Reactive Intermediates Questions in Hindi

(B) सिंगलेट कार्बीन में,कार्बन परमाणु $sp^2$ संकरित होता है,जबकि ट्रिपलेट कार्बीन में यह $sp$ संकरित होता है।
ट्रिपलेट कार्बीन,हुंड के नियम और कम इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण के कारण सिंगलेट कार्बीन से अधिक स्थिर होता है।
सिंगलेट हैलोकार्बीन का स्थिरता क्रम $CHF > CHCl > CHBr$ है,जो हैलोजन के एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म से कार्बन के रिक्त $p$-कक्षक में होने वाले बैक-बॉन्डिंग के कारण है।
अतः,विकल्प $(b)$ में दिया गया कथन गलत है।

(A) ब्रिजहेड कार्बोनियम आयन की स्थिरता ब्रेड्ट के नियम और ब्रिजहेड स्थिति पर समतलीय $sp^2$ संकरित ज्यामिति को समायोजित करने की क्षमता द्वारा निर्धारित होती है।
दिए गए विकल्पों में,$1$-बाइसाइक्लो$[2.2.2]$ऑक्टाइल धनायन सबसे अधिक स्थिर है क्योंकि अन्य बाइसाइक्लिक प्रणालियों की तुलना में छल्लों (rings) का आकार बड़ा होने के कारण ब्रिजहेड कार्बन अधिक आसानी से लगभग समतलीय ज्यामिति प्राप्त कर सकता है।
$[2.2.1]$ (नॉरबोर्निल) या $[2.1.1]$ जैसी छोटी बाइसाइक्लिक प्रणालियाँ ब्रिजहेड कार्बन पर महत्वपूर्ण तनाव डालती हैं,जिससे समतलीय $sp^2$ कार्बोनियम आयन का निर्माण अत्यधिक प्रतिकूल हो जाता है।

(B) कार्बोकेशन की स्थिरता अनुनाद (resonance),प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) जैसे कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है।
$2$-क्लोरोटेट्राहाइड्रोपायरान के मामले में,$C-Cl$ बंध के विषम विखंडन से ऑक्सीजन परमाणु के बगल में एक कार्बोकेशन उत्पन्न होता है।
ऑक्सीजन परमाणु पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) कार्बोकेशन के रिक्त $p$-कक्षक में विस्थापित हो सकते हैं,जिससे एक ऑक्सोकार्बेनियम आयन बनता है।
यह संरचना अत्यधिक स्थिर है क्योंकि कार्बन सहित प्रत्येक परमाणु अपना अष्टक पूर्ण कर लेता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $2$-क्लोरोटेट्राहाइड्रोपायरान सबसे अधिक स्थिर कार्बोकेशन बनाता है।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता धनावेशित कार्बन परमाणु से जुड़े प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है।
$(I)$ $CH_3O-C_6H_4-CH_2^+$: $-OCH_3$ समूह एक मजबूत $+M$ (मेसोमेरिक) प्रभाव डालता है,जो कार्बोकेशन को काफी स्थिर करता है।
$(II)$ $C_6H_5-CH_2^+$: यह बेंजाइल कार्बोकेशन है,जो बेंजीन रिंग के साथ अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
$(III)$ $CH_3-C_6H_4-CH_2^+$: $-CH_3$ समूह $+I$ (प्रेरणिक) प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) प्रदर्शित करता है,जो मध्यम स्थिरता प्रदान करता है।
$(IV)$ $CH_3-CH_2-CH_2^+$: यह प्राथमिक एल्काइल कार्बोकेशन है,जो दिए गए विकल्पों में सबसे कम स्थिर है।
अतः,स्थिरता का बढ़ता क्रम: $IV < II < III < I$ है।

(B) कार्बोनियम आयन की स्थिरता बेंजीन रिंग से जुड़े प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है।
$1$. $-NO_2$ समूह एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है।
$2$. $o$-नाइट्रोबेंज़िल कार्बोनियम आयन में,$-NO_2$ समूह ऑर्थो स्थिति पर होता है,जो $-I$ और $-M$ दोनों प्रभावों के कारण एक मजबूत अस्थिर प्रभाव डालता है,जिससे यह दिए गए विकल्पों में सबसे कम स्थिर हो जाता है।
$3$. $m$-नाइट्रोबेंज़िल कार्बोनियम आयन ऑर्थो-आइसोमर की तुलना में अधिक स्थिर है क्योंकि $-M$ प्रभाव मेटा स्थिति पर सीधे कार्य नहीं करता है।
$4$. $p$-मेथॉक्सी समूह इलेक्ट्रॉन-दाता ($+M$ प्रभाव) है,जो कार्बोनियम आयन को काफी स्थिर करता है।
$5$. इसलिए,$o$-नाइट्रोबेंज़िल कार्बोनियम आयन सबसे कम स्थिर है।

(C) कार्बेनायन की स्थिरता मुख्य रूप से प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) द्वारा निर्धारित होती है। एल्काइल समूह इलेक्ट्रॉन-दाता ($+I$ प्रभाव) होते हैं।
चूंकि कार्बेनायन पर पहले से ही ऋणात्मक आवेश होता है,इसलिए इलेक्ट्रॉन-दाता समूहों की उपस्थिति कार्बन परमाणु पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाती है,जो कार्बेनायन को अस्थिर करती है।
इसलिए,स्थिरता का क्रम है: $\text{मिथाइल एनायन} > \text{एथिल एनायन} > \text{आइसोब्यूटाइल एनायन} > t-\text{ब्यूटाइल एनायन}$।
दिए गए विकल्पों में,मिथाइल एनायन $(CH_3^-)$ सबसे अधिक स्थिर है क्योंकि इसमें ऋणात्मक आवेशित कार्बन से जुड़े कोई इलेक्ट्रॉन-दाता एल्काइल समूह नहीं होते हैं।

