📚 கற்றல் முதன்மை க.பொ.த. (சா/த) க.பொ.த. (உ/த) பிற 🌐 English உள்நுழைய
பாடங்கள் · அலகு 8 · திசைப்படுத்தும் விளைவு

பதிலீட்டுக் கூட்டங்களின் திசைப்படுத்தும் விளைவு

முழுமையான பார்வை — இரண்டாவது கூட்டம் எங்கே இணையும்?

பென்சீன் (benzene) வளையத்தில் ஏற்கனவே ஒரு கூட்டம் இணைக்கப்பட்டிருக்கும் ஒரு சேர்வை ஒற்றைப் பதிலீட்டுப் பென்சீன் (mono-substituted benzene) என அழைக்கப்படுகின்றது. இத்தகைய ஒரு வளையம் மேலும் ஒரு இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுத் தாக்கத்திற்கு (electrophilic substitution) உட்படும்பொழுது, புதிய கூட்டம் வளையத்தின் எந்தச் சார்பு நிலையில் இணைக்கப்படும் என்பது ஒரு முக்கியமான வினாவாக எழுகின்றது.

இவ்வினாவுக்கான விடையை வளையத்தில் ஏற்கனவே இணைக்கப்பட்டுள்ள கூட்டமே தீர்மானிக்கின்றது. அக்கூட்டம் இரண்டு செயற்பாடுகளைச் செய்கின்றது. முதலாவதாக, புதிய இலத்திரன் ஈர்ப்பி வளையத்தின் ஓர்த்தோ (ortho), மெத்தா (meta) அல்லது பாரா (para) ஆகிய நிலைகளில் எந்த நிலையில் இணையும் என்பதை அது திசைப்படுத்துகின்றது (directs). இரண்டாவதாக, அக்கூட்டம் வளையத்தைப் பென்சீனைவிட அதிக தாக்கத்திறன் (reactivity) உடையதாக ஆக்குகின்றதா அல்லது குறைந்த தாக்கத்திறன் உடையதாக ஆக்குகின்றதா என்பதையும் அது தீர்மானிக்கின்றது. இந்த இரண்டாவது விளைவே வளையத்தைச் செயற்படுத்தல் (activation) அல்லது செயலிழக்கச் செய்தல் (deactivation) எனப்படுகின்றது.

ஓர்த்தோ, மெத்தா மற்றும் பாரா என்பன ஒரு கூட்டத்திற்கு ஒப்பீட்டளவில் ஏனைய நிலைகளைக் குறிக்கும் பெயர்களாகும். வளையத்தில் ஏற்கனவே உள்ள கூட்டத்தை எடுத்துக்கொண்டு, அதனை எடுத்துக்கொண்டால் — அதற்கு அண்மையில் உள்ள இரு கார்பன் நிலைகள் ஓர்த்தோ நிலைகள் (2, 6 ஆம் நிலைகள்), அவற்றுக்கு அடுத்துள்ள இரு நிலைகள் மெத்தா நிலைகள் (3, 5 ஆம் நிலைகள்), நேர் எதிரே உள்ள நிலை பாரா நிலை (4 ஆம் நிலை) ஆகும்.

Ring Positions: ortho, meta, para named relative to the group already on the ring G o m p m o substituent group (position 1) ortho (2, 6) meta (3, 5) para (4) — directly opposite

வளையத்தில் உள்ள கூட்டத்திற்கு அண்மையில் ஓர்த்தோ, அடுத்து மெத்தா, நேர் எதிரே பாரா நிலை அமைகின்றது.

