Aromatic hydrocarbon Questions in Gujarati

(B) આ પ્રક્રિયા કાર્બેંકેટાયન મધ્યવર્તીના નિર્માણ દ્વારા આગળ વધે છે. $n$-પ્રોપાઇલ ક્લોરાઇડ $AlCl_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પ્રાથમિક કાર્બેંકેટાયન બનાવે છે,જે વધુ સ્થાયી દ્વિતીયક આઇસોપ્રોપાઇલ કાર્બેંકેટાયન બનાવવા માટે $1,2$-હાઇડ્રાઇડ શિફ્ટ અનુભવે છે.
$CH_3-CH_2-CH_2-Cl + AlCl_3 \rightarrow CH_3-CH_2-CH_2^+ + AlCl_4^-$
$CH_3-CH_2-CH_2^+ \xrightarrow{\text{1,2-hydride shift}} CH_3-CH^+-CH_3$
આ દ્વિતીયક કાર્બેંકેટાયન ત્યારબાદ બેન્ઝિન વલય પર હુમલો કરીને મુખ્ય નીપજ તરીકે આઇસોપ્રોપાઇલ બેન્ઝિન (ક્યુમીન) બનાવે છે.

(C) બેન્ઝિન રીંગ સાથે જોડાયેલ આલ્કાઇલ સમૂહ,જેમાં ઓછામાં ઓછો એક બેન્ઝિલિક હાઇડ્રોજન હોય,તેનું $KMnO_4/H^+$ વડે ઓક્સિડેશન કરવાથી બેન્ઝોઇક એસિડ મળે છે.
ઇથાઇલ બેન્ઝિન $(C_6H_5CH_2CH_3)$ ના કિસ્સામાં,સાઇડ ચેઇનનું ઓક્સિડેશન થઈને કાર્બોક્સિલિક એસિડ સમૂહ બને છે,જે બેન્ઝોઇક એસિડ $(C_6H_5COOH)$ આપે છે.

(B) ફ્રિડેલ-ક્રાફ્ટ પ્રક્રિયા $(FCR)$ એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયાનો એક પ્રકાર છે,જેમાં નિર્જળ $AlCl_3$ જેવા લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં એરોમેટિક વલયમાં આલ્કાઈલ અથવા એસાઈલ સમૂહ દાખલ કરવામાં આવે છે.
વિકલ્પ $(B)$ એ નિર્જળ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીનનું મિથાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_3Cl)$ સાથે ફ્રિડેલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન દર્શાવે છે,જે ટોલ્યુઈન બનાવે છે. આ ફ્રિડેલ-ક્રાફ્ટ પ્રક્રિયાનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.

(D) નાઇટ્રો સમૂહ $(-NO_2)$ તેના $-I$ અને $-M$ અસરને કારણે પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ છે.
તે બેન્ઝિન વલયમાંથી ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા ખેંચે છે,જેનાથી ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી હુમલા માટે ઉપલબ્ધ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા ઘટે છે.
પરિણામે,તે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓ માટે બેન્ઝિન વલયને બિનસક્રિયકૃત કરે છે.

(D) એરોમેટિક સંયોજનોએ હ્યુકેલના નિયમનું પાલન કરવું આવશ્યક છે,જે મુજબ તેઓ ચક્રીય,સમતલીય,સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત અને $(4n + 2) \pi$ ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા હોવા જોઈએ.
$1,3,5$-હેપ્ટેટ્રિન એ ખુલ્લી શૃંખલા ધરાવતું પોલીઈન છે. તે ચક્રીય ન હોવાથી,તે એરોમેટિક હોઈ શકે નહીં.

(C) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ પ્રક્રિયા એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે.
પ્રબળ નિષ્ક્રિય સમૂહો,જેમ કે નાઇટ્રો સમૂહ $(-NO_2)$,બેન્ઝિન વલયમાંથી ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા ખેંચી લે છે,જેના કારણે તે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી પર હુમલો કરવા માટે પૂરતું ન્યુક્લિયોફિલિક રહેતું નથી.
તેથી,નાઇટ્રોબેન્ઝિન ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ પ્રક્રિયા આપતું નથી.

(A) કોલટાર એ કોલસાના ભંજન નિસ્યંદન (destructive distillation) દરમિયાન મળતી એક ઘટ્ટ,કાળી પ્રવાહી નીપજ છે. તે વિવિધ કાર્બનિક સંયોજનોનું જટિલ મિશ્રણ છે,જે મુખ્યત્વે બેન્ઝીન,ટોલ્યુઈન,નેપ્થલીન અને એન્થ્રાસીન જેવા એરોમેટિક સંયોજનોનો મુખ્ય ઔદ્યોગિક સ્ત્રોત છે.

