Properties of Carboxylic Acids and Their Derivatives Questions in Hindi

(C) $NaBH_4$ (सोडियम बोरोहाइड्राइड) एक चयनात्मक अपचायक है जो एल्डिहाइड और कीटोन को उनके संबंधित अल्कोहल में अपचयित करता है,लेकिन यह सामान्य परिस्थितियों में एस्टर को अपचयित नहीं करता है।
दिए गए अणु में,साइक्लोहेक्सेन रिंग में एक कीटोन समूह और एक एस्टर समूह $(-COOCH_3)$ है।
$NaBH_4$ चयनात्मक रूप से कीटोन समूह को द्वितीयक अल्कोहल $(-CH(OH)-)$ में अपचयित करेगा जबकि एस्टर समूह को अपरिवर्तित रखेगा।
इसलिए,उत्पाद एक ऐसा अणु है जिसमें $-CH_2-COOCH_3$ समूह के साथ जुड़ी हुई साइक्लोहेक्सेनॉल रिंग है।
यह विकल्प $C$ में दिखाई गई संरचना के अनुरूप है।

(A) $pK_{a}$ मान कार्बोक्सिलिक अम्ल की अम्लता के व्युत्क्रमानुपाती होता है। प्रबल अम्लों का $pK_{a}$ मान कम होता है।
अम्लता का निर्धारण संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) के स्थायित्व द्वारा किया जाता है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) प्रेरणिक प्रभाव ($-I$ प्रभाव) के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं,जिससे अम्लता बढ़ती है।
$NO_{2}CH_{2}COOH$ में $-NO_{2}$ समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है,जो इसे सबसे प्रबल अम्ल बनाता है और इसलिए इसका $pK_{a}$ मान सबसे कम है।

(B) बेन्जोइक अम्ल के व्युत्पन्नों की अम्लता बेन्जीन वलय से जुड़े प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों पर निर्भर करती है।
$1$. $(I)$ में $-NO_2$ समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है,जो कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करता है,जिससे अम्लता बढ़ती है।
$2$. $(II)$ में $-OCH_3$ समूह एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+M$ प्रभाव) है,जो कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है,जिससे अम्लता घटती है।
$3$. बेन्जोइक अम्ल $(III)$ संदर्भ बिंदु है।
अतः,अम्लता का सही क्रम $4$-नाइट्रोबेन्जोइक अम्ल $(I)$ > बेन्जोइक अम्ल $(III)$ > $4$-मेथॉक्सीबेन्जोइक अम्ल $(II)$ है।
सही विकल्प $B$ है।

(D) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करके अम्लता बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह इसे कम करते हैं।
$A$. $CH_2FCH_2CH_2COOH < CH_3CHFCH_2COOH$: सही। $F$ परमाणु दूसरे अणु में $COOH$ समूह के अधिक निकट है,जिससे यह अधिक मजबूत $-I$ प्रभाव डालता है।
$B$. $CH_2ClCOOH < CH_2FCOOH$: सही। $F$,$Cl$ की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक है,इसलिए $CH_2FCOOH$ अधिक अम्लीय है।
$C$. $CH_3COOH < CH_2ClCOOH$: सही। $Cl$ एक $EWG$ है,जो क्लोरोएसेटिक एसिड को एसेटिक एसिड से अधिक अम्लीय बनाता है।
$D$. $HCOOH < C_6H_5COOH$: गलत। फॉर्मिक एसिड $(HCOOH)$,बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ से अधिक अम्लीय होता है क्योंकि बेंजोइक एसिड में फेनिल समूह अनुनाद द्वारा इलेक्ट्रॉन देता है और फॉर्मिक एसिड में हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में इसका $-I$ प्रभाव कमजोर होता है। अतः,सही क्रम $C_6H_5COOH < HCOOH$ है।

(D) सही उत्तर है।
बेन्जोइक एसिड के व्युत्पन्नों की अम्लीय शक्ति इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ द्वारा बढ़ती है और इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ द्वारा घटती है।
$4-$नाइट्रोबेन्जोइक एसिड में $-NO_2$ समूह होता है,जो एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है,जिससे कार्बोक्सिलेट आयन स्थिर हो जाता है और अम्लता बढ़ जाती है।
$2-$मेथॉक्सीबेन्जोइक एसिड और $4-$मेथॉक्सीबेन्जोइक एसिड में $-OCH_3$ समूह होता है,जो इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+M$ प्रभाव) के रूप में कार्य करता है,जो बेन्जोइक एसिड की तुलना में अम्लीय शक्ति को कम करता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में $4-$नाइट्रोबेन्जोइक एसिड की अम्लीय शक्ति अधिकतम है।

