Aromatic hydrocarbon Questions in Gujarati

(A) બેન્ઝાઇલ રેડિકલ $(C_6H_5CH_2^{\bullet})$ માં બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ $CH_2^{\bullet}$ જૂથ હોય છે.
બેન્ઝીન રિંગમાં $6$ કાર્બન અણુઓ છે,જે દરેક $6 \pi$-ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતી વિસ્થાનીકૃત $\pi$-સિસ્ટમમાં એક $p$-ઓર્બિટલનું યોગદાન આપે છે.
બાહ્ય કાર્બન અણુ $(CH_2^{\bullet})$ $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે અને તેની પાસે એક $p$-ઓર્બિટલ છે જેમાં એક અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન છે.
તેથી,સંયુગ્મનમાં સામેલ $p$-ઓર્બિટલ્સની કુલ સંખ્યા $6 + 1 = 7$ છે.
આ $p$-ઓર્બિટલ્સમાં ઇલેક્ટ્રોનની કુલ સંખ્યા $6$ (રિંગમાંથી) $+ 1$ (અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન) $= 7$ છે.

(B) વિસ્થાપકની નિષ્ક્રિય કરવાની શક્તિ તેના ઇન્ડક્ટિવ $(-I)$ અને મેસોમેરિક $(-M)$ અસરો દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન ખેંચવાની ક્ષમતા પર આધાર રાખે છે.
આપેલા જૂથોમાં,$-NO_2$ જૂથ તેની પ્રબળ $-I$ અસર અને પ્રબળ $-M$ અસરને કારણે સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોન ખેંચવાની અસર દર્શાવે છે,જે તેને ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક વિસ્થાપન માટે સૌથી વધુ નિષ્ક્રિય બનાવે છે.

(C) $-CH_3$,$-OH$ જેવા ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરનાર સમૂહની હાજરી $o/p$ સ્થાન પર ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે અને તેથી બેન્ઝીન વલયને ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી પ્રત્યે વધુ સક્રિય બનાવે છે.
બીજી તરફ,$-COOH$,$-NO_2$ જેવા ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ બેન્ઝીન વલયની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા ઘટાડે છે,જેથી તેની સક્રિયતા ઘટે છે.
આપેલા સંયોજનોની સરખામણી કરતા:
$1$. $-NO_2$ (નાઈટ્રોબેન્ઝીનમાં) પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ છે.
$2$. $-COOH$ (બેન્ઝોઇક એસિડમાં) ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ છે.
$3$. $-H$ (બેન્ઝીનમાં) સંદર્ભ છે.
$4$. $-CH_3$ (ટોલ્યુઈનમાં) $+I$ અસર અને હાયપરકોન્જુગેશનને કારણે ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરનાર સમૂહ છે.
તેથી,ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી નાઈટ્રેશન પ્રત્યે સક્રિયતાનો ક્રમ: $\text{nitrobenzene} < \text{benzoic acid} < \text{benzene} < \text{toluene}$ છે.
આમ,ટોલ્યુઈન સૌથી વધુ સક્રિય છે.

(C) ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રત્યેની સક્રિયતા બેન્ઝીન વલયની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે.
$1$. ફિનોલ $(C_6H_5OH)$ માં $-OH$ સમૂહ છે,જે તેની પ્રબળ $+M$ અસરને કારણે સક્રિયકારક સમૂહ છે,તેથી તે સૌથી વધુ સક્રિય છે.
$2$. ટોલ્યુઈન $(C_6H_5CH_3)$ માં $-CH_3$ સમૂહ છે,જે $+I$ અસર અને હાઇપરકોન્જુગેશનને કારણે સક્રિયકારક છે,તેથી તે બેન્ઝીન કરતા વધુ સક્રિય છે.
$3$. બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ એ સંદર્ભ સંયોજન છે.
$4$. ક્લોરોબેન્ઝીન $(C_6H_5Cl)$ માં $-Cl$ સમૂહ છે,જે તેની પ્રબળ $-I$ અસરને કારણે નિષ્ક્રિયકારક છે. તેથી,તે બેન્ઝીન કરતા ઓછું સક્રિય છે.
આમ,ઘટતી સક્રિયતાનો સાચો ક્રમ: $(iv) > (ii) > (i) > (iii)$ છે.

(D) પાયરોલમાં,નાઇટ્રોજન પરમાણુ પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ એરોમેટિક ષટ્ક (sextet) માં ભાગ લે છે. સંસ્પંદન અસરને કારણે,ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વલયમાં વિસ્થાનિકૃત થાય છે. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી (electrophile) હુમલો કરે છે,ત્યારે મધ્યવર્તી કાર્બોકેટાયન (સિગ્મા સંકુલ) ત્યારે વધુ સ્થાયી હોય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી $C_{2}$ અથવા $C_{5}$ સ્થાન પર હુમલો કરે છે,કારણ કે ધન વીજભાર નાઇટ્રોજન પરમાણુ સહિત વધુ પરમાણુઓ પર વિસ્થાનિકૃત થઈ શકે છે. તેથી,ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા $C_{2}$ અને $C_{5}$ સ્થાન પર મહત્તમ હોય છે.

(C) આ પ્રક્રિયામાં સાયક્લોહેક્સિન પર $HF$ માંથી પ્રોટોન $(H^+)$ નું ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી યોગશીલ પ્રક્રિયા થઈને સાયક્લોહેક્સિલ કાર્બોકેટાયન બને છે.
ત્યારબાદ આ કાર્બોકેટાયન ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી તરીકે વર્તે છે અને બેન્ઝીન સાથે ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયા $(ESR)$ કરીને સાયક્લોહેક્સિલબેન્ઝીન બનાવે છે.
આમ,નીપજ $P$ એ સાયક્લોહેક્સિલબેન્ઝીન છે.