(D) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ પ્રક્રિયા માટે ઇલેક્ટ્રોફાઇલ ઉત્પન્ન કરવા માટે લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની જરૂર હોય છે.
$FeCl_3$ અને $FeBr_3$ એ ઇલેક્ટ્રોફિલિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓમાં વપરાતા સામાન્ય લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકો છે.
$FeBr_2$ એ પ્રબળ લુઈસ એસિડ નથી અને સામાન્ય રીતે ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ પ્રક્રિયાઓ માટે ઉદ્દીપક તરીકે વપરાતું નથી.
$NaCl$ એ આયનિક ક્ષાર છે અને તે લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપક તરીકે કામ કરતું નથી.
આપેલા વિકલ્પોમાં,$NaCl$ એ સૌથી સ્પષ્ટ રીતે ઉદ્દીપક નથી.

(D) ટોલ્યુઇનનું નાઇટ્રેશન એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે.
મિથાઇલ સમૂહ $(-CH_3)$ એ ઓર્થો/પેરા નિર્દેશક હોવાથી,નાઇટ્રેશન તબક્કાવાર થાય છે.
સાંદ્ર $HNO_3$ અને સાંદ્ર $H_2SO_4$ ના વધુ પ્રમાણ સાથે,પ્રક્રિયા ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે જ્યાં સુધી તમામ ઉપલબ્ધ ઓર્થો અને પેરા સ્થાન પર વિસ્થાપન ન થાય.
આમ,અંતિમ નિપજ $2,4,6$-ટ્રાયનાઈટ્રોટોલ્યુઈન $(TNT)$ મળે છે.

(C) પ્રયોગશાળામાં,બેન્ઝિન સોડિયમ બેન્ઝોએટ $(C_6H_5COONa)$ ને સોડા લાઈમ $(NaOH + CaO)$ સાથે ગરમ કરીને બનાવવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયાને ડીકાર્બોક્સિલેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
રાસાયણિક સમીકરણ: $C_6H_5COONa + NaOH \xrightarrow{CaO, \Delta} C_6H_6 + Na_2CO_3$.

(A) પ્રક્રિયા $C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$ એ ફ્રીડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશનનું ઉદાહરણ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બેન્ઝીન $AlCl_3$ જેવા લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં આલ્કાઈલ હેલાઈડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને બેન્ઝીન વલય પર આલ્કાઈલ સમૂહ દાખલ કરે છે.

(D) ટોલ્યુઇનમાં રહેલો $CH_3$ સમૂહ એ ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરતો સમૂહ છે,જે બેન્ઝીન વલયને સક્રિય કરે છે અને તે ઓર્થો-પેરા નિર્દેશક છે. તેથી,નાઇટ્રેશન દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી $NO_2^+$ સમૂહ ઓર્થો અને પેરા સ્થાન પર જોડાય છે.

(B) એરિન એ સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન છે જે ચક્રીય,સમતલીય બંધારણ અને $(4n+2) \pi$-ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે,જે $\pi$-ઇલેક્ટ્રોનના વિસ્થાનીકરણ તરફ દોરી જાય છે. આ વિસ્થાનીકરણ અણુને વધારાની સ્થિરતા આપે છે,જેને સસ્પંદન ઉર્જા કહેવાય છે. જોકે સસ્પંદન અને વધારે સ્થાયિતા એ એરિનના ગુણધર્મો છે,પરંતુ મુખ્ય લાક્ષણિકતા જે તેમની વિશિષ્ટ પ્રતિક્રિયાશીલતા (યોગશીલને બદલે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન) માટે જવાબદાર છે તે $\pi$-ઇલેક્ટ્રોનનું વિસ્થાનીકરણ છે.

(B) નાઇટ્રો ગ્રુપ $(-NO_2)$ એ પ્રબળ નિષ્ક્રિયકારક અને મેટા-નિર્દેશક ગ્રુપ છે.
જ્યારે નાઇટ્રોબેન્ઝિનનું સાંદ્ર $HNO_3$ અને સાંદ્ર $H_2SO_4$ ના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરીને નાઇટ્રેશન કરવામાં આવે છે,ત્યારે આવનાર નાઇટ્રો ગ્રુપ મેટા સ્થાન પર જોડાય છે.
તેથી,મળતી નીપજ $m-$ડાયનાઇટ્રોબેન્ઝિન છે.

