Aromatic hydrocarbon Questions in Hindi

(A) $Ethyl$ benzene को $Wurtz$ अभिक्रिया द्वारा तैयार नहीं किया जा सकता है।
$Wurtz$ अभिक्रिया में हैलोऐल्केन को एलिफैटिक संतृप्त उच्च हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित किया जाता है।
यह ऐल्किल-प्रतिस्थापित सुगंधित यौगिकों के संश्लेषण के लिए उपयुक्त नहीं है।

(A) नाइट्रो समूह $(-NO_2)$ अपने $-I$ और $-M$ प्रभावों के कारण एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है।
यह अनुनाद (resonance) के माध्यम से बेंजीन वलय से,विशेष रूप से ऑर्थो $(o)$ और पैरा $(p)$ स्थितियों से इलेक्ट्रॉन घनत्व को खींचता है।
परिणामस्वरूप,$o$ और $p$ स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन घनत्व मेटा $(m)$ स्थितियों की तुलना में काफी कम हो जाता है।
चूंकि इलेक्ट्रोफाइल इलेक्ट्रॉन-न्यून होता है,इसलिए यह उस स्थिति पर आक्रमण करना पसंद करता है जहां इलेक्ट्रॉन घनत्व अपेक्षाकृत अधिक होता है,जो कि मेटा स्थिति है।
इसलिए,नाइट्रो समूह मेटा-निर्देशकारी होता है।

(B) बेंजीन सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में मुक्त मूलक योगज अभिक्रिया के माध्यम से क्लोरीन के साथ अभिक्रिया करके बेंजीन हेक्साक्लोराइड $(C_{6}H_{6}Cl_{6})$ देता है,जिसे गैमेक्सेन या लिंडेन के रूप में भी जाना जाता है।
$C_{6}H_{6} + 3Cl_{2} \xrightarrow{\text{Sunlight}} C_{6}H_{6}Cl_{6}$

(D) बेंजीन के सल्फोनेशन में शामिल इलेक्ट्रोफाइल $SO_{3}$ है।
अभिक्रिया के दौरान,सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड इलेक्ट्रोफाइल उत्पन्न करने के लिए अभिकर्मक और उत्प्रेरक दोनों के रूप में कार्य करता है।
अभिक्रिया है: $2 H_{2}SO_{4} \longrightarrow SO_{3} + H_{3}O^{+} + HSO_{4}^{-}$

(B) बेंजीन में $3$ एकल बंध और $3$ द्वि-बंध नहीं होते हैं। अनुनाद (resonance) के कारण,बेंजीन में सभी कार्बन-कार्बन बंध समान होते हैं,जिनका बंध क्रम $1.5$ होता है।

(B) अंधेरे और ठंडी परिस्थितियों में निर्जलीय $AlCl_3$ (एक लुईस अम्ल) की उपस्थिति में बेंजीन की अधिकता में क्लोरीन के साथ अभिक्रिया,बेंजीन वलय के सभी छह हाइड्रोजन परमाणुओं का क्लोरीन परमाणुओं द्वारा इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन कराती है। इस प्रक्रिया को पूर्ण क्लोरीनीकरण के रूप में जाना जाता है। अभिक्रिया इस प्रकार है:
$C_6H_6 + 6Cl_2 \xrightarrow{\text{Anhydrous } AlCl_3, \text{dark, cold}} C_6Cl_6 + 6HCl$
यहाँ,$C_6Cl_6$ हेक्साक्लोरोबेंजीन है। अतः,सही विकल्प $B$ है।

(B) बेंजीन का नाइट्रीकरण सक्रिय इलेक्ट्रोफाइल के रूप में नाइट्रोनियम आयन $(NO_2^{+})$ के निर्माण द्वारा होता है।
चरण $1$: सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4)$ एक प्रोटॉन दाता के रूप में और नाइट्रिक एसिड $(HNO_3)$ एक बेस के रूप में कार्य करता है। अभिक्रिया इस प्रकार है: $HNO_3 + H_2SO_4 \rightleftharpoons H_2NO_3^{+} + HSO_4^{-}$.
चरण $2$: प्रोटोनेटेड नाइट्रिक एसिड $(H_2NO_3^{+})$ पानी के एक अणु को खोकर नाइट्रोनियम आयन बनाता है: $H_2NO_3^{+} \rightarrow NO_2^{+} + H_2O$.
यह नाइट्रोनियम आयन $(NO_2^{+})$ फिर बेंजीन रिंग पर हमला करके नाइट्रोबेंजीन बनाता है।

(D) ग्रेफाइट में,प्रत्येक कार्बन परमाणु $sp^{2}$ संकरित होता है और षट्कोणीय समतलीय संरचना में अन्य तीन कार्बन परमाणुओं से जुड़ा होता है।
हीरे में,प्रत्येक कार्बन परमाणु $sp^{3}$ संकरित होता है और मजबूत $C-C$ $\sigma$-बंधों के माध्यम से चतुष्फलकीय ज्यामिति में अन्य चार कार्बन परमाणुओं से जुड़ा होता है।
अतः,ग्रेफाइट और हीरे के लिए संकरण अवस्थाएँ क्रमशः $sp^{2}$ और $sp^{3}$ हैं।