(D) હાઈડ્રોજનેશન એન્થાલ્પી એ આલ્કીન/ડાયઈન પ્રણાલીની સ્થિરતાના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
$(I)$ એ એરોમેટિક સંયોજન (મેસિટિલીન) છે,જે તેની રેઝોનન્સ ઉર્જાને કારણે ખૂબ જ સ્થિર છે.
$(II)$ એ સંયુગ્મિત ડાયઈન પ્રણાલી છે,જે એરોમેટિક પ્રણાલી કરતા ઓછી સ્થિર છે પરંતુ અલગ પડેલા એક્સોસાયક્લિક દ્વિબંધ કરતા વધુ સ્થિર છે.
$(III)$ માં ત્રણ અલગ પડેલા એક્સોસાયક્લિક દ્વિબંધ છે,જે ત્રણેયમાં સૌથી ઓછા સ્થિર છે.
સ્થિરતાનો ક્રમ: $I > II > III$.
તેથી,હાઈડ્રોજનેશન એન્થાલ્પીનો ક્રમ $III > II > I$ છે.

(C) $-CH_3$ સમૂહ એ $o, p$-નિર્દેશક સમૂહ છે. $m$-ઝાયલીન ($1,3$-ડાયમિથાઈલબેન્ઝીન) માં,ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન માટે ઉપલબ્ધ સ્થાનો $2, 4, 5$ અને $6$ છે.
$1$. બે $-CH_3$ સમૂહોની વચ્ચેનું સ્થાન ($2$-સ્થાન) અવકાશીય અવરોધને કારણે વિસ્થાપન માટે મુશ્કેલ છે.
$2$. $4$ અને $6$ સ્થાન સમાન છે અને તે એક $-CH_3$ સમૂહની સાપેક્ષમાં ઓર્થો અને બીજાની સાપેક્ષમાં પેરા સ્થાન પર છે,જે તેને વિસ્થાપન માટે સૌથી અનુકૂળ બનાવે છે.
તેથી,મુખ્ય નીપજો $4$-બ્રોમો-$1,3$-ડાયમિથાઈલબેન્ઝીન અને $6$-બ્રોમો-$1,3$-ડાયમિથાઈલબેન્ઝીન છે.

(D) જે અણુઓ હકલના નિયમ અથવા $(4n+2) \pi$-ઇલેક્ટ્રોન નિયમનું પાલન કરતા નથી,તેમને નોન-એરોમેટિક અથવા એન્ટી-એરોમેટિક કહેવામાં આવે છે.
$1$. બેન્ઝીન,નેપ્થલીન અને થાયોફીન એરોમેટિક છે કારણ કે તે ચક્રીય,સમતલીય,સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત છે અને $(4n+2) \pi$-ઇલેક્ટ્રોન નિયમનું પાલન કરે છે.
$2$. સાયક્લોપેન્ટાડાઈન (વિકલ્પ $d$) માં વલયમાં એક $sp^3$ સંકરણ ધરાવતો કાર્બન પરમાણુ હોય છે,જે સતત સંયુગ્મનને તોડે છે. તેથી,તે નોન-એરોમેટિક છે.

(D) બેન્ઝીનની નિર્જળ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં $CH_3Cl$ સાથેની પ્રક્રિયાને ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ આલ્કાઇલેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,મિથાઇલ ગ્રુપ $(-CH_3)$ બેન્ઝીન રિંગ પરના હાઇડ્રોજન પરમાણુને બદલે છે અને ટોલ્યુઈન $(C_6H_5CH_3)$ બનાવે છે.
રાસાયણિક સમીકરણ: $C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{Anhy. AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$.

(A) જ્યારે બેન્ઝીનનું $773 \ K$ તાપમાને $V_2O_5$ ની હાજરીમાં હવાથી ઓક્સિડેશન કરવામાં આવે છે,ત્યારે તેનું ઉદ્દીપકીય ઓક્સિડેશન થઈને મેલિક એસિડ બને છે,જે ત્યારબાદ પાણીનો અણુ ગુમાવીને મેલિક એનહાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.
પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$C_6H_6 + \frac{9}{2} O_2$ $\xrightarrow{V_2O_5, 773 \ K} \text{મેલિક એસિડ}$ $\xrightarrow{\Delta, -H_2O} \text{મેલિક એનહાઇડ્રાઇડ}$

(B) બ્રોન્સ્ટેડ-લોરી સિદ્ધાંત મુજબ,એસિડ પ્રોટોન દાતા છે અને બેઈઝ પ્રોટોન સ્વીકારનાર છે.
નાઈટ્રેશન મિશ્રણમાં,સાંદ્ર $H_2SO_4$ પ્રબળ એસિડ તરીકે કાર્ય કરે છે અને $HNO_3$ ને પ્રોટોન આપે છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $HNO_3 + H_2SO_4 \rightarrow H_2NO_3^+ + HSO_4^-$.
અહીં,$HNO_3$ એ $H_2SO_4$ પાસેથી પ્રોટોન સ્વીકારે છે,તેથી $HNO_3$ બેઈઝ તરીકે કાર્ય કરે છે.
ત્યારબાદ,$H_2NO_3^+$ વિઘટિત થઈને ઇલેક્ટ્રોફાઈલ $NO_2^+$ બનાવે છે: $H_2NO_3^+ \rightarrow NO_2^+ + H_2O$.

(D) એરોમેટિક સંયોજનોએ હ્યુકેલના નિયમ ($4n+2$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન) નું પાલન કરવું જોઈએ,સમતલીય અને ચક્રીય હોવા જોઈએ.
$Pyrrole$,$Thiophene$ અને $Furan$ એ બધા $6$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન $(n=1)$ ધરાવતા પાંચ-સભ્યવાળા વિષમચક્રીય એરોમેટિક સંયોજનો છે.
$Pyran$ $(C_5H_6O)$ માં વલયમાં એક $sp^3$ સંકરણ પામેલ કાર્બન પરમાણુ હોય છે,જે એરોમેટિકતા માટે જરૂરી સતત સંયુગ્મન (conjugation) ને તોડે છે.
તેથી,$Pyran$ નોન-એરોમેટિક છે.