(B) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ પ્રક્રિયામાં,નિર્જળ $AlCl_3$ લુઈસ એસિડ તરીકે કાર્ય કરે છે.
$AlCl_3$ ઇલેક્ટ્રોનની ઊણપ ધરાવે છે કારણ કે એલ્યુમિનિયમ પરમાણુની સંયોજકતા કક્ષામાં માત્ર $6$ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
તે આલ્કાઇલ અથવા એસાઇલ હેલાઇડ પાસેથી ઇલેક્ટ્રોનની અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ સ્વીકારીને કાર્બોકેટાયન બનાવે છે,જે વિસ્થાપન પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી તરીકે કાર્ય કરે છે.

(B) બેન્ઝિનની પ્રોપીન સાથેની ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન પ્રક્રિયામાં,પ્રક્રિયા કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીના નિર્માણ દ્વારા આગળ વધે છે.
પ્રોપીન ઇલેક્ટ્રોફાઇલ $(H^+)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બોકેટાયન બનાવે છે.
દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન,$CH_3CH^+CH_3$,એ હાઇપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ અસરને કારણે પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન,$CH_3CH_2CH_2^+$,કરતા વધુ સ્થાયી છે.
તેથી,પ્રક્રિયા આઇસોપ્રોપાઇલ કાર્બોકેટાયન $(CH_3CH^+CH_3)$ ના નિર્માણ દ્વારા થાય છે.

(A) ઍરોમેટિક સંયોજનોએ હ્યુકેલના નિયમ ($4n + 2$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન) નું પાલન કરવું આવશ્યક છે અને તે સમતલીય,ચક્રીય અને સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત હોવા જોઈએ.
$Cyclohexane$ $(C_6H_{12})$ એ $sp^3$ સંકરણ ધરાવતા કાર્બન પરમાણુઓ સાથેનું સંતૃપ્ત ચક્રીય આલ્કેન છે.
તેમાં સંયુગ્મિત $\pi$ પ્રણાલીનો અભાવ છે અને તે હ્યુકેલના નિયમનું પાલન કરતું નથી,તેથી તે ઍરોમેટિક નથી.
$Trinitrotoluene$,$Picric$ $acid$ અને $Xylene$ એ બધા બેન્ઝીનના વ્યુત્પન્ન છે અને ઍરોમેટિક છે.

(D) સંસ્પદન ઉર્જા = (હાઈડ્રોજીનેશનની ગણતરી કરેલી ઉષ્મા) - (હાઈડ્રોજીનેશનની પ્રાયોગિક ઉષ્મા)
બેન્ઝીન માટે ગણતરી કરેલી હાઈડ્રોજીનેશન ઉષ્મા = $3 \times 28.6 = 85.8 \, kcal \, mol^{-1}$.
પ્રાયોગિક હાઈડ્રોજીનેશન ઉષ્મા = $50 \, kcal \, mol^{-1}$.
સંસ્પદન ઉર્જા = $85.8 - 50 = 35.8 \, kcal \, mol^{-1}$.

(A) $FeCl_3$ જેવા લુઈસ એસિડની હાજરીમાં,બેન્ઝિનનું ક્લોરિનેશન ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે.
$FeCl_3$ ઉદ્દીપક તરીકે કાર્ય કરે છે અને $Cl_2$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી $Cl^{+}$ (ક્લોરોનિયમ આયન) ઉત્પન્ન કરે છે.
પ્રક્રિયા: $Cl_2 + FeCl_3 \rightarrow Cl^{+} + [FeCl_4]^{-}$.
આમ,જરૂરી ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી આયન $Cl^{+}$ છે.

(C) ઈલેક્ટ્રોનઅનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા બેન્ઝીન વલય સાથે જોડાયેલા ઈલેક્ટ્રોન-દાતા સમૂહો $(EDG)$ દ્વારા સરળ બને છે.
આ સમૂહો પ્રેરક અસર $(+I)$ અથવા સંસ્પંદન અસર ($+R$ અથવા $+M$) દ્વારા વલયની ઈલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે.
આપેલા વિકલ્પોમાં:
$1$. $-CN$,$-CHO$,અને $-NO_2$ એ ઈલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહો $(EWG)$ છે જે વલયની ઈલેક્ટ્રોન ઘનતા ઘટાડે છે.
$2$. $-CH_3$ એ અતિસંયુગ્મન (hyperconjugation) અને પ્રેરક અસર $(+I)$ ને કારણે ઈલેક્ટ્રોન-દાતા સમૂહ છે,જે બેન્ઝીન વલયની ઈલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે,અને આમ તે ઈલેક્ટ્રોનઅનુરાગી વિસ્થાપન માટે વલયને સક્રિય કરે છે.

