सामान्य कार्बनिक रसायन में याद रखने योग्य बिंदु

ऑर्थो, मेटा और पारा निर्देशक समूह

प्रेरणीय प्रभाव

सामान्य $\mathrm{C}-\mathrm{C}$ बंध में कोई ध्रुवता नहीं होती क्योंकि समान विद्युतऋणात्मकता (EN) मान वाले दो परमाणु एक-दूसरे से जुड़े होते हैं। इसलिए बंध अध्रुवीय होता है।

1-क्लोरो ब्यूटेन में एक कार्बन श्रृंखला पर विचार करें, यहाँ $\mathrm{Cl}$ परमाणु की अधिक $\mathrm{EN}$ के कारण $\mathrm{C}-\mathrm{Cl}$ बंध युग्म थोड़ा Cl परमाणु की ओर विस्थापित हो जाता है जिससे Cl परमाणु पर आंशिक ऋणात्मक $(\delta^{-})$ आवेश और $\mathrm{C}_{1}$ परमाणु पर आंशिक धनात्मक $\left(\delta^{+}\right)$ आवेश उत्पन्न होता है।

अब चूँकि $C_{1}$ थोड़ा धनात्मक है, यह $C_{1}-C_{2}$ बंध युग्म इलेक्ट्रॉनों को भी अपनी ओर विस्थापित करेगा जिससे $C_{2}$ पर छोटा धनात्मक आवेश आ जाएगा। इसी प्रकार $\mathrm{C}_{3}$ थोड़ा धनात्मक आवेश प्राप्त करता है जिससे कार्बन श्रृंखला में आवेश का प्रेरण उत्पन्न होता है। ऐसे प्रभाव को प्रेरणीय प्रभाव कहा जाता है।

I प्रभाव दिखाता आरेख

तीर $-\mathrm{Cl}$ समूह की इलेक्ट्रॉन खींचने वाली प्रकृति को दर्शाता है।

इस प्रकार प्रेरणीय प्रभाव को एक स्थायी $\sigma$ बंध युग्म इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो एक द्विध्रुव (ध्रुवीय बंध) के कारण होता है।

कुछ महत्वपूर्ण बिंदु हैं:

(क) इसे आसन्न बंध के ध्रुवीकरण के कारण एक बंध के ध्रुवीकरण के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है।

(ख) इसे संचरण प्रभाव भी कहा जाता है।

(ग) यह अणु में स्थायी ध्रुवीकरण उत्पन्न करता है, इसलिए यह एक स्थायी प्रभाव है।

(घ) इलेक्ट्रॉनों का विस्थापन सहसंयोजी बंध में सम्मिलित दो परमाणुओं की विद्युतऋणता में अंतर के कारण होता है।

(ङ) इलेक्ट्रॉन कभी भी अपने मूल परमाण्वीय कक्षक को नहीं छोड़ते।

(च) इसकी परिमाण दूरी के साथ घटता है और तीसरे कार्बन परमाणु के बाद यह लगभग नगण्य हो जाता है।

(छ) प्रेरण प्रभाव हमेशा $\sigma$ बंध के माध्यम से कार्य करता है, इसमें $\pi$ बंध इलेक्ट्रॉन शामिल नहीं होते।

प्रेरण प्रभावों के प्रकार :

(क) - I प्रभाव : वह समूह जो इलेक्ट्रॉन बादल को खींचता है, उसे - I समूह कहा जाता है और इसका प्रभाव - I प्रभाव कहलाता है। विभिन्न समूहों को उनकी घटती - I तीव्रता के अनुसार इस प्रकार सूचीबद्ध किया गया है।

$\oplus \quad\quad\quad\quad \oplus \quad\quad\quad\quad \oplus$

$-NR_3 > -SR_2 > -NH_3 > -NO_2 > -SO_{2}R > -CN > -CHO > -COOH > -F > -Cl > -Br > -I > -OR > -OH > -C = CH > -NH_2 > - C_6H_5 > -CH = CH_2 > -H$

(ख) + I प्रभाव : वह समूह जो इलेक्ट्रॉन बादल को मुक्त करता है, उसे + I समूह कहा जाता है और प्रभाव को $+\mathrm{I}$ प्रभाव कहा जाता है।

$-O^{\ominus} > -COO^{\ominus} > -C(CH_3)_3 > -CH(CH_3)_2 > -CH_2-CH_3 > -CH_3 >-D > -H$

