Properties of Carboxylic Acids and Their Derivatives Questions in Hindi

(B) न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन के प्रति कार्बोक्सिलिक एसिड डेरिवेटिव्स की अभिक्रियाशीलता एसाइल कार्बन से जुड़े लिविंग ग्रुप की प्रकृति पर निर्भर करती है।
लिविंग ग्रुप की क्षमता का क्रम है: $Cl^- > CH_3CH_2O^- > CH_3NH^-$.
अतः,अभिक्रियाशीलता का क्रम है:
$3. CH_3CONHCH_3$ (एमाइड,सबसे कम अभिक्रियाशील) $< 1. CH_3COCH_2CH_3$ (एस्टर) $< 2. CH_3COCl$ (एसिड क्लोराइड,सबसे अधिक अभिक्रियाशील)।
सही क्रम $3 < 1 < 2$ है।

(B) एसीटामाइड $(CH_3CONH_2)$ के अम्ल-उत्प्रेरित जल-अपघटन में,पहला चरण $H_3O^{+}$ द्वारा कार्बोनिल ऑक्सीजन का प्रोटोनेशन है,जिससे एक अनुनाद-स्थिर धनायन $CH_3-C(OH^{+})-NH_2$ बनता है।
इसके बाद,न्यूक्लियोफाइल,जो कि जल $(H_2O)$ है,प्रोटोनेटेड एसीटामाइड के इलेक्ट्रोफिलिक कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है।
प्रोटोनेटेड स्पीशीज $CH_3-C(OH^{+})-NH_2$ पर $H_2O$ का यह न्यूक्लियोफिलिक योग वह मुख्य चरण है जो टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती के निर्माण की ओर ले जाता है।

(D) अभिक्रिया $(CH_3CO)_2O + NaCl \rightarrow CH_3COCl + CH_3COONa$ संभव नहीं है।
इसका कारण यह है कि $Cl^-$ एसीटेट आयन $(CH_3COO^-)$ की तुलना में बहुत दुर्बल क्षार है।
न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन अभिक्रिया में,एक प्रबल क्षार (न्यूक्लियोफाइल) एक दुर्बल क्षार (लीविंग ग्रुप) को प्रतिस्थापित कर सकता है,लेकिन एक दुर्बल क्षार प्रबल क्षार को प्रतिस्थापित नहीं कर सकता है।
क्षारकता का क्रम $Cl^- < CH_3COO^- < RO^- < NH_2^-$ है।
इसलिए,$Cl^-$ एसिटिक एनहाइड्राइड से एसीटेट समूह को हटाने के लिए न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य नहीं कर सकता है।

(C) डाइकार्बोक्सिलिक अम्लों पर ऊष्मा का प्रभाव:
$1$. मैलोनिक अम्ल $(CH_2(COOH)_2)$ का डीकार्बोक्सिलेशन होकर एसिटिक अम्ल $(CH_3COOH)$ और $CO_2$ बनता है।
$2$. मैलिक अम्ल (cis-ब्यूटीनडाइओइक अम्ल) गर्म करने पर पानी का एक अणु खोकर मैलिक एनहाइड्राइड बनाता है।
$3$. सक्सिनिक अम्ल $(HOOC-CH_2-CH_2-COOH)$ गर्म करने पर पानी का एक अणु खोकर सक्सिनिक एनहाइड्राइड बनाता है।
$4$. फ्यूमेरिक अम्ल (trans-ब्यूटीनडाइओइक अम्ल) स्थिर होता है और गर्म करने पर एनहाइड्राइड नहीं बनाता है क्योंकि दोनों कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह द्वि-आबंध के विपरीत दिशाओं में होते हैं,जिससे चक्रीय एनहाइड्राइड का निर्माण ज्यामितीय रूप से असंभव हो जाता है।
अतः,फ्यूमेरिक अम्ल गर्म करने पर अप्रभावित रहता है।

(B) यह अभिक्रिया बेंज़ोयल क्लोराइड $(Ph-CO-Cl)$ और मॉर्फोलिन के बीच न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन है।
मॉर्फोलिन एक द्वितीयक एमाइन है जिसमें नाइट्रोजन और ऑक्सीजन दोनों परमाणु होते हैं।
नाइट्रोजन परमाणु ऑक्सीजन की तुलना में अधिक न्यूक्लियोफिलिक होता है क्योंकि नाइट्रोजन पर मौजूद लोन पेयर,ऑक्सीजन के लोन पेयर की तुलना में दान करने के लिए अधिक उपलब्ध होता है।
इसलिए,मॉर्फोलिन का नाइट्रोजन परमाणु बेंज़ोयल क्लोराइड के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है और एमाइड उत्पाद,$N$-बेंज़ोयल-मॉर्फोलिन बनाता है।

(D) एसिटाइल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ और अमोनिया $(NH_3)$ के बीच की अभिक्रिया एक न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
पहले चरण में,अमोनिया के नाइट्रोजन परमाणु पर मौजूद लोन पेयर एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और एसिटाइल क्लोराइड के इलेक्ट्रोफिलिक कार्बोनिल कार्बन पर हमला करता है।
इससे एक टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती का निर्माण होता है जहाँ कार्बोनिल ऑक्सीजन पर ऋण आवेश और नाइट्रोजन परमाणु पर धन आवेश आ जाता है।
इस मध्यवर्ती की संरचना $CH_3-C(O^{-})(Cl)(NH_3^{\oplus})$ है।

(B) एसिटाइल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ और हाइड्रोजन सल्फाइड $(H_2S)$ के बीच की अभिक्रिया एक न्यूक्लियोफिलिक एसाइल प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,$H_2S$ का सल्फर परमाणु एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और एसिटाइल क्लोराइड के इलेक्ट्रोफिलिक कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है।
इससे क्लोराइड आयन $(Cl^-)$ विस्थापित हो जाता है और मुख्य उत्पाद के रूप में थियोएसिटिक एसिड $(CH_3COSH)$ बनता है,साथ ही हाइड्रोजन क्लोराइड $(HCl)$ मुक्त होता है।
अभिक्रिया: $CH_3COCl + H_2S \rightarrow CH_3COSH + HCl$.

(B) यह अभिक्रिया एक अम्ल-उत्प्रेरित एस्टरीकरण (फिशर एस्टरीकरण) है।
$1$. $CF_3COOH$ के कार्बोनिल ऑक्सीजन के प्रोटोनेशन से $CF_3C(OH)_2^+$ प्राप्त होता है।
$2$. अल्कोहल $CH_3CH(OH)CH_3$ द्वारा कार्बोनिल कार्बन पर न्यूक्लियोफिलिक आक्रमण से चतुष्फलकीय मध्यवर्ती $CF_3C(OH)_2OCH(CH_3)_2^+$ बनता है।
$3$. प्रोटॉन स्थानांतरण द्वारा $CF_3C(OH)(OH_2^+)OCH(CH_3)_2$ बनता है।
$4$. पानी के अणु के निष्कासन और डीप्रोटोनेशन से एस्टर $CF_3C(O)OCH(CH_3)_2$ प्राप्त होता है।
विकल्प $B$ में $OH^-$ प्रजाति शामिल है,जो एक प्रबल क्षार है और अत्यधिक अम्लीय माध्यम $(H_2SO_4)$ में मौजूद नहीं रह सकती है। इसलिए,यह एक मान्य मध्यवर्ती नहीं है।

(D) चरण $1$: $CH_3CH_2CH_2Br + NaCN \to CH_3CH_2CH_2CN (X) + NaBr$ (नाभिकरागी प्रतिस्थापन).
चरण $2$: $CH_3CH_2CH_2CN + H_3O^{+} \xrightarrow{\Delta} CH_3CH_2CH_2COOH (Y) + NH_4^{+}$ (नाइट्राइल का अम्लीय जलअपघटन).
चरण $3$: $CH_3CH_2CH_2COOH + CH_3CH_2OH \xrightarrow{H^{+}} CH_3CH_2CH_2COOCH_2CH_3 (Z) + H_2O$ (एस्टरीकरण अभिक्रिया).
अतः,यौगिक $Z$,$CH_3CH_2CH_2COOCH_2CH_3$ है।

(C) दी गई अभिक्रिया एक $\beta,\gamma$-असंतृप्त कार्बोक्सिलिक अम्ल का तापीय डीकार्बोक्सिलेशन है।
यह अभिक्रिया एक छह-सदस्यीय चक्रीय संक्रमण अवस्था (पेरीसाइक्लिक तंत्र) के माध्यम से होती है।
प्रक्रिया के दौरान,कार्बोक्सिलिक समूह से हाइड्रोजन परमाणु $\gamma$-कार्बन पर स्थानांतरित हो जाता है,जबकि $CO_2$ अणु बाहर निकल जाता है और $\alpha$ तथा $\beta$ कार्बन के बीच एक नया द्वि-आबंध बनता है।
अभिकारक $CH_3 - CH = CH - CH_2 - CO_2H$ के लिए,प्राप्त उत्पाद $CH_3 - CH_2 - CH = CH_2$ (ब्यूट$-1-$ईन) है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(C) डाइकार्बोक्सिलिक एसिड का तापीय अपघटन बनने वाले एनहाइड्राइड या कीटोन की रिंग के आकार पर निर्भर करता है।
$n=0$ (ऑक्सालिक एसिड) और $n=1$ (मैलोनिक एसिड) के लिए,गर्म करने पर डीकार्बोक्सिलेशन होता है,जिससे $CO_2$ गैस निकलती है।
$n=2$ (सक्सिनिक एसिड) और $n=3$ (ग्लूटेरिक एसिड) के लिए,गर्म करने पर $CO_2$ गैस निकले बिना स्थिर चक्रीय एनहाइड्राइड बनते हैं।
अतः,$n=2$ के लिए सक्सिनिक एनहाइड्राइड बनता है,जिसमें $CO_2$ का उत्सर्जन नहीं होता है।

(C) अभिकारक एक बाइसिकल डाई-लैक्टोन (एनहाइड्राइड जैसी संरचना) है।
$2H_2O$ के साथ एस्टर/लैक्टोन बंधों का जल-अपघटन होने से वलय खुल जाते हैं।
दोनों लैक्टोन वलय खुलकर बाइसिकल ढांचे पर दो कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-CO_2H)$ और दो हाइड्रॉक्सिल समूह $(-OH)$ बनाते हैं।
यह विकल्प $(C)$ में दिखाई गई संरचना के अनुरूप है।