(D) નિર્જળ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ અને ડાયક્લોરોમિથેન $(CH_2Cl_2)$ વચ્ચેની પ્રક્રિયા ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઇલેશન પ્રક્રિયા છે.
બેન્ઝીન વધુ પ્રમાણમાં હોવાથી,પ્રક્રિયા બે તબક્કામાં થાય છે:
$1$. $C_6H_6 + CH_2Cl_2 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5-CH_2Cl + HCl$
$2$. $C_6H_5-CH_2Cl + C_6H_6 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5-CH_2-C_6H_5 + HCl$
અંતિમ નીપજ ડાયફિનાઇલમિથેન $(C_6H_5-CH_2-C_6H_5)$ મળે છે.

(B) આ પ્રક્રિયા ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે. પ્રક્રિયક $1,2$-ડાયફિનાઈલઈથેન-$1$-ઓન છે. કાર્બોનિલ સમૂહ $(-CO-)$ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ છે અને તે મેટા-નિર્દેશક છે. કાર્બોનિલ સાથે જોડાયેલ ફિનાઈલ વલય નિષ્ક્રિય છે,જ્યારે બીજું ફિનાઈલ વલય (જે $-CH_2-$ સમૂહ સાથે જોડાયેલ છે) તે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન માટે વધુ સક્રિય છે. $-CH_2-$ સમૂહ ઓર્થો/પેરા-નિર્દેશક છે. તેથી,ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી $Br^+$ એ $-CH_2-$ સાથે જોડાયેલ ફિનાઈલ વલયના પેરા-સ્થાન પર હુમલો કરશે અને મુખ્ય નિપજ $1$-ફિનાઈલ-$2$-($4$-બ્રોમોફિનાઈલ)ઈથેન-$1$-ઓન બનાવશે.

(D) ટોલ્યુઇનનું સંપૂર્ણ નાઇટ્રેશન સાંદ્ર $H_2SO_4$ ની હાજરીમાં સાંદ્ર $HNO_3$ સાથે કરવામાં આવે છે.
મિથાઇલ ગ્રુપ $(-CH_3)$ એ ઓર્થો/પેરા નિર્દેશક હોવાથી,તે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન માટે રિંગને સક્રિય કરે છે.
સંપૂર્ણ નાઇટ્રેશન દરમિયાન,નાઇટ્રો ગ્રુપ $(-NO_2)$ તમામ ઉપલબ્ધ ઓર્થો અને પેરા સ્થાન પર જોડાય છે,જેના પરિણામે $2,4,6$-ટ્રાયનાઇટ્રો ટોલ્યુઇન $(TNT)$ મળે છે.

(C) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ પ્રક્રિયાઓ (આલ્કાઈલેશન અને એસાઈલેશન) માં એરોમેટિક વલયનું ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન થાય છે.
આ પ્રક્રિયાઓ માટે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રબળ લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની જરૂર પડે છે.
નિર્જળ $AlCl_3$ એ આ પ્રક્રિયાઓ માટે સૌથી વધુ વપરાતો લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપક છે.

(B) બેન્ઝિનની નિર્જળ એલ્યુમિનિયમ ક્લોરાઈડ $(AlCl_3)$ ની હાજરીમાં એસિટાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_3COCl)$ સાથેની પ્રક્રિયા એ ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ એસિલેશનનું ઉદાહરણ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,એસિટાઈલ સમૂહ $(CH_3CO-)$ બેન્ઝિન વલય પરના હાઈડ્રોજન પરમાણુનું વિસ્થાપન કરીને એસિટોફિનોન $(C_6H_5COCH_3)$ બનાવે છે.

(D) જે સમૂહો બેન્ઝીન વલયમાંથી ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષે છે તે $m-$ નિર્દેશક હોય છે.
$-SO_3H$,$-NO_2$ અને $-CN$ એ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહો છે અને તે $m-$ નિર્દેશક છે.
$-NH_2$ એ નાઇટ્રોજન પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મને કારણે ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ છે,જે સંસ્પંદન દ્વારા $o-$ અને $p-$ સ્થાન પર ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે.
તેથી,$-NH_2$ એ $o, p-$ નિર્દેશક સમૂહ છે,$m-$ નિર્દેશક નથી.

