Properties of Carboxylic Acids and Their Derivatives Questions in Hindi

(A) एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ की अमोनिया $(NH_3)$ के साथ अभिक्रिया से प्रारंभ में अमोनियम एसीटेट $(CH_3COONH_4)$ बनता है।
$CH_3COOH + NH_3 \rightarrow CH_3COONH_4$
गर्म करने पर,अमोनियम एसीटेट निर्जलीकरण (dehydration) के माध्यम से एसीटामाइड $(CH_3CONH_2)$ बनाता है।
$CH_3COONH_4 \xrightarrow{\Delta} CH_3CONH_2 + H_2O$
अतः,अभिक्रिया का अंतिम उत्पाद एसीटामाइड $(CH_3CONH_2)$ है।

(C) दी गई अभिक्रिया में लाल फास्फोरस की उपस्थिति में $Cl_2$ या $Br_2$ का उपयोग करके कार्बोक्सिलिक एसिड के $\alpha$-कार्बन परमाणु पर हैलोजन जोड़ा जाता है,जिसके बाद जल-अपघटन किया जाता है।
इस विशिष्ट अभिक्रिया को हेल-वोलहार्ड-जेलिंस्की $(HVZ)$ अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इसका उपयोग $\alpha$-हेलो कार्बोक्सिलिक एसिड तैयार करने के लिए किया जाता है।

(A) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ $NH_3$ के साथ अभिक्रिया करता है और गर्म करने पर एसिटामाइड $(CH_3CONH_2)$ बनाता है।
$2$. एसिटामाइड पिरिडीन की उपस्थिति में बेंजीनसल्फोनिल क्लोराइड $(C_6H_5SO_2Cl)$ के साथ अभिक्रिया करके $N$-एसिटाइल बेंजीनसल्फोनमाइड $(CH_3CONHSO_2C_6H_5)$ के साथ जल $(H_2O)$ और हाइड्रोजन क्लोराइड $(HCl)$ बनाता है।
$3$. अभिक्रिया है: $CH_3CONH_2 + C_6H_5SO_2Cl \xrightarrow{Pyridine} CH_3CONHSO_2C_6H_5 + H_2O + HCl$.
$4$. अतः,$X = CH_3CONHSO_2C_6H_5$,$Y = H_2O$,और $Z = HCl$।

(C) ऑक्सेलिक एसिड की सांद्र $H_2SO_4$ के साथ अभिक्रिया इस प्रकार है:
$(COOH)_2 \xrightarrow{conc. H_2SO_4} CO + CO_2 + H_2O$
गैसीय मिश्रण में $CO$ और $CO_2$ होते हैं।
जब इस मिश्रण को कास्टिक पोटाश $(KOH)$ से गुजारा जाता है,तो $CO_2$ (एक अम्लीय गैस) अवशोषित हो जाती है,जबकि $CO$ (एक उदासीन गैस) बाहर निकल जाती है।
$CO_2$ की $KOH$ के साथ अभिक्रिया है:
$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$
अतः,बनने वाला उत्पाद पोटेशियम कार्बोनेट $(K_2CO_3)$ है।

(C) सैलिसिलिक एसिड से एस्पिरिन (एसिटाइलसैलिसिलिक एसिड) का निर्माण फेनोलिक $-OH$ समूह के एसिटिलीकरण द्वारा होता है।
यह अभिक्रिया सैलिसिलिक एसिड की एसिटिक एनहाइड्राइड के साथ सांद्र $H_2SO_4$ जैसे अम्ल उत्प्रेरक की उपस्थिति में कराई जाती है।
अभिक्रिया: $\text{Salicylic acid} + (CH_3CO)_2O \xrightarrow{Conc. H_2SO_4} \text{Aspirin} + CH_3COOH$.
अतः,सही अभिकर्मक $(CH_3CO)_2O / \text{Conc. } H_2SO_4$ है।

(B) $373 \ K$ पर सांद्र $H_2SO_4$ के साथ फॉर्मिक अम्ल $(HCOOH)$ का निर्जलीकरण करने पर जल $(H_2O)$ और कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ गैस प्राप्त होती है।
अभिक्रिया: $HCOOH \xrightarrow{conc. H_2SO_4, 373 \ K} H_2O + CO$.
कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ में,कार्बन परमाणु $sp$ संकरित होता है।
कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ एक उदासीन ऑक्साइड है।
अतः,$Y$ $(CO)$ में कार्बन का संकरण $sp$ है और इसकी प्रकृति उदासीन है।

(C) $NaHCO_3$ एक मृदु क्षार है और केवल कार्बोनिक एसिड $(H_2CO_3)$ से अधिक अम्लीय यौगिक ही इसके साथ अभिक्रिया करके $CO_2$ गैस मुक्त कर सकते हैं।
कार्बोक्सिलिक एसिड,फिनोल और एमाइन की तुलना में अधिक अम्लीय होते हैं।
यौगिक $(III)$ बेंजोइक एसिड है और यौगिक $(IV)$ $p$-नाइट्रोबेंजोइक एसिड है।
दोनों $(III)$ और $(IV)$ कार्बोक्सिलिक एसिड हैं और $NaHCO_3$ के साथ अभिक्रिया करने के लिए पर्याप्त प्रबल हैं।
यौगिक $(I)$ एक एमाइन-प्रतिस्थापित फिनोल है और यौगिक $(II)$ फिनोल है; दोनों $H_2CO_3$ से कम अम्लीय हैं और $NaHCO_3$ के साथ अभिक्रिया नहीं करते हैं।
अतः,केवल $(III)$ और $(IV)$ $NaHCO_3$ के साथ अभिक्रिया करते हैं।

(D) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लता उनके संयुग्मी बेस (conjugate base) की स्थिरता के सीधे आनुपातिक होती है,जो इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग समूह ($-I$ प्रभाव) द्वारा बढ़ जाती है।
$pK_a$,अम्लता के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
यौगिकों की तुलना:
$II. CF_3COOH$ (तीन अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक $F$ परमाणुओं के कारण सबसे प्रबल एसिड)
$I. CCl_3COOH$ (प्रबल एसिड,लेकिन $Cl$,$F$ से कम विद्युत ऋणात्मक है)
$III. NO_2CH_2COOH$ ($IV$ से अधिक प्रबल एसिड क्योंकि $-NO_2$,$-CN$ की तुलना में अधिक मजबूत इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग समूह है)
$IV. NCCH_2COOH$
अम्लता का क्रम: $II > I > III > IV$
चूंकि $pK_a = -\log(K_a)$,इसलिए $pK_a$ का क्रम अम्लता के क्रम का उल्टा है:
$pK_a$ का क्रम: $IV > III > I > II$
यह $(II) < (I) < (III) < (IV)$ के अनुरूप है।

(B) प्रतिस्थापित बेन्ज़ोइक अम्लों की अम्लीय सामर्थ्य बेन्ज़ीन वलय से जुड़े प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों पर निर्भर करती है।
$1$. $-NO_2$ समूह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ और $-M$ प्रभाव) है,जो कार्बोक्सिलेट ऋणायन को स्थिर करता है,जिससे अम्लीय सामर्थ्य बढ़ जाती है।
$2$. $-OCH_3$ समूह एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+M$ प्रभाव) है,जो कार्बोक्सिलेट ऋणायन को अस्थिर करता है,जिससे अम्लीय सामर्थ्य कम हो जाती है।
$3$. बेन्ज़ोइक अम्ल $(II)$ संदर्भ यौगिक के रूप में कार्य करता है।
अतः,अम्लीय सामर्थ्य का क्रम $p$-नाइट्रोबेन्ज़ोइक अम्ल $(I)$ > बेन्ज़ोइक अम्ल $(II)$ > $p$-मेथॉक्सीबेन्ज़ोइक अम्ल $(III)$ है।
सही घटता क्रम $I > II > III$ है।

(B) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लीय सामर्थ्य प्रोटॉन के नुकसान के बाद बनने वाले कार्बोक्सिलेट आयन की स्थिरता द्वारा निर्धारित की जाती है।
$Cl$ जैसे इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ $-I$ प्रभाव के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं,जिससे अम्लीय सामर्थ्य बढ़ती है।
$CH_3$ जैसे इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ आयन को अस्थिर करते हैं,जिससे अम्लीय सामर्थ्य घटती है।
दिए गए अम्लों का विश्लेषण:
$(A)$ $CH_3COOH$: इसमें $CH_3$ समूह है जो $+I$ प्रभाव दिखाता है,इसलिए यह सबसे कम अम्लीय है।
$(B)$ $CH_3CHClCH_2COOH$: इसमें $\beta$-स्थिति पर एक $Cl$ परमाणु है। $-COOH$ समूह से दूरी के कारण $-I$ प्रभाव कमजोर है।
$(C)$ $ClCH_2COOH$: इसमें $\alpha$-स्थिति पर एक $Cl$ परमाणु है। $(B)$ की तुलना में $-I$ प्रभाव अधिक मजबूत है।
$(D)$ $Cl_2CHCOOH$: इसमें $\alpha$-स्थिति पर दो $Cl$ परमाणु हैं। संयुक्त $-I$ प्रभाव सबसे मजबूत है।
अतः,अम्लीय सामर्थ्य का घटता क्रम: $D > C > B > A$ है।

(C) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$1$. $CH_3 Cl + KCN \rightarrow CH_3 CN (A) + KCl$. यहाँ,$A$ मिथाइल साइनाइड (एसीटोनिट्राइल) है।
$2$. $CH_3 CN + 2H_2 O \xrightarrow{H_3 O^{\oplus}} CH_3 COOH (B) + NH_3$. यहाँ,$B$ एथेनोइक अम्ल (एसिटिक अम्ल) है।
$3$. $CH_3 COOH + C_2 H_5 OH \xrightarrow{H^{+}} CH_3 COOC_2 H_5 (C) + H_2 O$. यह एक एस्टरीकरण अभिक्रिया है,जहाँ $C$ एथिल एथेनोएट (एथिल एसीटेट) है।
अतः,सही क्रम $A = CH_3 CN, B = CH_3 CO_2 H, C = CH_3 CO_2 C_2 H_5$ है।

(C) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लता उनके संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) के स्थायित्व और $-COOH$ समूह से जुड़े प्रतिस्थापी समूह के प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) पर निर्भर करती है।
$CH_3COOH$ (एसिटिक अम्ल) और $CH_3CH_2COOH$ (प्रोपियोनिक अम्ल) में,एल्काइल समूह $+I$ प्रभाव डालते हैं,जो संयुग्मी क्षार को अस्थिर करते हैं।
$CH_2=CH-COOH$ (एक्रिलिक अम्ल) में,$sp^2$ संकरित कार्बन $-I$ प्रभाव डालता है,जो इसे संतृप्त एलिफैटिक अम्लों से अधिक प्रबल बनाता है।
$C_6H_5COOH$ (बेंजोइक अम्ल) में,फेनिल समूह $sp^2$ संकरित होता है और यह एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव ($-I$ प्रभाव) डालता है तथा कार्बोक्सिलेट आयन का अनुनाद द्वारा स्थायित्व करता है,जिससे यह दिए गए विकल्पों में सबसे प्रबल अम्ल बन जाता है।

(A) कार्बोक्सिलिक अम्ल की अम्लता उसके $pK_a$ मान के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
$pK_a = -\log(K_a)$.
उच्च $pK_a$ मान कम $K_a$ मान को दर्शाता है,जिसका अर्थ है कि अम्ल दुर्बल है।
दिए गए मानों की तुलना करने पर: $1.28 < 2.56 < 4.76 < 4.89$.
चूंकि $4.89$ सबसे अधिक $pK_a$ मान है,इसलिए $pK_a = 4.89$ वाला कार्बोक्सिलिक अम्ल सबसे दुर्बल अम्ल है।

(C) अम्ल की प्रबलता उसके $pK_a$ मान के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
गणितीय रूप से,$pK_a = -\log(K_a)$।
एक प्रबल अम्ल का $K_a$ मान अधिक होता है,जिसका अर्थ है कि उसका $pK_a$ मान कम होता है।
दिए गए मानों की तुलना करने पर: $0.23 < 3.41 < 4.19 < 4.76$।
अतः,सबसे छोटा $pK_a$ मान $0.23$ सबसे प्रबल कार्बोक्सिलिक अम्ल को दर्शाता है।

(C) जब क्लोरोफॉर्म $(CHCl_3)$ को सोडियम हाइड्रॉक्साइड $(NaOH)$ के जलीय विलयन के साथ गर्म किया जाता है,तो इसका जल-अपघटन होता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $CHCl_3 + 4NaOH \rightarrow HCOONa + 3NaCl + 2H_2O$।
प्राप्त उत्पाद सोडियम फॉर्मेट $(HCOONa)$ है।

(C) अल्कोहल $(R-OH)$ की $PCl_5$ के साथ अभिक्रिया से अल्काइल क्लोराइड $(R-Cl)$ प्राप्त होता है:
$C_2 H_5 OH + PCl_5 \rightarrow C_2 H_5 Cl + POCl_3 + HCl$
अतः,$X$ का मान $C_2 H_5 OH$ है।
कार्बोक्सिलिक एसिड $(R-COOH)$ की $PCl_5$ के साथ अभिक्रिया से एसिड क्लोराइड $(R-COCl)$ प्राप्त होता है:
$CH_3 CO_2 H + PCl_5 \rightarrow CH_3 COCl + POCl_3 + HCl$
अतः,$Y$ का मान $CH_3 CO_2 H$ है।
इसलिए,सही विकल्प $C$ है।

(C) अभिक्रिया क्रम में एस्टर $G$ $(C_6H_{12}O_2)$ का क्षारीय जल-अपघटन (सैपोनिफिकेशन) होकर एक अल्कोहल $(H)$ और कार्बोक्सिलेट लवण बनता है,जो अम्लीकरण के बाद कार्बोक्सिलिक एसिड $(I)$ देता है।
इसके बाद $H$ का $CrO_3/H^+$ द्वारा ऑक्सीकरण होकर वही कार्बोक्सिलिक एसिड $(I)$ बनता है।
यह दर्शाता है कि अल्कोहल $H$ एक प्राथमिक अल्कोहल है,जो समान कार्बन संख्या वाले कार्बोक्सिलिक एसिड में ऑक्सीकृत हो जाता है।
विकल्प $C$ $CH_3CH_2COOCH_2CH_2CH_3$ (प्रोपाइल प्रोपियोनेट) है।
जल-अपघटन: $CH_3CH_2COOCH_2CH_2CH_3 + OH^- \rightarrow CH_3CH_2COO^- + CH_3CH_2CH_2OH$.
अम्लीकरण: $CH_3CH_2COO^- + H^+ \rightarrow CH_3CH_2COOH$ (प्रोपेनोइक एसिड)।
$H$ $(CH_3CH_2CH_2OH)$ का ऑक्सीकरण: $CH_3CH_2CH_2OH \xrightarrow{CrO_3/H^+} CH_3CH_2COOH$।

(C) आयोडोफॉर्म परीक्षण उन यौगिकों द्वारा दिया जाता है जिनमें $CH_{3}CO-$ समूह या $CH_{3}CH(OH)-$ समूह होता है।
$CH_{3}CH(OH)CH_{2}CH_{3}$ एक द्वितीयक अल्कोहल है जिसमें $CH_{3}CH(OH)-$ समूह होता है,इसलिए यह परीक्षण देता है।
$CH_{3}COOH$ (एसिटिक एसिड) एक कार्बोक्सिलिक एसिड है।
एसिटिक एसिड में सबसे अधिक अम्लीय प्रोटॉन ऑक्सीजन परमाणु से जुड़ा होता है $(COOH)$।
हेलोफॉर्म अभिक्रिया के लिए मिथाइल कीटोन समूह $(CH_{3}CO-)$ से $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु का विप्रोटॉनीकरण (deprotonation) आवश्यक है।
चूंकि $CH_{3}COOH$ में मिथाइल कीटोन समूह नहीं होता है,इसलिए यह आयोडोफॉर्म अभिक्रिया नहीं देता है।

(A) दी गई अभिक्रिया पर्किन संघनन (Perkin condensation) का एक रूप है।
इस अभिक्रिया में,एक एरोमैटिक एल्डिहाइड $(PhCHO)$ संबंधित अम्ल के सोडियम लवण $(CH_3CH_2COONa)$ की उपस्थिति में एसिड एनहाइड्राइड $((CH_3CH_2CO)_2O)$ के साथ अभिक्रिया करता है।
एनहाइड्राइड का $\alpha$-हाइड्रोजन क्षार द्वारा हटा दिया जाता है जिससे कार्बोनियन बनता है,जो फिर एल्डिहाइड के कार्बोनिल कार्बन पर हमला करता है।
निर्जलीकरण और जल-अपघटन के बाद,अंतिम उत्पाद एक $\alpha,\beta$-असंतृप्त कार्बोक्सिलिक अम्ल होता है।
$PhCHO$ और प्रोपियोनिक एनहाइड्राइड $((CH_3CH_2CO)_2O)$ के लिए,प्राप्त उत्पाद $Ph-CH=C(CH_3)-COOH$ ($2$-मिथाइल$-3-$फेनिलप्रोप$-2-$एनोइक एसिड) है।

(A) डाइकार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति दो कार्बोक्सिल समूहों के बीच की दूरी पर निर्भर करती है।
जैसे-जैसे दो $-COOH$ समूहों के बीच की दूरी कम होती है,एक कार्बोक्सिल समूह का दूसरे पर प्रेरणिक प्रभाव ($-I$ प्रभाव) बढ़ता है,जो संयुग्मी क्षार को स्थिर करता है और अम्लता को बढ़ाता है।
संरचनाओं की तुलना:
$I$: एडिपिक एसिड,$HOOC-(CH_2)_4-COOH$ (समूहों के बीच सबसे लंबी श्रृंखला)
$IV$: ग्लूटरिक एसिड,$HOOC-(CH_2)_3-COOH$
$II$: मिथाइलमैलोनिक एसिड,$CH_3-CH(COOH)_2$ (समूह आसन्न कार्बन पर हैं)
$III$: ऑक्सालिक एसिड,$HOOC-COOH$ (समूह सीधे जुड़े हुए हैं)
कार्बोक्सिल समूहों के बीच बढ़ती दूरी के अनुसार क्रम: $III < II < IV < I$ है।
इसलिए,बढ़ती हुई अम्लीय शक्ति का क्रम $I < IV < II < III$ है।

(A) इन यौगिकों की अम्लता उनके संयुग्मी क्षार (conjugate base) की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$2,6-$डाइहाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड में $-COOH$ समूह के सापेक्ष ऑर्थो स्थिति पर दो $-OH$ समूह होते हैं। इसका संयुग्मी क्षार कार्बोक्सिलेट ऑक्सीजन और दोनों ऑर्थो-हाइड्रॉक्सिल समूहों के बीच मजबूत इंट्रा-मॉलिक्यूलर हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा अत्यधिक स्थिर होता है।
सैलिसिलिक एसिड ($2-$हाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड) में केवल एक ऑर्थो $-OH$ समूह होता है,जो $2,6-$डाइहाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड की तुलना में कम स्थिरता प्रदान करता है।
$4-$हाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड में ऑर्थो-स्थिरीकरण का अभाव होता है और पैरा स्थिति पर $-OH$ समूह इलेक्ट्रॉन-दाता प्रभाव ($+M$ प्रभाव) दिखाता है,जो कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है,जिससे यह सबसे कम अम्लीय हो जाता है।
अतः,सही क्रम है: $2,6-$डाइहाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड > सैलिसिलिक एसिड > $4-$हाइड्रॉक्सीबेंजोइक एसिड।

(C) $p-$नाइट्रोबेन्ज़ोइक एसिड $(Z)$ में $-NO_2$ समूह होता है,जो एक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है। यह प्रेरणिक और अनुनाद प्रभावों के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करता है,जिससे यह सबसे अधिक अम्लीय हो जाता है।
बेन्ज़ोइक एसिड $(X)$ बेन्ज़ीन वलय के साथ कार्बोक्सिलेट समूह के अनुनाद द्वारा स्थिर होता है।
पेरोक्सीबेन्ज़ोइक एसिड $(Y)$ की संरचना $C_6H_5CO_3H$ है। $-O-O-$ बंध कम स्थिर होता है और अतिरिक्त ऑक्सीजन परमाणु की उपस्थिति के कारण बेन्ज़ोइक एसिड की तुलना में कार्बोक्सिलेट आयन का अनुनाद स्थिरीकरण कम प्रभावी होता है,जो इसे बेन्ज़ोइक एसिड से कम अम्लीय बनाता है।
अतः,अम्लीय प्रबलता का सही क्रम $Z > X > Y$ है।

(A) $4$-हाइड्रॉक्सीबेन्ज़ोइक अम्ल की सांद्र $H_{2}SO_{4}$ और ऊष्मा की उपस्थिति में एसीटिक एनहाइड्राइड के साथ अभिक्रिया एक एसीटिलीकरण अभिक्रिया है।
फिनोलिक $-OH$ समूह एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और एसीटिक एनहाइड्राइड के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है,जिससे एक एस्टर समूह $(-OCOCH_{3})$ का निर्माण होता है।
उत्पाद $Q$,$4$-एसीटॉक्सीबेन्ज़ोइक अम्ल है,जिसका आणविक सूत्र $C_{9}H_{8}O_{4}$ है।
अतः,विकल्प $(A)$ सही उत्तर है।

(B) $CH_3COCl$ (एसिटाइल क्लोराइड) अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होता है और $25^{\circ} C$ पर भी जल-अपघटन (hydrolysis) द्वारा $CH_3COOH$ (एसिटिक एसिड) बनाता है।
एसिटिक एसिड,कार्बोनिक एसिड $(H_2CO_3)$ से अधिक प्रबल अम्ल है,इसलिए यह $NaHCO_3$ के साथ प्रतिक्रिया करके $CO_2$ गैस उत्पन्न करता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$CH_3COCl + H_2O \longrightarrow CH_3COOH + HCl$
$CH_3COOH + NaHCO_3 \longrightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$
अतः,विकल्प $(B)$ सही उत्तर है।

(A) कार्बोक्सिलिक अम्ल व्युत्पन्नों की न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन (जैसे जल-अपघटन) के प्रति अभिक्रियाशीलता,एसाइल समूह से जुड़े लीविंग ग्रुप की क्षमता पर निर्भर करती है।
क्षार जितना दुर्बल होगा,लीविंग ग्रुप उतना ही अच्छा होगा।
लीविंग ग्रुप की क्षारीयता का क्रम $Cl^{-} < CH_3COO^{-} < C_2H_5O^{-} < NH_2^-$ है।
इसलिए,लीविंग ग्रुप की क्षमता का क्रम $Cl^{-} > CH_3COO^{-} > C_2H_5O^{-} > NH_2^-$ है।
अतः,जल-अपघटन की सुगमता का क्रम: $CH_3COCl$ $(I) > (CH_3CO)_2O$ $(II) > CH_3COOC_2H_5$ $(III) > CH_3CONH_2$ $(IV)$ है।

(A) एस्टर का क्षारीय जल-अपघटन एक न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन अभिक्रिया है। इस अभिक्रिया की दर कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बढ़ाते हैं,जिससे जल-अपघटन की दर बढ़ जाती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को कम करते हैं,जिससे जल-अपघटन की दर कम हो जाती है।
प्रतिस्थापियों का विश्लेषण:
$(I)$ $-NO_2$ समूह: प्रबल $-R$ और $-I$ प्रभाव (प्रबल $EWG$)।
$(II)$ $-OCH_3$ समूह: प्रबल $+R$ और दुर्बल $-I$ प्रभाव (प्रबल $EDG$)।
$(III)$ $-CH_3$ समूह: $+I$ प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन (दुर्बल $EDG$)।
इलेक्ट्रोफिलिसिटी का क्रम: $-NO_2 > -CH_3 > -OCH_3$ है।
अतः,क्षारीय जल-अपघटन की दरों का सही क्रम $I > III > II$ है।

(A) जो यौगिक कार्बोनिक एसिड $(H_{2}CO_{3})$ से अधिक अम्लीय होते हैं,वे जलीय $NaHCO_{3}$ के साथ अभिक्रिया करके $CO_{2}$ गैस मुक्त करते हैं,जिससे बुदबुदाहट होती है।
$I. (CH_{3}CO)_{2}O$ (एसिटिक एनहाइड्राइड) $NaHCO_{3}$ के साथ अभिक्रिया करके एसिटिक एसिड बनाता है,जो बाद में $CO_{2}$ मुक्त करता है।
$II. CH_{3}COOH$ (एसिटिक एसिड) $H_{2}CO_{3}$ से अधिक अम्लीय है और आसानी से $CO_{2}$ मुक्त करता है।
$III. PhOH$ (फिनोल) $H_{2}CO_{3}$ से कम अम्लीय है और बुदबुदाहट नहीं देता है।
$IV. CH_{3}COCHO$ (मिथाइलग्लायोक्सल) $NaHCO_{3}$ के साथ अभिक्रिया करने के लिए पर्याप्त अम्लीय नहीं है।
अतः,$I$ और $II$ दोनों बुदबुदाहट देते हैं।

(D) अभिक्रिया श्रृंखला इस प्रकार है:
$1$. प्रारंभिक पदार्थ एक डाइकार्बोक्सिलिक एसिड का मोनो-मिथाइल एस्टर है,$HO_2C-(CH_2)_4-CO_2Me$.
$2$. $Ag_2O$ के साथ उपचार करने पर कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ अपने सिल्वर लवण $(-COO^-Ag^+)$ में परिवर्तित हो जाता है।
$3$. इसके बाद $CCl_4$ में $Br_2$ के साथ उपचार बोरोडिन-हंसडिकर अभिक्रिया है,जो सिल्वर लवण का विकार्बोक्सिलीकरण करती है और कार्बोक्सिल समूह को ब्रोमीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित करती है।
$4$. अभिक्रिया है: $HO_2C-(CH_2)_4-CO_2Me$ $\xrightarrow{Ag_2O} AgO_2C-(CH_2)_4-CO_2Me$ $\xrightarrow{Br_2, CCl_4} Br-(CH_2)_4-CO_2Me$.
$5$. अतः,उत्पाद $R$,$MeO_2C-(CH_2)_4-Br$ है।

(D) $1$. अभिक्रिया श्रृंखला दर्शाती है कि यौगिक $P$ का $NH_3$ और $\Delta$ का उपयोग करके $Q$ में रूपांतरण होता है,जो कार्बोक्सिलिक अम्ल से एमाइड के निर्माण की विशेषता है।
$2$. दूसरे चरण में हॉफमैन ब्रोमामाइड निम्नीकरण अभिक्रिया $(KOH, Br_2)$ और उसके बाद कार्बिलएमीन अभिक्रिया $(CHCl_3, KOH (alc.), \Delta)$ शामिल है।
$3$. अंतिम उत्पाद साइक्लोहेक्सिल आइसोसाइनाइड है। कार्बिलएमीन अभिक्रिया प्राथमिक एमीन $(R-NH_2)$ को आइसोसाइनाइड $(R-NC)$ में परिवर्तित करती है।
$4$. इसलिए,$Q$ प्राथमिक एमीन,साइक्लोहेक्सिलएमीन $(C_6H_{11}NH_2)$ होना चाहिए।
$5$. $NH_3$ और $\Delta$ के माध्यम से $P$ का $Q$ $(C_6H_{11}NH_2)$ में रूपांतरण यह बताता है कि $P$ साइक्लोहेक्सेनकार्बोक्सिलिक अम्ल $(C_6H_{11}COOH)$ है,जो मध्यवर्ती के रूप में एमाइड $(C_6H_{11}CONH_2)$ बनाता है,जो फिर हॉफमैन निम्नीकरण के माध्यम से एमीन $Q$ बनाता है।
$6$. इस प्रकार,यौगिक $P$ साइक्लोहेक्सेनकार्बोक्सिलिक अम्ल है और मध्यवर्ती $Q$ साइक्लोहेक्सेनकार्बोक्समाइड है।

(B) $pK_a$ का मान यौगिक की अम्लता के व्युत्क्रमानुपाती होता है। उच्च $pK_a$ का अर्थ है कम अम्लता।
अम्लता का निर्धारण संयुग्मी क्षार (conjugate base) की स्थिरता द्वारा किया जाता है,जो $-COOH$ समूह से जुड़े प्रतिस्थापियों के प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) से प्रभावित होती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ प्रभाव) अम्लता को बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+I$ प्रभाव) अम्लता को कम करते हैं।
दिए गए यौगिकों की तुलना:
$1$. $HCOOH$ (फॉर्मिक एसिड): कोई एल्काइल समूह नहीं जुड़ा है।
$2$. $CH_3CH_2COOH$ (प्रोपेनोइक एसिड): इसमें इथाइल समूह है,जो इलेक्ट्रॉन-दाता ($+I$ प्रभाव) है।
$3$. $C_6H_5CH_2COOH$ (फिनाइल एसिटिक एसिड): इसमें फिनाइल समूह है,जो इलेक्ट्रॉन-आकर्षक ($-I$ प्रभाव) है।
$4$. $ClCH_2CH_2COOH$ ($3$-क्लोरोप्रोपेनोइक एसिड): इसमें क्लोरीन परमाणु है,जो प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक ($-I$ प्रभाव) है।
चूंकि $CH_3CH_2COOH$ में इथाइल समूह इलेक्ट्रॉन-दाता है,यह कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है,जिससे यह विकल्पों में सबसे कम अम्लीय हो जाता है। इसलिए,$CH_3CH_2COOH$ का $pK_a$ मान सबसे अधिक है।

(B) $KMnO_4/KOH$ (क्षारीय पोटेशियम परमैंगनेट) के साथ एल्काइल बेंजीन साइड चेन का ऑक्सीकरण करने पर साइड चेन का विखंडन होता है,जिससे बेंजोइक एसिड का पोटेशियम लवण (पोटेशियम बेंजोएट,$P$) बनता है।
यह अभिक्रिया बेंजीन रिंग से जुड़े एल्काइल समूहों के ऑक्सीकरण के लिए एक मानक विधि है।
इसके बाद $H_3O^+$ के साथ अम्लीकरण (acidification) करने पर,पोटेशियम बेंजोएट $(P)$ बेंजोइक एसिड $(Q)$ में परिवर्तित हो जाता है।
अतः,$P$ पोटेशियम बेंजोएट है और $Q$ बेंजोइक एसिड है।

(A) चरण $(i)$: $MeOH$ में $NaBH_{4}$ एल्डिहाइड समूह $(-CHO)$ का प्राथमिक अल्कोहल $(-CH_{2}OH)$ में चयनात्मक अपचयन करता है। चक्रीय एमाइड (लैक्टम) अप्रभावित रहता है।
चरण (ii): $NaOH(aq.), \Delta$ चक्रीय एमाइड (लैक्टम) का क्षारीय जल-अपघटन करता है। वलय खुलकर संबंधित अमीनो एसिड लवण (कार्बोक्सिलेट) बनाता है।
चरण (iii): $H_{3}O^{+}$ कार्बोक्सिलेट का प्रोटोनीकरण करके कार्बोक्सिलिक एसिड $(-COOH)$ बनाता है और अमीन का प्रोटोनीकरण करके अमोनियम लवण $(-NH_{2}^{+}-)$ बनाता है।
अंतिम उत्पाद प्राथमिक अल्कोहल समूह वाला एक रैखिक अमीनो एसिड व्युत्पन्न है: $HOOC-(CH_{2})_{4}-NH-CH(CH_{3})CH_{2}OH$.

(C) प्रारंभिक पदार्थ $tert$-ब्यूटिल अल्कोहल (या $2$-मेथिलप्रोपेन-$2$-ऑल) है।
$1$. $Cu/573 \ K$ के साथ उपचार एक विहाइड्रोजनीकरण (dehydrogenation) अभिक्रिया है। हालाँकि,$tert$-ब्यूटिल अल्कोहल विहाइड्रोजनीकरण करके एल्डिहाइड या कीटोन नहीं बनाता है क्योंकि इसमें $\alpha$-हाइड्रोजन का अभाव होता है। इसके बजाय,यह निर्जलीकरण (dehydration) से गुजरकर आइसोब्यूटिलीन ($2$-मेथिलप्रोपीन) बनाता है।
$2$. दूसरे चरण में अम्ल उत्प्रेरक $(H^+)$ की उपस्थिति में एल्कीन और बेन्जोइक अम्ल $(PhCOOH)$ के बीच अभिक्रिया शामिल है। यह एक इलेक्ट्रॉनस्नेही योगज अभिक्रिया है जिसमें एल्कीन कार्बोक्सिलिक अम्ल के साथ जुड़कर एस्टर बनाता है।
$3$. आइसोब्यूटिलीन की बेन्जोइक अम्ल के साथ अभिक्रिया से मुख्य उत्पाद के रूप में $tert$-ब्यूटिल बेन्जोएट प्राप्त होता है।
अतः,सही विकल्प $(C)$ है।

(D) अम्लता संयुग्मी क्षार (conjugate base) के स्थायित्व पर निर्भर करती है। कार्बोक्सिलिक अम्ल ($D$ और $E$) फिनोल $(A, B, C)$ की तुलना में अधिक प्रबल अम्ल होते हैं।
$4$-नाइट्रोबेंजोइक अम्ल $(D)$ और बेंजोइक अम्ल $(E)$ के बीच,$-NO_2$ समूह (प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक) $D$ को अधिक प्रबल बनाता है।
फिनोलों में,$4$-नाइट्रोफिनोल $(B)$ $-NO_2$ समूह के इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव के कारण सबसे प्रबल है,उसके बाद फिनोल $(A)$ आता है,और $4$-मेथॉक्सीफिनोल $(C)$ $-OCH_3$ समूह के इलेक्ट्रॉन-दाता प्रभाव के कारण सबसे दुर्बल है।
अतः,अम्लता का घटता क्रम $D > E > B > A > C$ है।

(A) चरण $(i)$ और (ii): प्रोपेनिट्राइल का क्षारीय जल-अपघटन और उसके बाद अम्लीकरण करने पर प्रोपेनोइक एसिड $(CH_3CH_2COOH)$ प्राप्त होता है।
चरण (iii) और (iv): लाल फास्फोरस की उपस्थिति में $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया हेल-वोलहार्ड-जेलिंस्की $(HVZ)$ अभिक्रिया है।
यह अभिक्रिया विशेष रूप से कार्बोक्सिलिक एसिड के $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु को क्लोरीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित करती है।
अतः,मुख्य उत्पाद '$P$' $2-$क्लोरोप्रोपेनोइक एसिड $(CH_3CHClCOOH)$ है।