(A) $C-H$ बंध की बंध वियोजन ऊर्जा बंध के समांगी विखंडन (homolytic cleavage) के बाद बनने वाले रेडिकल की स्थिरता पर निर्भर करती है।
टोल्यूनि $(C_6H_5CH_3)$ में,मिथाइल समूह से हाइड्रोजन परमाणु को हटाने पर बेंजाइल रेडिकल $(C_6H_5CH_2^{\bullet})$ बनता है।
यह बेंजाइल रेडिकल बेंजीन रिंग के साथ अनुनाद (resonance) द्वारा अत्यधिक स्थिर हो जाता है,जैसा कि दिए गए अनुनाद संरचनाओं में दिखाया गया है।
चूंकि परिणामी रेडिकल बहुत स्थिर है,इसलिए टोल्यूनि के मिथाइल समूह में $C-H$ बंध को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा दिए गए विकल्पों में सबसे कम है।

(D) फेनिल मैग्नीशियम ब्रोमाइड एक ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक है। धातु $Mg$ से जुड़ा कार्बन परमाणु अत्यधिक क्षारीय होता है और भारी जल $(D_2O)$ से $D^{+}$ को ग्रहण करता है। ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक की $D_2O$ के साथ अभिक्रिया एक अणु में विशिष्ट स्थान पर ड्यूटेरियम परमाणु को शामिल करने के लिए एक सुविधाजनक विधि प्रदान करती है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$C_6H_5MgBr + D_2O \rightarrow C_6H_5D + Mg(OD)Br$
अतः,बनने वाला उत्पाद ड्यूटेरोबेंजीन है।

(D) प्रारंभिक पदार्थ ग्लूकोज $(CHO(CHOH)_4CH_2OH)$ है।
$1$. $HI$ और $\Delta$ (अपचयन) के साथ अभिक्रिया ग्लूकोज को $n$-हेक्सेन $(X = CH_3(CH_2)_4CH_3)$ में परिवर्तित करती है।
$2$. $773 \ K$ तापमान और $10-20 \ atm$ दाब पर $Cr_2O_3$ के साथ अभिक्रिया एक एरोमैटाइजेशन (डीहाइड्रोसाइक्लाइजेशन) अभिक्रिया है,जो $n$-हेक्सेन को बेंजीन $(Y = C_6H_6)$ में परिवर्तित करती है।
$3$. $UV$ प्रकाश की उपस्थिति में बेंजीन की $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया एक मुक्त-मूलक योगात्मक अभिक्रिया है,जो हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन ($Z = C_6H_6Cl_6$,जिसे $BHC$ या गैमेक्सेन के रूप में भी जाना जाता है) प्रदान करती है।

(B) यह अभिक्रिया क्षारीय $KMnO_4$ का उपयोग करके बेंजीन रिंग से जुड़े एल्काइल समूहों के ऑक्सीकरण को दर्शाती है,जिसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H_3O^+)$ किया जाता है।
क्षारीय $KMnO_4$ एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है जो बेंजीन रिंग से जुड़ी किसी भी एल्काइल साइड चेन को कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकृत कर देता है,बशर्ते कि बेंजाइलिक कार्बन के पास कम से कम एक हाइड्रोजन परमाणु हो।
दिए गए अभिकारक,$1$-एथिल-$4$-मिथाइलबेंजीन में,एथिल समूह $(-CH_2CH_3)$ और मिथाइल समूह $(-CH_3)$ दोनों बेंजीन रिंग से $1$ और $4$ स्थान पर जुड़े हैं।
इन दोनों एल्काइल समूहों के पास बेंजाइलिक हाइड्रोजन हैं,इसलिए दोनों का ऑक्सीकरण होकर कार्बोक्सिलिक एसिड समूह बन जाएगा।
अतः,उत्पाद $X$ बेंजीन-$1,4$-डाइकार्बोक्सिलिक एसिड है,जिसे टेरेफ्थैलिक एसिड के रूप में भी जाना जाता है।

(A) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. $KMnO_4/KOH$ के साथ टोल्यूनि का ऑक्सीकरण और उसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H_3O^+, \Delta)$ बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ देता है।
$2$. $-COOH$ समूह एक प्रबल निष्क्रियकारी समूह है और इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन के लिए मेटा-निर्देशक है।
$3$. $Br_2/FeBr_3$ का उपयोग करके बेंजोइक एसिड का इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक ब्रोमिनेशन मेटा-स्थान पर ब्रोमीन परमाणु को जोड़ता है,जिसके परिणामस्वरूप $3$-ब्रोमोबेंजोइक एसिड प्राप्त होता है।

(B) मेथॉक्सी समूह $(-OCH_3)$ एक सक्रियण समूह है और अनुनाद प्रभाव के कारण यह ऑर्थो/पैरा-निर्देशी होता है।
सांद्र $HNO_3$ और $H_2SO_4$ के मिश्रण का उपयोग करके एनीसोल (मेथॉक्सीबेन्जीन) का नाइट्रीकरण करने पर ऑर्थो- और पैरा-नाइट्रोएनीसोल का मिश्रण प्राप्त होता है।
ऑर्थो स्थिति पर त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण,पैरा-आइसोमर मुख्य उत्पाद के रूप में बनता है।
अतः,मुख्य उत्पाद $p$-नाइट्रोमेथॉक्सीबेन्जीन है।

(C) क्यूमीन (isopropylbenzene) का रासायनिक सूत्र $C_6H_5CH(CH_3)_2$ है।
$1$. बेंजीन वलय में $6$ कार्बन होते हैं,जो सभी $sp^2$-संकरित होते हैं।
$2$. वलय से जुड़े आइसोप्रोपिल समूह में $3$ कार्बन होते हैं: एक $CH$ समूह और दो $CH_3$ समूह।
$3$. आइसोप्रोपिल समूह के सभी $3$ कार्बन $sp^3$-संकरित होते हैं।
अतः,$sp^2$-संकरित कार्बनों की संख्या $6$ है और $sp^3$-संकरित कार्बनों की संख्या $3$ है।

(C) isopropyl benzene की संरचना $C_6H_5CH(CH_3)_2$ है।
इसे सामान्यतः cumene के रूप में जाना जाता है।
अतः,विकल्प $(C)$ सही है।

(C) क्यूमीन को रासायनिक रूप से (प्रोपेन$-2-$yl)बेंजीन या आइसोप्रोपिलबेंजीन के रूप में जाना जाता है। इसका रासायनिक सूत्र $C_9H_{12}$ है। इसकी संरचना में बेंजीन रिंग के साथ एक आइसोप्रोपिल समूह $(-CH(CH_3)_2)$ जुड़ा होता है। विकल्प $C$ इस संरचना को सही ढंग से दर्शाता है।

(C) क्यूमीन,जिसे आइसोप्रोपिलबेंजीन के रूप में भी जाना जाता है,एक कार्बनिक यौगिक है जिसमें बेंजीन रिंग के साथ एक आइसोप्रोपिल समूह जुड़ा होता है। इसका रासायनिक सूत्र $C_6H_5CH(CH_3)_2$ है। विकल्प $C$ इस संरचना को सही ढंग से दर्शाता है,जहाँ एक बेंजीन रिंग $CH(CH_3)_2$ समूह से जुड़ी होती है।

(B) दिया गया यौगिक $1,2,3,4$-टेट्राहाइड्रोनैफ्थेलीन (टेट्रालिन) है।
संरचना का विश्लेषण करके,हम प्रत्येक कार्बन परमाणु से जुड़े हाइड्रोजन परमाणुओं की गणना कर सकते हैं:
- बेंजीन रिंग वाले भाग में $4$ हाइड्रोजन परमाणु हैं।
- संतृप्त साइक्लोहेक्सेन रिंग वाले भाग में $8$ हाइड्रोजन परमाणु हैं।
कुल $H$-परमाणुओं की संख्या $= 4 + 8 = 12$.

(A) मेटा-निर्देशकारी समूह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) होते हैं जो $-M$ या $-I$ प्रभाव के माध्यम से बेंजीन रिंग पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं।
$(a) -CN$ मेटा-निर्देशकारी है।
$(b) -COR$ मेटा-निर्देशकारी है।
$(c) -NHCOR$ नाइट्रोजन परमाणु के $+M$ प्रभाव के कारण ऑर्थो/पैरा-निर्देशकारी है।
$(d) -SO_3H$ मेटा-निर्देशकारी है।
$(e) -OCH_3$ ऑक्सीजन परमाणु के $+M$ प्रभाव के कारण ऑर्थो/पैरा-निर्देशकारी है।
अतः,मेटा-निर्देशकारी समूह $a, b,$ और $d$ हैं।

(D) एक एरोमैटिक स्पीशीज को समतलीय,चक्रीय,पूर्णतः संयुग्मित (conjugated) होना चाहिए और उसमें $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक है।
$A$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल एनायन: यह चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित है और इसमें $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$B$. ट्रोपिलियम धनायन: यह चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित है और इसमें $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$C$. साइक्लोप्रोपेनाइल धनायन: यह चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित है और इसमें $2 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=0)$ हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$D$. साइक्लोहेप्टाट्रायीन: इसमें वलय में एक $sp^3$-संकरित कार्बन परमाणु होता है,जो $\pi$ सिस्टम के निरंतर संयुग्मन को तोड़ता है। इसलिए,यह एरोमैटिक नहीं है।

(B) एरोमैटिक यौगिकों को चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और उनमें $(4n + 2) \pi$ इलेक्ट्रॉन (ह्यूकेल का नियम) होने चाहिए।
$1$. पिरिडीन: चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित और $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ युक्त है। यह एरोमैटिक है।
$2$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल धनायन: चक्रीय,समतलीय,लेकिन केवल $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n$ नियम के लिए $n=1$) युक्त है। यह एंटी-एरोमैटिक है।
$3$. एन्थ्रासीन: चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित और $14 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=3)$ युक्त है। यह एरोमैटिक है।
$4$. फ्यूरान: चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित (ऑक्सीजन पर एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म भाग लेता है) और $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ युक्त है। यह एरोमैटिक है।
अतः,साइक्लोपेंटाडाइनाइल धनायन एरोमैटिक नहीं है।

