Properties of Haloalkanes Questions in Gujarati

(D) આ પ્રક્રિયા $1$-ક્લોરો-$2$-મિથાઈલસાયક્લોહેક્ઝેનનું બેઝ $(C_2H_5O^-)$ અને ગરમીની હાજરીમાં વિલોપન (dehydrohalogenation) છે.
આ પ્રક્રિયા $E2$ ક્રિયાવિધિ દ્વારા થાય છે.
પાડોશી કાર્બન પરથી હાઇડ્રોજન દૂર કરીને શક્ય આલ્કીન નીચે મુજબ છે:
$1$. જો હાઇડ્રોજન $C_3$ સ્થાન પરથી દૂર કરવામાં આવે,તો આપણને $3$-મિથાઈલસાયક્લોહેક્ઝીન મળે છે.
$2$. જો હાઇડ્રોજન $C_1$ સ્થાન પરથી દૂર કરવામાં આવે,તો આપણને $1$-મિથાઈલસાયક્લોહેક્ઝીન મળે છે.
$3$. મિથાઈલીનસાયક્લોહેક્ઝેન આ પ્રક્રિયામાં નીપજ તરીકે મળતું નથી કારણ કે તે શક્ય નથી.

(A) આપેલ પ્રક્રિયા ન્યુક્લિયોફિલિક સબસ્ટીટ્યુશન પ્રક્રિયા $(S_N2)$ છે.
પ્રક્રિયક $4$-બ્રોમોબેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડમાં બે હેલોજન પરમાણુઓ છે: બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ $Br$ અને સાઈડ ચેઈન $(CH_2Cl)$ સાથે જોડાયેલ $Cl$.
$NaCN$ એ ન્યુક્લિયોફાઈલ $(CN^-)$ તરીકે કાર્ય કરે છે. $CH_2Cl$ ગ્રુપમાં રહેલ $Cl$ પરમાણુ આલ્કાઈલ હેલાઈડનો ભાગ છે (ખાસ કરીને પ્રાથમિક બેન્ઝાઈલિક હેલાઈડ),જે ન્યુક્લિયોફિલિક સબસ્ટીટ્યુશન માટે ખૂબ જ સક્રિય છે.
તેની સામે,$Br$ પરમાણુ સીધો બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ છે (એરાઈલ હેલાઈડ),જે $C-X$ બંધના આંશિક દ્વિ-બંધ સ્વભાવને કારણે આ પરિસ્થિતિઓમાં ન્યુક્લિયોફિલિક સબસ્ટીટ્યુશન માટે નિષ્ક્રિય છે.
તેથી,$CN^-$ ન્યુક્લિયોફાઈલ પસંદગીયુક્ત રીતે $CH_2Cl$ ગ્રુપમાં રહેલા $Cl$ પરમાણુને દૂર કરીને $4$-બ્રોમોફિનાઈલ એસીટોનાઈટ્રાઈલ $(Br-C_6H_4-CH_2CN)$ બનાવે છે.

(B) $S_N1$ પ્રતિક્રિયાનો દર લિવિંગ ગ્રુપ દૂર થયા પછી બનતા કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
$I$ અને $II$ એ $p$-મેથોક્સિબેન્ઝાઈલ હેલાઈડ્સ છે. પેરા સ્થાન પર રહેલ $-OCH_3$ સમૂહ પ્રબળ $+M$ (મેસોમેરિક) અસર આપે છે,જે બેન્ઝાઈલિક કાર્બોકેટાયનને નોંધપાત્ર રીતે સ્થિર કરે છે.
$I$ ($p$-મેથોક્સિબેન્ઝાઈલ બ્રોમાઈડ) અને $II$ ($p$-મેથોક્સિબેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડ) ની સરખામણી કરતા,બ્રોમાઈડ આયન $(Br^-)$ એ ક્લોરાઈડ આયન $(Cl^-)$ કરતા વધુ સારું લિવિંગ ગ્રુપ છે,તેથી $I$ એ $II$ કરતા ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.
$IV$ એ બેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડ છે,જે સ્થિર બેન્ઝાઈલિક કાર્બોકેટાયન બનાવે છે પરંતુ તેમાં $-OCH_3$ સમૂહની વધારાની $+M$ સ્થિરતાનો અભાવ છે,તેથી તે $I$ અને $II$ કરતા ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ છે.
$III$ એ $p$-ક્લોરોએનિસોલ છે,જેમાં $Cl$ પરમાણુ સીધો બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ છે. આ સ્થાન પર $S_N1$ પ્રતિક્રિયા અસ્થિર એરાઈલ કેટાયન બનાવશે,જે તેને સૌથી ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ બનાવે છે.
આમ,ક્રમ $I > II > IV > III$ છે.

(A) સબસ્ટ્રેટ $1$-બ્રોમો-$1,2$-ડાયમિથાઈલસાયક્લોહેક્ઝેન છે. જ્યારે પોટેશિયમ $tert$-બ્યુટોક્સાઇડ $(t-BuOK)$ જેવા અવકાશીય રીતે અવરોધિત બેઝ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે,ત્યારે $E_2$ વિલોપન પ્રક્રિયા થાય છે.
$t-BuOK$ એ અવકાશીય રીતે અવરોધિત બેઝ છે,જે ઓછી અવકાશીય અવરોધ ધરાવતી સ્થિતિમાંથી પ્રોટોન દૂર કરવાનું પસંદ કરે છે (હોફમેન નીપજ).
આ અણુમાં,વિલોપન માટે બે પ્રકારના $\beta$-હાઈડ્રોજન ઉપલબ્ધ છે:
$1$. રિંગના $CH_2$ ગ્રુપ પરના પ્રોટોન (જે વધુ વિસ્થાપિત,ઝેટસેવ નીપજ,$1,2$-ડાયમિથાઈલસાયક્લોહેક્સ-$1$-ઈન તરફ દોરી જાય છે).
$2$. $C_1$ સ્થાન સાથે જોડાયેલ એક્ઝોસાયક્લિક $CH_3$ ગ્રુપ અથવા $C_1$ ની બાજુના $CH_2$ ગ્રુપ પરના પ્રોટોન (જે ઓછી વિસ્થાપિત,હોફમેન નીપજ,$1$-મિથાઈલ-$2$-મિથાઈલીનસાયક્લોહેક્ઝેન તરફ દોરી જાય છે).
$t-BuOK$ બેઝના અવકાશીય કદને કારણે,તે ઓછી વિસ્થાપિત આલ્કીન બનાવવા માટે $C_1$ સ્થાનની બાજુના $CH_2$ ગ્રુપમાંથી વધુ સુલભ પ્રોટોનને પસંદગીયુક્ત રીતે દૂર કરે છે,જે $1$-મિથાઈલ-$2$-મિથાઈલીનસાયક્લોહેક્ઝેન છે.

