addition reactions: The reactions in which an electrophile is added to the double bond of an alkene are called electrophilic addition reactions. Mechanism of electrophilic addition in alkenes: The C=C in alkenes is a region of high electron density, making it susceptible to attack by electrophiles. An alkene reacts with an electrophile to give a carbocation intermediate that then reacts with a nucleophile. In the generalized mechanism, X+ represents an electrophile and Y− represents a nucleophile.
1. Halogenation: Halogenation means addition of halogens like chlorine or bromine. When bromine water (a solution of bromine in water having red-brown colour) is added to ethene in an inert solvent like carbon tetrachloride, its reddish brown colour is discharged at once. This reaction is used to identify the unsaturation of an organic compound: CH2=CH2 + Br2 —(CCl4)→ Br–CH2–CH2–Br (1,2-dibromoethane). Mechanism (three steps): (i) Bromine (Br2) is a non-polar molecule; however, when a bromine molecule gets closer to the double bond of an alkene, the high electron density of the double bond repels the electron pair in Br–Br away from the Br atom. As a result, the Br atom closest to the double bond is slightly positive and acts as an electrophile (induced dipole). (ii) The δ+ bromine of Br2 is attacked by the π electrons in the double bond, and the partial positive bromine accepts a pair of electrons from the C=C bond in the alkene. This results in the formation of a highly reactive carbocation intermediate. (iii) This carbocation intermediate reacts with the Br− (nucleophile) to make the product.
2. Hydrohalogenation: When an alkene reacts with dry gaseous hydrogen halide at room temperature, the product is a haloalkane: CH2=CH2 + HBr → CH3–CH2–Br (bromoethane). Hydrogen halides are among the simplest examples of polar substances having permanent dipoles that add to alkenes. All hydrogen halides (HBr, HCl, HI, HF) give this reaction and add across C=C exactly the same way. But the rate of reaction increases from HF to HI. The actual product formed depends upon whether the alkene is symmetrical or unsymmetrical.
i) Addition to symmetrical alkenes: When the alkene (e.g. ethene) is symmetrical, only one product is theoretically possible. Mechanism of addition of HBr to ethene: (i) Nucleophilic π-bond attacks the hydrogen in hydrogen bromide. Hydrogen bromide gives a bromide ion (Br−). Ethene is converted to carbocation by adding hydrogen to one of the double bonded carbons. (ii) The bromide ion (nucleophile) attacks the carbocation to give the addition product, 1-bromoethane (alkyl halide).
ii) Addition to unsymmetrical alkenes — Markovnikov's Rule: When the alkene is unsymmetrical, two products are theoretically possible. For example, the addition of HBr to propene can give two products. But experimentally, it has been found that under these conditions, the major product is 2-bromopropane and the minor product is 1-bromopropane. Markovnikov's Rule is applicable for addition reactions in alkenes. According to this rule, "When a polar reagent adds to an unsymmetrical alkene, the negative part of the reagent attaches to the double bonded carbon which bears the lesser number of hydrogen." Mechanism: Propene reacts with HBr in two ways. (i) The π electrons of C=C attack the partial positive end of H–Br. Hydrogen bromide breaks heterolytically, creating bromide ion (electrophile) and hydrogen is added to double bonded carbon with more number of hydrogen, creating a 2° carbocation. (ii) The bromide ion attacks the secondary carbocation to give the major product. The minor product is formed by the attack on primary carbocation.
3. Hydrogenation: Hydrogenation means addition of molecular hydrogen to an alkene in the presence of a catalyst (Ni/Pt) to form a saturated compound at 250–300 °C: H2C=CH2 + H2 —(Ni, 250–300 °C)→ H3C–CH3. On industrial scale, this reaction is used to convert vegetable oil into margarine (Banaspati ghee): Oil + H2 —(Ni)→ Margarine.
4. Hydration: Gaseous alkenes react with steam at high temperature and pressure in the presence of concentrated acid (H2SO4) as the catalyst to form alcohols: H2C=CH2 + H2O —(H2SO4)→ C2H5OH. Similar to hydrohalogenation, the alkene forms a carbocation intermediate, which is then attacked by OH−.
5. Halohydration: Halohydration is a reaction where an alkene reacts with a halogen (such as bromine or chlorine) in the presence of water to form a halohydrin. For ethene (C2H4), the reaction specifically produces a bromohydrin or chlorohydrin, depending on the halogen used: H2C=CH2 + Br2 + H2O → CH3–CH(Br)–OH (1-bromoethanol, as drawn in the book) + HBr.
📌 Quick Check 11.7 (book, p. 254): (a) The relative rates of addition of HCl, HBr and HI to alkenes increase from HCl to HI — the book states the rate of hydrohalogenation increases from HF to HI, because the H–X bond becomes weaker and easier to break heterolytically down the group. (b) Addition vs elimination: addition adds atoms across the double bond (alkene → single product, saturation increases); elimination removes a small molecule from adjacent carbons and creates a double bond (the exact opposite). (c) An alkene reacts with an electrophile as in sec11's generalized mechanism: π electrons attack E+, a carbocation forms, then a nucleophile attacks it. (d) Markovnikov's rule applied to HBr + 2-pentene: 2-pentene (CH3CH=CHCH2CH3) is unsymmetrical in the Markovnikov sense — H+ adds to give the more stable 2° carbocation, and Br− attaches to the carbon bearing fewer hydrogens, so the major product is 3-bromopentane (with 2-bromopentane as the minor product). ⚠️ The book gives no worked example for 2-pentene; this answer applies the chapter's own Markovnikov mechanism, and both possible carbocations here are secondary, so the preference is weaker than in the propene case.
الکینز غیر سیر شدہ ہائیڈرو کاربنز ہیں اور وہ زیادہ تر الیکٹروفیلک ایڈیشن تعملات کرتے ہیں۔ دیگر معمولی اقسام کے تعملات میں آکسیڈیشن، جلنا اور پولیمرائزیشن شامل ہیں۔
۱۱.۸.۱ الیکٹروفیلک ایڈیشن تعملات: وہ تعملات جن میں الیکٹروفائل الکین کے ڈبل بانڈ پر شامل ہوتا ہے، الیکٹروفیلک ایڈیشن تعملات کہلاتے ہیں۔ الکینز میں الیکٹروفیلک ایڈیشن کا طریقہ کار: الکینز میں C=C الیکٹران کثافت کا زیادہ علاقہ ہے، جس سے یہ الیکٹروفائلز کے حملے کے لیے حساس ہو جاتا ہے۔ الکین الیکٹروفائل سے تعمل کر کے کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ دیتا ہے جو پھر نیوکلیوفائل سے تعمل کرتا ہے۔ عمومی طریقہ کار میں X+ الیکٹروفائل اور Y− نیوکلیوفائل کو ظاہر کرتا ہے۔
