Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

An introduction to A Level organic chemistry · ⁨מבוא לכימיה אורגנית ברמת A-Level⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 29 · ⁨נושא 29⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:28

מבוא לכימיה אורגנית ברמת A-Level

שתי מולקולות. אותם אטומים, אותן קשרים. ההבדל היחיד: אחת היא התמונה המשתקפת של השנייה, כמו היד השמאלית והיד הימנית שלך. ועדיין אחת מהן…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

29.1

New functional groups and naming · ⁨קבוצות פונקציונליות חדשות ושמירה⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. understand that the compounds in the table on page 47 contain a functional group which dictates their physical and chemical properties
  2. interpret and use the general, structural, displayed and skeletal formulas of the classes of compound stated in the table on page 47
  3. understand and use systematic nomenclature of simple aliphatic organic molecules (including cyclic compounds containing a single ring of up to six carbon atoms) with functional groups detailed in the table on page 47, up to six carbon atoms (six plus six for esters and amides, straight chains only for esters and nitriles)
  4. understand and use systematic nomenclature of simple aromatic molecules with one benzene ring and one or more simple substituents, for example 3-nitrobenzoic acid or 2,4,6-tribromophenol
עברית
  1. הבן שתרכובות בטבלה בעמוד 47 מכילות קבוצה פונקציונלית הקובעת את תכונותיהן הפיזיקליות והכימיות
  2. פרש ובא בשימוש בנוסחאות הכלליות, המבנית, המוצגת והשלדית של מחלקות התרכובות הנרשמות בטבלה בעמוד 47
  3. הבן ובא בשימוש בניקוב שיטתי של מולקולות אורגניות אלifatיות פשוטות (כולל תרכובות מחזוריות המכילות טבעת אחת עד שישה אטומי פחמן) עם קבוצות פונקציונליות המפורטות בטבלה בעמוד 47, עד שישה אטומי פחמן (שישה פלוס שישה עבור אסטרים ואמידים, שרשראות ישרות בלבד עבור אסטרים וציאניים)
  4. הבן ובא בשימוש בניקוב שיטתי של מולקולות ארומטיות פשוטות המכילות טבעת בנזן אחת ומחליף או יותר פשוטים, לדוגמה חומצה 3-ניטרו benzoic או 2,4,6-טריו-ברום פנול

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

At A Level you meet more functional group 官能团 families, including the amide 酰胺 group and aromatic 芳香 compounds (those built on a benzene ring). As before, the functional group decides the properties, and you read it from the general, structural, displayed or skeletal formula.

Naming aromatic compounds

A benzene 苯 molecule is a ring of six carbons. When you name an aromatic compound, use the benzene ring 苯环 as the parent and number the positions of the substituents. For example, 3-nitrobenzoic acid has a $\text{–NO}_2$ group on carbon 3, and 2,4,6-tribromophenol has three bromine atoms on a phenol ring. You can also name cyclic compounds with a single ring of up to six carbons.

עברית

ברמת A-Level תפגוש משפחות קבוצות פונקציונליות נוספות, כולל קבוצת אמיד ותרכובות ארומטיות (אלו הבנויות מסביבת בנזן). כמו קודם לכן, הקבוצה הפונקציונלית קובעת את התכונות, ואתה קורא אותה מהנוסחה הכללית, המבנית, המוצגת או השלדית.

שמירת תרכובות ארומטיות

מולקולת בנזן היא טבעה של שישה פחמן. כאשר אתה שומר תרכובת ארומטית, השתמש בטבעת הבנזן כמבנה האם ומספר את מיקומי ההחלפים. לדוגמה, חומצה 3-ניטרו-בנזואית יש לה $\text{–NO}_2$ על פחמן 3, ו-2,4,6-טרבורโม-פנול יש שלושה אטומי ברום בטבעת פנול. ניתן גם לשמור תרכובות מחזוריות עם טבעה אחת של עד שישה פחמן.

שתי טבעות בנזן עם סימון מספרים: חומצה 3-ניטרו-בנזואית עם COOH במיקום 1 וקבוצת ניטרו במיקום 3, ו-2,4,6-טרבורโม-פנול עם OH במיקום 1 וברום במיקומים 2, 4 ו-6
מספר את הטבעה מהקבוצה הראשיתית (פחמן 1); מיקומי ההחלפים אז נותנים את השם
Explore · ⁨חקור⁩

Aromatic naming lab · ⁨מעבדת ניסוח ריחניים⁩

Classify aromatic substituents by how they are named. · ⁨סווגו את ההחלפות בריחניים לפי אופן הניסוח שלהן.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ קבוצה פונקציונלית
amide/əˈmaɪd/ אמיד
aromatic/ərəʊˈmætɪk/ ארומטי
29.2

Two new types of mechanism · ⁨שני סוגים חדשים של מנגנונים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. understand and use the following terminology associated with types of organic mechanisms: (a) electrophilic substitution (b) addition–elimination
עברית
  1. הבן ובא בשימוש במונחים הבאים הקשורים לסוגי מנגנונים אורגניים: (א) החלפה אלקטרופילית (ב) הוספה–בידוד

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English
  • electrophilic substitution 亲电取代: an electrophile replaces a hydrogen atom on a benzene ring (this is how benzene reacts).
  • addition–elimination 加成消去: a molecule first adds on, then a small molecule is removed (seen with 2,4-DNPH and with acyl chlorides).
עברית
  • החלפה אלקטרופילית: אלקטרופיל מחליף אטום מימן בטבעת בנזן (כך בנזן מגיב).
  • חיבור–הסרה: מולקולה נוספת תחילה, ולאחר מכן מולקולה קטנה מופקת (נצפה עם 2,4-DNPH ועם כלורידי אציל).
החלפה אלקטרופילית וחיבור–הסרה
שני מכניזמים ארומטיים: החלפה אלקטרופילית וחיבור–הוצאה
Explore · ⁨חקור⁩

Electrophilic substitution on benzene · ⁨החלפה אלקטרופילית על בנזן⁩

Step through how benzene reacts. An electrophile swaps for a hydrogen — keeping the stable ring — instead of adding across it. · ⁨ללכת צעד אחר צעד כיצד בנזן מגיב. אלקטרופיל מחליף מימן — תוך שמירה על הטבעת היציבה — במקום להוסיף על פניה.⁩

29.3

The shape of benzene · ⁨צורת הבנזן⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe and explain the shape of benzene and other aromatic molecules, including $\text{sp}^2$ hybridisation, in terms of $\sigma$ bonds and a delocalised $\pi$ system
עברית
  1. תאר והסבר את הצורה של בנזן ומולקולות ארומטיות אחרות, כולל היברידיזציה $\text{sp}^2$, בהתבסס על קשרים $\sigma$ ומערכת מצומדת $\pi$

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Benzene is a flat, regular hexagon. Each carbon is sp² hybridised, using its three hybridisation 杂化 orbitals to make sigma bonds σ键 to two neighbouring carbons and one hydrogen. This gives the ring of σ bonds.

Each carbon also has one electron left in a p orbital, standing up at right angles to the ring. These p orbitals overlap sideways all the way round, making a single delocalised 离域 pi bond π键 system — a ring of electrons above and below the plane. Because the electrons are shared evenly, all six C–C bonds are the same length, and benzene is very stable.

How do we know benzene really is delocalised? One strong piece of evidence is its enthalpy change of hydrogenation 氢化焓变. Adding hydrogen to one C=C double bond (as in cyclohexene) releases about $120\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$, so a Kekulé ring of three separate double bonds should release about $3 \times 120 = 360\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$. Real benzene releases only $208\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ — it is about $152\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ more stable than the model predicts.

עברית

בנזן הוא מצעג משוכלל ושטוח. לכל פחמן יש sp² היברידיות, והוא משתמש בשלושת האורביטליים היברידיים שלו ליצירת קשרי סigma σ עם שני פחמנים שכנים ואחד מימן. הדבר יוצר טבעת של קשרי σ.

לכל פחמן נותר גם אלקטרון אחד באורביטל p העומד אנכית לטבעת. אורביטלי ה-p הללו חופפים בצדדים לאורך כל הטבעת, ויוצרים מערכת אחת של קשר פיי π מופץ — טבעת של אלקטרונים מעל ומתחת למישור. מכיוון שהאלקטרונים מתחלקים באופן שווה, כל שישה קשרי C–C זהים באורכם, ובנזן יציבות גבוהה מאוד.

מצעג בנזן עם אורביטל p עומד על כל פחמן, החופף לענן מופץ מוצל מעל ומתחת לטבעת
קישור בבנזן: מסגרת sp$^2$ $\sigma$ יוצרת את המצעג השטוח, בעוד שאורביטלי ה-p חופפים למערכת מופצה אחת $\pi$ מעל ומתחת לטבעת

איך אנו יודעים שבנזן באמת מופץ? עדות חזקה אחת היא שינוי האנטלפיה בהידרוגנציה. הוספת מימן לקשר כפול C=C אחד (כמו בציκλοהקסן) משחררת כ-$120\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$, ולכן טבעת קיקולé עם שלושה קשרים כפולים נפרדים אמורה לשחרר כ-$3 \times 120 = 360\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$. בנזן אמיתי משחרר רק $208\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ — הוא יציב יותר ב-$152\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ מהמודל חוזה.

