Properties of Carboxylic Acids and Their Derivatives Questions in Gujarati

(A) એસિટિક એસિડ $(CH_3COOH)$ ની એમોનિયા $(NH_3)$ સાથેની પ્રક્રિયાથી શરૂઆતમાં એમોનિયમ એસિટેટ $(CH_3COONH_4)$ બને છે.
$CH_3COOH + NH_3 \rightarrow CH_3COONH_4$
ગરમ કરવા પર,એમોનિયમ એસિટેટ નિર્જલીકરણ (dehydration) પામીને એસીટામાઇડ $(CH_3CONH_2)$ બનાવે છે.
$CH_3COONH_4 \xrightarrow{\Delta} CH_3CONH_2 + H_2O$
તેથી,પ્રક્રિયાની અંતિમ નીપજ એસીટામાઇડ $(CH_3CONH_2)$ છે.

(C) આપેલ પ્રક્રિયામાં લાલ ફોસ્ફરસની હાજરીમાં $Cl_2$ અથવા $Br_2$ નો ઉપયોગ કરીને કાર્બોક્સિલિક એસિડના $\alpha$-કાર્બન પર હેલોજન ઉમેરવામાં આવે છે,ત્યારબાદ જળવિભાજન કરવામાં આવે છે.
આ વિશિષ્ટ પ્રક્રિયાને હેલ-વોલહાર્ડ-ઝેલિન્સ્કી $(HVZ)$ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તેનો ઉપયોગ $\alpha$-હેલો કાર્બોક્સિલિક એસિડ તૈયાર કરવા માટે થાય છે.

(A) પ્રક્રિયા શ્રેણી નીચે મુજબ છે:
$1$. એસિટિક એસિડ $(CH_3COOH)$ એ $NH_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને અને ત્યારબાદ ગરમ કરવાથી એસિટામાઇડ $(CH_3CONH_2)$ બનાવે છે.
$2$. એસિટામાઇડ પિરિડિનની હાજરીમાં બેન્ઝીનસલ્ફોનાઇલ ક્લોરાઇડ $(C_6H_5SO_2Cl)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $N$-એસિટાઇલબેન્ઝીનસલ્ફોનામાઇડ $(CH_3CONHSO_2C_6H_5)$ સાથે પાણી $(H_2O)$ અને હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ $(HCl)$ બનાવે છે.
$3$. પ્રક્રિયા છે: $CH_3CONH_2 + C_6H_5SO_2Cl \xrightarrow{Pyridine} CH_3CONHSO_2C_6H_5 + H_2O + HCl$.
$4$. આમ,$X = CH_3CONHSO_2C_6H_5$,$Y = H_2O$,અને $Z = HCl$.

(C) ઓક્ઝેલિક એસિડની સાંદ્ર $H_2SO_4$ સાથેની પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$(COOH)_2 \xrightarrow{conc. H_2SO_4} CO + CO_2 + H_2O$
વાયુમય મિશ્રણમાં $CO$ અને $CO_2$ હોય છે.
જ્યારે આ મિશ્રણને કોસ્ટિક પોટાશ $(KOH)$ માંથી પસાર કરવામાં આવે છે,ત્યારે $CO_2$ (એસિડિક વાયુ) શોષાય છે,જ્યારે $CO$ (તટસ્થ વાયુ) પસાર થઈ જાય છે.
$CO_2$ ની $KOH$ સાથેની પ્રક્રિયા:
$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$
આમ,બનતી નીપજ પોટેશિયમ કાર્બોનેટ $(K_2CO_3)$ છે.

(C) સેલિસિલિક એસિડમાંથી એસ્પિરિન (એસીટાઈલ સેલિસિલિક એસિડ) ની બનાવટમાં ફિનોલિક $-OH$ સમૂહનું એસીટાઈલેશન થાય છે.
આ પ્રક્રિયા સેલિસિલિક એસિડની એસિટિક એનહાઈડ્રાઈડ સાથે સાંદ્ર $H_2SO_4$ જેવા એસિડ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં કરવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા: $\text{Salicylic acid} + (CH_3CO)_2O \xrightarrow{Conc. H_2SO_4} \text{Aspirin} + CH_3COOH$.
તેથી,સાચો પ્રક્રિયક $(CH_3CO)_2O / \text{Conc. } H_2SO_4$ છે.

(B) સાંદ્ર $H_2SO_4$ સાથે $373 \ K$ તાપમાને ફોર્મિક એસિડ $(HCOOH)$ નું નિર્જલીકરણ કરવાથી પાણી $(H_2O)$ અને કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે.
પ્રક્રિયા: $HCOOH \xrightarrow{conc. H_2SO_4, 373 \ K} H_2O + CO$.
કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ માં,કાર્બન પરમાણુ $sp$ સંકરણ ધરાવે છે.
કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ એ તટસ્થ ઓક્સાઇડ છે.
તેથી,$Y$ $(CO)$ માં કાર્બનનું સંકરણ $sp$ છે અને તેની પ્રકૃતિ તટસ્થ છે.