(C) एरोमैटिक यौगिकों में संयुग्मित समतलीय वलय प्रणाली होती है जो विस्थानीकृत $\pi$-इलेक्ट्रॉन बादलों के साथ होती है। जो यौगिक हकल के नियम,यानी $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉनों का पालन करते हैं,वे एरोमैटिक होते हैं।
$(i)$ फ्यूरान: इसमें $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,यह $(4n+2) \pi$ नियम का पालन करता है $(n=1)$,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$(ii)$ साइक्लोब्यूटाडाईन: इसमें $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,यह $4n \pi$ नियम का पालन करता है,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$(iii)$ साइक्लोप्रोपेनाइल एनायन: इसमें $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,यह $4n \pi$ नियम का पालन करता है,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$(iv)$ पिरिडीन: इसमें $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,यह $(4n+2) \pi$ नियम का पालन करता है $(n=1)$,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$(v)$ ट्रोपिलियम धनायन: इसमें $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,यह $(4n+2) \pi$ नियम का पालन करता है $(n=1)$,इसलिए यह एरोमैटिक है।
अतः,$(i)$,$(iv)$ और $(v)$ एरोमैटिक हैं।

(B) एक नॉन-बेंजेनॉइड एरोमैटिक यौगिक एक ऐसी एरोमैटिक प्रणाली है जिसमें बेंजीन वलय नहीं होता है।
$Furan$ एक विषमचक्रीय एरोमैटिक यौगिक है (एरोमैटिक,समतलीय,$6\pi$ इलेक्ट्रॉन) और यह नॉन-बेंजेनॉइड एरोमैटिक यौगिक का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।
$Tetrahydrofuran$ नॉन-एरोमैटिक है।
$Cyclooctatetraene$ नॉन-एरोमैटिक है (टब के आकार का,असमतलीय)।
$Heptafulvene$ प्रणाली में निरंतर संयुग्मन और समतलीयता की कमी के कारण नॉन-एरोमैटिक है।

(B) एक यौगिक गैर-एरोमैटिक होता है यदि वह चक्रीय नहीं है,समतलीय नहीं है,या चक्रीय संयुग्मन (cyclic conjugation) के लिए $p$-ऑर्बिटल्स की निरंतर प्रणाली नहीं रखता है।
विकल्प $B$ में,अणु $1,3$-साइक्लोपेंटाडाइन है। इसमें एक $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु होता है,जो वलय में $p$-ऑर्बिटल्स के निरंतर संयुग्मन को तोड़ता है।
इसलिए,यह गैर-एरोमैटिक है।
अन्य विकल्प एरोमैटिक हैं क्योंकि वे $Huckel$ के $(4n+2)$ $\pi$-इलेक्ट्रॉन नियम का पालन करते हैं।

(C) एक यौगिक एरोमैटिक होता है यदि वह हकल के नियम का पालन करता है: इसे समतलीय,चक्रीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और इसमें $(4n + 2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए।
$A$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल एनायन में $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ होते हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$B$. बेंजीन में $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ होते हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$C$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल केटायन में $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ होते हैं,जो $4n$ नियम का पालन करता है,जिससे यह एंटी-एरोमैटिक हो जाता है।
$D$. साइक्लोहेप्टाट्राइनाइल केटायन में $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n=1)$ होते हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
अतः,साइक्लोपेंटाडाइनाइल केटायन एरोमैटिक नहीं है।

(D) एक यौगिक एरोमैटिक होता है यदि वह हकल के नियम ($4n+2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन) का पालन करता है,समतलीय है,और निरंतर संयुग्मन के साथ चक्रीय है।
$a$: साइक्लोपेंटाडाइनाइल धनायन में $4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n$ सिस्टम) होते हैं,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$b$: साइक्लोपेंटाडाइनाइल ऋणायन में $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n+2$ जहाँ $n=1$) होते हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$c$: साइक्लोहेप्टाट्राइनाइल ऋणायन में $8$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n$ सिस्टम) होते हैं,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$d$: ट्रोपोन ($C=O$ बंध के ध्रुवीकरण के कारण) वलय में $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन रखता है,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$e$: थायोफीन में $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4$ द्वि-बंधों से + $2$ सल्फर पर मौजूद लोन पेयर से) होते हैं,इसलिए यह एरोमैटिक है।
इस प्रकार,संरचनाएँ $b, d, e$ एरोमैटिक हैं। हालाँकि,दिए गए विकल्पों को देखते हुए,सबसे उपयुक्त विकल्प $b, d$ है।

(D) किसी यौगिक के एरोमैटिक होने के लिए,उसे हकल के नियम और संरचनात्मक आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:
$(1)$ अणु को चक्रीय और समतलीय होना चाहिए ताकि $\pi$-इलेक्ट्रॉनों का निरंतर विस्थानीकरण हो सके।
$(2)$ इसमें $(4n+2) \pi$-इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक है $(n = 0, 1, 2, \dots)$।
$(3)$ इसमें एक पूर्ण संयुग्मित $\pi$-इलेक्ट्रॉन सिस्टम होना चाहिए।
अतः,कथन $(ii)$ और $(iii)$ सही हैं।

