Free BCHET-147 Solved Assignment | July 2025 | BSCG, BSCM | English & Hindi Medium | IGNOU

Abstract Classes ®

Question:-1

Give the IUPAC nomenclature of potassium dichromate. Also give its reaction with potassium iodide in acidic medium.

Answer:

1. IUPAC Nomenclature of Potassium Dichromate

The IUPAC name for potassium dichromate is Potassium dichromate(VI).
Explanation:
  • The cation is potassium (K⁺).
  • The anion is the dichromate ion (Cr₂O₇²⁻).
  • In the Stock notation (which is part of IUPAC nomenclature), the oxidation state of the metal is indicated by a Roman numeral in parentheses. Since the two chromium atoms are in the +6 oxidation state, the name becomes dichromate(VI).
  • Therefore, the full systematic name is Potassium dichromate(VI).
While the traditional name "Potassium dichromate" is still universally accepted and used, "Potassium dichromate(VI)" is its precise IUPAC name.

2. Reaction with Potassium Iodide in Acidic Medium

This is a classic example of a redox reaction, where potassium dichromate (an oxidizing agent) oxidizes iodide ions to iodine, and is itself reduced.
Chemical Reaction:
K₂Cr₂O₇ + 6KI + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 3I₂ + 7H₂O
Ionic Equation (simplifies the redox process):
Cr₂O₇²⁻ + 6I⁻ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 3I₂ + 7H₂O

Step-by-Step Explanation:

1. Oxidation Half-Reaction (Loss of Electrons):
The iodide ions (I⁻) are oxidized to iodine (I₂). Each iodide ion loses one electron.
2 I I 2 + 2 e 2 I I 2 + 2 e 2I^(-)rarrI_(2)+2e^(-)2I^- \rightarrow I_2 + 2e^-2II2+2e
To balance for the 6 electrons gained by chromium, we multiply this by 3:
6 I 3 I 2 + 6 e 6 I 3 I 2 + 6 e 6I^(-)rarr3I_(2)+6e^(-)6I^- \rightarrow 3I_2 + 6e^-6I3I2+6e
2. Reduction Half-Reaction (Gain of Electrons):
The dichromate ion (Cr₂O₇²⁻) is reduced to chromium(III) ions (Cr³⁺). This happens in an acidic medium, which provides the H⁺ ions needed for the reaction.
C r 2 O 7 2 + 14 H + + 6 e 2 C r 3 + + 7 H 2 O C r 2 O 7 2 + 14 H + + 6 e 2 C r 3 + + 7 H 2 O Cr_(2)O_(7)^(2-)+14H^(+)+6e^(-)rarr2Cr^(3+)+7H_(2)OCr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2OCr2O72+14H++6e2Cr3++7H2O
The oxidation state of chromium changes from +6 (in Cr₂O₇²⁻) to +3 (in Cr³⁺), meaning each chromium atom gains 3 electrons. Since there are two chromium atoms, the ion gains a total of 6 electrons.
3. Combining the Half-Reactions:
The 6 electrons lost by the iodide ions are exactly the 6 electrons gained by the dichromate ion. Adding the two half-reactions together gives the net ionic equation:
C r 2 O 7 2 + 6 I + 14 H + 2 C r 3 + + 3 I 2 + 7 H 2 O C r 2 O 7 2 + 6 I + 14 H + 2 C r 3 + + 3 I 2 + 7 H 2 O Cr_(2)O_(7)^(2-)+6I^(-)+14H^(+)rarr2Cr^(3+)+3I_(2)+7H_(2)OCr_2O_7^{2-} + 6I^- + 14H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 3I_2 + 7H_2OCr2O72+6I+14H+2Cr3++3I2+7H2O
Observations:
  • Color Change: The solution changes color from orange (the color of dichromate ions, Cr₂O₇²⁻) to a dark brown or reddish-brown (the color of iodine, I₂, in solution). The final solution may also have a greenish tinge due to the formation of chromium(III) ions (Cr³⁺).
  • Formation of a Precipitate: In some cases, the formed iodine may appear as a grayish-black solid if the concentration is high enough.
This reaction is often used to test for the presence of iodide ions or to demonstrate the oxidizing power of potassium dichromate.

Question:-2

Give the structure of methyl lithium.

Answer:

The structure of methyllithium is represented by the chemical formula CH₃Li.
However, its molecular structure is more complex than the formula suggests. In its solid state and in common solvents, methyllithium does not exist as a simple monomer (single CH₃Li molecule). Instead, it forms tetramers (clusters of four molecules).

Predominant Structure (in solid state and common solvents like diethyl ether)

The core structure is a Li₄ tetrahedron (a pyramid with a triangular base), with a methyl group (CH₃-) bridging each face of the tetrahedron.
  • Visualization: Imagine a pyramid with four lithium atoms at the corners.
  • Bonding: Each methyl group (carbon atom) sits above the center of a triangular face of the Li₄ pyramid and forms a multi-center bond with the three lithium atoms that make up that face.
  • Formula: This cluster is represented as (CH₃Li)₄ or more accurately, (CH₃)₄Li₄.
This aggregated structure is highly stable due to the electron-deficient nature of the lithium atoms.
Diagram of the (CH₃Li)₄ Tetramer:
KF1psM7.png

In the Gas Phase or at Very High Temperatures

Under extreme conditions (e.g., in the gas phase), methyllithium can exist as a monomer with a linear structure, H₃C-Li.

Question:-3

With the help of suitable equations, give any two methods for preparation of metal carbonyls by reductive carbonylation.

Answer:

Two common methods of preparing metal carbonyls by reductive carbonylation involve the reduction of metal halides or metal oxides in the presence of carbon monoxide. Below are two suitable methods with their equations:

1. Preparation from Metal Halides by Reductive Carbonylation

In this method, a metal halide (usually a chloride) is reacted with carbon monoxide in the presence of a reducing agent, commonly powdered metal or a reducing gas like hydrogen or zinc. The reducing agent reduces the metal ion to the zero-valent state, allowing carbonyl ligands to coordinate with the metal.
Equation example using nickel chloride and carbon monoxide with zinc as the reducing agent:
NiCl 2 + 2 CO + 2 Zn Ni(CO) 4 + 2 ZnCl 2 NiCl 2 + 2 CO + 2 Zn Ni(CO) 4 + 2 ZnCl 2 "NiCl"_(2)+2"CO"+2"Zn"rarr"Ni(CO)"_(4)+2"ZnCl"_(2)\text{NiCl}_2 + 2 \text{CO} + 2 \text{Zn} \rightarrow \text{Ni(CO)}_4 + 2 \text{ZnCl}_2NiCl2+2CO+2ZnNi(CO)4+2ZnCl2
Here, nickel(II) chloride is reduced to nickel(0), which then forms the volatile nickel tetracarbonyl complex.

2. Preparation from Metal Oxides by Reductive Carbonylation

This method involves reacting a metal oxide with carbon monoxide under reducing conditions (e.g., CO acting as both ligand source and reducing agent) at elevated temperature and pressure. The metal oxide gets reduced, and metal carbonyl complexes form.
Equation example using iron(III) oxide:
Fe 2 O 3 + 6 CO heat, pressure 2 Fe(CO) 5 + 3 CO 2 Fe 2 O 3 + 6 CO heat, pressure 2 Fe(CO) 5 + 3 CO 2 "Fe"_(2)"O"_(3)+6"CO"rarr""heat, pressure""2"Fe(CO)"_(5)+3"CO"_(2)\text{Fe}_2\text{O}_3 + 6 \text{CO} \xrightarrow{\text{heat, pressure}} 2 \text{Fe(CO)}_5 + 3 \text{CO}_2Fe2O3+6COheat, pressure2Fe(CO)5+3CO2
In this reaction, iron(III) oxide is converted to iron pentacarbonyl by reductive carbonylation with carbon monoxide, which acts as reducing agent and carbonyl source simultaneously.
These two methods illustrate how metal carbonyls can be synthesized by reductive carbonylation from metal halides or oxides using carbon monoxide and reducing agents under proper conditions.

Question:-4

Explain the structure of Fe(CO)₅ based on valence bond approach.

Answer:

The structure of Fe(CO)₅ based on the valence bond theory (VBT) can be explained as follows:

Electronic Configuration and Oxidation State

  • The oxidation state of Fe in Fe(CO)₅ is zero.
  • The ground state electronic configuration of Fe is [ A r ] 3 d 6 4 s 2 [ A r ] 3 d 6 4 s 2 [Ar]3d^(6)4s^(2)[Ar] 3d^6 4s^2[Ar]3d64s2.
    - CO is a strong field ligand and causes pairing of electrons in the 3d orbitals of Fe, resulting in electron rearrangement that creates vacant orbitals suitable for bonding.

Hybridization and Geometry

  • According to valence bond theory, Fe in Fe(CO)₅ undergoes d s p 3 d s p 3 dsp^(3)dsp^3dsp3 hybridization.
    - This involves the mixing of one 3d orbital, one 4s orbital, and three 4p orbitals to form five hybrid orbitals that are directed towards the five CO ligands.
    - The geometry of Fe(CO)₅ is trigonal bipyramidal: three CO ligands occupy the equatorial positions, and two occupy the axial positions.
KFE3Jov.png

Bonding

  • The CO ligands act as σ-donors, donating lone pair electrons to the vacant hybrid orbitals on Fe.
  • CO is also a π-acceptor ligand, which leads to back donation of electron density from filled d orbitals of Fe to empty π* orbitals of CO, stabilizing the complex.
  • This bonding leads to a diamagnetic complex due to paired electrons.
KFEKnnf.png

Summary

  • Fe(CO)₅ adopts a trigonal bipyramidal structure based on d s p 3 d s p 3 dsp^(3)dsp^3dsp3 hybridization of Fe orbitals.
    - The three equatorial and two axial positions of CO ligands correspond to the geometry explained by the valence bond approach.
    - The bonding involves σ-donation from CO and π-back donation from Fe, promoting stability.
This valence bond approach successfully explains the geometry and bonding in Fe(CO)₅ as a trigonal bipyramidal complex with d s p 3 d s p 3 dsp^(3)dsp^3dsp3 hybridization at the iron center.

Question:-5

With suitable reactions (any two) explain how carbonyl hydrides are formed by reaction of metal carbonyls with hydrogen.

Answer:

Two suitable reactions explaining the formation of carbonyl hydrides from metal carbonyls by reaction with hydrogen are:

1. Formation of Cobalt Carbonyl Hydride

When cobalt octacarbonyl reacts with hydrogen gas under suitable conditions (high temperature and pressure), it forms cobalt carbonyl hydride:
Co 2 ( CO ) 8 + H 2 2 [ HCo ( CO ) 4 ] Co 2 ( CO ) 8 + H 2 2 [ HCo ( CO ) 4 ] "Co"_(2)("CO")_(8)+"H"_(2)rarr2["HCo"("CO")_(4)]\text{Co}_2(\text{CO})_8 + \text{H}_2 \rightarrow 2 \, [\text{HCo}(\text{CO})_4]Co2(CO)8+H22[HCo(CO)4]
In this reaction, hydrogen reduces the metal carbonyl and inserts as a hydride ligand bonded to Co, forming the metal carbonyl hydride complex [HCo(CO)₄].[1][2]

2. Formation of Manganese Carbonyl Hydride

Similarly, manganese decacarbonyl reacts with hydrogen to give manganese carbonyl hydride:
Mn 2 ( CO ) 10 + H 2 2 [ HMn ( CO ) 5 ] Mn 2 ( CO ) 10 + H 2 2 [ HMn ( CO ) 5 ] "Mn"_(2)("CO")_(10)+"H"_(2)rarr2["HMn"("CO")_(5)]\text{Mn}_2(\text{CO})_{10} + \text{H}_2 \rightarrow 2 \, [\text{HMn}(\text{CO})_5]Mn2(CO)10+H22[HMn(CO)5]
Here, hydrogen adds to the metal carbonyl complex to form [HMn(CO)₅], another example of a metal carbonyl hydride formed by reaction with hydrogen.

Explanation

  • In these reactions, molecular hydrogen (H₂) acts as a reducing agent.
  • The metal centers in the carbonyl clusters are reduced, and hydride ions (H⁻) are introduced as ligands.
  • The product complexes are called metal carbonyl hydrides, characterized by a direct metal-hydrogen bond.
  • These hydrides serve as important intermediates or catalysts in several homogeneous catalytic processes.
This shows how metal carbonyls form hydrides by direct reaction with hydrogen gas under controlled conditions.

Question:-6

With suitable diagrams explain the polarity of the free CO molecule as well as when it binds with a transition metal cation.

Answer:

Polarity of Free CO Molecule

  • The CO molecule has a triple bond between carbon and oxygen, consisting of one sigma bond and two pi bonds.
  • Oxygen is more electronegative than carbon; hence, electrons tend to be drawn toward oxygen.
  • However, the polarity of the CO molecule is unusual because the molecular dipole moment points from oxygen (which carries a slight positive charge) toward carbon (which carries a slight negative charge).
  • This is because the electron density from the pi bonds shifts somewhat from oxygen to carbon, creating a dipole with negative charge near carbon.
  • Therefore, the dipole moment direction is O δ + C δ O δ + C δ "O"^(delta)+rarr"C"^(delta)-\text{O}^\delta+ \rightarrow \text{C}^\delta-Oδ+Cδ, opposite to what electronegativity alone would predict.
    - In summary, CO has a small net dipole moment with negative character on carbon and positive character on oxygen.

Polarity of CO When Bound to a Transition Metal Cation

  • When CO binds to a transition metal cation, it acts as a ligand through the lone pair on carbon donating electrons to the metal (σ-donation).
  • The metal can back-donate electron density from filled d orbitals into the π π pi^(**)\pi^*π antibonding orbitals of CO (π-back donation).
    - This back donation increases the electron density on the oxygen end and reduces the dipole moment, sometimes reversing the polarity compared to free CO.
    - The metal-CO bond often has a dipole pointing from metal (positive) toward carbon (negative), with significant polarization toward the CO ligand.
    - This results in a shift of electron density emphasizing the metal-to-CO interaction and modifies the CO bond strength and overall polarity.

Diagrams :

KFEu0Yb.png

This explains the polarity differences for CO molecule free and coordinated to a transition metal cation based on electron distribution and donation/back-donation interactions.

Question:-7

What information is obtained from the IR spectrum of Fe₂(CO)₉?

KF1Yl9a.png

Answer:

The IR spectrum of Fe₂(CO)₉ provides key insights into the carbonyl ligand environments within the molecule. In the CO stretching region (approximately 1700–2200 cm⁻¹), three distinct absorption bands are observed. The higher-frequency bands (around 2080 cm⁻¹ and 2020 cm⁻¹) are assigned to the stretching modes of the six terminal CO ligands, which are bound to a single iron atom. The lower-frequency band (around 1820 cm⁻¹) corresponds to the stretching mode of the three bridging CO ligands, which are shared between the two iron atoms. This distinction arises because bridging CO ligands typically exhibit lower stretching frequencies due to reduced CO bond order from electron donation to both metals.
These band positions and their relative intensities confirm the solid-state structure of Fe₂(CO)₉, featuring a symmetric arrangement with D_{3h} point group symmetry (idealized), where the terminal CO groups are equivalent in pairs and the bridging CO groups are equivalent. The number of IR-active modes (three in this region) aligns with group theory predictions for this symmetry, ruling out alternative structures like those with only terminal CO or different bridging configurations. Additionally, the spectrum indicates no significant presence of free CO or decomposition products in the sample.

Question:-8

Give a short account of the essential and non essential elements occurring in biological systems.