(C) $NaHCO_3$ એ નિર્બળ બેઇઝ છે અને માત્ર કાર્બોનિક એસિડ $(H_2CO_3)$ કરતા વધુ એસિડિક સંયોજનો જ તેની સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CO_2$ વાયુ મુક્ત કરી શકે છે.
કાર્બોક્સિલિક એસિડ એ ફિનોલ અને એમાઇન કરતા વધુ એસિડિક હોય છે.
સંયોજન $(III)$ એ બેન્ઝોઇક એસિડ છે અને સંયોજન $(IV)$ એ $p$-નાઇટ્રોબેન્ઝોઇક એસિડ છે.
બંને $(III)$ અને $(IV)$ કાર્બોક્સિલિક એસિડ છે અને $NaHCO_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરવા માટે પૂરતા પ્રબળ છે.
સંયોજન $(I)$ એ એમાઇન-વિસ્થાપિત ફિનોલ છે અને સંયોજન $(II)$ એ ફિનોલ છે; બંને $H_2CO_3$ કરતા ઓછા એસિડિક છે અને $NaHCO_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરતા નથી.
તેથી,માત્ર $(III)$ અને $(IV)$ $NaHCO_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે.

(D) કાર્બોક્સિલિક એસિડની એસિડિકતા તેમના સંયુગ્મી બેઝની સ્થિરતાના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે,જે ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઇંગ ગ્રુપ ($-I$ અસર) દ્વારા વધે છે.
$pK_a$ એ એસિડિકતાના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
સંયોજનોની સરખામણી:
$II. CF_3COOH$ (ત્રણ અત્યંત વિદ્યુતઋણ $F$ પરમાણુઓને કારણે સૌથી પ્રબળ એસિડ)
$I. CCl_3COOH$ (પ્રબળ એસિડ,પરંતુ $Cl$ એ $F$ કરતા ઓછું વિદ્યુતઋણ છે)
$III. NO_2CH_2COOH$ ($IV$ કરતા પ્રબળ એસિડ કારણ કે $-NO_2$ એ $-CN$ કરતા વધુ મજબૂત ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઇંગ ગ્રુપ છે)
$IV. NCCH_2COOH$
એસિડિકતાનો ક્રમ: $II > I > III > IV$
$pK_a = -\log(K_a)$ હોવાથી,$pK_a$ નો ક્રમ એસિડિકતાના ક્રમથી ઉલટો છે:
$pK_a$ નો ક્રમ: $IV > III > I > II$
જે $(II) < (I) < (III) < (IV)$ ને અનુરૂપ છે.

(B) વિસ્થાપિત બેન્ઝોઈક એસિડની એસિડિક પ્રબળતા બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલા વિસ્થાપકોની ઇલેક્ટ્રોનિક અસરો પર આધાર રાખે છે.
$1$. $-NO_2$ સમૂહ એ પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ ($-I$ અને $-M$ અસરો) છે,જે કાર્બોક્સિલેટ આયનને સ્થિર કરે છે,જેનાથી એસિડિક પ્રબળતા વધે છે.
$2$. $-OCH_3$ સમૂહ એ ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહ ($+M$ અસર) છે,જે કાર્બોક્સિલેટ આયનને અસ્થિર કરે છે,જેનાથી એસિડિક પ્રબળતા ઘટે છે.
$3$. બેન્ઝોઈક એસિડ $(II)$ એ સંદર્ભ સંયોજન તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી,એસિડિક પ્રબળતાનો ક્રમ $p$-નાઈટ્રોબેન્ઝોઈક એસિડ $(I)$ > બેન્ઝોઈક એસિડ $(II)$ > $p$-મિથોક્સીબેન્ઝોઈક એસિડ $(III)$ છે.
સાચો ઘટતો ક્રમ $I > II > III$ છે.

(B) કાર્બોક્સિલિક એસિડની એસિડિક પ્રબળતા પ્રોટોન ગુમાવ્યા પછી બનતા કાર્બોક્સિલેટ આયનની સ્થિરતા દ્વારા નક્કી થાય છે.
$Cl$ જેવા ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઇંગ ગ્રુપ $(EWG)$ $-I$ અસર દ્વારા કાર્બોક્સિલેટ આયનને સ્થિર કરે છે,જેથી એસિડિક પ્રબળતા વધે છે.
$CH_3$ જેવા ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ ગ્રુપ $(EDG)$ આયનને અસ્થિર બનાવે છે,જેથી એસિડિક પ્રબળતા ઘટે છે.
આપેલા એસિડનું વિશ્લેષણ:
$(A)$ $CH_3COOH$: $CH_3$ ગ્રુપ ધરાવે છે જે $+I$ અસર દર્શાવે છે,તેથી તે સૌથી ઓછો એસિડિક છે.
$(B)$ $CH_3CHClCH_2COOH$: $\beta$-સ્થાન પર એક $Cl$ પરમાણુ ધરાવે છે. $-COOH$ ગ્રુપથી અંતરને કારણે $-I$ અસર નબળી છે.
$(C)$ $ClCH_2COOH$: $\alpha$-સ્થાન પર એક $Cl$ પરમાણુ ધરાવે છે. $(B)$ કરતા $-I$ અસર વધુ મજબૂત છે.
$(D)$ $Cl_2CHCOOH$: $\alpha$-સ્થાન પર બે $Cl$ પરમાણુ ધરાવે છે. સંયુક્ત $-I$ અસર સૌથી મજબૂત છે.
તેથી,એસિડિક પ્રબળતાનો ઘટતો ક્રમ: $D > C > B > A$ છે.