1. ஓர்த்தோ–பாரா திசைப்படுத்தும் கூட்டங்கள் (NIE 2.5.1)

Phenol
Wikipedia → · CC

புதிய இலத்திரன் ஈர்ப்பியை முக்கியமாக ஓர்த்தோ மற்றும் பாரா நிலைகளுக்குத் திசைப்படுத்தும் கூட்டங்கள் ஓர்த்தோ–பாரா திசைப்படுத்திகள் (ortho-para directors) என அழைக்கப்படுகின்றன. இவற்றில் பெரும்பாலானவை வளையத்தைச் செயற்படுத்தும் கூட்டங்களாகும்; அதாவது அவை வளையத்தைப் பென்சீனைவிட அதிக தாக்கத்திறன் உடையதாக ஆக்குகின்றன. –OH, –NH₂, –OR, –NHCOCH₃ மற்றும் –CH₃ உள்ளிட்ட எல்லா அற்கைல் கூட்டங்களும் (alkyl groups) இவ்வகையைச் சேர்ந்தவையாகும்.

இக்கூட்டங்கள் ஏன் ஓர்த்தோ–பாரா திசைப்படுத்திகளாக இயங்குகின்றன என்பதற்கு ஒரு தெளிவான காரணம் உண்டு. –OH, –NH₂, –OR போன்ற கூட்டங்கள் தம்மிடம் உள்ள தனித்த இலத்திரன் சோடியை (lone pair) வளையத்தினுள் வழங்குகின்றன; –CH₃ போன்ற அற்கைல் கூட்டங்கள் நேர்த் தூண்டல் விளைவின் (+I effect) மூலம் வளையத்தினுள் இலத்திரனடர்த்தியைச் செலுத்துகின்றன. இவ்வாறு அக்கூட்டங்கள் வளையத்தினுள் இலத்திரனடர்த்தியைக் கூட்டுகின்றன.

இலத்திரன் ஈர்ப்பி ஓர்த்தோ அல்லது பாரா நிலையில் தாக்குதல் நடத்தும்பொழுது உருவாகும் அரீனியம் அயன் இடைநிலைப் பொருளில் (arenium ion intermediate), நேர் ஏற்றம் அக்கூட்டம் இணைந்துள்ள கார்பன் அணுவில் காணப்படக்கூடிய ஒரு அமைப்பு (resonance structure) சாத்தியமாகின்றது. அந்நிலையில் இலத்திரன் வழங்கும் கூட்டம் அந்நேர் ஏற்றத்தை நேரடியாக நிலைப்படுத்துகின்றது. எனவே ஓர்த்தோ அல்லது பாரா நிலையில் தாக்குதல் நடக்கும்பொழுது இடைநிலைப் பொருள் மிகவும் தாழ் சக்தியுடையதாகவும் உறுதியானதாகவும் அமைகின்றது; இதன் விளைவாகவே இக்கூட்டங்கள் ஓர்த்தோ–பாரா நிலைகளுக்குத் திசைப்படுத்துகின்றன.

ஏலசன்களுக்கு (–Cl, –Br) ஒரு சிறப்பு நிலை உண்டு. இவையும் ஓர்த்தோ–பாரா நிலைகளுக்கே திசைப்படுத்துகின்றன; ஆனால் இவை வளையத்தைச் செயலிழக்கச் செய்யும் கூட்டங்களாகும். ஏலசன்களின் தனித்த இலத்திரன் சோடி வளையத்தினுள் இலத்திரனடர்த்தியை வழங்கி ஓர்த்தோ–பாரா நிலைகளைத் திசைப்படுத்துகின்றது; ஆனால் ஏலசன்களின் வலுவான மின்னெதிர்த்தன்மை (electronegativity) காரணமாக ஏற்படும் எதிர்த் தூண்டல் விளைவு (–I effect) வளையம் முழுவதிலும் இருந்து இலத்திரனடர்த்தியை இழுத்து, வளையத்தைப் பென்சீனைவிடக் குறைந்த தாக்கத்திறன் உடையதாக்குகின்றது.

Electron-Donating Group Activates ortho / para e.g. –OH, –NH₂, –OR, –CH₃ G electron-donating group donates e⁻ density o o p m m attacked attacked new electrophile enters ortho and para — ring activated

இலத்திரன் வழங்கும் கூட்டம் ஓர்த்தோ–பாரா நிலைகளில் இலத்திரனடர்த்தியைக் கூட்டி அந்நிலைகளைச் செயற்படுத்துகின்றது.

