वुर्ट्ज़ अभिक्रिया की मुख्य सीमाएं क्या हैं?

वुर्ट्ज़ अभिक्रिया की मुख्य सीमाएं हैं: (1) मेथेन (CH4) का निर्माण नहीं किया जा सकता क्योंकि इसमें दो ऐल्किल मूलक जुड़कर कम से कम दो कार्बन वाला ऐल्केन बनाते हैं; (2) यह सममित ऐल्केनों (सम कार्बन संख्या वाले) के लिए ही उत्तम लब्धि देती है; (3) विषम ऐल्केनों के लिए दो भिन्न ऐल्किल हैलाइड लेने पर तीन ऐल्केनों का मिश्रण प्राप्त होता है जिसे क्वथनांकों में अल्प अंतर के कारण पृथक करना कठिन होता है।

एथेन का सांतरीत (Staggered) संरूपण, ग्रस्त (Eclipsed) संरूपण से अधिक स्थायी क्यों है?

सांतरीत संरूपण में द्वितल कोण (dihedral angle) 60 डिग्री होता है जिससे निकटवर्ती कार्बन परमाणुओं के C-H आबंधी इलेक्ट्रॉन युग्म एक-दूसरे से अधिकतम दूरी पर रहते हैं। इसके विपरीत ग्रस्त संरूपण में द्वितल कोण 0 डिग्री होता है, जिससे इलेक्ट्रॉन बादलों के मध्य तीव्र प्रतिकर्षण (मरोड़ी विकृति या टॉर्शनल स्ट्रेन = 12.5 kJ/mol) उत्पन्न होता है। अतः सांतरीत संरूपण की स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम और स्थायित्व अधिकतम होता है।

§ 9.1NCERT कक्षा 11 · रसायन विज्ञान · अध्याय 9

ऐल्केन: नामपद्धति, विरचन, रासायनिक अभिक्रियाएं एवं संरूपण

QCC Notes · कक्षा 11 रसायन विज्ञान NCERT आधारित अद्यतन 26 सितंबर 2026 5 मिनट पठन

ऐल्केन संतृप्त विवृत-शृंखला (अचक्रीय) हाइड्रोकार्बन हैं जिनका सामान्य सूत्र C_nH_2n+2 होता है। इनमें कार्बन-कार्बन एकल आबंध (σ-आबंध) उपस्थित होते हैं तथा प्रत्येक कार्बन परमाणु sp³ संकरित (चतुष्फलकीय ज्यामिति, 109.5° आबंध कोण) होता है। सामान्य परिस्थितियों में अम्ल, क्षार तथा अन्य अभिकर्मकों के प्रति अक्रिय होने के कारण इन्हें ऐतिहासिक रूप से पैराफिन (लैटिन: parum affinis = अल्प क्रियाशील) भी कहा जाता है।

1. ऐल्केनों के विरचन की विधियां (Methods of Preparation)

A. असंतृप्त हाइड्रोकार्बनों के हाइड्रोजनीकरण द्वारा (सबात्ये-सेंदरांस अभिक्रिया)

सूक्ष्म विभाजित उत्प्रेरक (Ni, Pt या Pd) की उपस्थिति में ऐल्कीन अथवा ऐल्काइन पर डाइहाइड्रोजन गैस प्रवाहित करने पर ऐल्केन प्राप्त होते हैं:

CH₂=CH₂ + H₂ → (Ni, 523–573 K या Pt/Pd, 298 K) → CH₃–CH₃

यह अभिक्रिया सिन-योग (syn-addition) द्वारा संपन्न होती है।

B. ऐल्किल हैलाइडों के अपचयन द्वारा

ऐल्किल हैलाइड (फ्लुओराइडों को छोड़कर) जिंक एवं तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (Zn + HCl) द्वारा अपचयित होकर ऐल्केन बनाते हैं:

CH₃–Cl + H₂ → (Zn / H⁺) → CH₄ + HCl

CH₃CH₂Cl + 2[H] → (Zn + dil. HCl) → CH₃CH₃ + HCl

C. वुर्ट्ज़ अभिक्रिया (Wurtz Reaction)

शुष्क ईथर की उपस्थिति में ऐल्किल हैलाइडों की सोडियम धातु से क्रिया कराने पर उच्चतर सममित ऐल्केन (सम संख्या में कार्बन) प्राप्त होते हैं:

2 R–X + 2 Na → (शुष्क ईथर) → R–R + 2 NaX

उदाहरण: 2 CH₃Br + 2 Na → C₂H₆ (एथेन) + 2 NaBr

जेईई/नीट के लिए महत्वपूर्ण सीमाएं:

मेथेन (CH₄) का विरचन इस विधि द्वारा संभव नहीं है।
दो भिन्न ऐल्किल हैलाइडों (R-X + R'-X) के प्रयोग पर तीन भिन्न ऐल्केनों (R-R, R-R', R'-R') का मिश्रण मिलता है, जिसे पृथक करना अत्यंत जटिल होता है।
तृतीयक ऐल्किल हैलाइड मुख्य रूप से विलोपन द्वारा ऐल्कीन बनाते हैं।

D. कार्बोक्सिलिक अम्लों से (Decarboxylation & Kolbe)

1. सोडालाइम द्वारा वि-कार्बोक्सिलीकरण: कार्बोक्सिलिक अम्ल के सोडियम लवण को सोडालाइम (NaOH + CaO, 3:1 अनुपात) के साथ गर्म करने पर मूल अम्ल से एक कम कार्बन वाला ऐल्केन प्राप्त होता है:

CH₃COONa + NaOH → (CaO, Δ) → CH₄ ↑ + Na₂CO₃

2. कोल्बे की वैद्युतअपघटनी विधि: सोडियम या पोटैशियम कार्बोक्सिलेट के जलीय विलयन के विद्युत-अपघटन पर एनोड पर सममित ऐल्केन एवं CO₂ मुक्त होती है, जबकि कैथोड पर H₂ गैस निकलती है:

एनोड पर: 2 CH₃COO⁻ → C₂H₆ + 2 CO₂ + 2 e⁻
कैथोड पर: 2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻

2. ऐल्केनों के रासायनिक गुणधर्म

A. मुक्त मूलक हैलोजनन (Free Radical Halogenation)

पराबैंगनी प्रकाश (hν) या उच्च ताप (573–773 K) पर ऐल्केन हैलोजन से क्रिया कर प्रतिस्थापन उत्पाद बनाते हैं:

CH₄ + Cl₂ → (hν) → CH₃Cl → CH₂Cl₂ → CHCl₃ → CCl₄

क्रियाविधि के तीन पद:

शृंखला प्रारंभन पद (Initiation): Cl₂ → (hν) → 2 Cl• (समांगी विखंडन)
शृंखला संचरण पद (Propagation):
(i) Cl• + CH₄ → •CH₃ + HCl
(ii) •CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•
शृंखला समापन पद (Termination): मूलकों का युग्मन, जैसे Cl• + Cl• → Cl₂, •CH₃ + Cl• → CH₃Cl, एवं •CH₃ + •CH₃ → CH₃CH₃ (एथेन के सूक्ष्म अंश की उत्पत्ति)।

हैलोजनन में H-परमाणु के प्रतिस्थापन की सुगमता का क्रम: 3° > 2° > 1° (मुक्त मूलक के आपेक्षिक स्थायित्व के अनुसार)। हैलोजनों की क्रियाशीलता: F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂।

B. समावयवीकरण (Isomerisation)

सीधी शृंखला वाले ऐल्केन निर्जल AlCl₃ एवं HCl गैस की उपस्थिति में गर्म करने पर शाखित शृंखला वाले समावयवियों में रूपांतरित हो जाते हैं:

CH₃(CH₂)₄CH₃ → (निर्जल AlCl₃ / HCl, Δ) → 2-मेथिलपेन्टेन + 3-मेथिलपेन्टेन

C. एरोमैटीकरण (Aromatisation)

6 या अधिक कार्बन वाले n-ऐल्केन Cr₂O₃, V₂O₅ या Mo₂O₃ उत्प्रेरक पर 773 K एवं 10–20 वायुमंडलीय दाब पर विहाइड्रोजनीकृत एवं चक्रीयकृत होकर ऐरोमैटिक हाइड्रोकार्बन बनाते हैं:

n-हेक्सेन (C₆H₁₄) → (Cr₂O₃/Al₂O₃, 773 K, 10–20 atm) → बेंजीन (C₆H₆) + 4 H₂

n-हेप्टेन इसी प्रकार टॉलूईन (C₆H₅CH₃) देता है।

3. एथेन के संरूपण (Conformations of Ethane)

कार्बन-कार्बन एकल आबंध (σ-आबंध) के चारों ओर मुक्त घूर्णन (free rotation) के कारण परमाणुओं की अंतरिक्ष में विभिन्न व्यवस्थाएं संभव हैं, जिन्हें संरूपण (Conformations / Conformers) अथवा घूर्णी समावयवी (Rotamers) कहा जाता है।

सांतरीत संरूपण (Staggered Conformation)

दोनों कार्बन परमाणुओं के C-H आबंधों के मध्य द्वितल कोण (dihedral angle, θ) 60° होता है।
C-H आबंधी इलेक्ट्रॉन युग्म अंतरिक्ष में एक-दूसरे से अधिकतम दूरी पर होते हैं।
मरोड़ी विकृति (Torsional strain) न्यूनतम होती है।
स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम तथा स्थायित्व अधिकतम होता है।

ग्रस्त संरूपण (Eclipsed Conformation)

द्वितल कोण (θ) 0° होता है (एक कार्बन के H परमाणु दूसरे कार्बन के H परमाणुओं को पूर्णतः ढक लेते हैं)।
C-H आबंधी इलेक्ट्रॉन युग्म न्यूनतम दूरी पर आ जाते हैं।
तीव्र इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण (मरोड़ी विकृति ≈ 12.5 kJ mol⁻¹) उत्पन्न होता है।
स्थितिज ऊर्जा अधिकतम तथा स्थायित्व न्यूनतम होता है।

संरूपणीय समावयवता का सारांश:

सांतरीत एवं ग्रस्त संरूपणों के मध्य ऊर्जा अवरोध केवल 12.5 kJ mol⁻¹ (3 kcal mol⁻¹) होता है। कक्ष ताप पर अणुओं की तापीय ऊर्जा (kT) इस ऊर्जा अवरोध को पार करने के लिए पर्याप्त होती है, अतः एथेन के संरूपण एक-दूसरे में तीव्र गति से अंतःपरिवर्तित होते रहते हैं और इन्हें सामान्य परिस्थितियों में पृथक नहीं किया जा सकता।

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