(C) પ્રક્રિયાનો ક્રમ નીચે મુજબ છે:
$1$. $CH_3 Cl + KCN \rightarrow CH_3 CN (A) + KCl$. અહીં,$A$ એ મિથાઈલ સાયનાઈડ (એસીટોનાઈટ્રાઈલ) છે.
$2$. $CH_3 CN + 2H_2 O \xrightarrow{H_3 O^{\oplus}} CH_3 COOH (B) + NH_3$. અહીં,$B$ એ ઈથેનોઈક એસિડ (એસિટિક એસિડ) છે.
$3$. $CH_3 COOH + C_2 H_5 OH \xrightarrow{H^{+}} CH_3 COOC_2 H_5 (C) + H_2 O$. આ એસ્ટરીકરણ પ્રક્રિયા છે,જ્યાં $C$ એ ઈથાઈલ ઈથેનોએટ (ઈથાઈલ એસિટેટ) છે.
આમ,સાચો ક્રમ $A = CH_3 CN, B = CH_3 CO_2 H, C = CH_3 CO_2 C_2 H_5$ છે.

(C) કાર્બોક્સિલિક એસિડની એસિડિકતા તેના સંયુગ્મી બેઇઝ (કાર્બોક્સિલેટ આયન) ની સ્થિરતા અને $-COOH$ સમૂહ સાથે જોડાયેલા વિસ્થાપિત સમૂહની પ્રેરક અસર (inductive effect) પર આધાર રાખે છે.
$CH_3COOH$ (એસેટિક એસિડ) અને $CH_3CH_2COOH$ (પ્રોપિયોનિક એસિડ) માં,આલ્કાઇલ સમૂહો $+I$ અસર દર્શાવે છે,જે સંયુગ્મી બેઇઝને અસ્થિર બનાવે છે.
$CH_2=CH-COOH$ (એક્રિલિક એસિડ) માં,$sp^2$ સંકરણ ધરાવતો કાર્બન $-I$ અસર દર્શાવે છે,જે તેને સંતૃપ્ત એલિફેટિક એસિડ કરતા વધુ પ્રબળ બનાવે છે.
$C_6H_5COOH$ (બેન્ઝોઇક એસિડ) માં,ફિનાઇલ સમૂહ $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે અને તે પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન-આકર્ષક અસર ($-I$ અસર) તેમજ કાર્બોક્સિલેટ આયનનું સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયીકરણ કરે છે,જે તેને આપેલા વિકલ્પોમાં સૌથી પ્રબળ એસિડ બનાવે છે.

(A) કાર્બોક્સિલિક એસિડની એસિડિકતા તેના $pK_a$ મૂલ્યના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
$pK_a = -\log(K_a)$.
વધારે $pK_a$ મૂલ્ય એ ઓછું $K_a$ મૂલ્ય સૂચવે છે,જેનો અર્થ છે કે એસિડ નિર્બળ છે.
આપેલા મૂલ્યોની સરખામણી કરતા: $1.28 < 2.56 < 4.76 < 4.89$.
$4.89$ એ સૌથી વધુ $pK_a$ મૂલ્ય હોવાથી,$pK_a = 4.89$ ધરાવતો કાર્બોક્સિલિક એસિડ સૌથી નિર્બળ એસિડ છે.

(C) એસિડની પ્રબળતા તેના $pK_a$ મૂલ્યના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
ગાણિતિક રીતે,$pK_a = -\log(K_a)$.
વધુ પ્રબળ એસિડનું $K_a$ મૂલ્ય વધારે હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તેનું $pK_a$ મૂલ્ય ઓછું હોય છે.
આપેલા મૂલ્યોની સરખામણી કરતા: $0.23 < 3.41 < 4.19 < 4.76$.
તેથી,સૌથી નાનું $pK_a$ મૂલ્ય $0.23$ એ સૌથી પ્રબળ કાર્બોક્સિલિક એસિડ દર્શાવે છે.

(C) જ્યારે ક્લોરોફોર્મ $(CHCl_3)$ ને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ $(NaOH)$ ના જલીય દ્રાવણ સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે,ત્યારે તેનું જળવિભાજન થાય છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $CHCl_3 + 4NaOH \rightarrow HCOONa + 3NaCl + 2H_2O$.
બનતી નીપજ સોડિયમ ફોર્મેટ $(HCOONa)$ છે.

