Preparation of Carboxylic Acids and Their Derivatives Questions in Hindi

(B) मेथनॉल $(CH_3OH)$ का एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ में रूपांतरण एक औद्योगिक प्रक्रिया है जिसे मॉन्सेंटो प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया में,मेथनॉल रोडियम $(Rh)$ उत्प्रेरक की उपस्थिति में कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ के साथ अभिक्रिया करके एसिटिक एसिड बनाता है।
रासायनिक समीकरण है: $CH_3OH + CO \xrightarrow{Rh} CH_3COOH$.

(B) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(C_6H_5MgBr)$ की कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ के साथ अभिक्रिया और उसके बाद अम्लीय जल-अपघटन $(H_3O^+)$ कार्बोक्सिलिक अम्ल तैयार करने की एक मानक विधि है।
अभिक्रिया इस प्रकार होती है:
$C_6H_5MgBr + CO_2 \rightarrow C_6H_5COOMgBr$
$C_6H_5COOMgBr + H_3O^+ \rightarrow C_6H_5COOH + Mg(OH)Br$
अतः,उत्पाद $P$ बेंज़ोइक अम्ल $(C_6H_5COOH)$ है।

(C) एसिटाल्डिहाइड का पोटेशियम डाइक्रोमेट $(K_2Cr_2O_7)$ और सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4)$ की उपस्थिति में ऑक्सीकरण करने पर एसिटिक एसिड प्राप्त होता है।
रासायनिक अभिक्रिया:
$CH_3CHO + [O] \xrightarrow{K_2Cr_2O_7 + H_2SO_4} CH_3COOH$
एसिटाल्डिहाइड $\rightarrow$ एसिटिक एसिड

(A) $Hell-Volhard-Zelinsky$ $(HVZ)$ अभिक्रिया $\alpha$-हेलोकार्बोक्सिलिक एसिड,जैसे कि $\alpha$-क्लोरोएसेटिक एसिड बनाने के लिए सबसे उपयुक्त विधि है,जिसमें $\alpha$-हाइड्रोजन युक्त कार्बोक्सिलिक एसिड की अभिक्रिया लाल फास्फोरस की उपस्थिति में $Cl_2$ या $Br_2$ के साथ कराई जाती है।

(C) टोल्यूनि को क्षारीय $KMnO_4$ (जिसके बाद अम्लीकरण किया जाता है) या अम्लीय $KMnO_4$ या अम्लीय $K_2Cr_2O_7$ जैसे मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों का उपयोग करके बेंजोइक एसिड में ऑक्सीकृत किया जा सकता है।
क्षारीय $KMnO_4$ और अम्लीय $KMnO_4$ दोनों ही इस परिवर्तन के लिए प्रभावी अभिकर्मक हैं।
इसलिए,सही उत्तर $A$ और $B$ दोनों है।

(C) क्षारीय $KMnO_4$ के साथ एल्किलबेन्जीन के ऑक्सीकरण के दौरान,पूरी पार्श्व श्रृंखला (side chain) एक कार्बोक्सिल समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकृत हो जाती है,चाहे पार्श्व श्रृंखला की लंबाई कुछ भी हो,बशर्ते कि बेन्ज़िलिक कार्बन के पास कम से कम एक हाइड्रोजन परमाणु हो। इस अभिक्रिया में,एथिलबेन्जीन का ऑक्सीकरण होकर बेन्जोइक अम्ल प्राप्त होता है।

(D) $1$. प्रकाश $(h\nu)$ और ऊष्मा $(\Delta)$ की उपस्थिति में टोल्यूनि का क्लोरीनीकरण करने पर बेंज़ोट्राइक्लोराइड $(C_6H_5CCl_3)$ बनता है।
$2$. जब बेंज़ोट्राइक्लोराइड को जलीय $NaOH$ के साथ उपचारित किया जाता है,तो तीन क्लोरीन परमाणु हाइड्रॉक्सिल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित होकर एक अस्थिर मध्यवर्ती,फेनिलमेथेनट्रायोल $(C_6H_5C(OH)_3)$ बनाते हैं।
$3$. यह मध्यवर्ती पानी का एक अणु खोकर बेंज़ोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ बनाता है,जो अतिरिक्त $NaOH$ की उपस्थिति में सोडियम बेंज़ोएट $(C_6H_5COONa)$ के रूप में मौजूद होता है। अम्लीकरण के बाद,यह बेंज़ोइक एसिड देता है।

(A) एक अतिरिक्त कार्बन परमाणु वाले कार्बोक्सिलिक एसिड में अल्कोहल का रूपांतरण निम्नलिखित चरणों द्वारा होता है:
$1$. अल्कोहल का अल्काइल ब्रोमाइड में रूपांतरण: $R-CH_2-CH_2OH \xrightarrow{PBr_3} R-CH_2-CH_2Br$
$2$. साइनाइड के साथ न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन: $R-CH_2-CH_2Br \xrightarrow{KCN} R-CH_2-CH_2CN$
$3$. नाइट्राइल का अम्लीय जल-अपघटन: $R-CH_2-CH_2CN \xrightarrow{H_3O^+} R-CH_2-CH_2COOH$
अतः,अभिकर्मकों का सही क्रम $PBr_3, KCN, H_3O^+$ है।

(B) शुद्ध एसिटिक एसिड का हिमांक (freezing point) $16.6 \ ^{\circ}C$ होता है।
इसे एसिटिक एसिड को ठंडा करके क्रिस्टलीकृत करने,क्रिस्टलों को अलग करने और फिर उन्हें पिघलाकर प्राप्त किया जाता है।

(A) चरण $1$: $Na/C_2H_5OH$ के साथ एसीटोनिट्राइल $(CH_3CN)$ का अपचयन (मेंडियस अपचयन) करने पर एथिलएमीन $(A)$ प्राप्त होता है:
$CH_3CN + 4[H] \xrightarrow{Na/C_2H_5OH} CH_3CH_2NH_2$ $(A)$.
चरण $2$: एथिलएमीन $(A)$ की नाइट्रस अम्ल $(HNO_2)$ के साथ अभिक्रिया से एथेनॉल $(B)$ प्राप्त होता है:
$CH_3CH_2NH_2 + HNO_2 \rightarrow CH_3CH_2OH + N_2 + H_2O$ $(B)$.
चरण $3$: पोटेशियम डाइक्रोमेट $(Cr_2O_7^{2-}/H^+)$ के साथ एथेनॉल $(B)$ का ऑक्सीकरण करने पर एसिटिक अम्ल $(C)$ प्राप्त होता है:
$CH_3CH_2OH \xrightarrow{[O]} CH_3COOH$ $(C)$.

(A) पाइरुविक अम्ल का संश्लेषण एसिटाल्डिहाइड की हाइड्रोजन सायनाइड के साथ अभिक्रिया द्वारा एसिटाल्डिहाइड सायनोहाइड्रिन बनाने से होता है।
$CH_3CHO + HCN \to CH_3CH(OH)CN$
सायनोहाइड्रिन के जल-अपघटन से लैक्टिक अम्ल प्राप्त होता है।
$CH_3CH(OH)CN + 2H_2O \to CH_3CH(OH)COOH + NH_3$
अंत में,लैक्टिक अम्ल में मौजूद द्वितीयक अल्कोहल समूह के ऑक्सीकरण से पाइरुविक अम्ल प्राप्त होता है।
$CH_3CH(OH)COOH + [O] \to CH_3COCOOH + H_2O$

(D) जब एल्काइल बेंजीन (जैसे एथिल बेंजीन) को क्षारीय $KMnO_4$ जैसे प्रबल ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ उपचारित किया जाता है,तो एल्काइल साइड चेन का ऑक्सीकरण होकर बेंजीन रिंग से जुड़ा एक कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ बनता है। इसके लिए शर्त यह है कि बेंजिलिक कार्बन के पास कम से कम एक हाइड्रोजन परमाणु होना चाहिए।
एथिल बेंजीन $(C_6H_5-CH_2-CH_3)$ के मामले में,बेंजिलिक कार्बन के पास दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं,इसलिए इसका ऑक्सीकरण होकर बेंजोइक एसिड $(C_6H_5-COOH)$ बनता है।

(A) अल्कोहल का एक अतिरिक्त कार्बन परमाणु वाले कार्बोक्सिलिक एसिड में रूपांतरण निम्नलिखित चरणों द्वारा होता है:
$1$. अल्कोहल का अल्काइल ब्रोमाइड में रूपांतरण: $RCH_2CH_2OH \xrightarrow{PBr_3} RCH_2CH_2Br$
$2$. सायनाइड के साथ न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन: $RCH_2CH_2Br \xrightarrow{KCN} RCH_2CH_2CN$
$3$. नाइट्राइल का अम्लीय जल-अपघटन: $RCH_2CH_2CN \xrightarrow{H_3O^{+}} RCH_2CH_2COOH$
अतः,सही अनुक्रम $X$ $\xrightarrow{PBr_3}$ $\xrightarrow{KCN}$ $\xrightarrow{H_3O^{+}} Y$ है।

(C) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$1$. $X$ $Toluene$ $(C_6H_5CH_3)$ है।
$2$. $Toluene$ प्रकाश की उपस्थिति में $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया करके $Benzotrichloride$ $(C_6H_5CCl_3)$ बनाता है।
$3$. $Benzotrichloride$ का जल-अपघटन होने पर $Benzoic \ acid$ $(C_6H_5COOH)$ प्राप्त होता है।
अतः,$X$ $Toluene$ है और $Y$ $Benzoic \ acid$ है।

(B) $1.$ $Br_2$ और $\text{Red } P$ का उपयोग करके एसिटिक एसिड का $\alpha$-ब्रोमिनेशन ($HVZ$ अभिक्रिया): $CH_3COOH \xrightarrow{Br_2/\text{Red } P} BrCH_2COOH$.
$2.$ $KCN$ का उपयोग करके ब्रोमीन परमाणु का साइनो समूह द्वारा प्रतिस्थापन: $BrCH_2COOH \xrightarrow{KCN} NCCH_2COOH$.
$3.$ साइनो समूह का कार्बोक्सिल समूह में अम्लीय जलअपघटन: $NCCH_2COOH \xrightarrow{H_3O^{+}} HOOCCH_2COOH$ (मैलोनिक एसिड)।

(B) $2,2-$डाइमिथाइलप्रोपेनोइक एसिड $(CH_3)_3CCOOH$ है।
इसके संश्लेषण के लिए,हमें एक तृतीयक अल्काइल हैलाइड अग्रदूत,विशेष रूप से $2-$ब्रोमो$-2-$मिथाइलप्रोपेन $(CH_3)_3CBr$ की आवश्यकता है।
एसीटोन $(CH_3)_2C=O$ से शुरू करते हुए:
$1.$ $CH_3MgBr$ और उसके बाद $H^+$ के साथ अभिक्रिया $2-$मिथाइलप्रोपेन$-2-$ओल $(CH_3)_3COH$ देती है।
$2.$ $SOBr_2$ के साथ अभिक्रिया अल्कोहल को $2-$ब्रोमो$-2-$मिथाइलप्रोपेन $(CH_3)_3CBr$ में परिवर्तित करती है।
$3.$ $Et_2O$ में $Mg$ के साथ अभिक्रिया ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(CH_3)_3CMgBr$ बनाती है।
$4.$ $CO_2$ और उसके बाद $H^+$ के साथ अभिक्रिया $2,2-$डाइमिथाइलप्रोपेनोइक एसिड $(CH_3)_3CCOOH$ देती है।
अतः,विकल्प $B$ सही संश्लेषण है।

