असंतृप्त हाइड्रोकार्बनों की योग अभिक्रियाएँ समझाई गईं

दो फ्लास्कों में रंगहीन हाइड्रोकार्बन हैं। एक में हेक्सेन है। दूसरे में हेक्स-1-ईन है। अँधेरे में दोनों में ब्रोमीन मिलाएँ, तो हेक्स-1-ईन ब्रोमीन का रंग तेजी से हटा देता है, जबकि हेक्सेन ऐसा नहीं करता।

अभिक्रियाओं के नामों की चिंता करने से पहले यह अनुमान लगाएँ कि हेक्स-1-ईन के \(\ce{C=C}\) बंध के साथ क्या होता है। क्या कार्बन शृंखला टूटकर दो भागों में बँट जाती है?

ऐसा नहीं होता। दोनों कार्बन परमाणु जुड़े रहते हैं। इसके बजाय, द्विबंध का एक भाग आने वाले परमाणुओं के साथ बनने वाले दो नए बंधों से प्रतिस्थापित हो जाता है। यही एक विचार हाइड्रोजनीकरण, हैलोजनीकरण, हाइड्रोहैलोजनीकरण और जलयोजन को समझाता है।

01योग अभिक्रिया के पीछे का मॉडल

कार्बन सामान्यतः चार सहसंयोजक बंध बनाता है। किसी ऐल्कीन में दो कार्बन परमाणु एक द्विबंध से जुड़े होते हैं:

\[
\ce{C=C}
\]

कार्बन-कार्बन द्विबंध में एक मजबूत \(\sigma\) बंध और एक अपेक्षाकृत कमजोर, अधिक खुला \(\pi\) बंध होता है। योग अभिक्रिया के दौरान \(\pi\) बंध का उपयोग हो जाता है, जबकि दोनों कार्बन परमाणुओं को जोड़ने वाला \(\sigma\) बंध बना रहता है।

परिणाम सरल है:

\[
\ce{C=C -> C-C}
\]

जो दो कार्बन पहले द्विबंध बना रहे थे, उनमें से प्रत्येक के पास अब एक नया बंध बनाने की जगह होती है।

एक थोड़ा मज़ेदार चित्र इसकी कल्पना करने में मदद करता है। मान लें कि दोनों कार्बन परमाणु एक जोड़े की तरह दोनों हाथ पकड़े हुए हैं। योग अभिक्रिया के दौरान वे अलग नहीं होते। वे एक जोड़ी हाथ छोड़ते हैं, दूसरी जोड़ी से जुड़े रहते हैं, और प्रत्येक खाली हाथ आने वाले अभिकर्मक के एक भाग को पकड़ लेता है।

यह बंधों की संख्या की कल्पना करने में उपयोगी है, लेकिन यह अभिक्रिया-क्रियाविधि का शाब्दिक चित्रण नहीं है। रासायनिक बंध साझा इलेक्ट्रॉन घनत्व होते हैं, हाथ नहीं, और अलग-अलग अभिकर्मक अलग-अलग सूक्ष्म चरणों के माध्यम से अभिक्रिया करते हैं।

इससे आपको मॉडल बनाने की एक विश्वसनीय विधि मिलती है।

1. \(\ce{C=C}\) या \(\ce{C#C}\) खोजें।
2. कार्बन कंकाल को अपनी जगह बनाए रखें।
3. बहुबंध का बंध-क्रम एक घटाएँ: \(\ce{C=C}\), \(\ce{C-C}\) बन जाता है, या \(\ce{C#C}\), \(\ce{C=C}\) बन जाता है।
4. अभिकर्मक का एक भाग इन दोनों कार्बनों में से प्रत्येक से जोड़ें।
5. जाँचें कि अब हर कार्बन के चार बंध हैं।

तीसरा चरण विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। विद्यार्थी कभी-कभी द्विबंध को गायब होते देखकर गलती से दोनों कार्बन परमाणुओं को अलग कर देते हैं। कार्बन-कार्बन \(\sigma\) बंध बना रहता है।

02चार अभिकर्मक, एक मूल पैटर्न

किसी ऐल्कीन के लिए चार योग अभिक्रियाओं को इस प्रकार व्यवस्थित किया जा सकता है।

मुख्य बात चार असंबंधित समीकरणों को याद करना नहीं है। मुख्य बात यह देखना है कि उन दो कार्बनों से क्या जुड़ता है जो पहले द्विबंध बना रहे थे।

03हाइड्रोजनीकरण: \(\ce{H2}\) का योग

मान लें कि एथीन हाइड्रोजन से अभिक्रिया करता है।

\(\pi\) बंध हटने के बाद एथीन के प्रत्येक कार्बन को एक अतिरिक्त बंध की आवश्यकता होती है। \(\ce{H2}\) अणु प्रत्येक कार्बन को एक H परमाणु देता है।

\[
\ce{CH2=CH2 + H2 ->[Ni] CH3-CH3}
\]