(C) इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति एरोमैटिक यौगिकों की प्रतिक्रियाशीलता बेंजीन वलय से जुड़े प्रतिस्थापियों की इलेक्ट्रॉन-दान करने की क्षमता पर निर्भर करती है।
जो समूह अनुनाद (resonance) के माध्यम से इलेक्ट्रॉन दान करते हैं (जैसे $-OH$,$-OCH_3$,$-NHCOCH_3$),वे वलय को सक्रिय करते हैं।
$-OH$ समूह अपनी $+M$ प्रभाव के कारण एक शक्तिशाली सक्रियकारी समूह है,जो बेंजीन वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को काफी बढ़ा देता है।
$2$-मिथाइलफिनोल में,$-OH$ समूह एक मजबूत सक्रियकारी है और $-CH_3$ समूह एक कमजोर सक्रियकारी है।
दिए गए विकल्पों की तुलना करने पर,$-OH$ समूह सबसे शक्तिशाली सक्रियकारी समूह है,जिससे $2$-मिथाइलफिनोल $(C)$ इलेक्ट्रोफिलिक अभिकर्मकों के प्रति सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है।

(B) आणविक सूत्र $C_6H_4Cl_2$ एक डाइक्लोरोबेंजीन व्युत्पन्न को दर्शाता है।
बेंजीन वलय के लिए,दो क्लोरीन परमाणुओं के एक-दूसरे के सापेक्ष तीन संभावित स्थान होते हैं:
$1$. ऑर्थो-डाइक्लोरोबेंजीन ($1,2$-डाइक्लोरोबेंजीन)
$2$. मेटा-डाइक्लोरोबेंजीन ($1,3$-डाइक्लोरोबेंजीन)
$3$. पैरा-डाइक्लोरोबेंजीन ($1,4$-डाइक्लोरोबेंजीन)
ये $C_6H_4Cl_2$ के लिए तीन अलग-अलग एरोमैटिक बेंजेनॉइड समावयवी हैं।

(B) $C_7 H_8 O$ सूत्र वाले यौगिक के लिए $5$ एरोमैटिक समावयवी संभव हैं:
$(1)$ बेंजाइल अल्कोहल $(C_6H_5CH_2OH)$
$(2)$ $o$-मिथाइल फिनोल ($2$-मिथाइलफिनोल)
$(3)$ $m$-मिथाइल फिनोल ($3$-मिथाइलफिनोल)
$(4)$ $p$-मिथाइल फिनोल ($4$-मिथाइलफिनोल)
$(5)$ एनीसोल (मेथॉक्सीबेंजीन,$C_6H_5OCH_3$)
अतः,सही विकल्प $(B)$ है.

(D) बेंजीन $(C_6H_6)$ से हेक्साक्लोरोबेंजीन $(C_6Cl_6)$ का निर्माण बेंजीन वलय के सभी छह हाइड्रोजन परमाणुओं के क्लोरीन परमाणुओं द्वारा इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन द्वारा होता है। यह अंधेरे में निर्जल $FeCl_3$ या $AlCl_3$ जैसे लुईस एसिड उत्प्रेरक की उपस्थिति में बेंजीन की क्लोरीन के साथ अभिक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है।
नोट: दी गई छवि में दिखाई गई अभिक्रिया बेंजीन का क्लोरीन के साथ मुक्त मूलक योगात्मक अभिक्रिया है,जो $UV$ प्रकाश के तहत होती है और बेंजीन हेक्साक्लोराइड $(C_6H_6Cl_6)$ बनाती है। हेक्साक्लोरोबेंजीन $(C_6Cl_6)$ एक प्रतिस्थापन उत्पाद है,न कि योगात्मक उत्पाद। दिए गए विकल्पों में से,विकल्प $D$ छवि में दिखाई गई योगात्मक अभिक्रिया का वर्णन करता है।

(B) प्रारंभिक पदार्थ $p$-नाइट्रोटोलुइन है। $-CH_3$ समूह ऑर्थो/पैरा निर्देशक है,जबकि $-NO_2$ समूह मेटा निर्देशक है। $p$-नाइट्रोटोलुइन में,पैरा स्थिति पहले से ही $-NO_2$ समूह द्वारा अधिकृत है। इसलिए,नाइट्रीकरण अभिक्रिया से आने वाला इलेक्ट्रोफाइल $(NO_2^+)$ $-CH_3$ समूह के सापेक्ष ऑर्थो स्थिति पर निर्देशित होगा। यह स्थिति मौजूदा $-NO_2$ समूह के सापेक्ष मेटा भी है,जो इस स्थान पर प्रतिस्थापन का समर्थन करती है। अतः,उत्पाद $A$,$2,4$-डाइनाइट्रोटोलुइन (या $1$-मिथाइल-$2,4$-डाइनाइट्रोबेंजीन) है।

(D) $1$. $n$-propyl bromide $(CH_3CH_2CH_2Br)$,$Na$ के साथ शुष्क ईथर में अभिक्रिया करके $n$-hexane $(X)$ बनाता है।
$2$. $n$-hexane $(X)$,$V_2O_5$ की उपस्थिति में $773 \ K$ और $20 \ atm$ पर बेंजीन $(Y)$ बनाता है।
$3$. बेंजीन $(Y)$,$UV$ प्रकाश में $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया करके $C_6H_6Cl_6$ $(BHC)$ $(Z)$ बनाता है।
$4$. $C_6H_6Cl_6$ का मूलानुपाती सूत्र $CHCl$ है।
$5$. मूलानुपाती सूत्र भार = $12 + 1 + 35.5 = 48.5$.