۱۔ ہیلوجینیشن: ہیلوجینیشن کا مطلب کلورین یا برومین جیسے ہیلوجنز کا اضافہ ہے۔ جب برومین واٹر (پانی میں برومین کا محلول جس کا رنگ سرخ بھورا ہوتا ہے) کاربن ٹیٹرا کلورائیڈ جیسے بے عمل سالوینٹ میں ایتھین میں ملایا جاتا ہے تو اس کا سرخ بھورا رنگ فوراً ختم ہو جاتا ہے۔ یہ تعمل کسی نامیاتی مرکب کی غیر سیر شدگی کی شناخت کے لیے استعمال ہوتا ہے: CH2=CH2 + Br2 —(CCl4)→ Br–CH2–CH2–Br (1,2-ڈائی برومو ایتھین)۔ طریقہ کار (تین مراحل): (۱) برومین (Br2) غیر قطبی مالیکیول ہے؛ تاہم جب برومین کا مالیکیول الکین کے ڈبل بانڈ کے قریب آتا ہے تو ڈبل بانڈ کی زیادہ الیکٹران کثافت Br–Br میں الیکٹران جوڑے کو Br ایٹم سے دور دھکیل دیتی ہے۔ نتیجتاً ڈبل بانڈ کے قریب ترین Br ایٹم ہلکا مثبت ہو جاتا ہے اور الیکٹروفائل کے طور پر کام کرتا ہے (انڈیوسڈ ڈائی پول)۔ (۲) Br2 کا δ+ برومین ڈبل بانڈ میں π الیکٹرانوں کے حملے کا نشانہ بنتا ہے، اور جزوی مثبت برومین الکین میں C=C بانڈ سے الیکٹرانوں کا جوڑا قبول کرتا ہے۔ اس سے انتہائی فعالی کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ بنتا ہے۔ (۳) یہ کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ Br− (نیوکلیوفائل) سے تعمل کر کے مصنوعہ بناتا ہے۔
۲۔ ہائیڈرو ہیلوجینیشن: جب الکین کمرے کے درجہ حرارت پر خشک گیسی ہائیڈروجن ہیلائیڈ سے تعمل کرتا ہے تو مصنوعہ ہیلو الکین ہوتا ہے: CH2=CH2 + HBr → CH3–CH2–Br (برومو ایتھین)۔ ہائیڈروجن ہیلائیڈز قطبی مادوں کی سادہ ترین مثالوں میں سے ہیں جن میں مستقل ڈائی پول ہوتے ہیں جو الکینز پر شامل ہوتے ہیں۔ تمام ہائیڈروجن ہیلائیڈز (HBr، HCl، HI، HF) یہ تعمل دیتے ہیں اور C=C پر بالکل اسی طرح شامل ہوتے ہیں۔ لیکن تعمل کی رفتار HF سے HI تک بڑھتی ہے۔ اصل مصنوعہ اس بات پر منحصر ہوتا ہے کہ الکین سمیٹرک ہے یا غیر سمیٹرک۔
۱) سمیٹرک الکینز پر اضافہ: جب الکین (مثلاً ایتھین) سمیٹرک ہو تو نظریاتی طور پر صرف ایک مصنوعہ ممکن ہوتا ہے۔ ایتھین پر HBr کے اضافے کا طریقہ کار: (۱) نیوکلیوفیلک π-بانڈ ہائیڈروجن برومائیڈ میں ہائیڈروجن پر حملہ کرتا ہے۔ ہائیڈروجن برومائیڈ برومائیڈ آئن (Br−) دیتا ہے۔ ڈبل بانڈ والے کاربنوں میں سے ایک پر ہائیڈروجن شامل ہونے سے ایتھین کاربو کیٹائن میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ (۲) برومائیڈ آئن (نیوکلیوفائل) کاربو کیٹائن پر حملہ کر کے ایڈیشن مصنوعہ، 1-برومو ایتھین (الکائل ہیلائیڈ) دیتا ہے۔
۲) غیر سمیٹرک الکینز پر اضافہ — مارکوونیکوف کا اصول: جب الکین غیر سمیٹرک ہو تو نظریاتی طور پر دو مصنوعات ممکن ہوتی ہیں۔ مثلاً پروپین پر HBr کے اضافے سے دو مصنوعات مل سکتی ہیں۔ لیکن تجرباتی طور پر پایا گیا ہے کہ ان حالات میں بڑی مصنوعہ 2-برومو پروپین اور چھوٹی مصنوعہ 1-برومو پروپین ہوتی ہے۔ مارکوونیکوف کا اصول الکینز میں ایڈیشن تعملات پر لاگو ہوتا ہے۔ اس اصول کے مطابق، "جب کوئی قطبی ری ایجنٹ کسی غیر سمیٹرک الکین پر شامل ہوتا ہے تو ری ایجنٹ کا منفی حصہ اس ڈبل بانڈ والے کاربن سے جڑتا ہے جس پر ہائیڈروجن کی تعداد کم ہو۔" طریقہ کار: پروپین HBr سے دو طریقوں سے تعمل کرتی ہے۔ (۱) C=C کے π الیکٹران H–Br کے جزوی مثبت سرے پر حملہ کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن برومائیڈ ہیٹرولائٹک طریقے سے ٹوٹتا ہے، برومائیڈ آئن بنتا ہے اور ہائیڈروجن اس ڈبل بانڈ والے کاربن پر شامل ہوتا ہے جس پر ہائیڈروجن کی تعداد زیادہ ہو، جس سے 2° کاربو کیٹائن بنتا ہے۔ (۲) برومائیڈ آئن سیکنڈری کاربو کیٹائن پر حملہ کر کے بڑی مصنوعہ دیتا ہے۔ چھوٹی مصنوعہ پرائمری کاربو کیٹائن پر حملے سے بنتی ہے۔
۳۔ ہائیڈروجنیشن: ہائیڈروجنیشن کا مطلب کیٹالسٹ (Ni/Pt) کی موجودگی میں 250–300 °C پر الکین پر مالیکیولر ہائیڈروجن کا اضافہ ہے جس سے سیر شدہ مرکب بنتا ہے: H2C=CH2 + H2 —(Ni، 250–300 °C)→ H3C–CH3۔ صنعتی پیمانے پر یہ تعمل سبزیوں کے تیل کو مارجرین (بناسپتی گھی) میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے: تیل + H2 —(Ni)→ مارجرین۔
۴۔ ہائیڈریشن: گیسی الکینز زیادہ درجہ حرارت اور دباؤ پر کنسنٹریٹڈ ایسڈ (H2SO4) بطور کیٹالسٹ کی موجودگی میں بھاپ سے تعمل کر کے الکحل بناتے ہیں: H2C=CH2 + H2O —(H2SO4)→ C2H5OH۔ ہائیڈرو ہیلوجینیشن کی طرح، الکین کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ بناتی ہے، جس پر پھر OH− حملہ کرتا ہے۔
۵۔ ہیلو ہائیڈریشن: ہیلو ہائیڈریشن وہ تعمل ہے جس میں الکین پانی کی موجودگی میں ہیلوجن (جیسے برومین یا کلورین) سے تعمل کر کے ہیلو ہائیڈرن بناتا ہے۔ ایتھین (C2H4) کے لیے یہ تعمل خاص طور پر استعمال شدہ ہیلوجن کے مطابق برومو ہائیڈرن یا کلورو ہائیڈرن دیتا ہے: H2C=CH2 + Br2 + H2O → CH3–CH(Br)–OH (کتاب کی تصویر کے مطابق 1-برومو ایتھنول) + HBr۔
📌 کوئیک چیک 11.7 (کتاب، صفحہ 254): (الف) الکینز پر HCl، HBr اور HI کے اضافے کی نسبتا رفتار HCl سے HI تک بڑھتی ہے — کتاب کہتی ہے کہ ہائیڈرو ہیلوجینیشن کی رفتار HF سے HI تک بڑھتی ہے، کیونکہ گروپ میں نیچے جاتے ہوئے H–X بانڈ کمزور ہوتا جاتا ہے اور ہیٹرولائٹک طریقے سے ٹوٹنا آسان ہو جاتا ہے۔ (ب) ایڈیشن بمقابلہ ایلیمینیشن: ایڈیشن میں ڈبل بانڈ پر ایٹم شامل ہوتے ہیں (الکین → واحد مصنوعہ، سیر شدگی بڑھتی ہے)؛ ایلیمینیشن میں ملحقہ کاربنوں سے چھوٹا مالیکیول نکلتا ہے اور ڈبل بانڈ بنتا ہے (بالکل الٹا)۔ (ج) الکین الیکٹروفائل سے sec11 کے عمومی طریقہ کار کے مطابق تعمل کرتی ہے: π الیکٹران E+ پر حملہ کرتے ہیں، کاربو کیٹائن بنتا ہے، پھر نیوکلیوفائل اس پر حملہ کرتا ہے۔ (د) HBr + 2-پینٹین پر مارکوونیکوف کا اصول: 2-پینٹین غیر سمیٹرک معنوں میں ہے — H+ زیادہ مستحکم 2° کاربو کیٹائن دے کر شامل ہوتا ہے، اور Br− اس کاربن سے جڑتا ہے جس پر ہائیڈروجن کم ہوں، اس لیے بڑی مصنوعہ 3-برومو پینٹین ہوتی ہے (2-برومو پینٹین چھوٹی مصنوعہ کے طور پر)۔ ⚠️ کتاب میں 2-پینٹین کی کوئی تیار مثال نہیں ہے؛ یہ جواب باب کے اپنے مارکوونیکوف طریقہ کار سے نکالا گیا ہے، اور یہاں دونوں ممکنہ کاربو کیٹائنز سیکنڈری ہیں، اس لیے ترجیح پروپین کی صورت سے کمزور ہے۔
6. Epoxidation: The epoxidation of alkenes gives an oxygen-containing three-membered cyclic ether called epoxide. In the case of ethene (C2H4), this reaction can be accomplished using various oxidizing agents. Ethene can also be converted to ethylene oxide using molecular oxygen and metal catalysts. A transition metal catalyst facilitates the reaction, forming an epoxide directly from the alkene. The epoxides can be converted into diols by acid hydrolysis: ethene + O2 —(Ag)→ epoxide —(H+/H2O)→ ethane-1,2-diol.
7. Ozonolysis: Ozonolysis is a method of oxidative cleavage of alkenes using ozone (O3), a reactive allotrope of oxygen. This reaction is often used to identify the structure of unknown alkenes by breaking them down into smaller, more easily identifiable pieces. Alkenes react with ozone (O3) to form ozonides, which can be further reduced to carbonyl compounds (aldehydes or ketones), and ultimately to alcohols. Ethene: C2H4 + O3 → C2H4O3 → 2CH2O (methanal). Propene: H3C–CH=CH2 —(O3)→ ozonide —(Zn/H2O)→ ethanal (CH3CHO) + methanal (HCHO), which on reduction give ethanol and methanol.
8. Polymerization: Polymerization is the formation of extremely long molecules (polymers) from small reactive molecules that join together (monomers). Addition polymerization is one of the most important addition reactions of alkenes which form the basis of the plastics industry. Addition polymerization is the reaction in which many monomers containing at least one C=C double bond form long chains of polymers as the only product. Just like in other addition reactions of alkenes, the π-bond in each C=C bond breaks and then the monomers link together to form new C–C single bonds. A polymer is a long-chain molecule that is made up of many repeating units. Examples: ethene (monomer) → poly(ethene) (polymer, polyethylene, one of the world's most common plastics used in bags, bottles and packaging); chloroethene (monomer) → poly(chloroethene) (PVC, used e.g. in ball pens).