(D) कार्बोकैटायन की स्थिरता बेंजीन रिंग से जुड़े प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है।
$1$. $p-CH_3O-C_6H_4-CH_2^+$ $(B)$: पैरा स्थिति पर $-OCH_3$ समूह एक मजबूत $+M$ प्रभाव डालता है,जो धनात्मक आवेश को काफी स्थिर करता है।
$2$. $C_6H_5-CH_2^+$ $(C)$: यह बेंजाइल कार्बोकैटायन है,जो केवल फेनिल रिंग के साथ अनुनाद द्वारा स्थिर होता है।
$3$. $m-CH_3O-C_6H_4-CH_2^+$ $(A)$: मेटा स्थिति पर $-OCH_3$ समूह $+M$ प्रभाव नहीं दिखाता है,बल्कि $-I$ प्रभाव दिखाता है,जो इसे अस्थिर करता है।
$4$. $p-NO_2-C_6H_4-CH_2^+$ $(D)$: पैरा स्थिति पर $-NO_2$ समूह मजबूत $-M$ और $-I$ प्रभाव डालता है,जो कार्बोकैटायन को अत्यधिक अस्थिर बनाता है।
अतः,स्थिरता का क्रम $B > C > A > D$ है।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता ऑक्सीजन जैसे एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) वाले विषम परमाणु की उपस्थिति से काफी बढ़ जाती है,जो अनुनाद स्थिरीकरण (resonance stabilization) या बैक-बॉन्डिंग के कारण होता है।
विकल्प $A$ में,धनात्मक आवेश सीधे ऑक्सीजन परमाणु से जुड़े कार्बन पर है। ऑक्सीजन पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म कार्बोकेशन के खाली $p$-ऑर्बिटल में विस्थापित हो सकता है,जिससे एक स्थिर ऑक्सोनियम आयन संरचना $(C=O^+)$ बनती है।
अन्य विकल्पों में,धनात्मक आवेश ऑक्सीजन परमाणु से दूर है,जिसका अर्थ है कि अनुनाद स्थिरीकरण प्रभाव या तो अनुपस्थित है या काफी कमजोर है।
इसलिए,विकल्प $A$ में दिया गया कार्बोकेशन सबसे अधिक स्थिर है।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता निर्धारित करने के लिए,हम अनुनाद (resonance),अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) और प्रेरणिक प्रभाव (inductive effects) पर विचार करते हैं।
$1$. $C_6H_5-CH_2^+$ एक बेंजाइल कार्बोकेशन है,जो बेंजीन रिंग के साथ अनुनाद द्वारा स्थिर होता है।
$2$. $CH_2=CH-CH_2^+$ एक एलिल कार्बोकेशन है,जो अनुनाद द्वारा स्थिर होता है।
$3$. $CH_3-CH^+-CH_3$ एक द्वितीयक $(2^\circ)$ कार्बोकेशन है,जो अतिसंयुग्मन द्वारा स्थिर होता है।
$4$. $HO-CH_2^+$ ऑक्सीजन के एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) के $+M$ प्रभाव द्वारा स्थिर होता है।
इनकी तुलना करने पर,बेंजाइल कार्बोकेशन $(C_6H_5-CH_2^+)$ पूरी बेंजीन रिंग पर धनात्मक आवेश के व्यापक विस्थानीकरण के कारण सबसे अधिक स्थिर है।

(C) कार्बेनायन का स्थायित्व ऋणावेशित कार्बन परमाणु के संकरण पर निर्भर करता है। विद्युत ऋणात्मकता का क्रम $sp > sp^2 > sp^3$ है। जैसे-जैसे $s$-लक्षण बढ़ता है,कार्बन परमाणु की विद्युत ऋणात्मकता बढ़ती है,जिससे वह ऋणावेश को बेहतर ढंग से धारण कर पाता है। अतः,कार्बेनायन के लिए स्थायित्व का क्रम $CH \equiv \mathop {\ddot C}\limits^\Theta (sp) > CH_2 = \mathop {\ddot C}\limits^\Theta H (sp^2) > CH_3 - \mathop {\ddot C}\limits^\Theta H_2 (sp^3)$ है।
विकल्प $C$ एसीटेट आयन $(CH_3COO^-)$ और फिनोक्साइड आयन $(C_6H_5O^-)$ के स्थायित्व की तुलना करता है। एसीटेट में,ऋणावेश दो समान ऑक्सीजन परमाणुओं पर विस्थानीकृत होता है,जबकि फिनोक्साइड में यह एक ऑक्सीजन और एरोमैटिक वलय पर विस्थानीकृत होता है। समान अनुनाद संरचनाओं के कारण एसीटेट आयन अधिक स्थिर है।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता मुख्य रूप से अनुनाद (resonance),अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) और प्रेरणिक प्रभाव (inductive effects) द्वारा निर्धारित की जाती है।
$1$. फ्लुओरेनिल धनायन (विकल्प $A$) अत्यधिक स्थिर है क्योंकि धनात्मक आवेश दो बेंजीन वलयों पर विस्थानीकृत (delocalized) होता है,जो इसे एक सुगंधित (aromatic) प्रणाली बनाता है।
$2$. इन्डेनिल धनायन (विकल्प $B$) भी सुगंधित है,लेकिन यह फ्लुओरेनिल धनायन की तुलना में कम स्थिर है।
$3$. इन्डानिल धनायन (विकल्प $C$) और बाइसायक्लो[$4.3$.$0$]नोनिल धनायन (विकल्प $D$) सुगंधित नहीं हैं और काफी कम स्थिर हैं।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से फ्लुओरेनिल धनायन सबसे अधिक स्थिर है।

(C) दिए गए मध्यवर्ती बेंजीन वलय में अनुनाद द्वारा स्थिर किए गए कार्बोनियन हैं।
$-NO_2$ जैसा इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ प्रेरणिक और अनुनाद प्रभावों के माध्यम से ऋण आवेश को फैलाकर कार्बोनियन की स्थिरता को बढ़ाता है।
यह स्थिरीकरण तब सबसे प्रभावी होता है जब $-NO_2$ समूह ऋण आवेश के सापेक्ष ऑर्थो या पैरा स्थिति पर होता है,क्योंकि ऋण आवेश को सीधे नाइट्रो समूह के ऑक्सीजन परमाणुओं पर विस्थानीकृत किया जा सकता है।
विकल्प $C$ में,$-NO_2$ समूह पैरा स्थिति पर है,जो मेटा स्थिति (विकल्प $B$) या बिना किसी प्रतिस्थापी (विकल्प $A$) की तुलना में अधिकतम स्थिरता प्रदान करता है।
इसलिए,विकल्प $C$ में दिया गया मध्यवर्ती सबसे अधिक स्थिर है।

(D) कार्बोनियन की स्थिरता ऋणात्मक आवेश वाले कार्बन से जुड़े इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों $(EWG)$ द्वारा बढ़ती है और इलेक्ट्रॉन-दाता समूहों $(EDG)$ द्वारा घटती है।
$1.$ विकल्प $A$ एक एल्काइल कार्बोनियन है जिसमें फेनिल समूह दूर है,जो न्यूनतम स्थिरता प्रदान करता है।
$2.$ विकल्प $B$ एक बेंजाइल कार्बोनियन है,जो फेनिल रिंग के साथ अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
$3.$ विकल्प $C$ में $-OCH_3$ समूह है,जो एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+M$ प्रभाव के माध्यम से) है,इसलिए यह कार्बोनियन को अस्थिर करता है।
$4.$ विकल्प $D$ में $-NO_2$ समूह है,जो एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-M$ और $-I$ प्रभाव के माध्यम से) है। यह अनुनाद के माध्यम से ऋणात्मक आवेश को प्रभावी ढंग से फैलाता है,जिससे यह दिए गए विकल्पों में सबसे अधिक स्थायी कार्बोनियन बन जाता है।