(B) જ્યારે બેન્ઝિનની જલદ $HNO_3$ અને $H_2SO_4$ ના મિશ્રણ (નાઇટ્રેટિંગ મિશ્રણ) સાથે $353 \, K$ તાપમાને પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે,ત્યારે તેને નાઇટ્રેશન કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બેન્ઝિન વલય પરનો હાઇડ્રોજન પરમાણુ નાઇટ્રો ગ્રુપ $(-NO_2)$ દ્વારા વિસ્થાપિત થાય છે અને નાઇટ્રોબેન્ઝિન બને છે.

(D) $1$. એરોમેટિક સંયોજનોનું નાઈટ્રેશન એ ઇલેક્ટ્રોનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે,જેમાં દર નક્કી કરતું પગલું સિગ્મા સંકુલ (એરેનિયમ આયન) બનાવવાનું છે.
$2$. બેન્ઝિન અને હેકઝાડયુટેરોબેન્ઝિન $(C_6D_6)$ ના કિસ્સામાં,દર નક્કી કરતા પગલામાં $C-H$ કે $C-D$ બંધ તૂટતો નથી,તેથી કોઈ પ્રાથમિક ગતિજ સમસ્થાનિક અસર જોવા મળતી નથી. આમ,નાઈટ્રેશનનો દર સમાન હોય છે.
$3$. ટોલ્યુઇનમાં મિથાઈલ ગ્રુપ $(-CH_3)$ હોય છે,જે ઇલેક્ટ્રોન દાતા ગ્રુપ છે. આ બેન્ઝિન વલય પર ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે,જેથી તે બેન્ઝિન કરતા વધુ સક્રિય બને છે.
$4$. તેથી,વિધાન $B$ અને $D$ બંને સાચા છે.

(A) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ આલ્કીલેશનમાં એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (જેમ કે બેન્ઝીન) ની પ્રક્રિયા $AlCl_3$ જેવા લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં આલ્કાઈલ હેલાઈડ સાથે કરવામાં આવે છે.
આપેલા વિકલ્પોમાં,$C_6H_6 + CH_3Cl$ એ બેન્ઝીન અને મિથાઈલ ક્લોરાઈડ વચ્ચેની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે,જે ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ આલ્કીલેશનનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.
$C_6H_6 + CH_3COCl$ એ ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ એસાઈલેશન દર્શાવે છે,આલ્કીલેશન નહીં.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(A) બેન્ઝિન $(C_6H_6)$ સૌપ્રથમ $1825$ માં માઈકલ ફેરાડે દ્વારા પ્રકાશિત ગેસને સંકુચિત કર્યા પછી બાકી રહેલા તેલી અવશેષોમાંથી અલગ કરવામાં આવ્યું હતું. તેથી,સાચો જવાબ $A$ છે.

(A) બેન્ઝિનનું નાઇટ્રેશન એ સાંદ્ર $HNO_3$ અને સાંદ્ર $H_2SO_4$ ના મિશ્રણ સાથે $323-333 \ K$ તાપમાને કરવામાં આવતી પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં,નાઇટ્રોનિયમ આયન $(NO_2^+)$ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી તરીકે વર્તે છે.
આ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી બેન્ઝિન વલય પર હુમલો કરે છે,જેના પરિણામે હાઇડ્રોજન પરમાણુનું વિસ્થાપન થાય છે.
તેથી,આ પ્રક્રિયાને ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(A) બેન્ઝીનનું ફ્રિડલ-ક્રાફટ્સ આલ્કાઈલેશન એ બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ ની નિર્જળ લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપક (જેમ કે $AlCl_3$) ની હાજરીમાં આલ્કાઈલ હેલાઈડ (જેમ કે $CH_3Cl$) સાથેની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં બેન્ઝીન વલય પરના હાઈડ્રોજન પરમાણુનું આલ્કાઈલ સમૂહ દ્વારા વિસ્થાપન થાય છે.
ટોલ્યુઇન $(C_6H_5CH_3)$ બનાવવા માટે,બેન્ઝીન મિથાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_3Cl)$ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે:
$C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{Anhydrous \ AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) બેન્ઝિન અને તેના વ્યુત્પન્નોમાં વિસ્થાનિકૃત $\pi$-ઇલેક્ટ્રોન વાદળની હાજરીને કારણે તેઓ ઇલેક્ટ્રોનથી સમૃદ્ધ હોય છે.
આ કારણોસર,તેઓ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી (ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ ધરાવતી જાતિઓ) દ્વારા હુમલા માટે સંવેદનશીલ હોય છે.
તેથી,બેન્ઝિન અને તેના વ્યુત્પન્નોની લાક્ષણિક પ્રક્રિયા $Electrophilic \ substitution$ (ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન) છે,જેમાં એરોમેટિકતા જાળવી રાખવા માટે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વલય પરના હાઇડ્રોજન પરમાણુનું વિસ્થાપન કરે છે.

