हाइड्रोकार्बन के व्युत्पन्न

कार्बनिक रसायन की शुरुआत जीवन शक्ति सिद्धांत (Vital Force Theory) से हुई थी, जिसके अनुसार कार्बनिक यौगिक केवल सजीवों में ही संश्लेषित हो सकते हैं।

• फ्रेडरिक वोहलर (1828):
• अकार्बनिक पदार्थ अमोनियम साइनेट \((NH_4CNO)\) से यूरिया \((CO(NH_2)_2)\) का प्रयोगशाला में संश्लेषण किया।
• इस संश्लेषण ने जीवन शक्ति सिद्धांत का खंडन किया और आधुनिक कार्बनिक रसायन की नींव रखी।
• कार्बनिक यौगिक: कार्बन और उसके यौगिकों का अध्ययन।
• श्रृंखलन (Catenation): कार्बन परमाणुओं की आपस में जुड़कर लंबी श्रृंखलाएँ बनाने की अद्वितीय क्षमता। इसी कारण प्रकृति में कार्बनिक यौगिकों की संख्या बहुत अधिक है (ज्ञात पदार्थों का लगभग 96%)।

• हाइड्रोकार्बन: वे यौगिक जो केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बने होते हैं।
• संतृप्त हाइड्रोकार्बन (ऐल्केन): कार्बन की चारों संयोजकताएँ एकल बंधों द्वारा संतुष्ट होती हैं (जैसे मेथेन, एथेन)। सामान्य सूत्र \(C_nH_{2n+2}\)।
• असंतृप्त हाइड्रोकार्बन:
• ऐल्कीन: कार्बन-कार्बन द्विबंध होता है (जैसे एथीन)। सामान्य सूत्र \(C_nH_{2n}\)।
• ऐल्काइन: कार्बन-कार्बन त्रिबंध होता है (जैसे एथाइन)। सामान्य सूत्र \(C_nH_{2n-2}\)।
• ऐल्किल मूलक (Alkyl Group):
• जब किसी ऐल्केन से एक हाइड्रोजन परमाणु अलग किया जाता है, तो प्राप्त समूह को ऐल्किल मूलक कहते हैं।
• इसे सामान्यतः R द्वारा प्रदर्शित किया जाता है।
• उदाहरण:
• मेथेन \((CH_4)\) से मेथिल \((-CH_3)\)
• एथेन \((C_2H_6)\) से एथिल \((-C_2H_5)\)
• क्रियात्मक समूह (Functional Group):
• परमाणु या परमाणुओं का समूह जो किसी कार्बनिक यौगिक के साथ जुड़कर उसे विशिष्ट रासायनिक गुण प्रदान करता है।
• ये यौगिक के गुणों का निर्धारण करते हैं, न कि ऐल्किल मूलक।
• कुछ महत्वपूर्ण क्रियात्मक समूह:

| क्रियात्मक समूह | सूत्र | | :--------------- | :--- | | ऐल्कोहॉल | -OH | | ऐल्डिहाइड | -CHO | | कीटोन | >C=O | | कार्बोक्सिलिक अम्ल | -COOH | | हैलो (क्लोरो, ब्रोमो) | -Cl, -Br |

• उदाहरण:
• सोडियम हाइड्रॉक्साइड \((NaOH)\) में OH- आयनिक बंध से जुड़ा है, यह क्षारीय है।
• मेथिल ऐल्कोहॉल \((CH_3OH)\) में -OH सहसंयोजी बंध से जुड़ा है, यह उदासीन स्वभाव का है।
• यह दर्शाता है कि क्रियात्मक समूह की प्रकृति और वह किस मूलक से जुड़ा है, यौगिक के स्वभाव को प्रभावित करता है।

जब ऐल्किल समूह (R) -OH (हाइड्रॉक्सिल समूह) से जुड़ता है, तो यौगिक को ऐल्कोहॉल (ROH) कहते हैं। इन्हें ऐल्किल ऐल्कोहॉल या ऐल्केनॉल भी कहा जाता है।

ऐल्कोहॉल का नामकरण (IUPAC पद्धति)

• नियम:

1. सबसे लंबी कार्बन श्रृंखला का चयन करें जिसमें -OH क्रियात्मक समूह शामिल हो।
2. कार्बन परमाणुओं को इस प्रकार अंक दें कि -OH समूह वाले कार्बन को सबसे कम अंक मिले।
3. जनक हाइड्रोकार्बन के नाम के अंत से 'e' हटाकर 'ol' (ऑल) जोड़ें।
4. यदि आवश्यक हो, तो -OH समूह की स्थिति को अंक से दर्शाएँ (जैसे पेन्टेन-2-ऑल)।

• उदाहरण:

| जनक हाइड्रोकार्बन | IUPAC नाम | सूत्र | | :--------------- | :-------- | :--- | | मेथेन | मेथेनॉल | \(CH_3OH\) | | एथेन | एथनॉल | \(CH_3CH_2OH\) | | प्रोपेन | प्रोपेनॉल | \(CH_3CH_2CH_2OH\) या \(CH_3CH(OH)CH_3\) | | ब्यूटेन | ब्यूटेनॉल | \(CH_3CH_2CH_2CH_2OH\) आदि |

• समावयवता (Isomerism) ऐल्कोहॉल में:
• स्थिति समावयवी (Position Isomers): अणुसूत्र समान, लेकिन -OH समूह की कार्बन श्रृंखला पर स्थिति भिन्न होती है।
• उदाहरण: पेन्टेन-1-ऑल और पेन्टेन-2-ऑल।
• श्रृंखला समावयवी (Chain Isomers): अणुसूत्र समान, लेकिन कार्बन परमाणुओं की श्रृंखला की संरचना में भिन्नता होती है।
• उदाहरण: ब्यूटेन-1-ऑल और 2-मेथिलप्रोपेन-1-ऑल।

एथनॉल का औद्योगिक उत्पादन (किण्वन विधि)

• कच्चा माल: शीरा (गन्ने के रस से शक्कर निकालने के बाद बचा हुआ पीला, गाढ़ा द्रव)।
• प्रक्रिया:

1. शीरे को पानी मिलाकर 8-10% सांद्रता तक तनु किया जाता है।
2. विलयन में अमोनियम सल्फेट \((NH_4)_2SO_4\) (यीस्ट की वृद्धि के लिए) और थोड़ा सल्फ्यूरिक अम्ल \((H_2SO_4)\) (अन्य जीवाणुओं को नष्ट करने के लिए) मिलाया जाता है।
3. मिश्रण को टंकी में भरकर 5% यीस्ट मिलाकर 25-30°C पर वायु की अनुपस्थिति में 2-3 दिन के लिए रखा जाता है।
4. यीस्ट में उपस्थित एंजाइम (इन्वर्टेस और जाइमेज) किण्वन प्रक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं।

• रासायनिक अभिक्रियाएँ:
• इन्वर्टेस द्वारा:

\(C_{12}H_{22}O_{11} (सुक्रोस) + H_2O \xrightarrow{इन्वर्टेस} C_6H_{12}O_6 (ग्लूकोस) + C_6H_{12}O_6 (फ्रक्टोज़)\)

• जाइमेज द्वारा:

\(C_6H_{12}O_6 (ग्लूकोस/फ्रक्टोज़) \xrightarrow{जाइमेज} 2C_2H_5OH (एथनॉल) + 2CO_2↑\)

• उत्पाद: तनु ऐल्कोहॉल प्राप्त होता है।
• संबंधित पद:
• परिशुद्ध ऐल्कोहॉल (Absolute Alcohol): 100% एथनॉल (जल रहित)।
• परिशोधित स्पिरिट (Rectified Spirit): एथनॉल जिसमें 5% जल मिला होता है।
• पावर ऐल्कोहॉल (Power Alcohol): पेट्रोल और एथनॉल का मिश्रण, ईंधन के रूप में उपयोग।

ऐल्कोहॉल के गुणधर्म

• प्रकृति: सामान्यतः दुर्बल अम्लीय से उदासीन स्वभाव के होते हैं।
• सोडियम धातु से अभिक्रिया:
• एथनॉल जैसी अति सक्रिय धातुओं (सोडियम, मैग्नीशियम) से अभिक्रिया कर हाइड्रोजन गैस मुक्त करते हैं।
• \(2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa (सोडियम एथॉक्साइड) + H_2↑\)
• (यह अभिक्रिया ऐल्कोहॉल में अम्लीय हाइड्रोजन की उपस्थिति दर्शाती है।)
• निर्जलीकरण (Dehydration):
• सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल की उपस्थिति में 443K पर गर्म करने पर जल का अणु निकल जाता है और ऐल्कीन बनता है।
• \(CH_3CH_2OH \xrightarrow{सांद्र H_2SO_4, 443K} CH_2=CH_2 (एथीन) + H_2O\)
• ऑक्सीकरण (Oxidation):
• प्रबल ऑक्सीकारकों (जैसे अम्लीय \(K_2Cr_2O_7\) या क्षारीय \(KMnO_4\)) की उपस्थिति में आसानी से ऑक्सीकृत होकर कार्बोक्सिलिक अम्ल बनाते हैं।
• \(C_2H_5OH \xrightarrow{ऑक्सीकारक} CH_3COOH (एथेनॉइक अम्ल) + H_2O\)
• \(CH_3OH \xrightarrow{ऑक्सीकारक} HCOOH (मेथेनॉइक अम्ल) + H_2O\)

ऐल्कोहॉल के उपयोग

1. विलायक: पेंट, वार्निश आदि के लिए उत्तम विलायक।
2. ईंधन: मेथेनॉल और एथनॉल का उपयोग पेट्रोल के साथ ईंधन के रूप में (पावर ऐल्कोहॉल)। स्पिरिट लैंप में भी एथनॉल।
3. थर्मामीटर: एथनॉल का हिमांक \(-114°C\) होने के कारण कम ताप वाले थर्मामीटर में उपयोग।
4. प्रतिशीतलक (Antifreeze): ग्लाइकॉल और ग्लिसरॉल (ऐल्कोहॉल के प्रकार) का उपयोग कार के रेडिएटर में।
5. चिकित्सा: निर्जर्मीकारक (sterilizing agent) के रूप में।

ऐल्कोहॉल के दुष्प्रभाव

• एथनॉल: थोड़ी मात्रा में नशा, अधिक मात्रा में यकृत जैसे अंगों को क्षति, उपापचयी प्रक्रिया धीमी।
• मेथेनॉल: थोड़ी सी मात्रा भी मृत्यु का कारण बन सकती है। यकृत की कोशिकाओं के साथ तेजी से अभिक्रिया कर विषाक्तता फैलाता है।
• मिथाइलेटेड स्पिरिट (Methylated Spirit): एथनॉल के दुरुपयोग को रोकने के लिए इसमें 10-15% मेथेनॉल और रंजक (नीला रंग) मिलाया जाता है ताकि यह पीने योग्य न रहे।

ऐल्केनॉइक अम्ल वे कार्बनिक यौगिक हैं जिनमें कार्बोक्सिलिक समूह (-COOH) क्रियात्मक समूह के रूप में होता है।

कार्बोक्सिलिक समूह (-COOH) की संरचना

• कार्बन परमाणु एक ऑक्सीजन से द्विबंध द्वारा और दूसरे ऑक्सीजन से एकल बंध द्वारा जुड़ा होता है। दूसरा ऑक्सीजन हाइड्रोजन से जुड़ा होता है।
• \(O=C-OH\)

ऐल्केनॉइक अम्ल का नामकरण (IUPAC पद्धति)

• नियम:

1. सबसे लंबी कार्बन श्रृंखला का चयन करें जिसमें -COOH क्रियात्मक समूह शामिल हो।
2. -COOH समूह के कार्बन को सदैव 1 अंक दें।
3. जनक हाइड्रोकार्बन के नाम के अंत से 'e' हटाकर 'oic acid' (ओइक अम्ल) जोड़ें।

• उदाहरण:

| जनक हाइड्रोकार्बन | IUPAC नाम | सूत्र | | :--------------- | :-------- | :--- | | मेथेन | मेथेनॉइक अम्ल | \(HCOOH\) (फार्मिक अम्ल) | | एथेन | एथेनॉइक अम्ल | \(CH_3COOH\) (ऐसीटिक अम्ल) | | प्रोपेन | प्रोपेनॉइक अम्ल | \(CH_3CH_2COOH\) | | ब्यूटेन | ब्यूटेनॉइक अम्ल | \(CH_3CH_2CH_2COOH\) |

• समावयवता ऐल्केनॉइक अम्ल में:
• ऐल्केनॉइक अम्ल भी श्रृंखला समावयवता दर्शाते हैं।
• उदाहरण: ब्यूटेनॉइक अम्ल \((CH_3CH_2CH_2COOH)\) और 2-मेथिलप्रोपेनॉइक अम्ल \((CH_3)_2CHCOOH\) दोनों का अणुसूत्र \(C_4H_8O_2\) है, लेकिन संरचना भिन्न है।

एथेनॉइक अम्ल का औद्योगिक निर्माण (शीघ्र सिरका विधि)

• प्रक्रिया:

1. एक लकड़ी के पात्र में लकड़ी की छीलन भरकर अमोनियम सल्फेट मिलाया जाता है (जीवाणुओं की वृद्धि के लिए)।
2. ऊपर से धीरे-धीरे 10% एथनॉल डाला जाता है।
3. पात्र के निचले हिस्से में वायु प्रवाह के लिए छिद्र होते हैं।
4. किण्वन प्रक्रिया के फलस्वरूप पात्र के सबसे निचले हिस्से में एथेनॉइक अम्ल प्राप्त होता है।

• उत्पाद: इस विधि से प्राप्त एथेनॉइक अम्ल को सिरका कहते हैं, जिसमें एथेनॉइक अम्ल की सांद्रता 3-4% होती है।
• ग्लैशल ऐसीटिक अम्ल: शुद्ध एथेनॉइक अम्ल जिसमें जल न हो। इसका क्वथनांक \(118°C\) होता है।
• जाँच: कार्बोक्सिलिक अम्ल की उपस्थिति की जाँच के लिए सोडियम कार्बोनेट मिलाने पर तीव्र बुदबुदाहट के साथ \(CO_2\) गैस निकलती है।

ऐल्केनॉइक अम्लों के गुणधर्म

• प्रकृति: अम्लीय होते हैं। नीले लिटमस को लाल करते हैं।
• कम अणुभार वाले जल में विलेय।
• उच्च अणुभार वाले (वसीय अम्ल) जल में अविलेय (जैसे स्टिऐरिक अम्ल)।
• क्षार से अभिक्रिया (लवण का बनना):
• अम्लीय स्वभाव के कारण क्षार से क्रिया कर लवण और पानी बनाते हैं।
• \(CH_3COOH (एथेनॉइक अम्ल) + NaOH \rightarrow CH_3COONa (सोडियम ऐसीटेट) + H_2O\)
• \(2HCOOH (मेथेनॉइक अम्ल) + Ca(OH)_2 \rightarrow (HCOO)_2Ca (कैल्सियम फार्मेट) + 2H_2O\)
• कार्बोनेट और हाइड्रोजनकार्बोनेट से अभिक्रिया:
• सोडियम कार्बोनेट \((Na_2CO_3)\) और सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट \((NaHCO_3)\) से क्रिया कर लवण, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस बनाते हैं।
• \(2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2↑\)
• \(CH_3COOH + NaHCO_3 \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2↑\)
• ऐल्कोहॉल से अभिक्रिया (एस्टरीकरण):
• सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल की उपस्थिति में ऐल्कोहॉल के साथ गर्म करने पर विशिष्ट भीनी (फलों जैसी मीठी) गंध वाला एस्टर बनता है।
• यह अभिक्रिया एस्टरीकरण कहलाती है।
• \(CH_3COOH (एथेनॉइक अम्ल) + CH_3CH_2OH (एथनॉल) \xrightarrow{सांद्र H_2SO_4} CH_3COOCH_2CH_3 (एस्टर) + H_2O\)
• धातु से अभिक्रिया:
• सोडियम जैसी धातुओं से अभिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस मुक्त करते हैं।
• \(2CH_3COOH + 2Na \rightarrow 2CH_3COONa + H_2↑\)

ऐल्केनॉइक अम्ल के उपयोग

1. सिरका: ऐसीटिक अम्ल का तनु विलयन (3-4%) सिरका कहलाता है, जो अचार, चटनी में परिरक्षक के रूप में काम आता है।
2. एस्टर निर्माण: परफ्यूम, बहुलक आदि बनाने में उपयोग।
3. खाद्य परिरक्षक: सिट्रिक अम्ल, टार्टरिक अम्ल, लैक्टिक अम्ल (हाइड्रॉक्सी अम्ल) खाद्य परिरक्षक के रूप में उपयोग होते हैं।

• बहुलक (Polymer): उच्च अणुभार वाले अणु जो कई छोटी इकाइयों (एकलकों) के जुड़ने से बनते हैं।
• एकलक (Monomer): कम अणुभार वाले अणु जो आपस में जुड़कर बहुलक बनाते हैं।
• बहुलीकरण (Polymerization): वह प्रक्रिया जिसमें कम अणुभार वाले एकलक अणु आपस में मिलकर उच्च अणुभार वाले बहुलक बनाते हैं। इसे 'n' द्वारा दर्शाया जाता है।
• उदाहरण: प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, टेरीलीन, पॉलिथीन।

बहुलकों के प्रकार

1. प्राकृतिक बहुलक (Natural Polymers):

• जो हमें प्रकृति (जंतुओं या पौधों) से प्राप्त होते हैं।
• उदाहरण: रेशम, ऊन (जंतुओं से); स्टार्च, सेलुलोस (पौधों से)।

1. संश्लेषित बहुलक (Synthetic Polymers):

• जो मनुष्य द्वारा प्रयोगशाला या उद्योगों में बनाए जाते हैं।
• उदाहरण: पॉलिथीन, टेफ्लॉन, पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC)।

महत्वपूर्ण संश्लेषित बहुलक

1. पॉलिथीन (Polythene)

• एकलक: एथीन (एथिलीन) \((CH_2=CH_2)\)
• प्रकार:
• कम घनत्व वाला पॉलिथीन (LDPE - Low Density Polythene):
• निर्माण: एथीन के अणुओं को 330-470 K तापमान और 6-7 atm दाब पर उत्प्रेरक की उपस्थिति में गर्म करने पर।
• गुण: कम घनत्व, उच्च गलनांक, अल्पपारदर्शी, कठोर, अधिकतर रसायनों के प्रति निष्क्रिय।
• उपयोग: बाल्टी, पाइप बनाने में।
• अभिक्रिया: \(n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{330-470 K, 6-7 atm, उत्प्रेरक} [-CH_2-CH_2-]_n\)
• उच्च घनत्व वाला पॉलिथीन (HDPE - High Density Polythene):
• निर्माण: एथीन के अणुओं को 473 K तापमान और 1500-2000 atm दाब पर ऑक्सीजन की अल्प मात्रा की उपस्थिति में गर्म करने पर।
• गुण: उच्च घनत्व, कम गलनांक, पारदर्शी।
• उपयोग: बोतलें, पन्नियाँ बनाने में।
• अभिक्रिया: \(n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{473 K, 1500-2000 atm, O_2} [-CH_2-CH_2-]_n\)

2. टेफ्लॉन (Teflon)

• एकलक: टेट्राफ्लुओरो एथिलीन \((CF_2=CF_2)\)
• निर्माण: टेट्राफ्लुओरो एथिलीन को उच्च दाब पर उत्प्रेरक की उपस्थिति में बहुलीकृत करने पर।
• गुण:
• 330°C से कम तापमान पर नहीं पिघलता।
• किसी भी रसायन के प्रति निष्क्रिय (संक्षारक पदार्थों जैसे सांद्र अम्ल, क्षार, अम्लराज से अप्रभावित)।
• विद्युतरोधी।
• उपयोग:
• नॉन-स्टिक बर्तनों पर परत चढ़ाने में।
• विद्युतरोधी उपकरण बनाने में।
• संक्षारक पदार्थों के संपर्क में आने वाले पाइप या नली बनाने में।
• पैकिंग गैस्केट बनाने में।
• अभिक्रिया: \(n(CF_2=CF_2) \xrightarrow{उत्प्रेरक, उच्च दाब} [-CF_2-CF_2-]_n\)

3. पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC - Polyvinyl Chloride)

• एकलक: विनाइल क्लोराइड \((CH_2=CHCl)\)
• निर्माण: विनाइल क्लोराइड को उत्प्रेरक की उपस्थिति में गर्म करने पर।
• गुण: विद्युत का कुचालक, ऊष्मा और रसायन के प्रति निष्क्रिय।
• उपयोग: रेनकोट, टेबल कवर, मडगार्ड, खिलौने, हाथ के दस्ताने, केबल तार की कोटिंग, विद्युतीय सामान।
• अभिक्रिया: \(n(CH_2=CHCl) \xrightarrow{उत्प्रेरक, \Delta} [-CH_2-CHCl-]_n\)

पॉलिथीन का पर्यावरण पर प्रभाव

• समस्या:
• पॉलिथीन अविघटनीय है, यह प्राकृतिक रूप से विघटित नहीं होता।
• यह तेजी से पर्यावरण प्रदूषण (पानी, हवा, मिट्टी) का कारण बन रहा है।
• जानवर इसे खाकर बीमार पड़ते हैं और मर जाते हैं।
• जलाने पर \(CO_2\) और \(CO\) जैसी हानिकारक गैसें निकलती हैं, जो वायु प्रदूषण का कारण बनती हैं।
• समाधान के प्रयास:
• पॉलिथीन के उपयोग को कम करना या समाप्त करना।
• कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा पॉलिथीन के विघटन पर शोध।
• पॉलिथीन को पिघलाकर सड़क बनाने में उपयोग।
• पॉलिथीन का पुनःचक्रण (Recycling)।