(B) જો કોઈ સંયોજન ચક્રીય,સમતલીય,સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત હોય અને તેમાં $4n$ $\pi$-ઈલેક્ટ્રોન $(n = 1, 2, ...)$ હોય,તો તે એન્ટી-એરોમેટિક છે.
$A$. પાયરોલ કેટાયન: તેમાં $4$ $\pi$-ઈલેક્ટ્રોન છે,પરંતુ નાઈટ્રોજન પર $sp^3$ સંકરણને કારણે તે સમતલીય નથી.
$B$. સાયક્લોબ્યુટાડાઈન: તે ચક્રીય,સમતલીય,સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત છે અને તેમાં $4$ $\pi$-ઈલેક્ટ્રોન ($4n$ જ્યાં $n=1$) છે. તેથી,તે એન્ટી-એરોમેટિક છે.
$C$. સાયક્લોપેન્ટાડાઈન: તેમાં $sp^3$ સંકરણ ધરાવતા કાર્બન પરમાણુને કારણે તે સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત નથી. તેથી,તે નોન-એરોમેટિક છે.
$D$. સાયક્લોઓક્ટાટેટ્રાઈન: એન્ટી-એરોમેટિકતા ટાળવા માટે તે નોન-પ્લેનર (ટબ આકારનું) છે. તેથી,તે નોન-એરોમેટિક છે.
તેથી,સાચો જવાબ $B$ છે.

(D) $HCl$ અને $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ ની ઈથીન $(CH_2=CH_2)$ સાથેની પ્રક્રિયા ફ્રિડેલ-ક્રાફ્ટસ આલ્કાઈલેશન પ્રક્રિયા છે.
પ્રથમ,$CH_2=CH_2$ એ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં $HCl$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ઈથાઈલ કાર્બોકેટાયન $(CH_3CH_2^+)$ બનાવે છે જે ઈલેક્ટ્રોફાઈલ તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ ઈલેક્ટ્રોફાઈલ ત્યારબાદ બેન્ઝીન વલય પર હુમલો કરીને ઈથાઈલબેન્ઝીન $(C_6H_5CH_2CH_3)$ બનાવે છે.
તેથી,સાચી નીપજ ઈથાઈલબેન્ઝીન છે.

(C) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે. તે બેન્ઝીન વલયમાં સરળતાથી થાય છે જે ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહો (EDGs) દ્વારા સક્રિય થયેલ હોય છે.
$(i)$ $p$-નાઈટ્રોટોલ્યુઈન: $-NO_2$ સમૂહ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ $(EWG)$ છે,જે વલયને નિષ્ક્રિય કરે છે.
$(ii)$ ઈથાઈલબેન્ઝીન: $-CH_2CH_3$ સમૂહ એ ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ (આલ્કાઈલ સમૂહ) છે,જે વલયને સક્રિય કરે છે.
$(iii)$ બેન્ઝોઈક એસિડ: $-COOH$ સમૂહ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ $(EWG)$ છે,જે વલયને નિષ્ક્રિય કરે છે.
$(iv)$ ફિનોલ: $-OH$ સમૂહ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ $(EDG)$ છે,જે વલયને સક્રિય કરે છે.
તેથી,સંયોજનો $(ii)$ અને $(iv)$ ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન પ્રક્રિયા આપશે.

(C) આ પ્રક્રિયામાં $AlCl_3$ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં $Br_2$ સાથે પોલીસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બનનું ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક વિસ્થાપન થાય છે.
$1$. $AlCl_3$ લુઈસ એસિડ તરીકે કાર્ય કરીને $Br_2$ માંથી ઇલેક્ટ્રોફાઇલ $Br^+$ ઉત્પન્ન કરે છે.
$2$. ઇલેક્ટ્રોફાઇલ $Br^+$ એરોમેટિક વલયના સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોન-સમૃદ્ધ સ્થાન પર હુમલો કરે છે.
$3$. આપેલ બંધારણમાં,એરોમેટિક વલયો ઇલેક્ટ્રોફિલિક વિસ્થાપન માટે સક્રિય હોય છે. સામાન્ય રીતે આલ્કાઇલ ગ્રુપના પેરા સ્થાન પર વિસ્થાપન પસંદ કરવામાં આવે છે.
$4$. વિકલ્પોની સરખામણી કરતા,વિકલ્પ $C$ એ સૌથી યોગ્ય નીપજ દર્શાવે છે.

(B) ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક સબસ્ટિટ્યુશનની પ્રતિક્રિયાશીલતા બેન્ઝીન વલયની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે.
જે સમૂહો ઇન્ડક્ટિવ $(+I)$ અથવા હાઇપરકોન્જુગેશન અસરો દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન આપે છે તે વલયને સક્રિય કરે છે,જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન-ખેંચનારા સમૂહો તેને નિષ્ક્રિય કરે છે.
$II$ (ટોલ્યુઈન) માં $-CH_3$ સમૂહ છે,જે $+I$ અને હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા વલયને સક્રિય કરે છે.
$III$ (ઇથાઇલબેન્ઝીન) માં $-CH_2CH_3$ સમૂહ છે,જે પણ $+I$ અને હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા વલયને સક્રિય કરે છે,પરંતુ ટોલ્યુઈનનો $-CH_3$ સમૂહ થોડો વધુ સક્રિય છે.
$IV$ (બેન્ઝીન) માં કોઈ સબસ્ટિટ્યુઅન્ટ નથી.
$I$ (ફિનાઇલ બેન્ઝોએટ) માં $-COOC_6H_5$ સમૂહ છે,જે ઇલેક્ટ્રોન-ખેંચનારું સમૂહ ($-I$ અને $-M$ અસરો) છે,જે વલયને નોંધપાત્ર રીતે નિષ્ક્રિય કરે છે.
આમ,પ્રતિક્રિયાશીલતાનો ક્રમ $II > III > IV > I$ છે.

(B) Friedel-Crafts આલ્કાઈલેશનની ઘણી મર્યાદાઓ છે:
$1$. એનિલીન લુઈસ એસિડ $(AlCl_3)$ સાથે સંકીર્ણ બનાવે છે,જે રિંગને નિષ્ક્રિય કરે છે,જેથી Friedel-Crafts આલ્કાઈલેશન શક્ય બનતું નથી.
$2$. પોલીઆલ્કાઈલેશન એ એક મુખ્ય ખામી છે કારણ કે દાખલ થયેલ આલ્કાઈલ ગ્રુપ ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ છે,જે રિંગને વધુ સબસ્ટીટ્યુશન માટે સક્રિય કરે છે.
$3$. $AlCl_3$ જેવા પ્રબળ લુઈસ એસિડની હાજરીમાં પ્રાથમિક આલ્કાઈલ હેલાઈડનો ઉપયોગ કરતી વખતે કાર્બોકેટાયન પુનઃરચના થાય છે.
$4$. નાઈટ્રોબેન્ઝીન એક પ્રબળ નિષ્ક્રિય ગ્રુપ છે અને તેનો ઉપયોગ Friedel-Crafts પ્રક્રિયાઓમાં દ્રાવક તરીકે થાય છે કારણ કે તે લુઈસ એસિડ કેટાલિસ્ટ સાથે પ્રક્રિયા કરતું નથી.
તેથી,'પોલીઆલ્કાઈલેશન શક્ય નથી' તે વિધાન ખોટું છે.

(D) દરેક પ્રક્રિયાનું વિશ્લેષણ કરીએ:
$(A)$ $3Me-C \equiv CH \xrightarrow[Fe \ tube]{Red \ hot} 1,3,5-trimethylbenzene$ (એરોમેટિક).
$(B)$ $n-Hexane \xrightarrow[Cr_2O_3/\Delta]{Al_2O_3} \text{Benzene}$ (એરોમેટિક).
$(C)$ Cyclopentadiene $\xrightarrow{CHCl_3/KOH} \text{Chlorobenzene}$ (એરોમેટિક).
$(D)$ Hexachlorocyclohexane $\xrightarrow{Alc. KOH} 1,2,4-trichlorobenzene$ (એરોમેટિક). આ તમામ પ્રક્રિયાઓ એરોમેટિક નીપજ આપે છે.

(D) દરેક વિકલ્પનું વિશ્લેષણ કરીએ:
$A$. $-CCl_3$ એ ત્રણ ક્લોરિન પરમાણુઓની પ્રબળ $-I$ અસરને કારણે પ્રબળ નિષ્ક્રિયકારક સમૂહ છે.
$B$. $-CH_3-COO^-$ (એસીટેટ આયન) એ સક્રિયકારક સમૂહ છે કારણ કે ઋણ વીજભાર ધરાવતો ઓક્સિજન પરમાણુ $+M$ અસર દ્વારા વલયમાં ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા આપી શકે છે.
$C$. $-CH_3$ (મિથાઈલ સમૂહ) એ સક્રિયકારક સમૂહ છે કારણ કે તે $+I$ અસર અને હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા બેન્ઝીન વલયને ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા આપે છે.
$D$. $-OH_2^+$ એ પ્રબળ નિષ્ક્રિયકારક સમૂહ છે. તેની પાસે ઓક્સિજન પરમાણુ હોવા છતાં,તે ધન વીજભાર ધરાવે છે,જે તેને $-I$ અને $-M$ બંને અસરો દ્વારા પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક સમૂહ બનાવે છે. આમ,તે વલયને નિષ્ક્રિય કરે છે.
તેથી,વિકલ્પ $D$ સાચું વિધાન છે.

(B) આ પ્રક્રિયા $1$-methyl-$4$-isopropylbenzene ($p$-cymene) નું ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસિલેશન છે.
$p$-cymene માં બે આલ્કાઈલ સમૂહો છે: મિથાઈલ સમૂહ $(-CH_3)$ અને આઈસોપ્રોપાઈલ સમૂહ $(-CH(CH_3)_2)$.
બંને સમૂહો ઓર્થો/પેરા નિર્દેશક છે.
મિથાઈલ સમૂહમાં $3 \alpha$-હાઈડ્રોજન છે,જ્યારે આઈસોપ્રોપાઈલ સમૂહમાં માત્ર $1 \alpha$-હાઈડ્રોજન છે.
હાઈપરકોન્જુગેશનને કારણે મિથાઈલ સમૂહ આઈસોપ્રોપાઈલ સમૂહ કરતા વધુ સક્રિય છે.
તેથી,આવનાર એસિલ સમૂહ $(-COCH_3)$ વધુ સક્રિય મિથાઈલ સમૂહ દ્વારા નિર્દેશિત થશે.
મિથાઈલ સમૂહની ઓર્થો સ્થિતિ આઈસોપ્રોપાઈલ સમૂહની પણ ઓર્થો છે,પરંતુ મોટા આઈસોપ્રોપાઈલ સમૂહને કારણે અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) ને લીધે મિથાઈલની ઓર્થો સ્થિતિ (અને આઈસોપ્રોપાઈલની મેટા સ્થિતિ) વધુ અનુકૂળ છે.
આમ,મુખ્ય નીપજ $2$-acetyl-$1$-methyl-$4$-isopropylbenzene છે,જે વિકલ્પ $B$ ને અનુરૂપ છે.

(C) જો કોઈ સંયોજન હ્યુકેલના નિયમ ($4n+2$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન) નું પાલન કરે,સમતલીય હોય અને ચક્રીય હોય,તો તે એરોમેટિક છે.
$A$: સાયક્લોપેન્ટાડાયનોનમાં વલયમાં $4$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન છે (એન્ટી-એરોમેટિક).
$B$: સાયક્લોહેપ્ટાટ્રાયનમાં $sp^3$ સંકરણ ધરાવતો કાર્બન પરમાણુ છે,તેથી તે સમતલીય નથી અને એરોમેટિક નથી.
$C$: $2-$એમિનોપિરિડિન$-4-$ઓન એ $2-$એમિનો$-4-$હાઇડ્રોક્સિપિરિડિનનું ટોટોમર છે. વલય સમતલીય છે,સંપૂર્ણ સંયુગ્મિત છે અને તેમાં $6$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન ($4$ દ્વિબંધમાંથી + $2$ વલયમાં રહેલા નાઇટ્રોજન પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મમાંથી) છે,જે હ્યુકેલના નિયમ $(n=1)$ નું પાલન કરે છે. તેથી,તે એરોમેટિક છે.
$D$: દર્શાવેલ બંધારણ $sp^3$ સંકરણ ધરાવતા નાઇટ્રોજનની હાજરી અને સતત સંયુગ્મનના અભાવને કારણે એરોમેટિક નથી.

