Types of organic reactions Questions in Hindi

(B) सम विखंडन (Homolytic fission) सूर्य के प्रकाश द्वारा अनुकूलित होता है।
इस प्रक्रिया में,प्रत्येक बंधित परमाणु अपना साझा इलेक्ट्रॉन ले जाता है,जिससे मुक्त मूलक (free radicals) उत्पन्न होते हैं।

(D) विषमांगी विखंडन में,इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म किसी एक परमाणु द्वारा ले लिया जाता है। $C-Cl$ बंध के लिए,चूंकि क्लोरीन कार्बन की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक है,इसलिए यह दोनों इलेक्ट्रॉन ले लेता है,जिसके परिणामस्वरूप कार्बोनियम आयन $(C^+)$ और क्लोराइड आयन $(Cl^-)$ बनते हैं। इस प्रकार,यह एक धनायन और एक ऋणायन उत्पन्न करता है। अभिक्रिया: $C-Cl \xrightarrow{\text{Heterolysis}} C^+ + Cl^-$.

(D) दी गई अभिक्रिया $B^{-} + R - A \to B - R + A^{-}$ है।
यहाँ,$B^{-}$ एक नाभिकस्नेही (nucleophile) के रूप में कार्य करता है जो सबस्ट्रेट $R-A$ पर आक्रमण करता है और साथ ही लिविंग ग्रुप $A^{-}$ बाहर निकल जाता है।
यह एक सम्मिलित क्रियाविधि है,जिसमें अभिक्रिया की दर नाभिकस्नेही और सबस्ट्रेट दोनों की सांद्रता पर निर्भर करती है,जो $S_N2$ (द्वि-अणुक नाभिकस्नेही प्रतिस्थापन) अभिक्रिया की विशेषता है।

(B) सही उत्तर $(B)$ है।
मुक्त मूलक अभिक्रियाओं में उदासीन प्रजातियां (मुक्त मूलक) शामिल होती हैं और ये आमतौर पर विलायक की ध्रुवीयता में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील नहीं होती हैं,आयनिक अभिक्रियाओं के विपरीत जो विलायक के परावैद्युत स्थिरांक पर अत्यधिक निर्भर करती हैं।
अन्य विकल्प $(A)$,$(C)$,और $(D)$ मुक्त मूलक श्रृंखला तंत्र की मानक विशेषताएं हैं।

(B) योगात्मक अभिक्रिया में,द्वि-आबंध का $\pi$ आबंध टूट जाता है और आने वाले परमाणुओं या समूहों के साथ दो नए $\sigma$ आबंध बनते हैं।
उदाहरण: $CH_2=CH_2 + XY \rightarrow X-CH_2-CH_2-Y$.

(D) $C-Cl$ बंध का विषम विखंडन होता है क्योंकि $Cl$,$C$ की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक है।
$R-CH_2-Cl \xrightarrow{\text{Heterolytic bond fission}} R-CH_2^{\oplus} + Cl^-$
इस प्रक्रिया में,इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म अधिक विद्युत ऋणात्मक क्लोरीन परमाणु द्वारा ले लिया जाता है,जिसके परिणामस्वरूप एक कार्बधनायन $(R-CH_2^{\oplus})$ और एक क्लोराइड ऋणायन $(Cl^-)$ का निर्माण होता है।

(D) $C-Cl$ बंध का विषमांगी विखंडन साझा इलेक्ट्रॉन युग्म के असमान वितरण को दर्शाता है,जहाँ अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु $(Cl)$ दोनों इलेक्ट्रॉन ले लेता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $R-CH_2-Cl \rightarrow R-CH_2^{\oplus} + Cl^{\ominus}$।
इसके परिणामस्वरूप एक कार्बोकेशन $(R-CH_2^{\oplus})$ और एक क्लोराइड आयन $(Cl^{\ominus})$ का निर्माण होता है।

(D) $-NO_2$ समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है।
नाइट्रोबेंजीन के इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन में,मध्यवर्ती $\sigma$-संकुल $-NO_2$ समूह द्वारा अस्थिर हो जाता है।
अस्थिरीकरण तब अधिकतम होता है जब $\sigma$-संकुल का धनात्मक आवेश $-NO_2$ समूह वाले कार्बन के निकट (ऑर्थो और पैरा स्थिति) होता है।
इसलिए,मेटा-आक्रमण तीनों संभावित स्थितियों (ऑर्थो,मेटा,पैरा) में सबसे कम अस्थिर (या अपेक्षाकृत सबसे अधिक स्थिर) है क्योंकि मेटा-मध्यवर्ती की अनुनाद संरचनाओं में धनात्मक आवेश कभी भी सीधे $-NO_2$ से जुड़े कार्बन पर नहीं रहता है।
अतः,मेटा-प्रतिस्थापित $\sigma$-संकुल की ऊर्जा सबसे कम होती है।

(B) सूर्य का प्रकाश (या $UV$ प्रकाश) समबंधी विखंडन शुरू करने के लिए ऊर्जा प्रदान करता है। इस प्रक्रिया में,सहसंयोजक बंध में इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म दो परमाणुओं के बीच समान रूप से विभाजित हो जाता है,जिसके परिणामस्वरूप मुक्त मूलक $(free \text{ } radicals)$ बनते हैं।