Deducing repeating units: A repeating unit is the smallest group of atoms that, when connected one after the other, make up the polymer chain. It is represented by square brackets in the displayed and general formula. In poly(alkenes) (such as poly(ethene)) and substituted poly(alkenes) (such as PVC) made of one type of monomer, the repeating unit is the same as the monomer except that the C=C double bond is changed to a C–C single bond — for poly(ethene), –CH2CH2–.
📌 Quick Check 11.8 (book, p. 256): (a) Ozonolysis of ethene: C2H4 + O3 → ozonide —(Zn/H2O)→ 2 methanal. (b) Epoxidation of 2-butene: CH3CH=CHCH3 + O2 —(metal catalyst)→ 2,3-epoxybutane (the three-membered epoxide ring across C2–C3), which on acid hydrolysis gives butane-2,3-diol. (c) Ozonolysis locates a double bond because cleavage happens exactly at the C=C: each carbon of the double bond becomes a carbonyl carbon, so the carbonyl products reveal which carbons were joined — e.g. propene gives ethanal + methanal, proving the double bond was between C1 and C2.
📌 Quick Check 11.9 (book, p. 257): (a) (i) Ethene is suitable for polymerization because its C=C π bond breaks easily and each carbon can then form a new C–C single bond to the next monomer, extending the chain. (ii) During this reaction the hybridization changes from sp2 (trigonal planar, ~120°) to sp3 (tetrahedral, ~109.5°) as the double bond becomes a single bond. (b) An addition reaction increases saturation because the π bond is lost and each double-bonded carbon gains one more single-bonded partner (H or another carbon), so the molecule becomes more saturated.
11.9 Conjugated dienes: As the name indicates, a diene is a molecule containing two double bonds (C=C). In a conjugated diene, the double bonds in the carbon chain are separated by a single bond. The adjacent double bonds in conjugated dienes allow for the overlap of p-orbitals on three or more adjacent atoms. This overlap leads to a delocalization of electrons, which can stabilize the molecule and affect its reactivity. In conjugated dienes, π-bond overlap extends over the entire system. Examples: but-1,3-diene CH2=CH–CH=CH2; 2-methylbut-1,3-diene (isoprene) CH2=C(CH3)–CH=CH2. Conjugated alkenes are an important class of compounds in organic chemistry, featuring unique properties due to the arrangement of their double bonds. Conjugated dienes like 1,3-butadiene are used in the production of synthetic rubber. The conjugated structure allows for polymerization, leading to long chains that exhibit rubber-like properties.
📌 Quick Check 11.10 (book, p. 257): (a) Penta-1,3-diene: CH2=CH–CH=CH–CH3 (double bonds separated by one single bond — conjugated). (b) Delocalization in conjugated dienes: the p-orbitals of all four carbons overlap continuously, so the π electrons are spread over the whole system rather than confined to one double bond, which stabilizes the molecule.
11.10 Isomerism: The concept of isomerism is an important feature of organic compounds. Two or more compounds having the same molecular formula but different structural formulae and properties are said to be isomers and the phenomenon is called isomerism. The structural formula of a compound shows the arrangement of atoms and bonds present in it. The simplest hydrocarbon to have structural isomers is butane (C4H10). If we study the structural formula of butane or other higher hydrocarbons of the alkane family, we will observe that it is possible to arrange the atoms present in the molecule in more than one way to satisfy all valencies. This means that it is possible to have two or more different arrangements for the same molecular formula. For example, chlorobutane molecule can have two different arrangements as represented by 1-chlorobutane (CH3CH2CH2CH2Cl) and 2-chlorobutane (CH3CHClCH2CH3). This fact has been supported by experimental evidence that there are two compounds with different physical properties but with the same molecular formula of C4H9Cl. Isomerism is not only possible but common if the compound contains more than three carbon atoms. As the number of carbon atoms in a hydrocarbon increases, the number of possible isomers increases very rapidly. The five carbon compound, pentane, has three isomers.
11.10.1 Types of isomerism — A. Structural isomerism: Structural isomerism is not confined to hydrocarbons only. In fact, all classes of organic compounds and their derivatives show the phenomenon of structural isomerism. Structural isomerism arises due to the difference in the arrangement of atoms within the molecule. Structural isomerism can be exhibited in five different ways:
B. Stereoisomerism: Stereoisomers are such compounds which possess the same structural formula, but differ with respect to the positions of the identical groups in space. There are two types of stereoisomerism: (i) geometrical or cis–trans isomerism; (ii) optical isomerism. ⚠️ The book only names these two types here — it does not develop cis–trans or optical isomerism further in this chapter, so no further detail is added.
11.11 Organic redox reactions: Oxidation–reduction reactions that involve organic compounds are called organic redox reactions. These reactions are characterized by the addition or removal of atoms/bonds. Normally, during organic oxidation, oxygen is added or hydrogen is removed. During organic reduction, hydrogen is added or oxygen is removed. Some examples of oxidation and reduction reactions are given below:
📌 Quick Check 11.11 (book, p. 261): (a) Positional isomers of C4H8: but-1-ene and but-2-ene (displayed formulae: CH2=CH–CH2–CH3 and CH3–CH=CH–CH3). (b) Ethoxy methane (CH3OC2H5) and propanol (C3H7OH) — both C3H8O — are functional group isomers (ether vs alcohol). (c) Different types of structural isomerism in alkenes: chain, position, functional group, metamerism and tautomerism (the five types of sec11.10.1, applied to alkenes e.g. chain isomers of pentene and position isomers but-1-ene/but-2-ene). (d) Isomers of C4H9NH2 (butylamine): the four chain/position amine isomers — butan-1-amine, butan-2-amine, 2-methylpropan-1-amine and 2-methylpropan-2-amine — derived by applying the chapter's chain and position isomerism rules. ⚠️ The book does not list these four names; they are derived from the chapter's own isomerism rules, not quoted from a book passage.
۶۔ ایپوکسیڈیشن: الکینز کی ایپوکسیڈیشن سے آکسیجن پر مشتمل تین رکنی حلقہ دار ایتھر بنتا ہے جسے ایپوکسائیڈ کہتے ہیں۔ ایتھین (C2H4) کی صورت میں یہ تعمل مختلف آکسیڈائزنگ ایجنٹس سے کیا جا سکتا ہے۔ ایتھین کو مالیکیولر آکسیجن اور دھاتی کیٹالسٹس سے بھی ایتھیلین آکسائیڈ میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ ٹرانزیشن میٹل کیٹالسٹ تعمل کو آسان بناتا ہے، جس سے الکین سے براہ راست ایپوکسائیڈ بنتا ہے۔ ایپوکسائیڈز کو ایسڈ ہائیڈرولیسس سے ڈائیولز میں تبدیل کیا جا سکتا ہے: ایتھین + O2 —(Ag)→ ایپوکسائیڈ —(H+/H2O)→ ایتھین-1,2-ڈائیول۔
