HSC Chemistry के लिए कार्बनिक यौगिकों में संरचनात्मक समावयवता

एक आणविक सूत्र बहुत-सी जानकारी छिपा सकता है। मान लीजिए दो यौगिकों का आणविक सूत्र \(\ce{C4H10}\) है। क्या आप अपेक्षा करेंगे कि उनकी संरचना बिल्कुल समान होगी?

ऐसा नहीं है। एक सीधी शृंखला वाला \(\ce{CH3CH2CH2CH3}\) हो सकता है, जबकि दूसरा शाखित \(\ce{CH3CH(CH3)CH3}\) हो सकता है। वही परमाणु। प्रत्येक परमाणु की वही संख्या। लेकिन उनके बीच जुड़ाव अलग।

यही वह समस्या है जिसे संरचनात्मक समावयवता हल करती है: आणविक सूत्र आपको बताता है कि कौन-से परमाणु मौजूद हैं, लेकिन यह नहीं बताता कि वे परमाणु आपस में कैसे जुड़े हैं।

आगे बढ़ने से पहले एक अनुमान लगाइए। यदि दो यौगिकों का आणविक सूत्र समान है लेकिन उनके नाम अलग हैं, तो क्या वे आवश्यक रूप से संरचनात्मक समावयवी होंगे?

नहीं। केवल अलग नाम होना पर्याप्त नहीं है। आपको परमाणुओं की वास्तविक संयोजकता, यानी वे किस तरह जुड़े हैं, जाँचनी होगी। कभी-कभी उसी अणु को कई अभिविन्यासों में बनाया जा सकता है, और त्रिविम समावयवियों के नाम अलग हो सकते हैं, जबकि उनकी संयोजकता समान रहती है।

01किन गुणों के कारण दो यौगिक संरचनात्मक समावयवी होते हैं?

दो यौगिक संरचनात्मक समावयवी होते हैं, जिन्हें संवैधानिक समावयवी भी कहा जाता है, जब उनके पास:

• समान आणविक सूत्र हो, लेकिन
• उनके परमाणुओं के बीच संयोजकता अलग हो।

दूसरी शर्त सबसे महत्वपूर्ण है।

आणविक सूत्र को किसी थोड़े असहज रात्रिभोज की अतिथि-सूची की तरह सोचिए। दोनों रात्रिभोजों में वही पाँच लोग शामिल हो सकते हैं, लेकिन कौन किसके बगल में बैठता है, यह बदल सकता है। संरचनात्मक समावयवियों में परमाणुओं की वही “अतिथि-सूची” होती है, लेकिन बंधों की व्यवस्था अलग होती है।

यह उपमा यहाँ टूट जाती है क्योंकि परमाणु अपनी इच्छा से किसी भी तरह नहीं जुड़ सकते। कार्बन सामान्यतः चार बंध बनाता है, ऑक्सीजन दो, हाइड्रोजन एक, और बंधन के अन्य नियम भी लागू रहते हैं।

HSC Chemistry के लिए संरचनात्मक समावयवता के तीन विशेष रूप से उपयोगी प्रकार हैं: शृंखला, स्थिति और क्रियात्मक-समूह समावयवता।

तालिका का उपयोग करने से पहले एक चेतावनी: ये नाम दो यौगिकों के बीच संबंध का वर्णन करते हैं। कोई अणु अपने-आप में केवल “शृंखला समावयवी” नहीं होता। वह किसी विशेष अणु का शृंखला समावयवी होता है।

02शृंखला समावयवता: कार्बन कंकाल बदलें

\(\ce{C4H10}\) से शुरू करें।

सबसे स्पष्ट संरचना है:

\[
\ce{CH3CH2CH2CH3}
\]

यह butane है।

क्या आप चार कार्बन परमाणुओं को इस प्रकार पुनर्व्यवस्थित कर सकते हैं कि प्रत्येक कार्बन के चार बंध बने रहें और आणविक सूत्र \(\ce{C4H10}\) ही रहे?

हाँ:

\[
\ce{CH3CH(CH3)CH3}
\]

यह 2-methylpropane है।

दोनों यौगिकों का सूत्र समान है और दोनों alkane हैं। जो बदला है वह कार्बन कंकाल है: एक अशाखित है और दूसरा शाखित। ये शृंखला समावयवी हैं।

यह असंतृप्त यौगिकों में भी हो सकता है। उदाहरण के लिए:

• \(\ce{CH2=CHCH2CH2CH3}\), pent-1-ene
• \(\ce{CH2=CHCH(CH3)CH3}\), 3-methylbut-1-ene

दोनों का आणविक सूत्र \(\ce{C5H10}\) है और दोनों में कार्बन-कार्बन द्विबंध है। उनका कार्बन कंकाल अलग है, इसलिए वे शृंखला समावयवी हैं।

03स्थिति समावयवता: कंकाल वही रखें, महत्वपूर्ण भाग को स्थानांतरित करें

अब तुलना करें:

\[
\ce{CH2=CHCH2CH3}
\]

और

\[
\ce{CH3CH=CHCH3}
\]

ये but-1-ene और but-2-ene हैं।

दोनों यौगिक:

• का आणविक सूत्र \(\ce{C4H8}\) है,
• उनमें वही अशाखित चार-कार्बन कंकाल है, और
• उनमें वही क्रियात्मक समूह, अर्थात कार्बन-कार्बन द्विबंध, मौजूद है।

केवल द्विबंध की स्थिति बदलती है।

ये स्थिति समावयवी हैं।

स्थिति समावयवता तब भी होती है जब कोई क्रियात्मक समूह या प्रतिस्थापक अपनी स्थिति बदलता है। उदाहरण के लिए:

\[
\ce{CH3CH2CH2OH}
\]

propan-1-ol, और

\[
\ce{CH3CH(OH)CH3}
\]

propan-2-ol स्थिति समावयवी हैं। तीन-कार्बन कंकाल अपरिवर्तित है और दोनों alcohol हैं। केवल \(\ce{-OH}\) समूह की स्थिति बदलती है।

यही तर्क 1-chloropropane और 2-chloropropane जैसे haloalkanes पर भी लागू होता है।

यदि इन संरचनाओं का नामकरण वह भाग है जो आपको धीमा करता है, तो समावयवता के अभ्यास के साथ C8 तक के कार्बनिक यौगिकों का IUPAC नामकरण भी दोहराएँ। यहाँ सही नामकरण उपयोगी है क्योंकि यह दोहराई गई संरचनाओं को पहचानने में मदद करता है।

04क्रियात्मक-समूह समावयवता: बंधन में परिवर्तन अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है

इन दो यौगिकों पर विचार करें:

\[
\ce{CH3CH2CHO}
\]

propanal, और

\[
\ce{CH3COCH3}
\]

propanone।

परमाणुओं की गिनती करें। दोनों का आणविक सूत्र \(\ce{C3H6O}\) है।

पहली नज़र में आप कह सकते हैं, “\(\ce{C=O}\) बंध बस स्थानांतरित हुआ है।”

यह अनुमान स्वाभाविक है, लेकिन इसमें एक महत्वपूर्ण बात छूट जाती है।

propanal में carbonyl कार्बन शृंखला के सिरे पर होता है और एक हाइड्रोजन से बंधा होता है। क्रियात्मक समूह aldehyde है।

propanone में carbonyl कार्बन दो कार्बन समूहों से बंधा होता है। क्रियात्मक समूह ketone है।

क्रियात्मक-समूह की पहचान बदल गई है। ये यौगिक केवल स्थिति समावयवी नहीं, बल्कि क्रियात्मक-समूह समावयवी हैं।

यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि क्रियात्मक समूह विशिष्ट अभिक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। परमाणुओं को इस प्रकार पुनर्व्यवस्थित करना कि aldehyde, ketone में बदल जाए, केवल नाम में किसी संख्या को बदलना नहीं है।

HSC से संबंधित एक और उदाहरण carboxylic acid और ester का है। Ethanoic acid, \(\ce{CH3COOH}\), और methyl methanoate, \(\ce{HCOOCH3}\), दोनों का आणविक सूत्र \(\ce{C2H4O2}\) है, लेकिन उनमें अलग-अलग क्रियात्मक समूह होते हैं।

नाम और संरचनाओं से इन समूहों को पहचानने का अधिक अभ्यास करने के लिए acids, amines, amides और halo compounds का IUPAC नामकरण देखें।

05संतृप्त और असंतृप्त दोनों यौगिक संरचनात्मक समावयवता दिखा सकते हैं

संतृप्त hydrocarbon में केवल कार्बन-कार्बन एकल बंध होते हैं। असंतृप्त hydrocarbon में कम से कम एक कार्बन-कार्बन द्विबंध या त्रिबंध होता है।