(D) दी गई अभिक्रिया हॉफमैन विलोपन (Hofmann elimination) है,जो तब होती है जब एक चतुष्क अमोनियम लवण को $OH^-$ जैसे क्षार के साथ गर्म किया जाता है।
हॉफमैन विलोपन में,क्षार उस $\beta$-कार्बन से प्रोटॉन को हटाता है जो सबसे कम त्रिविम बाधा (sterically hindered) वाला होता है,जिससे सबसे कम प्रतिस्थापित एल्कीन मुख्य उत्पाद के रूप में बनता है।
दिए गए सबस्ट्रेट में,चतुष्क नाइट्रोजन एक मिथाइल समूह,एक एथिल समूह,एक $n$-ब्यूटाइल समूह और एक साइक्लोहेक्सिनाइल रिंग से जुड़ा है।
उपलब्ध $\beta$-हाइड्रोजन की तुलना करने पर:
$1$. एथिल समूह पर $\beta_1$ हाइड्रोजन $CH_2=CH_2$ (एथीन) बनाता है।
$2$. $n$-ब्यूटाइल समूह पर $\beta_2$ हाइड्रोजन $CH_2=CHCH_2CH_3$ ($1$-ब्यूटीन) बनाता है।
$3$. रिंग पर $\beta_3$ और $\beta_4$ हाइड्रोजन चक्रीय एल्कीन बनाते हैं।
हॉफमैन नियम के अनुसार,सबसे कम प्रतिस्थापित एल्कीन,जो $CH_2=CH_2$ (एथीन) है,मुख्य उत्पाद के रूप में बनता है क्योंकि एथिल समूह नाइट्रोजन से जुड़ा सबसे कम त्रिविम बाधा वाला समूह है।

(A) यह अभिक्रिया $1,1'-bi(cyclopentane)-1,1'-diol$ का पिनाकोल-पिनाकोलोन पुनर्विन्यास है।
$conc. H_2SO_4$ और ऊष्मा के साथ उपचार करने पर,एक हाइड्रॉक्सिल समूह प्रोटोनेटेड हो जाता है और पानी के रूप में निकल जाता है,जिससे कार्बोनियम आयन बनता है।
इसके बाद,कीटोन बनाने के लिए रिंग संकुचन या पुनर्विन्यास होता है।
प्राप्त उत्पाद $cyclopentyl-cyclopentanone$ (विशेष रूप से,$2-cyclopentylcyclopentanone$) है।
$A$. यह एक स्पाइरो यौगिक नहीं है; यह एक बाइसाइक्लिक कीटोन है जिसमें एक साइक्लोपेंटाइल रिंग दूसरी से जुड़ी होती है।
$B$. यह एक कीटोन है।
$C$. यह चलावयवता प्रदर्शित कर सकता है क्योंकि इसमें $\alpha$-हाइड्रोजन मौजूद हैं।
$D$. $C_{10}H_{16}O$ के लिए डबल बॉन्ड इक्विवेलेंट $(DBE)$ $10 - (16/2) + 1 = 3$ है। अतः,$DBE = 4$ वाला कथन गलत है।

(C) ये अभिक्रियाएं सोलवोलिसिस प्रक्रिया ($S_N1$ तंत्र) में कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती के निर्माण को शामिल करती हैं।
$1$. पहली अभिक्रिया में,ब्रिजहेड स्थिति पर एक द्वितीयक कार्बोनियम आयन बनता है,जो अपेक्षाकृत स्थिर होता है।
$2$. दूसरी अभिक्रिया में,ब्रिजहेड स्थिति पर एक तृतीयक कार्बोनियम आयन बनता है। तृतीयक कार्बोनियम आयन द्वितीयक की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं,इसलिए $R_2 > R_1$ है।
$3$. तीसरी अभिक्रिया में,कार्बोनियम आयन एक द्वि-आबंध (विनाइलिक स्थिति) पर बनता है। विनाइलिक कार्बोनियम आयन कार्बन परमाणु के $sp$ संकरण के कारण अत्यधिक अस्थिर होते हैं,जिससे इस कार्बोनियम आयन का निर्माण बहुत कठिन हो जाता है। अतः,$R_3$ सबसे धीमी दर है।
इसलिए,दरों का सही क्रम $R_2 > R_1 > R_3$ है।

(C) $1$. प्रारंभिक पदार्थ $(S)-2-\text{ब्यूटेनॉल}$ है।
$2$. पिरिडीन में $P-TsCl$ (p-टोल्यूनिसल्फोनिल क्लोराइड) के साथ अभिक्रिया $-OH$ समूह को एक अच्छे लिविंग ग्रुप,$-OTs$ में बदल देती है,जिसमें विन्यास (configuration) बरकरार रहता है। अतः,$A$ $(S)-2-\text{ब्यूटाइल टोसिलेट}$ है।
$3$. $A$ की $AcOK$ (पोटेशियम एसीटेट) के साथ अभिक्रिया $S_N2$ क्रियाविधि द्वारा होती है,जिसके परिणामस्वरूप विन्यास का प्रतिपन्न (inversion) होता है। अतः,$B$ $(R)-2-\text{ब्यूटाइल एसीटेट}$ है।
$4$. $H_2O$ और ऊष्मा में $KOH$ के साथ $B$ का जल-अपघटन $S_N2$ क्रियाविधि द्वारा होता है,जिसके परिणामस्वरूप पुनः विन्यास का प्रतिपन्न होता है। अतः,$C$ $(S)-2-\text{ब्यूटेनॉल}$ है।

(D) प्रत्येक अभिक्रिया का विश्लेषण करते हैं:
$A$. डिकार्बोक्सिलेशन: सोडा लाइम $(NaOH + CaO)$ के साथ कार्बोक्सिलिक अम्ल की अभिक्रिया $CO_2$ के निष्कासन के बाद कार्बोनियन मध्यवर्ती $(R^-)$ के माध्यम से होती है।
$B$. वोल्फ-किशनर अपचयन: इस अभिक्रिया में हाइड्राजोन का निर्माण और उसके बाद $N_2$ गैस का निष्कासन होता है। इस प्रक्रिया में प्रबल क्षार $(OH^-)$ के साथ कार्बोनियन मध्यवर्ती $(R-CH_2^-)$ बनता है।
$C$. वुर्ट्ज़ अभिक्रिया: यह अभिक्रिया मुक्त मूलक (free radical) क्रियाविधि द्वारा होती है।
$D$. हंसडिकर अभिक्रिया: यह अभिक्रिया सिल्वर लवण के निर्माण और उसके बाद मुक्त मूलक डिकार्बोक्सिलेशन द्वारा होती है। इसमें कार्बोनियन नहीं बनता है।

