Properties of Haloalkanes Questions in Hindi

(D) यह अभिक्रिया $1$-क्लोरो-$2$-मिथाइलसाइक्लोहेक्सेन का क्षार $(C_2H_5O^-)$ और ऊष्मा की उपस्थिति में विलोपन (dehydrohalogenation) है।
यह अभिक्रिया $E2$ क्रियाविधि द्वारा होती है।
पड़ोसी कार्बन से हाइड्रोजन परमाणु को हटाकर बनने वाले संभावित एल्कीन हैं:
$1$. यदि हाइड्रोजन को $C_3$ स्थिति से हटाया जाता है,तो हमें $3$-मिथाइलसाइक्लोहेक्सीन प्राप्त होता है।
$2$. यदि हाइड्रोजन को $C_1$ स्थिति से हटाया जाता है,तो हमें $1$-मिथाइलसाइक्लोहेक्सीन प्राप्त होता है।
$3$. मिथाइलीनसाइक्लोहेक्सेन इस अभिक्रिया का उत्पाद नहीं है क्योंकि यह संरचनात्मक रूप से संभव नहीं है।

(A) दी गई अभिक्रिया एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया $(S_N2)$ है।
अभिकारक $4$-ब्रोमोबेंजिल क्लोराइड में दो हैलोजन परमाणु हैं: बेंजीन वलय से जुड़ा $Br$ और पार्श्व श्रृंखला $(CH_2Cl)$ से जुड़ा $Cl$।
$NaCN$ एक नाभिकरागी $(CN^-)$ के रूप में कार्य करता है। $CH_2Cl$ समूह में $Cl$ परमाणु एक एल्किल हैलाइड (विशेष रूप से प्राथमिक बेंजिलिक हैलाइड) का हिस्सा है,जो नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति अत्यधिक सक्रिय होता है।
इसके विपरीत,$Br$ परमाणु सीधे बेंजीन वलय से जुड़ा होता है (एरिल हैलाइड),जो $C-X$ बंध के आंशिक द्वि-बंध गुण के कारण इन परिस्थितियों में नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति निष्क्रिय होता है।
इसलिए,$CN^-$ नाभिकरागी चयनात्मक रूप से $CH_2Cl$ समूह में $Cl$ परमाणु को प्रतिस्थापित करके $4$-ब्रोमोफेनिलएसीटोनाइट्राइल $(Br-C_6H_4-CH_2CN)$ बनाता है।

(B) $S_N1$ अभिक्रिया की दर लिविंग ग्रुप के निकलने के बाद बनने वाले कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$I$ और $II$ $p$-मेथॉक्सीबेन्जिल हैलाइड हैं। पैरा स्थिति पर $-OCH_3$ समूह मजबूत $+M$ (मेसोमेरिक) प्रभाव प्रदान करता है,जो बेन्जिलिक कार्बोनियम आयन को काफी स्थिर करता है।
$I$ ($p$-मेथॉक्सीबेन्जिल ब्रोमाइड) और $II$ ($p$-मेथॉक्सीबेन्जिल क्लोराइड) की तुलना करने पर,ब्रोमाइड आयन $(Br^-)$ क्लोराइड आयन $(Cl^-)$ की तुलना में एक बेहतर लिविंग ग्रुप है,इसलिए $I$,$II$ की तुलना में तेजी से अभिक्रिया करता है।
$IV$ बेन्जिल क्लोराइड है,जो एक स्थिर बेन्जिलिक कार्बोनियम आयन बनाता है लेकिन इसमें $-OCH_3$ समूह की अतिरिक्त $+M$ स्थिरता का अभाव है,इसलिए यह $I$ और $II$ से कम अभिक्रियाशील है।
$III$ $p$-क्लोरोएनिसोल है,जहाँ $Cl$ परमाणु सीधे बेन्जीन रिंग से जुड़ा होता है। इस स्थिति पर $S_N1$ अभिक्रिया एक अस्थिर एरील धनायन बनाएगी,जिससे यह सबसे कम अभिक्रियाशील हो जाता है।
अतः,सही क्रम $I > II > IV > III$ है।

(A) सबस्ट्रेट $1$-ब्रोमो-$1,2$-डाइमिथाइलसाइक्लोहेक्सेन है। जब पोटेशियम $tert$-ब्यूटोक्साइड $(t-BuOK)$ जैसे भारी बेस के साथ उपचार किया जाता है,तो $E_2$ विलोपन अभिक्रिया होती है।
$t-BuOK$ एक त्रिविम रूप से बाधित बेस है,जो कम त्रिविम बाधा वाली स्थिति से प्रोटॉन को हटाना पसंद करता है (हॉफमैन उत्पाद)।
इस अणु में,विलोपन के लिए दो प्रकार के $\beta$-हाइड्रोजन उपलब्ध हैं:
$1$. रिंग के $CH_2$ समूह पर प्रोटॉन (जो अधिक प्रतिस्थापित,ज़ेटसेव उत्पाद,$1,2$-डाइमिथाइलसाइक्लोहेक्स-$1$-ईन की ओर ले जाता है)।
$2$. $C_1$ स्थिति से जुड़े एक्सोसाइक्लिक $CH_3$ समूह या $C_1$ के बगल वाले $CH_2$ समूह पर प्रोटॉन (जो कम प्रतिस्थापित,हॉफमैन उत्पाद,$1$-मिथाइल-$2$-मिथाइलीनसाइक्लोहेक्सेन की ओर ले जाता है)।
$t-BuOK$ बेस के त्रिविम आकार के कारण,यह कम प्रतिस्थापित एल्कीन बनाने के लिए $C_1$ स्थिति के बगल वाले $CH_2$ समूह से अधिक सुलभ प्रोटॉन को चयनात्मक रूप से हटाता है,जो $1$-मिथाइल-$2$-मिथाइलीनसाइक्लोहेक्सेन है।

(C) $SN^1$ अभिक्रिया क्रियाविधि कार्बोकेशन मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से होती है। $SN^1$ अभिक्रिया की दर बनने वाले कार्बोकेशन की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$A$. $CH_3-Br$ प्राथमिक मिथाइल कार्बोकेशन बनाता है,जो अत्यधिक अस्थिर है और $SN^1$ अभिक्रिया नहीं देता है।
$B$. $Ph-Br$ (ब्रोमोबेंजीन) $SN^1$ अभिक्रिया नहीं देता है क्योंकि अनुनाद के कारण $C-Br$ बंध में आंशिक द्वि-बंध गुण होता है और फेनिल धनायन अत्यधिक अस्थिर होता है।
$C$. $CH_2=CH-CH_2-Br$ एलिल कार्बोकेशन $(CH_2=CH-CH_2^+)$ बनाता है,जो अनुनाद द्वारा स्थिर होता है। यह अभिक्रिया $H_2O$ जैसे ध्रुवीय प्रोटिक विलायक की उपस्थिति में $SN^1$ के माध्यम से हो सकती है।
$D$. $1-$ब्रोमोबाइसाइक्लो[$2.2$.$1$]हेप्टेन $SN^1$ अभिक्रिया नहीं दे सकता क्योंकि ब्रिजहेड कार्बन कार्बोकेशन मध्यवर्ती के लिए आवश्यक समतलीय ज्यामिति प्राप्त नहीं कर सकता है (ब्रेड्ट का नियम)।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(B) पेरोक्साइड की उपस्थिति में $1\text{-methylcyclopentene}$ की $\text{HBr}$ के साथ अभिक्रिया एंटी-मार्कोवनिकोव योग (खराश प्रभाव या पेरोक्साइड प्रभाव) का पालन करती है।
इस तंत्र में,ब्रोमीन परमाणु $(\text{Br}^\bullet)$ द्वि-आबंध के उस कार्बन परमाणु से जुड़ता है जिसके पास अधिक हाइड्रोजन परमाणु होते हैं,जबकि हाइड्रोजन परमाणु दूसरे कार्बन से जुड़ता है।
$1\text{-methylcyclopentene}$ के लिए,द्वि-आबंध $C_1$ (मिथाइल समूह के साथ प्रतिस्थापित) और $C_2$ (जिसके पास एक हाइड्रोजन परमाणु है) के बीच होता है।
एंटी-मार्कोवनिकोव नियम के अनुसार,$\text{Br}$ परमाणु $C_2$ स्थिति पर जुड़ेगा,जिसके परिणामस्वरूप मुख्य उत्पाद के रूप में $2\text{-bromo-1-methylcyclopentane}$ प्राप्त होगा।

(D) सही उत्तर $(d)$ है।
ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक वे विलायक होते हैं जिनमें हाइड्रोजन परमाणु किसी विद्युत ऋणात्मक परमाणु से नहीं जुड़ा होता है।
$DMSO$ (डाइमिथाइल सल्फोक्साइड) एक प्रसिद्ध ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक है।
Crown ethers को भी ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक माना जाता है क्योंकि वे अम्लीय प्रोटॉन के बिना धनायनों को प्रभावी ढंग से विलेय कर सकते हैं।
$DMG$ (डाइमिथाइलग्लाइऑक्सिम) का उपयोग भी कुछ विशिष्ट परिस्थितियों में ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक के रूप में किया जाता है।
अतः,दिए गए सभी विकल्प ध्रुवीय एप्रोटिक विलायकों के उदाहरण हैं।

(C) दिए गए यौगिकों के द्विध्रुव आघूर्ण इस प्रकार हैं:
$1$. $CCl_4$ एक सममित चतुष्फलकीय अणु है,इसलिए इसका शुद्ध द्विध्रुव आघूर्ण $0 \ D$ है।
$2$. $cis-CHCl=CHCl$ में एक ही तरफ ध्रुवीय $C-Cl$ बंधों के कारण महत्वपूर्ण द्विध्रुव आघूर्ण होता है,जो लगभग $1.90 \ D$ है।
$3$. $CH_2Cl_2$ का द्विध्रुव आघूर्ण लगभग $1.60 \ D$ है।
$4$. $CHCl_3$ का द्विध्रुव आघूर्ण लगभग $1.03 \ D$ है।
इन मानों की तुलना करने पर,सही क्रम $cis-CHCl=CHCl > CH_2Cl_2 > CHCl_3 > CCl_4$ है।

(B) एक अणु कायरल होता है यदि उसमें कम से कम एक कायरल कार्बन परमाणु (चार अलग-अलग समूहों से जुड़ा कार्बन परमाणु) मौजूद हो।
$1,3-$डाइब्रोमो$-1-$क्लोरोप्रोपेन $(CH_2Br-CH_2-CH(Cl)Br)$ में,$1$ स्थिति पर स्थित कार्बन परमाणु एक हाइड्रोजन $(H)$,एक क्लोरीन $(Cl)$,एक ब्रोमीन $(Br)$ और एक $2-$ब्रोमोएथिल समूह $(-CH_2-CH_2-Br)$ से जुड़ा होता है।
चूंकि $C-1$ कार्बन से जुड़े चारों समूह अलग-अलग हैं,इसलिए यह एक कायरल केंद्र है।
अतः,$1,3-$डाइब्रोमो$-1-$क्लोरोप्रोपेन कायरल है।

(D) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(RMgX)$ सक्रिय हाइड्रोजन परमाणुओं (जैसे अल्कोहल,पानी,एमाइन) और इलेक्ट्रोफिलिक कार्बोनिल समूहों (जैसे कीटोन और एस्टर) वाले यौगिकों के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं।
$ (a) $ एसीटोन में एक कार्बोनिल समूह होता है और यह $PhMgBr$ के साथ अभिक्रिया करेगा।
$ (b) $ एथिल एसीटेट एक एस्टर है और यह $PhMgBr$ के साथ अभिक्रिया करेगा।
$ (c) $ एब्सोल्यूट अल्कोहल में एक अम्लीय हाइड्रॉक्सिल समूह होता है और यह $PhMgBr$ के साथ अभिक्रिया करेगा।
$ (d) $ बेंजीन एक अक्रिय हाइड्रोकार्बन है और इसमें कोई सक्रिय हाइड्रोजन या प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूह नहीं होता है,जो इसे अभिक्रिया के लिए एक उपयुक्त विलायक बनाता है।

(B) अभिकारक थैलोइल क्लोराइड $(C_6H_4(COCl)_2)$ है।
प्रत्येक एसिड क्लोराइड समूह $(-COCl)$ तृतीयक अल्कोहल बनाने के लिए ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(CH_3MgBr)$ के $2$ मोल के साथ अभिक्रिया करता है।
विशेष रूप से,$CH_3MgBr$ का पहला मोल कार्बोनिल कार्बन पर आक्रमण करके एक कीटोन मध्यवर्ती बनाता है,और दूसरा मोल अम्लीय वर्कअप $(H^+)$ के बाद कीटोन पर आक्रमण करके तृतीयक अल्कोहल बनाता है।
चूंकि अणु में दो $-COCl$ समूह हैं,इसलिए कुल $2 \times 2 = 4$ मोल $CH_3MgBr$ का उपभोग होता है।
अतः,सही विकल्प $B$ है।

(D) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(RMgX)$ अत्यधिक सक्रिय ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिक होते हैं। उन्हें एक ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक की आवश्यकता होती है जो लुईस बेस के रूप में कार्य कर सके और समन्वय (coordination) के माध्यम से मैग्नीशियम परमाणु को स्थिर कर सके।
$A$,$B$,और $C$ ईथर हैं,जो ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक हैं और मैग्नीशियम केंद्र के साथ समन्वय करके ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक को स्थिर कर सकते हैं।
$D$ (साइक्लोहेक्सेन) एक गैर-ध्रुवीय हाइड्रोकार्बन विलायक है। इसमें ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक में मैग्नीशियम परमाणु के साथ समन्वय करने और उसे स्थिर करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों के एकाकी युग्म (lone pairs) का अभाव होता है। इसलिए,यह ग्रिग्नार्ड अभिक्रिया के लिए उपयुक्त विलायक नहीं है।

(B) इस अभिक्रिया में गिलमैन अभिकर्मक,$(n-Bu)_2CuLi$ का उपयोग किया जाता है,जो एक ऑर्गेनोकॉपर अभिकर्मक है। गिलमैन अभिकर्मक प्राथमिक एल्काइल हैलाइड्स के साथ न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया करने के लिए जाने जाते हैं,जिसमें हैलोजन परमाणु को एक एल्काइल समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इस अभिक्रिया में,गिलमैन अभिकर्मक से $n-$ब्यूटिल समूह $3,5-$डाइमेथॉक्सीबेन्जिल ब्रोमाइड के बेन्जिलिक कार्बन परमाणु पर हमला करता है और ब्रोमाइड आयन को विस्थापित कर देता है। इसके परिणामस्वरूप $1-(3,5-$डाइमेथॉक्सीफेनिल$)$पेंटेन का निर्माण होता है।

(D) ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(RMgX)$ प्रबल क्षार होते हैं और अम्लीय हाइड्रोजन परमाणुओं (जैसे $-OH$,$-SH$,और $-NH_2$ समूह) वाले यौगिकों के साथ तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं।
विकल्प $(a)$,$(b)$,और $(c)$ में,अणुओं में ऑक्सीजन,सल्फर या नाइट्रोजन से जुड़े अम्लीय हाइड्रोजन परमाणु होते हैं,जो ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक का तुरंत प्रोटोनेशन कर देंगे।
विकल्प $(d)$ में,नाइट्रोजन परमाणु एक तृतीयक एमाइन समूह $(-N(CH_3)_2)$ का हिस्सा है,जिसमें कोई अम्लीय हाइड्रोजन नहीं होता है।
इसलिए,इस ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक को तैयार किया जा सकता है।

(A) $1$. $sec$-ब्यूटाइल ब्रोमाइड की $Et_2O$ में $Mg$ के साथ अभिक्रिया से ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $A$ बनता है,जो $sec$-ब्यूटाइलमैग्नीशियम ब्रोमाइड $(CH_3CH_2CH(CH_3)MgBr)$ है।
$2$. ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक एक प्रबल नाभिकरागी (nucleophile) के रूप में कार्य करता है और एपॉक्साइड वलय पर आक्रमण करता है।
$3$. क्षारीय माध्यम (ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक) में,नाभिकरागी आक्रमण एपॉक्साइड के कम त्रिविम बाधा (sterically hindered) वाले कार्बन परमाणु पर होता है।
$4$. $sec$-ब्यूटाइल समूह $1$-मिथाइल-$1,2$-एपॉक्सीसाइक्लोपेंटेन वलय के कम प्रतिस्थापित कार्बन पर आक्रमण करता है।
$5$. इसके बाद $H_3O^+$ के साथ अम्लीय उपचार से परिणामी एल्कोक्साइड का प्रोटोनीकरण होता है और अंतिम अल्कोहल उत्पाद $(B)$ प्राप्त होता है।
$6$. त्रिविम रसायन (stereochemistry) और क्षेत्र-चयनात्मकता (regioselectivity) के आधार पर,उत्पाद विकल्प $A$ में दर्शाया गया है।

(C) यह अभिक्रिया एक $S_N2$ अभिक्रिया है,जो उस कायरल कार्बन परमाणु पर विन्यास के प्रतिलोमन (inversion) के साथ होती है जहाँ लीविंग ग्रुप $(Br^-)$ जुड़ा होता है। न्यूक्लियोफाइल $(I^-)$ लीविंग ग्रुप के विपरीत दिशा से आक्रमण करता है। दिए गए अभिकारक में,$Br$ परमाणु कायरल कार्बन के बाईं ओर है। इसलिए,उत्पाद में,$I$ परमाणु उसी कायरल कार्बन के दाईं ओर होगा। विकल्पों की तुलना करने पर,सही संरचना $(C)$ में दिखाई देती है।

(C) $S_N2$ क्रियाविधि के लिए न्यूक्लियोफाइल द्वारा लिविंग ग्रुप से जुड़े कार्बन परमाणु पर पीछे से आक्रमण (backside attack) आवश्यक है।
$1$-ब्रोमोबाइसाइक्लो$[2.2.1]$हेप्टेन (विकल्प $C$) में,ब्रोमीन से जुड़ा कार्बन परमाणु ब्रिजहेड स्थिति पर है।
कठोर बाइसाइक्लिक संरचना के कारण,ब्रिजहेड कार्बन की पिछली दिशा त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण न्यूक्लियोफाइल के लिए दुर्गम है।
इसके अलावा,ब्रिजहेड स्थिति पर $S_N2$ के लिए आवश्यक समतलीय संक्रमण अवस्था (planar transition state) या $S_N1$ के लिए आवश्यक कार्बोकेशन का निर्माण ज्यामितीय रूप से प्रतिबंधित है (ब्रेट के नियम के अनुसार)।
इसलिए,ब्रिजहेड स्थिति पर $S_N2$ अभिक्रियाएं नगण्य होती हैं।

(A) यह अभिक्रिया अमोनिया $(NH_3)$ अणु द्वारा ब्रोमीन परमाणु के नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) को दर्शाती है।
दिए गए अणु में दो ब्रोमीन परमाणु हैं: एक बेंजाइलिक ब्रोमाइड $(-CH_2Br)$ और दूसरा एरील ब्रोमाइड (सीधे बेंजीन रिंग से जुड़ा हुआ)।
बेंजाइलिक ब्रोमाइड नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति अत्यधिक सक्रिय होता है क्योंकि परिणामी कार्बोनियम आयन अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है।
इसके विपरीत,एरील ब्रोमाइड बेंजीन रिंग के साथ अनुनाद के कारण $C-Br$ बंध के आंशिक द्वि-बंध चरित्र के कारण नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति बहुत निष्क्रिय होता है।
इसलिए,$NH_3$ अणु चयनात्मक रूप से बेंजाइलिक कार्बन पर हमला करेगा और $-Br$ समूह को $-NH_2$ समूह द्वारा प्रतिस्थापित करके $2$-ब्रोमोबेंज़िलएमाइन बनाएगा।

(B) यह अभिक्रिया ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक $(DMF)$ में न्यूक्लियोफाइल के रूप में $I^-$ का उपयोग करके न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन $(S_N2)$ तंत्र का पालन करती है।
$S_N2$ अभिक्रियाएं त्रिविम बाधा (steric hindrance) के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती हैं।
सब्सट्रेट $Cl-CH_2-C(CH_3)_2-CH_2-CH_2-Cl$ में,दो प्राथमिक क्लोराइड साइटें हैं।
श्रृंखला के अंत में स्थित साइट $(-CH_2-CH_2-Cl)$ भारी टर्ट-ब्यूटाइल समूह $(-CH_2-C(CH_3)_2-)$ के पास वाली साइट की तुलना में कम त्रिविम बाधा वाली है।
इसलिए,न्यूक्लियोफाइल $I^-$ प्राथमिकता के साथ कम बाधा वाले प्राथमिक कार्बन परमाणु पर हमला करता है,जिसके परिणामस्वरूप मुख्य उत्पाद के रूप में $Cl-CH_2-C(CH_3)_2-CH_2-CH_2-I$ प्राप्त होता है।

(B) $S_{N}2$ अभिक्रिया का अर्थ है द्वि-आण्विक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया।
एक द्वि-आण्विक अभिक्रिया में,अभिक्रिया की दर सबस्ट्रेट (इलेक्ट्रोफाइल) और न्यूक्लियोफाइल दोनों की सांद्रता पर निर्भर करती है।
इसलिए,दर नियम इस प्रकार है: $Rate = k$ [electrophile] [nucleophile]।

(A) यह अभिक्रिया फिंकेलस्टीन अभिक्रिया है,जो एसीटोन विलायक में $S_N2$ क्रियाविधि द्वारा होती है।
दिए गए सबस्ट्रेट में,$Br^{\ominus}$ एक $F^{\ominus}$ की तुलना में बेहतर लिविंग ग्रुप है।
इसलिए,$I^{\ominus}$ न्यूक्लियोफाइल $Br$ परमाणु से जुड़े कार्बन परमाणु पर आक्रमण करेगा और उसे विस्थापित करके संबंधित आयोडो-व्युत्पन्न बनाएगा।
$S_N2$ प्रक्रिया के दौरान कायरल केंद्र पर विन्यास का प्रतिलोमन (inversion) होता है।

(B) $S_{N^1}$ अभिक्रिया के प्रति एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता दर-निर्धारक चरण ($R$.$D$.$S$.) में बनने वाले कार्बधनायन मध्यवर्ती के स्थायित्व पर निर्भर करती है।
$(1)$ $CH_3CH_2CH_2Cl$ प्राथमिक $(1^{\circ})$ कार्बधनायन $(CH_3CH_2CH_2^+)$ बनाता है,जो सबसे कम स्थायी है।
$(2)$ $CH_2=CH-CHCl-CH_3$ एलिलिक कार्बधनायन $(CH_2=CH-CH^+-CH_3)$ बनाता है,जो अनुनाद (resonance) द्वारा स्थायी होता है और इसलिए सबसे अधिक स्थायी है।
$(3)$ $CH_3CH_2-CHCl-CH_3$ द्वितीयक $(2^{\circ})$ कार्बधनायन $(CH_3CH_2-CH^+-CH_3)$ बनाता है,जो अतिसंयुग्मन (hyperconjugation - अधिक $\alpha$-हाइड्रोजन) के कारण प्राथमिक कार्बधनायन से अधिक स्थायी है,लेकिन अनुनाद-स्थायी एलिलिक कार्बधनायन से कम स्थायी है।
अतः,कार्बधनायनों के स्थायित्व का क्रम: $(2) > (3) > (1)$ है।
इसलिए,$S_{N^1}$ अभिक्रियाशीलता का घटता क्रम $2 > 3 > 1$ है।

(A) $NaCN$ के साथ अभिक्रिया आमतौर पर $S_N2$ तंत्र के माध्यम से होती है,क्योंकि $CN^-$ एक प्रबल न्यूक्लियोफाइल है।
$S_N2$ अभिक्रिया की दर अभिक्रिया केंद्र पर त्रिविम बाधा (steric hindrance) के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
$S_N2$ के लिए अभिक्रियाशीलता का क्रम: प्राथमिक $(1^\circ)$ > द्वितीयक $(2^\circ)$ > तृतीयक $(3^\circ)$ है।
दिए गए यौगिकों की तुलना:
$(A)$ $CH_3CH_2CH_2CH_2Br$ एक प्राथमिक एल्काइल हैलाइड $(1^\circ)$ है।
$(B)$ $CH_3CH_2CH(CH_3)Br$ एक द्वितीयक एल्काइल हैलाइड $(2^\circ)$ है।
$(C)$ $(CH_3)_2CHCH_2Br$ एक प्राथमिक एल्काइल हैलाइड $(1^\circ)$ है,लेकिन इसमें $\beta$-कार्बन पर त्रिविम बाधा है।
$(D)$ $CH_3CH_2C(CH_3)_2Br$ एक तृतीयक एल्काइल हैलाइड $(3^\circ)$ है।
प्राथमिक हैलाइड्स में,$CH_3CH_2CH_2CH_2Br$ में अभिक्रिया केंद्र पर सबसे कम त्रिविम बाधा है,इसलिए यह सबसे तेजी से $S_N2$ प्रतिस्थापन अभिक्रिया करता है।

(C) सोलवोलिसिस की दर $S_N1$ तंत्र का पालन करती है,जो लिविंग ग्रुप $(Br^-)$ के निकलने के बाद बनने वाले कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) मध्यवर्ती की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$(1)$ $CH_2=C(CH_3)^+$ एक विनाइलिक कार्बोकेशन है,जो धनावेशित कार्बन के $sp$ संकरण के कारण अत्यधिक अस्थिर होता है।
$(2)$ $1-methylcyclohexyl$ धनायन एक तृतीयक $(3^{\circ})$ कार्बोकेशन है,जो हाइपरकंजुगेशन और इंडक्टिव प्रभाव के कारण अत्यधिक स्थिर होता है।
$(3)$ $CH_3-CH^+-CH_2-CH(CH_3)_2$ एक द्वितीयक $(2^{\circ})$ कार्बोकेशन है,जो तृतीयक कार्बोकेशन से कम स्थिर है लेकिन विनाइलिक कार्बोकेशन से अधिक स्थिर है।
इसलिए,कार्बोकेशन की स्थिरता का क्रम $(2) > (3) > (1)$ है।
अतः,सोलवोलिसिस की दर $(2) > (3) > (1)$ है।

(A) यह अभिक्रिया $4-$ब्रोमोबेंज़िल क्लोराइड में क्लोरीन परमाणु का सोडियम साइनाइड $(NaCN)$ से प्राप्त साइनाइड आयन $(CN^-)$ द्वारा नाभिकरागी प्रतिस्थापन है।
$4-$ब्रोमोबेंज़िल क्लोराइड में,$Cl$ परमाणु एक बेंजिलिक कार्बन से जुड़ा होता है,जो नाभिकरागी प्रतिस्थापन ($S_N2$ क्रियाविधि) के प्रति अत्यधिक सक्रिय होता है।
इसके विपरीत,$Br$ परमाणु सीधे बेंजीन रिंग से जुड़ा होता है,जो अनुनाद के कारण आंशिक द्वि-आबंध लक्षण प्रदर्शित करता है,जिससे यह एक दुर्बल लिविंग ग्रुप बन जाता है और इन परिस्थितियों में नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति प्रतिरोधी होता है।
इसलिए,$CN^-$ नाभिकरागी चयनात्मक रूप से $Cl$ परमाणु को प्रतिस्थापित करके $4-$ब्रोमोबेंज़िल साइनाइड बनाता है।

(D) सही उत्तर $D$ है। दिए गए सभी यौगिक आसानी से नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया ($S_N1$ या $S_N2$) नहीं देते हैं:
$1$. $1$-ब्रोमोबाइसाइक्लो$[2.2.1]$हेप्टेन: ब्रिजहेड कार्बन पर अत्यधिक त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण $S_N2$ संभव नहीं है। ब्रेड्ट के नियम के अनुसार ब्रिजहेड पर कार्बोनियम आयन नहीं बन सकता,इसलिए $S_N1$ भी संभव नहीं है।
$2$. $Ph-Br$ (ब्रोमोबेंजीन): ब्रोमीन पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) बेंजीन वलय के साथ अनुनाद (resonance) में होता है,जिससे $C-Br$ बंध में आंशिक द्वि-बंध लक्षण आ जाते हैं,जिससे प्रतिस्थापन कठिन हो जाता है।
$3$. $(CH_3)_3C-CH_2-Br$ (नियोपेंटाइल ब्रोमाइड): यह एक प्राथमिक एल्काइल हैलाइड है जिसमें $\beta$-कार्बन पर अत्यधिक त्रिविम बाधा होती है,जो $S_N2$ के लिए आवश्यक बैकसाइड अटैक को रोकती है। साथ ही,प्राथमिक कार्बोनियम आयन अस्थिर होता है,इसलिए $S_N1$ भी संभव नहीं है।

(D) $1-$ब्रोमोट्रिप्टिसीन में,ब्रोमीन परमाणु न्यूक्लियोफाइल के प्रति लगभग निष्क्रिय पाया जाता है।
इसका कारण यह है कि ट्रिप्टिसीन अणु की कठोर संरचना $S_N1$ अभिक्रिया के लिए आवश्यक समतलीय कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती के निर्माण को रोकती है।
इसके अलावा,$S_N2$ अभिक्रिया के लिए आवश्यक न्यूक्लियोफाइल द्वारा पीछे से आक्रमण,तीन बेंजीन वलयों द्वारा बाधित होता है,जिससे न्यूक्लियोफाइल के लिए ब्रोमीन से जुड़े कार्बन परमाणु तक पहुँचना असंभव हो जाता है।
इसलिए,सामान्य परिस्थितियों में यह रूपांतरण नहीं होता है।

(B) दी गई अभिक्रिया एक $S_N1$ सोलवोलिसिस अभिक्रिया है।
$1$. पहला चरण कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती बनाने के लिए एल्काइल ब्रोमाइड का धीमा आयनीकरण है।
$2$. दूसरा चरण ऑक्सोनियम आयन मध्यवर्ती बनाने के लिए $H_2O$ द्वारा तीव्र न्यूक्लियोफिलिक हमला है।
$3$. तीसरा चरण अंतिम अल्कोहल उत्पाद बनाने के लिए तीव्र डीप्रोटोनेशन है।
चूंकि इसमें तीन चरण हैं,इसलिए अभिक्रिया निर्देशांक आरेख में तीन संक्रमण अवस्थाएं और दो मध्यवर्ती होने चाहिए। आरेख $B$ इस $3$-चरणीय प्रक्रिया को सही ढंग से दर्शाता है।

(C) यह अभिक्रिया फेनिल रिंग द्वारा पड़ोसी समूह भागीदारी $(NGP)$ के माध्यम से आगे बढ़ती है। फेनिल रिंग के $\pi$-इलेक्ट्रॉन $OTs$ समूह वाले कार्बन पर हमला करते हैं,जिससे एक फेनोनियम आयन मध्यवर्ती बनता है। यह मध्यवर्ती एथिल श्रृंखला के दो कार्बनों के संदर्भ में सममित है,जिससे न्यूक्लियोफाइल $(RCOO^-)$ को दो समान कार्बनों में से किसी पर भी हमला करने की अनुमति मिलती है। परिणामस्वरूप,$OCOR$ समूह या तो $^{14}C$ लेबल वाले कार्बन या बिना लेबल वाले कार्बन से जुड़ सकता है,जिसके परिणामस्वरूप दोनों उत्पादों का मिश्रण प्राप्त होता है।

(A) चरण $1$: $NBS$ ($N$-Bromosuccinimide) एक अभिकर्मक है जिसका उपयोग एलिलिक या बेंजिलिक ब्रोमिनेशन के लिए किया जाता है। $o$-आयोडोटोल्यूइन की $NBS$ के साथ अभिक्रिया में,बेंजिलिक हाइड्रोजन को ब्रोमीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जिससे $o$-आयोडोबेंजिल ब्रोमाइड बनता है,जो उत्पाद $(A)$ है।
चरण $2$: उत्पाद $(A)$ ($o$-आयोडोबेंजिल ब्रोमाइड) की अभिक्रिया $CH_3SNa$ (सोडियम मेथेनथायोलेट) के साथ होती है। यह एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन अभिक्रिया ($S_N2$ क्रियाविधि) है,जिसमें $-SCH_3$ समूह बेंजिलिक स्थिति पर $-Br$ परमाणु को प्रतिस्थापित करके $o$-आयोडोबेंजिल मिथाइल सल्फाइड बनाता है,जो उत्पाद $(B)$ है।

(A) $S_N2$ अभिक्रिया की दर अभिक्रिया केंद्र के चारों ओर त्रिविम बाधा के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
जैसे-जैसे लिविंग ग्रुप से जुड़े कार्बन पर एल्किल समूहों की संख्या बढ़ती है (अर्थात मिथाइल से तृतीयक तक),त्रिविम बाधा बढ़ती है,जो $S_N2$ अभिक्रिया की दर को काफी कम कर देती है।
इसलिए,जैसे-जैसे हम $CH_3Br$ से $t-BuBr$ की ओर बढ़ते हैं,$\log(\text{rate})$ घटता जाता है।
सही ग्राफ वह है जो नीचे की ओर का रुझान दिखाता है।

(D) $S_N2$ अभिक्रियाओं के प्रति बेन्जिलिक हैलाइड्स की अभिक्रियाशीलता बेन्जीन वलय पर प्रतिस्थापियों के इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों से प्रभावित होती है।
पैरा स्थिति पर एक इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह (जैसे $-NO_2$) नाभिकरागी आक्रमण के दौरान कार्बन परमाणु पर विकसित होने वाले ऋणात्मक आवेश को फैलाकर $S_N2$ अभिक्रिया की संक्रमण अवस्था को स्थिर करता है।
इसके विपरीत,इलेक्ट्रॉन-दाता समूह (जैसे $-CH_3$) संक्रमण अवस्था को अस्थिर करते हैं।
इसलिए,दिए गए विकल्पों में से $p$-नाइट्रोबेन्जिल क्लोराइड $S_N2$ अभिक्रिया के प्रति सबसे अधिक अभिक्रियाशील है।

(B) $S_{N}1$ अभिक्रिया की दर लीविंग ग्रुप के निकलने के बाद बनने वाले कार्बोकेशन मध्यवर्ती की स्थिरता पर निर्भर करती है।
विकल्प $(c)$ में,पहला यौगिक ब्रोमोसाइक्लोहेक्सेन है,जो द्वितीयक कार्बोकेशन बनाता है।
दूसरा यौगिक $3-$ब्रोमोसाइक्लोहेक्सीन है,जो ब्रोमाइड आयन के निकलने पर एलाइलिक कार्बोकेशन बनाता है।
एलाइलिक कार्बोकेशन अनुनाद (resonance) द्वारा स्थिर होता है,जो इसे साधारण द्वितीयक कार्बोकेशन की तुलना में अधिक स्थिर बनाता है।
इसलिए,$3$-ब्रोमोसाइक्लोहेक्सीन,ब्रोमोसाइक्लोहेक्सेन की तुलना में तेजी से अभिक्रिया करता है।
विकल्प $(b)$ में,पहला यौगिक $CH_{3}C(Br)(CH_{3})CH_{2}CH_{3}$ (तृतीयक एल्काइल ब्रोमाइड) है,जो तृतीयक कार्बोकेशन बनाता है।
दूसरा यौगिक $CH_{3}CH(Br)CH(CH_{3})_{2}$ (द्वितीयक एल्काइल ब्रोमाइड) है,जो द्वितीयक कार्बोकेशन बनाता है।
चूंकि तृतीयक कार्बोकेशन द्वितीयक कार्बोकेशन से अधिक स्थिर होता है,इसलिए पहला यौगिक दूसरे की तुलना में तेजी से अभिक्रिया करता है।

(A) एलाइल अल्कोहल की अतिरिक्त $HBr$ के साथ अभिक्रिया दो चरणों में होती है:
$1.$ हाइड्रॉक्सिल समूह का ब्रोमीन द्वारा प्रतिस्थापन होकर एलाइल ब्रोमाइड बनता है:
$CH_2=CH-CH_2-OH + HBr \rightarrow CH_2=CH-CH_2-Br + H_2O$
$2.$ मार्कोवनिकोव के नियम का पालन करते हुए एलाइल ब्रोमाइड के द्वि-आबंध में $HBr$ जुड़ता है:
$CH_2=CH-CH_2-Br + HBr \rightarrow CH_3-CH(Br)-CH_2-Br$
अतः,मुख्य उत्पाद $1,2$-डाइब्रोमोप्रोपेन है।

(C) $S_{N}1$ अभिक्रियाओं में कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती का निर्माण होता है,जो पुनर्विन्यास (rearrangement) कर सकता है यदि अधिक स्थिर कार्बोनियम आयन बन सके। $S_{N}2$ अभिक्रियाएं एक ही चरण में होती हैं जिसमें विन्यास का प्रतिपन्न (inversion) होता है और कोई पुनर्विन्यास नहीं होता है। उत्पादों के समान होने के लिए (त्रिविम समावयवी को छोड़कर),सबस्ट्रेट को $S_{N}1$ प्रक्रिया के दौरान पुनर्विन्यास नहीं करना चाहिए। $4$-मिथाइलक्लोरोसाइक्लोहेक्सेन में,क्लोरीन एक द्वितीयक कार्बन से जुड़ा होता है। आयनीकरण पर,यह एक द्वितीयक कार्बोनियम आयन बनाता है जो अधिक स्थिर रूप में पुनर्विन्यासित नहीं होता है,जिससे $S_{N}2$ मार्ग के समान ही प्रतिस्थापन उत्पाद प्राप्त होता है।

(C) $S_N2$ अभिक्रियाओं के लिए,दर न्यूक्लियोफाइल की शक्ति और लीविंग ग्रुप की गुणवत्ता पर निर्भर करती है।
$(A)$ युग्म $A$ में,$I$ में $Br^-$ एक लीविंग ग्रुप है,जबकि $II$ में $CH_3COO^-$ एक लीविंग ग्रुप है। चूंकि $Br^-$,$CH_3COO^-$ की तुलना में एक बेहतर लीविंग ग्रुप है,इसलिए $I$ की $S_N2$ दर अधिक है।
$(B)$ युग्म $B$ में,$III$ में $SH^-$ (एक शक्तिशाली न्यूक्लियोफाइल) का उपयोग होता है जबकि $IV$ में $CH_3SH$ (एक तटस्थ,कमजोर न्यूक्लियोफाइल) का उपयोग होता है। अतः,$III$ की $S_N2$ दर अधिक है।
$(C)$ युग्म $C$ में,दोनों अभिक्रियाएं $DMSO$ (एक ध्रुवीय एप्रोटिक विलायक) में होती हैं। ध्रुवीय एप्रोटिक विलायकों में,जैसे-जैसे क्षारीयता (basicity) बढ़ती है,न्यूक्लियोफिलिसिटी बढ़ती है। चूंकि $Cl^-$,$I^-$ की तुलना में अधिक क्षारीय है,इसलिए $DMSO$ में $Cl^-$ एक बेहतर न्यूक्लियोफाइल है। अतः,$V$ की $S_N2$ दर अधिक है।
$(D)$ युग्म $D$ में,अभिक्रियाएं मेथनॉल (एक ध्रुवीय प्रोटिक विलायक) में होती हैं। ध्रुवीय प्रोटिक विलायकों में,सॉल्वेशन कम होने के कारण समूह में नीचे जाने पर न्यूक्लियोफिलिसिटी बढ़ती है। अतः,$I^-$,$Cl^-$ की तुलना में बेहतर न्यूक्लियोफाइल है। इसलिए,$VIII$ की $S_N2$ दर अधिक है।
निष्कर्ष: सही विकल्प $I, III, V, VIII$ हैं,जो विकल्प $C$ के अनुरूप है।

(C) समावयवी $A$ में,आयोडीन परमाणु अक्षीय (axial) स्थिति में है। $1,3-$डाईएक्सियल अंतःक्रियाओं के कारण,लीविंग ग्रुप $(I^-)$ अधिक त्रिविम बाधा (steric hindrance) महसूस करता है और प्रतिकर्षण का अनुभव करता है,जो इसके निष्कासन को सुगम बनाता है।
समावयवी $B$ में,आयोडीन परमाणु भूमध्यरेखीय (equatorial) स्थिति में है,जो कम त्रिविम बाधा वाला और अधिक स्थिर है,जिससे लीविंग ग्रुप का निष्कासन धीमा हो जाता है।
इसलिए,अक्षीय समावयवी $(A)$ लीविंग ग्रुप के निष्कासन पर त्रिविम तनाव कम होने के कारण तेजी से $S_N2$ प्रतिस्थापन अभिक्रिया करता है।

(C) अभिक्रिया-$1$ में,$-OTs$ समूह और $-NMe_2$ समूह सिस-विन्यास में हैं। $CH_3COO^-$ द्वारा नाभिकरागी आक्रमण $S_N2$ क्रियाविधि के माध्यम से होता है,जिसके परिणामस्वरूप $-OTs$ समूह वाले कार्बन परमाणु पर विन्यास का प्रतिलोमन होता है। चूंकि प्रारंभिक पदार्थ कायरल है,इसलिए उत्पाद एक एकल एनैन्टीओमर है।
अभिक्रिया-$2$ में,$-OTs$ समूह और $-NMe_2$ समूह ट्रांस-विन्यास में हैं। $-NMe_2$ समूह के नाइट्रोजन पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म नेबरिंग ग्रुप पार्टिसिपेशन $(NGP)$ में भाग लेता है,जिससे एक चक्रीय एज़िरिडिनियम आयन मध्यवर्ती बनता है। यह मध्यवर्ती एसीटेट नाभिकरागी द्वारा खुलता है। यह अभिक्रिया भी त्रिविम-विशिष्ट (stereospecific) होने के कारण,दोनों अभिक्रियाओं में एक ही उत्पाद प्राप्त होता है।

(A) ग्राफ एल्काइल हैलाइड के प्रतिस्थापन की डिग्री के साथ प्रतिक्रिया दर में परिवर्तन को दर्शाता है।
$1$. $S_{N^2}$ प्रतिक्रियाओं के लिए,जैसे-जैसे प्रतिक्रिया केंद्र के चारों ओर त्रिविम बाधा (steric hindrance) बढ़ती है,दर कम हो जाती है। अतः,दर का क्रम $CH_3-X > Me-CH_2-X > Me_2CH-X > Me_3C-X$ है। यह ग्राफ $B$ के अनुरूप है।
$2$. $S_{N^1}$ प्रतिक्रियाओं के लिए,जैसे-जैसे कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती की स्थिरता बढ़ती है,दर बढ़ती है। अतः,दर का क्रम $Me_3C-X > Me_2CH-X > Me-CH_2-X > CH_3-X$ है। यह ग्राफ $A$ के अनुरूप है।
इसलिए,$A \to S_{N^1}$ और $B \to S_{N^2}$।

(C) यह अभिक्रिया $NaN_3$ (एजाइड आयन,$N_3^-$) के साथ एक नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) है,जहाँ $N_3^-$ नाभिकरागी के रूप में कार्य करता है।
$Br^-$ एक बेहतर लीविंग ग्रुप (leaving group) है,इसलिए प्रतिस्थापन उस कार्बन परमाणु पर होता है जो ब्रोमीन से जुड़ा है।
चूंकि $NaN_3$ एक प्रबल नाभिकरागी है और अभिक्रिया $S_N2$ क्रियाविधि द्वारा होती है,इसलिए नाभिकरागी लीविंग ग्रुप की विपरीत दिशा से आक्रमण करता है,जिसके परिणामस्वरूप कायरल केंद्र पर विन्यास का प्रतिपन्न (inversion) होता है।
अतः,$-N_3$ समूह $-Br$ समूह को प्रतिस्थापित करता है और विन्यास का प्रतिपन्न होता है।

(A) अभिक्रिया $A$ एक $S_N2$ तंत्र का प्रतिनिधित्व करती है जिसमें एक उदासीन न्यूक्लियोफाइल और एक उदासीन सबस्ट्रेट शामिल है,जो एक आवेशित संक्रमण अवस्था (transition state) की ओर ले जाता है। विलायक की ध्रुवीयता बढ़ाने से आवेशित संक्रमण अवस्था अभिकारकों की तुलना में अधिक स्थिर हो जाती है,जिससे दर बढ़ जाती है।
अभिक्रिया $B$ एक $S_N1$ तंत्र का प्रतिनिधित्व करती है जहाँ दर-निर्धारक चरण में कार्बोनियम आयन $(R^{+})$ और ऋणायन $(L^{-})$ का निर्माण होता है। विलायक की ध्रुवीयता बढ़ाने से आयनिक संक्रमण अवस्था और परिणामी आयन स्थिर हो जाते हैं,जिससे अभिक्रिया $B$ की दर भी बढ़ जाती है।

(C) $S_{N}2$ अभिक्रियाओं के प्रति एल्किल हैलाइड की क्रियाशीलता त्रिविम बाधा (steric hindrance) और संक्रमण अवस्था की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$S_{N}2$ अभिक्रियाएं कम त्रिविम बाधा और इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों द्वारा अनुकूलित होती हैं जो संक्रमण अवस्था को स्थिर करते हैं।
$Me-O-CH_2-Cl$ में,ऑक्सीजन परमाणु के पास एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म होते हैं जो संक्रमण अवस्था को स्थिर कर सकते हैं,जिससे यह अत्यधिक क्रियाशील हो जाता है।
अतः,$Me-O-CH_2-Cl$ $S_{N}2$ अभिक्रिया के प्रति सबसे अधिक क्रियाशील है।

(D) $S_N2$ अभिक्रियाओं के प्रति एल्किल हैलाइड की अभिक्रियाशीलता त्रिविम बाधा (steric hindrance) और लीविंग ग्रुप की प्रकृति पर निर्भर करती है।
विकल्प $D$ में,पहला यौगिक एलाइल क्लोराइड $(CH_2=CH-CH_2-Cl)$ है,जो एक प्राथमिक एल्किल हैलाइड है और संक्रमण अवस्था के अनुनाद स्थिरीकरण के कारण $S_N2$ के प्रति अत्यधिक अभिक्रियाशील है।
दूसरा यौगिक विनाइल क्लोराइड $(CH_2=CH-Cl)$ है,जिसमें अनुनाद के कारण $C-Cl$ बंध में आंशिक द्वि-बंध गुण होता है,जो इसे नाभिकरागी प्रतिस्थापन के प्रति बहुत कम अभिक्रियाशील बनाता है।
इसलिए,पहला यौगिक दूसरे की तुलना में अधिक अभिक्रियाशील है।

(B) $S_{N}2$ अभिक्रिया की दर न्यूक्लियोफाइल की न्यूक्लियोफिलिसिटी पर निर्भर करती है।
$(a)$ आवेशित न्यूक्लियोफाइल $(EtO^{-})$ उदासीन न्यूक्लियोफाइल $(EtOH)$ की तुलना में बहुत अधिक शक्तिशाली होते हैं। इसलिए,पहली अभिक्रिया तेज है।
$(b)$ $EtS^{-}$ एक बेहतर न्यूक्लियोफाइल है क्योंकि सल्फर,ऑक्सीजन की तुलना में बड़ा और अधिक ध्रुवीय (polarizable) है,जो अधिक स्थिर संक्रमण अवस्था (transition state) की ओर ले जाता है। इसलिए,दूसरी अभिक्रिया तेज है।
$(c)$ $S_{N}2$ की दर $Rate = k[Substrate][Nu^{-}]$ द्वारा दी जाती है। दोनों मामलों में,सांद्रता का गुणनफल $[Substrate] \times [Nu^{-}]$ $1 \times 2 = 2$ है,इसलिए दरें समान हैं।
$(d)$ फास्फोरस के बड़े आकार के कारण $Ph_{3}P$,$Ph_{3}N$ की तुलना में बेहतर न्यूक्लियोफाइल है,जो संक्रमण अवस्था में बेहतर आवेश फैलाव (charge dispersion) की अनुमति देता है। इसलिए,पहली अभिक्रिया तेज है।

(D) $S_{N^1}$ अभिक्रिया की दर निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है:
$1$. लिविंग ग्रुप की क्षमता: $Br^-$,$Cl^-$ की तुलना में एक बेहतर लिविंग ग्रुप है,इसलिए विकल्प $A$ में दूसरी अभिक्रिया तेज है।
$2$. विलायक की ध्रुवीयता: $H_2O$ का डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक $CH_3OH$ से अधिक होता है,जो कार्बोनियम आयन मध्यवर्ती को अधिक प्रभावी ढंग से स्थिर करता है,इसलिए विकल्प $B$ में दूसरी अभिक्रिया तेज है।
$3$. सबस्ट्रेट की सांद्रता: $S_{N^1}$ की दर सबस्ट्रेट की सांद्रता के समानुपाती होती है। विकल्प $C$ में दूसरी अभिक्रिया में उच्च सांद्रता $(2 \ M)$ इसे पहली $(1 \ M)$ की तुलना में तेज बनाती है।
अतः,सभी युग्म शर्त को पूरा करते हैं।

(D) $S_N2$ अभिक्रिया एक एकल-चरणीय संयोजित तंत्र के माध्यम से आगे बढ़ती है जहाँ न्यूक्लियोफाइल लिविंग ग्रुप के विपरीत दिशा से इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन पर हमला करता है।
संक्रमण अवस्था में,न्यूक्लियोफाइल और कार्बन के बीच का बंध आंशिक रूप से बनता है,और कार्बन और लिविंग ग्रुप के बीच का बंध आंशिक रूप से टूटता है।
इसलिए,संक्रमण अवस्था में न्यूक्लियोफाइल और इलेक्ट्रोफाइल (सब्सट्रेट) दोनों एक साथ शामिल होते हैं।
अतः,विकल्प $D$ सही है।

(A) $S_N2$ अभिक्रिया के लिए दर नियम इस प्रकार है: $\text{Rate} = k [\text{Substrate}] [\text{Nucleophile}]$.
चूंकि दर न्यूक्लियोफाइल की सांद्रता के सीधे आनुपातिक है,इसलिए न्यूक्लियोफाइल की सांद्रता को $10$ के कारक से बढ़ाने पर अभिक्रिया की दर $10$ के कारक से बढ़ जाएगी.

(C) $S_N2$ अभिक्रिया के लिए दर नियम इस प्रकार है: $\text{Rate} = k[\text{Substrate}][\text{Nucleophile}]$.
चूंकि अभिक्रिया सब्सट्रेट (इलेक्ट्रोफाइल) के संबंध में प्रथम कोटि की है,इसलिए दर सीधे उसकी सांद्रता के समानुपाती होती है।
यदि सब्सट्रेट की सांद्रता को $3$ के कारक से कम किया जाता है,तो अभिक्रिया की दर भी $3$ के कारक से कम हो जाएगी।

(B) $S_N2$ अभिक्रिया के लिए दर नियम इस प्रकार है: $Rate = k [Substrate] [Nucleophile]$.
यदि सब्सट्रेट की सांद्रता $3$ गुना और न्यूक्लियोफाइल की सांद्रता $3$ गुना बढ़ाई जाती है,तो नई दर होगी:
$Rate_{new} = k (3 [Substrate]) (3 [Nucleophile]) = 9 \times k [Substrate] [Nucleophile]$.
अतः,अभिक्रिया की दर $9$ गुना बढ़ जाएगी।

(B) दी गई अभिक्रिया में एक द्वितीयक एल्किल हैलाइड एक प्रबल न्यूक्लियोफाइल,$Na^+ -SCH_2CH_3$ (सोडियम इथेनथायोलेट) के साथ अभिक्रिया करता है।
यह अभिक्रिया $S_N2$ क्रियाविधि के माध्यम से होती है।
$S_N2$ अभिक्रिया में,न्यूक्लियोफाइल लिविंग ग्रुप $(-Br)$ के विपरीत दिशा से इलेक्ट्रोफिलिक कार्बन पर आक्रमण करता है,जिसके परिणामस्वरूप कायरल केंद्र पर विन्यास का प्रतिलोमन (Walden inversion) होता है।
इसलिए,सही विकल्प विन्यास का प्रतिलोमन है।