संरचनात्मक समावयवता दोनों में होती है।

संतृप्त hydrocarbons के लिए, शाखन से शृंखला समावयवी बनते हैं:

\[
\ce{C4H10}
\]

butane या 2-methylpropane हो सकता है।

असंतृप्त hydrocarbons के लिए अधिक संभावनाएँ होती हैं क्योंकि आप कार्बन कंकाल और बहु-बंध की स्थिति, दोनों बदल सकते हैं:

\[
\ce{CH2=CHCH2CH3}
\]

और

\[
\ce{CH3CH=CHCH3}
\]

स्थिति समावयवी हैं, जबकि

\[
\ce{CH2=CHCH2CH3}
\]

और

\[
\ce{CH2=C(CH3)2}
\]

शृंखला समावयवी हैं।

आणविक सूत्र से निकाले गए छोटे नियमों का उपयोग सावधानी से करें। एक अचक्रीय alkene जिसमें एक द्विबंध हो, उसका सामान्य सूत्र \(\ce{C_nH_{2n}}\) होता है, लेकिन केवल यह सूत्र आपको यह नहीं बताता कि द्विबंध वास्तव में कहाँ स्थित है, और न ही हर संभव कार्बनिक अणु में संरचनात्मक वर्ग को विशिष्ट रूप से निर्धारित करता है।

संरचना का निर्धारण संयोजकता से किया जाना चाहिए, केवल किसी एक सूत्र-प्रतिरूप से अनुमान लगाकर नहीं।

06संरचनात्मक समावयवी इस तरह बनाएँ कि कोई छूटे या दोहराया न जाए

शाखाओं को बिना क्रम के इधर-उधर करना अविश्वसनीय तरीका है। व्यवस्थित विधि अधिक सुरक्षित है।

1. पहले आणविक सूत्र जाँचें

संरचनात्मक समावयवियों के आणविक सूत्र एकसमान होने चाहिए।

यदि एक संरचना \(\ce{C5H12}\) और दूसरी \(\ce{C5H10}\) है, तो रुक जाएँ। वे समावयवी नहीं हैं।

2. तय करें कि प्रश्न ने कौन-सी सीमाएँ दी हैं

प्रश्न आपसे माँग सकता है:

• सभी संरचनात्मक समावयवी,
• केवल alkenes,
• केवल alcohols,
• केवल aldehydes और ketones, या
• केवल किसी विशेष कार्बन कंकाल वाले यौगिक।

ये सीमाएँ महत्वपूर्ण हैं। “सूत्र \(\ce{C5H10}\) वाले सभी alkenes” और “सूत्र \(\ce{C5H10}\) वाले सभी संरचनात्मक समावयवी” अलग-अलग कार्य हैं।

3. कार्बन कंकाल व्यवस्थित रूप से बनाइए

सबसे लंबे अशाखित कंकाल से शुरू करें। फिर शाखाएँ जोड़ें।

उदाहरण के लिए पाँच कार्बन परमाणुओं के लिए, तीन alkane कंकाल इन पर आधारित हैं:

• pentane,
• 2-methylbutane, और
• 2,2-dimethylpropane।

4. क्रियात्मक समूह या बहु-बंध को वास्तव में अलग-अलग स्थितियों पर रखें

कंकाल तय हो जाने पर पूछें कि कौन-सी कार्बन स्थितियाँ रासायनिक रूप से अलग हैं।

सममिति महत्वपूर्ण है। जो दो स्थितियाँ आपके पृष्ठ पर अलग दिखती हैं, वे अणु को घुमाने या दूसरे सिरे से क्रमांकन करने पर समान हो सकती हैं।

5. सामान्य संयोजकताएँ जाँचें

यहाँ उपयोग की गई संरचनाओं के लिए:

• कार्बन को चार बंध चाहिए,
• ऑक्सीजन को सामान्यतः दो,
• हाइड्रोजन को एक, और
• chlorine जैसे halogen को सामान्यतः एक बंध चाहिए।

इससे कई आकर्षक लेकिन असंभव संरचनाएँ तुरंत हट जाती हैं।

6. प्रत्येक संरचना का नाम लिखें

नामकरण केवल अंतिम सजावटी चरण नहीं है। यह दोहराई गई संरचनाओं को पहचानने का उपकरण है।