(C) $(I)$ और $(III)$ में,धनात्मक आवेश अनुनाद (resonance) के माध्यम से विस्थानीकृत (delocalized) होता है और कार्बोनियम आयन की प्रकृति निकटवर्ती एल्काइल समूह की उपस्थिति से स्थिर होती है।
विशेष रूप से,$(I)$ एक द्वितीयक $(2^\circ)$ एलाइलिक कार्बोनियम आयन है और $(III)$ एक प्राथमिक $(1^\circ)$ एलाइलिक कार्बोनियम आयन है।
हालाँकि,$(I)$ में धनात्मक आवेश द्वितीयक कार्बन पर है,जबकि $(III)$ में यह प्राथमिक कार्बन पर है।
$(II)$ में,धनात्मक आवेश प्राथमिक कार्बन पर है और यह एलाइलिक है।
अनुनाद संरचनाओं और प्रेरणिक प्रभावों (inductive effects) की तुलना करने पर,$(I)$ और $(III)$ एलाइलिक प्रणाली की प्रकृति और मिथाइल समूह के इलेक्ट्रॉन-दाता प्रभावों के कारण अधिक स्थिरता दिखाते हैं।
अतः,सही क्रम $(I) \approx (III) > (II)$ है।

(B) मुक्त मूलकों की स्थिरता अनुनाद (resonance) और प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) द्वारा निर्धारित होती है।
$1$. अनुनाद स्थिरीकरण: ट्राइफेनिलमिथाइल मुक्त मूलक $(C_6H_5)_3\dot{C}$,डाइफेनिलमिथाइल मुक्त मूलक $(C_6H_5)_2\dot{C}H$ से अधिक स्थिर है क्योंकि इसमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के विस्थानीकरण के लिए अधिक फेनिल समूह होते हैं।
$2$. प्रेरणिक प्रभाव: एल्काइल मुक्त मूलक एल्काइल समूहों के $+I$ प्रभाव द्वारा स्थिर होते हैं। तृतीयक ब्यूटाइल मुक्त मूलक $(CH_3)_3\dot{C}$,आइसोप्रोपाइल मुक्त मूलक $(CH_3)_2\dot{C}H$ से अधिक स्थिर है।
$3$. कुल क्रम: अनुनाद द्वारा स्थिर मुक्त मूलक एल्काइल मुक्त मूलकों की तुलना में काफी अधिक स्थिर होते हैं।
अतः,स्थिरता का बढ़ता क्रम है: $(CH_3)_2\dot{C}H < (CH_3)_3\dot{C} < (C_6H_5)_2\dot{C}H < (C_6H_5)_3\dot{C}$.

(B) कार्बोनियन एक ऐसी प्रजाति है जिसमें कार्बन परमाणु पर ऋण आवेश और एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म होता है।
कार्बोनियन में,केंद्रीय कार्बन परमाणु $sp^3$ संकरित होता है।
तीन बंध युग्मों और एक एकाकी युग्म की उपस्थिति के कारण,कार्बोनियन की ज्यामिति अमोनिया $(NH_3)$ के समान पिरामिडीय होती है।
अतः,कथन सही है।
कार्बोनियन में कार्बन परमाणु के संयोजी कोश में $8$ इलेक्ट्रॉन होते हैं (तीन बंधों से छह और एकाकी युग्म से दो),जो इसके अष्टक को पूरा करते हैं।
अतः,कारण भी सही है।
हालाँकि,पिरामिडीय आकार $sp^3$ संकरण और एकाकी युग्म की उपस्थिति के कारण होता है,न कि केवल इसलिए कि कार्बन का अष्टक पूर्ण है।
इसलिए,कारण कथन की सही व्याख्या नहीं है।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता का निर्धारण प्रेरक प्रभाव $(+I)$ और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation, $\alpha-H$ परमाणुओं की संख्या) द्वारा किया जाता है।
$1$. $(CH_{3})_{3}C^{+}$ एक तृतीयक $(3^{\circ})$ कार्बोकेशन है जिसमें $9$ $\alpha-H$ परमाणु हैं।
$2$. $CH_{3}CH_{2}CH^{+}CH_{2}CH_{3}$ एक द्वितीयक $(2^{\circ})$ कार्बोकेशन है जिसमें $4$ $\alpha-H$ परमाणु हैं।
$3$. $CH_{3}CH^{+}CH_{2}CH_{2}CH_{3}$ एक द्वितीयक $(2^{\circ})$ कार्बोकेशन है जिसमें $3$ $\alpha-H$ परमाणु हैं।
$4$. $CH_{3}CH_{2}CH_{2}^{+}$ एक प्राथमिक $(1^{\circ})$ कार्बोकेशन है जिसमें $2$ $\alpha-H$ परमाणु हैं।
चूंकि स्थिरता का क्रम $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$ होता है, इसलिए तृतीयक कार्बोकेशन $(CH_{3})_{3}C^{+}$ सबसे अधिक स्थायी है।

(C) $-NO_2$ समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है।
इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन में,मध्यवर्ती कार्बोनियम आयन (एरेनियम आयन) की स्थिरता अभिविन्यास निर्धारित करती है।
जब धनात्मक आवेश ऑर्थो या पैरा स्थिति पर होता है,तो यह $-NO_2$ समूह के साथ सीधे संयुग्मन में आ जाता है,जिससे इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव के कारण महत्वपूर्ण अस्थिरता उत्पन्न होती है।
जब धनात्मक आवेश मेटा स्थिति पर होता है,तो यह $-NO_2$ समूह के साथ सीधे संयुग्मन में नहीं होता है,जो इसे ऑर्थो और पैरा मध्यवर्तियों की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक स्थिर बनाता है।
इसलिए,मेटा-प्रतिस्थापित कार्बोनियम आयन विकल्पों में सबसे अधिक स्थिर है।

(A) इस अभिक्रिया में एक मुक्त मूलक मध्यवर्ती $[A]$ का निर्माण होता है,जिसके बाद यह उत्पाद $B$ बनाने के लिए एक एल्कीन के साथ जुड़ता है।
$1$. पहले चरण में,पेरोक्साइड और गर्मी के साथ $2$-मिथाइल ब्यूटेन नाइट्राइल की अभिक्रिया तृतीयक कार्बन से हाइड्रोजन परमाणु के निष्कर्षण की ओर ले जाती है,जिससे सबसे स्थिर तृतीयक मुक्त मूलक $(CH_3)_2CH-\dot{C}(CN)CH_3$ बनता है।
$2$. दूसरे चरण में,मूलक $[A]$ टर्मिनल एल्कीन $CH_3CH_2CH_2CH=CH_2$ (पेंट-$1$-ईन) के साथ जुड़ता है।
$3$. अंतिम उत्पाद $B$ की संरचना $CH_3CH_2CH_2CH_2-C(CH_3)_2-CN$ है।