2. மெத்தா திசைப்படுத்தும் கூட்டங்கள் (NIE 2.5.2)

புதிய இலத்திரன் ஈர்ப்பியை முக்கியமாக மெத்தா நிலைக்குத் திசைப்படுத்தும் கூட்டங்கள் மெத்தா திசைப்படுத்திகள் (meta directors) என அழைக்கப்படுகின்றன. இவை அனைத்தும் வளையத்தைச் செயலிழக்கச் செய்யும் கூட்டங்களாகும்; அதாவது இவை அனைத்தும் வளையத்தைப் பென்சீனைவிடக் குறைந்த தாக்கத்திறன் உடையதாக ஆக்குகின்றன. –NO₂, –COOH, –CHO, –COR, –SO₃H, –C≡N மற்றும் –NR₃⁺ உள்ளிட்ட கூட்டங்கள் இவ்வகையைச் சேர்ந்தவையாகும்.

இக்கூட்டங்கள் ஏன் மெத்தா திசைப்படுத்திகளாக இயங்குகின்றன என்பதையும் தெளிவாக விளக்கலாம். –NO₂, –COOH, –CHO போன்ற கூட்டங்கள் வலுவான எதிர்த் தூண்டல் விளைவின் (–I effect) மூலமும் எதிர்ச் சேர்மான விளைவின் (–M effect) மூலமும் வளையத்திலிருந்து இலத்திரனடர்த்தியை இழுத்துக்கொள்கின்றன. இதனால் வளையம் முழுவதும் இலத்திரனடர்த்தியால் ஏழைமைப்படுத்தப்படுகின்றது.

இலத்திரன் ஈர்ப்பி ஓர்த்தோ அல்லது பாரா நிலையில் தாக்குதல் நடத்தும்பொழுது உருவாகும் அரீனியம் அயன் இடைநிலைப் பொருளில், நேர் ஏற்றம் அக்கூட்டம் இணைந்துள்ள கார்பன் அணுவில் காணப்படக்கூடிய ஒரு அமைப்பு சாத்தியமாகின்றது. ஆனால் இலத்திரன் இழுக்கும் கூட்டம் அந்நேர் ஏற்றத்திற்கு மிக அண்மையில் இருப்பதனால், அது அந்த இடைநிலைப் பொருளை மேலும் சீர்குலைக்கின்றது (destabilises). எனவே ஓர்த்தோ–பாரா நிலைகளில் தாக்குதல் நடக்கும்பொழுது உருவாகும் இடைநிலைப் பொருள் மிகவும் உயர் சக்தியுடையதாகவும் சாதகமற்றதாகவும் அமைகின்றது.

மெத்தா நிலையில் தாக்குதல் நடக்கும்பொழுது மட்டுமே, நேர் ஏற்றம் இலத்திரன் இழுக்கும் கூட்டம் இணைந்துள்ள கார்பன் அணுவில் ஒருபோதும் அமைவதில்லை. எனவே மெத்தா நிலையில் தாக்குதல் நடப்பதே ஒப்பீட்டளவில் மிகக் குறைந்த சாதகமற்ற வழியாக அமைகின்றது; இதனாலேயே இலத்திரன் இழுக்கும் கூட்டங்கள் புதிய இலத்திரன் ஈர்ப்பியை மெத்தா நிலைக்குத் திசைப்படுத்துகின்றன.

Electron-Withdrawing Group Directs to meta e.g. –NO₂, –COOH, –CHO, –SO₃H, –C≡N G electron-withdrawing group pulls e⁻ density out m m o o p attacked attacked new electrophile enters meta — whole ring deactivated

இலத்திரன் இழுக்கும் கூட்டம் ஓர்த்தோ–பாரா இடைநிலைப் பொருளைச் சீர்குலைப்பதால் தாக்குதல் மெத்தா நிலைக்குத் தள்ளப்படுகின்றது.

