Reactive Intermediates Questions in Gujarati

(B) સિંગલેટ કાર્બીનમાં,કાર્બન પરમાણુ $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે,જ્યારે ટ્રિપલેટ કાર્બીનમાં તે $sp$ સંકરણ ધરાવે છે.
ટ્રિપલેટ કાર્બીન એ હન્ડના નિયમ અને ઇલેક્ટ્રોન-ઇલેક્ટ્રોન અપાકર્ષણ ઘટવાને કારણે સિંગલેટ કાર્બીન કરતા વધુ સ્થાયી છે.
સિંગલેટ હેલોકાર્બીન્સની સ્થિરતાનો ક્રમ $CHF > CHCl > CHBr$ છે,જે હેલોજનના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મથી કાર્બનની ખાલી $p$-કક્ષકમાં થતા બેક-બોન્ડિંગને કારણે છે.
તેથી,વિકલ્પ $(b)$ માં આપેલ વિધાન ખોટું છે.

(A) બ્રિજહેડ કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા બ્રેડટના નિયમ અને બ્રિજહેડ સ્થાન પર સમતલીય $sp^2$ સંકરણ ધરાવતા ભૌમિતિક આકારને સ્વીકારવાની ક્ષમતા દ્વારા નક્કી થાય છે.
આપેલા વિકલ્પોમાં,$1$-બાયસાઇક્લો$[2.2.2]$ઓક્ટાઇલ કેટાયન સૌથી વધુ સ્થાયી છે કારણ કે અન્ય બાયસાઇક્લિક સિસ્ટમોની તુલનામાં વલયોનું કદ મોટું હોવાથી બ્રિજહેડ કાર્બન વધુ સરળતાથી લગભગ સમતલીય ભૌમિતિક આકાર પ્રાપ્ત કરી શકે છે.
$[2.2.1]$ (નોરબોર્નાઇલ) અથવા $[2.1.1]$ જેવી નાની બાયસાઇક્લિક સિસ્ટમો બ્રિજહેડ કાર્બન પર નોંધપાત્ર તાણ પેદા કરે છે,જે સમતલીય $sp^2$ કાર્બોકેટાયનનું નિર્માણ અત્યંત પ્રતિકૂળ બનાવે છે.

(B) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા રેઝોનન્સ,ઇન્ડક્ટિવ ઇફેક્ટ અને હાઇપરકોન્જુગેશન જેવા પરિબળો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$2$-ક્લોરોટેટ્રાહાઇડ્રોપાયરાનના કિસ્સામાં,$C-Cl$ બંધના વિષમ વિભાજનથી ઓક્સિજન પરમાણુની બાજુમાં કાર્બોકેટાયન ઉત્પન્ન થાય છે.
ઓક્સિજન પરમાણુ પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ કાર્બોકેટાયનની ખાલી $p$-ઓર્બિટલમાં સ્થાનાંતરિત થઈ શકે છે,જે ઓક્સોકાર્બેનિયમ આયન બનાવે છે.
આ રચના અત્યંત સ્થાયી છે કારણ કે કાર્બન સહિત દરેક પરમાણુ અષ્ટક પૂર્ણ કરે છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી $2$-ક્લોરોટેટ્રાહાઇડ્રોપાયરાન સૌથી વધુ સ્થાયી કાર્બોકેટાયન બનાવે છે.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા ધન વીજભારિત કાર્બન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા વિસ્થાપકોની ઇલેક્ટ્રોનિક અસરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$(I)$ $CH_3O-C_6H_4-CH_2^+$: $-OCH_3$ સમૂહ પ્રબળ $+M$ (મેસોમેરિક) અસર દર્શાવે છે,જે કાર્બોકેટાયનને નોંધપાત્ર રીતે સ્થિર કરે છે.
$(II)$ $C_6H_5-CH_2^+$: આ બેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયન છે,જે બેન્ઝીન રિંગ સાથેના અનુનાદ દ્વારા સ્થિર થાય છે.
$(III)$ $CH_3-C_6H_4-CH_2^+$: $-CH_3$ સમૂહ $+I$ (પ્રેરક) અસર અને હાઇપરકોન્જુગેશન દર્શાવે છે,જે મધ્યમ સ્થિરતા આપે છે.
$(IV)$ $CH_3-CH_2-CH_2^+$: આ પ્રાથમિક આલ્કાઇલ કાર્બોકેટાયન છે,જે આપેલા વિકલ્પોમાં સૌથી ઓછું સ્થિર છે.
આમ,સ્થિરતાનો વધતો ક્રમ: $IV < II < III < I$ છે.

(B) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલા વિસ્થાપકોની ઇલેક્ટ્રોનિક અસરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$1$. $-NO_2$ સમૂહ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહ ($-I$ અને $-M$ અસરો) છે.
$2$. $o$-નાઇટ્રોબેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયનમાં,$-NO_2$ સમૂહ ઓર્થો સ્થાન પર છે,જે $-I$ અને $-M$ બંને અસરોને કારણે પ્રબળ અસ્થિરતા પેદા કરે છે,જે તેને આપેલા વિકલ્પોમાં સૌથી ઓછો સ્થાયી બનાવે છે.
$3$. $m$-નાઇટ્રોબેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયન એ ઓર્થો-આઇસોમર કરતા વધુ સ્થાયી છે કારણ કે $-M$ અસર મેટા સ્થાન પર સીધી રીતે કાર્ય કરતી નથી.
$4$. $p$-મિથોક્સી સમૂહ ઇલેક્ટ્રોન-દાતા ($+M$ અસર) છે,જે કાર્બોકેટાયનને નોંધપાત્ર રીતે સ્થિર કરે છે.
$5$. તેથી,$o$-નાઇટ્રોબેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયન સૌથી ઓછો સ્થાયી છે.

(C) કાર્બેનાયનની સ્થિરતા મુખ્યત્વે ઇન્ડક્ટિવ ઇફેક્ટ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આલ્કાઇલ જૂથો ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ ($+I$ અસર) હોય છે.
કાર્બેનાયન પર પહેલેથી જ ઋણ વીજભાર હોવાથી,ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ જૂથોની હાજરી કાર્બન પરમાણુ પર ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે,જે કાર્બેનાયનને અસ્થિર બનાવે છે.
તેથી,સ્થિરતાનો ક્રમ છે: $\text{મિથાઇલ એનાયન} > \text{ઇથાઇલ એનાયન} > \text{આઇસોબ્યુટાઇલ એનાયન} > t-\text{બ્યુટાઇલ એનાયન}$.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી,મિથાઇલ એનાયન $(CH_3^-)$ સૌથી વધુ સ્થિર છે કારણ કે તેમાં ઋણ વીજભારિત કાર્બન સાથે જોડાયેલા કોઈ ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ આલ્કાઇલ જૂથો નથી.

