Aromatic hydrocarbon Questions in Hindi

(D) निर्जल $AlCl_3$ (या $CuCl$) की उपस्थिति में बेंजीन की $CO$ और $HCl$ के साथ अभिक्रिया को $Gattermann-Koch$ अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया का उपयोग बेंजीन वलय में फॉर्मिल समूह $(-CHO)$ को जोड़ने के लिए किया जाता है।
संपूर्ण अभिक्रिया इस प्रकार है: $C_6H_6 + CO + HCl \xrightarrow{anhydrous \ AlCl_3 / CuCl} C_6H_5CHO$.
अतः,प्राप्त उत्पाद बेंजाल्डिहाइड है।

(C) एथिलबेंजीन की संरचना $C_6H_5-CH_2-CH_3$ है।
बेंजिलिक हाइड्रोजन परमाणु वे हाइड्रोजन परमाणु होते हैं जो उस कार्बन परमाणु से जुड़े होते हैं जो सीधे बेंजीन रिंग से जुड़ा होता है।
एथिलबेंजीन में,बेंजीन रिंग से जुड़ा एथिल समूह का कार्बन परमाणु बेंजिलिक कार्बन है।
यह कार्बन दो हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है।
इसलिए,बेंजिलिक हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या $2$ है।

(A) उच्च तापमान और उच्च दबाव पर निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में बेंजीन की हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया एक उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया है।
बेंजीन एक सुगंधित (एरोमैटिक) यौगिक है,और इसके तीन द्वि-आबंधों का हाइड्रोजनीकरण एक संतृप्त छह-सदस्यीय वलय के निर्माण की ओर ले जाता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, \Delta, P} C_6H_{12}$
यहाँ,$C_6H_6$ बेंजीन है और $C_6H_{12}$ साइक्लोहेक्सेन है।
अतः,उत्पाद $(A)$ साइक्लोहेक्सेन है।

(D) बेंजीन का उत्प्रेरकीय ऑक्सीकरण मेलिक एनहाइड्राइड बनाने की एक औद्योगिक प्रक्रिया है।
जब बेंजीन वाष्प और ऑक्सीजन के मिश्रण को $775\, K$ पर $V_2O_5$ उत्प्रेरक के ऊपर से गुजारा जाता है,तो बेंजीन का नियंत्रित ऑक्सीकरण होकर मेलिक एनहाइड्राइड बनता है।
रासायनिक अभिक्रिया: $2C_6H_6 + 9O_2 \xrightarrow{V_2O_5, 775\, K} 2C_4H_2O_3 + 4CO_2 + 4H_2O$.

(D) दिया गया अणु पाइरोल है।
पाइरोल में दो द्वि-आबंध (double bonds) होते हैं,जो $2 \times 2 = 4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं।
नाइट्रोजन परमाणु के पास इलेक्ट्रॉनों का एक एकाकी युग्म (lone pair) होता है जो वलय को एरोमैटिक बनाने के लिए अनुनाद (resonance) में भाग लेता है।
इस प्रकार,नाइट्रोजन परमाणु पर स्थित एकाकी युग्म भी $2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है।
कुल $\pi$ इलेक्ट्रॉनों की संख्या = $4$ (द्वि-आबंधों से) + $2$ (एकाकी युग्म से) = $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन।

(B) यह निर्धारित करने के लिए कि कोई यौगिक एरोमैटिक है या नहीं,उसे हकल के नियम का पालन करना चाहिए: यह चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और इसमें $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए।
$A$. थायोफीन: चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित और $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन रखता है। यह एरोमैटिक है।
$B$. $1,3$-साइक्लोहेक्साडाईन: यह चक्रीय और समतलीय है,लेकिन यह पूर्णतः संयुग्मित नहीं है ($sp^3$ कार्बन संयुग्मन को बाधित करते हैं)। इसमें $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन हैं। यह एरोमैटिक नहीं है।
$C$. ट्रोपिलियम धनायन: चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित और $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन रखता है। यह एरोमैटिक है।
$D$. फ्यूरान: चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित और $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन रखता है। यह एरोमैटिक है।
इसलिए,$1,3$-साइक्लोहेक्साडाईन एक एरोमैटिक यौगिक नहीं है।

(B) सल्फोनेशन एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। इस अभिक्रिया की दर बेंजीन रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। एल्काइल समूह इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+I$ प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन) होते हैं जो रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं,जिससे यह इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के लिए अधिक सक्रिय हो जाती है।
एल्काइल समूहों की सक्रियण शक्ति का क्रम इस प्रकार है: $CH_3- > CH_3CH_2- > (CH_3)_2CH- > (CH_3)_3C-$.
इसका कारण यह है कि प्राथमिक एल्काइल समूह (मिथाइल) में सबसे प्रभावी हाइपरकंजुगेशन होता है और भारी तृतीयक एल्काइल समूह (tert-ब्यूटाइल) की तुलना में इसमें स्टेरिक बाधा (steric hindrance) कम होती है। इसलिए,टोल्यूनि $(CH_3-C_6H_5)$ सबसे तेज दर पर सल्फोनेशन अभिक्रिया देगा।

(A) सल्फोनेशन एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। इस अभिक्रिया की दर एरोमैटिक वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह (जैसे एल्काइल समूह) वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं,जिससे यह इलेक्ट्रोफाइल के प्रति अधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है।
$m$-जाइलीन में $1$ और $3$ स्थिति पर दो मिथाइल समूह होते हैं। ये समूह एक-दूसरे के सापेक्ष मेटा-निर्देशक होते हैं और $4$-स्थिति पर वलय की सक्रियता को बढ़ाते हैं।
$m$-जाइलीन में,दो मिथाइल समूह टोल्यूनि (एक मिथाइल समूह) और $o$-/$p$-जाइलीन की तुलना में अधिक प्रेरक प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन प्रदान करते हैं।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $m$-जाइलीन सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील है।

