Organic chemistry is the chemistry of carbon. This unit explains why carbon forms so many compounds (catenation), how to name them (IUPAC), the language of mechanisms (electrophiles, nucleophiles, homolytic and heterolytic fission), and isomerism — including chirality and optical activity, and why it matters in drug safety (thalidomide).
نامیاتی کیمسٹری کاربن کی کیمسٹری ہے۔ اس یونٹ میں کیٹینیشن، IUPAC نام، میکانزم کی زبان (الیکٹروفائل، نیوکلیوفائل)، اور آئسومرزم — بشمول کائرلٹی اور آپٹیکل ایکٹیویٹی — شامل ہیں۔
Catenation is carbon's ability to link to itself in chains and rings through strong, stable C–C bonds. That is why there are millions of organic compounds. Hydrocarbons contain only C and H; other compounds carry functional groups — the reactive part of the molecule, e.g. –OH (alcohol), –COOH (carboxylic acid), –NH₂ (amine), –CHO (aldehyde), –CO– (ketone), –CN (nitrile), –COOR (ester), –O– (ether), –CONH₂ (amide).
Alkanes have no functional group — only non-polar C–C and C–H single bonds with no reactive site, so they are unreactive except for free-radical substitution and combustion. A compound's molecular formula shows the actual atom count; its empirical formula shows the simplest ratio (e.g. but-1-ene C₄H₈ → empirical CH₂).
کیٹینیشن کاربن کی اپنے آپ سے زنجیریں اور رنگ بنانے کی صلاحیت ہے، اسی لیے نامیاتی مرکبات لاکھوں میں ہیں۔ فنکشنل گروپ مالیکیول کا ری ایکٹو حصہ ہوتا ہے، جیسے –OH، –COOH، –NH₂۔
الکینز کا کوئی فنکشنل گروپ نہیں ہوتا — صرف غیر قطبی C–C اور C–H بانڈز، اس لیے یہ کم ری ایکٹو ہیں۔ مالیکیولر فارمولا اصل ایٹمز بتاتا ہے، ایمپیریکل فارمولا سادہ تناسب (مثلاً C₄H₈ → CH₂)۔
Systematic (IUPAC) names follow rules: find the longest chain containing the main functional group, number it to give that group the lowest number, and name branches alphabetically. Examples: CH₃CH₂CN is propanenitrile; CH₃COCH₂CH₂CH₃ is pentan-2-one; CH₃CH₂COOCH₃ is methyl propanoate.
Structural formulae show how atoms are connected; skeletal formulae show only the carbon skeleton (a hexagon = cyclohexane, a square with one double bond = cyclobutene). From a skeletal formula you can work out both the empirical and molecular formulae by counting carbons and hydrogens.
IUPAC نام کے اصول: سب سے لمبی زنجیر چنیں جس میں مین فنکشنل گروپ ہو، اس گروپ کو سب سے چھوٹا نمبر دیں، برانچز کو الفابیٹیکل ترتیب سے نام دیں۔
مثالیں: CH₃CH₂CN = پروپین نائٹرائل؛ CH₃COCH₂CH₂CH₃ = پینٹین-2-ون؛ CH₃CH₂COOCH₃ = میتھائل پروپینوایٹ۔ اسکیلیٹل فارمولے میں صرف کاربن کا ڈھانچہ دکھایا جاتا ہے۔
When a covalent bond breaks, two things can happen. Homolytic fission: each atom takes one electron, forming two free radicals (e.g. Cl₂ in sunlight → 2Cl•). Heterolytic fission: one atom takes both electrons, forming ions (e.g. C–Br → C⁺ + Br⁻).
An electrophile is electron-loving: it accepts an electron pair (e.g. H⁺, NO₂⁺, Br⁺, carbocations). A nucleophile is nucleus-loving: it donates an electron pair (e.g. OH⁻, CN⁻, NH₃, H₂O, Br⁻). Reactions are classified as substitution (one group replaced), addition (across a double bond), or elimination (small molecule removed, double bond formed). Compounds with only single bonds usually undergo substitution; compounds with double bonds usually undergo addition.