(D) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલા વિસ્થાપકોની ઇલેક્ટ્રોનિક અસરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$1$. $p-CH_3O-C_6H_4-CH_2^+$ $(B)$: પેરા સ્થાન પર રહેલ $-OCH_3$ સમૂહ પ્રબળ $+M$ અસર દર્શાવે છે,જે ધન વીજભારને સ્થિર કરે છે.
$2$. $C_6H_5-CH_2^+$ $(C)$: આ બેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયન છે,જે માત્ર ફિનાઇલ રિંગ સાથેના સંસ્પંદન દ્વારા સ્થિર થાય છે.
$3$. $m-CH_3O-C_6H_4-CH_2^+$ $(A)$: મેટા સ્થાન પર રહેલ $-OCH_3$ સમૂહ $+M$ અસર દર્શાવતું નથી,પરંતુ $-I$ અસર દર્શાવે છે,જે તેને અસ્થિર બનાવે છે.
$4$. $p-NO_2-C_6H_4-CH_2^+$ $(D)$: પેરા સ્થાન પર રહેલ $-NO_2$ સમૂહ પ્રબળ $-M$ અને $-I$ અસર દર્શાવે છે,જે કાર્બોકેટાયનને ખૂબ જ અસ્થિર બનાવે છે.
તેથી,સ્થિરતાનો ક્રમ $B > C > A > D$ છે.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા ઓક્સિજન જેવા અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ ધરાવતા વિષમ પરમાણુની હાજરી દ્વારા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે,જે રેઝોનન્સ સ્થિરીકરણ (બેક-બોન્ડિંગ) ને કારણે થાય છે.
વિકલ્પ $A$ માં,ધન વીજભાર સીધો ઓક્સિજન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા કાર્બન પર છે. ઓક્સિજન પરનું અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ કાર્બોકેટાયનની ખાલી $p$-ઓર્બિટલમાં સ્થાનાંતરિત થઈ શકે છે,જે એક સ્થાયી ઓક્સોનિયમ આયન બંધારણ $(C=O^+)$ બનાવે છે.
અન્ય વિકલ્પોમાં,ધન વીજભાર ઓક્સિજન પરમાણુથી દૂર છે,જેનો અર્થ છે કે રેઝોનન્સ સ્થિરીકરણની અસર કાં તો ગેરહાજર છે અથવા ઘણી નબળી છે.
તેથી,વિકલ્પ $A$ માં રહેલ કાર્બોકેટાયન સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા નક્કી કરવા માટે,આપણે રેઝોનન્સ,હાઇપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ અસરોને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ.
$1$. $C_6H_5-CH_2^+$ એ બેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયન છે,જે બેન્ઝીન રિંગ સાથે રેઝોનન્સ દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
$2$. $CH_2=CH-CH_2^+$ એ એલાઈલ કાર્બોકેટાયન છે,જે રેઝોનન્સ દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
$3$. $CH_3-CH^+-CH_3$ એ સેકન્ડરી $(2^\circ)$ કાર્બોકેટાયન છે,જે હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
$4$. $HO-CH_2^+$ એ ઓક્સિજનની લોન પેરની $+M$ અસર દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
આની સરખામણી કરતા,બેન્ઝાઇલ કાર્બોકેટાયન $(C_6H_5-CH_2^+)$ એ સમગ્ર બેન્ઝીન રિંગ પર ધન વીજભારના વ્યાપક વિસ્થાનિકરણને કારણે વધુ સ્થાયી છે.

(C) કાર્બેનાયનની સ્થિરતા ઋણ વીજભાર ધરાવતા કાર્બન પરમાણુના સંકરણ પર આધાર રાખે છે. વિદ્યુતઋણતાનો ક્રમ $sp > sp^2 > sp^3$ છે. જેમ $s$-ગુણધર્મ વધે છે,તેમ કાર્બન પરમાણુની વિદ્યુતઋણતા વધે છે,જે તેને ઋણ વીજભારને જાળવી રાખવા માટે વધુ સક્ષમ બનાવે છે. તેથી,કાર્બેનાયન માટે સ્થિરતાનો ક્રમ $CH \equiv \mathop {\ddot C}\limits^\Theta (sp) > CH_2 = \mathop {\ddot C}\limits^\Theta H (sp^2) > CH_3 - \mathop {\ddot C}\limits^\Theta H_2 (sp^3)$ છે.
વિકલ્પ $C$ એ એસીટેટ આયન $(CH_3COO^-)$ અને ફિનોક્સાઈડ આયન $(C_6H_5O^-)$ ની સ્થિરતાની સરખામણી કરે છે. એસીટેટમાં,ઋણ વીજભાર બે સમાન ઓક્સિજન પરમાણુઓ પર વિસ્થાનિકૃત થાય છે,જ્યારે ફિનોક્સાઈડમાં તે એક ઓક્સિજન અને એરોમેટિક વલય પર વિસ્થાનિકૃત થાય છે. સમાન સંસ્પંદન બંધારણોને કારણે એસીટેટ આયન વધુ સ્થિર છે.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા મુખ્યત્વે રેઝોનન્સ,હાઇપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ અસરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$1$. ફ્લુઓરેનાઇલ કેટાયન (વિકલ્પ $A$) અત્યંત સ્થાયી છે કારણ કે ધન વીજભાર બે બેન્ઝીન વલયો પર વિસ્તરેલો (delocalized) છે,જે તેને એરોમેટિક સિસ્ટમ બનાવે છે.
$2$. ઇન્ડેનાઇલ કેટાયન (વિકલ્પ $B$) પણ એરોમેટિક છે,પરંતુ તે ફ્લુઓરેનાઇલ કેટાયન કરતા ઓછું સ્થાયી છે.
$3$. ઇન્ડેનાઇલ કેટાયન (ઇન્ડેન) (વિકલ્પ $C$) અને બાયસાયક્લો[$4.3$.$0$]નોનાઇલ કેટાયન (વિકલ્પ $D$) એરોમેટિક નથી અને ઘણા ઓછા સ્થાયી છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી ફ્લુઓરેનાઇલ કેટાયન સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

(C) આપેલ મધ્યવર્તી સંયોજનો બેન્ઝીન વલયમાં સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયી થયેલા કાર્બેનાયન છે.
$-NO_2$ જેવો ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહ $(EWG)$ પ્રેરક અને સંસ્પંદન અસરો દ્વારા ઋણ વીજભારનું વિખેરણ કરીને કાર્બેનાયનની સ્થિરતા વધારે છે.
જ્યારે $-NO_2$ સમૂહ ઋણ વીજભારની સાપેક્ષમાં ઓર્થો અથવા પેરા સ્થાન પર હોય ત્યારે આ સ્થિરીકરણ સૌથી વધુ અસરકારક હોય છે,કારણ કે ઋણ વીજભાર સીધો નાઈટ્રો સમૂહના ઓક્સિજન પરમાણુઓ પર વિસ્થાપિત થઈ શકે છે.
વિકલ્પ $C$ માં,$-NO_2$ સમૂહ પેરા સ્થાન પર છે,જે મેટા સ્થાન (વિકલ્પ $B$) અથવા કોઈ વિસ્થાપક ન હોય (વિકલ્પ $A$) તેની તુલનામાં મહત્તમ સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
તેથી,વિકલ્પ $C$ માં રહેલ મધ્યવર્તી સંયોજન સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

(D) કાર્બેનાયનની સ્થિરતા તેના પર રહેલા ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહો $(EWG)$ દ્વારા વધે છે અને ઇલેક્ટ્રોન-દાતા સમૂહો $(EDG)$ દ્વારા ઘટે છે.
$1.$ વિકલ્પ $A$ એ આલ્કાઈલ કાર્બેનાયન છે જેમાં ફિનાઈલ સમૂહ દૂર છે,જે ન્યૂનતમ સ્થિરતા આપે છે.
$2.$ વિકલ્પ $B$ એ બેન્ઝાઈલ કાર્બેનાયન છે,જે ફિનાઈલ રિંગ સાથેના સંસ્પંદન (resonance) દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
$3.$ વિકલ્પ $C$ માં $-OCH_3$ સમૂહ છે,જે ઇલેક્ટ્રોન-દાતા સમૂહ ($+M$ અસર દ્વારા) છે,તેથી તે કાર્બેનાયનને અસ્થાયી બનાવે છે.
$4.$ વિકલ્પ $D$ માં $-NO_2$ સમૂહ છે,જે એક પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહ ($-M$ અને $-I$ અસર દ્વારા) છે. તે સંસ્પંદન દ્વારા ઋણ વીજભારને અસરકારક રીતે ફેલાવે છે,જે તેને આપેલા વિકલ્પોમાં સૌથી વધુ સ્થાયી કાર્બેનાયન બનાવે છે.

