કાર્બનિક સંયોજનોની ક્રિયાશીલતા અને પ્રક્રિયા

કાર્બનિક સંયોજનોની ક્રિયાશીલતાનાં બંધારણીય પરિબળો તથા આ સંયોજનોની વિવિધ પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ. પ્રક્રિયાઓ માટે જરૂરી બે વિશિષ્ટતાઓ ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતું સંયોજન જેને પ્રક્રિયક અથવા સબસ્ટ્રેટ કહે છે તથા જેની દ્વારા પ્રક્રિયા થઈ શકે તે રસાયણ જેને પ્રક્રિયાકારક (reactant) અથવા આક્રમક જાતિ (attacking species) કહે છે – આ બંને વચ્ચે પ્રક્રિયા સરળતાથી અને પૂર્ણપણે કરવા માટે કેટલીક પરિસ્થિતિમાં ઉદ્દીપક(catalyst)ની પણ જરૂર રહે છે.

કાર્બનિક સંયોજનો જ્યારે પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે ત્યારે તેમાંના બંધમાં આંતર ફેરફારો થાય છે, એટલે કે સંયોજનના જૂના બંધનું ખંડન થાય છે તથા નવા બંધોનું સર્જન થાય છે. આથી બંધનું ખંડન કેવી રીતે થાય છે તે સૌપ્રથમ સમજવું જરૂરી છે. કોઈ પણ કાર્બનિક સંયોજનમાંના બંધને A-B (જેમાં A-B એટલે C-H, C-X, C-O, C-N વગેરે) તરીકે રજૂ કરીએ તો A-B વચ્ચે એક ઇલેક્ટ્રૉનયુગ્મ હોય છે. આ ઇલેક્ટ્રૉનયુગ્મનું બંધછેદનથી A અથવા Bમાં પુનર્વિતરણ થાય છે. જો બંધનું સરખે હિસ્સે વિખંડન થાય તો A તથા B પ્રત્યેકને એક એક ઇલેક્ટ્રૉન મળે છે. આને સમમિતીય ખંડન (symmetrical breaking) કહે છે. જેને પરિણામે A તથા B એમ બે મૂલકો (radicals) બને છે :  

આ મૂલકોમાં એકાકી ઇલેક્ટ્રૉન હોવાને કારણે તે અતિક્રિયાશીલ હોય છે. આવા મૂલકો ફરી એકબીજા સાથે જોડાઈને AB, AA, BB પ્રકારના બંધ બનાવી શકે છે. આ ખંડન-પ્રક્રિયાને મૂલક પ્રક્રિયા કહે છે. AB અણુના બંધના બીજા પ્રકારના ખંડનમાં બંને ઇલેક્ટ્રૉન કોઈ એક A અથવા B મેળવે છે, જેને પરિણામે તે બંને વીજભારયુક્ત થાય છે :

આમાં આયન બનતાં હોવાથી આને આયનીય ખંડન કહે છે. A તથા Bની પ્રકૃતિ મુજબ તેમના ઉપર વીજભાર ઉદભવશે. ઉપર દર્શાવેલ બંને ખંડનના પ્રકારથી નીપજતી આયનીય અથવા મૂલક પ્રક્રિયા ક્રિયાશીલતામાં એકબીજાથી જુદી પડે છે. વિષમાંગ પ્રક્રિયામાં અણુની ક્રિયાશીલતાનો આધાર બંધની ધ્રુવીયતા તથા ધ્રુવણીયતા (polarity and polarizability) ઉપર અવલંબે છે, જ્યારે સમાંગ પ્રક્રિયા આવાં ધ્રુવીય પરિબળો ઉપર આધાર રાખતી નથી.

એકસાથે ઘણા બંધનું સ્થાનાંતર થતું હોય અથવા અણુઓ જ સ્થાનાંતર કરતા હોય તેવી પ્રક્રિયાઓનો એક નાનો વિભાગ છે, જેને આણ્વીય પ્રક્રિયાઓ (molecular reactions) કહે છે. ઉપરના વિષમાંગ ખંડનમાં બનતાં A તથા B આયનો વીજભારવાળાં હોય છે અને જો A-Bને C-C બંધ તરીકે ગણીએ તો C⁺ તથા C^–વાળા વિભાગોને કાર્બોનિયમ આયન યા કાર્બ-ધનાયન તથા કાર્બ-એનાયન અથવા કાર્બ-ઋણાયન કહેવાય છે.

પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતો બીજો ઘટક જેનો આક્રમક જાતિ (પ્રક્રિયાકારક) તરીકે ઉલ્લેખ કર્યો તેને પણ બે વિભાગમાં વહેંચવામાં આવે છે :

(क) કેન્દ્રાનુરાગી (nucleophilic) પ્રક્રિયકો : તેમનામાંના ક્રિયાશીલ ઇલેક્ટ્રૉન અંશત: અથવા સંપૂર્ણપણે ગુમાવી કોઈ એક કેન્દ્રને આપવા પ્રયત્નશીલ રહે છે. આવા કેન્દ્રાનુરાગીઓ ઇલેક્ટ્રૉન-સભર (electron-rich) અથવા ઋણાયન સ્વરૂપે હોય છે; દા.ત.,

બધા અપચાયક પ્રક્રિયકો (reducing agent) પણ કેન્દ્રાનુરાગી હોય છે – કારણ કે તેઓ પોતાના ઇલેક્ટ્રૉન આપવા યોગ્ય પ્રક્રિયક-સાથીની શોધમાં હોય છે. પરમાણુમાંની ધનભારવાહી જાતિ (species) આવા અનુકૂળ પ્રક્રિયક-સાથીઓ છે; તેથી કેન્દ્રાનુરાગી નામ સહેતુક ગણાય છે.

(ख) ઇલેક્ટ્રૉન–અનુરાગી (electrophilic) પ્રક્રિયકો : ક્રિયાશીલ ઇલેક્ટ્રૉનનો સંપૂર્ણપણે કે અંશત: સ્વીકાર કરે છે. આવા પ્રક્રિયક અધૂરા અષ્ટકવાળા તથા ધનાયનો હોય છે.

દા.ત., H⁺, OH⁺, X⁺, NO⁺₂, SO₃, R₃C⁺ અને લૂઇસ ઍસિડો (AlCl₃, FeCl₃, SnCl₄, BH₃).

કેટલાક કાર્બનિક સંયોજનો ઍૅસિડિક બેઝિક તથા કેટલાક તટસ્થ ગુણધર્મો ધરાવતાં હોય છે. જોકે તટસ્થ સંયોજનો પણ ધ્રુવીયતા તથા ધ્રુવણીયતાના ગુણધર્મને લીધે ઇલેક્ટ્રૉનના સ્થાનાંતરથી ઍસિડિક કે બેઝિક ગુણ અંગીકાર કરીને પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે તેમ કહી શકાય.

ક્રિયાશીલતા ઉપર બંધારણનો પ્રભાવ સમજવા માટે રાસાયણિક સંતુલન (equilibrium) પ્રક્રિયા સમજવી જોઈએ, કારણ કે સંતુલન સ્થિતિ વખતે પ્રક્રિયાનો વ્યાપ તે પ્રક્રિયાના સંતુલન અચળાંક (equilibrium constant) ઉપર આધાર રાખે છે. સંતુલન અચળાંક પ્રક્રિયકો તથા નીપજોની મુક્ત-ઊર્જા (free energy) ઉપર આધાર રાખે છે (પ્રક્રિયાપથ ઉપર આધાર રાખતા નથી).