3. திசைப்படுத்தும் விளைவுகளின் தொகுப்பு அட்டவணை

கீழே உள்ள அட்டவணை, பொதுவாகச் சந்திக்கப்படும் பதிலீட்டுக் கூட்டங்களை இரு அடிப்படையில் தொகுத்துக் காட்டுகின்றது — அவை எந்த நிலைக்குத் திசைப்படுத்துகின்றன என்பதும், வளையத்தைச் செயற்படுத்துகின்றனவா அல்லது செயலிழக்கச் செய்கின்றனவா என்பதும் ஆகும். தேர்வுக்கு இந்த அட்டவணையை நன்கு மனனம் செய்வது பயன் தரும்.

பதிலீட்டுக் கூட்டம்திசைப்படுத்தல்செயற்படுத்தல் / செயலிழக்கச் செய்தல்
–NH₂, –NHR, –NR₂ஓர்த்தோ–பாராவலுவாகச் செயற்படுத்தும்
–OH, –ORஓர்த்தோ–பாராவலுவாகச் செயற்படுத்தும்
–NHCOCH₃ (அமைட்டு)ஓர்த்தோ–பாராமிதமாகச் செயற்படுத்தும்
–CH₃ மற்றும் அற்கைல் கூட்டங்கள்ஓர்த்தோ–பாராமிதமாகச் செயற்படுத்தும்
–Cl, –Br (ஏலசன்கள்)ஓர்த்தோ–பாராசெயலிழக்கச் செய்யும் — விதிவிலக்கு
–CHO, –COR, –COOHமெத்தாசெயலிழக்கச் செய்யும்
–SO₃H, –C≡Nமெத்தாசெயலிழக்கச் செய்யும்
–NO₂, –NR₃⁺மெத்தாவலுவாகச் செயலிழக்கச் செய்யும்
Two Worked Examples — Nitration Nitration of methylbenzene CH₃ → HNO₃ / H₂SO₄ 2-nitrotoluene (ortho) 4-nitrotoluene (para) –CH₃ is o/p directing + activating mainly o- and p-nitrotoluene Nitration of nitrobenzene NO₂ → HNO₃ / H₂SO₄ 1,3-dinitro- benzene (meta) –NO₂ is meta directing + deactivating mainly m-dinitrobenzene

மெத்தில்பென்சீனின் நைதரேற்றம் ஓர்த்தோ–பாரா விளைபொருட்களைத் தருகின்றது; நைத்திரோபென்சீனின் நைதரேற்றம் மெத்தா விளைபொருளைத் தருகின்றது.

4. வினைத்திறன் வேறுபாட்டின் தொழிற்படு விளைவு

திசைப்படுத்தும் விளைவையும் வளையத்தின் தாக்கத்திறன் மாற்றத்தையும் தனித்தனியாக நினைவில் வைத்துக்கொள்வது அவசியம். ஒரு செயற்படுத்தும் கூட்டம் வளையத்தில் இருக்கும்பொழுது, இரண்டாவது இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுத் தாக்கம் பென்சீனைவிட இலகுவாகவும் விரைவாகவும் நிகழ்கின்றது. ஒரு செயலிழக்கச் செய்யும் கூட்டம் வளையத்தில் இருக்கும்பொழுது, அதே தாக்கம் கடினமான நிபந்தனைகளைக் கோருகின்றது; சில சந்தர்ப்பங்களில் அது மிகவும் மெதுவாகவே நிகழ்கின்றது.

உதாரணமாக, பீனோல் (phenol) மிக வலுவாகச் செயற்படுத்தப்பட்ட வளையத்தைக் கொண்டிருப்பதால், அது நீர்த்த நைத்திரிக் காடியுடன்கூட (dilute nitric acid) எளிதில் தாக்கமடைகின்றது. இதற்கு மாறாக, நைத்திரோபென்சீன் வலுவாகச் செயலிழக்கச் செய்யப்பட்ட வளையத்தைக் கொண்டிருப்பதால், அதன் மேலதிக நைதரேற்றத்திற்குச் செறிந்த நைத்திரிக் காடியும் செறிந்த சல்பூரிக் காடியும் அதிக வெப்பநிலையும் தேவைப்படுகின்றன.

