Q5 50M Compulsory explain Organic Chemistry - Spectroscopy and Reaction Mechanisms
(a) 2,4-Pentadione exhibits five signal in ¹H NMR spectrum. Account for the observation. Also write the approximate chemical shift. (10 marks)
(b) (i) Arrange the above monomers in order of decreasing ability to undergo anionic polymerization. (5 marks)
(ii) Draw the structures of synthetic rubber and natural rubber and discuss their configurations. (5 marks)
(c) Predict the product(s) and suggest mechanism in each of the following chemical transformations:
I. [Structure: Acetophenone] SeO₂ → ?
II. [Structure: Benzoic acid] Na, NH₃/C₂H₅OH → ? (10 marks)
(d) Arrange the compounds in the above groups for ease of Norrish type-II H-abstraction in decreasing order giving the plausible explanations.
(i) Ph — CO — CH₂CH₂CH₃ (I), Ph — CO — CH₂CH₂CH₂CH₃ (II), Ph — CO — CH₂CH₂ — CH(CH₃)₂ (III)
(ii) Ph — CO — CH₂CH₂CH₃ (I)
(e) 2-Pentanone and 3-Pentanone are structural isomers. Only one of the isomers exhibits McLafferty rearrangement. Identify and show the McLafferty fragmentation for this isomer. Also propose base peak for the other isomer, which does not exhibit the McLafferty rearrangement. (10 marks)
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(a) ¹H NMR स्पेक्ट्रम में 2,4-पेंटाडाइओन पाँच सिग्नल दर्शाता है। इस प्रेक्षण का लेखा दो व अनुमानित रासायनिक विस्थापन (केमिकल शिफ्ट) भी लिखे। (10 अंक)
(b) (i) निम्नलिखित एकलकों में ऋणायनी बहुलकन की घटती हुई क्षमता का क्रम बताएं। (5 अंक)
(ii) कृत्रिम रबड़ और प्राकृतिक रबड़ की संरचना लिखें और उनके विन्यासों की विवेचना करें। (5 अंक)
(c) निम्नलिखित रासायनिक रूपांतरणों में उत्पाद/उत्पादों का अनुमान लगाएं और प्रत्येक की क्रियाविधि का सुझाव दें।
I. [संरचना: एसीटोफीनोन] SeO₂ → ?
II. [संरचना: बेंजोइक अम्ल] Na, NH₃/C₂H₅OH → ? (10 अंक)
(d) निम्नलिखित समूहों में यौगिकों को उनके नॉरिस टाइप-II हाइड्रोजन प्रत्याकरण की सरलता के घटते हुए क्रमानुसार लिखिए व उपयुक्त व्याख्या दीजिए।
(i) Ph — CO — CH₂CH₂CH₃ (I), Ph — CO — CH₂CH₂CH₂CH₃ (II), Ph — CO — CH₂CH₂ — CH(CH₃)₂ (III)
(ii) Ph — CO — CH₂CH₂CH₃ (I)
(e) 2-पेंटेनोन और 3-पेंटेनोन संरचनात्मक समावयवी हैं। इनमें से केवल एक समावयवी मैक्लैफर्टी पुनर्विन्यास दर्शाता है। इस समावयवी की मैक्लैफर्टी खंडन को चिह्नित करें और दर्शाएं। दूसरे समावयवी, जो मैक्लैफर्टी खंडन नहीं दर्शाता है उसके आधार शिखर की प्रस्तावना करें। (10 अंक)
Answer approach & key points
(a) account for: state the phenomenon > the causes in order of weight > conclusion | (b(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b(ii)) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c) suggest: the problem in one line > implementable measures > who acts > conclusion | (d) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (e) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion Full marks: Accurate structures, mechanisms, and reasoning with correct nomenclature and chemical shifts.
- Identify the five distinct proton environments
- Explain the role of keto-enol tautomerism
- Assign approximate chemical shifts to each signal
- Distinguish between enol and keto forms
- Provide the correct order (II > I > III)
- Explain the effect of electron-withdrawing groups
- Explain the effect of electron-donating groups
- Relate stability of the carbanion to reactivity
Q6 50M explain Organic Chemistry - Spectroscopy, Proteins and Photochemistry
(a)(i) The molecule obtained on treatment of acetone with dilute sodium hydroxide exhibits the following spectral data. Propose the structure of this molecule.
