Aromatic hydrocarbon Questions in Hindi

(D) बेंजीन जैसे ऐरोमैटिक हाइड्रोकार्बन में एक स्थिर विस्थानीकृत $\pi$-इलेक्ट्रॉन बादल होता है। इस स्थिरता के कारण,वे उन योगज अभिक्रियाओं का विरोध करते हैं जो ऐरोमैटिकता को नष्ट कर सकती हैं। इसके बजाय,वे इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन अभिक्रियाएँ देते हैं,जहाँ एक इलेक्ट्रॉनरागी हाइड्रोजन परमाणु को प्रतिस्थापित करता है और ऐरोमैटिक वलय की संरचना बनी रहती है।

(D) जब बेंजीन $(C_6H_6)$ सूर्य के प्रकाश (पराबैंगनी प्रकाश) की उपस्थिति में क्लोरीन $(Cl_2)$ के साथ अभिक्रिया करता है,तो योगात्मक अभिक्रिया होती है।
यह एक मुक्त मूलक योगात्मक अभिक्रिया है।
क्लोरीन के तीन अणु बेंजीन वलय के तीन द्वि-आबंधों पर जुड़ जाते हैं।
प्राप्त उत्पाद बेंजीन हेक्साक्लोराइड $(C_6H_6Cl_6)$ है,जिसे $BHC$ या $Gammexane$ के रूप में भी जाना जाता है।

(B) ह्यूकेल के नियम के अनुसार,किसी यौगिक के एरोमैटिक होने के लिए उसे समतलीय,चक्रीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और उसमें $(4n + 2) \pi-$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक है $(n = 0, 1, 2, ...)$।

(A) बेंजीन वलय में,प्रतिस्थापियों की सापेक्ष स्थिति उनके $1$ नंबर के मुख्य कार्यात्मक समूह से दूरी के आधार पर निर्धारित की जाती है।
- $1,2$ स्थिति को $ortho$ कहा जाता है।
- $1,3$ स्थिति को $meta$ कहा जाता है।
- $1,4$ स्थिति को $para$ कहा जाता है।
अतः,$1,3$ स्थिति को $meta$ के रूप में जाना जाता है।

(D) बेंजीन एक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन है जो अनुनाद (resonance) के कारण रासायनिक रूप से स्थिर होता है। यह सामान्य उबालने की स्थितियों में सांद्र $HCl$ के साथ योगात्मक अभिक्रिया नहीं करता है। बेंजीन का $HCl$ के साथ इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन नहीं होता है क्योंकि $HCl$ बेंजीन वलय पर आक्रमण करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली इलेक्ट्रोफाइल नहीं है। इसलिए,कोई अभिक्रिया नहीं होती है।

(B) जब बेंजीन की अभिक्रिया नाइट्रेशन मिश्रण (सांद्र $HNO_3$ + सांद्र $H_2SO_4$) के साथ $323-333 \, K$ पर की जाती है,तो नाइट्रोबेंजीन बनता है।
हालाँकि,जब नाइट्रोबेंजीन को उसी नाइट्रेशन मिश्रण के साथ $353-363 \, K$ के उच्च तापमान पर उपचारित किया जाता है,तो $-NO_2$ समूह (जो एक मेटा-निर्देशक समूह है) आने वाले दूसरे $-NO_2$ समूह को मेटा स्थिति पर निर्देशित करता है।
अतः,अंतिम उत्पाद $m$-डाइनाइट्रोबेंजीन है।

(B) बेंजीन एक एरोमैटिक यौगिक है जो योगात्मक अभिक्रियाओं के बजाय इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं देता है।
$1$. $Br_2$ जल बेंजीन के साथ अभिक्रिया नहीं करता है क्योंकि इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन के लिए लुईस अम्ल उत्प्रेरक (जैसे $FeBr_3$) की आवश्यकता होती है।
$2$. बेंजीन सांद्र $H_2SO_4$ की उपस्थिति में सांद्र $HNO_3$ (नाइट्रकारी मिश्रण) के साथ अभिक्रिया करके इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन द्वारा नाइट्रोबेंजीन बनाता है।
$3$. $H_2O$ और $CH_3OH$ सामान्य परिस्थितियों में बेंजीन के साथ अभिक्रिया नहीं करते हैं।

(C) जो समूह प्रेरणिक या अनुनाद प्रभावों द्वारा इलेक्ट्रॉन खींचते हैं,वे बेंजीन रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम कर देते हैं,जिससे यह इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति कम सक्रिय (निष्क्रिय) हो जाती है। ये समूह आने वाले इलेक्ट्रोफाइल को मेटा स्थिति पर निर्देशित करते हैं। $-NO_2$ समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है और यह निष्क्रिय मेटा-निर्देशकारी समूह का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।