(C) જ્યારે એસિટોન $(CH_3COCH_3)$ નું સાંદ્ર $H_2SO_4$ સાથે નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે,ત્યારે એસિટોનના ત્રણ અણુઓ સંઘનન પ્રક્રિયા અનુભવીને મેસિટિલીન ($1, 3, 5-$ટ્રાયમિથાઈલબેન્ઝીન) બનાવે છે.
$3 CH_3COCH_3 \xrightarrow{\text{Conc. } H_2SO_4, \Delta} C_6H_3(CH_3)_3 + 3 H_2O$.

(A) સોડિયમ બેન્ઝોએટ $(C_6H_5COONa)$ ને સોડાલાઈમ $(NaOH + CaO)$ સાથે ગરમ કરતા તેનું ડિકાર્બોક્સિલેશન થાય છે.
પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$C_6H_5COONa + NaOH \xrightarrow{CaO, \Delta} C_6H_6 + Na_2CO_3$.
આમ,મળતી નીપજ બેન્ઝીન છે.

(B) $1$. ચાલો આપેલા સંયોજનોની રચનાઓનું વિશ્લેષણ કરીએ:
$2$. $Mesitylene$ એ $1,3,5-trimethylbenzene$ છે. તેની રચનામાં બેન્ઝીન રિંગ સાથે $1, 3,$ અને $5$ સ્થાન પર ત્રણ મિથાઈલ જૂથો જોડાયેલા હોય છે.
$3$. $Mesitylene$ $(C_9H_{12})$ માં:
- $3$ પ્રાથમિક કાર્બન પરમાણુઓ છે (રિંગ સાથે જોડાયેલા $3$ મિથાઈલ જૂથો).
- $3$ દ્વિતીયક કાર્બન પરમાણુઓ છે (બેન્ઝીન રિંગમાં રહેલા $3$ $CH$ જૂથો).
- $3$ તૃતીયક કાર્બન પરમાણુઓ છે (રિંગમાં રહેલા $3$ $C$ પરમાણુઓ જે મિથાઈલ જૂથો સાથે જોડાયેલા છે).
$4$. પ્રાથમિક,દ્વિતીયક અને તૃતીયક કાર્બન પરમાણુઓની સંખ્યા સમાન ($3$ દરેક) હોવાથી,$Mesitylene$ સાચો જવાબ છે.

(C) આપેલ સ્પીસીઝ સાયક્લોપેન્ટાડાયનાઇલ એનાયન $(C_5H_5^-)$ છે.
તેમાં બે દ્વિબંધ છે,જે $2 \times 2 = 4$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન આપે છે.
કાર્બન પરમાણુ પરનો ઋણ વીજભાર સંયુગ્મિત તંત્રનો ભાગ છે,જે વધારાના $2$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન આપે છે.
કુલ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન = $4 + 2 = 6$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન.
આ સ્પીસીઝ હ્યુકેલના નિયમ ($4n + 2$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન,જ્યાં $n=1$) નું પાલન કરે છે અને તે એરોમેટિક છે.

(C) નેપ્થાલિન બે જોડાયેલી બેન્ઝીન રિંગનું બનેલું છે.
દરેક બેન્ઝીન રિંગમાં $3$ દ્વિબંધ હોય છે,જે $6$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન આપે છે.
જોકે,મધ્યવર્તી બંધ બંને રિંગ વચ્ચે વહેંચાયેલ છે.
નેપ્થાલિનની રચનામાં કુલ $5$ દ્વિબંધ હોય છે.
દરેક દ્વિબંધ $2$ $\pi$ ઇલેક્ટ્રોન આપે છે,તેથી $\pi$ ઇલેક્ટ્રોનની કુલ સંખ્યા $5 \times 2 = 10$ થાય છે.

(C) બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ એ લાક્ષણિક સુગંધિત ગંધ ધરાવતું રંગહીન પ્રવાહી છે અને તે અત્યંત જ્વલનશીલ છે.
જોકે બેન્ઝીનમાં દ્વિબંધ હોય છે,પરંતુ તેની રેઝોનન્સ સ્થિરતા (એરોમેટિકતા) ને કારણે તે સામાન્ય આલ્કીન્સની જેમ સરળતાથી યોગશીલ પ્રતિક્રિયાઓ આપતું નથી.
તેથી,તે અસંતૃપ્તતાના લાક્ષણિક ગુણધર્મો (જેમ કે બ્રોમીન વોટર અથવા બેયરના પ્રક્રિયકનું ઝડપી રંગવિહીન થવું) દર્શાવતું નથી.
આમ,તેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતાના સંદર્ભમાં 'અસંતૃપ્તતા' એ બેન્ઝીનનો લાક્ષણિક ગુણધર્મ ગણવામાં આવતો નથી.

(D) બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ એ રેઝોનન્સ તરીકે ઓળખાતી ઘટનાને કારણે $\pi$-ઇલેક્ટ્રોનના વિસ્થાનિકરણને લીધે અત્યંત સ્થાયી એરોમેટિક સંયોજન છે.
રેઝોનન્સ ઉર્જા બેન્ઝીન વલયને વધારાની સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
યોગશીલ પ્રક્રિયાઓમાં એરોમેટિક સેક્સટેટ તૂટી જાય છે અને રેઝોનન્સ સ્થિરતાનો નાશ થાય છે,જે ઉર્જાની દ્રષ્ટિએ પ્રતિકૂળ છે.
બીજી તરફ,વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓ બેન્ઝીન વલયને તેની એરોમેટિક લાક્ષણિકતા અને રેઝોનન્સ સ્થિરતા જાળવી રાખવા દે છે,જે તેને બેન્ઝીન માટે પસંદગીનો માર્ગ બનાવે છે.

$(A)$ $\text{ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા બેન્ઝીન વલય પર રહેલા ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ સમૂહો દ્વારા ઝડપી બને છે.}$
$\text{આપેલા સંયોજનોમાં, ફિનાઇલ વલય } (\phi) \text{ સાથે જોડાયેલા આલ્કાઇલ સમૂહો } +I \text{ અસર અને હાઇપરકોન્જુગેશન દર્શાવે છે.}$
$\text{જેમ } \alpha\text{-હાઇડ્રોજનની સંખ્યા વધે છે, તેમ હાઇપરકોન્જુગેશન દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન આપવાની ક્ષમતા વધે છે, જેનાથી વલય પર ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધે છે અને ઇલેક્ટ્રોફાઇલ પ્રત્યેની પ્રતિક્રિયાત્મકતા વધે છે.}$
$\alpha\text{-હાઇડ્રોજનની સંખ્યા:}$
$I. \phi-CH_3$: $3 \ \alpha-H$
$II. \phi-CH_2-CH_3$: $2 \ \alpha-H$
$III. \phi-CH(CH_3)_2$: $1 \ \alpha-H$
$IV. \phi-C(CH_3)_3$: $0 \ \alpha-H$
$\text{આમ, પ્રતિક્રિયાત્મકતાનો ક્રમ } I > II > III > IV \text{ છે।}$

(D) બેન્ઝીનનું ક્લોરોબેન્ઝીનમાં રૂપાંતર એ ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક સબસ્ટિટ્યુશન પ્રક્રિયા છે.
બેન્ઝીન $Cl_2$ સાથે નિર્જળ એલ્યુમિનિયમ ક્લોરાઇડ $(AlCl_3)$ અથવા ફેરિક ક્લોરાઇડ $(FeCl_3)$ જેવા લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં ઠંડી સ્થિતિમાં પ્રક્રિયા કરીને ક્લોરોબેન્ઝીન બનાવે છે.
આ પ્રક્રિયાને ઇલેક્ટ્રોફિલિક ક્લોરિનેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
વિકલ્પ $D$ આ રૂપાંતરણ માટે યોગ્ય પ્રક્રિયકો અને પરિસ્થિતિઓ પૂરી પાડે છે.

(B) બેન્ઝીન વ્યુત્પન્ન સંયોજનોની ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન (જેમ કે મોનોબ્રોમિનેશન) પ્રત્યેની પ્રતિક્રિયાત્મકતા રિંગની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે.
$1$. $C_6H_5CH_3$ (ટોલ્યુઈન): $-CH_3$ સમૂહ હાયપરકોન્જુગેશન અને પ્રેરક અસર દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ ગ્રુપ $(EDG)$ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે રિંગને સક્રિય કરે છે.
$2$. $C_6H_6$ (બેન્ઝીન): આ સંદર્ભ સંયોજન છે જેમાં કોઈ વિસ્થાપિત સમૂહ નથી.
$3$. $C_6H_5COOH$ (બેન્ઝોઈક એસિડ): $-COOH$ સમૂહ રેઝોનન્સ અને પ્રેરક અસર દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઈંગ ગ્રુપ $(EWG)$ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે રિંગને નિષ્ક્રિય કરે છે.
$4$. $C_6H_5NO_2$ (નાઈટ્રોબેન્ઝીન): $-NO_2$ સમૂહ રેઝોનન્સ અને પ્રેરક અસર દ્વારા પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઈંગ ગ્રુપ $(EWG)$ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે રિંગને ખૂબ જ નિષ્ક્રિય કરે છે.
આમ,ઘટતી પ્રતિક્રિયાત્મકતાનો સાચો ક્રમ $I > III > II > IV$ છે.

(B) બેન્ઝીનની સાંદ્ર $HNO_3$ અને સાંદ્ર $H_2SO_4$ ના મિશ્રણ સાથેની પ્રક્રિયાને નાઈટ્રેશન કહેવામાં આવે છે.
$50-60^\circ C$ તાપમાને,બેન્ઝીનનું મોનોનાઈટ્રેશન થઈને નાઈટ્રોબેન્ઝીન બને છે.
પરંતુ,$90^\circ C$ કે તેથી વધુ તાપમાને,પ્રક્રિયા આગળ વધીને $m-$ડાયનાઈટ્રોબેન્ઝીન બનાવે છે કારણ કે નાઈટ્રો ગ્રુપ $(-NO_2)$ એ મેટા-નિર્દેશક ગ્રુપ છે.

(C) બેન્ઝીનનું સીધું ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન ઘણીવાર પોલીઆલ્કાઈલેશન તરફ દોરી જાય છે કારણ કે દાખલ થયેલ આલ્કાઈલ ગ્રુપ ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ છે,જે બેન્ઝીન રિંગને વધુ ઇલેક્ટ્રોફિલિક સબસ્ટિટ્યુશન માટે સક્રિય કરે છે.
આને ટાળવા અને મોનોઆલ્કાઈલેટેડ નીપજ મેળવવા માટે,ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસાઈલેશનને પસંદ કરવામાં આવે છે.
એસાઈલેશનમાં,એક એસાઈલ ગ્રુપ $(RCO-)$ દાખલ થાય છે,જે ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઈંગ છે અને રિંગને નિષ્ક્રિય કરે છે,જે આગળના સબસ્ટિટ્યુશનને અટકાવે છે.
પરિણામી કીટોનને ત્યારબાદ ક્લેમેન્સન રિડક્શન અથવા વુલ્ફ-કિશનર રિડક્શનનો ઉપયોગ કરીને સંબંધિત આલ્કાઈલ ગ્રુપમાં ઘટાડી શકાય છે.

(B) નિર્જળ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીનની $n-$પ્રોપાઇલ ક્લોરાઇડ સાથેની પ્રક્રિયા એ ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઇલેશન પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,શરૂઆતમાં બનતો $n-$પ્રોપાઇલ કાર્બોકેટાયન $(CH_3CH_2CH_2^+)$ વધુ સ્થાયી દ્વિતીયક આઇસોપ્રોપાઇલ કાર્બોકેટાયન $(CH_3CH^+CH_3)$ બનાવવા માટે $1,2-$હાઇડ્રાઇડ શિફ્ટ અનુભવે છે.
આ દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન ત્યારબાદ બેન્ઝીન વલય પર હુમલો કરીને મુખ્ય નીપજ તરીકે આઇસોપ્રોપાઇલબેન્ઝીન (ક્યુમીન) બનાવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(B) $1$. બેન્ઝીનના સલ્ફોનેશનમાં,અસરકારક ઇલેક્ટ્રોફાઇલ સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઇડ $(SO_3)$ છે.
$2$. ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસિટિલેશનમાં,અસરકારક ઇલેક્ટ્રોફાઇલ એસિલિયમ આયન $(CH_3-C \equiv O^{+})$ છે.
$3$. ફોર્મિલેશન (ગાટરમેન-કોચ પ્રક્રિયા) માં,અસરકારક ઇલેક્ટ્રોફાઇલ ફોર્મિલ કેટાયન $(HC \equiv O^{+})$ છે,જે $AlCl_3$ જેવા લુઈસ એસિડની હાજરીમાં $CO$ અને $HCl$ માંથી ઉત્પન્ન થાય છે.