(B) આપેલ પ્રક્રિયામાં નિર્જળ લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપક $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીનનું મિથાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_3Cl)$ સાથે આલ્કાઈલેશન થાય છે.
આ પ્રકારની ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયાને ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(D) ટોલ્યુઇનનું આલ્કલાઇન $KMnO_4$ વડે ઓક્સિડેશન અને ત્યારબાદ એસિડિફિકેશન કરવાથી બેન્ઝોઇક ઍસિડ મળે છે.
પ્રક્રિયા: $C_6H_5CH_3 + [O]$ $\xrightarrow{KMnO_4/OH^-} C_6H_5COOK$ $\xrightarrow{H_3O^+} C_6H_5COOH$.

(B) $U.V.$ પ્રકાશની હાજરીમાં,બેન્ઝિન બ્રોમીન સાથે યોગશીલ પ્રક્રિયા કરીને બેન્ઝિન હેક્ઝાબ્રોમાઇડ $(C_6H_6Br_6)$ બનાવે છે,જેને હેક્ઝાબ્રોમોસાયક્લોહેક્ઝેન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
આ એક મુક્ત મુલક યોગશીલ પ્રક્રિયા છે.
પ્રક્રિયા: $C_6H_6 + 3Br_2 \xrightarrow{U.V. \text{ light}} C_6H_6Br_6$.

(B) $H_2SO_4$ ની હાજરીમાં બેન્ઝિનની આઇસોબ્યુટીલીન સાથેની પ્રક્રિયા એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા (ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન) છે.
$1$. $H_2SO_4$ આઇસોબ્યુટીલીન $(CH_3)_2C=CH_2$ નું પ્રોટોનેશન કરીને સ્થાયી તૃતિયક બ્યુટાઇલ કાર્બોકેટાયન $(CH_3)_3C^+$ બનાવે છે.
$2$. આ કાર્બોકેટાયન ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી તરીકે વર્તે છે અને બેન્ઝિન વલય પર હુમલો કરે છે.
$3$. અંતિમ નીપજ તરીકે તૃતિયક બ્યુટાઇલ બેન્ઝિન મળે છે.

(A) જ્યારે બેન્ઝિન ઓઝોન $(O_3)$ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે,ત્યારે તે મધ્યવર્તી નીપજ તરીકે બેન્ઝિન ટ્રાયઓઝોનાઇડ બનાવે છે.
બેન્ઝિન ટ્રાયઓઝોનાઇડના જળવિભાજન (રિડક્ટિવ ઓઝોનોલિસિસ) પછી,તે ગ્લાયોક્ઝલ $(CHO-CHO)$ ના ત્રણ અણુઓમાં વિભાજિત થાય છે.
તેથી,અંતિમ સ્થાયી નીપજ ગ્લાયોક્ઝલ છે.

(C) આલ્કાઈલ બેન્ઝિનનું આલ્કલાઇન $KMnO_4$ સાથે ઓક્સિડેશન અને ત્યારબાદ એસિડિફિકેશન કરવાથી બેન્ઝોઈક એસિડ મળે છે. આ પ્રક્રિયામાં આલ્કાઈલ શૃંખલાની લંબાઈ ગમે તે હોય,જો બેન્ઝાઈલિક કાર્બન પાસે ઓછામાં ઓછો એક હાઈડ્રોજન પરમાણુ હોય,તો તે બેન્ઝોઈક એસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
ઈથાઈલ બેન્ઝિન $(C_6H_5CH_2CH_3)$ નું ઓક્સિડેશન થતા બેન્ઝોઈક એસિડ $(C_6H_5COOH)$ મળે છે.