(D) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1.$ अपचयन: $CH_3-CH(CH_3)-COOH \xrightarrow{LiAlH_4/H_3O^{+}} CH_3-CH(CH_3)-CH_2OH$ $(I)$
$2.$ ब्रोमीनीकरण: $CH_3-CH(CH_3)-CH_2OH \xrightarrow{PBr_3} CH_3-CH(CH_3)-CH_2Br$ $(II)$
$3.$ ग्रिग्नार्ड निर्माण: $CH_3-CH(CH_3)-CH_2Br \xrightarrow{Mg/ether} CH_3-CH(CH_3)-CH_2MgBr$ $(III)$
$4.$ कार्बोक्सिलीकरण: $CH_3-CH(CH_3)-CH_2MgBr \xrightarrow{CO_2} CH_3-CH(CH_3)-CH_2COOMgBr$ $(IV)$
$5.$ जल-अपघटन: $CH_3-CH(CH_3)-CH_2COOMgBr \xrightarrow{H_3O^{+}} CH_3-CH(CH_3)-CH_2COOH$ $(V)$
अंतिम उत्पाद $V$ $3$-मिथाइल ब्यूटेनॉइक अम्ल है।

(D) प्राथमिक अल्कोहल $(R-CH_2OH)$ का कार्बोक्सिलिक एसिड $(R-COOH)$ में रूपांतरण के लिए एक प्रबल ऑक्सीकरण एजेंट की आवश्यकता होती है।
$PCC$ (पिरिडिनियम क्लोरोक्रोमेट) एक मंद ऑक्सीकरण एजेंट है जो ऑक्सीकरण को एल्डिहाइड चरण पर ही रोक देता है।
निर्जल $CrO_3$ भी आमतौर पर प्राथमिक अल्कोहल को एल्डिहाइड में ऑक्सीकृत करता है।
$Cu/573 \ K$ का उपयोग प्राथमिक अल्कोहल के विहाइड्रोजनीकरण द्वारा एल्डिहाइड प्राप्त करने के लिए किया जाता है।
$KMnO_4/H^{\oplus}$ एक प्रबल ऑक्सीकरण एजेंट है जो प्राथमिक अल्कोहल को सीधे कार्बोक्सिलिक एसिड में परिवर्तित कर देता है।

(C) प्रोपाइन $(CH_3-C \equiv CH)$ की ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(CH_3MgBr)$ के साथ अभिक्रिया एक अम्ल-क्षार अभिक्रिया है।
टर्मिनल एल्काइन्स में अम्लीय हाइड्रोजन होता है,जो ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक के साथ अभिक्रिया करके एल्काइनाइल मैग्नीशियम ब्रोमाइड और मीथेन $(CH_4)$ बनाता है।
$CH_3-C \equiv CH + CH_3MgBr \rightarrow CH_3-C \equiv C-MgBr + CH_4$
यहाँ,$(A)$ $CH_3-C \equiv C-MgBr$ है।
इसके बाद,$(A)$ की $CO_2$ के साथ अभिक्रिया और फिर अम्लीय जल-अपघटन $(H_2O/H^+)$ ग्रिग्नार्ड अभिकर्मकों से कार्बोक्सिलिक अम्ल तैयार करने की एक मानक विधि है।
$CH_3-C \equiv C-MgBr + CO_2 \rightarrow CH_3-C \equiv C-COOMgBr$
$CH_3-C \equiv C-COOMgBr + H_2O/H^+ \rightarrow CH_3-C \equiv C-COOH + Mg(OH)Br$
अतः,$(B)$ ब्यूट$-2-$आइनोइक अम्ल $(CH_3-C \equiv C-COOH)$ है।

(C) सबस्ट्रेट $1$-ब्रोमोएडामेंटेन है,जो एक तृतीयक ब्रिजहेड हैलाइड है।
विधि $2$ में $NaCN$ के साथ $S_N2$ अभिक्रिया शामिल है। ब्रिजहेड कार्बन पर $S_N2$ अभिक्रियाएं अत्यंत कठिन हैं क्योंकि न्यूक्लियोफाइल पीछे से आक्रमण नहीं कर सकता है,और संक्रमण अवस्था में $sp^2$-संकरित ब्रिजहेड कार्बन की आवश्यकता होगी,जो ब्रेड्ट के नियम द्वारा निषिद्ध है।
विधि $1$ में ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(RMgBr)$ का निर्माण शामिल है। हालांकि ब्रिजहेड कार्बन पर ग्रिग्नार्ड अभिकर्मकों का निर्माण धीमा है,लेकिन यह सामान्य रूप से संभव है। इसके बाद ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक की $CO_2$ के साथ अभिक्रिया कार्बोक्सिलिक एसिड तैयार करने की एक मानक विधि है।
इसलिए,विधि $1$ उपयुक्त है,जबकि विधि $2$ नहीं है।