بانڈ ٹوٹنے کی دو صورتیں: ہومولیٹک فشن — ہر ایٹم ایک الیکٹران لیتا ہے اور دو فری ریڈیکلز بنتے ہیں۔ ہیٹرولیٹک فشن — ایک ایٹم دونوں الیکٹران لے لیتا ہے اور آئنز بنتے ہیں۔
الیکٹروفائل الیکٹران پیئر قبول کرتا ہے (جیسے H⁺، NO₂⁺)۔ نیوکلیوفائل الیکٹران پیئر دیتا ہے (جیسے OH⁻، CN⁻، NH₃)۔ ری ایکشنز تین طرح کے: سبسٹیٹیوشن، ایڈیشن، ایلیمینیشن۔
Constitutional (structural) isomerism: same molecular formula, different connectivity — e.g. C₂H₂Br₂ can be 1,1-dibromoethene or 1,2-dibromoethene. Stereoisomerism: same connectivity, different arrangement in space.
Cis–trans isomerism needs a C=C bond where each carbon has two different groups: but-2-ene shows it, but-1-ene does not (C-1 has two H atoms); pent-2-ene shows it, pent-1-ene does not. Cis and trans isomers have different boiling points (they are different compounds), while enantiomers have identical boiling points.
Optical isomerism is covered in the next section — it needs a chiral centre.
کانسٹیٹیوشنل آئسومرزم: ایک ہی مالیکیولر فارمولا، مختلف کنیکٹیویٹی۔ اسٹیریوآئسومرزم: ایک ہی کنیکٹیویٹی، خلا میں مختلف ترتیب۔
Cis-trans آئسومرزم کے لیے C=C کے ہر کاربن پر دو مختلف گروپ ضروری ہیں: بیوٹ-2-این میں ہوتا ہے، بیوٹ-1-این میں نہیں۔ Cis/trans کے بوائلنگ پوائنٹس مختلف ہوتے ہیں۔
A carbon is chiral when it is bonded to four different groups. Such a molecule has a non-superimposable mirror image — an enantiomer. Enantiomers rotate plane-polarised light in opposite directions: (+) rotates right (dextrorotatory), (−) rotates left. A 50:50 mixture is a racemic mixture and is optically inactive because the rotations cancel.
A meso compound has chiral centres but is optically inactive because it has an internal plane of symmetry — e.g. meso-tartaric acid, despite two chiral carbons. The smallest alkane with a chiral centre is 3-methylhexane (C₇H₁₆). 3-chlorobutan-2-ol has two chiral centres and four stereoisomers, but no meso form (its two centres carry different sets of groups).
Why it matters: drug receptors are chiral "locks", so enantiomers can act very differently. Thalidomide was sold as a racemic sedative; the (+) isomer was safe, but the (−) isomer damaged the fetus, and the (+) form racemises in the body — so the drug could never be sold safely in that form.
کائرل کاربن وہ ہے جس سے چار مختلف گروپ جڑے ہوں۔ ایسے مالیکیول کی آئینے کی تصویر اس پر نہیں آتی — اسے اینینشیومر کہتے ہیں۔ (+) دائیں اور (−) بائیں طرف روشنی گھماتا ہے۔
50:50 مکسچر ریسیمک مکسچر کہلاتا ہے اور آپٹیکلی غیر فعال ہوتا ہے۔ میزو مرکب میں اندرونی سمٹری ہوتی ہے، اس لیے وہ بھی غیر فعال ہوتا ہے، جیسے میزو ٹارٹارک ایسڈ۔
تھالیڈومائیڈ کی مثال: (+) آئسومر محفوظ تھا، (−) آئسومر بچے کو نقصان پہنچاتا تھا، اور جسم میں (+) بھی (−) میں بدل جاتا ہے۔
یہ exercise کتاب کے printed pages 35–55 سے لی گئی ہے — تمام سوال کتاب کے اپنے ہیں, جواب کے ساتھ: Multiple Choice (9), Short Answer (9), Constructed Response (4) اور Descriptive (4). اس chapter کی exercise کے چاروں حصے یہاں موجود ہیں; کوئی سوال invent نہیں کیا گیا.
1. Which of the following is organic in nature?
Answer: (d) CCl₄ is an organic compound; CO₂, CS₂ and HCN are conventionally classed as inorganic. جواب: CCl₄ نامیاتی مرکب ہے؛ CO₂، CS₂ اور HCN غیر نامیاتی شمار ہوتے ہیں۔
2. The empirical formula of CH₃CH₂CH=CH₂ matches with:
Answer: (a) NOTE — as printed, none of the options equals the true empirical formula CH₂ (C₄H₈ → CH₂). The question is reproduced exactly as printed in the book; the correct empirical formula is CH₂. جواب: نوٹ — کتاب کے آپشنز میں درست ایمپیریکل فارمولا CH₂ موجود نہیں؛ درست جواب CH₂ ہے۔
3. Compounds having single bonds usually undergo reactions:
Answer: (c) Single-bonded compounds (alkanes) typically undergo substitution. جواب: سنگل بانڈ والے مرکبات عام طور پر سبسٹیٹیوشن کرتے ہیں۔
4. The functional group present in urea (H₂N–C(=O)–NH₂) is:
Answer: (d) Urea contains a carbonyl group, amino groups, and as a whole is an amide. جواب: یوریا میں کاربونیل، امینو اور ایمائیڈ گروپ سب موجود ہیں۔
5. Which molecule is chiral and can rotate the plane polarised light?
Answer: (b) Pentan-2-ol has a chiral centre at C-2 (CH₃, H, OH, CH₂CH₂CH₃ all different). جواب: پینٹین-2-اول میں C-2 کائرل ہے۔
6. Which carbon in CH₃CH(CH₃)CH₂CH(OH)CH₃ is chiral?
Answer: (d) C-4 carries H, OH, CH₃ and CH₂CH(CH₃)CH₃ — four different groups. جواب: C-4 سے چار مختلف گروپ جڑے ہیں۔
7. In what ways could two compounds of molecular formula C₂H₂Br₂ be related to each other?
Answer: (d) 1,1-dibromoethene vs 1,2-dibromoethene are constitutional isomers, and 1,2-dibromoethene itself has cis/trans forms. جواب: یہ کانسٹیٹیوشنل اور cis-trans دونوں طرح کے آئسومرز ہو سکتے ہیں۔
8. Which of following shows cis-trans isomerism?
Answer: (c) 2-butene: each C of the double bond has two different groups (H and CH₃). جواب: 2-بیوٹین میں ڈبل بانڈ کے ہر C پر دو مختلف گروپ ہیں۔
9. Which one of the following pairs do the isomers have identical boiling points?
Answer: (b) Enantiomers have identical physical properties (except light rotation); cis/trans and structural isomers differ. جواب: اینینشیومرز کے فزیکل خواص ایک جیسے ہوتے ہیں۔
Answer: Enantiomers are non-superimposable mirror-image stereoisomers. NOTE: 2-methylbutan-2-ol itself has NO chiral centre (C-2 carries two identical methyl groups), so it has no enantiomers — this appears to be a misprint in the book; the intended compound was probably a chiral alcohol such as 2-methylbutan-1-ol, whose C-2 is chiral. جواب: اینینشیومرز آئینے کی ناقابل تطبیق تصویریں ہیں۔ نوٹ: 2-میتھائل بیوٹین-2-اول میں کوئی کائرل سینٹر نہیں، اس لیے اس کے اینینشیومرز نہیں — کتاب میں یہ غلطی لگتی ہے۔
Answer: Alkanes contain only non-polar C–C and C–H single bonds with no charge, lone pair or multiple bond — no reactive site — so there is no functional group. جواب: الکینز میں صرف غیر قطبی C–C اور C–H بانڈز ہیں، کوئی ری ایکٹو سائٹ نہیں۔
Answer: (a) Cyclohexane: molecular C₆H₁₂, empirical CH₂. (b) The zigzag chain shown is pentane: molecular C₅H₁₂, empirical C₅H₁₂. (c) Cyclobutene: molecular C₄H₆, empirical C₂H₃. (Read from the printed skeletal diagrams.) جواب: (a) سائیکلوہیکسین: C₆H₁₂، ایمپیریکل CH₂۔ (b) پینٹین: C₅H₁₂۔ (c) سائیکلوبیوٹین: C₄H₆، ایمپیریکل C₂H₃۔
Answer: i) Propanenitrile. ii) Pentan-2-one. iii) Methyl propanoate. جواب: i) پروپین نائٹرائل ii) پینٹین-2-ون iii) میتھائل پروپینوایٹ۔
Answer: Electrophile: electron-pair acceptor, e.g. H⁺, NO₂⁺. Nucleophile: electron-pair donor, e.g. OH⁻, NH₃ (also CN⁻, Br⁻). جواب: الیکٹروفائل الیکٹران پیئر قبول کرتا ہے (H⁺، NO₂⁺)؛ نیوکلیوفائل دیتا ہے (OH⁻، NH₃)۔
Answer: In pent-2-ene each double-bond carbon has two different groups (H/CH₃ and H/CH₂CH₃), so cis/trans forms exist. In pent-1-ene, C-1 has two H atoms, so no cis/trans isomerism is possible. جواب: پینٹ-2-این میں ڈبل بانڈ کے ہر C پر دو مختلف گروپ ہیں؛ پینٹ-1-این میں C-1 پر دو H ہیں۔
Answer: i) Same molecular formula, different connectivity of atoms. ii) Same connectivity, different spatial arrangement of atoms. جواب: i) ایک ہی فارمولا، مختلف کنیکٹیویٹی۔ ii) ایک ہی کنیکٹیویٹی، خلا میں مختلف ترتیب۔
Answer: i) A 50:50 mixture of two enantiomers, optically inactive overall. ii) The ability of a substance to rotate the plane of plane-polarised light. جواب: i) دو اینینشیومرز کا 50:50 مکسچر۔ ii) پلین پولرائزڈ روشنی کو گھمانے کی صلاحیت۔
Answer: Meso-tartaric acid has an internal plane of symmetry, so the rotation caused by one chiral centre is exactly cancelled by the other — the molecule is achiral overall. جواب: میزو ٹارٹارک ایسڈ میں اندرونی سمٹری ہے، اس لیے دونوں سینٹرز کی روٹیشن ایک دوسرے کو ختم کر دیتی ہے۔