(A) अभिकारक $N$-फेनिल-आइसोइंडोलिन$-1-$ओन है। इस अणु में,नाइट्रोजन परमाणु एक कार्बोनिल समूह $(C=O)$ से जुड़ा होता है,जो एक इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है। यह $N$-फेनिल वलय पर इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन के लिए नाइट्रोजन परमाणु को कम सक्रिय बनाता है।
हालाँकि,आइसोइंडोलिन संरचना से जुड़ी बेंजीन वलय $N$-फेनिल वलय की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन-समृद्ध होती है क्योंकि नाइट्रोजन का एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म कार्बोनिल समूह में विस्थानीकृत हो जाता है,जिससे $N$-फेनिल वलय को सक्रिय करने की उसकी क्षमता कम हो जाती है।
इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन $(Br_2/Fe)$ सबसे अधिक सक्रिय स्थिति पर होगा। आइसोइंडोलिन प्रणाली की बेंजीन वलय $N$-फेनिल वलय की तुलना में अधिक सक्रिय होती है। एल्काइल समूह ($CH_2$ समूह) के ऑर्थो/पैरा निर्देशक प्रभाव के कारण,एल्काइल समूह के पैरा स्थान पर ब्रोमीन का प्रतिस्थापन होता है। इस प्रकार,ब्रोमीन परमाणु विकल्प $A$ में दिखाई गई स्थिति पर जुड़ता है।

(C) इनोल की मात्रा परिणामी इनोल रूप की स्थिरता द्वारा निर्धारित की जाती है।
साइक्लोहेक्सा$-2,4-$डाईन$-1-$ओन के मामले में,इनोल रूप फिनोल है।
फिनोल एरोमैटिक है और अनुनाद (resonance) स्थिरीकरण के कारण अत्यधिक स्थिर है।
चूंकि एक एरोमैटिक रिंग का निर्माण महत्वपूर्ण ऊष्मगतिक स्थिरता प्रदान करता है,इसलिए संतुलन इस मामले में इनोल रूप के पक्ष में होता है।
अतः,साइक्लोहेक्सा$-2,4-$डाईन$-1-$ओन के लिए इनोल प्रतिशत अधिकतम है।

(A) $1$. एल्कीन्स में इलेक्ट्रोफिलिक योगात्मक अभिक्रिया के लिए,अभिक्रियाशीलता बनने वाले कार्बोकेशन मध्यवर्ती के स्थायित्व पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ द्वि-आबंध पर इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं,जिससे वे इलेक्ट्रोफाइल के प्रति अधिक अभिक्रियाशील हो जाते हैं। $EDG$ शक्ति का क्रम $-C_2H_5 > -CH_3 > -H > -OH$ है। अतः,विकल्प $A$ में दर्शाया गया क्रम सही है.
$2$. कार्बोनिल यौगिकों में ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक के योग के लिए,अभिक्रियाशीलता कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है। $HCHO$ सबसे अधिक अभिक्रियाशील है.
$3$. वुर्ट्ज़ अभिक्रिया के लिए,अभिक्रियाशीलता का क्रम $R-I > R-Br > R-Cl > R-F$ है.
$4$. एल्केन के हैलोजनीकरण के लिए,अभिक्रियाशीलता का क्रम $F_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$ है.

(C) पहली अभिक्रिया में,सबस्ट्रेट एक चतुर्धातुक अमोनियम लवण ($sec-butyltrimethylammonium$ धनायन) है। चतुर्धातुक अमोनियम लवणों की विलोपन अभिक्रियाएं $Hofmann$ नियम का पालन करती हैं,जो कम प्रतिस्थापित एल्कीन के निर्माण को प्राथमिकता देती हैं। इसलिए,मुख्य उत्पाद $x$ $1-$ब्यूटीन है।
दूसरी अभिक्रिया में,सबस्ट्रेट $2-$क्लोरोब्यूटेन है,जो एक एल्किल हैलाइड है। $CH_3O^-$ जैसे प्रबल क्षार के साथ एल्किल हैलाइड की विलोपन अभिक्रियाएं $Saytzeff$ नियम का पालन करती हैं,जो अधिक प्रतिस्थापित (अधिक स्थिर) एल्कीन के निर्माण को प्राथमिकता देती हैं। इसलिए,मुख्य उत्पाद $y$ $2-$ब्यूटीन है।
अतः,$x$ $1-$ब्यूटीन है और $y$ $2-$ब्यूटीन है।