(C) क्षारीयता $\propto \frac{1}{\text{स्थायित्व}}$.
दिए गए कार्बोनियन का स्थायित्व क्रम:
$(v)$ $CN^{-}$: ऋण आवेश नाइट्रोजन परमाणु पर है (अधिक विद्युत ऋणात्मक) और यह त्रि-आबंध के $-I$ प्रभाव द्वारा भी स्थिर होता है। यह सबसे अधिक स्थिर है।
$(iii)$ $HC \equiv C^{-}$: ऋण आवेश $sp$ संकरित कार्बन परमाणु पर है। यह $sp^2$ या $sp^3$ संकरित कार्बन से अधिक स्थिर है।
$(ii)$ $H_2C=CH-CH_2^{-}$: ऋण आवेश अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
$(iv)$ $CH_3^{-}$: ऋण आवेश $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु पर है।
$(i)$ $(CH_3)_3C^{-}$: ऋण आवेश $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु पर है,जो तीन मिथाइल समूहों के $+I$ प्रभाव द्वारा और अधिक अस्थिर हो जाता है। यह सबसे कम स्थिर है।
स्थायित्व का क्रम: $(v) > (iii) > (ii) > (iv) > (i)$.
चूंकि क्षारीयता $\propto \frac{1}{\text{स्थायित्व}}$,इसलिए क्षारीयता का बढ़ता क्रम: $(v) < (iii) < (ii) < (iv) < (i)$ है।

(N/A) विषमांगी विखंडन में सहसंयोजक बंध का टूटना इस प्रकार होता है कि साझा किए गए इलेक्ट्रॉन युग्म के दोनों इलेक्ट्रॉन किसी एक खंड (fragment) के साथ रह जाते हैं।
$(a)$ $CH_{3}-SCH_{3} \rightarrow CH_{3}^{+} + ^{-}SCH_{3}$
(सल्फर परमाणु कार्बन परमाणु से अधिक विद्युत ऋणात्मक है,इसलिए इलेक्ट्रॉन युग्म सल्फर की ओर जाता है।)
$(b)$ $CH_{3}-CN \rightarrow CH_{3}^{+} + ^{-}CN$
(नाइट्रोजन युक्त समूह कार्बन परमाणु से अधिक विद्युत ऋणात्मक है,इसलिए इलेक्ट्रॉन युग्म साइनाइड समूह की ओर जाता है।)
$(c)$ $CH_{3}-Cu \rightarrow ^{-}CH_{3} + Cu^{+}$
(कार्बन कॉपर से अधिक विद्युत ऋणात्मक है,इसलिए इलेक्ट्रॉन युग्म कार्बन परमाणु की ओर जाता है।)

(N/A) कार्बोकेशन की स्थिरता मुख्य रूप से प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) द्वारा निर्धारित होती है।
$((CH_3)_3C)^+$ में,अतिसंयुग्मन के लिए $9$ $\alpha$-$C-H$ बंध उपलब्ध हैं,जो महत्वपूर्ण स्थिरता प्रदान करते हैं।
$(CH_3CH_2)^+$ में,अतिसंयुग्मन के लिए केवल $3$ $\alpha$-$C-H$ बंध उपलब्ध हैं,जो इसे तृतीयक कार्बोकेशन की तुलना में कम स्थिर बनाता है।
$(CH_3)^+$ में,अतिसंयुग्मन के लिए कोई $\alpha$-$C-H$ बंध उपलब्ध नहीं है। इसके अलावा,रिक्त $p$-कक्षक $C-H$ बंधों के तल के लंबवत होता है,जो किसी भी अतिव्यापन (overlap) को रोकता है। इस प्रकार,$(CH_3)^+$ में अतिसंयुग्मन स्थिरता का अभाव है और यह सबसे कम स्थिर है।

(N/A) दी गई प्रतिक्रिया के इलेक्ट्रॉन प्रवाह को दर्शाने के लिए वक्र-तीर का उपयोग करके बंध विदलन:
$CH_3O-OCH_3 \rightarrow CH_3O^{\bullet} + ^{\bullet}OCH_3$
यह होमोलेटिक विदलन का एक उदाहरण है क्योंकि प्रत्येक परमाणु साझा युग्म से एक इलेक्ट्रॉन लेता है। निर्मित प्रतिक्रिया मध्यवर्ती एक मुक्त मूलक है।
$(b)$ दी गई प्रतिक्रिया के इलेक्ट्रॉन प्रवाह को दर्शाने के लिए वक्र-तीर का उपयोग करके बंध विदलन:
$CH_3-CO-CH_3 + OH^- \rightarrow CH_3-CO-CH_2^- + H_2O$
यह हेटरोलेटिक विदलन का एक उदाहरण है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म कार्बन परमाणु के साथ रहता है। निर्मित प्रतिक्रिया मध्यवर्ती कार्बएनायन है।
$(c)$ दी गई प्रतिक्रिया के इलेक्ट्रॉन प्रवाह को दर्शाने के लिए वक्र-तीर का उपयोग करके बंध विदलन:
$(CH_3)_3C-Br \rightarrow (CH_3)_3C^+ + Br^-$
यह हेटरोलेटिक विदलन का एक उदाहरण है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म ब्रोमीन परमाणु के साथ रहता है। निर्मित प्रतिक्रिया मध्यवर्ती कार्बोनियम आयन है।
$(d)$ दी गई प्रतिक्रिया के इलेक्ट्रॉन प्रवाह को दर्शाने के लिए वक्र-तीर का उपयोग करके बंध विदलन:
$C_6H_6 + E^+ \rightarrow [C_6H_6E]^+$
यह एक हेटरोलेटिक विदलन है क्योंकि बेंजीन रिंग से इलेक्ट्रॉनों के साझा युग्म का उपयोग इलेक्ट्रोफाइल $E^+$ के साथ बंध बनाने के लिए किया जाता है। निर्मित मध्यवर्ती एक कार्बोनियम आयन (एरेनियम आयन) है।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता का क्रम: $3^\circ > 2^\circ > 1^\circ$ होता है।
$(CH_3)_3C^+$ एक तृतीयक $(3^\circ)$ कार्बोकेशन है।
$(CH_3)_3CCH_2^+$ एक प्राथमिक $(1^\circ)$ कार्बोकेशन है।
$CH_3CH_2CH_2^+$ एक प्राथमिक $(1^\circ)$ कार्बोकेशन है।
$CH_3CH^+CH_2CH_3$ एक द्वितीयक $(2^\circ)$ कार्बोकेशन है।
दिए गए विकल्पों में से,$(CH_3)_3C^+$ सबसे अधिक स्थिर है क्योंकि धनावेशित कार्बन परमाणु से जुड़े तीन मिथाइल समूहों द्वारा $+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) प्रदान किया जाता है।

(N/A) परिभाषा: जब एक सहसंयोजक बंध इस प्रकार टूटता है कि बंध के दोनों इलेक्ट्रॉन (अर्थात साझा युग्म) बंधित परमाणुओं में से किसी एक द्वारा ले लिए जाते हैं,तो इस प्रकार के बंध विदलन को विषम विदलन (heterolytic fission) कहा जाता है। विषम विदलन के बाद,एक परमाणु के पास छह इलेक्ट्रॉन (sextet) और धनात्मक आवेश होता है,जबकि दूसरे के पास अष्टक (octet) पूर्ण होता है और कम से कम एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के साथ ऋणात्मक आवेश होता है।
$(a)$ कार्बोकेशन उत्पन्न करने वाला विषम विदलन: उदाहरण के लिए,$CH_3Br$ का विषम विदलन $CH_3^+$ (मिथाइल धनायन) और $Br^-$ (ब्रोमाइड आयन) देता है।
$H_3C-Br \xrightarrow{\text{Heterolytic}} H_3C^+ + :Br^-$
$\rightarrow$ $C-Br$ बंध के दोनों इलेक्ट्रॉन $Br$ पर स्थानांतरित हो जाते हैं। इस प्रकार,$Br$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म,अष्टक और ऋणात्मक आवेश प्राप्त करता है।
$\rightarrow$ वह स्पीशीज जिसमें कार्बन परमाणु के पास छह इलेक्ट्रॉन और $+1$ धनात्मक आवेश होता है,उसे कार्बोकेशन कहा जाता है। $CH_3^+$ आयन को मिथाइल धनायन के रूप में जाना जाता है।
$\rightarrow$ $CH_3^+$ में धनावेशित कार्बन $sp^2$ संकरण रखता है और इसकी ज्यामिति त्रिकोणीय समतलीय होती है।
$(b)$ कार्बनायन उत्पन्न करने वाला विषम विदलन: विषम विदलन ऐसी स्पीशीज भी दे सकता है जिसमें कार्बन साझा इलेक्ट्रॉन युग्म को अपने पास रख लेता है और ऋणात्मक आवेश प्राप्त कर लेता है। उदाहरण के लिए,जब कार्बन से जुड़ा समूह $Z$ बिना इलेक्ट्रॉन युग्म के अलग हो जाता है,तो कार्बनायन बनता है।
$H_3C-Z \xrightarrow{\text{Heterolytic}} H_3C:^- + Z^+$
इस स्थिति में,कार्बन परमाणु साझा इलेक्ट्रॉन युग्म को बनाए रखता है,जिसके परिणामस्वरूप कार्बनायन $(H_3C:^-)$ बनता है।

(N/A) समांगी विदलन (homolytic cleavage) में,सहसंयोजक बंध में साझा किए गए इलेक्ट्रॉन युग्म का एक-एक इलेक्ट्रॉन प्रत्येक बंधित परमाणु के साथ चला जाता है।
समांगी विदलन में,इलेक्ट्रॉन युग्म के बजाय एक एकल इलेक्ट्रॉन की गति होती है। एकल इलेक्ट्रॉन की गति को 'हाफ-हेडेड' (फिश हुक) वक्र तीर द्वारा दर्शाया जाता है।
- इस प्रकार के विदलन के परिणामस्वरूप उदासीन प्रजातियों (परमाणु या समूह) का निर्माण होता है जिनमें एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। इन प्रजातियों को मुक्त मूलक (free radicals) कहा जाता है।
- कार्बोनियम आयन और कार्बएनायन की तरह,मुक्त मूलक भी बहुत अधिक अभिक्रियाशील होते हैं।
- समांगी विदलन को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
$R-Z \xrightarrow{\text{Heat or Light}} \dot{R} + \dot{Z}$
कार्बनिक अभिक्रियाएं,जो समांगी विखंडन द्वारा आगे बढ़ती हैं,उन्हें मुक्त मूलक,होमोपोलर या नॉनपोलर अभिक्रियाएं कहा जाता है।

(N/A) कार्बनिक यौगिकों में परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंध होते हैं। कार्बनिक अभिक्रियाओं के दौरान,सहसंयोजक बंध का विखंडन होता है। इलेक्ट्रॉन विस्थापन के तरीके के आधार पर,तीन मुख्य प्रकार की अभिक्रियाशील मध्यवर्ती प्रजातियां बनती हैं:
$(a)$ विषम विखंडन (Heterolytic fission) में,कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) या कार्बोनियन आयन (कार्बेनायन) बनता है।
$(b)$ सम विखंडन (Homolytic fission) में,मुक्त मूलक (Free radical) बनता है।
$(a)$ $(i)$ कार्बोकेशन: वह प्रजाति जिसमें कार्बन परमाणु पर धनात्मक आवेश होता है। उदाहरण: $H_3C^{+}$,$CH_3CH_2^+$,$(CH_3)_2CH^{+}$,$(CH_3)_3C^{+}$। स्थिरता का क्रम: $CH_3^+ < CH_3CH_2^+ < (CH_3)_2CH^{+} < (CH_3)_3C^{+}$ (अर्थात $\text{Methyl} < 1^{\circ} < 2^{\circ} < 3^{\circ}$)।
(ii) कार्बेनायन: वह प्रजाति जिसमें कार्बन परमाणु पर ऋणात्मक आवेश होता है। उदाहरण: $H_3C^{-}$,$H_3CCH_2^-$,$(H_3C)_2CH^{-}$,$(CH_3)_3C^{-}$। स्थिरता का क्रम: $\text{Methyl} > 1^{\circ} > 2^{\circ} > 3^{\circ}$।
$(b)$ मुक्त मूलक: ये सहसंयोजक बंधों के सम विखंडन द्वारा उत्पन्न होते हैं। मुक्त मूलक में कार्बन परमाणु पर एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। उदाहरण: $\dot{C}H_3$,$CH_3\dot{C}H_2$,$(CH_3)_2\dot{C}H$,$(CH_3)_3\dot{C}$। स्थिरता का क्रम: $\dot{C}H_3 < CH_3\dot{C}H_2 < (CH_3)_2\dot{C}H < (CH_3)_3\dot{C}$ (अर्थात $1^{\circ} < 2^{\circ} < 3^{\circ}$)।

(N/A) सहसंयोजक बंध के विखंडन से उत्पन्न होने वाले अभिक्रियाशील मध्यवर्ती कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन),कार्बोनियन (कार्बेनायन) और मुक्त मूलक (फ्री रेडिकल) हैं।

मध्यवर्ती	$1^{\circ}$ (प्राथमिक)	$2^{\circ}$ (द्वितीयक)	$3^{\circ}$ (तृतीयक)
कार्बोकेशन	$CH_3^+, CH_3CH_2^+$	$(CH_3)_2CH^+$	$(CH_3)_3C^+$
कार्बेनायन	$:CH_3^-, CH_3CH_2^-$	$(CH_3)_2CH^-$	$(CH_3)_3C^-$
मुक्त मूलक	$CH_3\bullet, CH_3CH_2\bullet$	$(CH_3)_2CH\bullet$	$(CH_3)_3C\bullet$

विशेषताएं:
$1$. ये मध्यवर्ती रासायनिक अभिक्रिया के दौरान बनने वाली अत्यधिक अस्थिर और अभिक्रियाशील प्रजातियां हैं।
$2$. इन मध्यवर्तियों का स्थायित्व जुड़े हुए एल्किल समूहों के प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) पर निर्भर करता है।
$3$. इन मध्यवर्ती प्रजातियों में केंद्रीय कार्बन परमाणु सामान्यतः तीन अन्य परमाणुओं या समूहों से जुड़ा होता है।

(B) कार्बोकेशन की स्थिरता निर्धारित करने के लिए,हम धनावेशित कार्बन परमाणु से जुड़े एल्काइल समूहों की संख्या देखते हैं।
$1.$ विकल्प $A$ में,कार्बोकेशन $(CH_3)_2CH-CH^+-CH_3$ है। यह एक द्वितीयक $(2^{\circ})$ कार्बोकेशन है।
$2.$ विकल्प $B$ में,कार्बोकेशन $(CH_3)_2C^+-CH_2CH_3$ है। यह एक तृतीयक $(3^{\circ})$ कार्बोकेशन है।
$3.$ तृतीयक कार्बोकेशन,द्वितीयक कार्बोकेशन की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं क्योंकि इनमें अधिक हाइपरकंजुगेशन और इंडक्टिव प्रभाव होता है।
इसलिए,$(CH_3)_2C^+-CH_2CH_3$ सबसे अधिक स्थिर है।

बेंज़ोयल पेरोक्साइड $(C_6H_5CO)_2O_2$ के समांगी विखंडन में $O-O$ बंध टूटकर दो बेंज़ोयलॉक्सी रेडिकल बनाता है,जो बाद में डिकार्बोक्सिलेशन के माध्यम से फेनिल रेडिकल और कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित हो जाते हैं:
$(C_6H_5CO)_2O_2$ $\xrightarrow{\text{Homolysis}} 2 C_6H_5COO\bullet$ $\rightarrow 2 C_6H_5\bullet + 2 CO_2$

(N/A) $(i)$ मुक्त मूलकों की स्थिरता हाइपरकंजुगेशन और इंडक्टिव प्रभाव के कारण मूलक कार्बन से जुड़े एल्काइल समूहों की संख्या के साथ बढ़ती है: $(CH_3)_3C^{\bullet} > (CH_3)_2CH^{\bullet} > CH_3CH_2^{\bullet} > CH_3^{\bullet}$.
$(ii)$ कार्बोकेशन की स्थिरता हाइपरकंजुगेशन और इंडक्टिव प्रभाव के कारण धनात्मक कार्बन से जुड़े एल्काइल समूहों की संख्या के साथ बढ़ती है: $(CH_3)_3C^{+} > (CH_3)_2CH^{+} > CH_3CH_2^{+} > CH_3^{+}$.

कार्बोकेशन: $CH_3^{+}, (CH_3)_3C^{+}, (CH_3)_2CH^{+}, C_6H_5CH_2^{+}, CH_2=CHCH_2^{+}$
मुक्त मूलक: $CH_3^{\bullet}, (CH_3)_3C^{\bullet}, C_6H_5CH_2^{\bullet}, CH_2=CHCH_2^{\bullet}$
कार्बेनायन: $\bar{C}H_3, (CH_3)_3\bar{C}:, CH_3\ddot{C}H_2$

(A) कार्बोकेशन और मुक्त मूलकों की स्थिरता मुख्य रूप से प्रेरणिक प्रभाव ($+I$ प्रभाव) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) द्वारा निर्धारित की जाती है।
कार्बोकेशन और मुक्त मूलक दोनों इलेक्ट्रॉन-न्यून प्रजातियां हैं।
एल्किल समूह इलेक्ट्रॉन-दाता समूह होते हैं और वे अतिसंयुग्मन के माध्यम से स्थिरता प्रदान करते हैं।
जैसे-जैसे केंद्रीय कार्बन परमाणु से जुड़े एल्किल समूहों की संख्या बढ़ती है,स्थिरता बढ़ती है।
इसलिए,स्थिरता का क्रम $1^{\circ} < 2^{\circ} < 3^{\circ}$ है।

(N/A) मुक्त मूलक,कार्बोनियन और कार्बोकेशन कार्बनिक रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान बनने वाले अत्यधिक सक्रिय और अस्थिर अभिक्रिया मध्यवर्ती हैं।
$1$. कार्बोकेशन और कार्बोनियन $heterolytic \ cleavage$ (विषम विदलन) द्वारा बनते हैं,जहाँ सहसंयोजक बंध का साझा इलेक्ट्रॉन युग्म केवल एक ही परमाणु पर स्थानांतरित हो जाता है।
$2$. मुक्त मूलक $homolytic \ cleavage$ (सम विदलन) द्वारा बनते हैं,जहाँ बंधित प्रत्येक परमाणु सहसंयोजक बंध के साझा युग्म से एक इलेक्ट्रॉन ले लेता है।

(N/A) $1$. $Carbocation$: एक ऐसी प्रजाति जिसमें कार्बन परमाणु पर धनावेश होता है और इसकी संयोजकता कोश में केवल $6$ इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह एक इलेक्ट्रॉन-न्यून प्रजाति (इलेक्ट्रोफाइल) है,जिसका संकरण $sp^2$ और ज्यामिति समतलीय होती है।
$2$. $Carbanion$: एक ऐसी प्रजाति जिसमें कार्बन परमाणु पर ऋणावेश होता है और इसकी संयोजकता कोश में $8$ इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह एक इलेक्ट्रॉन-समृद्ध प्रजाति (न्यूक्लियोफाइल) है,जिसका संकरण $sp^3$ और ज्यामिति पिरामिडीय होती है।
$3$. $Free \text{ } radical$: एक ऐसी प्रजाति जिसमें कार्बन परमाणु पर एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है। यह सहसंयोजक बंध के समांगी विखंडन (homolytic fission) द्वारा बनता है। यह उदासीन,इलेक्ट्रॉन-न्यून और अत्यधिक सक्रिय होता है।

(N/A) यदि कार्बन परमाणु में तीन सहसंयोजक बंध और एक रिक्त कक्षक होता है,तो उस पर $(+1)$ आवेश होता है।
उदाहरण: सभी कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन),जैसे $H_{3}C^{+}$।
यदि कार्बन परमाणु में तीन बंध और एक अनाबंधी इलेक्ट्रॉन युग्म होता है,तो उस पर $(-1)$ आवेश होता है।
उदाहरण: सभी कार्बोनियन आयन (कार्बेनायन),जैसे $H_{3}C^{-}$।

(N/A) मीथेन $(CH_4)$ से अभिक्रियाशील मध्यवर्ती का निर्माण बंध विखंडन द्वारा होता है:
$1$. समांश विखंडन (Homolytic cleavage): सहसंयोजक बंध समान रूप से टूटता है,जिसके परिणामस्वरूप मिथाइल मुक्त मूलक $(CH_3^{\bullet})$ और हाइड्रोजन मुक्त मूलक $(H^{\bullet})$ बनते हैं।
$2$. विषमांश विखंडन (Heterolytic cleavage): सहसंयोजक बंध असमान रूप से टूटता है,जिसमें साझा इलेक्ट्रॉन युग्म एक टुकड़े के साथ रहता है।
- यदि कार्बन परमाणु इलेक्ट्रॉन युग्म को बनाए रखता है,तो मिथाइल कार्बएनायन $(CH_3^-)$ और प्रोटॉन $(H^+)$ बनते हैं।
- यदि हाइड्रोजन परमाणु इलेक्ट्रॉन युग्म को बनाए रखता है,तो मिथाइल कार्बोनियम आयन $(CH_3^+)$ और हाइड्राइड आयन $(H:^-)$ बनते हैं।

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) द्वारा निर्धारित की जाती है।
धनावेशित कार्बन परमाणु से जुड़े एल्काइल समूहों की संख्या जितनी अधिक होगी,$+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन के कारण स्थिरता उतनी ही अधिक होगी।
$(CH_3)_3\stackrel{+}{C}$ एक तृतीयक कार्बोकेशन है (सबसे अधिक स्थिर)।
$(CH_3)_2\stackrel{+}{C}H$ एक द्वितीयक कार्बोकेशन है।
$CH_3\stackrel{+}{C}H_2$ एक प्राथमिक कार्बोकेशन है।
$\stackrel{+}{C}H_3$ एक मिथाइल कार्बोकेशन है (सबसे कम स्थिर)।
अतः,स्थिरता का घटता क्रम है: $(CH_3)_3\stackrel{+}{C} > (CH_3)_2\stackrel{+}{C}H > CH_3\stackrel{+}{C}H_2 > \stackrel{+}{C}H_3$।

(N/A) कार्बोकेशन के चार सामान्य उदाहरण निम्नलिखित हैं:
$1. \ CH_3^+$ (मिथाइल कार्बोकेशन)
$2. \ CH_3CH_2^+$ (इथाइल कार्बोकेशन)
$3. \ (CH_3)_2CH^+$ (आइसोप्रोपाइल कार्बोकेशन)
$4. \ (CH_3)_3C^+$ (टर्ट-ब्यूटाइल कार्बोकेशन)
अन्य उदाहरणों में बेंजाइल कार्बोकेशन $(C_6H_5CH_2^+)$ और एलाइल कार्बोकेशन $(CH_2=CH-CH_2^+)$ शामिल हैं।

(A) $(i)$ सत्य: कार्बोकेशन में,धनावेशित कार्बन परमाणु तीन अन्य परमाणुओं से बंधा होता है और इसके पास एक रिक्त $p$-कक्षक होता है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^2$ संकरण होता है।
$(ii)$ असत्य: जैसा कि ऊपर बताया गया है,कार्बोकेशन में कार्बन $sp^2$ संकरित होता है,$sp^3$ नहीं।
$(iii)$ असत्य: कार्बोकेशन का निर्माण सहसंयोजक बंध के विषमांगी विखंडन (heterolytic fission) द्वारा होता है,जहाँ अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु दोनों इलेक्ट्रॉनों को ले लेता है।
$(iv)$ असत्य: कार्बोकेशन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और इलेक्ट्रॉन-न्यून मध्यवर्ती होते हैं और सामान्यतः अस्थिर होते हैं,हालाँकि उनकी स्थिरता प्रेरणिक (inductive) और अनुनाद (resonance) प्रभावों के आधार पर भिन्न हो सकती है।

(N/A) $(i)$ असत्य। $\mathop{C}\limits^{+}H_3$ (मिथाइल कार्बोकेशन) को प्राथमिक,द्वितीयक या तृतीयक के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जाता है क्योंकि यह किसी एल्काइल समूह से नहीं जुड़ा होता है। $CH_3\mathop{C}\limits^{+}H_2$ एक प्राथमिक कार्बोकेशन है।
$(ii)$ असत्य। $(CH_3)_3\mathop{C}\limits^{+}$ एक तृतीयक कार्बोकेशन है,लेकिन धनावेशित कार्बन $sp^2$ संकरित है,$sp^3$ नहीं।
$(iii)$ सत्य। मिथाइल कार्बोकेशन $\mathop{C}\limits^{+}H_3$ में केंद्रीय कार्बन पर तीन आबंध युग्म हैं और कोई एकाकी युग्म नहीं है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^2$ संकरण और त्रिकोणीय समतलीय ज्यामिति प्राप्त होती है।
$(iv)$ सत्य। $CH_4$ (मीथेन) में चार आबंध युग्म हैं और कोई एकाकी युग्म नहीं है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण और चतुष्फलकीय ज्यामिति प्राप्त होती है,न कि त्रिकोणीय समतलीय।

(D) $(i)$ असत्य: समांगी विखंडन से मुक्त मूलक (free radicals) बनते हैं,कार्बोनियम आयन नहीं।
$(ii)$ सत्य: विषमांगी विखंडन से इलेक्ट्रॉनों का असमान वितरण होता है,जिससे कार्बोनियम आयन $(C^+)$ या कार्बऋणायन $(C^-)$ का निर्माण होता है।
$(iii)$ असत्य: कार्बऋणायन का कार्बन $sp^3$ संकरित (पिरामिडीय ज्यामिति) होता है और कार्बोनियम आयन का कार्बन $sp^2$ संकरित (समतलीय ज्यामिति) होता है।
$(iv)$ सत्य: जैसा कि $(iii)$ में समझाया गया है,कार्बऋणायन का कार्बन $sp^3$ और कार्बोनियम आयन का कार्बन $sp^2$ होता है।
अंतिम उत्तर: $(i-F, ii-T, iii-F, iv-T)$

(A) कार्बोकेशन की स्थिरता प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) द्वारा निर्धारित की जाती है। स्थिरता का क्रम है: $3^\circ > 2^\circ > 1^\circ > \text{मिथाइल कार्बोकेशन}$.
$(i)$ $CH_3-CH_2^+$ $(1^\circ)$,$CH_3^+$ (मिथाइल) से अधिक स्थिर है क्योंकि मिथाइल समूह का $+I$ प्रभाव होता है। कथन सत्य $(T)$ है।
$(ii)$ $CH_3-CH_2^+$,$CH_3^+$ से अधिक स्थिर है,इसलिए यह कहना कि यह कम स्थिर है,असत्य $(F)$ है।
$(iii)$ $(CH_3)_3C^+$ $(3^\circ)$,अतिसंयुग्मन और $+I$ प्रभाव के कारण $CH_3^+$ से काफी अधिक स्थिर है। कथन असत्य $(F)$ है।
$(iv)$ $(CH_3)_3C^+$,$CH_3^+$ से अधिक स्थिर है। कथन सत्य $(T)$ है।
अंतिम उत्तर: $(i-T, ii-F, iii-F, iv-T)$.

(N/A) $2-$मिथाइल ब्यूटेन $(CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3)$ में $H$ परमाणुओं के चार अलग-अलग सेट होते हैं।
प्रत्येक सेट से एक हाइड्रोजन हटाने पर चार अलग-अलग कार्बोकेटायन प्राप्त होते हैं:
$(a) (CH_3)_2CH-CH_2-CH_2^+ \text{ (प्राथमिक } 1^{\circ} \text{ कार्बोकेटायन)}$
$(b) (CH_3)_2C^+-CH_2-CH_3 \text{ (तृतीयक } 3^{\circ} \text{ कार्बोकेटायन)}$
$(c) CH_3-CH^+-CH(CH_3)_2 \text{ (द्वितीयक } 2^{\circ} \text{ कार्बोकेटायन)}$
$(d) ^+CH_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_3 \text{ (प्राथमिक } 1^{\circ} \text{ कार्बोकेटायन)}$
कार्बोकेटायन की स्थिरता का क्रम $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$ होता है।
दो $1^{\circ}$ कार्बोकेटायन $(a)$ और $(d)$ की तुलना करने पर,$(a)$,$(d)$ से अधिक स्थिर है क्योंकि $(a)$ में धनावेशित कार्बन से जुड़ा एल्काइल समूह $(CH_3)_2CH-CH_2-$ है,जो $(d)$ के समूह की तुलना में अधिक मजबूत प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) प्रदान करता है।
अतः,स्थिरता का बढ़ता क्रम: $(d) < (a) < (c) < (b)$ है।

(A-1, B-1, C-2) $A-1, B-1, C-2$
$A$. मुक्त मूलक समांगी विखंडन (homolytic cleavage) द्वारा बनते हैं और वे त्रिकोणीय समतलीय होते हैं।
$B$. कार्बोनियम आयन विषमांगी विखंडन (heterolytic cleavage) द्वारा बनते हैं,जहाँ केंद्रीय कार्बन $sp^2$ संकरित होता है,जिसके परिणामस्वरूप त्रिकोणीय समतलीय ज्यामिति प्राप्त होती है।
$C$. कार्बऋणायन में केंद्रीय कार्बन पर इलेक्ट्रॉनों का एक एकाकी युग्म (lone pair) होता है,जो $sp^3$ संकरित होता है,जिसके परिणामस्वरूप पिरामिडीय ज्यामिति प्राप्त होती है।

(A-1,2; B-2; C-2; D-3,4) $A-1, 2$; $B-2$; $C-2$; $D-3, 4$
$A$. $CH_3-O^{+}=CH-CH_3$: यह एक ऑक्सोनियम आयन है। यह अनुनाद के कारण स्थिर है: $CH_3-\ddot{O}^{+}-CH-CH_3 \leftrightarrow CH_3-\ddot{O}=CH^{+}-CH_3$. यह ऑक्सीजन परमाणु के $-I$ प्रभाव के कारण अस्थिर भी होता है।
$B$. $F_3C^{+}$: तीन फ्लोरीन परमाणुओं के प्रबल $-I$ प्रेरणिक प्रभाव के कारण अस्थिर है,जो धनावेशित कार्बन से इलेक्ट्रॉन घनत्व खींचते हैं।
$C$. $(CH_3)_3C^{-}$: तीन मिथाइल समूहों के $+I$ प्रेरणिक प्रभाव के कारण अस्थिर है,जो ऋणावेशित कार्बन पर इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं।
$D$. $CH_3-CH^{+}-CH_3$: यह एक द्वितीयक $(2^{\circ})$ कार्बोनियम आयन है। यह छह $\alpha$-हाइड्रोजन द्वारा अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) से स्थिर होता है।

(A) तृतीयक ब्यूटाइल कार्बोनियम आयन $( (CH_3)_3C^+ )$ में $9$ $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं,जबकि द्वितीयक ब्यूटाइल कार्बोनियम आयन $( CH_3CH^+CH_2CH_3 )$ में $5$ $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं।
कार्बोनियम आयनों की स्थिरता अतिसंयुग्मी संरचनाओं की संख्या के सीधे आनुपातिक होती है,जो $\alpha$-हाइड्रोजन की संख्या पर निर्भर करती है।
अतः,अतिसंयुग्मन के कारण तृतीयक ब्यूटाइल कार्बोनियम आयन अधिक स्थिर होता है।

(A) दिए गए कार्बोकेशन की स्थिरता इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है:
$I.$ $CH_3-CH^{+}-CH_3$: कार्बोकेशन दो मिथाइल समूहों के $+I$ प्रभाव द्वारा स्थिर होता है।
$II.$ $CH_3-CH^{+}-OCH_3$: कार्बोकेशन $-OCH_3$ समूह के प्रबल $+R$ (अनुनाद) प्रभाव द्वारा अत्यधिक स्थिर होता है,जो $+I$ प्रभाव से अधिक प्रभावी है।
$III.$ $CH_3-CH^{+}-CH_2-OCH_3$: $-OCH_3$ समूह एक मिथाइलीन समूह द्वारा अलग है,इसलिए इसका $-I$ प्रभाव कार्बोकेशन को अस्थिर करता है।
अतः,स्थिरता का सही घटता क्रम $II > I > III$ है।