एथीन, एथेन बन जाता है।

इस अभिक्रिया को हाइड्रोजनीकरण कहते हैं। सामान्यतः निकेल, पैलेडियम या प्लैटिनम जैसे धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है।

यहाँ स्थिति चुनने की कोई समस्या नहीं है। जो दोनों परमाणु जुड़ रहे हैं वे हाइड्रोजन हैं, इसलिए उन्हें आपस में बदलने से कोई अंतर नहीं पड़ता।

यही तर्क किसी भी ऐल्कीन के लिए काम करता है:

\[
\ce{alkene + H2 -> alkane}
\]

अतः हाइड्रोजनीकरण अणु से एक कार्बन-कार्बन द्विबंध हटा देता है।

04हैलोजनीकरण: \(\ce{X2}\) का योग

अब \(\ce{H2}\) की जगह \(\ce{Br2}\) जैसे हैलोजन अणु को लें।

एक Br परमाणु उन दोनों कार्बनों में से प्रत्येक से जुड़ता है जो पहले द्विबंध बना रहे थे:

\[
\ce{CH2=CH2 + Br2 -> BrCH2-CH2Br}
\]

उत्पाद 1,2-डाइब्रोमोएथेन है।

दोनों ब्रोमीन परमाणु पास-पास वाले कार्बनों पर हैं क्योंकि यही वे दो कार्बन हैं जो मूल रूप से द्विबंध बना रहे थे।

प्रोपीन भी इसी पैटर्न का पालन करता है:

\[
\ce{CH3-CH=CH2 + Br2 -> CH3-CHBr-CH2Br}
\]

उत्पाद 1,2-डाइब्रोमोप्रोपेन है।

फिर से, यह चुनने की आवश्यकता नहीं है कि अभिकर्मक का कौन-सा भाग किस सिरे पर जाएगा, क्योंकि जुड़ने वाले दोनों परमाणु समान हैं।

यह अभिक्रिया यह भी समझाती है कि असंतृप्तता की जाँच में ब्रोमीन क्यों उपयोगी है। कोई ऐल्कीन अपने \(\ce{C=C}\) बंध पर योग द्वारा ब्रोमीन का उपभोग कर सकता है, इसलिए ब्रोमीन का रंग गायब हो जाता है। हाइड्रोकार्बनों की एक मानक HSC तुलना में, ऐसी परिस्थितियों में जहाँ प्रतिस्थापन नहीं हो रहा हो, यह किसी असंतृप्त हाइड्रोकार्बन को ऐल्केन से अलग पहचानने में मदद करता है।

हालाँकि, इस परीक्षण के बारे में जरूरत से ज्यादा निष्कर्ष न निकालें। ब्रोमीन का रंग हटना आपको बताता है कि ब्रोमीन के प्रति अभिक्रियाशील कोई पदार्थ मौजूद है। केवल इससे सटीक हाइड्रोकार्बन की पहचान नहीं होती।

05हाइड्रोहैलोजनीकरण: \(\ce{HX}\) का योग

हाइड्रोजन हैलाइड का सामान्य रूप \(\ce{HX}\) होता है, जहाँ \(X\) एक हैलोजन है। उदाहरणों में \(\ce{HCl}\) और \(\ce{HBr}\) शामिल हैं।

एथीन के साथ उत्पाद का अनुमान लगाना आसान है क्योंकि दोनों कार्बन समतुल्य हैं:

\[
\ce{CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br}
\]

एक कार्बन को H मिलता है। दूसरे को Br मिलता है।

रोचक स्थिति प्रोपीन जैसे असममित ऐल्कीन में आती है:

\[
\ce{CH3-CH=CH2}
\]

अब द्विबंध वाले दोनों कार्बन अलग हैं। यदि H एक कार्बन से जुड़ता है, तो Br दूसरे से जुड़ता है। इन स्थितियों को उलट दें, तो आपको एक अलग संरचनात्मक उत्पाद मिलता है।

तो आपको किस उत्पाद का अनुमान लगाना चाहिए?

इन अभिक्रियाओं के लिए प्रयुक्त मानक परिस्थितियों में प्रमुख उत्पाद मार्कोवनीकोव के नियम का पालन करता है:

जब \(\ce{HX}\) किसी असममित ऐल्कीन से जुड़ता है, तो H प्राथमिकता से उस द्विबंधित कार्बन से जुड़ता है जिस पर पहले से अधिक H परमाणु हों। हैलोजन दूसरे कार्बन से जुड़ता है।

इसे इस तरह भी सोच सकते हैं कि हैलोजन अधिक प्रतिस्थापित कार्बन पर जाने की प्रवृत्ति रखता है: अर्थात वह द्विबंधित कार्बन जो पहले से अधिक कार्बन समूहों से जुड़ा है।

यह प्रमुख उत्पाद का नियम है, यह दावा नहीं कि दूसरा अभिविन्यास भौतिक रूप से असंभव है।