(D) प्रत्येक अभिक्रिया क्रम का विश्लेषण करते हैं:
$(a)$ इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया $(ESR)$ की दर: दर रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। $-OH$ समूह $-OCH_3$ से अधिक सक्रिय है,जो $-CH_3$ से अधिक सक्रिय है। अतः,यह क्रम सही है।
$(b)$ न्यूक्लियोफिलिक योगात्मक अभिक्रिया $(NAR)$ की दर: दर कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है। त्रिविम बाधा (steric hindrance) और इलेक्ट्रॉन-दाता समूह दर को कम करते हैं। $HCHO > PhCHO > CH_3COCH_3 > PhCOPh$। यह क्रम सही है।
$(c)$ इलेक्ट्रोफिलिक योगात्मक अभिक्रिया $(EAR)$ की दर: दर कार्बोनिल मध्यवर्ती की स्थिरता पर निर्भर करती है। डबल बॉन्ड से सीधे जुड़ा $MeO-$ समूह मजबूत अनुनाद स्थिरता ($+M$ प्रभाव) प्रदान करता है,जिससे यह सबसे तेज हो जाता है। यह क्रम सही है।
$(d)$ इलेक्ट्रोफिलिक योगात्मक अभिक्रिया $(EAR)$ की दर: दर कार्बोनिल की स्थिरता पर निर्भर करती है। $CH_3-CH=CH_2$ ($+I$ प्रभाव द्वारा स्थिर कार्बोनिल) $> CH_2=CH_2 > CH_2=CH-Cl$ ($Cl$ के $-I$ प्रभाव द्वारा अस्थिर कार्बोनिल)। यह क्रम सही है।
चूंकि सभी क्रम $(a, b, c, d)$ सही हैं,इसलिए सही विकल्प $D$ है।

(C) यह यौगिक $2,5$-साइक्लोहेक्साडाइनोन है। न्यूक्लियोफाइल $CH_3O^{-}$ कार्बोनिल कार्बन (सीधा योग) या संयुग्मित प्रणाली के $\beta$-कार्बन परमाणुओं (संयुग्मित योग) पर आक्रमण कर सकता है। यहाँ दो समान $\beta$-कार्बन स्थितियाँ और एक कार्बोनिल कार्बन स्थिति है,जो न्यूक्लियोफिलिक आक्रमण के लिए कुल $3$ संभावित साइटें बनाती हैं।

(B) दिखाई गई अभिक्रिया एक $[3,3]-$सिग्माट्रोपिक पुनर्विन्यास है,विशेष रूप से एलाइल विनाइल ईथर का क्लेसेन पुनर्विन्यास।
इस क्रियाविधि में,इलेक्ट्रॉन एक चक्रीय संक्रमण अवस्था में गति करते हैं।
ऑक्सीजन और एलाइलिक कार्बन के बीच का बंधन टूट जाता है,और एलाइल समूह के टर्मिनल कार्बन और विनाइल समूह के अल्फा-कार्बन के बीच एक नया कार्बन-कार्बन बंधन बनता है।
इसके परिणामस्वरूप एक असंतृप्त कार्बोनिल यौगिक का निर्माण होता है।
दिए गए विकल्पों के आधार पर,सही उत्तर $B$ है।

(C) इनोल सामग्री कीटो रूप के सापेक्ष इनोल रूप की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$(I)$ साइक्लोपेंटेनोन में एक मानक इनोलकरण संतुलन होता है।
$(II)$ इसमें कार्बोनिल समूह के साथ संयुग्मित एक द्वि-आबंध होता है,जो अनुनाद और संयुग्मन के माध्यम से इनोल रूप को काफी स्थिर करता है।
$(III)$ एक चक्रीय एस्टर ($\gamma$-ब्यूटायरोलैक्टोन व्युत्पन्न) है,जिसमें एस्टर समूह के अनुनाद स्थिरीकरण के कारण बहुत कम इनोल सामग्री होती है,जो कीटो रूप को इनोल रूप से अधिक स्थिर बनाती है।
इसलिए,इनोल सामग्री का सही क्रम $II > I > III$ है।

(C) हैमंड पोस्ट्युलेट के अनुसार,एक अभिक्रिया चरण की संक्रमण अवस्था संरचनात्मक रूप से उस प्रजाति (अभिकारक या उत्पाद/मध्यवर्ती) के सबसे समान होती है जो ऊर्जा में उसके सबसे करीब होती है।
दिए गए ऊर्जा प्रोफ़ाइल आरेख में,$T.S. 2$,$intermediate 1$ और $intermediate 2$ के बीच की संक्रमण अवस्था है।
ऊर्जा स्तरों की तुलना करने पर,$T.S. 2$,$intermediate 1$ की तुलना में $intermediate 2$ की ऊर्जा के अधिक करीब है।
इसलिए,$T.S. 2$ के संरचनात्मक रूप से $intermediate 2$ के समान होने की सबसे अधिक संभावना है।

(C) दी गई अभिक्रिया कोप एलिमिनेशन (Cope elimination) है,जो एक समकालिक $syn$-एलिमिनेशन अभिक्रिया है।
$syn$-एलिमिनेशन में,$\beta$-हाइड्रोजन और एमाइन ऑक्साइड समूह को एक ही तरफ (cis) होना चाहिए ताकि चक्रीय संक्रमण अवस्था बन सके।
पहले सबस्ट्रेट (syn-आइसोमर) के लिए,$\beta$-हाइड्रोजन और $-NMe_2O^-$ समूह एक ही तरफ हैं,जिससे उत्पाद $(P)$ ($3$-phenylcyclohexene) प्राप्त होता है।
दूसरे सबस्ट्रेट (anti-आइसोमर) के लिए,घूर्णन के बाद $\beta$-हाइड्रोजन और $-NMe_2O^-$ समूह एक ही तरफ आ जाते हैं,जिससे उत्पाद $(Q)$ ($1$-phenylcyclohexene) प्राप्त होता है,जो फेनिल रिंग के साथ संयुग्मन (conjugation) के कारण अधिक स्थिर है।
अतः,$(A) = P$ और $(B) = Q$।