(C) આલ્કોહોલ $(R-OH)$ ની $PCl_5$ સાથેની પ્રક્રિયાથી આલ્કાઈલ ક્લોરાઈડ $(R-Cl)$ મળે છે:
$C_2 H_5 OH + PCl_5 \rightarrow C_2 H_5 Cl + POCl_3 + HCl$
આમ,$X$ એ $C_2 H_5 OH$ છે.
કાર્બોક્સિલિક એસિડ $(R-COOH)$ ની $PCl_5$ સાથેની પ્રક્રિયાથી એસિડ ક્લોરાઈડ $(R-COCl)$ મળે છે:
$CH_3 CO_2 H + PCl_5 \rightarrow CH_3 COCl + POCl_3 + HCl$
આમ,$Y$ એ $CH_3 CO_2 H$ છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(C) પ્રતિક્રિયા શ્રેણીમાં એસ્ટર $G$ $(C_6H_{12}O_2)$ નું આલ્કલાઇન જળવિભાજન (સેપોનિફિકેશન) થઈને આલ્કોહોલ $(H)$ અને કાર્બોક્સિલેટ ક્ષાર બને છે,જે એસિડિફિકેશન પછી કાર્બોક્સિલિક એસિડ $(I)$ આપે છે.
ત્યારબાદ $H$ નું $CrO_3/H^+$ દ્વારા ઓક્સિડેશન થઈને સમાન કાર્બોક્સિલિક એસિડ $(I)$ બને છે.
આ સૂચવે છે કે આલ્કોહોલ $H$ એ પ્રાથમિક આલ્કોહોલ છે,જે સમાન કાર્બન સંખ્યા ધરાવતા કાર્બોક્સિલિક એસિડમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે.
વિકલ્પ $C$ એ $CH_3CH_2COOCH_2CH_2CH_3$ (પ્રોપાઇલ પ્રોપિયોનેટ) છે.
જળવિભાજન: $CH_3CH_2COOCH_2CH_2CH_3 + OH^- \rightarrow CH_3CH_2COO^- + CH_3CH_2CH_2OH$.
એસિડિફિકેશન: $CH_3CH_2COO^- + H^+ \rightarrow CH_3CH_2COOH$ (પ્રોપેનોઇક એસિડ).
$H$ $(CH_3CH_2CH_2OH)$ નું ઓક્સિડેશન: $CH_3CH_2CH_2OH \xrightarrow{CrO_3/H^+} CH_3CH_2COOH$.

(C) આયોડોફોર્મ કસોટી એવા સંયોજનો દ્વારા આપવામાં આવે છે જેમાં $CH_{3}CO-$ સમૂહ અથવા $CH_{3}CH(OH)-$ સમૂહ હોય છે.
$CH_{3}CH(OH)CH_{2}CH_{3}$ એ દ્વિતીયક આલ્કોહોલ છે જેમાં $CH_{3}CH(OH)-$ સમૂહ હોવાથી તે કસોટી આપે છે.
$CH_{3}COOH$ (એસેટિક એસિડ) એ કાર્બોક્સિલિક એસિડ છે.
એસેટિક એસિડમાં સૌથી વધુ એસિડિક પ્રોટોન ઓક્સિજન પરમાણુ સાથે જોડાયેલ હોય છે $(COOH)$.
હેલોફોર્મ પ્રતિક્રિયા માટે મિથાઈલ કીટોન સમૂહ $(CH_{3}CO-)$ માંથી $\alpha$-હાઈડ્રોજન પરમાણુનું ડિપ્રોટોનેશન જરૂરી છે.
$CH_{3}COOH$ માં મિથાઈલ કીટોન સમૂહ ન હોવાથી,તે આયોડોફોર્મ પ્રતિક્રિયા આપતું નથી.

(A) આપેલી પ્રક્રિયા એ પર્કિન કન્ડેન્સેશન (Perkin condensation) નું એક સ્વરૂપ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,એરોમેટિક આલ્ડિહાઇડ $(PhCHO)$ એ સંબંધિત એસિડના સોડિયમ ક્ષાર $(CH_3CH_2COONa)$ ની હાજરીમાં એસિડ એનહાઇડ્રાઇડ $((CH_3CH_2CO)_2O)$ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે.
એનહાઇડ્રાઇડનો $\alpha$-હાઇડ્રોજન બેઝ દ્વારા દૂર થાય છે અને કાર્બેનિયન બનાવે છે,જે પછી આલ્ડિહાઇડના કાર્બોનિલ કાર્બન પર હુમલો કરે છે.
નિર્જલીકરણ અને જળવિભાજન પછી,અંતિમ નીપજ $\alpha,\beta$-અસંતૃપ્ત કાર્બોક્સિલિક એસિડ મળે છે.
$PhCHO$ અને પ્રોપિયોનિક એનહાઇડ્રાઇડ $((CH_3CH_2CO)_2O)$ માટે,મળતી નીપજ $Ph-CH=C(CH_3)-COOH$ ($2$-મિથાઈલ$-3-$ફિનાઈલપ્રોપ$-2-$ઈનોઈક એસિડ) છે.

(A) ડાયકાર્બોક્સિલિક એસિડની એસિડિક પ્રબળતા બે કાર્બોક્સિલ સમૂહો વચ્ચેના અંતર પર આધાર રાખે છે.
જેમ બે $-COOH$ સમૂહો વચ્ચેનું અંતર ઘટે છે,તેમ એક કાર્બોક્સિલ સમૂહની બીજા પરની ઇન્ડક્ટિવ અસર ($-I$ અસર) વધે છે,જે સંયુગ્મી બેઝને સ્થિર કરે છે અને એસિડિકતા વધારે છે.
બંધારણોની સરખામણી:
$I$: એડિપિક એસિડ,$HOOC-(CH_2)_4-COOH$ (સમૂહો વચ્ચે સૌથી લાંબી શૃંખલા)
$IV$: ગ્લુટેરિક એસિડ,$HOOC-(CH_2)_3-COOH$
$II$: મિથાઈલમેલોનિક એસિડ,$CH_3-CH(COOH)_2$ (સમૂહો પાસપાસેના કાર્બન પર છે)
$III$: ઓક્ઝેલિક એસિડ,$HOOC-COOH$ (સમૂહો સીધા જોડાયેલા છે)
કાર્બોક્સિલ સમૂહો વચ્ચેના વધતા અંતર મુજબ ક્રમ: $III < II < IV < I$.
તેથી,વધતી જતી એસિડિક પ્રબળતાનો ક્રમ $I < IV < II < III$ છે.

(A) આ સંયોજનોની એસિડિકતા તેમના સંયુગ્મી બેઝની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
$2,6-$ડાયહાઇડ્રોક્સીબેન્ઝોઇક એસિડમાં $-COOH$ સમૂહની સાપેક્ષ ઓર્થો સ્થાન પર બે $-OH$ સમૂહ હોય છે. તેનો સંયુગ્મી બેઝ કાર્બોક્સિલેટ ઓક્સિજન અને બંને ઓર્થો-હાઇડ્રોક્સિલ સમૂહો વચ્ચેના મજબૂત આંતર-આણ્વીય હાઇડ્રોજન બંધન દ્વારા અત્યંત સ્થિર થાય છે.
સેલિસિલિક એસિડ ($2-$હાઇડ્રોક્સીબેન્ઝોઇક એસિડ) માં માત્ર એક જ ઓર્થો $-OH$ સમૂહ હોય છે,જે $2,6-$ડાયહાઇડ્રોક્સીબેન્ઝોઇક એસિડ કરતા ઓછી સ્થિરતા આપે છે.
$4-$હાઇડ્રોક્સીબેન્ઝોઇક એસિડમાં ઓર્થો-સ્થિરતાનો અભાવ હોય છે અને પેરા સ્થાન પર રહેલ $-OH$ સમૂહ ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ અસર ($+M$ અસર) દર્શાવે છે,જે કાર્બોક્સિલેટ આયનને અસ્થિર બનાવે છે,તેથી તે સૌથી ઓછું એસિડિક છે.
તેથી,સાચો ક્રમ છે: $2,6-$ડાયહાઇડ્રોક્સીબેન્ઝોઇક એસિડ > સેલિસિલિક એસિડ > $4-$હાઇડ્રોક્સીબેન્ઝોઇક એસિડ.

(C) $p-$નાઈટ્રોબેન્ઝોઈક એસિડ $(Z)$ માં $-NO_2$ સમૂહ હોય છે,જે પ્રબળ ઈલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ છે. આ સમૂહ પ્રેરક અને સંસ્પંદન અસરો દ્વારા કાર્બોક્સિલેટ આયનને સ્થાયી કરે છે,જે તેને સૌથી વધુ એસિડિક બનાવે છે.
બેન્ઝોઈક એસિડ $(X)$ બેન્ઝીન વલય સાથે કાર્બોક્સિલેટ સમૂહના સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયી થાય છે.
પેરોક્સિબેન્ઝોઈક એસિડ $(Y)$ નું બંધારણ $C_6H_5CO_3H$ છે. $-O-O-$ બંધ ઓછો સ્થાયી છે અને વધારાના ઓક્સિજન પરમાણુની હાજરીને કારણે બેન્ઝોઈક એસિડની તુલનામાં કાર્બોક્સિલેટ આયનનું સંસ્પંદન સ્થાયીકરણ ઓછું અસરકારક છે,જે તેને બેન્ઝોઈક એસિડ કરતા ઓછું એસિડિક બનાવે છે.
તેથી,એસિડિક પ્રબળતાનો સાચો ક્રમ $Z > X > Y$ છે.

(A) $4$-હાઈડ્રોક્સીબેન્ઝોઈક એસિડની સાંદ્ર $H_{2}SO_{4}$ અને ગરમીની હાજરીમાં એસિટિક એનહાઈડ્રાઈડ સાથેની પ્રક્રિયા એ એસિટિલેશન પ્રક્રિયા છે.
ફિનોલિક $-OH$ સમૂહ ન્યુક્લિયોફાઈલ તરીકે કાર્ય કરે છે અને એસિટિક એનહાઈડ્રાઈડના કાર્બોનિલ કાર્બન પર હુમલો કરે છે,જેનાથી એસ્ટર સમૂહ $(-OCOCH_{3})$ બને છે.
નીપજ $Q$ એ $4$-એસીટોક્સીબેન્ઝોઈક એસિડ છે,જેનું આણ્વીય સૂત્ર $C_{9}H_{8}O_{4}$ છે.
આમ,વિકલ્પ $(A)$ સાચો જવાબ છે.

(B) $CH_3COCl$ (એસિટાઇલ ક્લોરાઇડ) અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ છે અને $25^{\circ} C$ તાપમાને પણ જળવિભાજન પામીને $CH_3COOH$ (એસિટિક એસિડ) બનાવે છે.
એસિટિક એસિડ એ કાર્બોનિક એસિડ $(H_2CO_3)$ કરતા વધુ પ્રબળ એસિડ હોવાથી,તે $NaHCO_3$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CO_2$ વાયુ મુક્ત કરે છે.
પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$CH_3COCl + H_2O \longrightarrow CH_3COOH + HCl$
$CH_3COOH + NaHCO_3 \longrightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$
આમ,વિકલ્પ $(B)$ સાચો જવાબ છે.