(C) $SN^1$ પ્રક્રિયા ક્રિયાવિધિ કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીના નિર્માણ દ્વારા થાય છે. $SN^1$ પ્રક્રિયાનો દર બનતા કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
$A$. $CH_3-Br$ પ્રાથમિક મિથાઈલ કાર્બોકેટાયન બનાવે છે,જે ખૂબ જ અસ્થિર છે અને $SN^1$ પ્રક્રિયા આપતું નથી.
$B$. $Ph-Br$ (બ્રોમોબેન્ઝીન) $SN^1$ પ્રક્રિયા આપતું નથી કારણ કે રેઝોનન્સને કારણે $C-Br$ બંધમાં આંશિક દ્વિબંધ લાક્ષણિકતા હોય છે અને ફિનાઈલ કેટાયન અત્યંત અસ્થિર છે.
$C$. $CH_2=CH-CH_2-Br$ એલાઈલ કાર્બોકેટાયન $(CH_2=CH-CH_2^+)$ બનાવે છે,જે રેઝોનન્સ દ્વારા સ્થિર થાય છે. આ પ્રક્રિયા $H_2O$ જેવા ધ્રુવીય પ્રોટિક દ્રાવકની હાજરીમાં $SN^1$ દ્વારા થઈ શકે છે.
$D$. $1-$બ્રોમોબાયસાઇક્લો[$2.2$.$1$]હેપ્ટેન $SN^1$ પ્રક્રિયા આપી શકતું નથી કારણ કે બ્રિજહેડ કાર્બન કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તી માટે જરૂરી સમતલીય ભૂમિતિ પ્રાપ્ત કરી શકતું નથી (બ્રેડ્ટનો નિયમ).
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(B) $1\text{-methylcyclopentene}$ ની પેરોક્સાઇડની હાજરીમાં $\text{HBr}$ સાથેની પ્રક્રિયા એન્ટી-માર્કોવનીકોવ ઉમેરણ (ખરાશ અસર અથવા પેરોક્સાઇડ અસર) ને અનુસરે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બ્રોમિન પરમાણુ $(\text{Br}^\bullet)$ દ્વિબંધના તે કાર્બન પરમાણુ સાથે જોડાય છે જેની પાસે વધુ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ હોય છે,જ્યારે હાઇડ્રોજન પરમાણુ બીજા કાર્બન સાથે જોડાય છે.
$1\text{-methylcyclopentene}$ માટે,દ્વિબંધ $C_1$ (મિથાઈલ ગ્રુપ સાથે જોડાયેલ) અને $C_2$ (જેની પાસે એક હાઇડ્રોજન પરમાણુ છે) વચ્ચે છે.
એન્ટી-માર્કોવનીકોવ નિયમ મુજબ,$\text{Br}$ પરમાણુ $C_2$ સ્થાન પર જોડાશે,જેના પરિણામે મુખ્ય નીપજ તરીકે $2\text{-bromo-1-methylcyclopentane}$ મળશે.

(D) સાચો જવાબ $(d)$ છે.
ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવકો એવા દ્રાવકો છે જેમાં હાઇડ્રોજન પરમાણુ વિદ્યુતઋણ પરમાણુ સાથે જોડાયેલ હોતો નથી.
$DMSO$ (ડાયમિથાઈલ સલ્ફોક્સાઈડ) એક જાણીતું ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવક છે.
Crown ethers પણ ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવકો ગણાય છે કારણ કે તે એસિડિક પ્રોટોન વગર કેશાયન્સને અસરકારક રીતે દ્રાવ્ય કરી શકે છે.
$DMG$ (ડાયમિથાઈલગ્લાયોક્સાઈમ) નો પણ અમુક ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવક તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
તેથી,આપેલા તમામ વિકલ્પો ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવકોના ઉદાહરણો છે.

(C) આપેલા સંયોજનોની ડાયપોલ મોમેન્ટ નીચે મુજબ છે:
$1$. $CCl_4$ એ સમપ્રમાણ ટેટ્રાહેડ્રલ અણુ છે,તેથી તેની ચોખ્ખી ડાયપોલ મોમેન્ટ $0 \ D$ છે.
$2$. $cis-CHCl=CHCl$ માં એક જ બાજુએ ધ્રુવીય $C-Cl$ બંધો હોવાને કારણે નોંધપાત્ર ડાયપોલ મોમેન્ટ છે,જે આશરે $1.90 \ D$ છે.
$3$. $CH_2Cl_2$ ની ડાયપોલ મોમેન્ટ આશરે $1.60 \ D$ છે.
$4$. $CHCl_3$ ની ડાયપોલ મોમેન્ટ આશરે $1.03 \ D$ છે.
આ મૂલ્યોની સરખામણી કરતા,સાચો ક્રમ $cis-CHCl=CHCl > CH_2Cl_2 > CHCl_3 > CCl_4$ છે.

(B) જો અણુમાં ઓછામાં ઓછો એક કાયરલ કાર્બન પરમાણુ (ચાર અલગ-અલગ સમૂહો સાથે જોડાયેલ કાર્બન પરમાણુ) હોય,તો તે અણુ કાયરલ છે.
$1,3-$ડાયબ્રોમો$-1-$ક્લોરોપ્રોપેન $(CH_2Br-CH_2-CH(Cl)Br)$ માં,$1$ સ્થાન પરનો કાર્બન પરમાણુ હાઇડ્રોજન $(H)$,ક્લોરિન $(Cl)$,બ્રોમિન $(Br)$ અને $2-$બ્રોમોઇથાઇલ સમૂહ $(-CH_2-CH_2-Br)$ સાથે જોડાયેલ છે.
આ ચારેય સમૂહો અલગ હોવાથી,તે કાયરલ કેન્દ્ર છે.
તેથી,$1,3-$ડાયબ્રોમો$-1-$ક્લોરોપ્રોપેન કાયરલ છે.

(D) ગ્રીગનાર્ડ રિએજન્ટ $(RMgX)$ સક્રિય હાઇડ્રોજન અણુઓ (જેમ કે આલ્કોહોલ,પાણી,એમાઇન) અને ઇલેક્ટ્રોફિલિક કાર્બોનિલ જૂથો (જેમ કે કીટોન અને એસ્ટર) ધરાવતા સંયોજનો પ્રત્યે ખૂબ જ પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે.
$ (a) $ એસીટોનમાં કાર્બોનિલ જૂથ હોય છે અને તે $PhMgBr$ સાથે પ્રક્રિયા કરશે.
$ (b) $ ઇથાઇલ એસીટેટ એક એસ્ટર છે અને તે $PhMgBr$ સાથે પ્રક્રિયા કરશે.
$ (c) $ એબ્સોલ્યુટ આલ્કોહોલમાં એસિડિક હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ હોય છે અને તે $PhMgBr$ સાથે પ્રક્રિયા કરશે.
$ (d) $ બેન્ઝીન એક નિષ્ક્રિય હાઇડ્રોકાર્બન છે અને તેમાં કોઈ સક્રિય હાઇડ્રોજન કે પ્રતિક્રિયાશીલ કાર્યાત્મક જૂથો હોતા નથી,જે તેને પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય દ્રાવક બનાવે છે.

(B) પ્રક્રિયક થેલોઈલ ક્લોરાઈડ $(C_6H_4(COCl)_2)$ છે.
દરેક એસિડ ક્લોરાઈડ ગ્રુપ $(-COCl)$ ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયક $(CH_3MgBr)$ ના $2$ મોલ સાથે પ્રક્રિયા કરીને તૃતીયક આલ્કોહોલ બનાવે છે.
ચોક્કસ રીતે,$CH_3MgBr$ નો પ્રથમ મોલ કાર્બોનિલ કાર્બન પર હુમલો કરીને કીટોન મધ્યવર્તી બનાવે છે,અને બીજો મોલ એસિડિક વર્કઅપ $(H^+)$ પછી કીટોન પર હુમલો કરીને તૃતીયક આલ્કોહોલ બનાવે છે.
અણુમાં બે $-COCl$ ગ્રુપ હોવાથી,કુલ $2 \times 2 = 4$ મોલ $CH_3MgBr$ વપરાય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(D) ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયકો $(RMgX)$ અત્યંત સક્રિય ઓર્ગેનોમેટાલિક સંયોજનો છે. તેમને ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવકની જરૂર હોય છે જે લુઈસ બેઝ તરીકે કાર્ય કરી શકે અને મેગ્નેશિયમ પરમાણુને કોઓર્ડિનેશન દ્વારા સ્થિર કરી શકે.
$A$,$B$,અને $C$ ઈથર્સ છે,જે ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવકો છે અને મેગ્નેશિયમ કેન્દ્ર સાથે જોડાઈને ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયકને સ્થિર કરી શકે છે.
$D$ (સાયક્લોહેક્સેન) એ બિન-ધ્રુવીય હાઈડ્રોકાર્બન દ્રાવક છે. તેમાં મેગ્નેશિયમ પરમાણુ સાથે જોડાવા અને તેને સ્થિર કરવા માટે જરૂરી ઇલેક્ટ્રોનની અબંધકારક જોડીનો અભાવ હોય છે. તેથી,તે ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય દ્રાવક નથી.

(B) આ પ્રક્રિયામાં ગિલમેન પ્રક્રિયક,$(n-Bu)_2CuLi$ નો ઉપયોગ થાય છે,જે એક ઓર્ગેનોકોપર પ્રક્રિયક છે. ગિલમેન પ્રક્રિયકો પ્રાથમિક આલ્કાઈલ હેલાઈડ્સ સાથે ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા કરવા માટે જાણીતા છે,જેમાં હેલોજન પરમાણુને આલ્કાઈલ ગ્રુપ દ્વારા બદલવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગિલમેન પ્રક્રિયકમાંથી $n-$બ્યુટાઈલ ગ્રુપ $3,5-$ડાયમિથોક્સીબેન્ઝાઈલ બ્રોમાઈડના બેન્ઝાઈલિક કાર્બન પરમાણુ પર હુમલો કરે છે અને બ્રોમાઈડ આયનને દૂર કરે છે. આના પરિણામે $1-(3,5-$ડાયમિથોક્સીફિનાઈલ$)$પેન્ટેન બને છે.

(D) ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયકો $(RMgX)$ પ્રબળ બેઝ છે અને એસિડિક હાઇડ્રોજન ધરાવતા સંયોજનો (જેમ કે $-OH$,$-SH$,અને $-NH_2$ સમૂહો) સાથે ઝડપથી પ્રક્રિયા કરે છે.
વિકલ્પ $(a)$,$(b)$,અને $(c)$ માં,અણુઓમાં ઓક્સિજન,સલ્ફર અથવા નાઇટ્રોજન સાથે જોડાયેલા એસિડિક હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ હોય છે,જે ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયકનું તરત જ પ્રોટોનેશન કરશે.
વિકલ્પ $(d)$ માં,નાઇટ્રોજન પરમાણુ તૃતીયક એમાઇન સમૂહ $(-N(CH_3)_2)$ નો ભાગ છે,જેમાં કોઈ એસિડિક હાઇડ્રોજન નથી.
તેથી,આ ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયક બનાવી શકાય છે.

(A) $1$. $sec$-બ્યુટાઇલ બ્રોમાઇડની $Et_2O$ માં $Mg$ સાથેની પ્રક્રિયાથી ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયક $A$ બને છે,જે $sec$-બ્યુટાઇલમેગ્નેશિયમ બ્રોમાઇડ $(CH_3CH_2CH(CH_3)MgBr)$ છે.
$2$. ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયક પ્રબળ ન્યુક્લિયોફાઇલ તરીકે વર્તે છે અને ઇપોક્સાઇડ વલય પર હુમલો કરે છે.
$3$. બેઝિક માધ્યમમાં (ગ્રીગનાર્ડ પ્રક્રિયક),ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલો ઇપોક્સાઇડના ઓછા અવકાશી અવરોધ ધરાવતા કાર્બન પરમાણુ પર થાય છે.
$4$. $sec$-બ્યુટાઇલ સમૂહ $1$-મિથાઇલ-$1,2$-ઇપોક્સિસાયક્લોપેન્ટેન વલયના ઓછા વિસ્થાપિત કાર્બન પર હુમલો કરે છે.
$5$. ત્યારબાદ $H_3O^+$ સાથેની એસિડિક પ્રક્રિયાથી આલ્કોક્સાઇડનું પ્રોટોનેશન થઈને અંતિમ આલ્કોહોલ નીપજ $(B)$ મળે છે.
$6$. સ્ટીરિયોકેમિસ્ટ્રી અને રિજિયોસેલેક્ટિવિટીના આધારે,નીપજ વિકલ્પ $A$ માં દર્શાવ્યા મુજબની છે.

(C) આ પ્રક્રિયા $S_N2$ પ્રક્રિયા છે,જે કાયરલ કાર્બન પરમાણુ પર વિન્યાસના વ્યુત્ક્રમણ (inversion) સાથે થાય છે જ્યાં લિવિંગ ગ્રુપ $(Br^-)$ જોડાયેલું હોય છે. ન્યુક્લિયોફાઇલ $(I^-)$ લિવિંગ ગ્રુપની વિરુદ્ધ બાજુથી હુમલો કરે છે. આપેલ પ્રક્રિયકમાં,$Br$ પરમાણુ કાયરલ કાર્બનની ડાબી બાજુએ છે. તેથી,નીપજમાં,$I$ પરમાણુ તે જ કાયરલ કાર્બનની જમણી બાજુએ હશે. વિકલ્પોની સરખામણી કરતા,સાચી રચના $(C)$ માં જોવા મળે છે.

(C) $S_N2$ પ્રક્રિયા માટે ન્યુક્લિયોફાઇલ દ્વારા લિવિંગ ગ્રુપ સાથે જોડાયેલા કાર્બન પર પાછળથી હુમલો (backside attack) જરૂરી છે.
$1$-બ્રોમોબાયસાઇક્લો$[2.2.1]$હેપ્ટેન (વિકલ્પ $C$) માં,બ્રોમીન સાથે જોડાયેલ કાર્બન પરમાણુ બ્રિજહેડ સ્થાન પર છે.
બાયસાઇક્લિક બંધારણની જડતાને કારણે,બ્રિજહેડ કાર્બનની પાછળની બાજુ અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) ધરાવે છે અને ન્યુક્લિયોફાઇલ ત્યાં પહોંચી શકતો નથી.
વધુમાં,બ્રિજહેડ સ્થાન પર $S_N2$ માટે જરૂરી સમતલીય સંક્રમણ અવસ્થા (planar transition state) અથવા $S_N1$ માટે જરૂરી કાર્બોકેટાયનનું નિર્માણ ભૌમિતિક રીતે અશક્ય છે (બ્રેટના નિયમ મુજબ).
તેથી,બ્રિજહેડ સ્થાન પર $S_N2$ પ્રક્રિયાઓ નહિવત હોય છે.

(A) આ પ્રક્રિયામાં એમોનિયા $(NH_3)$ અણુ દ્વારા બ્રોમીન પરમાણુનું ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન થાય છે.
આપેલા અણુમાં બે બ્રોમીન પરમાણુઓ છે: એક બેન્ઝાઈલિક બ્રોમાઈડ $(-CH_2Br)$ અને બીજો એરાઈલ બ્રોમાઈડ (સીધો બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ).
બેન્ઝાઈલિક બ્રોમાઈડ ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન પ્રત્યે ખૂબ જ સક્રિય છે કારણ કે પરિણામી કાર્બોકેટાયન રેઝોનન્સ દ્વારા સ્થિર થાય છે.
તેનાથી વિપરીત,એરાઈલ બ્રોમાઈડ બેન્ઝીન રિંગ સાથેના રેઝોનન્સને કારણે $C-Br$ બંધના આંશિક દ્વિબંધ લાક્ષણિકતાને લીધે ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન પ્રત્યે ખૂબ જ નિષ્ક્રિય છે.
તેથી,$NH_3$ અણુ પસંદગીયુક્ત રીતે બેન્ઝાઈલિક કાર્બન પર હુમલો કરશે અને $-Br$ સમૂહને $-NH_2$ સમૂહ દ્વારા બદલીને $2$-બ્રોમોબેન્ઝાઈલએમાઈન બનાવશે.

(B) આ પ્રક્રિયામાં $DMF$ જેવા ધ્રુવીય એપ્રૉટિક દ્રાવકમાં ન્યુક્લિયોફાઇલ તરીકે $I^-$ નો ઉપયોગ કરીને ન્યુક્લિયોફિલિક સબસ્ટિટ્યુશન $(S_N2)$ મિકેનિઝમનો સમાવેશ થાય છે.
$S_N2$ પ્રક્રિયાઓ અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) પ્રત્યે ખૂબ જ સંવેદનશીલ હોય છે.
સબસ્ટ્રેટ $Cl-CH_2-C(CH_3)_2-CH_2-CH_2-Cl$ માં,બે પ્રાથમિક ક્લોરાઇડ સ્થાનો છે.
સાંકળના છેડે આવેલું સ્થાન $(-CH_2-CH_2-Cl)$ એ બલ્કી ટર્ટ-બ્યુટાઇલ ગ્રુપ $(-CH_2-C(CH_3)_2-)$ ની નજીકના સ્થાનની તુલનામાં ઓછું અવકાશી અવરોધ ધરાવે છે.
તેથી,ન્યુક્લિયોફાઇલ $I^-$ પ્રાધાન્યતા સાથે ઓછા અવરોધિત પ્રાથમિક કાર્બન પર હુમલો કરે છે,જેના પરિણામે મુખ્ય નીપજ તરીકે $Cl-CH_2-C(CH_3)_2-CH_2-CH_2-I$ મળે છે.

(B) $S_{N}2$ પ્રક્રિયા એટલે કે દ્વિ-આણ્વિય ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા.
દ્વિ-આણ્વિય પ્રક્રિયામાં,પ્રક્રિયાનો વેગ સબસ્ટ્રેટ (ઇલેક્ટ્રોફાઇલ) અને ન્યુક્લિયોફાઇલ બંનેની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે.
તેથી,વેગનું સમીકરણ આ મુજબ છે: $Rate = k$ [electrophile] [nucleophile].

(A) આ પ્રક્રિયા ફિંકલસ્ટીન પ્રક્રિયા છે,જે એસિટોન દ્રાવકમાં $S_N2$ ક્રિયાવિધિ દ્વારા થાય છે.
આપેલ સબસ્ટ્રેટમાં,$Br^{\ominus}$ એ $F^{\ominus}$ કરતા વધુ સારું લિવિંગ ગ્રુપ છે.
તેથી,$I^{\ominus}$ ન્યુક્લિયોફાઇલ $Br$ પરમાણુ સાથે જોડાયેલા કાર્બન પરમાણુ પર હુમલો કરશે અને તેને દૂર કરીને અનુરૂપ આયોડો-વ્યુત્પન્ન બનાવશે.
$S_N2$ પ્રક્રિયા દરમિયાન કાઇરલ કેન્દ્ર પરનું વિન્યાસ ઉલટાઈ જાય છે.

(B) $S_{N^1}$ પ્રતિક્રિયા તરફ આલ્કાઈલ હેલાઈડની પ્રતિક્રિયાત્મકતા દર-નિર્ધારક તબક્કામાં ($R$.$D$.$S$.) બનતા કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
$(1)$ $CH_3CH_2CH_2Cl$ પ્રાથમિક $(1^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન $(CH_3CH_2CH_2^+)$ બનાવે છે,જે સૌથી ઓછું સ્થિર છે.
$(2)$ $CH_2=CH-CHCl-CH_3$ એલાઈલિક કાર્બોકેટાયન $(CH_2=CH-CH^+-CH_3)$ બનાવે છે,જે રેઝોનન્સ દ્વારા સ્થિર થાય છે અને તેથી સૌથી વધુ સ્થિર છે.
$(3)$ $CH_3CH_2-CHCl-CH_3$ દ્વિતીયક $(2^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન $(CH_3CH_2-CH^+-CH_3)$ બનાવે છે,જે હાયપરકોન્જુગેશન (વધુ $\alpha$-હાઈડ્રોજન) ને કારણે પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન કરતા વધુ સ્થિર છે પરંતુ રેઝોનન્સ-સ્થિર એલાઈલિક કાર્બોકેટાયન કરતા ઓછું સ્થિર છે.
તેથી,કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતાનો ક્રમ: $(2) > (3) > (1)$ છે.
આમ,$S_{N^1}$ પ્રતિક્રિયાત્મકતાનો ઘટતો ક્રમ $2 > 3 > 1$ છે.

(A) $NaCN$ સાથેની પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે $S_N2$ મિકેનિઝમ દ્વારા થાય છે,કારણ કે $CN^-$ એક પ્રબળ ન્યુક્લિયોફાઇલ છે.
$S_N2$ પ્રક્રિયાનો દર પ્રતિક્રિયા કેન્દ્ર પરના અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
$S_N2$ માટે પ્રતિક્રિયાત્મકતાનો ક્રમ: પ્રાથમિક $(1^\circ)$ > દ્વિતીયક $(2^\circ)$ > તૃતીયક $(3^\circ)$ છે.
આપેલા સંયોજનોની સરખામણી:
$(A)$ $CH_3CH_2CH_2CH_2Br$ એ પ્રાથમિક આલ્કાઈલ હેલાઈડ $(1^\circ)$ છે.
$(B)$ $CH_3CH_2CH(CH_3)Br$ એ દ્વિતીયક આલ્કાઈલ હેલાઈડ $(2^\circ)$ છે.
$(C)$ $(CH_3)_2CHCH_2Br$ એ પ્રાથમિક આલ્કાઈલ હેલાઈડ $(1^\circ)$ છે,પરંતુ તેમાં $\beta$-કાર્બન પર અવકાશી અવરોધ છે.
$(D)$ $CH_3CH_2C(CH_3)_2Br$ એ તૃતીયક આલ્કાઈલ હેલાઈડ $(3^\circ)$ છે.
પ્રાથમિક હેલાઈડ્સમાં,$CH_3CH_2CH_2CH_2Br$ માં પ્રતિક્રિયા કેન્દ્ર પર સૌથી ઓછો અવકાશી અવરોધ છે,તેથી તે સૌથી ઝડપથી $S_N2$ વિસ્થાપન પ્રક્રિયા આપે છે.

(C) સોલ્વોલિસિસનો દર $S_N1$ મિકેનિઝમને અનુસરે છે,જે લિવિંગ ગ્રુપ $(Br^-)$ દૂર થયા પછી બનતા કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
$(1)$ $CH_2=C(CH_3)^+$ એ વિનાઇલિક કાર્બોકેટાયન છે,જે ધન વીજભારિત કાર્બનના $sp$ સંકરણને કારણે અત્યંત અસ્થિર છે.
$(2)$ $1-methylcyclohexyl$ કેટાયન એ તૃતીયક $(3^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે,જે હાઇપરકોન્જુગેશન અને ઇન્ડક્ટિવ ઇફેક્ટને કારણે ખૂબ જ સ્થિર છે.
$(3)$ $CH_3-CH^+-CH_2-CH(CH_3)_2$ એ દ્વિતીયક $(2^{\circ})$ કાર્બોકેટાયન છે,જે તૃતીયક કાર્બોકેટાયન કરતા ઓછું સ્થિર છે પરંતુ વિનાઇલિક કાર્બોકેટાયન કરતા વધુ સ્થિર છે.
તેથી,કાર્બોકેટાયનની સ્થિરતાનો ક્રમ $(2) > (3) > (1)$ છે.
આમ,સોલ્વોલિસિસનો દર $(2) > (3) > (1)$ છે.

(A) આ પ્રક્રિયામાં $4-$બ્રોમોબેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડમાં રહેલા ક્લોરિન પરમાણુનું સોડિયમ સાયનાઈડ $(NaCN)$ માંથી મળતા સાયનાઈડ આયન $(CN^-)$ દ્વારા ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન થાય છે.
$4-$બ્રોમોબેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડમાં,$Cl$ પરમાણુ બેન્ઝાઈલિક કાર્બન સાથે જોડાયેલ છે,જે ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન ($S_N2$ પ્રક્રિયા) માટે ખૂબ જ સક્રિય છે.
તેનાથી વિપરીત,$Br$ પરમાણુ સીધો બેન્ઝીન રિંગ સાથે જોડાયેલ છે,જે સંસ્પંદનને કારણે આંશિક દ્વિ-બંધ લાક્ષણિકતા ધરાવે છે,જે તેને નબળો લિવિંગ ગ્રુપ બનાવે છે અને આ પરિસ્થિતિઓમાં ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન સામે પ્રતિકાર કરે છે.
તેથી,$CN^-$ ન્યુક્લિયોફાઈલ પસંદગીયુક્ત રીતે $Cl$ પરમાણુને બદલે છે અને $4-$બ્રોમોબેન્ઝાઈલ સાયનાઈડ બનાવે છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે. આપેલા તમામ સંયોજનો સરળતાથી ન્યુક્લિયોફિલિક સબસ્ટિટ્યુશન પ્રક્રિયા ($S_N1$ અથવા $S_N2$) આપતા નથી:
$1$. $1$-બ્રોમોબાયસાઇક્લો$[2.2.1]$હેપ્ટેન: બ્રિજહેડ કાર્બન પર સ્ટીરિક અવરોધ વધુ હોવાથી $S_N2$ શક્ય નથી. બ્રેડ્ટના નિયમ મુજબ બ્રિજહેડ પર કાર્બોકેટાયન બની શકતું નથી,તેથી $S_N1$ પણ શક્ય નથી.
$2$. $Ph-Br$ (બ્રોમોબેન્ઝીન): બ્રોમીન પરના અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ બેન્ઝીન વલય સાથે સંસ્પંદન (resonance) માં હોવાથી $C-Br$ બંધમાં આંશિક દ્વિબંધ લાક્ષણિકતા આવે છે,જે તેને તોડવું મુશ્કેલ બનાવે છે.
$3$. $(CH_3)_3C-CH_2-Br$ (નિયોપેન્ટાઇલ બ્રોમાઇડ): આ પ્રાથમિક આલ્કાઇલ હેલાઇડ છે જેમાં $\beta$-કાર્બન પર વધુ સ્ટીરિક અવરોધ હોવાથી $S_N2$ શક્ય નથી. તેમજ,પ્રાથમિક કાર્બોકેટાયન અસ્થાયી હોવાથી $S_N1$ પણ શક્ય નથી.

(D) $1-$બ્રોમોટ્રિપ્ટિસીનમાં,બ્રોમીન પરમાણુ ન્યુક્લિયોફાઇલ્સ માટે લગભગ નિષ્ક્રિય જોવા મળે છે.
આનું કારણ એ છે કે ટ્રિપ્ટિસીન અણુનું સખત માળખું $S_N1$ પ્રતિક્રિયા માટે જરૂરી સમતલીય કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીના નિર્માણને અટકાવે છે.
વધુમાં,$S_N2$ પ્રતિક્રિયા માટે જરૂરી ન્યુક્લિયોફાઇલ દ્વારા પાછળના ભાગથી હુમલો,ત્રણ બેન્ઝીન વલયો દ્વારા અવરોધાય છે,જેના કારણે ન્યુક્લિયોફાઇલ માટે બ્રોમીન સાથે જોડાયેલા કાર્બન પરમાણુ સુધી પહોંચવું અશક્ય બને છે.
તેથી,સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં આ રૂપાંતર થતું નથી.

(B) આપેલ પ્રક્રિયા $S_N1$ સોલ્વોલિસિસ પ્રક્રિયા છે.
$1$. પ્રથમ પગલું એ કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તી બનાવવા માટે આલ્કાઈલ બ્રોમાઈડનું ધીમું આયનીકરણ છે.
$2$. બીજું પગલું એ ઓક્સોનિયમ આયન મધ્યવર્તી બનાવવા માટે $H_2O$ દ્વારા ઝડપી ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલો છે.
$3$. ત્રીજું પગલું એ અંતિમ આલ્કોહોલ ઉત્પાદન બનાવવા માટે ઝડપી ડીપ્રોટોનેશન છે.
ત્રણ પગલાં હોવાથી,પ્રતિક્રિયા કોઓર્ડિનેટ ડાયાગ્રામમાં ત્રણ સંક્રમણ અવસ્થાઓ અને બે મધ્યવર્તી હોવા જોઈએ. આકૃતિ $B$ આ $3$-પગલાની પ્રક્રિયાને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે.

(C) આ પ્રક્રિયા ફિનાઈલ રિંગ દ્વારા પાડોશી જૂથની ભાગીદારી $(NGP)$ દ્વારા આગળ વધે છે. ફિનાઈલ રિંગના $\pi$-ઈલેક્ટ્રોન $OTs$ સમૂહ ધરાવતા કાર્બન પર હુમલો કરે છે,જે ફિનોનિયમ આયન મધ્યવર્તી બનાવે છે. આ મધ્યવર્તી ઈથાઈલ ચેઈનના બે કાર્બનના સંદર્ભમાં સપ્રમાણ છે,જે ન્યુક્લિયોફાઈલ $(RCOO^-)$ ને બે સમાન કાર્બનમાંથી કોઈપણ પર હુમલો કરવાની મંજૂરી આપે છે. પરિણામે,$OCOR$ સમૂહ કાં તો $^{14}C$ લેબલવાળા કાર્બન અથવા લેબલ વગરના કાર્બન સાથે જોડાઈ શકે છે,જેના પરિણામે બંને નીપજોનું મિશ્રણ મળે છે.

(A) પગલું $1$: $NBS$ ($N$-Bromosuccinimide) એ એલાઈલિક અથવા બેન્ઝિલિક બ્રોમિનેશન માટે વપરાતો પ્રક્રિયક છે. $o$-આયોડોટોલ્યુઈન અને $NBS$ ની પ્રક્રિયામાં,બેન્ઝિલિક હાઈડ્રોજનનું વિસ્થાપન બ્રોમીન દ્વારા થાય છે,જેથી $o$-આયોડોબેન્ઝિલ બ્રોમાઈડ બને છે,જે નીપજ $(A)$ છે.
પગલું $2$: નીપજ $(A)$ ($o$-આયોડોબેન્ઝિલ બ્રોમાઈડ) ની પ્રક્રિયા $CH_3SNa$ (સોડિયમ મિથેનથાયોલેટ) સાથે થાય છે. આ એક ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા ($S_N2$ મિકેનિઝમ) છે,જેમાં $-SCH_3$ સમૂહ બેન્ઝિલિક સ્થાન પર $-Br$ પરમાણુનું વિસ્થાપન કરીને $o$-આયોડોબેન્ઝિલ મિથાઈલ સલ્ફાઈડ બનાવે છે,જે નીપજ $(B)$ છે.

(A) $S_N2$ પ્રક્રિયાનો વેગ પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રની આસપાસના અવકાશી અવરોધના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
જેમ લિવિંગ ગ્રુપ ધરાવતા કાર્બન સાથે જોડાયેલા આલ્કાઈલ સમૂહોની સંખ્યા વધે છે (એટલે કે મિથાઈલથી તૃતીયક તરફ),તેમ અવકાશી અવરોધ વધે છે,જે $S_N2$ પ્રક્રિયાના વેગમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે.
તેથી,જેમ આપણે $CH_3Br$ થી $t-BuBr$ તરફ જઈએ છીએ તેમ $\log(\text{rate})$ ઘટે છે.
સાચો આલેખ તે છે જે નીચે તરફનો ટ્રેન્ડ દર્શાવે છે.

(D) $S_N2$ પ્રતિક્રિયાઓ પ્રત્યે બેન્ઝાઈલિક હેલાઈડ્સની પ્રતિક્રિયાશીલતા બેન્ઝીન રિંગ પરના અવેજીઓના ઈલેક્ટ્રોનિક અસરો દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.
પેરા સ્થાન પર ઈલેક્ટ્રોન-ખેંચનાર જૂથ (જેમ કે $-NO_2$) ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલા દરમિયાન કાર્બન પરમાણુ પર વિકસતા નકારાત્મક ચાર્જને વિખેરીને $S_N2$ પ્રતિક્રિયાની સંક્રમણ સ્થિતિને સ્થિર કરે છે.
તેનાથી વિપરીત,ઈલેક્ટ્રોન-દાન કરનાર જૂથો (જેમ કે $-CH_3$) સંક્રમણ સ્થિતિને અસ્થિર કરે છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી $p$-નાઈટ્રોબેન્ઝાઈલ ક્લોરાઈડ $S_N2$ પ્રતિક્રિયા પ્રત્યે સૌથી વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ છે.

(B) $S_{N}1$ પ્રક્રિયાનો દર લિવિંગ ગ્રુપ દૂર થયા પછી બનતા કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
વિકલ્પ $(c)$ માં,પ્રથમ સંયોજન બ્રોમોસાયક્લોહેક્ઝેન છે,જે દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન બનાવે છે.
બીજું સંયોજન $3-$બ્રોમોસાયક્લોહેક્ઝીન છે,જે બ્રોમાઈડ આયન દૂર થવાથી એલાઈલિક કાર્બોકેટાયન બનાવે છે.
એલાઈલિક કાર્બોકેટાયન સંસ્પંદન (resonance) દ્વારા સ્થિર હોય છે,જે તેને સાદા દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન કરતા વધુ સ્થિર બનાવે છે.
તેથી,$3$-બ્રોમોસાયક્લોહેક્ઝીન બ્રોમોસાયક્લોહેક્ઝેન કરતા ઝડપથી પ્રક્રિયા કરે છે.
વિકલ્પ $(b)$ માં,પ્રથમ સંયોજન $CH_{3}C(Br)(CH_{3})CH_{2}CH_{3}$ (તૃતીયક આલ્કાઈલ બ્રોમાઈડ) છે,જે તૃતીયક કાર્બોકેટાયન બનાવે છે.
બીજું સંયોજન $CH_{3}CH(Br)CH(CH_{3})_{2}$ (દ્વિતીયક આલ્કાઈલ બ્રોમાઈડ) છે,જે દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન બનાવે છે.
તૃતીયક કાર્બોકેટાયન દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન કરતા વધુ સ્થિર હોવાથી,પ્રથમ સંયોજન બીજા કરતા ઝડપથી પ્રક્રિયા કરે છે.

(A) એલાઈલ આલ્કોહોલની વધારાના $HBr$ સાથેની પ્રક્રિયા બે તબક્કામાં થાય છે:
$1.$ હાઈડ્રોક્સિલ સમૂહનું બ્રોમીન દ્વારા વિસ્થાપન થઈને એલાઈલ બ્રોમાઈડ બને છે:
$CH_2=CH-CH_2-OH + HBr \rightarrow CH_2=CH-CH_2-Br + H_2O$
$2.$ માર્કોવનીકોવના નિયમ મુજબ એલાઈલ બ્રોમાઈડના દ્વિબંધમાં $HBr$ ઉમેરાય છે:
$CH_2=CH-CH_2-Br + HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2-Br$
તેથી,મુખ્ય નીપજ $1,2$-ડાયબ્રોમોપ્રોપેન છે.

(C) $S_{N}1$ પ્રક્રિયાઓમાં કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીનું નિર્માણ થાય છે,જે જો વધુ સ્થિર કાર્બોકેટાયન બની શકે તો પુનઃરચના (rearrangement) પામી શકે છે. $S_{N}2$ પ્રક્રિયાઓ એક જ તબક્કામાં થાય છે જેમાં વિન્યાસનું વ્યુત્ક્રમણ થાય છે અને કોઈ પુનઃરચના થતી નથી. નીપજો સમાન રહે તે માટે,સબસ્ટ્રેટ $S_{N}1$ પ્રક્રિયા દરમિયાન પુનઃરચના પામવો જોઈએ નહીં. $4$-મિથાઈલક્લોરોસાયક્લોહેક્ઝેનમાં,ક્લોરિન દ્વિતીયક કાર્બન સાથે જોડાયેલ છે. આયનીકરણ પર,તે દ્વિતીયક કાર્બોકેટાયન બનાવે છે જે વધુ સ્થિર સ્વરૂપમાં પુનઃરચના પામતું નથી,જેના પરિણામે $S_{N}2$ માર્ગ જેવી જ સબસ્ટિટ્યુશન નીપજ મળે છે.

(C) $S_N2$ પ્રતિક્રિયાઓ માટે,દર ન્યુક્લિયોફાઇલની શક્તિ અને લિવિંગ ગ્રુપની ગુણવત્તા પર આધાર રાખે છે.
$(A)$ જોડી $A$ માં,$I$ માં $Br^-$ લિવિંગ ગ્રુપ તરીકે છે,જ્યારે $II$ માં $CH_3COO^-$ લિવિંગ ગ્રુપ તરીકે છે. $Br^-$ એ $CH_3COO^-$ કરતા સારું લિવિંગ ગ્રુપ હોવાથી,$I$ નો $S_N2$ દર વધારે છે.
$(B)$ જોડી $B$ માં,$III$ માં $SH^-$ (શક્તિશાળી ન્યુક્લિયોફાઇલ) વપરાય છે જ્યારે $IV$ માં $CH_3SH$ (તટસ્થ,નબળો ન્યુક્લિયોફાઇલ) વપરાય છે. તેથી,$III$ નો $S_N2$ દર વધારે છે.
$(C)$ જોડી $C$ માં,બંને પ્રતિક્રિયાઓ $DMSO$ (ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવક) માં થાય છે. ધ્રુવીય એપ્રોટિક દ્રાવકોમાં,બેઝિસિટી વધે તેમ ન્યુક્લિયોફિલિસિટી વધે છે. $Cl^-$ એ $I^-$ કરતા વધુ બેઝિક હોવાથી,$DMSO$ માં $Cl^-$ વધુ સારો ન્યુક્લિયોફાઇલ છે. તેથી,$V$ નો $S_N2$ દર વધારે છે.
$(D)$ જોડી $D$ માં,પ્રતિક્રિયાઓ મિથેનોલ (ધ્રુવીય પ્રોટિક દ્રાવક) માં થાય છે. ધ્રુવીય પ્રોટિક દ્રાવકોમાં,સોલ્વેશન ઘટવાને કારણે સમૂહમાં નીચે જતાં ન્યુક્લિયોફિલિસિટી વધે છે. તેથી,$I^-$ એ $Cl^-$ કરતા વધુ સારો ન્યુક્લિયોફાઇલ છે. તેથી,$VIII$ નો $S_N2$ દર વધારે છે.
નિષ્કર્ષ: સાચા વિકલ્પો $I, III, V, VIII$ છે,જે વિકલ્પ $C$ ને અનુરૂપ છે.

(C) આઈસોમર $A$ માં,આયોડિન પરમાણુ અક્ષીય (axial) સ્થાનમાં છે. $1,3-$ડાયએક્સિયલ આંતરક્રિયાઓને કારણે,લિવિંગ ગ્રુપ $(I^-)$ વધુ અવકાશી રીતે ભીડવાળું છે અને અપાકર્ષણ અનુભવે છે,જે તેના દૂર થવાની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે.
આઈસોમર $B$ માં,આયોડિન પરમાણુ વિષુવવૃત્તીય (equatorial) સ્થાનમાં છે,જે ઓછું અવકાશી અવરોધ ધરાવે છે અને વધુ સ્થાયી છે,જેના કારણે લિવિંગ ગ્રુપનું દૂર થવું ધીમું થાય છે.
તેથી,અક્ષીય આઈસોમર $(A)$ લિવિંગ ગ્રુપ દૂર થવા પર અવકાશી તાણ દૂર થવાને કારણે ઝડપથી $S_N2$ વિસ્થાપન પ્રક્રિયા આપે છે.

(C) પ્રતિક્રિયા-$1$ માં,$-OTs$ જૂથ અને $-NMe_2$ જૂથ સિસ-કોન્ફિગરેશનમાં છે. $CH_3COO^-$ દ્વારા ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલો $S_N2$ મિકેનિઝમ દ્વારા થાય છે,જેના પરિણામે $-OTs$ જૂથ ધરાવતા કાર્બન પરમ પર કોન્ફિગરેશનનું ઇન્વર્ઝન થાય છે. શરૂઆતનું મટીરીયલ કાયરલ હોવાથી,ઉત્પાદન એક જ એનાન્ટીઓમર છે.
પ્રતિક્રિયા-$2$ માં,$-OTs$ જૂથ અને $-NMe_2$ જૂથ ટ્રાન્સ-કોન્ફિગરેશનમાં છે. $-NMe_2$ જૂથના નાઇટ્રોજન પરનું અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ નેબરિંગ ગ્રુપ પાર્ટિસિપેશન $(NGP)$ માં ભાગ લે છે,જે સાયક્લિક એઝિરિડિનિયમ આયન મધ્યવર્તી બનાવે છે. આ મધ્યવર્તી એસીટેટ ન્યુક્લિયોફાઇલ દ્વારા ખુલે છે. આ પ્રતિક્રિયા પણ સ્ટીરિયોસ્પેસિફિક હોવાથી,બંને પ્રતિક્રિયાઓમાં એક જ ઉત્પાદન મળે છે.

(A) આલેખ આલ્કાઈલ હેલાઈડના વિસ્થાપન સાથે પ્રતિક્રિયા દરનો ફેરફાર દર્શાવે છે.
$1$. $S_{N^2}$ પ્રતિક્રિયાઓ માટે,જેમ પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રની આસપાસ અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) વધે છે તેમ દર ઘટે છે. આમ,દરનો ક્રમ $CH_3-X > Me-CH_2-X > Me_2CH-X > Me_3C-X$ છે. આ આલેખ $B$ ને અનુરૂપ છે.
$2$. $S_{N^1}$ પ્રતિક્રિયાઓ માટે,જેમ કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીની સ્થિરતા વધે છે તેમ દર વધે છે. આમ,દરનો ક્રમ $Me_3C-X > Me_2CH-X > Me-CH_2-X > CH_3-X$ છે. આ આલેખ $A$ ને અનુરૂપ છે.
તેથી,$A \to S_{N^1}$ અને $B \to S_{N^2}$.

(C) આ પ્રક્રિયામાં $NaN_3$ (એઝાઈડ આયન,$N_3^-$) ન્યુક્લિયોફાઈલ તરીકે વર્તે છે.
$Br^-$ એ $Cl^-$ કરતા સારો લિવિંગ ગ્રુપ (leaving group) છે,તેથી વિસ્થાપન પ્રક્રિયા બ્રોમીન પરમાણુ સાથે જોડાયેલા કાર્બન પર થાય છે.
$NaN_3$ એક પ્રબળ ન્યુક્લિયોફાઈલ હોવાથી અને પ્રક્રિયા $S_N2$ ક્રિયાવિધિ દ્વારા થતી હોવાથી,ન્યુક્લિયોફાઈલ લિવિંગ ગ્રુપની વિરુદ્ધ દિશામાંથી હુમલો કરે છે,જેના પરિણામે કાઈરલ કેન્દ્ર પર વિન્યાસનું વ્યુત્ક્રમણ (inversion) થાય છે.
તેથી,$-N_3$ સમૂહ $-Br$ સમૂહનું સ્થાન લે છે અને વિન્યાસનું વ્યુત્ક્રમણ થાય છે.

(A) પ્રતિક્રિયા $A$ એ $S_N2$ મિકેનિઝમ દર્શાવે છે જેમાં તટસ્થ ન્યુક્લિયોફાઇલ અને તટસ્થ સબસ્ટ્રેટ સામેલ છે,જે વીજભારિત સંક્રાંતિ અવસ્થા (transition state) તરફ દોરી જાય છે. દ્રાવકની ધ્રુવીયતા વધારવાથી પ્રક્રિયકો કરતા વીજભારિત સંક્રાંતિ અવસ્થા વધુ સ્થિર થાય છે,આમ દર વધે છે.
પ્રતિક્રિયા $B$ એ $S_N1$ મિકેનિઝમ દર્શાવે છે જ્યાં દર-નિર્ધારક તબક્કામાં કાર્બોકેટાયન $(R^{+})$ અને એનાયન $(L^{-})$ નું નિર્માણ થાય છે. દ્રાવકની ધ્રુવીયતા વધારવાથી આયનિક સંક્રાંતિ અવસ્થા અને પરિણામી આયનો સ્થિર થાય છે,જેનાથી પ્રતિક્રિયા $B$ નો દર પણ વધે છે.

(C) $S_{N}2$ પ્રતિક્રિયાઓ માટે આલ્કાઈલ હેલાઈડની સક્રિયતા અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) અને સંક્રાંતિ અવસ્થાની સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે.
$S_{N}2$ પ્રતિક્રિયાઓ ઓછા અવકાશી અવરોધ અને ઈલેક્ટ્રોન-ખેંચનાર સમૂહો દ્વારા વધુ અનુકૂળ બને છે જે સંક્રાંતિ અવસ્થાને સ્થિર કરે છે.
$Me-O-CH_2-Cl$ માં,ઓક્સિજન પરમાણુ પાસે અબંધકારક ઈલેક્ટ્રોન યુગ્મ હોય છે જે સંક્રાંતિ અવસ્થાને સ્થિર કરી શકે છે,જે તેને અત્યંત સક્રિય બનાવે છે.
તેથી,$Me-O-CH_2-Cl$ એ $S_{N}2$ પ્રતિક્રિયા માટે સૌથી વધુ સક્રિય છે.

(D) $S_N2$ પ્રતિક્રિયાઓ પ્રત્યે આલ્કાઈલ હેલાઈડની પ્રતિક્રિયાશીલતા અવકાશી અવરોધ (steric hindrance) અને લિવિંગ ગ્રુપની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે.
વિકલ્પ $D$ માં,પ્રથમ સંયોજન એલાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_2=CH-CH_2-Cl)$ છે,જે પ્રાથમિક આલ્કાઈલ હેલાઈડ છે અને સંક્રાંતિ અવસ્થાના રેઝોનન્સ સ્થિરીકરણને કારણે $S_N2$ પ્રત્યે ખૂબ જ પ્રતિક્રિયાશીલ છે.
બીજું સંયોજન વિનાઈલ ક્લોરાઈડ $(CH_2=CH-Cl)$ છે,જેમાં રેઝોનન્સને કારણે $C-Cl$ બંધમાં આંશિક દ્વિબંધ લાક્ષણિકતા હોય છે,જે તેને ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપન પ્રત્યે ખૂબ જ નિષ્ક્રિય બનાવે છે.
તેથી,પ્રથમ સંયોજન બીજા કરતા વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ છે.

(B) $S_{N}2$ પ્રક્રિયાનો દર ન્યુક્લિયોફાઇલની ન્યુક્લિયોફિલીસીટી પર આધાર રાખે છે.
$(a)$ વીજભારિત ન્યુક્લિયોફાઇલ $(EtO^{-})$ તટસ્થ ન્યુક્લિયોફાઇલ $(EtOH)$ કરતા વધુ શક્તિશાળી હોય છે. તેથી,પ્રથમ પ્રક્રિયા ઝડપી છે.
$(b)$ $EtS^{-}$ એ $EtO^{-}$ કરતા વધુ સારો ન્યુક્લિયોફાઇલ છે કારણ કે સલ્ફર ઓક્સિજન કરતા મોટું અને વધુ પોલરાઈઝેબલ છે,જે વધુ સ્થિર સંક્રાંતિ અવસ્થા (transition state) તરફ દોરી જાય છે. તેથી,બીજી પ્રક્રિયા ઝડપી છે.
$(c)$ $S_{N}2$ નો દર $Rate = k[Substrate][Nu^{-}]$ દ્વારા આપવામાં આવે છે. બંને કિસ્સામાં,સાંદ્રતાનો ગુણાકાર $[Substrate] \times [Nu^{-}]$ એ $1 \times 2 = 2$ છે,તેથી દરો સમાન છે.
$(d)$ ફોસ્ફરસના મોટા કદને કારણે $Ph_{3}P$ એ $Ph_{3}N$ કરતા વધુ સારો ન્યુક્લિયોફાઇલ છે,જે સંક્રાંતિ અવસ્થામાં વધુ સારી રીતે વીજભારના વિખેરણ (charge dispersion) માટે પરવાનગી આપે છે. તેથી,પ્રથમ પ્રક્રિયા ઝડપી છે.

(D) $S_{N^1}$ પ્રતિક્રિયાનો દર નીચેના પરિબળો પર આધાર રાખે છે:
$1$. લિવિંગ ગ્રુપની ક્ષમતા: $Br^-$ એ $Cl^-$ કરતા સારું લિવિંગ ગ્રુપ છે,તેથી વિકલ્પ $A$ માં બીજી પ્રતિક્રિયા ઝડપી છે.
$2$. દ્રાવકની ધ્રુવીયતા: $H_2O$ નો ડાયઇલેક્ટ્રિક અચળાંક $CH_3OH$ કરતા વધારે છે,જે કાર્બોકેટાયન મધ્યવર્તીને વધુ અસરકારક રીતે સ્થિર કરે છે,તેથી વિકલ્પ $B$ માં બીજી પ્રતિક્રિયા ઝડપી છે.
$3$. સબસ્ટ્રેટની સાંદ્રતા: $S_{N^1}$ નો દર સબસ્ટ્રેટની સાંદ્રતાના પ્રમાણમાં હોય છે. વિકલ્પ $C$ માં બીજી પ્રતિક્રિયામાં ઉચ્ચ સાંદ્રતા $(2 \ M)$ તેને પ્રથમ $(1 \ M)$ કરતા ઝડપી બનાવે છે.
તેથી,બધી જોડીઓ શરત સંતોષે છે.

(D) $S_N2$ પ્રક્રિયા એક-પગલાની સંકલિત પદ્ધતિ દ્વારા આગળ વધે છે જ્યાં ન્યુક્લિયોફાઇલ લિવિંગ ગ્રુપની વિરુદ્ધ બાજુથી ઇલેક્ટ્રોફિલિક કાર્બન પર હુમલો કરે છે.
સંક્રાંતિ અવસ્થામાં,ન્યુક્લિયોફાઇલ અને કાર્બન વચ્ચેનો બંધ આંશિક રીતે રચાય છે,અને કાર્બન અને લિવિંગ ગ્રુપ વચ્ચેનો બંધ આંશિક રીતે તૂટે છે.
તેથી,સંક્રાંતિ અવસ્થામાં ન્યુક્લિયોફાઇલ અને ઇલેક્ટ્રોફાઇલ (સબસ્ટ્રેટ) બંને એકસાથે સામેલ હોય છે.
આમ,વિકલ્પ $D$ સાચો છે.

(A) $S_N2$ પ્રક્રિયા માટેનો વેગ નિયમ આ મુજબ છે: $\text{Rate} = k [\text{Substrate}] [\text{Nucleophile}]$.
કારણ કે વેગ એ ન્યુક્લિયોફાઇલની સાંદ્રતાના સીધા પ્રમાણમાં છે,તેથી ન્યુક્લિયોફાઇલની સાંદ્રતા $10$ ગણી વધારવાથી પ્રક્રિયાનો દર $10$ ગણો વધશે.

(C) $S_N2$ પ્રક્રિયા માટેનો વેગ નિયમ આ મુજબ છે: $\text{Rate} = k[\text{Substrate}][\text{Nucleophile}]$.
પ્રક્રિયા સબસ્ટ્રેટ (ઇલેક્ટ્રોફાઇલ) ના સંદર્ભમાં પ્રથમ ક્રમની હોવાથી,વેગ તેની સાંદ્રતાના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે.
જો સબસ્ટ્રેટની સાંદ્રતા $3$ ના અવયવથી ઘટાડવામાં આવે,તો પ્રક્રિયાનો દર પણ $3$ ના અવયવથી ઘટશે.

(B) $S_N2$ પ્રક્રિયા માટે વેગનું સમીકરણ આ મુજબ છે: $Rate = k [Substrate] [Nucleophile]$.
જો સબસ્ટ્રેટની સાંદ્રતા $3$ ગણી અને ન્યુક્લિયોફાઇલની સાંદ્રતા $3$ ગણી વધારવામાં આવે,તો નવો વેગ:
$Rate_{new} = k (3 [Substrate]) (3 [Nucleophile]) = 9 \times k [Substrate] [Nucleophile]$.
તેથી,પ્રક્રિયાનો દર $9$ ગણો વધશે.

(B) આપેલ પ્રક્રિયામાં દ્વિતીયક આલ્કાઈલ હેલાઈડ પ્રબળ ન્યુક્લિયોફાઈલ,$Na^+ -SCH_2CH_3$ (સોડિયમ ઈથેનથાયોલેટ) સાથે પ્રક્રિયા કરે છે.
આ પ્રક્રિયા $S_N2$ ક્રિયાવિધિ દ્વારા થાય છે.
$S_N2$ પ્રક્રિયામાં,ન્યુક્લિયોફાઈલ લિવિંગ ગ્રુપ $(-Br)$ ની વિરુદ્ધ દિશામાંથી ઈલેક્ટ્રોફિલિક કાર્બન પર હુમલો કરે છે,જેના પરિણામે કાઈરલ કેન્દ્ર પર વિન્યાસનું વ્યુત્ક્રમણ (Walden inversion) થાય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ વિન્યાસનું વ્યુત્ક્રમણ છે.