(C) यह अभिक्रिया एक चतुष्क अमोनियम लवण का हॉफमैन विलोपन है।
दिए गए न्यूमैन प्रक्षेप में,निकलने वाला समूह $-NMe_3^+$ है।
विलोपन होने के लिए,क्षार $(EtO^-)$ को उस $\beta$-हाइड्रोजन को हटाना होगा जो निकलने वाले समूह के प्रति-समतलीय (anti-periplanar) हो।
न्यूमैन प्रक्षेप को देखने पर,सामने वाले कार्बन पर $-NMe_3^+$,$-Me$ और $-Ph$ हैं। पीछे वाले कार्बन पर $-H$,$-H$ और $-Ph$ हैं।
$E2$ विलोपन के लिए,हमें एक एंटी-पेरिप्लेनर $H$ की आवश्यकता है। पीछे वाले कार्बन पर स्थित $H$,$-NMe_3^+$ समूह के विपरीत है।
इस $H$ और $-NMe_3^+$ समूह को हटाने से दोनों कार्बनों के बीच एक द्वि-आबंध बनता है।
प्राप्त उत्पाद $Ph(Me)C=C(H)Ph$ है,जो $1,2$-डाइफेनिलप्रोपीन है।

(B) यह अभिक्रिया $1$-मिथाइल-$1$-विनाइलसाइक्लोब्यूटेन का अम्ल-उत्प्रेरित जलयोजन है,जिसमें कार्बोकेशन पुनर्विन्यास शामिल है।
चरण $1$: साइक्लोब्यूटाइल कार्बोकेशन (मध्यवर्ती $1$) बनाने के लिए एल्कीन का प्रोटोनेशन।
चरण $2$: साइक्लोब्यूटाइल कार्बोकेशन का साइक्लोपेंटाइल कार्बोकेशन (मध्यवर्ती $2$) में वलय विस्तार।
चरण $3$: ऑक्सोनियम आयन (मध्यवर्ती $3$) बनाने के लिए साइक्लोपेंटाइल कार्बोकेशन पर $H_2O$ द्वारा न्यूक्लियोफिलिक आक्रमण।
चरण $4$: अंतिम उत्पाद,$1$-मिथाइलसाइक्लोपेंटेनॉल बनाने के लिए डीप्रोटोनेशन।
चूंकि $3$ मध्यवर्ती हैं,इसलिए $3 + 1 = 4$ संक्रमण अवस्थाएँ होंगी।
अतः,अभिक्रिया में $4$ संक्रमण अवस्थाएँ और $3$ मध्यवर्ती शामिल हैं।

(C) इस अभिक्रिया में फेनोनियम आयन मध्यवर्ती बनाने के लिए पड़ोसी फेनिल समूह की भागीदारी शामिल है। इस प्रक्रिया को $NGP$ (नेबरिंग ग्रुप पार्टिसिपेशन) के रूप में जाना जाता है। न्यूक्लियोफाइल $(RCOO^-)$ फिर फेनोनियम आयन पर दो अलग-अलग स्थितियों पर हमला करता है,जिससे चित्र में दिखाए गए अनुसार दो आइसोमेरिक उत्पाद बनते हैं।

(A) $1,2$-अमीनो अल्कोहल की $HNO_2$ के साथ अभिक्रिया (टिफ़ेन्यू-डेमजानोव पुनर्विन्यास) में डायज़ोनियम आयन का निर्माण होता है,जिसके बाद $N_2$ के निष्कासन से बने कार्बोकेशन केंद्र पर एक एंटी-पेरिप्लेनर समूह का प्रवास होता है।
दिए गए न्यूमैन प्रोजेक्शन में,$Ph$ समूह $-N_2^+$ समूह के एंटी (विपरीत) है।
$N_2$ के निकलने पर,$Ph$ समूह निकटवर्ती कार्बन पर स्थानांतरित हो जाता है,जिसके परिणामस्वरूप कीटोन का निर्माण होता है।
प्रवास की त्रिविम रसायन (stereochemistry) के आधार पर,$Ph$ समूह कार्बोनिल कार्बन पर स्थानांतरित होता है,जिससे चित्र $355-$a404 में दर्शाया गया उत्पाद प्राप्त होता है।

(C) इस अभिक्रिया में थायोएसीटेट समूह का क्षार-उत्प्रेरित जल-अपघटन होता है।
$1$. $HO^-$ आयन थायोएसीटेट समूह के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है,जिससे निकटवर्ती कार्बन पर थायोलेट आयन $(-S^-)$ का निर्माण होता है।
$2$. यह थायोलेट आयन एक प्रबल नाभिकरागी (nucleophile) है और यह एसीटेट समूह के ट्रांस स्थिति में स्थित होता है।
$3$. पड़ोसी समूह की भागीदारी $(NGP)$ के माध्यम से,थायोलेट सल्फर उस कार्बन पर आक्रमण करता है जिस पर एसीटेट समूह जुड़ा है,और एसीटेट आयन $(CH_3COO^-)$ को विस्थापित करके एक चक्रीय एपिसल्फाइड (थायरेन) वलय बनाता है।
अतः,मुख्य उत्पाद एपिसल्फाइड है।

(B) $1$. अभिक्रिया एक डायोल के साथ शुरू होती है जिसमें एक प्राथमिक अल्कोहल $(-CH_2OH)$ और एक तृतीयक अल्कोहल समूह होता है जो साइक्लोहेक्सेन रिंग से जुड़ा होता है।
$2$. $0^{\circ}C$ पर पिरिडीन में $TsCl$ (टोसिल क्लोराइड) के साथ उपचार करने पर प्राथमिक अल्कोहल चयनात्मक रूप से टोसिलाट समूह $(-OTs)$ में परिवर्तित हो जाता है,जिससे मध्यवर्ती $(A)$ बनता है।
$3$. $80^{\circ}C$ पर $HMPT$ विलायक की उपस्थिति में,शेष तृतीयक हाइड्रॉक्सिल समूह एक आंतरिक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है।
$4$. तृतीयक अल्कोहल के ऑक्सीजन पर मौजूद लोन पेयर टोसिलाट युक्त कार्बन पर हमला करते हैं,जिससे एक इंट्रा-मॉलिक्यूलर $S_N2$ अभिक्रिया (विलियमसन ईथर संश्लेषण) होती है।
$5$. इसके परिणामस्वरूप अंतिम उत्पाद $(B)$ के रूप में एक चक्रीय ईथर (टेट्राहाइड्रोफ्यूरान व्युत्पन्न) बनता है।