(B) सही उत्तर $B$ है।
बेंजीन $(C_6H_6)$ में,अनुनाद (resonance) के कारण सभी $C-C$ बंध समान होते हैं।
$\pi$-इलेक्ट्रॉनों के विस्थानीकरण के कारण,बेंजीन में $C-C$ बंध लंबाई एकल बंध $(1.54 \ \mathring{A})$ और द्वि-बंध $(1.34 \ \mathring{A})$ के बीच होती है,जो $1.39 \ \mathring{A}$ है।
अन्य विकल्पों जैसे $2$-ब्यूटीन,$1$-ब्यूटीन और $1$-प्रोपाइन में,अलग-अलग बंध लंबाई वाले स्पष्ट एकल और द्वि-बंध मौजूद होते हैं।

(C) बेंजीन एसिटिलीन $(C_2H_2)$ के चक्रीय बहुलकीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है।
जब एसिटिलीन गैस को $873 \ K$ पर लाल तप्त लोहे की नली से गुजारा जाता है,तो यह चक्रीय बहुलकीकरण के माध्यम से बेंजीन $(C_6H_6)$ बनाती है।
अभिक्रिया: $3C_2H_2 \xrightarrow{873 \ K, \text{Fe tube}} C_6H_6$.

(C) सल्फोनेशन एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। इस अभिक्रिया की दर बेंजीन वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
जो समूह वलय को इलेक्ट्रॉन देते हैं (सक्रियकारी समूह),वे इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं और वलय को इलेक्ट्रोफाइल के प्रति अधिक सक्रिय बनाते हैं।
$Toluene$ $(C_6H_5CH_3)$ में,मिथाइल समूह $(CH_3)$ $+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) के कारण इलेक्ट्रॉन दाता समूह है,जो बेंजीन वलय को सक्रिय करता है।
$Nitrobenzene$ $(C_6H_5NO_2)$ में एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(-NO_2)$ होता है,जो वलय को निष्क्रिय करता है।
$Chlorobenzene$ $(C_6H_5Cl)$ में हैलोजन परमाणु होता है जो $-I$ प्रभाव के कारण निष्क्रियकारी होता है।
$Benzene$ में कोई प्रतिस्थापी नहीं होता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $Toluene$ इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के लिए सबसे अधिक सक्रिय है।

(D) इस प्रक्रिया को एरोमेटाइजेशन या उत्प्रेरक सुधार (catalytic reforming) के रूप में जाना जाता है।
जब $n$-हेक्सेन को $Al_2O_3$ पर समर्थित $Cr_2O_3$ जैसे उत्प्रेरक की उपस्थिति में $750 \ K$ पर गर्म किया जाता है,तो यह चक्रीकरण और डिहाइड्रोजनीकरण से गुजरता है।
यह अभिक्रिया सीधी श्रृंखला वाले एल्केन ($n$-हेक्सेन) को एक सुगंधित (aromatic) यौगिक,विशेष रूप से बेंजीन में परिवर्तित करती है।
रासायनिक समीकरण है: $C_6H_{14} \xrightarrow{Cr_2O_3/Al_2O_3, 750 \ K} C_6H_6 + 4H_2$.

(B) $H_2SO_4$ जैसे एसिड उत्प्रेरक की उपस्थिति में बेंजीन और आइसोब्यूटिलीन $(CH_2=C(CH_3)_2)$ के बीच की अभिक्रिया एक फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,एल्कीन का प्रोटोनेशन होता है जिससे एक स्थिर कार्बोकेशन बनता है।
आइसोब्यूटिलीन $H^+$ के साथ अभिक्रिया करके तृतीयक-ब्यूटिल कार्बोकेशन $((CH_3)_3C^+)$ बनाता है।
यह स्थिर कार्बोकेशन फिर बेंजीन के साथ इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया करके तृतीयक-ब्यूटिलबेंजीन बनाता है।