(D) सल्फोनेशन एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। इस अभिक्रिया की दर बेंजीन वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-दाता समूह इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं और इस प्रकार अभिक्रिया की दर को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं और अभिक्रिया की दर को कम करते हैं।
$1$. $C_6H_5NO_2$: $-NO_2$ समूह एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है,जो बेंजीन वलय को निष्क्रिय करता है।
$2$. $C_6H_5CH_2NO_2$: $-CH_2NO_2$ समूह $-NO_2$ समूह के $-I$ प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है,जो वलय को निष्क्रिय करता है।
$3$. $C_6H_5CH_2CH_2NO_2$: $-CH_2CH_2NO_2$ समूह भी $-NO_2$ समूह के $-I$ प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है,लेकिन यह प्रभाव पिछले मामलों की तुलना में कमजोर है क्योंकि $-NO_2$ समूह वलय से दूर है।
$4$. $C_6H_6$ (बेंजीन): बेंजीन के साथ कोई प्रतिस्थापी समूह नहीं जुड़ा है। अन्य प्रतिस्थापित बेंजीन की तुलना में,जहाँ प्रतिस्थापी इलेक्ट्रॉन-आकर्षक हैं,बेंजीन वलय में इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिक होता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $C_6H_6$ का सल्फोनेशन सबसे तीव्र गति से होता है।

(C) डाइमिथाइलबेन्जीन (जाइलीन) का नाइट्रीकरण अणु की सममिति और दो मिथाइल समूहों के निर्देशक प्रभाव पर निर्भर करता है।
$1$. $1,2-$डाइमिथाइलबेन्जीन ($o-$जाइलीन): दो मिथाइल समूह $1$ और $2$ स्थान पर हैं। नाइट्रीकरण $3$ या $4$ स्थान पर हो सकता है,जिससे दो अलग-अलग आइसोमर बनते हैं।
$2$. $1,3-$डाइमिथाइलबेन्जीन ($m-$जाइलीन): मिथाइल समूह $1$ और $3$ स्थान पर हैं। नाइट्रीकरण $2, 4,$ या $5$ स्थान पर हो सकता है,जिससे कई आइसोमर बनते हैं।
$3$. $1,4-$डाइमिथाइलबेन्जीन ($p-$जाइलीन): मिथाइल समूह $1$ और $4$ स्थान पर हैं। $p-$जाइलीन अणु की उच्च सममिति के कारण,सभी चार उपलब्ध रिंग स्थान ($2, 3, 5,$ और $6$) समान हैं। इसलिए,किसी भी स्थान पर नाइट्रीकरण करने से केवल एक ही उत्पाद,$2-$नाइट्रो-$1,4-$डाइमिथाइलबेन्जीन प्राप्त होता है।

(B) $p$-मेथॉक्सिटोल्यूइन में बेंजीन वलय पर दो प्रतिस्थापी समूह होते हैं: एक मिथाइल समूह $(-CH_3)$ और एक मेथॉक्सी समूह $(-OCH_3)$।
दोनों समूह ऑर्थो/पैरा निर्देशक हैं।
मेथॉक्सी समूह $(-OCH_3)$,ऑक्सीजन के एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के अनुनाद प्रभाव ($+R$ प्रभाव) के कारण मिथाइल समूह $(-CH_3)$ की तुलना में अधिक सक्रियकारी समूह है।
इसलिए,इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन (नाइट्रीकरण) $-OCH_3$ समूह द्वारा निर्देशित होगा।
$-OCH_3$ समूह के सापेक्ष ऑर्थो स्थितियाँ $2$ और $6$ हैं,जो मिथाइल समूह के सापेक्ष भी ऑर्थो हैं।
चूँकि दोनों ऑर्थो स्थितियाँ समान हैं,नाइट्रीकरण इनमें से किसी एक स्थिति पर होता है और $2$-नाइट्रो-$4$-मेथॉक्सिटोल्यूइन बनाता है।
दिए गए विकल्पों में से,विकल्प $B$ में दी गई संरचना मेथॉक्सी समूह के सापेक्ष ऑर्थो नाइट्रीकरण को दर्शाती है।

(A) नाइट्रीकरण पर बनने वाले समावयवियों की संख्या बेंजीन वलय में इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के लिए उपलब्ध गैर-समान स्थितियों की संख्या पर निर्भर करती है।
$o$-डाइब्रोमोबेंजीन ($1,2$-डाइब्रोमोबेंजीन) के लिए,नाइट्रीकरण के लिए $3$ गैर-समान स्थितियां उपलब्ध हैं,जो $3$ समावयवी देती हैं।
$m$-डाइब्रोमोबेंजीन ($1,3$-डाइब्रोमोबेंजीन) के लिए,$4$ गैर-समान स्थितियां उपलब्ध हैं,जो $4$ समावयवी देती हैं।
$p$-डाइब्रोमोबेंजीन ($1,4$-डाइब्रोमोबेंजीन) के लिए,केवल $1$ गैर-समान स्थिति उपलब्ध है,जो $1$ समावयवी देती है।
चूंकि प्रश्न में कहा गया है कि $3$ समावयवी प्राप्त हुए,इसलिए मूल यौगिक $o$-डाइब्रोमोबेंजीन होना चाहिए।

(B) जब बेंजीन वलय $(C_6H_6)$ में दो हाइड्रोजन परमाणुओं को दो प्रतिस्थापियों (substituents) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है,तो प्रतिस्थापियों की सापेक्ष स्थिति के आधार पर तीन अलग-अलग आइसोमर्स बनते हैं।
ये स्थितियाँ इस प्रकार हैं:
$1.$ ऑर्थो $(o-)$ स्थिति: $1,2-$ प्रतिस्थापन।
$2.$ मेटा $(m-)$ स्थिति: $1,3-$ प्रतिस्थापन।
$3.$ पैरा $(p-)$ स्थिति: $1,4-$ प्रतिस्थापन।
अतः,बेंजीन के $3$ संभावित डाइसब्स्टिट्यूटेड उत्पाद होते हैं।