બંધારણમાં ફેરફાર કરતાં, સંતુલન અચળાંકમાં ફેરફાર થશે. જુદા જુદા અણુઓની સાપેક્ષ મુક્ત-ઊર્જા અંગે ગુણાત્મક (qualitative) અનુમાન કેટલાક સાદા નિયમોને અનુસરીને કરી શકાતું હોવાથી સંતુલન અચળાંકમાં થતા ફેરફારો અંગે આગાહી કરવી શક્ય બને છે; દા.ત., કોઈ એલિફેટિક કાબૉર્ક્સિલિક ઍસિડનું પાણીમાં આયનીકરણ તપાસીએ :

આયનીકરણ અચળાંકો (Ka) નીચેના કોષ્ટકમાં દર્શાવ્યા છે, જે મુજબ તેમનું આયનીકરણ વિસ્તૃત વ્યાપ દર્શાવે છે. કોષ્ટક અનુસાર ટ્રાઇક્લોરોએસેટિક ઍસિડ(Ka = 0.3)ના 0.1 મોલર દ્રાવણનું આયનીકરણ 80 % જેટલું થાય છે, જ્યારે એસેટિક ઍસિડના 0.1 મોલર દ્રાવણનું માત્ર 1 % આયનીકરણ થાય છે. તેમાંના માત્ર એક જ હાઇડ્રોજનનું ક્લોરિન વડે વિસ્થાપન કરતાં Kaમાં સો ગણો વધારો થાય છે.

કોષ્ટક 1 : એલિફેટિક કાબૉર્ક્સિલિક ઍસિડના આયનીકરણ અચળાંકો

ઍસિડ	Ka (પાણીમાં)	pKa
CH3COOH	1×8 x 10–5	4.75
ClCH2COOH	1×5 x 10–3	2.82
Cl3CCOOH	0.3	0.52
C6H5COOH	5 x 10–5	4.32
CH3CH2COOH	1.4 x 10–5	4.85
CH3CH2CH2COOH	1.4 x 10–5	4.85
	1.4 x 10–3	2.85

ઍસિડિકતા વધવાનું કારણ પ્રેરક અસર (inductive effect) દ્વારા સમજાવી શકાય છે.

ક્લોરોએસેટિક ઍસિડમાંનો પ્રબળ ઇલેક્ટ્રૉન ઋણીય ક્લોરિન Cl-C બંધમાંનાં ઇલેક્ટ્રૉનને પોતાના તરફ ખેંચતો હોવાથી બંધમાં દ્વિ-ધ્રુવ (dipole) ઊપજે છે. પરિણામે કાર્બન તથા ક્લોરિન વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ ક્લોરિન તરફ વધુ આકર્ષાય છે. પરિણામે ઍસિડ સમૂહમાંથી Cl-Cમાંના કાર્બનને ઇલેક્ટ્રૉનની જરૂર પડે છે. આ કારણે હવે O-H બંધ પણ ધ્રુવીભૂત બને છે, જેથી O-H વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ ઑક્સિજન તરફ વધુ ઢળે છે. આથી ક્લોરોએસેટિક ઍસિડના અણુમાંથી પ્રોટોન સહેલાઈથી છૂટો પડી શકે (આયનીકરણ પામે) છે. એસેટિક ઍસિડ કરતાં આ કારણથી ક્લોરોએસેટિક ઍસિડ વધુ પ્રબળ જણાય છે. પ્રોપિયોનિક ઍસિડ આનાથી વિરુદ્ધ રીતે વર્તતો હોવાથી નિર્બળ જણાય છે. આ જાતની અસરને પ્રેરક અસર (I) કહે છે, જે પ્રતિસ્થાપી (substituted) કાર્બોક્સિલિક ઍસિડની ઍસિડિકતા વધારે છે. તેમને ઋણપ્રેરક પ્રભાવી (I) કહેવાય; દા.ત.,

જે સમૂહો આનાથી ઊલટી અસર દર્શાવતા હોય તેને ધનપ્રેરક પ્રભાવી કહે છે; દા.ત.,

હવે આપણે ઍનિલીન તથા મિથાઇલ ઍમાઇનની બેઝિકતા તપાસીએ :

આ દર્શાવે છે કે મિથાઇલ ઍમાઇનને મુકાબલે ઍનિલીન અનેકગણી ઓછી બેઝિકતા દર્શાવે છે. આના કારણમાં થોડે અંશે મિથાઇલ તથા ફિનાઇલ સમૂહોની પ્રેરક-અસર ગણાવી શકાય. નિર્બળ ઇલેક્ટ્રૉન-આકર્ષી (electron-withdrawing) ફિનાઇલ સમૂહ નાઇટ્રોજન ઉપર ધન વીજભારને મિથાઇલ સમૂહને મુકાબલે ઓછી અસ્થાયી બનાવે છે; પરંતુ માત્ર આવી પ્રેરક અસર જ આ નિર્બળતા માટે મુખ્ય કારણ ન હોઈ શકે, કારણ કે ફરક ખૂબ મોટો છે.

આનું મુખ્ય કારણ સંસ્પંદન (resonance) અથવા મેસોમેરિક પ્રભાવ ગણાવાય છે. ઍનિલીનમાં આવું સંસ્પંદન સ્વરૂપ નીચે મુજબ દર્શાવાય :

પરંતુ क તથા ख સ્વરૂપો મુખ્યત્વે ઍનિલીનના સ્થાયીકરણ માટે જવાબદાર ગણાય છે. આ બધાં कથી ड સંસ્પંદન સ્વરૂપો દ્વારા ઍનિલીનના સંસ્પંદન-સ્થાયિત્વમાં લગભગ 6 કિલો કૅલરી/ગ્રામ વધારો થાય છે. આનો અર્થ એવો થયો કે ઍનિલીનની કુલ સંસ્પંદન-ઊર્જા ઍનિલીનિયમ આયન કરતાં ઘણી વધુ થશે અને C₆H₅NH₂ તથા C₆H₅NH₃^Å વચ્ચેની મુક્ત ઊર્જાનો તફાવત પણ ઘણો મોટો થશે. ઘણી વાર સંયોજનોમાં પ્રેરક-અસર તથા મેસોમેરિક અસર બંને પ્રભાવી (operative) અથવા પ્રતિભાવી હોય (non-operative) છે. પરિણામે સંયોજનોના આયનીકરણ-અચળાંક ઉપર તેની અસર સ્પષ્ટ જણાય છે.

ઉપરના આંક મુજબ ઍનિલીનને મુકાબલે પૅરા-ઍનિસિડીન વધુ તથા પૅરા-નાઇટ્રોઍનિલીન ઓછું પ્રબળ બેઝિક સંયોજન છે. કેટલાક કાર્બનિક ઍસિડનાં આયનીકરણમાં આ બે અસરો ઉપરાંત એક બંધારણીય અસર પણ થતી જણાય છે. એસેટિક ઍસિડના ઉદાહરણમાં એસેટેટ આયન સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયિત્વ મેળવે છે.

અહીં બંને ઑક્સિજન એકસમાન હોવાથી ગમે તે એક પ્રોટૉન ગ્રહણ કરે તો છેવટનો પદાર્થ એક જ – એસેટિક ઍસિડ બનશે. પરંતુ નીચેના ઉદાહરણમાં

પ્રોટૉન કાર્બન ઉપર અથવા ઑક્સિજન ઉપર ઉમેરાય તો બે જુદાં સંયોજનો CH₂ = C(CH₃)-OH અથવા CH₃-C(CH₃) = O બનશે. આ સમઘટકીય સંયોજનો છે અને તેમને એસિટોનનાં ઇનોલ તથા કીટો સ્વરૂપો કહે છે.

આવી બંધારણીય સમઘટકતા જેમાં અણુમાંના બે અસમાન પરમાણુ ઉપર પ્રોટૉનનું સ્થાનાંતરણ (shift) પરિવર્તનશીલ તથા ઝડપી હોય તેને ચલાવયવતા (tautomerism) કહે છે. આમ કોઈ પણ સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયિત્વ મેળવેલ ઋણાયનમાં ઋણ વીજભાર તેના બે અસમાન પરમાણુમાં વહેંચાયેલ હોય તો તે ચલાવયવી-યુગ્મ બનાવે છે.

કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓનું અતિ વ્યાપક રીતે નીચે મુજબ વર્ગીકરણ કરવામાં આવે છે :

I. વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓ (substitution or displacement reactions) : કાર્બન ઉપરના એક બંધ(single bond)નું ખંડન તથા નિર્માણ થતાં કુલ અસરરૂપે કાર્બન સાથે જોડાયેલ એક સમૂહનું બીજા સમૂહ દ્વારા વિસ્થાપન થતું જણાય છે :

CH₃Cl + OH^– → CH₃OH + Cl^–

II. યોગશીલ પ્રક્રિયાઓ (addition reactions) : કોઈ અસંતૃપ્ત ક્રિયાશીલ સમૂહમાં ઓછામાં ઓછા બે પ્રતિસ્થાપકો (substituents) ઉમેરાય છે. આ વિધિમાં અસંતૃપ્ત સમૂહના પ્રત્યેક p બંધનું નવા બે s બંધમાં રૂપાંતર થતું જણાય છે :

તથા

III. વિલોપન પ્રક્રિયાઓ (elimination reactions) : યોગશીલ પ્રક્રિયાથી તદ્દન વિરુદ્ધ પ્રકારની પ્રક્રિયા છે. કાર્બન સાથે O બંધથી જોડાયેલ બે વિસ્થાપકો છૂટા પડી જતાં, નવો π બંધ બને છે :

IV. પુનર્વિન્યાસ પ્રક્રિયાઓ (rearrangement reactions) : આ પ્રક્રિયામાં આખીયે અણુપ્રણાલીમાં ફેરફાર થાય છે :

આ વર્ગીકરણ ઉપરાંત કેટલીક વાર આમાંની પ્રક્રિયાઓને સંઘનન (condensation), વિચ્છેદક (fragmentation) વગેરે તરીકે પણ સમજાવાય છે.

કાર્બનિક સંયોજનના કેટલાક ક્ષણજીવી મધ્યસ્થીઓ પ્રક્રિયાઓમાં બનતા તથા ભાગ લેતા જણાયા છે. આવા મધ્યસ્થીઓ અથવા ક્રિયાશીલ માધ્યમિકો(intermediates or reactive-inter-mediates)નો જીવનકાળ માત્ર એક સેક્ધડના અલ્પ અંશ જેટલો હોય છે. આવા મધ્યસ્થીઓનું અસ્તિત્વ સાબિત કરી શકાયું છે તથા તેમનાં બંધારણ પણ હવે સાબિત થઈ શક્યાં છે. કાર્બનના કેટલાક ક્રિયાશીલ માધ્યમિકો નીચે મુજબ છે :

કાર્બોનિયમ આયનો : આ માધ્યમિકમાં સંયોજકતા કક્ષકમાં છ ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવતો કાર્બન પરમાણુ છે. ઇલેક્ટ્રૉન-કમી (ક્ષતિ) હોવાથી તેને ધન વીજભાર હોય છે. કાર્બોનિયમ આયન ક્ષણજીવી હોય છે; પરંતુ તેની કલ્પના દ્વારા ઘણા પ્રક્રમો સમજાવી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રૉન-ક્ષતિને કારણે કેન્દ્રાનુરાગી પ્રક્રિયક તરફ તે ક્રિયાશીલ રહે છે. ધન વીજભારને કારણે ઇલેક્ટ્રૉન-દાતા વિસ્થાપકો દ્વારા પ્રેરક-અસરથી તે સ્થાયિત્વ મેળવે છે તથા ઇલેક્ટ્રૉન અપચયનકર્તા (electron-withdrawing) વિસ્થાપકો દ્વારા વધુ અસ્થાયી બને છે. તેમની બાજુમાં જો કાર્બન-કાર્બન દ્વિબંધ હોય અથવા ઍૅરોમૅટિક પ્રણાલી હોય તોપણ તે સ્થાયિત્વ મેળવે છે :

આનું કારણ અગાઉ દર્શાવ્યા મુજબ તેમનાં સંસ્પંદન સ્વરૂપોમાં ફેરવાવાની ક્ષમતા છે :

કાર્બન મુક્ત–મૂલકો : મુક્ત-મૂલકમાં વીજભાર ન હોવાને કારણે પ્રેરક-અસરથી તે મુક્ત હોય છે; પરંતુ કાર્બોનિયમ આયનની માફક તે સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયિત્વ મેળવી લે છે; દા.ત., બેન્ઝાઇલ મૂલક.

સંપૂર્ણ અષ્ટકમાં માત્ર એક જ ઇલેક્ટ્રૉન ઓછો હોવાને કારણે મુક્ત-મૂલક (homolytic) કેન્દ્રાનુરાગી પ્રક્રિયકો તરફ ક્રિયાશીલ નથી હોતો, પરંતુ તેને બદલે જે પ્રક્રિયાઓમાં તે (क) બીજા અણુમાંથી પરમાણુ યા સમૂહનું નિષ્કર્ષણ (abstract) કરી શકે અથવા (ख) દ્વિબંધમાં ઉમેરાઈ શકે તો તે વિલોપ થાય છે; પરંતુ આવી પ્રક્રિયાને અંતે બનતી નીપજમાં ફરી મુક્ત-મૂલક જ ઉદભવે છે :

CH₃CH₂^x + CCl₄ → CH₃CH₂Cl + ^xCCl₃

આમ મૂલક ફરી બનતો હોવાથી મોટાભાગની કાર્બનિક-શૃંખલા પ્રક્રિયાઓ મૂલક-મધ્યવર્તી દ્વારા જ થતી જણાય છે :

પ્રેરક-અસર તથા સંસ્પંદન-અસર બંને દ્વારા કાર્બઋણાયન સ્થાયિત્વ મેળવી શકે છે. તેમાંના ઋણ વીજભારને કારણે ઇલેક્ટ્રૉન અપચયનકર્તા સમૂહો દ્વારા તે પ્રેરક-અસરથી સ્થાયિત્વ મેળવી શકે છે તથા નજીકમાં જો ઇલેક્ટ્રૉન-દાતા (releasing) સમૂહ હોય તો સ્થાયિત્વ ઓછું બને છે. વણવપરાયેલ (unshared) ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ દ્વારા સંસ્પંદનથી તે સ્થાયિત્વ મેળવી શકે છે.

કાર્બઋણાયનની બાજુમાં જો > C = O અથવા – C º N સમૂહ હોય તો પ્રેરક-અસર તેમજ સંસ્પંદન-અસર બંને દ્વારા કાર્બઋણાયન સ્થાયિત્વ મેળવે છે :

મોટાભાગનાં કાર્બઋણાયનો કીટોન, આલ્ડિહાઇડ, ઍસ્ટર અથવા નાઇટ્રાઇલમાંથી મેળવાય છે.

કાર્બીનો : તટસ્થ દ્વિસંયોજકતા દર્શાવતા આ માધ્યમિકમાં કાર્બન પરમાણુ બીજા બે સમૂહ યા હાઇડ્રોજન સાથે સહસંયોજક બંધથી જોડાયેલો હોય છે તથા બાકીના બે સંયોજક-ઇલેક્ટ્રૉન બંધહીન (non-bonding) કક્ષકોમાં વહેંચાયેલા હોય છે. બંને ઇલેક્ટ્રૉન એક જ કક્ષકમાં અથવા એકેક ઇલેક્ટ્રૉન પ્રત્યેક કક્ષકમાં રહી શકે છે. કાર્બીનો પ્રબળ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી તરીકે વર્તે છે.

