রসায়ন ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   দুটি পরস্পর দর্পণ প্রতিবিম্ব সমাণু বা এনানশিওমারের সমমোলার (৫০:৫০) মিশ্রণকে রেসিমিক মিশ্রণ বলে, যা আলোক নিষ্ক্রিয়।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   যেসব নিরপেক্ষ বা চার্জহীন অণুর কেন্দ্রীয় পরমাণুতে অন্তত একজোড়া মুক্তজোড় ইলেকট্রন থাকে এবং তারা রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ধনাত্মক কেন্দ্র বা ইলেকট্রন ঘাটতি বিশিষ্ট স্থানে ওই মুক্তজোড় ইলেকট্রন দান করে সমযোজী বন্ধন তৈরি করতে পারে, তাদের প্রশম নিউক্লিওফাইল বলে।\n\nঅ্যামোনিয়া ($NH_3$) অণুর কেন্দ্রীয় নাইট্রোজেন পরমাণুতে তিন জোড়া বন্ধনজোড় ইলেকট্রন ছাড়াও একজোড়া মুক্তজোড় (lone pair) ইলেকট্রন থাকে। নাইট্রোজেন তার এই মুক্তজোড় ইলেকট্রন ইলেকট্রন-ঘাটতিযুক্ত কোনো কেন্দ্রকে দান করতে সক্ষম। তাই কোনো চার্জ না থাকা সত্ত্বেও $NH_3$ একটি প্রশম নিউক্লিওফাইল হিসেবে কাজ করে।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে যৌগ D হলো বেনজিন ($C_6H_6$)। বেনজিনকে গাঢ় $HNO_3$ ও গাঢ় $H_2SO_4$ সহযোগে উত্তপ্ত করলে নাইট্রোবেনজিন উৎপন্ন হয়। অতএব, যৌগ A হলো নাইট্রোবেনজিন ($C_6H_5NO_2$)।\n\nনাইট্রোবেনজিনকে অনার্দ্র $AlCl_3$-এর উপস্থিতিতে $CH_3Cl$-এর সাথে বিক্রিয়া করালে ফ্রিডেল-ক্র্যাফটস অ্যালকাইলেশন প্রক্রিয়ায় মেটা-নাইট্রোটলুইন (যৌগ B) উৎপন্ন হয়। নাইট্রো মূলক ($-NO_2$) একটি শক্তিশালী মেটা-নির্দেশক মূলক।\n\nবিক্রিয়ার ক্রিয়াকৌশল:\nবিক্রিয়াটি মূলত ইলেকট্রনাকর্ষী অ্যারোমেটিক প্রতিস্থাপন (Electrophilic Aromatic Substitution) প্রক্রিয়ায় তিনটি ধাপে সম্পন্ন হয়:\n\n১. ইলেকট্রোফাইল সৃষ্টি:\nমিথাইল ক্লোরাইড ($CH_3Cl$) লুইস অ্যাসিড অনার্দ্র $AlCl_3$-এর সাথে বিক্রিয়া করে কার্বোক্যাটায়ন তথা শক্তিশালী ইলেকট্রোফাইল ($CH_3^+$) তৈরি করে:\n$CH_3-Cl + AlCl_3 \rightarrow CH_3^+ + [AlCl_4]^-$ \n\n২. কার্বোক্যাটায়ন বা সিগমা ($\\sigma$) জটিল সৃষ্টি:\nউৎপন্ন ইলেকট্রোফাইল ($CH_3^+$) নাইট্রোবেনজিন বলয়ের মেটা অবস্থানের কার্বনে আক্রমণ করে এবং বলয়ের ডিলোকালাইজড $\pi$-ইলেকট্রন গ্রহণ করে রেজোন্যান্স স্থিতিশীল একটি মধ্যবর্তী কার্বোক্যাটায়ন (সিগমা কমপ্লেক্স) তৈরি করে।\n\n৩. প্রোটন অপসারণ ও অ্যারোমেটিসিটি পুনরুদ্ধার:\nপূর্বে গঠিত $[AlCl_4]^-$ আয়ন মধ্যবর্তী সিগমা কমপ্লেক্সের মেটা কার্বন থেকে একটি প্রোটন ($H^+$) গ্রহণ করে। এর ফলে কার্বন-হাইড্রোজেন বন্ধনের ইলেকট্রনযুগল বেনজিন বলয়ে ফিরে এসে বলয়ের অ্যারোমেটিসিটি পুনরুদ্ধার করে এবং কাঙ্ক্ষিত মেটা-নাইট্রোটলুইন (B) উৎপন্ন হয়:\nসিগমা কমপ্লেক্স $+ [AlCl_4]^- \rightarrow \text{মেটা-নাইট্রোটলুইন} + HCl + AlCl_3$

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের যৌগ D হলো বেনজিন ($C_6H_6$) এবং A হলো নাইট্রোবেনজিন ($C_6H_5NO_2$)।\n\nইলেকট্রনাকর্ষী প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ায় নাইট্রোবেনজিন (A)-এর চেয়ে বেনজিন (D) দ্রুত অংশগ্রহণ করে। নিম্নে রেজোন্যান্সের সাহায্যে এর কারণ ব্যাখ্যা করা হলো:\n\n১. বেনজিন (D)-এর ক্ষেত্রে:\nবেনজিন বলয়ের ছয়টি কার্বন পরমাণুর মাঝে $\pi$-ইলেকট্রন সুষমভাবে ডিলোকালাইজড বা বণ্টিত থাকে। ফলে বেনজিন বলয়ে কোনো স্থায়ী ধনাত্মক চার্জের সৃষ্টি হয় না এবং ইলেকট্রনের ঘনত্ব সর্বত্র সমানভাবে বেশি থাকে। তাই আগত ইলেকট্রোফাইল খুব সহজেই বেনজিন বলয়ে আক্রমণ করতে পারে।\n\n২. নাইট্রোবেনজিন (A)-এর ক্ষেত্রে:\nনাইট্রোবেনজিনের নাইট্রো মূলক ($-NO_2$)-এ নাইট্রোজেনের চেয়ে অক্সিজেনের তড়িৎ-ঋণাত্মকতা বেশি হওয়ায় এটি বলয় থেকে মেসোমেরিক বা রেজোন্যান্স প্রভাব ($-M$ প্রভাব) ও আবেশীয় প্রভাব ($-I$ প্রভাব)-এর মাধ্যমে $\pi$-ইলেকট্রন নিজের দিকে টেনে নেয়।\n\nরেজোন্যান্স গঠনসমূহ:\nরেজোন্যান্স প্রক্রিয়ায় নাইট্রোবেনজিনের বেনজিন বলয় থেকে ইলেকট্রন ঘনত্ব $-NO_2$ মূলকের দিকে সরে যায়:\n- বেনজিন বলয়ের দ্বিবন্ধন নাইট্রোজেনের দিকে সরে গেলে নাইট্রোজেন ও বলয়ের কার্বনের মাঝে দ্বিবন্ধন সৃষ্টি হয় এবং $N=O$ বন্ধনের একটি পাই-বন্ধন অক্সিজেনের দিকে সরে গিয়ে অক্সিজেনে ঋণাত্মক চার্জ সৃষ্টি করে।\n- এর ফলে বেনজিন বলয়ের অর্থো (ortho) ও প্যারা (para) কার্বনে সুস্পষ্ট ধনাত্মক ($+$) চার্জের সৃষ্টি হয় (অর্থো ও প্যারা অবস্থানে রেজোন্যান্সের মাধ্যমে যথাক্রমে ক্যানোনিকাল রূপ II, III, এবং IV-এ ধনাত্মক চার্জ পরিলক্ষিত হয়)।\n- যদিও মেটা অবস্থানে সরাসরি কোনো ধনাত্মক চার্জ পড়ে না, সামগ্রিকভাবে পুরো বলয়ের ইলেকট্রন ঘনত্ব সাধারণ বেনজিনের তুলনায় উল্লেখযোগ্য পরিমাণে হ্রাস পায়।\n\nঅতএব, $-NO_2$ মূলক হলো একটি বলয় নিষ্ক্রিয়কারী (deactivating) মূলক। রেজোন্যান্সের কারণে নাইট্রোবেনজিনের বলয়ে ইলেকট্রন ঘনত্ব বেনজিনের তুলনায় অনেক কম থাকায় ইলেকট্রনাকর্ষী বিকারক বেনজিনের বলয়ে যত দ্রুত আক্রমণ করতে পারে, নাইট্রোবেনজিনে তত সহজে পারে না।\n\nসুতরাং, উদ্দীপকের D (বেনজিন) যৌগটি A (নাইট্রোবেনজিন)-এর তুলনায় দ্রুত ইলেকট্রনাকর্ষী প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে।