পাঠ ১০ / ২০অনুচ্ছেদ ২.১০.২–২.১০.৩, ২.১১.৩
অ্যালকাইল হ্যালাইড: SN1, SN2, E1 ও E2 বিক্রিয়াAlkyl halides: SN1, SN2, E1 & E2 reactions
দুটি টেস্টটিউবে একই তরল — 2-ব্রোমোবিউটেন (2-bromobutane), একটি অ্যালকাইল হ্যালাইড (alkyl halide)। দুটিতেই একই বিকারক (reagent), পটাশিয়াম হাইড্রক্সাইড (KOH) দেওয়া হবে — পার্থক্য শুধু এক জায়গায়: একটিতে KOH পানিতে গোলানো, অন্যটিতে ইথানলে (ethanol)। নিজে দিয়ে গরম করে দেখো:
দুটি টেস্টটিউবেই একই অ্যালকাইল হ্যালাইড (alkyl halide): 2-ব্রোমোবিউটেন (2-bromobutane)। একটিতে পানিতে গোলানো KOH, অন্যটিতে ইথানলে গোলানো KOH দাও।
শুধু ভার্চুয়াল (virtual only): অ্যালকাইল হ্যালাইড, গাঢ় KOH আর ব্রোমিন — তিনটিই ক্ষতিকর; বাড়িতে চেষ্টা করবে না।
- টিউব ১-এ KOH (পানিতে) দাও
- টিউব ২-এ KOH (ইথানলে) দাও
- দুটিকে গরম করো, আর ব্রোমিন পানির রং দেখো
একই KOH, একই অ্যালকাইল হ্যালাইড — অথচ একটিতে হলো অ্যালকোহল (alcohol), অন্যটিতে অ্যালকিন (alkene) গ্যাস। দ্রাবক (solvent) বদলালে বিক্রিয়ার ধরনটাই বদলে যায় কেন? এই পাঠ শেষে তুমি অণুর ভেতরে কী ঘটে তা দিয়েই এর উত্তর দিতে পারবে।
ধাপে ধাপে এগোব:
- অ্যালকাইল হ্যালাইড — 1°, 2°, 3° আর মেরুকিত C–X বন্ধন (polar C–X bond)
- অ্যালকাইল হ্যালাইড তৈরি (preparation)
- নিউক্লিওফাইল (nucleophile) আর SN2 — এক ধাপে, পেছন দিক থেকে
- SN1 — দুই ধাপে, কার্বোক্যাটায়নের (carbocation) মধ্য দিয়ে
- অপসারণ (elimination): E2, E1 আর সাইজেফ নিয়ম (Saytzeff rule)
- প্রতিস্থাপন না অপসারণ? জলীয় বনাম অ্যালকোহলীয় KOH
- শনাক্তকরণ — AgNO₃ পরীক্ষা, আর অ্যারাইল হ্যালাইড (aryl halide) কেন আলাদা
- গ্রিগনার্ড বিকারক (Grignard reagent)
- এবার নিজে করে দেখো — সিমুলেশন (simulation)
ধাপ ১: অ্যালকাইল হ্যালাইড — 1°, 2°, 3° আর C–X বন্ধন
অ্যালকেনের (alkane) একটি H-এর জায়গায় একটি হ্যালোজেন (halogen, X = F, Cl, Br, I) বসালে পাওয়া যায় অ্যালকাইল হ্যালাইড (alkyl halide, R–X), যেমন CH₃CH₂Br (ব্রোমোইথেন, bromoethane)। হ্যালোজেন সরাসরি বেনজিন রিং-এ যুক্ত থাকলে সেটি অ্যারাইল হ্যালাইড (aryl halide), যেমন C₆H₅Cl (ক্লোরোবেনজিন, chlorobenzene)।
হ্যালোজেন যে কার্বনে যুক্ত, তার সঙ্গে আর কয়টি কার্বন আছে — সেটি গুনে শ্রেণি ঠিক হয়:
- প্রাইমারি (primary, 1°) — একটি কার্বন যুক্ত, যেমন CH₃CH₂Br
- সেকেন্ডারি (secondary, 2°) — দুটি, যেমন (CH₃)₂CHBr
- টার্শিয়ারি (tertiary, 3°) — তিনটি, যেমন (CH₃)₃CBr
হ্যালোজেন কার্বনের চেয়ে বেশি তড়িৎঋণাত্মক (electronegative), তাই C–X বন্ধন মেরুকিত (polar): কার্বন আংশিক ধনাত্মক (δ+), X আংশিক ঋণাত্মক (δ−) (পোলারিটির ধারণা: রসায়ন প্রথম পত্র, পোলারিটি)। এই δ+ কার্বনটিই এই পাঠের সব বিক্রিয়ার কেন্দ্র। বিক্রিয়ায় X বেরিয়ে যায় হ্যালাইড আয়ন X⁻ হয়ে — একে বলে বিদায়ী গ্রুপ (leaving group)। বন্ধন যত দুর্বল আর X⁻ যত স্থিতিশীল (দুর্বল ক্ষারক, weak base), X তত সহজে বিদায় নেয়: I > Br > Cl ≫ F।
(CH₃)₂CH–CH₂–Br কোন শ্রেণির অ্যালকাইল হ্যালাইড?