(B) बेंज़ोट्राइक्लोराइड $(Ph-CCl_3)$ की मिल्क ऑफ लाइम $(Ca(OH)_2)$ के साथ अभिक्रिया में ट्राइक्लोरोमिथाइल समूह का जल-अपघटन होता है।
सबसे पहले,तीन क्लोरीन परमाणु हाइड्रॉक्सिल समूहों द्वारा प्रतिस्थापित होकर एक अस्थाई मध्यवर्ती,फेनिलमेथेनट्रायोल $(Ph-C(OH)_3)$ बनाते हैं।
यह मध्यवर्ती पानी के एक अणु $(-H_2O)$ को खोकर निर्जलीकरण (dehydration) से गुज़रता है और बेंज़ोइक अम्ल $(Ph-COOH)$ बनाता है।

(B) चरण $1$: अल्कोहल $CH_3-(CH_2)_3-OH$ ट्राईएथिलएमाइन $(Et_3N)$ की उपस्थिति में मेथेनसल्फोनिल क्लोराइड $(CH_3SO_2Cl)$ के साथ अभिक्रिया करके एक अच्छा लिविंग ग्रुप,मेसिलेट $(A)$ बनाता है,जो $CH_3-(CH_2)_3-OSO_2CH_3$ है।
चरण $2$: मेसिलेट $(A)$,$K^{14}CN$ के साथ $S_N2$ अभिक्रिया करता है। $^{14}CN^-$ न्यूक्लियोफाइल प्राथमिक कार्बन पर आक्रमण करता है और मेसिलेट समूह को विस्थापित करके नाइट्राइल $(B)$ बनाता है,जो $CH_3-(CH_2)_3-^{14}CN$ है।
चरण $3$: नाइट्राइल $(B)$ का अम्ल-उत्प्रेरित जल-अपघटन $(H_3O^{\oplus})$ करने पर संगत कार्बोक्सिलिक अम्ल $(C)$ प्राप्त होता है,जो $CH_3-(CH_2)_3-^{14}COOH$ है।

(B) एसिटोफेनोन $(PhCOCH_3)$ की $NaNO_2/HCl$ के साथ अभिक्रिया से एक आइसोनाइट्रोसो यौगिक (ऑक्सिम),$PhCOCH=NOH$ (उत्पाद $A$) बनता है।
ऑक्सिम को एसिटिक एनहाइड्राइड $(Ac_2O)$ के साथ उपचारित करके गर्म करने पर निर्जलीकरण होता है और नाइट्राइल,$PhCOCN$ (उत्पाद $B$) प्राप्त होता है।
अंत में,नाइट्राइल समूह $(CN)$ के अम्ल-उत्प्रेरित जल-अपघटन से कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(COOH)$ प्राप्त होता है,जिससे अंतिम उत्पाद $PhCOCO_2H$ (उत्पाद $C$) बनता है।

(D) जब $1, 1, 1-$ट्राइक्लोरोप्रोपेन $(CH_3-CH_2-CCl_3)$ को जलीय $KOH$ के साथ उपचारित किया जाता है,तो एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया होती है। तीन क्लोरीन परमाणु तीन हाइड्रॉक्सिल $(-OH)$ समूहों द्वारा प्रतिस्थापित हो जाते हैं,जिससे एक अस्थिर मध्यवर्ती जेम-ट्रायोल बनता है। यह मध्यवर्ती तुरंत पानी का एक अणु खोकर प्रोपियोनिक एसिड (प्रोपेनोइक एसिड) बनाता है।
अभिक्रिया:
$CH_3-CH_2-CCl_3 + 3KOH_{(aq)}$ $\rightarrow [CH_3-CH_2-C(OH)_3] + 3KCl$ $\rightarrow CH_3-CH_2-COOH + H_2O$

(D) नाइट्राइल्स $(CH_3-CN)$ की तनु अम्ल $(H_2O/H^{+})$ और ऊष्मा $(\Delta)$ के साथ अभिक्रिया पूर्ण जल-अपघटन का परिणाम देती है,जिससे कार्बोक्सिलिक अम्ल $(CH_3-COOH)$ और अमोनियम आयन $(NH_4^+)$ बनते हैं।
एमाइड $(CH_3-CONH_2)$ का निर्माण एक मध्यवर्ती चरण है और इन स्थितियों में यह अंतिम उत्पाद नहीं है।
अतः,यह अभिक्रिया गलत तरीके से लिखी गई है।

(A) प्रारंभिक पदार्थ $1-$ब्रोमो-$3-$नाइट्रोबेन्ज़ीन है।
चरण $1$: शुष्क ईथर में $Mg$ के साथ अभिक्रिया करने पर ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक,$3-$नाइट्रोफेनिल मैग्नीशियम ब्रोमाइड $(A)$ बनता है।
चरण $2$: ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $CO_2$ के साथ अभिक्रिया करता है और उसके बाद अम्लीय जल-अपघटन $(H_3O^+)$ द्वारा उस स्थान पर कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह बनाता है जहाँ $MgBr$ जुड़ा था।
अतः,उत्पाद $B$,$3-$नाइट्रोबेन्ज़ोइक अम्ल है।

(B) केन शुगर $(C_{12}H_{22}O_{11})$ की सांद्र नाइट्रिक एसिड $(HNO_3)$ के साथ अभिक्रिया में नाइट्रिक एसिड एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है और ऑक्सेलिक एसिड बनाता है।
संतुलित रासायनिक समीकरण:
$C_{12}H_{22}O_{11} + 18[O] \xrightarrow{conc. HNO_3} 6(COOH)_2 + 5H_2O$
अतः,मुख्य उत्पाद ऑक्सेलिक एसिड है।

