कार्बन एवं उसके यौगिक - क्लास दसवीं विज्ञान

Functional Group

कार्बन हाईड्रोजन के अलावे दूसरे तत्वों के परमाणुओं से भी संयोग कर यौगिक बनाते हैं यथा: हैलोजन (क्लोरीन, फ्लोरीन, आयोडीन तथा ब्रोमीन), ऑक्सीजन, नाईट्रोजन, सल्फर आदि।

हाईड्रोकार्बन में ये परमाणु एक या एक से अधिक हाईड्रोजन के परमाणु को विस्थापित कर नये यौगिक का निर्माण करते हैं। ये परमाणु हाईड्रोजन के परमाणु को इस तरह विस्थापित करते हैं कि कार्बन की संयोजकता संतुष्ट रहे। ऐसे परमाणुओं को विषम परमाणु कहा जाता है।

विषम परमाणु के समूह जिनसे कार्बन श्रृंखला की लम्बाई तथा प्रकृति पर निर्भर न करते हुए यौगिक को विशिष्ट गुण मिलते हैं, प्रकार्यात्मक समूह (FUNCTIONAL GROUP) कहते हैं।

उदारण: प्रकार्यात्मक समूह (FUNCTIONAL GROUP) की सूची:

हैलो समूह (Halo group:) –Cl [क्लोराईड (Chloride)], –Br [ब्रोमाईड (Bromide)], –I [आयोडाइड (Iodide)] तथा –F [फ्लोराइड (Fluoride)] को हैलो समूह (HALO GROUP) कहा जाता है।

ऐल्कोहल (Alcohol): –OH [ऐल्कोहल समूह (Alcohol group)]

ऐल्डिहाइड (Aldehyde): –COH [ऐल्डिहाइड समूह(Aldehyde group)]

कीटोन (Ketone): –CO– [कीटोन समूह (Ketone group)]

कार्बोक्सिलिक अम्ल (Carboxylic Acid): –COOH [कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह (Carboxylic acid group)]

ये प्रकार्यात्मक समूह हाइड्रोकार्बन की श्रृंखला के साथ जुड़्कर नये यौगिक का निर्माण करते हैं। इस तरह से बने नये यौगिक के गुण हाइड्रोकार्बन जिनसे वे बने हैं, बिल्कुल अलग होते हैं।

समान प्रकार्यात्मक समूह (FUNCTIONAL GROUP) वाले यौगिकों के रासायनिक गुण लगभग समान होते हैं।

समजातीय श्रेणी (Homologous Series)

यौगिकों की ऐसी श्रृंखला जिसमें कार्बन श्रृंखला में स्थित हाईड्रोजन को एक ही प्रकार का प्रकार्यात्मक समूह प्रतिस्थापित करता है, को समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) कहते हैं। एक समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के सभी सदस्य के रासायनिक गुण समान होते हैं।

उदारण (Example):

CH₄ [मिथेन (Methane)], C₂H₆[एथेन (Ethane)], C₃H₈[प्रोपेन (Propane)], C₄H₁₀[ब्युटेन (Butane)] ?. एक समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) बनाते हैं।

CH₃OH, C₂H₅OH, CH₅OH, ?. एक समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) बनाते हैं। इस समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के सदस्य एल्कोहल कहलाते हैं।

CH₃COH, C₂H₅COH, CH₅COH, ?. एक समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) बनाते हैं। इस समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के सदस्य एल्डिहाइड कहलाते हैं।

CH₃COOH, C₂H₅COOH, CH₅COOH, ?. एक समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) बनाते हैं। इस समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के सदस्य एसिड कहलाते हैं।

समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के गुण

समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के प्रत्येक सदस्य का अपने उतरोत्तर सदस्य से –CH₂ का अंतर होता है।

समजातीय श्रेणी (HOMOLOGOUS SERIES) के प्रत्येक सदस्य का अपने उतरोत्तर सदस्य के परमाणु भार में 14 u का अंतर होता है।

उदाहरण (Example):

CH₄ and C₂H₆ – में – CH₂ इकाई का अंतर है तथा इनके परमाणु भार में 14 u का अंतर है।

[कार्बन [carbon (C)] का परमाणु भार = 12 तथा हाइड्रोजन [Hydrogen (H)] का परमाणु भार = 1

∴ अत: मिथेन [methane (CH₄)] का परमाणु भार = 12 + (1 x 4) = 16 तथा

एथेन [Ethane (C₂H₆)]का परमाणु भार = (12 x 2) + (1 x 6) = 30

∴ एथेन (Ethane) तथा मिथेन (Methane) के परमाणु भार में अंतर = 30 – 16 = 14 u]

CH₃OH तथा C₂H₅OH – में – CH₂ इकाई का अंतर है तथा इनके परमाणु भार में 14 u का अंतर है।

[CH₃OH का परमाणु भार = 12 + (1 x 3) + 16 + 1 = 31

तथा C₂H₅OH का परमाणु भार = (12 x 2) + (1 x 5) + 16 + 1 = 45

अत: इनके परमाणु भारों में अंतर = 45 – 32 = 14 u]

C₂H₅COOH and C₃H₇COOH – इनमें – CH₂ इकाई का अंतर है तथा इनके परमाणु भार में 14 u का अंतर है।

Nomenclature

कार्बन के यौगिकों की नामपद्धति (Nomenclature of Carbon compounds)

नामपद्धति की आवश्यकता (Need of Nomenclature)

सभी रासयनिक यौगिकों को एक अलग नाम से जाना जाता है। परंतु आण्विक सूत्र एक समान रहने के बाबजूद भी उनके कई तरह की संरचना सूत्र वाले यौगिकों का निर्माण करता है। साथ ही कार्बन के यौगिकों की संख्या इतनी अधिक है कि उनके नामकरण के लिये एक पद्धति की आवश्यकता है, ताकि सभी यौगिकों को अगल नामों से जाना जा सके।

उदाहरण:

Hexane:आण्विक सूत्र (Molecular formula): C₆H₁₄

हेक्सेन के एक प्रकार की संरचना सूत्र (First Structural formula of Hexane)

हेक्सेन के दूसरे प्रकार की संरचना सूत्र (Second possible structural formula of hexane)

हेक्सेन के तीसरे प्रकार की संरचना सूत्र (Third possible structural formula of hexane)

हेक्सेन के चौथे प्रकार की संरचना सूत्र (Fourth possible structural formula of hexane)

हेक्सेन के इन सभी यौगिकों के आण्विक सूत्र समान हैं, जबकि संरचना सूत्र अलग अलग। इसी प्रकार अन्य कई लम्बी श्रृंखला वाले हाइड्रोकार्बन विभिन्न तरह के संरचना सूत्रों का निर्माण करते हैं, जिसके कारण उनका नामकरण मुश्किल हो जाता है।

अत: कार्बन द्वारा बनाये जाने वाले यौगिकों की जटिलता को ध्यान में रखते हुए एक नामकरण पद्धति की आवश्यकता प्रतीत हुई।

कार्बन के यौगिकों का नामकरण (Nomenclature of Carbon Compounds)

IUPAC नाम: इंटरनेशनल युनियन ऑफ प्योर एंड अप्लायड केमेष्ट्री (International Union of Pure and Applied Chemistry) संक्षिप्त में 'IUPAC' कहा जाता है, ने कार्बन के यौगिकों के नामकरण के लिये कुछ नियम बनाये हैं। इन नाम को प्राय: IUPAC नाम कहा जाता है।

IUPAC नामकरण पद्धति मुक्यत: कार्बन की श्रृंखला में वर्तमान कार्बन के परमाणुओं की संख्या तथा उस यौगिक में उपस्थित प्रकार्यात्मक समूहों के लिये लगाये जाने वाले 'prefix' तथा 'suffix' पर आधारित है।

IUPAC नामकरण पद्धति के नियम (Rules for Nomenclature of Organic Compounds)

Rule no. (i):कार्बन के यौगिक में सर्वप्रथम कार्बन के परमाणुओं की संख्या पता करें। कार्बन के परमाणुओं की संख्या के आधार पर यौगिक का मूल नामकरण करें।

उदाहरण:

यदि कार्बन के परमाणुओं की संख्या = 1

∴ अत: यौगिक का मूल नाम 'मिथेन (Methane)' होगा।

यदि कार्बन के परमाणुओं की संख्या = 2

∴ अत: यौगिक का मूल नाम 'एथेन (Ethane)' होगा

यदि कार्बन के परमाणुओं की संख्या = 6

∴ अत: यौगिक का मूल नाम 'हेक्सेन (Hexane)' होगा और उसी प्रकार अन्य यौगिकों का मूल नाम निर्धारित किया जायेगा।

Rule no. (ii)यौगिक में यदि कोई प्रकार्यात्मक समूह वर्तमान है तो उसे चिन्हित करें।

यौगिक वर्तमान प्रकार्यात्मक समूह के लिये नीचे दिये गये 'पूर्वलग्न (prefix)' या 'अनुलग्न (suffix)' मूल नाम में जोड़ें।

प्रकार्यात्मक समूह के लिये निर्धारित पूर्वलग्न (Prefix specified for the functional group):

हैलो समूह (Halo group):

–Cl क्लोराईड (Chloride) के लिये यौगिक के नाम के आगे 'पूर्वलग्न (prefix)' chloro जोड़ें।

For –Br ब्रोमाईड (Bromide) के लिये यौगिक के नाम के आगे 'पूर्वलग्न (prefix)' bromo जोड़ें।

For –I आयोडाइड (Iodide) के लिये यौगिक के नाम के आगे 'पूर्वलग्न (prefix)' Iodo जोड़ें। with the name of parent compound.

For –F फ्लोराइड (Fluoride) के लिये यौगिक के नाम के आगे 'पूर्वलग्न (prefix)' जोड़ें।

यौगिक में 'पूर्वलग्न (prefix)' केवल हैलो समूह (Halo group) के लिये जोड़ा जाता है। बाकी अन्य समूहों के लिये अनुलग्न (suffix) जोड़ा जाता है।

उदाहरण:

CH₃Cl का नामकरण

कार्बन के परमाणुओं की संख्या = 1

अत: दिये गये यौगिक का मूल नाम 'मिथेन (Methane)'

चूँकि इस यौगिक में –Cl (Chloride) प्रकार्यात्मक समूह के रूप में जुड़ा हुआ है, अत: इस यौगिक के मूल नाम में उपसर्ग के रूप में क्लोरो (Chloro) जुड़ेगा।

अत: दिये गये यौगिक का IUPAC नाम 'क्लोरो मेथेन (Chloromethane)' होगा।

क्लोरो मेथेन (Chloromethane) का संरचना सूत्र

[यहाँ प्रकार्यात्मक समूह (functional group) को लाल रंग में दिखलाया गया है।]

क्लोरो मेथेन (Chloromethane) का सामान्य नाम मेथाइल क्लोराइड (Methyl chloride) है।

C₂H₅Cl का नामकरण

कार्बन के परमाणुओं की संख्या = 2

अत: दिये गये यौगिक का मूल नाम 'एथेन (Ethane)' होगा।

चूँकि इस यौगिक में –Cl (Chloride) प्रकार्यात्मक समूह के रूप में जुड़ा हुआ है, अत: इस यौगिक के मूल नाम में उपसर्ग के रूप में क्लोरो (Chloro) जुड़ेगा।

अत: दिये गये यौगिक का IUPAC नाम 'क्लोरोएथेन (Chloroethane)' or 'Chloro–ethane' होगा।

क्लोरो एथेन (Chloroethane) का संरचना सूत्र

क्लोरो एथेन (Chloroethane) का सामान्य नाम एथाइल क्लोराइड (Ethyl chloride) है।

C₂H₅Br का नामकरण

कार्बन के परमाणुओं की संख्या = 2

अत: दिये गये यौगिक का मूल नाम 'एथेन (Ethane)' होगा।

चूँकि इस यौगिक में –Br (Bromide) प्रकार्यात्मक समूह के रूप में जुड़ा हुआ है, अत: इस यौगिक के मूल नाम में उपसर्ग के रूप में ब्रोमो (Bromo) जुड़ेगा।

अत: दिये गये यौगिक का IUPAC नाम 'ब्रोमोएथेन (Bromoethane)' or 'Bromo–ethane' होगा।

ब्रोमोएथेन (Bromoethane) का संरचना सूत्र

ब्रोमोएथेन (Bromoethane) का सामान्य नाम: एथाइल ब्रोमाइड (Ethyl bromide) है।

C₄H₉F का नामकरण

कार्बन के परमाणुओं की संख्यां: 4

चार कार्बन वाले यौगिक का मूल नाम 'ब्युटेन (Butane)'

चूँकि इस यौगिक में –F (Fluoride) प्रकार्यात्मक समूह के रूप में जुड़ा हुआ है, अत: इस यौगिक के मूल नाम में उपसर्ग के रूप में फ्लोरो (Fluoro) जुड़ेगा।

अत: दिये गये यौगिक का IUPAC नाम 'फ्लोरोब्युटेन (Fluorobutane)' or 'Fluoro– butane' होगा।

फ्लोरोब्युटेन (Fluorobutane)का संरचना सूत्र

फ्लोरोब्युटेन (Fluorobutane) का सामान्य नाम: ब्युटाइल फ्लोराइड (Butyl fluoride) है।

C₆H₁₃I का नामकरण

कार्बन के परमाणुओं की संख्यां: 6

चार कार्बन वाले यौगिक का मूल नाम 'हेक्सेन (Hexane)'

चूँकि इस यौगिक में –I (Iodide) प्रकार्यात्मक समूह के रूप में जुड़ा हुआ है, अत: इस यौगिक के मूल नाम में उपसर्ग के रूप में आयोडो (Iodo) जुड़ेगा।

अत: दिये गये यौगिक का IUPAC नाम 'आयोडोहेक्सेन (Iodohexane)' or 'Iodo– hexane' होगा।

आयोडोहेक्सेन (Iodohexane) का संरचना सूत्र

आयोडोहेक्सेन (Iodohexane) का साधारण या सामान्य नाम हेक्साइड आयोडाइड (Hexyl Idodide) है।