06जलयोजन: पानी का योग

जलयोजन में पानी के घटक कार्बन-कार्बन द्विबंध के आर-पार जुड़ते हैं।

ऐसा न सोचें कि पूरा \(\ce{H2O}\) अणु बस एक कार्बन से चिपक जाता है। उत्पाद का अनुमान लगाने के लिए शुद्ध योग को इस प्रकार समझें:

• एक कार्बन पर H
• दूसरे कार्बन पर OH

एथीन के लिए:

\[
\ce{CH2=CH2 + H2O ->[H^+] CH3-CH2OH}
\]

उत्पाद एथेनॉल है।

\(\mathrm{H}^{+}\) अम्ल-उत्प्रेरण को दर्शाता है। उत्प्रेरक उपयुक्त अभिक्रिया-पथ उपलब्ध कराने में मदद करता है, लेकिन अभिकारक की तरह उपभोग होने के बजाय पुनः बन जाता है।

असममित ऐल्कीन के लिए स्थिति फिर से महत्वपूर्ण हो जाती है। सामान्य अम्ल-उत्प्रेरित जलयोजन में प्रमुख उत्पाद उसी अभिविन्यास पैटर्न का पालन करता है जो मार्कोवनीकोव योग में होता है: H प्राथमिकता से उस द्विबंधित कार्बन पर जाता है जिस पर पहले से अधिक H परमाणु हों, जबकि OH अधिक प्रतिस्थापित कार्बन पर जाता है।

07अभिविन्यास वास्तव में कब महत्वपूर्ण होता है?

हर योग अभिक्रिया के लिए आपको मार्कोवनीकोव के नियम की आवश्यकता नहीं होती।

दो प्रश्न पूछें।

पहला: क्या जुड़ने वाले दोनों भाग अलग हैं?

• \(\ce{H2}\): नहीं
• \(\ce{Br2}\) या \(\ce{Cl2}\): नहीं
• \(\ce{HBr}\) या \(\ce{HCl}\): हाँ
• \(\ce{H2O}\), यदि इसे H और OH के रूप में देखें: हाँ

दूसरा: क्या ऐल्कीन के दोनों कार्बन अलग हैं?

यदि अभिकर्मक या दोनों ऐल्कीन कार्बनों में से कोई भी सममित है, तो जुड़ने की दिशा उलटने से अलग संरचनात्मक उत्पाद नहीं बनता।

उदाहरण के लिए, ब्यूट-2-ईन अपने द्विबंध के सापेक्ष सममित है:

\[
\ce{CH3-CH=CH-CH3}
\]

\(\ce{HBr}\) जोड़ने पर वही संरचनात्मक उत्पाद बनता है, चाहे आप द्विबंध वाले किसी भी कार्बन को पहले अंकित करें:

\[
\ce{CH3-CH=CH-CH3 + HBr -> CH3-CHBr-CH2-CH3}
\]

इसलिए यहाँ मार्कोवनीकोव संबंधी कोई उपयोगी निर्णय लेने की आवश्यकता नहीं है।

08ऐल्काइनों के लिए क्या बदलता है?

ऐल्काइन में कार्बन-कार्बन त्रिबंध होता है:

\[
\ce{C#C}
\]

त्रिबंध एक \(\sigma\) बंध और दो \(\pi\) बंधों से बना होता है। इससे ऐल्काइन और ऐल्कीन में एक महत्वपूर्ण अंतर आता है।

ऐल्कीन में योग के लिए एक \(\pi\) बंध उपलब्ध होता है।

ऐल्काइन में दो होते हैं।

इसलिए \(\ce{H2}\), \(\ce{X2}\) और \(\ce{HX}\) जैसे अभिकर्मकों के लिए, पर्याप्त अभिकर्मक उपलब्ध होने पर ऐल्काइन अक्सर दो बार योग अभिक्रिया कर सकता है।

ऐल्काइन का पूर्ण हाइड्रोजनीकरण

एथाइन पर विचार करें:

\[
\ce{HC#CH}
\]

एक मोल \(\ce{H2}\) त्रिबंध को घटाकर द्विबंध में बदल देता है।

दूसरा मोल \(\ce{H2}\) बचे हुए द्विबंध को घटाकर एकल बंध में बदल सकता है।

पूर्ण हाइड्रोजनीकरण के लिए:

\[
\ce{HC#CH + 2H2 ->[\text{उत्प्रेरक}] CH3-CH3}
\]

महत्वपूर्ण अनुपात है:

\[
1\text{ mol ऐल्काइन} : 2\text{ mol }\ce{H2}
\]

ऐसे ऐल्काइन के लिए जिसमें एक त्रिबंध हो और जिसका पूर्ण हाइड्रोजनीकरण किया जा रहा हो।

यह स्टॉइकियोमेट्रिक संबंध गणनाओं में बहुत उपयोगी हो जाता है।

ऐल्काइन में हैलोजन का योग

ब्रोमीन के एक तुल्य के साथ एथाइन एक बार योग करता है:

\[
\ce{HC#CH + Br2 -> BrCH=CHBr}
\]