பொதுவான தவறுகள் / Common mistakes
  • ஏலசன்களை (–Cl, –Br) மறந்துவிடாதீர்கள் — இவை ஓர்த்தோ–பாரா திசைப்படுத்திகள் என்றாலும் வளையத்தைச் செயலிழக்கச் செய்கின்றன. "ஓர்த்தோ–பாரா திசைப்படுத்திகள் எல்லாம் செயற்படுத்திகள்" என எழுதுவது தவறு; ஏலசன்கள் இவ்விதிக்கு விதிவிலக்காகும்.
  • திசைப்படுத்தும் விளைவையும் (புதிய கூட்டம் எங்கே இணையும்) தாக்கத்திறன் விளைவையும் (வளையம் வேகமாகத் தாக்கமடைகின்றதா) குழப்பிக் கொள்ள வேண்டாம் — இவை இரண்டு வேறு கருத்துகளாகும்.
  • மெத்தா திசைப்படுத்திகள் அனைத்தும் செயலிழக்கச் செய்யும் கூட்டங்களாகும்; செயற்படுத்தும் மெத்தா திசைப்படுத்தி என்று எதுவும் கிடையாது.
  • –NR₃⁺ (முழுமையாகச் சேர்க்கப்பட்ட நேர் ஏற்றமுள்ள கூட்டம்) தனித்த இலத்திரன் சோடியைக் கொண்டிராததால், அது மெத்தா திசைப்படுத்தியாகும்; அதை –NH₂ உடன் குழப்பிக் கொள்ள வேண்டாம்.
  • இலத்திரன் ஈர்ப்பிப் பதிலீட்டுத் தாக்கத்தில் ஓர்த்தோ விளைபொருளும் பாரா விளைபொருளும் ஒரே நேரத்தில் உருவாகின்றன; "ஓர்த்தோ அல்லது பாரா மட்டும்" என எழுதுவது தவறு.
📝 தேர்வாளர் குறிப்பு / Examiner note

"இக்கூட்டம் ஏன் ஓர்த்தோ–பாரா திசைப்படுத்தியாக / மெத்தா திசைப்படுத்தியாக இயங்குகின்றது?" என்னும் வினா கேட்கப்படும்பொழுது, வெறுமனே "இது இலத்திரனை வழங்குகின்றது" அல்லது "இது இலத்திரனை இழுக்கின்றது" என எழுதி நிறுத்தாதீர்கள். அரீனியம் அயன் இடைநிலைப் பொருளின் உறுதிநிலையைக் (stability) குறிப்பிட்டு விளக்க வேண்டும் — ஓர்த்தோ அல்லது பாரா தாக்குதலின்போது நேர் ஏற்றம் கூட்டம் இணைந்த கார்பனில் அமைய முடியும் என்பதையும், அந்நிலையில் இலத்திரன் வழங்கும் கூட்டம் அதை நிலைப்படுத்துகின்றது (அல்லது இலத்திரன் இழுக்கும் கூட்டம் அதைச் சீர்குலைக்கின்றது) என்பதையும் தெளிவாகச் சொல்ல வேண்டும். மேலும், திசைப்படுத்தலையும் செயற்படுத்தல் / செயலிழக்கச் செய்தலையும் தனித்தனியாக நிலைநிறுத்துங்கள் — இரண்டையும் ஒன்றாகக் கலந்தால் புள்ளிகள் இழக்கப்படும். ஏலசன்களின் விதிவிலக்கை ஒவ்வொரு பதிலிலும் தனியாகக் குறிப்பிட்டு எழுதுங்கள்.

🌐 விளக்க படம் / Explanatory Diagram
Directing effects in benzene
திசை நிர்ணய விளைவுகள்
Directing effects in benzene
Credit: Wikimedia Commons  · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 பயிற்சி வினாக்கள்

பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்

  1. ஆர்த்தோ/பாரா இயக்கிகள் (o/p directors) பொதுவாக:

    1. எலக்ட்ரான் ஈர்க்கும்
    2. எலக்ட்ரான் வழங்கும்
    3. மந்தம்
    4. அயன்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — எலக்ட்ரான் வழங்கும் குழுக்கள் (–OH, –NH₂, –CH₃).