(C) प्रारंभिक पदार्थ एक साइक्लोपेंटेन वलय का $1,1$-डाइकार्बोक्सिलिक एसिड व्युत्पन्न है। गर्म करने पर,जेमिनल डाइकार्बोक्सिलिक एसिड का डिकार्बोक्सिलेशन होता है,जिसमें $-CO_2H$ समूहों में से एक $CO_2$ के रूप में निकल जाता है। चूंकि प्रारंभिक पदार्थ में एक ही कार्बन पर दो $-CO_2H$ समूह होते हैं,इसलिए डिकार्बोक्सिलेशन दोनों में से किसी भी समूह के हटने से हो सकता है। क्योंकि अणु में मिथाइल समूहों के स्थान पर स्टीरियोसेंटर होते हैं,इसलिए दो अलग-अलग $-CO_2H$ समूहों के हटने से परिणामी मोनोकार्बोक्सिलिक एसिड के दो अलग-अलग स्टीरियोआइसोमर (डायस्टेरियोमर) बनते हैं। इसलिए,विकल्प $(a)$ और $(b)$ में दिखाए गए दोनों उत्पाद बनते हैं।

(C) एमाइड $(Ph-C(=O)-NH_2)$ की $P_4O_{10}$ जैसे प्रबल निर्जलीकरण कारक के साथ अभिक्रिया करने पर पानी का एक अणु निकल जाता है और मुख्य उत्पाद के रूप में नाइट्राइल (साइनाइड) प्राप्त होता है।
$Ph-C(=O)-NH_2 \xrightarrow{P_4O_{10}} Ph-C \equiv N + H_2O$.

(D) अभिकारक फेनिल बेंजोएट है,जिसमें दो बेंजीन वलय होते हैं: एक कार्बोनिल समूह से जुड़ा (बेंज़ोयल वलय) और दूसरा ऑक्सीजन परमाणु से जुड़ा (फेनोलिक वलय)।
इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन (नाइट्रेशन) अधिक सक्रिय वलय पर होता है।
फेनोलिक वलय ऑक्सीजन परमाणु के $+M$ प्रभाव द्वारा सक्रिय होता है,जबकि बेंज़ोयल वलय कार्बोनिल समूह के $-M$ प्रभाव द्वारा निष्क्रिय होता है।
इसलिए,फेनोलिक वलय इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन के प्रति अधिक सक्रिय है।
फेनोलिक वलय में,$-O-CO-Ph$ समूह ऑर्थो/पैरा निर्देशक है।
ऑर्थो स्थिति पर बड़े बेंज़ोयल समूह के कारण त्रिविम बाधा (steric hindrance) उत्पन्न होती है,इसलिए पैरा स्थिति नाइट्रेशन के लिए मुख्य स्थान है।
अतः,मुख्य उत्पाद $4$-नाइट्रोफेनिल बेंजोएट है।

(C) $Ac_2O$ (एसिटिक एनहाइड्राइड) कार्बोक्सिलिक एसिड के साथ गर्म करने पर निर्जलीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है। $o$-फेनिलएसेटिक एसिड के मामले में,दो कार्बोक्सिलिक एसिड समूह इस तरह से स्थित होते हैं कि वे चक्रीय एनहाइड्राइड बनाने के लिए इंट्रा-मॉलिक्यूलर चक्रीकरण से गुजर सकते हैं। इस अभिक्रिया में दो कार्बोक्सिल समूहों के बीच पानी के एक अणु का नुकसान होता है,जिसके परिणामस्वरूप होमोफ्थैलिक एनहाइड्राइड का निर्माण होता है।

(C) यह अभिक्रिया फ्रीडल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,$4$-क्लोरोबेंज़ोयल क्लोराइड लुईस अम्ल उत्प्रेरक $AlCl_3$ की उपस्थिति में बेंज़ीन के साथ अभिक्रिया करता है।
$AlCl_3$ एसीलियम आयन के निर्माण को सुगम बनाता है,जो फिर बेंज़ीन वलय पर इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन के माध्यम से उत्पाद $(A)$ के रूप में $4$-क्लोरोबेंज़ोफेनोन बनाता है।

(C) अभिक्रिया का क्रम इस प्रकार है:
$Ph-CO_2H \xrightarrow{SOCl_2} Ph-COCl (A)$
$Ph-COCl \xrightarrow{Me_2NH} Ph-CON(CH_3)_2 (B)$
$Ph-CON(CH_3)_2 \xrightarrow{LiAlH(Ot-Bu)_3} Ph-CHO$
अभिकर्मक $(C)$ $LiAlH(Ot-Bu)_3$ (लिथियम ट्राई-टर्ट-ब्यूटोक्सी एल्युमिनियम हाइड्राइड) है।
यह एक चयनात्मक अपचायक है जो तृतीयक एमाइड्स को एल्डिहाइड में अपचयित करता है।

(C) $1$. पहला चरण $AlCl_3$ और $CS_2$ की उपस्थिति में $C_6H_5(CH_2)_5COCl$ का अंतःआणविक फ्रिडेल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन है। यह अभिक्रिया एक चक्रीय कीटोन बनाती है,जो $1$-ऑक्सो-$1,2,3,4$-टेट्राहाइड्रोनैफ्थलीन है।
$2$. दूसरा चरण $KMnO_4$ और $H_3O^{\oplus}$ की उपस्थिति में गर्म करके चक्रीय कीटोन $(A)$ का ऑक्सीकरण है। इस प्रक्रिया में बेंजीन वलय से जुड़ी एल्काइल श्रृंखला का ऑक्सीकरण होकर डाइकार्बोक्सिलिक एसिड बनता है।
$3$. $1$-ऑक्सो-$1,2,3,4$-टेट्राहाइड्रोनैफ्थलीन का $KMnO_4$ के साथ ऑक्सीकरण करने पर थैलिक एसिड (बेंजीन-$1,2$-डाइकार्बोक्सिलिक एसिड) प्राप्त होता है।
$4$. अतः,यौगिक $(B)$ थैलिक एसिड है,जो विकल्प $(C)$ में दिखाई गई संरचना है।

(A) $1$. प्रारंभिक पदार्थ एथिलबेंजीन है। $HNO_3/H_2SO_4$ के साथ नाइट्रीकरण करने पर एथिल समूह के सापेक्ष ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर दो नाइट्रो समूह जुड़ जाते हैं,जिससे $1$-एथिल-$2,4$-डाइनाइट्रोबेंजीन $(A)$ बनता है।
$2$. $KMnO_4/\Delta$ के साथ एल्किल श्रृंखला का ऑक्सीकरण करने पर एथिल समूह कार्बोक्सिलिक एसिड समूह में परिवर्तित हो जाता है,जिससे $2,4$-डाइनाइट्रोबेंज़ोइक एसिड $(B)$ प्राप्त होता है।
$3$. कार्बोक्सिलिक एसिड की $SOCl_2$ के साथ अभिक्रिया कराने पर $-COOH$ समूह एसिड क्लोराइड समूह $(-COCl)$ में बदल जाता है,जिससे $2,4$-डाइनाइट्रोबेंज़ोयल क्लोराइड $(C)$ प्राप्त होता है।

(A) यह अभिक्रिया लुईस एसिड $(AlCl_3)$ की उपस्थिति में बेंजीन का एक $\alpha,\beta$-असंतृप्त कार्बोक्सिलिक एसिड के साथ इलेक्ट्रोफिलिक योगात्मक अभिक्रिया है।
$1$. $AlCl_3$ कार्बोनिल ऑक्सीजन के साथ समन्वय करता है,जिससे $\beta$-कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी बढ़ जाती है।
$2$. यह बेंजीन रिंग के $\beta$-कार्बन पर आक्रमण को सुगम बनाता है,जिससे एक कार्बोकेशन मध्यवर्ती बनता है।
$3$. अंतिम उत्पाद $3$-फेनिल-$3$-मेथिलब्यूटेनोइक एसिड है,जो विकल्प $A$ में दिखाई गई संरचना के अनुरूप है।

(C) $1$. $2\text{-\text{बेंजाइलबेन्जोइक एसिड}}$ की $SOCl_2$ के साथ अभिक्रिया कार्बोक्सिलिक एसिड समूह को एसिड क्लोराइड में परिवर्तित करती है,जिससे $A$ $(2\text{-\text{बेंजाइलबेन्जोइल क्लोराइड}})$ बनता है।
$2$. $AlCl_3$ का उपयोग करके $A$ का इंट्रा-मॉलिक्यूलर फ्रिडेल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन $B$ ($\text{एन्थ्रोन}$ या $9,10\text{-\text{डाइहाइड्रोएन्थ्रासीन}-9-\text{ओन}}$) के निर्माण की ओर ले जाता है।
$3$. $Zn-Hg$ और $\text{conc. } HCl$ का उपयोग करके $B$ का क्लेमेंसन अपचयन कार्बोनिल समूह को मेथिलीन समूह में अपचयित कर देता है,जिसके परिणामस्वरूप $C$ $(\text{एन्थ्रासीन})$ बनता है।

(B) $Ph-CH_2-^{14}CO_2H$ की $KMnO_4, HO^-, \Delta$ और उसके बाद $H_3O^+$ के साथ अभिक्रिया बेन्ज़िलिक कार्बन का ऑक्सीडेटिव विदलन है।
इस अभिक्रिया में,बेन्ज़िलिक $CH_2$ समूह ऑक्सीकृत होकर एक कार्बोक्सिल समूह बनाता है,और उससे जुड़ा मूल कार्बोक्सिल समूह कार्बन डाइऑक्साइड $(CO_2)$ के रूप में मुक्त होता है।
चूंकि $^{14}C$ लेबल प्रारंभिक पदार्थ के कार्बोक्सिल कार्बन पर है,इसलिए यह कार्बन $^{14}CO_2$ के रूप में मुक्त होता है।

(C) Bouveault-Blanc अपचयन में एक अल्कोहल (आमतौर पर इथेनॉल) की उपस्थिति में सोडियम धातु का उपयोग करके एस्टर का प्राथमिक अल्कोहल में अपचयन शामिल है।
सामान्य अभिक्रिया: $R-COOR' + 4[H] \xrightarrow{Na/C_2H_5OH} R-CH_2OH + R'OH$.

(D) वर्णित प्रतिक्रिया हेल-वोलहार्ड-ज़ेलिंस्की $(HVZ)$ प्रतिक्रिया है।
इस प्रतिक्रिया में,कम से कम एक $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु वाले एलिफैटिक कार्बोक्सिलिक एसिड की प्रतिक्रिया थोड़ी मात्रा में लाल फास्फोरस की उपस्थिति में क्लोरीन या ब्रोमीन के साथ कराई जाती है।
$\alpha$-हाइड्रोजन को हैलोजन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित करके $\alpha$-हेलो कार्बोक्सिलिक एसिड बनाया जाता है।
सामान्य रासायनिक समीकरण है: $R-CH_2-COOH + X_2 \xrightarrow{\text{red } P} R-CH(X)-COOH + HX$,जहाँ $X = Cl, Br$।

(C) एस्पिरिन,जिसे एसिटाइल सैलिसिलिक एसिड के रूप में भी जाना जाता है,को $H_2SO_4$ जैसे एसिड उत्प्रेरक की उपस्थिति में एसिटिक एनहाइड्राइड का उपयोग करके सैलिसिलिक एसिड के फेनोलिक $-OH$ समूह के एसिटाइलेशन द्वारा तैयार किया जाता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है:
$C_6H_4(OH)COOH + (CH_3CO)_2O \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_4(OCOCH_3)COOH + CH_3COOH$
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(D) अम्लीय सामर्थ्य कार्बोक्सिलिक अम्ल के $\alpha$-कार्बन से जुड़े प्रतिस्थापी समूह के इलेक्ट्रॉन-आकर्षण प्रभाव ($-I$ प्रभाव) के सीधे समानुपाती होता है।
$-I$ प्रभाव की प्रबलता का क्रम: $NO_2 > CN > F > Cl$ है।
अतः,अम्लीय सामर्थ्य का सही घटता क्रम $NO_2CH_2COOH > NCCH_2COOH > FCH_2COOH > ClCH_2COOH$ है।

(A) चरण $1$: जलीय $KOH$ के साथ उपचार प्राथमिक एल्काइल ब्रोमाइड का न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन करके प्राथमिक अल्कोहल,$3-(3-$ब्रोमोफेनिल$)$प्रोपेन$-1-$ओल बनाता है।
चरण $2$: $CrO_3/H^+$ (जोन्स अभिकर्मक) के साथ ऑक्सीकरण प्राथमिक अल्कोहल को कार्बोक्सिलिक एसिड,$3-(3-$ब्रोमोफेनिल$)$प्रोपेनोइक एसिड में परिवर्तित करता है।
चरण $3$: $H_2SO_4/\Delta$ का उपयोग करके इंट्रा-मॉलिक्यूलर फ्रिडेल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन से चक्रीकरण होता है। कार्बोक्सिलिक एसिड समूह एल्काइल श्रृंखला के सापेक्ष ऑर्थो स्थिति पर हमला करता है। चूंकि मेटा-ब्रोमो समूह चक्रीकरण को निर्देशित करता है,इसलिए प्राप्त मुख्य उत्पाद $6-$ब्रोमो$-1-$इन्डानोन है।

(A) डाइकार्बोक्सिलिक एसिड से चक्रीय एनहाइड्राइड का निर्माण परिणामी वलय (ring) की स्थिरता पर निर्भर करता है। पांच-सदस्यीय और छह-सदस्यीय वलय आमतौर पर स्थिर होते हैं और आसानी से बन जाते हैं।
$1$. सक्सिनिक एसिड $5$-सदस्यीय एनहाइड्राइड (सक्सिनिक एनहाइड्राइड) बनाता है।
$2$. थैलिक एसिड $5$-सदस्यीय चक्रीय एनहाइड्राइड बनाता है।
$3$. साइक्लोपेंटेन-$1,2$-डाइकार्बोक्सिलिक एसिड ($cis$-आइसोमर) $5$-सदस्यीय फ्यूज्ड एनहाइड्राइड बनाता है।
$4$. एडिपिक एसिड $(HOOC(CH_2)_4COOH)$ $7$-सदस्यीय वलय एनहाइड्राइड बनाएगा,जो वलय तनाव और ट्रांसएनुलर इंटरैक्शन के कारण अत्यधिक अस्थिर है। इसलिए,यह एनहाइड्राइड निर्माण के प्रति सबसे कम प्रतिक्रियाशील है।

(A) एस्टर के क्षारीय जल-अपघटन की दर कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह $(EWG)$ कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बढ़ाते हैं,जिससे $OH^-$ द्वारा न्यूक्लियोफिलिक हमले की दर बढ़ जाती है।
इलेक्ट्रॉन-दाता समूह $(EDG)$ इलेक्ट्रोफिलिसिटी को कम करते हैं,जिससे दर कम हो जाती है।
पैरा-स्थिति पर प्रतिस्थापी हैं:
$III: -NO_2$ (प्रबल $EWG$,$-I$ और $-M$ प्रभाव)
$II: -Cl$ ($EWG$,$-I$ प्रभाव > $+M$ प्रभाव)
$I: -H$ (संदर्भ)
$IV: -OCH_3$ (प्रबल $EDG$,$+M$ प्रभाव > $-I$ प्रभाव)
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक शक्ति का क्रम $-NO_2 > -Cl > -H > -OCH_3$ है।
अतः,क्षारीय जल-अपघटन की दर का घटता क्रम $III > II > I > IV$ है।

(B) अभिकारक $CH_3-CH=CH-CH_2-CH(OH)-CH_3$ में एक मिथाइल कार्बिनोल समूह $(-CH(OH)CH_3)$ होता है।
आयोडोफॉर्म अभिकर्मक $(I_2/NaOH)$ द्वितीयक अल्कोहल को मिथाइल कीटोन में ऑक्सीकृत करता है और फिर हेलोफॉर्म अभिक्रिया के माध्यम से एक कम कार्बन परमाणु वाला कार्बोक्सिलिक एसिड बनाता है (क्योंकि $CHI_3$ बनता है),जबकि कार्बन-कार्बन द्वि-आबंध $(C=C)$ अप्रभावित रहता है।
अतः,विकल्प $(b)$ सही अभिकर्मक है।

(C) यह अभिक्रिया क्षारीय $KMnO_4$ का उपयोग करके बेन्ज़ीन वलय से जुड़ी एल्काइल साइड चेन के ऑक्सीकरण और उसके बाद अम्लीकरण (acidification) की है।
दिए गए अभिकारक में,$p$-मिथाइलएसिटोफिनोन $(CH_3-C_6H_4-COCH_3)$,मिथाइल समूह $(-CH_3)$ और एसिटाइल समूह $(-COCH_3)$ दोनों बेन्ज़ीन वलय से जुड़े हैं।
क्षारीय $KMnO_4$ बेन्ज़ीन वलय से जुड़े एल्काइल समूहों को कार्बोक्सिलिक एसिड समूह $(-COOH)$ में ऑक्सीकृत कर देता है,बशर्ते कम से कम एक बेन्ज़िलिक हाइड्रोजन मौजूद हो।
मिथाइल समूह $(-CH_3)$ ऑक्सीकृत होकर $-COOH$ में बदल जाता है।
एसिटाइल समूह $(-COCH_3)$ भी $-COOH$ में ऑक्सीकृत हो जाता है क्योंकि बेन्ज़ीन वलय से जुड़ा कार्बन परमाणु (कार्बोनिल कार्बन) एक मिथाइल समूह से जुड़ा होता है,जो ऑक्सीकरण के लिए एक साइट के रूप में कार्य करता है,जिससे टेरेफ्थैलिक एसिड (बेन्ज़ीन$-1,4-$डाइकार्बोक्सिलिक एसिड) का निर्माण होता है।

(A) $LiAlH_4$ द्वारा न्यूक्लियोफिलिक हमले के प्रति कार्बोक्सिलिक एसिड डेरिवेटिव्स की अभिक्रियाशीलता लिविंग ग्रुप की क्षमता और कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
अभिक्रियाशीलता का क्रम लिविंग ग्रुप की स्थिरता और कार्बोनिल समूह के रेजोनेंस स्टेबिलाइज़ेशन द्वारा निर्धारित होता है:
$1. \text{एसिड क्लोराइड } (C_2H_5COCl) \text{ उत्कृष्ट लिविंग ग्रुप } Cl^- \text{ और मजबूत इलेक्ट्रॉन-विथड्रॉइंग प्रभाव के कारण सबसे अधिक अभिक्रियाशील है।}$
$2. \text{एसिड एनहाइड्राइड } ((C_2H_5CO)_2O) \text{ इसके बाद आता है, जिसमें } RCOO^- \text{ एक अच्छा लिविंग ग्रुप है।}$
$3. \text{एस्टर } (C_2H_5COOCH_3) \text{ इसके बाद आता है, जिसमें } CH_3O^- \text{ एक कमजोर लिविंग ग्रुप है।}$
$4. \text{एमाइड } (C_2H_5CONH_2) \text{ नाइट्रोजन के लोन पेयर द्वारा कार्बोनिल समूह के मजबूत रेजोनेंस स्टेबिलाइज़ेशन के कारण सबसे कम अभिक्रियाशील है।}$
अतः,अभिक्रियाशीलता का बढ़ता क्रम: $(a) < (b) < (d) < (c)$ है।

(A) $AlCl_3$ और ऊष्मा की उपस्थिति में थैलिक एनहाइड्राइड और क्लोरोबेंजीन के बीच की अभिक्रिया एक फ्रीडल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन अभिक्रिया है।
क्लोरीन $(-Cl)$ एक ऑर्थो/पैरा-निर्देशक समूह है।
त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण,ऑर्थो-प्रतिस्थापन की तुलना में पैरा-प्रतिस्थापन को प्राथमिकता दी जाती है।
इसलिए,मुख्य उत्पाद $2-(4-\text{chlorobenzoyl})\text{benzoic acid}$ बनता है।

(B) $LiAlH_4$ एक शक्तिशाली अपचायक है जो एस्टर समूह $(-CO_2CH_3)$ को प्राथमिक अल्कोहल $(-CH_2OH)$ में अपचयित करता है,जबकि कार्बन-कार्बन द्वि-आबंध $(C=C)$ अप्रभावित रहता है।
अतः,मुख्य उत्पाद $CH_3CH=CHCH_2OH$ है।

(B) चरण $1$: $CCl_4$ जलीय $KOH$ के साथ अभिक्रिया करके $CO_2$ बनाता है।
चरण $2$: $CO_2 + CH_3MgBr \rightarrow CH_3COOMgBr$.
चरण $3$: जल-अपघटन $(H_3O^+)$ के बाद,$CH_3COOMgBr$ एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ देता है।
चरण $4$: $B$ एसिटिक एसिड $(CH_3COOH)$ है। एसिटिक एसिड में कार्बोनिल कार्बन से जुड़ा एक मिथाइल समूह $(CH_3-C=O)$ होता है,जो हेलोफॉर्म परीक्षण देता है।

(B) सोडालाइम $(NaOH + CaO)$ के साथ डिकार्बोक्सिलेशन अभिक्रिया दर-निर्धारक चरण में एक कार्बोनियन मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से आगे बढ़ती है।
कार्बोनियन की स्थिरता डिकार्बोक्सिलेशन की दर निर्धारित करती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) ऋण आवेश को फैलाकर कार्बोनियन को स्थिर करते हैं,जिससे डिकार्बोक्सिलेशन की दर बढ़ जाती है।
दिए गए विकल्पों में से,$O_2N-CH_2-COOH$ में नाइट्रो समूह $(-NO_2)$ एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है,जो परिणामी कार्बोनियन $(O_2N-CH_2^-)$ को काफी स्थिर करता है।
इसलिए,$O_2N-CH_2-COOH$ डिकार्बोक्सिलेशन के प्रति सबसे अधिक अभिक्रियाशील है।

(A) एसिल क्लोराइड की न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति प्रतिक्रियाशीलता दो मुख्य कारकों पर निर्भर करती है: कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी और त्रिविम बाधा (steric hindrance)।
$1$. कार्बोनिल कार्बन की इलेक्ट्रोफिलिसिटी उससे जुड़े अल्काइल समूह के $+I$ (प्रेरणिक) प्रभाव से कम हो जाती है। जैसे-जैसे अल्काइल समूह का आकार बढ़ता है,$+I$ प्रभाव बढ़ता है,जिससे कार्बोनिल कार्बन कम धनात्मक हो जाता है और प्रतिक्रियाशीलता कम हो जाती है।
$2$. अल्काइल समूह के बड़े होने के साथ त्रिविम बाधा भी बढ़ती है,जो न्यूक्लियोफाइल के आक्रमण को कठिन बनाती है।
अतः,$CH_3-COCl$ सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील है।
प्रतिक्रियाशीलता का क्रम: $CH_3-COCl > CH_3-CH_2-COCl > (CH_3)_2CH-COCl > (CH_3)_3C-COCl$.

(B) कार्बोक्सिलिक अम्ल थायोनिल क्लोराइड $(SOCl_2)$ के साथ अभिक्रिया करके $-OH$ समूह को $-Cl$ परमाणु से प्रतिस्थापित करते हैं,जिससे एसिड क्लोराइड बनता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $CH_3COOH + SOCl_2 \rightarrow CH_3COCl + SO_2 \uparrow + HCl \uparrow$.
मुख्य उत्पाद एसिटिल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ है।

(B) डिकार्बोक्सिलेशन में एक कार्बोनियन मध्यवर्ती का निर्माण शामिल है।
कार्बोनियन की स्थिरता अभिक्रिया की दर निर्धारित करती है।
कार्बोनियन की स्थिरता का क्रम $CH \equiv C^- > CH_2 = CH^- > CH_3 - CH_2^- > CH_3 - CH^- - CH_3$ है,जो एल्काइल समूहों के बढ़ते इलेक्ट्रॉन-दाता प्रेरणिक प्रभाव के कारण है।
अतः,डिकार्बोक्सिलेशन के प्रति अभिक्रियाशीलता का क्रम $I > II > III > IV$ है।

(A) अम्ल की प्रबलता उसके $pk_a$ मान के व्युत्क्रमानुपाती होती है,अर्थात,$\text{Strength of acid} \propto \frac{1}{pk_a}$.
चूंकि $HCOOH$ का $pk_a$ मान सबसे कम $3.77$ है,इसलिए यह दिए गए विकल्पों में सबसे प्रबल अम्ल है।

(B) $1$. साइक्लोहेक्सीन की $KMnO_4$ के साथ अभिक्रिया (ऑक्सीडेटिव क्लीवेज) एडिपिक एसिड $(HOOC-(CH_2)_4-COOH)$ उत्पन्न करती है,जो $X$ है।
$2$. एडिपिक एसिड $Ca(OH)_2$ के साथ अभिक्रिया करके कैल्शियम एडिपेट बनाता है,जो $Y$ है।
$3$. कैल्शियम एडिपेट $(Y)$ को गर्म करने पर डीकार्बोक्सिलेशन और चक्रीकरण होता है,जिसके परिणामस्वरूप साइक्लोपेंटानोन $(Z)$ बनता है।
$4$. अभिक्रिया है: $HOOC-(CH_2)_4-COOH + Ca(OH)_2$ $\rightarrow Ca(OOC-(CH_2)_4-COO) + 2H_2O$ $\xrightarrow{\Delta} \text{साइक्लोपेंटानोन} + CaCO_3$.

(B) क्लोरोफॉर्म $(CHCl_3)$ का जलीय $KOH$ के साथ जल-अपघटन इस प्रकार होता है:
$1$. $CHCl_3 + 3KOH \rightarrow CH(OH)_3 + 3KCl$
$2$. मध्यवर्ती उत्पाद,मेथेनट्रायोल $(CH(OH)_3)$,अस्थिर होता है और पानी का एक अणु खोकर फॉर्मिक एसिड $(HCOOH)$ बनाता है: $CH(OH)_3 \rightarrow HCOOH + H_2O$
$3$. चूंकि माध्यम क्षारीय है ($KOH$ उपस्थित है),फॉर्मिक एसिड $KOH$ के साथ अभिक्रिया करके पोटेशियम फॉर्मेट $(HCOOK)$ बनाता है: $HCOOH + KOH \rightarrow HCOOK + H_2O$
अतः,अंतिम उत्पाद पोटेशियम फॉर्मेट $(HCOOK)$ है।

(B) $AlCl_3$ की उपस्थिति में बेंजीन और मैलिक एनहाइड्राइड के बीच की अभिक्रिया एक फ्रीडल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,बेंजीन वलय मैलिक एनहाइड्राइड के कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करता है।
इससे एनहाइड्राइड वलय खुल जाता है,जिसके परिणामस्वरूप $4-\text{oxo}-4-\text{phenylbutanoic acid}$ (जिसे $\beta-\text{benzoylpropionic acid}$ भी कहा जाता है) का निर्माण होता है।
सही विकल्प $B$ है।

(C) न्यूक्लियोफिलिसिटी सामान्यतः समान विलायक में क्षारीयता (basicity) के क्रम का पालन करती है। क्षारीयता ऋणायन (anion) की स्थिरता पर निर्भर करती है; ऋणायन जितना अधिक स्थिर होगा (अनुनाद या प्रेरणिक प्रभावों के कारण),वह उतना ही दुर्बल क्षार और दुर्बल न्यूक्लियोफाइल होगा।
$1.$ $CH_3O^-$ में,ऋण आवेश ऑक्सीजन परमाणु पर स्थानीयकृत (localized) होता है,जिससे यह सबसे प्रबल क्षार और न्यूक्लियोफाइल बन जाता है।
$2.$ $C_6H_5O^-$ में,ऋण आवेश बेंजीन रिंग में विस्थानीकृत (delocalized) होता है।
$3.$ $CH_3-COO^-$ में,ऋण आवेश दो विद्युत ऋणात्मक ऑक्सीजन परमाणुओं पर विस्थानीकृत होता है,जिससे यह फिनोक्साइड से अधिक स्थिर हो जाता है।
$4.$ $CH_3-SO_3^-$ में,ऋण आवेश तीन ऑक्सीजन परमाणुओं पर विस्थानीकृत होता है,जिससे यह सबसे अधिक स्थिर और सबसे दुर्बल न्यूक्लियोफाइल बन जाता है।
अतः,घटता क्रम है: $II > III > I > IV$.

(A) कार्बोक्सिलिक एसिड की अम्लीय शक्ति उसके संयुग्मी बेस (कार्बोक्सिलेट आयन) की स्थिरता द्वारा निर्धारित की जाती है।
इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ($-I$ प्रभाव) ऋण आवेश को स्थिर करके अम्लता बढ़ाते हैं,जबकि इलेक्ट्रॉन-दाता समूह ($+I$ प्रभाव) अम्लता को कम करते हैं।
$-I$ प्रभाव का क्रम $CF_3 > CHCl_2 > H > C_6H_5CH_2 > CH_3$ है।
अतः,सही क्रम $CF_3COOH > CHCl_2COOH > HCOOH > C_6H_5CH_2COOH > CH_3COOH$ है।

(B) कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लीयता कार्बन श्रृंखला से जुड़े इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों ($-I$ प्रभाव) की उपस्थिति से बढ़ती है।
$CH_3CH_2CH(Cl)COOH$ में,क्लोरीन परमाणु $\alpha$-स्थिति पर है,जो एक मजबूत $-I$ प्रभाव डालता है,जिससे कार्बोक्सिलेट आयन काफी स्थिर हो जाता है।
$ClCH_2CH_2CH_2COOH$ में,क्लोरीन परमाणु $\gamma$-स्थिति पर है,और दूरी के साथ $-I$ प्रभाव तेजी से कम हो जाता है।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में $CH_3CH_2CH(Cl)COOH$ सबसे प्रबल अम्ल है।

(D) जब एसिटामाइड $(CH_3-CONH_2)$ जैसा प्राथमिक एमाइड $PCl_5$ के साथ अभिक्रिया करता है,तो यह निर्जलीकरण के माध्यम से नाइट्राइल $(CH_3CN)$ बनाता है,न कि एसिड क्लोराइड $(CH_3-C(=O)-Cl)$।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $CH_3-CONH_2 + PCl_5 \rightarrow CH_3CN + POCl_3 + 2HCl$.

(A) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है: $C_4H_7OCl$ $(x)$ $\xrightarrow{NH_3} C_4H_9NO$ (एमाइड) $\xrightarrow{Br_2 + KOH} CH_3-CH_2-CH_2-NH_2$ (प्रोपाइलएमाइन)।
यह हॉफमैन ब्रोमामाइड निम्नीकरण अभिक्रिया है,जो एक एमाइड $(R-CONH_2)$ को एक कम कार्बन परमाणु वाले प्राथमिक एमाइन $(R-NH_2)$ में परिवर्तित करती है।
चूंकि उत्पाद प्रोपाइलएमाइन $(CH_3CH_2CH_2NH_2)$ है,इसलिए एमाइड ब्यूटेनएमाइड $(CH_3CH_2CH_2CONH_2)$ होना चाहिए।
ब्यूटेनएमाइड का निर्माण ब्यूटेनॉयल क्लोराइड $(CH_3CH_2CH_2COCl)$ की अमोनिया $(NH_3)$ के साथ अभिक्रिया से होता है।
अतः,यौगिक $x$ ब्यूटेनॉयल क्लोराइड है।

(A) कार्बनिक यौगिकों का क्वथनांक अंतर-आणविक आकर्षण बलों की शक्ति पर निर्भर करता है।
$CH_3COOH$ (एसिटिक एसिड) तरल अवस्था में स्थिर अंतर-आणविक हाइड्रोजन-बंधित डाइमर बनाता है,जो समान आणविक द्रव्यमान वाले अल्कोहल,एमाइन और एल्डिहाइड की तुलना में इसके क्वथनांक को काफी बढ़ा देता है।
$CH_3-CH_2-OH$ और $CH_3-CH_2-NH_2$ में भी हाइड्रोजन बॉन्डिंग होती है,लेकिन यह कार्बोक्सिलिक एसिड में डाइमर निर्माण की तुलना में कम व्यापक होती है।
$CH_3-CH_2-CH=O$ (प्रोपेनल) में केवल द्विध्रुव-द्विध्रुव आकर्षण होता है और इसमें हाइड्रोजन बॉन्डिंग का अभाव होता है,जिसके परिणामस्वरूप दिए गए विकल्पों में इसका क्वथनांक सबसे कम होता है।
इसलिए,$CH_3COOH$ का क्वथनांक अधिकतम है।