Properties of Haloarenes Questions in Hindi

(B) जब क्लोरोबेंजीन को सांद्र $HNO_3$ और $H_2SO_4$ के मिश्रण के साथ उपचारित किया जाता है,तो यह इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन (नाइट्रेशन) अभिक्रिया करता है।
चूंकि क्लोरीन परमाणु ऑर्थो/पैरा-निर्देशी होता है,इसलिए अभिक्रिया $2-$क्लोरोनाइट्रोबेंजीन और $4-$क्लोरोनाइट्रोबेंजीन का मिश्रण प्रदान करती है।

(D) क्लोरोबेंजीन से फिनोल के लिए अभिक्रिया है: $C_6H_5Cl \xrightarrow[(ii) dil. HCl]{(i) 6-8\% NaOH, 623 K, 300 atm} C_6H_5OH$.
$o$- और $p$- स्थितियों पर $-NO_2$ समूह की उपस्थिति अपने प्रबल $-I$ और $-M$ प्रभावों के कारण बेंजीन वलय से इलेक्ट्रॉन घनत्व को खींचती है।
इलेक्ट्रॉन घनत्व में यह कमी हेलोएरीन पर $OH^-$ के नाभिकरागी (nucleophilic) आक्रमण को सुगम बनाती है।
इसके अलावा,निर्मित मध्यवर्ती कार्बोनियन $o$- और $p$- स्थितियों पर $-NO_2$ समूह द्वारा अनुनाद (resonance) के माध्यम से स्थिर हो जाता है,जो ऋण आवेश का विस्थानीकरण करता है।

(B) यह अभिक्रिया एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन है।
$FeCl_{3}$ (लुईस एसिड) की उपस्थिति में और अंधेरे में,हैलोजन $(X_{2})$ अभिक्रिया करके एक इलेक्ट्रोफाइल $(X^{+})$ उत्पन्न करता है।
यह इलेक्ट्रोफाइल टोल्यूनि की बेंजीन रिंग पर आक्रमण करता है।
चूंकि मिथाइल समूह $(-CH_{3})$ अपने $+I$ प्रभाव और हाइपरकंजुगेशन के कारण एक ऑर्थो/पैरा-निर्देशकारी समूह है,इसलिए इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन मुख्य रूप से ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर होता है,जिससे ऑर्थो और पैरा-हैलोटोल्यूनि प्राप्त होते हैं।

(C) हेलोएरीन में न्यूक्लियोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं हैलोजन परमाणु के सापेक्ष ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों (जैसे $-NO_2$) की उपस्थिति से सुगम हो जाती हैं।
ये समूह अभिक्रिया के दौरान बनने वाले कार्बोनियन मध्यवर्ती को स्थिर करते हैं।
दिए गए विकल्पों में से,$2,4-$डाइनिट्रोक्लोरोबेंजीन में ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर दो $-NO_2$ समूह होते हैं,जो मध्यवर्ती को अधिकतम स्थिरता प्रदान करते हैं,जिससे यह सोडियम मेथॉक्साइड के साथ न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के लिए सबसे अधिक अभिक्रियाशील हो जाता है।

(D) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. $p$-नाइट्रो टोल्यूनि $(P)$ से शुरू करके,ब्रोमीनीकरण से $2-$ब्रोमो$-4-$नाइट्रोटोल्यूनि प्राप्त होता है।
$2$. $Sn/HCl$ के साथ अपचयन करने पर $-NO_2$ समूह $-NH_2$ में परिवर्तित हो जाता है,जिससे $2-$ब्रोमो$-4-$एमिनोटोल्यूनि $(Q)$ प्राप्त होता है।
$3$. $273-278 \ K$ पर $NaNO_2/HCl$ के साथ डायज़ोटिकरण और उसके बाद $H_3PO_2/H_2O$ के साथ अपचयन करने पर $-NH_2$ समूह हट जाता है,जिसके परिणामस्वरूप $o$-ब्रोमोटोल्यूनि $(R)$ प्राप्त होता है।
$4$. $KMnO_4/OH^-$ के साथ मिथाइल समूह का ऑक्सीकरण करने पर $2-$ब्रोमोबेन्जोइक अम्ल प्राप्त होता है।
अतः,प्रारंभिक यौगिक $(P)$ $p$-नाइट्रो टोल्यूनि है।

(C) $Anhyd. AlBr_3$ जैसे लुईस अम्ल की उपस्थिति में क्लोरोबेंजीन की ब्रोमीन के साथ अभिक्रिया इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन का एक उदाहरण है।
इस अभिक्रिया में,$AlBr_3$ उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है और $Br_2$ से इलेक्ट्रॉनरागी $Br^+$ उत्पन्न करता है।
यह इलेक्ट्रॉनरागी क्लोरीन परमाणु के सक्रियण प्रभाव के कारण बेंजीन वलय पर ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर आक्रमण करता है,जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन परमाणु का ब्रोमीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापन होता है।

(B) सही उत्तर $(B)$ है।
हेलोएरीन में न्यूक्लियोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों (जैसे $-NO_2$) की उपस्थिति से सुगम हो जाती है।
ये समूह अभिक्रिया के दौरान बनने वाले कार्बोनियन मध्यवर्ती को स्थिर करते हैं।
$2,4,6$-ट्राइनाइट्रोक्लोरोबेंजीन में ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर तीन इलेक्ट्रॉन-आकर्षक $-NO_2$ समूह होते हैं,जो इसे न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति अत्यधिक सक्रिय बनाते हैं।
इसलिए,यह पानी या तनु जलीय $NaOH$ के साथ गर्म करने जैसी हल्की परिस्थितियों में भी जल-अपघटन कर सकता है।

(B) ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर $-NO_2$ जैसे इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों की उपस्थिति न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति हेलोएरीन की प्रतिक्रियाशीलता को बढ़ाती है। जैसे-जैसे $-NO_2$ समूहों की संख्या बढ़ती है,प्रतिक्रिया की स्थितियां हल्की होती जाती हैं।
$1.$ $1$-$Chloro$-$4$-$nitrobenzene$ को $4$-$nitrophenol$ बनाने के लिए $(i) \ NaOH, 443 \ K, (ii) \ H^{+}$ की आवश्यकता होती है।
$2.$ $1$-$Chloro$-$2,4$-$dinitrobenzene$ को $2,4$-$dinitrophenol$ बनाने के लिए $(i) \ NaOH, 368 \ K, (ii) \ H^{+}$ की आवश्यकता होती है।
$3.$ $1$-$Chloro$-$2,4,6$-$trinitrobenzene$ केवल $\text{Warm } H_2O$ के साथ प्रतिक्रिया करके $2,4,6$-$trinitrophenol$ (पिक्रिक एसिड) बनाता है।

(B) चरण $1$: एनीलिन $(C_6H_5NH_2)$ $0-5^{\circ}C$ पर $NaNO_2$ और $HCl$ के साथ अभिक्रिया करके बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड $(X = C_6H_5N_2^+Cl^-)$ बनाता है।
चरण $2$: बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड $CuCl/HCl$ (सैंडमेयर अभिक्रिया) के साथ अभिक्रिया करके क्लोरोबेंजीन $(Y = C_6H_5Cl)$ बनाता है।
चरण $3$: क्लोरोबेंजीन शुष्क ईथर की उपस्थिति में $CH_3Cl$ और $Na$ के साथ अभिक्रिया करके (वुर्ट्ज़-फिटिंग अभिक्रिया) टोल्यूनि $(Z = C_6H_5CH_3)$ बनाता है।

(C) बेंजीन वलय के साथ $Cl$ परमाणु के $+R$ प्रभाव (अनुनाद प्रभाव) के कारण,क्लोरोबेंजीन में $C-Cl$ बंध आंशिक द्वि-बंध गुण प्राप्त कर लेता है।
इस आंशिक द्वि-बंध गुण के कारण,क्लोरोबेंजीन में $C-Cl$ बंध,मिथाइल क्लोराइड $(CH_3-Cl)$ के $C-Cl$ बंध की तुलना में छोटा और प्रबल होता है,जिसमें केवल एकल बंध गुण होता है।

(A) हेलोएरीन में, क्लोरीन परमाणु पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म और बेंजीन वलय की $\pi$-इलेक्ट्रॉन प्रणाली के बीच अनुनाद के कारण $C-Cl$ बंध आंशिक द्वि-बंध गुण प्राप्त कर लेता है।
इस आंशिक द्वि-बंध गुण के कारण, हेलोऐल्केन में पाए जाने वाले शुद्ध एकल $C-Cl$ बंध की तुलना में बंध लंबाई कम हो जाती है।
क्लोरोबेंजीन (हेलोएरीन) में $C-Cl$ की बंध लंबाई लगभग $169 \ pm$ होती है, जबकि क्लोरोमेथेन (हेलोऐल्केन) में यह लगभग $177 \ pm$ होती है।
अतः, सही क्रम $169 \ pm$ और $177 \ pm$ है।

(B) डीएक्टिवेटिंग समूह वे होते हैं जो बेंजीन रिंग से इलेक्ट्रॉन घनत्व को खींचते हैं, जिससे रिंग इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं के प्रति कम सक्रिय हो जाती है।
दिए गए समूहों में:
$1$. $-Cl$: डीएक्टिवेटिंग ($-I$ प्रभाव के कारण)।
$2$. $-SO_3H$: डीएक्टिवेटिंग ($-I$ और $-M$ प्रभाव के कारण)।
$3$. $-OH$: एक्टिवेटिंग ($+M$ प्रभाव के कारण)।
$4$. $-NHC_2H_5$: एक्टिवेटिंग ($+M$ प्रभाव के कारण)।
$5$. $-COOCH_3$: डीएक्टिवेटिंग ($-I$ और $-M$ प्रभाव के कारण)।
$6$. $-CH_3$: एक्टिवेटिंग ($+I$ और हाइपरकंजुगेशन के कारण)।
अतः, डीएक्टिवेटिंग समूह $-Cl, -SO_3H, \text{ और } -COOCH_3$ हैं।
कुल डीएक्टिवेटिंग समूहों की संख्या $3$ है।