(D) बेंजीन $(C_6H_6)$ एक एरोमैटिक यौगिक है जो अपनी विशिष्ट अभिक्रिया के रूप में इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन अभिक्रियाएँ (जैसे नाइट्रीकरण,हैलोजनीकरण) देता है।
विशिष्ट परिस्थितियों में,यह योगात्मक अभिक्रियाएँ भी दे सकता है (जैसे हाइड्रोजनीकरण द्वारा साइक्लोहेक्सेन या $UV$ प्रकाश की उपस्थिति में क्लोरीन का योग)।
यह ऑक्सीकरण अभिक्रियाएँ भी प्रदर्शित करता है (जैसे दहन या मैलिक एनहाइड्राइड में उत्प्रेरकीय ऑक्सीकरण)।
अतः,बेंजीन तीनों प्रकार की अभिक्रियाएँ दर्शाता है।

(C) बेंजीन के क्लोरीनीकरण में,$FeCl_3$ एक लुईस अम्ल उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
यह $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया करके निम्नलिखित रूप से इलेक्ट्रॉनस्नेही $Cl^{+}$ उत्पन्न करता है:
$Cl_2 + FeCl_3 \rightarrow Cl^{+} + [FeCl_4]^{-}$
अतः,बेंजीन वलय पर आक्रमण करने वाला इलेक्ट्रॉनस्नेही अभिकर्मक $Cl^{+}$ है।

(B) इलेक्ट्रोफिलिक नाइट्रीकरण एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। बेंजीन रिंग की अभिक्रियाशीलता रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं और रिंग को सक्रिय करते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं और रिंग को निष्क्रिय करते हैं।
$1$. $Toluene$ $(C_6H_5CH_3)$: मिथाइल समूह $+I$ प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन के कारण इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है,जो रिंग को सक्रिय करता है।
$2$. $Benzene$ $(C_6H_6)$: इसमें कोई प्रतिस्थापी नहीं है।
$3$. $Benzoic acid$ $(C_6H_5COOH)$: $-COOH$ समूह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है,जो रिंग को निष्क्रिय करता है।
$4$. $Nitrobenzene$ $(C_6H_5NO_2)$: $-NO_2$ समूह एक बहुत ही मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है,जो रिंग को अत्यधिक निष्क्रिय करता है।
इसलिए,$Toluene$ इलेक्ट्रोफिलिक नाइट्रीकरण के प्रति सबसे अधिक सक्रिय है।

(A) दी गई अभिक्रिया निर्जलीय लुईस अम्ल उत्प्रेरक $AlCl_3$ की उपस्थिति में मिथाइल क्लोराइड का उपयोग करके बेंजीन का एल्काइलेशन है।
इस प्रकार की इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया को फ्रीडल-क्राफ्ट एल्काइलेशन अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।

(D) किसी यौगिक के एरोमैटिक होने के लिए,उसे हकल के नियम ($4n+2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन) का पालन करना चाहिए,समतलीय होना चाहिए और उसमें निरंतर चक्रीय संयुग्मन (conjugation) होना चाहिए।
$(A)$ साइक्लोपेंटाडाइनाइल धनायन में $4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n$ सिस्टम) होते हैं,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$(B)$ साइक्लोब्यूटाडाइन में $4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n$ सिस्टम) होते हैं,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$(C)$ साइक्लोहेप्टाट्राइन $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु के कारण असमतलीय है,इसलिए यह नॉन-एरोमैटिक है।
$(D)$ साइक्लोहेप्टाट्राइनाइल धनायन (ट्रोपिलियम आयन) में $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन ($4n+2$ जहाँ $n=1$) होते हैं,यह समतलीय है और पूर्णतः संयुग्मित है,जो इसे एरोमैटिक बनाता है।

(A) विस्थानीकृत इलेक्ट्रॉन संयुग्मित $\pi$-बंधों वाली प्रणालियों में पाए जाते हैं,जो आमतौर पर सुगंधित (aromatic) यौगिकों में होते हैं।
बेंजीन $(C_6H_6)$ में एक समतलीय वलय होता है जिसमें एकांतर द्वि-बंध होते हैं,जो $\pi$-इलेक्ट्रॉनों को पूरी वलय संरचना पर विस्थानीकृत होने की अनुमति देते हैं।
साइक्लोहेक्सेन,मीथेन $(CH_4)$ और इथेन $(C_2H_6)$ में केवल एकल $\sigma$-बंध होते हैं,जो विस्थानीकरण का समर्थन नहीं करते हैं।

(A) फ्रीडल-क्राफ्ट एल्काइलेशन में निर्जलीय लुईस अम्ल उत्प्रेरक जैसे $AlCl_3$ की उपस्थिति में बेंजीन की एल्काइल हैलाइड के साथ अभिक्रिया शामिल है।
टोल्यूनि $(C_6H_5CH_3)$ तैयार करने के लिए,बेंजीन $(C_6H_6)$ की अभिक्रिया मिथाइल क्लोराइड $(CH_3Cl)$ के साथ की जाती है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{anhydrous \ AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$.
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(B) बेंजीन का सल्फोनेशन सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4)$ या धूम्रायमान सल्फ्यूरिक एसिड ($H_2SO_4 + SO_3$,जिसे ओलियम कहा जाता है) का उपयोग करके किया जाता है।
इस अभिक्रिया में,सल्फर ट्राइऑक्साइड $(SO_3)$ इलेक्ट्रोफाइल के रूप में कार्य करता है।
$SO_3$ एक उदासीन इलेक्ट्रोफाइल है क्योंकि इससे जुड़े तीन ऑक्सीजन परमाणुओं की उच्च विद्युत ऋणात्मकता के कारण सल्फर परमाणु इलेक्ट्रॉन-न्यून होता है।
अतः,सही विकल्प $B$ है।

(C) एक अणु समतलीय होता है यदि उसके सभी परमाणु एक ही तल में स्थित हों।
$1$. $CH_4$ (मीथेन) में $sp^3$ संकरण होता है और इसकी ज्यामिति चतुष्फलकीय होती है।
$2$. $C_2H_2$ (एसिटिलीन) में $sp$ संकरण होता है और इसकी ज्यामिति रेखीय होती है।
$3$. $C_6H_6$ (बेंजीन) में सभी कार्बन परमाणुओं का संकरण $sp^2$ होता है,जिसके परिणामस्वरूप इसकी संरचना समतलीय षट्कोणीय होती है।
$4$. $CH_3CH(CH_3)_2$ (आइसोब्यूटेन) में $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप यह एक गैर-समतलीय,शाखित संरचना बनाता है।
अतः,$Benzene$ समतलीय यौगिक है।

(A) $1$. क्षारीय $KMnO_4$ (बेयर अभिकर्मक) का उपयोग असंतृप्ति (एल्कीन और एल्काइन) के परीक्षण के लिए किया जाता है। यह द्वि-आबंध या त्रि-आबंध वाले यौगिकों द्वारा रंगहीन हो जाता है।
$2$. अमोनियायुक्त सिल्वर नाइट्रेट (टोलेंस अभिकर्मक) टर्मिनल एल्काइन (त्रि-आबंध वाले कार्बन पर हाइड्रोजन परमाणु वाले एल्काइन) के साथ अभिक्रिया करके सिल्वर एसिटिलाइड का सफेद अवक्षेप देता है।
$3$. बेंजीन $(C_6H_6)$ एक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन है। यह स्थिर है और सामान्य परिस्थितियों में बेयर अभिकर्मक के साथ अभिक्रिया नहीं करता है,और न ही इसमें टोलेंस अभिकर्मक के साथ अभिक्रिया करने के लिए अम्लीय टर्मिनल हाइड्रोजन होता है।
$4$. एसिटिलीन $(C_2H_2)$,प्रोपाइन $(CH_3C\equiv CH)$,और ब्यूट$-1-$आइन $(CH_3CH_2C\equiv CH)$ सभी टर्मिनल एल्काइन हैं; वे $KMnO_4$ के रंग को दूर करेंगे और अमोनियायुक्त सिल्वर नाइट्रेट के साथ अभिक्रिया करेंगे।
$5$. इसलिए,सही उत्तर बेंजीन है।

(D) बेंजीन $(C_6H_6)$ की वलय संरचना में तीन द्वि-आबंध होते हैं।
जब उच्च तापमान पर $Ni$ उत्प्रेरक की उपस्थिति में $1 \ mol$ बेंजीन का $3 \ mol$ $H_2$ के साथ हाइड्रोजनीकरण किया जाता है,तो तीनों द्वि-आबंधों का हाइड्रोजनीकरण हो जाता है।
अभिक्रिया: $C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, \Delta} C_6H_{12}$ है।
प्राप्त उत्पाद साइक्लोहेक्सेन है।

(B) बेंजीन $(C_6H_6)$ में,अनुनाद के कारण सभी $C - C$ बंध समान होते हैं।
प्रत्येक $C - C$ बंध की बंध कोटि $1.5$ है।
बंध लंबाई एकल बंध $(1.54 \ \mathring{A})$ और द्वि-बंध $(1.34 \ \mathring{A})$ के बीच की होती है।
बेंजीन में प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित $C - C$ बंध लंबाई $1.39 \ \mathring{A}$ है।

(B) नाइट्रेशन एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति बेंजीन वलय की प्रतिक्रियाशीलता वलय से जुड़े प्रतिस्थापी समूह की इलेक्ट्रॉन-दान करने की क्षमता पर निर्भर करती है। टोल्यूनि में $-CH_3$ समूह दिए गए एल्काइल समूहों में सबसे मजबूत $+I$ (प्रेरणिक) प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) प्रदर्शित करता है,जो बेंजीन वलय में इलेक्ट्रॉन घनत्व को सबसे अधिक बढ़ाता है,जिससे यह नाइट्रेशन के प्रति सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है।

(D) टोल्यूनि का रासायनिक सूत्र $C_6H_5CH_3$ है।
बेंजीन रिंग $(C_6H_5-)$ में $6$ $C-C$ बंध ($3$ एकल और $3$ द्वि-बंध) और $5$ $C-H$ बंध होते हैं।
मिथाइल समूह $(-CH_3)$ में $1$ $C-C$ बंध और $3$ $C-H$ बंध होते हैं।
कुल $\sigma$ बंध = $6$ ($C-C$ रिंग में) + $5$ ($C-H$ रिंग में) + $1$ ($C-C$ मिथाइल) + $3$ ($C-H$ मिथाइल) = $15$ $\sigma$ बंध।
कुल $\pi$ बंध = $3$ $\pi$ बंध (बेंजीन रिंग से)।
अतः,टोल्यूनि में $15\sigma$ और $3\pi$ बंध होते हैं।

(D) इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया $(ESR)$ के प्रति अभिक्रियाशीलता बेंजीन वलय में इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
एनिलीन $(I)$ में $-NH_2$ समूह होता है,जो एक प्रबल इलेक्ट्रॉन दाता समूह ($+M$ प्रभाव) है,जो इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाता है और इसे अत्यधिक अभिक्रियाशील बनाता है।
बेंजीन $(II)$ में कोई प्रतिस्थापी नहीं होता है,जो संदर्भ के रूप में कार्य करता है।
नाइट्रोबेंजीन $(III)$ में $-NO_2$ समूह होता है,जो एक प्रबल इलेक्ट्रॉन खींचने वाला समूह ($-M$ प्रभाव) है,जो इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करता है और इसे सबसे कम अभिक्रियाशील बनाता है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का सही क्रम $I > II > III$ है।

(B) आण्विक सूत्र $C_6H_3Cl_3$ एक ट्राइक्लोरोबेंजीन व्युत्पन्न को दर्शाता है।
बेंजीन वलय पर क्लोरीन परमाणुओं की सापेक्ष स्थितियों के आधार पर ट्राइक्लोरोबेंजीन के लिए तीन संभावित संरचनात्मक समावयवी हैं:
$1$. $1,2,3$-ट्राइक्लोरोबेंजीन
$2$. $1,2,4$-ट्राइक्लोरोबेंजीन
$3$. $1,3,5$-ट्राइक्लोरोबेंजीन
अतः,समावयवियों की कुल संख्या $3$ है.

(C) इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन के प्रति बेंजीन व्युत्पन्न की अभिक्रियाशीलता वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षी समूह $(EWG)$ इसे घटाते हैं।
- $(4)$ फिनोल: $-OH$ समूह अपनी $+M$ प्रभाव के कारण एक प्रबल सक्रियकारी समूह है।
- $(2)$ टॉलूईन: $-CH_3$ समूह $+I$ और अतिसंयुग्मन प्रभाव के कारण एक दुर्बल सक्रियकारी समूह है।
- $(1)$ बेंजीन: संदर्भ यौगिक।
- $(3)$ क्लोरोबेंजीन: $-Cl$ समूह अपने प्रबल $-I$ प्रभाव के कारण निष्क्रियकारी है।
अभिक्रियाशीलता का क्रम है: $\text{फिनोल} > \text{टॉलूईन} > \text{बेंजीन} > \text{क्लोरोबेंजीन}$।
अतः,घटता हुआ क्रम $(4) > (2) > (1) > (3)$ है।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन (जैसे मोनोब्रोमिनेशन) के प्रति एरोमैटिक यौगिकों की अभिक्रियाशीलता बेंजीन वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व और अभिक्रियाशीलता को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ इसे कम करते हैं।
$I$: टोल्यूनि ($-CH_3$ समूह एक $EDG$ है,जो वलय को सक्रिय करता है)।
$III$: बेंजीन (संदर्भ यौगिक)।
$II$: बेंजोइक एसिड ($-COOH$ समूह एक मजबूत $EWG$ है,जो वलय को निष्क्रिय करता है)।
$IV$: नाइट्रोबेंजीन ($-NO_2$ समूह एक बहुत मजबूत $EWG$ है,जो वलय को अत्यधिक निष्क्रिय करता है)।
इसलिए,अभिक्रियाशीलता का क्रम $I > III > II > IV$ है।