(D) चरण $1$: ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक की $CO_2$ के साथ अभिक्रिया।
$C_6H_5CH_2MgBr + CO_2$ $\rightarrow C_6H_5CH_2COOMgBr$ $\xrightarrow{H_3O^+} C_6H_5CH_2COOH$ (फेनिलएसेटिक अम्ल,'$X$')।
चरण $2$: कार्बोक्सिलिक अम्ल का विकार्बोक्सिलीकरण।
$C_6H_5CH_2COOH \xrightarrow{NaOH + CaO, \Delta} C_6H_5CH_3$ (टोल्यूनि,'$Y$')।
अंतिम उत्पाद '$Y$',$C_6H_5CH_3$ है।

(A) $pK_{a}$ मान अम्ल की प्रबलता के व्युत्क्रमानुपाती होता है। प्रबल अम्लों का $pK_{a}$ मान कम होता है,जबकि दुर्बल अम्लों का $pK_{a}$ मान अधिक होता है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करके कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लता को बढ़ाते हैं।
$CH_{2}COOH$ समूह से जुड़े प्रतिस्थापियों की तुलना:
$1$. $C_{6}H_{5}-$ (फेनिल समूह): यह सबसे कम अम्लीय है।
$2$. $O_{2}N-$ (नाइट्रो समूह): प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह।
$3$. $F-$ (फ्लोरो समूह): प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह।
$4$. $NC-$ (साइनो समूह): प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह।
चूंकि $C_{6}H_{5}CH_{2}COOH$ सबसे दुर्बल अम्ल है,इसलिए इसका $pK_{a}$ मान सबसे अधिक है।

(D) बेंज़ोयल क्लोराइड $(C_6H_5COCl)$ और सोडियम बेंजोएट $(C_6H_5COONa)$ के बीच की अभिक्रिया एक न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,सोडियम बेंजोएट का कार्बोक्सिलेट ऑक्सीजन एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और बेंज़ोयल क्लोराइड के कार्बोनिल कार्बन पर हमला करता है,जिससे क्लोराइड आयन विस्थापित हो जाता है।
इसके परिणामस्वरूप बेंजोइक एनहाइड्राइड $((C_6H_5CO)_2O)$ और उप-उत्पाद के रूप में सोडियम क्लोराइड $(NaCl)$ का निर्माण होता है।
अभिक्रिया को इस प्रकार दर्शाया गया है: $C_6H_5COCl + C_6H_5COONa \xrightarrow{\Delta} (C_6H_5CO)_2O + NaCl$.
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(D) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लीय सामर्थ्य प्रोटॉन के नुकसान के बाद बनने वाले कार्बोक्सिलेट आयन की स्थिरता पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ अम्लता को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ इसे कम करते हैं।
$A$. $-Cl$ परमाणु का प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) $-COOH$ समूह से इसकी दूरी बढ़ने पर घटता है। अतः,क्रम सही है।
$B$. $-NO_2$ एक $EWG$ है (अम्लता बढ़ाता है),और $-CH_3$ बेंजोइक अम्ल की तुलना में एक $EDG$ है (अम्लता कम करता है)। अतः,क्रम सही है।
$C$. $-Cl$ परमाणुओं की संख्या बढ़ने से इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव बढ़ता है,जिससे अम्लता बढ़ती है। अतः,क्रम सही है।
$D$. मिथाइल समूह के $+I$ प्रभाव के कारण फॉर्मिक अम्ल $(HCOOH)$,एसिटिक अम्ल $(CH_3COOH)$ से अधिक अम्लीय है। हालाँकि,बेंजोइक अम्ल $(C_6H_5COOH)$,एसिटिक अम्ल $(CH_3COOH)$ से अधिक अम्लीय है क्योंकि फेनिल समूह मिथाइल समूह की तुलना में इलेक्ट्रॉन-आकर्षक है। इसलिए,सही क्रम $HCOOH > C_6H_5COOH > CH_3COOH$ है। दिया गया क्रम $HCOOH > CH_3COOH > C_6H_5COOH$ गलत है।

(C) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय सामर्थ्य संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) के स्थायित्व पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ ऋण आवेश को स्थिर करके अम्लता बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ अम्लता को कम करते हैं।
$A$. $Cl_3C-COOH > Cl_2CH-COOH > ClCH_2-COOH$: सही है,जैसे-जैसे $EWG$ $(Cl)$ की संख्या बढ़ती है,अम्लता बढ़ती है।
$B$. $CH_3CH_2CH(Cl)COOH > CH_3CH(Cl)CH_2COOH > CH_2(Cl)CH_2CH_2COOH$: सही है,जैसे-जैसे $EWG$ की $-COOH$ समूह से दूरी बढ़ती है,प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) कम हो जाता है,जिससे अम्लता घट जाती है।
$C$. $HCOOH > CH_3COOH > C_6H_5COOH$: यह क्रम गलत है। सही क्रम $HCOOH > C_6H_5COOH > CH_3COOH$ है। $C_6H_5COOH$,$CH_3COOH$ से अधिक अम्लीय है क्योंकि फेनिल समूह अनुनाद (resonance) के माध्यम से इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव डालता है,जबकि मिथाइल समूह इलेक्ट्रॉन-दाता ($+I$ प्रभाव) होता है।
$D$. $CH_3COOH > CH_3CH_2COOH > (CH_3)_2CHCOOH$: सही है,जैसे-जैसे अल्काइल समूहों $(EDG)$ की संख्या बढ़ती है,$+I$ प्रभाव बढ़ता है,जो कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है और अम्लता को कम करता है।

(B) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति उसके संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) के स्थायित्व पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (जैसे $Cl$) इंडक्टिव इफेक्ट ($-I$ प्रभाव) के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन पर ऋणात्मक आवेश को स्थिर करके अम्लता को बढ़ाते हैं।
जैसे-जैसे क्लोरीन परमाणुओं की संख्या बढ़ती है,$-I$ प्रभाव बढ़ता है,जिससे कार्बोक्सिलेट आयन अधिक स्थिर हो जाता है।
इसलिए,अम्लीय शक्ति का सही क्रम $Cl_3CCOOH > Cl_2CHCOOH > ClCH_2COOH > CH_3COOH$ है।

(D) प्रतिस्थापित बेंजोइक अम्लों की अम्लता उनके प्रतिस्थापियों के प्रेरणिक प्रभाव $(-I)$ और अनुनाद प्रभाव $(-R)$ से प्रभावित होती है।
ऑर्थो प्रभाव के कारण दिए गए विकल्पों में $2-$नाइट्रोबेंजोइक अम्ल सबसे प्रबल अम्ल है।
ऑर्थो प्रभाव एक त्रिविम और इलेक्ट्रॉनिक घटना है,जिसमें कार्बोक्सिल समूह के सापेक्ष ऑर्थो स्थिति पर मौजूद प्रतिस्थापी अम्लता को बढ़ाता है।
अतः,अम्लता का सही क्रम है: $2-$नाइट्रोबेंजोइक अम्ल $> 3-$नाइट्रोबेंजोइक अम्ल $> 4-$नाइट्रोबेंजोइक अम्ल $>$ बेंजोइक अम्ल।

(D) सोडियम बेंज़ोएट $(C_6H_5COONa)$ का उपयोग खाद्य परिरक्षक के रूप में किया जाता है क्योंकि यह अम्लीय परिस्थितियों में बैक्टीरिया,यीस्ट और मोल्ड के विकास को रोकता है।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(C) $pK_a$ मान यौगिक की अम्लता के व्युत्क्रमानुपाती होता है। एक मजबूत एसिड का $pK_a$ मान कम होता है,जबकि एक कमजोर एसिड का $pK_a$ मान अधिक होता है।
अम्लता संयुग्मी बेस (कार्बोक्सिलेट आयन) की स्थिरता पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ अम्लता को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ अम्लता को कम करते हैं।
बेंजीन रिंग पर प्रतिस्थापियों की तुलना:
$1$. $-NO_2$ एक मजबूत $EWG$ है (अम्लता बढ़ाता है)।
$2$. $-Cl$ एक कमजोर $EWG$ है (अम्लता बढ़ाता है)।
$3$. $-H$ संदर्भ है।
$4$. $-CH_3$ एक $EDG$ है (अम्लता कम करता है)।
चूंकि $-CH_3$ एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है,यह कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है,जिससे $p$-मिथाइलबेंजोइक एसिड दिए गए विकल्पों में सबसे कमजोर एसिड बन जाता है।
इसलिए,$p$-मिथाइलबेंजोइक एसिड का $pK_a$ मान सबसे अधिक है।

(C) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लता उसके संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) के स्थायित्व द्वारा निर्धारित होती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) प्रेरणिक प्रभाव ($-I$ प्रभाव) के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं,जिससे अम्लता और $K_a$ का मान बढ़ जाता है।
दिए गए विकल्पों में,$CCl_3COOH$ में तीन अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक क्लोरीन परमाणुओं के कारण सबसे मजबूत $-I$ प्रभाव होता है,इसलिए यह सबसे अधिक अम्लीय है और इसका $K_a$ मान सबसे अधिक है।

(A) $LiAlH_{4} / \text{ether}$ एक प्रबल अपचायक है। यह कार्बोक्सिलिक एसिड को प्राथमिक अल्कोहल में अपचयित करने में सक्षम है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $CH_{3}COOH \xrightarrow{LiAlH_{4} / \text{ether}} CH_{3}CH_{2}OH$.

(A) एलिफैटिक कार्बोक्सिलिक एसिड के निचले सदस्य पानी में घुलनशील होते हैं। इसका कारण पानी के अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंध का निर्माण है।
कार्बोक्सिलिक एसिड ध्रुवीय अणु होते हैं; वे पानी में घुलनशील होते हैं,लेकिन जैसे-जैसे एल्काइल श्रृंखला लंबी होती जाती है,कार्बन श्रृंखला की बढ़ती हाइड्रोफोबिक प्रकृति के कारण उनकी घुलनशीलता कम हो जाती है।

(B) मेथेनोइक अम्ल $(HCOOH)$ में एल्डिहाइड समूह $(H-C(=O)-)$ की तरह कार्बोनिल कार्बन से एक हाइड्रोजन परमाणु जुड़ा होता है।
इसलिए,एल्डिहाइड की तरह यह टोलेंस अभिकर्मक को अपचयित करके धात्विक सिल्वर देता है।
एथेनोइक अम्ल $(CH_3COOH)$ एक सामान्य कार्बोक्सिलिक अम्ल है जिसमें यह विशिष्ट $H-C(=O)-$ समूह नहीं होता है और यह टोलेंस अभिकर्मक को अपचयित नहीं करता है।
अतः,इनके बीच विभेद करने के लिए टोलेंस परीक्षण का उपयोग किया जाता है।

(C) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय प्रकृति उसके संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) के स्थायित्व द्वारा निर्धारित की जाती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ प्रभाव) ऋण आवेश को फैलाकर कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं,जिससे अम्लता बढ़ती है।
$CH_3CH_2COOH$ (प्रोपेनोइक एसिड) में कोई $-I$ समूह नहीं है।
$ClCH_2COOH$ (क्लोरोएसेटिक एसिड) में एक $-I$ समूह है।
$Cl_2CHCOOH$ (डाइक्लोरोएसेटिक एसिड) में दो $-I$ समूह हैं।
$Cl_3CCOOH$ (ट्राइक्लोरोएसेटिक एसिड) में तीन $-I$ समूह हैं।
चूंकि ट्राइक्लोरोएसेटिक एसिड में $-I$ समूहों की संख्या सबसे अधिक है,इसलिए यह सबसे अधिक अम्लीय है।

(C) प्रतिस्थापित बेंजोइक एसिड की अम्लीय शक्ति इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों और ऑर्थो प्रभाव से प्रभावित होती है।
$1$. $CH_3$ समूह एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+I$ प्रभाव) है,जो $meta$ या $para$ स्थिति पर मौजूद होने पर बेंजोइक एसिड की अम्लता को कम करता है।
$2$. $p-$टोलुइक एसिड में $para$ स्थिति पर $CH_3$ समूह होता है,जो $+I$ प्रभाव के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है,जिससे यह बेंजोइक एसिड की तुलना में कम अम्लीय हो जाता है।
$3$. $o-$टोलुइक एसिड 'ऑर्थो प्रभाव' का अनुभव करता है,जो बेंजोइक एसिड की तुलना में इसकी अम्लता को काफी बढ़ा देता है।
$4$. इसलिए,अम्लीय शक्ति का घटता क्रम है: $o-$टोलुइक एसिड $>$ बेंजोइक एसिड $>$ $p-$टोलुइक एसिड।

(A) हेल-वोलहार्ड जेलिंस्की $(HVZ)$ अभिक्रिया उन कार्बोक्सिलिक अम्लों के लिए विशिष्ट है जिनमें कम से कम एक $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु होता है।
एथेनोइक अम्ल $(CH_3COOH)$ में एक $\alpha$-कार्बन परमाणु होता है जो तीन $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है,जिससे यह $HVZ$ अभिक्रिया दे सकता है।
मेथेनोइक अम्ल $(HCOOH)$ में कोई $\alpha$-कार्बन परमाणु नहीं होता है,और परिणामस्वरूप,इसमें $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणुओं का अभाव होता है,जो इसे $HVZ$ अभिक्रिया देने से रोकता है।

(C) प्रोपेनोइक एसिड $(CH_3CH_2COOH)$ की $Cl_2/P$ के साथ $HVZ$ (Hell-Volhard-Zelinsky) अभिक्रिया से $2-$क्लोरोप्रोपेनोइक एसिड $(CH_3CHClCOOH)$ प्राप्त होता है।
$2-$क्लोरोप्रोपेनोइक एसिड में,क्लोरीन परमाणु एक इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ प्रभाव) के रूप में कार्य करता है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह कार्बोक्सिलेट आयन $(RCOO^-)$ को स्थिर करते हैं,जिससे कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति बढ़ जाती है।
अतः,$2-$क्लोरोप्रोपेनोइक एसिड,प्रोपेनोइक एसिड की तुलना में अधिक प्रबल एसिड है।

(B) जब फॉर्मिक एसिड $(HCOOH)$ को सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड $(H_{2}SO_{4})$ के साथ गर्म किया जाता है,तो इसका निर्जलीकरण (dehydration) होता है।
$HCOOH \xrightarrow{\text{conc. } H_{2}SO_{4}} CO + H_{2}O$
सांद्र $H_{2}SO_{4}$ एक निर्जलीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है,जो फॉर्मिक एसिड से पानी के अणु को हटाकर कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ गैस उत्पन्न करता है।

(D) अभिक्रिया का अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. $CH_{3}Br + KCN \rightarrow CH_{3}CN + KBr$ (उत्पाद $A$,$CH_{3}CN$ है)
$2$. $CH_{3}CN + 2H_{2}O \xrightarrow{H^{+}} CH_{3}COOH + NH_{3}$ (उत्पाद $B$,$CH_{3}COOH$ है)
$3$. $CH_{3}COOH \xrightarrow{LiAlH_{4}} CH_{3}CH_{2}OH$ (उत्पाद $C$,$CH_{3}CH_{2}OH$ है)
अतः,अंतिम उत्पाद $C$ एथिल अल्कोहल है।

(B) $1$. $X$ के निर्माण के लिए: बेंजोइक एसिड $B_2H_6$ के साथ अभिक्रिया करके और उसके बाद जल-अपघटन $(H_3O^+)$ द्वारा अपचयित होकर $X$ के रूप में बेंजाइल अल्कोहल $(C_6H_5CH_2OH)$ देता है।
$2$. $Y$ के निर्माण के लिए: बेंजोइक एसिड $SOCl_2$ के साथ अभिक्रिया करके बेंज़ोयल क्लोराइड $(C_6H_5COCl)$ बनाता है,जो फिर $H_2/Pd-BaSO_4$ का उपयोग करके रोज़नमुंड अपचयन द्वारा $Y$ के रूप में बेंजालडिहाइड $(C_6H_5CHO)$ देता है।
$3$. अतः,$X$ बेंजाइल अल्कोहल है और $Y$ बेंजालडिहाइड है।

(A) $LiAlH_4$ एक प्रबल अपचायक है जो कार्बोक्सिलिक अम्ल को प्राथमिक अल्कोहल में अपचयित करता है।
$HI / \text{red } P$ एक प्रबल अपचायक है जो कार्बोक्सिलिक अम्ल को संगत एल्केन में अपचयित करता है।
इसलिए,अभिक्रिया $CH_3 COOH \xrightarrow{(A)} CH_3 CH_2 OH$ के लिए,अभिकर्मक $A$ $LiAlH_4$ है।
अभिक्रिया $CH_3 COOH \xrightarrow{(B)} CH_3 CH_3$ के लिए,अभिकर्मक $B$ $HI / \text{red } P$ है।

(C) टोल्यूनि $(C_6H_5CH_3)$ का बेंजोइक एसिड $(C_6H_5CO_2H)$ में रूपांतरण के लिए प्रबल ऑक्सीकरण की आवश्यकता होती है,जो क्षारीय $KMnO_4$ और उसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H_3O^{+})$ का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।
अतः,$X = (i) \ KMnO_4 / OH^{-}, \Delta, (ii) \ H_3O^{+}$.
बेंजोइक एसिड का बेंजाइल अल्कोहल $(C_6H_5CH_2OH)$ में अपचयन डाइबोरेन $(B_2H_6)$ और उसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H_3O^{+})$ द्वारा चयनात्मक रूप से किया जाता है,क्योंकि $B_2H_6$ एरोमैटिक रिंग का अपचयन नहीं करता है।
अतः,$Y = (i) \ B_2H_6, (ii) \ H_3O^{+}$.
इसलिए,सही विकल्प $C$ है।

(D) प्रारंभिक पदार्थ $2-\text{साइक्लोहेक्सिल इथेनॉल}$ है।
$(i)$ $CrO_3, H_2SO_4$ (जोन्स अभिकर्मक) के साथ उपचार प्राथमिक अल्कोहल को कार्बोक्सिलिक एसिड में ऑक्सीकृत करता है,जिससे $\text{साइक्लोहेक्सिल एसिटिक एसिड}$ $(C_6H_{11}CH_2COOH)$ प्राप्त होता है।
(ii) $Cl_2/Red \ P$ के साथ अभिक्रिया हेल-वोलहार्ड-जेलिंस्की $(HVZ)$ अभिक्रिया है,जो कार्बोक्सिलिक एसिड के $\alpha$-कार्बन का हैलोजनीकरण करती है।
(iii) निर्मित उत्पाद $2-\text{क्लोरो}-2-\text{साइक्लोहेक्सिल}$ एसिटिक एसिड $(C_6H_{11}CHClCOOH)$ है।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(A) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. $(i) PCC$: प्राथमिक अल्कोहल को एल्डिहाइड में ऑक्सीकृत करता है $(Cyclopentylmethanol \rightarrow Cyclopentanecarbaldehyde)$.
$2$. $(ii) Tollen's reagent, NaOH$: एल्डिहाइड को कार्बोक्सिलिक एसिड में ऑक्सीकृत करता है $(Cyclopentanecarbaldehyde \rightarrow Cyclopentanecarboxylic acid)$.
$3$. $(iii) H^+$: प्रोटोनेशन चरण।
$4$. $(iv) Br_2, Red P$: यह Hell-Volhard-Zelinsky $(HVZ)$ अभिक्रिया है,जो कार्बोक्सिलिक एसिड का अल्फा-हैलोजनीकरण करती है $(Cyclopentanecarboxylic acid \rightarrow 1-Bromocyclopentanecarboxylic acid)$.
$5$. $(v) H_2O$: वर्कअप चरण।
अंतिम उत्पाद $1-bromocyclopentanecarboxylic acid$ है।

(A) एस्टरीकरण अभिक्रिया (फिशर एस्टरीकरण) न्यूक्लियोफिलिक एसिल प्रतिस्थापन क्रियाविधि द्वारा होती है।
$1$. कार्बोक्सिलिक अम्ल के कार्बोनिल ऑक्सीजन का $H_2SO_4$ द्वारा प्रोटोनेशन होता है,जिससे कार्बोनिल कार्बन अधिक इलेक्ट्रोफिलिक हो जाता है।
$2$. अल्कोहल $(R'OH)$ एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और इलेक्ट्रोफिलिक कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है,जिससे एक टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती बनता है।
$3$. इस टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती की संरचना $R-C(OH)_2-OR'$ होती है,जहाँ अल्कोहल से प्राप्त ऑक्सीजन परमाणु प्रोटोनेटेड होता है (धनात्मक आवेशित)।
$4$. दिए गए विकल्पों की तुलना करने पर,टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती की संरचना विकल्प $A$ में दर्शाई गई है।

(D) अभिक्रिया $(a)$ के लिए: बेंजोइक अम्ल में $-COOH$ समूह होता है,जो एक निष्क्रिय करने वाला और मेटा-निर्देशी समूह है। $Conc. HNO_3 + Conc. H_2SO_4$ के साथ नाइट्रीकरण करने पर मुख्य उत्पाद के रूप में $m$-नाइट्रोबेंजोइक अम्ल प्राप्त होता है। अतः,$X$,$3$-नाइट्रोबेंजोइक अम्ल है।
अभिक्रिया $(b)$ के लिए: यह हेल-वोलहार्ड-जेलिंस्की $(HVZ)$ अभिक्रिया है। जिन कार्बोक्सिलिक अम्लों में $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु होता है,वे लाल फास्फोरस की उपस्थिति में $Br_2$ के साथ अभिक्रिया करके $\alpha$-स्थान पर हैलोजनीकरण करते हैं। उत्पाद $Y$,$\alpha$-ब्रोमो कार्बोक्सिलिक अम्ल,$R-CH(Br)-COOH$ है।

(A) एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ का एसिटिल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ में रूपांतरण थायोनिल क्लोराइड $(SOCl_2)$ का उपयोग करके किया जाता है। यह कार्बोक्सिलिक एसिड को एसिड क्लोराइड में बदलने के लिए एक मानक अभिक्रिया है।
एसिटिल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ का एसिटाल्डिहाइड $(CH_3CHO)$ में रूपांतरण रोजनमुंड अपचयन (Rosenmund reduction) है,जिसमें बेरियम सल्फेट $(BaSO_4)$ के साथ विषाक्त पैलेडियम $(Pd)$ उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन गैस $(H_2)$ का उपयोग किया जाता है।
अतः,अभिकर्मक $A$ $SOCl_2$ है और अभिकर्मक $B$ $H_2 / Pd-BaSO_4$ है।

(A) $1$. पिरिडीन की उपस्थिति में बेंज़ेमाइड $(C_6H_5CONH_2)$ की बेंजीन सल्फोनाइल क्लोराइड $(C_6H_5SO_2Cl)$ के साथ अभिक्रिया एमाइड के निर्जलीकरण द्वारा बेंज़ोनाइट्राइल $(C_6H_5CN)$ बनाती है,जो मध्यवर्ती $X$ है।
$2$. इसके बाद बेंज़ोनाइट्राइल $(C_6H_5CN)$ का $H_3O^+$ के साथ जल-अपघटन करने पर बेंज़ोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ प्राप्त होता है।
$3$. $-COOH$ समूह एक निष्क्रिय करने वाला और मेटा-निर्देशकारी समूह है। इसलिए,$Br_2/FeBr_3$ के साथ इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया ब्रोमीन परमाणु को मेटा स्थिति पर निर्देशित करती है।
$4$. अंतिम उत्पाद $Y$ $3-$ब्रोमोबेंजोइक एसिड है।

(C) चरण $1$: उत्पादों की पहचान करें।
अभिक्रिया $A$: प्रोपिलबेंजीन का $KMnO_4/OH^-$ के साथ ऑक्सीकरण और उसके बाद अम्लीय वर्कअप बेंजोइक एसिड देता है $(I = C_6H_5COOH)$।
अभिक्रिया $B$: एसिटिक एसिड की हेल-वोलहार्ड-जेलिंस्की अभिक्रिया ब्रोमोएसिटिक एसिड देती है $(II = BrCH_2COOH)$।
अभिक्रिया $C$: ब्रोमोबेंजीन से ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक और उसके बाद $CO_2$ के साथ अभिक्रिया बेंजोइक एसिड देती है $(III = C_6H_5COOH)$।
नोट: $I$ और $III$ दोनों बेंजोइक एसिड हैं।
चरण $2$: अम्लीय शक्ति की तुलना करें।
$II$,$BrCH_2COOH$ है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक $-Br$ समूह बेंजोइक एसिड की तुलना में कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लता को बढ़ाता है।
इसलिए,अम्लीय शक्ति का क्रम $II > I = III$ है।

(C) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लता प्रोटॉन के नुकसान के बाद बनने वाले कार्बोक्सिलेट आयन की स्थिरता पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षित करने वाले समूह ऋणात्मक आवेश को स्थिर करके अम्लता बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह अम्लता को कम करते हैं।
$1$. $HCOOH$ (फॉर्मिक अम्ल): $H$ परमाणु का कोई प्रेरणिक प्रभाव नहीं होता है।
$2$. $CH_3COOH$ (एसिटिक अम्ल): $CH_3$ समूह इलेक्ट्रॉन-दाता ($+I$ प्रभाव) है,जो कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर बनाता है,जिससे यह फॉर्मिक अम्ल की तुलना में कम अम्लीय हो जाता है।
$3$. $C_6H_5COOH$ (बेंजोइक अम्ल): फेनिल समूह अपने $sp^2$ संकरित कार्बन परमाणु के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षित करने वाला ($-I$ प्रभाव) होता है,जो इसे एसिटिक अम्ल से अधिक अम्लीय बनाता है।
$4$. $C_6H_5CH_2COOH$ (फेनिलएसिटिक अम्ल): $CH_2$ समूह फेनिल रिंग को कार्बोक्सिल समूह से अलग करता है,जिससे बेंजोइक अम्ल की तुलना में फेनिल रिंग का इलेक्ट्रॉन-आकर्षित करने वाला प्रभाव कम हो जाता है।
$pK_a$ मानों की तुलना करने पर: $HCOOH$ $(pK_a \approx 3.75)$ > $C_6H_5COOH$ $(pK_a \approx 4.20)$ > $C_6H_5CH_2COOH$ $(pK_a \approx 4.31)$ > $CH_3COOH$ $(pK_a \approx 4.76)$।
अतः,दिए गए विकल्पों में $HCOOH$ सबसे अधिक अम्लीय है।

(D) प्रतिस्थापित बेंजोइक एसिड की अम्लता प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ अम्लता को बढ़ाते हैं ($pK_{a}$ कम करते हैं),जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ अम्लता को कम करते हैं ($pK_{a}$ बढ़ाते हैं)।
$1$. $III$ ($p$-मिथाइलबेन्जोइक एसिड): $-CH_3$ एक $EDG$ है,जो अम्लता को कम करता है। अतः,इसका $pK_{a}$ उच्चतम है।
$2$. $I$ ($p$-आयोडोबेन्जोइक एसिड): $-I$ एक दुर्बल $EWG$ है।
$3$. $II$ ($p$-साइनोबेन्जोइक एसिड): $-CN$ एक प्रबल $EWG$ है।
$4$. $IV$ ($p$-नाइट्रोबेन्जोइक एसिड): $-NO_2$ एक बहुत प्रबल $EWG$ है,जो अम्लता को सबसे अधिक बढ़ाता है। अतः,इसका $pK_{a}$ न्यूनतम है।
अतः,उच्चतम $pK_{a}$ $III$ के लिए और न्यूनतम $pK_{a}$ $IV$ के लिए है। सही विकल्प $D$ है।

(B) प्रतिस्थापित बेंजोइक एसिड की अम्लता प्रतिस्थापी समूह के इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव ($-I$ और $-M$ प्रभाव) के सीधे समानुपाती होती है।
उपस्थित प्रतिस्थापी हैं:
$(A) -CN$ (प्रबल $-I$ और $-M$ प्रभाव)
$(B) -F$ (प्रबल $-I$ प्रभाव,दुर्बल $+M$ प्रभाव)
$(C) -NO_2$ (अत्यधिक प्रबल $-I$ और $-M$ प्रभाव)
कुल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक शक्ति का क्रम: $-NO_2 > -CN > -F$ है।
अतः,अम्लता का घटता क्रम $C > A > B$ है।

(D) प्राथमिक अल्कोहल $(C_6H_5CH_2CH_2OH)$ का कार्बोक्सिलिक एसिड $(C_6H_5CH_2COOH)$ में रूपांतरण के लिए जोन्स अभिकर्मक ($CrO_3/H_2SO_4$ in $H_2O/acetone$) जैसे प्रबल ऑक्सीकरण एजेंट की आवश्यकता होती है। अतः,$X=$ जोन्स अभिकर्मक।
कार्बोक्सिलिक एसिड को सोडा लाइम $(NaOH + CaO)$ के साथ गर्म करके एक कम कार्बन वाले एल्केन में बदलने की प्रक्रिया को डीकार्बोक्सिलेशन कहा जाता है। अतः,$Y=NaOH, CaO, \Delta$ और $Z=C_6H_5CH_3$ (टोल्यूनि)।
इसलिए,सही विकल्प $D$ है।

(C) $1$. स्टाइरीन $(C_6H_5-CH=CH_2)$ की क्षारीय $KMnO_4$ के साथ अभिक्रिया और उसके बाद अम्लीय वर्कअप $(H_3O^+)$ एक ऑक्सीडेटिव विदलन अभिक्रिया है जो विनाइल समूह को कार्बोक्सिलिक एसिड समूह में परिवर्तित करती है,जिससे उत्पाद $X$ के रूप में बेंजोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ प्राप्त होता है।
$2$. बेंजोइक एसिड में बेंजीन रिंग से जुड़ा $-COOH$ समूह होता है। $-COOH$ समूह एक प्रबल निष्क्रियकारी समूह है और यह इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं के लिए मेटा-निर्देशकारी होता है।
$3$. इसलिए,$Br_2 / FeBr_3$ का उपयोग करके बेंजोइक एसिड $(X)$ का ब्रोमीनीकरण करने पर ब्रोमीन परमाणु मेटा-स्थान पर इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन करेगा,जिससे उत्पाद $Y$ के रूप में $m$-ब्रोमोबेंजोइक एसिड प्राप्त होगा।

(A) अम्लीय शक्ति प्रोटॉन के नुकसान के बाद बनने वाले संयुग्मी क्षार (conjugate base) की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$(i)$ $4$-एथिलसाइक्लोहेक्सेनकार्बोक्सिलिक एसिड (एलिफैटिक) है।
$(ii)$ $4$-मेथॉक्सीबेंजोइक एसिड (एरोमैटिक,$-OCH_3$ समूह के $+R$ प्रभाव के साथ) है।
$(iii)$ $4$-नाइट्रोबेंजोइक एसिड (एरोमैटिक,$-NO_2$ समूह के $-R$ प्रभाव के साथ) है।
$1$. एरोमैटिक कार्बोक्सिलिक एसिड आमतौर पर एलिफैटिक कार्बोक्सिलिक एसिड से अधिक मजबूत होते हैं।
$2$. $(iii)$ में $-NO_2$ समूह एक मजबूत $-R$ (इलेक्ट्रॉन-आकर्षक) प्रभाव डालता है,जो अम्लता को बढ़ाता है।
$3$. $(ii)$ में $-OCH_3$ समूह $+R$ (इलेक्ट्रॉन-दाता) प्रभाव डालता है,जो अम्लता को कम करता है।
इसलिए,अम्लीय शक्ति का क्रम $(iii) > (ii) > (i)$ है।

(A) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. $CH_3COOH$,$P_2O_5$ के साथ गर्म $(\Delta)$ करने पर निर्जलीकरण के माध्यम से एसिटिक एनहाइड्राइड $(X)$ बनाता है।
$2$. एसिटिक एनहाइड्राइड $(X)$ फिर अम्ल उत्प्रेरक $(H^ )$ की उपस्थिति में सैलिसिलिक एसिड $(Y)$ के साथ अभिक्रिया करके फेनोलिक $-OH$ समूह का एसिटिलेशन करता है।
$3$. यह अभिक्रिया $2-\text{acetoxybenzoic acid}$ बनाती है,जिसे आमतौर पर एस्पिरिन $(B)$ के रूप में जाना जाता है,जो एक दर्द निवारक (analgesic) दवा के रूप में कार्य करती है।
अतः,$A = P_2O_5, \Delta$ और $B = \text{2-acetoxybenzoic acid}$ है।

(D) $FeBr_3$ जैसे लुईस एसिड उत्प्रेरक की उपस्थिति में बेंज़ोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ की $Br_2$ के साथ अभिक्रिया एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
बेंजीन रिंग से जुड़ा $-COOH$ समूह एक प्रबल निष्क्रियकारी समूह है और यह मेटा-निर्देशी (meta-directing) होता है।
इसलिए,इलेक्ट्रोफाइल $(Br^+)$ बेंजीन रिंग की मेटा-स्थिति पर आक्रमण करेगा,जिसके परिणामस्वरूप मुख्य उत्पाद के रूप में $3-$ब्रोमो बेंज़ोइक एसिड प्राप्त होगा।

(D) बेन्जोइक अम्ल के लिए $X = CH_3Cl / AlCl_3$ अभिक्रिया संभव नहीं है क्योंकि $-COOH$ समूह एक प्रबल निष्क्रियकारी समूह है,जो बेन्जीन वलय को इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन के प्रति निष्क्रिय बना देता है। इसके अलावा,$-COOH$ समूह लुईस अम्ल $AlCl_3$ के साथ संकुल बनाता है,जो वलय को और अधिक निष्क्रिय कर देता है और फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन अभिक्रिया को होने से रोकता है।

(C) कार्बोक्सिलिक एसिड का एसाइल क्लोराइड में रूपांतरण थायोनिल क्लोराइड $(SOCl_2)$ का उपयोग करके सबसे अच्छी तरह से किया जाता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $CH_3CH_2COOH + SOCl_2 \rightarrow CH_3CH_2COCl + SO_2 + HCl$.
यह विधि इसलिए पसंद की जाती है क्योंकि उप-उत्पाद ($SO_2$ और $HCl$) गैसें हैं,जो अभिक्रिया मिश्रण से बाहर निकल जाती हैं,जिससे अभिक्रिया पूर्णता की ओर अग्रसर होती है।