(B) આણ્વિય સૂત્ર $C_7H_7Cl$ એ બેન્ઝીન વલય સાથે જોડાયેલા મિથાઈલ સમૂહ અને ક્લોરિન પરમાણુને દર્શાવે છે.
આ ક્લોરોટોલ્યુઈનના સમઘટકો છે.
બેન્ઝીન વલય પર મિથાઈલ સમૂહની સાપેક્ષમાં ક્લોરિન પરમાણુ માટે ત્રણ શક્ય સ્થાનો છે:
$1$. ઓર્થો-ક્લોરોટોલ્યુઈન $(o-Cl-C_6H_4-CH_3)$
$2$. મેટા-ક્લોરોટોલ્યુઈન $(m-Cl-C_6H_4-CH_3)$
$3$. પેરા-ક્લોરોટોલ્યુઈન $(p-Cl-C_6H_4-CH_3)$
વધુમાં,એક સમઘટક એવો છે જેમાં ક્લોરિન સાઈડ ચેઈન પર હોય છે: બેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડ $(C_6H_5-CH_2Cl)$.
તેથી,બેન્ઝીન વ્યુત્પન્નોની કુલ સંખ્યા $3 + 1 = 4$ છે.

(D) $C_7H_8O$ આણ્વીય સૂત્ર માટે અસંતૃપ્તતાની માત્રા $4$ છે $(7 - 8/2 + 1 = 4)$,જે બેન્ઝીન વલય સૂચવે છે.
શક્ય સમઘટકો નીચે મુજબ છે:
$1$. $o$-ક્રેસોલ (ઓર્થો-મિથાઈલફિનોલ)
$2$. $m$-ક્રેસોલ (મેટા-મિથાઈલફિનોલ)
$3$. $p$-ક્રેસોલ (પેરા-મિથાઈલફિનોલ)
$4$. બેન્ઝાઈલ આલ્કોહોલ $(C_6H_5CH_2OH)$
$5$. એનિસોલ (મિથોક્સિબેન્ઝીન,$C_6H_5OCH_3$)
આમ,કુલ $5$ શક્ય બેન્ઝીન વ્યુત્પન્નો છે.

(B) આપેલ પ્રક્રિયા એ નિર્જળ $AlCl_3$ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં મિથાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_3Cl)$ સાથે ટોલ્યુઈનનું ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઈલેશન છે.
બેન્ઝીન રિંગ પરનો મિથાઈલ ગ્રુપ $(-CH_3)$ ઓર્થો/પેરા-નિર્દેશક હોવાથી,ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી વિસ્થાપન ઓર્થો અને પેરા સ્થાન પર થાય છે.
ઓર્થો સ્થાન પર અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) ને કારણે,પેરા-આઈસોમર ($p-$ઝાયલીન) મુખ્ય નીપજ તરીકે મળે છે.

(B) પ્રક્રિયા $C_6H_6 + A \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CONH_2$ એ ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસાઇલેશન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપક $(AlCl_3)$ ની હાજરીમાં એસાઇલેટિંગ એજન્ટ સાથે પ્રક્રિયા કરીને એમાઇડ વ્યુત્પન્ન બનાવે છે.
પ્રક્રિયક $A$ એ કાર્બામોઇલ ક્લોરાઇડ $(ClCONH_2)$ હોવો જોઈએ,જે $-CONH_2$ સમૂહના સ્ત્રોત તરીકે કાર્ય કરે છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ આગળ વધે છે: $C_6H_6 + ClCONH_2 \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CONH_2 + HCl$.

(C) નિર્જળ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીનની એસિટિક એનહાઇડ્રાઇડ સાથેની પ્રક્રિયા ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસાઇલેશન પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં,એસિટિક એનહાઇડ્રાઇડમાંથી એસિટાઇલ ગ્રુપ $(-COCH_3)$ બેન્ઝીન રિંગ પરના હાઇડ્રોજન પરમાણુને દૂર કરીને એસીટોફિનોન $(C_6H_5COCH_3)$ બનાવે છે.
પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે: $C_6H_6 + (CH_3CO)_2O \xrightarrow{Anhydrous \ AlCl_3} C_6H_5COCH_3 + CH_3COOH$.

(B) $1$. બેન્ઝીન $(C_6H_6)$ ની નિર્જળ $AlCl_3$ ની હાજરીમાં એસિટાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_3COCl)$ સાથેની પ્રક્રિયા ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ એસાઈલેશન પ્રક્રિયા છે. આનાથી નીપજ $A$ તરીકે એસિટોફિનોન $(C_6H_5COCH_3)$ મળે છે.
$2$. એસિટોફિનોન $(C_6H_5COCH_3)$ ની $Zn-Hg/HCl$ સાથેની પ્રક્રિયા ક્લેમેન્સન રિડક્શન છે,જે કાર્બોનિલ સમૂહ $(>C=O)$ નું મિથિલીન સમૂહ $(-CH_2-)$ માં રિડક્શન કરે છે.
$3$. એસિટોફિનોનનું રિડક્શન અંતિમ નીપજ $B$ તરીકે ઈથાઈલ બેન્ઝીન $(C_6H_5CH_2CH_3)$ આપે છે.

(B) સાંદ્ર $HNO_3$ અને સાંદ્ર $H_2SO_4$ ના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરીને નાઈટ્રેશનમાં,ઉત્પન્ન થતો ઇલેક્ટ્રોફાઇલ નાઈટ્રોનિયમ આયન,$NO_2^+$ છે.
ધૂમ્રાયમાન $H_2SO_4$ (ઓલિયમ) નો ઉપયોગ કરીને સલ્ફોનેશનમાં,ઇલેક્ટ્રોફાઇલ સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઇડ,$SO_3$ છે.
તેથી,નાઈટ્રેશન અને સલ્ફોનેશન માટે જવાબદાર સ્પીસીઝ અનુક્રમે $NO_2^+$ અને $SO_3$ છે.