Answer:

In biological systems, elements are classified as essential or non-essential based on their necessity for the growth, development, and maintenance of living organisms.

Essential Elements

  • These are elements required by organisms to carry out vital biochemical and physiological functions.
  • Essential elements are further divided into:
    • Macronutrients: Needed in large amounts, such as carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), phosphorus (P), sulfur (S), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), and sodium (Na). They form the basic building blocks of biomolecules and help in processes like energy transfer, signaling, and structural integrity.
    • Micronutrients (Trace elements): Required in very small amounts but are critical for enzyme function and metabolic pathways. These include iron (Fe), zinc (Zn), copper (Cu), manganese (Mn), cobalt (Co), molybdenum (Mo), selenium (Se), and iodine (I).

Non-Essential Elements

  • Non-essential elements are those which may be present in organisms but are not necessary for normal growth or survival.
  • Some non-essential elements may have no biological role or may be toxic at high concentrations.
  • Occasionally, certain non-essential elements can substitute for essential ones or have beneficial effects but are not strictly required.

Summary

  • Essential elements are indispensable for life and enzymatic functions.
  • Non-essential elements may be incidental or potentially toxic and do not play a fundamental role in biological systems.
This distinction helps in understanding nutrient requirements and toxicology in living organisms.

Question:-9

Give the different ways by which lead affects the human body.

Answer:

Lead is a potent and systemic toxicant that affects multiple organ systems in the human body. Even low levels of exposure can cause serious and irreversible harm, especially to children.
Here are the different ways by which lead affects the human body, broken down by organ system and function:

1. Neurological and Neurodevelopmental Effects (Most Sensitive Target)

This is the most critical area of impact, especially for children.
  • In Children:
    • Reduced IQ and Cognitive Deficits: Lead interferes with neurotransmitter release and brain development, leading to permanent learning disabilities and lower intellectual capacity.
    • Behavioral Problems: Causes increased incidence of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), aggression, irritability, and antisocial behavior.
    • Impaired Development: Delays in reaching developmental milestones (e.g., talking, walking).
    • Poor Academic Performance: Difficulty concentrating and shortened attention span.
  • In Adults:
    • Neuropathy: Damage to peripheral nerves, leading to weakness, pain, and tingling in the extremities (e.g., "wrist drop" is a classic sign).
    • Cognitive Effects: Impaired memory, poor concentration, and mood disorders.
    • Headaches and Seizures: In cases of high exposure.

2. Hematological Effects (Effects on Blood)

Lead severely disrupts the synthesis of heme, a critical component of hemoglobin.
  • Anemia: By inhibiting key enzymes (δ-aminolevulinic acid dehydratase and ferrochelatase), lead prevents the formation of hemoglobin, leading to hemolytic anemia (where red blood cells are destroyed prematurely).
  • Porphyrinuria: The disruption of heme synthesis causes precursors like aminolevulinic acid (ALA) and porphyrins to build up and be excreted in urine.
  • Reduced Oxygen Carrying Capacity: Anemia results in fatigue, weakness, and pallor.

3. Cardiovascular Effects

  • Hypertension (High Blood Pressure): Chronic low-level lead exposure is a recognized risk factor for high blood pressure, a major cause of heart disease and stroke.
  • Increased Risk of Heart Disease: Lead can cause damage to the heart muscle and blood vessels through oxidative stress and inflammation.

4. Renal (Kidney) Effects

  • Chronic Kidney Disease: Long-term exposure damages the proximal tubular cells of the kidney, leading to impaired kidney function and potentially kidney failure.
  • Gout: Lead-induced kidney damage can reduce the excretion of uric acid, leading to hyperuricemia and gout ("saturnine gout").

5. Gastrointestinal Effects

  • "Lead Colic": A classic symptom of lead poisoning, characterized by severe abdominal cramping, pain, constipation, and nausea.
  • Loss of Appetite and Weight Loss.

6. Reproductive and Developmental Effects

  • In Men: Reduced sperm count, increased abnormal sperm, and potential infertility.
  • In Women: Increased risk of miscarriage, stillbirth, and premature birth. Lead can cross the placental barrier.
  • Effects on the Fetus: Because it crosses the placenta, lead exposure in the mother can cause serious harm to the developing fetus, including reduced growth, premature birth, and neurological damage.

7. Skeletal System

  • Bone Storage: Approximately 95% of the lead in an adult's body is stored in the bones and teeth. It replaces calcium in the bone matrix.
  • Endogenous Exposure: During periods of physiological stress (e.g., pregnancy, lactation, osteoporosis), lead can be released from bones back into the bloodstream, acting as a source of internal exposure long after external exposure has ended.

8. Other Systems

  • Auditory: Hearing loss, especially in children.
  • Dental: Lead lines (blue-black lines) on gums in cases of extreme exposure.
  • Immune System: May impair immune function, making the body more susceptible to disease.

Key Characteristics of Lead Toxicity:

  • Cumulative: Lead accumulates in the body over a lifetime.
  • No Safe Level: The World Health Organization (WHO) states there is no known level of lead exposure that is considered safe.
  • Children are Most Vulnerable: They absorb 4-5 times more ingested lead than adults, and their developing nervous systems are exquisitely sensitive.
The primary sources of exposure include lead-based paint (in old homes), contaminated soil, dust, drinking water (from lead pipes), and certain occupations (e.g., battery manufacturing, smelting).

Question:-10

Explain the conversion of heme to hemin along with a suitable diagram.

Answer:

Conversion of Heme to HeminHeme (Fe²⁺-protoporphyrin IX) is an iron-containing porphyrin complex where iron is in the +2 oxidation state. When heme is exposed to oxygen or other oxidizing agents, the iron in heme is oxidized from Fe(II) to Fe(III), leading to the formation of hemin. Hemin is thus an oxidized form of heme with iron in the ferric state (Fe³⁺).

Reaction Summary- Heme: Contains iron in the ferrous state (Fe²⁺)

  • Hemin: Contains iron in the ferric state (Fe³⁺), with one chloride ion bound as an axial ligand to iron, making it more stable in aqueous solution.
The reaction can be represented as:
Heme (Fe 2 + ) + 1 2 O 2 + HCl Hemin (Fe 3 + ) Cl + H 2 O Heme (Fe 2 + ) + 1 2 O 2 + HCl Hemin (Fe 3 + ) Cl + H 2 O "Heme (Fe"^(2+))+(1)/(2)"O"_(2)+"HCl"rarr"Hemin (Fe"^(3+))"Cl"+"H"_(2)"O"\text{Heme (Fe}^{2+}) + \frac{1}{2} \text{O}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{Hemin (Fe}^{3+})\text{Cl} + \text{H}_2\text{O}Heme (Fe2+)+12O2+HClHemin (Fe3+)Cl+H2O

Explanation- In this oxidation process, the central Fe in heme loses one electron to oxygen, converting from Fe(II) to Fe(III).

  • A chloride ion from HCl coordinates axially to Fe(III) in hemin, stabilizing the complex.
  • Hemin is more stable and less prone to oxidation than heme and is often used for physiological and experimental studies related to heme.

Diagram - Porphyrin ring shown as a planar macrocycle.

  • Central iron atom labeled Fe²⁺ in heme.
  • Arrow indicating oxidation to Fe³⁺.
  • A chloride ion (Cl⁻) shown coordinating axially in hemin.
KFEQwsn.png

This conversion is important in biological systems and clinical contexts, as hemin is a more stable storage and transport form of iron-porphyrin complexes.

Question:-11

How will you prepare pentan-2-one from ethyl 3-oxobutanoate. Give the reactions involved.

Answer:

Pentan-2-one can be prepared from ethyl 3-oxobutanoate (ethyl acetoacetate) through a sequence of reactions involving hydrolysis, decarboxylation, and reduction. Here are the steps with the reactions involved:

Step 1: Hydrolysis and Decarboxylation of Ethyl 3-oxobutanoate

  • Ethyl 3-oxobutanoate undergoes alkaline hydrolysis (saponification) followed by acidification, resulting in the β-keto acid.
  • Upon heating, the β-keto acid undergoes decarboxylation, losing CO₂ to give 3-oxobutanoic acid, which tautomerizes to pentan-2-one.
Ethyl 3-oxobutanoate NaOH, H 2 O 3-oxobutanoic acid heat Pentan-2-one + CO 2 Ethyl 3-oxobutanoate NaOH, H 2 O 3-oxobutanoic acid heat Pentan-2-one + CO 2 "Ethyl 3-oxobutanoate"rarr""NaOH, H"_(2)"O"""3-oxobutanoic acid"rarr""heat"""Pentan-2-one"+"CO"_(2)\text{Ethyl 3-oxobutanoate} \xrightarrow{\text{NaOH, H}_2\text{O}} \text{3-oxobutanoic acid} \xrightarrow{\text{heat}} \text{Pentan-2-one} + \text{CO}_2Ethyl 3-oxobutanoateNaOH, H2O3-oxobutanoic acidheatPentan-2-one+CO2

Detailed Reactions:

  1. Hydrolysis:
CH 3 COCH 2 COOEt + NaOH CH 3 COCH 2 COONa + EtOH CH 3 COCH 2 COOEt + NaOH CH 3 COCH 2 COONa + EtOH "CH"_(3)"COCH"_(2)"COOEt"+"NaOH"rarr"CH"_(3)"COCH"_(2)"COONa"+"EtOH"\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COOEt} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COONa} + \text{EtOH}CH3COCH2COOEt+NaOHCH3COCH2COONa+EtOH
  1. Acidification:
CH 3 COCH 2 COONa + HCl CH 3 COCH 2 COOH + NaCl CH 3 COCH 2 COONa + HCl CH 3 COCH 2 COOH + NaCl "CH"_(3)"COCH"_(2)"COONa"+"HCl"rarr"CH"_(3)"COCH"_(2)"COOH"+"NaCl"\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COONa} + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COOH} + \text{NaCl}CH3COCH2COONa+HClCH3COCH2COOH+NaCl
  1. Decarboxylation:
CH 3 COCH 2 COOH Δ CH 3 COCH 2 CH 3 + CO 2 CH 3 COCH 2 COOH Δ CH 3 COCH 2 CH 3 + CO 2 "CH"_(3)"COCH"_(2)"COOH"rarr"Delta""CH"_(3)"COCH"_(2)"CH"_(3)+"CO"_(2)\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COOH} \xrightarrow{\Delta} \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3 + \text{CO}_2CH3COCH2COOHΔCH3COCH2CH3+CO2

Step 2: Reduction (if necessary)

  • The product pentan-2-one (a ketone) is obtained directly after decarboxylation.
  • No further reduction is necessary if pentan-2-one itself is the desired compound.

Summary

The key transformation is the hydrolysis and decarboxylation of ethyl 3-oxobutanoate to yield pentan-2-one, a methyl ketone with the formula CH 3 COCH 2 CH 3 CH 3 COCH 2 CH 3 "CH"_(3)"COCH"_(2)"CH"_(3)\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3CH3COCH2CH3.
This common sequence (hydrolysis, acidification, decarboxylation) efficiently converts β-keto esters like ethyl 3-oxobutanoate into methyl ketones such as pentan-2-one.

Question:-12(a)

Give IUPAC name the following compounds.

KF15pzQ.png

Answer:


Compound 1 (Top Structure)

  • Features:
    • Naphthalene core
    • Substituents: OH (hydroxy), CH₃ (methyl), NH₂ (amino)
    • Positioning: OH and CH₃ on the same ring, NH₂ adjacent to OH
  • IUPAC Name:
    2-Amino-6-methyl-1-naphthol

Compound 2 (Bottom Structure)

  • Features:
    • Naphthalene core
    • Substituents: NO₂ (nitro), CH₃ (methyl), Cl (chloro)
    • Positioning: NO₂ and methyl on one ring, Cl on the adjoining ring
  • IUPAC Name:
    4-Chloro-5-methyl-1-nitronaphthalene


Question:-12(b)

Is anthracene aromatic compound? Explain.

Answer:

Yes, anthracene is an aromatic compound.

Explanation:

  • Anthracene is composed of three fused benzene rings in a linear arrangement, giving it the molecular formula C 14 H 10 C 14 H 10 C_(14)H_(10)C_{14}H_{10}C14H10.
    - Each benzene ring is aromatic, and the conjugation extends over all three rings, creating a larger conjugated π-electron system.
    - Anthracene follows the Hückel rule for aromaticity, having 4 n + 2 4 n + 2 4n+24n + 24n+2 π electrons (where n n nnn = 4 for 14 π-electrons over the system).
  • The molecule is planar, allowing the p-orbitals from each ring to overlap and delocalize electrons across the entire system.
  • This extensive conjugation and electron delocalization contribute to anthracene’s aromatic stability.
  • Anthracene exhibits typical aromatic behavior like electrophilic substitution reactions predominantly at the 9-position.
Thus, the linear, fused ring structure with conjugated π electrons and planarity confirms anthracene as an aromatic compound.[1][19][20]

In summary, anthracene is a classic example of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH), aromatic due to the extended conjugation over its fused benzene rings.

Question:-13

Among pyridine and pyrrole which one is more basic? Explain

Answer:

Among pyridine and pyrrole, pyridine is more basic than pyrrole.

Explanation:

  • Pyridine:
    • The nitrogen atom in pyridine has a lone pair of electrons located in an sp² hybrid orbital perpendicular to the aromatic π system.
    • This lone pair is not involved in the aromaticity of the ring, so it is available to accept a proton (H⁺), making pyridine a good Lewis base.
    • Due to this, pyridine readily donates its lone pair and exhibits relatively strong basicity (pKa of conjugate acid ≈ 5.14).
  • Pyrrole:
    • The nitrogen lone pair in pyrrole is part of the aromatic sextet (it contributes two electrons to the aromatic π system).
    • Because the lone pair is delocalized into the ring for maintaining aromaticity, it is less available to accept a proton.
    • Hence, pyrrole is much less basic than pyridine (pKa of conjugate acid ≈ -3.8).
    • Protonation of pyrrole would disrupt aromaticity, which is energetically unfavorable.

Summary:

Compound Lone Pair Location Involved in Aromaticity? Basicity (Availability of Lone Pair) Approx. pKa of Conjugate Acid
Pyridine sp² orbital (not in π system) No High 5.14
Pyrrole In aromatic π system Yes Low -3.8
Therefore, pyridine is more basic because its lone pair is free and readily available for protonation, whereas in pyrrole, the lone pair is tied up in maintaining aromaticity and is not easily available for protonation.

In short, the key difference lies in whether the nitrogen lone pair participates in the aromatic sextet; it does in pyrrole but not in pyridine, making pyridine the stronger base.

Question:-14

In pyridine substitution occur which at the 3 position. Explain.

Answer:

Why Substitution in Pyridine Occurs at the 3-Position

  • Pyridine is a heteroaromatic compound with a nitrogen atom in the ring, which is more electronegative than carbon.
  • The nitrogen atom withdraws electron density from the ring via its inductive effect, making the ring electron-deficient overall, especially at the 2- and 4-positions.
  • During electrophilic substitution, the intermediate formed is a resonance-stabilized carbocation (sigma complex).

Explanation for Preference of 3-Position:

  • When substitution occurs at the 3-position, the positive charge in the intermediate does not localize on the nitrogen atom.
  • Substitution at the 2- or 4-position would result in intermediates where the positive charge is directly adjacent to the nitrogen, which is destabilizing due to the electronegative nitrogen withdrawing electron density.
  • Hence, the intermediate formed from substitution at the 3-position is more stable compared to those at 2- and 4-positions.
  • This increased stability makes substitution at the 3-position more favorable.

