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उन्मूलन अभिक्रियाएं
उन्मूलन अभिक्रियाएं कार्बनिक अभिक्रियाओं का एक मौलिक वर्ग हैं जिनमें एक अणु से दो उपविकल्पकों को हटाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक नए उत्पाद का निर्माण होता है। ये प्रतिक्रियाएँ न केवल ऐलीफेटिक हाइड्रोकार्बन के संश्लेषण में महत्वपूर्ण हैं बल्कि जैव रासायनिक मार्गों और औद्योगिक रासायनिक प्रक्रियाओं में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। उन्मूलन अभिक्रियाएं मुख्य रूप से E1 और E2 के दो प्रमुख तंत्रों के माध्यम से होती हैं, जिन्हें हम आगे के अनुभागों में विस्तार से देखेंगे।
उन्मूलन अभिक्रियाओं की मूल बातें
उन्मूलन अभिक्रियाओं में, एक अणु से दो समूह या उपविकल्पक खो जाते हैं, सामान्यतः समर्पक कार्बन परमाणुओं पर होते हैं। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एक दोहरा या तिहरा बंध बनता है।
प्रारंभिक सामग्री → मध्यवर्ती → उत्पाद
आम तौर पर, उन्मूलन अभिक्रियाओं का संक्षेपण इस प्रकार किया जा सकता है:
C – C – X – Y → C = C + X – Y
जहाँ X और Y प्रस्थान करने वाले दो समूह हैं, और कार्बन परमाणुओं के बीच एक दोहरा बंध बनता है जहाँ से ये समूह प्रस्थान कर रहे हैं।
E2 तंत्र (द्विमोटिक उन्मूलन)
E2 तंत्र एक एकल-चरणीय प्रक्रिया है जिसमें संबद्ध बंधन टूटने और दोहरे बंध के बनने की प्रक्रिया होती है। अभिक्रिया की दर उपसब्सट्रेट (अणु जो उन्मूलन के दौर से गुजर रहा है) और बेस (जो प्रोटॉन को अपूर्व करता है) दोनों पर निर्भर करती है।
- विशेषताएँ: द्वितीय क्रम की अभिक्रिया, द्विमोटिक, संबद्ध तंत्र।
- दर नियम: दर = k[उपसब्सट्रेट][बेस]
E2 अभिक्रिया का तंत्र
जब एक मजबूत बेस β कार्बन परमाणु से प्रोटॉन खींचता है और इसे प्रस्थान समूह तक ले जाता है, तब E2 अभिक्रियाएं होती हैं। यह क्रिया प्रस्थान समूह के पृथक्करण का कारण बनती है, और एक π बंध α और β कार्बन परमाणुओं के बीच बनता है। सामान्य आवश्यकता हाइड्रोजन और प्रस्थान समूह की एन्टीपेरिप्लैनर व्यवस्था है।
HH
,
H--C---C--Br + base → H--C=C--H + H-Br + base
,
rr'
उपरोक्त अभिक्रिया एक साधारण E2 तंत्र को दिखाती है जहां एक मजबूत बेस β-हाइड्रोजन को अवशोषित करता है, इस प्रकार शेष समूह (Br) खो जाता है और एक दोहरा बंध बनता है।
E2 के लिए ऊर्जा प्रोफाइल आरेख
E1 तंत्र (एकमोलिक उन्मूलन)
E1 तंत्र दो-चरणीय प्रक्रिया है, जहाँ अभिक्रिया की दर केवल उपसब्सट्रेट की सांद्रता पर निर्भर करती है। E1 तंत्र में, प्रस्थान समूह पहले छोड़ता है, कार्बोकैटायन मध्यवर्ती बनता है, जिसके बाद डिप्रोटोनशन होता है जिससे दोहरा बंध बनता है।
- विशेषताएँ: प्रथम क्रम की अभिक्रिया, एकमोटिक, चरणबद्ध तंत्र, मध्यवर्ती शामिल।
- दर नियम: दर = k[उपसब्सट्रेट]
E1 अभिक्रिया का तंत्र
E1 तंत्र में दो मुख्य चरण होते हैं:
- कार्बोकैटायन मध्यवर्ती का निर्माण प्रस्थान करने वाले समूह के प्रस्थान से होता है।
- बेस द्वारा डिप्रोटोनशन से दोहरा बंध बनता है।
R2C-CH3-X → R2C=CH2 + X-
उदाहरण के लिए, एक हैलोएल्केन के उन्मूलन में, हैलाइड आयन को हटाया जाता है, जिससे कार्बोकैटायन बनता है। तब एक बेस कार्बोकैटायन से प्रोटॉन को हटा सकता है, जिसमें अल्कीन बनता है।
चरण 1: R-CH2-CH2-X → R-CH2-CH2+ + X- (कार्बोकैटायन निर्माण)
चरण 2: R-CH2-CH2+ + base → R-CH=CH2 + base-H (उन्मूलन)
E1 के लिए ऊर्जा प्रोफाइल आरेख
उन्मूलन अभिक्रियाओं को प्रभावित करने वाले कारक
उन्मूलन अभिक्रियाओं की दर और परिणाम को प्रभावित करने वाले कई कारक होते हैं, जिनमें शामिल हैं:
- उपसब्सट्रेट का प्रकार: कार्बनिक यौगिक की संरचना जो उन्मूलन से गुजर रही है (जैसे, प्राथमिक, द्वितीयक, या तृतीयक) अभिक्रिया की दर और तंत्र दोनों को प्रभावित करती है।
- बेस का प्रकार: मजबूत बेस E2 तंत्र को बढ़ावा देते हैं, जबकि कमजोर बेस E1 तंत्र को बढ़ावा दे सकते हैं, खासकर तृतीयक उपसब्सट्रेट के लिए।
- प्रस्थान समूह की क्षमता: अच्छे प्रस्थान समूह (जैसे हैलाइड्स) दोनों E1 और E2 तंत्रों को प्रोत्साहित करते हैं क्योंकि वे उपस्ट्रेट से आसानी से पृथक हो सकते हैं।
- स्टिरीओकेमिस्ट्री: एक अणु में परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था E2 के लिए एन्टीपेरिप्लैनर आवश्यकता और E1 अभिक्रियाओं में कार्बोकैटायन स्थिरता को प्रभावित कर सकती है।
- सॉल्वेंट प्रभाव: ध्रुवीय प्रोटिक सॉल्वेंट्स कार्बोकैटायनों को स्थिर करते हैं और इसलिए E1 अभिक्रियाओं को बढ़ावा देते हैं। अप्रोटिक सॉल्वेंट्स E2 तंत्र को बढ़ावा दे सकते हैं।
E1 और E2 अभिक्रियाओं के बीच तुलना
| विशेषता | E1 | E2 |
|---|---|---|
| चरणों की संख्या | दो | एक |
| दर नियम | दर = k[उपसब्सट्रेट] | दर = k[उपसब्सट्रेट][बेस] |
| मध्यवर्ती का निर्माण? | हां, कार्बोकैशन | नहीं |
| उपसब्सट्रेट प्राथमिकता | तृतीयक > द्वितीयक > प्राथमिक | तृतीयक > द्वितीयक > प्राथमिक |
| बेस की ताकत | एक कमजोर बेस पर्याप्त है | मजबूत बेस आवश्यक |
उन्मूलन अभिक्रियाओं के उदाहरण
उन्मूलन तंत्र को समझने में उदाहरणों के माध्यम से बेहतर समझ मिलती है:
हैलोअल्केन का डिहाइड्रोहैलोजेनेशन
एक उन्मूलन अभिक्रिया का क्लासिक उदाहरण हैलोअल्केन का डिहाइड्रोहैलोजेनेशन है:
CH3-CH2-Br + NaOH → CH2=CH2 + NaBr + H2O
यह अभिक्रिया सोडियम हाइड्रॉक्साइड (एक मजबूत बेस) का उपयोग करके एक हाइड्रोजन हैलाइड (Br) को एक अल्कीन (एथाइल ब्रोमाइड) से निकालती है, जिससे एथिलीन (एक अल्कीन) बनता है।
अल्कोहल का निर्जलीकरण
एक अन्य सामान्य उन्मूलन अभिक्रिया अल्कोहल का निर्जलीकरण है:
CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O
यहां, एथेनॉल को एसिड की उपस्थिति में निर्जलित किया जाता है ताकि एथिलीन बन सके।
हाइड्रॉक्साइड-प्रेरित E2 उन्मूलन का पूर्ण तंत्र
R-CH2-CH2-X + NaOH → R-CH=CH2 + NaX + H2O
उदाहरण के लिए, 2-ब्रोमो-2-मेथाइलप्रोपेन सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ E2 उन्मूलन से गुजरता है ताकि आइसोब्यूटिलीन मिल सके:
(CH3)3C-Br + NaOH → (CH3)2C=CH2 + NaBr + H2O
विकल्पित उपस्ट्रेट के लिए विचार
उन्मूलन अभिक्रियाएं उपस्ट्रेट के परिच्छेद पैटर्न से बहुत प्रभावित हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, सेयट्सेव के नियम की भविष्यवाणी है कि अधिक विकल्पित अल्कीन प्रायोगिक रूप से बनते हैं क्योंकि उनके स्थायित्व के कारण।
R1CH-CH2-X + base → R1C=CH2 + baseHX
कम बाधित बेस अधिक स्थानिक रूप से सुलभ β-हाइड्रोजन पर हमला करेगा, जिससे अधिक विकल्पित (ऑर्थो) अल्कीन बनता है।
उन्मूलन अभिक्रियाओं के औद्योगिक अनुप्रयोग
उन्मूलन अभिक्रियाएं फार्मास्यूटिकल निर्माण और पॉलीमर उद्योगों के लिए अभिन्न होती हैं।
- एथिलीन का उत्पादन, जो पॉलीथीन के अग्रदूत के रूप में प्रयोग किया जाता है, प्लास्टिक उद्योग में बड़े पैमाने पर योगदान देता है।
- आइसोब्यूटिलीन का संश्लेषण, जो आइसॉक्टेन के उत्पादन में प्रयोग किया जाता है, जो गैसोलिन के ऑक्टेन स्तर को बढ़ाता है।
निष्कर्ष
उन्मूलन अभिक्रियाएं व्यापक श्रेणी में कार्बनिक रसायनशास्त्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, सरल संरचनाओं को कई जटिल अणुओं में परिवर्तित करती हैं जिनके सीधे उपयोगिताओं होते हैं। E1 और E2 के तंत्रिकीय विवरण को समझना कुशल संश्लेषण मार्गों को डिजाइन करने, औद्योगिक रासायनिक प्रक्रियाओं का अनुकूलन करने और जैव रासायनिक मार्गों को समझने की अंतर्दृष्टि को बढ़ाने में मदद करता है।
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