Properties of Haloalkanes Questions in Hindi

(B) $tert$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड $((CH_3)_3CBr)$ की सिल्वर फ्लोराइड $(AgF)$ के साथ अभिक्रिया स्वार्ट्स अभिक्रिया है,जिसका उपयोग अल्काइल फ्लोराइड के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
हालाँकि,$tert$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड एक तृतीयक अल्काइल हैलाइड है। जब इसे $AgF$ के साथ गर्म किया जाता है,तो यह नाभिकरागी प्रतिस्थापन ($S_N1$ या $S_N2$) के बजाय $E1$ विलोपन अभिक्रिया करता है क्योंकि तृतीयक कार्बोनियम आयन अत्यधिक स्थिर होता है और फ्लोराइड आयन एक क्षार के रूप में कार्य करता है।
परिणामस्वरूप,$HBr$ के विलोपन के कारण मुख्य उत्पाद के रूप में $2$-मिथाइलप्रोपीन (आइसोब्यूटिलीन) प्राप्त होता है।

(C) सोडियम एथॉक्साइड $(CH_3CH_2ONa)$ और आइसोप्रोपिल क्लोराइड $((CH_3)_2CHCl)$ के बीच की अभिक्रिया एक क्षार-प्रेरित विलोपन अभिक्रिया है।
चूंकि सोडियम एथॉक्साइड एक प्रबल क्षार है और आइसोप्रोपिल क्लोराइड एक द्वितीयक एल्किल हैलाइड है,इसलिए $S_N2$ प्रतिस्थापन अभिक्रिया की तुलना में $E2$ विलोपन अभिक्रिया प्रमुखता से होती है।
क्षार आइसोप्रोपिल क्लोराइड से $\beta$-हाइड्रोजन को हटाता है,जिससे प्रोपीन $(CH_3-CH=CH_2)$,एथेनॉल $(CH_3CH_2OH)$ और सोडियम क्लोराइड $(NaCl)$ का निर्माण होता है।
अतः,उत्पाद '$X$' प्रोपीन है।

(D) अल्काइल हैलाइड की अल्कोहलिक $KCN$ के साथ अभिक्रिया एक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया ($S_N2$ तंत्र) है जो अल्काइल साइनाइड (नाइट्राइल) उत्पन्न करती है।
ब्यूटेननाइट्राइल $(CH_3CH_2CH_2CN)$ प्राप्त करने के लिए,जिसमें कुल $4$ कार्बन परमाणु होते हैं,हमें $3$ कार्बन वाले अल्काइल हैलाइड की आवश्यकता होती है।
$n-$प्रोपाइल क्लोराइड $(CH_3CH_2CH_2Cl)$ में $3$ कार्बन होते हैं,इसलिए यह $KCN$ के साथ अभिक्रिया करके ब्यूटेननाइट्राइल $(CH_3CH_2CH_2CN)$ बनाता है।
अभिक्रिया: $CH_3CH_2CH_2Cl + KCN \text{ (alc.)} ightarrow CH_3CH_2CH_2CN + KCl$.

(A) $S_N2$ अभिक्रियाओं के प्रति एल्काइल हैलाइड्स की अभिक्रियाशीलता का क्रम: $Primary > Secondary > Tertiary$ होता है।
यह त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण है,जो प्राथमिक से तृतीयक एल्काइल हैलाइड्स की ओर बढ़ती है।
दिए गए विकल्पों में:
$(A)$ $n$-ब्यूटाइल आयोडाइड एक प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्काइल हैलाइड है।
$(B)$ $sec$-ब्यूटाइल आयोडाइड एक द्वितीयक $(2^{\circ})$ एल्काइल हैलाइड है।
$(C)$ आइसोब्यूटाइल आयोडाइड एक प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्काइल हैलाइड है,लेकिन इसमें $\beta$-कार्बन पर त्रिविम बाधा होती है।
$(D)$ $tert$-ब्यूटाइल आयोडाइड एक तृतीयक $(3^{\circ})$ एल्काइल हैलाइड है।
अतः,$n$-ब्यूटाइल आयोडाइड सबसे अधिक अभिक्रियाशीलता दर्शाता है।

(B) $SN^1$ अभिक्रियाओं में रेसमीकरण तब होता है जब सबस्ट्रेट एक स्थिर,समतलीय कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती बनाता है जो कायरल होता है।
दिए गए विकल्पों में से,$CH_3-CH_2-CH(Cl)-CH_3$ ($2$-क्लोरोब्यूटेन) एक द्वितीयक अल्काइल हैलाइड है जो क्लोराइड आयन के हटने पर एक समतलीय कार्बोनियम आयन $(CH_3-CH_2-CH^+-CH_3)$ बना सकता है।
यह कार्बोनियम आयन प्रोकायरल होता है और इस पर न्यूक्लियोफाइल द्वारा दोनों तरफ से आक्रमण किया जा सकता है,जिससे रेसमिक मिश्रण प्राप्त होता है।
$CH_3-CH(Cl)-CH_3$ (आइसोप्रोपिल क्लोराइड) कम स्थिर द्वितीयक कार्बोनियम आयन बनाता है और $2-$क्लोरोब्यूटेन की तुलना में $SN^1$ के प्रति कम प्रवृत्त होता है।
$CH_3-CH_2-CH(Cl)-CH_2-CH_3$ ($3$-क्लोरोपेंटेन) एक ऐसा कार्बोनियम आयन बनाता है जो सममिति के कारण अकायरल होता है,इसलिए यह रेसमिक मिश्रण नहीं देता है।
$(CH_3)_3C-CH_2-Cl$ एक प्राथमिक अल्काइल हैलाइड है और आमतौर पर $SN^2$ अभिक्रियाओं से गुजरता है।

(D) जब $2-$ब्रोमोब्यूटेन $(CH_3CH(Br)CH_2CH_3)$ को सोडियम हाइड्रॉक्साइड $(NaOH)$ के जलीय घोल के साथ उपचारित किया जाता है,तो यह न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया से गुजरता है।
हाइड्रॉक्साइड आयन $(OH^-)$ एक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है और ब्रोमाइड आयन $(Br^-)$ को प्रतिस्थापित करता है।
अभिक्रिया: $CH_3CH(Br)CH_2CH_3 + NaOH_{(aq)} \rightarrow CH_3CH(OH)CH_2CH_3 + NaBr$.
बनने वाला उत्पाद ब्यूटेन$-2-$ऑल है।

(D) हेलोऐल्केन का क्वथनांक आणविक द्रव्यमान और अणु में उपस्थित हैलोजन परमाणुओं की संख्या में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
इसका कारण यह है कि हैलोजन परमाणुओं का आकार और संख्या बढ़ने पर वान डर वाल्स बलों का परिमाण बढ़ जाता है।
दिए गए यौगिकों की तुलना करने पर: $CHBr_3$ का आणविक द्रव्यमान सबसे अधिक है,उसके बाद $CH_2Br_2$,$CH_3Br$ और सबसे कम आणविक द्रव्यमान $CH_3Cl$ का है।
अतः,सही घटता क्रम $CHBr_3 > CH_2Br_2 > CH_3Br > CH_3Cl$ है।

(C) अमोनिया के साथ एल्किल हैलाइड की अभिक्रिया एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया $(S_N2)$ है।
इस अभिक्रिया में,हैलाइड आयन $(X^-)$ एक लिविंग ग्रुप के रूप में कार्य करता है।
एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता $C-X$ बंध की मजबूती पर निर्भर करती है।
हैलोजन परमाणु का आकार बढ़ने के साथ बंध वियोजन ऊर्जा घटती है,जिससे $C-I$ बंध सबसे कमजोर और $C-Cl$ बंध सबसे मजबूत हो जाता है।
इसलिए,लिविंग ग्रुप की क्षमता का क्रम $I^- > Br^- > Cl^-$ है।
अतः,अमोनिया के साथ एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता का क्रम $R-I > R-Br > R-Cl$ है।

(D) हेलोऐल्केन $(R-X)$ की सिल्वर नाइट्राइट $(AgNO_2)$ के साथ अभिक्रिया से मुख्य उत्पाद के रूप में नाइट्रोऐल्केन $(R-NO_2)$ प्राप्त होता है।
इसका कारण यह है कि $AgNO_2$ एक सहसंयोजक यौगिक है,और नाइट्रोजन परमाणु ऑक्सीजन परमाणु की तुलना में अधिक न्यूक्लियोफिलिक होता है।
इसके विपरीत,$KNO_2$ या $NaNO_2$ जैसे आयनिक नाइट्राइट मुख्य रूप से ऐल्किल नाइट्राइट $(R-ONO)$ देते हैं क्योंकि इन आयनिक प्रजातियों में ऑक्सीजन परमाणु अधिक न्यूक्लियोफिलिक होता है।

(D) एक दिए गए एल्किल समूह के लिए,हैलोजन परमाणु का आकार और द्रव्यमान बढ़ने के साथ एल्किल हैलाइड का क्वथनांक बढ़ता है।
यह हैलोजन के आकार और द्रव्यमान में वृद्धि के साथ वैन डेर वाल्स बलों के परिमाण में वृद्धि के कारण होता है।
इस प्रकार,क्वथनांक का क्रम: $CH_3I > CH_3Br > CH_3Cl > CH_3F$ है।
अतः,$CH_3I$ का क्वथनांक सबसे अधिक है।

(A) एल्किल हैलाइड्स का विहाइड्रोहैलोजनीकरण $E2$ क्रियाविधि का पालन करता है,जहाँ दर बनने वाले एल्कीन की स्थिरता पर निर्भर करती है।
सैटजेफ (Saytzeff) नियम के अनुसार,अधिक प्रतिस्थापित एल्कीन अधिक स्थिर होते हैं।
एल्कीन की स्थिरता का क्रम: $R_2C=CR_2 > R_2C=CHR > R_2C=CH_2 > RCH=CH_2$ है।
चूंकि $3^{\circ}$ एल्किल हैलाइड $2^{\circ}$ और $1^{\circ}$ एल्किल हैलाइड की तुलना में अधिक प्रतिस्थापित (स्थिर) एल्कीन बनाते हैं,इसलिए विहाइड्रोहैलोजनीकरण की सुगमता का क्रम $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$ है।

(A) हेलोऐल्केन का क्वथनांक आण्विक द्रव्यमान में वृद्धि के साथ बढ़ता है क्योंकि वैन डर वाल्स आकर्षण बलों का परिमाण बढ़ जाता है।
दिए गए यौगिकों की तुलना करने पर:
$CH_3Cl$ $(50.5 \ g/mol)$
$CH_3Br$ $(95.0 \ g/mol)$
$CH_2Br_2$ $(173.8 \ g/mol)$
$CHBr_3$ $(252.7 \ g/mol)$
चूंकि $CH_3Cl$ का आण्विक द्रव्यमान सबसे कम है,इसलिए इसका क्वथनांक सबसे कम है।

(B) $C-X$ बंध की बंध एन्थैल्पी बंध लंबाई पर निर्भर करती है। जैसे-जैसे हैलोजन परमाणु का आकार $F$ से $I$ तक बढ़ता है,$C-X$ बंध की लंबाई बढ़ती जाती है।
बंध लंबाई और बंध की मजबूती के बीच व्युत्क्रमानुपाती संबंध के अनुसार,जैसे-जैसे बंध लंबाई बढ़ती है,बंध की मजबूती कम होती जाती है।
चूंकि $F$ सबसे छोटा हैलोजन है,इसलिए $C-F$ बंध सबसे छोटा और सबसे मजबूत होता है,जिसे तोड़ने के लिए सबसे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
अतः,दिए गए एल्किल हैलाइडों में $CH_3-F$ की बंध एन्थैल्पी सबसे अधिक है।

(B) एल्किल हैलाइड $(CH_3CH_2Br)$ और कार्बोक्सिलिक एसिड के सिल्वर लवण $(CH_3COOAg)$ के बीच की अभिक्रिया एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) अभिक्रिया है।
इस अभिक्रिया में,एसीटेट आयन $(CH_3COO^-)$ एक नाभिकरागी (nucleophile) के रूप में कार्य करता है और एथिल समूह पर आक्रमण करता है,जिससे ब्रोमाइड आयन $(Br^-)$ विस्थापित हो जाता है।
सिल्वर आयन $(Ag^+)$ ब्रोमाइड आयन $(Br^-)$ के साथ अभिक्रिया करके सिल्वर ब्रोमाइड $(AgBr)$ का अवक्षेप बनाता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $CH_3CH_2Br + CH_3COOAg \xrightarrow{\Delta} CH_3COOCH_2CH_3 + AgBr$.
प्राप्त उत्पाद एथिल एसीटेट $(CH_3COOCH_2CH_3)$ है।

(C) $S_{N}2$ क्रियाविधि एक संक्रमण अवस्था के माध्यम से आगे बढ़ती है जहाँ न्यूक्लियोफाइल और लिविंग ग्रुप दोनों केंद्रीय कार्बन परमाणु से आंशिक रूप से जुड़े होते हैं।
कार्बोकेशन मध्यवर्ती का निर्माण नहीं होता है; यह $S_{N}1$ क्रियाविधि की विशेषता है।

(B) हेलोऐल्केन का क्वथनांक $(B.P.)$ वैन डर वाल्स बलों के परिमाण पर निर्भर करता है,जो हैलोजन परमाणु के आकार और द्रव्यमान के साथ बढ़ता है।
चूंकि सभी दिए गए यौगिकों में एक कार्बन परमाणु $(CH_3X)$ है,इसलिए क्वथनांक हैलोजन परमाणु $(X)$ के आकार पर निर्भर करता है।
हैलोजन परमाणुओं के आकार का क्रम इस प्रकार है: $F < Cl < Br < I$।
इसलिए,क्वथनांक का क्रम इस प्रकार बढ़ता है: $CH_3F < CH_3Cl < CH_3Br < CH_3I$।
अतः,फ्लोरोमेथेन $(CH_3F)$ का क्वथनांक सबसे कम है।

(B) $tert-$ब्यूटाइल ब्रोमाइड की सिल्वर फ्लोराइड $(AgF)$ के साथ अभिक्रिया स्वार्ट्स अभिक्रिया है,जिसका उपयोग अल्काइल फ्लोराइड के संश्लेषण के लिए किया जाता है।
इस अभिक्रिया में,$tert-$ब्यूटाइल ब्रोमाइड में ब्रोमीन परमाणु को फ्लोरीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है,जिससे $2-$फ्लोरो$-2-$मिथाइलप्रोपेन प्राप्त होता है।
रासायनिक समीकरण: $(CH_3)_3CBr + AgF \xrightarrow{\Delta} (CH_3)_3CF + AgBr$.

(D) एल्किल हैलाइड $(R-X)$ जब $KNO_2$ के साथ अभिक्रिया करते हैं,तो मुख्य उत्पाद के रूप में एल्किल नाइट्राइट $(R-O-N=O)$ बनाते हैं,क्योंकि ऑक्सीजन परमाणु नाइट्रोजन की तुलना में अधिक न्यूक्लियोफिलिक होता है।
इसके विपरीत,$AgNO_2$ के साथ अभिक्रिया आमतौर पर नाइट्रोएल्केन $(R-NO_2)$ देती है।

(C) एल्किल हैलाइड $(C_2H_5Cl)$ की अल्कोहलिक $KCN$ के साथ अभिक्रिया एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) अभिक्रिया है।
$KCN$ एक आयनिक यौगिक है जो विलयन में $CN^-$ आयन प्रदान करता है,जो एक उभयदंती नाभिकरागी (ambident nucleophile) के रूप में कार्य करता है और एल्किल साइनाइड $(C_2H_5CN)$ बनाने के लिए एल्किल हैलाइड पर आक्रमण करता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $C_2H_5Cl + KCN \text{ (alc.)} \xrightarrow{\Delta} C_2H_5CN + KCl$.
अतः,यौगिक $Y$,$KCN$ (alc.) है।

(D) $S_N1$ क्रियाविधि में,पहले चरण में सबस्ट्रेट का आयनीकरण होता है जिससे एक समतलीय कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) मध्यवर्ती बनता है। यह मध्यवर्ती $sp^2$ संकरित होता है।

(A) $3-$ब्रोमो$-2-$मिथाइलपेंटेन की अल्कोहलिक $KOH$ के साथ अभिक्रिया एक विहाइड्रोहैलोजनीकरण अभिक्रिया ($E2$ क्रियाविधि) है।
ज़ेटसेफ (Saytzeff) के नियम के अनुसार,अधिक प्रतिस्थापित एल्कीन मुख्य उत्पाद होता है।
प्रारंभिक पदार्थ $CH_3-CH(CH_3)-CH(Br)-CH_2-CH_3$ है।
$C-2$ से $H$ हटने पर $CH_3-C(CH_3)=CH-CH_2-CH_3$ ($2-$मिथाइलपेंट$-2-$ईन) प्राप्त होता है।
$C-4$ से $H$ हटने पर $CH_3-CH(CH_3)-CH=CH-CH_3$ ($4-$मिथाइलपेंट$-2-$ईन) प्राप्त होता है।
$2-$मिथाइलपेंट$-2-$ईन,$4-$मिथाइलपेंट$-2-$ईन की तुलना में अधिक प्रतिस्थापित (ट्राई-सब्स्टीट्यूटेड) है,इसलिए यह मुख्य उत्पाद है।

(B) $S_N1$ (Substitution Nucleophilic Unimolecular) अभिक्रिया क्रियाविधि के बारे में गलत कथन है: $(B)$ यह एक एकल-चरणीय क्रियाविधि है।
$S_N1$ अभिक्रिया क्रियाविधि एक द्वि-चरणीय प्रक्रिया है। पहले चरण में,लिविंग ग्रुप बाहर निकलता है और एक कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती बनाता है। दूसरे चरण में,न्यूक्लियोफाइल कार्बोनियम आयन पर हमला करता है,जिससे प्रतिस्थापन उत्पाद का निर्माण होता है।

(B) $S_{N}1$ अभिक्रिया की दर लिविंग ग्रुप के निकलने के बाद बनने वाले कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) मध्यवर्ती के स्थायित्व पर निर्भर करती है।
अधिक स्थिर कार्बोकेशन $S_{N}1$ अभिक्रिया को तेज करते हैं।
कार्बोकेशन के स्थायित्व का क्रम है: $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ}$।
विकल्प $B$ में,यौगिक $3$-क्लोरो-$3$-मिथाइलहेक्सेन है। क्लोराइड आयन के निकलने पर,यह एक तृतीयक $(3^{\circ})$ कार्बोकेशन बनाता है,जो दिए गए विकल्पों में सबसे अधिक स्थिर है।
इसलिए,यह $S_{N}1$ क्रियाविधि सबसे तेजी से प्रदर्शित करता है।

(D) $SN^2$ क्रियाविधि एक ही चरण में होने वाली प्रक्रिया है।
यह प्राथमिक एल्काइल हैलाइड में कम त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण अनुकूल होती है।
तृतीयक एल्काइल हैलाइड में त्रिविम बाधा बहुत अधिक होती है,जो न्यूक्लियोफाइल को कार्बन परमाणु पर आक्रमण करने से रोकती है।
इसलिए,यह कथन कि $SN^2$ क्रियाविधि तृतीयक एल्काइल हैलाइड में देखी जाती है,गलत है।

(C) हेलोऐल्केन का क्वथनांक आणविक द्रव्यमान और सतह क्षेत्र में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
दिए गए यौगिकों की तुलना करने पर:
$A$: $CH_3-CH_2-CH_2-Cl$ $(M.W. \approx 78.5 \ g/mol)$
$B$: $CH_3-CH_2-Cl$ $(M.W. \approx 64.5 \ g/mol)$
$C$: $CH_3-CH(Cl)-CH_2-CH_3$ $(M.W. \approx 92.5 \ g/mol)$
$D$: $CH_3-Cl$ $(M.W. \approx 50.5 \ g/mol)$
चूंकि $CH_3-CH(Cl)-CH_2-CH_3$ का आणविक द्रव्यमान सबसे अधिक है,इसलिए इसका क्वथनांक सबसे अधिक है।

(A) एल्किल हैलाइड $(R-X)$ की सिल्वर नाइट्राइट $(AgNO_2)$ के साथ अभिक्रिया मुख्य उत्पाद के रूप में नाइट्रो एल्केन $(R-NO_2)$ देती है।
$AgNO_2$ एक सहसंयोजक यौगिक है,और नाइट्रोजन परमाणु न्यूक्लियोफिलिक साइट है,जो $C-N$ बंध के निर्माण की ओर ले जाता है।
इसके विपरीत,पोटेशियम नाइट्राइट $(KNO_2)$ एक आयनिक यौगिक है,जो नाइट्राइट आयन $(NO_2^-)$ प्रदान करता है जहाँ ऑक्सीजन न्यूक्लियोफिलिक साइट है,जिसके परिणामस्वरूप एल्किल नाइट्राइट $(R-ONO)$ का निर्माण होता है।

(D) इस अभिक्रिया को $Wurtz$ अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इसमें धात्विक $Na$ और शुष्क ईथर की उपस्थिति में एल्किल हैलाइड के दो अणुओं का युग्मन होता है।
सामान्य अभिक्रिया: $2R-X + 2Na \xrightarrow{\text{dry ether}} R-R + 2NaX$.
जैसा कि दिखाया गया है,प्राप्त एल्केन $(R-R)$ में मूल एल्किल हैलाइड $(R-X)$ की तुलना में दोगुने कार्बन परमाणु होते हैं।

(D) $SN^2$ अभिक्रिया की दर दो मुख्य कारकों पर निर्भर करती है:
$1$. त्रिविम बाधा (Steric hindrance): $SN^2$ अभिक्रिया की दर इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन के चारों ओर त्रिविम बाधा के व्युत्क्रमानुपाती होती है। अभिक्रियाशीलता का क्रम $CH_3-X > 1^{\circ} > 2^{\circ} > 3^{\circ}$ एल्किल हैलाइड है।
$2$. लीविंग ग्रुप की क्षमता: यदि एल्किल समूह समान है,तो $SN^2$ अभिक्रिया की दर लीविंग ग्रुप की क्षमता के सीधे समानुपाती होती है। लीविंग ग्रुप की क्षमता का क्रम $I^- > Br^- > Cl^- > F^-$ है।
दिए गए विकल्पों की तुलना करने पर:
- विकल्प $A$,$B$,और $D$ प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्किल हैलाइड हैं।
- विकल्प $C$ द्वितीयक $(2^{\circ})$ एल्किल हैलाइड है,जो अधिक त्रिविम बाधा के कारण प्राथमिक हैलाइड की तुलना में धीमी गति से अभिक्रिया करता है।
- प्राथमिक हैलाइड्स ($A$,$B$,और $D$) में,लीविंग ग्रुप की क्षमता दर निर्धारित करती है। चूंकि $Cl^-$,$Br^-$,और $I^-$ में $I^-$ सबसे अच्छा लीविंग ग्रुप है,इसलिए $CH_3CH_2CH_2CH_2I$ सबसे तेजी से $SN^2$ अभिक्रिया देता है।

(C) $SN^2$ अभिक्रिया की दर त्रिविम बाधा (steric hindrance) और लिविंग ग्रुप की प्रकृति पर निर्भर करती है।
$1$. त्रिविम बाधा: $SN^2$ अभिक्रियाएं प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्किल हैलाइड के लिए द्वितीयक $(2^{\circ})$ या तृतीयक $(3^{\circ})$ एल्किल हैलाइड की तुलना में सबसे तेज होती हैं।
$2$. लिविंग ग्रुप: समान एल्किल समूह के लिए,$SN^2$ अभिक्रिया की दर एक बेहतर लिविंग ग्रुप के साथ तेज होती है। ब्रोमाइड $(Br^-)$ क्लोराइड $(Cl^-)$ की तुलना में एक बेहतर लिविंग ग्रुप है।
विकल्पों की तुलना करने पर:
- विकल्प $A$ और $B$ द्वितीयक $(2^{\circ})$ एल्किल हैलाइड हैं।
- विकल्प $C$ और $D$ प्राथमिक $(1^{\circ})$ एल्किल हैलाइड हैं।
चूंकि प्राथमिक एल्किल हैलाइड में त्रिविम बाधा कम होती है,इसलिए वे द्वितीयक की तुलना में तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं।
$C$ और $D$ के बीच,$C$ में ब्रोमाइड लिविंग ग्रुप है,जो $D$ में मौजूद क्लोराइड से बेहतर है।
इसलिए,$1$-ब्रोमो$-3-$मिथाइलपेंटेन $SN^2$ अभिक्रिया सबसे तेजी से करता है।

(A) $S_{N}1$ अभिक्रिया एक एक-आणविक न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है जिसमें दर-निर्धारक चरण कार्बोकेशन मध्यवर्ती का निर्माण होता है।
चूंकि न्यूक्लियोफाइल केवल कार्बोकेशन के निर्माण के बाद हमला करता है,इसलिए $S_{N}1$ अभिक्रिया की दर न्यूक्लियोफाइल की सांद्रता और शक्ति से स्वतंत्र होती है।
एक अधिक शक्तिशाली न्यूक्लियोफाइल वास्तव में $S_{N}2$ तंत्र का पक्ष लेता है,जहां न्यूक्लियोफाइल लिविंग ग्रुप के निकलने के साथ ही सबस्ट्रेट पर हमला करता है।
इसलिए,यह कथन कि एक अधिक शक्तिशाली न्यूक्लियोफाइल $S_{N}1$ का पक्ष लेता है,गलत है।

(B) एल्किल हैलाइड की $AgF$ जैसे धात्विक फ्लोराइड के साथ अभिक्रिया को स्वार्ट्स अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया में,हैलोजन परमाणु (इस मामले में $Br$) को फ्लोरीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
$tert$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड $(CH_3)_3C-Br$ है।
जब यह $AgF$ के साथ अभिक्रिया करता है,तो $Br$ परमाणु $F$ द्वारा प्रतिस्थापित होकर $2$-फ्लोरो-$2$-मिथाइलप्रोपेन $(CH_3)_3C-F$ बनाता है।

(B) हेलोऐल्केन की $AgNO_2$ (सिल्वर नाइट्राइट) के साथ अभिक्रिया मुख्य उत्पाद के रूप में नाइट्रोऐल्केन देती है क्योंकि $AgNO_2$ एक सहसंयोजक यौगिक है,और नाइट्रोजन परमाणु न्यूक्लियोफिलिक केंद्र के रूप में कार्य करता है।
इसके विपरीत,$NaNO_2$ या $KNO_2$ जैसे आयनिक नाइट्राइट मुख्य रूप से ऐल्किल नाइट्राइट $(R-ONO)$ देते हैं क्योंकि इन आयनिक प्रजातियों में ऑक्सीजन परमाणु अधिक न्यूक्लियोफिलिक होता है।
इसलिए,क्लोरोएथेन $(CH_3CH_2Cl)$ का नाइट्रोएथेन $(CH_3CH_2NO_2)$ में रूपांतरण के लिए,अभिकर्मक $A$ सिल्वर नाइट्राइट $(AgNO_2)$ है।

(B) $2-$क्लोरोब्यूटेन की अल्कोहलिक $KOH$ के साथ अभिक्रिया एक विहाइड्रोहैलोजनीकरण अभिक्रिया (एक विलोपन अभिक्रिया,विशेष रूप से $E2$) है।
$\text{सेत्ज़ेफ}$ नियम के अनुसार,मुख्य उत्पाद अधिक प्रतिस्थापित एल्कीन होता है।
$CH_3-CH_2-CHCl-CH_3 \xrightarrow{Alc. KOH} CH_3-CH=CH-CH_3$ ($But-2-ene$,मुख्य उत्पाद) $+ CH_3-CH_2-CH=CH_2$ ($But-1-ene$,गौण उत्पाद)।
अतः,$But-2-ene$ मुख्य उत्पाद है।

(A) $S_N1$ तंत्र एक समतलीय कार्बोकेशन मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से आगे बढ़ता है।
चूंकि कार्बोकेशन समतलीय होता है,इसलिए न्यूक्लियोफाइल सामने या पीछे दोनों तरफ से आक्रमण कर सकता है।
इसके परिणामस्वरूप विन्यास का प्रतिपन्न (inversion) और धारण (retention) दोनों होते हैं,जिससे यदि सबस्ट्रेट कायरल है तो रेसमिक मिश्रण प्राप्त होता है।
पीछे से आक्रमण (backside attack) $S_N2$ तंत्र की विशेषता है,$S_N1$ की नहीं।
अतः,विकल्प $A$ $S_N1$ तंत्र की विशेषता नहीं है।

(C) जब $t$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड को अल्कोहलिक अमोनिया के साथ उपचारित किया जाता है,तो यह नाभिकरागी प्रतिस्थापन के बजाय विलोपन (elimination) अभिक्रिया से गुजरता है,क्योंकि $t$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड एक तृतीयक एल्काइल हैलाइड है और अमोनिया एक क्षार के रूप में कार्य करता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$(CH_3)_3C-Br + NH_3 \rightarrow CH_3-C(CH_3)=CH_2 + NH_4Br$
प्राप्त उत्पाद आइसोब्यूटिलीन ($2$-मिथाइलप्रोपीन) है।

(C) $S_{N}1$ अभिक्रिया की दर बनने वाले कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती के स्थायित्व पर निर्भर करती है।
$(CH_{3})_{2}CHBr$ (आइसोप्रोपिल ब्रोमाइड) के लिए,$2^{\circ}$ कार्बोनियम आयन बनता है।
$S_{N}1$ अभिक्रियाओं के लिए सापेक्ष दरें सामान्यतः इस प्रकार हैं: $CH_{3}Br (1) < CH_{3}CH_{2}Br (1) < (CH_{3})_{2}CHBr (0.02) < (CH_{3})_{3}CBr (10^{6})$।
अतः,$(CH_{3})_{2}CHBr$ के लिए सापेक्ष दर $0.02$ है।

(A) चरण $1$: अल्कोहलिक $KOH$ के साथ $1$-आयोडोप्रोपेन का विहाइड्रोहैलोजनीकरण प्रोपीन $(X)$ देता है:
$CH_{3}CH_{2}CH_{2}I + KOH(alc.) \xrightarrow{\Delta} CH_{3}CH=CH_{2} (X) + KI + H_{2}O$
चरण $2$: पेरोक्साइड की उपस्थिति में प्रोपीन में $HBr$ का एंटी-मार्कोवनिकोव योग $1$-ब्रोमोप्रोपेन $(Y)$ देता है:
$CH_{3}CH=CH_{2} + HBr \xrightarrow{\text{peroxide}} CH_{3}CH_{2}CH_{2}Br (Y)$
चरण $3$: $KCN$ के साथ $1$-ब्रोमोप्रोपेन का नाभिकरागी प्रतिस्थापन ब्यूटेन नाइट्राइल $(Z)$ देता है:
$CH_{3}CH_{2}CH_{2}Br + KCN \xrightarrow{\text{alcohol}, \Delta} CH_{3}CH_{2}CH_{2}CN (Z) + KBr$
अतः,$Z$,$CH_{3}CH_{2}CH_{2}CN$ है।

(B) अभिक्रिया $CH_{3}CH_{2}Br + 2[H] \xrightarrow[\text{Alcohol}]{Zn-Cu(X)} CH_{3}CH_{3} + HBr$ एक एल्काइल हैलाइड का एल्केन में अपचयन (reduction) दर्शाती है।
इस अभिक्रिया में,$Zn-Cu$ कपल अल्कोहल की उपस्थिति में अपचायक के रूप में कार्य करता है।
एथिल ब्रोमाइड $(CH_{3}CH_{2}Br)$ का $Zn-Cu$ कपल द्वारा एथेन $(CH_{3}CH_{3})$ में अपचयन होता है,जहाँ अल्कोहल अभिक्रिया के लिए आवश्यक प्रोटॉन प्रदान करता है।

(A) $(A)$
जैसे-जैसे हैलोजन परमाणु का आकार $F$ से $I$ तक बढ़ता है, $C-X$ आबंध लंबाई बढ़ती है।
चूंकि आबंध सामर्थ्य, आबंध लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती होता है, इसलिए हैलोजन का आकार बढ़ने पर आबंध सामर्थ्य घटता है।
अतः, $C-X$ आबंध सामर्थ्य का सही क्रम $CH_{3}F > CH_{3}Cl > CH_{3}Br > CH_{3}I$ है।

(D)
$SN^{1}$ अभिक्रियाओं के प्रति एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता निर्मित कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती के स्थायित्व पर निर्भर करती है।
कार्बोनियम आयन के स्थायित्व का क्रम है: $3^{\circ} > 2^{\circ} > 1^{\circ} > \text{methyl}$.
अतः,$SN^{1}$ अभिक्रियाशीलता का क्रम है: $(CH_{3})_{3}CBr > CH_{3}CH(Br)CH_{3} > CH_{3}CH_{2}Br > CH_{3}Br$.
इस प्रकार,$CH_{3}Br$ (मिथाइल ब्रोमाइड) सबसे कम अभिक्रियाशील है।

(C) समावयवी (isomeric) हैलोऐल्केन के लिए,शाखाओं (branching) में वृद्धि के साथ क्वथनांक कम हो जाता है।
$n$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड एक सीधी श्रृंखला वाला अणु है जिसका पृष्ठीय क्षेत्रफल सबसे अधिक होता है,जिससे इसमें वैन डर वाल्स बल सबसे मजबूत होते हैं।
जैसे-जैसे शाखाएं बढ़ती हैं,पृष्ठीय क्षेत्रफल कम हो जाता है,जिसके परिणामस्वरूप अंतर-आणविक बल कमजोर हो जाते हैं और क्वथनांक कम हो जाता है।
इसलिए,क्वथनांक का क्रम है: $n$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड > isobutyl ब्रोमाइड > sec-ब्यूटाइल ब्रोमाइड > tert-ब्यूटाइल ब्रोमाइड।

(A) अमोनिया जैसे न्यूक्लियोफाइल के प्रति एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता $C-X$ बंध की मजबूती पर निर्भर करती है।
जैसे-जैसे हैलोजन परमाणु का आकार बढ़ता है,बंध की लंबाई बढ़ती है और बंध वियोजन ऊर्जा कम हो जाती है।
$C-X$ बंध की मजबूती का घटता क्रम $C-Cl > C-Br > C-I$ है।
इसलिए,बंध को तोड़ने की सुगमता का क्रम $C-I > C-Br > C-Cl$ है।
अतः,अमोनिया के साथ एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता का सही घटता क्रम $R-I > R-Br > R-Cl$ है।

(A) एल्किल हैलाइड्स का क्वथनांक वैन डर वाल्स बलों के परिमाण पर निर्भर करता है।
जैसे-जैसे हैलोजन परमाणु का आकार और द्रव्यमान $F$ से $I$ तक बढ़ता है,ध्रुवीयता और वैन डर वाल्स बलों का परिमाण बढ़ता है।
इसलिए,क्वथनांक का सही क्रम: $RF < RCl < RBr < RI$ या $RI > RBr > RCl > RF$ है।

(B) एल्किल क्लोराइड में हैलोजन को आयोडाइड द्वारा प्रतिस्थापित करने के लिए $Finkelstein$ अभिक्रिया उपयोगी है।
इस अभिक्रिया का उपयोग शुष्क एसीटोन में $NaI$ के साथ एल्किल क्लोराइड या एल्किल ब्रोमाइड की अभिक्रिया द्वारा एल्किल आयोडाइड तैयार करने में किया जाता है।
$CH_3-CH_2-Cl + NaI \xrightarrow{\text{dry acetone}} CH_3-CH_2-I + NaCl$

(B) शुष्क एसीटोन की उपस्थिति में सोडियम आयोडाइड $(NaI)$ के साथ एल्किल हैलाइड्स (जैसे एथिल ब्रोमाइड) की अभिक्रिया द्वारा एल्किल आयोडाइड्स (जैसे एथिल आयोडाइड) बनाने की प्रक्रिया को फिंकेलस्टीन अभिक्रिया कहा जाता है।
अभिक्रिया: $C_2H_5Br + NaI \xrightarrow{\text{dry acetone}} C_2H_5I + NaBr$.

(C) इथेनॉलिक $KOH$ एक प्रबल क्षार के रूप में कार्य करता है और हैलोऐल्केन से हाइड्रोजन परमाणु और हैलोजन परमाणु के निष्कासन को बढ़ावा देता है।
इस प्रक्रिया को डीहाइड्रोहैलोजनीकरण कहा जाता है,जिसके परिणामस्वरूप ऐल्कीन का निर्माण होता है।

(D) क्लोरोफॉर्म $(CHCl_{3})$ का जिंक डस्ट और पानी $(Zn / H_{2}O)$ के साथ अपचयन करने पर मीथेन $(CH_{4})$ प्राप्त होता है।
रासायनिक अभिक्रिया: $CHCl_{3} + 6[H] \xrightarrow{Zn / H_{2}O} CH_{4} + 3HCl$.
अतः,सही उत्तर मीथेन है।

(C) एल्किल क्लोराइड या एल्किल ब्रोमाइड का एल्किल आयोडाइड में रूपांतरण $Finkelstein$ अभिक्रिया कहलाता है।
इस अभिक्रिया में,एल्किल हैलाइड को शुष्क एसीटोन की उपस्थिति में सोडियम आयोडाइड $(NaI)$ के साथ उपचारित किया जाता है।
अभिक्रिया है: $R-X + NaI \xrightarrow{\text{dry acetone}} R-I + NaX$ (जहाँ $X = Cl, Br$)।

(B) फिंकेलस्टीन अभिक्रिया हैलोजन विनिमय अभिक्रिया का एक प्रकार है जिसमें एसीटोन की उपस्थिति में सोडियम आयोडाइड $(NaI)$ का उपयोग करके अल्काइल क्लोराइड या ब्रोमाइड को अल्काइल आयोडाइड में परिवर्तित किया जाता है।
अभिक्रिया है: $C_2H_5Cl + NaI \xrightarrow{\text{acetone}} C_2H_5I + NaCl$।
विकल्प $B$ इस अभिक्रिया को दर्शाता है।