תרשים רמות אנרגיה: הידרוגנציה של המודל הקיקולé הייתה משחררת 360 kJ/mol אך בנזן אמיתי משחרר רק 208, כך שבנזן אמיתי נמצא כ-152 kJ/mol נמוך באנרגיה מהמודל
עדות לפיזור: בנזן אמיתי משחרר הרבה פחות בהידרוגנציה ($-208\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$) מאשר המודל הקיקולé חוזה ($-360 = 3\times$ ציκλοהקסן), ולכן הוא יציב יותר ב-$152\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$ מהמצופה
Explore · ⁨חקור⁩

Benzene bonding lab · ⁨מעבדת הקשרים בבנזן⁩

Follow the evidence for a planar delocalised benzene ring. · ⁨עקבו אחרי העדויות לטבעת בנזן מישורית ומתכנסת.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
benzene/ˈbenziːn/ בנזן
benzene ring/ˈbenziːn rɪŋ/ טבעת בנזן
electrophilic substitution/ɪˌlektrəʊˈfɪlɪk ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ החלפה אלקטרופילית
addition–elimination/əˈdɪʃn ɪˌlɪmɪˈneɪʃn/ חיבור–הוצאה
hybridisation/ˌhaɪbrɪdaɪˈzeɪʃn/ היברידיזציה
sigma bond/ˈsɪɡmə bɒnd/ קשר סigma
delocalised/dɪˈlɒkəlaɪzd/ מפוזר
pi bond/paɪ bɒnd/ קשר פיי
enthalpy change of hydrogenation/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdrɒdʒəneɪʃn/ שינוי אנטלפיה של הידרוגנציה
enantiomers/eˈnæntɪəməz/ אננטיומרים
plane polarised light/pleɪn ˈpəʊləraɪzd laɪt/ אור מקוטב מישורי
optically active/ˈɒptɪkli ˈæktɪv/ פעיל אופטית
racemic mixture/rəˈsiːmɪk ˈmɪkstʃə/ תערובת רצמית
chirality/kaɪˈrælɪti/ כירליות
chiral centre/ˈkaɪrəl ˈsentə/ מרכז כיראל
chiral catalyst/ˈkaɪrəl ˈkætəlɪst/ קItemsal catalyst כיראלי
29.4

Optical isomerism · ⁨איזומריזם אופטי⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. understand that enantiomers have identical physical and chemical properties apart from their ability to rotate plane polarised light and their potential biological activity
  2. understand and use the terms optically active and racemic mixture
  3. describe the effect on plane polarised light of the two optical isomers of a single substance
  4. explain the relevance of chirality to the synthetic preparation of drug molecules including: (a) the potential different biological activity of the two enantiomers (b) the need to separate a racemic mixture into two pure enantiomers (c) the use of chiral catalysts to produce a single pure optical isomer (Candidates should appreciate that compounds can contain more than one chiral centre, but knowledge of meso compounds and nomenclature such as diastereoisomers is not required.)
עברית
  1. הבן שאנטיומרים הם בעלי תכונות פיזיקליות וכימיות זהות למעט יכולתם לסובב אור מקוטב מישורי ופעילות ביולוגית אפשרית
  2. הבן ובא בשימוש במונחים פעיל אופטית ותערובת רצמית
  3. תאר את ההשפעה על אור מקוטב מישורי של שני האיזומרים האופטיים של חומר יחיד
  4. הסבר את הרלוונטיות של כיראליות להכנה סינתטית של מולקולות תרופתיים, כולל: (א) הפוטנציאל לפעילות ביולוגית שונה של שני האנטיומר们 (ב) הצורך להפריד תערובת רצמית לשני אנטיומר们 טהורים (ג) השימוש בקטליזטורים כיראליים לייצור איזומר אופטי טהור יחיד (המועמדים צריכים להבין שתרכובות עשויות להכיל יותר ממרכז כיראלי אחד, אך ידע לגבי תרכובות meso וניקוב כמו דיאסטראואיזומרים אינו נדרש.)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Two enantiomers 对映体 (mirror-image isomers) have identical physical and chemical properties, with two exceptions:

  • they rotate plane polarised light 平面偏振光 in opposite directions. A substance that does this is optically active 旋光活性.
  • they may have different effects in living things (biological activity).

A racemic mixture 外消旋混合物 is a 50:50 mix of the two enantiomers. It does not rotate plane polarised light, because the two opposite rotations cancel out.

Why chirality matters for drugs

Chirality 手性 is important when making medicines. A molecule with a chiral centre 手性中心 has two enantiomers, and they can behave very differently in the body — one may cure while the other does harm. So drug makers either:

  • separate a racemic mixture into the two pure enantiomers, or
  • use a chiral catalyst 手性催化剂 to make just the single enantiomer they want.