(C) $(I)$ અને $(III)$ માં,ધન વીજભાર સંસ્પંદન દ્વારા વિસ્થાનિકૃત થાય છે અને કાર્બોકેટાયન લાક્ષણિકતા નજીકના આલ્કાઈલ જૂથની હાજરી દ્વારા સ્થિર થાય છે.
ખાસ કરીને,$(I)$ એ દ્વિતીયક $(2^\circ)$ એલાઈલિક કાર્બોકેટાયન છે અને $(III)$ એ પ્રાથમિક $(1^\circ)$ એલાઈલિક કાર્બોકેટાયન છે.
જોકે,$(I)$ માં ધન વીજભાર દ્વિતીયક કાર્બન પર છે,જ્યારે $(III)$ માં તે પ્રાથમિક કાર્બન પર છે.
$(II)$ માં,ધન વીજભાર પ્રાથમિક કાર્બન પર છે અને તે એલાઈલિક છે.
સંસ્પંદન બંધારણો અને પ્રેરક અસરોની તુલના કરતા,$(I)$ અને $(III)$ એલાઈલિક સિસ્ટમની પ્રકૃતિ અને મિથાઈલ જૂથની ઈલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ અસરોને કારણે વધુ સ્થિરતા દર્શાવે છે.
આમ,સાચો ક્રમ $(I) \approx (III) > (II)$ છે.

(B) મુક્ત મુલકોની સ્થિરતા અનુનાદ (resonance) અને પ્રેરક અસર (inductive effect) દ્વારા નક્કી થાય છે.
$1$. અનુનાદ સ્થિરીકરણ: ટ્રાયફિનાઇલમિથાઇલ મુક્ત મુલક $(C_6H_5)_3\dot{C}$ એ ડાયફિનાઇલમિથાઇલ મુક્ત મુલક $(C_6H_5)_2\dot{C}H$ કરતા વધુ સ્થિર છે કારણ કે તેમાં અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોનના વિસ્થાનિકરણ માટે વધુ ફિનાઇલ જૂથો છે.
$2$. પ્રેરક અસર: આલ્કાઇલ મુક્ત મુલકો આલ્કાઇલ જૂથોની $+I$ અસર દ્વારા સ્થિર થાય છે. તૃતીયક બ્યુટાઇલ મુક્ત મુલક $(CH_3)_3\dot{C}$ એ આઇસોપ્રોપાઇલ મુક્ત મુલક $(CH_3)_2\dot{C}H$ કરતા વધુ સ્થિર છે.
$3$. એકંદરે ક્રમ: અનુનાદ દ્વારા સ્થિર થયેલા મુક્ત મુલકો આલ્કાઇલ મુક્ત મુલકો કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધુ સ્થિર હોય છે.
તેથી,સ્થિરતાનો વધતો ક્રમ છે: $(CH_3)_2\dot{C}H < (CH_3)_3\dot{C} < (C_6H_5)_2\dot{C}H < (C_6H_5)_3\dot{C}$.

(B) કાર્બેનાયન એ એવી સ્પીસીઝ છે જેમાં કાર્બન પરમાણુ પર ઋણ વીજભાર અને એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોય છે.
કાર્બેનાયનમાં,મધ્યસ્થ કાર્બન પરમાણુ $sp^3$ સંકરણ ધરાવે છે.
ત્રણ બંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ અને એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મની હાજરીને કારણે,કાર્બેનાયનનો આકાર એમોનિયા $(NH_3)$ ની જેમ પિરામિડલ હોય છે.
આમ,વિધાન સાચું છે.
કાર્બેનાયનમાં કાર્બન પરમાણુ તેની સંયોજકતા કક્ષામાં $8$ ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે (ત્રણ બંધમાંથી છ અને અબંધકારક યુગ્મમાંથી બે),જે તેનું અષ્ટક પૂર્ણ કરે છે.
આમ,કારણ પણ સાચું છે.
જોકે,પિરામિડલ આકાર $sp^3$ સંકરણ અને અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મની હાજરીને કારણે છે,માત્ર કાર્બન પાસે અષ્ટક છે તે કારણ નથી.
તેથી,કારણ એ વિધાનની સાચી સમજૂતી નથી.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા ઇન્ડક્ટિવ ઇફેક્ટ $(+I)$ અને હાઇપરકોન્જુગેશન ($\alpha-H$ પરમાણુઓની સંખ્યા) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
$1$. $(CH_{3})_{3}C^{+}$ એ તૃતીયક $(3^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે જેમાં $9$ $\alpha-H$ પરમાણુઓ છે.
$2$. $CH_{3}CH_{2}CH^{+}CH_{2}CH_{3}$ એ દ્વિતીયક $(2^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે જેમાં $4$ $\alpha-H$ પરમાણુઓ છે.
$3$. $CH_{3}CH^{+}CH_{2}CH_{2}CH_{3}$ એ દ્વિતીયક $(2^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે જેમાં $3$ $\alpha-H$ પરમાણુઓ છે.
$4$. $CH_{3}CH_{2}CH_{2}^{+}$ એ પ્રાથમિક $(1^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે જેમાં $2$ $\alpha-H$ પરમાણુઓ છે.
સ્થિરતાનો ક્રમ $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$ હોવાથી, તૃતીયક કાર્બોકેટાયન $(CH_{3})_{3}C^{+}$ સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

(C) $-NO_2$ સમૂહ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહ ($-I$ અને $-M$ અસરો) છે.
ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક વિસ્થાપનમાં,મધ્યવર્તી કાર્બોકેટાયન (એરેનિયમ આયન) ની સ્થિરતા ઓરિએન્ટેશન નક્કી કરે છે.
જ્યારે ધન વીજભાર ઓર્થો અથવા પેરા સ્થાન પર હોય છે,ત્યારે તે $-NO_2$ સમૂહ સાથે સીધા સંયુગ્મનમાં આવે છે,જે ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક અસરને કારણે નોંધપાત્ર અસ્થિરતા તરફ દોરી જાય છે.
જ્યારે ધન વીજભાર મેટા સ્થાન પર હોય છે,ત્યારે તે $-NO_2$ સમૂહ સાથે સીધા સંયુગ્મનમાં હોતું નથી,જે તેને ઓર્થો અને પેરા મધ્યવર્તીઓ કરતા પ્રમાણમાં વધુ સ્થાયી બનાવે છે.
તેથી,મેટા-વિસ્થાપિત કાર્બોકેટાયન વિકલ્પોમાં સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

(A) આ પ્રક્રિયામાં મુક્ત મુલક મધ્યવર્તી $[A]$ નું નિર્માણ થાય છે,ત્યારબાદ તે આલ્કીન સાથે જોડાઈને નીપજ $B$ બનાવે છે.
$1$. પ્રથમ તબક્કામાં,પેરોક્સાઈડ અને ગરમી સાથે $2$-મિથાઈલબ્યુટેન નાઈટ્રાઈલની પ્રક્રિયા તૃતીયક કાર્બન પરથી હાઈડ્રોજન પરમાણુનું નિષ્કર્ષણ કરે છે,જેનાથી સૌથી સ્થાયી તૃતીયક મુક્ત મુલક $(CH_3)_2CH-\dot{C}(CN)CH_3$ બને છે.
$2$. બીજા તબક્કામાં,મુલક $[A]$ ટર્મિનલ આલ્કીન $CH_3CH_2CH_2CH=CH_2$ (પેન્ટ-$1$-ઈન) સાથે જોડાય છે.
$3$. અંતિમ નીપજ $B$ નું બંધારણ $CH_3CH_2CH_2CH_2-C(CH_3)_2-CN$ છે.