(A) કાર્બોક્સિલિક એસિડના વ્યુત્પન્નોની ન્યુક્લિયોફિલિક એસિલ વિસ્થાપન (જેમ કે જળવિભાજન) પ્રત્યેની પ્રતિક્રિયાશીલતા એસિલ સમૂહ સાથે જોડાયેલા લિવિંગ ગ્રુપની ક્ષમતા પર આધાર રાખે છે.
બેઝ જેટલો નિર્બળ,તેટલું લિવિંગ ગ્રુપ સારું.
લિવિંગ ગ્રુપની બેઝિકતાનો ક્રમ $Cl^{-} < CH_3COO^{-} < C_2H_5O^{-} < NH_2^-$ છે.
તેથી,લિવિંગ ગ્રુપની ક્ષમતાનો ક્રમ $Cl^{-} > CH_3COO^{-} > C_2H_5O^{-} > NH_2^-$ છે.
આમ,જળવિભાજનની સરળતાનો ક્રમ: $CH_3COCl$ $(I) > (CH_3CO)_2O$ $(II) > CH_3COOC_2H_5$ $(III) > CH_3CONH_2$ $(IV)$ છે.

(A) એસ્ટરનું આલ્કલાઇન જળવિભાજન એ ન્યુક્લિયોફિલિક એસિલ સબસ્ટિટ્યુશન પ્રક્રિયા છે. આ પ્રક્રિયાનો દર કાર્બોનિલ કાર્બનની ઇલેક્ટ્રોફિલિસિટી પર આધાર રાખે છે.
ઇલેક્ટ્રોન-વિથડ્રોઇંગ ગ્રુપ $(EWG)$ કાર્બોનિલ કાર્બનની ઇલેક્ટ્રોફિલિસિટી વધારે છે,જેથી જળવિભાજનનો દર વધે છે.
ઇલેક્ટ્રોન-ડોનેટિંગ ગ્રુપ $(EDG)$ કાર્બોનિલ કાર્બનની ઇલેક્ટ્રોફિલિસિટી ઘટાડે છે,જેથી જળવિભાજનનો દર ઘટે છે.
વિસ્થાપકોનું વિશ્લેષણ:
$(I)$ $-NO_2$ ગ્રુપ: પ્રબળ $-R$ અને $-I$ અસર (પ્રબળ $EWG$).
$(II)$ $-OCH_3$ ગ્રુપ: પ્રબળ $+R$ અને નિર્બળ $-I$ અસર (પ્રબળ $EDG$).
$(III)$ $-CH_3$ ગ્રુપ: $+I$ અસર અને હાઇપરકોન્જુગેશન (નિર્બળ $EDG$).
ઇલેક્ટ્રોફિલિસિટીનો ક્રમ: $-NO_2 > -CH_3 > -OCH_3$.
તેથી,આલ્કલાઇન જળવિભાજનના દરનો ક્રમ $I > III > II$ છે.

(A) જે સંયોજનો કાર્બોનિક એસિડ $(H_{2}CO_{3})$ કરતા વધુ એસિડિક હોય છે,તે જલીય $NaHCO_{3}$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CO_{2}$ વાયુ મુક્ત કરે છે,જેના કારણે ઉભરા આવે છે.
$I. (CH_{3}CO)_{2}O$ (એસેટિક એનહાઇડ્રાઇડ) $NaHCO_{3}$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને એસેટિક એસિડ બનાવે છે,જે ત્યારબાદ $CO_{2}$ મુક્ત કરે છે.
$II. CH_{3}COOH$ (એસેટિક એસિડ) એ $H_{2}CO_{3}$ કરતા વધુ એસિડિક છે અને સરળતાથી $CO_{2}$ મુક્ત કરે છે.
$III. PhOH$ (ફિનોલ) એ $H_{2}CO_{3}$ કરતા ઓછો એસિડિક છે અને ઉભરા આપતું નથી.
$IV. CH_{3}COCHO$ (મિથાઈલગ્લાયોક્સલ) $NaHCO_{3}$ સાથે પ્રક્રિયા કરવા માટે પૂરતું એસિડિક નથી.
તેથી,$I$ અને $II$ બંને ઉભરા આપે છે.

(D) પ્રક્રિયા શ્રેણી નીચે મુજબ છે:
$1$. પ્રારંભિક પદાર્થ ડાયકાર્બોક્સિલિક એસિડનો મોનો-મિથાઈલ એસ્ટર છે,$HO_2C-(CH_2)_4-CO_2Me$.
$2$. $Ag_2O$ સાથેની પ્રક્રિયા કાર્બોક્સિલિક એસિડ સમૂહ $(-COOH)$ ને તેના સિલ્વર ક્ષાર $(-COO^-Ag^+)$ માં રૂપાંતરિત કરે છે.
$3$. ત્યારબાદ $CCl_4$ માં $Br_2$ સાથેની પ્રક્રિયા એ બોરોડિન-હન્સડિકર પ્રક્રિયા છે,જે સિલ્વર ક્ષારનું ડિકાર્બોક્સિલેશન કરે છે અને કાર્બોક્સિલ સમૂહને બ્રોમિન પરમાણુ દ્વારા બદલે છે.
$4$. પ્રક્રિયા છે: $HO_2C-(CH_2)_4-CO_2Me$ $\xrightarrow{Ag_2O} AgO_2C-(CH_2)_4-CO_2Me$ $\xrightarrow{Br_2, CCl_4} Br-(CH_2)_4-CO_2Me$.
$5$. આમ,નીપજ $R$ એ $MeO_2C-(CH_2)_4-Br$ છે.

(D) $1$. પ્રતિક્રિયા શ્રેણી દર્શાવે છે કે સંયોજન $P$ નું $NH_3$ અને $\Delta$ નો ઉપયોગ કરીને $Q$ માં રૂપાંતર થાય છે,જે કાર્બોક્સિલિક એસિડમાંથી એમાઇડના નિર્માણની લાક્ષણિકતા છે.
$2$. બીજું પગલું હોફમેન બ્રોમામાઇડ ડિગ્રેડેશન પ્રતિક્રિયા $(KOH, Br_2)$ અને ત્યારબાદ કાર્બાઇલામાઇન પ્રતિક્રિયા $(CHCl_3, KOH (alc.), \Delta)$ નો સમાવેશ કરે છે.
$3$. અંતિમ ઉત્પાદન સાયક્લોહેક્સાઇલ આઇસોસાયનાઇડ છે. કાર્બાઇલામાઇન પ્રતિક્રિયા પ્રાથમિક એમાઇન $(R-NH_2)$ ને આઇસોસાયનાઇડ $(R-NC)$ માં રૂપાંતરિત કરે છે.
$4$. તેથી,$Q$ એ પ્રાથમિક એમાઇન,સાયક્લોહેક્સાઇલ એમાઇન $(C_6H_{11}NH_2)$ હોવું જોઈએ.
$5$. $P$ નું $Q$ $(C_6H_{11}NH_2)$ માં $NH_3$ અને $\Delta$ દ્વારા રૂપાંતર સૂચવે છે કે $P$ એ સાયક્લોહેક્સેન કાર્બોક્સિલિક એસિડ $(C_6H_{11}COOH)$ છે,જે મધ્યવર્તી તરીકે એમાઇડ $(C_6H_{11}CONH_2)$ બનાવે છે,જે પછી હોફમેન ડિગ્રેડેશન દ્વારા એમાઇન $Q$ બનાવે છે.
$6$. આમ,સંયોજન $P$ એ સાયક્લોહેક્સેન કાર્બોક્સિલિક એસિડ છે અને મધ્યવર્તી $Q$ એ સાયક્લોહેક્સેન કાર્બોક્સમાઇડ છે.

(B) $pK_a$ નું મૂલ્ય સંયોજનની એસિડિકતા સાથે વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. ઉચ્ચ $pK_a$ એટલે ઓછી એસિડિકતા.
એસિડિકતાનો આધાર સંયુગ્મી બેઇઝની સ્થિરતા પર રહેલો છે,જે $-COOH$ સમૂહ સાથે જોડાયેલા વિસ્થાપકોની પ્રેરક અસર (inductive effect) દ્વારા નક્કી થાય છે.
ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહો ($-I$ અસર) એસિડિકતા વધારે છે,જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન દાતા સમૂહો ($+I$ અસર) એસિડિકતા ઘટાડે છે.
આપેલા સંયોજનોની સરખામણી:
$1$. $HCOOH$ (ફોર્મિક એસિડ): કોઈ આલ્કાઇલ સમૂહ જોડાયેલ નથી.
$2$. $CH_3CH_2COOH$ (પ્રોપેનોઇક એસિડ): ઇથાઇલ સમૂહ ધરાવે છે,જે ઇલેક્ટ્રોન દાતા ($+I$ અસર) છે.
$3$. $C_6H_5CH_2COOH$ (ફિનાઇલ એસિટિક એસિડ): ફિનાઇલ સમૂહ ધરાવે છે,જે ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક ($-I$ અસર) છે.
$4$. $ClCH_2CH_2COOH$ ($3$-ક્લોરોપ્રોપેનોઇક એસિડ): ક્લોરિન પરમાણુ ધરાવે છે,જે પ્રબળ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક ($-I$ અસર) છે.
$CH_3CH_2COOH$ માં ઇથાઇલ સમૂહ ઇલેક્ટ્રોન દાતા હોવાથી,તે કાર્બોક્સિલેટ આયનને અસ્થિર બનાવે છે,જેના કારણે તે આપેલા વિકલ્પોમાં સૌથી ઓછો એસિડિક છે. તેથી,$CH_3CH_2COOH$ નું $pK_a$ મૂલ્ય સૌથી વધુ છે.

(B) $KMnO_4/KOH$ (આલ્કલાઇન પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ) સાથે આલ્કાઇલ બેન્ઝીન સાઇડ ચેઇનનું ઓક્સિડેશન કરવાથી સાઇડ ચેઇનનું વિભાજન થાય છે અને બેન્ઝોઇક એસિડનો પોટેશિયમ ક્ષાર (પોટેશિયમ બેન્ઝોએટ,$P$) બને છે.
આ પ્રક્રિયા બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલા આલ્કાઇલ જૂથોના ઓક્સિડેશન માટેની પ્રમાણભૂત પદ્ધતિ છે.
ત્યારબાદ $H_3O^+$ સાથે એસિડિકરણ કરવાથી,પોટેશિયમ બેન્ઝોએટ $(P)$ નું રૂપાંતર બેન્ઝોઇક એસિડ $(Q)$ માં થાય છે.
તેથી,$P$ એ પોટેશિયમ બેન્ઝોએટ છે અને $Q$ એ બેન્ઝોઇક એસિડ છે.

(A) પગલું $(i)$: $MeOH$ માં $NaBH_{4}$ એ આલ્ડિહાઇડ સમૂહ $(-CHO)$ નું પ્રાથમિક આલ્કોહોલ $(-CH_{2}OH)$ માં પસંદગીયુક્ત રિડક્શન કરે છે. ચક્રીય એમાઇડ (લેક્ટમ) પર કોઈ અસર થતી નથી.
પગલું (ii): $NaOH(aq.), \Delta$ ચક્રીય એમાઇડ (લેક્ટમ) નું આલ્કલાઇન જળવિભાજન કરે છે. વલય ખૂલીને અનુરૂપ એમિનો એસિડ ક્ષાર (કાર્બોક્સિલેટ) બનાવે છે.
પગલું (iii): $H_{3}O^{+}$ કાર્બોક્સિલેટનું પ્રોટોનેશન કરીને કાર્બોક્સિલિક એસિડ $(-COOH)$ બનાવે છે અને એમિનનું પ્રોટોનેશન કરીને એમોનિયમ ક્ષાર $(-NH_{2}^{+}-)$ બનાવે છે.
અંતિમ નીપજ પ્રાથમિક આલ્કોહોલ સમૂહ ધરાવતું રેખીય એમિનો એસિડ વ્યુત્પન્ન છે: $HOOC-(CH_{2})_{4}-NH-CH(CH_{3})CH_{2}OH$.

(C) શરૂઆતનો પદાર્થ $tert$-બ્યુટાઈલ આલ્કોહોલ (અથવા $2$-મિથાઈલપ્રોપેન-$2$-ઓલ) છે.
$1$. $Cu/573 \ K$ સાથેની પ્રક્રિયા એ ડિહાઈડ્રોજનેશન પ્રક્રિયા છે. જોકે,$tert$-બ્યુટાઈલ આલ્કોહોલ પાસે $\alpha$-હાઈડ્રોજન ન હોવાથી તે આલ્ડિહાઈડ કે કીટોન બનાવવા માટે ડિહાઈડ્રોજનેશન પામતું નથી. તેના બદલે,તે નિર્જલીકરણ (dehydration) પામીને આઈસોબ્યુટાઈલીન ($2$-મિથાઈલપ્રોપીન) બનાવે છે.
$2$. બીજા તબક્કામાં એસિડ ઉદ્દીપક $(H^+)$ ની હાજરીમાં આલ્કીન અને બેન્ઝોઈક એસિડ $(PhCOOH)$ વચ્ચેની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. આ એક ઈલેક્ટ્રોન અનુરાગી યોગશીલ પ્રક્રિયા છે જેમાં આલ્કીન કાર્બોક્સિલિક એસિડ સાથે જોડાઈને એસ્ટર બનાવે છે.
$3$. આઈસોબ્યુટાઈલીનની બેન્ઝોઈક એસિડ સાથેની પ્રક્રિયાથી મુખ્ય નીપજ તરીકે $tert$-બ્યુટાઈલ બેન્ઝોએટ મળે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(C)$ છે.

(D) એસિડિકતા એ સંયુગ્મી બેઝની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે. કાર્બોક્સિલિક એસિડ ($D$ અને $E$) એ ફિનોલ $(A, B, C)$ કરતા વધુ પ્રબળ એસિડ છે.
$4$-નાઈટ્રોબેન્ઝોઈક એસિડ $(D)$ અને બેન્ઝોઈક એસિડ $(E)$ વચ્ચે,$-NO_2$ સમૂહ (પ્રબળ ઈલેક્ટ્રોન આકર્ષક) $D$ ને વધુ પ્રબળ બનાવે છે.
ફિનોલ્સમાં,$4$-નાઈટ્રોફિનોલ $(B)$ એ $-NO_2$ સમૂહની ઈલેક્ટ્રોન આકર્ષક અસરને કારણે સૌથી પ્રબળ છે,ત્યારબાદ ફિનોલ $(A)$ આવે છે,અને $4$-મેથોક્સીફિનોલ $(C)$ એ $-OCH_3$ સમૂહની ઈલેક્ટ્રોન દાતા અસરને કારણે સૌથી નિર્બળ છે.
આમ,એસિડિકતાનો ઉતરતો ક્રમ $D > E > B > A > C$ છે.

(A) પગલું $(i)$ અને (ii): પ્રોપેનિટ્રાઈલનું આલ્કલાઇન જળવિભાજન અને ત્યારબાદ એસિડિકરણ કરવાથી પ્રોપેનોઈક એસિડ $(CH_3CH_2COOH)$ મળે છે.
પગલું (iii) અને (iv): લાલ ફોસ્ફરસની હાજરીમાં $Cl_2$ સાથેની પ્રક્રિયા એ હેલ-વોલહાર્ડ-ઝેલિન્સ્કી $(HVZ)$ પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા કાર્બોક્સિલિક એસિડના $\alpha$-હાઈડ્રોજન પરમાણુનું ક્લોરિન પરમાણુ દ્વારા વિસ્થાપન કરે છે.
તેથી,મુખ્ય નીપજ '$P$' એ $2-$ક્લોરોપ્રોપેનોઈક એસિડ $(CH_3CHClCOOH)$ છે.