(D) अभिक्रिया इस प्रकार होती है:
$1$. साइक्लोप्रोपाइल ब्रोमाइड $Et_2O$ की उपस्थिति में $Mg$ के साथ अभिक्रिया करके ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक,साइक्लोप्रोपाइलमैग्नीशियम ब्रोमाइड $(C_3H_5MgBr)$ बनाता है।
$2$. इसके बाद ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $CO_2$ के साथ न्यूक्लियोफिलिक योगात्मक अभिक्रिया करके कार्बोक्सिलिक एसिड का मैग्नीशियम लवण बनाता है।
$3$. अंत में,$H_3O^+$ के साथ अम्लीय जलअपघटन द्वारा मैग्नीशियम लवण अंतिम उत्पाद,साइक्लोप्रोपेनकार्बोक्सिलिक एसिड $(C_3H_5COOH)$ में परिवर्तित हो जाता है।

(B) अम्लीय माध्यम में एसीटोनिट्राइल $(CH_3CN)$ का जलअपघटन दो चरणों में होता है:
$1$. एसीटामाइड $(CH_3CONH_2)$ बनाने के लिए आंशिक जलअपघटन।
$2$. एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ बनाने के लिए पूर्ण जलअपघटन।
अम्लीय माध्यम की उपस्थिति में अभिक्रिया इस प्रकार है:
$CH_3-CN + 2H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-COOH + NH_4^+$

(C) अभिक्रिया इस प्रकार होती है:
$1$. $R - X + KCN \xrightarrow{\text{alcoholic}} R - CN + KX$ (एल्किल सायनाइड $A$ बनाने के लिए न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन)।
$2$. $R - CN + 2H_2O \xrightarrow{H^\oplus/\Delta} R - COOH + NH_3$ (कार्बोक्सिलिक अम्ल $B$ बनाने के लिए सायनाइड का अम्लीय जलअपघटन)।
अतः,अंतिम उत्पाद $(B)$ कार्बोक्सिलिक अम्ल है।

(B) $1$. $THF$ में $1 \text{ mole}$ $Mg$ के साथ $1$-ब्रोमो-$4$-क्लोरोबेंजीन की अभिक्रिया $Br$ स्थिति पर ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक बनाती है क्योंकि $C-Br$ बंध $C-Cl$ बंध की तुलना में कमजोर होता है। अतः,$A$ $4$-क्लोरोफेनिलमैग्नीशियम ब्रोमाइड है।
$2$. ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(A)$ $CO_2$ के साथ अभिक्रिया करके मैग्नीशियम कार्बोक्सिलेट मध्यवर्ती $(B)$ बनाता है,जो $4$-क्लोरोफेनिलमैग्नीशियम कार्बोक्सिलेट है।
$3$. मध्यवर्ती $B$ का अम्लीय जलअपघटन $(H^+)$ अंतिम उत्पाद $C$ के रूप में $4$-क्लोरोबेंजोइक एसिड देता है।

(A) अम्लीय $KMnO_4$ के साथ टोल्यूनि का ऑक्सीकरण एक मानक अभिक्रिया है जिसका उपयोग एरोमैटिक वलय की अल्काइल पार्श्व श्रृंखला को कार्बोक्सिलिक एसिड समूह में बदलने के लिए किया जाता है।
बेंजीन वलय से जुड़े मिथाइल समूह $(-CH_3)$ का ऑक्सीकरण होकर कार्बोक्सिल समूह $(-COOH)$ बनता है।
अभिक्रिया: $C_6H_5CH_3 + [O] \xrightarrow{KMnO_4/H^+} C_6H_5COOH$ (बेंजोइक एसिड)।

(C) अभिक्रिया इस प्रकार होती है:
$1$. $R-X + KCN (alc.) \rightarrow R-CN + KX$. यहाँ,$A$ एक एल्किल सायनाइड (नाइट्राइल) है।
$2$. $R-CN + 2H_2O \xrightarrow{dil. HCl} R-COOH + NH_4Cl$. तनु अम्ल की उपस्थिति में नाइट्राइल का जल-अपघटन करने पर कार्बोक्सिलिक अम्ल प्राप्त होता है।
अतः,$B$ एक कार्बोक्सिलिक अम्ल है।

(C) $1$. एथिल ब्रोमाइड $(C_2H_5Br)$ की $KCN$ के साथ अभिक्रिया एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
$2$. $C_2H_5Br + KCN \rightarrow C_2H_5CN + KBr$. यहाँ,$A$ एथिल साइनाइड $(C_2H_5CN)$ है।
$3$. एल्काइल साइनाइड $(R-CN)$ का जल-अपघटन कार्बोक्सिलिक एसिड $(R-COOH)$ देता है।
$4$. $C_2H_5CN + 2H_2O \xrightarrow{H^+} C_2H_5COOH + NH_3$.
$5$. उत्पाद $B$ प्रोपियोनिक एसिड $(C_2H_5COOH)$ है।

(A) एक अतिरिक्त कार्बन परमाणु वाले कार्बोक्सिलिक एसिड में अल्कोहल का रूपांतरण निम्नलिखित चरणों द्वारा होता है:
$1$. $PBr_3$ का उपयोग करके अल्कोहल का अल्काइल ब्रोमाइड में रूपांतरण: $R-CH_2CH_2OH + PBr_3 \rightarrow R-CH_2CH_2Br + H_3PO_3$.
$2$. नाइट्राइल बनाने के लिए $KCN$ के साथ न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन: $R-CH_2CH_2Br + KCN \rightarrow R-CH_2CH_2CN + KBr$.
$3$. कार्बोक्सिलिक एसिड बनाने के लिए नाइट्राइल का अम्लीय जल-अपघटन: $R-CH_2CH_2CN + 2H_2O + H^+ \rightarrow R-CH_2CH_2COOH + NH_4^+$.
अतः,सही अनुक्रम $PBr_3, KCN, H_3O^+$ है।