۷۔ اوزونولائسز: اوزونولائسز اوزون (O3)، جو آکسیجن کا ایک فعالی ایلوٹروپ ہے، سے الکینز کی آکسیڈیٹیو کلیویج کا طریقہ ہے۔ یہ تعمل اکثر نامعلوم الکینز کی ساخت کی شناخت کے لیے استعمال ہوتا ہے، انہیں چھوٹے، زیادہ آسانی سے شناخت ہونے والے ٹکڑوں میں توڑ کر۔ الکینز اوزون (O3) سے تعمل کر کے اوزونائیڈز بناتے ہیں، جنہیں مزید کم کر کے کاربونائل مرکبات (ایلڈیہائیڈز یا کیٹونز)، اور آخر میں الکحل میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ ایتھین: C2H4 + O3 → C2H4O3 → 2CH2O (میتھینل)۔ پروپین: اوزونائیڈ —(Zn/H2O)→ ایتھینل + میتھینل، جو کم ہونے پر ایتھنول اور میتھنول دیتے ہیں۔
۸۔ پولیمرائزیشن: پولیمرائزیشن چھوٹے فعالی مالیکیولز (مونومرز) کے جڑنے سے انتہائی لمبے مالیکیولز (پولیمرز) کی تشکیل ہے۔ ایڈیشن پولیمرائزیشن الکینز کے سب سے اہم ایڈیشن تعملات میں سے ایک ہے جو پلاسٹک کی صنعت کی بنیاد ہے۔ ایڈیشن پولیمرائزیشن وہ تعمل ہے جس میں کم از کم ایک C=C ڈبل بانڈ والے بہت سے مونومرز لمبی پولیمر زنجیریں بناتے ہیں جو واحد مصنوعہ ہوتی ہیں۔ الکینز کے دیگر ایڈیشن تعملات کی طرح، ہر C=C بانڈ میں π-بانڈ ٹوٹتا ہے اور پھر مونومرز جڑ کر نئے C–C واحد بانڈ بناتے ہیں۔ پولیمر ایک لمبی زنجیر والا مالیکیول ہے جو بہت سے دہرائے جانے والے یونٹس سے بنا ہوتا ہے۔ مثالیں: ایتھین (مونومر) → پولی (ایتھین) (پولیمر، پولی ایتھیلین، دنیا کے سب سے عام پلاسٹک میں سے ایک جو تھیلوں، بوتلوں اور پیکنگ میں استعمال ہوتا ہے)؛ کلورو ایتھین (مونومر) → پولی (کلورو ایتھین) (PVC، مثلاً بال پن میں استعمال ہوتا ہے)۔
دہرائے جانے والے یونٹس نکالنا: دہرایا جانے والا یونٹ ایٹموں کا سب سے چھوٹا گروپ ہے جو ایک کے بعد ایک جڑنے پر پولیمر زنجیر بناتا ہے۔ اسے ڈسپلے اور عمومی فارمولا میں مربع بریکٹس سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ پولی (الکینز) (جیسے پولی (ایتھین)) اور متبادل پولی (الکینز) (جیسے PVC) میں جو ایک قسم کے مونومر سے بنتے ہیں، دہرایا جانے والا یونٹ مونومر جیسا ہی ہوتا ہے سوائے اس کے کہ C=C ڈبل بانڈ C–C واحد بانڈ میں بدل جاتا ہے — پولی (ایتھین) کے لیے، –CH2CH2–۔
📌 کوئیک چیک 11.8 (کتاب، صفحہ 256): (الف) ایتھین کی اوزونولائسز: C2H4 + O3 → اوزونائیڈ —(Zn/H2O)→ 2 میتھینل۔ (ب) 2-بیوٹین کی ایپوکسیڈیشن سے 2,3-ایپوکسی بیوٹین بنتا ہے (C2–C3 پر تین رکنی ایپوکسائیڈ حلقہ)، جو ایسڈ ہائیڈرولیسس سے بیوٹین-2,3-ڈائیول دیتا ہے۔ (ج) اوزونولائسز ڈبل بانڈ کی جگہ اس لیے بتاتی ہے کہ کلیویج بالکل C=C پر ہوتی ہے: ڈبل بانڈ کا ہر کاربن کاربونائل کاربن بن جاتا ہے، اس لیے کاربونائل مصنوعات بتاتی ہیں کہ کون سے کاربن جڑے تھے — مثلاً پروپین سے ایتھینل + میتھینل ملتے ہیں، جو ثابت کرتا ہے کہ ڈبل بانڈ C1 اور C2 کے درمیان تھا۔
📌 کوئیک چیک 11.9 (کتاب، صفحہ 257): (الف) (۱) ایتھین پولیمرائزیشن کے لیے موزوں ہے کیونکہ اس کا C=C π بانڈ آسانی سے ٹوٹتا ہے اور ہر کاربن پھر اگلے مونومر کے ساتھ نیا C–C واحد بانڈ بنا کر زنجیر بڑھاتا ہے۔ (۲) اس تعمل کے دوران ہائبرڈائزیشن sp2 (ٹرائیگونل پلینر، ~120°) سے sp3 (ٹیٹرا ہیڈرل، ~109.5°) میں بدل جاتی ہے کیونکہ ڈبل بانڈ واحد بانڈ بن جاتا ہے۔ (ب) ایڈیشن تعمل سیر شدگی بڑھاتا ہے کیونکہ π بانڈ ختم ہو جاتا ہے اور ڈبل بانڈ والا ہر کاربن ایک اور واحد بانڈ والا ساتھی (H یا دوسرا کاربن) حاصل کرتا ہے، اس لیے مالیکیول زیادہ سیر شدہ ہو جاتا ہے۔
۱۱.۹ کنجوگیٹڈ ڈائینز: جیسا کہ نام سے ظاہر ہے، ڈائین وہ مالیکیول ہے جس میں دو ڈبل بانڈ (C=C) ہوتے ہیں۔ کنجوگیٹڈ ڈائین میں کاربن زنجیر میں ڈبل بانڈ ایک واحد بانڈ سے الگ ہوتے ہیں۔ کنجوگیٹڈ ڈائینز میں ملحقہ ڈبل بانڈ تین یا زیادہ ملحقہ ایٹموں پر p-آربٹلز کے اوورلیپ کی اجازت دیتے ہیں۔ یہ اوورلیپ الیکٹرانوں کی ڈی لوکلائزیشن کا باعث بنتا ہے، جو مالیکیول کو مستحکم کر سکتی ہے اور اس کی فعالی پر اثر انداز ہو سکتی ہے۔ کنجوگیٹڈ ڈائینز میں π-بانڈ اوورلیپ پورے نظام پر پھیلا ہوتا ہے۔ مثالیں: بیوٹ-1,3-ڈائین CH2=CH–CH=CH2؛ 2-میتھائل بیوٹ-1,3-ڈائین (آئسوپرین) CH2=C(CH3)–CH=CH2۔ کنجوگیٹڈ الکینز نامیاتی کیمسٹری میں مرکبات کی ایک اہم قسم ہیں، جن میں ڈبل بانڈز کی ترتیب کی وجہ سے منفرد خصوصیات ہوتی ہیں۔ 1,3-بیوٹا ڈائین جیسی کنجوگیٹڈ ڈائینز مصنوعی ربڑ کی تیاری میں استعمال ہوتی ہیں۔ کنجوگیٹڈ ساخت پولیمرائزیشن کی اجازت دیتی ہے، جس سے لمبی زنجیریں بنتی ہیں جو ربڑ جیسی خصوصیات ظاہر کرتی ہیں۔
📌 کوئیک چیک 11.10 (کتاب، صفحہ 257): (الف) پینٹا-1,3-ڈائین: CH2=CH–CH=CH–CH3 (ڈبل بانڈ ایک واحد بانڈ سے الگ — کنجوگیٹڈ)۔ (ب) کنجوگیٹڈ ڈائینز میں ڈی لوکلائزیشن: چاروں کاربنوں کے p-آربٹلز مسلسل اوورلیپ کرتے ہیں، اس لیے π الیکٹران ایک ڈبل بانڈ تک محدود رہنے کے بجائے پورے نظام پر پھیل جاتے ہیں، جس سے مالیکیول مستحکم ہوتا ہے۔
۱۱.۱۰ آئسومیرزم: آئسومیرزم کا تصور نامیاتی مرکبات کی ایک اہم خصوصیت ہے۔ دو یا زیادہ مرکبات جن کا مالیکیولر فارمولا ایک جیسا ہو لیکن ساختی فارمولے اور خصوصیات مختلف ہوں، انہیں آئسومرز کہتے ہیں اور اس مظہر کو آئسومیرزم کہتے ہیں۔ کسی مرکب کا ساختی فارمولا اس میں موجود ایٹموں اور بانڈز کی ترتیب ظاہر کرتا ہے۔ ساختی آئسومرز رکھنے والا سب سے سادہ ہائیڈرو کاربن بیوٹین (C4H10) ہے۔ اگر ہم بیوٹین یا الکین خاندان کے دیگر اعلیٰ ہائیڈرو کاربنز کے ساختی فارمولے کا مطالعہ کریں تو دیکھیں گے کہ مالیکیول میں موجود ایٹموں کو تمام ویلنسیاں پوری کرنے کے لیے ایک سے زیادہ طریقوں سے ترتیب دینا ممکن ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ایک ہی مالیکیولر فارمولے کے لیے دو یا زیادہ مختلف ترتیبیں ممکن ہیں۔ مثلاً کلورو بیوٹین کے مالیکیول کی دو مختلف ترتیبیں ہو سکتی ہیں: 1-کلورو بیوٹین اور 2-کلورو بیوٹین۔ اس حقیقت کی تجرباتی شواہد سے تائید ہوتی ہے کہ C4H9Cl کے مالیکیولر فارمولے والے دو مرکبات موجود ہیں جن کی طبعی خصوصیات مختلف ہیں۔ آئسومیرزم نہ صرف ممکن بلکہ عام ہے اگر مرکب میں تین سے زیادہ کاربن ایٹم ہوں۔ ہائیڈرو کاربن میں کاربن ایٹموں کی تعداد بڑھنے سے ممکنہ آئسومرز کی تعداد بہت تیزی سے بڑھتی ہے۔ پانچ کاربن والا مرکب، پینٹین، کے تین آئسومرز ہیں۔
۱۱.۱۰.۱ آئسومیرزم کی اقسام — الف۔ ساختی آئسومیرزم: ساختی آئسومیرزم صرف ہائیڈرو کاربنز تک محدود نہیں ہے۔ درحقیقت نامیاتی مرکبات کی تمام اقسام اور ان کے مشتقات ساختی آئسومیرزم کا مظہر ظاہر کرتے ہیں۔ ساختی آئسومیرزم مالیکیول کے اندر ایٹموں کی ترتیب کے فرق سے پیدا ہوتا ہے۔ ساختی آئسومیرزم پانچ مختلف طریقوں سے ظاہر ہو سکتا ہے:
ب۔ سٹیریو آئسومیرزم: سٹیریو آئسومرز وہ مرکبات ہیں جن کا ساختی فارمولا ایک جیسا ہوتا ہے، لیکن خلا میں ایک جیسے گروپس کی جگہوں کے لحاظ سے مختلف ہوتے ہیں۔ سٹیریو آئسومیرزم کی دو اقسام ہیں: (۱) جیومیٹریکل یا cis–trans آئسومیرزم؛ (۲) آپٹیکل آئسومیرزم۔ ⚠️ کتاب یہاں صرف ان دو اقسام کا نام لیتی ہے — اس باب میں cis–trans یا آپٹیکل آئسومیرزم کو مزید نہیں بڑھایا گیا، اس لیے مزید تفصیل شامل نہیں کی گئی۔
۱۱.۱۱ نامیاتی ریڈوکس تعملات: وہ آکسیڈیشن–ریڈکشن تعملات جن میں نامیاتی مرکبات شامل ہوں، انہیں نامیاتی ریڈوکس تعملات کہتے ہیں۔ یہ تعملات ایٹموں/بانڈز کے اضافے یا نکالنے سے نمایاں ہوتے ہیں۔ عام طور پر نامیاتی آکسیڈیشن کے دوران آکسیجن شامل ہوتی ہے یا ہائیڈروجن نکلتی ہے۔ نامیاتی ریڈکشن کے دوران ہائیڈروجن شامل ہوتی ہے یا آکسیجن نکلتی ہے۔ آکسیڈیشن اور ریڈکشن تعملات کی کچھ مثالیں ذیل میں دی گئی ہیں:
📌 کوئیک چیک 11.11 (کتاب، صفحہ 261): (الف) C4H8 کے مقامی آئسومرز: بیوٹ-1-این اور بیوٹ-2-این۔ (ب) ایتھوکسی میتھین اور پروپانول — دونوں C3H8O — فنکشنل گروپ آئسومرز ہیں (ایتھر بمقابلہ الکحل)۔ (ج) الکینز میں ساختی آئسومیرزم کی مختلف اقسام: زنجیری، مقامی، فنکشنل گروپ، میٹامیرزم اور ٹاٹومیرزم (sec11.10.1 کی پانچ اقسام)۔ (د) C4H9NH2 (بیوٹائل امین) کے آئسومرز: چار زنجیری/مقامی امین آئسومرز — بیوٹان-1-امین، بیوٹان-2-امین، 2-میتھائل پروپان-1-امین اور 2-میتھائل پروپان-2-امین — جو باب کے زنجیری اور مقامی آئسومیرزم کے اصولوں سے نکالے گئے ہیں۔ ⚠️ کتاب ان چار ناموں کی فہرست نہیں دیتی؛ یہ باب کے اپنے آئسومیرزم اصولوں سے نکالے گئے ہیں، کسی کتابی عبارت سے نقل نہیں کیے گئے۔
یہ exercise کتاب کے printed pages 261–264 سے لی گئی ہے — تمام سوال کتاب کے اپنے ہیں, جواب کے ساتھ. Book کی exercise میں کوئی inquisitive section اور کوئی numerical section نہیں ہے, اس لیے کوئی inquisitive یا numerical سوال invent نہیں کیا گیا: exercise میں صرف Section 1 (MCQs), Section 2 (short questions) اور Section 3 (descriptive/long questions, English + Urdu) ہیں.