ধাপ ২: অ্যালকাইল হ্যালাইড তৈরি
(ক) অ্যালকোহল থেকে (–OH-কে X দিয়ে প্রতিস্থাপন):
থায়োনিল ক্লোরাইড (thionyl chloride) সবচেয়ে পরিষ্কার পদ্ধতি — ডারজেন্স পদ্ধতি (Darzens method), কারণ উপজাত দুটিই গ্যাস, চলে যায়:
অনার্দ্র ZnCl₂ আর গাঢ় HCl-এর মিশ্রণ হলো লুকাস বিকারক (Lucas reagent), পরের পাঠে অ্যালকোহল শনাক্ত করতে কাজে লাগবে (বইয়ের “গ্রোভস পদ্ধতি”, Groves process)।
(খ) অ্যালকিন থেকে, HX যোগ করে (মারকনিকভ নিয়ম, Markovnikov rule — পাঠ ৭): । পারক্সাইড থাকলে HBr উল্টো দিকে যুক্ত হয় (খারাশ প্রভাব, Kharasch effect)।
(গ) অ্যালকেন থেকে, আলোতে মুক্ত মূলক হ্যালোজিনেশন (free-radical halogenation)। ক্লোরিন থামতে জানে না — একটির পর একটি H বদলে যায়:
কোন H বদলাবে? দুটো জিনিস মিলিয়ে: কোন ধরনের H কয়টি আছে, আর প্রতিটি H কতটা সক্রিয় (3° H > 2° H > 1° H, কারণ 3° মুক্ত মূলক বেশি স্থিতিশীল)। ক্লোরিন প্রায় বাছবিচার করে না, ব্রোমিন ভীষণ বাছাই করে (selective)। নিজে হিসাব করে দেখো:
CH₃CH₂CH₂CH₃ (butane): 6টি 1° H, 4টি 2° H। প্রতিটি H-এর আপেক্ষিক সক্রিয়তা (reactivity per H) Cl₂-এর জন্য 1° : 2° : 3° = 1 : 3.8 : 5।
উৎপাদের % = (H-এর সংখ্যা × প্রতি H-এর সক্রিয়তা) ÷ সবগুলোর যোগফল। সক্রিয়তার মান মাপা (measured, Morrison–Boyd); শুধু এক-হ্যালোজেন উৎপাদ (monohalogenation) ধরা হয়েছে।
(ঘ) অন্যান্য: সোয়ার্টস বিক্রিয়ায় (Swarts reaction) ধাতব ফ্লুরাইড দিয়ে অন্য হ্যালোজেন বদলে F বসানো হয়: । অ্যারাইল হ্যালাইড পাওয়া যায় বেনজিনে ইলেকট্রোফিলিক প্রতিস্থাপনে (electrophilic substitution, পাঠ ৮) — — অথবা ডায়াজোনিয়াম লবণ থেকে স্যান্ডমেয়ার বিক্রিয়ায় (Sandmeyer reaction): ।
আলোতে 2-মিথাইলপ্রোপেন (CH₃)₃CH-এর সঙ্গে Br₂-এর বিক্রিয়ায় প্রধান উৎপাদ কোনটি?
ধাপ ৩: নিউক্লিওফাইল আর SN2 — এক ধাপে, পেছন দিক থেকে
নিউক্লিওফাইল (nucleophile, Nu⁻) মানে “নিউক্লিয়াস-প্রেমী” — যার কাছে একজোড়া মুক্ত ইলেকট্রন (lone pair) আছে, আর যে ধনাত্মক কেন্দ্র খোঁজে: OH⁻, CH₃CH₂O⁻ (EtO⁻), CN⁻, I⁻, H₂O, NH₃। নিউক্লিওফাইল δ+ কার্বনে আক্রমণ করে X⁻-কে সরিয়ে দিলে সেটি নিউক্লিওফিলিক প্রতিস্থাপন (nucleophilic substitution, SN):
এটি দুইভাবে ঘটতে পারে। প্রথমটি SN2 — S = প্রতিস্থাপন (substitution), N = নিউক্লিওফিলিক, 2 = হার নির্ধারক ধাপে (rate-determining step) দুটি কণা অংশ নেয় (bimolecular)। যেমন ।
নিচে OH⁻ আয়নটিকে নিজে টেনে নিয়ে কার্বনে আক্রমণ করাও। সামনে থেকে, পাশ থেকে, পেছন থেকে — সবভাবে চেষ্টা করো:
OH⁻ আয়নটিকে টেনে কার্বনের (δ+) দিকে নাও। কোন দিক থেকে আক্রমণ করলে Br⁻ বেরিয়ে যায়? সামনে, পাশে, আর পেছনে — তিনভাবেই চেষ্টা করো।
- সামনে বা পাশ থেকে আক্রমণ করে দেখো
- 2-ব্রোমোবিউটেনে পেছন থেকে আক্রমণ করো — বিন্যাস (configuration) কী হলো?
