Benzene looks like it should be very reactive — three double bonds — but it is not. This unit explains the delocalised structure of benzene, why it undergoes electrophilic substitution rather than addition, the mechanisms of halogenation, nitration and Friedel–Crafts reactions, and how substituents direct the next group to ortho/para or meta positions.
بینزین میں تین ڈبل بانڈز نظر آتے ہیں لیکن یہ اتنا ری ایکٹو نہیں ہے۔ اس یونٹ میں بینزین کی ڈی لوکلائزڈ ساخت، الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن، اور اورتھو/پیرا یا میٹا ڈائریکشن شامل ہیں۔
Benzene (C₆H₆) is a planar, regular hexagon. Each carbon is sp² hybridised with one p-orbital left over; the six p-orbitals overlap sideways to form a delocalised π system above and below the ring. X-ray diffraction proves the model: all C–C bonds are the same length (139 pm), between a single (154 pm) and a double bond (134 pm).
Delocalisation gives benzene extra stability: its resonance energy is about 152 kJ/mol, and its enthalpy of hydrogenation is less exothermic than expected for cyclohexatriene (three isolated double bonds). That is why benzene is more thermodynamically stable than 1,3,5-cyclohexatriene would be, and why it reacts less readily with bromine than cyclohexene does.
Bonding summary: each carbon bonds to two carbons and one hydrogen by σ bonds, and contributes one electron to the delocalised π cloud.
بینزین (C₆H₆) ایک ہموار، باقاعدہ مسدس ہے۔ ہر کاربن sp² ہے اور چھ p-آربیٹلز مل کر ڈی لوکلائزڈ π سسٹم بناتے ہیں۔ ایکس رے سے ثابت ہے کہ تمام C–C بانڈز برابر لمبائی (139 pm) کے ہیں۔
ڈی لوکلائزیشن سے بینزین کو اضافی استحکام ملتا ہے: ریزونینس انرجی تقریباً 152 kJ/mol ہے، اور ہائیڈروجنیشن کی انتھالپی توقع سے کم ہے۔ اسی لیے بینزین سائیکلوہیکسین سے کم تیزی سے برومین سے ری ایکٹ کرتا ہے۔
Benzene undergoes electrophilic substitution rather than addition because substitution preserves the delocalised system, while addition would destroy it and lose the resonance stabilisation. The reaction is slower than alkene addition and needs a catalyst (halogen carrier) — but it is still the favoured path.
Contrast with alkenes: an alkene + bromine needs no halogen carrier (the π bond itself polarises Br₂), but benzene + bromine needs AlBr₃ or FeBr₃ to generate the electrophile. Addition to benzene does happen only under forcing conditions: with H₂/Ni at ~150 °C and high pressure (→ cyclohexane), or with Cl₂ under UV light and heat (→ 1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane).
Mechanism (general): (1) electrophile generated; (2) the delocalised π electrons attack the electrophile, forming a positively charged intermediate (arenium ion) — aromaticity is temporarily lost; (3) a proton is removed, restoring the delocalised ring.
بینزین الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن کرتا ہے، ایڈیشن نہیں، کیونکہ سبسٹیٹیوشن سے ڈی لوکلائزڈ سسٹم محفوظ رہتا ہے، جبکہ ایڈیشن سے ریزونینس استحکام ختم ہو جاتا ہے۔
الکینز سے فرق: الکین + برومین کو ہیلوجن کیریئر کی ضرورت نہیں، لیکن بینزین + برومین کو AlBr₃ یا FeBr₃ کی ضرورت ہوتی ہے۔ بینزین کا ایڈیشن صرف سخت حالات میں ہوتا ہے (H₂/Ni، زیادہ پریشر، یا Cl₂ + UV)۔
Halogenation: C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl, with AlCl₃ (or FeCl₃) as halogen carrier. The carrier polarises Cl₂ and generates Cl⁺: AlCl₃ + Cl₂ → AlCl₄⁻ + Cl⁺. Mechanism name: electrophilic substitution.
Nitration: benzene + concentrated HNO₃ + concentrated H₂SO₄ → nitrobenzene. Sulphuric acid protonates nitric acid (which acts as a base): HNO₃ + H₂SO₄ → NO₂⁺ + HSO₄⁻ + H₂O. The electrophile is NO₂⁺ (nitronium ion).
Friedel–Crafts alkylation: benzene + CH₃Cl + AlCl₃ → methylbenzene; AlCl₃ reacts with chloromethane to produce an electrophile (CH₃⁺/CH₃δ⁺–AlCl₄δ⁻). Acylation: benzene + CH₃COCl + AlCl₃ → phenylethanone (C₆H₅COCH₃); AlCl₃ is an electron-pair acceptor (Lewis acid) that generates the acylium ion CH₃CO⁺: CH₃COCl + AlCl₃ → CH₃CO⁺ + AlCl₄⁻.
ہیلوجینیشن: C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl، AlCl₃ ہیلوجن کیریئر کے طور پر Cl⁺ بناتا ہے۔ نائٹریشن: سلفیورک ایسڈ نائٹرک ایسڈ کو پروٹونیٹ کر کے NO₂⁺ بناتا ہے۔
فریڈل کرافٹس الکائلیشن: بینزین + CH₃Cl + AlCl₃ → میتھائل بینزین۔ ایسیلیشن: بینزین + CH₃COCl + AlCl₃ → فینائل ایتھانون؛ AlCl₃ الیکٹران پیئر قبول کر کے CH₃CO⁺ بناتا ہے۔
Substituents already on the ring control where the next group goes. Ortho/para directors (activating): –OH, –NH₂, alkyl groups (–CH₃). They push electron density into the ring (the –OH lone pair overlaps with the delocalised electrons), so the ring reacts faster and the new group goes to positions 2, 4 or 6.
Meta directors (deactivating): –NO₂, –COOH, –CHO. They pull electron density out of the ring, so the new group goes to position 3 or 5. Example: nitration of benzoic acid gives 3-nitrobenzoic acid (meta product), because –COOH is meta-directing.
Worked examples: methylbenzene + CH₃Cl/AlCl₃ → 1,2-dimethylbenzene AND 1,4-dimethylbenzene (methyl is ortho/para directing, so both products form). Methylbenzene + SO₃ → mainly 4-methylbenzenesulfonic acid (para product). IBr + benzene → iodobenzene as the main product, because IBr is polarised Iδ⁺Brδ⁻ and I⁺ is the electrophile.
رنگ پر موجود گروپ طے کرتا ہے کہ اگلا گروپ کہاں جائے گا۔ اورتھو/پیرا ڈائریکٹرز (ایکٹیویٹنگ): –OH، –NH₂، الکائل گروپ۔ یہ رنگ میں الیکٹران ڈینسٹی بڑھاتے ہیں۔
میٹا ڈائریکٹرز (ڈی ایکٹیویٹنگ): –NO₂، –COOH، –CHO۔ یہ الیکٹران ڈینسٹی کھینچتے ہیں، اس لیے نیا گروپ میٹا پوزیشن پر جاتا ہے، جیسے بینزوئک ایسڈ کی نائٹریشن سے 3-نائٹروبینزوئک ایسڈ بنتا ہے۔
Phenol reacts much more readily with bromine than benzene does because the lone pair on the oxygen atom overlaps with the delocalised electrons in the ring, pushing extra electron density into the ring and making it more attractive to electrophiles. So phenol + bromine water needs no catalyst and gives 2,4,6-tribromophenol (white precipitate) immediately.
Similarly, phenol nitration with dilute HNO₃ gives 2- and 4-nitrophenol without concentrated acid, and phenol sulfonation is easy. Diphenylethanedione (benzil) is pale yellow because of its delocalised π-bond electrons; when it is reduced, the conjugation is broken and the colour disappears.
Exam trap: bromine reacts with phenol more readily NOT because the ring is more susceptible to nucleophilic attack, and NOT because oxygen is electronegative — it is the lone-pair overlap with the delocalised system that matters.
فینول برومین سے بینزین کی نسبت بہت تیزی سے ری ایکٹ کرتا ہے کیونکہ آکسیجن کا لون پیئر رنگ کے ڈی لوکلائزڈ الیکٹرانز سے مل کر رنگ میں الیکٹران ڈینسٹی بڑھا دیتا ہے۔ اس لیے فینول + برومین واٹر کو کسی کیٹالسٹ کی ضرورت نہیں اور فوراً 2,4,6-ٹرائی بروموفینول (سفید پریسیپیٹیٹ) بنتا ہے۔
اسی طرح فینول کی نائٹریشن ڈائلیوٹ HNO₃ سے ہو جاتی ہے۔ ڈائی فینائل ایتھین ڈائیون کا ہلکا پیلا رنگ اس کے ڈی لوکلائزڈ π الیکٹرانز کی وجہ سے ہے؛ ریڈکشن سے رنگ ختم ہو جاتا ہے۔
یہ exercise کتاب کے printed pages 56–71 سے لی گئی ہے — تمام سوال کتاب کے اپنے ہیں, جواب کے ساتھ: Multiple Choice (9), Short Answer (5), Constructed Response (3) اور Descriptive (2). اس chapter کی exercise کے چاروں حصے یہاں موجود ہیں; کوئی سوال invent نہیں کیا گیا.