કાર્બીનની એક અગત્યની પ્રક્રિયા તેનું દ્વિબંધમાં ઉમેરાવું તે છે :

સૌથી સાદો કાર્બીન મિથિલીન પણ કાર્બન-હાઇડ્રોજન બંધ વચ્ચે ઘૂસી જઈ શકે છે :

કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓ ઇલેક્ટ્રૉન-વિનિમય દ્વારા થાય છે તેવું ઉપરની બધી પ્રક્રિયાઓ સૂચવે છે. ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવવાની પ્રક્રિયાને ઉપચયન તથા ઇલેક્ટ્રૉન મેળવવાની પ્રક્રિયાને અપચયન કહેવાય છે. તેથી કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓ ઉપચયન-અપચયન પ્રક્રિયાઓ પણ છે તેમ સમજી શકાય. ઇલેક્ટ્રૉન-ઋણ્વીયતાને લક્ષમાં લઈને ઉપચયન-અપચયન માટે કેટલાક નિયમો બનાવાયા છે. સમગ્ર પ્રક્રિયાને રેડોક્સ પ્રક્રિયા કહે છે. તેમને નિયમો અનુસાર સંતુલિત પણ કરવામાં આવે છે.

કાર્બનિક અણુમાંના પ્રત્યેક કાર્બનને તેના ઉપચયન-આંક આપીને અણુમાંના આ ઉપચયન-આંકના સરવાળાને બીજી કોઈ પ્રક્રિયામાંથી મળતા અણુઓના ઉપચયન-આંક સાથે સરખાવીને પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉપચયન (ઉપચયન-આંક વધવો) કે અપચયન (ઉપચયન-આંક ઘટવો) થયું તે જાણી શકાય. આ ગણતરીની સચ્ચાઈ માટે આ અણુની પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરવાથી તેના ઉપચયન-આંકમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી એ ગણીને ખાતરી કરવાની હોય છે. ઉપચયન-આંક દર્શાવતાં ઉદાહરણ જોઈએ :

સરવાળો : – 4

ઉપચયન :

કુલ ફેરફાર C₂H₂ → C₂H₄O

કાર્બનનો ઉપચયન-આંક +4 થી -4 સુધી જુદાં જુદાં સંયોજનોમાં જણાય છે.

ઉપચયન-	સંયોજન	ઉપચયન-	સંયોજન
આંક		આંક
-4	CH4	+1	RCHO, R3COH
-3	R – CH3	+2	HCOOH, R2CO
-2	CH3OH, R2CH2	+3	RCOOH
-1	RCH2OH	+4	CO2
	R3CH
0	CH2O, R2CHOH, R4C

આ રીતે ઉપચયન-પ્રક્રિયામાં પ્રક્રિયક-પરમાણુ (reagent) જેનું ઉપચયન થતું હોય તે કાર્બનિક અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રૉન મેળવે છે. અપચાયકો ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ આપતા હોય છે. હાઇડ્રોજનેશનમાં બહુ-બંધકીય (multiple bonds) પદાર્થમાં હાઇડ્રોજન ઉમેરાય છે. તેથી તે અપચયન કહેવાય તથા ડિહાઇડ્રૉજિનેશન ઉપચયન કહેવાય.

ઉપચયન-અપચયન કરવા માટેના મોટાભાગના પ્રક્રિયકો સામાન્ય અકાર્બનિક ઉપચાયક તથા અપચાયક સંયોજનો હોય છે, જેમાંનાં ઘણાં વિશિષ્ટ પ્રક્રિયા કરતાં હોય છે. કોષ્ટકમાં આ દર્શાવ્યું છે.

કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓનું કોષ્ટક-2 તથા 3 મુજબનું સમગ્રતયા વિવરણ તપાસ્યા બાદ હવે આવી પ્રક્રિયાઓના પ્રક્રમ (mechanism) વિશે વિચારીએ.

વિસ્થાપન તથા વિલોપન પ્રક્રિયાઓના પ્રક્રમ : આલ્કિલ હેલાઇડની કેન્દ્રાનુરાગી સાથેની સર્વાંગી પ્રક્રિયાનું વિસ્થાપન અથવા વિલોપન થઈ શકે છે.

કોષ્ટક 2 : કાર્બનિક રસાયણમાં વપરાતા સામાન્ય પ્રક્રિયકો

ઉપચાયક		પ્રક્રિયકો
O2	HNO3	Cl2	Ag2O	MnO2
O3	SO3	Br2	HgO	MnO4–1
HO-OH	SeO2	I2	Pb(OAc)4	CrO3
t.BuO-OH		t-BuOCl	FeCl3	CrO2Cl2
RCOO-OH		N.B.S.	Fe(CN)–36	OSO4
				IO4–1
ડિહાઇડ્રૉજિનેશન (-2H)		Pt, Pd, S, Se (ઉષ્મા સાથે) વિસ્થાપિત ક્વિનોન (t.BuO)3A1/R2 CO વગેરે

કોષ્ટક 3 : કાર્બનિક રસાયણમાં વપરાતા સામાન્ય પ્રક્રિયકો

અપચાયક			પ્રક્રિયકો
ઉદ્દીપકીય	હાઇડ્રૉજિનેશન	:	H2 + ઉદ્દીપક Pt, Pd, Ni
	હાઇડ્રાઇડો	:	LiAlH4, NaBH4, BH3
	ધાતુઓ	:	Li, Na, K, Zn, Mg
	બાકીના	:	H2N-NH2, R3P, SO3–2,
			SnCl2, FeCl2 (i-PrO)3 Al

આ બંને પ્રક્રિયાના પ્રક્રમો ભિન્ન પ્રકારના હોય છે. વિસ્થાપન પ્રક્રિયા માટે બે પ્રકારના પ્રક્રમ જોવા મળે છે :

(क) SN2 પ્રક્રિયા–પ્રક્રમ : આ પ્રક્રિયાનો વેગ આલ્કિલહેલાઇડના આલ્કિલ સમૂહના બંધારણ ઉપર મુખ્યત્વે આધાર રાખે છે; ઉદા. તરીકે, એક સર્વમાન્ય SN2 પ્રક્રિયા જોઈએ :

અહીં પ્રક્રિયાનો સાપેક્ષ વેગ R સમૂહના બંધારણ ઉપર આધારિત છે એમ પ્રયોગોથી જણાયું છે :

CH₃ 23; CH₃CH₂ 1.0; (CH₃)₂CH 0.039; (CH₃)₃ C < 0.002; (CH₃)₃C.CH₂ 5 x 10^–6

આ સાપેક્ષ વેગના મોટા ફેરફારનું કારણ SN2 પ્રક્રમમાં ઉદભવતી સંક્રમણ-અવસ્થા (transition state) છે – તેમાં મધ્ય કાર્બન ઉપર બહુ નજીકમાં પાંચ સમૂહો હોય છે, જે મૂળ હેલાઇડ કરતાં વધુ અવકાશીય ભીડ(sterically crowded)વાળી સ્થિતિ છે. આને કારણે જો નાના હાઇડ્રોજન પરમાણુને બદલે R₁, R₂ તથા R₃ સમૂહો વ્યવસ્થિત રીતે વધુ ને વધુ કદવાળા બનાવવામાં આવે તો સંક્રમણ-સ્થિતિમાં વધુ ને વધુ અવકાશીય રુકાવટ (steric hindrance) ઉદભવતી જશે. માત્ર એક જ હાઇડ્રોજનને બદલે મોટા કદવાળો t-બ્યુટાઇલ (t = તૃતીયક) સમૂહ મૂકીએ તો અવકાશીય રુકાવટ ખૂબ વધી જશે. આ કારણથી ઉપરના ઉદાહરણમાં દર્શાવેલ નિયો પેન્ટાઇલ બ્રોમાઇડ (CH₃)₃ C.CH₂ Br ઘણું બિનક્રિયાશીલ હોય છે :

આથી એમ ધારણા કરી શકાય કે સરળ શૃંખલાવાળાં પ્રાથમિક આલ્કિલ હેલાઇડ SN2 પ્રક્રમમાં દ્વિતીયક હેલાઇડ કરતાં વધુ વેગથી પ્રક્રિયા કરી શકે તથા દ્વિતીયક હેલાઇડ તૃતીયકને મુકાબલે વધુ ઝડપી પ્રક્રિયા કરી શકશે. SN2 પ્રક્રમ દ્વારા બેન્ઝાઇલ (C₆H₅CH₂X) તથા એલાઇલ સંયોજનો (CH₂ = CH-CH₂X) ઇથાઇલ હેલાઇડ કરતાં વધુ વેગથી પ્રક્રિયા કરી શકશે તથા તેમની ક્રિયાશીલતા લગભગ મિથાઇલ હેલાઇડ જેટલી હોય છે.