IR : 1620 cm⁻¹ and 1695 cm⁻¹
¹H NMR : δ 1·9(s, 3H), 2·1(s, 6H), 6·15(s, 1H) (15 marks)
(ii) Identify the compound in each of the following pairs, that can be expected to exhibit carbonyl stretching signal at higher frequency:
I. [two structures]
II. CH₃—C(=O)—O—C₂H₅ and C₆H₅—C(=O)—O—C₂H₅ (5 marks)
(b) Show salt bridge, hydrogen bond, van der Waals' interaction and disulfide bridge for stabilization of protein by choosing appropriate amino acid residues in the protein chain. (15 marks)
(c) Complete the following reactions by giving the suitable mechanisms:
I. [diagram] hv ? (5 marks)
II. [diagram] hv ? (10 marks)
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(a)(i) ऐसीटोन और तनु सोडियम हाइड्रोक्साइड की अभिक्रिया में बनने वाला अणु निम्नलिखित स्पेक्ट्रमी आँकड़ा दर्शाता है। इस अणु की संरचना लिखें।
IR : 1620 cm⁻¹ and 1695 cm⁻¹
¹H NMR : δ 1·9(s, 3H), 2·1(s, 6H), 6·15(s, 1H) (15 अंक)
(ii) निम्नलिखित प्रत्येक युगलों में उस यौगिक की पहचान करें जो उच्चतर आवृत्ति का कार्बोनिल तनन सिग्नल दिखाता है :
I. [दो संरचनाएँ]
II. CH₃—C—O—C₂H₅ और C₆H₅—C—O—C₂H₅
‖ ‖
O O (5 अंक)
(b) उपयुक्त एमीनो अम्ल का चयन करते हुए लवण सेतु, हाइड्रोजन आबंध, वान्डरवाल्स अन्योन्यक्रिया और डाइसल्फाइड सेतु द्वारा प्रोटीन के स्थायीकरण को दर्शाइए। (15 अंक)
(c) निम्नलिखित अभिक्रियाओं को उनकी क्रियाविधि के साथ पूर्ण करें :
I. [आरेख] hv ? (5 अंक)
II. [आरेख] hv ? (10 अंक)
Answer approach & key points
Framework: Concept > Structure or mechanism > Reasoning > Result. (a(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (a(ii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (c(ii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion Full marks: Correct structures, mechanisms, and reasoning for all parts with clear diagrams.
- Identify product as mesityl oxide (4-methylpent-3-en-2-one)
- Correlate IR 1695 cm⁻¹ with conjugated C=O stretch
- Correlate IR 1620 cm⁻¹ with C=C stretch
- Assign NMR 1.9(s, 3H) to methyl ketone group
- Select the non-conjugated lactone in pair I
- Select ethyl benzoate in pair II
- Explain that conjugation lowers C=O stretching frequency
- Explain that electron-withdrawing groups increase C=O frequency
Q7 50M deduce Organic chemistry reaction mechanisms and spectroscopy
7.(a) Complete the above reaction sequence by writing the structures of A, B and C.
I. C₆H₅—CH = CH₂ n-BuLi A 1,3-butadiene B H₂O C (excess)
II. [diagram] NH₂OH A 55% H₂SO₄ B Δ C
(b) Discuss the solvent compatibility for LiAlH₄ and NaBH₄ reagents and the factors responsible for differential reactivity. Also suggest preferred reagent between the two for the above transformations.
(c) A molecule with molecular formula C₁₀H₁₄O exhibits a broad band at 3464 cm⁻¹ in IR spectrum. Its mass spectrum exhibits base peak at m/z 135 and the ¹H NMR spectrum exhibits the following signals: δ 1·3 (d, 6H); 2·4 (s, 3H), 3·4 (m, 1H), 4·6 (s, D₂O exchangeable), 6·6 (s, 1H), 6·8 (d, 1H) and 7·1 (d, 1H). Deduce the structure.
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७.(क) निम्नलिखित अभिक्रियाओं के अनुक्रमों में A, B और C की संरचना लिखकर पूर्ण करें :
I. C₆H₅—CH = CH₂ n-BuLi A 1,3-ब्यूटाडाइीन B H₂O C (excess) 1,3-butadiene
II. [diagram] NH₂OH A 55% H₂SO₄ B Δ C
(ख) LiAlH₄ और NaBH₄ अभिकर्मकों की विलायक के प्रति अनुकूलता और उनकी अवकल अभिक्रियाशीलता के उत्तरदायी कारणों की विवेचना कीजिए । निम्नलिखित रूपांतरणों के लिए इनमें से कौन सा अभिकर्मक ज्यादा अच्छा है वह भी बताएं ।
(ग) एक अणु जिसका आण्विक सूत्र C₁₀H₁₄O है वह IR स्पेक्ट्रम में एक विस्तृत बैंड 3464 सेमी⁻¹ पर दर्शाता है । इसके मास स्पेक्ट्रम में m/z 135 पर आधार शिखर और ¹H NMR स्पेक्ट्रम में निम्नलिखित सिग्नल प्रदर्शित करता है : δ 1·3 (d, 6H); 2·4 (s, 3H), 3·4 (m, 1H), 4·6 (s, D₂O विनिमय (exchangeable)), 6·6 (s, 1H), 6·8 (d, 1H) और 7·1 (d, 1H). इस अणु की संरचना करें ।
Answer approach & key points
(a) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (b) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close | (c) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward Full marks: All structures correct with mechanisms; reagents correctly matched with reasoning; structure deduced with full spectral assignment.