(B) प्रारंभिक पदार्थ साइक्लोहेक्सेन$-1,3-$डायोन है,जिसमें $C-2$ स्थान पर (दो कार्बोनिल समूहों के बीच) अत्यधिक अम्लीय $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं।
जब $KOH$ जैसे क्षार के साथ उपचार किया जाता है,तो $C-2$ हाइड्रोजन हटकर एक स्थिर इनॉलेट आयन बनाता है।
यह इनॉलेट आयन एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और $S_N2$ तंत्र के माध्यम से एलाइल ब्रोमाइड $(CH_2=CH-CH_2-Br)$ के इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन पर हमला करता है।
इसके परिणामस्वरूप $C-2$ स्थान का एल्काइलेशन होता है,जिससे उत्पाद $(A)$ के रूप में $2-$एलाइलसाइक्लोहेक्सेन$-1,3-$डायोन प्राप्त होता है।

(B) $H_2SO_4$ जैसे अम्ल उत्प्रेरक के साथ कीटॉक्सिम की अभिक्रिया को $\text{Beckmann rearrangement}$ के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया में,नाइट्रोजन परमाणु पर हाइड्रॉक्सिल $(-OH)$ समूह के विपरीत (anti) स्थित समूह नाइट्रोजन पर स्थानांतरित हो जाता है,जिसके बाद पानी का योग और टॉटोमेराइज़ेशन होकर एमाइड बनता है।
अतः,सही उत्पाद और अभिक्रिया का नाम $N$-(decalin$-1-$yl)acetamide$ \text{और }$Beckmann rearrangement है।

(A) यह अभिक्रिया एक अंतःआणविक वोल्फ पुनर्विन्यास है।
जब $2$-डायज़ोसाइक्लोहेक्सेनोन को प्रकाश के साथ विकिरणित किया जाता है,तो यह नाइट्रोजन गैस $(N_2)$ खोकर एक कार्बीन मध्यवर्ती बनाता है।
यह कार्बीन $1,2$-अल्काइल शिफ्ट के माध्यम से वलय संकुचन (ring contraction) से गुजरता है और एक कीटीन मध्यवर्ती (साइक्लोपेंटाइलकीटीन) बनाता है।
इसके बाद,कीटीन के कार्बोनिल कार्बन पर मिथेनॉल $(CH_3OH)$ का न्यूक्लियोफिलिक आक्रमण अंतिम उत्पाद,मिथाइल साइक्लोपेंटेनकार्बोक्सिलेट (साइक्लोपेंटेनकार्बोक्सिलिक एसिड मिथाइल एस्टर) के निर्माण की ओर ले जाता है।

(C) $PhLi$ (एक न्यूक्लियोफाइल) का द्वि-आबंध में योग एक कार्बोनियन मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से होता है।
यौगिक $1$ (फुलवीन व्युत्पन्न) के लिए,$PhLi$ का योग साइक्लोपेंटाडाइनाइल एनायन की ओर ले जाता है,जो एरोमैटिक ($6 \pi$ इलेक्ट्रॉन) है और इसलिए अत्यधिक स्थिर है।
यौगिक $2$ (हेप्टाफुलवीन व्युत्पन्न) के लिए,$PhLi$ का योग साइक्लोहेप्टाट्राइनाइल एनायन की ओर ले जाता है,जो एंटी-एरोमैटिक ($8 \pi$ इलेक्ट्रॉन) है और इसलिए अत्यधिक अस्थिर है।
इसलिए,$PhLi$ $1$ के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करके एक स्थिर एरोमैटिक प्रजाति बनाता है,लेकिन $2$ में नहीं जुड़ता है क्योंकि यह एक अत्यधिक अस्थिर एंटी-एरोमैटिक प्रजाति बनाएगा।

(C) यह अभिक्रिया एक अम्ल-उत्प्रेरित नाज़ारोव चक्रीकरण (Nazarov cyclization) है।
$1$. कार्बोनिल ऑक्सीजन का प्रोटोनीकरण कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बढ़ाता है।
$2$. द्वि-आबंध के $\pi$-इलेक्ट्रॉन कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करते हैं,जिससे एक नया कार्बन-कार्बन आबंध और एक कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती बनता है।
$3$. कार्बोनियम आयन इनोल ऑक्सीजन के साथ अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
$4$. एक प्रोटॉन $(-H^+)$ के हटने से द्वि-आबंध पुनर्स्थापित हो जाता है,जिससे इनोल बनता है।
$5$. अंत में,इनोल का चलावयवता (tautomerization) अधिक स्थिर चक्रीय $\alpha,\beta$-असंतृप्त कीटोन का निर्माण करता है।

