हाइड्रोजन हैलाइड के साथ अल्कोहल का प्रतिस्थापन: HSC रसायन विज्ञान
जानें कि अल्कोहल हाइड्रोजन हैलाइड के साथ अभिक्रिया करके हैलोऐल्केन कैसे बनाते हैं, उत्पादों का पूर्वानुमान कैसे लगाया जाता है, और हाइड्रॉक्सिल समूह पानी के रूप में क्यों निकलता है।
मान लीजिए कि प्रोपान-2-ऑल हाइड्रोजन ब्रोमाइड, \(\ce{HBr}\), के साथ अभिक्रिया करता है। अल्कोहल की शुरुआत एक \(\ce{-OH}\) समूह से होती है और अंत में उसकी जगह \(\ce{-Br}\) समूह आ जाता है। आगे बढ़ने से पहले अनुमान लगाइए कि \(\ce{HBr}\) का हाइड्रोजन अंततः कहाँ जाता है: कार्बन से जुड़ता है, ब्रोमीन से जुड़ता है, या पानी में जाता है?
यह पानी में जाता है। कार्बन कंकाल वही रहता है, ब्रोमीन उस स्थान को ले लेता है जहाँ पहले \(\ce{-OH}\) था, और अल्कोहल का ऑक्सीजन \(\ce{H2O}\) के भाग के रूप में निकल जाता है। यदि आप इन परमाणुओं का पता लगा सकते हैं, तो इस अभिक्रिया से जुड़े अधिकांश HSC उत्पाद-पूर्वानुमान प्रश्न बहुत आसान हो जाते हैं।
01उपयोगी पहला मॉडल: OH की जगह हैलोजन लगाएँ
\(\ce{-OH}\) से जुड़े कार्बन को एक सीट की तरह समझिए। इस अभिक्रिया में कार्बन अपनी सीट बनाए रखता है, लेकिन उस पर बैठा समूह बदल जाता है: \(\ce{-OH}\) की जगह एक हैलोजन आ जाता है।
अर्थात:
\[
\ce{ROH + HX -> RX + H2O}
\]
यहाँ:
- \(\ce{R}\) कार्बन शृंखला के शेष भाग को दर्शाता है,
- \(\ce{X}\) एक हैलोजन को दर्शाता है, आमतौर पर \(\ce{Cl}\), \(\ce{Br}\), या \(\ce{I}\),
- \(\ce{ROH}\) अल्कोहल है,
- \(\ce{RX}\) हैलोजनीकृत कार्बनिक उत्पाद है।
सामान्य HSC उत्पाद-पूर्वानुमान प्रश्नों के लिए:
| अभिकर्मक | \(\ce{-OH}\) की जगह लेने वाला हैलोजन | कार्बनिक उत्पाद |
|---|---|---|
| \(\ce{HCl}\) | \(\ce{Cl}\) | क्लोरोऐल्केन |
| \(\ce{HBr}\) | \(\ce{Br}\) | ब्रोमोऐल्केन |
| \(\ce{HI}\) | \(\ce{I}\) | आयोडोऐल्केन |
इस अभिक्रिया को प्रतिस्थापन अभिक्रिया कहा जाता है क्योंकि कार्बन से जुड़ा एक समूह दूसरे समूह से प्रतिस्थापित हो जाता है।

यह सीट-बदलने वाला चित्र उत्पादों का पूर्वानुमान लगाने के लिए बहुत उपयोगी है। लेकिन यह पूर्ण अभिक्रिया-तंत्र नहीं है। \(\ce{-OH}\) समूह सामान्यतः बस \(\ce{OH^-}\) के रूप में अलग होकर नहीं निकल जाता।
02HX में मौजूद हाइड्रोजन क्यों महत्वपूर्ण है
शुरुआत में आप शायद यह लिखें:
\[
\ce{ROH + X^- -> RX + OH^-}
\]