(A) अभिक्रिया $A$ में,क्लोरोबेंजीन $(I)$ को एथिलबेंजीन $(II)$ में परिवर्तित किया जाता है। यह एक $Wurtz-Fittig$ अभिक्रिया है जिसमें क्लोरोबेंजीन सोडियम $(Na)$ और शुष्क ईथर की उपस्थिति में एथिल क्लोराइड के साथ अभिक्रिया करके एथिलबेंजीन बनाता है।
अभिक्रिया $B$ में,क्लोरोबेंजीन $(I)$ को $4-\text{क्लोरोएसीटोफेनोन}$ $(III)$ में परिवर्तित किया जाता है। यह एक $Friedel-Crafts$ एसाइलेशन अभिक्रिया है जिसमें क्लोरोबेंजीन निर्जलीय $AlCl_3$ की उपस्थिति में एसिटाइल क्लोराइड $(CH_3COCl)$ के साथ अभिक्रिया करके मुख्य उत्पाद के रूप में $4-\text{क्लोरोएसीटोफेनोन}$ बनाता है।
अतः,सही क्रम $Wurtz-Fittig$ और $Friedel-Crafts$ है।

(C) एरील हैलाइड्स न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं के प्रति कम प्रतिक्रियाशील होते हैं,जिसके मुख्य कारण निम्नलिखित हैं:
$1$. अनुनाद प्रभाव: हैलोजन परमाणु पर मौजूद एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म बेंजीन रिंग के साथ संयुग्मन में भाग लेते हैं,जिससे $C-X$ बंध को आंशिक द्वि-बंध गुण प्राप्त होता है। इससे बंध मजबूत और छोटा हो जाता है,जिसे तोड़ना कठिन होता है।
$2$. कार्बन का संकरण: एरील हैलाइड्स में,हैलोजन से जुड़ा कार्बन परमाणु $sp^2$ संकरित होता है,जो अल्काइल हैलाइड्स के $sp^3$ संकरित कार्बन की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक होता है। यह बंध की मजबूती को बढ़ाता है और $C-X$ बंध की ध्रुवीयता को कम करता है।
अतः,कथन $b$ और $d$ सही हैं।

(D) दी गई अभिक्रिया एक वुर्ट्ज़-फिटिंग अभिक्रिया है,जिसमें सोडियम धातु और शुष्क ईथर की उपस्थिति में एक एरील हैलाइड और एक एल्किल हैलाइड के बीच अभिक्रिया होकर एल्किलबेंजीन बनता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$C_6H_5Cl + CH_3CH_2CH_2CH_2Cl + 2Na \xrightarrow{\text{dry ether}} C_6H_5-CH_2CH_2CH_2CH_3 + 2NaCl$
प्राप्त उत्पाद $X$,$n$-ब्यूटिलबेंजीन (या केवल ब्यूटिलबेंजीन) है।

(C) फिटिग अभिक्रिया एक रासायनिक अभिक्रिया है जिसमें दो एरील हैलाइड शुष्क ईथर की उपस्थिति में सोडियम धातु के साथ अभिक्रिया करके एक डाइएरील यौगिक (बाइफेनिल) बनाते हैं।
सामान्य अभिक्रिया इस प्रकार है:
$2Ar-X + 2Na \xrightarrow{\text{dry ether}} Ar-Ar + 2NaX$
उदाहरण के लिए,जब क्लोरोबेंजीन शुष्क ईथर की उपस्थिति में सोडियम के साथ अभिक्रिया करता है,तो यह बाइफेनिल बनाता है:
$2C_6H_5Cl + 2Na \xrightarrow{\text{dry ether}} C_6H_5-C_6H_5 + 2NaCl$
अतः,फिटिग अभिक्रिया का उत्पाद बाइफेनिल है।

(C) अभिक्रिया श्रृंखला इस प्रकार है:
$1$. एनिलीन $273-278 \ K$ पर $NaNO_2 + HCl$ के साथ अभिक्रिया करके $X$ बनाता है,जो बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड $(C_6H_5N_2^+Cl^-)$ है।
$2$. बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड $Cu_2Br_2/HBr$ (सैंडमेयर अभिक्रिया) के साथ अभिक्रिया करके $Y$ बनाता है,जो ब्रोमोबेंजीन $(C_6H_5Br)$ है।
$3$. ब्रोमोबेंजीन शुष्क ईथर की उपस्थिति में $Na$ के साथ अभिक्रिया करता है। चूंकि यहाँ केवल एक प्रकार के एराइल हैलाइड का उपयोग किया गया है,यह $Fittig$ अभिक्रिया है,जो बाइफिनाइल $(Z)$ बनाती है।

(D) $HCl$ की उपस्थिति में $Cu$ पाउडर के साथ बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड की अभिक्रिया को $Gattermann$ अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया में,डायज़ोनियम समूह को क्लोरीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित करके क्लोरोबेंजीन बनाया जाता है।
ध्यान दें कि यदि $Cu$ पाउडर के स्थान पर $Cu_2Cl_2$ और $HCl$ का उपयोग किया जाता,तो इसे $Sandmeyer$ अभिक्रिया कहा जाता।

(D) हेलोएरीन में न्यूक्लियोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया हैलोजन परमाणु के सापेक्ष ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों (जैसे $-NO_2$) की उपस्थिति से सुगम हो जाती है।
ये समूह अनुनाद प्रभाव के माध्यम से अभिक्रिया के दौरान बनने वाले कार्बोनियन मध्यवर्ती को स्थिर करते हैं।
जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन-आकर्षक $-NO_2$ समूहों की संख्या बढ़ती है,बेंजीन वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व कम हो जाता है,जिससे क्लोरीन से जुड़ा कार्बन परमाणु न्यूक्लियोफिलिक हमले के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाता है।
इसलिए,$-NO_2$ समूहों की संख्या के साथ प्रतिक्रियाशीलता बढ़ती है।
दिए गए विकल्पों में से,$1$-क्लोरो-$2,4,6$-ट्राइनाइट्रोबेंजीन में $-NO_2$ समूहों की संख्या अधिकतम (तीन) है,जो इसे न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील बनाती है।

(C) एरील हैलाइड्स में न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं कठिन होती हैं क्योंकि अनुनाद के कारण $C-Cl$ बंध में आंशिक द्वि-बंध गुण होता है।
$-NO_2$ जैसे इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह ऑर्थो या पैरा स्थितियों पर कार्बोनियन मध्यवर्ती को स्थिर करके न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति प्रतिक्रियाशीलता बढ़ाते हैं।
$p$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन और $m$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन एरील हैलाइड्स हैं,जो आमतौर पर बेंज़िल क्लोराइड और एलिल क्लोराइड जैसे अल्काइल हैलाइड्स की तुलना में कम प्रतिक्रियाशील होते हैं।
दिए गए विकल्पों में से,$m$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन सबसे कम प्रतिक्रियाशील है क्योंकि मेटा स्थिति पर $-NO_2$ समूह पैरा स्थिति के विपरीत,अनुनाद के माध्यम से मध्यवर्ती कार्बोनियन के ऋणात्मक आवेश को प्रभावी ढंग से स्थिर नहीं करता है।
इसलिए,$m$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के प्रति सबसे कम प्रतिक्रियाशील है।

(A) $1$. क्लोरोबेंजीन का फिनोल में रूपांतरण डाउ प्रक्रम (Dow's process) द्वारा किया जाता है,जिसके लिए $623 \ K$ तापमान और $300 \ atm$ दबाव पर $NaOH$ की आवश्यकता होती है,जिसके बाद $H^+$ के साथ अम्लीकरण किया जाता है।
$2$. क्लोरोबेंजीन के नाइट्रीकरण से प्राप्त मुख्य उत्पाद $p$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन है। पैरा स्थिति पर इलेक्ट्रॉन-आकर्षक $-NO_2$ समूह की उपस्थिति के कारण यह यौगिक नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) के प्रति अधिक सक्रिय होता है। इसे $443 \ K$ तापमान पर $NaOH$ का उपयोग करके और उसके बाद $H^+$ के साथ अम्लीकरण करके $p$-नाइट्रोफिनोल में परिवर्तित किया जा सकता है।
$3$. अतः,$A = (i) \ NaOH, 623 \ K, 300 \ atm \ (ii) \ H^+$ और $B = (i) \ NaOH, 443 \ K \ (ii) \ H^+$।

(D) बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड का डाइफिनाइल में रूपांतरण दो चरणों में होता है:
$1$. $CuCl$ का उपयोग करके बेंजीन डायज़ोनियम क्लोराइड का क्लोरोबेंजीन में रूपांतरण $Sandmeyer$ अभिक्रिया कहलाती है।
$2$. सोडियम $(Na)$ और शुष्क ईथर की उपस्थिति में दो एरील हैलाइड अणुओं (क्लोरोबेंजीन) के युग्मन से डाइफिनाइल बनने की प्रक्रिया को $Fittig$ अभिक्रिया कहा जाता है।
अतः,सही क्रम $Sandmeyer$ और $Fittig$ है।

(B) $1$. क्लोरोबेंजीन का $conc. HNO_3$ और $conc. H_2SO_4$ के साथ नाइट्रीकरण करने पर मुख्य उत्पाद $(X)$ के रूप में $1$-क्लोरो-$4$-नाइट्रोबेंजीन प्राप्त होता है,क्योंकि $-Cl$ समूह ऑर्थो/पैरा निर्देशक है और पैरा-आइसोमर त्रिविम बाधा के कारण अधिक अनुकूल होता है।
$2$. $1$-क्लोरो-$4$-नाइट्रोबेंजीन का $4$-नाइट्रोफिनोल में रूपांतरण न्यूक्लियोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन द्वारा होता है।
$3$. इस अभिक्रिया के लिए मजबूत न्यूक्लियोफिलिक स्थितियों की आवश्यकता होती है,जो $443 \ K$ पर $(i) NaOH$ और उसके बाद $(ii) H^+$ (अम्लीकरण) द्वारा प्रदान की जाती है,जो फिनोक्साइड आयन को फिनोल में परिवर्तित करता है।
$4$. अतः,$Y$ का मान $(i) NaOH, 443 \ K, (ii) H^+$ है और $Z$ का मान $4$-नाइट्रोफिनोल है।

(B) वुर्ट्ज़-फिटिंग अभिक्रिया में एक एराइल हैलाइड की अभिक्रिया एक एल्काइल हैलाइड के साथ सोडियम धातु और शुष्क ईथर की उपस्थिति में कराई जाती है,जिससे एल्काइल-प्रतिस्थापित एरोमैटिक यौगिक प्राप्त होता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$Ar-X + R-X + 2Na \xrightarrow{\text{dry ether}} Ar-R + 2NaX$
इस अभिक्रिया में,यौगिक $X$ एक एराइल हैलाइड (जैसे क्लोरोबेंजीन) होना चाहिए ताकि वह एल्काइल हैलाइड $(R-X)$ के साथ अभिक्रिया करके प्रतिस्थापित बेंजीन उत्पाद बना सके।
अतः,सही यौगिक $X$ क्लोरोबेंजीन है।

(C) अभिक्रिया अनुक्रम इस प्रकार है:
$1$. बेंजीन $FeCl_3$ (लुईस अम्ल) की उपस्थिति में $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया करके क्लोरोबेंजीन $(X)$ बनाता है।
$2$. क्लोरोबेंजीन $(X)$ सोडियम धातु और शुष्क ईथर की उपस्थिति में एल्काइल हैलाइड $(R-X)$ के साथ अभिक्रिया करके एल्काइलबेंजीन $(Y)$ बनाता है।
एराइल हैलाइड और एल्काइल हैलाइड के बीच सोडियम और शुष्क ईथर की उपस्थिति में होने वाली इस अभिक्रिया को वुर्ट्ज़-फिटिग अभिक्रिया कहा जाता है।

(A) सांद्र $HNO_3$ और $H_2SO_4$ के मिश्रण के साथ क्लोरोबेंजीन का नाइट्रीकरण करने पर $-Cl$ समूह की ऑर्थो/पैरा निर्देशक प्रकृति के कारण $1-$क्लोरो$-2-$नाइट्रोबेंजीन (अल्प) और $1-$क्लोरो$-4-$नाइट्रोबेंजीन (मुख्य) का मिश्रण प्राप्त होता है। अतः,कथन $I$ सही है।
$-Cl$ परमाणु अपने $-I$ प्रभाव के कारण एक इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है,जो बेंजीन वलय को इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन अभिक्रियाओं के प्रति निष्क्रिय कर देता है। परिणामस्वरूप,क्लोरोबेंजीन का नाइट्रीकरण बेंजीन की तुलना में धीमी गति से होता है। अतः,कथन $II$ भी सही है।

(A) फिटिग अभिक्रिया में सोडियम धातु और शुष्क ईथर (dry ether) की उपस्थिति में दो एरील हैलाइड अणुओं का युग्मन होकर एक डायरील यौगिक (बाइफेनिल) बनता है।
सामान्य अभिक्रिया:
$2 Ar-X + 2 Na \xrightarrow{\text{dry ether}} Ar-Ar + 2 NaX$
उदाहरण के लिए,क्लोरोबेंजीन के साथ:
$2 C_6H_5Cl + 2 Na \xrightarrow{\text{dry ether}} C_6H_5-C_6H_5 + 2 NaCl$

(D) निर्जल $FeCl_3$ की उपस्थिति में क्लोरोबेंजीन की $Br_2$ के साथ अभिक्रिया एक इलेक्ट्रॉनरागी एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया (हैलोजनीकरण) है।
$Cl$ अपने $+R$ प्रभाव के कारण एक ऑर्थो/पैरा-निर्देशी समूह है,जो ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाता है।
ऑर्थो स्थिति पर त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण,पैरा-प्रतिस्थापित उत्पाद मुख्य उत्पाद के रूप में बनता है।
अतः,मुख्य उत्पाद $1$-क्लोरो-$4$-ब्रोमोबेंजीन है।

(D) क्लोरोबेंजीन को $623 \ K$ तापमान और $300 \ atm$ दाब पर जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ उपचारित करने पर सोडियम फिनोक्साइड प्राप्त होता है।
सोडियम फिनोक्साइड का अम्लीय माध्यम में अम्लीकरण करने पर फिनोल प्राप्त होता है। इस प्रक्रिया को डाउ प्रक्रम कहा जाता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है:
$C_6H_5Cl \xrightarrow[(ii) \ HCl]{(i) \ NaOH, \ 623 \ K, \ 300 \ atm} C_6H_5OH$

(A) दी गई अभिक्रिया क्लोरोबेंजीन का सल्फोनेशन है।
$-I$ प्रभाव के कारण हैलोजन परमाणु ऑर्थो-पैरा निर्देशक होते हैं लेकिन निष्क्रिय करने वाले समूह होते हैं।
सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल $(H_2SO_4)$ की उपस्थिति में,क्लोरोबेंजीन एक एरोमैटिक इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया से गुजरता है।
इसमें शामिल इलेक्ट्रोफाइल सल्फर ट्राइऑक्साइड $(SO_3)$ है।
यह अभिक्रिया $2-$क्लोरोबेंजीन सल्फोनिक अम्ल (लघु उत्पाद) और $4-$क्लोरोबेंजीन सल्फोनिक अम्ल (मुख्य उत्पाद) बनाती है।
इसलिए,सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल इस अभिक्रिया के लिए सबसे उपयुक्त अभिकर्मक है।

(B) दिखाई गई अभिक्रिया Wurtz-Fittig अभिक्रिया है,जिसमें शुष्क ईथर में सोडियम धातु की उपस्थिति में एक एरील हैलाइड और एक एल्काइल हैलाइड का युग्मन होता है।
पहले चरण में,ब्रोमोबेंजीन सोडियम के साथ अभिक्रिया करके फेनिलसोडियम $(C_6H_5Na)$ और सोडियम ब्रोमाइड $(NaBr)$ बनाता है।
दूसरे चरण में,फेनिलसोडियम मध्यवर्ती मिथाइल ब्रोमाइड $(CH_3Br)$ के साथ अभिक्रिया करके टोल्यूइन $(C_6H_5CH_3)$ और सोडियम ब्रोमाइड $(NaBr)$ बनाता है।
कुल अभिक्रिया इस प्रकार है: $C_6H_5Br + 2Na + CH_3Br \rightarrow C_6H_5CH_3 + 2NaBr$.

(B) $FeCl_3$ जैसे लुईस एसिड उत्प्रेरक की उपस्थिति में बेंजाइल क्लोराइड की $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
$-CH_2Cl$ समूह अपने प्रेरणिक प्रभाव (inductive effect) और बेंजीन रिंग के सक्रियण की प्रकृति के कारण ऑर्थो/पैरा निर्देशक होता है।
इसलिए,यह अभिक्रिया ऑर्थो-क्लोरोबेंजाइल क्लोराइड और पैरा-क्लोरोबेंजाइल क्लोराइड का मिश्रण बनाती है।
दी गई अभिक्रिया में,$A$ ऑर्थो-प्रतिस्थापित उत्पाद को दर्शाता है,जो o-क्लोरोबेंजाइल क्लोराइड है।

(B) हैलोजन परमाणु $X$ के $+R$ प्रभाव के कारण,हेलोएरीन का $C-X$ बंध आंशिक द्वि-बंध गुण प्राप्त कर लेता है।
यह $C-X$ बंध को हेलोऐल्केन्स के $C-X$ बंध की तुलना में छोटा और मजबूत बनाता है,जिससे न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन कठिन हो जाता है।
अतः,कथन $2$ सही है।

$A$. सही: अनुनाद के कारण, क्लोरोबेंजीन में $C-Cl$ बंध आंशिक द्वि-बंध गुण प्राप्त कर लेता है, जिससे यह क्लोरोमेथेन $(178 \ pm)$ की तुलना में छोटा $(169 \ pm)$ हो जाता है।
$B$. सही: क्लोरोबेंजीन में आंशिक द्वि-बंध गुण के कारण $C-Cl$ बंध मजबूत हो जाता है और बेंजाइल क्लोराइड के एकल $C-Cl$ बंध की तुलना में इसे तोड़ना कठिन होता है।
$C$. सही: क्लोरोबेंजीन में अनुनाद के दौरान $Cl$ का एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म वलय में विस्थानीकृत होता है, जिससे आंशिक द्वि-बंध गुण उत्पन्न होता है।
$D$. गलत: $Cl$ परमाणु $o/p$-निर्देशी होता है, इसलिए क्लोरोबेंजीन के क्लोरीनीकरण से $o$-डाइक्लोरोबेंजीन और $p$-डाइक्लोरोबेंजीन प्राप्त होते हैं, न कि $m$-डाइक्लोरोबेंजीन।
अतः, कथन $A, B$ और $C$ सही हैं।

(B) दी गई अभिक्रिया में एरील हैलाइड की शुष्क ईथर की उपस्थिति में एल्काइल हैलाइड $(RX)$ और सोडियम धातु के साथ अभिक्रिया कराकर एल्काइलबेंजीन प्राप्त किया जाता है। इस विशिष्ट अभिक्रिया को वुर्ट्ज़-फिटिंग अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है। सामान्य समीकरण है: $Ar-X + R-X + 2Na \xrightarrow{\text{dry ether}} Ar-R + 2NaX$। अतः,अभिकर्मक $Z$,$RX / Na / \text{dry } (C_2H_5)_2O$ है।

(C) अभिक्रिया $I$ में,टोल्यूइन $UV$ प्रकाश की उपस्थिति में $Cl_2$ के साथ अभिक्रिया करता है,जिससे पार्श्व श्रृंखला (side chain) पर मुक्त मूलक प्रतिस्थापन होता है और बेंजाइल क्लोराइड $(C_6H_5CH_2Cl)$ प्राप्त होता है।
अभिक्रिया $II$ में,टोल्यूइन अंधेरे में $Fe$ (लुईस अम्ल) की उपस्थिति में $Cl_2$ के साथ इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया देता है। $-CH_3$ समूह ऑर्थो/पैरा निर्देशक है,इसलिए $o$-क्लोरोटोल्यूइन और $p$-क्लोरोटोल्यूइन बनते हैं,जिसमें ऑर्थो स्थिति पर त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण $p$-क्लोरोटोल्यूइन मुख्य उत्पाद होता है।
अभिक्रिया $III$ में,$p$-टोल्यूइडिन ($4$-मिथाइलऐनिलीन) $273-278 \ K$ पर $NaNO_2 + HCl$ के साथ अभिक्रिया करके डायज़ोनियम लवण बनाता है,जो बाद में $Cu/HCl$ (सैंडमेयर अभिक्रिया) के साथ अभिक्रिया करके डायज़ोनियम समूह को क्लोरीन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित करता है,जिससे मुख्य उत्पाद के रूप में $p$-क्लोरोटोल्यूइन प्राप्त होता है।
अतः,$p$-क्लोरोटोल्यूइन अभिक्रिया $II$ और $III$ में मुख्य उत्पाद है।

(D) अभिक्रिया इस प्रकार आगे बढ़ती है:
$1$. क्लोरोबेंजीन का $Conc. \ HNO_3$ और $Conc. \ H_2SO_4$ के साथ इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन (नाइट्रेशन) करने पर $o$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन (अल्प) और $p$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन (मुख्य) का मिश्रण प्राप्त होता है।
$2$. मुख्य उत्पाद,$p$-नाइट्रोक्लोरोबेंजीन का $443 \ K$ पर $NaOH$ के साथ न्यूक्लियोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन और उसके बाद अम्लीकरण $(H_3O^+)$ करने पर $-Cl$ समूह,$-OH$ समूह द्वारा प्रतिस्थापित हो जाता है।
$3$. अंतिम मुख्य उत्पाद $p$-नाइट्रोफिनोल ($4$-नाइट्रोफिनोल) है।

(C) नाइट्रेशन मिश्रण सांद्र $HNO_3$ और सांद्र $H_2SO_4$ से बना होता है। उनके बीच की अभिक्रिया इस प्रकार है:
$HNO_3 + 2H_2SO_4 \rightarrow NO_2^{+} + H_3O^{+} + 2HSO_4^{-}$.
अभिक्रिया से यह स्पष्ट है कि मिश्रण में $NO_2^{+}$,$H_3O^{+}$ और $HSO_4^{-}$ उपस्थित होते हैं।
इस अभिक्रिया में $SO_4^{2-}$ आयन नहीं बनते हैं।

(D) प्रारंभिक पदार्थ क्लोरोबेंजीन है। निर्जल $AlCl_3$ की उपस्थिति में $CH_3COCl$ के साथ फ्रीडल-क्राफ्ट्स एसाइलेशन से मुख्य उत्पाद '$Q$' के रूप में $p$-क्लोरोएसीटोफेनोन प्राप्त होता है,क्योंकि $-Cl$ समूह ऑर्थो/पैरा निर्देशक है।
$Q = p-Cl-C_6H_4-COCH_3$.
$Zn-Hg$ और $conc. HCl$ का उपयोग करके '$Q$' का क्लीमेंसन अपचयन करने पर कार्बोनिल समूह $(-COCH_3)$ का अपचयन एथिल समूह $(-CH_2CH_3)$ में हो जाता है।
अतः,अंतिम उत्पाद '$P$' $p$-क्लोरोएथिलबेंजीन है,जो $Cl-C_6H_4-CH_2CH_3$ है।
$p$-क्लोरोएथिलबेंजीन $(C_8H_9Cl)$ में:
- एथिल समूह में कार्बन: $-CH_2-$ $(sp^3)$ और $-CH_3$ $(sp^3)$। कुल $sp^3$ कार्बन = $2$ हैं।
- बेंजीन वलय में सभी कार्बन $sp^2$ संकरित हैं। कुल $sp^2$ कार्बन = $6$ हैं।
- $sp^3$ कार्बन और $sp^2$ कार्बन का अनुपात = $2 : 6 = 1 : 3$ है।

(C) फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन एक इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।
यह अत्यधिक निष्क्रिय वलयों (जैसे बेंजोइक एसिड,जिसमें $-COOH$ समूह होता है) या उन यौगिकों के साथ नहीं होती है जो लुईस एसिड उत्प्रेरक के साथ कॉम्प्लेक्स बनाते हैं (जैसे एनिलीन,जिसमें $-NH_2$ समूह होता है जो $AlCl_3$ के साथ जुड़ जाता है)।
क्लोरोबेंजीन क्लोरीन परमाणु के $-I$ प्रभाव के कारण निष्क्रिय होता है,जिससे यह बहुत धीमी गति से अभिक्रिया करता है,लेकिन सामान्यतः यह इस अभिक्रिया को दे सकता है।
एनिसोल (मेथॉक्सीबेंजीन) $-OCH_3$ समूह के $+M$ प्रभाव के कारण एक सक्रिय वलय है और आसानी से फ्रीडल-क्राफ्ट्स एल्काइलेशन अभिक्रिया देता है।
अतः,$b$ (क्लोरोबेंजीन) और $d$ (एनिसोल) वे यौगिक हैं जो यह अभिक्रिया दे सकते हैं।

(A) अंधेरे में $Fe$ की उपस्थिति में,अभिक्रिया इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन (electrophilic aromatic substitution) का पालन करती है,जो टोल्यूनि वलय के ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर होती है।
अतः,प्राप्त उत्पाद $o-$क्लोरोटोल्यूनि और $p-$क्लोरोटोल्यूनि हैं।
उसी अभिकर्मक के साथ $UV$ प्रकाश की उपस्थिति में,$C(sp^3)-H$ बंध टूट जाता है और एक मुक्त मूलक (free radical) बनाता है,जिसके परिणामस्वरूप पार्श्व श्रृंखला क्लोरीनीकरण (side chain chlorination) होता है।

(A) $1$. पहला चरण सांद्र $HNO_3$ और सांद्र $H_2SO_4$ के मिश्रण का उपयोग करके बेंजीन का नाइट्रीकरण है,जो नाइट्रोबेंजीन $(X)$ बनाता है।
$2$. दूसरा चरण लुईस एसिड उत्प्रेरक $(FeCl_3)$ की उपस्थिति में नाइट्रोबेंजीन का क्लोरीनीकरण है।
$3$. नाइट्रो समूह $(-NO_2)$ एक मजबूत इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह है और यह मेटा-निर्देशक होता है।
$4$. इसलिए,आने वाला क्लोरीन परमाणु नाइट्रो समूह के सापेक्ष मेटा-स्थान पर जुड़ जाएगा,जिसके परिणामस्वरूप मुख्य उत्पाद $Y$ के रूप में $1-$क्लोरो$-3-$नाइट्रोबेंजीन प्राप्त होता है।

(B) $S_{N}1$ अभिक्रिया के प्रति अभिक्रियाशीलता दर-निर्धारक चरण में बनने वाले कार्बोनियम आयन (carbocation) की स्थिरता पर निर्भर करती है।
$C_6H_5Cl$ में,अनुनाद (resonance) के कारण $C-Cl$ बंध में आंशिक द्वि-बंध गुण होता है,जिससे इसे तोड़ना अत्यंत कठिन होता है।
इसके अलावा,परिणामी फेनिल धनायन $(C_6H_5^+)$ अत्यधिक अस्थिर होता है क्योंकि धनात्मक आवेश $sp$-संकरित कार्बन परमाणु पर होता है।
इसके विपरीत,अन्य विकल्प अपेक्षाकृत स्थिर कार्बोनियम आयन बनाते हैं: $C_6H_5CH_2^+$ (बेंजाइल),$CH_2=CH-CH_2^+$ (एलिल),और $(C_6H_5)_2CH^+$ (डाइफेनिलमिथाइल)।
इसलिए,$C_6H_5Cl$ $S_{N}1$ अभिक्रिया के प्रति सबसे कम अभिक्रियाशील है।

(B) मेटा-निर्देशकारी समूह इलेक्ट्रॉन-आकर्षक (electron-withdrawing) समूह होते हैं जो बेंजीन वलय के इलेक्ट्रॉन घनत्व को कम करते हैं,विशेष रूप से ऑर्थो और पैरा स्थितियों पर,जिससे आने वाला इलेक्ट्रोफाइल मेटा स्थिति पर निर्देशित होता है।
दिए गए विकल्पों में,$-NO_2, -CHO, -SO_3H, -COR$ का सेट पूरी तरह से इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूहों से बना है जो मेटा-निर्देशकारी हैं।
$-NH_2, -NHR, -OCH_3$ और $-NHCOCH_3$ अपने इलेक्ट्रॉन-दाता अनुनाद प्रभाव (electron-donating resonance effect) के कारण ऑर्थो/पैरा-निर्देशकारी समूह हैं।