(C) यौगिक $A$ न्यूक्लियोफाइल जैसे $H_2 O$,$NH_3$ और $CH_3 COOH$ के साथ अभिक्रिया करके क्रमशः कार्बोक्सिलिक अम्ल,एमाइड और अम्ल एनहाइड्राइड बनाता है। यह अभिक्रियाशीलता कीटिन $(ketene)$ के लिए विशिष्ट है।
आणविक सूत्र $C_5 H_8 O$ को देखते हुए,संरचना $CH_3-CH_2-C(CH_3)=C=O$ (एथिलमेथिलकीटीन) इस विवरण के साथ मेल खाती है।
$1$. $H_2 O$ के साथ अभिक्रिया: $CH_3-CH_2-C(CH_3)=C=O + H_2 O \rightarrow CH_3-CH_2-CH(CH_3)-COOH$
$2$. $NH_3$ के साथ अभिक्रिया: $CH_3-CH_2-C(CH_3)=C=O + NH_3 \rightarrow CH_3-CH_2-CH(CH_3)-CONH_2$
$3$. $CH_3 COOH$ के साथ अभिक्रिया: $CH_3-CH_2-C(CH_3)=C=O + CH_3 COOH \rightarrow CH_3-CH_2-CH(CH_3)-COOCOCH_3$

(C) यह अभिक्रिया एक क्षार की उपस्थिति में एडेनिन का $CH_3I$ के साथ एल्काइलेशन है।
क्षार $N-9$ स्थिति पर स्थित नाइट्रोजन परमाणु से प्रोटॉन को हटा देता है,जो एडेनिन अणु में सबसे अधिक अम्लीय स्थान है।
यह डीप्रोटोनेटेड नाइट्रोजन फिर एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और $S_N2$ तंत्र के माध्यम से $CH_3I$ के मिथाइल समूह पर आक्रमण करता है,जिसके परिणामस्वरूप मुख्य उत्पाद के रूप में $9-methyladenine$ बनता है।

(B) $I.$ $CCl_4$ की उपस्थिति में एल्कीन $(CH_3-CH=CH_2)$ में $Cl_2$ का योग एक इलेक्ट्रॉनरागी योगज अभिक्रिया $(EAR)$ है।
$II.$ क्षारीय माध्यम में कार्बोनिल यौगिक $(CH_3-CO-CH_3)$ में $HCN$ का योग एक नाभिकरागी योगज अभिक्रिया $(NAR)$ है।
$III.$ सूर्य के प्रकाश $(h\nu)$ की उपस्थिति में एल्केन $(CH_3-CH_2-CH_3)$ का हैलोजनीकरण एक मुक्त मूलक प्रतिस्थापन अभिक्रिया $(FSR)$ है।

(C) इलेक्ट्रोफिलिक योग अभिक्रिया $(EAR)$ के प्रति यौगिकों की अभिक्रियाशीलता मध्यवर्ती कार्बोनियम आयन (carbocation) के स्थायित्व के सीधे समानुपाती होती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ कार्बोनियम आयन के स्थायित्व को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ इसे कम करते हैं।
पैरा स्थिति पर प्रतिस्थापी (substituents) इस प्रकार हैं:
$(I) \, -H$ (कोई प्रभाव नहीं)
$(II) \, -NO_2$ (प्रबल $EWG$,$-M$ और $-I$ प्रभाव)
$(III) \, -MeO$ (प्रबल $EDG$,$+M$ प्रभाव)
$(IV) \, -Cl$ (दुर्बल $EWG$,$-I$ प्रभाव,$+M$ प्रभाव; कुल मिलाकर $-I$ प्रभावी है)
इलेक्ट्रॉन-दाता/आकर्षक शक्ति का क्रम है: $-MeO > -H > -Cl > -NO_2$।
इसलिए,परिणामी कार्बोनियम आयनों का स्थायित्व इसी क्रम का पालन करता है: $(III) > (I) > (IV) > (II)$।
अतः,घटती अभिक्रियाशीलता का सही क्रम $(III) > (I) > (IV) > (II)$ है।

(N/A) एक कार्बनिक अभिक्रिया में,कार्बनिक अणु (जिसे सबस्ट्रेट भी कहा जाता है) एक उपयुक्त आक्रमणकारी अभिकर्मक के साथ अभिक्रिया करता है,जिससे एक या अधिक मध्यवर्ती $(I)$ बनते हैं और अंततः उत्पाद $(P)$ प्राप्त होते हैं।
कार्बनिक अणु (सबस्ट्रेट) $\xrightarrow[\text{अभिकर्मक}]{\text{आक्रमणकारी}}$ मध्यवर्ती $(I) \rightarrow$ उत्पाद $(P)$.
सबस्ट्रेट: वह अभिकारक जो नए बंध के लिए कार्बन प्रदान करता है,सबस्ट्रेट कहलाता है।
अभिकर्मक: दूसरे अभिकारक को अभिकर्मक (reagent) कहा जाता है। यदि दोनों अभिकारक नए बंध के लिए कार्बन प्रदान करते हैं,तो चयन स्वैच्छिक है और जिस अणु पर ध्यान केंद्रित किया जाता है उसे सबस्ट्रेट कहा जाता है।
अभिक्रिया की क्रियाविधि: ऐसी अभिक्रिया में $2$ कार्बन परमाणुओं या एक कार्बन और किसी अन्य परमाणु के बीच का सहसंयोजक बंध टूटता है और एक नया बंध बनता है। प्रत्येक चरण का क्रमिक विवरण,जिसमें इलेक्ट्रॉन संचलन,बंध विखंडन और बंध निर्माण के दौरान ऊर्जा,और अभिकारकों के उत्पादों में परिवर्तन की दर (गतिकी) का वर्णन होता है,उसे अभिक्रिया की क्रियाविधि कहा जाता है।
अभिक्रिया की क्रियाविधि का महत्व: अभिक्रिया की क्रियाविधि का ज्ञान $(i)$ कार्बनिक यौगिकों की अभिक्रियाशीलता को समझने में और $(ii)$ उनके संश्लेषण के लिए रणनीति बनाने में मदद करता है।