ઉપરની આકૃતિ દર્શાવે છે કે જો આલ્કિલ હેલાઇડમાં હેલોજન સાથે જોડાયેલ કાર્બન અસમ (asymmetric) હશે તો વિસ્થાપન નીપજમાં તેના અણુની સંરચના(configuration)નું વ્યુત્ક્રમણ (inversion) થશે. (સરખાવો : ખૂબ પવનમાં છત્રીનું કાગડો થવું) એટલે કે SN2 પ્રક્રિયામાં અસમ કાર્બન ઉપર પ્રક્રિયા થતાં તેની સંરચનાનું વ્યુત્ક્રમણ થશે.

વિવિધ SN2 વિસ્થાપન-પ્રક્રિયાઓના વેગ તેમાં ભાગ લેતાં કેન્દ્રાનુરાગી ઉપર પણ મહદંશે આધાર રાખે છે. નીચેના કોષ્ટકમાં મિથાઇલ બ્રોમાઇડ સાથે જુદા જુદા કેન્દ્રાનુરાગીઓ દ્વારા વેગમાં થતા ફેરફારો દર્શાવ્યા છે :

કોષ્ટક 4 : મિથાઇલ બ્રોમાઇડ સાથે વિવિધ કેન્દ્રાનુરાગીઓના સાપેક્ષ પ્રક્રિયા–વેગ

કેન્દ્રાનુરાગી	સાપેક્ષ   વેગ	કેન્દ્રાનુરાગી	સાપેક્ષ   પ્રક્રિયા–વેગ
CN–	1×2  x  105	Br–	0.08   x  105
I–	1×0  x  105	Cl–	0.01   x  105
C6H5NH2	0×3  x  105	CH3COO–	0.005 x  105
OH–	0×2  x  105

ઉપરના કોષ્ટક ઉપરથી એ પણ સમજાશે કે આયોડાઇડ તથા સાયનાઇડ આયનો (જે હાઇડ્રૉક્સાઇડ આયન કરતાં મંદ બેઝ છે.) બંને પ્રબળ કેન્દ્રાનુરાગી તરીકે વર્તે છે એટલે કે ની કેન્દ્રાનુરાગિતા (nucleophilicity) તેની બેઝિકતાને સમાંતર નથી જણાતી.

આ ઉપરાંત SN2 પ્રક્રમમાં જુદા પડનારા સમૂહ X (R-Xમાંના)ની પ્રકૃતિ ઉપર પણ પ્રક્રિયા-વેગ આધાર રાખે છે. C-X બંધની પ્રબળતા સાથે આ વેગ સંબંધ રાખે છે. આમ આયોડાઇડનું વિસ્થાપન ખૂબ ઝડપી, બ્રોમાઇડનું મધ્યમસર તથા ક્લોરાઇડનું ધીમું થાય છે. SN2 વિસ્થાપનમાં ફ્લોરાઇડ ઘણું જ નિષ્ક્રિય છે.

(ख) SN1 પ્રક્રિયા–પ્રક્રમ : SN1 પ્રક્રિયામાં વેગનિર્ધારક સોપાન આલ્કિલહેલાઇડનું આયનીકરણ હોય છે (RX → ). પરિણામે, જે સહજતાથી આલ્કિલ હેલાઇડ આયનીકરણ પામશે તેના ઉપરથી SN1નો વેગ નક્કી થઈ શકશે. આ સોપાનમાં  કાર્બોનિયમ આયનો બનતાં હોવાથી આલ્કિલ હેલાઇડમાંના Rના સ્થાયિત્વ ઉપર આયનીકરણ આધાર રાખે છે. આલ્કિલ સમૂહની જે બંધારણીય સ્થિતિ દ્વારા કાર્બોનિયમ આયન સ્થાયિત્વ મેળવી શકશે તેનો આયનીકરણ વેગ વધુ હશે. કાર્બોનિયમ આયનને સ્થાયિત્વ મેળવવા બાજુમાં એરાઇલ સમૂહ કે દ્વિબંધ હોય તો સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયિત્વ મળી શકે તે જાણીતું હોઈ બેન્ઝાઇલ તથા એલાઇલ હેલાઇડ ખૂબ ઝડપથી SN1 પ્રક્રિયા કરી શકે છે. સાદા કાર્બોનિયમ આયનોનું સ્થાયિત્વ નીચેના ક્રમમાં હોય છે :

મિથાઇલ સમૂહની ઇલેક્ટ્રૉન-દાતા શક્તિને લીધે આ આયનોના ધન વીજભાર સ્થાયિત્વ પામી શકે છે. આ કારણથી વધુ મિથાઇલ સમૂહવાળો 1-બ્યુટાઇલ સમૂહ દ્વિતીયકને મુકાબલે વધુ તથા દ્વિતીયક પ્રાથમિકને મુકાબલે વધુ ઝડપથી SN1 પ્રક્રમ દર્શાવે છે. આલ્કિલ હેલાઇડ(80 ટકા જલીય આલ્કોહૉલમાં)ના દ્રાવક-વિભાજન-(solvolysis)ના વેગ નીચે દર્શાવ્યા છે :

આલ્કિલ સમૂહનું આયનીકરણ X આયોડાઇડ હોય તો બ્રોમિન તથા ક્લોરિનને મુકાબલે વધુ ઝડપથી થાય છે. આલ્કિલ ફ્લોરાઇડ ખૂબ ધીમી પ્રક્રિયા કરે છે.

SN1 પ્રક્રમમાં નીપજ બનાવતું દ્વિતીય સોપાન SN2ના મુકાબલે મહત્ત્વની રીતે જુદું પડે છે. ખૂબ સ્થાયિત્વ ધરાવનાર કાર્બોનિયમ આયનો પણ ખૂબ ક્રિયાશીલ માધ્યમિકો તરીકે વર્તે છે. આમ t-બ્યુટાઇલ કાર્બધનાયન ક્લોરાઇડ આયન સાથે પાણીને મુકાબલે ચારગણી વધુ ઝડપે પ્રક્રિયા કરે છે. આ પ્રકૃતિને લીધે SN1 પ્રક્રિયામાં મુખ્ય નીપજ જે કેન્દ્રાનુરાગી ખૂબ વધુ પ્રમાણમાં હશે તેની સાથેની પ્રક્રિયા દ્વારા બનશે. આવી પ્રક્રિયાઓ જ્યારે પાણી કે આલ્કોહૉલ જેવા દ્રાવકની હાજરીમાં કરવામાં આવે ત્યારે આ દ્રાવક પણ કેન્દ્રાનુરાગી તરીકે વર્તે છે. આમ પ્રાથમિક તથા તૃતીયક આલ્કિલહેલાઇડ એક જ પ્રકારની પ્રક્રિયા કરતાં હોય તોપણ તેમની

(SN2 પ્રક્રમ; C₂H₅OH કરતાં CN^– વધુ ક્રિયાશીલ)

[SN1 પ્રક્રમ; કાર્બોનિયમ આયન CN^– કે C₂H₅OH વચ્ચે તફાવત દર્શાવતું નથી, જે વધુ સંકેન્દ્રિતતાવાળું હોય તેની સાથે (C₂H₅OH) પ્રક્રિયા કરે છે.] SN1 વિસ્થાપનમાં પ્રકાશક્રિયાશીલ 1-ફિનાઇલ ઇથાઇલ ક્લોરાઇડનું સર્વાંગી રેસીમીકરણ થતું જણાય છે.

આ વર્તાવનું કારણ મધ્યવર્તી કાર્બોનિયમ આયન સમતલીય (planar) ગણાય છે. તેની બંને તરફથી કેન્દ્રાનુરાગીનું આક્રમણ એકસરખા પ્રમાણમાં થઈ શકે છે.

ઉપરના ઉદાહરણની માફક કેટલાંક SN1 વિસ્થાપનો સંપૂર્ણ રેસીમીકરણ દર્શાવતાં હોતાં નથી. આનું કારણ એવું આપી શકાય કે વધુ ક્રિયાશીલ કાર્બોનિયમ આયનોમાં, આ આયન દ્રાવક સાથે પ્રક્રિયા કરતું હોય ત્યારે જુદો પડતો હેલાઇડ આયન હજી તેની એટલો બધો નજીક હોય કે કાર્બોનિયમ આયનની તે બાજુ તરફથી (Cl બાજુ તરફથી) દ્રાવકના અણુઓ આક્રમણ કરી શકતા નથી. આ પરિસ્થિતિમાં નીપજમાં વ્યુત્ક્રમણ થયેલું જણાશે.

આમ, કાર્બોનિયમ આયન બંને બાજુથી દ્રાવક અણુઓ વડે ઘેરાઈ જાય તે પહેલાં દ્રાવક સાથે જેટલા અંશે પ્રક્રિયા થઈ હોય તેટલા પ્રમાણમાં નીપજ અણુની મૂળ પ્રકાશપ્રક્રિયાશીલતા જળવાઈ રહેશે; પરિણામસ્વરૂપે નીપજોમાં મોટાભાગનો વિન્યાસ શરૂમાં લીધેલા હેલાઇડ કરતાં વિરુદ્ધ દેખાય છે.

બેન્ઝિન તેમાંના π ઇલેક્ટ્રૉનના વિસ્થાનીકરણ(delocalisation)-ને કારણે સામાન્ય ઑલેફિન કરતાં ઓછું ક્રિયાશીલ હોવા છતાં જો તે પ્રક્રિયા કરે તો ઇલેક્ટ્રૉન પ્રક્રિયકો સાથે કરી શકશે એવી ધારણા છે. ઍરોમૅટિક પ્રણાલીની સ્થાયિત્વ ઊર્જાને કારણે ખૂબ ક્રિયાશીલ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી પ્રક્રિયકો જ બેન્ઝિન વલય ઉપર આક્રમણ કરશે. તારવેલી માહિતી મુજબ બેન્ઝિન ઉપર ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી ના આક્રમણ દ્વારા પ્રથમ યોગશીલ પ્રક્રિયાથી કાર્બોનિયમ આયન બને છે, જે સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયિત્વ મેળવે છે; બીજા સોપાનમાં તે પ્રોટૉન ગુમાવીને ફરી બેન્ઝિન પ્રણાલી બને છે. આ માટે બેન્ઝિન તથા બીજા સામાન્ય ઓલેફિન- (સાઇક્લોહેક્ઝીન)ની પ્રક્રિયા સરખાવીએ :

                     ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી

અહીં બ્રોમિન ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી તરીકે બેન્ઝીન વલય ઉપર આક્રમણ કરવા માટે પૂરતું ક્રિયાશીલ નથી જેથી પ્રક્રિયા માટે ફેરિક બ્રોમાઇડ જેવા ઉદ્દીપકની જરૂર પડે છે. આ ઉદ્દીપક Br₂ને આંશિક રીતે તેનાથી વધુ ક્રિયાશીલ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી Br⁺ FeBr₄માં ફેરવે છે જે વલય ઉપર આક્રમણ કરી શકે :

પરિણમતો કાર્બધનાયન સંસ્પંદન દ્વારા સ્થાયિત્વ મેળવે

આ મધ્યવર્તી કાર્બધનાયન આવી પ્રક્રિયામાં બેમાંથી એક પરિસ્થિતિને અનુસરશે. તે કેન્દ્રાનુરાગી સાથે પ્રક્રિયા કરી (નીચે આકૃતિમાં પથ (अ) પરિણામી યોગશીલ નીપજ બનાવશે અથવા પોતાનામાંથી વિસ્થાપન નીપજ બનાવશે :

 મધ્યવર્તી કાર્બધનાયનનો ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી સાથે ઓલેફિન અથવા

         ઍરોમૅટિક હાઇડ્રોકાર્બનનો પ્રક્રિયાપથ

સામાન્ય ઓલેફિન માટે પથ अ વધુ અનુકૂળ છે, પરિણામે યોગશીલ પ્રક્રિયા થાય છે. બેન્ઝિન માટે પ્રોટૉનનું વિલોપન વધુ અનુકૂળ છે, કારણ કે બેન્ઝિન પ્રણાલી ફરી સ્થાયી બને છે. જ્યારે Brના ઉમેરાવાથી સાઇક્લોહેક્ઝાડાઇન બનશે. જેમાં સંસ્પંદન સ્થાયિત્વ બિલકુલ નથી કે નહિવત્ છે.

આવાં કારણોસર બેન્ઝિન તથા તેવાં ઍરોમૅટિક હાઇડ્રૉકાર્બનોમાં પ્રોટૉન-વિલોપન દ્વારા વિસ્થાપન પ્રક્રિયા થતી જણાય છે.

બેન્ઝિનમાં એક સમૂહ હોય તથા બીજો તેમાં દાખલ થવા મથે ત્યારે ઉપર દર્શાવ્યા મુજબના પ્રક્રમથી બનતા મધ્યવર્તી કાર્બધનાયનને વધુ સ્થાયી બનાવતા જે સમૂહો હોય તેને ઑર્થો-પૅરા પ્રેરક સમૂહો તથા ઓછા સ્થાયી બનાવતા સમૂહોને મેટાપ્રેરક સમૂહો કહે છે :

અહીં Y = -OH, -NH₂, -OR, -CH₃ કે આલ્કિલ સમૂહ હોય તો E હમેશાં Yની ઑર્થો કે પૅરા-સ્થિતિમાં પ્રવેશશે તથા પ્રક્રિયા બેન્ઝિન કરતાં ઝડપથી થશે.

જો Y = -NO₂, -COOH, -CHO, -COOH, -CN, -SO₃H સમૂહો હશે તો E Yની મેટા-સ્થિતિમાં પ્રવેશશે તથા બેન્ઝિનની સરખામણીમાં પ્રક્રિયા ધીમી થશે.

જો Y = હેલોજન (F, Cl, Br, I) હશે તો E તેમની ઑર્થો-પૅરા સ્થિતિમાં પ્રવેશશે, પરંતુ પ્રક્રિયા બેન્ઝિનના પ્રમાણમાં ધીમી થશે.

યોગશીલ પ્રક્રિયાઓનો પ્રક્રમ : કાર્બન-કાર્બન દ્વિબંધ ઉપરની મોટાભાગની અગત્યની યોગશીલ પ્રક્રિયાઓમાં ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગીનું દ્વિબંધ ઉપરનું આક્રમણ વેગ-નિયંત્રક (rate-determining) હોય છે. આવા ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગીમાં ઍસિડ, કાર્બોનિયમ આયન તથા હેલોજન ગણાવી શકાય.

આવી ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી યોગશીલ પ્રક્રિયા બે સોપાનમાં થતી હોય છે, જેમાં પ્રથમ સોપાન કે જે વેગનિયંત્રક છે તેમાં આક્રમક ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી  દ્વિબંધમાં ઉમેરાઈ કાર્બોનિયમ આયન નિપજાવે છે. બીજા સોપાનમાં આ કાર્બોનિયમ આયન ઝડપથી કેન્દ્રાનુરાગી Nu સાથે પ્રક્રિયા કરે છે (આ બીજું સોપાન SN1 પ્રક્રિયાના બીજા સોપાન જેવું જ છે).

દ્વિબંધમાં HX તથા X₂નું ઉમેરણ આ પ્રક્રમ મુજબ થતું જણાયું છે.