(B) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया में,अभिक्रिया एक कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से आगे बढ़ती है,जिसे एरेनियम आयन या सिग्मा कॉम्प्लेक्स के रूप में भी जाना जाता है।
इस मध्यवर्ती को दी गई अभिक्रिया तंत्र में स्पीशीज $(III)$ द्वारा दर्शाया गया है।
इस मध्यवर्ती के निर्माण में बेंजीन रिंग की एरोमैटिकता का नुकसान शामिल है,जो इसे अभिकारकों और अंतिम उत्पाद की तुलना में अत्यधिक अस्थिर और उच्च ऊर्जा वाला बनाता है।
इसलिए,अभिक्रिया निर्देशांक आरेख में दिखाई गई स्पीशीज में एरेनियम आयन (स्पीशीज $(III)$) की एन्थैल्पी (स्थितिज ऊर्जा) अधिकतम होती है।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन में,अभिक्रिया की दर निर्धारित करने वाला चरण एरोमैटिक वलय पर इलेक्ट्रोफाइल के आक्रमण द्वारा सिग्मा कॉम्प्लेक्स (एरेनियम आयन) का निर्माण है।
चूंकि दर-निर्धारक चरण में $C-H$ (या $C-D$ या $C-T$) बंध नहीं टूटता है,इसलिए इसमें कोई प्राथमिक काइनेटिक आइसोटोप प्रभाव नहीं होता है।
इसलिए,बेंजीन $(C_6H_6)$,हेक्साड्यूटेरोबेंजीन $(C_6D_6)$,और हेक्साट्रिटियोबेंजीन $(C_6T_6)$ के लिए नाइट्रेशन की दर समान होती है।
अतः,$k_{C_6H_6} = k_{C_6D_6} = k_{C_6T_6}$।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन में,सल्फोनेशन के लिए दर-निर्धारक चरण सिग्मा कॉम्प्लेक्स मध्यवर्ती से प्रोटॉन (या ड्यूटेरॉन/ट्रिटॉन) को हटाना है।
प्राथमिक काइनेटिक आइसोटोप प्रभाव के कारण $C-H$ बंध $C-D$ बंध से कमजोर होता है,और $C-D$ बंध $C-T$ बंध से कमजोर होता है,इसलिए अभिक्रिया की दर बेंजीन $(C_6H_6)$ के लिए सबसे तेज और ट्रिटिएटेड बेंजीन $(C_6T_6)$ के लिए सबसे धीमी होती है।
अतः,सही क्रम $k_{C_6H_6} > k_{C_6D_6} > k_{C_6T_6}$ है।

(B) यदि कोई यौगिक हकल के नियम का पालन करता है तो वह एरोमैटिक होता है: यह चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और इसमें $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक $(0, 1, 2, ...)$ है।
$1$. विकल्प $A$: यह पाइरोलियम धनायन है। इसमें $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन (दो द्वि-आबंधों से) होते हैं। यह एंटी-एरोमैटिक है।
$2$. विकल्प $B$: यह इमिडाज़ोलियम जैसा धनायन है। एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म वाला नाइट्रोजन परमाणु एरोमैटिक सेक्सटेट में भाग लेता है। वलय में $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन ($4$ दो द्वि-आबंधों से और $2$ नाइट्रोजन परमाणु पर एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म से) होते हैं। यह समतलीय और चक्रीय है। अतः,यह एरोमैटिक है।
$3$. विकल्प $C$: यह पाइरिलियम जैसा धनायन है। यह पूरी तरह से संयुग्मित नहीं है जो पूरी वलय प्रणाली के लिए $(4n+2)$ नियम को संतुष्ट करे।
$4$. विकल्प $D$: स्टाइरीन बेंजीन का एक व्युत्पन्न है। हालाँकि बेंजीन वलय एरोमैटिक है,लेकिन प्रश्न पूरे यौगिक के बारे में पूछता है। हालाँकि,इन विशिष्ट विकल्पों के संदर्भ में,इमिडाज़ोलियम-प्रकार का धनायन $(B)$ हेटरोसाइक्लिक एरोमैटिक प्रणाली का एक उत्कृष्ट उदाहरण है।

(C) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन की दर बेंजीन रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-दाता समूह (EDGs) इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं और इस प्रकार प्रतिस्थापन की दर को बढ़ाते हैं।
दिए गए यौगिकों में:
- यौगिक $(IV)$ में दो $-NH$ समूह हैं,जो नाइट्रोजन पर लोन पेयर के अनुनाद प्रभाव ($+R$ प्रभाव) के कारण मजबूत इलेक्ट्रॉन-दाता समूह हैं।
- यौगिक $(II)$ में एक $-NH$ समूह और एक $-O$ समूह है। $-NH$ समूह,$-O$ समूह की तुलना में अधिक मजबूत इलेक्ट्रॉन दाता है।
- यौगिक $(I)$ में दो $-O$ समूह हैं,जो इलेक्ट्रॉन-दाता हैं लेकिन $-NH$ समूहों की तुलना में कम प्रभावी हैं।
- यौगिक $(III)$ में केवल अल्काइल समूह हैं,जो प्रेरणिक प्रभाव ($+I$ प्रभाव) के माध्यम से कमजोर इलेक्ट्रॉन दाता हैं।
इसलिए,इलेक्ट्रॉन-दाता क्षमता का क्रम इस प्रकार है: दो $-NH$ समूह $(IV)$ > एक $-NH$ और एक $-O$ समूह $(II)$ > दो $-O$ समूह $(I)$ > अल्काइल समूह $(III)$।
अतः,इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन की दर का घटता क्रम $IV > II > I > III$ है।

(B) बेंजीन के नाइट्रीकरण में,$H_2SO_4$ एक प्रबल अम्ल के रूप में और $HNO_3$ एक क्षार के रूप में कार्य करता है।
उनके बीच की अभिक्रिया है:
$H_2SO_4 + HO-NO_2 \rightleftharpoons H_2SO_4^- + H_2O^+-NO_2$
इसके बाद $H_2O^+-NO_2$ पानी खोकर नाइट्रोनियम आयन $(NO_2^+)$ बनाता है,जो कि इलेक्ट्रॉनरागी (electrophile) है।

(A) यह अभिक्रिया एक प्रतिस्थापित बेंजीन वलय का फ्रीडल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन है। अभिकारक $1,1,3$-ट्राइमिथाइलइंडेन है। इलेक्ट्रोफाइल $CH_3CO^+$ है,जो $CH_3COCl$ और $AlCl_3$ से उत्पन्न होता है। प्रतिस्थापन उस स्थान पर होता है जो सबसे अधिक सक्रिय हो और जहाँ त्रिविम बाधा (steric hindrance) कम हो। दिए गए संरचना में,बेंजीन वलय पर एल्काइल समूह के सापेक्ष ऑर्थो स्थिति इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन के लिए सबसे अनुकूल है। इसलिए,एसाइल समूह $tert$-ब्यूटाइल समूह की ऑर्थो स्थिति पर जुड़ता है,जो विकल्प $A$ में दिखाई गई संरचना के अनुरूप है।