1. An alkene undergoes ozonolysis followed by reduction with zinc dust and water to yield propanone and methanal. The alkene is:
Answer: (c) 2-Methylpropene — Ozonolysis cleaves exactly at the C=C, and each double-bonded carbon becomes a carbonyl carbon. 2-Methylpropene, CH2=C(CH3)2, cleaves into propanone (from the C(CH3)2 end) and methanal (from the CH2 end). 1-Butene would give propanal + methanal, 2-butene two ethanal molecules, and 2-methyl-2-butene propanone + ethanal. اوزونولائسز بالکل C=C پر ٹوٹتی ہے: 2-میتھائل پروپین کے CH2 سرے سے میتھینل اور C(CH3)2 سرے سے پروپانون بنتا ہے۔
2. Which of the following reagents is typically used for the acid-catalysed hydration of alkenes to form alcohols?
Answer: (c) Dilute H2SO4 — The book's hydration reaction uses steam with concentrated acid (H2SO4) as catalyst to form alcohols; H2/Ni is hydrogenation, O3/Zn/H2O is ozonolysis, and Br2/CCl4 is halogenation (the bromine-water test). کتاب کی ہائیڈریشن میں بھاپ کے ساتھ H2SO4 بطور کیٹالسٹ استعمال ہوتا ہے اور الکحل بنتا ہے۔
3. Halogenation of alkanes is an example of:
Answer: (c) Free-radical substitution — The book's section 11.5.1 is titled "Free radical Substitution Reactions": a halogen atom replaces a hydrogen of an alkane through initiation, propagation and termination steps involving free radicals. کتاب کے سیکشن 11.5.1 کے مطابق الکینز کی ہیلوجینیشن فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن ہے۔
4. Which of the following reactions can an alkane undergo?
Answer: (b) Substitution — Alkanes are saturated (no π bond), so they cannot undergo addition or polymerization; their characteristic reaction is free radical substitution (halogenation). الکینز سیر شدہ ہوتے ہیں (کوئی π بانڈ نہیں)، اس لیے ایڈیشن نہیں کرتے؛ ان کا خاص تعمل فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن ہے۔
5. What is the first step in the electrophilic addition reaction of alkenes?
Answer: (c) Attack by an electrophile on the double bond — The C=C region of high electron density is attacked by the electrophile (the π electrons attack E+); only then does the carbocation intermediate form, which is attacked by a nucleophile in the second step. پہلے ڈبل بانڈ کے π الیکٹران الیکٹروفائل پر حملہ کرتے ہیں، تب کاربو کیٹائن بنتا ہے اور پھر نیوکلیوفائل حملہ کرتا ہے۔
6. The addition of unsymmetrical reagent to an unsymmetrical alkene is in accordance with the rule/principle?
Answer: (a) Markovnikov's rule — "When a polar reagent adds to an unsymmetrical alkene, the negative part of the reagent attaches to the double bonded carbon which bears the lesser number of hydrogen." مارکوونیکوف کے اصول کے مطابق قطبی ری ایجنٹ کا منفی حصہ اس کاربن سے جڑتا ہے جس پر ہائیڈروجن کم ہوں۔
7. The most stable carbonium ion among the following is:
Answer: (d) (CH3)3C+ — The tertiary carbocation has three electron-donating alkyl groups whose +I effect spreads and reduces the positive charge most; stability order is 3° > 2° > 1° > methyl. ٹرشری کاربو کیٹائن میں تین الکائل گروپس +I اثر سے چارج پھیلاتے ہیں، اس لیے یہ سب سے زیادہ مستحکم ہے۔
8. Markovnikov's rule is applicable to:
Answer: (d) (CH3)2—C=CH2 — Markovnikov's rule applies only to addition to an unsymmetrical alkene. Ethene (a) and but-2-ene (c) are symmetrical, and propane (b) is an alkane, not an alkene; only 2-methylpropene (d) is an unsymmetrical alkene. مارکوونیکوف کا اصول صرف غیر سمیٹرک الکین پر لاگو ہوتا ہے؛ صرف 2-میتھائل پروپین غیر سمیٹرک الکین ہے۔
9. What intermediate is formed during the electrophilic addition of HBr to an alkene?
Answer: (a) Carbocation — The alkene reacts with the electrophile (H+) to give a carbocation intermediate, which then reacts with the nucleophile (Br−). الکین الیکٹروفائل سے تعمل کر کے کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ دیتی ہے، جس پر پھر نیوکلیوفائل حملہ کرتا ہے۔
10. The enhanced stability of conjugated dienes compared to isolated dienes is primarily attributed to:
Answer: (c) Delocalisation of π electrons across the conjugated system — In a conjugated diene the p-orbitals overlap over three or more adjacent atoms, so the π electrons are delocalized over the entire system, which stabilizes the molecule. کنجوگیٹڈ ڈائین میں p-آربٹلز کا اوورلیپ پورے نظام پر پھیلتا ہے، π الیکٹران ڈی لوکلائز ہو جاتے ہیں اور مالیکیول مستحکم ہو جاتا ہے۔
11. Which of the following carbocations would be the least stable?
Answer: (c) CH3+ — The methyl carbocation has no alkyl group at all to donate electrons by the +I effect, so its positive charge is least spread out; it is the bottom of the order 3° > 2° > 1° > methyl. میتھائل کاربو کیٹائن کے پاس الیکٹران دینے والا کوئی الکائل گروپ نہیں، اس لیے یہ سب سے کم مستحکم ہے۔
12. Which of the following is the repeating unit in the polymer poly(ethene)?
Answer: (c) —CH2CH2— — In poly(alkenes) the repeating unit is the same as the monomer except that the C=C double bond is changed to a C–C single bond, so ethene (CH2=CH2) gives –CH2CH2–. Option (a) is an ethyl fragment, (b) keeps the double bond, and (d) is the propene repeating unit. پولی (ایتھین) میں دہرایا جانے والا یونٹ مونومر جیسا ہوتا ہے سوائے اس کے کہ ڈبل بانڈ سنگل بانڈ بن جاتا ہے، اس لیے –CH2CH2– درست ہے۔
(i) Cycloalkanes: Cyclic, saturated aliphatic hydrocarbons in which the carbon atoms are arranged in a ring and are singly bonded to other atoms; they are named by adding the prefix "cyclo" to the alkane of the same carbon number (e.g. cyclopropane, cyclohexane). (ii) Isomerism: The phenomenon in which two or more compounds have the same molecular formula but different structural formulae and properties; such compounds are isomers. (iii) Conjugated dienes: Molecules containing two double bonds separated by a single bond, so that the p-orbitals overlap over the whole system and the π electrons are delocalized (e.g. but-1,3-diene). (iv) Inductive effect: The polarization of a σ bond due to the electron-withdrawing or electron-donating effect of adjacent groups or atoms; electron-donating species have a +I effect (alkyl groups) and electron-withdrawing species a −I effect (halogens).
(i) Aliphatic vs aromatic: Aliphatic hydrocarbons are not aromatic — they may be open-chain or cyclic, saturated or unsaturated (alkanes, cycloalkanes, alkenes, alkynes). Aromatic hydrocarbons are a special class of cyclic hydrocarbons with a high carbon-to-hydrogen ratio based on benzene (C6H6) or resembling compounds (benzene, toluene, phenol derivatives). (ii) Homolytic vs heterolytic fission: In homolytic fission the covalent bond breaks evenly, giving two free radicals, shown by half curly arrows (A–B → A• + B•). In heterolytic fission the shared electron pair goes to one atom only, giving oppositely charged ions, shown by full curly arrows (A–B → A+ + B:−). (iii) Electrophile vs nucleophile: An electrophile (E+) is an electron-pair acceptor (e.g. H+, Brδ+); a nucleophile (Nu−) is an electron-pair donor (e.g. OH−, Br−). Alkenes act as nucleophiles because they contain π electrons.
Addition requires a π bond that can break so new atoms can add across it. Alkanes are saturated: every carbon is bonded by four strong, almost non-polar σ bonds (C–C and C–H), with no double or triple bond and no loosely held π electrons. There is therefore nothing for an electrophile to attack and no bond that breaks easily, so alkanes undergo substitution (by the free radical route) instead of addition. ایڈیشن کے لیے π بانڈ درکار ہوتا ہے؛ الکینز سیر شدہ ہوتے ہیں اور ان میں صرف مضبوط σ بانڈ ہوتے ہیں، اس لیے وہ ایڈیشن کے بجائے سبسٹیٹیوشن کرتے ہیں۔
In an addition reaction, atoms add across a double bond: the π bond breaks, saturation increases, and one product forms from two reactants (e.g. ethene + HBr → bromoethane). In an elimination reaction the reverse happens: a small molecule (H2O or HCl/HBr) is removed from adjacent carbons and a double bond is created (e.g. ethanol —(conc. H2SO4, 180 °C)→ ethene + H2O; ethyl bromide + alcoholic KOH → ethene). One builds saturation down and the other builds unsaturation up, so they are exact opposites.
⚠️ The book gives no passage directly comparing propene and 2-butene carbocations, so this answer is derived from the chapter's own carbocation rules. Addition of H+ to propene can give a primary carbocation (minor route) or a secondary carbocation (major route, CH3CH+CH3). Addition of H+ to 2-butene (CH3CH=CHCH3) gives only a secondary carbocation (CH3CH+CH2CH3). Both major intermediates are therefore secondary carbocations stabilized by two alkyl groups, so their stabilities are comparable; the difference is that propene also has a less stable primary route available (which is why it gives a minor product), whereas 2-butene has no primary route at all.
⚠️ The book does not list the C5H10 isomers exhaustively; this list is compiled by applying the chapter's own chain, position and ring rules (cycloalkanes share the formula C5H10 and are included because the question asks for structural isomers of that formula; the alkene isomers proper are the first five). Alkenes: pent-1-ene (CH2=CHCH2CH2CH3); pent-2-ene (CH3CH=CHCH2CH3, cis and trans forms); 2-methylbut-1-ene (CH2=C(CH3)CH2CH3); 2-methylbut-2-ene (CH3C(CH3)=CHCH3); 3-methylbut-1-ene (CH2=CHCH(CH3)CH3). Ring isomers of the same formula: cyclopentane; methylcyclobutane; ethylcyclopropane; 1,1-dimethylcyclopropane; 1,2-dimethylcyclopropane (cis and trans). That is 5 alkene skeletons (6 counting cis/trans pent-2-ene) plus 5 ring skeletons.
H+ can add to either carbon of the double bond. Adding H+ to the terminal carbon gives the secondary carbocation CH3CH+CH3, stabilized by two electron-donating methyl groups (+I effect); Br− then attacks it to give 2-bromopropane. Adding H+ to the middle carbon gives the primary carbocation CH3CH2CH2+, stabilized by only one alkyl group, which is much less stable. Because the reaction goes through the more stable intermediate, the secondary route dominates and 2-bromopropane is the major product (this is exactly Markovnikov's rule explained by carbocation stability).
In a conjugated diene the double bonds are separated by a single bond, so the p-orbitals overlap over three or more adjacent atoms and the π electrons are delocalized over the entire system. This delocalization stabilizes the molecule and affects its reactivity: conjugated dienes have unique properties, undergo addition in ways isolated dienes do not (the delocalized system offers a different, stabilized intermediate), and polymerize readily to rubber-like chains (e.g. 1,3-butadiene → synthetic rubber). An isolated diene, whose double bonds are separated by more than one single bond, behaves like two independent ordinary alkenes.
A carbocation carbon is electron-deficient (electrophilic). Alkyl groups attached to it are electron-donating: by their positive inductive effect (+I) they push electron density through the σ bonds toward the positively charged carbon (shown by arrowheads on the bonds in the book's Figure 11.10). This spreads out and reduces the positive charge, lowering the energy of the ion. The more alkyl groups, the greater the donation and the greater the stability — hence methyl < 1° < 2° < 3°.
(i) Hydrogenation (but-1-ene → butane): CH3CH2CH=CH2 + H2 —(Ni, 250–300 °C)→ CH3CH2CH2CH3. (ii) Halogenation (propene → 1,2-dichloropropane): CH3CH=CH2 + Cl2 → CH3CHClCH2Cl. (iii) Hydration (hex-3-ene → hexan-3-ol): CH3CH2CH=CHCH2CH3 + H2O —(H2SO4)→ CH3CH2CH(OH)CH2CH3. Hex-3-ene is symmetrical, so only one alcohol is possible: the OH ends up on C3 (identical to C4 by symmetry).
(i) Isobutylene (2-methylpropene): CH2=C(CH3)2. (ii) 2,3,4,4-Tetramethyl-2-pentene: CH3–C(CH3)=C(CH3)–C(CH3)3. (iii) 2,5-Heptadiene (hepta-2,5-diene): CH3–CH=CH–CH2–CH=CH–CH3. (iv) 4,5-Dimethyl-2-hexene: CH3–CH=CH–CH(CH3)–CH(CH3)–CH3. (v) Vinylacetylene: CH2=CH–C≡CH. (vi) 1,3-Pentadiene: CH2=CH–CH=CH–CH3. (vii) 1-Butyne: CH3CH2C≡CH. (viii) 3-n-Propyl-1,4-pentadiene: CH2=CH–CH(CH2CH2CH3)–CH=CH2. (ix) Vinyl bromide: CH2=CHBr. (x) But-1-en-3-yne: CH2=CH–C≡CH — the same compound as (v) vinylacetylene; the book lists both names for one structure. (xi) 4-Methyl-2-pentyne: CH3–C≡C–CH(CH3)–CH3. (xii) Isopentane (2-methylbutane): CH3–CH(CH3)–CH2–CH3.
(i) Hex-2-ene: six-carbon chain, double bond from C2. (ii) 2-Methylpropene (isobutylene). (iii) 2-Isopropylpent-1-ene [2-(propan-2-yl)pent-1-ene]: the longest chain containing the C=C is the five-carbon pent-1-ene chain through the propyl side, with the isopropyl group on C2. (iv) Buta-1,3-diene. (v) 2-Ethylpent-1-ene: the longest chain containing the C=C is the five-carbon chain through the propyl side, with an ethyl group on C2. (vi) 3-Ethylpentane: the central CH bonded to three ethyl groups gives a five-carbon chain with an ethyl branch on C3. (vii) 3,4,4-Trimethylhexane: longest chain six carbons (through the ethyl side), methyl branches at C3, C4 and C4. (viii) Hexa-1,5-dien-3-yne: double bonds at 1 and 5, triple bond at 3. (ix) 2,2,4,4-Tetramethylpentane. (x) But-1-en-3-yne (vinylacetylene). (xi) 2,2-Dimethylbutane. (a) 3-Ethylhexane: longest chain six carbons, ethyl branch on C3 (lower than the 4-ethyl alternative). (b) 2,3,4-Trimethylpentane: five-carbon chain with methyl branches on C2, C3 and C4. (c) 2,4-Dimethylpentane: five-carbon chain with methyl branches on C2 and C4. ⚠️ The book gives these structures without answers; the names are derived by applying the chapter's own naming rules (longest chain, lowest locants, alphabetical order), not quoted from a book passage.
Methane undergoes free radical substitution with chlorine in the presence of sunlight or UV light. The reaction replaces hydrogen atoms of methane by chlorine atoms, one after another, and proceeds in three steps. (i) Initiation: UV light breaks the Cl–Cl bond homolytically: Cl2 —(hν)→ 2Cl•. (ii) Propagation: A chlorine radical attacks methane, abstracting a hydrogen atom: CH4 + Cl• → CH3• + HCl. The methyl radical then attacks a chlorine molecule: CH3• + Cl2 → CH3Cl + Cl•. The new chlorine radical repeats the cycle, so one initiation event produces many product molecules. (iii) Termination: Two radicals combine and the chain stops: CH3• + Cl• → CH3Cl; CH3• + CH3• → CH3CH3 (ethane, in traces — evidence of the free radical mechanism); Cl• + Cl• → Cl2. By repetition of propagation with excess chlorine, further substitution gives a mixture: CH3Cl (chloromethane) → CH2Cl2 (dichloromethane) → CHCl3 (trichloromethane, chloroform) → CCl4 (tetrachloromethane, carbon tetrachloride). The more chlorine present at the start, the more highly chlorinated the products. The order of halogen reactivity is F2 > Cl2 > Br2 > I2; fluorine reacts violently and iodine does not substitute directly because its reaction is too slow and reversible.
(i) Dehydrohalogenation of alkyl halides: When an alkyl halide is heated with alcoholic potassium hydroxide, hydrogen and halogen are removed from adjacent carbon atoms and a double bond is created — an elimination reaction. Example (ethene from ethyl bromide): CH3CH2Br + KOH(alcoholic) —(heat)→ CH2=CH2 + KBr + H2O. Similarly, bromopropane gives propene: CH3CH2CH2Br + KOH(alcoholic) —(heat)→ CH3CH=CH2 + KBr + H2O. The alcoholic (not aqueous) KOH is essential: aqueous KOH would give substitution to an alcohol instead. (ii) Dehydration of alcohols: An alcohol heated with excess concentrated sulphuric acid loses a molecule of water from adjacent carbons and forms an alkene. Example (ethene from ethanol at 180 °C): CH3CH2OH —(conc. H2SO4, heat)→ CH2=CH2 + H2O. The reaction goes in two steps: first ethyl hydrogen sulphate is formed (CH3CH2OH + H2SO4 —(180 °C)→ CH3CH2OSO3H + H2O), which decomposes on heating to ethene and regenerates the acid (CH3CH2OSO3H —(heat)→ H2C=CH2 + H2SO4). Propanol behaves the same way, giving propene. Both methods are elimination reactions — the reverse of electrophilic addition.
General mechanism: The C=C double bond of an alkene is a region of high electron density, so it is attacked by electrophiles. In hydrogen halide addition, the polar H–X molecule has a partial positive hydrogen (electrophile) and a partial negative halogen. Step 1: the π electrons of the double bond attack Hδ+; H–X breaks heterolytically, H adds to one double-bonded carbon and a carbocation intermediate forms on the other carbon, while X− is released. Step 2: the nucleophile X− attacks the carbocation, giving the haloalkane. For a symmetrical alkene such as ethene only one product is possible: CH2=CH2 + HBr → CH3CH2Br. Markovnikov's rule: For an unsymmetrical alkene two products are theoretically possible, but experimentally one dominates. The rule states: "When a polar reagent adds to an unsymmetrical alkene, the negative part of the reagent attaches to the double bonded carbon which bears the lesser number of hydrogen." The reason is carbocation stability. In HBr + propene, H+ adding to the terminal carbon gives the secondary carbocation CH3CH+CH3 (two donating methyl groups), and Br− attack gives 2-bromopropane, the major product. H+ adding to the middle carbon gives the primary carbocation CH3CH2CH2+ (one alkyl group), and Br− attack gives 1-bromopropane, the minor product. The more stable the carbocation, the faster its route — so Markovnikov's rule is really a statement about which carbocation is more stable (3° > 2° > 1° > methyl, by the +I effect of alkyl groups). The rate of hydrohalogenation increases from HF to HI.
(a) Halogenation: Addition of a halogen across the double bond. Ethene + bromine in CCl4 gives 1,2-dibromoethane: CH2=CH2 + Br2 —(CCl4)→ BrCH2CH2Br. Bromine water (red-brown) is decolourised at once, which is the test for unsaturation. Mechanism: the π electrons induce a dipole in Br2, the δ+ bromine is attacked by the π bond giving a carbocation intermediate, and Br− attacks it to complete addition. (b) Ozonolysis: Oxidative cleavage with ozone. The alkene adds O3 to form an ozonide, which is reduced (Zn/H2O) to carbonyl compounds — aldehydes or ketones — revealing the position of the double bond. Ethene gives two molecules of methanal (C2H4 + O3 → C2H4O3 → 2CH2O); propene gives ethanal + methanal (further reducible to ethanol + methanol). An unknown alkene is identified by working backwards from its carbonyl fragments. (c) Epoxidation: Addition of an oxygen atom across the double bond to give a three-membered cyclic ether, an epoxide. Ethene + O2 over a silver/transition-metal catalyst gives ethylene oxide, which on acid hydrolysis opens to ethane-1,2-diol: ethene —(O2, Ag)→ epoxide —(H+/H2O)→ HOCH2CH2OH. Epoxidation is also an oxidation reaction. (d) Polymerization: Many monomer molecules containing C=C join into one extremely long chain as the only product; the π bond of each monomer breaks and new C–C single bonds link the monomers. Ethene → poly(ethene) (polyethylene, used in bags, bottles, packaging); chloroethene → poly(chloroethene) (PVC, used e.g. in ball pens). The repeating unit is the monomer with its double bond changed to a single bond (poly(ethene): –CH2CH2–, shown in square brackets). Conjugated dienes such as 1,3-butadiene polymerize to rubber-like chains used for synthetic rubber.
میتھین سورج کی روشنی یا UV روشنی کی موجودگی میں کلورین سے فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن کرتی ہے۔ یہ تعمل میتھین کے ہائیڈروجن ایٹموں کی جگہ یکے بعد دیگرے کلورین ایٹم لے لیتا ہے اور تین مراحل میں ہوتا ہے۔ (۱) آغاز: UV روشنی Cl–Cl بانڈ کو ہومولائٹک طریقے سے توڑتی ہے: Cl2 —(hν)→ 2Cl•۔ (۲) پھیلاؤ: کلورین ریڈیکل میتھین پر حملہ کر کے ہائیڈروجن ایٹم چھین لیتا ہے: CH4 + Cl• → CH3• + HCl۔ میتھائل ریڈیکل پھر کلورین مالیکیول پر حملہ کرتا ہے: CH3• + Cl2 → CH3Cl + Cl•۔ نیا کلورین ریڈیکل سلسلہ دہراتا ہے، اس لیے ایک آغاز سے بہت سے مصنوعہ مالیکیول بنتے ہیں۔ (۳) اختتام: دو ریڈیکلز مل جاتے ہیں اور سلسلہ رک جاتا ہے: CH3• + Cl• → CH3Cl؛ CH3• + CH3• → CH3CH3 (ایتھین، معمولی مقدار میں — فری ریڈیکل طریقہ کار کا ثبوت)؛ Cl• + Cl• → Cl2۔ زیادہ کلورین کے ساتھ پھیلاؤ کی تکرار سے مزید سبسٹیٹیوشن ہوتی ہے اور مرکب بنتا ہے: CH3Cl (کلورو میتھین) → CH2Cl2 (ڈائی کلورو میتھین) → CHCl3 (ٹرائی کلورو میتھین، کلوروفارم) → CCl4 (ٹیٹرا کلورو میتھین، کاربن ٹیٹرا کلورائیڈ)۔ شروع میں کلورین جتنی زیادہ ہو گی، مصنوعات اتنی ہی زیادہ کلورینیٹڈ ہوں گی۔ ہیلوجنز کی فعالی کی ترتیب F2 > Cl2 > Br2 > I2 ہے؛ فلورین پرتشدد طریقے سے تعمل کرتی ہے اور آئیوڈین براہ راست سبسٹیٹیوٹ نہیں کرتی کیونکہ اس کا تعمل بہت سست اور رجعتی ہوتا ہے۔
