Properties of Haloalkanes Questions in Hindi

(C_{6}H_{5}CHCLC_{6}H_{5}) जलीय $KOH$ द्वारा एल्काइल हैलाइड का जल-अपघटन अक्सर $S_{N}1$ क्रियाविधि द्वारा होता है,जिसमें कार्बोनियम आयन (carbocation) मध्यवर्ती बनता है।
कार्बोकेशन की स्थिरता जल-अपघटन की सुगमता को निर्धारित करती है। अधिक स्थिर कार्बोकेशन अधिक आसानी से बनता है,जिससे जल-अपघटन तेज होता है।
$1$. $C_{6}H_{5}CH_{2}Cl$ आयनित होकर बेंजाइल कार्बोकेशन $(C_{6}H_{5}CH_{2}^{+})$ बनाता है,जो एक फिनाइल रिंग के साथ अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
$2$. $C_{6}H_{5}CHClC_{6}H_{5}$ आयनित होकर डाइफिनाइलमिथाइल कार्बोकेशन $(C_{6}H_{5}CH^{+}C_{6}H_{5})$ बनाता है,जो दो फिनाइल रिंग के साथ अनुनाद द्वारा अधिक स्थिर होता है।
चूंकि दो फिनाइल रिंग के साथ विस्तारित अनुनाद के कारण डाइफिनाइलमिथाइल कार्बोकेशन,बेंजाइल कार्बोकेशन की तुलना में अधिक स्थिर है,इसलिए $C_{6}H_{5}CHClC_{6}H_{5}$ का जल-अपघटन $C_{6}H_{5}CH_{2}Cl$ की तुलना में अधिक आसानी से होता है।

(N/A) जलीय विलयन में,$KOH$ लगभग पूर्णतः आयनित होकर $OH^{-}$ आयन देता है। $OH^{-}$ आयन एक प्रबल नाभिकरागी (nucleophile) के रूप में कार्य करता है,जो एल्किल क्लोराइड में नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया द्वारा अल्कोहल बनाता है।
$R-Cl + KOH_{(aq)} \to R-OH + KCl$
दूसरी ओर,$KOH$ के अल्कोहलिक विलयन में एल्कोक्साइड $(RO^{-})$ आयन होते हैं,जो प्रबल क्षार (base) होते हैं। ये आयन एल्किल क्लोराइड के $\beta$-कार्बन से प्रोटॉन को हटाते हैं,जिससे विलोपन (dehydrohalogenation) अभिक्रिया द्वारा एल्कीन का निर्माण होता है।
$R-CH_2(\beta)-CH_2(\alpha)-Cl + KOH_{(alc)} \to R-CH=CH_2 + KCl + H_2O$
जलीय माध्यम में,$OH^{-}$ आयन पानी के अणुओं द्वारा अत्यधिक विलायकीकृत (solvated) होते हैं,जो इसकी क्षारीयता को कम कर देते हैं लेकिन इसे नाभिकरागी के रूप में कार्य करने देते हैं। अल्कोहलिक माध्यम में,क्षार कम विलायकीकृत और अधिक सक्रिय होता है,जो $\beta$-हाइड्रोजन परमाणु को हटाने में सहायक होता है।

(A) $C_{4}H_{9}Br$ सूत्र वाले दो प्राथमिक एल्काइल हैलाइड हैं: $n$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड $(CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br)$ और आइसोब्यूटाइल ब्रोमाइड $(CH_{3}CH(CH_{3})CH_{2}Br)$।
चूंकि यौगिक $(a)$,$Na$ के साथ अभिक्रिया करके उत्पाद $(d)$ बनाता है जो $n$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड के उत्पाद ($n$-ऑक्टेन) से भिन्न है,इसलिए $(a)$ आइसोब्यूटाइल ब्रोमाइड होना चाहिए।
$1$. $(a)$ की $Na$ के साथ अभिक्रिया (वर्ट्ज़ अभिक्रिया):
$2CH_{3}CH(CH_{3})CH_{2}Br + 2Na$ $\xrightarrow{\text{dry ether}} CH_{3}CH(CH_{3})CH_{2}CH_{2}CH(CH_{3})CH_{3} (2,5-\text{डाइमिथाइलहेक्सेन}) + 2NaBr$
$2$. $(a)$ की अल्कोहलिक $KOH$ के साथ अभिक्रिया (डीहाइड्रोहैलोजनीकरण):
$CH_{3}CH(CH_{3})CH_{2}Br + KOH(\text{alc})$ $\xrightarrow{\Delta} CH_{3}C(CH_{3})=CH_{2} (2-\text{मिथाइलप्रोपिन}) + KBr + H_{2}O$
$3$. $(b)$ की $HBr$ के साथ अभिक्रिया (मार्कोवनिकोव योग):
$CH_{3}C(CH_{3})=CH_{2} + HBr \rightarrow CH_{3}C(Br)(CH_{3})CH_{3} (2-\text{ब्रोमो}-2-\text{मिथाइलप्रोपेन})$
यौगिक $(c)$,$2-\text{ब्रोमो}-2-\text{मिथाइलप्रोपेन}$ है,जो $(a)$ का समावयवी है।

(N/A) दी गई अभिक्रिया की क्रियाविधि निम्नलिखित चरणों में होती है:
चरण $1:$ प्रोटोनीकरण
$CH_3-CH(CH_3)-CH(OH)-CH_3 + H^+ \rightarrow CH_3-CH(CH_3)-CH(OH_2^+)-CH_3$
चरण $2:$ पानी के अणु के निष्कासन द्वारा $2^{\circ}$ कार्बोकैटायन का निर्माण
$CH_3-CH(CH_3)-CH(OH_2^+)-CH_3 \rightarrow CH_3-CH(CH_3)-CH^+-CH_3 + H_2O$
चरण $3:$ हाइड्राइड-आयन स्थानांतरण द्वारा पुनर्व्यवस्था
$2^{\circ}$ कार्बोकैटायन अधिक स्थिर $3^{\circ}$ कार्बोकैटायन बनाने के लिए $3^{rd}$ कार्बन से $1,2-$हाइड्राइड स्थानांतरण से गुजरता है:
$CH_3-CH(CH_3)-CH^+-CH_3 \rightarrow CH_3-C^+(CH_3)-CH_2-CH_3$
चरण $4:$ नाभिकस्नेही आक्रमण
ब्रोमाइड आयन $(Br^-)$ अंतिम उत्पाद बनाने के लिए $3^{\circ}$ कार्बोकैटायन पर आक्रमण करता है:
$CH_3-C^+(CH_3)-CH_2-CH_3 + Br^- \rightarrow CH_3-C(Br)(CH_3)-CH_2-CH_3$ ($2-$ब्रोमो$-2-$मिथाइल ब्यूटेन)

(N/A) $CCl_4$ को सिल्वर नाइट्रेट के साथ गर्म करने पर $AgCl$ का सफेद अवक्षेप प्राप्त नहीं होगा। इसका कारण यह है कि $CCl_4$ में क्लोरीन परमाणु कार्बन के साथ सहसंयोजक बंध द्वारा जुड़े होते हैं। चूंकि क्लोरीन $Cl^-$ आयनों के रूप में मौजूद नहीं है,इसलिए यह $AgCl$ बनाने के लिए $AgNO_3$ के साथ अभिक्रिया नहीं करता है। अवक्षेप प्राप्त करने के लिए,सहसंयोजक बंध को तोड़ना आवश्यक है,जो आमतौर पर $CCl_4$ का लैसाइन अर्क (Lassaigne's extract) तैयार करके किया जाता है।

(B) अभिक्रिया $CH_3CH_2I + KOH_{(aq)} \to CH_3CH_2OH + KI$ एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया का उदाहरण है।
इस अभिक्रिया में,हाइड्रॉक्सिल समूह $(OH^-)$ एक नाभिकरागी (nucleophile) के रूप में कार्य करता है।
यह आयोडीन परमाणु से बंधे इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन परमाणु पर हमला करता है और आयोडाइड आयन $(I^-)$ को प्रतिस्थापित करता है,जो एक लिविंग ग्रुप के रूप में कार्य करता है।

(N/A) जब $CCl_4$ को $AgNO_3$ विलयन के साथ गर्म किया जाता है,तो $AgCl$ का सफेद अवक्षेप नहीं बनता है।
इसका कारण यह है कि $CCl_4$ एक सहसंयोजक (अध्रुवीय) कार्बनिक यौगिक है।
इसलिए,यह $Cl^-$ आयन देने के लिए आयनित नहीं होता है,जो $AgCl$ के सफेद अवक्षेप के निर्माण के लिए आवश्यक हैं।
अतः,$CCl_4 + AgNO_3 \rightarrow \text{कोई अभिक्रिया नहीं होती है}$।

(N/A) रंग: शुद्ध ऐल्किल हैलाइड रंगहीन होते हैं,लेकिन प्रकाश के संपर्क में आने पर ब्रोमाइड और आयोडाइड रंगीन हो जाते हैं।
$(b)$ गंध: कई वाष्पशील हैलोजनीकृत यौगिकों में मीठी गंध होती है।
$(c)$ घनत्व: हाइड्रोकार्बन के ब्रोमो,आयोडो और पॉलीक्लोरो व्युत्पन्न पानी से भारी होते हैं। घनत्व कार्बन परमाणुओं की संख्या,हैलोजन परमाणुओं की संख्या और हैलोजन परमाणुओं के परमाणु द्रव्यमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
उदाहरण: $(i)$ $n-C_3H_7Cl$,$n-C_3H_7Br$ और $n-C_3H_7I$ का घनत्व क्रमशः $0.89$,$1.335$ और $1.747 \ g \ mL^{-1}$ है,जो हैलोजन $(Cl, Br, I)$ के परमाणु द्रव्यमान में वृद्धि के कारण बढ़ता है। $(ii)$ $CH_2Cl_2$,$CHCl_3$ और $CCl_4$ का घनत्व क्रमशः $1.336$,$1.489$ और $1.595 \ g \ mL^{-1}$ है,जो $-Cl$ परमाणुओं की संख्या में वृद्धि के कारण बढ़ता है।

(N/A) जल में हेलोऐल्केन की विलेयता: हेलोऐल्केन जल में बहुत कम विलेय होते हैं (लगभग अविलेय)।
हेलोऐल्केन को जल में घोलने के लिए,हेलोऐल्केन अणुओं के बीच द्विध्रुव-द्विध्रुव आकर्षण और जल के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधों को तोड़ने के लिए ऊर्जा $(x)$ की आवश्यकता होती है।
जब हेलोऐल्केन घुलते हैं,तो हेलोऐल्केन और जल के अणुओं के बीच नए आकर्षण बल बनते हैं,जिससे विलायकन ऊर्जा $(y)$ मुक्त होती है।
यह नया आकर्षण $(y)$ जल में मौजूद मूल हाइड्रोजन बंधों $(x)$ जितना मजबूत नहीं होता है।
इसलिए,जल में हेलोऐल्केन की विलेयता बहुत कम होती है।
चूंकि विलायकन ऊर्जा $(y) < $ हाइड्रोजन बंध ऊर्जा $(x)$,हेलोऐल्केन जल में अविलेय रहते हैं और एक अलग परत बनाते हैं।
कार्बनिक विलायकों में विलेयता: हेलोऐल्केन कार्बनिक विलायकों में विलेय होते हैं।
इसका कारण यह है कि ध्रुवीय हेलोऐल्केन अणुओं और कार्बनिक विलायक अणुओं के बीच बनने वाले अंतर-आणविक आकर्षण बलों की प्रबलता,हेलोऐल्केन-हेलोऐल्केन और विलायक-विलायक अणुओं के बीच के आकर्षण बलों के बराबर होती है।

(N/A) कमरे के तापमान पर: मिथाइल क्लोराइड $(CH_3Cl)$,मिथाइल ब्रोमाइड $(CH_3Br)$,एथिल क्लोराइड $(CH_3CH_2Cl)$ और कुछ क्लोरोफ्लोरोमेथेन कमरे के तापमान पर गैस होते हैं,जबकि उच्च सदस्य तरल या ठोस होते हैं।
$(b)$ कार्बनिक हैलोजन यौगिकों के क्वथनांक: कार्बनिक हैलोजन यौगिक सामान्यतः ध्रुवीय होते हैं। ऐल्केन के हैलोजन व्युत्पन्नों में $(i)$ अधिक ध्रुवीयता और $(ii)$ उच्च आणविक द्रव्यमान के कारण,जनक हाइड्रोकार्बन की तुलना में अंतर-आणविक आकर्षण बल (द्विध्रुव-द्विध्रुव और वान डर वाल्स) मजबूत होते हैं। इस कारण से,क्लोराइड,ब्रोमाइड और आयोडाइड के क्वथनांक समान आणविक द्रव्यमान वाले हाइड्रोकार्बन की तुलना में काफी अधिक होते हैं।
$(c)$ क्वथनांक और आकर्षण बल: जैसे-जैसे अणुओं का आकार और इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ती है,वान डर वाल्स आकर्षण बलों का परिमाण बढ़ता जाता है,जिसके परिणामस्वरूप क्वथनांक में वृद्धि होती है,जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
$(d)$ ऐल्किल हैलाइडों के क्वथनांक का क्रम: समान ऐल्किल समूह के लिए,ऐल्किल हैलाइडों के क्वथनांक का घटता क्रम $RI > RBr > RCl > RF$ होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जैसे-जैसे हैलोजन परमाणु का द्रव्यमान और आकार बढ़ता है,वान डर वाल्स आकर्षण बलों का परिमाण बढ़ता जाता है।

(N/A) हेलोऐल्केन की अभिक्रियाओं को मुख्य रूप से तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
$(a)$ नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रियाएँ
$(b)$ विलोपन अभिक्रियाएँ
$(c)$ धातुओं के साथ अभिक्रिया

(N/A) एल्काइल हैलाइड $(RX)$ विभिन्न नाभिकस्नेही के साथ अभिक्रिया करके अलग-अलग उत्पाद बनाते हैं। सामान्य अभिक्रिया है: $R - X + Nu^{-} \rightarrow R - Nu + X^{-}$.
नीचे दी गई तालिका अभिक्रियाओं को दर्शाती है:
| नाभिकस्नेही $(Nu^{-})$ | अभिकर्मक | उत्पाद $(R-Nu)$ |
| :--- | :--- | :--- |
| $OH^{-}$ | $NaOH_{(aq)} / KOH_{(aq)}$ | $R-OH$ (अल्कोहल) |
| $OH^{-}$ | $H_{2}O$ | $R-OH$ (अल्कोहल) |
| $OR'^{-}$ | $NaOR'$ | $R-OR'$ (ईथर,विलियमसन संश्लेषण) |
| $I^{-}$ | $NaI$ | $R-I$ (आयोडाइड,फिंकेलस्टीन अभिक्रिया) |
| $NH_{3}$ | $NH_{3}$ | $R-NH_{2}$ ($1^{\circ}$-एमीन) |
| $R'NH^{-}$ | $R'-NH_{2}$ | $RNHR'$ ($2^{\circ}$-एमीन) |
| $R''NR'$ | $R''-NH-R'$ | $R-N(R')R''$ ($3^{\circ}$-एमीन) |
| $CN^{-}$ | $KCN_{(aq)}$ | $R-C \equiv N$ (सायनाइड/नाइट्राइल) |

(N/A) नाभिकरागी: वे प्रजातियां जो इलेक्ट्रॉन-समृद्ध होती हैं और इलेक्ट्रॉन-न्यून केंद्र को इलेक्ट्रॉन युग्म दान करती हैं,उन्हें नाभिकरागी कहा जाता है। उदाहरण: $:CN^-$,$OH^-$,$OR^-$,$NH_3$,$RCOO^-$,$H^-$,आदि।
$(b)$ नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया:
$(i)$ वह अभिक्रिया जिसमें एक नाभिकरागी,क्रियाकारक अणु में पहले से मौजूद नाभिकरागी (अवशिष्ट समूह) को प्रतिस्थापित करता है,उसे नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया कहते हैं।
$(ii)$ हैलोऐल्केन में,हैलोजन से जुड़ा कार्बन परमाणु विद्युतऋणात्मकता के अंतर के कारण आंशिक रूप से धनावेशित होता है,जो इसे नाभिकरागी आक्रमण के लिए संवेदनशील बनाता है।
$(iii)$ अभिक्रिया के दौरान,हैलोजन परमाणु हैलाइड आयन के रूप में बाहर निकलता है,जिसे 'अवशिष्ट समूह' (leaving group) कहा जाता है।
$(iv)$ सामान्य अभिक्रिया: $R-X + Nu^- \rightarrow R-Nu + X^-$,जहाँ $R-X$ हैलोऐल्केन है,$Nu^-$ नाभिकरागी है और $X^-$ बाहर निकलने वाला हैलाइड आयन है।

(N/A) $S_N2$ अभिक्रिया की क्रियाविधि $1937$ में एडवर्ड डी. ह्यूजेस और सर क्रिस्टोफर इनगोल्ड द्वारा प्रस्तावित की गई थी।
$S_N2$ अभिक्रिया की मुख्य विशेषताएं:
$(a)$ यह अभिक्रिया द्वि-आण्विक है,जिसका अर्थ है कि अभिक्रिया की दर अभिकारक $(CH_3Cl)$ और नाभिकरागी $(OH^-)$ दोनों की सांद्रता पर निर्भर करती है।
$(b)$ यह एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया है जिसमें लीविंग ग्रुप $(-Cl)$ को नाभिकरागी $(-OH)$ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और उत्पाद $CH_3OH$ बनता है।
$(c)$ यह अभिक्रिया एक ही चरण में होती है। जैसे ही नाभिकरागी $(OH^-)$ कार्बन परमाणु पर लीविंग ग्रुप की विपरीत दिशा से आक्रमण करता है,$C-Cl$ बंध टूटने लगता है और साथ ही $C-OH$ बंध बनने लगता है। इस प्रक्रिया के दौरान कोई मध्यवर्ती नहीं बनता है।

(N/A) यह अभिक्रिया $S_N2$ क्रियाविधि का पालन करती है।
$1$. गतिकी: इस अभिक्रिया की दर अभिकारक $(CH_3Cl)$ और नाभिकरागी $(OH^-)$ दोनों की सांद्रता पर निर्भर करती है। अतः,यह एक द्वि-आण्विक अभिक्रिया है: $\text{Rate} = k[CH_3Cl][OH^-]$.
$2$. क्रियाविधि: यह एक ही चरण में होने वाली प्रक्रिया है। नाभिकरागी $(OH^-)$ कार्बन पर अवशिष्ट समूह $(Cl^-)$ की विपरीत दिशा से आक्रमण करता है।
$3$. संक्रमण अवस्था: जैसे ही $C-OH$ बंध बनना शुरू होता है,$C-Cl$ बंध टूटना शुरू हो जाता है। यह एक पंच-संयोजक संक्रमण अवस्था की ओर ले जाता है जहाँ कार्बन नाभिकरागी और अवशिष्ट समूह दोनों के साथ आंशिक रूप से जुड़ा होता है।
$4$. त्रिविम रसायन: इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप कार्बन परमाणु पर विन्यास का प्रतिपन्न (Walden inversion) होता है।

(N/A) $S_N2$ अभिक्रिया के लिए अभिक्रियाशीलता का क्रम है: $CH_3X > 1^o$ हैलाइड $> 2^o$ हैलाइड $> 3^o$ हैलाइड।
$S_N2$ अभिक्रिया के दौरान,नाभिकरागी (nucleophile) उस कार्बन परमाणु पर आक्रमण करता है जिससे अवशिष्ट समूह (leaving group) जुड़ा होता है। इस कार्बन परमाणु पर मौजूद बड़े प्रतिस्थापी समूह त्रिविम बाधा (steric hindrance) उत्पन्न करते हैं। जैसे-जैसे इन समूहों का आकार बढ़ता है,$S_N2$ अभिक्रिया धीमी हो जाती है।
मिथाइल हैलाइड में $S_N2$ अभिक्रिया सबसे तेज़ होती है क्योंकि इसमें कार्बन से केवल तीन छोटे हाइड्रोजन परमाणु जुड़े होते हैं। तृतीयक $(3^o)$ एल्किल हैलाइड $S_N2$ अभिक्रिया में सबसे कम अभिक्रियाशील होते हैं क्योंकि उनमें मौजूद बड़े समूह आने वाले नाभिकरागी के लिए अधिकतम त्रिविम बाधा उत्पन्न करते हैं।

(N/A) तृतीयक ब्यूटाइल ब्रोमाइड और हाइड्रॉक्साइड आयन $(OH^-)$ के बीच $S_N1$ अभिक्रिया से तृतीयक ब्यूटाइल अल्कोहल प्राप्त होता है।
$(CH_3)_3C-Br + OH^- \longrightarrow (CH_3)_3C-OH + Br^-$
$S_N1$ अभिक्रिया की विशेषताएँ:
$(a)$ एक आण्विक गतिकी: अभिक्रिया की दर केवल अभिकारक तृतीयक ब्यूटाइल ब्रोमाइड की सांद्रता पर निर्भर करती है।
$(b)$ नाभिकरागी प्रतिस्थापन: अवशिष्ट समूह $Br^-$ को नाभिकरागी $OH^-$ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
$(c)$ दो चरणों वाली प्रक्रिया: $S_N1$ अभिक्रियाएँ दो चरणों में पूरी होती हैं।
चरण-$I$ (धीमा चरण): $C-Br$ बंध का विषम विदलन होकर कार्बोकेशन $(CH_3)_3C^+$ और ब्रोमाइड आयन $Br^-$ बनते हैं। यह दर-निर्धारक चरण है।
चरण-$II$ (तेज चरण): नाभिकरागी $OH^-$ कार्बोकेशन पर आक्रमण करके अंतिम उत्पाद तृतीयक ब्यूटाइल अल्कोहल बनाता है।

(N/A) $S_{N}1$ अभिक्रिया की दर केवल अभिकारक की सांद्रता पर निर्भर करती है। अभिक्रिया का दर-निर्धारक चरण कार्बोकेशन का निर्माण है। इसलिए,पहले चरण में बनने वाला कार्बोकेशन जितना अधिक स्थिर होगा,अल्काइल हैलाइड से कार्बोकेशन का निर्माण उतना ही आसान होगा,और $S_{N}1$ अभिक्रिया की दर उतनी ही अधिक होगी।
$(a)$ $1^{\circ}, 2^{\circ}, 3^{\circ}$ अल्काइल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता: तृतीयक $(3^{\circ})$ हैलाइड $S_{N}1$ अभिक्रियाओं में सबसे तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं क्योंकि $3^{\circ}$ कार्बोकेशन सबसे अधिक स्थिर होता है। अभिक्रियाशीलता का क्रम है: $3^{\circ} \text{ हैलाइड} > 2^{\circ} \text{ हैलाइड} > 1^{\circ} \text{ हैलाइड}$.
$(b)$ एलाइलिक हैलाइड: एलाइलिक हैलाइड $S_{N}1$ अभिक्रियाओं के प्रति उच्च अभिक्रियाशीलता दिखाते हैं क्योंकि पहले चरण में बनने वाला एलाइलिक कार्बोकेशन अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है। उदाहरण: $CH_{2}=CH-CH_{2}Cl \rightarrow CH_{2}=CH-CH_{2}^{+} + Cl^{-}$.
$(c)$ बेंजाइलिक हैलाइड: बेंजाइलिक हैलाइड $S_{N}1$ अभिक्रियाओं के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं क्योंकि $Cl^{-}$ के निकलने के बाद बनने वाला बेंजाइलिक कार्बोकेशन बेंजीन रिंग द्वारा अनुनाद-स्थिर होता है।

(N/A) विन्यास का प्रतिधारण (Retention of configuration) का अर्थ है कि रासायनिक अभिक्रिया या रूपांतरण के दौरान कायरल केंद्र (chiral center) के चारों ओर बंधों की त्रिविम व्यवस्था (spatial arrangement) बनी रहती है।
यदि अभिक्रिया के दौरान कायरल केंद्र से जुड़े बंध नहीं टूटते हैं,तो उत्पाद में कायरल केंद्र के चारों ओर समूहों की त्रिविम व्यवस्था अभिकारक के समान ही रहती है,और अभिक्रिया को विन्यास के प्रतिधारण के साथ संपन्न माना जाता है।
$(i)$ ऐसी अभिक्रियाओं में अभिकारक और उत्पाद दोनों में कायरल कार्बन होता है और विन्यास अपरिवर्तित रहता है।
(ii) चूंकि कायरल कार्बन से जुड़े चार बंधों में से कोई भी नहीं टूटता है,इसलिए उत्पाद में कायरल केंद्र के चारों ओर की त्रिविम व्यवस्था अभिकारक के समान ही होती है।
(iii) उदाहरण: $(-)-2-\text{मिथाइलब्यूटेन}-1-\text{ऑल}$ की $HCl$ के साथ अभिक्रिया से $(+)-1-\text{क्लोरो}-2-\text{मिथाइलब्यूटेन}$ का बनना।
नोट: इस उदाहरण में कायरल केंद्र पर विन्यास सुरक्षित रहता है। कायरल कार्बन से जुड़े चार समूह $-H$,$-CH_3$,$-CH_2CH_3$ और $-CH_2OH$ (या $-CH_2Cl$) हैं। यद्यपि विन्यास बना रहता है,लेकिन $-CH_2OH$ के $-CH_2Cl$ में बदलने के कारण समूहों की प्राथमिकता बदल जाती है,जिसके परिणामस्वरूप प्रकाशीय घूर्णन का चिह्न $(-)$ से $(+)$ में बदल जाता है।

(N/A) जब असममित (कायरल) कार्बन से जुड़ा एक बंध टूटता है,तो उत्पाद के स्थानिक विन्यास के आधार पर तीन परिणाम संभव हैं।
उदाहरण के लिए,$CH_3CH(X)C_2H_5$ में केंद्रीय कार्बन कायरल है। जब $C-X$ बंध टूटता है और $C-Y$ बंध बनता है,तो निम्नलिखित तीन संभावनाएं उत्पन्न होती हैं:
$(a)$ प्रतिधारण (Retention):
$(i)$ यदि प्राप्त उत्पाद केवल यौगिक $(A)$ है,तो इस प्रक्रिया को विन्यास का प्रतिधारण कहा जाता है।
$(ii)$ प्रतिधारण में,अभिकारक और उत्पाद $(A)$ का स्थानिक विन्यास समान रहता है,जिसमें $C-Y$ बंध अंतरिक्ष में $C-X$ बंध के समान स्थान घेरता है।
$(iii)$ प्रतिधारण द्वारा बना उत्पाद प्रकाशिक सक्रिय होता है।
$(b)$ प्रतिलोमन (Inversion):
$(i)$ यदि प्राप्त उत्पाद केवल यौगिक $(B)$ है,तो इस प्रक्रिया को विन्यास का प्रतिलोमन कहा जाता है।
$(ii)$ प्रतिलोमन में,स्थानिक विन्यास अभिकारक के समान नहीं रहता है। $C-Y$ बंध $C-X$ बंध की तुलना में विपरीत दिशा में होता है।
$(iii)$ प्रतिलोमन द्वारा बना उत्पाद प्रकाशिक सक्रिय होता है,लेकिन प्रकाशिक घूर्णन का चिह्न उलट जाता है (जैसे,$(+) \rightarrow (-)$ या $(-) \rightarrow (+)$)।
$(c)$ रेसिमीकरण (Racemization):
$(i)$ यदि प्राप्त उत्पाद $(A)$ और $(B)$ का $50:50$ मिश्रण है,तो इस प्रक्रिया को रेसिमीकरण कहा जाता है।
$(ii)$ रेसिमीकरण में विपरीत स्थानिक विन्यास वाले दो उत्पादों का $1:1$ मिश्रण बनता है।
$(iii)$ परिणामी मिश्रण प्रकाशिक अक्रिय होता है क्योंकि एक समावयवी का प्रकाशिक घूर्णन दूसरे के समान और विपरीत घूर्णन द्वारा निरस्त हो जाता है।

(N/A) असममित कार्बन युक्त एल्किल हैलाइड प्रकाशिक सक्रियता प्रदर्शित करते हैं। जब प्रकाशिक सक्रिय हैलाइड नाभिकरागी प्रतिस्थापन द्वारा उत्पाद बनाते हैं,तो उत्पाद और अभिकारक की प्रकाशिक सक्रियता अभिक्रिया की क्रियाविधि पर निर्भर करती है।
$(a)$ $S_{N}2$ क्रियाविधि में प्रतिपन्न (Inversion): $S_{N}2$ अभिक्रिया में हैलाइड के विन्यास का प्रतिपन्न होता है क्योंकि नाभिकरागी हैलोजन परमाणु की विपरीत दिशा से आक्रमण करता है। अतः,$S_{N}2$ अभिक्रियाओं में विपरीत प्रकाशिक सक्रियता वाला उत्पाद प्राप्त होता है।
उदाहरण: जब $(-)-2-$ब्रोमोऑक्टेन सोडियम हाइड्रॉक्साइड $(NaOH)$ के साथ $S_{N}2$ प्रकार से अभिक्रिया करता है,तो $-OH$ समूह ब्रोमाइड के विपरीत स्थान पर जुड़ता है और $(+)-$ऑक्टेन$-2-$ऑल प्राप्त होता है।
$(b)$ $S_{N}1$ क्रियाविधि में रेसिमीकरण: प्रकाशिक सक्रिय एल्किल हैलाइडों की $S_{N}1$ अभिक्रिया में रेसिमीकरण होता है।
$S_{N}1$ अभिक्रिया के प्रथम धीमे चरण में कार्बधनायन बनता है। कार्बधनायन में धनावेशित कार्बन $sp^{2}$ संकरित होने के कारण समतलीय होता है।
यह समतलीय $sp^{2}$ कार्बन पर नाभिकरागी दोनों दिशाओं से आक्रमण कर सकता है,जिसके परिणामस्वरूप दो अलग-अलग त्रिविम समावयवियों का मिश्रण प्राप्त होता है। एक उत्पाद में विन्यास का 'धारण' (Retention) होता है,जिसमें $-OH$ हैलाइड के स्थान पर ही होता है। दूसरे उत्पाद में 'प्रतिपन्न' (Inversion) होता है,जिसमें $-OH$ हैलाइड के विपरीत स्थान पर होता है।
चूंकि इन दोनों उत्पादों का घूर्णन समान लेकिन विपरीत होता है और वे $1:1$ अनुपात में बनते हैं,इसलिए एक रेसिमिक मिश्रण $(\pm)$ प्राप्त होता है। (उदाहरण: $2-$ब्रोमोब्यूटेन के जलअपघटन से $(+)$ और $(-)$ ब्यूटेन$-2-$ऑल का मिश्रण बनता है।)

(N/A) असममित कार्बन युक्त एल्किल हैलाइड प्रकाशिक सक्रियता प्रदर्शित करते हैं। जब प्रकाशिक सक्रिय हैलाइड नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया देते हैं,तो उत्पाद की प्रकाशिक सक्रियता अभिक्रिया की क्रियाविधि पर निर्भर करती है।
$(a)$ $S_{N}2$ क्रियाविधि में प्रतिपन्न: $S_{N}2$ अभिक्रिया में हैलाइड के विन्यास का प्रतिपन्न (inversion) होता है क्योंकि नाभिकरागी हैलोजन परमाणु की विपरीत दिशा से आक्रमण करता है। इससे विपरीत प्रकाशिक सक्रियता वाला उत्पाद प्राप्त होता है।
उदाहरण: जब $(-)-2-$ब्रोमोऑक्टेन सोडियम हाइड्रॉक्साइड $(NaOH)$ के साथ $S_{N}2$ प्रकार से अभिक्रिया करता है,तो $-OH$ समूह ब्रोमाइड के विपरीत स्थान पर जुड़ता है और $(+)-$ऑक्टेन$-2-$ऑल प्राप्त होता है।
$(b)$ $S_{N}1$ क्रियाविधि में रेसिमीकरण: प्रकाशिक सक्रिय एल्किल हैलाइड की $S_{N}1$ अभिक्रिया में रेसिमीकरण होता है।
$S_{N}1$ अभिक्रिया के प्रथम धीमे चरण में कार्बोकैटायन बनता है। कार्बोकैटायन में धनावेशित कार्बन $sp^{2}$ संकरित होने के कारण समतलीय होता है।
इस समतलीय $sp^{2}$ कार्बन पर नाभिकरागी दोनों दिशाओं (समतल के ऊपर या नीचे) से आक्रमण कर सकता है,जिसके परिणामस्वरूप दो अलग-अलग त्रिविम समावयवियों का मिश्रण प्राप्त होता है। एक उत्पाद में विन्यास का 'धारण' (retention) होता है और दूसरे में 'प्रतिपन्न' (inversion) होता है।
चूंकि इन दोनों उत्पादों का घूर्णन समान लेकिन विपरीत होता है और उनका अनुपात $1:1$ होता है,इसलिए एक रेसिमिक मिश्रण $(\pm)$ प्राप्त होता है। (उदाहरण: $2-$ब्रोमोब्यूटेन का जल-अपघटन)।
$(i)$ $C-Br$ बंध टूटने का धीमा चरण: अभिक्रिया एक समतलीय $sp^{2}$ कार्बोकैटायन मध्यवर्ती के माध्यम से आगे बढ़ती है।

(N/A) $S_N2$ और $S_N1$ क्रियाविधि के बीच अंतर निम्नलिखित हैं:
| विशेषता | $S_N2$ क्रियाविधि | $S_N1$ क्रियाविधि |
| :--- | :--- | :--- |
| $(i)$ | द्वि-अणुक नाभिकरागी प्रतिस्थापन | एक-अणुक नाभिकरागी प्रतिस्थापन |
| $(ii)$ | गतिकी: दर अभिकारक और नाभिकरागी दोनों की सांद्रता पर निर्भर करती है। | गतिकी: दर केवल अभिकारक की सांद्रता पर निर्भर करती है। |
| $(iii)$ | चरण: एकल-चरणीय प्रक्रिया। | चरण: द्वि-चरणीय प्रक्रिया। |
| $(iv)$ | मध्यवर्ती: कार्बधनायन नहीं बनता है। | मध्यवर्ती: कार्बधनायन बनता है। |
| $(v)$ | अभिक्रियाशीलता क्रम: $3^\circ < 2^\circ < 1^\circ < CH_3X$ | अभिक्रियाशीलता क्रम: $3^\circ > 2^\circ > 1^\circ > CH_3X$ |
| $(vi)$ | त्रिविम रसायन: विन्यास का प्रतिपन्न (Inversion)। | त्रिविम रसायन: रेसिमीकरण ($50:50$ मिश्रण)। |
| $(vii)$ | प्रकाशिक सक्रियता: प्रतिपन्न हो सकता है। | प्रकाशिक सक्रियता: रेसिमिक मिश्रण,प्रकाशिक अक्रिय। |

(N/A) $\alpha, \beta$-हाइड्रोजन: जिस कार्बन परमाणु से हैलोजन जुड़ा होता है,उसे $\alpha$-कार्बन परमाणु कहते हैं और इस $\alpha$-कार्बन के पड़ोसी कार्बन परमाणुओं को $\beta$-कार्बन कहते हैं। $\alpha$-कार्बन से जुड़े हैलोजन को $\alpha$-हैलोजन और $\beta$-कार्बन से जुड़े $H$ परमाणुओं को $\beta$-हाइड्रोजन परमाणु कहते हैं।
$(b)$ विहाइड्रोहैलोजनीकरण या $\beta$-विलोपन अभिक्रिया: जब $\beta$-हाइड्रोजन युक्त हेलोऐल्केन को पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड $(KOH)$ के ऐल्कोहॉलीय विलयन के साथ गर्म किया जाता है,तो $\beta$-कार्बन से एक हाइड्रोजन परमाणु और $\alpha$-कार्बन से एक हैलोजन परमाणु $(X)$ का विलोपन होकर उत्पाद के रूप में ऐल्कीन और हाइड्रोजन हैलाइड $(HX)$ प्राप्त होता है। इस अभिक्रिया को सामान्यतः $\beta$-विलोपन या विहाइड्रोहैलोजनीकरण अभिक्रिया कहते हैं।
$(c)$ ज़ेटसेफ $(Saytzeff)$ नियम और $\beta$-विलोपन: $1875$ में रूसी रसायनज्ञ अलेक्जेंडर ज़ेटसेफ ने एक से अधिक प्रकार के $\beta$-हाइड्रोजन युक्त हेलोऐल्केन से बनने वाले मुख्य ऐल्कीन उत्पाद को निर्धारित करने के लिए एक नियम दिया था।

(N/A) $\alpha, \beta$-हाइड्रोजन: वह कार्बन परमाणु जिससे हैलोजन जुड़ा होता है,उसे $\alpha$-कार्बन परमाणु कहते हैं। इस $\alpha$-कार्बन के निकटवर्ती कार्बन परमाणुओं को $\beta$-कार्बन परमाणु कहा जाता है। $\beta$-कार्बन से जुड़े हाइड्रोजन परमाणुओं को $\beta$-हाइड्रोजन परमाणु कहते हैं।
$(b)$ विहाइड्रोहैलोजनीकरण या $\beta$-विलोपन अभिक्रिया: जब $\beta$-हाइड्रोजन युक्त हैलोऐल्केन को पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड के ऐल्कोहॉलीय विलयन के साथ गर्म किया जाता है,तो $\beta$-कार्बन से एक हाइड्रोजन परमाणु और $\alpha$-कार्बन से एक हैलोजन परमाणु $(X)$ का विलोपन होता है,जिससे ऐल्कीन और हाइड्रोजन हैलाइड $(HX)$ का निर्माण होता है। इस अभिक्रिया को $\beta$-विलोपन अभिक्रिया कहते हैं।
$(c)$ सेटज़ेफ (Saytzeff) नियम: $1875$ में रूसी वैज्ञानिक अलेक्जेंडर सेटज़ेफ ने एक से अधिक प्रकार के $\beta$-हाइड्रोजन वाले हैलोऐल्केन से बनने वाले मुख्य ऐल्कीन उत्पाद की भविष्यवाणी करने के लिए यह नियम दिया था। इस नियम के अनुसार,विहाइड्रोहैलोजनीकरण अभिक्रियाओं में,वह ऐल्कीन मुख्य उत्पाद होता है जो अधिक प्रतिस्थापित (अर्थात अधिक स्थिर) होता है। उदाहरण के लिए,$2$-ब्रोमोब्यूटेन की ऐल्कोहॉलीय $KOH$ के साथ अभिक्रिया में ब्यूट-$2$-ईन मुख्य उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है।

(N/A) कोई भी रासायनिक अभिक्रिया विभिन्न अभिक्रियाओं की प्रतिस्पर्धा का परिणाम होती है। जब ऐल्किल हैलाइड किसी क्षार या नाभिकरागी (nucleophile) के साथ अभिक्रिया करता है,तो उसमें अभिक्रिया होने के दो प्रतिस्पर्धी मार्ग संभव होते हैं:
$(A)$ विलोपन अभिक्रिया
$(B)$ प्रतिस्थापन $(S_N1$ और $S_N2)$ अभिक्रिया
यह अभिक्रिया किस मार्ग से होगी,यह तीन कारकों पर निर्भर करता है: $(i)$ ऐल्किल हैलाइड की प्रकृति,$(ii)$ क्षार/नाभिकरागी की प्रबलता या आकार,$(iii)$ अभिक्रिया की परिस्थितियाँ।
$\Rightarrow$ प्राथमिक हैलाइड $S_N2$ अभिक्रिया को प्राथमिकता देते हैं।
$\Rightarrow$ द्वितीयक हैलाइड क्षार/नाभिकरागी की प्रबलता के आधार पर $S_N2$ या विलोपन अभिक्रिया को प्राथमिकता देते हैं और त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण कार्बन परमाणु पर आक्रमण करने के बजाय $H$-परमाणु को हटाते हैं।
$\Rightarrow$ तृतीयक हैलाइड कार्बोकेटायन के स्थायित्व या अधिक प्रतिस्थापित ऐल्कीन के निर्माण के आधार पर क्रमशः $S_N1$ या विलोपन अभिक्रिया देते हैं। उदाहरण के लिए,$CH_3CHBrCH_3$ के साथ।

(B) $C_6H_5-CH_2-Cl$ $S_N1$ अभिक्रिया में तेजी से प्रतिक्रिया करेगा।
$S_N1$ अभिक्रिया की दर दर-निर्धारक चरण में बनने वाले कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) मध्यवर्ती की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$CH_3-CH_2-Cl$ प्राथमिक एथिल कार्बोकेशन $(CH_3-CH_2^+)$ बनाता है,जो अपेक्षाकृत अस्थिर होता है।
$C_6H_5-CH_2-Cl$ बेंजाइल कार्बोकेशन $(C_6H_5-CH_2^+)$ बनाता है,जो बेंजीन रिंग द्वारा अनुनाद (resonance) स्थिरीकरण के कारण काफी अधिक स्थिर होता है,जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

(N/A) हेलोऐल्केन ध्रुवीय अणु होते हैं,लेकिन वे जल के अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंध बनाने में सक्षम नहीं होते हैं।
किसी पदार्थ के जल में घुलने के लिए,नए विलेय-विलायक अंतःक्रियाओं के निर्माण के दौरान मुक्त होने वाली ऊर्जा,मौजूदा विलेय-विलेय और विलायक-विलायक अंतःक्रियाओं को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए।
हेलोऐल्केन के मामले में,हेलोऐल्केन और जल के बीच नए अंतर-आणविक आकर्षण,जल के अणुओं के बीच मौजूद मजबूत हाइड्रोजन बंधों की तुलना में बहुत कमजोर होते हैं।
इसलिए,जल में हाइड्रोजन बंधों को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा,नई अंतःक्रियाओं के निर्माण के दौरान मुक्त होने वाली ऊर्जा से पूरी नहीं हो पाती है,जिसके परिणामस्वरूप विलेयता बहुत कम होती है।

(B) $(i)$ यौगिक $A$ $2$-ब्रोमो-$2$-मिथाइलप्रोपेन,$(CH_3)_3CBr$ है। जलीय $KOH$ के साथ इसकी अभिक्रिया $S_N1$ क्रियाविधि का पालन करती है,जहाँ दर केवल एल्काइल हैलाइड की सांद्रता पर निर्भर करती है।
यौगिक $B$ $2$-ब्रोमोब्यूटेन,$CH_3CH(Br)CH_2CH_3$ है। यह प्रकाशिक रूप से सक्रिय है और जलीय $KOH$ के साथ इसकी अभिक्रिया $S_N2$ क्रियाविधि का पालन करती है,जहाँ दर एल्काइल हैलाइड और न्यूक्लियोफाइल $(OH^-)$ दोनों की सांद्रता पर निर्भर करती है।
$(ii)$ यौगिक $B$ प्रतिलोमित विन्यास वाले उत्पाद में परिवर्तित हो जाएगा क्योंकि $S_N2$ अभिक्रियाएं वाल्डन प्रतिलोमन (Walden inversion) के साथ आगे बढ़ती हैं।

(C) $(iii)$ $2$-ब्रोमो-$2$-मिथाइलप्रोपेन जलीय $KOH$ के साथ सबसे आसानी से अभिक्रिया करता है।
कारण: यह अभिक्रिया $S_N1$ क्रियाविधि का पालन करती है। अभिक्रिया के वेग-निर्धारक चरण में एक कार्बधनायन (carbocation) मध्यवर्ती का निर्माण होता है। चूंकि $2$-ब्रोमो-$2$-मिथाइलप्रोपेन एक $3^{\circ}$-ऐल्किल हैलाइड है,यह एक स्थिर $3^{\circ}$-कार्बधनायन बनाता है,जो $1^{\circ}$ या $2^{\circ}$ ऐल्किल हैलाइडों द्वारा बनने वाले कार्बधनायनों की तुलना में अधिक स्थिर होता है। इसलिए,यह सबसे आसानी से अभिक्रिया करता है।

(B) $S_N1$ अभिक्रिया की दर अभिक्रिया के निर्धारक चरण के दौरान बनने वाले कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) के स्थायित्व पर निर्भर करती है।
यौगिक $(B)$ (बेंजाइल क्लोराइड) में,बनने वाला कार्बोकेशन बेंजाइल कार्बोकेशन $(C_6H_5CH_2^+)$ है,जो बेंजीन वलय द्वारा अनुनाद (resonance) के कारण अधिक स्थिर होता है।
यौगिक $(A)$ (साइक्लोहेक्सिलमिथाइल क्लोराइड) में,बनने वाला कार्बोकेशन एक प्राथमिक अल्काइल कार्बोकेशन है,जो अनुनाद द्वारा स्थिर नहीं होता है और बेंजाइल कार्बोकेशन की तुलना में कम स्थिर होता है।
चूंकि बेंजाइल कार्बोकेशन अधिक स्थिर है,इसलिए यौगिक $(B)$ यौगिक $(A)$ की तुलना में $S_N1$ अभिक्रिया अधिक तेजी से करेगा।

(N/A) एलिल क्लोराइड $(CH_2=CH-CH_2Cl)$ का जल-अपघटन $n-$प्रोपाइल क्लोराइड $(CH_3-CH_2-CH_2Cl)$ की तुलना में अधिक आसानी से होता है क्योंकि एलिल क्लोराइड से बनने वाला कार्बोनियम आयन,जो कि एलिल कार्बोनियम आयन $(CH_2=CH-CH_2^+)$ है,अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
इसकी अनुनादी संरचनाएँ हैं:
$[CH_2=CH-CH_2^+ \leftrightarrow ^+CH_2-CH=CH_2]$
इसके विपरीत,$n-$प्रोपाइल क्लोराइड से बनने वाला कार्बोनियम आयन एक प्राथमिक कार्बोनियम आयन $(CH_3-CH_2-CH_2^+)$ है,जिसमें ऐसी कोई अनुनादी स्थिरता नहीं होती है,जिससे यह कम स्थिर होता है और इसलिए जल-अपघटन के प्रति कम प्रतिक्रियाशील होता है।

(N/A) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक अत्यधिक सक्रिय ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिक होते हैं। वे प्रबल क्षार के रूप में कार्य करते हैं और नमी (पानी) के अंश के साथ भी तेजी से अभिक्रिया करके संगत एल्केन बनाते हैं।
$R-MgX + H_2O \rightarrow R-H + Mg(OH)X$

(N/A) ध्रुवीय विलायकों में उच्च परावैद्युत स्थिरांक (dielectric constant) होता है,जो एल्काइल हैलाइड में $C-X$ बंध के आयनीकरण को सुगम बनाकर कार्बोनियम आयन (carbocation) मध्यवर्ती बनाता है।
विशेष रूप से,ध्रुवीय विलायक की भूमिका इस प्रकार है:
$(i)$ संक्रमण अवस्था को स्थिर करना और कार्बोनियम आयन बनाने के लिए एल्काइल हैलाइड के आयनीकरण को बढ़ावा देना।
$(ii)$ आयन-द्विध्रुव अंतःक्रियाओं के माध्यम से परिणामी आयनों (कार्बोनियम आयन और हैलाइड आयन) को विलायकित (solvate) करना,जिससे उनके पुनर्संयोजन को रोका जा सके।

(A) एल्किल हैलाइड के मामले में,अभिकर्मक की प्रकृति यह निर्धारित करती है कि प्रतिस्थापन होगा या विलोपन।
$1$. नाभिकरागी प्रतिस्थापन: जब एल्किल हैलाइड को $KOH$ या $NaOH$ जैसे प्रबल क्षार के जलीय विलयन के साथ उपचारित किया जाता है,तो $OH^-$ आयन एक नाभिकरागी के रूप में कार्य करता है और हैलोजन परमाणु को प्रतिस्थापित करके अल्कोहल बनाता है।
$2$. $\beta$-विलोपन (डीहाइड्रोहैलोजनीकरण): जब एल्किल हैलाइड को $KOH$ जैसे प्रबल क्षार के अल्कोहलिक विलयन के साथ उपचारित किया जाता है,तो $OH^-$ आयन एक क्षार के रूप में कार्य करता है और $\beta$-कार्बन से प्रोटॉन को हटाता है,जिससे एल्कीन का निर्माण होता है।

(N/A) $tert$-Butylbromide एक तृतीयक $(3^{\circ})$ एल्किल हैलाइड है। लीविंग ग्रुप $(Br^-)$ के हटने के बाद बनने वाला कार्बोनियम आयन एक तृतीयक कार्बोनियम आयन होता है,जो तीन मिथाइल समूहों के प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और अतिसंयुग्मन (hyperconjugation) के कारण अत्यधिक स्थिर होता है। इसलिए,यह $S_N1$ क्रियाविधि को प्राथमिकता देता है।
$n$-Butylbromide एक प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्किल हैलाइड है। प्राथमिक कार्बोनियम आयन का निर्माण उसकी कम स्थिरता के कारण ऊर्जा की दृष्टि से प्रतिकूल है। इसके अलावा,प्राथमिक कार्बन पर त्रिविम बाधा (steric hindrance) कम होती है,जिससे न्यूक्लियोफाइल $(OH^-)$ को पीछे से आक्रमण करने की अनुमति मिलती है,जो $S_N2$ क्रियाविधि का मुख्य चरण है।

(N/A) $(1)$ $1-$ब्रोमो$-2-$मेथिलप्रोपेन का तृतीयक ब्यूटिल अल्कोहल में परिवर्तन:
$CH_3-CH(CH_3)-CH_2Br$ $\xrightarrow{\text{alc. KOH}} CH_3-C(CH_3)=CH_2$ $\xrightarrow{H_2O/H^+} CH_3-C(OH)(CH_3)-CH_3$
$(2)$ $1,2-$डाइब्रोमोएथेन का एथेनॉल में परिवर्तन:
$CH_2Br-CH_2Br$ $\xrightarrow{Zn, \Delta} CH_2=CH_2$ $\xrightarrow{H_2O/H^+} CH_3-CH_2OH$

(A) एल्किल हैलाइड $(RX)$ का एल्केन $(RH)$ में अपचयन आमतौर पर $Zn/HCl$,$HI/Red \ P$ या $LiAlH_4$ जैसे अभिकर्मकों का उपयोग करके किया जाता है।
जबकि $CH_3Cl$,$CH_3Br$ और $CH_3I$ आसानी से मीथेन $(CH_4)$ में अपचयित हो जाते हैं,$C-F$ बंध की बहुत अधिक बंध वियोजन ऊर्जा के कारण $CH_3F$ सामान्य प्रयोगशाला स्थितियों में आसानी से अपचयित नहीं होता है।
इसलिए,$CH_3F$ अपचयन पर मीथेन नहीं देता है।

(N/A) डीहाइड्रोहैलोजिनेशन वह विलोपन अभिक्रिया है जिसमें एक एल्काइल हैलाइड के निकटवर्ती कार्बन परमाणुओं से एक हाइड्रोजन परमाणु और एक हैलोजन परमाणु को हटाकर एल्कीन का निर्माण किया जाता है। सामान्य अभिक्रिया इस प्रकार है: $R-CH_2-CH(X)-R' + KOH (\text{alc.}) \rightarrow R-CH=CH-R' + KX + H_2O$.

(N/A) $(i)$ एल्काइल हैलाइड्स और $(ii)$ अल्कोहल $\beta$-विलोपन अभिक्रियाएं देते हैं। इन अभिक्रियाओं का मुख्य उत्पाद एल्कीन $(alkene)$ है।

(N/A) एल्किल हैलाइड में निकटवर्ती कार्बन परमाणुओं से एक हाइड्रोजन परमाणु और एक हैलोजन परमाणु के निष्कासन की प्रक्रिया,जिसके परिणामस्वरूप एल्कीन का निर्माण होता है,उसे डीहाइड्रोहैलोजनीकरण कहा जाता है। इसमें हाइड्रोजन हैलाइड $(HX)$ अणु का विलोपन शामिल है।

(C) $(i)$ एल्किल समूह के लिए डीहाइड्रोहैलोजनीकरण अभिक्रिया की दर का क्रम: $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$ होता है।
$(ii)$ एल्किल हैलाइड में हैलोजन परमाणु के लिए क्रम: $I > Br > Cl$ है।

(N/A) एल्किल हैलाइड में प्रतिस्थापन और विलोपन अभिक्रियाओं के बीच प्रतिस्पर्धा कुछ संरचनात्मक और अभिक्रिया स्थितियों पर निर्भर करती है:
$1$. एल्किल हैलाइड की प्रकृति: प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्किल हैलाइड कम त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण प्रतिस्थापन $(S_N2)$ को प्राथमिकता देते हैं। तृतीयक $(3^{\circ})$ एल्किल हैलाइड उच्च त्रिविम बाधा के कारण विलोपन $(E2)$ को प्राथमिकता देते हैं।
$2$. क्षार की प्रकृति: प्रबल और बड़े आकार के क्षार विलोपन अभिक्रिया को बढ़ावा देते हैं,जबकि दुर्बल क्षार प्रतिस्थापन को बढ़ावा देते हैं।
$3$. तापमान: उच्च तापमान आमतौर पर विलोपन अभिक्रिया के लिए अनुकूल होता है।
उदाहरण:
- प्रतिस्थापन: $CH_3CH_2Cl + KOH(aq) \rightarrow CH_3CH_2OH + KCl$.
- विलोपन: $CH_3CH_2Cl + KOH(alc) \rightarrow CH_2=CH_2 + KCl + H_2O$.

(A) $\text{जैसे-जैसे हैलोजन परमाणु का आकार बढ़ता है, बंध लंबाई बढ़ती है: } C-I > C-Br > C-Cl > C-F$। $\text{अतः } (A-iv, B-iii, C-ii, D-i)$।
$\text{द्विध्रुव आघूर्ण के लिए, विद्युत ऋणात्मकता और बंध लंबाई के संतुलन के कारण क्रम } CH_3Cl > CH_3F > CH_3Br > CH_3I \text{ है। मान हैं: } CH_3Cl (1.860 \ D), CH_3F (1.847 \ D), CH_3Br (1.830 \ D), CH_3I (1.636 \ D)$।
$\text{सही मिलान: } (A-iv, 4; B-iii, 1; C-ii, 2; D-i, 3)$।

(N/A) हेलोऐल्केन तीन प्रकार की समावयवता प्रदर्शित करते हैं:
$(i)$ श्रृंखला समावयवता: जब समान आणविक सूत्र वाले दो या दो से अधिक हेलोऐल्केन कार्बन श्रृंखला की लंबाई में भिन्न होते हैं,तो उन्हें श्रृंखला समावयवी कहा जाता है।
उदाहरण: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-Cl$ ($1$-क्लोरोब्यूटेन) और $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-Cl$ ($1$-क्लोरो-$2$-मेथिलप्रोपेन)।
$(ii)$ स्थान समावयवता: जब समान आणविक सूत्र वाले दो या दो से अधिक हेलोऐल्केन कार्बन श्रृंखला से जुड़े हैलोजन परमाणु की स्थिति में भिन्न होते हैं,तो उन्हें स्थान समावयवी कहा जाता है।
उदाहरण: $CH_3-CH_2-CH_2-Cl$ ($1$-क्लोरोप्रोपेन) और $CH_3-CHCl-CH_3$ ($2$-क्लोरोप्रोपेन)।
$(iii)$ प्रकाशिक समावयवता: वे हेलोऐल्केन जिनका आणविक और संरचनात्मक सूत्र समान होता है,लेकिन कायरल कार्बन परमाणु के चारों ओर परमाणुओं या समूहों की त्रिविम व्यवस्था में भिन्न होते हैं और समतल ध्रुवित प्रकाश को घुमाते हैं,उन्हें प्रकाशिक समावयवी कहा जाता है।
उदाहरण: $2$-क्लोरोब्यूटेन के दो प्रतिबिंब रूप।

(D) $E_{2}$-विलोपन में,एक क्षार (base) $\beta$-कार्बन से प्रोटॉन को हटाता है जबकि लीविंग ग्रुप $\alpha$-कार्बन से अलग हो जाता है।
$3$-ब्रोमो-$2$-फ्लोरोपेंटेन $(CH_3-CH_2-CH(Br)-CH(F)-CH_3)$ के लिए,दो संभावित $\beta$-कार्बन हैं: $C_{2}$ ($F$ युक्त) और $C_{4}$ ($H$ युक्त)।
$Br^-$ एक बेहतर लीविंग ग्रुप है,$F^-$ की तुलना में। इसलिए,विलोपन मुख्य रूप से $C_{3}$ स्थिति (जहाँ $Br$ जुड़ा है) और $C_{2}$ स्थिति (जहाँ $H$ जुड़ा है) पर होता है।
क्षार $C_{2}$ से अधिक अम्लीय प्रोटॉन को हटाता है (जो इलेक्ट्रॉन-आकर्षक $F$ परमाणु के बगल में है)।
इससे मुख्य उत्पाद के रूप में $CH_3-CH_2-CH=C(F)-CH_3$ प्राप्त होता है,जो $5$ $\alpha$-हाइड्रोजन वाला एक स्थिर एल्कीन है।

(A) अभिक्रिया $(1)$ एक $SN_{1}$ अभिक्रिया है। दर नियम $\text{rate} = k[t-BuBr]$ के रूप में दिया गया है। चूंकि दर न्यूक्लियोफाइल/क्षार की सांद्रता से स्वतंत्र है,इसलिए क्षार की सांद्रता बदलने से अभिक्रिया $(1)$ पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा।
अभिक्रिया $(2)$ एक $E_{2}$ अभिक्रिया है। दर नियम $\text{rate} = k[t-BuBr][OH^{\ominus}]$ के रूप में दिया गया है। चूंकि दर क्षार की सांद्रता पर निर्भर करती है,इसलिए क्षार की सांद्रता बदलने से अभिक्रिया $(2)$ की दर प्रभावित होगी।
अतः,यह कथन कि क्षार की सांद्रता बदलने से अभिक्रिया $(1)$ पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा,सत्य है।

(A) यौगिक $CH_3-CH(C_2H_5)-CH_2-Br$ में,कायरल केंद्र दूसरे कार्बन परमाणु $(C2)$ पर स्थित है।
$OH^{-}$ आयन द्वारा नाभिकरागी प्रतिस्थापन पहले कार्बन परमाणु $(C1)$ पर होता है,जहाँ $Br$ परमाणु जुड़ा होता है।
चूंकि अभिक्रिया के दौरान कायरल केंद्र से जुड़े बंध नहीं टूटते या संशोधित नहीं होते हैं,इसलिए कायरल केंद्र के चारों ओर स्थानिक व्यवस्था (विन्यास) अपरिवर्तित रहती है।
इसके परिणामस्वरूप विन्यास का प्रतिधारण (retention) होता है।

(B) $S_{N}2$ अभिक्रियाओं के प्रति बेंजिल हैलाइड्स की अभिक्रियाशीलता मुख्य रूप से बेंजीन रिंग पर प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों द्वारा नियंत्रित होती है। $-NO_2$ जैसे इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (EWGs) अपने $-I$ (प्रेरणिक) और $-R$ (अनुनाद) प्रभावों के माध्यम से संक्रमण अवस्था को स्थिर करके $S_{N}2$ के प्रति अभिक्रियाशीलता को बढ़ाते हैं।
यौगिक $(II)$ में,दो $-NO_2$ समूह ऑर्थो और मेटा स्थिति पर हैं,जो मजबूत $-I$ और $-R$ प्रभाव डालते हैं।
यौगिक $(III)$ में,दो $-NO_2$ समूह मेटा और पैरा स्थिति पर हैं,जो $-I$ और $-R$ प्रभाव डालते हैं,लेकिन स्थिति के कारण कुल इलेक्ट्रॉन-आकर्षक शक्ति $(II)$ की तुलना में थोड़ी कम है।
यौगिक $(IV)$ में,दो $-NO_2$ समूह मेटा स्थिति पर हैं,जो केवल $-I$ प्रभाव डालते हैं।
यौगिक $(I)$ में कोई इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह नहीं है।
अतः,अभिक्रियाशीलता का घटता क्रम $(II) > (III) > (IV) > (I)$ है।

(B) $S_{N}1$ अभिक्रिया क्रियाविधि की विशेषताएँ:
$(a)$ $S_{N}1$ अभिक्रियाएँ दुर्बल नाभिकस्नेही द्वारा अनुकूलित होती हैं क्योंकि दर-निर्धारक चरण कार्बोनियम आयन का निर्माण है,जिसमें नाभिकस्नेही शामिल नहीं होता है।
$(b)$ कार्बोनियम आयन केंद्र के चारों ओर बड़े प्रतिस्थापी $R^{\oplus}$ (जो $sp^2$ संकरित है) के निर्माण पर त्रिविम बाधा (steric strain) को कम करते हैं,जिससे इसका निर्माण आसान हो जाता है।
$(c)$ चूंकि कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती समतलीय होता है,इसलिए नाभिकस्नेही दोनों तरफ से आक्रमण कर सकता है,जिससे रेसेमीकरण होता है।
$(d)$ $S_{N}1$ अभिक्रियाएँ ध्रुवीय प्रोटिक विलायकों द्वारा अनुकूलित होती हैं,न कि अध्रुवीय विलायकों द्वारा,क्योंकि वे विलायकन (solvation) के माध्यम से आयनिक मध्यवर्तियों को स्थिर करते हैं।
अतः,कथन $(a), (b),$ और $(c)$ सही हैं।