(B) प्रारंभिक पदार्थ $n$-हेक्सेन $(CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3)$ है।
जब $n$-हेक्सेन को $Al_2O_3$ के साथ गर्म किया जाता है (एरोमैटाइजेशन),तो यह बेन्जीन बनाता है।
अभिक्रिया: $C_6H_{14} \xrightarrow{Al_2O_3 / \Delta} C_6H_6$ (बेन्जीन)।
अतः,$(A)$ बेन्जीन है।
इसके बाद,$AlCl_3$ की उपस्थिति में बेन्जीन की $CH_3Cl$ के साथ अभिक्रिया फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन है।
अभिक्रिया: $C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5-CH_3$ (टोल्यूनि)।
हालाँकि,दिए गए विकल्पों को देखते हुए,अभिक्रिया क्रम या उत्पाद में विसंगति है। यदि प्रारंभिक पदार्थ $n$-हेप्टेन होता,तो यह टोल्यूनि बनाता,और बाद का एल्काइलेशन जाइलीन देता। विकल्पों के अनुसार,$p$-आइसोमर ($1,4$-डाइमिथाइलबेन्जीन) को मुख्य उत्पाद माना जा सकता है।

(B) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन $(EAS)$ के प्रति एरोमैटिक वलय की अभिक्रियाशीलता उस पर जुड़े प्रतिस्थापियों की प्रकृति पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ अभिक्रियाशीलता को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ इसे कम करते हैं।
$1$. वलय $A$ एक $-N(CH_3)-$ समूह से जुड़ा है,जो नाइट्रोजन के एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के प्रबल $+M$ प्रभाव के कारण अत्यधिक सक्रिय है।
$2$. वलय $B$ एक एल्काइल श्रृंखला से जुड़ा है,जो $+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) के कारण दुर्बल रूप से सक्रिय है।
$3$. वलय $C$ एक कार्बोनिल समूह $(-C=O)$ से जुड़ा है,जो $-M$ और $-I$ प्रभावों के कारण अत्यधिक निष्क्रिय है।
$4$. वलय $D$ एक एस्टर समूह $(-O-C=O-)$ के ऑक्सीजन परमाणु से जुड़ा है,जो ऑक्सीजन के एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के $+M$ प्रभाव के कारण मध्यम रूप से सक्रिय है,हालांकि यह $-I$ प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक भी है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का सही क्रम $C < B < D < A$ है।

(A) $EAS$ की दर बेंजीन वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-दाता समूह दर को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह इसे कम करते हैं।
$1$. $-CH_3$ ($C$ में) एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है ($+I$ और अतिसंयुग्मन),जो वलय को सक्रिय करता है।
$2$. बेंजीन $(D)$ में कोई प्रतिस्थापी नहीं है।
$3$. $-Cl$ ($B$ में) अपने प्रबल $-I$ प्रभाव के कारण एक निष्क्रिय करने वाला समूह है।
$4$. $-NO_2$ ($A$ में) अपने प्रबल $-I$ और $-M$ प्रभावों के कारण एक अत्यधिक निष्क्रिय करने वाला समूह है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का क्रम $C > D > B > A$ है।

(A) यौगिक की एरोमैटिकता निर्धारित करने के लिए,हम हकल के नियम का उपयोग करते हैं,जिसके अनुसार एक समतलीय,चक्रीय और पूर्ण संयुग्मित प्रणाली जिसमें $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं,वह एरोमैटिक होती है।
$A$. पायरोल धनायन $(C_4H_6N^+)$: नाइट्रोजन परमाणु $sp^3$ संकरित है क्योंकि यह चार परमाणुओं से जुड़ा है। चूंकि यह $sp^2$ संकरित नहीं है,इसलिए वलय पूर्णतः संयुग्मित नहीं है और इसलिए यह नॉन-एरोमैटिक है।
$B$. बेंजीन $(C_6H_6)$: यह $6 \pi$ इलेक्ट्रॉनों वाली एक समतलीय,चक्रीय और पूर्ण संयुग्मित प्रणाली है,इसलिए यह एरोमैटिक है।
$C$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल धनायन $(C_5H_5^+)$: यह $4 \pi$ इलेक्ट्रॉनों वाली एक समतलीय,चक्रीय और पूर्ण संयुग्मित प्रणाली है,इसलिए यह एंटी-एरोमैटिक है।
$D$. साइक्लोप्रोपेनाइल धनायन $(C_3H_3^+)$: यह $2 \pi$ इलेक्ट्रॉनों वाली एक समतलीय,चक्रीय और पूर्ण संयुग्मित प्रणाली है,इसलिए यह एरोमैटिक है।
अतः,पायरोल धनायन नॉन-एरोमैटिक है।

(A) हकल का नियम बताता है कि एक समतलीय,चक्रीय,संयुग्मित प्रणाली के एरोमैटिक होने के लिए,इसमें $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक है $(n = 0, 1, 2, ...)$।
अतः,सही प्रतिनिधित्व $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन है।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन के प्रति अभिक्रियाशीलता बेंजीन वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व द्वारा निर्धारित की जाती है।
जो समूह वलय को इलेक्ट्रॉन दान करते हैं,वे इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं,जिससे यह इलेक्ट्रोफाइल के प्रति अधिक सक्रिय हो जाता है।
$Anisole$ $(C_6H_5OCH_3)$ में एक मेथॉक्सी समूह $(-OCH_3)$ होता है,जो अनुनाद प्रभाव ($+R$ प्रभाव) के कारण एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है।
$Benzene$ में कोई प्रतिस्थापी नहीं होता है।
$Nitrobenzene$ $(C_6H_5NO_2)$ में एक नाइट्रो समूह $(-NO_2)$ होता है,जो एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है ($-I$ और $-R$ प्रभाव)।
$Chlorobenzene$ $(C_6H_5Cl)$ में एक क्लोरीन परमाणु होता है,जो अपने अनुनाद दान ($+R$ प्रभाव) के बावजूद अपने शक्तिशाली प्रेरणिक प्रभाव ($-I$ प्रभाव) के कारण निष्क्रिय करने वाला होता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में $Anisole$ सबसे अधिक सक्रिय है।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन के प्रति बेंजीन रिंग की प्रतिक्रियाशीलता रिंग के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। जो समूह रिंग में इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं (सक्रियकारी समूह) वे इसकी प्रतिक्रियाशीलता बढ़ाते हैं,जबकि जो समूह इलेक्ट्रॉन घनत्व कम करते हैं (निष्क्रियकारी समूह) वे इसकी प्रतिक्रियाशीलता कम करते हैं।
$1$. फिनोल में $-OH$ समूह अपने $+M$ (मेसोमेरिक) प्रभाव के कारण एक मजबूत सक्रियकारी समूह है,जो बेंजीन रिंग पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को काफी बढ़ा देता है।
$2$. टोल्यूनि में $-CH_3$ समूह $+I$ (प्रेरक) प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन के कारण एक कमजोर सक्रियकारी समूह है।
$3$. नाइट्रोबेंजीन में $-NO_2$ समूह अपने $-M$ और $-I$ प्रभावों के कारण एक मजबूत निष्क्रियकारी समूह है।
$4$. बेंजाल्डिहाइड में $-CHO$ समूह अपने $-M$ और $-I$ प्रभावों के कारण एक निष्क्रियकारी समूह है।
चूंकि $-OH$ समूह दिए गए विकल्पों में सबसे मजबूत सक्रियकारी समूह है,इसलिए फिनोल इलेक्ट्रोफाइल के प्रति सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील है।

(B) एक यौगिक को होमोसाइक्लिक कहा जाता है यदि इसकी वलय (ring) में केवल कार्बन परमाणु हों। यह एरोमैटिक है यदि यह हकल के नियम ($4n+2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन) का पालन करता है और समतलीय/चक्रीय है। यह असंतृप्त है यदि इसमें द्वि-आबंध या त्रि-आबंध मौजूद हों।
$A$. साइक्लोहेक्सेन $(C_6H_{12})$ होमोसाइक्लिक है और संतृप्त है (कोई द्वि-आबंध नहीं)।
$B$. बेंजीन $(C_6H_6)$ होमोसाइक्लिक है (वलय में केवल कार्बन परमाणु हैं),एरोमैटिक है ($6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉनों के साथ हकल के नियम का पालन करता है),और असंतृप्त है (तीन द्वि-आबंध मौजूद हैं)।
$C$. टेट्राहाइड्रोपाइरान एक हेटरोसाइक्लिक यौगिक है क्योंकि इसमें वलय में एक ऑक्सीजन परमाणु होता है।
$D$. $1,3-$ब्यूटाडाईन एक खुली श्रृंखला वाला (अचक्रीय) असंतृप्त हाइड्रोकार्बन है,न कि चक्रीय यौगिक।
अतः,सही उत्तर बेंजीन है।

(D) यह निर्धारित करने के लिए कि कोई यौगिक एरोमैटिक है या नहीं,उसे हकल के नियम ($4n+2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन) का पालन करना चाहिए,समतलीय होना चाहिए और उसमें निरंतर चक्रीय संयुग्मन होना चाहिए।
$1$. साइक्लोब्यूटाडाईन: $4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (एंटी-एरोमैटिक)।
$2$. साइक्लोपेंटाडाईनाइल एनायन: $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$3$. एज़ुलीन: $10$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$4$. साइक्लोऑक्टाटेट्राईन: असमतलीय,$8$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (नॉन-एरोमैटिक)।
$5$. साइक्लोप्रोपेनोन: $2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$6$. फुरान: $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$7$. साइक्लोब्यूटीन: पूर्णतः संयुग्मित नहीं (नॉन-एरोमैटिक)।
$8$. फुलवीन व्युत्पन्न: $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
एरोमैटिक यौगिक हैं: साइक्लोपेंटाडाईनाइल एनायन,एज़ुलीन,साइक्लोप्रोपेनोन,फुरान और फुलवीन व्युत्पन्न।
एरोमैटिक प्रजातियों की कुल संख्या = $5$।

(A) एरोमैटिक होने के लिए,एक यौगिक को हकल के नियम ($4n+2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन) का पालन करना चाहिए,समतलीय,चक्रीय और पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए।
$(I)$ साइक्लोपेंटाडाईन: यह नॉन-एरोमैटिक है क्योंकि इसमें एक $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु है।
$(II)$ साइक्लोऑक्टाटेट्राईन: यह नॉन-एरोमैटिक (टब के आकार का,असमतलीय) है और इसमें $8$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन हैं।
$(III)$ बोराज़ीन $(B_3N_3H_6)$: यह बेंजीन के साथ आइसोइलेक्ट्रॉनिक है,समतलीय,चक्रीय है और इसमें $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन हैं। यह एरोमैटिक है।
$(IV)$ $1,4-$डाईबोरासाइक्लोहेक्सा$-2,5-$डाईन: इसमें $4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन हैं और यह एरोमैटिकता के लिए हकल के नियम को संतुष्ट नहीं करता है।
अतः,केवल संरचना $(III)$ एरोमैटिक है।
सही विकल्प $A$ है।

(C) बेंजीन का एथिल क्लोराइड के साथ फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन एथिलबेंजीन देता है। यह सही है।
$(b)$ बेंजीन का आइसोप्रोपिल क्लोराइड के साथ फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन आइसोप्रोपिलबेंजीन (क्यूमीन) देता है। यह सही है।
$(c)$ $H^+$ की उपस्थिति में बेंजीन के साथ प्रोपीन का इलेक्ट्रोफिलिक योग आइसोप्रोपिलबेंजीन देता है। यह सही है।
$(d)$ $o$-जाइलीन ($1,2$-डाइमेथिलबेंजीन) का ओजोनोलिसिस ग्लायोक्सल,मेथिलग्लायोक्सल और डाइमेथिलग्लायोक्सल देता है। यह सही है।
अतः,सभी दी गई अभिक्रियाएँ सही सुमेलित हैं।

(B) $6$ या अधिक कार्बन परमाणुओं वाले एल्केन को उच्च तापमान और दबाव पर $Al_2O_3$ पर समर्थित $Cr_2O_3$,$V_2O_5$ या $Mo_2O_3$ जैसे उत्प्रेरक के साथ गर्म करके एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन में बदलने की प्रक्रिया को एरोमैटाइजेशन या रिफॉर्मिंग कहा जाता है।
जब $n-$हेप्टेन $(C_7H_{16})$ को $773\ K$ पर $(Al_2O_3 + Cr_2O_3)$ उत्प्रेरक के ऊपर से गुजारा जाता है,तो यह चक्रीयकरण और विहाइड्रोजनीकरण के माध्यम से टोल्यूनि $(C_6H_5CH_3)$ बनाता है।