(B) ટોલ્યુઇનમાં રહેલો $-CH_3$ સમૂહ ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ ($+I$ અસર અને અતિસંયુગ્મન) હોવાથી તે બેન્ઝિન ચક્રની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતામાં વધારો કરે છે.
આના કારણે બેન્ઝિનની સરખામણીમાં આ ચક્ર ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન પ્રત્યે વધુ સક્રિય બને છે.
તેની સામે,$-COOH$ અને $-NO_2$ સમૂહો ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહો છે,જે બેન્ઝિન ચક્રને નિષ્ક્રિય બનાવે છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી ટોલ્યુઇન સૌથી વધુ સક્રિય છે.

(A) ઈલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન $(ESR)$ પ્રત્યેની સક્રિયતા બેન્ઝીન વલયમાં રહેલી ઈલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે. જે સમૂહો ઈલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે (ઈલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહો) તે વલયને સક્રિય કરે છે,જ્યારે જે સમૂહો ઈલેક્ટ્રોન ઘનતા ઘટાડે છે (ઈલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહો) તે વલયને નિષ્ક્રિય કરે છે.
$(I)$ બેન્ઝીન: સંદર્ભ સંયોજન.
$(II)$ ટોલ્યુઈન $(-CH_3)$: $-CH_3$ એ $+I$ અને અતિસંયુગ્મન અસર દ્વારા ઈલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ છે,જે વલયને સક્રિય કરે છે.
$(III)$ એનિસોલ $(-OCH_3)$: $-OCH_3$ એ $+M$ અસર દ્વારા પ્રબળ ઈલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ છે,જે વલયને ખૂબ જ સક્રિય કરે છે.
$(IV)$ ટ્રાયફ્લોરોમિથાઈલબેન્ઝીન $(-CF_3)$: $-CF_3$ એ $-I$ અસર દ્વારા પ્રબળ ઈલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ છે,જે વલયને નિષ્ક્રિય કરે છે.
સક્રિયતાનો ક્રમ: $-CF_3$ (નિષ્ક્રિયકર્તા) < બેન્ઝીન < $-CH_3$ (સક્રિયકર્તા) < $-OCH_3$ (પ્રબળ સક્રિયકર્તા).
તેથી,સક્રિયતાનો ચડતો ક્રમ $IV < I < II < III$ છે.

(D) એરોમેટિક સંયોજનોની ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન પ્રતિક્રિયાત્મકતા બેન્ઝિન વલયની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે.
ઇલેક્ટ્રોન ડોનેટિંગ ગ્રુપ (જેમ કે એનિલિનમાં $-NH_2$) ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે,જેથી વલય વધુ સક્રિય બને છે.
ઇલેક્ટ્રોન વિથડ્રોઇંગ ગ્રુપ (જેમ કે નાઇટ્રોબેન્ઝિનમાં $-NO_2$) ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા ઘટાડે છે,જેથી વલય ઓછું સક્રિય બને છે.
બેન્ઝિનમાં કોઈ વિસ્થાપક નથી,તેથી તેની પ્રતિક્રિયાત્મકતા મધ્યમ છે.
આમ,પ્રતિક્રિયાત્મકતાનો ક્રમ: એનિલિન $(I) >$ બેન્ઝિન $(II) >$ નાઇટ્રોબેન્ઝિન $(III)$ છે.

(D) બેન્ઝિનનું આણ્વીય સૂત્ર $C_6H_6$ છે.
બેન્ઝિનની રચનામાં $6$ $C-C$ સીગ્મા બંધ અને $6$ $C-H$ સીગ્મા બંધ હોય છે,જે કુલ $12$ સીગ્મા બંધ બનાવે છે.
બેન્ઝિનમાં $3$ એકાંતરે દ્વિબંધ હોય છે,જ્યાં દરેક દ્વિબંધમાં એક સીગ્મા બંધ અને એક પાઇ બંધ હોય છે.
તેથી,બેન્ઝિનમાં $3$ પાઇ $(\pi)$ બંધ હોય છે.
આમ,સીગ્મા બંધની સંખ્યા $12$ અને પાઇ બંધની સંખ્યા $3$ છે.

(B) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ પ્રક્રિયા એરોમેટિક વલય પર ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે.
વિકલ્પ $B$ એ ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસાઇલેશન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે,જેમાં બેન્ઝિન નિર્જળ $AlCl_3$ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં એસિટાઇલ ક્લોરાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને એસિટોફિનોન બનાવે છે.