हाइड्रोजन परमाणु $+I$ और $-I$ श्रेणी के लिए संदर्भ है। हाइड्रोजन के प्रेरण प्रभाव को शून्य माना जाता है।

उदाहरण। आइए कार्बन श्रृंखला में $COOH$ और $-COO^{-}$ के प्रभाव पर विचार करें

(i) ${ }^{\ominus} OOC \rightarrow \stackrel{\delta-}CH_2 \rightarrow \stackrel{\delta \delta-}CH_2 \rightarrow CH_3$

(ii) $HOOC \leftarrow \stackrel{\delta+}CH_2 \leftarrow \stackrel{\delta \delta+}CH_3 $

$-\mathrm{COO}^{\ominus}$ की इलेक्ट्रॉन दान करने वाली प्रकृति के कारण कार्बन श्रृंखला आंशिक रूप से ऋणात्मक हो गई है, लेकिन $-\mathrm{COOH}$ एक -I समूह है, इसलिए कार्बन श्रृंखला आंशिक रूप से धनात्मक हो गई है।

अनुनाद

अनुनाद वह घटना है जिसमें किसी विशेष स्पीशीज़ के लिए दो या अधिक संरचनाएँ लिखी जा सकती हैं जिनमें परमाणुओं की स्थिति समान होती है; उन सभी संभावित संरचनाओं को अनुनादी संरचनाएँ या कैनोनिकल संरचनाएँ कहा जाता है। अनुनादी संरचनाएँ केवल काल्पनिक होती हैं, लेकिन वे सभी एक वास्तविक संरचना में योगदान करती हैं जिसे अनुनादी संकर (resonance hybrid) कहा जाता है। अनुनादी संकर किसी भी अनुनादी संरचना से अधिक स्थिर होता है।

अनुनादी संकर :

सबसे अधिक स्थिर अनुनादी संरचना अनुनादी संकर में अधिकतम योगदान करती है और कम स्थिर अनुनादी संरचना न्यूनतम योगदान करती है।

संयुग्मन:

किसी परमाणु या समूह को असंतृप्त तंत्र के साथ संयुग्मित (conjugated) कहा जाता है यदि:-

(i) वह एकल बंधन के माध्यम से बहुबंध के किसी एक परमाणु से सीधे जुड़ा हो।

(ii) इसमें $\pi$ बंध, धनावेश, ऋणावेश, विषम इलेक्ट्रॉन या एकाकी युग्म इलेक्ट्रॉन होता है।

संयुग्मन के प्रकार :

(i) $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ और $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ के बीच संयुग्मन

(ii) धनावेश और $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ के बीच संयुग्मन

(iii) एकाकी युग्म और $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ के बीच संयुग्मन

(iv) विषम इलेक्ट्रॉन और $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ के बीच संयुग्मन

(v) ऋणावेश और $\mathrm{C}=\mathrm{C}$ के बीच संयुग्मन

मेसोमेरिक प्रभाव

मेसोमेरिक प्रभाव को परिभाषित किया जाता है क्योंकि $\pi$ इलेक्ट्रॉन का स्थायी प्रभाव जो बहुबंध से परमाणु या बहुबंध से एकल बंध या लोन युग्म से एकल बंध की ओर स्थानांतरित होता है। यह प्रभाव मुख्यतः द्विबंध के संयुग्मित तंत्र में कार्य करता है। इसलिए इस प्रभाव को संयुग्मी प्रभाव भी कहा जाता है।

उदा.

मेसोमेरिक प्रभावों के प्रकार :

(a) धनात्मक मेसोमेरिक प्रभाव ( $+M$ प्रभाव) :

जब समूह संयुग्मित तंत्र को इलेक्ट्रॉन दान करता है तो यह $+M$ प्रभाव दिखाता है।

$+\mathrm{M}$ समूहों का सापेक्ष क्रम (आमतौर पर अनुसरण किया जाता है) :

$-\stackrel{\ominus}O>-NH_{2}>-NHR>-NR_{2}>-OH>-OR>-NHCO>-OCOR>-Ph>-F>-Cl>-Br>-I>-NO$

उदा.

(b) ऋणात्मक मेसोमेरिक प्रभाव ( $-M$ प्रभाव) :

जब समूह संयुग्मित तंत्र से इलेक्ट्रॉन खींचता है, तो यह

$-M$ प्रभाव दिखाता है

-M समूहों का सापेक्ष क्रम (आमतौर पर अनुसरण किया जाता है) :

उदा. (i)

(ii)

अतिसंयुग्मन

यह सिग्मा इलेक्ट्रॉन का p-कक्षक के साथ विस्थान है। इसे $\sigma - \pi$ संयुग्मन या नो-बॉन्ड अनुनाद भी कहा जाता है। यह एल्कीन, एल्काइन, कार्बोकैटियन, फ्री रैडिकल, बेंजीन में हो सकता है।

आवश्यक शर्त: संतृप्त कार्बन पर कम से कम एक हाइड्रोजन होना चाहिए जो एल्कीन, एल्काइन, कार्बोकैटियन, फ्री रैडिकल, बेंजीन के सापेक्ष $\alpha$ हो।

(i) एल्कीन में अतिसंयुग्मन

(ii) कार्बोकैटियन में अतिसंयुग्मन

(iii) रैडिकल में अतिसंयुग्मन

इलेक्ट्रोमेरिक प्रभाव

इलेक्ट्रोमेरिक प्रभाव को एक अस्थायी प्रभाव के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो तब उत्पन्न होता है जब कोई अभिकर्मक बहुबंधित यौगिक पर आक्रमण करता है, जिससे pi इलेक्ट्रॉनों का पूर्ण विस्थान बंध के दो परमाणुओं में से किसी एक की ओर हो जाता है। साझा किए गए इलेक्ट्रॉन युग्म का यह पूर्ण स्थानांतरण ध्रुवता उत्पन्न करता है।

संरचनात्मक प्रभाव अम्लता और क्षारकता पर

जितना स्थिर संयुग्मित क्षार होता है, वह उतना ही कमजोर होता है, और अम्ल उतना ही प्रबल होता है।

संयुग्मित क्षार की स्थिरता अम्लता की शक्ति के सीधे अनुपात में होती है।

एरोमैटिक प्रकृति [हकेल ($4 n+2$) नियम]

निम्नलिखित नियम किसी विशेष यौगिक के एरोमैटिक या अन-एरोमैटिक होने की भविष्यवाणी में उपयोगी हैं। एरोमैटिक यौगिक चक्रीय और समतलीय होते हैं। एरोमैटिक वलय में प्रत्येक परमाणु ${sp}^{2}$ संकरित होता है। चक्रीय $\pi$ आण्विक कक्षक (p-कक्षकों के अतिव्यापन से बना) में $(4 n+2) \pi$ इलेक्ट्रॉन होने चाहिए, अर्थात् $ 2,6,10,14 \ldots \ldots . . \pi $ इलेक्ट्रॉन। जहाँ $\mathrm{n}=$ एक पूर्णांक $0,1,2,3$,

एरोमैटिक यौगिकों की विशिष्ट गंध होती है, अतिरिक्त स्थिरता होती है और वे कालिखयुक्त लौ के साथ जलते हैं।

एरोमैटिक, प्रतिऐरोमैटिक और अ-एरोमैटिक यौगिकों की तुलना।

यौगिकों की स्थिरता : एरोमैटिक > अ-एरोमैटिक > प्रतिऐरोमैटिक

(A) कार्बोधनायन :

परिभाषा : एक कार्बन मध्यवर्ती जिसमें तीन बंध युग्म और एक धनावेश होता है, कार्बोधनायन कहलाता है।

संकरण : कार्बोधनायन $sp^2$ और $sp$ संकरित हो सकता है

संकरण $\quad \quad \quad \quad \quad $ उदाहरण

$sp^2$ $ \quad \quad \quad \quad \quad $ $\stackrel \oplus{C}H_{3}, CH_3 \stackrel \oplus{C}H_{2}, CH_3 \stackrel \oplus{C}HCH_{3}, (CH_3)_3 \stackrel\oplus{C}$

$sp$ $ \quad \quad \quad \quad \quad $ $\mathrm{H}_{2} \mathrm{C}=\stackrel{\oplus}{\mathrm{C}} \mathrm{H}, \mathrm{HC} \equiv \stackrel{\oplus}{\mathrm{C}} $

कार्बोकैट्स इलेक्ट्रॉन की कमी वाले होते हैं। इनके संयोजी कोश में केवल छह इलेक्ट्रॉन होते हैं, और इस कारण कार्बोकैट्स लुइस अम्ल की तरह व्यवहार करते हैं। अधिकांश कार्बोकैट्स अल्पायु और अत्यधिक क्रियाशील होते हैं, ये कुछ कार्बनिक अभिक्रियाओं में मध्यवर्ती के रूप में उत्पन्न होते हैं। कार्बोकैट्स लुइस क्षार या ऐसे आयनों से अभिक्रिया करते हैं जो उन्हें स्थिर अष्टक (अर्थात् किसी निष्क्रिय गैस का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास) प्राप्त करने के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉन युग्म दान कर सकते हैं:

चूँकि कार्बोकैट्स इलेक्ट्रॉन खोजने वाले अभिकारक होते हैं, रसायनज्ञ इन्हें इलेक्ट्रोफाइल कहते हैं। सभी लुइस अम्ल, प्रोटॉन सहित, इलेक्ट्रोफाइल होते हैं। इलेक्ट्रॉन युग्म स्वीकार करके एक प्रोटॉन हीलियम का संयोजी कोश विन्यास प्राप्त करता है; कार्बोकैट्स नियॉन का संयोजी कोश विन्यास प्राप्त करते हैं।

स्थिरता : कार्बोकैट्स निम्नलिखित द्वारा स्थिर किए जाते हैं

(i) + I प्रभाव

(ii) $+M$ प्रभाव

(iii) अतिसंयुग्मन

(iv) आवेश का विस्थापन

सामान्य स्थिरता क्रम :

(B) कार्बऐनियन :

परिभाषा: एक कार्बन मध्यवर्ती जिसमें तीन बंध युग्म और उस पर एक ऋणात्मक आवेश होता है, कार्बऐनियन कहलाता है।

संकरण : कार्बऐनियन का संकरण $sp^3, sp^2$ व $sp$ हो सकता है

संकरण $ \quad \quad \quad \quad \quad $ उदाहरण

कार्बऐनियन की स्थिरता: कार्बऐनियन इलेक्ट्रॉन खींचने वाले प्रभाव द्वारा स्थिर होते हैं जैसे

(i) - I प्रभाव

(ii) $-\mathrm{M}$ प्रभाव

(iii) आवेश का विस्थापन

(C) मुक्त मूलक :

सहसंयोजी बंध की समविघटन से मुक्त मूलक मध्यवर्ती बनते हैं जिनमें असयुग्म इलेक्ट्रॉन होते हैं।

यह सूर्य के प्रकाश, पेरॉक्साइड या उच्च तापमान की उपस्थिति में उत्पन्न होता है

मुक्त मूलक : एक अनावेशित मध्यवर्ती जिसमें तीन बंध युग्म और कार्बन पर एक असयुग्म इलेक्ट्रॉन होता है।

(i) यह विषम $\mathrm{e}^{-}$ वाली उदासीन स्पीशीज़ है

(ii) यह विषम $\mathrm{e}^{-}$ के कारण प्राकृतिक रूप से अनुचुम्बकीय होता है।

(iii) सामान्यतः कोई पुनःव्यवस्थीकरण देखा नहीं जाता।

(iv) विषम इलेक्ट्रॉन वाला कार्बन परमाणु $\mathrm{sp}^{2}$ संकरित अवस्था में होता है।

(v) कोई भी अभिक्रिया यदि सूर्य के प्रकाश, पेरॉक्साइड या उच्च तापमान की उपस्थिति में की जाती है, तो यह सामान्यतः मुक्त मूलक मध्यवर्ती के माध्यम से आगे बढ़ती है।

मुक्त मूलक की स्थिरता : यह अनुनाद, अतिसंयुग्मन और + I समूहों द्वारा स्थिर होता है।

उदा. $(H_3C)_{3}C^{\bullet}>H_3 C-\dot{C} H-CH_3>H_3 C-\dot{C} H_2>\dot{C} H_3$

(स्थिरता क्रम)

(D) कार्बीन्स (द्विसंयुज कार्बन मध्यवर्ती) :

परिभाषा : मध्यवर्तियों का एक समूह ऐसा होता है जिसमें कार्बन केवल दो बंध बनाता है। इन तटस्थ द्विसंयुज कार्बन प्रजातियों को कार्बीन्स कहा जाता है। अधिकांश कार्बीन्स अत्यंत अस्थिर होते हैं जो केवल क्षणिक अस्तित्व के लिए सक्षम होते हैं। कार्बीन्स बनने के तुरंत बाद वे सामान्यतः किसी अन्य अणु के साथ अभिक्रिया करते हैं।

कार्बीन की तैयारी की विधियाँ :

(E) नाइट्रीन्स :

कार्बीन्स के नाइट्रोजन समकक्ष को नाइट्रीन्स कहा जाता है। ये अत्यधिक अभिक्रियाशील होते हैं क्योंकि इनमें $\mathrm{N}$ की अष्टक पूरी नहीं होती। नाइट्रीन्स में $\mathrm{N}$ की केवल एक संयोजकता ही संतुष्ट होती है।

$$ \mathrm{R}-\ddot{\mathrm{N}} \quad \quad \quad \mathrm{H}-\ddot{\mathrm{N}} $$

(F) बेंज़ाइन :

बेंज़ीन वलय में बेंज़ाइन में एक अतिरिक्त $\mathrm{C}-\mathrm{C} \pi$ बंध होता है

स्पष्ट रूप से, हम देख सकते हैं कि नवनिर्मित $\pi$ बंध अन्य $\pi$ कक्षकों के साथ अनुनाद में नहीं प्रवेश कर सकता क्योंकि यह लंबवत तल में है।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि ‘बेंज़ाइन बंध’ में शामिल प्रत्येक कार्बन का संकरण $\mathrm{sp}^{2}$ है क्योंकि इन $\mathrm{sp}^{2}$ संकर कक्षकों के बीच अतिव्यापन इतना प्रभावी नहीं है।

मंदक गुणांक

$\mathrm{R}_{\mathrm{f}}=\frac{\text { आधार रेखा से पदार्थ द्वारा तय की गई दूरी }}{\text { आधार रेखा से विलायक द्वारा तय की गई दूरी }}$

रूपावस्था

सॉहॉर्स प्रक्षेपण

न्यूमैन प्रक्षेपण

रूपावस्थाओं की सापेक्ष स्थिरता:

• एथेन के स्टैगर्ड रूप में, कार्बन-हाइड्रोजन बंधों की इलेक्ट्रॉन बादलें जितना संभव हो उतनी दूर होती हैं। इस प्रकार, न्यूनतम प्रतिकर्षी बल होते हैं, ऊर्जा न्यूनतम होती है और अणु की अधिकतम स्थिरता होती है। दूसरी ओर, जब स्टैगर्ड रूप इक्लिप्स्ड रूप में बदलता है, तो कार्बन-हाइड्रोजन बंधों की इलेक्ट्रॉन बादलें एक-दूसरे के निकट आ जाती हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन बादल प्रतिकर्षण में वृद्धि होती है। बढ़े हुए प्रतिकर्षी बलों को संतुलित करने के लिए अणु को अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और इस प्रकार इसकी स्थिरता कम हो जाती है।

• इलेक्ट्रॉन बादलों के बीच प्रतिकर्षी अन्योन्यक्रिया, जो एक संरूपण की स्थिरता को प्रभावित करती है, टॉर्शनल स्ट्रेन कहलाती है। टॉर्शनल स्ट्रेन की मात्रा C–C बंध के परिक्रमण कोण पर निर्भर करती है। इस कोण को डाइहेड्रल कोण या टॉर्शनल कोण भी कहा जाता है। एथेन के सभी संरूपणों में, स्टैगर्ड रूप में सबसे कम टॉर्शनल स्ट्रेन होता है और इक्लिप्स्ड रूप में अधिकतम टॉर्शनल स्ट्रेन होता है। इसलिए, स्टैगर्ड संरूपण इक्लिप्स्ड संरूपण की तुलना में अधिक स्थिर होता है।

बंध विखंडन

समजात विखंडन (Homolytic fission) एक सहसंयोजी बंध का सममित विघटन है जिसमें प्रत्येक निकलता हुआ परमाणु बंधित युग्म से एक इलेक्ट्रॉन ले जाता है।

विषमजात विखंडन (Heterolytic fission) एक सहसंयोजी बंध का असममित विघटन है जिसमें निकलने वाला एक परमाणु संपूर्ण बंधित युग्म को अपने पास रख लेता है।