(C) किसी भी यौगिक के एरोमैटिक होने के लिए,सभी कार्बन परमाणुओं का $sp^2$ संकरित होना,अणु का समतलीय होना और हकल के नियम का पालन करना आवश्यक है।
हकल का नियम $\Rightarrow 4n + 2 = \text{विस्थानीकृत } \pi\text{-इलेक्ट्रॉनों की संख्या } (n = 0, 1, 2, 3, \dots)$
$(i)$ नेफ़थलीन: $10 \pi\text{-इलेक्ट्रॉन}$ $\Rightarrow 4n + 2 = 10$ $\Rightarrow n = 2$ (एरोमैटिक)
$(ii)$ एन्थ्रासीन: $14 \pi\text{-इलेक्ट्रॉन}$ $\Rightarrow 4n + 2 = 14$ $\Rightarrow n = 3$ (एरोमैटिक)
$(iii)$ फ़िनैन्थ्रीन: $14 \pi\text{-इलेक्ट्रॉन}$ $\Rightarrow 4n + 2 = 14$ $\Rightarrow n = 3$ (एरोमैटिक)
तीनों यौगिक समतलीय हैं,इनमें $sp^2$ संकरित कार्बन परमाणु हैं और ये हकल के नियम का पालन करते हैं।
अतः,सभी एरोमैटिक यौगिक हैं।
इसलिए,सही उत्तर विकल्प $C$ है।

(C) संरचना $(i)$,जो $1,3$-डाइमिथाइल बेंजीन है,में बेंजीन वलय से दो मिथाइल समूह जुड़े हुए हैं। प्रत्येक मिथाइल समूह वलय के $sp^2$ संकरित कार्बन से जुड़ा है,जिससे मिथाइल समूह का कार्बन $\alpha$-कार्बन बन जाता है। प्रत्येक मिथाइल समूह में $3$ $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं। अतः,कुल $\alpha$-हाइड्रोजन $= 3 + 3 = 6$.
संरचना $(ii)$,जो $1,3$-डाइएथिल बेंजीन है,में बेंजीन वलय से दो एथिल समूह जुड़े हुए हैं। बेंजीन वलय से सीधे जुड़े एथिल समूह का कार्बन $\alpha$-कार्बन है। एथिल समूह में प्रत्येक $\alpha$-कार्बन के पास $2$ $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं। अतः,कुल $\alpha$-हाइड्रोजन $= 2 + 2 = 4$.
$\alpha$-हाइड्रोजन का योग $= 6 + 4 = 10$.

(A) इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन $(ESR)$ के प्रति अभिक्रियाशीलता बेंजीन वलय में इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन दाता समूह $(EDG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाते हैं और इस प्रकार अभिक्रियाशीलता बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन खींचने वाले समूह $(EWG)$ इलेक्ट्रॉन घनत्व घटाते हैं और अभिक्रियाशीलता कम करते हैं।
- $(III)$ एनीसोल $(-OCH_3)$: $-OCH_3$ समूह अपने $+M$ प्रभाव के कारण एक प्रबल $EDG$ है।
- $(I)$ टोल्यूनि $(-CH_3)$: $-CH_3$ समूह $+I$ और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) प्रभावों के कारण एक दुर्बल $EDG$ है।
- $(II)$ बेंजीन: यह संदर्भ यौगिक है जिसमें कोई प्रतिस्थापी नहीं है।
- $(IV)$ ट्राइफ्लोरोमिथाइल बेंजीन $(-CF_3)$: $-CF_3$ समूह अपने $-I$ प्रभाव के कारण एक प्रबल $EWG$ है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का क्रम: $(III) > (I) > (II) > (IV)$ है।

(B) अभिक्रियाएं इस प्रकार हैं:
$(i)$ फिनोल जिंक डस्ट $(Zn)$ के साथ आसवन पर बेंजीन बनाता है: $C_6H_5OH + Zn \rightarrow C_6H_6 + ZnO$. अतः,$A = Zn$.
(ii) बेंजीनसल्फोनिक एसिड $150-200^{\circ}C$ पर $HCl$ की उपस्थिति में भाप $(H_2O)$ के साथ अभिक्रिया करके बेंजीन बनाता है: $C_6H_5SO_3H + H_2O \rightarrow C_6H_6 + H_2SO_4$. अतः,$B = H_2O \ (\text{भाप})$.
(iii) क्लोरोबेंजीन $Ni-Al$ मिश्र धातु की उपस्थिति में $H_2$ गैस के साथ हाइड्रोजनीकरण द्वारा बेंजीन बनाता है: $C_6H_5Cl + H_2 \xrightarrow{Ni-Al} C_6H_6 + HCl$. अतः,$C = H_2 \ (Ni-Al \ \text{मिश्र धातु})$.
इसलिए,सही विकल्प $B$ है।

(A) निर्जल $AlCl_3$ की उपस्थिति में बेंजीन और डाइक्लोरोमेथेन $(CH_2Cl_2)$ की अभिक्रिया एक फ्रीडेल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन अभिक्रिया है।
सबसे पहले,बेंजीन $CH_2Cl_2$ के साथ अभिक्रिया करके मध्यवर्ती उत्पाद '$A$' के रूप में बेंज़िल क्लोराइड $(C_6H_5CH_2Cl)$ बनाता है।
इसके बाद,यह मध्यवर्ती '$A$' (बेंज़िल क्लोराइड) $AlCl_3$ की उपस्थिति में बेंजीन के एक और अणु के साथ अभिक्रिया करके अंतिम उत्पाद के रूप में डाइफेनिलमेथेन बनाता है।
अतः,मध्यवर्ती उत्पाद '$A$' बेंज़िल क्लोराइड है।

(C) नाइट्रोबेंजीन में,$-NO_2$ समूह एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है।
जब एक इलेक्ट्रोफाइल $E^{+}$ बेंजीन रिंग पर हमला करता है,तो $\sigma$-कॉम्प्लेक्स में धनात्मक आवेश रिंग पर विस्थापित हो जाता है।
ऑर्थो और पैरा हमले के लिए,एक अनुनाद संरचना धनात्मक आवेश को सीधे $-NO_2$ समूह से जुड़े कार्बन परमाणु पर रखती है,जो अत्यधिक अस्थिर है।
मेटा हमले के लिए,धनात्मक आवेश कभी भी $-NO_2$ समूह से जुड़े कार्बन परमाणु पर नहीं आता है।
इसलिए,मेटा हमले द्वारा निर्मित $\sigma$-कॉम्प्लेक्स तीनों में सबसे अधिक स्थिर (सबसे कम ऊर्जा वाला) है,जो बताता है कि $-NO_2$ समूह इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं $(ESR)$ में मेटा-निर्देशकारी क्यों है।