- t-BuBr বেছে পেছন থেকে চেষ্টা করো
যা দেখলে, তা-ই SN2-এর বৈশিষ্ট্য:
- এক ধাপ (one step, concerted): নতুন C–O বন্ধন গড়া আর C–Br বন্ধন ভাঙা একসঙ্গে ঘটে। মাঝের মুহূর্তটি অবস্থান্তর অবস্থা (transition state) — পাঁচটি গ্রুপ কার্বনের চারপাশে, দুটি আধা-বন্ধনে। এটি কোনো মধ্যবর্তী যৌগ (intermediate) নয়; একে আলাদা করা যায় না।
- পেছন দিক থেকে আক্রমণ (backside attack), C–X বন্ধনের ঠিক 180° বিপরীতে।
- বিন্যাস উল্টে যায় — ঝড়ে ছাতা উল্টে যাওয়ার মতো। একে বলে ওয়ালডেন বিপরীতকরণ (Walden inversion)। কাইরাল (chiral) কার্বনে এটি চোখে পড়ে: (R)-2-ব্রোমোবিউটেন থেকে (S)-বিউটান-2-ওল (পাঠ ৫-এর R/S)।
- হার (rate) দুটির ঘনমাত্রার ওপরই নির্ভর করে — দ্বিতীয় ক্রম (second order):
- গঠনের প্রভাব: কার্বনের চারপাশে যত বড় গ্রুপ, পেছনের পথ তত বন্ধ (স্থানিক বাধা, steric hindrance)। আপেক্ষিক SN2 হার (আনুমানিক): CH₃X 30, 1° (CH₃CH₂X) 1, 2° ((CH₃)₂CHX) 0.025, 3° ≈ 0। এমনকি 1° নিওপেন্টাইল ব্রোমাইড (CH₃)₃CCH₂Br-ও প্রায় নিষ্ক্রিয় (≈ 10⁻⁵) — পাশের বিশাল C(CH₃)₃ পথ আটকায়।
- দ্রাবক: অ্যাসিটোন (acetone), DMSO-র মতো পোলার অ্যাপ্রোটিক (polar aprotic) দ্রাবক নিউক্লিওফাইলকে খোলা রাখে, তাই SN2 দ্রুত। পানি বা অ্যালকোহলের মতো প্রোটিক দ্রাবক H-বন্ধন দিয়ে নিউক্লিওফাইলকে ঘিরে ধরে ধীর করে দেয়।
SN2 বিক্রিয়ায় [RX] অপরিবর্তিত রেখে [OH⁻] দ্বিগুণ করলে হার কত গুণ হবে?
ধাপ ৪: SN1 — দুই ধাপে, কার্বোক্যাটায়নের মধ্য দিয়ে
3° অ্যালকাইল হ্যালাইডের পেছনের পথ বন্ধ, তবু (CH₃)₃CBr পানিতে সহজেই (CH₃)₃COH হয়ে যায়। কীভাবে? এখানে নিউক্লিওফাইল আক্রমণ করে না — অ্যালকাইল হ্যালাইড নিজেই আগে ভাঙে:
প্রথম ধাপে তৈরি হয় কার্বোক্যাটায়ন (carbocation) — ধনাত্মক কার্বন, যার মাত্র ছয়টি ইলেকট্রন (বোর্ডের বইয়ে “কার্বোনিয়াম আয়ন”, carbonium ion)। এটি sp², সমতলীয় (planar), আর খালি p অরবিটাল ওপরে-নিচে দুই দিকেই খোলা। কার্বোক্যাটায়নের স্থিতিশীলতা (stability): 3° > 2° > 1° > CH₃⁺, কারণ পাশের C–H বন্ধনগুলো ইলেকট্রন ঠেলে দিয়ে ধনাত্মক আধান ছড়িয়ে দেয় (হাইপারকনজুগেশন, hyperconjugation; tert-বিউটাইলে এমন C–H নয়টি)।
একটি কাইরাল 3° হ্যালাইড নিয়ে দুই ধাপ নিজে চালাও:
(S)-3-ব্রোমো-3-মিথাইলহেক্সেন (3-bromo-3-methylhexane), পানিতে। 3° কার্বনের পেছনে তিনটি বড় গ্রুপ — SN2 অসম্ভব। প্রথম ধাপ: C–Br বন্ধন নিজে থেকেই ভাঙবে।
এই মডেলে দুই দিক সমান সম্ভাব্য (50/50)। অনেকগুলো অণু নিলে কী পাওয়া যায়?
SN1-এর বৈশিষ্ট্য:
- দুই ধাপ; ধীর ধাপটি (আয়নীকরণ, ionisation) হার নির্ধারণ করে। সেখানে শুধু RX আছে, তাই প্রথম ক্রম (first order), এক-আণবিক (unimolecular, “1”):
- রেসিমিকরণ (racemisation): সমতলীয় ক্যাটায়নের দুই দিক থেকেই আক্রমণ সম্ভব, তাই কাইরাল কার্বনে দুই বিন্যাসের মিশ্রণ পাওয়া যায় — উৎপাদের জ্যামিতি “অপরিবর্তিত” থাকে না। বাস্তবে বিদায়ী X⁻ কিছুক্ষণ সামনের দিক আড়াল করে, তাই উল্টানো বিন্যাস সামান্য বেশি হয়।
- গঠন: 3° > 2° ≫ 1°। আপেক্ষিক SN1 হার (ফরমিক এসিডে, আনুমানিক): CH₃ 1, ইথাইল 1.7, আইসোপ্রোপাইল 45, tert-বিউটাইল 10⁸!