(۱) الکائل ہیلائیڈز کی ڈی ہائیڈرو ہیلوجینیشن: جب الکائل ہیلائیڈ کو الکحلک پوٹاشیم ہائیڈرو آکسائیڈ کے ساتھ گرم کیا جاتا ہے تو ملحقہ کاربن ایٹموں سے ہائیڈروجن اور ہیلوجن نکل جاتے ہیں اور ڈبل بانڈ بن جاتا ہے — یہ ایلیمینیشن تعمل ہے۔ مثال (ایتھائل برومائیڈ سے ایتھین): CH3CH2Br + KOH(alcoholic) —(حرارت)→ CH2=CH2 + KBr + H2O۔ اسی طرح برومو پروپین سے پروپین بنتی ہے۔ الکحلک KOH ضروری ہے: آبی KOH سے سبسٹیٹیوشن ہو کر الکحل بن جاتا ہے۔ (۲) الکحل کی ڈی ہائیڈریشن: الکحل کو زیادہ مقدار میں کنسنٹریٹڈ سلفیورک ایسڈ کے ساتھ گرم کرنے پر ملحقہ کاربنوں سے پانی کا ایک مالیکیول نکل جاتا ہے اور الکین بنتی ہے۔ مثال (ایتھنول سے ایتھین، 180 °C پر): CH3CH2OH —(کنسنٹریٹڈ H2SO4، حرارت)→ CH2=CH2 + H2O۔ یہ تعمل دو مراحل میں ہوتا ہے: پہلے ایتھائل ہائیڈروجن سلفیٹ بنتا ہے جو گرم کرنے پر ٹوٹ کر ایتھین دیتا ہے اور ایسڈ دوبارہ بن جاتا ہے۔ پروپانول اسی طرح پروپین دیتا ہے۔ دونوں طریقے ایلیمینیشن تعملات ہیں — الیکٹروفیلک ایڈیشن کا الٹا۔
عمومی طریقہ کار: الکین کا C=C ڈبل بانڈ الیکٹران کثافت کا زیادہ علاقہ ہے، اس لیے الیکٹروفائلز اس پر حملہ کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن ہیلائیڈ کے اضافے میں قطبی H–X مالیکیول کا جزوی مثبت ہائیڈروجن (الیکٹروفائل) اور جزوی منفی ہیلوجن ہوتا ہے۔ مرحلہ 1: ڈبل بانڈ کے π الیکٹران Hδ+ پر حملہ کرتے ہیں؛ H–X ہیٹرولائٹک طریقے سے ٹوٹتا ہے، H ایک ڈبل بانڈ والے کاربن پر شامل ہوتا ہے اور دوسرے کاربن پر کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ بنتا ہے، جبکہ X− آزاد ہو جاتا ہے۔ مرحلہ 2: نیوکلیوفائل X− کاربو کیٹائن پر حملہ کر کے ہیلو الکین دیتا ہے۔ سمیٹرک الکین جیسے ایتھین کے لیے صرف ایک مصنوعہ ممکن ہے: CH2=CH2 + HBr → CH3CH2Br۔ مارکوونیکوف کا اصول: غیر سمیٹرک الکین کے لیے نظریاتی طور پر دو مصنوعات ممکن ہوتی ہیں، لیکن تجرباتی طور پر ایک غالب ہوتی ہے۔ اصول یہ ہے: "جب کوئی قطبی ری ایجنٹ کسی غیر سمیٹرک الکین پر شامل ہوتا ہے تو ری ایجنٹ کا منفی حصہ اس ڈبل بانڈ والے کاربن سے جڑتا ہے جس پر ہائیڈروجن کی تعداد کم ہو۔" اس کی وجہ کاربو کیٹائن کا استحکام ہے۔ HBr + پروپین میں H+ کا آخری کاربن پر شامل ہونا سیکنڈری کاربو کیٹائن CH3CH+CH3 دیتا ہے (دو دینے والے میتھائل گروپس)، اور Br− کا حملہ 2-برومو پروپین دیتا ہے، جو بڑی مصنوعہ ہے۔ H+ کا درمیانی کاربن پر شامل ہونا پرائمری کاربو کیٹائن CH3CH2CH2+ دیتا ہے (صرف ایک الکائل گروپ)، اور Br− کا حملہ 1-برومو پروپین دیتا ہے، جو چھوٹی مصنوعہ ہے۔ کاربو کیٹائن جتنا زیادہ مستحکم ہو گا، اس کا راستہ اتنا ہی تیز ہو گا — اس لیے مارکوونیکوف کا اصول دراصل اس بات کا بیان ہے کہ کون سا کاربو کیٹائن زیادہ مستحکم ہے (3° > 2° > 1° > میتھائل، الکائل گروپس کے +I اثر سے)۔ ہائیڈرو ہیلوجینیشن کی رفتار HF سے HI تک بڑھتی ہے۔
(الف) ہیلوجینیشن: ڈبل بانڈ پر ہیلوجن کا اضافہ۔ CCl4 میں ایتھین + برومین سے 1,2-ڈائی برومو ایتھین بنتا ہے: CH2=CH2 + Br2 —(CCl4)→ BrCH2CH2Br۔ برومین واٹر (سرخ بھورا) فوراً بے رنگ ہو جاتا ہے، جو غیر سیر شدگی کا ٹیسٹ ہے۔ طریقہ کار: π الیکٹران Br2 میں ڈائی پول پیدا کرتے ہیں، δ+ برومین پر π بانڈ کا حملہ کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ دیتا ہے، اور Br− اس پر حملہ کر کے اضافہ مکمل کرتا ہے۔ (ب) اوزونولائسز: اوزون سے آکسیڈیٹیو کلیویج۔ الکین O3 شامل کر کے اوزونائیڈ بناتی ہے، جو کم ہو کر (Zn/H2O) کاربونائل مرکبات — ایلڈیہائیڈز یا کیٹونز — دیتا ہے، جس سے ڈبل بانڈ کی جگہ معلوم ہوتی ہے۔ ایتھین سے میتھینل کے دو مالیکیول ملتے ہیں؛ پروپین سے ایتھینل + میتھینل ملتے ہیں (جو مزید کم ہو کر ایتھنول + میتھنول دیتے ہیں)۔ نامعلوم الکین کی شناخت اس کے کاربونائل ٹکڑوں سے پیچھے کی طرف کام کر کے کی جاتی ہے۔ (ج) ایپوکسیڈیشن: ڈبل بانڈ پر آکسیجن ایٹم کا اضافہ جس سے تین رکنی حلقہ دار ایتھر، ایپوکسائیڈ، بنتا ہے۔ سلور/ٹرانزیشن میٹل کیٹالسٹ پر ایتھین + O2 سے ایتھیلین آکسائیڈ بنتا ہے، جو ایسڈ ہائیڈرولیسس سے کھل کر ایتھین-1,2-ڈائیول دیتا ہے۔ ایپوکسیڈیشن بھی آکسیڈیشن تعمل ہے۔ (د) پولیمرائزیشن: C=C والے بہت سے مونومر مالیکیول جڑ کر واحد مصنوعہ کے طور پر ایک انتہائی لمبی زنجیر بناتے ہیں؛ ہر مونومر کا π بانڈ ٹوٹتا ہے اور نئے C–C واحد بانڈ مونومرز کو جوڑتے ہیں۔ ایتھین → پولی (ایتھین) (پولی ایتھیلین، تھیلوں، بوتلوں، پیکنگ میں استعمال ہوتا ہے)؛ کلورو ایتھین → پولی (کلورو ایتھین) (PVC، مثلاً بال پن میں استعمال ہوتا ہے)۔ دہرایا جانے والا یونٹ مونومر ہوتا ہے جس کا ڈبل بانڈ سنگل بانڈ میں بدل جاتا ہے (پولی (ایتھین): –CH2CH2–، مربع بریکٹس میں ظاہر کیا جاتا ہے)۔ 1,3-بیوٹا ڈائین جیسی کنجوگیٹڈ ڈائینز پولیمرائز ہو کر ربڑ جیسی زنجیریں دیتی ہیں جو مصنوعی ربڑ کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔
What this chapter is about: Hydrocarbons — compounds of carbon and hydrogen only — and the two great families of reactions that define them: the free radical substitution of the unreactive alkanes, and the electrophilic addition of the reactive alkenes. Everything in the chapter hangs on two ideas: the strength and polarity of bonds (why alkanes are inert and alkenes are not), and the stability of the carbocation intermediate (which decides Markovnikov's rule and every major product).
Revision guidance: First master the two mechanisms cold — free radical substitution (methane + Cl2) and electrophilic addition (HBr + propene) — because every other reaction is a variation of one of them. Then practise naming from structures and drawing structures from names (exercise Q2k–Q2l) until the longest-chain rule is automatic. Finally, memorise the stability order 3° > 2° > 1° > methyl and the Markovnikov sentence word for word; together they answer most short and MCQ questions in this chapter.
یہ باب کس بارے میں ہے: ہائیڈرو کاربنز — صرف کاربن اور ہائیڈروجن کے مرکبات — اور تعملات کے دو بڑے خاندان جو ان کی پہچان ہیں: غیر فعالی الکینز کا فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن، اور فعالی الکینز کا الیکٹروفیلک ایڈیشن۔ اس باب کی ہر چیز دو خیالات پر ٹکی ہے: بانڈز کی مضبوطی اور قطبیت (الکینز بے عمل کیوں ہیں اور الکینز کیوں نہیں)، اور کاربو کیٹائن انٹرمیڈیٹ کا استحکام (جو مارکوونیکوف کے اصول اور ہر بڑی مصنوعہ کا فیصلہ کرتا ہے)۔
دہرائی کی رہنمائی: پہلے دو طریقہ کار اچھی طرح یاد کریں — فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن (میتھین + Cl2) اور الیکٹروفیلک ایڈیشن (HBr + پروپین) — کیونکہ ہر دوسرا تعمل ان میں سے کسی ایک کی تبدیلی ہے۔ پھر ساختوں سے نام رکھنے اور ناموں سے ساختیں بنانے کی مشق کریں (مشق Q2k–Q2l) جب تک سب سے لمبی زنجیر کا اصول خودکار نہ ہو جائے۔ آخر میں استحکام کی ترتیب 3° > 2° > 1° > میتھائل اور مارکوونیکوف کا جملہ لفظ بہ لفظ یاد کریں؛ یہ دونوں مل کر اس باب کے زیادہ تر مختصر اور MCQ سوالات کا جواب دیتے ہیں۔
Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:
PunjabTest.com — Complete Guide Book • FSc Part 1 Chemistry, Chapter 11 (New Book, Session 2026–27) • English + Urdu