(C) ઇલેક્ટ્રોફિલિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓમાં એરોમેટિક વલય પરના હાઇડ્રોજન પરમાણુનું ઇલેક્ટ્રોફાઇલ દ્વારા વિસ્થાપન થાય છે.
વિકલ્પ $A$ એ નાઇટ્રેશન છે,જે ઇલેક્ટ્રોફિલિક વિસ્થાપન છે.
વિકલ્પ $B$ એ ફ્રીડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઇલેશન છે,જે ઇલેક્ટ્રોફિલિક વિસ્થાપન છે.
વિકલ્પ $C$ એ $UV$ પ્રકાશની હાજરીમાં બેન્ઝીન સાથે ક્લોરિનની યોગશીલ પ્રક્રિયા છે,જે બેન્ઝીન હેક્ઝાક્લોરાઇડ $(C_6H_6Cl_6)$ બનાવે છે,જે ઇલેક્ટ્રોફિલિક યોગશીલ પ્રક્રિયા છે,વિસ્થાપન નથી.
વિકલ્પ $D$ એ ગેટરમેન-કોચ પ્રક્રિયા છે,જે ઇલેક્ટ્રોફિલિક વિસ્થાપન છે.

(A) આ પ્રક્રિયા લુઈસ એસિડ ઉદ્દીપક $AlCl_3$ ની હાજરીમાં બેન્ઝીનનું $n$-બ્યુટાઇલ ક્લોરાઇડ સાથેનું ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટ આલ્કાઇલેશન છે.
$1$. પ્રક્રિયા કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીના નિર્માણ દ્વારા આગળ વધે છે.
$2$. શરૂઆતમાં,$n$-બ્યુટાઇલ ક્લોરાઇડ $AlCl_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન,$CH_3CH_2CH_2CH_2^+$ બનાવે છે.
$3$. પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન અસ્થિર હોય છે અને વધુ સ્થિર કાર્બોકેટાયન બનાવવા માટે પુનઃરચના (rearrangement) પામે છે. પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન $1,2$-હાઇડ્રાઇડ શિફ્ટ દ્વારા ગૌણ (secondary) કાર્બોકેટાયન,$CH_3CH_2CH^+CH_3$ માં ફેરવાય છે.
$4$. આ ગૌણ કાર્બોકેટાયન ત્યારબાદ બેન્ઝીન સાથે ઇલેક્ટ્રોફિલિક એરોમેટિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા કરીને મુખ્ય નીપજ તરીકે $sec$-બ્યુટાઇલબેન્ઝીન બનાવે છે.

(B) $SO_3$ ની એરોમેટિક વલય સાથેની પ્રક્રિયા એ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપન (સલ્ફોનેશન) છે.
$SO_3$ ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી તરીકે વર્તે છે.
ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી એરોમેટિક વિસ્થાપનનો દર બેન્ઝીન વલયની ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા પર આધાર રાખે છે.
જે સમૂહો વલયમાં ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરે છે (સક્રિયકારક સમૂહો),તેઓ ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા વધારે છે અને વલયને ઇલેક્ટ્રોન અનુરાગી પ્રત્યે વધુ સક્રિય બનાવે છે.
ટોલ્યુઈનમાં રહેલ $CH_3$ (મિથાઈલ સમૂહ) ઇન્ડક્ટિવ અસર અને હાયપરકોન્જુગેશનને કારણે ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ છે,જે વલયને સક્રિય કરે છે.
બેન્ઝીનમાં કોઈ વિસ્થાપિત સમૂહ નથી.
નાઈટ્રોબેન્ઝીન $(-NO_2)$ અને ક્લોરોબેન્ઝીન $(-Cl)$ માં ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહો છે જે વલયને નિષ્ક્રિય બનાવે છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી ટોલ્યુઈન સૌથી વધુ સક્રિય છે.

(C) આલ્કાઈલ બેન્ઝીન (જેમ કે ટોલ્યુઈન) નું બેન્ઝોઈક એસિડમાં ઓક્સિડેશન એ કાર્બનિક રસાયણવિજ્ઞાનમાં એક પ્રમાણભૂત પ્રક્રિયા છે.
જ્યારે ટોલ્યુઈન $(C_6H_5CH_3)$ ની પ્રક્રિયા આલ્કલાઇન પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ $(KMnO_4)$ જેવા પ્રબળ ઓક્સિડાઈઝિંગ એજન્ટ સાથે કરવામાં આવે છે,ત્યારે બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ મિથાઈલ ગ્રુપ કાર્બોક્સિલ ગ્રુપ $(-COOH)$ માં ઓક્સિડાઈઝ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા પોટેશિયમ બેન્ઝોએટ બનાવે છે,જે એસિડિફિકેશન પછી બેન્ઝોઈક એસિડ $(C_6H_5COOH)$ આપે છે.

(A) $o,p$-ડાયરેક્ટિંગ ગ્રુપની પ્રબળતા તેના રેઝોનન્સ ઇફેક્ટ ($+R$ અથવા $+M$ ઇફેક્ટ) દ્વારા બેન્ઝીન રિંગમાં ઇલેક્ટ્રોન દાન કરવાની ક્ષમતા પર આધારિત છે.
આપેલા વિકલ્પોમાં,$-OH$ ગ્રુપમાં ઓક્સિજન પરમાણુ પર રહેલા અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મને કારણે પ્રબળ $+R$ ઇફેક્ટ જોવા મળે છે,જે રિંગમાં અસરકારક રીતે દાન પામે છે.
$-Cl$ અને $-Br$ જેવા હેલોજન $-I$ ઇફેક્ટ ધરાવે છે જે તેમની $+R$ ઇફેક્ટ કરતા વધુ પ્રબળ હોય છે,જેનાથી તેઓ રિંગને નિષ્ક્રિય બનાવે છે,જોકે તેઓ $o,p$-ડાયરેક્ટિંગ રહે છે.
ફિનાઇલ ગ્રુપ $(-C_6H_5)$ એ $-OH$ ની સરખામણીમાં નિર્બળ ઇલેક્ટ્રોન દાતા ગ્રુપ છે.
તેથી,$-OH$ એ આપેલા વિકલ્પોમાં સૌથી પ્રબળ $o,p$-ડાયરેક્ટિંગ ગ્રુપ છે.