(C) अभिक्रिया इस प्रकार आगे बढ़ती है:
$1$. $NaBH_4$ एल्डिहाइड समूह $(-CHO)$ को प्राथमिक अल्कोहल $(-CH_2OH)$ में अपचयित करता है,बिना ट्रिपल बॉन्ड को प्रभावित किए। उत्पाद $hex-3-yn-1-ol$ है।
$2$. $PBr_3$ प्राथमिक अल्कोहल को अल्काइल ब्रोमाइड में परिवर्तित करता है: $CH_3-CH_2-C \equiv C-CH_2-CH_2-Br$.
$3$. $Mg / ether$ ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक बनाता है: $CH_3-CH_2-C \equiv C-CH_2-CH_2-MgBr$.
$4$. ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $CO_2$ के साथ अभिक्रिया करता है और उसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H_3O^+)$ द्वारा एक अतिरिक्त कार्बन परमाणु के साथ कार्बोक्सिलिक अम्ल बनाता है।
$5$. अंतिम उत्पाद $hept-4-ynoic$ अम्ल है,जो $CH_3-CH_2-C \equiv C-CH_2-CH_2-COOH$ संरचना के अनुरूप है।

(N/A) प्राथमिक अल्कोहल यौगिकों का ऑक्सीकरण: प्राथमिक अल्कोहल को पोटेशियम परमैंगनेट $(KMnO_4)$ (अम्लीय,क्षारीय या उदासीन माध्यम में),पोटेशियम डाइक्रोमेट $(K_2Cr_2O_7)$ (अम्लीय माध्यम में) या जोन्स अभिकर्मक $(CrO_3 + H_2SO_4)$ जैसे प्रबल ऑक्सीकरण एजेंटों का उपयोग करके कार्बोक्सिलिक अम्ल में ऑक्सीकृत किया जा सकता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$RCH_2OH \xrightarrow{[O]} RCOOH$
$(b)$ एल्डिहाइड यौगिकों का ऑक्सीकरण: एल्डिहाइड को टॉलेन अभिकर्मक जैसे हल्के ऑक्सीकरण एजेंट या $KMnO_4$ या $HNO_3$ जैसे प्रबल एजेंटों का उपयोग करके आसानी से कार्बोक्सिलिक अम्ल में ऑक्सीकृत किया जा सकता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$R-CHO \xrightarrow{[O]} RCOOH$

(N/A) ऐरोमैटिक कार्बोक्सिलिक अम्लों को ऐल्किल बेंजीन के क्रोमिक अम्ल या अम्लीय/क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट $(KMnO_4)$ के साथ तीव्र ऑक्सीकरण द्वारा तैयार किया जा सकता है।
$(a)$ यदि बेंजिलिक कार्बन परमाणु के पास कम से कम एक हाइड्रोजन परमाणु है,तो पार्श्व श्रृंखला (side chain) की लंबाई की परवाह किए बिना पूरी पार्श्व श्रृंखला का ऑक्सीकरण कार्बोक्सिल समूह $(-COOH)$ में हो जाता है।
$(b)$ प्राथमिक और द्वितीयक ऐल्किल समूहों का इस प्रकार कार्बोक्सिल समूह में ऑक्सीकरण हो जाता है।
$(c)$ यदि बेंजिलिक कार्बन परमाणु के पास कोई हाइड्रोजन परमाणु नहीं है (अर्थात तृतीयक ऐल्किल समूह),तो ऑक्सीकरण संभव नहीं है।
$(d)$ अभिक्रिया पोटैशियम लवण (जैसे,पोटैशियम बेंजोएट) के निर्माण के माध्यम से आगे बढ़ती है,जिसका अम्लीय जल-अपघटन $(H_3O^+)$ करने पर संबंधित ऐरोमैटिक कार्बोक्सिलिक अम्ल प्राप्त होता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$C_6H_5-CH_2-R$ $\xrightarrow[\Delta]{KMnO_4, KOH} C_6H_5-COOK$ $\xrightarrow{H_3O^+} C_6H_5-COOH$

(N/A) नाइट्राइल्स $(R-CN)$ के जल-अपघटन द्वारा कार्बोक्सिलिक अम्ल तैयार किए जा सकते हैं।
$1.$ नाइट्राइल्स का जल-अपघटन:
नाइट्राइल्स को पहले $H^{+}$ या $OH^{-}$ उत्प्रेरक की उपस्थिति में एमाइड में और फिर कार्बोक्सिलिक अम्ल में जल-अपघटित किया जाता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$R-C \equiv N + H_2O$ $\xrightarrow{H^{+} \text{ or } OH^{-}} R-CONH_2$ $\xrightarrow{H^{+} \text{ or } OH^{-}, H_2O} R-COOH + NH_3$
$2.$ अल्कोहल से निर्माण (नाइट्राइल्स के माध्यम से):
अल्कोहल को पहले एल्काइल हैलाइड में,फिर नाइट्राइल में और अंत में एक अतिरिक्त कार्बन परमाणु वाले कार्बोक्सिलिक अम्ल में परिवर्तित किया जा सकता है।
उदाहरण:
$CH_3OH$ $\xrightarrow{PCl_3} CH_3Cl$ $\xrightarrow{KCN} CH_3CN$ $\xrightarrow{H^{+}, \Delta, H_2O} CH_3COOH$ (एथेनोइक अम्ल)
नोट: अभिक्रिया की स्थितियों को नियंत्रित करके इस अभिक्रिया को एमाइड चरण पर रोका जा सकता है।