यदि दो चित्रों को एक ही सही IUPAC नाम मिलता है, तो लगभग निश्चित रूप से आपने एक ही संयोजकता को दो बार बनाया है।

07सबसे सामान्य गलती: संरचनाओं के बजाय चित्रों की गिनती करना

मान लीजिए कोई विद्यार्थी pentane को क्षैतिज रूप में बनाता है और फिर उसी पाँच-कार्बन शृंखला को zigzag के रूप में बनाता है।

वे दो संरचनात्मक समावयवी नहीं हैं।

परमाणुओं को पृष्ठ पर अलग-अलग स्थानों पर बनाया जा सकता है, बिना यह बदले कि कौन-सा परमाणु किससे बंधा है।

यही समस्या क्रमांकन में भी आती है। “3-methylbutane”, 2-methylbutane का कोई नया समावयवी नहीं है। सही सिरे से शृंखला का क्रमांकन करने पर दोनों चित्र 2-methylbutane को ही दर्शाते हैं।

एक उपयोगी प्रश्न है:

क्या किसी परमाणु का पड़ोसी बदल गया?

यदि उत्तर नहीं है, तो संयोजकता नहीं बदली है।

08शृंखला, स्थिति या क्रियात्मक समूह? यह निर्णय-विधि अपनाएँ

जब आप दो यौगिकों की तुलना कर रहे हों, तो इस क्रम में काम करें।

पहले पुष्टि करें कि उनके आणविक सूत्र एकसमान हैं। यदि नहीं, तो वे समावयवी नहीं हैं।

फिर पूछें कि वास्तव में क्या बदला:

• यदि क्रियात्मक-समूह का प्रकार बदल गया है, तो सामान्यतः महत्वपूर्ण वर्गीकरण क्रियात्मक-समूह समावयवता है।
• यदि क्रियात्मक समूह समान रहता है लेकिन कार्बन कंकाल बदलता है, तो यह शृंखला समावयवता है।
• यदि कंकाल और क्रियात्मक-समूह का प्रकार समान रहते हैं लेकिन उसकी स्थिति बदलती है, तो यह स्थिति समावयवता है।
• यदि संयोजकता बिल्कुल नहीं बदली है, तो उन्हें संरचनात्मक समावयवी न कहें।

यह अंतिम जाँच ज्यामितीय समावयवियों और उसी संरचना को उल्टा बनाकर दिखाने से होने वाली बहुत-सी गलतियों को रोकती है।

09प्रश्न और समाधान

प्रश्न 1

1-chloropropane का संघनित संरचनात्मक सूत्र \(\ce{CH3CH2CH2Cl}\) है। एक अन्य यौगिक का सूत्र \(\ce{CH3CHClCH3}\) है।

दिखाइए कि दोनों यौगिक संरचनात्मक समावयवी हैं, दूसरे यौगिक का नाम लिखिए, और संरचनात्मक समावयवता का प्रकार बताइए।

समाधान 1

ये यौगिक स्थिति समावयवी हैं, और दूसरा यौगिक 2-chloropropane है।

दोनों यौगिकों में तीन कार्बन परमाणु, सात हाइड्रोजन परमाणु और एक chlorine परमाणु है, इसलिए दोनों का आणविक सूत्र \(\ce{C3H7Cl}\) है।

उनका कार्बन कंकाल भी समान है: एक अशाखित तीन-कार्बन शृंखला। 1-chloropropane में chlorine परमाणु कार्बन 1 से जुड़ा है और 2-chloropropane में कार्बन 2 से।

क्रियात्मक-समूह का प्रकार नहीं बदला है और कंकाल भी नहीं बदला है। केवल chlorine प्रतिस्थापक की स्थिति बदलती है, इसलिए यह स्थिति समावयवता है।

आकर्षक लेकिन गलत निष्कर्ष यह होगा कि केवल चित्र अलग दिखने के कारण उन्हें शृंखला समावयवी कहा जाए। शृंखला समावयवता के लिए कार्बन कंकाल अलग होना चाहिए।

प्रश्न 2

केवल उन खुली-शृंखला alkenes पर विचार करें जिनका आणविक सूत्र \(\ce{C5H10}\) है, और त्रिविम समावयवता को नज़रअंदाज़ करें।

इस समूह के प्रत्येक संरचनात्मक समावयवी को बनाइए और नाम लिखिए। फिर पहचानिए:

• स्थिति समावयवियों की एक जोड़ी, और
• शृंखला समावयवियों की एक जोड़ी।

समझाइए कि आपकी किसी एक संरचना के ज्यामितीय रूप एक अतिरिक्त संरचनात्मक समावयवी क्यों नहीं जोड़ेंगे।

समाधान 2

\(\ce{C5H10}\) के पाँच खुली-शृंखला alkene संरचनात्मक समावयवी हैं:

\[
\begin{aligned}
&\ce{CH2=CHCH2CH2CH3} &&\text{pent-1-ene}\\
&\ce{CH3CH=CHCH2CH3} &&\text{pent-2-ene}\\
&\ce{CH2=C(CH3)CH2CH3} &&\text{2-methylbut-1-ene}\\
&\ce{CH2=CHCH(CH3)CH3} &&\text{3-methylbut-1-ene}\\
&\ce{CH3C(CH3)=CHCH3} &&\text{2-methylbut-2-ene}
\end{aligned}
\]

स्थिति समावयवियों की एक स्पष्ट जोड़ी pent-1-ene और pent-2-ene है। उनका पाँच-कार्बन कंकाल नहीं बदलता और दोनों alkene हैं। केवल \(\ce{C=C}\) बंध की स्थिति बदलती है।

शृंखला समावयवियों की एक स्पष्ट जोड़ी pent-1-ene और 3-methylbut-1-ene है। दोनों में एक कार्बन-कार्बन द्विबंध है, लेकिन एक का कार्बन कंकाल अशाखित और दूसरे का शाखित है।

व्यवस्थित विधि ही संरचनाएँ छूटने से बचाती है। पहले सीधा पाँच-कार्बन कंकाल लें और द्विबंध को उसकी अलग-अलग संभावित स्थितियों पर रखें। फिर शाखित 2-methylbutane कार्बन कंकाल लें और द्विबंध को प्रत्येक रासायनिक रूप से भिन्न ऐसे बंध पर रखें जहाँ एक वैध alkene बन सकता हो।

Pent-2-ene अपने द्विबंध के आसपास अलग-अलग ज्यामितीय व्यवस्थाएँ रख सकता है। ये नए संरचनात्मक समावयवी नहीं जोड़ते क्योंकि वही कार्बन परमाणु उन्हीं पड़ोसी परमाणुओं से बंधे रहते हैं। ज्यामितीय समावयवता स्थानिक व्यवस्था बदलती है, संयोजकता नहीं।

आकर्षक लेकिन गलत तरीका हर अलग दिखने वाले चित्र को गिनना है। जो शर्त वास्तव में महत्वपूर्ण है, वह अलग संयोजकता है।

प्रश्न 3

तीन यौगिक \(X\), \(Y\) और \(Z\), सभी का आणविक सूत्र \(\ce{C4H8O2}\) है।

• \(X\) एक अशाखित carboxylic acid है।
• \(Y\) एक शाखित carboxylic acid है।
• \(Z\) एक ester है। इसके \(\ce{-O-}\) alkyl समूह में एक कार्बन परमाणु है, जबकि acid से प्राप्त भाग में कुल तीन कार्बन परमाणु हैं।

\(X\), \(Y\) और \(Z\) की संरचनाएँ बनाइए और उनके नाम लिखिए। \(X\) और \(Y\) के बीच तथा \(X\) और \(Z\) के बीच संबंध का वर्गीकरण कीजिए।

अंत में समझाइए कि \(\ce{-COOH}\) समूह को कार्बन शृंखला के सिरे से किसी आंतरिक कार्बन पर ले जाने से क्या ऐसा स्थिति समावयवी बन सकता है जो अभी भी carboxylic acid हो।

समाधान 3

\(X\) butanoic acid है, \(Y\) 2-methylpropanoic acid है, और \(Z\) methyl propanoate है। \(X\) और \(Y\) शृंखला समावयवी हैं, जबकि \(X\) और \(Z\) क्रियात्मक-समूह समावयवी हैं।

संरचनाएँ हैं:

\[
\ce{CH3CH2CH2COOH}
\]

butanoic acid के लिए,

\[
\ce{(CH3)2CHCOOH}
\]