1. Which of the following is the major product when methyl chloride (CH₃Cl) reacts with methylbenzene in the presence of AlCl₃?
Answer: (d) Methyl is ortho/para directing, so both 1,2- and 1,4-dimethylbenzene form. جواب: میتھائل اورتھو/پیرا ڈائریکٹر ہے، اس لیے دونوں پراڈکٹس بنتے ہیں۔
2. Bromine reacts more readily with phenol than with benzene. This is because the:
Answer: (c) The –OH lone pair donates into the delocalised system, activating the ring. جواب: –OH کا لون پیئر رنگ کے ڈی لوکلائزڈ سسٹم سے ملتا ہے۔
3. Aluminium chloride catalyses the reaction of benzene and ethanoyl chloride. This is because aluminium chloride:
Answer: (c) AlCl₃ is a Lewis acid: it accepts an electron pair and generates CH₃CO⁺. جواب: AlCl₃ لیوس ایسڈ ہے: الیکٹران پیئر قبول کر کے CH₃CO⁺ بناتا ہے۔
4. Benzene is nitrated using a mixture of concentrated nitric and sulphuric acids. The sulphuric acid:
Answer: (c) HNO₃ + H₂SO₄ → NO₂⁺ + HSO₄⁻ + H₂O. جواب: HNO₃ + H₂SO₄ → NO₂⁺ + HSO₄⁻ + H₂O۔
5. In the reaction of benzene with chloromethane, aluminium chloride is added because it reacts with:
Answer: (d) AlCl₃ + CH₃Cl → CH₃⁺ + AlCl₄⁻ (electrophile). جواب: AlCl₃ + CH₃Cl → CH₃⁺ + AlCl₄⁻۔
6. Methylbenzene reacts with a mixture of concentrated nitric acid and concentrated sulphuric acid. What is the name of the mechanism for this reaction?
Answer: (b) Nitration of an aromatic ring is electrophilic substitution. جواب: ایرومیٹک رنگ کی نائٹریشن الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن ہے۔
7. X-ray diffraction provides evidence that benzene molecules have:
Answer: (b) X-ray shows all C–C bonds are 139 pm — equal length. (Greater stability is shown by enthalpy data, not X-ray.) جواب: ایکس رے سے تمام C–C بانڈز برابر (139 pm) ثابت ہوتے ہیں۔
8. Which statement(s) support(s) the delocalised model for the structure of benzene? 1. All carbon–carbon bonds have the same length. 2. The enthalpy change of hydrogenation of benzene is less exothermic than expected. 3. Bromine reacts with benzene less readily than with cyclohexene.
Answer: (a) All three support delocalisation: equal bonds, lower hydrogenation enthalpy, and lower reactivity. جواب: تینوں نکات ڈی لوکلائزیشن کی حمایت کرتے ہیں۔
9. Benzene reacts with an organic reagent in the presence of a halogen carrier to form phenylethanone. Which organic reagent is required?