Worked example. Which of butan-1-ol, butan-2-ol and 2-methylpropan-2-ol is chiral? A molecule is chiral if it has a carbon carrying four different groups. Take the carbons one at a time. In butan-2-ol, $\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_2\text{CH}_3$, carbon 2 carries $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{CH}_3$ and $\text{C}_2\text{H}_5$ - four different groups, so it is a chiral centre and butan-2-ol exists as two optical isomers. Butan-1-ol's carbon 1 carries two hydrogens, and the central carbon of 2-methylpropan-2-ol carries two identical methyl groups, so neither is chiral. It takes only one repeated group on a carbon to destroy the chirality there - and compare groups properly: $\text{CH}_3$ and $\text{C}_2\text{H}_5$ differ, but only once you look past the first atom.

עברית

שתי אננטיומרים (איזומרים המשתקפים זה בזה) יש להן מאפיינים פיזיקליים וכימיים זהים, עם שתי יוצאים מן הכלל:

  • הן מסובבות אור מקוטב מישורי בכיוונים הפוכים. חומר שעושה זאת הוא פעיל אופטית.
  • ייתכן שיש להן השפעות שונות באורגניזמים חיים (פעילות ביולוגית).

תערובת ראצמית היא מערבוב 50:50 של שתי האננטיומרים. היא לא מסובבת אור מקוטב מישורי, מכיוון שהשתי סיבובים הנגדים מבטלים זה את זה.

אור מקוטב מישורי העובר דרך כל אננטיומר: אחד מסובב את המישור עם כיוון השעון, והאננטיומר ההפוך-מראה מסובב אותו נגד כיוון השעון
שתי האננטיומרים מסובבות אור מקוטב מישורי בכיוונים הפוכים; תערובת ראצמית 50:50 אינה נותנת סיבוב נקי

למה כיראליות חשובה לתרופות

כיראליות היא חשובה בעת ייצור תרופות. למולקולה עם מרכז כיראלי יש שתי אננטיומרים, והן יכולות להתנהג בצורה שונה מאוד בגוף — האחת עשויה לרפא בעוד השנייה לגרום נזק. לכן יצרני תרופות או:

  • מפרידים תערובת ראצמית לשתי האננטיומרים הנקיים, או
  • השתמש בקטליזיר כיראלי כדי לייצר רק את האנאנטיומר הבודד הרצוי.

דוגמה מפורטת. איזה מהמתאנים הבאים: בוטן-1-ול, בוטן-2-ול ו-2-מתילפרופאן-2-ול הוא כיראלי? מולקולה היא כיראלית אם יש בה פחמן הנשען על ארבעה קבוצות שונות. בדוק את הפחמנים אחד אחד. בבוטן-2-ול, $\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_2\text{CH}_3$, הפחמן מס' 2 נשען על $\text{OH}$, $\text{H}$, $\text{CH}_3$ ו-$\text{C}_2\text{H}_5$ - ארבע קבוצות שונות, ולכן זהו מרכז כיראלי והבוטן-2-ול קיים בשתי איזומרים אופטיים. בפחמן מס' 1 של בוטן-1-ול ישנם שני אטומי מימן, ובפחמן המרכזי של 2-מתילפרופאן-2-ול ישנם שתי קבוצות מתיל זהות, ולכן אף אחת מהן אינה כיראלית. מספיק קבוצה חוזרת אחת על פחמן כדי לבטל את הכיראליות במקום זה - ועוד, השווה בין קבוצות באופן נכון: $\text{CH}_3$ ו-$\text{C}_2\text{H}_5$ שונים, אך רק לאחר שתסתכל מעבר לאטום הראשון.

Explore · ⁨חקור⁩

Optical isomerism lab · ⁨מעבדת איזומריזם אופטי⁩

Identify when a molecule can have non-superimposable mirror images. · ⁨זהה מתי למולקולה יכולים להיות תמונות מראה שאינן חופפות.⁩

29.4

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Optical isomers need a chiral carbon (four different groups); they are non-superimposable mirror images that rotate plane-polarised light oppositely.
  • A racemic mixture forms when a planar intermediate (carbocation or $\text{C}=\text{O}$) is attacked equally from both sides.
  • Benzene's delocalised ring (equal bond lengths, planar) explains its stability versus the Kekulé model.
  • Learn the two new mechanisms — electrophilic substitution of arenes, and nucleophilic addition-elimination.
עברית
  • איזומרים אופטיים דורשים פחמן כיראלי (ארבע קבוצות שונות); הם תמונות ראי שאינן חופפות זו על זו ומסובבים אור מקוטב במישור בכיוונים הפוכים.
  • תערובת רצמית נוצרת כאשר ביניים פלסטי (קרבוקטיון או $\text{C}=\text{O}$) נפגע באופן שווה משני הצדדים.
  • הטבעת המוצללת של בנזן (אורך קשרים שווה, פלסטית) מסבירה את יציבותה לעומת מודל הקלקול.
  • למד את שני המנגנונים החדשים - החלפה אלקטרופילית של ארנים, והוספה-סינון נוקליאופילית.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP