📚 CSIR NET Chemical Sciences: Complete Handbook
CSIR NET CHEMICAL SCIENCES
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📋 Table of Contents
- Chapter 1: Coordination Chemistry (JTD & CFSE)
- Chapter 2: Organometallics & Wade-Mingos Rules
- Chapter 3: Bioinorganic Chemistry (Oxygen Carriers & Enzymes)
- Chapter 4: Main Group Chemistry (Silicates & Noble Gases)
- Chapter 5: Inorganic Reaction Mechanisms (Trans Effect & ET)
- Chapter 6: Mössbauer Spectroscopy (57Fe & 119Sn)
- Chapter 7: ESR / EPR Spectroscopy
- Chapter 8: Organometallic Industrial Catalytic Cycles
- Chapter 9: Nuclear Chemistry (Magic Numbers & SEMF)
- Chapter 10: Stereochemistry & Topicity
- Chapter 11: Pericyclic Reactions (ODC Rule & Diels-Alder)
- Chapter 12: Organic Spectroscopy (IR, NMR, Mass)
- Chapter 13: Reagents in Organic Synthesis
- Chapter 14: Name Reactions & Cross-Coupling
- Chapter 15: Heterocyclic Chemistry
- Chapter 16: Biomolecules & Peptides
- Chapter 17: Organic Photochemistry
- Chapter 18: Quantum Chemistry (PIB & SHO)
- Chapter 19: Chemical Kinetics & Salt Effect
- Chapter 20: Thermodynamics & Statistical Mechanics
- Chapter 21: Electrochemistry & DHLL
- Chapter 22: Molecular Spectroscopy
- Chapter 23: Group Theory & Symmetry
- Chapter 24: Solid State Chemistry
- Chapter 25: Surface Chemistry & Colloids
- Chapter 26: Polymer Chemistry
- Chapter 27: Analytical Chromatography
Chapter 1: Coordination Chemistry (JTD & CFSE)
Jahn-Teller Distortion (JTD) Shortcut:
• Strong JTD: जब eg कक्षक असममित (asymmetrically occupied) हों: d4 High-Spin (t2g3 eg1), d9 (t2g6 eg3), d7 Low-Spin (t2g6 eg1)।
• Weak JTD: जब केवल t2g असममित हो: d1, d2, d4 (LS), d5 (LS)।
• No JTD: पूरी तरह सममित शेल: d3 (t2g3 eg0), d5 HS (t2g3 eg2), d8 (t2g6 eg2), d6 LS (t2g6 eg0)।
• Strong JTD: जब eg कक्षक असममित (asymmetrically occupied) हों: d4 High-Spin (t2g3 eg1), d9 (t2g6 eg3), d7 Low-Spin (t2g6 eg1)।
• Weak JTD: जब केवल t2g असममित हो: d1, d2, d4 (LS), d5 (LS)।
• No JTD: पूरी तरह सममित शेल: d3 (t2g3 eg0), d5 HS (t2g3 eg2), d8 (t2g6 eg2), d6 LS (t2g6 eg0)।
Δt = 49 Δo
|
μeff = √n(n + 2) BM
| Property | Tetrahedral (Td) | Octahedral (Oh) |
|---|---|---|
| CFSE Magnitude | Δt = 0.44 Δo | Δo (10 Dq) |
| Spin State | सदैव High-Spin (Δt < P pairing energy) | High-Spin या Low-Spin (लिगैंड फील्ड पर निर्भर) |