2-methylpropanoic acid के लिए, और

\[
\ce{CH3CH2COOCH3}
\]

methyl propanoate के लिए।

तीनों में चार कार्बन परमाणु, आठ हाइड्रोजन परमाणु और दो ऑक्सीजन परमाणु हैं।

\(X\) और \(Y\) के लिए, \(\ce{-COOH}\) क्रियात्मक समूह carboxylic acid समूह ही रहता है। जो बदलता है वह कार्बन कंकाल है: \(X\) अशाखित है और \(Y\) शाखित। वे शृंखला समावयवी हैं।

\(X\) और \(Z\) के लिए, क्रियात्मक समूह carboxylic acid से ester में बदल जाता है, इसलिए वे क्रियात्मक-समूह समावयवी हैं।

carboxylic acid का ऐसा सरल स्थिति समावयवी नहीं बनाया जा सकता जिसमें अखंड \(\ce{-COOH}\) समूह को उसी कार्बन कंकाल में किसी आंतरिक कार्बन पर उस तरह स्थानांतरित कर दिया जाए जैसे alcohol में \(\ce{-OH}\) समूह को स्थानांतरित किया जा सकता है। carboxyl कार्बन स्वयं मूल कार्बन शृंखला का भाग होता है और अनिवार्य रूप से अंतिम कार्बन होता है क्योंकि उसका बंधन प्रतिरूप \(\ce{-C(=O)OH}\) होता है।

आकर्षक लेकिन गलत विचार यह है कि हर क्रियात्मक समूह को ऐसे अलग होने वाले स्टिकर की तरह माना जाए जिसे कार्बन 1 से कार्बन 2 पर स्थानांतरित किया जा सकता है। यहाँ क्रियात्मक समूह की सटीक बंधन आवश्यकताएँ ऐसा होने से रोकती हैं।

प्रश्न 4

आणविक सूत्र \(\ce{C5H12O}\) वाले प्रत्येक alcohol संरचनात्मक समावयवी का निर्धारण कीजिए।

नामों का अनुमान लगाने के बजाय अपने तर्क को कार्बन कंकाल के अनुसार व्यवस्थित करें। प्रत्येक कार्बन कंकाल के लिए समझाइए कि कितनी रासायनिक रूप से भिन्न स्थितियों पर \(\ce{-OH}\) समूह हो सकता है।

फिर:

• शृंखला समावयवियों की एक जोड़ी पहचानिए,
• स्थिति समावयवियों की एक जोड़ी पहचानिए, और
• समझाइए कि प्रस्तावित संरचना “2,2-dimethylpropan-2-ol” असंभव क्यों है।

समाधान 4

\(\ce{C5H12O}\) के आठ alcohol संरचनात्मक समावयवी हैं।

सबसे सुरक्षित तरीका है पाँच कार्बन वाले तीन संभावित alkane कंकालों से शुरू करना और फिर \(\ce{-OH}\) समूह को केवल रासायनिक रूप से भिन्न कार्बन स्थितियों पर रखना।

pentane कंकाल के लिए तीन भिन्न स्थितियाँ हैं:

\[
\ce{CH3CH2CH2CH2CH2OH}
\]

pentan-1-ol,

\[
\ce{CH3CH(OH)CH2CH2CH3}
\]

pentan-2-ol, और

\[
\ce{CH3CH2CH(OH)CH2CH3}
\]

pentan-3-ol।

स्थिति 4 और 5 नए यौगिक नहीं बनातीं क्योंकि विपरीत सिरे से क्रमांकन करने पर वे स्थिति 2 और 1 बन जाती हैं।

2-methylbutane कंकाल के लिए चार भिन्न कार्बन परिवेश हैं जिन पर \(\ce{-OH}\) समूह हो सकता है:

\[
\ce{HOCH2CH(CH3)CH2CH3}
\]

2-methylbutan-1-ol,

\[
\ce{HOCH2CH2CH(CH3)CH3}
\]

3-methylbutan-1-ol,

\[
\ce{CH3CH(OH)CH(CH3)CH3}
\]

3-methylbutan-2-ol, और

\[
\ce{CH3C(OH)(CH3)CH2CH3}
\]

2-methylbutan-2-ol।

पहला अनुमान यह हो सकता है कि सभी अंतिम कार्बन समान होंगे। ऐसा नहीं है। इस असममित कंकाल में शाखित कार्बन के पास वाला अंतिम कार्बन और दूसरे सिरे का अंतिम कार्बन अलग बंधन परिवेश रखते हैं। उन पर \(\ce{-OH}\) रखने से अलग संयोजकता बनती है।

2,2-dimethylpropane कंकाल के लिए, सममिति के कारण बाहरी चारों कार्बन परमाणु समान हैं। केवल एक alcohol संभव है:

\[
\ce{(CH3)3CCH2OH}
\]

2,2-dimethylpropan-1-ol।

इसलिए कुल संख्या है:

\[
3+4+1=8
\]

शृंखला समावयवियों की एक जोड़ी pentan-1-ol और 2-methylbutan-1-ol है। दोनों सूत्र \(\ce{C5H12O}\) वाले alcohol हैं, लेकिन उनके कार्बन कंकाल अलग हैं।

स्थिति समावयवियों की एक जोड़ी pentan-1-ol और pentan-2-ol है। उनका कार्बन कंकाल और क्रियात्मक-समूह का प्रकार समान रहता है, लेकिन \(\ce{-OH}\) समूह की स्थिति बदलती है।

“2,2-dimethylpropan-2-ol” असंभव है क्योंकि 2,2-dimethylpropane कंकाल का कार्बन 2 पहले से चार कार्बन परमाणुओं से बंधा है। कार्बन के पास \(\ce{-OH}\) समूह के लिए पाँचवाँ बंध बनाने की क्षमता नहीं होती।

यदि आप समावयवी बनाने को केवल लेबल इधर-उधर करने जैसा समझें, तो यह अंतिम सीमा आसानी से छूट सकती है। संयोजकता तय करती है कि वास्तव में कौन-सी स्थितियाँ संभव हैं।

प्रश्न 5

एक प्रश्न में उन सभी खुली-शृंखला यौगिकों को खोजने को कहा गया है जिनका आणविक सूत्र \(\ce{C5H10O}\) है, जिनमें ठीक एक carbonyl समूह, \(\ce{C=O}\), हो और कोई अन्य बहु-बंध न हो। केवल aldehydes और ketones की अनुमति है।

एक विद्यार्थी आठ संरचनाएँ प्रस्तावित करता है:

• pentanal
• 2-methylbutanal
• 3-methylbutanal
• 2,2-dimethylpropanal
• pentan-2-one
• pentan-3-one
• 3-methylbutan-2-one
• 2-methylbutan-2-one

दूसरा विद्यार्थी समस्या पहचानता है और अंतिम नाम को “4-methylbutanal” से बदल देता है, यह दावा करते हुए कि इससे छूटा हुआ आठवाँ समावयवी मिल जाता है।

मान्य संरचनात्मक समावयवियों का पूरा समूह निर्धारित कीजिए। समझाइए कि प्रत्येक विद्यार्थी की आठवीं संरचना क्यों विफल होती है, और सिद्ध कीजिए कि दी गई शर्तों के अंतर्गत कोई आठवीं संरचना हो ही नहीं सकती।

अंत में, मान्य समूह में ऐसी एक-एक जोड़ी पहचानिए जो शृंखला, स्थिति और क्रियात्मक-समूह समावयवता दिखाती हो।

समाधान 5

दी गई सीमाओं के अंतर्गत ठीक सात मान्य संरचनात्मक समावयवी हैं: चार aldehydes और तीन ketones। प्रस्तावित दोनों आठवीं संरचनाएँ न तो नई हैं और न ही मान्य।

चार aldehydes हैं:

\[
\ce{CH3CH2CH2CH2CHO}
\]

pentanal,

\[
\ce{CH3CH2CH(CH3)CHO}
\]

2-methylbutanal,

\[
\ce{CH3CH(CH3)CH2CHO}
\]

3-methylbutanal, और

\[
\ce{(CH3)3CCHO}
\]

2,2-dimethylpropanal।

ठीक चार ही क्यों?

aldehyde में अंतिम समूह \(\ce{-CHO}\) होता है। जब उस कार्बन को सिरे पर तय कर दिया जाता है, तो शेष चार कार्बन परमाणु उससे जुड़े alkyl विन्यास बनाते हैं। संभावित कार्बन कंकालों को व्यवस्थित रूप से बनाने पर ऊपर दी गई चार संरचनाएँ मिलती हैं।

तीन ketones हैं:

\[
\ce{CH3COCH2CH2CH3}
\]

pentan-2-one,

\[
\ce{CH3CH2COCH2CH3}
\]

pentan-3-one, और

\[
\ce{CH3COCH(CH3)CH3}
\]