Answer: (c) Friedel–Crafts acylation with ethanoyl chloride gives C₆H₅COCH₃. جواب: ایتھانوئل کلورائیڈ سے فریڈل کرافٹس ایسیلیشن ہوتی ہے۔
Answer: i) C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl. ii) AlCl₃ polarises Cl₂ (Clδ⁺–Clδ⁻–AlCl₃) and generates Cl⁺. iii) Cl⁺ attacked by the ring π electrons → arenium ion → loss of H⁺ restores the ring (curly arrows: π pair to Cl⁺, C–H bond pair back into the ring). iv) Electrophilic substitution. جواب: i) C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl۔ ii) AlCl₃، Cl₂ کو پولرائز کر کے Cl⁺ بناتا ہے۔ iii) رنگ کے π الیکٹرانز Cl⁺ پر حملہ کرتے ہیں، پھر H⁺ نکل کر رنگ بحال ہوتا ہے۔ iv) الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن۔
Answer: π electrons are not confined to one bond but spread over several atoms (the whole conjugated system). The extended delocalisation lowers the energy gap so visible light is absorbed (yellow colour); reduction breaks the conjugation, so the colour disappears. جواب: π الیکٹرانز ایک بانڈ تک محدود نہیں بلکہ کئی ایٹمز پر پھیلے ہوتے ہیں۔
Answer: i) CH₃COCl + AlCl₃ → CH₃CO⁺ + AlCl₄⁻. ii) Electrophilic substitution: ring π electrons attack CH₃CO⁺ → arenium ion → H⁺ removed by AlCl₄⁻, regenerating AlCl₃ and giving C₆H₅COCH₃. جواب: i) CH₃COCl + AlCl₃ → CH₃CO⁺ + AlCl₄⁻۔ ii) الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن۔
Answer: i) 2-hydroxybenzoic acid (salicylic acid). ii) 1-iodo-2-nitrobenzene. iii) 1,2-dimethylbenzene (o-xylene). iv) 1-bromo-3,5-dimethylbenzene. (Names read from the printed structures.) جواب: i) 2-ہائیڈروکسی بینزوئک ایسڈ ii) 1-آئیوڈو-2-نائٹروبینزین iii) 1,2-ڈائیمیتھائل بینزین iv) 1-بروم-3,5-ڈائیمیتھائل بینزین۔
Answer: i) Planar hexagon, sp² carbons, σ framework plus a delocalised π cloud above and below the ring. ii) The –OH oxygen lone pair overlaps with the π system, increasing electron density in the ring, so electrophiles attack faster and without a catalyst. جواب: i) ہموار مسدس، sp² کاربنز، ڈی لوکلائزڈ π کلاؤڈ۔ ii) –OH کا لون پیئر رنگ میں الیکٹران ڈینسٹی بڑھاتا ہے۔
Answer: i) Iodobenzene. IBr is polarised Iδ⁺Brδ⁻ because bromine is more electronegative than iodine, so I⁺ is the electrophile that substitutes onto the ring. ii) C₆H₆ + IBr → C₆H₅I + HBr. جواب: i) آئیوڈوبینزین — IBr میں Iδ⁺ ہوتا ہے، اس لیے I⁺ الیکٹروفائل ہے۔ ii) C₆H₆ + IBr → C₆H₅I + HBr۔
Answer: Electrophilic substitution: the ring π electrons attack the S atom of SO₃ (Sδ⁺), forming the arenium-ion intermediate (positive charge delocalised around the ring, with –SO₃⁻ attached), then H⁺ is removed to restore aromaticity, giving D = 4-methylbenzenesulfonic acid (para product; methyl is ortho/para directing). جواب: الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن: رنگ SO₃ پر حملہ کرتا ہے، ایرینیم آئن بنتا ہے، پھر H⁺ نکل کر D = 4-میتھائل بینزین سلفونک ایسڈ بنتا ہے۔
Answer: i) H₂SO₄ + HNO₃ → NO₂⁺ + HSO₄⁻ + H₂O (H₂SO₄ is regenerated at the end, so it is a catalyst). NO₂⁺ attacks the ring; –COOH is meta-directing, so attack at the meta position gives 3-nitrobenzoic acid after loss of H⁺. ii) Purify by recrystallisation (dissolve in hot solvent, cool, filter, dry). Moles benzoic acid = 4.97/122.12 = 0.0407 mol; theoretical mass = 0.0407 × 167.12 = 6.80 g; % yield = 4.85/6.80 × 100 = 71.3%. Check purity by melting point (sharp, matching the literature value). جواب: i) NO₂⁺ الیکٹروفائل ہے؛ –COOH میٹا ڈائریکٹر ہے، اس لیے 3-نائٹروبینزوئک ایسڈ بنتا ہے۔ ii) ری کرسٹلائزیشن سے صاف کریں؛ فیصد ییلڈ 71.3%؛ میلٹنگ پوائنٹ سے پیورٹی چیک کریں۔
