Properties of Carboxylic Acids and Their Derivatives Questions in Hindi

(A) $pK_a$ मान यौगिक की अम्लता के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
प्रबल अम्लों का $pK_a$ मान कम होता है।
कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लता प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों (जैसे $Cl$) की उपस्थिति से बढ़ती है।
$Cl_3CCOOH$ में तीन क्लोरीन परमाणु होते हैं,जो सबसे मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक प्रभाव डालते हैं,जिससे कार्बोक्सिलेट आयन सबसे अधिक स्थिर हो जाता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में $Cl_3CCOOH$ सबसे प्रबल अम्ल है और इसका $pK_a$ मान सबसे कम है।

(B) जब अमोनियम एसीटेट $(CH_3COONH_4)$ को गर्म किया जाता है,तो यह पानी का एक अणु खोकर पहले एसीटामाइड $(CH_3CONH_2)$ बनाता है।
अधिक गर्म करने पर,एसीटामाइड का निर्जलीकरण होकर मिथाइल साइनाइड $(CH_3CN)$ प्राप्त होता है।
अभिक्रिया: $CH_3COONH_4$ $\xrightarrow{\Delta} CH_3CONH_2 + H_2O$ $\xrightarrow{\Delta} CH_3CN + H_2O$.

(B) . एथेनोइक अम्ल $(CH_3COOH)$,जिसे एसिटिक अम्ल के रूप में भी जाना जाता है,का उपयोग रासायनिक उद्योग में सेलुलोज एसीटेट के उत्पादन के लिए किया जाता है,जो रेयॉन फाइबर और विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक के निर्माण के लिए आवश्यक है।

(C) $1$. ऑक्सीकरण: एथिलबेन्जीन क्षारीय $KMnO_4$ के साथ अभिक्रिया करके बेन्जोइक अम्ल $(B)$ बनाता है। एल्काइल समूह का $-COOH$ समूह में ऑक्सीकरण हो जाता है।
$2$. ब्रोमीनीकरण: बेन्जोइक अम्ल एक मेटा-निर्देशकारी समूह है। $Br_2/FeCl_3$ के साथ अभिक्रिया से $3-$ब्रोमोबेन्जोइक अम्ल $(C)$ प्राप्त होता है।
$3$. एस्टरीकरण: $3-$ब्रोमोबेन्जोइक अम्ल अम्ल उत्प्रेरक $(H^+)$ की उपस्थिति में एथेनॉल $(C_2H_5OH)$ के साथ अभिक्रिया करके एथिल $3-$ब्रोमोबेन्जोएट $(D)$ बनाता है।

(D) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$1$. $CH_3Br + KCN \rightarrow CH_3CN (A) + KBr$
$2$. $CH_3CN + 2H_2O + H^{+} \rightarrow CH_3COOH (B) + NH_4^{+}$
$3$. $CH_3COOH + LiAlH_4 \xrightarrow{ether} CH_3CH_2OH (C)$
$LiAlH_4$ एक प्रबल अपचायक है जो कार्बोक्सिलिक एसिड को प्राथमिक अल्कोहल में अपचयित करता है। अतः,अंतिम उत्पाद $(C)$ $CH_3CH_2OH$ है,जो एथिल अल्कोहल है।

(B) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लीयता प्रोटॉन के नुकसान के बाद बनने वाले कार्बोक्सिलेट आयन की स्थिरता द्वारा निर्धारित की जाती है। इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ प्रभाव) कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं और अम्लीयता बढ़ाते हैं।
यौगिक $I$ में,कोई इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह नहीं है।
यौगिक $II$ में,ऑक्सीजन परमाणु $-COOH$ समूह के सापेक्ष $\beta$-स्थिति पर है।
यौगिक $III$ में,ऑक्सीजन परमाणु $-COOH$ समूह के सापेक्ष $\gamma$-स्थिति पर है।
$-I$ प्रभाव दूरी के साथ घटता है। चूँकि $II$ में ऑक्सीजन परमाणु $III$ की तुलना में $-COOH$ समूह के अधिक निकट है,इसलिए $II$ में $-I$ प्रभाव $III$ से अधिक प्रबल है।
अतः,अम्लीयता का क्रम $II > III > I$ है।

(D) एस्टर का क्षारीय हाइड्रोलिसिस न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन तंत्र का पालन करता है।
इस अभिक्रिया की दर कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग ग्रुप $(EWG)$ कार्बोनिल कार्बन से इलेक्ट्रॉन घनत्व को दूर खींचकर उसकी इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बढ़ाते हैं,जिससे न्यूक्लियोफाइल $(OH^-)$ का आक्रमण आसान हो जाता है।
दिए गए प्रतिस्थापियों में,नाइट्रो समूह $(-NO_2)$ अपने मजबूत $-I$ और $-M$ प्रभावों के कारण सबसे शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग समूह है।
इसलिए,p-नाइट्रो फेनिल एसीटेट सबसे आसानी से हाइड्रोलाइज्ड हो जाएगा।

(A) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति $H^+$ आयन के निकलने के बाद बनने वाले कार्बोक्सिलेट आयन की स्थिरता द्वारा निर्धारित होती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ प्रभाव) कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं,जिससे अम्लता बढ़ती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+I$ प्रभाव) कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करते हैं,जिससे अम्लता घटती है।
प्रतिस्थापियों की तुलना करने पर:
$CF_3-$ (ट्राइफ्लोरोएसेटिक एसिड,$B$) में फ्लोरीन की उच्च विद्युत ऋणात्मकता के कारण $CCl_3-$ (ट्राइक्लोरोएसेटिक एसिड,$A$) की तुलना में अधिक मजबूत $-I$ प्रभाव होता है।
फॉर्मिक एसिड ($D$,$HCOOH$) में कोई एल्काइल समूह नहीं होता है,जबकि एसेटिक एसिड ($C$,$CH_3COOH$) में एक मिथाइल समूह होता है जो $+I$ प्रभाव डालता है।
अतः,अम्लीय शक्ति का घटता हुआ सही क्रम $CF_3COOH (B) > CCl_3COOH (A) > HCOOH (D) > CH_3COOH (C)$ है।

(D) कार्बोनिल समूह की न्यूक्लियोफिलिक हमले के प्रति संवेदनशीलता कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
यह इलेक्ट्रोफिलिसिटी कार्बोनिल कार्बन से जुड़े इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह की उपस्थिति से बढ़ जाती है।
दिए गए व्युत्पन्नों में,क्लोराइड आयन $(Cl^-)$ सबसे दुर्बल क्षार है और इसलिए सबसे अच्छा लिविंग ग्रुप है।
चूंकि $Cl$ अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक है और एक अच्छा लिविंग ग्रुप है,यह एक मजबूत प्रेरक प्रभाव (inductive effect) डालता है,जिससे $CH_3COCl$ में कार्बोनिल कार्बन सबसे अधिक इलेक्ट्रॉन-न्यून हो जाता है और इस प्रकार यह न्यूक्लियोफिलिक हमले के लिए सबसे अधिक संवेदनशील हो जाता है।

(C) लाल फास्फोरस की उपस्थिति में प्रोपियोनिक एसिड $(CH_3-CH_2-COOH)$ की $Br_2$ के साथ अभिक्रिया को $Hell-Volhard-Zelinsky$ $(HVZ)$ अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
यह अभिक्रिया विशेष रूप से $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणुओं को ब्रोमीन परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित करती है।
प्रोपियोनिक एसिड में $-COOH$ समूह के बगल वाले कार्बन परमाणु पर दो $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं।
चूंकि एक डाइब्रोमो उत्पाद बनता है,इसलिए दोनों $\alpha$-हाइड्रोजन ब्रोमीन द्वारा प्रतिस्थापित हो जाते हैं,जिसके परिणामस्वरूप $CH_3-C(Br)_2-COOH$ संरचना प्राप्त होती है।

(C) एसिड क्लोराइड की जल-अपघटन के प्रति अभिक्रियाशीलता कार्बोनिल कार्बन परमाणु पर धनात्मक आवेश के परिमाण पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ कार्बोनिल कार्बन पर धनात्मक आवेश को बढ़ाते हैं,जिससे अभिक्रियाशीलता बढ़ती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ कार्बोनिल कार्बन पर धनात्मक आवेश को कम करते हैं,जिससे अभिक्रियाशीलता घटती है।
पैरा-स्थान पर प्रतिस्थापी हैं:
$(i)$ $-H$ (कोई प्रभाव नहीं)
$(ii)$ $-NO_2$ (प्रबल $EWG$)
$(iii)$ $-CH_3$ (हाइपरकंजुगेशन द्वारा $EDG$)
$(iv)$ $-CHO$ $(EWG)$
$EWG$ की शक्ति की तुलना करने पर,$-NO_2$,$-CHO$ की तुलना में अधिक प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का क्रम है: $(ii) > (iv) > (i) > (iii)$.

(C) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लता अल्फा-कार्बन से जुड़े प्रतिस्थापी के प्रेरक प्रभाव (inductive effect) से प्रभावित होती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) $-I$ प्रभाव के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करके अम्लता को बढ़ाते हैं।
$-I$ प्रभाव की शक्ति हैलोजन परमाणु की विद्युत ऋणात्मकता पर निर्भर करती है: $F > Cl > Br$।
इसलिए,अम्लता का सही क्रम $FCH_2COOH > ClCH_2COOH > BrCH_2COOH > CH_3COOH$ है।

(A) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति उसके संयुग्मी क्षार (कार्बोक्सिलेट आयन) की स्थिरता पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ ऋण आवेश को स्थिर करके अम्लता बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ उसे अस्थिर करके अम्लता कम करते हैं।
यौगिक इस प्रकार हैं:
$(A) CH_3CO_2H$ (एसिटिक एसिड)
$(B) MeOCH_2CO_2H$ (मेथॉक्सीएसिटिक एसिड,$-OCH_3$ एक $EWG$ है)
$(C) CF_3CO_2H$ (ट्राइफ्लोरोएसिटिक एसिड,$-CF_3$ एक बहुत मजबूत $EWG$ है)
$(D) (CH_3)_2CHCO_2H$ (आइसोब्यूटिरिक एसिड,आइसोप्रोपिल समूह एक $EDG$ है)
प्रभावों की तुलना करने पर:
$(D)$ में आइसोप्रोपिल समूह (सबसे मजबूत $EDG$) है,जो इसे सबसे कम अम्लीय बनाता है।
$(A)$ में मिथाइल समूह (कमजोर $EDG$) है।
$(B)$ में मेथॉक्सी समूह $(EWG)$ है।
$(C)$ में तीन फ्लोरीन परमाणु (सबसे मजबूत $EWG$) हैं।
अम्लीय शक्ति के बढ़ने का सही क्रम $D < A < B < C$ है.

(C) सांद्र $H_2SO_4$ की उपस्थिति में कार्बोक्सिलिक एसिड और अल्कोहल के बीच की अभिक्रिया को एस्टरीकरण कहा जाता है।
प्राप्त उत्पाद एक एस्टर है,जो फलों जैसी गंध के लिए जाना जाता है।
चूंकि इथेनॉल $(C_2H_5OH)$ एक अभिकारक है,इसलिए एस्टर बनाने के लिए दूसरा अभिकारक एक कार्बोक्सिलिक एसिड होना चाहिए।
दिए गए विकल्पों में से,$CH_3COOH$ (एसिटिक एसिड) एकमात्र कार्बोक्सिलिक एसिड है।
अभिक्रिया: $CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{conc. H_2SO_4} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$.

(C) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लता प्रेरणिक प्रभाव ($-I$ प्रभाव) के कारण इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों $(EWG)$ की उपस्थिति से बढ़ जाती है।
ये समूह ऋणात्मक आवेश को फैलाकर कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करते हैं।
$-I$ प्रभाव की प्रबलता कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह से प्रतिस्थापी की दूरी पर निर्भर करती है।
$CH_3CH_2CH(Cl)CO_2H$ में,क्लोरीन परमाणु $\alpha$-स्थिति पर है ($-COOH$ समूह के सबसे निकट),जो $ClCH_2CH_2CH_2COOH$ में $\gamma$-स्थिति की तुलना में अधिक प्रबल $-I$ प्रभाव डालता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $CH_3CH_2CH(Cl)CO_2H$ सबसे प्रबल अम्ल है।

(D) सोडियम एथॉक्साइड $(C_2H_5ONa)$ और एथेनॉयल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ के बीच की अभिक्रिया एक न्यूक्लियोफिलिक एसिल प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,एथॉक्साइड आयन $(C_2H_5O^-)$ एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और एथेनॉयल क्लोराइड के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है,जिससे क्लोराइड आयन $(Cl^-)$ विस्थापित हो जाता है।
रासायनिक समीकरण है: $CH_3COCl + C_2H_5ONa \rightarrow CH_3COOC_2H_5 + NaCl$.
प्राप्त उत्पाद एथिल एथेनोएट $(CH_3COOC_2H_5)$ है।

(C) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$1.$ अपचयन: $CH_3-COOH \xrightarrow{LiAlH_4} CH_3-CH_2-OH$ (एथेनॉल,$A$)
$2.$ क्लोरीनीकरण: $CH_3-CH_2-OH \xrightarrow{PCl_5} CH_3-CH_2-Cl$ (एथिल क्लोराइड,$B$)
$3.$ विहाइड्रोहैलोजनीकरण: $CH_3-CH_2-Cl \xrightarrow{Alc. KOH} CH_2=CH_2$ (एथिलीन,$C$)
अतः,उत्पाद $C$ एथिलीन है.

(A) हल्का गर्म करने पर डीकार्बोक्सिलेशन $\beta$-कीटो एसिड या डिकार्बोक्सिलिक एसिड का एक विशिष्ट गुण है जहाँ दो कार्बोक्सिल समूह एक कार्बन परमाणु द्वारा अलग होते हैं (मैलोनिक एसिड के व्युत्पन्न)।
दिए गए विकल्पों में,विकल्प $A$ में दी गई संरचना सक्सिनिक एसिड $(HOOC-CH_2-CH_2-COOH)$ है। हालाँकि,मानक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के अनुसार,$\beta$-डिकार्बोक्सिलिक एसिड (जैसे मैलोनिक एसिड,$HOOC-CH_2-COOH$) आसानी से डीकार्बोक्सिलेशन से गुजरते हैं।

(D) $NaHCO_3$ एक दुर्बल क्षार है। यह उन अम्लों के साथ अभिक्रिया करता है जो कार्बोनिक अम्ल ($H_2CO_3$,$pK_a \approx 6.35$) से अधिक प्रबल होते हैं।
दिए गए यौगिकों में:
$1$. बेंजोइक एसिड $(pK_a \approx 4.2)$
$2$. फिनोल $(pK_a \approx 10)$
$3$. $p$-नाइट्रोफिनोल $(pK_a \approx 7.15)$
$4$. बेंजीन सल्फोनिक एसिड $(pK_a \approx -2.5)$
चूंकि बेंजीन सल्फोनिक एसिड दिए गए विकल्पों में सबसे प्रबल अम्ल है,इसलिए यह $NaHCO_3$ के साथ सबसे अधिक अभिक्रियाशील है।

(B) दिए गए यौगिक में कई कार्बोक्सिलिक एसिड समूह हैं। गर्म करने पर,जेम-डाइकार्बोक्सिलिक एसिड (एक ही कार्बन पर दो $-COOH$ समूह) $CO_2$ छोड़ने के लिए डीकार्बोक्सिलेशन से गुजरते हैं।
$1$. ऊपर दाईं ओर दो $-COOH$ समूहों वाला कार्बन परमाणु डीकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है,जिससे $1$ अणु $CO_2$ निकलता है।
$2$. नीचे दाईं ओर दो $-COOH$ समूहों वाला कार्बन परमाणु एक कार्बोनिल समूह के बगल में है (एक $\beta$-कीटो एसिड व्युत्पन्न)। यह कार्बन भी डीकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है,जिससे $1$ अणु $CO_2$ निकलता है।
$3$. ऊपर बाईं ओर का एकल $-COOH$ समूह न तो जेम-डाइकार्बोक्सिलिक एसिड है और न ही $\beta$-कीटो एसिड,इसलिए यह इन परिस्थितियों में डीकार्बोक्सिलेशन से नहीं गुजरता है।
इस प्रकार,कुल $2$ अणु $CO_2$ उत्सर्जित होते हैं।

(C) बेन्ज़ोइक एसिड $(C_6H_5COOH)$ की थायोनिल क्लोराइड $(SOCl_2)$ के साथ अभिक्रिया एसिड क्लोराइड तैयार करने की एक मानक विधि है।
$C_6H_5COOH + SOCl_2 \rightarrow C_6H_5COCl + SO_2\uparrow + HCl\uparrow$
प्राप्त उत्पाद बेन्ज़ोइल क्लोराइड $(C_6H_5COCl)$ है।

(A) Claisen संघनन अभिक्रिया के लिए एस्टर अणु में कम से कम एक $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु का होना आवश्यक है ताकि एनोलेट आयन बन सके।
$C_6H_5COOC_2H_5$ (एथिल बेंजोएट) में कार्बोनिल समूह से जुड़े कार्बन पर कोई $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु नहीं होता है।
इसलिए,यह Claisen संघनन अभिक्रिया नहीं देता है।

(B) वर्णित अभिक्रिया सोडालाइम $(NaOH + CaO)$ का उपयोग करके कार्बोक्सिलिक अम्ल के लवण का विकार्बोक्सिलीकरण (decarboxylation) है।
विकार्बोक्सिलीकरण $-COONa$ समूह को हटा देता है और इसे एक हाइड्रोजन परमाणु से प्रतिस्थापित कर देता है,जिससे कार्बन श्रृंखला की लंबाई एक कम हो जाती है।
आइसोब्यूटेन $(CH_3-CH(CH_3)-CH_3)$ का उत्पादन करने के लिए,जिसमें $4$ कार्बन परमाणु होते हैं,प्रारंभिक अम्ल $X$ में $5$ कार्बन परमाणु होने चाहिए।
$3-$मिथाइलब्यूटेनोइक अम्ल $(CH_3)_2CH-CH_2-COOH$ है।
$NaOH$ के साथ अभिक्रिया करने पर,यह सोडियम $3-$मिथाइलब्यूटेनोएट बनाता है: $(CH_3)_2CH-CH_2-COONa$।
इस लवण को सोडालाइम के साथ गर्म करने पर $CO_2$ का निष्कासन ($Na_2CO_3$ के रूप में) होता है और आइसोब्यूटेन $(CH_3)_2CH-CH_3$ प्राप्त होता है।

(B) फॉर्मिक एसिड $(HCOOH)$ की संरचना में एक एल्डिहाइड समूह $(-CHO)$ होता है,जो इसे एक अपचायक (reducing agent) के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है।
इसलिए,यह $Ag^+$ को धात्विक सिल्वर $(Ag)$ में अपचयित करके टोलेंस परीक्षण में सकारात्मक परिणाम देता है।
एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ में एल्डिहाइड समूह नहीं होता है और यह टोलेंस अभिकर्मक को अपचयित नहीं करता है।
अतः,टोलेंस परीक्षण का उपयोग इनके बीच विभेद करने के लिए किया जाता है।

(B) कार्बोक्सिलिक एसिड डेरिवेटिव्स की न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन के प्रति प्रतिक्रियाशीलता का क्रम इस प्रकार है: $Acyl \ halide > Acid \ anhydride > Ester > Amide$।
दिए गए विकल्पों में से,$CH_3-C(=O)-Cl$ (एसिटिल क्लोराइड) सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील है क्योंकि $Cl^-$ एक कमजोर क्षार है और एक उत्कृष्ट लिविंग ग्रुप है,और क्लोरीन का मजबूत $-I$ प्रभाव कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बढ़ाता है।

(D) कार्बोक्सिलिक एसिड समूह के सापेक्ष $\beta$-स्थिति पर कार्बोनिल समूह वाले यौगिक ($\beta$-कीटो एसिड,$\beta$-इमिनो एसिड या मैलोनिक एसिड के व्युत्पन्न) गर्म करने पर छह-सदस्यीय चक्रीय संक्रमण अवस्था के माध्यम से आसानी से डिकार्बोक्सिलेशन से गुजरते हैं।
$A$. $CH_2(COOH)_2$ (मैलोनिक एसिड) एक $\beta$-डाईकार्बोक्सिलिक एसिड है और एसिटिक एसिड बनाने के लिए डिकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है।
$B$. $Ph-CO-CH_2-COOH$ एक $\beta$-कीटो एसिड है और डिकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है।
$C$. $CH_3-C(=NH)-CH_2-COOH$ एक $\beta$-इमिनो एसिड है और डिकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है।
$D$. $HOOC-CH_2-CH_2-COOH$ (सक्सिनिक एसिड) एक $1,4$-डाईकार्बोक्सिलिक एसिड ($\gamma$-डाईकार्बोक्सिलिक एसिड) है। गर्म करने पर,यह डिकार्बोक्सिलेशन के बजाय निर्जलीकरण (dehydration) से गुजरकर सक्सिनिक एनहाइड्राइड बनाता है।

(B) $1.$ $NaHCO_3$ के साथ $CO_2$ का निकलना कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ की उपस्थिति को दर्शाता है।
$2.$ आणविक सूत्र $C_4H_8O_3$ और प्रकाशिक सक्रियता एक कायरल केंद्र की उपस्थिति का सुझाव देते हैं।
$3.$ $LiAlH_4$ के साथ अभिक्रिया $-COOH$ समूह को $-CH_2OH$ समूह में अपचयित (reduce) कर देती है।
$4.$ विकल्प $B$ के लिए: $CH_3-CH(CH_2OH)-COOH \xrightarrow{LiAlH_4} CH_3-CH(CH_2OH)-CH_2OH$। उत्पाद,$2$-मिथाइलप्रोपेन-$1,3$-डायोल,अकिरल है क्योंकि इसमें सममिति का तल (plane of symmetry) है (केंद्रीय कार्बन दो समान $-CH_2OH$ समूहों से जुड़ा है)।
$5.$ विकल्प $A$ और $D$ अपचयन पर कायरल उत्पाद देते हैं,और विकल्प $C$ का आणविक सूत्र गलत है $(C_3H_6O_3)$।

(A) यह अभिक्रिया श्रृंखला हॉफमैन ब्रोमामाइड निम्नीकरण अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,एक एमाइड को मूल एमाइड से एक कार्बन परमाणु कम वाले प्राथमिक एमाइन में परिवर्तित किया जाता है।
अंतिम उत्पाद $CH_3-CH_2-CH_2-NH_2$ (प्रोपेन$-1-$एमाइन) है,जिसमें $3$ कार्बन परमाणु हैं।
इसलिए,मध्यवर्ती एमाइड $(C_4H_9ON)$ में $4$ कार्बन परमाणु होने चाहिए,जो कि ब्यूटेनामाइड $(CH_3-CH_2-CH_2-CONH_2)$ है।
ब्यूटेनामाइड का निर्माण ब्यूटेनॉयल क्लोराइड $(CH_3-CH_2-CH_2-COCl)$ की $NH_3$ के साथ अभिक्रिया से होता है।
अतः,यौगिक $x$ ब्यूटेनॉयल क्लोराइड है।

(C) $P_4O_{10}$ एक प्रबल निर्जलीकरण कारक है।
जब बेंजामाइड $(Ph-CONH_2)$ को $P_4O_{10}$ के साथ गर्म किया जाता है,तो यह निर्जलीकरण के माध्यम से बेंजोनाइट्राइल $(Ph-CN)$ बनाता है,जो एक साइनाइड है।
अभिक्रिया: $Ph-CONH_2 \xrightarrow{P_4O_{10}, \Delta} Ph-CN + H_2O$

(C) जो यौगिक कार्बोनिक अम्ल ($H_2CO_3$,$pK_a \approx 6.35$) से अधिक प्रबल अम्ल होते हैं,वे $NaHCO_3$ के साथ अभिक्रिया करके $CO_2$ गैस उत्पन्न करते हैं।
प्रत्येक यौगिक का मूल्यांकन:
$I$: $3$-नाइट्रोफिनोल $(pK_a \approx 8.3)$ - दुर्बल अम्ल,अभिक्रिया नहीं होती।
$II$: $2,4$-डाइनाइट्रोफिनोल $(pK_a \approx 4.1)$ - प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
$III$: $4$-हाइड्रॉक्सीबेन्जोइक अम्ल $(pK_a \approx 4.5)$ - प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
$IV$: $4$-मिथाइलबेन्जोइक अम्ल $(pK_a \approx 4.4)$ - प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
$V$: $4$-क्लोरोफिनोल $(pK_a \approx 9.4)$ - दुर्बल अम्ल,अभिक्रिया नहीं होती।
$VI$: $2,4$-डाइनाइट्रोटोल्यूइन - अम्ल नहीं है,अभिक्रिया नहीं होती।
$VII$: $4$-हाइड्रॉक्सीबेन्जीनसल्फोनिक अम्ल - $-SO_3H$ समूह युक्त,प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
$VIII$: $4$-सल्फोबेन्जोइक अम्ल - $-SO_3H$ और $-COOH$ समूह युक्त,प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
$IX$: स्क्वेरिक अम्ल $(pK_a \approx 1.5)$ - प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
$X$: मैलिक अम्ल $(pK_a \approx 1.9)$ - प्रबल अम्ल,अभिक्रिया करता है।
अभिक्रिया करने वाले यौगिक $II, III, IV, VII, VIII, IX, X$ हैं। कुल संख्या $7$ है।

(C) अम्लीय सामर्थ्य प्रोटॉन $(H^+)$ के नुकसान के बाद बनने वाले संयुग्मी क्षार (conjugate base) की स्थिरता पर निर्भर करता है।
$1$. बेंजोइक अम्ल $(II)$ और $p$-टोल्यूइक अम्ल $(III)$ कार्बोक्सिलिक अम्ल हैं,जो आमतौर पर फिनोल ($I$ और $IV$) की तुलना में बहुत अधिक मजबूत अम्ल होते हैं।
$2$. $II$ और $III$ के बीच,$p$-टोल्यूइक अम्ल $(III)$ में $p$-स्थिति पर एक मिथाइल समूह $(-CH_3)$ होता है,जो एक इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+I$ प्रभाव) है,जो बेंजोइक अम्ल $(II)$ की तुलना में अम्लता को कम करता है। अतः,$II > III$.
$3$. $p$-नाइट्रोफिनोल $(I)$ और $p$-क्रेसोल $(IV)$ के बीच,$p$-नाइट्रोफिनोल $(I)$ में एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(-NO_2)$ होता है,जो फिनोक्साइड आयन को स्थिर करता है,जिससे यह $p$-क्रेसोल $(IV)$ से अधिक अम्लीय हो जाता है,जिसमें एक इलेक्ट्रॉन-दाता मिथाइल समूह $(-CH_3)$ होता है। अतः,$I > IV$.
$4$. सभी की तुलना करने पर,क्रम $II > III > I > IV$ है।

(A) Hell-Volhard-Zelinsky $(HVZ)$ अभिक्रिया में,$\alpha$-हाइड्रोजन युक्त कार्बोक्सिलिक अम्ल लाल फास्फोरस की उपस्थिति में $Cl_2$ या $Br_2$ के साथ अभिक्रिया करके $\alpha$-हेलो कार्बोक्सिलिक अम्ल देते हैं।
सही अभिक्रिया है: $CH_3-COOH \xrightarrow{Cl_2/Red P} Cl-CH_2-COOH$.
उत्पाद $CH_3-COCl$ (एसिटाइल क्लोराइड) तब बनता है जब $CH_3-COOH$ की अभिक्रिया $PCl_5$,$PCl_3$ या $SOCl_2$ के साथ होती है,न कि $HVZ$ अभिक्रिया द्वारा।
अतः,विकल्प $A$ सही ढंग से सुमेलित नहीं है।

(D) अभिक्रिया इस प्रकार होती है:
$1$. $CH_3CH(I)_2$,$KCN$ के साथ अभिक्रिया करके नाभिकरागी प्रतिस्थापन द्वारा $CH_3CH(CN)_2$ बनाता है।
$2$. $CH_3CH(CN)_2$ का अम्लीय जलअपघटन $(H_3O^{ })$ साइनो समूहों को कार्बोक्सिलिक एसिड समूहों में परिवर्तित करता है,जिससे $CH_3CH(COOH)_2$ (एथेन$-1,1-$डाइकार्बोक्सिलिक एसिड) प्राप्त होता है।
$3$. गर्म करने पर $(\Delta)$,जेमिनल डाइकार्बोक्सिलिक एसिड का विकार्बोक्सिलीकरण होता है और एक $CO_2$ अणु बाहर निकल जाता है,जिसके परिणामस्वरूप $CH_3CH_2COOH$ (प्रोपियोनिक एसिड) प्राप्त होता है।

(A) प्रतिस्थापित बेन्ज़ोइक एसिड की अम्लता बेन्ज़ीन रिंग से जुड़े प्रतिस्थापी समूह के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ प्रेरणिक $(-I)$ और अनुनाद $(-M)$ प्रभावों के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को स्थिर करके अम्लता बढ़ाते हैं।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ प्रेरणिक $(+I)$ और अनुनाद $(+M)$ प्रभावों के माध्यम से कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करके अम्लता कम करते हैं।
दिए गए प्रतिस्थापी हैं:
$1$. $-NO_2$: प्रबल $-I$ और $-M$ प्रभाव (प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक)।
$2$. $-CH_3$: $+I$ और अतिसंयुग्मन प्रभाव (इलेक्ट्रॉन-दाता)।
$3$. $-CN$: $-I$ और $-M$ प्रभाव (इलेक्ट्रॉन-आकर्षक,लेकिन $-NO_2$ से कमजोर)।
$4$. $-OCH_3$: $-I$ प्रभाव लेकिन प्रबल $+M$ प्रभाव (कुल मिलाकर इलेक्ट्रॉन-दाता)।
चूंकि $-NO_2$ समूह दिए गए विकल्पों में सबसे प्रबल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है,इसलिए $p$-नाइट्रोबेन्ज़ोइक एसिड सबसे अधिक अम्लीय यौगिक है।

(B) $W$ स्थिति पर स्थित हाइड्रोजन एक सक्रिय मेथिलीन समूह का हिस्सा हैं।
दो इलेक्ट्रॉन-आकर्षक कार्बोनिल समूहों $(-CO-)$ के बीच स्थित होने के कारण,$W$ पर प्रोटॉन के नुकसान से बनने वाला कार्बोनियन दोनों कार्बोनिल समूहों के साथ अनुनाद (resonance) द्वारा अत्यधिक स्थिर हो जाता है।
अतः,$W$ सबसे अधिक अम्लीय स्थल है।

(C) परकिन अभिक्रिया में,एक एरोमैटिक एल्डिहाइड,अम्ल एनहाइड्राइड के साथ संबंधित अम्ल के सोडियम लवण की उपस्थिति में संघनित होकर $\beta-$एरिल$-\alpha, \beta-$असंतृप्त अम्ल बनाता है।

(C) दी गई अभिक्रिया एक पर्किन संघनन (Perkin condensation) अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,एक एरोमैटिक एल्डिहाइड संबंधित अम्ल के सोडियम लवण की उपस्थिति में अम्ल एनहाइड्राइड के साथ अभिक्रिया करता है।
सामान्य अभिक्रिया है: $Ar-CHO + (R-CH_2-CO)_2O \xrightarrow{R-CH_2-COONa/\Delta} Ar-CH=C(R)-COOH$.
यहाँ,$Ar = p-NO_2-C_6H_4-$ और $R = C_6H_5-$ है।
इन मानों को सामान्य सूत्र में रखने पर,हमें उत्पाद $p-NO_2-C_6H_4-CH=C(C_6H_5)-COOH$ प्राप्त होता है।

(D) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(R'MgX)$ विभिन्न कार्बोनिल यौगिकों के साथ अभिक्रिया करके अल्कोहल या कीटोन बनाते हैं।
$1$. $CO_2$ के साथ अभिक्रिया से कार्बोक्सिलिक अम्ल $(R'COOH)$ प्राप्त होता है।
$2$. $RCOCl$ (एसिड क्लोराइड) के साथ अभिक्रिया से कीटोन $(R'COR)$ प्राप्त होता है,जो एक कार्बोनिल यौगिक है।
$3$. $RCN$ (नाइट्राइल) के साथ अभिक्रिया से इमाइन मध्यवर्ती बनता है,जिसका जल-अपघटन करने पर कीटोन $(R'COR)$ प्राप्त होता है,जो एक कार्बोनिल यौगिक है।
$4$. $RCOOR$ (एस्टर) के साथ अभिक्रिया से तृतीयक अल्कोहल $(R'_2C(OH)R'')$ प्राप्त होता है,जो कार्बोनिल यौगिक नहीं है।
अतः,$RCOOR$ सही विकल्प है क्योंकि यह कार्बोनिल यौगिक उत्पाद के रूप में नहीं देता है।

(B) दी गई अभिक्रिया हुंसडीकर (Hunsdiecker) अभिक्रिया है,जो मुक्त मूलक (free radical) क्रियाविधि के माध्यम से होती है।
इस अभिक्रिया में एल्काइल हैलाइड की उपज का क्रम: प्राथमिक $(1^\circ)$ > द्वितीयक $(2^\circ)$ > तृतीयक $(3^\circ)$ होता है।
$1.$ $CH_3-CH_2-CH_2-COOH$ एक प्राथमिक मूलक $(CH_3-CH_2-CH_2^\bullet)$ बनाता है।
$2.$ $CH_3-CH(CH_3)-COOH$ एक द्वितीयक मूलक $((CH_3)_2CH^\bullet)$ बनाता है।
$3.$ $CH_3-C(CH_3)_2-COOH$ एक तृतीयक मूलक $((CH_3)_3C^\bullet)$ बनाता है।
इसलिए,प्राथमिक अम्ल $(CH_3-CH_2-CH_2-COOH)$ अधिकतम उपज देता है।

(C) बेंजोइक अम्ल $(C_6H_5COOH)$ सांद्र $H_2SO_4$ की उपस्थिति में हाइड्रैज़ोइक अम्ल $(HN_3)$ के साथ अभिक्रिया करके ऐनिलीन $(C_6H_5NH_2)$ बनाता है।
इस अभिक्रिया को श्मिट अभिक्रिया (Schmidt reaction) कहा जाता है।
इस अभिक्रिया की क्रियाविधि में एक एसाइल एज़ाइड मध्यवर्ती बनता है,जो नाइट्रोजन $(N_2)$ को मुक्त करके आइसोसाइनेट $(C_6H_5N=C=O)$ बनाता है।
इसके बाद आइसोसाइनेट का जल-अपघटन होने पर ऐनिलीन और कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ प्राप्त होते हैं।
कुल अभिक्रिया: $C_6H_5COOH + HN_3 \xrightarrow{conc. H_2SO_4} C_6H_5NH_2 + N_2 + CO_2$.
अतः,विकल्प $C$ सही है।

(D) यह अभिक्रिया लैक्टिक एसिड $(CH_3-CH(OH)-COOH)$ को गर्म करने की है।
जब लैक्टिक एसिड जैसे अल्फा-हाइड्रॉक्सी एसिड को गर्म किया जाता है,तो वे अंतर-आणविक एस्टरीकरण के माध्यम से एक चक्रीय डाइमर बनाते हैं जिसे लैक्टाइड कहा जाता है।
लैक्टिक एसिड के दो अणु पानी के दो अणुओं को खोकर चक्रीय डाइएस्टर,$3$,$6$-डाइमिथाइल$-1,4-$डाइऑक्सेन$-2,5-$डायोन बनाते हैं।
अतः,उत्पाद $[Y]$ लैक्टाइड है।

(C) दो अलग-अलग एस्टर,जिनमें दोनों में $\alpha$-हाइड्रोजन होते हैं,के क्लेज़ेन कंडेनसेशन में कुल $4$ उत्पाद बनते हैं: $2$ स्व-कंडेनसेशन उत्पाद और $2$ क्रॉस-कंडेनसेशन उत्पाद।
क्रॉस-कंडेनसेशन उत्पाद इस प्रकार बनते हैं:
$1.$ $CH_3COOC_2H_5$ का एनोलेट $C_6H_5CH_2COOC_2H_5$ के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है।
$2.$ $C_6H_5CH_2COOC_2H_5$ का एनोलेट $CH_3COOC_2H_5$ के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है।
अतः,क्रॉस-कंडेनसेशन उत्पादों की कुल संख्या $2$ है।

(A) कार्बोक्सिलिक अम्लों का अल्कोहल के साथ एस्टरीकरण की दर मुख्य रूप से त्रिविम बाधा (steric hindrance) द्वारा नियंत्रित होती है।
जैसे-जैसे कार्बोक्सिल समूह $(-COOH)$ से जुड़े एल्काइल समूहों का आकार बढ़ता है,कार्बोनिल कार्बन पर अल्कोहल $(CH_3OH)$ का न्यूक्लियोफिलिक आक्रमण अधिक बाधित हो जाता है,जिससे अभिक्रिया की दर कम हो जाती है।
संरचनाओं का विश्लेषण:
$(II)$ $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-COOH$ में $\alpha$-कार्बन पर सबसे कम बाधा है।
$(I)$ $CH_3-CH(CH_3)-COOH$ में द्वितीयक $\alpha$-कार्बन है।
$(III)$ $CH_3-C(CH_3)_2-COOH$ में मिथाइल समूहों के साथ तृतीयक $\alpha$-कार्बन है।
$(IV)$ $(CH_3-CH_2)_3C-COOH$ में बड़े एथिल समूहों के साथ तृतीयक $\alpha$-कार्बन है,जो अधिकतम बाधा प्रदान करता है।
अतः,एस्टरीकरण की सुगमता का घटता क्रम: $II > I > III > IV$ है।

(A) न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन (जल-अपघटन) के प्रति एसिड क्लोराइड की अभिक्रियाशीलता कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बढ़ाते हैं,जिससे जल-अपघटन के प्रति अभिक्रियाशीलता बढ़ जाती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ इलेक्ट्रोफिलिसिटी को कम करते हैं,जिससे अभिक्रियाशीलता कम हो जाती है।
बेंजीन रिंग पर प्रतिस्थापियों की तुलना:
$(II)$ में $-NO_2$ (प्रबल $EWG$) है।
$(IV)$ में $-CHO$ $(EWG)$ है।
$(I)$ में कोई प्रतिस्थापी नहीं है (संदर्भ)।
$(III)$ में $-CH_3$ $(EDG)$ है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक शक्ति का क्रम $-NO_2 > -CHO > H > -CH_3$ है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का घटता क्रम $(II) > (IV) > (I) > (III)$ है।

(B) जब $ \beta- $हाइड्रॉक्सी अम्लों को गर्म किया जाता है,तो वे निर्जलीकरण के माध्यम से $ \alpha, \beta- $असंतृप्त कार्बोक्सिलिक अम्ल बनाते हैं।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$ R-CH(OH)-CH_2-COOH \xrightarrow{\Delta} R-CH=CH-COOH + H_2O $
इस प्रक्रिया में $ \alpha $ और $ \beta $ कार्बन से पानी के एक अणु का विलोपन होता है।

(D) लैक्टोन चक्रीय एस्टर होते हैं जो हाइड्रॉक्सी एसिड या हेलो एसिड की अंतःआणविक प्रतिक्रिया से बनते हैं।
$\delta$-ब्रोमो एसिड (या $\delta$-हाइड्रॉक्सी एसिड) $NaOH$ जैसे क्षार की उपस्थिति में अंतःआणविक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन से गुजरते हैं और एक स्थिर पांच या छह-सदस्यीय लैक्टोन रिंग बनाते हैं।
विशेष रूप से,$\delta$-ब्रोमो एसिड छह-सदस्यीय लैक्टोन रिंग बनाते हैं,जो कम रिंग तनाव के कारण थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होती है।

(C) कीटो एसिड या $1,3-$ डाईकार्बोक्सिलिक एसिड गर्म करने पर डीकार्बोक्सिलेशन प्रदर्शित करते हैं।
मैलोनिक एसिड $(HOOC-CH_2-COOH)$ एक $1,3-$ डाईकार्बोक्सिलिक एसिड है।
अतः,यह गर्म करने पर डीकार्बोक्सिलेशन के माध्यम से एसिटिक एसिड और कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है।

(D) अभिक्रिया इस प्रकार आगे बढ़ती है:
$1.$ हेल-वोलहार्ड-जेलिंस्की अभिक्रिया: $CH_3-COOH \xrightarrow{Br_2/P} CH_2(Br)-COOH$
$2.$ नाभिकरागी प्रतिस्थापन: $CH_2(Br)-COOH \xrightarrow{NaCN} CH_2(CN)-COOH$
$3.$ अम्लीय जल-अपघटन: $CH_2(CN)-COOH \xrightarrow{H_2O/H^{+}, \Delta} HOOC-CH_2-COOH$
अतः,$[X]$ $HOOC-CH_2-COOH$ (मैलोनिक अम्ल) है.

(C) $LiAlH_4$ कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ को प्राथमिक अल्कोहल समूह $(-CH_2OH)$ में अपचयित करता है।
विकल्प $(C)$ में,प्रारंभिक पदार्थ $CH_3-CH_2-CH(CH_2OH)-COOH$ है। अपचयन पर,यह $CH_3-CH_2-CH(CH_2OH)-CH_2OH$ बनाता है,जिसे $CH_3-CH_2-CH(CH_2OH)_2$ के रूप में लिखा जा सकता है।
इस उत्पाद में,केंद्रीय कार्बन परमाणु दो समान $-CH_2OH$ समूहों से जुड़ा होता है,जिससे अणु अकिरल (achiral) हो जाता है और इस प्रकार प्रकाशिक रूप से निष्क्रिय हो जाता है।