  2. மெட்டா இயக்கிகள் (m directors) பொதுவாக:

    1. எலக்ட்ரான் வழங்கும்
    2. எலக்ட்ரான் ஈர்க்கும்
    3. மந்தம்
    4. அயன்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — எலக்ட்ரான் ஈர்க்கும் (–NO₂, –COOH, –CHO).

  3. –OH குழு பென்சீன் வளையத்தில் இயக்குவது:

    1. மெட்டா
    2. ஆர்த்தோ/பாரா
    3. எங்கும் இல்லை
    4. மையம்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — –OH எலக்ட்ரான் வழங்கும் → o/p இயக்கி, செயல்படுத்தும்.

  4. –NO₂ குழு வளையத்தை:

    1. செயல்படுத்தும்
    2. செயலிழக்கச் செய்யும் (deactivates)
    3. மாற்றாது
    4. அயனாக்கும்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — –NO₂ எலக்ட்ரான் ஈர்க்கும் → செயலிழக்கச் செய்யும், மெட்டா.

  5. செயல்படுத்தும் குழு (activating group) வளையத்தின் வினைத்திறனை:

    1. குறைக்கும்
    2. அதிகரிக்கும்
    3. மாற்றாது
    4. பூச்சியம்
    5. எதுவுமில்லை
    விடை
    (2) — எலக்ட்ரான் வழங்கி வளையத்தை எலக்ட்ரான் நிறையாக்கி வினைத்திறன் ↑.

  6. ஹாலசன்கள் (–Cl, –Br) பென்சீனில்:

    1. o/p இயக்கி ஆனால் செயலிழக்கச் செய்யும்
    2. மெட்டா, செயல்படுத்தும்
    3. மந்தம்
    4. எதுவுமில்லை
    5. அயன்
    விடை
    (1) — ஹாலசன்கள் o/p இயக்கி ஆனால் செயலிழக்கச் செய்யும் (ஒரு விதிவிலக்கு).

பகுதி II — கட்டமைப்பு வினா

• ஆர்த்தோ/பாரா மற்றும் மெட்டா இயக்கிகளை எலக்ட்ரான் விளைவு + எடுத்துக்காட்டுடன் வேறுபடுத்துக.

மாதிரி விடை
o/p: எலக்ட்ரான் வழங்கும், செயல்படுத்தும் (–OH, –NH₂, –CH₃). மெட்டா: எலக்ட்ரான் ஈர்க்கும், செயலிழக்கச் செய்யும் (–NO₂, –COOH).

• ஒரு குழு ஏன் செயல்படுத்தும்/செயலிழக்கச் செய்யும் என்பதை எலக்ட்ரான் அடர்த்தியால் விளக்குக.

மாதிரி விடை
எலக்ட்ரான் வழங்கும் குழு வளைய எலக்ட்ரான் அடர்த்தியை ↑ → எலக்ட்ரான்கவருக்கு எளிது (செயல்படுத்தும்); ஈர்க்கும் குழு ↓ (செயலிழக்கச் செய்யும்).

கட்டுரை வினா

• அரோமாட்டிக் பதிலீட்டில் இயக்கு விளைவுகள் — o/p vs மெட்டா இயக்கிகள், செயல்படுத்தும்/செயலிழக்கச் செய்யும் தன்மை, எலக்ட்ரான் விளக்கத்தை எடுத்துக்காட்டுகளுடன் விளக்குக.

விடை வரைவு
வரைவு: எலக்ட்ரான் வழங்கும்→o/p+செயல்படுத்தும் (–OH,–NH₂,–CH₃); எலக்ட்ரான் ஈர்க்கும்→மெட்டா+செயலிழக்கச் செய்யும் (–NO₂,–COOH); ஹாலசன் o/p ஆனால் செயலிழக்கச் செய்யும்; வளைய எலக்ட்ரான் அடர்த்தி அடிப்படை.
← அலகு 8