ध्यान दें कि उत्पाद अभी भी असंतृप्त है। त्रिबंध द्विबंध में बदल गया है।

ब्रोमीन का दूसरा तुल्य जोड़ें:

\[
\ce{BrCH=CHBr + Br2 -> CHBr2-CHBr2}
\]

कुल मिलाकर:

\[
\ce{HC#CH + 2Br2 -> CHBr2-CHBr2}
\]

अंतिम उत्पाद, 1,1,2,2-टेट्राब्रोमोएथेन, में कार्बन-कार्बन एकल बंध होता है।

इसीलिए “अधिक मात्रा में ब्रोमीन” का निर्देश महत्वपूर्ण है। ऐल्काइन के साथ एक मोल \(\ce{Br2}\) और दो मोल \(\ce{Br2}\) एक ही अभिक्रिया को नहीं दर्शाते।

09ऐल्काइन का हाइड्रोहैलोजनीकरण

एक बार योग बनाम दो बार योग का यही विचार \(\ce{HX}\) पर भी लागू होता है।

अधिक मात्रा में \(\ce{HCl}\) के साथ एथाइन के लिए:

\[
\ce{HC#CH + 2HCl -> CH3-CHCl2}
\]

अंतिम उत्पाद 1,1-डाइक्लोरोएथेन है।

पहले योग के बाद भी अणु में एक द्विबंध बचा रहता है, इसलिए वह फिर से अभिक्रिया कर सकता है। मानक अभिविन्यास के अंतर्गत बार-बार हाइड्रोहैलोजनीकरण से दोनों हैलोजन एक ही कार्बन पर आ सकते हैं।

आपको ऐसा कल्पना करने की आवश्यकता नहीं है कि दोनों \(\ce{HCl}\) अणु एक ही समय ऐल्काइन से टकराते हैं। इसे दो क्रमिक योग अभिक्रियाओं के रूप में सोचें।

10ऐल्काइन का जलयोजन महत्वपूर्ण अपवाद है

इस प्रकार तर्क करना आकर्षक लग सकता है:

ऐल्काइन में दो \(\pi\) बंध होते हैं, इसलिए पानी को बस दो बार जुड़ना चाहिए और दो OH समूहों वाला कोई पदार्थ बनाना चाहिए।

यह अनुमान पिछले मॉडल को उसकी सीमा से आगे ले जाता है।

पानी ऐल्काइन से जुड़ सकता है, लेकिन पहले बनने वाले उत्पाद में OH समूह कार्बन-कार्बन द्विबंध वाले कार्बन से जुड़ा होता है। इस प्रकार की संरचना को इनॉल कहा जाता है। अभिक्रिया की परिस्थितियों में इनॉल पुनर्व्यवस्थित होकर अधिक स्थिर कार्बोनिल यौगिक बनाता है।

एथाइन के लिए शुद्ध अभिक्रिया है:

\[
\ce{HC#CH + H2O -> CH3CHO}
\]

उत्पाद एथेनाल है, एथेनॉल नहीं।

उत्पाद का अनुमान लगाने के लिए महत्वपूर्ण सीख यह है कि ऐल्काइन जलयोजन एक विशेष मामला है। \(\ce{H2}\), \(\ce{X2}\) और \(\ce{HX}\) के पूर्ण योग के लिए सरल “योग को दो बार दोहराएँ” मॉडल अच्छी तरह काम करता है, लेकिन यह ऐल्काइन जलयोजन के अंतिम स्थिर उत्पाद का वर्णन नहीं करता।

इसीलिए किसी उपयोगी मॉडल की सीमा को अंततः पहचानना भी आवश्यक है।

11योग उत्पाद का अनुमान लगाने की तेज विधि

जब किसी HSC प्रश्न में आपको कोई अपरिचित संरचना दी जाए, तो पूरे उत्पाद को एक साथ याद करने की कोशिश करने के बजाय इस क्रम का उपयोग करें।

1. हर बहु कार्बन-कार्बन बंध खोजें

विशेष रूप से \(\ce{C=C}\) या \(\ce{C#C}\) देखें।

सामान्य \(\ce{C-C}\) बंध योग अभिक्रिया का स्थान नहीं होता।

2. अभिकर्मक पहचानें

उसे उन समूहों में बदलकर सोचें जो जोड़े जाएँगे।

3. बंध-क्रम घटाएँ

एक योग के लिए:

\[
\ce{C#C -> C=C}
\]

या

\[
\ce{C=C -> C-C}
\]

4. अभिक्रिया करने वाले प्रत्येक कार्बन पर एक आने वाला समूह जोड़ें

कार्बन कंकाल के बाकी हिस्से को इधर-उधर न करें।

5. अभिविन्यास पर केवल तब विचार करें जब आवश्यक हो

यदि ऐल्कीन और अभिकर्मक दोनों असममित हों, तो मानक अभिविन्यास नियम का उपयोग करके प्रमुख उत्पाद का अनुमान लगाएँ।

6. कार्बन की संयोजकता और परमाणु संरक्षण जाँचें

इन संरचनाओं में प्रत्येक उदासीन कार्बन के चार बंध होने चाहिए।

यह भी जाँचें कि अभिकारकों का प्रत्येक परमाणु उत्पाद में उपस्थित हो। योग अभिक्रिया में कोई H परमाणु या हैलोजन परमाणु रहस्यमय ढंग से बाहर नहीं निकल जाना चाहिए।

12वे भ्रांतियाँ जिनसे सबसे अधिक गलत उत्पाद बनते हैं

“द्विबंध टूटता है, इसलिए कार्बन शृंखला भी टूट जाती है”

सामान्य ऐल्कीन योग में केवल द्विबंध का \(\pi\) घटक उपभोग होता है। कार्बन-कार्बन \(\sigma\) बंध बना रहता है।

“पानी दोनों कार्बनों पर OH लगाता है”

पानी किसी ऐल्कीन द्विबंध के आर-पार शुद्ध रूप से एक H और एक OH देता है, दो OH समूह नहीं।

“हर योग के लिए मार्कोवनीकोव के नियम की आवश्यकता होती है”

यह केवल तब उपयोगी होता है जब अलग अभिविन्यास से अलग संरचनात्मक उत्पाद बन सकते हों। \(\ce{H2}\) या \(\ce{Br2}\) जोड़ते समय अभिविन्यास का कोई विकल्प नहीं होता, और यदि दोनों ऐल्कीन कार्बन समतुल्य हों तो भी कोई उपयोगी विकल्प नहीं होता।

“ऐल्काइन हमेशा एक योग के बाद रुक जाता है”

यदि पर्याप्त मात्रा में उपयुक्त अभिकर्मक मौजूद हो, तो ऐसा नहीं है। एक त्रिबंध दो क्रमिक योगों द्वारा पहले द्विबंध और फिर एकल बंध में बदल सकता है।

“यदि कोई हाइड्रोकार्बन दो मोल हाइड्रोजन का उपभोग करता है, तो उसमें त्रिबंध होना ही चाहिए”

यह आवश्यक नहीं है। एक त्रिबंध में दो \(\pi\) बंध होते हैं, लेकिन दो अलग-अलग द्विबंधों में भी कुल दो \(\pi\) बंध होते हैं। योग स्टॉइकियोमेट्री आपको यह बता सकती है कि कितनी असंतृप्तता उपस्थित है, लेकिन हमेशा यह नहीं बताती कि वह असंतृप्तता किस प्रकार व्यवस्थित है।

यह अंतर नीचे दिए गए अधिक कठिन प्रश्नों में महत्वपूर्ण हो जाता है।

13प्रश्न और समाधान

प्रश्न 1

एथीन \(\ce{Br2}\) से अभिक्रिया करता है।

अभिक्रिया का एक संरचनात्मक समीकरण लिखें, कार्बनिक उत्पाद का नाम दें, और समझाएँ कि कार्बन-कार्बन बंध के साथ क्या होता है।

समाधान 1

एथीन से 1,2-डाइब्रोमोएथेन बनता है, और उसका कार्बन-कार्बन द्विबंध कार्बन-कार्बन एकल बंध में बदल जाता है।

अभिक्रिया है:

\[
\ce{CH2=CH2 + Br2 -> BrCH2-CH2Br}
\]

एक Br परमाणु उन दोनों कार्बनों में से प्रत्येक से जुड़ता है जो मूल रूप से \(\ce{C=C}\) बना रहे थे।

\(\pi\) बंध का उपभोग हो जाता है, लेकिन कार्बन-कार्बन \(\sigma\) बंध बना रहता है। इसी कारण अणु दो कार्बन खंडों में नहीं टूटता।

आकर्षक लेकिन गलत गलती यह है कि \(\ce{CH2Br}\) को दो अलग-अलग अणुओं के रूप में बनाया जाए। ऐसा करने पर कार्बन-कार्बन \(\sigma\) बंध गलत तरीके से टूट जाएगा।

प्रश्न 2

ब्यूट-1-ईन दो अलग-अलग अभिक्रियाएँ करता है।

(a) \(\ce{HBr}\) से अभिक्रिया करने पर प्रमुख कार्बनिक उत्पाद का अनुमान लगाएँ।

(b) अम्ल-उत्प्रेरित परिस्थितियों में पानी से अभिक्रिया करने पर प्रमुख कार्बनिक उत्पाद का अनुमान लगाएँ।

(c) समझाएँ कि भाग (a) में Br समूह और भाग (b) में OH समूह के मूल द्विबंध के उसी कार्बन से जुड़ने का अनुमान क्यों लगाया जाता है।

समाधान 2

प्रमुख उत्पाद \(\ce{HBr}\) के साथ 2-ब्रोमोब्यूटेन और पानी के साथ ब्यूटेन-2-ऑल हैं।

ब्यूट-1-ईन है:

\[
\ce{CH2=CH-CH2-CH3}
\]

भाग (a) के लिए, हाइड्रोहैलोजनीकरण से:

\[
\ce{CH2=CH-CH2-CH3 + HBr -> CH3-CHBr-CH2-CH3}
\]

अतः प्रमुख उत्पाद 2-ब्रोमोब्यूटेन है।

भाग (b) के लिए, जलयोजन से:

\[
\ce{CH2=CH-CH2-CH3 + H2O ->[H^+] CH3-CH(OH)-CH2-CH3}
\]

अतः प्रमुख उत्पाद ब्यूटेन-2-ऑल है।

दोनों अभिक्रियाओं में अंतिम द्विबंधित कार्बन शुरू में \(\ce{CH2}\) होता है, जबकि दूसरा कार्बन \(\ce{CH}\) होता है। मानक मार्कोवनीकोव अभिविन्यास के अनुसार आने वाला H प्राथमिकता से उस कार्बन से जुड़ता है जिस पर पहले से अधिक H परमाणु हैं: अर्थात अंतिम कार्बन।

इससे दूसरा समूह, भाग (a) में Br या भाग (b) में OH, C2 पर जाने के लिए बाध्य होता है।

एक आकर्षक तरीका यह है कि हाइड्रोहैलोजनीकरण और जलयोजन को दो असंबंधित अभिक्रियाओं की तरह याद किया जाए। उपयोगी संबंध यह है कि दोनों एक ही असममित \(\ce{C=C}\) के आर-पार एक असममित जोड़ी जोड़ते हैं, इसलिए वही अभिविन्यास तर्क प्रमुख उत्पाद का अनुमान लगाता है।

प्रश्न 3

एक मिश्रण में केवल एथीन, \(\ce{C2H4}\), और एथाइन, \(\ce{C2H2}\), हैं।

कुल मिलाकर \(0.100\ \mathrm{mol}\) हाइड्रोकार्बन हैं। पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में \(0.160\ \mathrm{mol}\) \(\ce{H2}\) का उपभोग होता है।

मूल रूप से उपस्थित एथीन और एथाइन की मात्रा, मोल में, गणना करें।

समाधान 3

मूल मिश्रण में \(0.0400\ \mathrm{mol}\) एथीन और \(0.0600\ \mathrm{mol}\) एथाइन थे।

मान लें \(x\), मोल में एथीन की मात्रा है और \(y\), मोल में एथाइन की मात्रा है।

हाइड्रोकार्बन की कुल मात्रा है:

\[
x+y=0.100\ \mathrm{mol}
\]

एथीन में एक \(\pi\) बंध होता है, इसलिए पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में प्रति मोल एथीन एक मोल \(\ce{H2}\) लगता है:

\[
\ce{C2H4 + H2 -> C2H6}
\]

एथाइन में दो \(\pi\) बंध होते हैं, इसलिए पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में प्रति मोल एथाइन दो मोल \(\ce{H2}\) लगते हैं:

\[
\ce{C2H2 + 2H2 -> C2H6}
\]

अतः:

\[
\begin{aligned}
x+2y &= 0.160\ \mathrm{mol}\\
x+y &= 0.100\ \mathrm{mol}
\end{aligned}
\]

पहले समीकरण में से दूसरा समीकरण घटाने पर:

\[
y=0.0600\ \mathrm{mol}
\]

फिर:

\[
x=0.100-0.0600=0.0400\ \mathrm{mol}
\]

अतः:

\[
\boxed{x=0.0400\ \text{mol एथीन},\qquad y=0.0600\ \text{mol एथाइन}}
\]

आकर्षक लेकिन गलत धारणा यह है कि हर असंतृप्त हाइड्रोकार्बन एक मोल हाइड्रोजन का उपभोग करता है। यह एक पृथक \(\ce{C=C}\) के लिए सही है, लेकिन पूर्ण हाइड्रोजनीकरण के लिए \(\ce{C#C}\) को दो योगों की आवश्यकता होती है।

इसलिए असामान्य रूप से अधिक हाइड्रोजन उपभोग इस बात का प्रमाण है कि कुछ अणुओं में दो \(\pi\) बंध हैं।

प्रश्न 4

एक अचक्रीय हाइड्रोकार्बन \(A\) का आणविक सूत्र \(\ce{C4H6}\) है।

\(A\) के \(1.00\ \mathrm{mol}\) के पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में \(2.00\ \mathrm{mol}\) \(\ce{H2}\) का उपभोग होता है और ब्यूटेन बनता है। एक अलग प्रयोग में, \(A\) का \(1.00\ \mathrm{mol}\), पूर्ण योग के दौरान \(2.00\ \mathrm{mol}\) \(\ce{Br2}\) का उपभोग कर सकता है।

एक विद्यार्थी निष्कर्ष निकालता है:

“\(A\) एक ऐल्काइन होना ही चाहिए क्योंकि यह दो बार योग कर सकता है।”

क्या यह निष्कर्ष उचित है? अपने उत्तर के समर्थन में \(A\) की दो अलग संभावित संरचनाओं का उपयोग करें।

समाधान 4

नहीं। प्रमाण यह सिद्ध करता है कि \(A\) में योग के लिए उपलब्ध दो \(\pi\) बंध हैं, लेकिन यह सिद्ध नहीं करता कि वे दोनों \(\pi\) बंध एक ही त्रिबंध का भाग हैं।

एक संतृप्त अचक्रीय चार-कार्बन हाइड्रोकार्बन का सूत्र \(\ce{C4H10}\) होता है। यौगिक \(A\), \(\ce{C4H6}\), में चार H परमाणु कम हैं। यह असंतृप्तता की दो इकाइयों के अनुरूप है।

एक संभावित संरचना कोई ऐल्काइन हो सकती है, जैसे ब्यूट-2-आइन:

\[
\ce{CH3-C#C-CH3}
\]

इसका पूर्ण हाइड्रोजनीकरण है:

\[
\ce{CH3-C#C-CH3 + 2H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3}
\]

इसके दो \(\pi\) बंध दो मोल \(\ce{Br2}\) का भी उपभोग कर सकते हैं।

लेकिन एक अन्य संभावित संरचना ब्यूटा-1,3-डाइईन है:

\[
\ce{CH2=CH-CH=CH2}
\]

इसमें दो अलग कार्बन-कार्बन द्विबंध हैं। पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में यह भी दो मोल \(\ce{H2}\) का उपभोग करता है:

\[
\ce{CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 -> CH3-CH2-CH2-CH3}
\]

इसके दोनों द्विबंध मिलकर कुल मिलाकर ब्रोमीन की दो योग अभिक्रियाओं को भी समझा सकते हैं।

इसलिए दोनों मॉडल दिए गए हाइड्रोजनीकरण उत्पाद और कुल योग स्टॉइकियोमेट्री से मेल खाते हैं।

आकर्षक लेकिन गलत रास्ता “दो योग” का सीधा अर्थ “त्रिबंध” मान लेना है। वास्तविक प्रतिबंध \(\pi\) बंधों की संख्या है। एक त्रिबंध में दो \(\pi\) बंध होते हैं, लेकिन दो द्विबंधों में भी कुल दो होते हैं।

अधिक संरचनात्मक प्रमाण की आवश्यकता है।

प्रश्न 5

एक अचक्रीय हाइड्रोकार्बन \(A\) का आणविक सूत्र \(\ce{C5H8}\) है।

पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में \(A\) के प्रति मोल ठीक \(2.00\ \mathrm{mol}\) \(\ce{H2}\) का उपभोग होता है और 2-मिथाइलब्यूटेन बनता है।

प्रारंभ में दो संरचनाओं पर विचार किया जा रहा है:

• 3-मिथाइलब्यूट-1-आइन
• 2-मिथाइलब्यूटा-1,3-डाइईन

एक अलग प्रयोग में \(A\) के प्रति मोल ठीक \(1.00\ \mathrm{mol}\) \(\ce{Br2}\) से अभिक्रिया कराई जाती है। उत्पाद \(B\) में अब भी एक \(\ce{C=C}\) बंध है। एक संरचनात्मक मॉडल दिखाता है कि दोनों Br परमाणु सीधे उन्हीं दो कार्बन परमाणुओं से जुड़े हैं जो उस बचे हुए \(\ce{C=C}\) को बना रहे हैं।

\(A\) और \(B\) की पहचान करें, ब्रोमीन अभिक्रिया और पूर्ण हाइड्रोजनीकरण के समीकरण लिखें, और समझाएँ कि डाइईन मॉडल क्यों अस्वीकार हो जाता है।

समाधान 5

\(A\), 3-मिथाइलब्यूट-1-आइन है, और \(B\), 1,2-डाइब्रोमो-3-मिथाइलब्यूट-1-ईन है।

सबसे महत्वपूर्ण अवलोकन से शुरू करें: \(\ce{Br2}\) के एक तुल्य की अभिक्रिया के बाद दोनों ब्रोमीन परमाणु उन्हीं दो कार्बनों से जुड़े हैं जो अभी भी \(\ce{C=C}\) द्वारा जुड़े हुए हैं।

ऐल्काइन में पहला योग ठीक यही उत्पाद देता है।

3-मिथाइलब्यूट-1-आइन है:

\[
\ce{HC#C-CH(CH3)-CH3}
\]

एक मोल ब्रोमीन जोड़ने पर त्रिबंध द्विबंध में बदल जाता है और अभिक्रिया करने वाले दोनों कार्बनों में से प्रत्येक पर एक Br जुड़ता है:

\[
\ce{HC#C-CH(CH3)-CH3 + Br2 -> BrCH=CBr-CH(CH3)-CH3}
\]

अतः \(B\), 1,2-डाइब्रोमो-3-मिथाइलब्यूट-1-ईन है।

\(A\) के पूर्ण हाइड्रोजनीकरण में दो मोल हाइड्रोजन लगते हैं:

\[
\ce{HC#C-CH(CH3)-CH3 + 2H2 -> CH3-CH2-CH(CH3)-CH3}
\]

उत्पाद \(\ce{CH3-CH2-CH(CH3)-CH3}\), 2-मिथाइलब्यूटेन है, जो दिए गए प्रमाण से मेल खाता है।

अब आकर्षक वैकल्पिक संरचना, 2-मिथाइलब्यूटा-1,3-डाइईन, पर विचार करें:

\[
\ce{CH2=C(CH3)-CH=CH2}
\]

पहली दृष्टि में यह भी संभव लगता है। इसका सूत्र \(\ce{C5H8}\) है, इसमें दो \(\pi\) बंध हैं, पूर्ण हाइड्रोजनीकरण पर यह दो मोल \(\ce{H2}\) का उपभोग कर सकता है, और वही संतृप्त कार्बन कंकाल देता है।

केवल ये अवलोकन इसे ऐल्काइन से अलग नहीं करते।

निर्णायक प्रमाण ठीक एक ब्रोमीन योग के बाद की संरचना है। योग मॉडल का उपयोग करने पर, किसी डाइईन के एक \(\ce{C=C}\) के आर-पार \(\ce{Br2}\) का योग उस विशेष द्विबंध का उपभोग कर देता है। इसलिए दोनों ब्रोमीनयुक्त कार्बन एक-दूसरे से उसी \(\ce{C=C}\) द्वारा जुड़े नहीं रहते।

इसके विपरीत, ऐल्काइन के लिए एक योग:

\[
\ce{C#C -> C=C}
\]

में बदलता है।

पहले योग के बाद भी वही दोनों अभिक्रियाशील कार्बन बहुबंध से जुड़े रहते हैं, जबकि प्रत्येक ने एक Br प्राप्त कर लिया होता है।

यही संरचनात्मक अवलोकन, केवल उपभोग हुए ब्रोमीन या हाइड्रोजन की कुल मात्रा नहीं, दोनों मॉडलों में अंतर करता है।

एक और उपयोगी प्रतिबंध है। पूर्ण हाइड्रोजनीकरण कार्बन कंकाल को सुरक्षित रखता है और 2-मिथाइलब्यूटेन देता है। उस शाखित कंकाल में शाखा वाला कार्बन पहले ही तीन अन्य कार्बनों से जुड़ा है, इसलिए वह कार्बन की संयोजकता से अधिक हुए बिना कार्बन-कार्बन त्रिबंध में भी भाग नहीं ले सकता। इसलिए संभव त्रिबंध अंतिम होना चाहिए, जिससे 3-मिथाइलब्यूट-1-आइन मिलता है।

पूरे प्रश्न के पीछे व्यापक सीख यही है: अभिक्रिया स्टॉइकियोमेट्री आपको बताती है कि कितनी असंतृप्तता मौजूद है, लेकिन प्रत्येक योग के बाद वास्तव में कौन-से बंध बने रहते हैं, इसे ट्रैक करने से यह पता चल सकता है कि वह असंतृप्तता किस प्रकार व्यवस्थित थी।

14योग अभिक्रियाएँ आपको आगे क्या करने देती हैं

जब आप कार्बन कंकाल और प्रत्येक \(\pi\) बंध के परिणाम को ट्रैक करना सीख जाते हैं, तो कार्बनिक अभिक्रिया-पथ तीरों को याद करने जैसे बहुत कम लगने लगते हैं।

हाइड्रोजनीकरण आपको असंतृप्तता हटाने देता है। जलयोजन किसी ऐल्कीन को ऐल्कोहॉल में बदलने देता है। हाइड्रोहैलोजनीकरण ऐल्कीन को हैलोऐल्केन में बदलता है। हैलोजनीकरण अभिक्रिया-पथ के साथ-साथ असंतृप्तता के बारे में प्रायोगिक प्रमाण भी देता है।

अगला उपयोगी कदम इन अभिक्रियाओं को प्रतिस्थापन, ऑक्सीकरण, निर्जलीकरण और बहुलकीकरण के साथ जोड़ना है। तब प्रश्न केवल “यह अभिकर्मक क्या करता है?” नहीं रहता, बल्कि “अब मेरे पास कौन-सा क्रियात्मक समूह है, और यहाँ से कौन-सी अभिक्रियाएँ उपलब्ध हैं?” बन जाता है। बहु-चरणीय HSC कार्बनिक संश्लेषण के लिए आपको इसी प्रकार के तर्क की आवश्यकता होती है।