(N/A) सहसंयोजक बंध का विखंडन सहसंयोजक बंध के टूटने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। सहसंयोजक बंध दो तरह से टूट सकता है:
$(i)$ विषमांगी विखंडन (Heterolytic cleavage)
$(ii)$ समांगी विखंडन (Homolytic cleavage)
| विशेषता | विषमांगी विखंडन | समांगी विखंडन |
| :--- | :--- | :--- |
| $(i)$ उदाहरण | $H_3C-Br \rightarrow H_3C^+ + Br^-$ (धनात्मक और ऋणात्मक आयन बनते हैं) | $H_3C-Br \rightarrow H_3C\cdot + \cdot Br$ (मुक्त मूलक बनते हैं) |
| $(ii)$ अभिक्रिया का प्रकार | आयनिक या ध्रुवीय अभिक्रियाएं | मुक्त मूलक या अध्रुवीय अभिक्रियाएं |
| $(iii)$ क्रियाविधि | इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म किसी एक खंड के साथ रहता है | साझा युग्म का एक-एक इलेक्ट्रॉन प्रत्येक बंधित परमाणु पर जाता है |
| $(iv)$ मध्यवर्ती | कार्बोनियम आयन या कार्बएनायन बनते हैं | मुक्त मूलक बनते हैं |

(A) कार्बनिक अभिक्रियाओं के मुख्य प्रकार निम्नलिखित हैं:
$i$. प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं: इन अभिक्रियाओं में,एक अणु में मौजूद एक परमाणु या परमाणुओं के समूह को दूसरे परमाणु या समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
$ii$. योगात्मक अभिक्रियाएं: इनमें दो अणु जुड़कर एक एकल उत्पाद बनाते हैं,जो आमतौर पर असंतृप्त यौगिकों में होता है।
$iii$. विलोपन अभिक्रियाएं: इनमें एक अणु से दो परमाणु या समूह हट जाते हैं,जिसके परिणामस्वरूप अक्सर द्वि-आबंध या त्रि-आबंध का निर्माण होता है।
$iv$. पुनर्विन्यास अभिक्रियाएं: इनमें एक ही अणु के भीतर किसी परमाणु या समूह का स्थानांतरण होता है जिससे संरचनात्मक समावयवी बनता है।

(N/A) $(i)$ मुक्त मूलक योगशील क्रियाविधि।
$(ii)$ इलेक्ट्रॉनरागी योगशील अभिक्रिया।
$(iii)$ नाभिकरागी योगशील अभिक्रिया।

(B) विषमांगी विदलन में,सहसंयोजक बंध इस तरह से टूटता है कि इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म किसी एक खंड के साथ रहता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप आयनों (कार्बोकेशन और एनायन) का निर्माण होता है।

(D) जब एक रासायनिक अभिक्रिया होती है,तो निम्नलिखित प्रक्रियाएं होती हैं:
$(i)$ आबंध विखंडन और आबंध निर्माण: अभिकारकों में पुराने बंध टूटते हैं और उत्पाद बनाने के लिए नए बंध बनते हैं।
$(ii)$ इलेक्ट्रॉनों का विस्थापन: अणुओं के भीतर इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण होता है।
$(iii)$ ऊर्जा में परिवर्तन: अभिक्रिया में ऊर्जा का अवशोषण या उत्सर्जन होता है।
$(iv)$ सबस्ट्रेट का उत्पाद में परिवर्तन: प्रारंभिक पदार्थ (सबस्ट्रेट) अंतिम उत्पाद बनाने के लिए रासायनिक परिवर्तन से गुजरता है।
अतः,दिए गए सभी कथन सही हैं।

(B) सहसंयोजक बंध का विखंडन दो परमाणुओं के बीच के रासायनिक बंध को तोड़ने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है।
यह प्रक्रिया दो तरीकों से हो सकती है:
$1$. समांगी (Homolytic) विखंडन,जिसमें प्रत्येक परमाणु साझा युग्म से एक इलेक्ट्रॉन लेता है,जिसके परिणामस्वरूप मुक्त मूलक (free radicals) बनते हैं।
$2$. विषमांगी (Heterolytic) विखंडन,जिसमें एक परमाणु साझा युग्म से दोनों इलेक्ट्रॉन ले लेता है,जिसके परिणामस्वरूप आयन (धनायन और ऋणायन) बनते हैं।

(N/A) विषमांगी विदलन (Heterolytic cleavage):
$H_3C-Br \rightarrow H_3C^+ + :Br^-$
इस प्रक्रिया में,इलेक्ट्रॉनों का साझा युग्म अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु $(Br)$ के पास रहता है,जिसके परिणामस्वरूप कार्बोनियम आयन $(H_3C^+)$ और ब्रोमाइड आयन $(:Br^-)$ का निर्माण होता है।
समांगी विदलन (Homolytic cleavage):
$H_3C-Br \rightarrow H_3C^\bullet + ^\bullet Br$
इस प्रक्रिया में,प्रत्येक परमाणु साझा युग्म से एक इलेक्ट्रॉन लेता है,जिसके परिणामस्वरूप मुक्त मूलकों ($H_3C^\bullet$ और $^\bullet Br$) का निर्माण होता है।

(A) वह कार्बनिक अभिक्रिया जो विषमांगी बंध विखंडन (heterolytic bond cleavage) के माध्यम से आगे बढ़ती है,उसे आयनिक,ध्रुवीय या हेटरोपोलर अभिक्रिया कहा जाता है (उदाहरण के लिए,इलेक्ट्रोफिलिक,न्यूक्लियोफिलिक और विलोपन अभिक्रियाएं)।
वह कार्बनिक अभिक्रिया जो समांगी विखंडन (homolytic fission) द्वारा आगे बढ़ती है,उसे मुक्त मूलक (free radical),होमोपोलर या अध्रुवीय अभिक्रिया कहा जाता है।