કાર્બ-હેલોજન સંયોજનો

કાર્બ-હેલોજન સંયોજનો : હાઇડ્રૉકાર્બનમાંના એક અથવા વધુ હાઇડ્રોજનનું હેલોજન પરમાણુ X (જેમાં X = F, Cl, Br, I) દ્વારા વિસ્થાપન કરવાથી બનતાં વ્યુત્પન્નો. આવાં વ્યુત્પન્નોમાંના હેલોજનની સંખ્યા ઉપરથી તેમને એક(mono)-હેલોજન કે દ્વિ, ત્રિ અથવા બહુ(poly)-હેલોજન વ્યુત્પન્ન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. કુદરતમાં કાર્બ-હેલોજન સંયોજનો જૂજ પ્રમાણમાં મળે છે.

એક-હેલોજન વ્યુત્પન્ન માટે સર્વ-સામાન્ય નામ હેલાઇડ વપરાશમાં છે; દા.ત., આલ્કેનનાં વ્યુત્પન્નોને આલ્કિલ હેલાઇડો અથવા હેલો-આલ્કેન્સ, સાઇક્લો આલ્કેન્સનાં વ્યુત્પન્નોને સાઇક્લો આલ્કિલ હેલાઇડો, તથા ઍરોમૅટિક હેલોજન સંયોજનો તેમાં ઍરોમૅટિક વલય સાથે હેલોજન સીધો (પ્રત્યક્ષ) જોડાયેલો હોય તો તેમને એરાઇલ હેલાઇડો કહે છે.

આલ્કિલ હેલાઇડોનું સામાન્ય સૂત્ર C_nH_2n + X છે (જેમાં X = F, Cl, Br, I). હેલોજન વ્યુત્પન્નોમાં સમઘટકીય સ્વરૂપોનાં નામ હેલોજનના સ્થાન ઉપરથી આપવામાં આવે છે. આલ્કિલ હેલાઇડોમાં જે કાર્બન સાથે હેલોજન જોડાયો હોય તેના ઉપરથી તેમને પ્રાથમિક, દ્વિતીયક કે તૃતીયક આલ્કિલ હેલાઇડોમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય; દા.ત.,

આધુનિક આંતરરાષ્ટ્રીય નામકરણપ્રણાલી (IUPAC) મુજબ હેલોજનનું નામ તથા તેનું સ્થાન દર્શાવતો આંક હાઇડ્રૉકાર્બનના નામ આગળ જોડવામાં આવે છે. મુખ્ય શૃંખલા અને તેને આંક આપવા માટે ક્રિયાશીલ સમૂહ (જે અહીં X છે) ધ્યાનમાં લેવાય છે; દા.ત., ઉપર આપેલા નામ જુઓ.

લગભગ દરેક પ્રકારનાં સમૂહવાળાં સંયોજનો – આલ્કોહૉલ, કીટોન, આલ્ડિહાઇડ, કાર્બૉક્સિલિક ઍસિડ વગેરેમાં હેલોજન અણુઓનો સમાવેશ કરી શકાય છે; પરંતુ કાર્બ-હેલોજનોનો સામાન્ય તથા વ્યાપક અર્થ હાઇડ્રૉકાર્બનનાં હેલોજન-વ્યુત્પન્નો એવો કરવામાં આવે છે.

હેલોજન-અણુઓમાંના (F, Cl, Br, I) પ્રત્યેકની સૌથી બહારની કક્ષામાં 7 ઇલેક્ટ્રૉન રહેલા હોય છે, જેમને સંયોજકતા-ઇલેક્ટ્રૉનો કહે છે તથા F, Cl, Br, Iમાં ક્રમિક રીતે તે પરમાણુના કેન્દ્રથી વધુ ને વધુ અંતરે આવેલા હોય છે. પરિણામે આ સંયોજકતા-ઇલેક્ટ્રૉનો કેન્દ્ર સાથે પ્રબળ રીતે જોડાયેલા રહી શકતા નથી. કેન્દ્ર સાથે ફ્લોરિન અતિ પ્રબળ રીતે તથા આયોડિન અતિ નિર્બળ રીતે જોડાયેલ છે. ફ્લોરિનનું કદ નાનું હોવાથી તે સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રૉન-ઋણ્વીયતા (electronegativity) તથા આયોડિનનું કદ મોટું હોઈ તે સૌથી ઓછી ઇલેક્ટ્રૉન-ઋણ્વીયતા દર્શાવે છે. આમ Fથી I તરફ જઈએ તેમ આલ્કિલ હેલાઇડની ધ્રુવીયતા (polarizability) વધતી જાય છે. હેલોજન પરમાણુઓ કરતાં કાર્બન ઓછી ઇલેક્ટ્રૉન-ઋણ્વીયતાવાળો હોવાથી હેલોજન પરમાણુ C-X બંધના ઇલેક્ટ્રૉન(બે)ને કાર્બનને મુકાબલે વધુ આકર્ષે છે. પરિણામે ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મનું હેલોજન તરફ આંશિક સ્થાનાંતર થવાથી C-X બંધ ધ્રુવીય બને છે. એટલે કે કાર્બન ઉપર આંશિક ધન વીજભાર (+δ) ઊપજે છે, જે કેન્દ્રાનુરાગી (OH^–, CN^– વગેરે) દ્વારા આક્રમણ માટે યોગ્ય સ્થાન (site) બનાવે છે.

આવા સ્થાનાંતરને કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન (SN : substitution, nucleophilic) કહે છે. આ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓ આયનિક હોય છે. કાર્બ-હેલોજન સંયોજનો મુક્ત-મૂલક પ્રક્રિયાઓ પણ દર્શાવે છે, જેમાં C-X બંધ-છેદન થતાં પ્રત્યેક પરમાણુ એક એક ઇલેક્ટ્રૉન મેળવે છે.

R-X → R . + X .

આવી પ્રક્રિયા R-Xની બંધ-વિયોજન શક્તિ ઉપર આધાર રાખે છે. મિથેનની ક્લોરિન સાથે પ્રકાશની હાજરીમાં થતી નીપજો CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃, CCl₄ આવી મુક્ત-મૂલક પ્રક્રિયાથી બને છે.

હવે આપણે હેલોજન-વ્યુત્પન્નો બનાવવાની રીતો જોઈએ.

(क) સંતૃપ્ત હેલોજન–સંયોજનો : (1) આલ્કેનનું પ્રત્યક્ષ હેલોજનીકરણ મુક્ત-મૂલક પ્રક્રિયા છે, જે પ્રકાશની હાજરીમાં થાય છે.

પરિણામસ્વરૂપે આ ચારેયનું મિશ્રણ મળે છે. આ રીતે ઇથેનનાં એક, દ્વિ વગેરેથી માંડીને હેક્ઝાક્લોરોઇથેન વ્યુત્પન્નો મેળવી શકાય. મિશ્રણ મળતાં હોવાથી પ્રાયોગિક રીતે આ પદ્ધતિ બિનવ્યવહારુ છે, છતાં આવાં મિશ્રણોના ઘટકો આંશિક નિસ્યંદનથી જુદાં પણ પાડી શકાય છે. સાઇક્લો આલ્કેનોમાં પણ આ રીતનું જ વિસ્થાપન થાય છે.

આવાં સંયોજનોમાં હેલોજન પરમાણુનો દિશા-પ્રવેશ કેવી રીતે થાય છે તે માર્કોવનિકૉવે નક્કી કરી બતાવ્યું છે. આમાં વિસ્થાપન સૌપ્રથમ તૃતીયક કાર્બન પર, પછી દ્વિતીયક અને છેવટે પ્રાથમિક કાર્બન ઉપર થાય છે.

 (2) આલ્કિનો ઉપર ક્લોરિન કે બ્રોમીનની યોગશીલ પ્રક્રિયા :

આ પ્રક્રિયાઓ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી યોગશીલ પ્રક્રિયા કહેવાય છે અને તે ક્રમબદ્ધ આયનિક વિધિ છે.

(3) આલ્કિનોમાં હાઇડ્રોજન હેલાઇડ (HX) ઉમેરવાથી

CH₂ = CH – R + HBr → CH₃ CHBr – R આલ્કાઇલ હેલાઇડ મળે છે.

આ પણ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી યોગશીલ પ્રક્રિયા છે. HBr ઉમેરાવાનો પ્રક્રિયા-પ્રક્રમ માર્કોવનિકૉવના નિયમ મુજબ થાય છે. (નિયમ : અસમ આલ્કિનમાં જે કાર્બન સૌથી વધુ હાઇડ્રોજન ધરાવતો હોય તેની ઉપર HXમાંનો H ઉમેરાશે.) :

CH₃ – CH = CH₂ + HBr → CH₃ – CHBr – CH₃

(4) આલ્કોહૉલ ઉપર હાઇડ્રોજન હેલાઇડ (HX) કે ફૉસ્ફરસના હેલોજન-વ્યુત્પન્નોની પ્રક્રિયા :

     ROH + HBr → RBr + H₂O

ROH + PCl₅ → RCl + HCl + POCl₃

આયોડો-વ્યુત્પન્નો બનાવવા માટે આલ્કોહૉલ સાથે આયોડિન તથા રાતો ફૉસ્ફરસ વપરાય છે.

           3I₂ + 2P → 2PI₃

   3ROH + PI₃ → 3RI + H₃PO₃

આલ્કોહૉલ સુપ્રાપ્ય હોવાથી આ રીત વ્યાપક વપરાશમાં છે.

(ख) અસંતૃપ્ત હેલોજન સંયોજનો :

(1) ઇથિલીનનું 300°-600° સે. તાપમાને ક્લોરિનેશન :

(2) પૉલિહેલોજન સંયોજનોનું ડિ-હાઇડ્રૉહેલોજનીકરણ : આલ્કોહૉલીય આલ્કલી સાથે ગરમ કરવાથી અથવા આવાં વ્યુત્પન્નોની બાષ્પ ઉદ્દીપક (સક્રિયિત ચારકોલ, Al₂O₃/300° સે.) ઉપરથી પસાર કરીને.

(3) સંયુગ્મી દ્વિબંધ પ્રણાલીમાં HX ઉમેરીને. આમાં 1, 2 તથા 1, 4 યોગશીલ પ્રક્રિયા દ્વારા મિશ્રણ મળે છે.

(kinetic control vs thermodynamic control of addition)

ઍરોમૅટિક હેલોજન–વ્યુત્પન્નો બનાવવાની રીતો :

ઍરોમૅટિક સંયોજન ઉપર હેલોજનની પ્રક્રિયા દ્વારા પરિસ્થિતિ મુજબ જુદી જુદી નીપજો મળે છે.

(i) ઉદ્દીપક(FeX₃, AlCl₃ વગેરે)ની હાજરીમાં સામાન્ય તાપમાને બેન્ઝિન વલયમાંના હાઇડ્રોજનનું ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી વિસ્થાપન થાય છે.

વધુ હેલોજનની હાજરીથી દ્વિતીયક કે ત્રિ-હેલોજન સંયોજનો પણ બને છે તેમજ કેટલીક વાર બધા જ હાઇડ્રોજન વિસ્થાપિત કરી શકાય છે. (દા.ત., C₆Cl₆ હેક્ઝાક્લૉરોબેન્ઝિન, C₆Cl₅CH₃, પેન્ટાક્લૉરો ટોલ્યુઇન)

(ii) ઉદ્દીપકની ગેરહાજરીમાં ઉષ્મા અથવા પ્રકાશ દ્વારા બેન્ઝિન વ્યુત્પન્નની શાખામાં મૂલક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા થાય છે.

(iii) ખૂબ જ પ્રબળ પ્રકાશ (મર્ક્યુરી લૅમ્પ દ્વારા, uv) દ્વારા ઑક્સિજનની ગેરહાજરીમાં બેન્ઝિનમાં યોગશીલ પ્રક્રિયા દ્વારા હેલોજન ઉમેરાઈને સાઇક્લોહેક્ઝેન વ્યુત્પન્નો મળે છે.

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₆Cl₆ હેક્ઝાક્લૉરો સાઇક્લોહેક્ઝેન

(iv) ડાયેઝો લવણના ડાયેઝો સમૂહનું હેલોજન દ્વારા વિસ્થાપન

ડાયેઝોસમૂહ Br તથા Cl દ્વારા ક્યુપ્રસ લવણની હાજરીમાં વિસ્થાપિત થઈ શકે છે (સેન્ડમેયર પ્રક્રિયા).

ભૌતિક ગુણધર્મો : સામાન્યત: હેલોજનનો અણુભાર વધે તેમ સંયોજનનું ઉ.બિંદુ વધે છે. જેમ વધુ ઉપશાખાવાળાં હેલોજન વ્યુત્પન્ન હોય તેમ તેમનું ઉ.બિંદુ નીચું હોય છે. હેલોજન પરમાણુની સંખ્યા વધતાં ઉ.બિંદુ વધે છે;

દા. ત.,

CH₃Cl-24° સે.; CH₂Cl₂ 40° સે.; CHCl₃ 62° સે.; CCl₄ 77° સે.

હેલોજનનો પરમાણુભાર તથા સંખ્યા વધે તેમ સંયોજનનું ઘનત્વ (density) પણ વધે છે.

C₂H₅F 0.818; C₂H₅Cl 0.92; C₂H₅Br 1.47; C₂H₅I 1.98; CH₃CHCl₂ 1.18; CH₂ClCH₂Cl 1.25; CH₃CCl₃ 1.35; CH₂ClCHCl₂ 1.44

કાર્બ-હેલોજન સંયોજનોનાં ગલનબિંદુ તથા ઉ.બિંદુ તેમના અણુભાર ઉપરાંત આંતર-આણ્વીય પરિબળો ઉપર પણ આધાર રાખે છે; દા.ત., ભૂમિતીય સમઘટકોનાં ગ.બિંદુ કે ઉ.બિંદુ ભિન્ન હોય છે.

CHF = CHF સમપક્ષ-1, 2-ડાયફ્લોરો ઇથિલીન ઉ.બિંદુ-26° સે.

વિપક્ષ-ડાઇફ્લોરોઇથિલીન ઉ.બિંદુ – 53° સે.

કાર્બન હેલોજન બંધની વિયોજન-ઊર્જા (dissociation energy) કિલો કૅલરી પ્રતિમોલમાં નીચે મુજબ છે :

C-F 108; C-Cl 81; C-Br 67; C-I 53

[સરખાવો : C-C 84; C-H 102 કિ.કે./મોલ]

આ આંકડાથી જણાય છે કે ફ્લોરોકાર્બનો ઉષ્મીય રીતે વધુ સ્થાયિત્વ ધરાવે છે તથા આયોડો સંયોજનો ઉષ્મા દ્વારા ઝડપી વિઘટન દર્શાવે છે.

મોટાભાગનાં હેલોજન વ્યુત્પન્નો રંગવિહીન અને પ્રવાહી છે તથા વિશિષ્ટ ગંધવાળાં હોય છે. પૉલિઆયોડો-વ્યુત્પન્નો પીળા ઘન પદાર્થો છે. હેલાઇડો બહુધા પાણીમાં અદ્રાવ્ય પરંતુ કાર્બનિક દ્રાવકો(આલ્કોહૉલ, ઈથર, હાઇડ્રૉકાર્બન)માં દ્રાવ્ય છે. સંકેન્દ્રિત H₂SO₄માં તે અદ્રાવ્ય છે. કેટલાંક આલ્કિલ હેલાઇડો નિશ્ચેતક તરીકે વપરાય છે; દા.ત., ઇથાઇલ ક્લોરાઇડ સ્થાનિક નિશ્ચેતક તરીકે તથા ક્લૉરોફૉર્મ સામાન્ય નિશ્ચેતક તરીકે વપરાય છે. આયોડોફૉર્મ ચેપનાશક ગુણ ધરાવે છે. ઍરોમૅટિક હાઇડ્રોકાર્બનની શાખામાં જો હેલોજન હોય તો તેની તીવ્ર વાસ આંખો બાળે છે તેમજ તે વિષાળુ હોય છે. બેન્ઝાઇલ બ્રોમાઇડ C₆H₅CH₂Br પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધમાં અશ્રુવાયુ (tear-gas) તરીકે વપરાયેલો.

નીચેનાં બે કોષ્ટકોમાં આલ્કિલ હેલાઇડો તથા એરાઇલ હેલાઇડોના ગુણધર્મો દર્શાવ્યા છે.

કોષ્ટક 1 : આલ્કાઇલ હેલાઇડનાં ઉ.બિંદુ °સે.

મૂલક	સૂત્ર	ક્લોરાઇડ	ક્લોરાઇડ	બ્રોમાઇડ	આયોડાઇડ
મિથાઇલ	CH3–	-78.4	-23.76	3.45	42.5
ઇથાઇલ	CH3CH2–	-38.0	+ 12.5	38.40	72.4
n-પ્રોપાઇલ	CH3CH2CH2	-2.5	46.6	71.00	102.5
આઇસો-પ્રોપાઇલ	(CH3)2CH-	-9.4	34.8	59.40	89.5
n-બ્યૂટાઇલ	CH3CH2CH2CH2–	32.5	78.5	101.50	130.4
આઇસો-બ્યૂટાઇલ	(CH3)2CHCH2–	–	68.8	91.40	121.0
સેક-બ્યૂટાઇલ	C2H5CH-(CH3)	25.1	68.2	91.20	120.0
તૃ. બ્યૂટાઇલ	(CH3)3C-	12.1	50.7	93.20	103.3

કોષ્ટક 2 : સે. એરાઇલ હેલાઇડનાં ઉ.બિંદુ તથા ગ.બિંદુ

સંયોજન	ફ્લોરો સંયોજનો		ક્લૉરો સંયોજનો		બ્રોમો સંયોજનો		આયોડો સંયોજનો
	ગ.બિં.	ઉ.બિં.	ગ.બિં	ઉ.બિં	ગ.બિં.	ઉ.બિં	ગ.બિં	ઉ.બિં
મૉનોક્લૉરો બેન્ઝિન	-41.9	85.0	-45	132	-30.6	156.2	31.0	188.5
O-ડાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	-34.0	92.0	-17.2	179.2	6.7	225.0	26	286.0
m-ડાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	-59.3	83.0	-26.3	172.0	-7.0	218.0	35.0	285.0
p-ડાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	-13.0	89.0	53.0	174.5	87.3	220.0	129	285.0
1, 2, 3-ટ્રાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	13.5	95.0	52.0	221.0	87.0	–	116.0	–
1, 2, 4-ટ્રાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	75.0	85.00	17	213	44	–	91.5	–
1, 3, 5-ટ્રાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	5.5	75.50	63.0	208	120	271	185.0	–
1, 2, 3, 4-ટેટ્રાક્લૉરો બેન્ઝિન	42	75	47.5	254.0	47.5	–	136.0	–
1, 2, 3, 5-ટ્રાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	4	90	138	244	180	–	254.0	–
1, 2, 3, 5-ટ્રાઇક્લૉરો બેન્ઝિન	-48	83	51	246	98	–	148	–
પેન્ટાક્લૉરો બેન્ઝિન	-48	85	87	276	159	–	172	–
હેક્ઝાક્લૉરો બેન્ઝિન	5.0	80.0	227	326	306 (316)	subl.	340	–

રાસાયણિક ગુણધર્મો : અગાઉ (SN) કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયાનો ઉલ્લેખ કર્યો છે. આ વિસ્થાપન બે જુદા જુદા પ્રક્રમ અનુસાર થાય છે, જેમને SN2 (દ્વિતીયક્રમી, કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન) તથા SN1 (પ્રથમક્રમી, કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન) કહે છે. તેમાં આંક 1 તથા 2 પ્રક્રિયાની આણ્વિકતા (molecularity) દર્શાવે છે.

સામાન્ય રીતે SN2 પ્રક્રિયા નીચે મુજબ દર્શાવાય :

આમાં બંને (Nu તથા RX) પ્રક્રિયકો પ્રક્રિયાના વેગનિયંત્રક સોપાનમાં ભાગ લે છે, જેથી SN2 પ્રક્રિયાનો વેગ બંને પ્રક્રિયકોની સંકેન્દ્રિતતા ઉપર આધાર રાખે છે.

દા.ત.,

આમાં આલ્કિલહેલાઇડના બંધારણનું મહત્વનું પ્રદાન છે. પ્રાથમિક હેલાઇડ દ્વિતીયક કરતાં વધુ ઝડપી પ્રક્રિયા કરે છે તથા દ્વિતીયક હેલાઇડ તૃતીયક કરતાં વધુ ઝડપથી પ્રક્રિયા કરે છે. આથી નીચેનો ક્રમ લખી શકાય :

CH₃X > CH₃CH₂X > (CH₃)₂CHX > (CH₃)₃CX

એક આણ્વીય (S_N1) પ્રક્રિયા બે સોપાનમાં આયનિક વિધિ દ્વારા થાય છે. પ્રથમ સોપાનમાં પ્રક્રિયક્ધાું આયનીકરણ થઈ કાર્બોનિયમ આયન બને છે, જે બીજા સોપાનમાં કેન્દ્રાનુરાગી સાથે પ્રક્રિયા કરી નીપજ આપે છે.

પ્રક્રિયાવેગ એક જ પ્રક્રિયક(RX)ની સંકેન્દ્રિતતા ઉપર આધાર રાખે છે. વિયોજન દ્વારા કાર્બોનિયમ આયનનું નિર્માણ, પ્રક્રિયા નક્કી કરવા મહત્વનું છે; દા.ત., તૃતીયક બ્યૂટાઇલ ક્લોરાઇડ

આ રીતે અનેક સોપાનવાળી પ્રક્રિયાઓમાં સૌથી ધીમી પ્રક્રિયા પ્રક્રમ નક્કી કરે છે. ઉપરનાં બંને ઉદાહરણમાં જોયું કે પ્રાથમિક આલ્કિલ હેલાઇડ SN2 પ્રક્રમ અનુસરે છે તથા તૃતીયક આલ્કિલ હેલાઇડ SN1 પ્રક્રમ અનુસરે છે. દ્વિતીયક આલ્કિલ હેલાઇડ પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિ મુજબ SN1 કે SN2 પ્રક્રમ અનુસરે છે.

કેટલીયે કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયામાં તો દ્રાવક જ પ્રક્રિયક તરીકે વર્તતો હોઈ જુદાં જુદાં નામે ઓળખાય છે; દા.ત., જળવિભાજનમાં પ્રક્રિયક પાણી છે.

આલ્કોહૉલિસિસમાં પ્રક્રિયક આલ્કોહૉલ છે.

એસિટોલિસિસમાં પ્રક્રિયક એસેટિક ઍસિડ છે.

એમોનોલિસિસમાં પ્રક્રિયક એમોનિયા છે.

કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન-પ્રક્રિયાનો પ્રક્રમ તથા હેલોજન સંયોજનોની ક્રિયાશીલતા, હેલોજનનો સ્વભાવ (nature), તેની સાથે જોડાયેલ આલ્કિલ સમૂહ, પ્રક્રિયક, દ્રાવક, પ્રક્રિયા દરમિયાનના ઉષ્ણતામાન તથા ઉદ્દીપક ઉપર આધારિત છે.

વિવિધ આલ્કિલહેલાઇડની ક્રિયાશીલતા અગાઉ ચર્ચી છે. હેલોજનયુક્ત સાઇક્લોઆલ્કેન દ્વિતીયક હેલાઇડની માફક જ વર્તે છે. મોટે ભાગે તે S_N1 પ્રક્રમ અનુસરે છે; પરંતુ પ્રક્રિયાવેગ વલયની પરિમા (size) ઉપર પણ આધાર રાખે છે. પાંચ કે વધુ કાર્બન ધરાવતાં વલયોમાં પ્રક્રિયા બરાબર થાય છે; પરંતુ સાઇક્લો પ્રોપેનનાં વ્યુત્પન્નોની પ્રક્રિયા વાઇનલ હેલાઇડ માફક થાય છે.

અસંતૃપ્ત હેલોજન વ્યુત્પન્નોમાં હેલોજનનો ગુણધર્મ તેની દ્વિબંધ સાથેની ગોઠવણી ઉપર આધારિત છે. દ્વિબંધ સાથે એલાઇલિક સ્થિતિમાં રહેલ હેલોજન (એલાઇલ ક્લોરાઇડ CH₂ = CH – CH₂ Cl) સંતૃપ્ત સંયોજનમાંના હેલોજનથી વધુ ક્રિયાશીલ છે. તેનો કાર્બોનિયમ આયન સંયુગ્મી ગુણધર્મને લીધે વધુ ક્રિયાશીલ બને છે.

આ કારણે આલ્કિલ હેલાઇડ કરતાં એલાઇલ ક્લોરાઇડ પ્રક્રિયા વધુ ઝડપી તથા S_N1 પ્રક્રમથી થાય છે. બેન્ઝાઇલ ક્લોરાઇડ C₆H₅CH₂Cl તથા ટ્રાઇફિનાઇલ ક્લૉરોમિથેન (C₆H₅)₃CCl જેવાં સંયોજનો પણ ઝડપથી કાર્બોનિયમ આયન આપે છે. તેમનું સ્થાયિત્વ તેમના સંયુગ્મી (conjugation) ગુણને આભારી છે. તે S_N1 પ્રક્રમ મુજબ પ્રક્રિયા દર્શાવે છે. આવાં સંયોજનોમાં હેલોજન દ્વિબંધથી કે બેન્ઝિન વલયથી બે યા વધુ કાર્બનથી દૂર હોય તો હેલોજનની ક્રિયાશીલતા આલ્કિલ હેલાઇડ જેવી જ રહે છે.

દ્વિ-બંધ સાથે જોડાયેલ હેલોજન (દા.ત., વિનાઇલ ક્લૉરાઇડ CH₂ = CH – Cl) ખૂબ ઓછો ક્રિયાશીલ હોય છે. અહીં કાર્બહેલોજન બંધ સામાન્ય બંધ કરતાં ટૂંકો હોય છે. ઍરોમૅટિક વલય સાથે જોડાયેલાં હેલોજન સંયોજનોમાં પણ આવા જ કારણે ક્રિયાશીલતા ઘણી ધીમી હોય છે.

અહીં હેલોજનબંધ આંશિક સ્વરૂપે સંયુગ્મી થતો હોઈ (C-X બંધ આંશિક દ્વિ-બંધ જેવો) બંધ-લંબાઈ ઘટે છે.

આવા સંયુગ્મીપણાને લીધે C-Cl બંધની ધ્રુવીયતા ઘટે છે અને કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપન પ્રક્રિયામાં વિપરીત સ્થિતિ નિપજાવે છે. કેટલાંક હેલો-હાઇડ્રૉકાર્બનોની જળવિભાજનની પરિસ્થિતિ ઉપરથી તેમનામાંના હેલોજનની ગતિશીલતા વિશે ખ્યાલ આવે છે.

જળવિભાજન : ક્લૉરો આલ્કેનો, ક્લૉરો સાઇક્લોઆલ્કેનો : જલીય આલ્કલી દ્રાવણ સાથે ગરમ કરવાથી. એલાઇલ ક્લોરાઇડ, બેન્ઝાઇલ ક્લૉરાઇડ : ખૂબ પાણી સાથે ઉકાળવાથી. ટ્રાઇફિનાઇલ ક્લૉરોમિથેન : ઠંડા પાણી સાથે રાખવાથી.

આ જ પરિસ્થિતિમાં વાઇનલ ક્લૉરાઇડ કે ફિનાઇલ ક્લોરાઇડ (ક્લૉરો બેન્ઝિન) જળવિભાજન પામતાં નથી. તેમના માટે વધુ જલદ પરિસ્થિતિ આવશ્યક બને છે. એકસરખાં આલ્કિલ સમૂહ (R) ધરાવતાં સંયોજનોમાં ક્રિયાશીલતા નીચેના ક્રમમાં વધતી જણાય છે.

                 RCl > RBr < R I

હેલોજન સંયોજનોની કેન્દ્રાનુરાગી પ્રક્રિયા સાથે જ HX નીકળી જવાની વિલોપનપ્રક્રિયા પણ થતી જણાઈ છે, જેને પરિણામે આલ્કિનો નીપજ તરીકે મળે છે. આવી વિલોપનપ્રક્રિયા મધ્યવર્તી કાર્બોનિયમ આયનમાંથી છૂટા પડતા પ્રોટૉનને લીધે થાય છે.

પ્રબળ બેઝિક દ્રાવકોમાં ગરમ કરવાથી આવી વિલોપન પ્રક્રિયા ઝડપી બને છે.

હેલોજન વ્યુત્પન્નોની અગત્યની પ્રક્રિયાઓ :

(1) ઍસિડ કે આલ્કલી દ્વારા જળવિભાજન :

R X + HOH → ROH + HX

PhCH₂Cl + HOH → PhCH₂OH + HCl

એક જ કાર્બન ઉપર બે હેલોજન જોડાયેલાં હોય તેવાં સંયોજનોનું જળવિભાજન થતાં આલ્ડિહાઇડ કે કીટોન મળે છે. ત્રિ-હેલોજન સંયોજનોમાંથી ઍસિડ મળે છે. જો હેલોજન જુદા જુદા કાર્બન ઉપર જોડાયેલો હોય તો આલ્કોહૉલ બને છે.

ClCH₂-CH₂Cl + 2 HOH → HO CH₂-CH₂OH

                                     ઇથિલીન ગ્લાયકોલ

(2) આલ્કલી ધાતુના ઑક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયા દ્વારા હેલોજનનું આલ્કોક્સી (-OR) સમૂહ દ્વારા વિસ્થાપન થઈ ઈથર બને છે.

CH₃CH₂ Br + NaOCH₃ → CH₃CH₂OCH₃ + NaBr

કેન્દ્રાનુરાગી વિસ્થાપનપ્રક્રિયા દ્વારા નાઇટ્રો, ઍમિનો, થાયૉલ, વગેરે વિવિધ સંયોજનો મેળવી શકાય છે. આને કારણે આલ્કિલ હેલાઇડ કાર્બનિક રસાયણમાં ખૂબ મહત્વનું સ્થાન ધરાવે છે.

આલ્કિલ–હેલાઇડની વિસ્થાપન–નીપજો

	પ્રક્રિયા તથા પ્રક્રિયક	નીપજ
1.		આલ્કોહૉલ
2.		ઈથર
3.		થાયૉલ
4.		સલ્ફાઇડ
5.		એસ્ટર
6.		નાઇટ્રાઇલ
7.		નાઇટ્રોપેરાફિન
8.		એમાઇન
9.		આલ્કિલ આયોડાઇડ
10.		આલ્કેન સલ્ફોનિક ઍસિડ
11.		ઍસિટિલિનો

આ ઉપરાંત અગાઉ દર્શાવેલ HXની વિલોપનપ્રક્રિયા દ્વારા આલ્કિનો તથા આલ્કાઇનો બનાવવા, બેન્ઝિનના અન્ય સમાનધર્મીઓ (દા.ત., ટોલ્યુઇન, ઝાઇલીન) ફ્રિડલ-ક્રાફ્ટસ પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવવા તેમજ વુટર્ઝ પ્રક્રિયા દ્વારા આલ્કેનો બનાવવાની પ્રક્રિયાઓ અગત્યની છે. ઍરોમૅટિક હાઇડ્રૉકાર્બનની માફક એરાઇલ હેલાઇડ પણ ઇલેક્ટ્રૉન-અનુરાગી વિસ્થાપન દર્શાવે છે. અહીં હેલોજન ઑર્થો-પૅરા નિર્દેશક સમૂહ હોવાને કારણે બેન્ઝિન-વલયની સક્રિયતા ઓછી થાય છે. ખાસ ઉલ્લેખનીય પ્રક્રિયા કાર્બ-મૅગ્નેશિયમ-સંયોજન બનાવવાની છે. થોડા અપવાદ સાથે કોઈ પણ હેલોજનયુક્ત સંયોજન આ પ્રક્રિયા દ્વારા ગ્રિગ્નાર્ડ પ્રક્રિયક આપે છે.

આ પ્રક્રિયકો દ્વારા અનેકવિધ કાર્બનિક સંયોજનો મેળવી શકાય છે. ઉપચયન કરનારા પ્રક્રિયકો પ્રત્યે હેલોજન સંયોજનો સ્થાયી હોય છે, જ્યારે અપચયન દ્વારા તે હાઇડ્રૉકાર્બનમાં ફેરવાય છે.

C₈H₁₇ I + HI → C₈H₁₈ + I₂

અગત્યનાં હેલોજન–વ્યુત્પન્નો : મિથાઇલ ક્લોરાઇડ (CH₃Cl) વાયુ છે તથા મિથેનના ઉષ્મીય ક્લોરિનેશન(400° સે.)થી તે બને છે. આ માટે મિથેન ખૂબ વધુ પ્રમાણમાં હોવો જરૂરી છે. ખૂબ દબાણ હેઠળ સ્ટીલના સિલિન્ડરમાં તે જાળવવામાં આવે છે. તે રેફ્રિજરન્ટ તરીકે તથા મિથિલેટિંગ પ્રક્રિયક તરીકે વપરાય છે.

ઇથાઇલ ક્લોરાઇડ (C₂H₅Cl) ઉ.બિં. 13° સે. ઇથિલીનમાં ઉદ્દીપક(AlCl₃, FeCl₃)ની હાજરીમાં HCl વાયુ પસાર કરીને મેળવાય છે. ઇથાઇલ આલ્કોહૉલમાંથી પણ તે બનાવી શકાય. નાનાં ઑપરેશનમાં સ્થાનિક નિશ્ચેતક તરીકે તથા ઇથિલેટિંગ પ્રક્રિયક તરીકે તે વપરાય છે. તેનો મુખ્ય ઉપયોગ ટેટ્રાઇથાઇલ લેડ (C₂H₅)₄ Pb બનાવવામાં થાય છે.

ડાઇક્લૉરોઇથેન (ઇથિલીન ડાઇક્લોરાઇડ (CH₂Cl-CH₂Cl) : રંગવિહીન પ્રવાહી તથા ઉ.બિં. 84° સે. છે. પૅરેફિન, રેઝિન, મીણ, રબર, ચરબીજ પદાર્થો વગેરે માટે તે ઉત્તમ દ્રાવક છે. તેની ઘનતા 1.25 છે. સલ્ફર, ફૉસ્ફરસ તથા આયોડિન માટે પણ તે દ્રાવક તરીકે વપરાય છે. તૈલી પદાર્થોમાંથી પૅરેફિન દૂર કરવા, ઊન તથા ફરને સાફ કરવા તથા ધાતુવાળાં સાધનોમાંથી ગ્રીઝ દૂર કરવા તે વાપરવામાં આવે છે. તે વિષાળુ પ્રવાહી છે. ઉદ્યોગમાં ઇથિલીનના ક્લોરિનેશનથી તે બનાવાય છે. વાઇનલ ક્લોરાઇડ તથા ઇથિલીન ગ્લાયકોલ બનાવવા તેનો ઘણો ઉપયોગ થાય છે.

ક્લૉરોફૉર્મ (ટ્રાઇક્લૉરોમિથેન) (CHCl₃) રંગવિહીન, વિશિષ્ટ મધુર વાસવાળું પ્રવાહી છે. ઉ.બિં. 62° સે. તથા ઘનતા 1.48 છે. તેના જળવિભાજનથી ફૉર્મિક ઍસિડ મળે છે. (તેનું ક્લૉરોફૉર્મ નામ આ કારણે છે.) ચરબી, રેઝિન તથા રબર માટે તે દ્રાવક છે. તે પ્રબળ નિશ્ચેતક તરીકે પ્રથમ 1848માં વપરાયેલું પણ હાલમાં નિશ્ચેતક તરીકે તે ભાગ્યે જ વપરાય છે. હવાની હાજરીમાં ક્લૉરોફૉર્મના ઑક્સિડેશન દ્વારા ફૉસ્જિન (COCl₂) નામનો ખૂબ ઝેરી પદાર્થ (વાયુ) બને છે. ક્લૉરોફૉર્મ લાંબો સમય રાખવા છતાં ફૉસ્જિન બનતો અટકાવવા તેમાં 1 % જેટલો ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ ઉમેરવામાં આવે છે. ઉદ્યોગમાં ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ ઉપર ક્લોરિનયુક્ત ચૂનાની પ્રક્રિયા દ્વારા તે બનાવાય છે.

કાર્બન-ટેટ્રાક્લોરાઇડ (ટેટ્રાક્લૉરોમિથેન) (CCl₄) રંગવિહીન પ્રવાહી છે. ઉ.બિં. 76.5° સે., ઘનતા 1.59. રબર, ચરબી તેલ, રેઝિનો વગેરે માટે તે ઉત્તમ દ્રાવક છે. તે સળગી ન ઊઠે તેવું હોઈ અગ્નિશામક તરીકે પ્રયોગશાળામાં તથા પુસ્તકાલયોમાં ખાસ વપરાય છે. બંધિયાર વાતાવરણમાં આવાં અગ્નિશામક વાપરવા જોખમી છે કારણ તેમાંથી ફૉસ્જિન બની શકે છે. ઉદ્યોગમાં તે દ્રાવક તરીકે તથા ડ્રાયક્લિનિંગમાં વપરાય છે. મોટા પાયા ઉપર તે કાર્બન ડાઇસલ્ફાઇડ તથા ક્લોરિનમાંથી મેળવાય છે.

વાઇનલ ક્લોરાઇડ (CH₂ = CH – Cl) : રંગવિહીન વાયુ છે. ઉ.બિં. -14° સે. દબાણ હેઠળ સ્ટીલ સિલિન્ડરમાં તે રખાય છે. પૉલિવાઇનલ ક્લોરાઇડ (PVC) બનાવવા માટે તે અતિ ઉપયોગી એકલક (monomer) છે. ઉદ્યોગમાં તે ઇથિલીન અથવા ઍસિટિલીનમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

ડાઇક્લૉરોઇથેનને સક્રિયિત ચારકોલ કે પ્યુમાઇસ ઉપર 400°થી 500° સે. તાપમાને ઉષ્મીય વિખંડન (pyrolysis) દ્વારા પણ તે મેળવાય છે પણ આ રીતે તે અશુદ્ધ સ્વરૂપમાં મળે છે. આ ઉપરાંત ઍસિટિલીન તથા હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ વાયુના મિશ્રણને 60° સે. તાપમાને ક્યુપ્રસ તથા એમોનિયમ ક્લોરાઇડના મિશ્રણમાંથી પસાર કરીને પણ તે મેળવી શકાય. ઍસિટિલીન તથા HCl વાયુને HgCl₂વાળા સક્રિયિત ચારકોલ ઉપર 150° સે. તાપમાને પસાર કરવાથી પણ તે મળે છે.

ટ્રાઇક્લૉરોઇથઇલીન (1, 1, 2-ટ્રાઇક્લોરોઇથિન) (CHCl = C Cl₂) : રંગવિહીન પ્રવાહી છે. તેનું ઉ.બિં. 87° સે. તથા ઘટત્વ 1.4 છે. ઍસિટિલીનનું પ્રથમ ક્લોરિનેશન તથા છેવટે ડિહાઇડ્રોક્લોરિનેશન કરીને તે મેળવાય છે.

ચરબી તથા સલ્ફર માટે આ ઉત્તમ દ્રાવક છે. બીજા દ્રાવકોની માફક આ દ્રાવક વાપરવાથી સાધનોને કાટ નથી લાગતો તેથી ટેક્નૉલૉજિકલ વિધિઓમાં આ દ્રાવક વધુ વપરાય છે.