Chapter 2: Organometallics & Wade-Mingos Rules
SEP = TVE – 12n2
|
M–M बंध संख्या = 18n – TVE2
| SEP Count | Cluster Type | Metal Cluster उदाहरण | Borane तुल्य |
|---|---|---|---|
| n + 1 | Closo | [Os6(CO)18]2- | B6H62- |
| n + 2 | Nido | [Ru5C(CO)15], Fe5C(CO)15 | B5H9 |
| n + 3 | Arachno | [Fe4(CO)13]2- | B4H10 |
| n + 4 | Hypho | — | B5H12 |
Chapter 3: Bioinorganic Chemistry (Oxygen Carriers & Enzymes)
| प्रोटीन | सक्रिय धातु केंद्र | ऑक्सी अवस्था में गुण | νO-O (cm-1) |
|---|---|---|---|
| Hemoglobin / Myoglobin | Fe2+ (Porphyrin, LS d6) | प्रतिचुंबकीय (S = 0) | ~1105 (Superoxide O2–) |
| Hemocyanin | 2 × Cu2+ (Non-heme) | प्रतिचुंबकीय (Antiferromagnetic S = 0, EPR Silent) | ~830 (Peroxide O22-) |
| Hemerythrin | 2 × Fe3+ (μ-oxo bridge) | प्रतिचुंबकीय (S = 0, EPR Silent) | ~844 (Hydroperoxide) |
Chapter 4: Main Group Chemistry (Silicates & Noble Gases)
Silicates Si : O Ratio Shortcut:
• 1 : 4 ⇒ Orthosilicate [SiO4]4- (0 साझा ऑक्सीजन)
• 2 : 7 (1 : 3.5) ⇒ Pyrosilicate [Si2O7]6- (1 साझा ऑक्सीजन)
• 1 : 3 ⇒ Cyclic / Single Chain [SinO3n]2n- (2 साझा ऑक्सीजन)
• 4 : 11 (1 : 2.75) ⇒ Amphibole Double Chain [Si4O11]6- (औसत 2.5 साझा ऑक्सीजन)
• 2 : 5 (1 : 2.5) ⇒ Sheet Silicate [Si2O5]2- (3 साझा ऑक्सीजन)
• 1 : 2 ⇒ 3D Framework SiO2 (4 साझा ऑक्सीजन)
• 1 : 4 ⇒ Orthosilicate [SiO4]4- (0 साझा ऑक्सीजन)
• 2 : 7 (1 : 3.5) ⇒ Pyrosilicate [Si2O7]6- (1 साझा ऑक्सीजन)
• 1 : 3 ⇒ Cyclic / Single Chain [SinO3n]2n- (2 साझा ऑक्सीजन)
• 4 : 11 (1 : 2.75) ⇒ Amphibole Double Chain [Si4O11]6- (औसत 2.5 साझा ऑक्सीजन)
• 2 : 5 (1 : 2.5) ⇒ Sheet Silicate [Si2O5]2- (3 साझा ऑक्सीजन)
• 1 : 2 ⇒ 3D Framework SiO2 (4 साझा ऑक्सीजन)
Chapter 5: Inorganic Reaction Mechanisms (Trans Effect & ET)
Trans Effect Series:
CN– ≈ CO ≈ C2H4 > PR3 ≈ H– > CH3– > NO2– ≈ I– > Br– > Cl– > py > NH3 > OH– > H2O
• Inner-Sphere ET (Taube Mechanism): कम से कम एक अभिकारक प्रतिस्थापन-सक्रिय (Labile) और एक उपयुक्त ब्रिजिंग लिगैंड (Cl–, N3–, SCN–) अनिवार्य।
• Base Hydrolysis (SN1CB): एमीन लिगैंड (NH3, en) से प्रोटॉन निष्कासन द्वारा एमिडो मध्यवर्ती बनता है।
CN– ≈ CO ≈ C2H4 > PR3 ≈ H– > CH3– > NO2– ≈ I– > Br– > Cl– > py > NH3 > OH– > H2O
• Inner-Sphere ET (Taube Mechanism): कम से कम एक अभिकारक प्रतिस्थापन-सक्रिय (Labile) और एक उपयुक्त ब्रिजिंग लिगैंड (Cl–, N3–, SCN–) अनिवार्य।
• Base Hydrolysis (SN1CB): एमीन लिगैंड (NH3, en) से प्रोटॉन निष्कासन द्वारा एमिडो मध्यवर्ती बनता है।
Chapter 6: Mössbauer Spectroscopy (57Fe & 119Sn)
57Fe Isomer Shift (δ) Rule: δ ∝ -|ψs(0)|2 (नाभिक पर s-इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिक होने पर δ कम या ऋणात्मक होता है)।
δ क्रम: Fe(II) HS (~1.0–1.4 mm/s) > Fe(III) HS (~0.4–0.7) > Fe(II) LS (~0.0–0.3) ≈ Fe(III) LS
• Quadrupole Splitting (ΔEQ): Fe(II) HS (t2g4 eg2) में विशाल Doublet; Fe(III) HS (t2g3 eg2) में Singlet (ΔEQ ≈ 0)।
δ क्रम: Fe(II) HS (~1.0–1.4 mm/s) > Fe(III) HS (~0.4–0.7) > Fe(II) LS (~0.0–0.3) ≈ Fe(III) LS
• Quadrupole Splitting (ΔEQ): Fe(II) HS (t2g4 eg2) में विशाल Doublet; Fe(III) HS (t2g3 eg2) में Singlet (ΔEQ ≈ 0)।
Chapter 7: ESR / EPR Spectroscopy
EPR Lines = ∏ (2ni Ii + 1)
|
hν = g β B0
• VO2+ (51V, I = 7/2): 2(1)(7/2) + 1 = 8 Lines (समान तीव्रता 1:1:1:1:1:1:1:1)
• 63Cu (I = 3/2): 2(1)(3/2) + 1 = 4 Lines
• Kramers Degeneracy: विषम अयुग्मित इलेक्ट्रॉन (S = 1/2, 3/2, 5/2) हमेशा ESR सक्रिय होते हैं।
• 63Cu (I = 3/2): 2(1)(3/2) + 1 = 4 Lines
• Kramers Degeneracy: विषम अयुग्मित इलेक्ट्रॉन (S = 1/2, 3/2, 5/2) हमेशा ESR सक्रिय होते हैं।
Chapter 8: Organometallic Industrial Catalytic Cycles
| प्रक्रम | सक्रिय उत्प्रेरक | दर-निर्धारक पद (RDS) |
|---|---|---|
| Monsanto Acetic Acid | [Rh(CO)2I2]– (16e–, RhI) | CH3I का ऑक्सीडेटिव एडिशन |
| Wacker Oxidation | PdCl2 + CuCl2 | β-हाइड्राइड एलिमिनेशन |
| Hydroformylation (Oxo) | HRh(CO)(PPh3)3 | एल्कीन समन्वय और माइग्रेटरी इंसर्शन (Linear एल्डिहाइड) |
| Ziegler-Natta | TiCl4 + AlEt3 | Cossee-Arlman क्रियाविधि (आइसोटैक्टिक बहुलक) |
Chapter 9: Nuclear Chemistry (Magic Numbers & SEMF)
Threshold Energy (Eth) = |Q| × (1 + mprojmtarget)
• Magic Numbers: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (उच्चतम बंधन ऊर्जा एवं स्थिरता)।
• Secular Equilibrium: λA NA = λB NB ⇒ NANB = t1/2(A)t1/2(B)
• Secular Equilibrium: λA NA = λB NB ⇒ NANB = t1/2(A)t1/2(B)
Chapter 10: Stereochemistry & Topicity
• Cyclohexane A-Value Order: -OMe < -OH < -F < -Cl < -Me < -Et < -iPr ≪ -tBu (A ≈ 4.9 kcal/mol, हमेशा इक्वेटोरियल लॉक्ड)।
• Axial Chirality (Allenes / Biphenyls): निकटवर्ती रिंग समूहों को प्राथमिकता 1, 2 दें; दूरस्थ समूहों को 3, 4 दें। 1 → 2 → 3 क्लॉकवाइज ⇒ aR, एंटी-क्लॉकवाइज ⇒ aS।
• Axial Chirality (Allenes / Biphenyls): निकटवर्ती रिंग समूहों को प्राथमिकता 1, 2 दें; दूरस्थ समूहों को 3, 4 दें। 1 → 2 → 3 क्लॉकवाइज ⇒ aR, एंटी-क्लॉकवाइज ⇒ aS।
Chapter 11: Pericyclic Reactions (ODC Rule & Diels-Alder)
| सिस्टम | तापीय (Δ) | प्रकाश-रासायनिक (hν) | ODC गुणनफल नियम |
|---|---|---|---|
| 4n सिस्टम | Conrotatory (C) | Disrotatory (D) | Opp(+) × Dis(+) = Cis(+) Same(-) × Con(-) = Cis(+) |
| 4n + 2 सिस्टम | Disrotatory (D) | Conrotatory (C) | Same(-) × Dis(+) = Trans(-) Opp(+) × Con(-) = Trans(-) |
Chapter 12: Organic Spectroscopy (IR, NMR, Mass)
DBE = C + 1 – H2 – X2 + N2
• Carbonyl IR (νC=O in cm-1): Acid Chloride (1800) > Anhydride (1820, 1760) > Ester (1735) > Aldehyde (1725) > Ketone (1715) > Acid (1710) > Amide (1680)।
• Coupling Constants (3JH-H): Trans-alkene (14–18 Hz), Cis-alkene (7–11 Hz), Ortho (7–9 Hz), Meta (2–3 Hz)।
• Coupling Constants (3JH-H): Trans-alkene (14–18 Hz), Cis-alkene (7–11 Hz), Ortho (7–9 Hz), Meta (2–3 Hz)।
Chapter 13: Reagents in Organic Synthesis
| अभिकर्मक | प्रकार | विशिष्ट चयनात्मकता (Selectivity) |
|---|---|---|
| Gilman (R2CuLi) | सॉफ्ट न्यूक्लियोफाइल | α,β-असंतृप्त कार्बोनिल पर 1,4-कंजुगेट एडिशन |
| Luche (NaBH4 + CeCl3) | हार्ड अपचायक | α,β-असंतृप्त कीटोन पर 1,2-एडिशन (एलिलिक अल्कोहल) |
| DIBAL-H (-78°C) | इलेक्ट्रोफिलिक हाइड्राइड | एस्टर और नाइट्राइल को चयनात्मक रूप से एल्डिहाइड में बदलना |
| Sharpless SAE | असममित एपॉक्सीकरण | (+)-DET ⇒ α (Bottom Face); (-)-DET ⇒ β (Top Face) |
Chapter 14: Name Reactions & Cross-Coupling
• Suzuki-Miyaura: Ar-X + Ar-B(OH)2 + Base (Na2CO3)
• Stille Coupling: Ar-X + Ar-SnBu3 (न्यूट्रल स्थितियाँ)
• Sonogashira: Ar-X + टर्मिनल एल्काइन + CuI + Base (Et3N)
• Favorskii Rearrangement: α-हेलो साइक्लोहेक्सानोन + Base ⇒ साइक्लोपेंटेनकार्बोक्सिलेट (रिंग संकुचन)।
• Stille Coupling: Ar-X + Ar-SnBu3 (न्यूट्रल स्थितियाँ)
• Sonogashira: Ar-X + टर्मिनल एल्काइन + CuI + Base (Et3N)
• Favorskii Rearrangement: α-हेलो साइक्लोहेक्सानोन + Base ⇒ साइक्लोपेंटेनकार्बोक्सिलेट (रिंग संकुचन)।
Chapter 15: Heterocyclic Chemistry
• SEAr क्रियाशीलता: Pyrrole > Furan > Thiophene >> Benzene >> Pyridine
• पिरोल/फ्यूरान/थायोफीन: SEAr हमेशा C2 स्थिति पर।
• पिरिडीन: SEAr हमेशा C3 स्थिति पर; SNAr (Chichibabin) C2 स्थिति पर।
• इंडोल: SEAr हमेशा C3 स्थिति पर।
• पिरोल/फ्यूरान/थायोफीन: SEAr हमेशा C2 स्थिति पर।
• पिरिडीन: SEAr हमेशा C3 स्थिति पर; SNAr (Chichibabin) C2 स्थिति पर।
• इंडोल: SEAr हमेशा C3 स्थिति पर।
Chapter 16: Biomolecules & Peptides
Isoelectric Point (pI) = pKa1 + pKa22
• Trypsin: Lysine (Lys) और Arginine (Arg) के C-टर्मिनल सिरे को काटता है।
• Chymotrypsin: एरोमैटिक अवशेषों (Phe, Tyr, Trp) के C-टर्मिनल को काटता है।
• Cyanogen Bromide (CNBr): केवल Methionine (Met) के C-टर्मिनल को काटता है।
• Anomeric Effect: nO → σ*C-X अतिसंयुग्मन के कारण C1 पर इलेक्ट्रोनेगेटिव समूह Axial (α) स्थिति में अधिक स्थायी होता है।
• Chymotrypsin: एरोमैटिक अवशेषों (Phe, Tyr, Trp) के C-टर्मिनल को काटता है।
• Cyanogen Bromide (CNBr): केवल Methionine (Met) के C-टर्मिनल को काटता है।
• Anomeric Effect: nO → σ*C-X अतिसंयुग्मन के कारण C1 पर इलेक्ट्रोनेगेटिव समूह Axial (α) स्थिति में अधिक स्थायी होता है।
Chapter 17: Organic Photochemistry
• Norrish Type I: कार्बोनिल α-बॉन्ड विखंडन (3° > 2° > 1° स्थायी मूलक पहले बनता है)।
• Norrish Type II: γ-हाइड्रोजन निष्कासन ⇒ 1,4-बाइरेडिकल ⇒ एल्कीन + इनॉल या साइक्लोब्यूटेनॉल।
• Paternò-Büchi: कार्बोनिल + एल्कीन + hν ⇒ Oxetane (4-सदस्यीय रिंग)।
• Norrish Type II: γ-हाइड्रोजन निष्कासन ⇒ 1,4-बाइरेडिकल ⇒ एल्कीन + इनॉल या साइक्लोब्यूटेनॉल।
• Paternò-Büchi: कार्बोनिल + एल्कीन + hν ⇒ Oxetane (4-सदस्यीय रिंग)।
Chapter 18: Quantum Chemistry (PIB & SHO)
En (1D-Box) = n2 h28 m L2
|
ZPE (SHO) = 12 hν
• Virial Theorem Shortcut: यदि V ∝ rn हो, तो 2⟨T⟩ = n⟨V⟩
– Harmonic Oscillator (n = 2): ⟨T⟩ = ⟨V⟩ = E / 2
– Hydrogen Atom (n = -1): ⟨V⟩ = -2⟨T⟩
– Harmonic Oscillator (n = 2): ⟨T⟩ = ⟨V⟩ = E / 2
– Hydrogen Atom (n = -1): ⟨V⟩ = -2⟨T⟩
Chapter 19: Chemical Kinetics & Salt Effect
log10(kk0) = 2 A zA zB √I
|
t1/2 ∝ 1an-1
• Slope of log(k) vs √I: 2 A zA zB (जहाँ H2O में 25°C पर A ≈ 0.51)।
• Michaelis-Menten: v0 = (Vmax [S]) / (Km + [S]); जब [S] = Km, तो v0 = Vmax / 2।
• Michaelis-Menten: v0 = (Vmax [S]) / (Km + [S]); जब [S] = Km, तो v0 = Vmax / 2।
Chapter 20: Thermodynamics & Statistical Mechanics
(∂S/∂V)T = (∂P/∂T)V
|
(∂S/∂P)T = -(∂V/∂T)P
• Residual Entropy: S0 = kB ln W (CO: R ln 2; H2O: R ln 1.5)।
• Translational Partition Function: qtrans ∝ m3/2 T3/2 V।
• Translational Partition Function: qtrans ∝ m3/2 T3/2 V।
Chapter 21: Electrochemistry & DHLL
I = 12 ∑ mi zi2
|
log10 γ± = -A |z+ z–| √I
• आयनिक सामर्थ्य (I) चीट-शीट:
– 1:1 इलेक्ट्रोलाइट (NaCl) ⇒ I = m
– 1:2 इलेक्ट्रोलाइट (Na2SO4) ⇒ I = 3m
– 2:2 इलेक्ट्रोलाइट (CuSO4) ⇒ I = 4m
– 1:1 इलेक्ट्रोलाइट (NaCl) ⇒ I = m
– 1:2 इलेक्ट्रोलाइट (Na2SO4) ⇒ I = 3m
– 2:2 इलेक्ट्रोलाइट (CuSO4) ⇒ I = 4m
Chapter 22: Molecular Spectroscopy