(N/A) एमाइड का अम्लीय या क्षारीय माध्यम में जल-अपघटन करने पर कार्बोक्सिलिक अम्ल प्राप्त होता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$RCONH_2 \xrightarrow{H_3O^{+}, \Delta} RCOOH + NH_3$
उदाहरण:
$CH_3CONH_2 \xrightarrow{H_3O^{+}, \Delta} CH_3COOH + NH_3$
अन्य उदाहरण:
$C_6H_5CONH_2 \xrightarrow{H_3O^{+}, \Delta} C_6H_5COOH + NH_3$

(N/A) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक कार्बन डाइऑक्साइड (शुष्क बर्फ) के साथ अभिक्रिया करके कार्बोक्सिलिक अम्ल के लवण बनाते हैं,जो खनिज अम्ल के साथ अम्लीकरण करने पर संगत कार्बोक्सिलिक अम्ल देते हैं।
सामान्य अभिक्रिया:
$R-Mg-X + O=C=O \xrightarrow{\text{dry ether}} R-COO^-Mg^+X$
$R-COO^-Mg^+X \xrightarrow{H_3O^+} RCOOH + Mg(OH)X$
उदाहरण $(i)$: मिथाइल ब्रोमाइड से एथेनोइक अम्ल का निर्माण:
$CH_3Br \xrightarrow{Mg, \text{dry ether}} CH_3MgBr$
$CH_3MgBr + CO_2 \xrightarrow{\text{dry ether}} CH_3COOMgBr$
$CH_3COOMgBr \xrightarrow{H_3O^+} CH_3COOH + Mg(OH)Br$
उदाहरण $(ii)$: ब्रोमोबेंजीन से बेंजोइक अम्ल का निर्माण:
$C_6H_5Br \xrightarrow{Mg, \text{dry ether}} C_6H_5MgBr$
$C_6H_5MgBr + CO_2 \xrightarrow{\text{dry ether}} C_6H_5COOMgBr$
$C_6H_5COOMgBr \xrightarrow{H_3O^+} C_6H_5COOH + Mg(OH)Br$

(N/A) अम्ल क्लोराइड यौगिकों से कार्बोक्सिलिक अम्ल:
$(i)$ अम्ल क्लोराइडों का जल के साथ जल-अपघटन करने पर कार्बोक्सिलिक अम्ल प्राप्त होते हैं।
$RCOCl + H_{2}O \longrightarrow RCOOH + HCl$
$(ii)$ एसिल क्लोराइडों का जलीय क्षार के साथ आसानी से जल-अपघटन होकर कार्बोक्सिलेट आयन प्राप्त होते हैं,जिनका अम्लीकरण करने पर संगत कार्बोक्सिलिक अम्ल प्राप्त होते हैं।
$RCOCl$ $\xrightarrow{OH^{-}, H_{2}O} RCOO^{-}$ $\xrightarrow{H_{3}O^{+}} RCOOH$
$(b)$ अम्ल एनहाइड्राइडों से कार्बोक्सिलिक अम्ल:
एनहाइड्राइडों का जल के साथ जल-अपघटन करने पर संगत अम्ल प्राप्त होते हैं।
$(i)$ $(CH_{3}CO)_{2}O + H_{2}O \longrightarrow 2CH_{3}COOH$ (एसेटिक एनहाइड्राइड $\longrightarrow$ एथेनोइक अम्ल)
$(ii)$ $(C_{6}H_{5}CO)_{2}O + H_{2}O \longrightarrow 2C_{6}H_{5}COOH$ (बेंजोइक एनहाइड्राइड $\longrightarrow$ बेंजोइक अम्ल)
$(iii)$ $C_{6}H_{5}CO-O-COCH_{3} + H_{2}O \longrightarrow C_{6}H_{5}COOH + CH_{3}COOH$ (बेंजोइक एथेनोइक एनहाइड्राइड $\longrightarrow$ बेंजोइक अम्ल + एसेटिक अम्ल)

(N/A) $(i)$ एस्टर का अम्लीय जल-अपघटन सीधे कार्बोक्सिलिक एसिड देता है जबकि क्षारीय जल-अपघटन कार्बोक्सिलेट देता है,जिसका अम्लीकरण करने पर संबंधित कार्बोक्सिलिक एसिड प्राप्त होता है।
$(ii)$ सामान्य अभिक्रिया:
$R-CO-OR' + H_2O \xrightarrow{H^+} RCOOH + R'OH$
$(iii)$ उदाहरण:
उदाहरण-$(i)$:
$C_6H_5COOC_2H_5 + H_2O \xrightarrow{H_3O^+} C_6H_5COOH + C_2H_5OH$
(एथिल बेंजोएट $\rightarrow$ बेंजोइक एसिड + एथेनॉल)
उदाहरण-$(ii)$:
$CH_3COOC_2H_5 + H_2O \xrightarrow{H_3O^+} CH_3COOH + C_2H_5OH$
(एथिल एसीटेट $\rightarrow$ एथेनोइक एसिड + एथेनॉल)

(C) यह अभिक्रिया क्षारीय $KMnO_4$ और उसके बाद अम्लीकरण $(H^+)$ का उपयोग करके बेंजीन रिंग से जुड़े एल्काइल समूह के ऑक्सीकरण को दर्शाती है।
क्षारीय $KMnO_4$ एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है जो एल्काइल साइड चेन (विशेष रूप से बेंजीन रिंग से जुड़े मिथाइल समूह) को कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकृत करता है।
दिए गए अभिकारक,$1$-मेथॉक्सी-$4$-मिथाइलबेंजीन में,पैरा स्थिति पर स्थित मिथाइल समूह $(-CH_3)$ कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकृत हो जाता है,जबकि मेथॉक्सी समूह $(-OCH_3)$ अप्रभावित रहता है।
इसलिए,उत्पाद $X$,$4$-मेथॉक्सीबेंज़ोइक एसिड है।