(C) નિર્જળ એલ્યુમિનિયમ ક્લોરાઇડ $(AlCl_3)$ જેવા લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં બેન્ઝિનની આલ્કાઇલ હેલાઇડ (જેમ કે ઇથાઇલ ક્લોરાઇડ,$CH_3CH_2Cl$) સાથેની પ્રક્રિયાને ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઇલેશન પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ઇથાઇલ સમૂહ $(-CH_2CH_3)$ બેન્ઝિન વલય પરના હાઇડ્રોજન પરમાણુનું વિસ્થાપન કરીને ઇથાઇલબેન્ઝિન બનાવે છે.
રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$C_6H_6 + CH_3CH_2Cl \xrightarrow{anhydrous \ AlCl_3} C_6H_5CH_2CH_3 + HCl$
આપેલા વિકલ્પો સાથે સરખાવતા,ઇથાઇલબેન્ઝિનનું બંધારણ વિકલ્પ $C$ માં દર્શાવેલ છે.

(A) બેન્ઝિનના નાઇટ્રેશનમાં સાંદ્ર $HNO_3$ અને સાંદ્ર $H_2SO_4$ ના મિશ્રણનો ઉપયોગ થાય છે.
$H_2SO_4$ એ $HNO_3$ કરતા પ્રબળ એસિડ હોવાથી,તે $HNO_3$ ના અણુનું પ્રોટોનેશન કરે છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $HNO_3 + H_2SO_4 \rightleftharpoons H_2NO_3^+ + HSO_4^- \rightleftharpoons H_2O + NO_2^+ + HSO_4^-$.
અહીં,$H_2SO_4$ એસિડ (પ્રોટોન દાતા) તરીકે અને $HNO_3$ બેઇઝ (પ્રોટોન સ્વીકારનાર) તરીકે વર્તે છે,જેથી ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી $NO_2^+$ (નાઇટ્રોનિયમ આયન) ઉત્પન્ન થાય છે.

(B) બેન્ઝિન $(C_6H_6)$ એ ષટ્કોણીય વલય બંધારણ ધરાવતો સમતલીય અણુ છે.
બેન્ઝિન વલયમાંનો દરેક કાર્બન પરમાણુ $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે.
$sp^2$ સંકરણને કારણે,દરેક કાર્બન પરમાણુની આસપાસની ભૂમિતિ ત્રિકોણીય સમતલીય હોય છે,જેના પરિણામે $C-C-C$ અને $C-C-H$ બંને બંધકોણ $120^o$ હોય છે.

(D) સસ્પંદન (resonance) ની ઘટનાને કારણે બેન્ઝિન એક અત્યંત સ્થાયી અણુ છે.
$6 \pi$-ઇલેક્ટ્રોન સમગ્ર વલયમાં વિસ્થાનિકૃત (delocalized) હોય છે,જે અણુને વધારાની સ્થિરતા આપે છે.
યોગશીલ પ્રક્રિયાઓમાં આ વિસ્થાનિકૃત $\pi$-ઇલેક્ટ્રોન પ્રણાલી તૂટી જાય છે,જેના પરિણામે સસ્પંદન ઉર્જાનો નાશ થાય છે.
તેથી,બેન્ઝિન તેની એરોમેટિક લાક્ષણિકતા અને સસ્પંદન સ્થિરતા જાળવી રાખવા માટે યોગશીલ પ્રક્રિયાઓ કરતા વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓને વધુ પસંદ કરે છે.

(D) સલ્ફોનેશન એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે. આ પ્રક્રિયાનો વેગ બેન્ઝિન વલયની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે.
જે સમૂહો વલયને ઇલેક્ટ્રોન આપે છે (સક્રિયકારક સમૂહો),તે ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે,જેથી વલય ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી પ્રક્રિયકો પ્રત્યે વધુ સક્રિય બને છે.
$Toluene$ $(C_6H_5CH_3)$ માં મિથાઈલ સમૂહ $(-CH_3)$ હોય છે,જે $+I$ અસર અને અતિસંયુગ્મન (hyperconjugation) ને કારણે ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ છે.
$Benzene$ માં કોઈ વિસ્થાપિત સમૂહ હોતો નથી.
$Nitrobenzene$ $(-NO_2)$ અને $Benzoic$ $acid$ $(-COOH)$ માં ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહો હોય છે,જે વલયને નિષ્ક્રિય બનાવે છે.
તેથી,$Toluene$ સૌથી સરળતાથી સલ્ફોનેશન પામે છે.