Answer: Free-radical substitution. Initiation: Cl₂ → 2Cl• (sunlight). Propagation: Cl• + C₆H₅CH₃ → C₆H₅CH₂• + HCl; C₆H₅CH₂• + Cl₂ → C₆H₅CH₂Cl + Cl• (repeated twice more to reach C₆H₅CCl₃). Termination: two radicals combine, e.g. Cl• + Cl• → Cl₂. جواب: فری ریڈیکل سبسٹیٹیوشن: انیشی ایشن، پروپیگیشن، ٹرمینیشن۔
Answer: i) Achiral — C-2 carries two CH₃ groups. ii) Chiral — C-1 carries H, Br, Cl, CH₃ (four different groups). iii) Achiral — no carbon with four different groups. iv) Chiral — C-2 (alanine) carries H, NH₂, COOH, CH₃. جواب: i) اکائرل ii) کائرل iii) اکائرل iv) کائرل (ایلانین)۔
Answer: 3-methylhexane, C₇H₁₆. Its C-3 is bonded to H, CH₃, CH₂CH₃ and CH₂CH₂CH₃ — four different groups. Its mirror image is non-superimposable (the enantiomer). جواب: 3-میتھائل ہیکسین، C₇H₁₆ — سب سے چھوٹا کائرل الکین۔
Answer: Two chiral centres → 4 stereoisomers: (2R,3R), (2S,3S) — one enantiomeric pair — and (2R,3S), (2S,3R) — a second pair (diastereomers of the first). No meso form: the two centres carry different substituent sets (CH₃/Cl vs CH₃/OH environments differ), so no internal plane of symmetry exists. جواب: چار اسٹیریوآئسومرز؛ کوئی میزو فارم نہیں کیونکہ دونوں سینٹرز کے گروپ مختلف ہیں۔
Answer: Homolytic: the shared pair splits equally, one electron to each atom, giving two free radicals (e.g. Cl₂ → 2Cl• in UV light); favoured by heat/light and non-polar conditions. Heterolytic: one atom takes both electrons, giving a cation and an anion (e.g. C–Br → C⁺ + Br⁻); favoured by polar solvents and polar bonds. The type of fission decides whether the mechanism is radical or ionic. جواب: ہومولیٹک: برابر تقسیم، دو ریڈیکلز۔ ہیٹرولیٹک: دونوں الیکٹران ایک ایٹم کو، آئنز بنتے ہیں۔
Answer: Cis–trans isomerism occurs across a C=C bond (no free rotation) when each carbon has two different groups. Examples: but-2-ene (cis: both CH₃ on the same side; trans: opposite sides) and pent-2-ene. Cis and trans isomers differ in boiling point and polarity. 1-alkenes cannot show it because C-1 has two H atoms. جواب: C=C کے گرد گھماؤ نہیں ہوتا؛ ہر C پر دو مختلف گروپ ہوں تو cis/trans بنتے ہیں، جیسے بیوٹ-2-این اور پینٹ-2-این۔
Answer: Optical activity is the rotation of plane-polarised light by chiral substances. Example: lactic acid — its two enantiomers rotate light equally in opposite directions; the racemic mixture does not rotate light. Only chiral molecules (no plane of symmetry) show it. جواب: آپٹیکل ایکٹیویٹی: کائرل مادہ پلین پولرائزڈ روشنی کو گھماتا ہے، جیسے لیکٹک ایسڈ کے اینینشیومرز۔
Answer: Racemic mixture: 50:50 mixture of two enantiomers (separate molecules), inactive by external compensation. Meso compound: a single molecule with chiral centres but an internal plane of symmetry, inactive by internal compensation. Lactic acid has one chiral centre, so it has two enantiomers but NO meso form (meso needs at least two chiral centres) — note this: the book asks for a meso form of lactic acid, but lactic acid cannot have one. جواب: ریسیمک: دو اینینشیومرز کا مکسچر۔ میزو: ایک ہی مالیکیول میں اندرونی سمٹری۔ نوٹ: لیکٹک ایسڈ کا کوئی میزو فارم نہیں ہو سکتا۔
Basics of Organic Chemistry — Catenation is carbon's ability to link to itself in chains and rings through strong, stable C–C bonds. Systematic (IUPAC) names follow rules: find the longest chain containing the main functional group, number it to give that group the lowest number, and name branches alphabetically. When a covalent bond breaks, two things can happen. Constitutional (structural) isomerism: same molecular formula, different connectivity — e.g. A carbon is chiral when it is bonded to four different groups.