परमाणुओं और आवेश को संतुलित किया जा सकता है, इसलिए यह उचित लग सकता है। लेकिन रासायनिक दृष्टि से एक समस्या है: \(\ce{OH^-}\) एक खराब लीविंग ग्रुप है।
लीविंग ग्रुप वह परमाणु या समूह है जो अभिक्रिया के दौरान कार्बन से अलग होकर निकल जाता है। हाइड्रॉक्साइड प्रबल क्षारीय होता है और सामान्यतः किसी साधारण अल्कोहल से निकलने के लिए काफी अनिच्छुक होता है।
हाइड्रोजन हैलाइड इस समस्या को हल करते हैं क्योंकि वे \(\mathrm{H}^{+}\) प्रदान करते हैं। अल्कोहल का ऑक्सीजन एक प्रोटॉन स्वीकार कर सकता है:
\[
\ce{ROH + H+ -> ROH2+}
\]
अब कार्बन से जुड़ा समूह प्रभावी रूप से \(\ce{-OH2+}\) है। यदि यह निकलता है, तो \(\ce{OH^-}\) के रूप में नहीं, बल्कि उदासीन पानी के रूप में निकलता है।
तब कुल परिवर्तन को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
\[
\ce{ROH2+ + X^- -> RX + H2O}
\]
इसलिए \(\ce{HX}\) से आने वाला हाइड्रोजन कोई महत्वहीन अतिरिक्त परमाणु नहीं है। यह एक खराब लीविंग ग्रुप को कहीं बेहतर लीविंग ग्रुप में बदलने में मदद करता है।
एक थोड़ा हास्यास्पद उदाहरण यह है कि कोई व्यक्ति पार्टी छोड़ना नहीं चाहता क्योंकि अकेले पैदल घर जाना बहुत खराब विकल्प है। उसे घर जाने के लिए सवारी मिल जाए, तो निकलना अचानक बहुत आसान हो जाता है। प्रोटोनेशन ऑक्सीजन को बाहर निकलने का कहीं बेहतर तरीका देता है: वह पानी के रूप में निकल सकता है।
यह उपमा पूरी तरह सटीक नहीं है क्योंकि अणु निर्णय नहीं लेते, और बंध टूटने तथा बनने का सटीक क्रम अल्कोहल की संरचना पर निर्भर करता है। HSC उत्पाद-पूर्वानुमान के लिए महत्वपूर्ण परिणाम इससे सरल है: हैलोजन उसी कार्बन पर \(\ce{-OH}\) समूह की जगह लेता है।
03उत्पाद का पूर्वानुमान लगाने की विश्वसनीय विधि
जब आप किसी अल्कोहल को \(\ce{HCl}\), \(\ce{HBr}\), या \(\ce{HI}\) के साथ अभिक्रिया करते देखें, तो यह क्रम अपनाएँ।
- उस कार्बन को खोजें जो सीधे \(\ce{-OH}\) से जुड़ा है।
- \(\ce{HX}\) में मौजूद हैलोजन की पहचान करें।
- कार्बन कंकाल को अपरिवर्तित रखें।
- \(\ce{-OH}\) की जगह उस हैलोजन को लगाएँ।
- दूसरे उत्पाद के रूप में \(\ce{H2O}\) शामिल करें।
- अंतिम संरचना से बने हैलोऐल्केन का नाम निर्धारित करें। अल्कोहल के नाम की नंबरिंग को अपने-आप न दोहराएँ।
यह अंतिम चरण आपकी अपेक्षा से अधिक गलतियाँ पकड़ता है। अल्कोहल की नंबरिंग \(\ce{-OH}\) समूह को प्राथमिकता देने के लिए की गई थी। एक बार \(\ce{-OH}\) हट जाने के बाद, उत्पाद की नंबरिंग नई संरचना के नामकरण नियमों के अनुसार करनी होगी।
हल किया हुआ उदाहरण: प्रोपान-1-ऑल और HBr
जब प्रोपान-1-ऑल हाइड्रोजन ब्रोमाइड के साथ अभिक्रिया करता है, तो एक संतुलित समीकरण लिखिए और कार्बनिक उत्पाद का नाम बताइए।
चरण 1
\(\ce{HBr}\) ब्रोमीन देता है, इसलिए \(\ce{-OH}\) की जगह \(\ce{-Br}\) आएगा।
चरण 2
प्रोपान-1-ऑल है:
\[
\ce{CH3CH2CH2OH}
\]
\(\ce{-OH}\) समूह अंतिम कार्बन पर है।
चरण 3
कार्बनिक उत्पाद है:
\[
\ce{CH3CH2CH2Br}
\]
चरण 4
\[
\ce{CH3CH2CH2OH + HBr -> CH3CH2CH2Br + H2O}
\]
चरण 5
उत्पाद 1-ब्रोमोप्रोपेन है।
कार्बन शृंखला नहीं बदली है। केवल कार्बन 1 से जुड़ा समूह \(\ce{-OH}\) से बदलकर \(\ce{-Br}\) हो गया है।
04प्रतिस्थापन को निर्जलीकरण से न मिलाएँ
अल्कोहल पानी खोकर ऐल्कीन भी बना सकते हैं। यह एक उन्मूलन अभिक्रिया है, न कि वह प्रतिस्थापन अभिक्रिया जिसका हम यहाँ अध्ययन कर रहे हैं।
इन प्रतिरूपों की तुलना करें:
\[
\ce{alcohol + HX -> haloalkane + H2O}
\]
और
\[
\ce{alcohol -> alkene + H2O}
\]
प्रतिस्थापन में हैलोजन \(\ce{-OH}\) की जगह लेता है। निर्जलीकरण में पड़ोसी कार्बनों से परमाणु हटाए जाते हैं ताकि कार्बन-कार्बन द्विबंध बन सके।
इसलिए अभिकर्मक और परिस्थितियाँ महत्वपूर्ण हैं। केवल “अल्कोहल” और “अम्ल” देखकर अपने-आप ऐल्कीन बनने का अनुमान लगाने के लिए पर्याप्त जानकारी नहीं मिलती। यदि अभिकर्मक \(\ce{HBr}\) जैसा हाइड्रोजन हैलाइड है, तो अपेक्षित HSC अभिक्रिया प्रतिस्थापन है। यदि आपको इन दोनों अभिक्रिया-प्रतिरूपों को सावधानी से अलग समझना है, तो tutorgum की अल्कोहलों के निर्जलीकरण की मार्गदर्शिका देखें।
05संरचना से उत्पाद का नामकरण
अब एक अधिक रोचक उदाहरण देखते हैं।
हल किया हुआ उदाहरण: ऐसा उत्पाद जिसकी फिर से नंबरिंग करनी पड़ती है
4-ब्रोमोपेंटान-2-ऑल हाइड्रोजन क्लोराइड के साथ अभिक्रिया करता है। समीकरण लिखिए और कार्बनिक उत्पाद का IUPAC नाम बताइए।
चरण 1
\[
\ce{CH3CH(OH)CH2CH(Br)CH3}
\]
चरण 2
अभिकर्मक \(\ce{HCl}\) है, इसलिए \(\ce{-OH}\) समूह की जगह \(\ce{-Cl}\) आएगा।
\[
\ce{CH3CH(Cl)CH2CH(Br)CH3}
\]
चरण 3
\[
\ce{CH3CH(OH)CH2CH(Br)CH3 + HCl -> CH3CH(Cl)CH2CH(Br)CH3 + H2O}
\]
चरण 4
एक सिरे से नंबरिंग करने पर क्लोरो कार्बन 2 पर और ब्रोमो कार्बन 4 पर है।
दूसरे सिरे से नंबरिंग करने पर ब्रोमो कार्बन 2 पर और क्लोरो कार्बन 4 पर है।
दोनों दिशाएँ समान लोकेंट-समुच्चय, \(2,4\), देती हैं। ऐसी बराबरी में वर्णानुक्रम में पहले आने वाले प्रतिस्थापी को कम संख्या दी जाती है। “ब्रोमो” “क्लोरो” से पहले आता है।
इसलिए उत्पाद 2-ब्रोमो-4-क्लोरोपेंटेन है।
ध्यान दें कि क्या हुआ: जिस कार्बन पर प्रतिस्थापन हुआ, वह अपनी जगह से नहीं हिला, लेकिन अंतिम IUPAC नाम में उसकी संख्या अलग है। अभिक्रिया का पूर्वानुमान और यौगिक का नामकरण दो अलग कार्य हैं।
06सरल समीकरण क्या छिपाता है
समीकरण
\[
\ce{ROH + HX -> RX + H2O}
\]
आपको कुल रासायनिक परिवर्तन बताता है। यह यह नहीं बताता कि हर अल्कोहल कितनी तेजी से अभिक्रिया करता है, या प्रारंभिक चरणों का सटीक क्रम क्या है।
अलग-अलग संरचना वाले अल्कोहल कुछ भिन्न सूक्ष्म मार्गों से प्रतिस्थापन कर सकते हैं। कुछ मामलों में हैलाइड का आक्रमण और पानी का निकलना आपस में निकटता से जुड़े होते हैं। अन्य मामलों में हैलाइड द्वारा बंध बनाने से पहले पानी निकल सकता है।
मानक HSC उत्पाद का पूर्वानुमान लगाने के लिए आपको यह मानने की आवश्यकता नहीं है कि ये सभी मार्ग एक जैसे हैं। सामान्य रासायनिक समस्या समान है: मूल \(\ce{-OH}\) समूह एक खराब लीविंग ग्रुप है, इसलिए अम्लीय परिस्थितियाँ इसे ऐसे समूह में बदल देती हैं जो पानी के रूप में निकल सकता है।
व्यावहारिक अभिक्रिया-दरें भी अलग होती हैं। कई अल्कोहलों के लिए \(\ce{HCl}\), \(\ce{HBr}\) या \(\ce{HI}\) की तुलना में सामान्यतः कम प्रभावी होता है और इसके लिए अधिक कठोर परिस्थितियों या \(\ce{ZnCl2}\) जैसे उत्प्रेरक की आवश्यकता पड़ सकती है। फिर भी, यदि HSC प्रश्न में स्पष्ट रूप से किसी अल्कोहल की \(\ce{HCl}\) के साथ अभिक्रिया दी गई है, तो उत्पाद-पूर्वानुमान का नियम वही रहता है: \(\ce{-OH}\) को \(\ce{-Cl}\) से बदलें, जब तक कि प्रश्न में इसके विपरीत संकेत देने वाली जानकारी न दी गई हो।
07सबसे आकर्षक गलतियाँ
एक सामान्य गलती यह है कि H और X दोनों को कार्बन कंकाल पर लगा दिया जाए। इससे \(\ce{HX}\) को ऐसे माना जाता है जैसे वह किसी द्विबंध पर योग कर रहा हो। यहाँ कोई कार्बन-कार्बन द्विबंध नहीं है। हाइड्रोजन पानी बनाने में मदद करता है; हैलोजन कार्बन से जुड़ता है।
दूसरी गलती \(\ce{-OH}\) को हटाकर \(\ce{H2O}\) को भूल जाना है। यदि आपसे पूर्ण आणविक समीकरण पूछा गया है, तो पानी अवश्य दिखना चाहिए ताकि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं का हिसाब पूरा हो।
तीसरी गलती हैलोजन को उस कार्बन पर ले जाना है जिससे नाम सबसे सुविधाजनक दिखे। नामकरण से पहले अभिक्रिया-रसायन आता है। X को उसी कार्बन पर लगाएँ जिस पर मूल रूप से \(\ce{-OH}\) था, फिर वास्तव में बनी संरचना का नाम दें।
अंत में, यह न मानें कि अकेला \(\mathrm{Br}^{-}\) किसी अल्कोहल से आसानी से अभिक्रिया करा देगा। \(\ce{HBr}\) के अम्लीय भाग की महत्वपूर्ण भूमिका है: यह \(\ce{-OH}\) समूह को सक्रिय करता है ताकि वह पानी के रूप में निकल सके।
08प्रश्न और समाधान
प्रश्न 1
पेंटान-1-ऑल हाइड्रोजन आयोडाइड के साथ अभिक्रिया करता है।
अभिक्रिया का संतुलित समीकरण लिखिए और कार्बनिक उत्पाद का नाम बताइए।
समाधान 1
उत्पाद 1-आयोडोपेंटेन है, और दूसरा उत्पाद पानी है।
हाइड्रोजन आयोडाइड प्रतिस्थापन के लिए आयोडीन उपलब्ध कराता है। पेंटान-1-ऑल का \(\ce{-OH}\) समूह कार्बन 1 पर है, इसलिए आयोडीन उसी कार्बन पर उस समूह की जगह लेता है:
\[
\ce{CH3CH2CH2CH2CH2OH + HI -> CH3CH2CH2CH2CH2I + H2O}
\]
आकर्षक गलती यह होगी कि H और I को अलग-अलग कार्बनों पर जोड़ दिया जाए। वह एक योग-अभिक्रिया का प्रतिरूप होगा। यहाँ अभिक्रिया प्रतिस्थापन है: कार्बन ढाँचा अपरिवर्तित रहता है और \(\ce{-I}\), \(\ce{-OH}\) की जगह लेता है।
प्रश्न 2
3-मेथिलब्यूटान-2-ऑल हाइड्रोजन ब्रोमाइड के साथ अभिक्रिया करता है।
कार्बनिक उत्पाद का संघनित संरचनात्मक सूत्र लिखिए, पूर्ण समीकरण लिखिए, और उत्पाद का IUPAC नाम बताइए।
समाधान 2
कार्बनिक उत्पाद 2-ब्रोमो-3-मेथिलब्यूटेन है।
प्रारंभिक अल्कोहल है:
\[
\ce{CH3CH(OH)CH(CH3)CH3}
\]
\(\ce{-OH}\) समूह कार्बन 2 से जुड़ा है। इसलिए हाइड्रोजन ब्रोमाइड उस समूह को ब्रोमीन से प्रतिस्थापित करता है:
\[
\ce{CH3CH(OH)CH(CH3)CH3 + HBr -> CH3CH(Br)CH(CH3)CH3 + H2O}
\]
उत्पाद की संरचना है:
\[
\ce{CH3CH(Br)CH(CH3)CH3}
\]
नामकरण के लिए सबसे लंबी शृंखला में चार कार्बन हैं। नंबरिंग से ब्रोमो और मेथिल प्रतिस्थापी कार्बन 2 और 3 पर आते हैं। दोनों संभावित दिशाएँ \(2,3\) का समान समुच्चय देती हैं, इसलिए वर्णानुक्रम वाला बराबरी-नियम ब्रोमो को कम संख्या देता है।
इसलिए नाम 2-ब्रोमो-3-मेथिलब्यूटेन है।
एक आकर्षक लेकिन गलत विचार यह है कि शायद कार्बन कंकाल को पुनर्व्यवस्थित होना चाहिए क्योंकि उत्पाद को नया नाम मिलता है। ऐसा नहीं होता। इस मानक प्रतिस्थापन प्रश्न में केवल अल्कोहल वाले कार्बन से जुड़ा समूह बदलता है।
प्रश्न 3
एथेनॉल के एक नमूने में ऑक्सीजन परमाणु को समस्थानिक \(^{18}\mathrm{O}\) से चिह्नित किया गया है। यह चिह्नित एथेनॉल अतिरिक्त \(\ce{HBr}\) के साथ पूर्णतः अभिक्रिया करता है।
ब्रोमीन और हाइड्रोजन परमाणुओं की समस्थानिक संरचना सामान्य है।
किस अभिक्रिया-उत्पाद में मूल \(^{18}\mathrm{O}\) परमाणु होता है? संबंधित बंधों का पता लगाते हुए अपना उत्तर समझाइए।
समाधान 3
मूल \(^{18}\mathrm{O}\) परमाणु ब्रोमोएथेन में नहीं, बल्कि पानी में पहुँचता है।
प्रतिस्थापन एथेनॉल को ब्रोमोएथेन में बदलता है:
\[
\ce{CH3CH2OH + HBr -> CH3CH2Br + H2O}
\]
महत्वपूर्ण बंध-परिवर्तन यह है कि अल्कोहल में कार्बन-ऑक्सीजन बंध टूटता है जबकि कार्बन-ब्रोमीन बंध बनता है। अल्कोहल का ऑक्सीजन प्रोटोनेट होता है और हाइड्रोजन के साथ पानी के रूप में निकल सकता है।
इसलिए पानी के उत्पाद में मूल \(^{18}\mathrm{O}\) होता है।
आकर्षक लेकिन गलत अनुमान यह है कि ऑक्सीजन किसी प्रकार कार्बनिक अणु के साथ जुड़ा रह सकता है क्योंकि शुरुआत में वह एथेनॉल के भीतर था। लेकिन कार्बनिक उत्पाद ब्रोमोएथेन में ऑक्सीजन होता ही नहीं है। इसलिए परमाणुओं का संरक्षण चिह्नित ऑक्सीजन को पानी के उत्पाद में जाने के लिए बाध्य करता है।
यह जाँचने का एक उपयोगी तरीका है कि आपका अभिक्रिया-समीकरण अभिक्रिया-तंत्र को समझदारी से दर्शाता है या नहीं: क्रियात्मक समूहों को ऐसे लेबल न मानें जो बस गायब हो जाते हैं, बल्कि अलग-अलग परमाणुओं का पता लगाएँ।
प्रश्न 4
एक विद्यार्थी एथेनॉल से जुड़ी इन दो प्रस्तावित अभिक्रियाओं की तुलना करता है:
\[
\ce{CH3CH2OH + Br^- -> CH3CH2Br + OH^-}
\]
और
\[
\ce{CH3CH2OH + HBr -> CH3CH2Br + H2O}
\]
विद्यार्थी तर्क देता है कि पहली अभिक्रिया भी उतनी ही अच्छी तरह होनी चाहिए क्योंकि वह संतुलित है और उसमें आवश्यक ब्रोमाइड आयन पहले से मौजूद है।
समझाइए कि यह निष्कर्ष रासायनिक दृष्टि से त्रुटिपूर्ण क्यों है। फिर अनुमान लगाइए कि सामान्य परिस्थितियों में एथेनॉल को \(\ce{NaBr}\) के उदासीन जलीय विलयन के साथ मिलाने पर क्या 1-ब्रोमोएथेन आसानी से बनना चाहिए।
समाधान 4
सामान्य परिस्थितियों में उदासीन जलीय \(\ce{NaBr}\) एथेनॉल को आसानी से 1-ब्रोमोएथेन में परिवर्तित नहीं करना चाहिए, क्योंकि अकेला ब्रोमाइड मुख्य समस्या को हल नहीं करता: \(\ce{-OH}\) एक खराब लीविंग ग्रुप है।
पहला प्रस्तावित समीकरण संतुलित है:
\[
\ce{CH3CH2OH + Br^- -> CH3CH2Br + OH^-}
\]
लेकिन संतुलित समीकरण अपने-आप रासायनिक रूप से अनुकूल मार्ग नहीं बन जाता। इसमें अल्कोहल के \(\ce{-OH}\) समूह को \(\ce{OH^-}\) के रूप में निकलना पड़ता है, जो प्रबल क्षारीय होता है और सामान्यतः खराब लीविंग ग्रुप है।
\(\ce{HBr}\) में अम्लीय हाइड्रोजन स्थिति बदल देता है। एक उपयोगी पहला चरण है:
\[
\ce{CH3CH2OH + H+ -> CH3CH2OH2+}
\]
इसके बाद ऑक्सीजन उदासीन पानी के रूप में निकल सकता है, जबकि ब्रोमाइड कार्बन-ब्रोमीन बंध बनाता है। कुल मिलाकर:
\[
\ce{CH3CH2OH + HBr -> CH3CH2Br + H2O}
\]
आकर्षक तर्क केवल \(\mathrm{Br}^{-}\) की उपस्थिति पर ध्यान देता है। ब्रोमाइड वास्तव में वही प्रजाति है जो कार्बन से नया बंध बनाती है, लेकिन सफल प्रतिस्थापन के लिए मूल समूह का निकलना भी आवश्यक है। अम्ल महत्वपूर्ण है क्योंकि वह खराब लीविंग ग्रुप को पानी में बदल देता है।
इसीलिए अभिक्रिया-समीकरणों में परमाणुओं की गिनती के साथ-साथ रासायनिक तर्क भी आवश्यक है।
प्रश्न 5
प्रोपान-2-ऑल के एक नमूने में \(^{18}\mathrm{O}\) केवल उसके \(\ce{-OH}\) समूह के ऑक्सीजन परमाणु में है। मान लें कि नीचे वर्णित अभिक्रियाओं से पहले कोई समस्थानिक विनिमय नहीं होता।
नमूने को दो भागों में बाँटा जाता है।
मार्ग A में, चिह्नित प्रोपान-2-ऑल \(\ce{HBr}\) के साथ पूर्णतः अभिक्रिया करता है। कार्बनिक उत्पाद को अलग किया जाता है और फिर सामान्य \(^{16}\mathrm{O}\) का उपयोग करके बनाए गए अतिरिक्त जलीय \(\ce{NaOH}\) के साथ अभिक्रिया कराई जाती है।
मार्ग B में, चिह्नित प्रोपान-2-ऑल को ऐसी परिस्थितियों में गर्म किया जाता है जो उसका निर्जलीकरण करके प्रोपीन और पानी बनाती हैं।
प्रत्येक मार्ग के लिए:
- बताइए कि पहली अभिक्रिया के बाद मूल \(^{18}\mathrm{O}\) कहाँ पाया जाता है।
- मार्ग A के लिए बताइए कि जलीय \(\ce{NaOH}\) के साथ अभिक्रिया के बाद बना प्रोपान-2-ऑल क्या मूल \(^{18}\mathrm{O}\) को धारण करता है।
- समझाइए कि समस्थानिक प्रमाण किस प्रकार परमाणु-संरक्षण को इस विचार से अलग करता है कि कोई क्रियात्मक समूह बस “वापस बदल जाता है”।
समाधान 5
दोनों मार्गों में मूल \(^{18}\mathrm{O}\) पानी में कार्बनिक अणु को छोड़ देता है। मार्ग A में, बाद में जलअपघटन से बना प्रोपान-2-ऑल उस मूल चिह्नित ऑक्सीजन को वापस प्राप्त नहीं करता।
मार्ग A के लिए पहली अभिक्रिया प्रतिस्थापन है:
\[
\ce{CH3CH(OH)CH3 + HBr -> CH3CH(Br)CH3 + H2O}
\]
कार्बन-ऑक्सीजन बंध टूटता है, और मूल अल्कोहल का ऑक्सीजन पानी के भाग के रूप में निकल जाता है। इसलिए \(^{18}\mathrm{O}\) उस पानी में होता है।
अलग किया गया 2-ब्रोमोप्रोपेन मूल अल्कोहल से आया कोई ऑक्सीजन नहीं रखता।
जब 2-ब्रोमोप्रोपेन बाद में जलीय \(\ce{NaOH}\) के साथ अभिक्रिया करता है, तो कार्बन-ऑक्सीजन बंध फिर से बनता है:
\[
\ce{CH3CH(Br)CH3 + OH^- -> CH3CH(OH)CH3 + Br^-}
\]
दी गई इस मान्यता के अनुसार कि जलीय अभिकर्मक में सामान्य \(^{16}\mathrm{O}\) है, नवगठित प्रोपान-2-ऑल में शामिल ऑक्सीजन नए जलीय परिवेश से आता है, मूल अल्कोहल से नहीं। मूल \(^{18}\mathrm{O}\) पहले ही पानी के रूप में निकल चुका है।
मार्ग B के लिए निर्जलीकरण से प्रोपीन और पानी बनते हैं:
\[
\ce{CH3CH(OH)CH3 -> CH3CH=CH2 + H2O}
\]
फिर से, कार्बनिक उत्पाद में कोई ऑक्सीजन नहीं है, इसलिए मूल \(^{18}\mathrm{O}\) निर्जलीकरण के दौरान बने पानी में ही पाया जाना चाहिए।
आकर्षक विचार यह है कि मार्ग A किसी तरह उसी \(\ce{-OH}\) समूह को “वापस” कर देता है क्योंकि इस क्रम की शुरुआत और अंत दोनों प्रोपान-2-ऑल से होते हैं। संरचनात्मक रूप से प्रारंभिक और अंतिम कार्बनिक अणु एक ही यौगिक हो सकते हैं। लेकिन परमाणु-दर-परमाणु दृष्टि से वे आवश्यक रूप से समान अणु नहीं हैं। पहला ऑक्सीजन निकल गया था, और बाद में एक अलग ऑक्सीजन शामिल हुआ।
यही प्रतिस्थापन समीकरणों का गहरा महत्व है: वे केवल क्रियात्मक-समूहों के नाम बदलने की विधियाँ नहीं हैं। वे आपको यह पता लगाने देते हैं कि कौन-से बंध टूटते हैं, कौन-से बंध बनते हैं, और प्रत्येक परमाणु भौतिक रूप से कहाँ जा सकता है।
09यह विचार आगे कहाँ ले जाता है
एक बार जब आप अल्कोहल प्रतिस्थापन का विश्वसनीय रूप से पूर्वानुमान लगा सकते हैं, तो प्रत्येक समीकरण को अलग-अलग देखने के बजाय अभिक्रिया-पथों का अनुसरण करना शुरू कर सकते हैं। किसी अल्कोहल को हैलोऐल्केन में बदला जा सकता है, और वह हैलोऐल्केन आगे प्रतिस्थापन या उन्मूलन अभिक्रियाएँ कर सकता है।
मूल \(\ce{-OH}\) समूह वाला वही कार्बन अक्सर महत्वपूर्ण संदर्भ-बिंदु होता है, लेकिन आगे क्या होगा यह अभिकर्मक तय करता है। \(\ce{HX}\) के साथ उस स्थान पर प्रतिस्थापन होता है। निर्जलीकरण की परिस्थितियों में इसके बजाय पड़ोसी परमाणु हटते हैं और एक द्विबंध बनता है। इन दोनों प्रतिरूपों को अलग पहचान पाना, अलग-अलग समीकरणों को याद करने के बजाय बहु-चरणीय HSC कार्बनिक अभिक्रिया-पथों का पूर्वानुमान लगाने की दिशा में अगला कदम है।