દ્વિબંધમાં કેન્દ્રાનુરાગી – યોગશીલ પ્રક્રિયા બહુ અનુકૂળ પ્રક્રિયા નથી, પરંતુ જો દ્વિબંધ બીજા પ્રબળ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી વિસ્થાપક સમૂહ સાથે જોડાયેલ હોય તો આવી યોગશીલ પ્રક્રિયા થઈ શકે છે :

ઉપરની યોગશીલ પ્રક્રિયા ઉપરાંત ચક્રીય યોગશીલન (cyclo-addition) પણ કોઈ વાર અનુકૂળ સંજોગોમાં થઈ શકે છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે બે દ્વિબંધ એકબીજા સાથે સંયોજાઈને બે નવા સિગ્મા બંધ બનાવી શકે; ચાર સભ્યવાળું વલય ખૂબ તણાવ અનુભવતું હોઈ (અનુકૂળ 109.5 અંશ ખૂણાને બદલે 90°નો ખૂણો બનવાને કારણે) અસ્થાયી હોય છે, પરંતુ જો બે દ્વિબંધવાળી પ્રણાલીમાં ત્રીજો બંધ ઉમેરાય તો પરિણામે છ સભ્યવાળું વલય બનશે, જે સ્થાયી હોવાને કારણે અનુકૂળ પ્રક્રિયા દર્શાવે છે :

મુક્ત–મૂલક યોગશીલ પ્રક્રિયા : આ પ્રક્રિયા માટે નીચેની પરિસ્થિતિ જરૂરી છે :

(i) મૂલક નિપજાવે તેવા પદાર્થ(initiator source)ની હાજરી.

(ii) મૂલકનું ઝડપથી ઉદભવવું જે તેટલી જ ઝડપથી ઑલેફિનના દ્વિબંધમાં ઉમેરાય.

(iii) ઑલેફિન મુલકમાંથી આ જ મુલકનું પુન: ઉદભવન (regeneration)

હેલોજન-ઍસિડ (HX) ઉદ્દીપકીય હાઇડ્રૉજિનેશન, હાઇડ્રૉબોરેશન વગેરે પ્રક્રિયા મુક્ત-મૂલક પ્રક્રમ દ્વારા થાય છે. પ્રક્રિયા ત્રણ સોપાનમાં દર્શાવી શકાય, જે નીચેના ઉદાહરણમાં સમજાવ્યું છે :

જે બહુલકો યોગશીલ બહુલીકરણથી બને છે, તેના પાયામાં આ પ્રક્રિયા રહેલી છે.

વિલોપન પ્રક્રિયાઓના પ્રક્રમ : વિલોપન(elimination)માં એક પ્રક્રમ E2માં કેન્દ્રાનુરાગી આલ્કિલહેલાઇડના β^–સ્થિત હાઇડ્રોજન ઉપર સીધું આક્રમણ કરે છે. આ સિવાય E1 પ્રક્રમમાં પ્રથમ આયનીકરણ થઈ કાર્બોનિયમ આયન બને છે, જેમાંથી β^TMસ્થિત પ્રોટૉનનું વિલોપન થાય છે.

E1 પ્રક્રમ : કાર્બોનિયમ આયન કેન્દ્રાનુરાગી સાથે પ્રક્રિયા કરી વિસ્થાપન નીપજ ઉપજાવી શકે, તે ઉપરાંત સ્વયં પોતાના જ b^–કાર્બનસ્થિત પ્રોટૉનને અલગ પાડી દઈને સ્થાયિત્વ પણ મેળવી શકે; પરિણામસ્વરૂપે આલ્કીન બને છે :

આ પ્રક્રિયા SN1 વિસ્થાપન સાથે આ રીતે હરીફાઈ કરી શકે છે. આમ જે કોઈ આલ્કિલ હેલાઇડ આયનીકરણ પામી શકે તથા તેમાં ઓછામાં ઓછો એક હાઇડ્રોજન β^–સ્થિત કાર્બન ઉપર હોય તો E₁ તથા SN1 પ્રક્રમો હંમેશાં એકબીજાની હરીફાઈ કરશે જ. નીચેની પરિસ્થિતિમાં E1 પ્રક્રમ વધુ અગ્રગામી હોય છે :

(1) દ્રાવક ખૂબ નિર્બળ કેન્દ્રાનુરાગી હોય (દા.ત., ફૉર્મિક કે એસેટિક ઍસિડ)

(2) હેલાઇડ β^–કાર્બન ઉપર ઘણી ઉપશાખાઓ ધરાવતો હોય.

સંયોજનમાંથી એક જ પરિસ્થિતિ હેઠળ આલ્કીન અતિશય પ્રમાણમાં (વિસ્થાપન નીપજને મુકાબલે) બને છે.

E1 પ્રક્રમમાં કાર્બોનિયમ આયન CH₃CH₂C^⊕ (CH₃)₂ ભાગ લેતો હોય ત્યારે વિલોપન એવી રીતે થતું જણાય છે કે નીપજ, વધુ આલ્કિલ સમૂહ ધરાવતું આલ્કીન CH₃-CH = C(CH₃)₂ બને છે. (આને સેટ્ઝેવનો નિયમ કહે છે).

પુનર્વિન્યાસ પ્રક્રિયાઓનો પ્રક્રમ : આ પ્રક્રિયાઓમાં ક્રિયાત્મક સમૂહોના ઉમેરણ, વિયોજન કે પરિવર્તન ઉપરાંત આખીયે અણુપ્રણાલીમાં ફેરફાર થાય છે. પુનર્વિન્યાસ પ્રક્રિયાનું ખૂબ સામાન્ય સ્વરૂપ નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

ચોક્કસ ઉદાહરણ સ્પષ્ટતા માટે નીચે મુજબ સમજાવી શકાય :

ઉપરના (1)માં X સમૂહ વિસ્થાપનશીલ છે તથા A સમૂહ પુનર્વિન્યાસમાં ભાગ લેતો સમૂહ છે. Y પરમાણુ N (હૉફમૅન પ્રક્રિયા) કે O (ક્રિગી પ્રક્રિયા) હોઈ શકે છે. Xના વિસ્થાપનકાળ દરમિયાન સમૂહ A તથા Y પુનર્વિન્યાસ પામે છે. આવું બનતું હોય તે દરમિયાન A, X, Y તથા Z એક જ સમતલમાં હોય છે. પરિણામી નીપજમાં A તથા X એકબીજાથી વિપક્ષ (trans) સ્થિતિમાં ઉદભવે છે.

પ્રત્યેક પુનર્વિન્યાસ પ્રક્રિયાઓ જુદાં જુદાં સોપાન સ્વરૂપે થતી હોય છે. X સમૂહના વિચ્છેદથી કાર્બોનિયમ આયન (2) ઉદભવે છે. હવે ભ્રમણશીલ A સમૂહ Y ઉપર Z દ્વારા વિસ્થાપન કરીને (3) આપે છે. Z ઉપર ધન-વીજભારવાળો આયન (3) સ્થાયી હોય છે. બીજી શક્યતામાં સામાન્ય SN અથવા E પ્રક્રિયા મધ્યસ્થ Y ઉપર થઈ શકે, પરિણામે પુનર્વિન્યાસ પામેલો આયન (3) બીજી પરિણામી પ્રક્રિયાઓ દર્શાવે છે.

સમૂહ A પોતાના ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ સાથે જ ભ્રમણ કરે છે, જેને પરિણામે મધ્યવર્તી (4) આંતરઆણ્વીય (intramolecular) ફેરફારથી બને છે તેમ માનવામાં આવે છે :

આવા (4)ને માનવા માટે બે કારણો જવાબદાર ગણાય : (i) ભ્રમણ કરતા A સમૂહ સાથે બહારના પ્રક્રિયકો હરીફાઈ કરતા નથી તથા (ii) જો A સમૂહમાં અસમ કાર્બન પરમાણુ હોય તો પુનર્વિન્યાસ પામેલા સંયોજનમાં તેની સંરચનામાં ફેરફાર જણાતો નથી.

આ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓમાં વાગ્નર-મીરવાઇન, પિનાકોલ, બૅકમૅન, હૉફમૅન, કર્ટિયસ, શ્મિડ્ટ, બેન્ઝિડિન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

કેટલીક પુનર્વિન્યાસ પ્રક્રિયા નીચે દર્શાવી છે :

જ્યારે વધારાના ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવતો સમૂહ ઇલેક્ટ્રૉન-ઘટવાળી સ્થિતિ ઉપર જઈને ગોઠવાય ત્યારે કેન્દ્રાનુરાગી પુનર્વિન્યાસ થયો કહેવાય છે. સામાન્ય પ્રક્રિયા નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

આ રીતે બનતા કાર્બોનિયમ આયનની ફરી પ્રક્રિયા થાય છે. [B] પિનાકોલ-પિનાકોલોન પુનર્વિન્યાસનું ઉદાહરણ

તેનો પ્રક્રમ નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

ક્લેઇસેન પુનર્વિન્યાસનું ઉદાહરણ :

પ્રક્રિયામાં પેરા-એલાઇલ ફીનૉલ બનતો નથી. પ્રક્રિયા એક-અણુક (monomolecular) છે તથા એલાઇલ સમૂહ બેન્ઝિનની ઑર્થો સ્થિતિમાં રહેલા કાર્બન ઉપર તેના 4 કાર્બન દ્વારા પુનર્વિન્યાસ કરે છે. તેનો પ્રક્રમ નીચે મુજબ છે :

પેરિસાઇક્લિક પ્રક્રિયાઓ (pericyclic reactions) : એવી કેટલીક પ્રક્રિયાઓ જાણીતી છે, જેમાં માત્ર એક જ સંમિલિત પથ(concerted pathway)માં બંધ બનતા હોય કે વિચ્છેદ પામતા હોય તથા સંક્રમણ-અવસ્થા ચક્રીય પ્રકારની રચનાવાળી (cyclic transition state) હોય છે. અગાઉ આવી પ્રક્રિયાઓ ‘કોઈ પ્રક્રમ વિનાની પ્રક્રિયાઓ’ (no-mechanism reaction) તરીકે ઓળખાતી. 1965માં વૂડવર્ડ તથા હૉફમૅને અણુ-કક્ષક સિદ્ધાંતની મદદથી આવી પ્રક્રિયાઓનો પ્રક્રમ સમજાવ્યો. તેમની સમજૂતીને ‘કક્ષક સમમિતિનું સંરક્ષણ’ (conservation of orbital symmetry) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓ (1) કોઈ આયનિક કે મધ્યવર્તી બન્યા વગર થાય છે; (2) ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી કે કેન્દ્રાનુરાગીઓ આમાં ભાગ લેતા નથી કે ઉદ્ભવતા નથી; (3) દ્રાવકના ફેરફારની કે ઉદ્દીપકની આ પ્રક્રિયા ઉપર કોઈ અસર થતી નથી; (4) પ્રક્રિયા એક જ સંમિલિત પ્રક્રમથી થાય છે; (5) આ પ્રક્રિયાઓ ઉષ્મા અથવા પ્રકાશ દ્વારા થાય છે. આ પેરિસાઇક્લિક પ્રક્રિયાઓ મુખ્યત્વે ત્રણ વિભાગમાં વહેંચી શકાય :

(क) ઇલેક્ટ્રૉન–ચક્રીય પ્રક્રિયાઓ (electrocyclic reaction) : વલય ખોલનાર અથવા બનાવનારી પ્રક્રિયા છે :

(ख) ચક્રીય યોગશીલ પ્રક્રિયાઓ (cycloaddition reactions) : એમાં π (પાઇ) પ્રણાલીઓ ભાગ લે છે :

(ग) સિગ્માટ્રૉપિક પ્રક્રિયાઓ (sigmatropic reactions) : એમાં π પ્રણાલી ઉપરથી સિગ્મા-બંધ સ્થાનફેર (transfer) પામે છે :

સુપ્રસિદ્ધ ડિલ્સ-આલ્ડર પ્રક્રિયા એ ચક્રીય યોગશીલ પ્રક્રિયા છે.

ઍરોમૅટિક કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન : અગાઉના ઍરોમૅટિક વિસ્થાપનમાં કેન્દ્ર ઉપર ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી દ્વારા આક્રમણથી વલયના હાઇડ્રોજનનું વિસ્થાપન જોયું.

પ્રબળ ઇલેક્ટ્રૉન-અપનયનકર્તા (electron-withdrawing) સમૂહો (દા.ત., NO₂, CN) જો વલયમાં રહેલા હોય તો ઉપર દર્શાવેલ વિસ્થાપન ખૂબ મુશ્કેલીથી નહિવત્ પ્રમાણમાં જ થાય છે. (બેન્ઝિનના મુકાબલે)

નીચે દર્શાવેલ પ્રક્રિયા –

અગાઉ ચર્ચેલી વિસ્થાપન પ્રક્રિયાથી ભિન્ન હોવી જોઈએ, કારણ કે (1) આક્રમણ કરતો CH₃O^– સમૂહ પ્રબળ કેન્દ્રાનુરાગી છે. (2) વલયમાંથી છૂટો પડતો સમૂહ Hને બદલે C  છે તથા (3) નાઇટ્રો સમૂહની ગેરહાજરીમાં આ જ પ્રક્રિયા સામાન્ય પરિસ્થિતિમાં થતી જણાતી નથી :

આ માટેનો પ્રક્રમ યોગશીલન-વિલોપન એમ સહિયારા પ્રકારનો માનવાને કારણો છે. પ્રક્રમમાં પ્રથમ સોપાનમાં વલયમાં કેન્દ્રાનુરાગીના દાખલ થવાથી મધ્યવર્તી કાર્બઋણાયન બને છે. વલયના કાર્બન સાથે રહેલો મૂળ સમૂહ કેન્દ્રાનુરાગી ના દ્વારા આક્રમણથી ઋણાયન L^– તરીકે વિખૂટો પડે છે.

આવો પ્રક્રમ અનુસરતી કેટલીક પ્રક્રિયાઓ નીચે દર્શાવી છે : [अ]

ખૂબ જ પ્રબળ પરિસ્થિતિ સર્જવાથી એરાઇલ હેલાઇડનું ફીનૉલમાં રૂપાંતર શક્ય છે. ફીનૉલ મેળવવાની આ એક ઔદ્યોગિક રીત છે (ડાઉ-પ્રવિધિ). [ब]

લાંબા સમય સુધી આ પ્રક્રિયાનો પ્રક્રમ અગાઉ દર્શાવ્યા જેવો યોગશીલ-વિલોપન પ્રકારનો માનવામાં આવતો હતો. મધ્યવર્તી કાર્બઋણાયન બનવાનું જો ઊર્જાની ર્દષ્ટિએ પ્રતિકૂળ હોય તો કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન બીજી કોઈ રીત અનુસરતું હોઈ શકે તેવી માન્યતાને આધારે એમ સાબિત કરી શકાયું કે ઊંચા તાપમાને ક્લોરોબેન્ઝિનનું બેઝ દ્વારા જળવિભાજન ‘બેન્ઝાઇન’ મધ્યવર્તી મારફત થાય છે. [क]

બેન્ઝાઇન ખૂબ ક્રિયાશીલ હોઈ ડિલ્સ-આલ્ડર પ્રક્રિયામાં ડાઇનોફિલ તરીકે વર્તે છે. ડ્યૂટેરિયમ નિવેશ (labelling) દ્વારા બેન્ઝાઇન મધ્યવર્તીનું અસ્તિત્વ સાબિત થઈ ચૂક્યું છે.

જ. પો. ત્રિવેદી