- I: A is benzyllithium (C6H5-CHLi-CH3)
- I: B is the Diels-Alder adduct (cyclohexene derivative)
- II: A is the oxime of cyclohexanone
- II: B is the nitrile (cyclohexanecarbonitrile)
- LiAlH4 requires anhydrous ether solvents (e.g., Et2O)
- NaBH4 is compatible with protic solvents (e.g., MeOH, H2O)
- LiAlH4 is a stronger, less selective reducing agent
- NaBH4 is a milder, more selective reducing agent
Q8 50M explain Organic chemistry transformations and spectroscopy
8.(a) (i) Write the products X/Y in the above chemical transformations.
I. MCPBA → X
II. OsO₄ → X NaIO₄ → Y
III. OH | H₃C—CH—COOH BH₃/THF X
IV. CrO₃-Pyridine CH₂Cl₂ X
(ii) Predict the product in the reaction of 2-methyl-1-butene with diborane. Account for the regioselectivity observed in the reaction.
(b) (i) A molecule with molecular formula C₉H₁₈O exhibits only one signal at δ 1·2 ppm in ¹H NMR spectrum. This also exhibits a strong absorption at 1710 cm⁻¹ in IR spectrum. Propose structure for this molecule.
(ii) The UV spectrum of acetone exhibits two signals of different intensities, one at λₘₐₓ 280 nm and the other at λₘₐₓ 190 nm. Assign corresponding electronic transitions to the observed signals.
(c) (i) Predict the number of signals, nature of the signals (s/d/t/m) and approximate chemical shifts in ¹H NMR spectrum of methyl propenoate.
(ii) Acetone exhibits only one carbonyl stretching frequency in IR spectrum whereas chloroacetone exhibits two at 1725 and 1745 cm⁻¹. Explain why.
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८.(क) (i) निम्नलिखित रासायनिक रूपांतरणों में उत्पादित यौगिकों X/Y की संरचना लिखिए :
I. MCPBA → X
II. OsO₄ → X NaIO₄ → Y
III. OH | H₃C—CH—COOH BH₃/THF X
IV. CrO₃-पिरिडीन CH₂Cl₂ X
(ii) 2-मेथिल-1-ब्यूटीन और डाइबोरेन की अभिक्रिया के उत्पाद का अनुमान लगाएं। इस अभिक्रिया में जो रीजियोसेलेक्टिविटी देखी गई उसका लेखा दें।
(ख) (i) एक अणु जिसका आणविक सूत्र C₉H₁₈O है वह ¹H NMR स्पेक्ट्रम में केवल एक सिग्नल δ 1·2 ppm पर देता है। यह IR स्पेक्ट्रम में भी एक प्रबल अवशोषण 1710 से.मी.⁻¹ पर देता है। इस अणु की संरचना अनुमानित करें।
(ii) ऐसीटोन का UV स्पेक्ट्रम विभिन्न तीव्रताओं के दो सिग्नल — एक λₘₐₓ 280 nm पर और दूसरा λₘₐₓ 190 nm पर दर्शाता है। इन सिग्नलों के संगत इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण को अंकित करें।
(ग) (i) मेथिल प्रोपीनोएट के ¹H NMR स्पेक्ट्रम में सिग्नलों की संख्या, सिग्नलों का स्वरूप (s/d/t/m) और सन्निकट रासायनिक विस्थापन का अनुमान लगाएं।
(ii) IR स्पेक्ट्रम में ऐसीटोन केवल एक कार्बोनिल तनन आवृत्ति जबकि क्लोरोऐसीटोन दो 1725 से.मी.⁻¹ और 1745 से.मी.⁻¹ पर दर्शाती है। ऐसा क्यों, समझाइए।
Answer approach & key points
(a(i)) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (a(ii)) account for: state the phenomenon > the causes in order of weight > conclusion | (b(i)) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (b(ii)) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (c(i)) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (c(ii)) account for: state the phenomenon > the causes in order of weight > conclusion Full marks: All products/structures correct with full mechanistic or spectroscopic justification.
- I: Epoxidation of the non-aromatic double bond
- II: X is cis-diol; Y is 1,2-diketone
- III: X is the corresponding alcohol (reduction of COOH)
- IV: X is cyclohexene oxide (epoxide)
- Product is 3-methyl-1-butanol (anti-Markovnikov)
- Boron adds to the less substituted carbon
- Hydrogen adds to the more substituted carbon
- Explanation based on steric or electronic factors