(B) इलेक्ट्रोफाइल $NO_2^+$ इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया देता है।
जो समूह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक ($-I$ और/या $-M$ प्रभाव) होते हैं,वे बेंजीन वलय को निष्क्रिय करते हैं और आने वाले इलेक्ट्रोफाइल को मेटा स्थिति पर निर्देशित करते हैं।
$(I)$ $-CCl_3$ अपने $-I$ प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है।
$(II)$ $-NO_2$ अपने $-I$ और $-M$ दोनों प्रभावों के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है।
$(III)$ $-CHO$ अपने $-I$ और $-M$ दोनों प्रभावों के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है।
$(IV)$ $-O^-$ अपने $+M$ प्रभाव के कारण एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है,जो वलय को सक्रिय करता है और ऑर्थो/पैरा स्थिति पर निर्देशित करता है।
अतः,यौगिक $(I), (II),$ और $(III)$ मेटा-निर्देशक हैं।

(A) ह्यूकेल के नियम के अनुसार,किसी अणु के एरोमैटिक होने के लिए निम्नलिखित शर्तों का पालन करना आवश्यक है:
$1$. यह चक्रीय होना चाहिए।
$2$. यह समतलीय होना चाहिए।
$3$. वलय में $\pi$-इलेक्ट्रॉनों का पूर्ण विस्थानीकरण होना चाहिए।
$4$. इसमें $(4n + 2)\pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक है $(n = 0, 1, 2, ...)$।
$4n\pi$ इलेक्ट्रॉन वाले अणु आमतौर पर एंटी-एरोमैटिक होते हैं। इसलिए,एरोमैटिक अणु $4n\pi$ इलेक्ट्रॉन नहीं रखते हैं।

(D) इनोल रूप की स्थिरता मुख्य रूप से एरोमैटिकता द्वारा निर्धारित होती है। विकल्प $D$ में,कीटो रूप साइक्लोहेक्सा$-2,5-$डाईईन$-1-$ओन है और इसका इनोल रूप फिनोल है। फिनोल अपनी एरोमैटिक प्रकृति के कारण (ह्यूकेल के नियम के अनुसार $6\pi$ इलेक्ट्रॉनों के साथ) अत्यधिक स्थिर है। इसलिए,इस मामले में संतुलन इनोल रूप (फिनोल) के पक्ष में होता है,जो इसे दिए गए विकल्पों में सबसे स्थिर इनोल रूप बनाता है।

(B) बेंजीन $(C_6H_6)$ में अनुनाद (resonance) के कारण सभी कार्बन-कार्बन बंध लंबाई समान होती है। $\pi$-इलेक्ट्रॉन पूरी वलय में विस्थानीकृत (delocalized) होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप सभी $C-C$ बंधों की बंध कोटि $1.5$ होती है।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया इलेक्ट्रॉन-दाता समूहों द्वारा सुगम होती है और इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों द्वारा बाधित होती है।
$-CH_3$ अपने $+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) के कारण एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है,जो रिंग को सक्रिय करता है।
क्लोरीन परमाणु अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक होते हैं और $-I$ प्रभाव डालते हैं। जैसे-जैसे क्लोरीन परमाणुओं की संख्या बढ़ती है,इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव बढ़ता है,जिससे रिंग अधिक निष्क्रिय हो जाती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक शक्ति का क्रम $-CH_2Cl < -CHCl_2 < -CCl_3$ है।
इसलिए,क्लोरीन परमाणुओं की संख्या बढ़ने के साथ इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति अभिक्रियाशीलता घटती है।
अभिक्रियाशीलता का सही बढ़ता क्रम $-CCl_3 < -CHCl_2 < -CH_2Cl < -CH_3$ है।

(C) टोल्यूनि का रासायनिक सूत्र $C_6H_5CH_3$ है।
बेंजीन रिंग में $6$ $C-C$ सिग्मा बंध और $5$ $C-H$ सिग्मा बंध होते हैं।
साइड चेन $CH_3$ समूह में $1$ $C-C$ सिग्मा बंध और $3$ $C-H$ सिग्मा बंध होते हैं।
कुल सिग्मा $(\sigma)$ बंध = $6 (\text{रिंग } C-C) + 5 (\text{रिंग } C-H) + 1 (\text{साइड चेन } C-C) + 3 (\text{साइड चेन } C-H) = 15$।
बेंजीन रिंग में $3$ पाई $(\pi)$ बंध होते हैं।
अतः,सिग्मा $(\sigma)$ और पाई $(\pi)$ बंधों का अनुपात $15 : 3$ है।

(C) इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति बेंजीन व्युत्पन्न की अभिक्रियाशीलता बेंजीन वलय से जुड़े प्रतिस्थापी समूह की प्रकृति पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं,जिससे यह अधिक अभिक्रियाशील हो जाता है,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं,जिससे यह कम अभिक्रियाशील हो जाता है।
$1$. बेंजीन: संदर्भ यौगिक।
$2$. टोल्यूनि: $-CH_3$ समूह $+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) के कारण इलेक्ट्रॉन-दाता है,जो बेंजीन की तुलना में अभिक्रियाशीलता को बढ़ाता है।
$3$. क्लोरोबेंजीन: $-Cl$ समूह अपने प्रबल $-I$ प्रभाव के कारण निष्क्रिय करने वाला है,हालांकि यह अनुनाद ($+M$ प्रभाव) के कारण ऑर्थो/पैरा निर्देशक है। कुल मिलाकर,यह बेंजीन से कम अभिक्रियाशील है।
$4$. नाइट्रोबेंजीन: $-NO_2$ समूह $-I$ और $-M$ दोनों प्रभावों के कारण एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है,जो वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व को काफी कम कर देता है और इसे सबसे कम अभिक्रियाशील बनाता है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का सही क्रम $2 > 1 > 3 > 4$ है।

(C) आण्विक सूत्र $C_7H_8O$ के लिए असंतृप्ति की मात्रा (degree of unsaturation) $4$ है,जो बेंजीन रिंग के अनुरूप है।
संभावित समावयवी इस प्रकार हैं:
$1$. $o$-क्रेसोल (ऑर्थो-मिथाइलफिनोल)
$2$. $m$-क्रेसोल (मेटा-मिथाइलफिनोल)
$3$. $p$-क्रेसोल (पैरा-मिथाइलफिनोल)
$4$. बेंजाइल अल्कोहल $(C_6H_5CH_2OH)$
$5$. एनीसोल (मेथॉक्सीबेंजीन,$C_6H_5OCH_3$)
अतः,कुल $5$ बेंजीन व्युत्पन्न संभव हैं।

(A) $3,4$-बेंज़पाइरीन एक पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन $(PAH)$ है जिसका रासायनिक सूत्र $C_{20}H_{12}$ है।
इसमें पाँच जुड़ी हुई बेंजीन रिंग होती हैं।
यह सिगरेट के धुएँ और कोल तार में पाया जाने वाला एक प्रसिद्ध कैंसरकारी पदार्थ है।

(B) $3,4$-बेंज़पाइरीन एक पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन $(PAH)$ है जिसका रासायनिक सूत्र $C_{20}H_{12}$ है।
यह सिगरेट के धुएं और कोल तार में पाया जाने वाला एक प्रसिद्ध कैंसरकारी पदार्थ है।

(B) $3,4$-बेंज़पाइरीन एक पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन $(PAH)$ है।
यह सिगरेट के धुएं और कोल तार में पाया जाने वाला एक प्रसिद्ध कार्सिनोजेन (कैंसरकारी पदार्थ) है।
चूंकि यह केवल कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं से बना है,इसलिए इसे हाइड्रोकार्बन के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

(C) $Benzene$ $(C_6H_6)$ और $Benzopyrene$ दोनों ही ज्ञात कैंसरकारी (कार्सिनोजेन) पदार्थ हैं। $Benzene$ एक ज्ञात मानव कैंसरकारी है,और $Benzopyrene$ तंबाकू के धुएं और कोलतार में पाया जाने वाला एक पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन है,जो अत्यधिक कैंसरकारी भी है। इसलिए,सही उत्तर $C$ है।

(D) बेंजीन का रिडक्टिव ओजोनोलिसिस बेंजीन की $3O_3$ के साथ अभिक्रिया से होता है,जिससे बेंजीन ट्राइओजोनाइड मध्यवर्ती बनता है।
इसके बाद इस मध्यवर्ती को $Zn/H_2O$ (रिडक्टिव स्थितियां) के साथ उपचारित किया जाता है जिससे इसका विखंडन होता है।
इस अभिक्रिया के परिणामस्वरूप ग्लायोक्सल $(CHO-CHO)$ के तीन अणु और उप-उत्पाद के रूप में $3ZnO$ प्राप्त होते हैं।
अतः,सही उत्पाद ग्लायोक्सल है।