(B) अभिक्रिया में $1$-मिथाइलीनसाइक्लोहेक्सा-$2,5$-डाइन के एक्सोसाइक्लिक द्वि-आबंध का प्रोटोनीकरण शामिल है।
इससे अनुनाद-स्थिर कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती का निर्माण होता है।
इसके बाद $sp^3$ संकरित कार्बन से प्रोटॉन $(H^+)$ के निष्कासन से सुगंधित यौगिक,टोल्यूनि $(C_6H_5CH_3)$ का निर्माण होता है।

(B) यह अभिक्रिया $1,4-\text{dibromocyclohexa-1,4-diene}$ की $2Na$ के साथ उपचार को दर्शाती है।
सोडियम $(Na)$ एक अपचायक के रूप में कार्य करता है,जो दो ब्रोमीन परमाणुओं को हटा देता है।
इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप $1$ और $4$ स्थितियों पर दो रेडिकल केंद्र बनते हैं।
ये रेडिकल फिर पुनर्व्यवस्थित होकर एक पूर्ण संयुग्मित एरोमैटिक प्रणाली बनाते हैं,जो बेंजीन $(C_6H_6)$ है।

(A) $FeCl_3$ जैसे लुईस अम्ल की उपस्थिति में बेंजीन की $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया एक इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया (क्लोरीनीकरण) है,जो उत्पाद $X$ के रूप में क्लोरोबेंजीन $(C_6H_5Cl)$ देती है।
सांद्र $H_2SO_4$ और $SO_3$ (धूम्रमान सल्फ्यूरिक अम्ल या ओलियम) के साथ बेंजीन की अभिक्रिया एक इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया (सल्फोनीकरण) है,जो उत्पाद $Y$ के रूप में बेंजीन सल्फोनिक अम्ल $(C_6H_5SO_3H)$ देती है।
अतः,$X = C_6H_5Cl$ और $Y = C_6H_5SO_3H$।

(A) बेंजीन के नाइट्रीकरण में,सांद्र $HNO_3$ और सांद्र $H_2SO_4$ के बीच अभिक्रिया इस प्रकार होती है:
$HNO_3 + H_2SO_4 \rightleftharpoons H_2NO_3^+ + HSO_4^-$
$H_2NO_3^+ \rightleftharpoons H_2O + NO_2^+$
यहाँ,$HNO_3$ $H_2SO_4$ से एक प्रोटॉन $(H^+)$ स्वीकार करके $H_2NO_3^+$ बनाता है। ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत के अनुसार,जो पदार्थ प्रोटॉन स्वीकार करता है,वह ब्रोंस्टेड क्षार के रूप में कार्य करता है।

(B) किसी यौगिक के एरोमैटिक होने के लिए,उसे हकल के नियम का पालन करना चाहिए,जिसके अनुसार यौगिक चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और उसमें $(4n + 2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए,जहाँ $n$ एक पूर्णांक है $(n = 0, 1, 2, ...)$।
$A$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल धनायन: इसमें $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन हैं। यह एंटी-एरोमैटिक है।
$B$. साइक्लोहेप्टाट्राइनाइल धनायन (ट्रोपिलियम आयन): यह चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित है और इसमें $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन $(n = 1)$ हैं। अतः,यह एरोमैटिक है।
$C$. पायराज़ीन: यह $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन वाला एक विषमचक्रीय एरोमैटिक यौगिक है।
$D$. साइक्लोऑक्टाटेट्राईन: यह गैर-समतलीय (टब के आकार का) है और इसमें $8 \pi$ इलेक्ट्रॉन हैं। यह गैर-एरोमैटिक है।
नोट: $B$ और $C$ दोनों एरोमैटिक हैं।

(B) यह अभिक्रिया अम्लीय माध्यम में $KMnO_4$ का उपयोग करके गर्म करने पर बेंजीन वलय से जुड़े एल्काइल समूहों के ऑक्सीकरण को दर्शाती है।
बेंजीन वलय से जुड़ा कोई भी एल्काइल समूह,यदि उसके पास कम से कम एक बेंजिलिक हाइड्रोजन परमाणु है,तो वह कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकृत हो जाता है।
दिए गए अभिकारक $1$-ethyl-$3$-methylbenzene में,इथाइल समूह $(-CH_2CH_3)$ और मिथाइल समूह $(-CH_3)$ दोनों के पास बेंजिलिक हाइड्रोजन परमाणु हैं।
इसलिए,दोनों समूह $-COOH$ समूहों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं,जिसके परिणामस्वरूप benzene-$1,3$-dicarboxylic acid (isophthalic acid) प्राप्त होता है।

(A) $ESR$ के प्रति बेंजीन व्युत्पन्नों की अभिक्रियाशीलता 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।
$(1)$ बेंजीन: संदर्भ यौगिक।
$(2)$ टोल्यूनि: $-CH_3$ समूह होता है,जो $+I$ और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) प्रभाव के कारण $EDG$ है,जो अभिक्रियाशीलता को बढ़ाता है।
$(3)$ क्लोरोबेंजीन: $-Cl$ समूह होता है,जो अपने प्रबल $-I$ प्रभाव के कारण निष्क्रिय करने वाला होता है।
$(4)$ नाइट्रोबेंजीन: $-NO_2$ समूह होता है,जो $-I$ और $-M$ प्रभावों के कारण एक प्रबल $EWG$ है,जो अभिक्रियाशीलता को काफी कम कर देता है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का क्रम: $2 > 1 > 3 > 4$ है।

(A) इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया के प्रति एक एरोमैटिक वलय की अभिक्रियाशीलता वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है।
$1$. फिनोल $(d)$: $-OH$ समूह अपने प्रबल $+M$ प्रभाव के कारण एक अत्यधिक सक्रिय समूह है,जो वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को काफी बढ़ा देता है।
$2$. टोल्यूनि $(b)$: $-CH_3$ समूह $+I$ प्रभाव और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) के कारण एक सक्रिय समूह है,जो वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ाता है,लेकिन $-OH$ समूह की तुलना में कम।
$3$. बेंजीन $(a)$: यह एक संदर्भ यौगिक है जिसमें कोई प्रतिस्थापी नहीं है।
$4$. क्लोरोबेंजीन $(c)$: $-Cl$ समूह अपने प्रबल $-I$ प्रभाव के कारण एक निष्क्रिय समूह है,जो इसके $+M$ प्रभाव से अधिक प्रभावी है,जिससे वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व कम हो जाता है।
अतः,घटती अभिक्रियाशीलता का क्रम $d > b > a > c$ है।