| स्पेक्ट्रोस्कोपी | चयन नियम / अंतराल | प्रमुख शर्त |
|---|---|---|
| Pure Rotational | ΔJ = ±1; अंतराल = 2B | स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण (μ ≠ 0) |
| Anharmonic Vibration | Fundamental = ωe(1 – 2xe) | De = ωe / (4xe) |
| Rotational Raman | ΔJ = 0, ±2; अंतराल = 4B; 1st Stokes = 6B | ध्रुवणता में परिवर्तन (dα/dq ≠ 0) |
Chapter 23: Group Theory & Symmetry
• Mulliken Symbols: χ(E)=1 ⇒ A/B; χ(Cn)=+1 ⇒ A, χ(Cn)=-1 ⇒ B; χ(i)=+1 ⇒ g, χ(i)=-1 ⇒ u।
• IR vs Raman Activity: x, y, z से रूपांतरित ⇒ IR Active; द्विघात पद (x2, xy आदि) ⇒ Raman Active।
• IR vs Raman Activity: x, y, z से रूपांतरित ⇒ IR Active; द्विघात पद (x2, xy आदि) ⇒ Raman Active।
Chapter 24: Solid State Chemistry
dhkl = a√h2 + k2 + l2
|
sin2θ ∝ (h2 + k2 + l2)
• XRD sin2θ Ratios:
– Simple Cubic (SC) = 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 8
– Body-Centered (BCC) = 2 : 4 : 6 : 8… (सम योग)
– Face-Centered (FCC) = 3 : 4 : 8 : 11 : 12… (अनुपात ≈ 0.75)
• Spinels: Fe3O4, NiFe2O4 ⇒ Inverse Spinel; Mn3O4, Co3O4 ⇒ Normal Spinel।
– Simple Cubic (SC) = 1 : 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 8
– Body-Centered (BCC) = 2 : 4 : 6 : 8… (सम योग)
– Face-Centered (FCC) = 3 : 4 : 8 : 11 : 12… (अनुपात ≈ 0.75)
• Spinels: Fe3O4, NiFe2O4 ⇒ Inverse Spinel; Mn3O4, Co3O4 ⇒ Normal Spinel।
Chapter 25: Surface Chemistry & Colloids
PV = 1K Vm + PVm
|
Γ = – 1RT ∂γ∂ ln c
• Langmuir Plot: P/V बनाम P आलेख की प्रवणता (Slope) = 1 / Vm, अंतःखंड (Intercept) = 1 / (K Vm)।
• Surfactants: पृष्ठ तनाव घटाते हैं ⇒ Γ > 0 (धनात्मक अधिशोषण)।
• Surfactants: पृष्ठ तनाव घटाते हैं ⇒ Γ > 0 (धनात्मक अधिशोषण)।
Chapter 26: Polymer Chemistry
PDI = MwMn ≥ 1
|
[η] = K Ma
|
Xn = 11 – p
• Molar Mass Order: Mz > Mw > Mv > Mn (मोनोडिस्पर्स प्रोटीन में PDI = 1)।
• Mark-Houwink घातांक (a): a = 0.5 (θ-solvent में); a = 0 (कठोर गोलाकार अणु में)।
• Mark-Houwink घातांक (a): a = 0.5 (θ-solvent में); a = 0 (कठोर गोलाकार अणु में)।
Chapter 27: Analytical Chromatography
N = 16 tR2W2 = 5.54 tR2W1/22
|
H = LN = A + Bu + C u
• विभेदन (Resolution, Rs): Rs ∝ √L ⇒ यदि विभेदन दोगुना करना हो तो कॉलम लंबाई 4 गुना बढ़ानी होगी।
• Reversed-Phase HPLC: ध्रुवीय यौगिक सबसे पहले एल्यूट होते हैं, हाइड्रोफोबिक यौगिक सबसे अंत में।
• Reversed-Phase HPLC: ध्रुवीय यौगिक सबसे पहले एल्यूट होते हैं, हाइड्रोफोबिक यौगिक सबसे अंत में।
PDF जनरेट हो रहा है, कृपया प्रतीक्षा करें…
