Q5 50M Compulsory predict Biomolecules, photochemistry, spectroscopy and organic reactions
(a) Write the structures of the bases present in DNA and RNA. Compare the stability of DNA and RNA. (10 marks)
(b) Predict the structure of P, Q and R in the following sequence of reactions : (10 marks)
(c) Write down the product(s) in the following reactions :
(i) C₆H₅COCOOC₂H₅ + CH₃CHOHC₂H₅ xrightarrowhν
(ii) CH₃COCOOC₂H₅ + CH₃OH xrightarrowhν (10 marks)
(d) In UV spectra of the following pairs, which compound will have higher λ_max?
(i) and
A B
(ii) and
A B
(iii) and
A B
(iv) and
A B
(v) and
A B (10 marks)
(e) In ¹H NMR spectrum of the following compounds, how many signals will be observed?
I II III
In each case, label and arrange the hydrogens in the order of increasing chemical shift. (10 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) डी० एन० ए० तथा आर० एन० ए० में उपस्थित बेसों की संरचना लिखिए। डी० एन० ए० तथा आर० एन० ए० की स्थिरता की तुलना कीजिए। (10 अंक)
(b) निम्नलिखित अभिक्रिया क्रम में P, Q तथा R की संरचना का अनुमान लगाइए : (10 अंक)
(c) निम्नलिखित अभिक्रियाओं में उत्पाद/उत्पादों को लिखिए :
(i) C₆H₅COCOOC₂H₅ + CH₃CHOHC₂H₅ xrightarrowhν
(ii) CH₃COCOOC₂H₅ + CH₃OH xrightarrowhν (10 अंक)
(d) निम्नलिखित युग्मों के UV स्पेक्ट्रा में किस यौगिक का λ_max अधिक होगा?
(i) और
A B
(ii) और
A B
(iii) और
A B
(iv) और
A B
(v) और
A B (10 अंक)
(e) निम्नलिखित यौगिकों के ¹H NMR स्पेक्ट्रम में कितने सिग्नल दिखाई देंगे?
I II III
प्रत्येक केस में हाइड्रोजनों को लेबल कीजिए और उन्हें रासायनिक सूति (शिफ्ट) के बढ़ते क्रम में व्यवस्थित कीजिए। (10 अंक)
Answer approach & key points
(a) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion | (b) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (c) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (d) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion | (e) map: locate accurately > label > one line on why it matters Full marks: All structures correct, mechanisms shown, reasoning precise, no errors.
- Draw structures of A, T, G, C, U
- Identify 2'-OH in RNA vs 2'-H in DNA
- Link 2'-OH to RNA hydrolytic instability
- Mention DNA double helix stability
- P: Alkane from Na/NH3 reduction
- Q: Diol from OsO4 oxidation
- R: Cleavage products from HIO4
- Correct carbon skeleton in all
Q6 50M explain Polymer chemistry, photochemistry and reaction mechanisms
(a) (i) Explain the various steps involved in benzoyl peroxide-initiated polymerization of ethylene to give polyethylene. (10 marks)
(ii) Predict the physical properties of atactic, syndiotactic and isotactic polystyrenes based on their structure. (5 marks)
(b) Write down the mechanism for the formation of compounds B and C from compound A on photoirradiation : (15 marks)
(c) Identify A, B, C and D in the following reaction sequence :
A xrightarrow[MeOH]NaBH₄ [cyclohexanol structure] xrightarrowH⁺ B xrightarrowC [3-bromocyclohexene structure] xrightarrowmCPBA D
Write the mechanism of the first step of the above reaction sequence. (20 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) (i) बेंज़ॉयल परॉक्साइड द्वारा प्रारंभ किए गए एथिलीन के बहुलकन, जिसमें पॉलीएथिलीन बनता है, में सम्मिलित विभिन्न चरणों की व्याख्या कीजिए। (10 अंक)
(ii) अव्यवस्थ (एटैक्टिक), एकांतर व्यवस्थ (सिन्डियोटैक्टिक) तथा समव्यवस्थ (आइसोटैक्टिक) पॉलिस्टाइरीनों के भौतिक गुणधर्मों का उनकी संरचना के आधार पर अनुमान लगाइए। (5 अंक)
(b) यौगिक A के प्रकाशिक किरणन पर यौगिकों B तथा C के बनने की क्रियाविधि लिखिए : (15 अंक)
(c) निम्नलिखित अभिक्रिया क्रम में A, B, C तथा D की पहचान कीजिए :
उपर्युक्त अभिक्रिया क्रम में प्रथम चरण की क्रियाविधि लिखिए। (20 अंक)
Answer approach & key points
(a(i)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (a(ii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b) trace: start point > the stages in sequence > end point > what changed | (c) trace: start point > the stages in sequence > end point > what changed Full marks: Complete mechanisms with correct intermediates and stereochemistry; precise identification of all species.
- Initiation: peroxide homolysis to benzoyloxy radicals
- Radical addition to ethylene monomer
- Propagation: chain growth via radical addition
- Termination: coupling or disproportionation
- Isotactic: high crystallinity, high melting point
- Syndiotactic: crystalline, lower Tm than isotactic
- Atactic: amorphous, rubbery, low Tg
- Linkage of tacticity to chain packing
Q7 50M calculate Spectroscopy and structure elucidation
(a) Calculate the value of λ_max in the following compounds using Woodward-Fieser rules : [structures A, B, C] (15 marks)
(b) Predict the structure of X, Y and Z in the following sequence of reactions : [reaction scheme with structures] (15 marks)
(c) (i) Given below are the NMR spectral characteristics of two isomeric compounds with molecular formula C₁₀H₁₂O₂ :
(1) ¹H NMR : δ 2·0 (3H, s), 2·93 (2H, t), 4·3 (2H, t), 7·3 (5H, s)
(2) ¹H NMR : δ 1·23 (3H, t), 3·72 (2H, s), 4·13 (2H, q), 7·3 (5H, s)
Both of these compounds exhibit a peculiar peak in IR spectra at 1730 cm⁻¹. Deduce the structures of these two compounds. (10 marks)
(ii) In the mass spectra of compounds I and II, prominent peaks at m/z 58 and m/z 92 are observed, respectively. Write the structures of the fragment ions and discuss their formation :
I : [structure], m/z 58
II : [structure], m/z 92 (10 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) वुडवर्ड-फीजर नियमों का उपयोग कर निम्नलिखित यौगिकों के λ_max के मान की गणना कीजिए : [संरचनाएँ A, B, C] (15 अंक)
(b) निम्नलिखित अभिक्रिया क्रम में X, Y तथा Z की संरचना का अनुमान लगाइए : [अभिक्रिया योजना संरचनाओं सहित] (15 अंक)
(c) (i) दो समावयवी यौगिकों के, जिनका आण्विक सूत्र C₁₀H₁₂O₂ है, NMR स्पेक्ट्रमी अभिलक्षण नीचे दिए गए हैं :
(1) ¹H NMR : δ 2·0 (3H, s), 2·93 (2H, t), 4·3 (2H, t), 7·3 (5H, s)
(2) ¹H NMR : δ 1·23 (3H, t), 3·72 (2H, s), 4·13 (2H, q), 7·3 (5H, s)
ये दोनों यौगिक IR स्पेक्ट्रा में 1730 cm⁻¹ पर एक विशेष शिखर दर्शाते हैं। इन दोनों यौगिकों की संरचना लिखिए। (10 अंक)
(ii) यौगिकों I तथा II के द्रव्यमान स्पेक्ट्रा में प्रमुख शिखर क्रमशः : m/z 58 तथा m/z 92 पर दर्शाते हैं। इन खंड आयनों की संरचनाएँ लिखिए तथा इनके बनने पर विवेचन कीजिए :
I : [संरचना], m/z 58
II : [संरचना], m/z 92 (10 अंक)
Answer approach & key points
Framework: Woodward-Fieser rules. (a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) trace: start point > the stages in sequence > end point > what changed | (c(i)) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward | (c(ii)) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: All parts answered with correct mechanisms, structures, and calculations
- Identify base value for each enone system
- Count and apply alkyl substituent increments
- Apply exocyclic double bond corrections
- Sum values to find final λmax
- Identify X as the reduced alcohol product
- Identify Y as the anti-Markovnikov alcohol
- Identify Z as the oxidized ketone
- Show correct regiochemistry for hydroboration
Q8 50M explain Spectroscopy, photochemistry and physical chemistry
(a) Ethanolic solution of compound I on irradiation leads to the formation of compounds II, III and IV. The resulting reaction mixture exhibits bands at 1787, 1740, 1715 and 1685 cm⁻¹ for νC=O. Assign these C=O stretching frequencies to the corresponding compounds giving reasons : (15 marks)
(b) (i) 2,2-Dimethyl cyclopropanone undergoes ring opening when attacked by methoxide ion and the product obtained possesses the following spectral data :
IR (ν, cm⁻¹) : 1740, 1160
¹H NMR (δ) : 3·6 (3H, s), 1·2 (9H, s)
Mass (m/z) : 116, 85, 59, 31
Deduce the structure of the product with reasons. Write down the structure of another possible product. (10 marks)
(ii) Arrange the following compounds in the order of increasing coupling constant values (J_Ha-Hb) :
I
II
III (5 marks)
(c) (i) 2-Chloro-2,3-dimethyl butane on dehydrohalogenation can lead to the formation of two products. Explain how the two can be distinguished using ¹H NMR and IR spectral data. (10 marks)
(ii) The mass spectral data of diethyl ether is as under :
m/z 74, m/z 59, m/z 45, m/z 31, m/z 29
Explain the fragmentation pattern. (5 marks)
(iii) Using the following data, calculate the bond length of HCl :
I = 2·70×10⁻⁴⁷ kg m²
1 a.m.u. = 1·661×10⁻²⁷ kg (5 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) यौगिक I के एथेनॉलिक विलयन का किरणन करने पर यौगिक II, III तथा IV बनते हैं। परिणामी अभिक्रिया मिश्रण 1787, 1740, 1715 तथा 1685 cm⁻¹ पर कार्बोनिल (νC=O) बैंड दर्शाता है। इन C=O तरंग आवृत्तियों को संबंधित यौगिकों में निर्दिष्ट कीजिए तथा उसका कारण दीजिए : (15 अंक)
(b) (i) 2,2-डाइमेथिल साइक्लोप्रोपेनोन की मेथॉक्साइड आयन के साथ अभिक्रिया में वलय विवर्तन हो जाता है एवं बनने वाले उत्पाद का स्पेक्ट्रमी आँकड़ा निम्नलिखित है :
IR (ν, cm⁻¹) : 1740, 1160
¹H NMR (δ) : 3·6 (3H, s), 1·2 (9H, s)
Mass (m/z) : 116, 85, 59, 31
कारणों के साथ उत्पाद की संरचना निकालिए। दूसरे संभावित उत्पाद की संरचना लिखिए। (10 अंक)
(ii) निम्नलिखित यौगिकों को उनके युग्मन स्थिरांक मानों (J_Ha-Hb) के आरोही क्रमानुसार व्यवस्थित कीजिए :
I
II
III (5 अंक)
(c) (i) 2-क्लोरो-2,3-डाइमेथिल ब्यूटेन के विहाइड्रोहैलोजनन से दो उत्पाद बन सकते हैं। व्याख्या कीजिए कि ¹H NMR तथा IR स्पेक्ट्रमी आँकड़ों द्वारा दोनों उत्पादों का विभेदन कैसे कर सकते हैं। (10 अंक)
(ii) डाइएथिल ईथर का द्रव्यमान स्पेक्ट्रमी आँकड़ा इस प्रकार दिया गया है :
m/z 74, m/z 59, m/z 45, m/z 31, m/z 29
खंड प्रतिरूप की व्याख्या कीजिए। (5 अंक)
(iii) निम्नलिखित आँकड़ों के द्वारा HCl की आबंध लंबाई की गणना कीजिए :
I = 2·70×10⁻⁴⁷ kg m²
1 a.m.u. = 1·661×10⁻²⁷ kg (5 अंक)
Answer approach & key points
(a) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b(ii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (c(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (c(ii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (c(iii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Accurate assignments, clear mechanisms, correct calculations with units.
- Identify I as strained bicyclic ketone (1787 cm⁻¹)
- Identify II as less strained bicyclic ketone (1740 cm⁻¹)
- Identify III as conjugated ester (1715 cm⁻¹)
- Identify IV as non-conjugated ester (1685 cm⁻¹)
- Identifies product as methyl 3,3-dimethylbutanoate
- Links 1740 cm⁻¹ to ester C=O
- Links 1.2 ppm (9H) to gem-dimethyl group
- Links 3.6 ppm (3H) to methoxy group