(A) पहला चरण $n$-हेप्टेन का टोल्यूइन में एरोमैटाइजेशन है। छह या अधिक कार्बन परमाणुओं वाले $n$-ऐल्केन,जब एल्यूमिना पर समर्थित वैनेडियम $(V_2O_5)$,मोलिब्डेनम $(Mo_2O_3)$,या क्रोमियम $(Cr_2O_3)$ के ऑक्साइड की उपस्थिति में $10-20 \ atm$ दबाव पर $773 \ K$ तक गर्म किए जाते हैं,तो वे डिहाइड्रोजनीकरण और चक्रीकरण के माध्यम से बेंजीन और इसके समरूप (homologs) बनाते हैं। अतः,$X$ का मान $Cr_2O_3, 773 \ K, 10-20 \ atm$ है।
दूसरा चरण टोल्यूइन की साइड चेन का मुक्त मूलक (free radical) ब्रोमीनीकरण है। गर्मी (या प्रकाश) की उपस्थिति में टोल्यूइन की $Br_2$ के साथ अभिक्रिया करने पर मिथाइल समूह पर एक हाइड्रोजन परमाणु का प्रतिस्थापन होता है,जिसके परिणामस्वरूप $Y$ के रूप में बेंज़िल ब्रोमाइड $(C_6H_5CH_2Br)$ प्राप्त होता है।

(B) $1$. $n$-हेप्टेन $(CH_3(CH_2)_5CH_3)$ की $V_2O_5$ या $Cr_2O_3$ या $Mo_2O_3$ के साथ $773 \ K$ तापमान और $10-20 \ atm$ दबाव पर अभिक्रिया से एरोमैटाइजेशन होता है,जिससे टोल्यूइन $(C_7H_8)$ प्राप्त होता है।
$2$. इसके बाद टोल्यूइन की $Br_2$ के साथ ऊष्मा $(\Delta)$ या प्रकाश की उपस्थिति में अभिक्रिया होने पर बेंजाइलिक स्थिति पर मुक्त मूलक प्रतिस्थापन होता है,जिससे बेंजाइल ब्रोमाइड $(C_6H_5CH_2Br)$ बनता है।

(D) मुख्य विचार: जो क्रियात्मक समूह अनुनाद के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक होते हैं (जिनमें आमतौर पर अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु के साथ द्वि-आबंध होता है) वे मेटा-निर्देशी होते हैं। जो समूह बेंजीन वलय से सीधे जुड़े परमाणु पर एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) रखते हैं,वे अनुनाद द्वारा इलेक्ट्रॉन दान करते हैं और ऑर्थो/पैरा-निर्देशी होते हैं।
$(A)$ $-COOH$: बेंजीन वलय से जुड़ा कार्बन परमाणु द्वि-आबंध द्वारा ऑक्सीजन से जुड़ा होता है। यह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है और इसलिए मेटा-निर्देशी है।
$(B)$ $-NO_2$: बेंजीन वलय से जुड़ा नाइट्रोजन परमाणु द्वि-आबंध द्वारा ऑक्सीजन से जुड़ा होता है। यह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है और इसलिए मेटा-निर्देशी है।
$(C)$ $-CHO$: बेंजीन वलय से जुड़ा कार्बन परमाणु द्वि-आबंध द्वारा ऑक्सीजन से जुड़ा होता है। यह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है और इसलिए मेटा-निर्देशी है।
$(D)$ $-OCH_3$: बेंजीन वलय से जुड़ा ऑक्सीजन परमाणु एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म रखता है,जिसे वह अनुनाद ($+M$ प्रभाव) द्वारा वलय को दान करता है। इसलिए,यह ऑर्थो/पैरा-निर्देशी है,मेटा-निर्देशी नहीं है।
अतः,विकल्प $(D)$ सही उत्तर है।

(C) $1$. विनाइल बेंजीन $(C_6H_5-CH=CH_2)$ का क्षारीय $KMnO_4$ के साथ ऑक्सीकरण और गर्म करने पर साइड चेन का ऑक्सीडेटिव विदलन होता है,जिससे पोटेशियम बेंजोएट $(C_6H_5COOK)$ प्राप्त होता है,जो अम्लीकरण के बाद बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ देता है। अतः,$X$ बेंजोइक एसिड है।
$2$. बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ को सोडालाइम $(NaOH+CaO)$ के साथ गर्म करने पर (डीकार्बोक्सिलेशन) बेंजीन $(C_6H_6)$ प्राप्त होता है। अतः,$Y$ बेंजीन है।
$3$. बेंजीन को $n-$हेक्सेन $(C_6H_{14})$ के एरोमैटिकरण (डीहाइड्रोसाइक्लाइजेशन) द्वारा $Cr_2O_3/Al_2O_3$ जैसे उत्प्रेरकों की उपस्थिति में उच्च तापमान और दबाव पर तैयार किया जा सकता है।

(D) $Fe$ (अंधेरे में) की उपस्थिति में बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ की $Br_2$ के साथ अभिक्रिया एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन है। $-COOH$ समूह एक निष्क्रिय करने वाला और मेटा-निर्देशकारी समूह है,इसलिए मुख्य उत्पाद $X$ $m$-ब्रोमोबेंजोइक एसिड है।
$Fe$ (अंधेरे में) की उपस्थिति में टोल्यूइन $(C_6H_5CH_3)$ की $Br_2$ के साथ अभिक्रिया भी एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन है। $-CH_3$ समूह एक सक्रिय करने वाला और ऑर्थो/पैरा-निर्देशकारी समूह है। ऑर्थो स्थिति पर त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण,मुख्य उत्पाद $Y$ $p$-ब्रोमोटोल्यूइन है।
अतः,मुख्य उत्पाद $m$-ब्रोमोबेंजोइक एसिड और $p$-ब्रोमोटोल्यूइन हैं।

(A) जो समूह $+M$ या $+H$ प्रभाव के माध्यम से एरोमैटिक वलय में इलेक्ट्रॉन दान करते हैं,उन्हें ऑर्थो/पैरा निर्देशक समूह या सक्रियकारी समूह कहा जाता है।
ये समूह ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं,जिससे इलेक्ट्रोफाइल मुख्य रूप से इन स्थितियों पर आक्रमण करता है।
दिए गए समूहों में से,$-OH$,$-OCH_3$,और $-NHCOCH_3$ इलेक्ट्रॉन-दाता समूह हैं और ये ऑर्थो-पैरा निर्देशक हैं।
शेष समूह मेटा-निर्देशक हैं।
अतः,सही विकल्प $I, IV, V$ है।

(D) प्रारंभिक पदार्थ $2-$मिथाइलहेक्सेन है।
$773 \ K$ और $10-20 \ atm$ पर $Cr_2O_3$ के साथ अभिक्रिया करने पर,यह चक्रीकरण और एरोमैटिकरण के माध्यम से टोल्यूनि (यौगिक $X$) बनाता है।
क्षारीय माध्यम में $KMnO_4$ के साथ टोल्यूनि की अभिक्रिया और उसके बाद अम्लीकरण $(H_3O^+)$ करने पर मिथाइल समूह का कार्बोक्सिलिक एसिड समूह में ऑक्सीकरण होता है,जिससे बेंजोइक एसिड (यौगिक $Y$) बनता है।
सांद्र $HNO_3$ और $H_2SO_4$ का उपयोग करके $< 60^{\circ}C$ पर बेंजोइक एसिड का नाइट्रीकरण करने पर,$-COOH$ समूह की मेटा-निर्देशक प्रकृति के कारण मेटा-स्थान पर नाइट्रो समूह जुड़ जाता है,जिससे $m-$नाइट्रोबेंजोइक एसिड (यौगिक $Z$) बनता है।
$Z$ की संरचना के साथ तुलना करने पर,$P$ का मान $-COOH$ और $Q$ का मान $-NO_2$ है।

(A) जब बेंजीन $500 \ K$ तापमान पर पराबैंगनी $(UV)$ प्रकाश की उपस्थिति में अतिरिक्त क्लोरीन के साथ अभिक्रिया करता है,तो योगात्मक अभिक्रिया होती है।
बेंजीन वलय की विस्थानीकृत $\pi$-इलेक्ट्रॉन प्रणाली टूट जाती है और प्रत्येक छह कार्बन परमाणुओं में से एक पर क्लोरीन परमाणु जुड़ जाता है।
इसके परिणामस्वरूप $1,2,3,4,5,6-\text{हेक्साक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन}$ का निर्माण होता है,जिसे सामान्यतः बेंजीन हेक्साक्लोराइड $(BHC)$ या गैमेक्सीन के रूप में जाना जाता है।
अतः,$(P) = \text{बेंजीन हेक्साक्लोराइड}$।

(C) इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति बेंजीन व्युत्पन्न की अभिक्रियाशीलता रिंग से जुड़े प्रतिस्थापी की प्रकृति पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह (सक्रियकारी समूह) रिंग में इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं,जिससे अभिक्रियाशीलता बढ़ती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (निष्क्रियकारी समूह) रिंग में इलेक्ट्रॉन घनत्व घटाते हैं,जिससे अभिक्रियाशीलता घटती है।
- $-OH$ समूह एक मजबूत $+M$ (मेसोमेरिक) प्रभाव डालता है,जो रिंग को अत्यधिक सक्रिय करता है।
- $-CH_3$ समूह $+I$ (प्रेरणिक) और $+H$ (अतिसंयुग्मन) प्रभाव डालते हैं,जो रिंग को मध्यम रूप से सक्रिय करते हैं।
- बेंजीन $(A)$ में कोई प्रतिस्थापी नहीं है।
- $-NO_2$ समूह एक मजबूत $-M$ और $-I$ प्रभाव डालता है,जो रिंग को अत्यधिक निष्क्रिय करता है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का सही क्रम है: फिनोल $(C)$ > टोल्यूनि $(B)$ > बेंजीन $(A)$ > नाइट्रोबेंजीन $(D)$.

(A) $(I)$ नाइट्रीकरण मिश्रण $(HNO_3 + H_2SO_4)$ में,$HNO_3$ एक बेस के रूप में कार्य करता है क्योंकि यह $H_2SO_4$ से प्रोटॉन स्वीकार करके नाइट्रोनियम आयन $(NO_2^+)$ बनाता है। अतः,कथन $I$ गलत है।
$(II)$ $\sigma$-कॉम्प्लेक्स (एरेनियम आयन) बेंजीन के इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन के दौरान बनने वाला मध्यवर्ती है जब एक इलेक्ट्रोफाइल $(E^+)$ बेंजीन रिंग पर हमला करता है। इस कॉम्प्लेक्स में,एक कार्बन परमाणु $sp^3$-संकरित हो जाता है। अतः,कथन $II$ सही है।
$(III)$ $n$-प्रोपाइल क्लोराइड के साथ बेंजीन के फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन के दौरान,प्राथमिक कार्बोनियम आयन $(CH_3CH_2CH_2^+)$ अधिक स्थिर द्वितीयक कार्बोनियम आयन $(CH_3CH^+CH_3)$ में पुनर्व्यवस्थित हो जाता है। परिणामस्वरूप,मुख्य उत्पाद के रूप में आइसोप्रोपाइल बेंजीन प्राप्त होता है। अतः,कथन $III$ सही है।
इसलिए,कथन $II$ और $III$ सही हैं,जिससे विकल्प $(A)$ सही उत्तर है।

(B) बेंजीन,सांद्र $HNO_3$ और सांद्र $H_2SO_4$ के मिश्रण के साथ $333 \ K$ $(X)$ पर अभिक्रिया करके नाइट्रीकरण (nitration) द्वारा नाइट्रोबेंजीन बनाता है।
बेंजीन,धूम्रमान सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4 + SO_3)$ $(Y)$ के साथ अभिक्रिया करके सल्फोनीकरण (sulphonation) द्वारा बेंजीन सल्फोनिक एसिड बनाता है।

(D) अभिक्रिया क्रम इस प्रकार है:
$1$. हेक्सेन $Cr_2O_3$ की उपस्थिति में $773 \ K$ और $10-20 \ atm$ पर एरोमैटिकरण (aromatization) के माध्यम से बेंजीन $(X)$ बनाता है।
$C_6H_{14} \xrightarrow{Cr_2O_3, 773 \ K, 10-20 \ atm} C_6H_6 + 4H_2$
$2$. बेंजीन $(X)$ फिर निर्जल $AlCl_3$ की उपस्थिति में एसिटिल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ के साथ फ्रीडेल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन अभिक्रिया करके एसीटोफेनोन $(Y)$ बनाता है।
$C_6H_6 + CH_3COCl \xrightarrow{Anhydrous \ AlCl_3} C_6H_5COCH_3 + HCl$
अतः,$Y$ एसीटोफेनोन है,जो $C_6H_5COCH_3$ है।

(D) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$1$. हेक्सेन $(C_6H_{14})$ $Cr_2O_3$ की उपस्थिति में $773 \ K$ तापमान और $10-20 \ atm$ दबाव पर एरोमैटाइजेशन के माध्यम से बेंजीन $(C_6H_6)$ बनाता है,जो $X$ है।
$\underset{\text{Hexane}}{C_6H_{14}}$ $\xrightarrow[\substack{773 \ K \\ 10-20 \ atm}]{Cr_2O_3} \underset{\text{Benzene}}{C_6H_6} (X)$
$2$. इसके बाद बेंजीन $(X)$ निर्जलीय $AlCl_3$ की उपस्थिति में एसिटाइल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ के साथ फ्रीडेल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन अभिक्रिया करके एसीटोफिनोन $(C_6H_5COCH_3)$ बनाता है,जो $Y$ है।
$\underset{\text{Benzene}}{C_6H_6}$ $\xrightarrow[\text{Anhydrous } AlCl_3]{CH_3COCl} \underset{\text{Acetophenone}}{C_6H_5COCH_3} (Y)$
यह एक इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।

(B) $1$. एथिलीन $(CH_2=CH_2)$ $Br_2/CCl_4$ के साथ अभिक्रिया करके $A$ बनाता है,जो $1,2-\text{डाइब्रोमोइथेन}$ $(CH_2Br-CH_2Br)$ है।
$2$. $1,2-\text{डाइब्रोमोइथेन}$ $(i) Alc. KOH$ और $(ii) NaNH_2$ के साथ अभिक्रिया करके डीहाइड्रोहैलोजिनेशन द्वारा $B$ बनाता है,जो एसिटिलीन $(HC \equiv CH)$ है।
$3$. एसिटिलीन गर्म धातु नली में चक्रीय बहुलकीकरण द्वारा $C$ बनाता है,जो बेंजीन $(C_6H_6)$ है।
$4$. बेंजीन सांद्र $HNO_3$ और सांद्र $H_2SO_4$ के मिश्रण के साथ $60^{\circ} C$ पर (नाइट्रेशन) अभिक्रिया करके $D$ बनाता है,जो नाइट्रोबेंजीन $(C_6H_5NO_2)$ है।

(B) $C_{60}$ में, सभी कार्बन परमाणु $sp^2$-संकरित होते हैं।
इसमें पाँच कार्बन वाली $12$ वलय और छह कार्बन वाली $20$ वलय होती हैं।
यह गोलाकार पिंजरे जैसी संरचना में $\pi$-इलेक्ट्रॉनों के विस्थानीकरण के कारण एक एरोमैटिक यौगिक है।
यह कार्बन का शुद्ध रूप (अपररूप) है।
$C-C$ बंध लंबाई $143.5 \ pm$ और $138.3 \ pm$ है।
इसे अक्रिय वातावरण (जैसे $He$ गैस) में इलेक्ट्रिक आर्क में ग्रेफाइट को गर्म करके तैयार किया जाता है, न कि ऑक्सीजन की उपस्थिति में।
अतः, कथन $(i)$, $(ii)$, $(iv)$ और $(v)$ सही हैं।