Answer: Alkenes: the exposed π bond polarises Cl₂ directly, so electrophilic addition is fast at room temperature with no catalyst, and addition destroys the π bond. Benzene: the π electrons are delocalised and stabilised (resonance energy ~152 kJ/mol), so Cl₂ needs a halogen carrier (AlCl₃/FeCl₃) to make Cl⁺, and the reaction is substitution (aromaticity restored) rather than addition. Addition to benzene needs forcing conditions (UV/heat for Cl₂, or H₂/Ni at high pressure). جواب: الکینز: π بانڈ خود Cl₂ کو پولرائز کرتا ہے، کیٹالسٹ نہیں چاہیے۔ بینزین: ڈی لوکلائزیشن کی وجہ سے ہیلوجن کیریئر چاہیے اور سبسٹیٹیوشن ہوتی ہے۔
Answer: Electrophiles accept an electron pair from an electron-rich site. Aliphatic example: nucleophilic substitution of a halogenoalkane is started by the electrophilic δ⁺ carbon, or electrophilic addition to an alkene (Br₂ polarised by the π bond, Br⁺ attacked). Aromatic example: nitration — NO₂⁺ (from HNO₃/H₂SO₄) is attacked by the benzene π system, giving an arenium ion, then H⁺ loss restores aromaticity. In both cases the electrophile is the species that the electron-rich part of the molecule attacks. جواب: الیکٹروفائل الیکٹران پیئر قبول کرتا ہے۔ الیفیٹک مثال: الکین پر Br₂ کا ایڈیشن۔ ایرومیٹک مثال: بینزین کی نائٹریشن (NO₂⁺)۔
Aromatic Hydrocarbons — Benzene (C₆H₆) is a planar, regular hexagon. Benzene undergoes electrophilic substitution rather than addition because substitution preserves the delocalised system, while addition would destroy it and lose the resonance stabilisation. Halogenation: C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl, with AlCl₃ (or FeCl₃) as halogen carrier. Substituents already on the ring control where the next group goes. Phenol reacts much more readily with bromine than benzene does because the lone pair on the oxygen atom overlaps with the delocalised electrons in the ring, pushing extra electron density into the ring and making it more attractive to electrophiles.
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 (2) 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.
بینزین (C₆H₆) ایک ہموار، باقاعدہ مسدس ہے۔ ہر کاربن sp² ہے اور چھ p-آربیٹلز مل کر ڈی لوکلائزڈ π سسٹم بناتے ہیں۔ ایکس رے سے ثابت ہے کہ تمام C–C بانڈز برابر لمبائی (139 pm) کے ہیں۔ڈی لوکلائزیشن سے بینزین کو اضافی استحکام ملتا ہے: ریزونینس انرج بینزین الیکٹروفیلک سبسٹیٹیوشن کرتا ہے، ایڈیشن نہیں، کیونکہ سبسٹیٹیوشن سے ڈی لوکلائزڈ سسٹم محفوظ رہتا ہے، جبکہ ایڈیشن سے ریزونینس استحکام ختم ہو جاتا ہے۔الکینز سے فرق: الکین + برومین کو ہیلوجن کیریئر کی ضرورت نہیں، لیکن بینزین + برومین کو Al ہیلوجینیشن: C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl، AlCl₃ ہیلوجن کیریئر کے طور پر Cl⁺ بناتا ہے۔ نائٹریشن: سلفیورک ایسڈ نائٹرک ایسڈ کو پروٹونیٹ کر کے NO₂⁺ بناتا ہے۔فریڈل کرافٹس الکائلیشن: بینزین + CH₃Cl + AlCl₃ → میتھائل بینزین۔ ایسیلیشن: بینزین + CH₃COC رنگ پر موجود گروپ طے کرتا ہے کہ اگلا گروپ کہاں جائے گا۔ اورتھو/پیرا ڈائریکٹرز (ایکٹیویٹنگ): –OH، –NH₂، الکائل گروپ۔ یہ رنگ میں الیکٹران ڈینسٹی بڑھاتے ہیں۔میٹا ڈائریکٹرز (ڈی ایکٹیویٹنگ): –NO₂، –COOH، –CHO۔ یہ الیکٹران ڈینسٹی کھینچتے ہیں، اس فینول برومین سے بینزین کی نسبت بہت تیزی سے ری ایکٹ کرتا ہے کیونکہ آکسیجن کا لون پیئر رنگ کے ڈی لوکلائزڈ الیکٹرانز سے مل کر رنگ میں الیکٹران ڈینسٹی بڑھا دیتا ہے۔ اس لیے فینول + برومین واٹر کو کسی کیٹالسٹ کی ضرورت نہیں اور فوراً 2,4,6-ٹرائی ب
اس باب کے موضوعات: بینزین کی ساخت · ایڈیشن کیوں نہیں، سبسٹیٹیوشن کیوں؟ · ہیلوجینیشن، نائٹریشن اور فریڈل کرافٹس · اورینٹیشن: اورتھو/پیرا بمقابلہ میٹا ڈائریکٹرز · فینول: زیادہ تیزی سے کیوں ری ایکٹ کرتا ہے؟ · 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 20 (PECTAA New Book, Session 2026–27) • English + Urdu