- দ্রাবক: পানি, অ্যালকোহলের মতো পোলার প্রোটিক (polar protic) দ্রাবক — এরা ক্যাটায়ন আর X⁻ দুটিকেই ঘিরে (solvate করে) স্থিতিশীল করে। দুর্বল নিউক্লিওফাইলেই কাজ চলে (প্রায়ই দ্রাবক নিজেই নিউক্লিওফাইল — দ্রাবক বিশ্লেষণ, solvolysis)।
| বৈশিষ্ট্য | SN2 | SN1 |
|---|---|---|
| ধাপ | এক (concerted) | দুই |
| হার সূত্র | , দ্বিতীয় ক্রম | , প্রথম ক্রম |
| মাঝে কী | শুধু অবস্থান্তর অবস্থা | কার্বোক্যাটায়ন (মধ্যবর্তী যৌগ) |
| স্টেরিও-রসায়ন | বিন্যাস উল্টে যায় (inversion) | রেসিমিকরণ (racemisation) |
| গঠন | CH₃ > 1° > 2° ≫ 3° | 3° > 2° ≫ 1° |
| নিউক্লিওফাইল | শক্তিশালী (OH⁻, CN⁻, I⁻) | দুর্বল হলেও চলে (H₂O, ROH) |
| দ্রাবক | পোলার অ্যাপ্রোটিক সবচেয়ে ভালো | পোলার প্রোটিক |
| পুনর্বিন্যাস (rearrangement) | হয় না | হতে পারে |
(S)-3-ব্রোমো-3-মিথাইলহেক্সেন পানিতে SN1 বিক্রিয়া করলে উৎপাদ অ্যালকোহলের আলোক সক্রিয়তা (optical activity) কেমন হবে?
ধাপ ৫: অপসারণ — E2, E1 আর সাইজেফ নিয়ম
নিউক্লিওফাইল প্রায়ই একটি ক্ষারকও (base)। কার্বনে আক্রমণ না করে সে পাশের কার্বনের একটি H⁺ টেনে নিতে পারে। তখন HX বেরিয়ে যায়, দুই কার্বনের মধ্যে দ্বিবন্ধন (C=C) তৈরি হয় — এটি অপসারণ বিক্রিয়া (elimination)। X-যুক্ত কার্বন α, তার পাশের কার্বন β; β-কার্বনের H সরে, তাই এর নাম β-অপসারণ (β-elimination), বা হ্যালাইডের ক্ষেত্রে ডিহাইড্রোহ্যালোজিনেশন (dehydrohalogenation):
এটিও দুইভাবে ঘটে:
- E2 (দ্বি-আণবিক): এক ধাপে — ক্ষারক β-H টানছে, C=C গড়ছে আর X⁻ বেরোচ্ছে, সব একসঙ্গে। H আর X একে অপরের ঠিক বিপরীতে (anti-periplanar) থাকে। হার = k[RX][ক্ষারক]। শক্তিশালী ক্ষারক (EtO⁻, অ্যালকোহলীয় KOH) লাগে। মাঝে কোনো কার্বানায়ন (carbanion) তৈরি হয় না।
- E1 (এক-আণবিক): SN1-এর মতো প্রথমে কার্বোক্যাটায়ন, তারপর পাশের কার্বন থেকে H⁺ চলে যায়। হার = k[RX]। 3° RX, দুর্বল ক্ষারক, পোলার প্রোটিক দ্রাবক আর তাপে — তাই প্রায়ই SN1-এর সঙ্গে একসঙ্গে ঘটে।
অ্যালকোহল থেকে গাঢ় H₂SO₄ দিয়ে পানি অপসারণও (acid-catalysed dehydration) এক ধরনের E1: –OH প্রোটন নিয়ে –OH₂⁺ হয়, পানি বেরিয়ে যায়, তারপর ক্যাটায়ন H⁺ হারায়।
কোন অ্যালকিন? 2-ব্রোমোবিউটেনে β-কার্বন দুটি (C1 আর C3), তাই একাধিক অ্যালকিন সম্ভব। নিজে β-H বেছে দেখো কোনটি থেকে কী হয়, আর কোন অ্যালকিনটি বেশি স্থিতিশীল:
C2-তে Br, তাই C2 হলো α-কার্বন। তার দুই পাশের C1 ও C3 হলো β-কার্বন। কোন β-H সরালে কোন অ্যালকিন হয়? তিনটি অ্যালকিনই খুঁজে বের করো।
বারগুলো 100 kJ mol⁻¹ থেকে শুরু, যাতে পার্থক্য চোখে পড়ে। মান: গ্যাস অবস্থা, Kistiakowsky / NIST।
সাইজেফ নিয়ম (Saytzeff বা Zaitsev rule): একাধিক অ্যালকিন সম্ভব হলে দ্বিবন্ধনের কার্বনে বেশি অ্যালকাইল গ্রুপযুক্ত (more substituted), বেশি স্থিতিশীল অ্যালকিনটিই প্রধান উৎপাদ। 2-ব্রোমোবিউটেন + EtO⁻/ইথানল → বিউট-2-ইন ≈ 81% (ট্রান্স > সিস) + বিউট-1-ইন ≈ 19%। বোর্ডের বইয়ে নামগুলো পুরনো ধাঁচে — বিউটিন-2 (but-2-ene), বিউটিন-1 (but-1-ene); উত্তর একই: প্রধান উৎপাদ বিউট-2-ইন, প্রায় 80%।
2-ব্রোমোবিউটেনের E2 অপসারণে পাওয়া কোন উৎপাদটি জ্যামিতিক (cis-trans) সমাণুতা দেখায়?
ধাপ ৬: প্রতিস্থাপন না অপসারণ? জলীয় বনাম অ্যালকোহলীয় KOH
এবার শুরুর প্রশ্নের উত্তর। একই OH⁻ নিউক্লিওফাইলও, ক্ষারকও — কোনটি হবে, তা ঠিক করে চারটি জিনিস:
- অ্যালকাইল হ্যালাইডের গঠন: 1° → SN2 প্রধান; 3° → SN2 অসম্ভব, শক্তিশালী ক্ষারকে E2, না হলে SN1/E1; 2° → সবচেয়ে প্রতিযোগিতা।
- বিকারক: শক্তিশালী, বড় ক্ষারক (t-BuO⁻) → অপসারণ; ভালো নিউক্লিওফাইল কিন্তু দুর্বল ক্ষারক (I⁻, CN⁻) → প্রতিস্থাপন।
- দ্রাবক: পানিতে OH⁻ চারপাশ থেকে পানির অণুতে ঘেরা (heavily solvated) — দুর্বল ক্ষারক, তাই প্রতিস্থাপন। ইথানলে OH⁻ (আর তার সাম্যে তৈরি EtO⁻) কম ঘেরা, অনেক শক্তিশালী ক্ষারক — তাই অপসারণ। জলীয় KOH → অ্যালকোহল, অ্যালকোহলীয় KOH → অ্যালকিন।
- তাপমাত্রা: তাপ অপসারণের পক্ষে (অপসারণে অণুর সংখ্যা বাড়ে, এনট্রপি বাড়ে)।
মাপা উপাত্ত (NaOEt, ইথানলে, 55 °C; Morrison–Boyd):
| অ্যালকাইল হ্যালাইড | শ্রেণি | ইথার (SN2) | অ্যালকিন (E2) |
|---|---|---|---|
| CH₃CH₂Br | 1° | 99% | 1% |
| CH₃CH₂CH₂Br | 1° | 91% | 9% |
| (CH₃)₂CHBr | 2° | 21% | 79% |
| (CH₃)₃CBr | 3° | 0% | ≈ 100% |
আর কোনো ক্ষারক ছাড়া শুধু ইথানলে (25 °C) (CH₃)₃CBr দেয় SN1 ≈ 81%, E1 ≈ 19%।
ব্রোমোইথেনকে NaOEt/ইথানলের সঙ্গে গরম করলে প্রধান উৎপাদ কোনটি?
ধাপ ৭: শনাক্তকরণ — AgNO₃ পরীক্ষা
অ্যালকাইল হ্যালাইড সমযোজী (covalent), তাই সরাসরি AgNO₃ দিলে অধঃক্ষেপ (precipitate) পড়ে না — আগে X⁻ মুক্ত করতে হয়। পদ্ধতি:
- নমুনাকে NaOH(aq) দিয়ে ফোটাও — SN বিক্রিয়ায় X⁻ মুক্ত হয়:
- লঘু HNO₃ দিয়ে অম্লীয় করো — বাড়তি OH⁻ সরাতে, নইলে বাদামি Ag₂O পড়ে।
- AgNO₃ দাও: — AgCl সাদা, AgBr হালকা হলুদাভ (ক্রিম), AgI হলুদ।
- লঘু NH₃-এ AgCl দ্রবীভূত হয়, AgBr কেবল গাঢ় NH₃-এ, AgI একেবারেই না।
নমুনা বেছে নাও, তারপর ধাপগুলো ক্রমানুসারে করো। চাইলে কোনো ধাপ বাদ দিয়ে দেখো কী হয়।
সঠিক নিয়মে পাওয়া অধঃক্ষেপ: এখনো নেই · Ksp (25 °C): AgCl 1.8 × 10⁻¹⁰, AgBr 5.0 × 10⁻¹³, AgI 8.3 × 10⁻¹⁷
অ্যারাইল হ্যালাইড কেন সাড়া দেয় না? ক্লোরোবেনজিনে Cl-এর একটি মুক্ত ইলেকট্রন জোড় রিং-এর π মেঘের সঙ্গে অনুরণনে (resonance) যুক্ত হয়, তাই C–Cl বন্ধনে আংশিক দ্বিবন্ধন বৈশিষ্ট্য (partial double-bond character) — ছোট ও শক্ত বন্ধন। তার ওপর রিং পেছন দিক আটকে রাখে (SN2 অসম্ভব), আর ফিনাইল ক্যাটায়ন খুব অস্থিতিশীল (SN1 অসম্ভব)। কেবল চরম অবস্থায় (প্রায় 350 °C, 150–300 atm) ডাউ প্রক্রিয়ায় (Dow process) বিক্রিয়া হয়:
একটি অজানা জৈব তরলকে NaOH দিয়ে ফুটিয়ে, লঘু HNO₃ দিয়ে অম্লীয় করে AgNO₃ দিলে হলুদ অধঃক্ষেপ পড়ল, যা গাঢ় NH₃-এও দ্রবীভূত হয় না। তরলটিতে কোন হ্যালোজেন আছে?
ধাপ ৮: গ্রিগনার্ড বিকারক
অ্যালকাইল হ্যালাইডকে শুষ্ক ইথারে (dry ether) ম্যাগনেসিয়াম চূর্ণের সঙ্গে রাখলে তৈরি হয় অ্যালকাইল ম্যাগনেসিয়াম হ্যালাইড, RMgX — গ্রিগনার্ড বিকারক (Grignard reagent):
- C–Mg বন্ধনে কার্বন ঋণাত্মক (δ−) — উল্টো মেরু! তাই R অংশটি প্রায় কার্বানায়নের মতো শক্তিশালী নিউক্লিওফাইল ও ক্ষারক।
- শুষ্ক কেন? পানি (বা যেকোনো –OH, –NH যৌগ) পেলেই R⁻ প্রোটন টেনে অ্যালকেন হয়ে যায়: ।
- ইথার কেন? ইথারের O-এর নিঃসঙ্গ জোড় Mg-কে ঘিরে বিকারকটিকে দ্রবণীয় ও স্থিতিশীল রাখে, আর ইথারে কোনো সক্রিয় H নেই (aprotic)।
- পরের পাঠগুলোতে (পাঠ ১১, ১৩, ১৪) গ্রিগনার্ড বিকারক দিয়ে অ্যালকোহল, কার্বক্সিলিক এসিড তৈরি দেখবে।
CH₃MgBr-এ এক ফোঁটা পানি পড়লে কোন গ্যাস বের হবে?
ধাপ ৯: এবার নিজে করে দেখো
এবার পুরো মঞ্চটা তোমার হাতে। নিচের সিমুলেশনে:
- একটি অ্যালকাইল হ্যালাইড, একটি বিকারক, দ্রাবক আর তাপমাত্রা বেছে নাও। চাইলে [RX] আর [Nu⁻] দ্বিগুণ করো।
- ▶ বিক্রিয়া চালাও চাপলে প্রধান পথ (SN1/SN2/E1/E2), উৎপাদ, হার সূত্র দেখাবে, প্রধান পথের কৌশল (mechanism) ধাপে ধাপে চলবে, আর ফলাফল খাতায় (notebook) উঠবে।
- যেখানে বাস্তবে মাপা শতাংশ আছে, সেখানে মাপা (measured) লেখা থাকবে; বাকিগুলোতে শুধু গুণগত প্রবণতা (trend) — বানানো সংখ্যা নয়।
- চ্যালেঞ্জগুলো একে একে শেষ করো।
SN1, SN2, E1, E2 — বিক্রিয়ার মঞ্চ
Substitution vs elimination arenaউৎপাদ (products)
- CH₃CH(OH)CH₂CH₃ (S)-butan-2-olSN2প্রধান (major)(S) — বিন্যাস উল্টে যায় (inversion)
- CH₃CH=CHCH₃ but-2-ene (trans > cis)E2গৌণ (minor)অ্যালকিনের 81% (Saytzeff, measured)
- CH₂=CHCH₂CH₃ but-1-eneE2গৌণ (minor)অ্যালকিনের 19% (Saytzeff, measured)
- পানিতে OH⁻ চারদিক থেকে পানির অণুতে ঘেরা (heavily solvated) — দুর্বল ক্ষারক, কিন্তু নিউক্লিওফাইল হিসেবে কাজ করে: প্রতিস্থাপন প্রধান।
শর্ত বেছে ▶ চাপ দাও — প্রধান পথের কৌশল (mechanism) ধাপে ধাপে দেখা যাবে।
কাঠামোর প্রভাব: আপেক্ষিক হার আনুমানিক (approximate)
লগ স্কেল (log scale): প্রতিটি দাগ 10 গুণ। 2-ব্রোমোবিউটেন 2° — i-PrBr-এর সারিতে দেখানো হয়েছে।
চ্যালেঞ্জ (challenges)
0/6- 2-ব্রোমোবিউটেন থেকে প্রথমে বিউটান-2-ওল, তারপর বিউট-2-ইন বানাও — শুধু দ্রাবক (solvent) বদলে, বিকারক KOH-ই রেখে (0/2)
- এমন একটি অ্যালকাইল হ্যালাইড খুঁজে বের করো যা শক্তিশালী নিউক্লিওফাইল (strong nucleophile) দিয়েও SN2 করে না
- (R)-2-ব্রোমোবিউটেন দিয়ে বিন্যাস উল্টানো (inversion of configuration) দেখাও
- প্রমাণ করো SN1 হার [Nu⁻]-এর ওপর নির্ভর করে না: একই SN1 বিক্রিয়া [Nu⁻] = 0.1 M আর 0.2 M-এ চালাও
- ক্লোরোবেনজিন অবশেষে কোন শর্তে বিক্রিয়া করে, খুঁজে বের করো
- 2-ব্রোমোবিউটেন থেকে সাইজেফ উৎপাদ (Saytzeff product) প্রধান করে এমন শর্ত বেছে নাও
পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)
এখনো কোনো বিক্রিয়া চালানো হয়নি। শর্ত বেছে ▶ চাপ দাও।
বই পড়ার সময় সাবধান — পাঠ্যবইয়ের এই অংশে কিছু ভুল আছে:
- SN1-এ “উৎপাদ অণুর জ্যামিতিক কাঠামো অপরিবর্তিত থাকে” — ভুল। SN1 সমতলীয় কার্বোক্যাটায়নের মধ্য দিয়ে যায়, তাই কাইরাল কার্বনে রেসিমিকরণ (racemisation) হয়, সাধারণত উল্টানো বিন্যাস সামান্য বেশি।
- SN1-এর আয়নীকরণের চালিকাশক্তি “OH⁻-এর পানি-যোজন তাপ” বলা হয়েছে — আসলে কার্বোক্যাটায়ন আর বিদায়ী X⁻-এর দ্রাবকবেষ্টন (solvation)।
- SN2-এর অবস্থাকে “মধ্যবর্তী অস্থায়ী জটিল” বলা হয়েছে — এটি অবস্থান্তর অবস্থা (transition state), মধ্যবর্তী যৌগ নয়; SN2 এক ধাপের বিক্রিয়া।
- অ্যালকোহলীয় KOH-এর অপসারণকে প্রথমে কার্বানায়ন, তারপর X⁻ বিদায় হিসেবে আঁকা হয়েছে — অ্যালকাইল হ্যালাইডের ক্ষেত্রে এটি একধাপী E2; কার্বানায়ন তৈরি হয় না। (বইয়ের পরের পৃষ্ঠায় E2-এর বর্ণনা ঠিক আছে।)
- “ব্রোমোইথেন + alc. KOH → ডাইইথাইল ইথার 90%, ইথিলিন 10%” — EtO⁻/ইথানলে 55 °C-এ আসলে প্রায় 99% ইথার, 1% ইথিন (Morrison–Boyd)। আইসোপ্রোপাইল (≈ 79–80% অ্যালকিন) আর tert-বিউটাইলের (≈ 100%) সংখ্যা ঠিক আছে।
- “অ্যালকোহলীয় দ্রবণ ব্যবহারের কারণ নিউক্লিওফাইলের ঘনত্ব কম থাকা দরকার” — আসল কারণ: ইথানলে OH⁻/EtO⁻ কম দ্রাবকবেষ্টিত, তাই শক্তিশালী ক্ষারক।
- “কম মেরুক দ্রাবক E1 ত্বরান্বিত করে” আর “SN2-এ অধিক মেরুক দ্রাবক কার্যকরী” — E1-ও SN1-এর মতো আয়নীকরণকারী পোলার প্রোটিক দ্রাবক চায়; SN2 সবচেয়ে দ্রুত পোলার অ্যাপ্রোটিক দ্রাবকে, প্রোটিক দ্রাবক তাকে ধীর করে।
- SN2-এর উদাহরণ হিসেবে “নিও-পেন্টাইল ব্রোমাইড + EtO⁻” — নিওপেন্টাইল ব্রোমাইড SN2-তে প্রায় নিষ্ক্রিয় (ইথাইলের ≈ 10⁻⁵ গুণ)। n-পেন্টাইল বোঝানো হয়ে থাকলে নামটি ভুল।
- সাইজেফ উদাহরণে কার্বনের লেবেল “δ β α β” — বাম প্রান্তের CH₃ হলো γ, δ নয়। একই পৃষ্ঠায় “সিস্-বিউটিন-1” লেখা আছে — বিউট-1-ইনের কোনো সিস/ট্রান্স রূপ নেই; গৌণ উৎপাদ হলো সিস-বিউট-2-ইন।
- মিথেনের ক্লোরিনেশন শৃঙ্খলে CH₂Cl₂ থেকে সরাসরি CCl₄ — মাঝে CHCl₃ (ক্লোরোফর্ম) বাদ পড়েছে।
- — NaOH-এর মধ্যে HCl থাকতে পারে না, সমীকরণটি অসমতাও। সঠিক: (প্রায় 350 °C, 150–300 atm)।
- অ্যালকাইল হ্যালাইডের পরীক্ষায় AgNO₃ দেওয়ার আগে লঘু HNO₃ দিয়ে অম্লীয় করার ধাপটি বাদ — না করলে বাদামি Ag₂O পড়ে।
- হ্যালোথেনকে (CF₃CHBrCl) “স্থানিক চেতনানাশক” বলা হয়েছে — এটি শ্বাসের মাধ্যমে নেওয়া সাধারণ চেতনানাশক (general anaesthetic)। অগ্নিনির্বাপক “CBr₂ClF” — আসল হ্যালন CBrClF₂ (Halon 1211) আর CBrF₃ (Halon 1301)। C₆H₅CCl₃-এর নাম বেনজোট্রাইক্লোরাইড (benzotrichloride), “বেনজো ক্লোরাইড” নয়।
- প্রশ্নব্যাংকে MCQ 172-এর (SN1) উত্তর খ দেওয়া — কিন্তু (i) “এক ধাপে” আর (iii) “অবস্থান্তর অবস্থা নেই” দুটিই ভুল, শুধু (ii) ঠিক; কোনো বিকল্পই মেলে না। MCQ 246, 247-এ পানি অপসারণের প্রধান উৎপাদ বিউট-1-ইন ধরা হয়েছে — সাইজেফ নিয়মে প্রধানত বিউট-2-ইন; 247-এর “CH₃CH₂CH=CH₃” সংকেতটি অসম্ভব।
পরীক্ষার প্রস্তুতি
১. SN1 ও SN2 বিক্রিয়ার মধ্যে চারটি পার্থক্য লেখো। tert-বিউটাইল ক্লোরাইড ও জলীয় KOH-এর বিক্রিয়ার কৌশল দেখাও।
| SN1 | SN2 | |
|---|---|---|
| ধাপ | দুই, কার্বোক্যাটায়ন মধ্যবর্তী | এক, শুধু অবস্থান্তর অবস্থা |
| হার | , প্রথম ক্রম | , দ্বিতীয় ক্রম |
| স্টেরিও-রসায়ন | রেসিমিকরণ | বিন্যাস উল্টে যায় |
| গঠন | 3° > 2° | CH₃ > 1° > 2° |
কৌশল (SN1):
(জলীয় দ্রবণে আসলে পানিই প্রধানত যুক্ত হয়, তারপর H⁺ হারায় — উৎপাদ একই, 2-মিথাইলপ্রোপান-2-ওল।) একই সঙ্গে সামান্য 2-মিথাইলপ্রোপিনও (E1) তৈরি হয়।
২. যৌগ X = CH₃CHBrCH₂CH₃। (গ) X জলীয় KOH-এর সঙ্গে কী দেয়? কৌশলসহ লেখো। (ঘ) X অ্যালকোহলীয় KOH-এর সঙ্গে যে দুটি অ্যালকিন দেয়, তাদের কোনটি প্রধান এবং কোনটি জ্যামিতিক সমাণুতা দেখায় — বিশ্লেষণ করো।
(গ) জলীয় KOH-এ OH⁻ পানিতে ঘেরা, তাই প্রধানত নিউক্লিওফাইল হিসেবে কাজ করে — প্রতিস্থাপন: , উৎপাদ বিউটান-2-ওল (বোর্ডের নাম বিউটানল-2)। 2° হ্যালাইড, শক্তিশালী নিউক্লিওফাইল → মূলত SN2: OH⁻ পেছন থেকে আক্রমণ করে, এক ধাপে Br⁻ বেরিয়ে যায়, বিন্যাস উল্টে যায় — (R)-X থেকে (S)-বিউটান-2-ওল।
(ঘ) অ্যালকোহলীয় KOH শক্তিশালী ক্ষারক → E2। β-H সরানো যায় C1 থেকে (বিউট-1-ইন) বা C3 থেকে (বিউট-2-ইন)। সাইজেফ নিয়মে বেশি অ্যালকাইলযুক্ত, বেশি স্থিতিশীল বিউট-2-ইন প্রধান (≈ 80%); হাইড্রোজিনেশন তাপ প্রমাণ দেয়: বিউট-1-ইন −126.8, সিস-বিউট-2-ইন −119.7, ট্রান্স-বিউট-2-ইন −115.5 kJ mol⁻¹ — কম তাপ মানে বেশি স্থিতিশীল। বিউট-2-ইনের প্রতিটি দ্বিবন্ধন-কার্বনে H ও CH₃ — তাই এটি সিস-ট্রান্স সমাণুতা দেখায় (ট্রান্স বেশি তৈরি হয়); বিউট-1-ইন দেখায় না।
৩. CH₃CH₂Br ও OH⁻-এর SN2 বিক্রিয়ায় [CH₃CH₂Br] = 0.10 M ও [OH⁻] = 0.10 M হলে প্রাথমিক হার 2.0 × 10⁻⁵ mol L⁻¹ s⁻¹। (ক) হার ধ্রুবক k কত? (খ) [CH₃CH₂Br] = 0.05 M ও [OH⁻] = 0.30 M হলে হার কত? (গ) বিক্রিয়াটি SN1 হলে (খ)-এর উত্তর কী হতো?
(ক)
(খ) — [RX] অর্ধেক (×½), [OH⁻] তিন গুণ (×3), মোট ×1.5।
(গ) SN1 হলে হার = k[RX], [OH⁻]-এর প্রভাব নেই। [RX] অর্ধেক হয়েছে, তাই হার অর্ধেক: mol L⁻¹ s⁻¹ (একই শুরুর হার ধরে)।
৪. n-বিউটেনকে আলোতে ব্রোমিনের সঙ্গে বিক্রিয়া করালে (127 °C) 1-ব্রোমো ও 2-ব্রোমোবিউটেন কত শতাংশ করে পাওয়া যাবে? প্রতি H-এর সক্রিয়তা 1° : 2° = 1 : 82। Cl₂ হলে (1 : 3.8, 25 °C)?
n-বিউটেনে 1° H = 6, 2° H = 4।
Br₂: 1° → 6 × 1 = 6; 2° → 4 × 82 = 328। 2-ব্রোমোবিউটেন = 328 ÷ 334 = 98.2%, 1-ব্রোমোবিউটেন = 1.8%।
Cl₂: 6 × 1 = 6; 4 × 3.8 = 15.2। 2-ক্লোরোবিউটেন = 15.2 ÷ 21.2 = 71.7%, 1-ক্লোরোবিউটেন = 28.3%। ব্রোমিন অনেক বেশি বাছাই করে।
৫. 1-ক্লোরোবিউটেন ও ক্লোরোবেনজিনকে রাসায়নিকভাবে কীভাবে আলাদা করবে? AgNO₃ দেওয়ার আগে লঘু HNO₃ দেওয়া হয় কেন?
দুটিকে আলাদা টেস্টটিউবে NaOH(aq) দিয়ে ফোটাও, লঘু HNO₃ দিয়ে অম্লীয় করো, তারপর AgNO₃ দাও। 1-ক্লোরোবিউটেন সাদা AgCl অধঃক্ষেপ দেয় (লঘু NH₃-এ দ্রবণীয়): , । ক্লোরোবেনজিন কোনো অধঃক্ষেপ দেয় না — রিং-এর C–Cl বন্ধনে আংশিক দ্বিবন্ধন বৈশিষ্ট্য থাকায় সাধারণ অবস্থায় ভাঙে না।
HNO₃ বাড়তি NaOH প্রশমিত করে। না করলে — বাদামি Ag₂O হ্যালাইডের আসল রং ঢেকে দেয়। HCl বা H₂SO₄ নয়, কারণ Cl⁻ নিজেই AgCl দেবে আর Ag₂SO₄ অল্প দ্রবণীয়।
৬. গ্রিগনার্ড বিকারক কী? এটি তৈরিতে শুষ্ক ইথার ব্যবহার করা হয় কেন? CH₃CH₂MgBr-এ পানি যোগ করলে কী ঘটে?
শুষ্ক ইথারে অ্যালকাইল হ্যালাইড ও Mg-এর বিক্রিয়ায় তৈরি RMgX যৌগই গ্রিগনার্ড বিকারক: । C–Mg বন্ধনে কার্বন δ−, তাই এটি কার্বানায়নের মতো শক্তিশালী নিউক্লিওফাইল ও ক্ষারক।
শুষ্ক: পানি বিকারকটিকে নষ্ট করে অ্যালকেন বানায়। ইথার: এর O-এর নিঃসঙ্গ জোড় Mg-এর সঙ্গে সমন্বয় করে বিকারককে দ্রবণীয় ও স্থিতিশীল রাখে, আর ইথারে সক্রিয় H নেই। পানি যোগ করলে: — ইথেন গ্যাস।