Revision guidance: پہلے 9 MCQs خود حل کرو, پھر جواب ملاؤ; short اور constructed-response سوالوں کو اپنے الفاظ میں لکھ کر practice کرو; descriptive سوالوں (4) کے لیے ہر section کی headings یاد رکھو. جو formula یا equation اس chapter میں ہے, اسے لکھ کر یاد کرو — رٹا نہیں, سمجھ کر.
کیٹینیشن کاربن کی اپنے آپ سے زنجیریں اور رنگ بنانے کی صلاحیت ہے، اسی لیے نامیاتی مرکبات لاکھوں میں ہیں۔ فنکشنل گروپ مالیکیول کا ری ایکٹو حصہ ہوتا ہے، جیسے –OH، –COOH، –NH₂۔الکینز کا کوئی فنکشنل گروپ نہیں ہوتا — صرف غیر قطبی C–C اور C–H بانڈ IUPAC نام کے اصول: سب سے لمبی زنجیر چنیں جس میں مین فنکشنل گروپ ہو، اس گروپ کو سب سے چھوٹا نمبر دیں، برانچز کو الفابیٹیکل ترتیب سے نام دیں۔مثالیں: CH₃CH₂CN = پروپین نائٹرائل؛ CH₃COCH₂CH₂CH₃ = پینٹین-2-ون؛ CH₃CH₂COOCH₃ = میتھائل پروپینوایٹ۔ بانڈ ٹوٹنے کی دو صورتیں: ہومولیٹک فشن — ہر ایٹم ایک الیکٹران لیتا ہے اور دو فری ریڈیکلز بنتے ہیں۔ ہیٹرولیٹک فشن — ایک ایٹم دونوں الیکٹران لے لیتا ہے اور آئنز بنتے ہیں۔الیکٹروفائل الیکٹران پیئر قبول کرتا ہے (جیسے H⁺، NO₂⁺)۔ نیوکلیوفائل الیکٹ کانسٹیٹیوشنل آئسومرزم: ایک ہی مالیکیولر فارمولا، مختلف کنیکٹیویٹی۔ اسٹیریوآئسومرزم: ایک ہی کنیکٹیویٹی، خلا میں مختلف ترتیب۔Cis-trans آئسومرزم کے لیے C=C کے ہر کاربن پر دو مختلف گروپ ضروری ہیں: بیوٹ-2-این میں ہوتا ہے، بیوٹ-1-این میں نہیں۔ Ci کائرل کاربن وہ ہے جس سے چار مختلف گروپ جڑے ہوں۔ ایسے مالیکیول کی آئینے کی تصویر اس پر نہیں آتی — اسے اینینشیومر کہتے ہیں۔ (+) دائیں اور (−) بائیں طرف روشنی گھماتا ہے۔50:50 مکسچر ریسیمک مکسچر کہلاتا ہے اور آپٹیکلی غیر فعال ہوتا ہے۔ میزو مرکب
اس باب کے موضوعات: کیٹینیشن اور درجہ بندی · IUPAC نام اور فارمولے · میکانزم کی زبان: فشن، الیکٹروفائل، نیوکلیوفائل · آئسومرزم: کانسٹیٹیوشنل اور اسٹیریوآئسومرزم · کائرلٹی، آپٹیکل ایکٹیویٹی اور ادویات کی حفاظت · مشق
رہنمائی: پہلے MCQs خود حل کریں، پھر جوابات سے ملائیں؛ مختصر اور تعمیری سوالات اپنے الفاظ میں لکھ کر پریکٹس کریں۔
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 2 Chemistry, Chapter 19 (PECTAA New Book, Session 2026–27) • English + Urdu