ક્લૉરોબેન્ઝિન (C₆H₅-Cl) રંગવિહીન પ્રવાહી છે. ઉ.બિં. 132° સે. તથા ઘનતા 1.06. FeCl₃ની હાજરીમાં બેન્ઝિનના ક્લૉરિનેશન દ્વારા તેનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. ફીનૉલ જેવાં સંયોજનો બનાવવા ક્લૉરોબેન્ઝિન અગત્યનું મધ્યવર્તી છે. તેનો ક્લૉરિન પરમાણુ ખૂબ ઓછો ક્રિયાશીલ છે. ડીડીટી બનાવવા માટે તે ઉપયોગી મધ્યવર્તી છે.

પૉલિક્લૉરો વ્યુત્પન્નો : ખેતી-ઉદ્યોગમાં મુખ્યત્વે જંતુઘ્નો તરીકે વપરાય છે; દા.ત.,

કાર્બ–ફ્લોરો સંયોજનો : હેલોજન સંયોજનોમાં આ વિશિષ્ટ રીતે જુદાં પડે છે.

હાઇડ્રૉકાર્બન તથા નાઇટ્રોજનના મિશ્રણને ગરમ કરેલા કોબાલ્ટ ટ્રાઇફ્લોરાઇડ ઉદ્દીપક ઉપર પસાર કરવાથી ફ્લોરોહાઇડ્રૉકાર્બન મળે છે.

બધા હાઇડ્રોજનનું વિસ્થાપન કરીને પરફ્લોરોકાર્બન અથવા ફ્લોરોકાર્બન મેળવવામાં આવે છે. હાલમાં આ માટે જેટ-ફ્લોરિનેશન પદ્ધતિ વપરાય છે. આલ્કિન ઉપર HFની યોગશીલ પ્રક્રિયા દ્વારા તથા પૉલિક્લૉરો સંયોજનો ઉપર HF અથવા SbF₃ની SbCl₅ની હાજરીમાં પ્રક્રિયા દ્વારા પણ તે બને છે.

CCl₄ + 2HF →         CF₂Cl₂ + 2HCl

3CCl₄ + 2SbF₃ →    3CF₂Cl₂ + 2SbCl₃

ક્લોરિનયુક્ત આલ્કેન ડાઇફ્લોરો ક્લૉરોમિથેનને 700°-1000° સે. તાપમાને ગરમ કરવાથી ટેટ્રાફ્લોરોઇથિન મળે છે.

ફ્લોરોકાર્બન તેમના સમયોગી અન્ય હેલોકાર્બનના મુકાબલે નીચા ઉ.બિં.વાળા હોય છે. તે સળગી ન ઊઠે તેવા હોવાથી તથા રાસાયણિક રીતે ઍસિડ, આલ્કલી, ઑક્સિ-એજન્ટ પ્રત્યે નિષ્ક્રિય હોવાથી ખૂબ વપરાય છે.

ડાઇક્લૉરો ડાઇફ્લોરોમિથેન (ફ્રીઓન-12) (CF₂Cl₂) રંગવિહીન વાયુ ઉ.બિં. 30° સે. ઍરકન્ડિશનરમાં તેમજ રેફ્રિજરેટરમાં શીતક (coolant) તરીકે વપરાય છે. ઝેરી રસાયણો, લેકર, પેઇન્ટ વગેરે સ્પ્રે કરવા માટે એરોસોલ તરીકે તે ઘણું વપરાય છે. (વાતાવરણમાંના ઓઝોનના પડ ઉપર આની માઠી અસર થવાનું નોંધાયું હોઈ પર્યાવરણની ર્દષ્ટિએ આનો ઉપયોગ હવે જેમ બને તેમ ઓછો કરવાનું વિચારાઈ રહ્યું છે.) બ્રોમોટ્રાઇફ્લોરોમિથેન, ડાઇબ્રોમોડાઇફ્લોરોમિથેન, 1, 2-ડાઇબ્રોમોટેટ્રાફ્લોરોઇથેન વગેરે (જેટ પ્લેનમાં) અગ્નિશામકો તરીકે તેમજ પ્રવાહી રૉકેટ-બળતણના અગ્નિશામક તરીકે વપરાય છે. CCl₄ કરતાં તે ઓછા વિષાળુ છે.

ટેટ્રાફ્લોરોઇથિલીન (CF₂ = CF₂) રંગવિહીન વાયુ ઉ.બિં. -78° સે. ક્લૉરોડાઇફ્લોરોમિથેનના ઉષ્મીય ખંડનથી મેળવાય છે.

આ સંયોજન પૅરૉક્સાઇડની હાજરીમાં બહુ ઝડપથી બહુલીકરણ પામી પૉલિટેટ્રાફ્લોરોઇથિલીન અથવા ટેફલોનમાં ફેરવાય છે.

હેલોજનનું પરિમાપન : પરિમાપન ચીલાચાલુ સોડિયમ-ફ્યુઝનથી મળતા આલ્કલી હેલાઇડના પરિમાપન દ્વારા કરી શકાય. ફ્લોરાઇડને લેડક્લૉરોફ્લોરાઇડ તરીકે મેળવી વજન દ્વારા તેનું પ્રમાણ શોધી શકાય. આયોડિન, ક્લોરિન, બ્રોમીનને હાઇપૉક્લોરાઇટ કે હાઇપ્રોબ્રોમાઇટ દ્વારા બ્રોમીન કે આયોડિનનું પ્રમાણ પરિમાપન દ્વારા શોધી શકાય. માસસ્પેક્ટ્રોસ્કોપી(દ્રવ્યમાન સ્પેક્ટ્રમિતિ)ની આધુનિક રીત વધુ વિશ્વાસપાત્ર તથા ચોક્કસ હોઈ બહુધા વપરાય છે.

જ. પો. ત્રિવેદી