(C) બેઝિકતા $\propto \frac{1}{\text{સ્થાયિત્વ}}$.
આપેલ કાર્બેનાયનનું સ્થાયિત્વ:
$(v)$ $CN^{-}$: ઋણ વીજભાર નાઈટ્રોજન પરમાણુ પર છે (વધુ વિદ્યુતઋણ) અને તે ત્રિબંધની $-I$ અસર દ્વારા પણ સ્થાયી થાય છે. તે સૌથી વધુ સ્થાયી છે.
$(iii)$ $HC \equiv C^{-}$: ઋણ વીજભાર $sp$ સંકરણ ધરાવતા કાર્બન પરમાણુ પર છે. તે $sp^2$ અથવા $sp^3$ સંકરણ ધરાવતા કાર્બન કરતા વધુ સ્થાયી છે.
$(ii)$ $H_2C=CH-CH_2^{-}$: ઋણ વીજભાર સંસ્પંદન (resonance) દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
$(iv)$ $CH_3^{-}$: ઋણ વીજભાર $sp^3$ સંકરણ ધરાવતા કાર્બન પરમાણુ પર છે.
$(i)$ $(CH_3)_3C^{-}$: ઋણ વીજભાર $sp^3$ સંકરણ ધરાવતા કાર્બન પરમાણુ પર છે,જે ત્રણ મિથાઈલ સમૂહોની $+I$ અસર દ્વારા વધુ અસ્થાયી બને છે. તે સૌથી ઓછું સ્થાયી છે.
સ્થાયિત્વનો ક્રમ: $(v) > (iii) > (ii) > (iv) > (i)$.
બેઝિકતા $\propto \frac{1}{\text{સ્થાયિત્વ}}$ હોવાથી,બેઝિકતાનો વધતો ક્રમ: $(v) < (iii) < (ii) < (iv) < (i)$ છે.

(N/A) વિષમ વિભાજનમાં સહસંયોજક બંધનું એ રીતે વિભાજન થાય છે કે જેથી ભાગીદારીના બંને ઇલેક્ટ્રોન એક ટુકડા (fragment) પર રહે છે.
$(a)$ $CH_{3}-SCH_{3} \rightarrow CH_{3}^{+} + ^{-}SCH_{3}$
(સલ્ફર પરમાણુ કાર્બન પરમાણુ કરતા વધુ વિદ્યુતઋણ છે,તેથી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ સલ્ફર તરફ જાય છે.)
$(b)$ $CH_{3}-CN \rightarrow CH_{3}^{+} + ^{-}CN$
(નાઇટ્રોજન ધરાવતો સમૂહ કાર્બન પરમાણુ કરતા વધુ વિદ્યુતઋણ છે,તેથી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ સાયનાઇડ સમૂહ તરફ જાય છે.)
$(c)$ $CH_{3}-Cu \rightarrow ^{-}CH_{3} + Cu^{+}$
(કાર્બન કોપર કરતા વધુ વિદ્યુતઋણ છે,તેથી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ કાર્બન પરમાણુ તરફ જાય છે.)

(N/A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા મુખ્યત્વે પ્રેરક અસર (inductive effect) અને અતિસંયુગ્મન (hyperconjugation) દ્વારા નક્કી થાય છે.
$((CH_3)_3C)^+$ માં,અતિસંયુગ્મન માટે $9$ $\alpha$-$C-H$ બંધ ઉપલબ્ધ છે,જે નોંધપાત્ર સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
$(CH_3CH_2)^+$ માં,અતિસંયુગ્મન માટે માત્ર $3$ $\alpha$-$C-H$ બંધ ઉપલબ્ધ છે,જે તેને તૃતીયક કાર્બોકેટાયન કરતા ઓછું સ્થાયી બનાવે છે.
$(CH_3)^+$ માં,અતિસંયુગ્મન માટે કોઈ $\alpha$-$C-H$ બંધ ઉપલબ્ધ નથી. વધુમાં,ખાલી $p$-કક્ષક એ $C-H$ બંધના સમતલને લંબ હોય છે,જે કોઈપણ ઓવરલેપને અટકાવે છે. આમ,$(CH_3)^+$ માં અતિસંયુગ્મન સ્થિરતાનો અભાવ છે અને તે સૌથી ઓછું સ્થાયી છે.

(N/A) આપેલ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહને દર્શાવવા માટે વક્ર-તીરનો ઉપયોગ કરીને બંધ વિખંડન:
$CH_3O-OCH_3 \rightarrow CH_3O^{\bullet} + ^{\bullet}OCH_3$
આ હોમોલિટીક વિખંડનનું ઉદાહરણ છે કારણ કે દરેક પરમાણુ સહિયારી જોડીમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન લે છે. રચાયેલ પ્રતિક્રિયા મધ્યવર્તી મુક્ત મુલક છે.
$(b)$ આપેલ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહને દર્શાવવા માટે વક્ર-તીરનો ઉપયોગ કરીને બંધ વિખંડન:
$CH_3-CO-CH_3 + OH^- \rightarrow CH_3-CO-CH_2^- + H_2O$
આ હેટરોલિટીક વિખંડનનું ઉદાહરણ છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોનની સહિયારી જોડી કાર્બન પરમાણુ સાથે રહે છે. રચાયેલ પ્રતિક્રિયા મધ્યવર્તી કાર્બેનાયન છે.
$(c)$ આપેલ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહને દર્શાવવા માટે વક્ર-તીરનો ઉપયોગ કરીને બંધ વિખંડન:
$(CH_3)_3C-Br \rightarrow (CH_3)_3C^+ + Br^-$
આ હેટરોલિટીક વિખંડનનું ઉદાહરણ છે કારણ કે ઇલેક્ટ્રોનની સહિયારી જોડી બ્રોમિન પરમાણુ સાથે રહે છે. રચાયેલ પ્રતિક્રિયા મધ્યવર્તી કાર્બોકેટાયન છે.
$(d)$ આપેલ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહને દર્શાવવા માટે વક્ર-તીરનો ઉપયોગ કરીને બંધ વિખંડન:
$C_6H_6 + E^+ \rightarrow [C_6H_6E]^+$
આ હેટરોલિટીક વિખંડન છે કારણ કે બેન્ઝીન રિંગમાંથી ઇલેક્ટ્રોનની સહિયારી જોડીનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોફાઇલ $E^+$ સાથે બંધ બનાવવા માટે થાય છે. રચાયેલ મધ્યવર્તી કાર્બોકેટાયન (એરેનિયમ આયન) છે.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતાનો ક્રમ: $3^\circ > 2^\circ > 1^\circ$ છે.
$(CH_3)_3C^+$ એ તૃતીયક $(3^\circ)$ કાર્બોકેટાયન છે.
$(CH_3)_3CCH_2^+$ એ પ્રાથમિક $(1^\circ)$ કાર્બોકેટાયન છે.
$CH_3CH_2CH_2^+$ એ પ્રાથમિક $(1^\circ)$ કાર્બોકેટાયન છે.
$CH_3CH^+CH_2CH_3$ એ દ્વિતીયક $(2^\circ)$ કાર્બોકેટાયન છે.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$(CH_3)_3C^+$ એ ધન વીજભારિત કાર્બન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા ત્રણ મિથાઈલ જૂથો દ્વારા મળતી $+I$ અસર અને હાઈપરકોન્જુગેશનને કારણે સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

(N/A) વ્યાખ્યા: જ્યારે સહસંયોજક બંધ એવી રીતે તૂટે કે જેથી બંધના બંને ઇલેક્ટ્રોન (એટલે કે સહિયારી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ) બંધિત પરમાણુઓમાંથી કોઈ એક પરમાણુ લઈ જાય,ત્યારે આ પ્રકારના બંધ વિભાજનને વિષમ વિભાજન (heterolytic fission) કહેવાય છે. વિષમ વિભાજન પછી,એક પરમાણુ પાસે છ ઇલેક્ટ્રોન (sextet) અને ધન વીજભાર હોય છે,જ્યારે બીજા પરમાણુ પાસે અષ્ટક (octet) પૂર્ણ હોય છે અને એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ સાથે ઋણ વીજભાર હોય છે.
$(a)$ કાર્બોકેટાયન ઉત્પન્ન કરતું વિષમ વિભાજન: ઉદાહરણ તરીકે,$CH_3Br$ નું વિષમ વિભાજન $CH_3^+$ (મિથાઈલ કેટાયન) અને $Br^-$ (બ્રોમાઈડ આયન) આપે છે.
$H_3C-Br \xrightarrow{\text{Heterolytic}} H_3C^+ + :Br^-$
$\rightarrow$ $C-Br$ બંધના બંને ઇલેક્ટ્રોન $Br$ પર સ્થાનાંતરિત થાય છે. આમ,$Br$ અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ,અષ્ટક અને ઋણ વીજભાર મેળવે છે.
$\rightarrow$ જે સ્પીસીઝમાં કાર્બન પરમાણુ પાસે છ ઇલેક્ટ્રોન અને $+1$ ધન વીજભાર હોય તેને કાર્બોકેટાયન કહેવાય છે.
$\rightarrow$ $CH_3^+$ માં ધન વીજભારિત કાર્બન $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે અને તેનો આકાર સમતલીય ત્રિકોણીય હોય છે.
$(b)$ કાર્બેનાયન ઉત્પન્ન કરતું વિષમ વિભાજન: વિષમ વિભાજન એવી સ્પીસીઝ પણ આપી શકે છે જેમાં કાર્બન સહિયારી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ મેળવે છે અને ઋણ વીજભારિત બને છે. ઉદાહરણ તરીકે,જ્યારે કાર્બન સાથે જોડાયેલ સમૂહ $Z$ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ વગર દૂર થાય,ત્યારે કાર્બેનાયન બને છે.
$H_3C-Z \xrightarrow{\text{Heterolytic}} H_3C:^- + Z^+$
આ કિસ્સામાં,કાર્બન પરમાણુ સહિયારી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ જાળવી રાખે છે,પરિણામે કાર્બેનાયન $(H_3C:^-)$ બને છે.

(N/A) હોમોલિટીક વિભાજનમાં,સહસંયોજક બંધમાં રહેલી ભાગીદારીની ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મનો એક-એક ઇલેક્ટ્રોન દરેક બંધિત પરમાણુ સાથે જાય છે.
હોમોલિટીક વિભાજનમાં,ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મને બદલે એકલ ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનાંતર થાય છે. આ એકલ ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનાંતર 'અડધા-માથાવાળા' (fish hook) વક્ર તીર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
- આવા વિભાજનના પરિણામે તટસ્થ સ્પીસીઝ (પરમાણુ અથવા સમૂહ) બને છે,જેમાં અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. આ સ્પીસીઝને મુક્ત મુલક (free radicals) કહેવામાં આવે છે.
- કાર્બોકેટાયન અને કાર્બેનાયનની જેમ,મુક્ત મુલકો પણ ખૂબ જ સક્રિય હોય છે.
- હોમોલિટીક વિભાજનને નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય:
$R-Z \xrightarrow{\text{Heat or Light}} \dot{R} + \dot{Z}$
જે કાર્બનિક પ્રતિક્રિયાઓ હોમોલિટીક વિભાજન દ્વારા આગળ વધે છે,તેને મુક્ત મુલક,હોમોપોલર અથવા નોનપોલર પ્રતિક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે.

(N/A) કાર્બનિક સંયોજનોમાં પરમાણુઓ વચ્ચે સહસંયોજક બંધ હોય છે. કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન,સહસંયોજક બંધનું વિખંડન થાય છે. ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણની રીતને આધારે,ત્રણ મુખ્ય પ્રકારની પ્રતિક્રિયાશીલ મધ્યવર્તી સ્પીસીઝ બને છે:
$(a)$ વિષમ વિભાજન (Heterolytic fission) માં,કાર્બોકેટાયન અથવા કાર્બેનાયન બને છે.
$(b)$ સમ વિભાજન (Homolytic fission) માં,મુક્ત મૂલક (Free radical) બને છે.
$(a)$ $(i)$ કાર્બોકેટાયન: એવી સ્પીસીઝ જેમાં કાર્બન પરમાણુ પર ધન વીજભાર હોય છે. ઉદાહરણો: $H_3C^{+}$,$CH_3CH_2^+$,$(CH_3)_2CH^{+}$,$(CH_3)_3C^{+}$. સ્થિરતાનો ક્રમ: $CH_3^+ < CH_3CH_2^+ < (CH_3)_2CH^{+} < (CH_3)_3C^{+}$ (એટલે કે $\text{Methyl} < 1^{\circ} < 2^{\circ} < 3^{\circ}$).
(ii) કાર્બેનાયન: એવી સ્પીસીઝ જેમાં કાર્બન પરમાણુ પર ઋણ વીજભાર હોય છે. ઉદાહરણો: $H_3C^{-}$,$H_3CCH_2^-$,$(H_3C)_2CH^{-}$,$(CH_3)_3C^{-}$. સ્થિરતાનો ક્રમ: $\text{Methyl} > 1^{\circ} > 2^{\circ} > 3^{\circ}$.
$(b)$ મુક્ત મૂલક: આ સહસંયોજક બંધના સમ વિભાજન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. મુક્ત મૂલકમાં કાર્બન પરમાણુ પર એક અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. ઉદાહરણો: $\dot{C}H_3$,$CH_3\dot{C}H_2$,$(CH_3)_2\dot{C}H$,$(CH_3)_3\dot{C}$. સ્થિરતાનો ક્રમ: $\dot{C}H_3 < CH_3\dot{C}H_2 < (CH_3)_2\dot{C}H < (CH_3)_3\dot{C}$ (એટલે કે $1^{\circ} < 2^{\circ} < 3^{\circ}$).

(N/A) સહસંયોજક બંધના વિખંડનથી ઉત્પન્ન થતા પ્રતિક્રિયાશીલ મધ્યવર્તીઓ કાર્બોકેટાયન,કાર્બેનાયન અને મુક્ત મુલક છે.

મધ્યવર્તી	$1^{\circ}$ (પ્રાથમિક)	$2^{\circ}$ (દ્વિતીયક)	$3^{\circ}$ (તૃતીયક)
કાર્બોકેટાયન	$CH_3^+, CH_3CH_2^+$	$(CH_3)_2CH^+$	$(CH_3)_3C^+$
કાર્બેનાયન	$:CH_3^-, CH_3CH_2^-$	$(CH_3)_2CH^-$	$(CH_3)_3C^-$
મુક્ત મુલક	$CH_3\bullet, CH_3CH_2\bullet$	$(CH_3)_2CH\bullet$	$(CH_3)_3C\bullet$

લાક્ષણિકતાઓ:
$1$. આ મધ્યવર્તીઓ રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન બનતી અત્યંત અસ્થાયી અને પ્રતિક્રિયાશીલ જાતિઓ છે.
$2$. આ મધ્યવર્તીઓની સ્થિરતા જોડાયેલા આલ્કાઈલ સમૂહોની પ્રેરક અસર (inductive effect) અને અતિસંયુગ્મન (hyperconjugation) પર આધાર રાખે છે.
$3$. આ મધ્યવર્તી જાતિઓમાં મધ્યસ્થ કાર્બન પરમાણુ સામાન્ય રીતે અન્ય ત્રણ પરમાણુઓ અથવા સમૂહો સાથે જોડાયેલો હોય છે.

(B) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા નક્કી કરવા માટે,આપણે ધન વીજભારિત કાર્બન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા આલ્કાઈલ જૂથોની સંખ્યા જોઈએ છીએ.
$1.$ વિકલ્પ $A$ માં,કાર્બોકેટાયન $(CH_3)_2CH-CH^+-CH_3$ છે. આ દ્વિતીયક $(2^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે.
$2.$ વિકલ્પ $B$ માં,કાર્બોકેટાયન $(CH_3)_2C^+-CH_2CH_3$ છે. આ તૃતીયક $(3^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે.
$3.$ તૃતીયક કાર્બોકેટાયન,દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન કરતા વધુ સ્થાયી હોય છે કારણ કે તેમાં વધુ હાયપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ અસર જોવા મળે છે.
તેથી,$(CH_3)_2C^+-CH_2CH_3$ સૌથી વધુ સ્થાયી છે.

બેન્ઝોઈલ પેરોક્સાઈડ $(C_6H_5CO)_2O_2$ ના સમવિભાજનમાં $O-O$ બંધ તૂટીને બે બેન્ઝોઈલોક્સી રેડિકલ બનાવે છે,જે ત્યારબાદ ડિકાર્બોક્સિલેશન દ્વારા ફિનાઈલ રેડિકલ અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ બનાવે છે:
$(C_6H_5CO)_2O_2$ $\xrightarrow{\text{Homolysis}} 2 C_6H_5COO\bullet$ $\rightarrow 2 C_6H_5\bullet + 2 CO_2$

(N/A) $(i)$ મુક્ત મુલકોની સ્થિરતા હાયપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ અસરને કારણે મુલક કાર્બન સાથે જોડાયેલા આલ્કાઇલ જૂથોની સંખ્યા સાથે વધે છે: $(CH_3)_3C^{\bullet} > (CH_3)_2CH^{\bullet} > CH_3CH_2^{\bullet} > CH_3^{\bullet}$.
$(ii)$ કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા હાયપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ અસરને કારણે ધન કાર્બન સાથે જોડાયેલા આલ્કાઇલ જૂથોની સંખ્યા સાથે વધે છે: $(CH_3)_3C^{+} > (CH_3)_2CH^{+} > CH_3CH_2^{+} > CH_3^{+}$.

કાર્બોકેટાયન: $CH_3^{+}, (CH_3)_3C^{+}, (CH_3)_2CH^{+}, C_6H_5CH_2^{+}, CH_2=CHCH_2^{+}$
ફ્રી રેડિકલ: $CH_3^{\bullet}, (CH_3)_3C^{\bullet}, C_6H_5CH_2^{\bullet}, CH_2=CHCH_2^{\bullet}$
કાર્બેનાયન: $\bar{C}H_3, (CH_3)_3\bar{C}:, CH_3\ddot{C}H_2$

(A) કાર્બોકેટાયન અને મુક્ત મુલકોની સ્થિરતા મુખ્યત્વે પ્રેરક અસર ($+I$ અસર) અને હાયપરકોન્જુગેશન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
કાર્બોકેટાયન અને મુક્ત મુલકો બંને ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ ધરાવતી સ્પીસીઝ છે.
આલ્કાઇલ જૂથો ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ જૂથો છે અને તેઓ હાયપરકોન્જુગેશન દ્વારા સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
જેમ જેમ મધ્યસ્થ કાર્બન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા આલ્કાઇલ જૂથોની સંખ્યા વધે છે,તેમ સ્થિરતા વધે છે.
તેથી,સ્થિરતાનો ક્રમ $1^{\circ} < 2^{\circ} < 3^{\circ}$ છે.

(N/A) મુક્ત મુલકો,કાર્બેનાયન અને કાર્બોકેટાયન એ કાર્બનિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન બનતા અત્યંત સક્રિય અને અસ્થિર પ્રતિક્રિયા મધ્યવર્તીઓ છે.
$1$. કાર્બોકેટાયન અને કાર્બેનાયન $heterolytic \ cleavage$ (વિષમ વિભાજન) દ્વારા બને છે,જેમાં સહસંયોજક બંધની વહેંચાયેલી ઇલેક્ટ્રોન જોડી ફક્ત એક જ પરમાણુ પર સ્થાનાંતરિત થાય છે.
$2$. મુક્ત મુલકો $homolytic \ cleavage$ (સમ વિભાજન) દ્વારા બને છે,જેમાં બંધાયેલા દરેક પરમાણુ સહસંયોજક બંધની વહેંચાયેલી જોડીમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે.

(N/A) $1$. $Carbocation$: એક એવી સ્પીસીઝ જેમાં કાર્બન પરમાણુ પર ધન વીજભાર હોય છે અને તેની સંયોજકતા કક્ષામાં માત્ર $6$ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. તે ઇલેક્ટ્રોન-ન્યૂન સ્પીસીઝ (ઇલેક્ટ્રોફાઇલ) છે,જે $sp^2$ સંકરણ અને સમતલીય ભૂમિતિ ધરાવે છે.
$2$. $Carbanion$: એક એવી સ્પીસીઝ જેમાં કાર્બન પરમાણુ પર ઋણ વીજભાર હોય છે અને તેની સંયોજકતા કક્ષામાં $8$ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. તે ઇલેક્ટ્રોન-સમૃદ્ધ સ્પીસીઝ (ન્યુક્લિયોફાઇલ) છે,જે $sp^3$ સંકરણ અને પિરામિડલ ભૂમિતિ ધરાવે છે.
$3$. $Free \text{ } radical$: એક એવી સ્પીસીઝ જેમાં કાર્બન પરમાણુ પર એક અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. તે સહસંયોજક બંધના હોમોલિટીક વિભાજન દ્વારા રચાય છે. તે તટસ્થ,ઇલેક્ટ્રોન-ન્યૂન અને અત્યંત સક્રિય હોય છે.

(N/A) જો કાર્બન પરમાણુ ત્રણ સહસંયોજક બંધ અને એક ખાલી કક્ષક ધરાવતો હોય,તો તે $(+1)$ વીજભાર ધરાવે છે.
ઉદાહરણ: બધા કાર્બોકેટાયન,જેમ કે $H_{3}C^{+}$.
જો કાર્બન પરમાણુ ત્રણ બંધ અને એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ ધરાવતો હોય,તો તે $(-1)$ વીજભાર ધરાવે છે.
ઉદાહરણ: બધા કાર્બેનાયન,જેમ કે $H_{3}C^{-}$.

(N/A) મિથેન $(CH_4)$ માંથી પ્રતિક્રિયાશીલ મધ્યવર્તી સંયોજનોનું નિર્માણ બંધના વિભાજન દ્વારા થાય છે:
$1$. સમવિભાજન (Homolytic cleavage): સહસંયોજક બંધ સમાન રીતે તૂટે છે,જેના પરિણામે મિથાઈલ મુક્ત મૂલક $(CH_3^{\bullet})$ અને હાઈડ્રોજન મુક્ત મૂલક $(H^{\bullet})$ બને છે.
$2$. અસમવિભાજન (Heterolytic cleavage): સહસંયોજક બંધ અસમાન રીતે તૂટે છે,જેમાં સહિયારી ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ એક ટુકડા સાથે રહે છે.
- જો કાર્બન પરમાણુ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ જાળવી રાખે,તો મિથાઈલ કાર્બેનાયન $(CH_3^-)$ અને પ્રોટોન $(H^+)$ બને છે.
- જો હાઈડ્રોજન પરમાણુ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ જાળવી રાખે,તો મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન $(CH_3^+)$ અને હાઈડ્રાઈડ આયન $(H:^-)$ બને છે.

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થાયિતા પ્રેરક અસર (inductive effect) અને હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
ધન વીજભારિત કાર્બન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા આલ્કાઇલ સમૂહોની સંખ્યા જેટલી વધારે,$+I$ અસર અને હાઇપરકોન્જુગેશનને કારણે સ્થાયિતા તેટલી જ વધારે હોય છે.
$(CH_3)_3\stackrel{+}{C}$ એ તૃતીયક કાર્બોકેટાયન છે (સૌથી વધુ સ્થાયી).
$(CH_3)_2\stackrel{+}{C}H$ એ દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન છે.
$CH_3\stackrel{+}{C}H_2$ એ પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન છે.
$\stackrel{+}{C}H_3$ એ મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન છે (સૌથી ઓછો સ્થાયી).
તેથી,સ્થાયિતાનો ઉતરતો ક્રમ: $(CH_3)_3\stackrel{+}{C} > (CH_3)_2\stackrel{+}{C}H > CH_3\stackrel{+}{C}H_2 > \stackrel{+}{C}H_3$ છે.

(N/A) કાર્બોકેટાયનના ચાર સામાન્ય ઉદાહરણો નીચે મુજબ છે:
$1. \ CH_3^+$ (મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન)
$2. \ CH_3CH_2^+$ (ઈથાઈલ કાર્બોકેટાયન)
$3. \ (CH_3)_2CH^+$ (આઈસોપ્રોપાઈલ કાર્બોકેટાયન)
$4. \ (CH_3)_3C^+$ (ટર્ટ-બ્યુટાઈલ કાર્બોકેટાયન)
અન્ય ઉદાહરણોમાં બેન્ઝાઈલ કાર્બોકેટાયન $(C_6H_5CH_2^+)$ અને એલાઈલ કાર્બોકેટાયન $(CH_2=CH-CH_2^+)$ નો સમાવેશ થાય છે.

(A) $(i)$ ખરું: કાર્બોકેટાયનમાં,ધન વીજભારિત કાર્બન પરમાણુ અન્ય ત્રણ પરમાણુઓ સાથે જોડાયેલ હોય છે અને તેની પાસે ખાલી $p$-કક્ષક હોય છે,જેના પરિણામે $sp^2$ સંકરણ જોવા મળે છે.
$(ii)$ ખોટું: ઉપર જણાવ્યા મુજબ,કાર્બોકેટાયનમાં કાર્બન $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે,$sp^3$ નહીં.
$(iii)$ ખોટું: કાર્બોકેટાયન સહસંયોજક બંધના હેટરોલિટીક વિભાજન દ્વારા બને છે,જેમાં વધુ વિદ્યુતઋણતા ધરાવતો પરમાણુ બંને ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે.
$(iv)$ ખોટું: કાર્બોકેટાયન અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ અને ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ ધરાવતા મધ્યવર્તી છે અને સામાન્ય રીતે અસ્થાયી હોય છે,જોકે તેમની સ્થિરતા ઇન્ડક્ટિવ અને રેઝોનન્સ અસરોને આધારે બદલાઈ શકે છે.

(N/A) $(i)$ ખોટું. $\mathop{C}\limits^{+}H_3$ (મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન) ને પ્રાથમિક,દ્વિતીયક કે તૃતીયક તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવતું નથી કારણ કે તે કોઈ આલ્કાઈલ સમૂહ સાથે જોડાયેલ નથી. $CH_3\mathop{C}\limits^{+}H_2$ એ પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન છે.
$(ii)$ ખોટું. $(CH_3)_3\mathop{C}\limits^{+}$ એ તૃતીયક કાર્બોકેટાયન છે,પરંતુ ધન વીજભારિત કાર્બન $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે,$sp^3$ નહીં.
$(iii)$ ખરું. મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન $\mathop{C}\limits^{+}H_3$ માં મધ્યસ્થ કાર્બન પર ત્રણ બંધકારક ઈલેક્ટ્રોન યુગ્મ છે અને કોઈ અબંધકારક ઈલેક્ટ્રોન યુગ્મ નથી,જેના પરિણામે $sp^2$ સંકરણ અને ત્રિકોણીય સમતલીય ભૂમિતિ મળે છે.
$(iv)$ ખરું. $CH_4$ (મિથેન) માં ચાર બંધકારક ઈલેક્ટ્રોન યુગ્મ છે અને કોઈ અબંધકારક ઈલેક્ટ્રોન યુગ્મ નથી,જેના પરિણામે $sp^3$ સંકરણ અને સમચતુષ્ફલકીય ભૂમિતિ મળે છે,ત્રિકોણીય સમતલીય નહીં.

(D) $(i)$ ખોટું: હોમોલિટીક વિભાજનથી મુક્ત મુલકો (free radicals) બને છે,કાર્બોકેટાયન નહીં.
$(ii)$ ખરું: હેટરોલિટીક વિભાજનથી ઇલેક્ટ્રોનનું અસમાન વિતરણ થાય છે,જે કાર્બોકેટાયન $(C^+)$ અથવા કાર્બેનાયન $(C^-)$ બનાવે છે.
$(iii)$ ખોટું: કાર્બેનાયનનો કાર્બન $sp^3$ સંકરણ (પિરામિડલ આકાર) ધરાવે છે અને કાર્બોકેટાયનનો કાર્બન $sp^2$ સંકરણ (સમતલીય આકાર) ધરાવે છે.
$(iv)$ ખરું: $(iii)$ માં સમજાવ્યા મુજબ,કાર્બેનાયનનો કાર્બન $sp^3$ અને કાર્બોકેટાયનનો કાર્બન $sp^2$ હોય છે.
અંતિમ જવાબ: $(i-F, ii-T, iii-F, iv-T)$

(A) કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા પ્રેરક અસર (inductive effect) અને હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. સ્થિરતાનો ક્રમ છે: $3^\circ > 2^\circ > 1^\circ > \text{મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન}$.
$(i)$ $CH_3-CH_2^+$ $(1^\circ)$ એ $CH_3^+$ (મિથાઈલ) કરતા વધુ સ્થાયી છે કારણ કે મિથાઈલ ગ્રુપની $+I$ અસર છે. વિધાન સાચું $(T)$ છે.
$(ii)$ $CH_3-CH_2^+$ એ $CH_3^+$ કરતા વધુ સ્થાયી છે,તેથી તે ઓછું સ્થાયી છે તેવું વિધાન ખોટું $(F)$ છે.
$(iii)$ $(CH_3)_3C^+$ $(3^\circ)$ એ હાઇપરકોન્જુગેશન અને $+I$ અસરને કારણે $CH_3^+$ કરતા ઘણું વધારે સ્થાયી છે. વિધાન ખોટું $(F)$ છે.
$(iv)$ $(CH_3)_3C^+$ એ $CH_3^+$ કરતા વધુ સ્થાયી છે. વિધાન સાચું $(T)$ છે.
અંતિમ જવાબ: $(i-T, ii-F, iii-F, iv-T)$.

(N/A) $2-$મિથાઈલબ્યુટેન $(CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3)$ માં $H$ પરમાણુઓના ચાર અલગ-અલગ સેટ હોય છે.
દરેક સેટમાંથી એક હાઈડ્રોજન દૂર કરવાથી ચાર અલગ-અલગ કાર્બોકેટાયન્સ મળે છે:
$(a) (CH_3)_2CH-CH_2-CH_2^+ \text{ (પ્રાથમિક } 1^{\circ} \text{ કાર્બોકેટાયન)}$
$(b) (CH_3)_2C^+-CH_2-CH_3 \text{ (તૃતીયક } 3^{\circ} \text{ કાર્બોકેટાયન)}$
$(c) CH_3-CH^+-CH(CH_3)_2 \text{ (દ્વિતીયક } 2^{\circ} \text{ કાર્બોકેટાયન)}$
$(d) ^+CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_3 \text{ (પ્રાથમિક } 1^{\circ} \text{ કાર્બોકેટાયન)}$
કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતાનો ક્રમ $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$ છે.
બે $1^{\circ}$ કાર્બોકેટાયન $(a)$ અને $(d)$ ની સરખામણી કરતા,$(a)$ એ $(d)$ કરતા વધુ સ્થિર છે કારણ કે $(a)$ માં ધન વીજભારિત કાર્બન સાથે જોડાયેલ આલ્કાઈલ સમૂહ $(CH_3)_2CH-CH_2-$ છે,જે $(d)$ ના સમૂહ કરતા વધુ પ્રબળ પ્રેરક અસર (inductive effect) આપે છે.
આમ,સ્થિરતાનો વધતો ક્રમ: $(d) < (a) < (c) < (b)$ છે.

(A-1, B-1, C-2) $A-1, B-1, C-2$
$A$. મુક્ત મૂલકો હોમોલિટીક વિભાજન દ્વારા રચાય છે અને તેઓ ત્રિકોણીય સમતલીય હોય છે.
$B$. કાર્બોકેટાયન હેટેરોલિટીક વિભાજન દ્વારા રચાય છે,જ્યાં મધ્યસ્થ કાર્બન $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે,જેના પરિણામે ત્રિકોણીય સમતલીય ભૂમિતિ મળે છે.
$C$. કાર્બેનાયનમાં મધ્યસ્થ કાર્બન પર ઇલેક્ટ્રોનની એક અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોય છે,જે $sp^3$ સંકરણ ધરાવે છે,જેના પરિણામે પિરામિડલ ભૂમિતિ મળે છે.

(A-1,2; B-2; C-2; D-3,4) $A-1, 2$; $B-2$; $C-2$; $D-3, 4$
$A$. $CH_3-O^{+}=CH-CH_3$: આ એક ઓક્સોનિયમ આયન છે. તે સંસ્પંદનને કારણે સ્થાયી છે: $CH_3-\ddot{O}^{+}-CH-CH_3 \leftrightarrow CH_3-\ddot{O}=CH^{+}-CH_3$. તે ઓક્સિજન પરમાણુની $-I$ અસરને કારણે અસ્થાયી પણ બને છે.
$B$. $F_3C^{+}$: ત્રણ ફ્લોરિન પરમાણુઓની પ્રબળ $-I$ પ્રેરક અસરને કારણે અસ્થાયી છે,જે ધનભારિત કાર્બન પાસેથી ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા ખેંચે છે.
$C$. $(CH_3)_3C^{-}$: ત્રણ મિથાઈલ સમૂહોની $+I$ પ્રેરક અસરને કારણે અસ્થાયી છે,જે ઋણભારિત કાર્બન પર ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે.
$D$. $CH_3-CH^{+}-CH_3$: આ એક દ્વિતીયક $(2^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે. તે છ $\alpha$-હાઇડ્રોજન દ્વારા હાઇપરકોન્જુગેશનથી સ્થાયી થાય છે.

(A) ટર્શરી બ્યુટાઇલ કાર્બોકેટાયન $( (CH_3)_3C^+ )$ માં $9$ $\alpha$-હાઇડ્રોજન હોય છે,જ્યારે સેકન્ડરી બ્યુટાઇલ કાર્બોકેટાયન $( CH_3CH^+CH_2CH_3 )$ માં $5$ $\alpha$-હાઇડ્રોજન હોય છે.
કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા હાયપરકોન્જુગેટિવ બંધારણોની સંખ્યાના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે,જે $\alpha$-હાઇડ્રોજનની સંખ્યા દ્વારા નક્કી થાય છે.
તેથી,ટર્શરી બ્યુટાઇલ કાર્બોકેટાયન હાયપરકોન્જુગેશનને કારણે વધુ સ્થાયી છે.

(A) આપેલા કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા ઇલેક્ટ્રોનિક અસરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:
$I.$ $CH_3-CH^{+}-CH_3$: કાર્બોકેટાયન બે મિથાઈલ જૂથોની $+I$ અસર દ્વારા સ્થિર થાય છે.
$II.$ $CH_3-CH^{+}-OCH_3$: કાર્બોકેટાયન $-OCH_3$ જૂથની પ્રબળ $+R$ (રેઝોનન્સ) અસર દ્વારા સ્થિર થાય છે,જે $+I$ અસર કરતા વધુ અસરકારક છે.
$III.$ $CH_3-CH^{+}-CH_2-OCH_3$: $-OCH_3$ જૂથ એક મિથાઈલીન જૂથ દ્વારા અલગ પડે છે,તેથી તેની $-I$ અસર કાર્બોકેટાયનને અસ્થિર બનાવે છે.
આમ,સ્થિરતાનો ઘટતો ક્રમ $II > I > III$ છે.