Summary:

Position Stability of Carbocation Intermediate Electrophilic Substitution Likelihood
2-Position Less stable (positive charge next to N) Less favored
3-Position More stable (positive charge not adjacent to N) Most favored
4-Position Less stable (positive charge adjacent to N) Less favored

Conclusion:

In electrophilic substitution reactions, pyridine preferentially undergoes substitution at the 3-position due to the greater stability of the intermediate carbocation, which avoids placing a positive charge next to the electronegative nitrogen atom.

This explains the regioselectivity observed in pyridine electrophilic substitution reactions toward the 3-position.

Question:-15

Which are the two main parameters on which the absorption bands in ultraviolet and visible spectra are measured?

Answer:

The two main parameters on which the absorption bands in ultraviolet (UV) and visible spectra are measured are:
  1. Wavelength (λ):
    • The position of the absorption band is measured in terms of the wavelength of light absorbed, usually expressed in nanometers (nm) or sometimes in wavenumbers (cm⁻¹).
    • The wavelength corresponds to the energy difference between electronic energy levels involved in the transition.
  2. Absorbance or Transmittance (Intensity):
    • The strength or intensity of the absorption band is measured by absorbance (A) or sometimes as transmittance (%T).
    • Absorbance is related to the concentration of the absorbing species, path length, and molar absorptivity by Beer-Lambert law.
    • It indicates how much light is absorbed at a particular wavelength.

Together, these parameters provide vital information about the electronic transitions of molecules and help in qualitative and quantitative analysis in UV-Vis spectroscopy.

Question:-16

Explain Woodward rules for predicting π-π* absorption in dienes.

Answer:

Woodward Rules for Predicting π-π* Absorption in Dienes

The Woodward rules (also known as Woodward-Fieser rules) are empirical guidelines used to estimate the wavelength of maximum absorption (λ_max) in the ultraviolet-visible (UV-Vis) spectra for conjugated dienes based on their structure.

Key Points of Woodward Rules for Dienes:

  1. Base Values for λ_max:
    • Acyclic Dienes: 214 nm
    • Homoannular Dienes (both double bonds in the same ring): 253 nm
    • Heteroannular Dienes (double bonds in different rings or positions): 214 nm
  2. Additive Effects of Substituents and Structural Features:
    • Each alkyl substituent or ring residue attached to the conjugated system: +5 nm
    • Each exocyclic double bond: +5 nm
    • Each additional double bond conjugated (extension of π-system): +30 nm
  3. Auxochromes (electron-donating groups) also cause shifts:
    • Examples: –OR (alkoxy), –Cl, –Br groups add a few nm to λ_max.

How to Use Woodward Rules:

  • Start with the base value depending on the diene type.
  • Add increments to the base value for each substituent, exocyclic double bond, or extra conjugation.
  • The total gives an approximate λ_max for the π-π* electronic transition.

Summary Table:

Feature Increment in λ_max (nm)
Base (acyclic/heteroannular diene) 214
Base (homoannular diene) 253
Each additional conjugated double bond 30
Each alkyl substituent or ring residue 5
Each exocyclic double bond 5
Each –OR substituent 6
Each halogen (–Cl, –Br) 5

This rule helps predict the absorption maxima of dienes in UV-Vis spectroscopy, relating structural conjugation and substituent effects to electronic transitions between π and π* orbitals.

In essence, the Woodward rules provide a practical way to estimate the UV absorption wavelengths of conjugated dienes by summing contributions of their structural features.

Question:-17

Explain with the help of a diagram the orbital energy relationship between isolated and conjugated C=C and C=O groups.

Answer:

The orbital energy relationship between isolated and conjugated C=C and C=O groups can be understood by comparing the molecular orbitals (MOs) of the isolated double bonds with those in a conjugated system, where interaction between the π orbitals occurs.

Isolated C=C and C=O Groups

  • For isolated double bonds such as C=C and C=O, each has its own set of π and π* orbitals separated by a certain energy gap.
  • The π orbital is the bonding orbital, and the π* orbital is the antibonding orbital.
  • Due to the difference in electronegativity, the C=O π orbital is lower in energy than the C=C π orbital, and the π* orbital of C=O is also lower in energy than the π* orbital of C=C.

Conjugated C=C and C=O Groups

  • When C=C and C=O groups are conjugated (i.e., alternating double bonds), their π orbitals interact and combine to form molecular orbitals delocalized over both groups.
  • This interaction causes splitting of the original π and π* orbitals into new bonding and antibonding orbitals in the conjugated system.
  • The conjugation lowers the energy of the bonding π orbital (stabilization) and raises the energy of the antibonding π orbital* (destabilization) leading to a smaller HOMO-LUMO gap.
  • Consequently, conjugated systems absorb light at longer wavelengths (lower energy) compared to isolated groups due to this reduced energy gap.

Diagram Explanation

Energy Level Isolated C=C & C=O Conjugated C=C and C=O
Higher Energy π* (C=O) > π* (C=C) Split into π₁ and π₂ (higher level)
Intermediate Energy Levels π* (C=C) π* and π of conjugated system
Lower Energy π (C=O) < π (C=C) Lower energy π bonding orbital
  • Interaction between the π orbitals of C=C and C=O in conjugation causes the formation of new molecular orbitals with altered energies.
KFGxP94.png

Summary

  • The orbital interaction in conjugated systems reduces the HOMO-LUMO gap compared to isolated double bonds.
  • This leads to characteristic absorption shifts in UV-Vis spectroscopy for conjugated compounds.
  • The C=O group generally has lower energy π and π* orbitals than C=C due to the higher electronegativity of oxygen.
This orbital energy relationship explains the electronic transitions of conjugated carbonyl compounds and their spectral properties.


Question:-18

For polyatomic molecule, what are the different types of normal modes of vibration? Give the normal modes of vibrations for the symmetric stretching of a triatomic linear and triatomic angular molecule with suitable diagrams.

Answer:

Types of Normal Modes of Vibration in Polyatomic Molecules

In a polyatomic molecule, atoms vibrate in characteristic patterns called normal modes of vibration. Each normal mode corresponds to a specific pattern in which all atoms vibrate with the same frequency.
The types of normal vibrational modes include:
  1. Stretching Vibrations:
    • Change in bond length between two atoms.
    • Can be symmetric or asymmetric.
  2. Bending Vibrations:
    • Change in the angle between two bonds.
    • Types of bending: scissoring, rocking, wagging, and twisting.

Normal Modes for Triatomic Molecules

Consider triatomic molecules which can be either linear or angular (bent).

1. Triatomic Linear Molecule (e.g., CO₂)

  • There are 3 atoms → 3 N = 9 3 N = 9 3N=93N = 93N=9 degrees of freedom
    - Translational and rotational motions = 5 (for linear)
    - Number of vibrational modes = 3 N 5 = 4 3 N 5 = 4 3N-5=43N - 5 = 43N5=4

Vibrational Modes:

  • Symmetric stretching: Both bond lengths increase or decrease simultaneously.
  • Asymmetric stretching: One bond lengthens while the other shortens.
  • Bending (degenerate): Two modes where the molecule bends in and out of the plane (perpendicular directions).
KFGRxZQ.png

Symmetric stretching diagram:

O = C = O O = C = O O=C=OO=C=OO=C=O
  • Both C = O C = O C=OC=OC=O bonds stretch or compress together symmetrically.

2. Triatomic Angular (Bent) Molecule (e.g., H₂O)

  • 3 atoms → 9 degrees of freedom
  • Translational + rotational = 6 (for nonlinear)
  • Number of vibrational modes = 3 N 6 = 3 3 N 6 = 3 3N-6=33N - 6 = 33N6=3

Vibrational Modes:

  • Symmetric stretching: Both bonds stretch or compress simultaneously.
  • Asymmetric stretching: One bond lengthens while the other shortens.
  • Bending: Change in bond angle.

Symmetric stretching diagram:

For water, O in center with two H atoms:
  • Both O H O H O–HO–HOH bonds stretch or compress in phase.

Summary Table:

Molecule Type No. of Vibrational Modes Symmetric Stretching Mode Description
Triatomic Linear 4 Both outer atoms move away/toward middle atom symmetrically
Triatomic Angular 3 Both bonds increase/decrease equally simultaneously in phase

These normal modes are fundamental in interpreting molecular vibrational spectra like infrared (IR) and Raman spectroscopy.

This explanation captures types and examples of normal vibrational modes in triatomic molecules with details of symmetric stretching modes for linear and angular shapes.

Question:-19

Give the characteristic frequencies of the ketones and aldehydes. How are they different from esters?

Answer:

Characteristic Frequencies of Ketones and Aldehydes

  • Both ketones and aldehydes contain the C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}C=O (carbonyl) group which shows a strong and sharp absorption in the IR spectrum.
    - Ketones:
    - C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}C=O stretching frequency appears typically around 1715 cm⁻¹.
  • Aldehydes:
    • C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}C=O stretching frequency appears slightly higher, around 1725–1740 cm⁻¹.
    • Additionally, aldehydes show characteristic C–H C–H "C–H"\text{C–H}C–H stretching bands due to aldehydic hydrogen near 2700–2800 cm⁻¹ (often appears as two weak bands).

Characteristic Frequencies of Esters

  • Esters also have a carbonyl group attached to an oxygen atom (–COOR).
  • The C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}C=O stretching frequency of esters usually appears at 1735–1750 cm⁻¹ (higher than ketones and aldehydes).
    - Esters also show a strong absorption due to the C–O stretching vibration in the range 1050–1300 cm⁻¹.

Key Differences Between Ketones/Aldehydes and Esters in IR Spectrum

Feature Ketones and Aldehydes Esters
C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}C=O stretch (cm⁻¹) 1715 (ketones), 1725–1740 (aldehydes) 1735–1750
Additional Bands Aldehydic C–H C–H "C–H"\text{C–H}C–H stretch at 2700–2800 cm⁻¹ Strong C–O C–O "C–O"\text{C–O}C–O stretch bands at 1050–1300 cm⁻¹
Carbonyl Environment Attached to alkyl/aryl or hydrogen (aldehydes) Attached to oxygen (–OR group)

Summary

  • Esters have a higher carbonyl stretching frequency than ketones and aldehydes due to the electron-withdrawing effect of the oxygen atom attached to the carbonyl carbon.
  • Aldehydes uniquely exhibit C–H C–H "C–H"\text{C–H}C–H stretching bands around 2700–2800 cm⁻¹, which are absent in ketones and esters.
This differentiation through IR spectral frequencies helps identify these functional groups in organic compounds.

Question:-20(a)

List the factors affecting the position and intensity of IR bonds in the IR spectrum.

Answer:

The factors affecting the position and intensity of IR bands in an infrared spectrum include:

Factors Affecting the Position (Frequency) of IR Absorption Bands:

  1. Bond Strength (Force Constant):
    Stronger bonds vibrate at higher frequencies (wavenumbers). For example, triple bonds absorb at higher frequencies than double bonds, which absorb higher than single bonds.
  2. Reduced Mass of the Atoms:
    Heavier atoms vibrate at lower frequencies because the vibrational frequency depends inversely on the square root of the reduced mass of the bonded atoms.
  3. Electronegativity and Electronic Effects:
    • Electron-withdrawing groups increase bond polarity and often increase the frequency.
    • Resonance or conjugation lowers the frequency by delocalizing the electron density, weakening the bond (e.g., in conjugated carbonyls).
    • Inductive effects also influence the frequency.
  4. Hydrogen Bonding:
    Hydrogen bonding lowers the frequency of the involved bond (e.g., O–H stretch) and broadens the absorption band due to bond weakening and increased dipole moment fluctuations.
  5. Molecular Environment and Physical State:
    • Phase (solid, liquid, gas) can affect frequency and band shape.
    • Ring strain can shift frequencies by affecting bond angles and strengths.
  6. Fermi Resonance and Coupling Effects:
    Interaction between fundamental vibration and overtone or combination bands can shift frequencies and intensities.

Factors Affecting the Intensity of IR Absorption Bands:

  1. Change in Dipole Moment:
    The more the dipole moment changes during vibration, the more intense the absorption. Non-polar bonds show weak or no IR absorption.
  2. Concentration of the Sample:
    Higher concentration leads to greater intensity since more molecules absorb IR radiation.
  3. Number of Bonds Vibrating:
    Molecules with more identical bonds show stronger absorption (e.g., many C–H bonds lead to intense C–H stretch).
  4. Symmetry of the Molecule:
    IR active vibrations require a change in dipole moment. Symmetric molecules may have IR inactive vibrations (e.g., symmetric stretching in nonpolar molecules).

Summary

Factor Type Examples Effect on IR Bands
Bond Strength C=C vs C≡C Higher strength → higher wavenumber
Reduced Mass C–H vs C–D Heavier atoms → lower frequency
Electronic Effects Resonance, induction Resonance lowers frequency; inductive increases it
Hydrogen Bonding O–H in alcohols/carboxylic acids Lowers frequency & broadens bands
Molecular Environment Phase, ring strain Shift in frequency and band shape
Dipole Moment Change Polar vs nonpolar bonds Greater change → more intense bands
Concentration and Number of Bonds Sample amount and molecular structure More molecules/bonds → higher intensity

This comprehensive set of factors determines how and where absorption bands appear in IR spectroscopy, aiding in detailed molecular characterization.

Question:-20(b)

Explain the bands appearing in the IR spectrum of an alkane giving a suitable example.

Answer:

Bands Appearing in the IR Spectrum of an Alkane

Alkanes are saturated hydrocarbons containing only C–C and C–H single bonds. Their IR spectra show characteristic absorption bands mainly due to C–H stretching and bending vibrations.

Key IR Bands for Alkanes (Example: Octane)

  1. C–H Stretching Vibrations:
    • Appear as strong bands in the region 3000–2850 cm⁻¹.
    • These correspond to the stretching of sp³ hybridized C–H bonds.
    • Methyl ( C H 3 C H 3 –CH_(3)–CH_3CH3) and methylene ( C H 2 C H 2 –CH_(2)––CH_2–CH2) groups contribute to these bands.
  2. C–H Bending Vibrations:
    • Scissoring (bending) motion: Appears around 1465–1450 cm⁻¹.
    • Methyl rock: Appears near 1375–1350 cm⁻¹.
    • Methylene rock: Appears near 720–730 cm⁻¹ (for long-chain alkanes).
  3. C–C Bond Vibrations:
    • Generally weak and appear in the 800–1300 cm⁻¹ region but are often overlapped by other vibrations.

Summary of Alkane IR Bands

Vibration Type Approximate Wavenumber (cm⁻¹) Description
C–H Stretch 3000 – 2850 Stretching of sp³ C–H bonds
C–H Scissoring 1465 – 1450 Bending motion of C–H bonds
Methyl Rock 1375 – 1350 Rocking motion of methyl groups
Methylene Rock 720 – 730 Rocking motion of methylene groups
C–C Vibrations 800 – 1300 (weak) Bending and stretching of C–C bonds

These bands are usually present in all alkane IR spectra and help identify the presence of saturated hydrocarbon chains.

This characteristic IR pattern enables easy recognition of alkanes during spectral analysis.[1][19][20]


प्रश्न:-1

पोटेशियम डाइक्रोमेट का IUPAC नामकरण दीजिए। अम्लीय माध्यम में पोटेशियम आयोडाइड के साथ इसकी अभिक्रिया भी बताइए।

उत्तर:

1. पोटेशियम डाइक्रोमेट का IUPAC नामकरण

पोटेशियम डाइक्रोमेट का IUPAC नाम पोटेशियम डाइक्रोमेट (VI) है ।
स्पष्टीकरण:
  • धनायन पोटेशियम (K⁺) है ।
  • ऋणायन डाइक्रोमेट आयन (Cr₂O₇²⁻) है ।
  • स्टॉक संकेतन (जो IUPAC नामकरण का हिस्सा है) में, धातु की ऑक्सीकरण अवस्था कोष्ठक में रोमन अंक द्वारा दर्शाया जाता है। चूँकि दोनों क्रोमियम परमाणु +6 ऑक्सीकरण अवस्था में हैं, इसलिए इसका नाम डाइक्रोमेट (VI) हो जाता है ।
  • इसलिए, पूर्ण व्यवस्थित नाम पोटेशियम डाइक्रोमेट (VI) है ।
जबकि पारंपरिक नाम "पोटेशियम डाइक्रोमेट" अभी भी सार्वभौमिक रूप से स्वीकार किया जाता है और प्रयोग किया जाता है, "पोटेशियम डाइक्रोमेट (VI)" इसका सटीक IUPAC नाम है।

2. अम्लीय माध्यम में पोटेशियम आयोडाइड के साथ अभिक्रिया

यह रेडॉक्स अभिक्रिया का एक उत्कृष्ट उदाहरण है , जहां पोटेशियम डाइक्रोमेट (एक ऑक्सीकरण एजेंट) आयोडाइड आयनों को आयोडीन में ऑक्सीकृत करता है, और स्वयं अपचयित हो जाता है।
रासायनिक प्रतिक्रिया:
K₂Cr₂O₇ + 6KI + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 3I₂ + 7H₂O
आयनिक समीकरण (रेडॉक्स प्रक्रिया को सरल करता है):
Cr₂O₇²⁻ + 6I⁻ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 3I₂ + 7H₂O

चरण-दर-चरण स्पष्टीकरण:

1. ऑक्सीकरण अर्ध-अभिक्रिया (इलेक्ट्रॉनों की हानि):
आयोडाइड आयन (I⁻) आयोडीन (I₂) में ऑक्सीकृत हो जाते हैं। प्रत्येक आयोडाइड आयन एक इलेक्ट्रॉन खोता है।
2 मैं मैं 2 + 2 2 मैं मैं 2 + 2 2I^(-)rarrI_(2)+2e^(-)2I^- \rightarrow I_2 + 2e^-2मैंमैं2+2
क्रोमियम द्वारा प्राप्त 6 इलेक्ट्रॉनों को संतुलित करने के लिए, हम इसे 3 से गुणा करते हैं:
6 मैं 3 मैं 2 + 6 6 मैं 3 मैं 2 + 6 6I^(-)rarr3I_(2)+6e^(-)6I^- \rightarrow 3I_2 + 6e^-6मैं3मैं2+6
2. अपचयन अर्ध-अभिक्रिया (इलेक्ट्रॉनों की प्राप्ति):
डाइक्रोमेट आयन (Cr₂O₇²⁻) क्रोमियम (III) आयनों (Cr³⁺) में अपचयित हो जाता है। यह एक अम्लीय माध्यम में होता है, जो अभिक्रिया के लिए आवश्यक H⁺ आयन प्रदान करता है।
सी आर 2 हे 7 2 + 14 एच + + 6 2 सी आर 3 + + 7 एच 2 हे सी आर 2 हे 7 2 + 14 एच + + 6 2 सी आर 3 + + 7 एच 2 हे Cr_(2)O_(7)^(2-)+14H^(+)+6e^(-)rarr2Cr^(3+)+7H_(2)OCr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2Oसीआर2हे72+14एच++62सीआर3++7एच2हे
क्रोमियम की ऑक्सीकरण अवस्था +6 (Cr₂O₇²⁻ में) से +3 (Cr³⁺ में) हो जाती है, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक क्रोमियम परमाणु 3 इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है। चूँकि क्रोमियम के दो परमाणु होते हैं, इसलिए आयन कुल 6 इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है ।
3. अर्ध-अभिक्रियाओं का संयोजन:
आयोडाइड आयनों द्वारा खोए गए 6 इलेक्ट्रॉन, डाइक्रोमेट आयन द्वारा प्राप्त 6 इलेक्ट्रॉनों के बराबर होते हैं। दोनों अर्ध-अभिक्रियाओं को जोड़ने पर शुद्ध आयनिक समीकरण प्राप्त होता है:
सी आर 2 हे 7 2 + 6 मैं + 14 एच + 2 सी आर 3 + + 3 मैं 2 + 7 एच 2 हे सी आर 2 हे 7 2 + 6 मैं + 14 एच + 2 सी आर 3 + + 3 मैं 2 + 7 एच 2 हे Cr_(2)O_(7)^(2-)+6I^(-)+14H^(+)rarr2Cr^(3+)+3I_(2)+7H_(2)OCr_2O_7^{2-} + 6I^- + 14H^+ \दायां तीर 2Cr^{3+} + 3I_2 + 7H_2Oसीआर2हे72+6मैं+14एच+2सीआर3++3मैं2+7एच2हे
अवलोकन:
  • रंग परिवर्तन: विलयन का रंग नारंगी (डाइक्रोमेट आयनों, Cr₂O₇²⁻ का रंग) से बदलकर गहरा भूरा या लाल-भूरा (विलयन में आयोडीन, I₂ का रंग) हो जाता है। क्रोमियम (III) आयनों (Cr³⁺) के निर्माण के कारण अंतिम विलयन में हरापन भी आ सकता है।
  • अवक्षेप का निर्माण: कुछ मामलों में, यदि सान्द्रता काफी अधिक हो तो निर्मित आयोडीन भूरे-काले ठोस के रूप में दिखाई दे सकता है।
इस अभिक्रिया का उपयोग प्रायः आयोडाइड आयनों की उपस्थिति का परीक्षण करने या पोटेशियम डाइक्रोमेट की ऑक्सीकरण शक्ति को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है।

प्रश्न:-2

मिथाइल लिथियम की संरचना बताइए।

उत्तर:

मिथाइललिथियम की संरचना रासायनिक सूत्र CH₃Li द्वारा दर्शायी जाती है ।
हालाँकि, इसकी आणविक संरचना सूत्र से कहीं अधिक जटिल है। अपनी ठोस अवस्था और सामान्य विलायकों में, मिथाइललिथियम एक साधारण मोनोमर (एकल CH₃Li अणु) के रूप में नहीं पाया जाता। इसके बजाय, यह टेट्रामर्स (चार अणुओं का समूह) बनाता है।

प्रमुख संरचना (ठोस अवस्था में और डाइएथिल ईथर जैसे सामान्य विलायकों में)

कोर संरचना एक Li₄ टेट्राहेड्रॉन (त्रिकोणीय आधार वाला एक पिरामिड) है, जिसमें एक मिथाइल समूह (CH₃-) टेट्राहेड्रॉन के प्रत्येक चेहरे को जोड़ता है।
  • कल्पना: एक पिरामिड की कल्पना करें जिसके कोनों पर चार लिथियम परमाणु हों।
  • बंधन: प्रत्येक मिथाइल समूह (कार्बन परमाणु) Li₄ पिरामिड के त्रिकोणीय चेहरे के केंद्र के ऊपर बैठता है और उस चेहरे को बनाने वाले तीन लिथियम परमाणुओं के साथ एक बहु-केंद्र बंधन बनाता है।
  • सूत्र: इस क्लस्टर को (CH₃Li)₄ या अधिक सटीक रूप से, (CH₃)₄Li₄ के रूप में दर्शाया गया है ।
लिथियम परमाणुओं की इलेक्ट्रॉन-कमी प्रकृति के कारण यह एकत्रित संरचना अत्यधिक स्थिर है।
(CH₃Li)₄ टेट्रामर का आरेख:
KF1psM7.png

गैसीय अवस्था में या बहुत उच्च तापमान पर

चरम स्थितियों में (जैसे, गैस चरण में), मिथाइल लिथियम एक रैखिक संरचना, H₃C-Li के साथ एक मोनोमर के रूप में मौजूद हो सकता है ।

प्रश्न:-3

उपयुक्त समीकरणों की सहायता से अपचयी कार्बोनिलीकरण द्वारा धातु कार्बोनिल बनाने की कोई दो विधियाँ बताइए।

उत्तर:

अपचयी कार्बोनिलीकरण द्वारा धातु कार्बोनिल बनाने की दो सामान्य विधियाँ हैं: कार्बन मोनोऑक्साइड की उपस्थिति में धातु हैलाइडों या धातु ऑक्साइडों का अपचयन। नीचे दो उपयुक्त विधियाँ और उनके समीकरण दिए गए हैं:

1. रिडक्टिव कार्बोनिलीकरण द्वारा धातु हैलाइडों से तैयारी

इस विधि में, एक धातु हैलाइड (आमतौर पर क्लोराइड) को कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ एक अपचायक, आमतौर पर चूर्णित धातु या हाइड्रोजन या जिंक जैसी अपचायक गैस की उपस्थिति में अभिक्रिया कराई जाती है। अपचायक, धातु आयन को शून्य-संयोजी अवस्था में अपचयित कर देता है, जिससे कार्बोनिल लिगैंड धातु के साथ समन्वय स्थापित कर पाते हैं।
निकेल क्लोराइड और कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हुए समीकरण का उदाहरण, जिसमें जिंक को अपचायक कारक माना गया है:
NiCl 2 + 2 सीओ + 2 जिंक नी(CO) 4 + 2 ZnCl 2 NiCl 2 + 2 सीओ + 2 जिंक नी(CO) 4 + 2 ZnCl 2 "NiCl"_(2)+2"CO"+2"Zn"rarr"Ni(CO)"_(4)+2"ZnCl"_(2)\text{NiCl}_2 + 2 \text{CO} + 2 \text{Zn} \rightarrow \text{Ni(CO)}_4 + 2 \text{ZnCl}_2NiCl2+2सीओ+2जिंकनी(CO)4+2ZnCl2
यहाँ, निकेल (II) क्लोराइड निकेल (0) में अपचयित हो जाता है, जो फिर वाष्पशील निकेल टेट्राकार्बोनिल कॉम्प्लेक्स बनाता है।

2. रिडक्टिव कार्बोनिलीकरण द्वारा धातु ऑक्साइड से तैयारी

इस विधि में उच्च तापमान और दाब पर धातु ऑक्साइड को कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ अपचायक स्थितियों (जैसे, CO, लिगैंड स्रोत और अपचायक दोनों के रूप में कार्य करता है) में अभिक्रिया कराया जाता है। धातु ऑक्साइड अपचयित हो जाता है और धातु कार्बोनिल संकुल बनते हैं।
आयरन(III) ऑक्साइड का उपयोग करते हुए समीकरण का उदाहरण:
फ़े 2 हे 3 + 6 सीओ गर्मी, दबाव 2 Fe(CO) 5 + 3 सीओ 2 फ़े 2 हे 3 + 6 सीओ गर्मी, दबाव 2 Fe(CO) 5 + 3 सीओ 2 "Fe"_(2)"O"_(3)+6"CO"rarr""गर्मी, दबाव""2"Fe(CO)"_(5)+3"CO"_(2)\text{Fe}_2\text{O}_3 + 6 \text{CO} \xrightarrow{\text{ऊष्मा, दाब}} 2 \text{Fe(CO)}_5 + 3 \text{CO}_2फ़े2हे3+6सीओगर्मी, दबाव2Fe(CO)5+3सीओ2
इस अभिक्रिया में, आयरन (III) ऑक्साइड को कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ अपचयी कार्बोनिलीकरण द्वारा आयरन पेंटाकार्बोनिल में परिवर्तित किया जाता है, जो एक साथ अपचायक एजेंट और कार्बोनिल स्रोत के रूप में कार्य करता है।
ये दोनों विधियां दर्शाती हैं कि कैसे उचित परिस्थितियों में कार्बन मोनोऑक्साइड और अपचायक एजेंटों का उपयोग करके धातु हैलाइडों या ऑक्साइडों से अपचयी कार्बोनिलीकरण द्वारा धातु कार्बोनिलों को संश्लेषित किया जा सकता है।

प्रश्न:-4

संयोजकता बंध दृष्टिकोण के आधार पर Fe(CO)₅ की संरचना की व्याख्या कीजिए।

उत्तर:

वैलेंस बॉन्ड सिद्धांत (VBT) के आधार पर Fe(CO)₅ की संरचना को निम्नानुसार समझाया जा सकता है:

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और ऑक्सीकरण अवस्था

  • Fe(CO)₅ में Fe की ऑक्सीकरण अवस्था शून्य है।
  • Fe का मूल अवस्था इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है [ आर ] 3 डी 6 4 एस 2 [ आर ] 3 डी 6 4 एस 2 [Ar]3d^(6)4s^(2)[आर] 3d^6 4s^2[आर]3डी64एस2.
    - CO एक मजबूत क्षेत्र लिगैंड है और Fe के 3d ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉनों के युग्मन का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन पुनर्व्यवस्था होती है जो बंधन के लिए उपयुक्त रिक्त ऑर्बिटल्स बनाती है।

संकरण और ज्यामिति

  • संयोजकता बंध सिद्धांत के अनुसार, Fe(CO)₅ में Fe, डी एस पी 3 डी एस पी 3 डीएसपी^(3)डीएसपी^3डीएसपी3संकरण।
    - इसमें एक 3d कक्षक, एक 4s कक्षक, और तीन 4p कक्षकों का मिश्रण शामिल है, जिससे पांच संकर कक्षक बनते हैं, जो पांच CO लिगैंडों की ओर निर्देशित होते हैं।
    - Fe(CO)₅ की ज्यामिति त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय है: तीन CO लिगैंड भूमध्यरेखीय स्थिति पर होते हैं, और दो अक्षीय स्थिति पर होते हैं।
KFE3Jov.png

संबंध

  • CO लिगैंड्स σ-दाता के रूप में कार्य करते हैं, तथा Fe पर रिक्त संकर कक्षकों को एकाकी युग्म इलेक्ट्रॉन दान करते हैं।
  • CO एक π-स्वीकर्ता लिगैंड भी है, जो Fe के भरे हुए d ऑर्बिटल्स से CO के रिक्त π* ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन घनत्व के वापस दान की ओर ले जाता है, जिससे परिसर स्थिर हो जाता है।
  • यह बंधन युग्मित इलेक्ट्रॉनों के कारण प्रतिचुंबकीय परिसर का निर्माण करता है।
KFEKnnf.png

सारांश

  • Fe(CO)₅ एक त्रिकोणीय द्विपिरामिड संरचना को अपनाता है जो निम्न पर आधारित है डी एस पी 3 डी एस पी 3 डीएसपी^(3)डीएसपी^3डीएसपी3Fe ऑर्बिटल्स का संकरण।
    - CO लिगैंड्स की तीन भूमध्यरेखीय और दो अक्षीय स्थितियाँ, वैलेंस बॉन्ड दृष्टिकोण द्वारा बताई गई ज्यामिति के अनुरूप हैं।
    - बॉन्डिंग में CO से σ-दान और Fe से π-वापस दान शामिल है, जो स्थिरता को बढ़ावा देता है।
यह संयोजकता बंध दृष्टिकोण Fe(CO)₅ में ज्यामिति और बंध को एक त्रिकोणीय द्विपिरामिडीय संकुल के रूप में सफलतापूर्वक समझाता है डी एस पी 3 डी एस पी 3 डीएसपी^(3)डीएसपी^3डीएसपी3लौह केन्द्र पर संकरण।

प्रश्न:-5

उपयुक्त अभिक्रियाओं (किन्हीं दो) के साथ समझाइए कि धातु कार्बोनिल की हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया से कार्बोनिल हाइड्राइड किस प्रकार बनते हैं।

उत्तर:

हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया द्वारा धातु कार्बोनिल से कार्बोनिल हाइड्राइड के निर्माण को समझाने वाली दो उपयुक्त प्रतिक्रियाएं हैं:

1. कोबाल्ट कार्बोनिल हाइड्राइड का निर्माण

जब कोबाल्ट ऑक्टाकार्बोनिल उपयुक्त परिस्थितियों (उच्च तापमान और दबाव) में हाइड्रोजन गैस के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो यह कोबाल्ट कार्बोनिल हाइड्राइड बनाता है:
सह 2 ( सीओ ) 8 + एच 2 2 [ एचसीओ ( सीओ ) 4 ] सह 2 ( सीओ ) 8 + एच 2 2 [ एचसीओ ( सीओ ) 4 ] "Co"_(2)("CO")_(8)+"H"_(2)rarr2["HCo"("CO")_(4)]\text{Co}_2(\text{CO})_8 + \text{H}_2 \rightarrow 2 \, [\text{HCo}(\text{CO})_4]सह2(सीओ)8+एच22[एचसीओ(सीओ)4]
इस प्रतिक्रिया में, हाइड्रोजन धातु कार्बोनिल को कम करता है और Co से बंधे हाइड्राइड लिगैंड के रूप में सम्मिलित होता है, जिससे धातु कार्बोनिल हाइड्राइड कॉम्प्लेक्स [HCo(CO)₄] बनता है।[1][2]

2. मैंगनीज कार्बोनिल हाइड्राइड का निर्माण

इसी प्रकार, मैंगनीज डेकाकार्बोनिल हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया करके मैंगनीज कार्बोनिल हाइड्राइड देता है:
Mn 2 ( CO ) 10 + H 2 2 [ HMn ( CO ) 5 ] Mn 2 ( CO ) 10 + H 2 2 [ HMn ( CO ) 5 ] "Mn"_(2)("CO")_(10)+"H"_(2)rarr2["HMn"("CO")_(5)]\text{Mn}_2(\text{CO})_{10} + \text{H}_2 \rightarrow 2 \, [\text{HMn}(\text{CO})_5]एम.एन.2(सीओ)10+एच22[एचएमएन(सीओ)5]
यहाँ, हाइड्रोजन धातु कार्बोनिल कॉम्प्लेक्स में जुड़कर [HMn(CO)₅] बनाता है, जो हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया द्वारा निर्मित धातु कार्बोनिल हाइड्राइड का एक और उदाहरण है।

स्पष्टीकरण

  • इन अभिक्रियाओं में, आणविक हाइड्रोजन (H₂) अपचायक एजेंट के रूप में कार्य करता है।
  • कार्बोनिल समूहों में धातु केन्द्रों को कम किया जाता है, और हाइड्राइड आयनों (H⁻) को लिगैंड के रूप में पेश किया जाता है।
  • उत्पाद संकुलों को धातु कार्बोनिल हाइड्राइड कहा जाता है, जिनकी विशेषता प्रत्यक्ष धातु-हाइड्रोजन बंध है।
  • ये हाइड्राइड कई समरूप उत्प्रेरक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण मध्यवर्ती या उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं।
यह दर्शाता है कि कैसे धातु कार्बोनिल नियंत्रित परिस्थितियों में हाइड्रोजन गैस के साथ सीधी प्रतिक्रिया करके हाइड्राइड बनाते हैं।

प्रश्न:-6

उपयुक्त आरेखों के साथ मुक्त CO अणु की ध्रुवता के साथ-साथ यह भी समझाइए कि यह कब संक्रमण धातु धनायन के साथ बंधता है।

उत्तर:

मुक्त CO अणु की ध्रुवता

  • CO अणु में कार्बन और ऑक्सीजन के बीच एक त्रिबंध होता है, जिसमें एक सिग्मा बंध और दो पाई बंध होते हैं।
  • ऑक्सीजन कार्बन की तुलना में अधिक विद्युत-ऋणात्मक है; इसलिए, इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन की ओर आकर्षित होते हैं।
  • हालाँकि, CO अणु की ध्रुवता असामान्य है, क्योंकि आणविक द्विध्रुव आघूर्ण ऑक्सीजन (जिसमें थोड़ा धनात्मक आवेश होता है) से कार्बन (जिसमें थोड़ा ऋणात्मक आवेश होता है) की ओर इंगित करता है।
  • ऐसा इसलिए है क्योंकि पाई बांड से इलेक्ट्रॉन घनत्व ऑक्सीजन से कार्बन की ओर कुछ हद तक स्थानांतरित हो जाता है, जिससे कार्बन के पास ऋणात्मक आवेश वाला एक द्विध्रुव निर्मित होता है।
  • इसलिए, द्विध्रुवीय क्षण की दिशा है O δ + C δ O δ + C δ "O"^(delta)+rarr"C"^(delta)-\text{O}^\delta+ \rightarrow \text{C}^\delta-हेδ+सीδ, जो अकेले विद्युत-ऋणात्मकता की भविष्यवाणी के विपरीत है।
    - संक्षेप में, CO का एक छोटा शुद्ध द्विध्रुवीय क्षण होता है, जो कार्बन पर ऋणात्मक और ऑक्सीजन पर धनात्मक चरित्र रखता है।

संक्रमण धातु धनायन से बंधे होने पर CO की ध्रुवता

  • जब CO किसी संक्रमण धातु धनायन से बंधता है, तो यह कार्बन पर एकाकी युग्म के माध्यम से लिगैंड के रूप में कार्य करता है तथा धातु को इलेक्ट्रॉन दान करता है (σ-दान)।
  • धातु भरे हुए d ऑर्बिटल्स से इलेक्ट्रॉन घनत्व को वापस दान कर सकती है π π pi^(**)\pi^*πCO के प्रतिबंधन कक्षक (π-वापस दान)।
    - यह वापिस दान ऑक्सीजन सिरे पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाता है और द्विध्रुव आघूर्ण को कम करता है, कभी-कभी मुक्त CO की तुलना में ध्रुवता को उलट देता है।
    - धातु-CO बंधन में अक्सर एक द्विध्रुव होता है जो धातु (धनात्मक) से कार्बन (ऋणात्मक) की ओर इंगित करता है, जिसमें CO लिगैंड की ओर महत्वपूर्ण ध्रुवीकरण होता है।
    - इसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन घनत्व में बदलाव होता है जो धातु-से-CO अंतःक्रिया पर बल देता है और CO बंधन शक्ति और समग्र ध्रुवता को संशोधित करता है।

आरेख:

KFEu0Yb.png

यह इलेक्ट्रॉन वितरण और दान/वापस दान अंतःक्रियाओं के आधार पर CO अणु के मुक्त और समन्वित संक्रमण धातु धनायन के लिए ध्रुवीयता अंतर की व्याख्या करता है।

प्रश्न:-7

Fe₂(CO)₉ के IR स्पेक्ट्रम से क्या जानकारी प्राप्त होती है?

KF1Yl9a.png

उत्तर:

Fe₂(CO)₉ का IR स्पेक्ट्रम अणु के भीतर कार्बोनिल लिगैंड वातावरण के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है। CO खिंचाव क्षेत्र (लगभग 1700–2200 cm⁻¹) में, तीन अलग-अलग अवशोषण बैंड देखे जाते हैं। उच्च-आवृत्ति बैंड (लगभग 2080 cm⁻¹ और 2020 cm⁻¹) छह टर्मिनल CO लिगैंड के खिंचाव मोड को निर्दिष्ट किए गए हैं, जो एक एकल लौह परमाणु से बंधे होते हैं। निम्न-आवृत्ति बैंड (लगभग 1820 cm⁻¹) तीन ब्रिजिंग CO लिगैंड के खिंचाव मोड से मेल खाता है, जो दो लौह परमाणुओं के बीच साझा होते हैं। यह अंतर इसलिए उत्पन्न होता है क्योंकि ब्रिजिंग CO लिगैंड आमतौर पर दोनों धातुओं को इलेक्ट्रॉन दान से कम CO बंध क्रम के कारण कम खिंचाव आवृत्तियों का प्रदर्शन करते हैं।
ये बैंड स्थितियाँ और उनकी सापेक्ष तीव्रताएँ Fe₂(CO)₉ की ठोस-अवस्था संरचना की पुष्टि करती हैं, जिसमें D_{3h} बिंदु समूह सममिति (आदर्शीकृत) के साथ एक सममित व्यवस्था होती है, जहाँ टर्मिनल CO समूह युग्मों में समतुल्य होते हैं और ब्रिजिंग CO समूह समतुल्य होते हैं। IR-सक्रिय मोडों की संख्या (इस क्षेत्र में तीन) इस सममिति के लिए समूह सिद्धांत की भविष्यवाणियों के अनुरूप है, और केवल टर्मिनल CO या भिन्न ब्रिजिंग विन्यास वाली वैकल्पिक संरचनाओं को खारिज करती है। इसके अतिरिक्त, स्पेक्ट्रम नमूने में मुक्त CO या अपघटन उत्पादों की कोई महत्वपूर्ण उपस्थिति नहीं दर्शाता है।

प्रश्न:-8

जैविक प्रणालियों में पाए जाने वाले आवश्यक और गैर-आवश्यक तत्वों का संक्षिप्त विवरण दीजिए।

उत्तर:

जैविक प्रणालियों में, तत्वों को जीवित जीवों की वृद्धि, विकास और रखरखाव के लिए उनकी आवश्यकता के आधार पर आवश्यक या अनावश्यक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

आवश्यक तत्व

  • ये वे तत्व हैं जिनकी आवश्यकता जीवों को महत्वपूर्ण जैव-रासायनिक और शारीरिक कार्यों को करने के लिए होती है।
  • आवश्यक तत्वों को आगे विभाजित किया गया है:
    • मैक्रोन्यूट्रिएंट्स: बड़ी मात्रा में आवश्यक, जैसे कार्बन (C), हाइड्रोजन (H), ऑक्सीजन (O), नाइट्रोजन (N), फॉस्फोरस (P), सल्फर (S), पोटैशियम (K), कैल्शियम (Ca), मैग्नीशियम (Mg), और सोडियम (Na)। ये जैव-अणुओं के मूल निर्माण खंड हैं और ऊर्जा हस्तांतरण, संकेतन और संरचनात्मक अखंडता जैसी प्रक्रियाओं में मदद करते हैं।
    • सूक्ष्म पोषक तत्व (सूक्ष्म तत्व): बहुत कम मात्रा में आवश्यक, लेकिन एंजाइम कार्य और चयापचय पथों के लिए महत्वपूर्ण। इनमें आयरन (Fe), जिंक (Zn), कॉपर (Cu), मैंगनीज (Mn), कोबाल्ट (Co), मोलिब्डेनम (Mo), सेलेनियम (Se), और आयोडीन (I) शामिल हैं।

गैर-आवश्यक तत्व

  • गैर-आवश्यक तत्व वे हैं जो जीवों में मौजूद हो सकते हैं लेकिन सामान्य वृद्धि या अस्तित्व के लिए आवश्यक नहीं हैं।
  • कुछ गैर-आवश्यक तत्वों की कोई जैविक भूमिका नहीं हो सकती है या उच्च सांद्रता पर वे विषैले हो सकते हैं।
  • कभी-कभी, कुछ गैर-आवश्यक तत्व आवश्यक तत्वों का स्थान ले सकते हैं या लाभकारी प्रभाव डाल सकते हैं, लेकिन वे अनिवार्य नहीं होते।

सारांश

  • आवश्यक तत्व जीवन और एंजाइमी कार्यों के लिए अपरिहार्य हैं।
  • गैर-आवश्यक तत्व आकस्मिक या संभावित रूप से विषाक्त हो सकते हैं और जैविक प्रणालियों में मौलिक भूमिका नहीं निभाते हैं।
यह अंतर जीवित जीवों में पोषक तत्वों की आवश्यकताओं और विष विज्ञान को समझने में मदद करता है।

प्रश्न:-9

सीसा मानव शरीर को किस प्रकार प्रभावित करता है, इसके विभिन्न तरीके बताइए।

उत्तर:

सीसा एक शक्तिशाली और प्रणालीगत विषैला पदार्थ है जो मानव शरीर के कई अंग प्रणालियों को प्रभावित करता है। इसके कम स्तर के संपर्क से भी गंभीर और अपरिवर्तनीय नुकसान हो सकता है, खासकर बच्चों को।
यहां विभिन्न तरीकों से बताया गया है कि सीसा मानव शरीर को किस प्रकार प्रभावित करता है, तथा अंग प्रणाली और कार्य के आधार पर इसका विभाजन किया गया है:

1. तंत्रिका संबंधी और तंत्रिका विकास संबंधी प्रभाव (सबसे संवेदनशील लक्ष्य)

यह प्रभाव का सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र है, विशेषकर बच्चों के लिए।
  • बच्चों में:
    • कम बुद्धि और संज्ञानात्मक कमी: सीसा न्यूरोट्रांसमीटर स्राव और मस्तिष्क के विकास में बाधा डालता है, जिससे स्थायी रूप से सीखने में अक्षमता और बौद्धिक क्षमता में कमी आती है।
    • व्यवहार संबंधी समस्याएं: ध्यान-घाटे/अतिसक्रियता विकार (एडीएचडी), आक्रामकता, चिड़चिड़ापन और असामाजिक व्यवहार की घटनाओं में वृद्धि का कारण बनता है।
    • विकास में बाधा: विकासात्मक मील के पत्थर तक पहुंचने में देरी (जैसे, बोलना, चलना)।
    • खराब शैक्षणिक प्रदर्शन: ध्यान केंद्रित करने में कठिनाई और ध्यान अवधि में कमी।
  • वयस्कों में:
    • न्यूरोपैथी: परिधीय तंत्रिकाओं को क्षति, जिसके कारण हाथ-पैरों में कमजोरी, दर्द और झुनझुनी होती है (उदाहरण के लिए, "कलाई का गिरना" इसका एक विशिष्ट लक्षण है)।
    • संज्ञानात्मक प्रभाव: स्मृति क्षीणता, एकाग्रता में कमी, तथा मनोदशा संबंधी विकार।
    • सिरदर्द और दौरे: उच्च जोखिम के मामलों में।

2. हेमेटोलॉजिकल प्रभाव (रक्त पर प्रभाव)

सीसा हीमोग्लोबिन के एक महत्वपूर्ण घटक, हीम के संश्लेषण को गंभीर रूप से बाधित करता है।
  • एनीमिया: प्रमुख एंजाइमों (δ-अमीनोलेवुलिनिक एसिड डिहाइड्रैटेज और फेरोचेलेटेज) को बाधित करके, सीसा हीमोग्लोबिन के निर्माण को रोकता है, जिससे हीमोलिटिक एनीमिया (जिसमें लाल रक्त कोशिकाएं समय से पहले नष्ट हो जाती हैं) हो जाता है।
  • पोरफाइरिनुरिया: हीम संश्लेषण में व्यवधान के कारण अमीनोलेवुलिनिक एसिड (ALA) और पोरफाइरिन जैसे पूर्ववर्ती पदार्थ बनते हैं और मूत्र के माध्यम से उत्सर्जित होते हैं।
  • ऑक्सीजन वहन क्षमता में कमी: एनीमिया के कारण थकान, कमजोरी और पीलापन आ जाता है।

3. हृदय संबंधी प्रभाव

  • उच्च रक्तचाप (हाई ब्लड प्रेशर): निम्न स्तर के सीसे के संपर्क में लगातार रहना उच्च रक्तचाप के लिए एक मान्यता प्राप्त जोखिम कारक है, जो हृदय रोग और स्ट्रोक का एक प्रमुख कारण है।
  • हृदय रोग का बढ़ता जोखिम: सीसा ऑक्सीडेटिव तनाव और सूजन के माध्यम से हृदय की मांसपेशियों और रक्त वाहिकाओं को नुकसान पहुंचा सकता है।

4. गुर्दे पर प्रभाव

  • क्रोनिक किडनी रोग: लंबे समय तक संपर्क में रहने से गुर्दे की समीपस्थ नलिका कोशिकाओं को नुकसान पहुंचता है, जिससे गुर्दे की कार्यक्षमता में कमी आती है और संभवतः गुर्दे की विफलता भी हो सकती है।
  • गाउट: सीसा-प्रेरित गुर्दे की क्षति यूरिक एसिड के उत्सर्जन को कम कर सकती है, जिससे हाइपरयूरिसीमिया और गाउट ("सैटर्निन गाउट") हो सकता है।

5. जठरांत्र संबंधी प्रभाव

  • "लेड कोलिक": सीसा विषाक्तता का एक क्लासिक लक्षण, जिसमें पेट में गंभीर ऐंठन, दर्द, कब्ज और मतली होती है।
  • भूख न लग्न और वज़न घटना।

6. प्रजनन और विकासात्मक प्रभाव

  • पुरुषों में: शुक्राणुओं की संख्या में कमी, असामान्य शुक्राणुओं में वृद्धि, तथा संभावित बांझपन।
  • महिलाओं में: गर्भपात, मृत शिशु के जन्म और समय से पहले जन्म का खतरा बढ़ जाता है। सीसा प्लेसेंटल बैरियर को पार कर सकता है।
  • भ्रूण पर प्रभाव: चूंकि यह प्लेसेंटा को पार कर जाता है, इसलिए मां में सीसे के संपर्क में आने से विकासशील भ्रूण को गंभीर नुकसान हो सकता है, जिसमें विकास में कमी, समय से पहले जन्म और तंत्रिका संबंधी क्षति शामिल है।

7. कंकाल प्रणाली

  • अस्थि भंडारण: एक वयस्क के शरीर में लगभग 95% सीसा हड्डियों और दांतों में जमा होता है। यह अस्थि मैट्रिक्स में कैल्शियम की जगह लेता है।
  • अंतर्जात जोखिम: शारीरिक तनाव की अवधि के दौरान (जैसे, गर्भावस्था, स्तनपान, ऑस्टियोपोरोसिस), सीसा हड्डियों से वापस रक्तप्रवाह में छोड़ा जा सकता है, जो बाहरी जोखिम समाप्त होने के काफी समय बाद भी आंतरिक जोखिम के स्रोत के रूप में कार्य करता है।

8. अन्य प्रणालियाँ

  • श्रवण: श्रवण हानि, विशेष रूप से बच्चों में।
  • दंत चिकित्सा: अत्यधिक जोखिम के मामले में मसूड़ों पर सीसे की रेखाएं (नीली-काली रेखाएं)।
  • प्रतिरक्षा प्रणाली: प्रतिरक्षा प्रणाली को नुकसान पहुंच सकता है, जिससे शरीर रोगों के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकता है।

सीसा विषाक्तता की मुख्य विशेषताएं:

  • संचयी: सीसा जीवन भर शरीर में जमा होता रहता है।
  • कोई सुरक्षित स्तर नहीं: विश्व स्वास्थ्य संगठन (WHO) का कहना है कि सीसे के संपर्क का कोई ज्ञात स्तर सुरक्षित नहीं माना जाता है।
  • बच्चे सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं: वे वयस्कों की तुलना में 4-5 गुना अधिक सीसा अवशोषित करते हैं, तथा उनका विकासशील तंत्रिका तंत्र अत्यंत संवेदनशील होता है।
जोखिम के प्राथमिक स्रोतों में सीसा-आधारित पेंट (पुराने घरों में), दूषित मिट्टी, धूल, पेयजल (सीसा पाइपों से) और कुछ व्यवसाय (जैसे, बैटरी निर्माण, प्रगलन) शामिल हैं।

प्रश्न:-10

हीम से हेमिन में रूपांतरण को उपयुक्त चित्र सहित समझाइए।

उत्तर:

हीम का हेमिन में रूपांतरणहीम (Fe²⁺-प्रोटोपोर्फिरिन IX) एक लौह-युक्त पोर्फिरिन संकुल है जहाँ लौह +2 ऑक्सीकरण अवस्था में होता है। जब हीम को ऑक्सीजन या अन्य ऑक्सीकरण कारकों के संपर्क में लाया जाता है, तो हीम में उपस्थित लौह Fe(II) से Fe(III) में ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे हेमिन बनता है। इस प्रकार, हेमिन हीम का एक ऑक्सीकृत रूप है जिसमें लौह फेरिक अवस्था (Fe³⁺) में होता है।

अभिक्रिया सारांश- हीम: इसमें लौह अवस्था में लोहा (Fe²⁺) होता है

  • हेमिन: इसमें लौह फेरिक अवस्था (Fe³⁺) में होता है, जिसमें एक क्लोराइड आयन लौह से अक्षीय लिगैंड के रूप में बंधा होता है, जिससे यह जलीय विलयन में अधिक स्थिर हो जाता है।
प्रतिक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
Heme (Fe 2 + ) + 1 2 O 2 + HCl Hemin (Fe 3 + ) Cl + H 2 O Heme (Fe 2 + ) + 1 2 O 2 + HCl Hemin (Fe 3 + ) Cl + H 2 O "Heme (Fe"^(2+))+(1)/(2)"O"_(2)+"HCl"rarr"Hemin (Fe"^(3+))"Cl"+"H"_(2)"O"\text{Heme (Fe}^{2+}) + \frac{1}{2} \text{O}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{Hemin (Fe}^{3+})\text{Cl} + \text{H}_2\text{O}हीम (Fe2+)+12हे2+एचसीएलहेमिन (Fe3+)क्लोरीन+एच2हे

स्पष्टीकरण- इस ऑक्सीकरण प्रक्रिया में, हीम में केंद्रीय Fe ऑक्सीजन में एक इलेक्ट्रॉन खो देता है, जिससे Fe(II) से Fe(III) में परिवर्तित हो जाता है।

  • HCl से क्लोराइड आयन अक्षीय रूप से हेमिन में Fe(III) से समन्वयित होता है, जिससे परिसर स्थिर हो जाता है।
  • हेमिन, हीम की तुलना में अधिक स्थिर है तथा ऑक्सीकरण के प्रति कम संवेदनशील है, तथा इसका उपयोग अक्सर हीम से संबंधित शारीरिक और प्रयोगात्मक अध्ययनों के लिए किया जाता है।

आरेख - पोरफिरिन वलय को समतलीय मैक्रोसाइकल के रूप में दर्शाया गया है।

  • हीम में Fe²⁺ नामक केन्द्रीय लौह परमाणु।
  • तीर Fe³⁺ में ऑक्सीकरण को दर्शाता है।
  • क्लोराइड आयन (Cl⁻) को हेमिन में अक्षीय रूप से समन्वयित करते हुए दिखाया गया है।
KFEQwsn.png

यह रूपांतरण जैविक प्रणालियों और नैदानिक ​​संदर्भों में महत्वपूर्ण है, क्योंकि हेमिन लौह-पोरफिरिन परिसरों का अधिक स्थिर भंडारण और परिवहन रूप है।

प्रश्न:-11

एथिल 3-ऑक्सोब्यूटेनोएट से आप पेन्टान-2-वन कैसे तैयार करेंगे? इसमें सम्मिलित अभिक्रियाएँ बताइए।

उत्तर:

पेंटन-2-वन को एथिल 3-ऑक्सोब्यूटेनोएट (एथिल एसीटोएसीटेट) से हाइड्रोलिसिस, डीकार्बोक्सिलेशन और रिडक्शन से जुड़ी प्रतिक्रियाओं के एक क्रम के माध्यम से तैयार किया जा सकता है। इसमें शामिल प्रतिक्रियाओं के चरण इस प्रकार हैं:

चरण 1: एथिल 3-ऑक्सोब्यूटेनोएट का हाइड्रोलिसिस और डीकार्बोक्सिलेशन

  • एथिल 3-ऑक्सोब्यूटानोएट क्षारीय हाइड्रोलिसिस (सैपोनिफिकेशन) से गुजरता है, जिसके बाद अम्लीकरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप β-कीटो एसिड बनता है।
  • गर्म करने पर, β-कीटो एसिड डीकार्बोक्सिलेशन से गुजरता है, जिससे CO₂ नष्ट होकर 3-ऑक्सोब्यूटानोइक एसिड बनता है, जो पेंटन-2-वन में परिवर्तित हो जाता है।
Ethyl 3-oxobutanoate NaOH, H 2 O 3-oxobutanoic acid heat Pentan-2-one + CO 2 Ethyl 3-oxobutanoate NaOH, H 2 O 3-oxobutanoic acid heat Pentan-2-one + CO 2 "Ethyl 3-oxobutanoate"rarr""NaOH, H"_(2)"O"""3-oxobutanoic acid"rarr""heat"""Pentan-2-one"+"CO"_(2)\text{Ethyl 3-oxobutanoate} \xrightarrow{\text{NaOH, H}_2\text{O}} \text{3-oxobutanoic acid} \xrightarrow{\text{heat}} \text{Pentan-2-one} + \text{CO}_2एथिल 3-ऑक्सोब्यूटेनोएटNaOH, एच2हे3-ऑक्सोब्यूटानोइक एसिडगर्मीपेंटान-2-वन+सीओ2

विस्तृत प्रतिक्रियाएँ:

  1. हाइड्रोलिसिस:
CH 3 COCH 2 COOEt + NaOH CH 3 COCH 2 COONa + EtOH CH 3 COCH 2 COOEt + NaOH CH 3 COCH 2 COONa + EtOH "CH"_(3)"COCH"_(2)"COOEt"+"NaOH"rarr"CH"_(3)"COCH"_(2)"COONa"+"EtOH"\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COOEt} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COONa} + \text{EtOH}चौधरी3कोच2सीओओईटी+NaOHचौधरी3कोच2कूना+ईटीओएच
  1. अम्लीकरण:
CH 3 COCH 2 COONa + HCl CH 3 COCH 2 COOH + NaCl CH 3 COCH 2 COONa + HCl CH 3 COCH 2 COOH + NaCl "CH"_(3)"COCH"_(2)"COONa"+"HCl"rarr"CH"_(3)"COCH"_(2)"COOH"+"NaCl"\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COONa} + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COOH} + \text{NaCl}चौधरी3कोच2कूना+एचसीएलचौधरी3कोच2सीओओएच+सोडियम क्लोराइड
  1. डीकार्बोक्सिलेशन:
CH 3 COCH 2 COOH Δ CH 3 COCH 2 CH 3 + CO 2 CH 3 COCH 2 COOH Δ CH 3 COCH 2 CH 3 + CO 2 "CH"_(3)"COCH"_(2)"COOH"rarr"Delta""CH"_(3)"COCH"_(2)"CH"_(3)+"CO"_(2)\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{COOH} \xrightarrow{\Delta} \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3 + \text{CO}_2चौधरी3कोच2सीओओएचΔचौधरी3कोच2चौधरी3+सीओ2

चरण 2: कमी (यदि आवश्यक हो)

  • उत्पाद पेन्टान-2-वन (एक कीटोन) डीकार्बोक्सिलेशन के तुरंत बाद प्राप्त होता है।
  • यदि पेन्टान-2-वन ही वांछित यौगिक है तो आगे कोई कमी आवश्यक नहीं है।

सारांश

मुख्य परिवर्तन एथिल 3-ऑक्सोब्यूटानोएट का हाइड्रोलिसिस और डीकार्बोक्सिलेशन है जिससे पेंटन-2-वन प्राप्त होता है, जो एक मिथाइल कीटोन है जिसका सूत्र है CH 3 COCH 2 CH 3 CH 3 COCH 2 CH 3 "CH"_(3)"COCH"_(2)"CH"_(3)\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3चौधरी3कोच2चौधरी3.
यह सामान्य अनुक्रम (जल-अपघटन, अम्लीकरण, डीकार्बोक्सिलेशन) एथिल 3-ऑक्सोब्यूटेनोएट जैसे β-कीटो एस्टर को पेन्टान-2-वन जैसे मिथाइल कीटोन में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करता है।

प्रश्न:-12(क)

निम्नलिखित यौगिकों का IUPAC नाम बताइए।

KF15pzQ.png

उत्तर:


यौगिक 1 (शीर्ष संरचना)

  • विशेषताएँ:
    • नेफ़थलीन कोर
    • प्रतिस्थापी: OH (हाइड्रॉक्सी), CH₃ (मिथाइल), NH₂ (एमिनो)
    • स्थिति: OH और CH₃ एक ही वलय पर, NH₂ OH के निकट
  • IUPAC नाम:
    2-एमिनो-6-मिथाइल-1-नैफ्थोल

यौगिक 2 (निचली संरचना)

  • विशेषताएँ:
    • नेफ़थलीन कोर
    • प्रतिस्थापी: NO₂ (नाइट्रो), CH₃ (मिथाइल), Cl (क्लोरो)
    • स्थिति: NO₂ और मिथाइल एक वलय पर, Cl निकटवर्ती वलय पर
  • IUPAC नाम:
    4-क्लोरो-5-मिथाइल-1-नाइट्रोनाफ्थलीन


प्रश्न:-12(ख)

क्या एन्थ्रासीन एक सुगंधित यौगिक है? समझाइए।

उत्तर:

हाँ, एन्थ्रासीन एक सुगंधित यौगिक है

स्पष्टीकरण:

  • एन्थ्रासीन एक रैखिक व्यवस्था में जुड़े हुए तीन बेंजीन वलयों से बना होता है , जिससे इसका आणविक सूत्र बनता है C 14 H 10 C 14 H 10 C_(14)H_(10)C_{14}H_{10}सी14एच10.
    - प्रत्येक बेंजीन वलय ऐरोमैटिक होता है, और संयुग्मन तीनों वलय पर फैलता है, जिससे एक बड़ा संयुग्मित π-इलेक्ट्रॉन तंत्र बनता है।
    - एन्थ्रासीन ऐरोमैटिकता के लिए हकल नियम का पालन करता है, जिसमें 4 n + 2 4 n + 2 4n+24n + 24एन+2π इलेक्ट्रॉन (जहाँ n n nnएन= सिस्टम पर 14 π-इलेक्ट्रॉनों के लिए 4)।
  • अणु समतलीय है, जिससे प्रत्येक वलय के p-कक्षक सम्पूर्ण प्रणाली में इलेक्ट्रॉनों को ओवरलैप और विस्थापित कर सकते हैं।
  • यह व्यापक संयुग्मन और इलेक्ट्रॉन विस्थापन एन्थ्रासीन की सुगंधित स्थिरता में योगदान देता है।
  • एन्थ्रासीन मुख्यतः 9-स्थिति पर इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की तरह विशिष्ट सुगंधित व्यवहार प्रदर्शित करता है।
इस प्रकार, संयुग्मित π इलेक्ट्रॉनों और समतलता के साथ रैखिक, संलयित वलय संरचना एन्थ्रासीन को एक सुगंधित यौगिक के रूप में पुष्टि करती है।[1][19][20]

संक्षेप में, एन्थ्रासीन पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन (पीएएच) का एक उत्कृष्ट उदाहरण है , जो अपने जुड़े हुए बेंजीन वलयों पर विस्तारित संयुग्मन के कारण एरोमैटिक है।

प्रश्न:-13

पाइरीडीन और पाइरोल में से कौन अधिक क्षारीय है? समझाइए।

उत्तर:

पाइरीडीन और पाइरोल में से पाइरीडीन पाइरोल से अधिक क्षारीय है।

स्पष्टीकरण:

  • पाइरीडीन:
    • पिरिडीन में नाइट्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी होती है जो ऐरोमैटिक π प्रणाली के लंबवत sp² हाइब्रिड कक्षक में स्थित होती है।
    • यह अकेला युग्म वलय की ऐरोमैटिकता में शामिल नहीं होता है, इसलिए यह एक प्रोटॉन (H⁺) को स्वीकार करने के लिए उपलब्ध होता है, जिससे पिरिडीन एक अच्छा लुईस क्षार बन जाता है।
    • इसके कारण, पिरिडीन आसानी से अपना एकाकी युग्म दान कर देता है और अपेक्षाकृत मजबूत क्षारीयता (संयुग्मी अम्ल का pKa ≈ 5.14) प्रदर्शित करता है।
  • पाइरोल:
    • पाइरोल में नाइट्रोजन का एकाकी युग्म ऐरोमैटिक सेक्सटेट का भाग है (यह ऐरोमैटिक π प्रणाली में दो इलेक्ट्रॉनों का योगदान करता है)।
    • चूँकि एरोमैटिकिटी को बनाए रखने के लिए एकाकी युग्म को वलय में विस्थापित कर दिया जाता है, इसलिए यह प्रोटॉन को स्वीकार करने के लिए कम उपलब्ध होता है।
    • इसलिए, पाइरोल पाइरीडीन की तुलना में बहुत कम क्षारीय है (संयुग्मी अम्ल का pKa ≈ -3.8)।
    • पाइरोल का प्रोटोनीकरण एरोमैटिकिटी को बाधित करेगा, जो कि ऊर्जा की दृष्टि से प्रतिकूल है।

सारांश:

मिश्रण अकेले जोड़े का स्थान सुगंध में शामिल? बेसिकिटी (लोन पेयर की उपलब्धता) संयुग्मी अम्ल का लगभग pKa
पिरिडीन sp² कक्षक (π प्रणाली में नहीं) नहीं उच्च 5.14
pyrrole सुगंधित π प्रणाली में हाँ कम -3.8
इसलिए, पिरिडीन अधिक क्षारीय है क्योंकि इसका एकाकी युग्म मुक्त है और प्रोटॉनीकरण के लिए आसानी से उपलब्ध है, जबकि पाइरोल में , एकाकी युग्म एरोमैटिकिटी बनाए रखने में बंधा हुआ है और प्रोटॉनीकरण के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं है।

संक्षेप में, मुख्य अंतर यह है कि नाइट्रोजन एकाकी युग्म ऐरोमैटिक सेक्सटेट में भाग लेता है या नहीं; यह पाइरोल में भाग लेता है, लेकिन पाइरीडीन में नहीं, जिससे पाइरीडीन अधिक मजबूत क्षार बन जाता है।

प्रश्न:-14

पाइरीडीन में प्रतिस्थापन तीसरे स्थान पर होता है। व्याख्या कीजिए।

उत्तर:

पाइरीडीन में प्रतिस्थापन 3-स्थिति पर क्यों होता है

  • पाइरीडीन एक विषम सुगंधित यौगिक है जिसके वलय में नाइट्रोजन परमाणु होता है, जो कार्बन की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक होता है।
  • नाइट्रोजन परमाणु अपने प्रेरक प्रभाव के माध्यम से वलय से इलेक्ट्रॉन घनत्व को वापस ले लेता है, जिससे वलय समग्र रूप से इलेक्ट्रॉन-कमी वाला हो जाता है, विशेष रूप से 2- और 4-स्थितियों पर।
  • इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन के दौरान, बनने वाला मध्यवर्ती एक अनुनाद-स्थिर कार्बोकेशन (सिग्मा कॉम्प्लेक्स) होता है।

तीसरे पद की वरीयता के लिए स्पष्टीकरण:

  • जब प्रतिस्थापन 3-स्थिति पर होता है, तो मध्यवर्ती में धनात्मक आवेश नाइट्रोजन परमाणु पर स्थानीयकृत नहीं होता है।
  • 2- या 4-स्थिति पर प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप मध्यवर्ती अवस्थाएं उत्पन्न होंगी, जहां धनात्मक आवेश सीधे नाइट्रोजन के समीप होगा, जो विद्युत-ऋणात्मक नाइट्रोजन के इलेक्ट्रॉन घनत्व को वापस लेने के कारण अस्थिरकारी है।
  • इसलिए, 3-स्थिति पर प्रतिस्थापन से निर्मित मध्यवर्ती, 2- और 4-स्थिति की तुलना में अधिक स्थिर है।
  • यह बढ़ी हुई स्थिरता 3-स्थिति पर प्रतिस्थापन को अधिक अनुकूल बनाती है ।

सारांश:

पद कार्बोकेशन इंटरमीडिएट की स्थिरता इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन संभावना
2-स्थिति कम स्थिर (N के बगल में धनात्मक आवेश) कम पसंदीदा
3-पोजीशन अधिक स्थिर (धनात्मक आवेश N के निकट नहीं) सर्वाधिक पसंदीदा
4-स्थिति कम स्थिर (N के निकट धनात्मक आवेश) कम पसंदीदा

निष्कर्ष:

इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में, मध्यवर्ती कार्बोकेशन की अधिक स्थिरता के कारण पिरिडीन अधिमानतः 3-स्थिति पर प्रतिस्थापन से गुजरता है , जो इलेक्ट्रोनेगेटिव नाइट्रोजन परमाणु के बगल में एक सकारात्मक चार्ज रखने से बचाता है।

यह 3-स्थिति की ओर पाइरीडीन इलेक्ट्रोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं में देखी गई रेजियोसेलेक्टिविटी की व्याख्या करता है।

प्रश्न:-15

वे दो मुख्य पैरामीटर कौन से हैं जिन पर पराबैंगनी और दृश्य स्पेक्ट्रम में अवशोषण बैंड मापा जाता है?

उत्तर:

दो मुख्य पैरामीटर जिन पर पराबैंगनी (यूवी) और दृश्य स्पेक्ट्रा में अवशोषण बैंड मापा जाता है:
  1. तरंगदैर्ध्य (λ):
    • अवशोषण बैंड की स्थिति को अवशोषित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य के संदर्भ में मापा जाता है, जिसे आमतौर पर नैनोमीटर (एनएम) या कभी-कभी तरंग संख्या (सेमी⁻¹) में व्यक्त किया जाता है।
    • तरंगदैर्घ्य संक्रमण में शामिल इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप होता है।
  2. अवशोषण या संप्रेषण (तीव्रता):
    • अवशोषण बैंड की शक्ति या तीव्रता को अवशोषण (A) या कभी-कभी संप्रेषण (%T) के रूप में मापा जाता है।
    • अवशोषण क्षमता, बीयर-लैम्बर्ट नियम द्वारा अवशोषित करने वाली प्रजातियों की सांद्रता, पथ की लंबाई और मोलर अवशोषण क्षमता से संबंधित है।
    • यह दर्शाता है कि किसी विशेष तरंगदैर्घ्य पर कितना प्रकाश अवशोषित होता है।

साथ में, ये पैरामीटर अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं और यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी में गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण में मदद करते हैं।

प्रश्न:-16

डायन में π-π* अवशोषण की भविष्यवाणी के लिए वुडवर्ड नियमों की व्याख्या करें।

उत्तर:

डायन में π-π* अवशोषण की भविष्यवाणी के लिए वुडवर्ड नियम

वुडवर्ड नियम (जिन्हें वुडवर्ड-फ़िएसर नियम भी कहा जाता है) अनुभवजन्य दिशानिर्देश हैं जिनका उपयोग संयुग्मित डायनों की संरचना के आधार पर पराबैंगनी-दृश्यमान (यूवी-विज़) स्पेक्ट्रा में अधिकतम अवशोषण (λ_max) की तरंगदैर्ध्य का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है ।

डायनेस के लिए वुडवर्ड नियमों के मुख्य बिंदु:

  1. λ_max के लिए आधार मान:
    • अचक्रीय डायनेस: 214 एनएम
    • होमोएन्युलर डायनेस (दोनों एक ही वलय में द्विबंध): 253 एनएम
    • विषमवलयिक डायनेस (विभिन्न वलयों या स्थितियों में दोहरे बंध): 214 एनएम
  2. प्रतिस्थापकों के योगात्मक प्रभाव और संरचनात्मक विशेषताएं:
    • संयुग्मित प्रणाली से जुड़ा प्रत्येक एल्काइल प्रतिस्थापी या वलय अवशेष: +5 एनएम
    • प्रत्येक एक्सोसाइक्लिक डबल बॉन्ड: +5 एनएम
    • प्रत्येक अतिरिक्त द्विबंध संयुग्मित (π-प्रणाली का विस्तार): +30 एनएम
  3. ऑक्सोक्रोम्स (इलेक्ट्रॉन दान करने वाले समूह) भी बदलाव का कारण बनते हैं:
    • उदाहरण: –OR (एल्कॉक्सी), –Cl, –Br समूह λ_max में कुछ nm जोड़ते हैं।

वुडवर्ड नियमों का उपयोग कैसे करें:

  • डायन प्रकार के आधार पर आधार मूल्य से शुरू करें।
  • प्रत्येक प्रतिस्थापी, एक्सोसाइक्लिक द्विबंध या अतिरिक्त संयुग्मन के लिए आधार मान में वृद्धि जोड़ें।
  • कुल योग π-π* इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के लिए अनुमानित λ_max देता है।

सार तालिका:

विशेषता λ_max (nm) में वृद्धि
क्षार (अचक्रीय/विषमवलयिक डाइन) 214
क्षार (होमोएनुलर डायन) 253
प्रत्येक अतिरिक्त संयुग्मित द्विबंध 30
प्रत्येक एल्काइल प्रतिस्थापी या वलय अवशेष 5
प्रत्येक बहिर्चक्रीय द्विबंध 5
प्रत्येक –OR प्रतिस्थापन 6
प्रत्येक हैलोजन (–Cl, –Br) 5

यह नियम यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी में डायन के अवशोषण अधिकतम की भविष्यवाणी करने में मदद करता है, जो संरचनात्मक संयुग्मन और प्रतिस्थापन प्रभावों को π और π* ऑर्बिटल्स के बीच इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण से संबंधित करता है।

संक्षेप में, वुडवर्ड नियम, संयुग्मित डायनों के संरचनात्मक विशेषताओं के योगदान को जोड़कर उनके UV अवशोषण तरंगदैर्ध्य का अनुमान लगाने का एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करते हैं।

प्रश्न:-17

पृथक और संयुग्मित C=C और C=O समूहों के बीच कक्षीय ऊर्जा संबंध को आरेख की सहायता से समझाइए।

उत्तर:

पृथक और संयुग्मित C=C और C=O समूहों के बीच कक्षीय ऊर्जा संबंध को पृथक द्विबंधों के आणविक कक्षकों (MOs) की तुलना संयुग्मित प्रणाली के साथ करके समझा जा सकता है, जहां π कक्षकों के बीच अंतःक्रिया होती है।

पृथक C=C और C=O समूह

  • पृथक द्विबंधों जैसे C=C और C=O के लिए, प्रत्येक के पास π और π* कक्षकों का अपना सेट होता है जो एक निश्चित ऊर्जा अंतराल द्वारा अलग होते हैं।
  • π कक्षक बंधन कक्षक है, और π* कक्षक प्रतिबंधन कक्षक है।
  • विद्युत-ऋणात्मकता में अंतर के कारण, C=O π कक्षक, C=C π कक्षक की तुलना में ऊर्जा में कम है, और C=O का π* कक्षक भी C=C के π* कक्षक की तुलना में ऊर्जा में कम है।

संयुग्मित C=C और C=O समूह

  • जब C=C और C=O समूह संयुग्मित होते हैं (अर्थात, एकांतर द्विबंध), तो उनके π कक्षक परस्पर क्रिया करते हैं और संयोजित होकर दोनों समूहों पर विस्थापित आणविक कक्षक बनाते हैं।
  • यह अंतःक्रिया संयुग्मित प्रणाली में मूल π और π* ऑर्बिटल्स को नए बॉन्डिंग और एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल्स में विभाजित कर देती है।
  • संयुग्मन बंधन π कक्षीय (स्थिरीकरण) की ऊर्जा को कम करता है और प्रतिबंधन π कक्षीय * (अस्थिरीकरण) की ऊर्जा को बढ़ाता है, जिससे HOMO-LUMO अंतराल छोटा हो जाता है।
  • परिणामस्वरूप, संयुग्मित प्रणालियाँ, इस कम ऊर्जा अंतराल के कारण, पृथक समूहों की तुलना में लंबी तरंगदैर्घ्य (कम ऊर्जा) पर प्रकाश को अवशोषित करती हैं।

आरेख स्पष्टीकरण

ऊर्जा स्तर पृथक C=C और C=O संयुग्मित C=C और C=O
उच्च ऊर्जा π* (सी=ओ) > π* (सी=सी) π ₁ और π ₂ (उच्च स्तर) में विभाजित
मध्यवर्ती ऊर्जा स्तर π* (सी=सी) π* और संयुग्मित प्रणाली का π
कम ऊर्जा π (सी=ओ) < π (सी=सी) निम्न ऊर्जा π बंधन कक्षीय
  • संयुग्मन में C=C और C=O के π कक्षकों के बीच परस्पर क्रिया के कारण परिवर्तित ऊर्जा वाले नए आणविक कक्षकों का निर्माण होता है।
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सारांश

  • संयुग्मित प्रणालियों में कक्षीय अंतःक्रिया , पृथक द्विबंधों की तुलना में HOMO-LUMO अंतराल को कम करती है ।
  • इससे संयुग्मित यौगिकों के लिए UV-Vis स्पेक्ट्रोस्कोपी में विशिष्ट अवशोषण बदलाव होता है ।
  • ऑक्सीजन की उच्च विद्युतऋणात्मकता के कारण C=O समूह में सामान्यतः C=C की तुलना में कम ऊर्जा वाले π और π* कक्षक होते हैं।
यह कक्षीय ऊर्जा संबंध संयुग्मित कार्बोनिल यौगिकों के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण और उनके वर्णक्रमीय गुणों की व्याख्या करता है।


प्रश्न:-18

बहुपरमाणुक अणु के लिए, कंपन के सामान्य विधाओं के विभिन्न प्रकार क्या हैं? उपयुक्त आरेखों सहित त्रिपरमाणुक रैखिक और त्रिपरमाणुक कोणीय अणु के सममित खिंचाव के लिए कंपन के सामान्य विधाएँ बताइए।

उत्तर:

बहुपरमाणुक अणुओं में कंपन के सामान्य मोड के प्रकार

एक बहुपरमाणुक अणु में, परमाणु विशिष्ट पैटर्न में कंपन करते हैं जिन्हें कंपन के सामान्य मोड कहा जाता है । प्रत्येक सामान्य मोड एक विशिष्ट पैटर्न से मेल खाता है जिसमें सभी परमाणु समान आवृत्ति के साथ कंपन करते हैं।
सामान्य कंपन मोड के प्रकारों में शामिल हैं:
  1. खिंचाव कंपन:
    • दो परमाणुओं के बीच बंध लंबाई में परिवर्तन।
    • सममित या असममित हो सकता है.
  2. झुकने वाले कंपन:
    • दो बंधों के बीच के कोण में परिवर्तन।
    • झुकने के प्रकार: कैंची चलाना, हिलाना, हिलाना और घुमाना।

त्रिपरमाणुक अणुओं के लिए सामान्य मोड

त्रिपरमाणुक अणुओं पर विचार करें जो या तो रैखिक या कोणीय (मुड़े हुए) हो सकते हैं ।

1. त्रिपरमाणुक रैखिक अणु (जैसे, CO₂)

  • 3 परमाणु हैं → 3 N = 9 3 N = 9 3N=93N = 93एन=9स्वतंत्रता की डिग्री
    - स्थानान्तरणीय और घूर्णी गति = 5 (रैखिक के लिए)
    - कंपन मोड की संख्या = 3 N 5 = 4 3 N 5 = 4 3N-5=43N - 5 = 43एन5=4

कंपन मोड:

  • सममितीय खिंचाव: दोनों बंधों की लम्बाई एक साथ बढ़ती या घटती है।
  • असममित खिंचाव: एक बंधन लंबा हो जाता है जबकि दूसरा छोटा हो जाता है।
  • झुकना (पतित): दो तरीके जहां अणु समतल के अंदर और बाहर झुकता है (लंबवत दिशाएं)।
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सममितीय खिंचाव आरेख:

O = C = O O = C = O O=C=OO=C=Oहे=सी=हे
  • दोनों C = O C = O C=OC=Oसी=हेबंधन सममित रूप से एक साथ खिंचते या संकुचित होते हैं।

2. त्रिपरमाणुक कोणीय (मुड़ा हुआ) अणु (जैसे, H₂O)

  • 3 परमाणु → 9 स्वतंत्रता की कोटि
  • स्थानान्तरणीय + घूर्णनीय = 6 (अरैखिक के लिए)
  • कंपन मोड की संख्या = 3 N 6 = 3 3 N 6 = 3 3N-6=33N - 6 = 33एन6=3

कंपन मोड:

  • सममित खिंचाव: दोनों बंधन एक साथ खिंचते या संकुचित होते हैं।
  • असममित खिंचाव: एक बंधन लंबा हो जाता है जबकि दूसरा छोटा हो जाता है।
  • झुकना: बंधन कोण में परिवर्तन।

सममितीय खिंचाव आरेख:

जल के लिए, O केंद्र में तथा दो H परमाणु:
  • दोनों O H O H O–HO–Hहेएचबंधन चरण में फैलते या संकुचित होते हैं।

सार तालिका:

अणु प्रकार कंपन मोड की संख्या सममित स्ट्रेचिंग मोड विवरण
त्रिपरमाणुक रैखिक 4 दोनों बाहरी परमाणु सममित रूप से मध्य परमाणु से दूर/की ओर बढ़ते हैं
त्रिपरमाणुक कोणीय 3 दोनों बंधन चरण में एक साथ समान रूप से बढ़ते/घटते हैं

ये सामान्य मोड अवरक्त (आईआर) और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे आणविक कंपन स्पेक्ट्रा की व्याख्या करने में मौलिक हैं।

यह स्पष्टीकरण त्रिपरमाणुक अणुओं में सामान्य कंपन मोड के प्रकारों और उदाहरणों को रैखिक और कोणीय आकृतियों के लिए सममित खिंचाव मोड के विवरण के साथ प्रस्तुत करता है।

प्रश्न:-19

कीटोन्स और ऐल्डिहाइड्स की अभिलक्षणिक आवृत्तियाँ बताइए। वे एस्टर से किस प्रकार भिन्न हैं?

उत्तर:

कीटोन्स और एल्डिहाइड्स की विशिष्ट आवृत्तियाँ

  • कीटोन और एल्डिहाइड दोनों में होता है C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}सी=हे(कार्बोनिल) समूह जो आईआर स्पेक्ट्रम में एक मजबूत और तेज अवशोषण दिखाता है।
    - कीटोन्स:
    - C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}सी=हेखिंचाव आवृत्ति आम तौर पर 1715 सेमी⁻¹ के आसपास दिखाई देती है ।
  • एल्डिहाइड:
    • C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}सी=हेखिंचाव की आवृत्ति थोड़ी अधिक दिखाई देती है, लगभग 1725-1740 सेमी⁻¹
    • इसके अतिरिक्त, एल्डिहाइड विशेषता दिखाते हैं C–H C–H "C–H"\text{C–H}सी–एच2700-2800 सेमी⁻¹ के पास एल्डिहाइड हाइड्रोजन के कारण खिंचाव बैंड (अक्सर दो कमजोर बैंड के रूप में दिखाई देते हैं)।

एस्टर की विशिष्ट आवृत्तियाँ

  • एस्टर में ऑक्सीजन परमाणु से जुड़ा एक कार्बोनिल समूह भी होता है (–COOR)।
  • The C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}सी=हेएस्टर की स्ट्रेचिंग आवृत्ति आमतौर पर 1735-1750 सेमी⁻¹ (कीटोन और एल्डिहाइड से अधिक) पर दिखाई देती है। - एस्टर 1050-1300 सेमी⁻¹
    की सीमा में C–O स्ट्रेचिंग कंपन के कारण एक मजबूत अवशोषण भी दिखाते हैं

आईआर स्पेक्ट्रम में कीटोन्स/एल्डिहाइड्स और एस्टर के बीच मुख्य अंतर

विशेषता कीटोन और एल्डिहाइड एस्टर
C = O C = O "C"="O"\text{C}= \text{O}सी=हेखिंचाव (सेमी⁻¹) 1715 (कीटोन), 1725–1740 (एल्डिहाइड) 1735–1750
अतिरिक्त बैंड एल्डिहाइड C–H C–H "C–H"\text{C–H}सी–एच2700–2800 सेमी⁻¹ पर खिंचाव मज़बूत C–O C–O "C–O"\text{C–O}सी–ओ1050–1300 सेमी⁻¹ पर स्ट्रेच बैंड
कार्बोनिल वातावरण एल्काइल/एरिल या हाइड्रोजन (एल्डिहाइड) से जुड़ा हुआ ऑक्सीजन से जुड़ा (–OR समूह)

सारांश

  • कार्बोनिल कार्बन से जुड़े ऑक्सीजन परमाणु के इलेक्ट्रॉन-निकासी प्रभाव के कारण एस्टर में कीटोन और एल्डिहाइड की तुलना में कार्बोनिल खिंचाव आवृत्ति अधिक होती है।
  • एल्डिहाइड अद्वितीय रूप से प्रदर्शित करते हैं C–H C–H "C–H"\text{C–H}सी–एचलगभग 2700-2800 सेमी⁻¹ के स्ट्रेचिंग बैंड, जो किटोन और एस्टर में अनुपस्थित होते हैं।
आईआर स्पेक्ट्रल आवृत्तियों के माध्यम से यह विभेदन कार्बनिक यौगिकों में इन कार्यात्मक समूहों की पहचान करने में मदद करता है।

प्रश्न:-20(क)

आईआर स्पेक्ट्रम में आईआर बांड की स्थिति और तीव्रता को प्रभावित करने वाले कारकों की सूची बनाएं।

उत्तर:

अवरक्त स्पेक्ट्रम में आईआर बैंड की स्थिति और तीव्रता को प्रभावित करने वाले कारकों में शामिल हैं:

आईआर अवशोषण बैंड की स्थिति (आवृत्ति) को प्रभावित करने वाले कारक:

  1. बंधन शक्ति (बल स्थिरांक):
    मज़बूत बंधन उच्च आवृत्तियों (तरंग संख्याओं) पर कंपन करते हैं। उदाहरण के लिए, त्रिबंध, द्विबंधों की तुलना में उच्च आवृत्तियों पर अवशोषण करते हैं, जबकि द्विबंध एकल बंधनों की तुलना में अधिक अवशोषण करते हैं।
  2. परमाणुओं का कम द्रव्यमान:
    भारी परमाणु कम आवृत्तियों पर कंपन करते हैं क्योंकि कंपन आवृत्ति बंधित परमाणुओं के कम द्रव्यमान के वर्गमूल पर व्युत्क्रमानुपाती रूप से निर्भर करती है।
  3. विद्युत ऋणात्मकता और इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव:
    • इलेक्ट्रॉन-निकासी समूह बंधन ध्रुवता को बढ़ाते हैं और अक्सर आवृत्ति को भी बढ़ाते हैं।
    • अनुनाद या संयुग्मन इलेक्ट्रॉन घनत्व को विस्थापित करके, बंधन को कमजोर करके आवृत्ति को कम करता है (उदाहरण के लिए, संयुग्मित कार्बोनिल में)।
    • प्रेरणिक प्रभाव भी आवृत्ति को प्रभावित करते हैं।
  4. हाइड्रोजन बॉन्डिंग:
    हाइड्रोजन बॉन्डिंग शामिल बॉन्ड की आवृत्ति को कम करती है (उदाहरण के लिए, O-H खिंचाव) और बॉन्ड के कमजोर होने और द्विध्रुवीय क्षण में उतार-चढ़ाव के कारण अवशोषण बैंड को चौड़ा करती है।
  5. आणविक वातावरण और भौतिक अवस्था:
    • चरण (ठोस, द्रव, गैस) आवृत्ति और बैंड आकार को प्रभावित कर सकते हैं।
    • रिंग स्ट्रेन, बंधन कोण और ताकत को प्रभावित करके आवृत्तियों को स्थानांतरित कर सकता है।
  6. फर्मी अनुनाद और युग्मन प्रभाव:
    मूल कंपन और ओवरटोन या संयोजन बैंड के बीच परस्पर क्रिया आवृत्तियों और तीव्रता को स्थानांतरित कर सकती है।

आईआर अवशोषण बैंड की तीव्रता को प्रभावित करने वाले कारक:

  1. द्विध्रुव आघूर्ण में परिवर्तन:
    कंपन के दौरान द्विध्रुव आघूर्ण में जितना अधिक परिवर्तन होता है, अवशोषण उतना ही तीव्र होता है। अध्रुवीय बंधों में अवरक्त अवशोषण कमज़ोर होता है या बिल्कुल नहीं होता।
  2. नमूने की सांद्रता:
    उच्च सांद्रता से तीव्रता अधिक होती है क्योंकि अधिक अणु आईआर विकिरण को अवशोषित करते हैं।
  3. कंपन करने वाले बंधों की संख्या:
    अधिक समान बंधों वाले अणु अधिक मजबूत अवशोषण दर्शाते हैं (उदाहरण के लिए, कई C–H बंध तीव्र C–H खिंचाव का कारण बनते हैं)।
  4. अणु की सममिति:
    अवरक्त सक्रिय कंपनों के लिए द्विध्रुव आघूर्ण में परिवर्तन आवश्यक है। सममित अणुओं में अवरक्त निष्क्रिय कंपन हो सकते हैं (उदाहरण के लिए, अध्रुवीय अणुओं में सममित खिंचाव)।

सारांश

कारक प्रकार उदाहरण आईआर बैंड पर प्रभाव
बंधन शक्ति C=C बनाम C≡C उच्च शक्ति → उच्च तरंग संख्या
कम द्रव्यमान सी–एच बनाम सी–डी भारी परमाणु → कम आवृत्ति
इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव अनुनाद, प्रेरण अनुनाद आवृत्ति को कम करता है; प्रेरणिक इसे बढ़ाता है
हाइड्रोजन बंध अल्कोहल/कार्बोक्सिलिक एसिड में O–H आवृत्ति कम करता है और बैंड को चौड़ा करता है
आणविक वातावरण चरण, वलय तनाव आवृत्ति और बैंड आकार में बदलाव
द्विध्रुव आघूर्ण परिवर्तन ध्रुवीय बनाम अध्रुवीय बंधन अधिक परिवर्तन → अधिक तीव्र बैंड
बांडों की सांद्रता और संख्या नमूना मात्रा और आणविक संरचना अधिक अणु/बंध → उच्च तीव्रता

कारकों का यह व्यापक समूह यह निर्धारित करता है कि आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में अवशोषण बैंड कैसे और कहां दिखाई देते हैं, जिससे विस्तृत आणविक लक्षण-निर्धारण में सहायता मिलती है।

प्रश्न:-20(बी)

एक उपयुक्त उदाहरण देते हुए एल्केन के IR स्पेक्ट्रम में दिखाई देने वाले बैंडों की व्याख्या कीजिए।

उत्तर:

एक अल्केन के आईआर स्पेक्ट्रम में दिखाई देने वाले बैंड

एल्केन संतृप्त हाइड्रोकार्बन होते हैं जिनमें केवल C–C और C–H एकल बंध होते हैं। उनके अवरक्त स्पेक्ट्रम मुख्यतः C–H खिंचाव और बंकन कंपनों के कारण विशिष्ट अवशोषण बैंड प्रदर्शित करते हैं।

एल्केन्स के लिए प्रमुख IR बैंड (उदाहरण: ऑक्टेन)

  1. सी-एच स्ट्रेचिंग कंपन:
    • 3000-2850 सेमी⁻¹ क्षेत्र में मजबूत बैंड के रूप में दिखाई देते हैं
    • ये sp³ संकरित C–H बंधों के खिंचाव के अनुरूप हैं।
    • मिथाइल ( C H 3 C H 3 –CH_(3)–CH_3सीएच3) और मेथिलीन ( C H 2 C H 2 –CH_(2)––CH_2–सीएच2) समूह इन बैंडों में योगदान करते हैं।
  2. सी-एच झुकने कंपन:
    • कैंचीनुमा (झुकने वाली) गति: लगभग 1465-1450 सेमी⁻¹ दिखाई देती है ।
    • मिथाइल चट्टान: 1375-1350 सेमी⁻¹ के आसपास दिखाई देती है
    • मेथिलीन चट्टान: 720-730 सेमी⁻¹ के आसपास दिखाई देती है (लंबी श्रृंखला वाले एल्केन्स के लिए)।
  3. सी-सी बॉन्ड कंपन:
    • आम तौर पर कमजोर और 800-1300 सेमी⁻¹ क्षेत्र में दिखाई देते हैं लेकिन अक्सर अन्य कंपनों द्वारा ओवरलैप किए जाते हैं।

एल्केन आईआर बैंड का सारांश

कंपन प्रकार अनुमानित तरंग संख्या (सेमी⁻¹) विवरण
सी–एच स्ट्रेच 3000 – 2850 sp³ C–H बंधों का खिंचाव
सी–एच कैंची 1465 – 1450 C–H बंधों की झुकने वाली गति
मिथाइल रॉक 1375 – 1350 मिथाइल समूहों की हिलती गति
मेथिलीन रॉक 720 – 730 मेथिलीन समूहों की हिलती गति
सी-सी कंपन 800 – 1300 (कमजोर) C–C बंधों का झुकना और खिंचना

ये बैंड आमतौर पर सभी एल्केन आईआर स्पेक्ट्रा में मौजूद होते हैं और संतृप्त हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं की उपस्थिति की पहचान करने में मदद करते हैं।

यह विशिष्ट आईआर पैटर्न स्पेक्ट्रल विश्लेषण के दौरान एल्केन्स की आसान पहचान को सक्षम बनाता है।[1][19][20]


Free BCHET-147 Solved Assignment | July 2025 | BSCG, BSCM | English & Hindi Medium | IGNOU

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