(C) यह अभिक्रिया बेंजीन वलय से जुड़े एक एल्काइल समूह (विशेष रूप से मिथाइल समूह) का कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकरण दर्शाती है।
क्षारीय $KMnO_4$ और उसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H^+)$ एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है जो एरोमैटिक वलय पर मौजूद एल्काइल साइड चेन को कार्बोक्सिलिक एसिड समूह में परिवर्तित कर देता है,बशर्ते कि उसमें कम से कम एक बेंजिलिक हाइड्रोजन परमाणु हो।
अतः,अभिकर्मक $A$ क्षारीय $KMnO_4$ और उसके बाद $H^+$ है।

(D) आइए प्रत्येक अभिक्रिया का विश्लेषण करें:
$(A)$ $CH_{3}CH_{2}COCH_{3}$,$OI^{-}$ के साथ हैलोफॉर्म अभिक्रिया करके प्रोपेनोइक अम्ल $(CH_{3}CH_{2}COOH)$ देता है।
$(B)$ $KMnO_{4}$ के साथ $CH_{3}CH_{2}CH_{3}$ का ऑक्सीकरण प्रोपेनोइक अम्ल दे सकता है।
$(C)$ $CH_{3}CH_{2}CCl_{3}$ का $OH^{-}$ के साथ जल-अपघटन और उसके बाद अम्लीकरण प्रोपेनोइक अम्ल $(CH_{3}CH_{2}COOH)$ देता है।
$(D)$ $CH_{3}CH_{2}CH_{2}Br$,$Mg$ के साथ अभिक्रिया करके ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(CH_{3}CH_{2}CH_{2}MgBr)$ बनाता है,जो $CO_{2}$ के साथ अभिक्रिया करने और उसके बाद जल-अपघटन करने पर ब्यूटेनोइक अम्ल $(CH_{3}CH_{2}CH_{2}COOH)$ देता है,न कि प्रोपेनोइक अम्ल।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(D) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(RMgX)$ की कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ के साथ अभिक्रिया एक नाभिकरागी (nucleophilic) योग अभिक्रिया है।
ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक का नाभिकरागी एल्किल समूह $(R^-)$,$CO_2$ के इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन परमाणु पर आक्रमण करता है।
इसके परिणामस्वरूप एक मध्यवर्ती कार्बोक्सिलेट लवण बनता है,जो $RCOO^{-}Mg^{+}X$ (जिसे $RCOOMgX$ के रूप में भी लिखा जाता है) है।
इस मध्यवर्ती के अम्लीय जल-अपघटन $(H_3O^{+})$ से संबंधित कार्बोक्सिलिक अम्ल $(RCOOH)$ प्राप्त होता है।

(C) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$1$. $4-$ब्रोमोटोल्यूइन गर्मी की उपस्थिति में $Cl_{2}$ के साथ अभिक्रिया करके $4-$ब्रोमोबेंज़िल क्लोराइड $(Br-C_{6}H_{4}-CH_{2}Cl)$ बनाता है।
$2$. यह उत्पाद फिर $CN^{-}$ के साथ अभिक्रिया करके $4-$ब्रोमोफेनिलएसीटोनिट्राइल $(Br-C_{6}H_{4}-CH_{2}CN)$ बनाता है।
$3$. अंत में,नाइट्राइल समूह के अम्ल-उत्प्रेरित जलअपघटन से $4-$ब्रोमोफेनिल एसिटिक एसिड $(Br-C_{6}H_{4}-CH_{2}COOH)$ प्राप्त होता है।
अतः,प्रारंभिक पदार्थ '$A$' $4-$ब्रोमोटोल्यूइन है।

(C) सही विकल्प $C$ है।
ब्रोमोबेंजीन शुष्क ईथर की उपस्थिति में $Mg$ के साथ अभिक्रिया करके ग्रिगनार्ड अभिकर्मक (फेनिलमैग्नीशियम ब्रोमाइड) बनाता है।
यह ग्रिगनार्ड अभिकर्मक फिर $CO_{2}$ के साथ अभिक्रिया करके एक मध्यवर्ती बनाता है,जिसका $\text{dil. } HCl$ के साथ जल-अपघटन करने पर बेंजोइक एसिड प्राप्त होता है।

(B) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. $C_2H_5Br$ अल्कोहलिक $KOH$ के साथ अभिक्रिया करके (डिहाइड्रोहैलोजनीकरण) एथीन $(CH_2=CH_2)$ बनाता है,जो उत्पाद $A$ है।
$2$. एथीन $(A)$,$CCl_4$ में $Br_2$ के साथ अभिक्रिया करके (इलेक्ट्रोफिलिक योगज अभिक्रिया) $1,2-$डाइब्रोमोएथेन $(BrCH_2-CH_2Br)$ बनाता है,जो उत्पाद $B$ है।
$3$. $1,2-$डाइब्रोमोएथेन $(B)$,आधिक्य में $KCN$ के साथ अभिक्रिया करके (नाभिकरागी प्रतिस्थापन) सक्सिनोनाइट्राइल $(NC-CH_2-CH_2-CN)$ बनाता है,जो उत्पाद $C$ है।
$4$. सक्सिनोनाइट्राइल $(C)$ का अम्लीय जलअपघटन $(H_3O^+)$ करने पर सक्सिनिक अम्ल $(HOOC-CH_2-CH_2-COOH)$ प्राप्त होता है,जो उत्पाद $D$ है।