3-methylbutan-2-one।

ketone का carbonyl कार्बन दो कार्बन समूहों से बंधा होना चाहिए। इसका अर्थ है कि carbonyl अंतिम स्थान पर नहीं हो सकता।

पहले विद्यार्थी का अतिरिक्त यौगिक, “2-methylbutan-2-one”, असफल होता है क्योंकि उस नाम के अनुसार carbonyl कार्बन को बहुत अधिक कार्बन-कार्बन बंध बनाने पड़ेंगे।

कार्बन 2 पर किसी कथित 2-methylbutan-2-one में carbonyl कार्बन को एक साथ:

• ऑक्सीजन से द्विबंधित,
• शृंखला की एक दिशा में बंधित,
• शृंखला की दूसरी दिशा में बंधित, और
• एक अतिरिक्त methyl प्रतिस्थापक से बंधित

होना पड़ेगा।

बंध-क्रम की गिनती करने पर यह कार्बन की चार की संयोजकता से अधिक हो जाएगा। इसलिए यह संरचना रासायनिक रूप से असंभव है।

दूसरे विद्यार्थी का विकल्प, “4-methylbutanal”, भी असफल होता है, लेकिन एक अलग कारण से।

aldehyde में aldehyde कार्बन कार्बन 1 होता है। जिस संरचना को अनौपचारिक रूप से “4-methylbutanal” कहा गया है, उसमें एक अधिक लंबी सतत कार्बन शृंखला का पता लगाया जा सकता है। aldehyde कार्बन को शामिल करने वाली सही सबसे लंबी शृंखला चुनने पर यह उस नाम वाली कोई अलग संरचना नहीं रहती। प्रस्तावित चित्र नई संयोजकता बनाने के बजाय पहले से गिनी गई संरचनाओं में से किसी एक के समान निकलता है।

इसलिए केवल कोई नया नाम गढ़कर किसी भी गलती को ठीक नहीं किया जा सकता।

पूर्णता का तर्क सबसे महत्वपूर्ण भाग है। aldehydes के लिए, अंतिम \(\ce{-CHO}\) समूह के अनुकूल सभी कार्बन कंकालों को व्यवस्थित रूप से बनाने पर चार संरचनाएँ मिलती हैं। ketones के लिए, आंतरिक carbonyl को प्रत्येक मान्य और असमान कार्बन परिवेश में रखने पर तीन संरचनाएँ मिलती हैं। सममिति दोहराव हटाती है और संयोजकता असंभव प्रत्याशियों को हटा देती है।

इसलिए:

\[
4+3=7
\]

शृंखला समावयवियों की एक जोड़ी pentanal और 2-methylbutanal है। दोनों aldehydes हैं, लेकिन उनके कार्बन कंकाल अलग हैं।

स्थिति समावयवियों की एक जोड़ी pentan-2-one और pentan-3-one है। उनका वही अशाखित पाँच-कार्बन कंकाल है और दोनों ketones हैं, लेकिन carbonyl समूह अलग स्थिति पर होता है।

क्रियात्मक-समूह समावयवियों की एक जोड़ी pentanal और pentan-2-one है। दोनों का आणविक सूत्र \(\ce{C5H10O}\) है, लेकिन pentanal एक aldehyde है और pentan-2-one एक ketone है।

इस पूरी समस्या में आकर्षक लेकिन गलत शॉर्टकट यह मान लेना है कि locant में हर संभावित दिखने वाला बदलाव एक नया समावयवी बनाता है। ऐसा नहीं है। किसी मान्य संरचनात्मक समावयवी को तीन अलग-अलग जाँचों में सफल होना चाहिए: समान आणविक सूत्र, वास्तव में अलग संयोजकता, और रासायनिक रूप से मान्य बंधन।

जब आप दृश्य अनुमान लगाने के बजाय समावयवियों को व्यवस्थित रूप से बना पाते हैं, तो IUPAC नामकरण बहुत अधिक उपयोगी हो जाता है। नाम केवल वह चीज़ नहीं रह जाता जिसे आप रसायन विज्ञान पूरा करने के बाद जोड़ते हैं; यह जाँचने का एक तरीका बन जाता है कि दो चित्र वास्तव में अलग हैं या नहीं, और आपने जो संरचना बनाई है वह संभव भी है या नहीं।