(C) एरीन्स में इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं होती हैं और ये इलेक्ट्रॉनरागी योगज अभिक्रियाएं नहीं देते हैं।
हम जानते हैं कि बेंजीन दो संरचनाओं का एक अनुनाद संकर है और बेंजीन की अधिक स्थिरता $\pi$-इलेक्ट्रॉनों के विस्थानीकरण के कारण होती है।

(A) चरण $1$: टोल्यूनि $(C_6H_5CH_3)$ का ऑक्सीकरण बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ देता है जो उत्पाद $A$ है।
चरण $2$: बेंजोइक एसिड की $NaOH$ के साथ अभिक्रिया सोडियम बेंजोएट $(C_6H_5COONa)$ देती है जो उत्पाद $B$ है।
चरण $3$: सोडियम बेंजोएट का सोडालाइम $(NaOH/CaO)$ के साथ विकार्बोक्सिलीकरण बेंजीन $(C_6H_6)$ देता है जो उत्पाद $C$ है।
अतः,अंतिम उत्पाद $C$,$C_6H_6$ है।

(A) इलेक्ट्रॉन-रिलीजिंग समूह (जैसे $-CH_3$,$-OH$,$-NH_2$) की उपस्थिति बेंजीन रिंग में इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाती है,जिससे इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन (नाइट्रीकरण) आसान हो जाता है।
$C_6H_5CH_3$ में,$-CH_3$ समूह $+I$ प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन के कारण एक इलेक्ट्रॉन-रिलीजिंग समूह है।
इसके विपरीत,$-Cl$ अपने $-I$ प्रभाव के कारण निष्क्रिय है,और $-NO_2$ अपने $-I$ और $-M$ दोनों प्रभावों के कारण अत्यधिक निष्क्रिय है।
इसलिए,$C_6H_5CH_3$ का नाइट्रीकरण सबसे आसानी से होगा।

(C) जब बेंजीन सूर्य के प्रकाश (पराबैंगनी प्रकाश) की उपस्थिति में क्लोरीन के साथ अभिक्रिया करता है,तो $Cl_2$ के तीन अणु बेंजीन वलय के द्वि-आबंधों पर जुड़कर बेंजीन हेक्साक्लोराइड $(C_6H_6Cl_6)$ बनाते हैं,जिसे $BHC$ या $Gammexane$ के रूप में भी जाना जाता है।
यह प्रक्रिया योगशील अभिक्रिया का एक उदाहरण है जिसमें बेंजीन वलय की एरोमैटिकता समाप्त हो जाती है।

(B) दी गई अभिक्रिया है: $ArH + R - CO - Cl \xrightarrow{\text{anhyd. } AlCl_3} Ar - CO - R + HCl$।
इस अभिक्रिया में,निर्जल $AlCl_3$ जैसे लुईस अम्ल उत्प्रेरक की उपस्थिति में एरोमैटिक वलय $(ArH)$ में एक एसाइल समूह $(R-CO-)$ जोड़ा जाता है।
यह फ्रीडल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन का एक विशिष्ट उदाहरण है।

(B) साइक्लोहेक्सिन की हाइड्रोजनीकरण एन्थैल्पी $-119.5 \ kJ \ mol^{-1}$ है,जो एक $C=C$ द्वि-आबंध के हाइड्रोजनीकरण के अनुरूप है।
बेंजीन में तीन $C=C$ द्वि-आबंध होते हैं। इसलिए,बेंजीन के लिए परिकलित हाइड्रोजनीकरण एन्थैल्पी (अनुनाद के बिना) है:
$\Delta H_{Cal} = 3 \times (-119.5 \ kJ \ mol^{-1}) = -358.5 \ kJ \ mol^{-1}.$
अनुनाद ऊर्जा को प्रायोगिक हाइड्रोजनीकरण एन्थैल्पी और परिकलित हाइड्रोजनीकरण एन्थैल्पी के बीच के अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है:
$\text{Resonance Energy} = \Delta H_{Exp} - \Delta H_{Cal}.$
यह दिया गया है कि अनुनाद ऊर्जा $-150.4 \ kJ \ mol^{-1}$ है,इसलिए:
$-150.4 = \Delta H_{Exp} - (-358.5).$
$\Delta H_{Exp}$ के लिए हल करने पर:
$\Delta H_{Exp} = -150.4 - 358.5 = -508.9 \ kJ \ mol^{-1}.$