(C) एरोमैटिकता निर्धारित करने के लिए,एक यौगिक को चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और हकल के नियम ($4n+2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन) का पालन करना चाहिए।
$(I)$ ट्रोपोन: यह एरोमैटिक है क्योंकि ऑक्सीजन परमाणु इलेक्ट्रॉनों को खींचता है,जिससे सात-सदस्यीय वलय में $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन प्रणाली बनती है।
$(II)$ बेंज़िमिडाज़ोल: यह $10$ $\pi$ इलेक्ट्रॉनों वाला एक द्विचक्रीय एरोमैटिक यौगिक है।
$(III)$ आइसोथियाज़ोल: यह $6$ $\pi$ इलेक्ट्रॉनों वाला एक पांच-सदस्यीय हेटरोसाइक्लिक एरोमैटिक यौगिक है।
$(IV)$ $2H$-पाइरान: यह गैर-एरोमैटिक है क्योंकि $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु संयुग्मन को तोड़ता है।
$(V)$ $1,4$-नेफ्थोहाइड्रोक्विनोन: नेफ़थलीन कोर एरोमैटिक है ($10$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन)।
$(VI)$ साइक्लोऑक्टाटेट्राईन: यह गैर-एरोमैटिक है (टब के आकार का,असमतलीय) और इसमें $8$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं।
अतः,यौगिक $(I, II, III, V)$ एरोमैटिक हैं।

(D) एरोमैटिक यौगिकों की पहचान करने के लिए,हम हकल के नियम का उपयोग करते हैं: यौगिक चक्रीय,समतलीय,पूर्णतः संयुग्मित होना चाहिए और इसमें $(4n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए।
$1$. साइक्लोब्यूटाडाइन: $4 \pi$ इलेक्ट्रॉन (एंटी-एरोमैटिक)।
$2$. साइक्लोपेंटाडाइनाइल एनायन: $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$3$. एज़ुलीन: $10 \pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$4$. साइक्लोऑक्टाटेट्राईन: असमतलीय,$8 \pi$ इलेक्ट्रॉन (नॉन-एरोमैटिक)।
$5$. साइक्लोप्रोपेनोन: वलय में $2 \pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$6$. फ्यूरान: $6 \pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$7$. साइक्लोब्यूटाडाइन डाइकेशन: $2 \pi$ इलेक्ट्रॉन (एरोमैटिक)।
$8$. फुलवालीन व्युत्पन्न: पूर्णतः संयुग्मित नहीं (नॉन-एरोमैटिक)।
एरोमैटिक यौगिक हैं: साइक्लोपेंटाडाइनाइल एनायन,एज़ुलीन,साइक्लोप्रोपेनोन,फ्यूरान और साइक्लोब्यूटाडाइन डाइकेशन।
एरोमैटिक यौगिकों की कुल संख्या = $5$।

(C) $1$. $n$-प्रोपिल ब्रोमाइड $(CH_3CH_2CH_2Br)$ की $Na$ के साथ वुर्ट्ज़ अभिक्रिया से $n$-हेक्सेन $(A)$ प्राप्त होता है: $2CH_3CH_2CH_2Br + 2Na \rightarrow CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3 + 2NaBr$.
$2$. $773 \ K$ पर $Cr_2O_3/Al_2O_3$ की उपस्थिति में $n$-हेक्सेन का एरोमैटिकरण करने पर बेंजीन $(B)$ प्राप्त होता है: $C_6H_{14} \rightarrow C_6H_6 + 4H_2$.
$3$. बेंजीन $(B)$ की $UV$ प्रकाश की उपस्थिति में $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया (योगज अभिक्रिया) से बेंजीन हेक्साक्लोराइड $(C)$ बनता है: $C_6H_6 + 3Cl_2 \xrightarrow{UV} C_6H_6Cl_6$.
$4$. बेंजीन $(B)$ का $CH_3Cl/AlCl_3$ के साथ फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन करने पर टोल्यूनि $(D)$ प्राप्त होता है: $C_6H_6 + CH_3Cl \xrightarrow{AlCl_3} C_6H_5CH_3 + HCl$.
$5$. टोल्यूनि $(D)$ की $Cl_2/hv$ के साथ अभिक्रिया (मुक्त मूलक प्रतिस्थापन) से बेंजाइलिडीन ट्राइक्लोराइड $(E)$ प्राप्त होता है: $C_6H_5CH_3 + 3Cl_2 \xrightarrow{hv} C_6H_5CCl_3 + 3HCl$.

(D) $ESR$ (इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया) की दर बेन्ज़ीन वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करती है। जो समूह अनुनाद ($+R$ प्रभाव) या प्रेरणिक प्रभाव ($+I$ प्रभाव) के माध्यम से वलय को इलेक्ट्रॉन दान करते हैं,वे इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाते हैं,जिससे वलय इलेक्ट्रॉनरागी अभिकर्मकों के प्रति अधिक सक्रिय हो जाता है।
$1$. $N,N-Dimethylaniline$ ($-N(CH_3)_2$ समूह): नाइट्रोजन परमाणु के पास इलेक्ट्रॉनों का एक एकाकी युग्म होता है जिसे वह प्रबल $+R$ प्रभाव के माध्यम से बेन्ज़ीन वलय को दान करता है। यह वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को काफी बढ़ा देता है,जिससे यह सबसे अधिक सक्रिय हो जाता है।
$2$. $Toluene$ ($-CH_3$ समूह): मिथाइल समूह अतिसंयुग्मन और $+I$ प्रभाव के माध्यम से इलेक्ट्रॉन दान करता है,जो $-N(CH_3)_2$ के $+R$ प्रभाव से कमजोर है।
$3$. $Chlorobenzene$ ($-Cl$ समूह): क्लोरीन परमाणु का $-I$ प्रभाव (इलेक्ट्रॉन खींचने वाला) उसके $+R$ प्रभाव पर हावी होता है,जिससे वलय बेन्ज़ीन की तुलना में कम सक्रिय हो जाता है।
$4$. $Benzaldehyde$ ($-CHO$ समूह): एल्डिहाइड समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-R$ और $-I$ प्रभाव) है,जो वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को काफी कम कर देता है।
इसलिए,$N,N-Dimethylaniline$ सबसे तेज़ दर पर $ESR$ देता है।