उपज (रसायन विज्ञान)

रसायन विज्ञान में, उपज, प्रतिक्रिया उपज के रूप में भी संदर्भित, रासायनिक प्रतिक्रिया में प्राप्त, आम तौर पर एक प्रतिशत के रूप में व्यक्त, कारक खपत के संबंध में बनने वाले उत्पाद (रसायन विज्ञान) के तिल (इकाई) की मात्रा का एक माप है। उपज उन प्राथमिक कारकों में से एक है जिन पर वैज्ञानिकों को कार्बनिक संश्लेषण और अकार्बनिक रासायनिक संश्लेषण प्रक्रियाओं में विचार करना आवश्यक है। रासायनिक प्रतिक्रिया इंजीनियरिंग में, "उपज", रूपांतरण (रसायन विज्ञान) और "चयनात्मकता" शब्दों का उपयोग एक अभिकारक के कितना उपभोग किया गया (रूपांतरण), के अनुपात का वर्णन करने के लिए किया जाता है, X, Y और S के रूप में प्रदर्शित अवांछित उत्पाद (चयन करने की स्थिति) के संबंध में कितना वांछित उत्पाद(उपज) बनाया गया ।

परिभाषाएँ

रासायनिक प्रतिक्रिया इंजीनियरिंग में, उपज, रूपांतरण (रसायन विज्ञान) और चयनात्मकता ऐसे शब्द हैं जिनका रासायनिक अभिक्रिया अभियान्त्रिकी में "उपज", "रूपांतरण" और "चयनात्मकता" शब्दों का प्रयोग इस अनुपात का वर्णन करने के लिए किया जाता है कि एक अभियानकर्ता ने कितनी प्रतिक्रिया व्यक्त की है—रूपांतरण, एक वांछित उत्पाद का कितना निर्माण किया गया—उपज, और कितनी वांछित उत्पाद बिना वांछित उत्पाद के अनुपात में बनता था—चयनात्मकता, जिसे X,S, और y के रूप में दर्शाया जाता था

रासायनिक अभिक्रिया अभियान्त्रिकी मैनुअल के तत्वों के अनुसार उपज, उपभोग की जाने वाली अभिकारकों की प्रति मोल निर्मित एक विशिष्ट उत्पाद की मात्रा को संदर्भित करती है। रसायन विज्ञान में, मोल का उपयोग रासायनिक अभिक्रियाओं में अभिकारकों और उत्पादों की मात्रा का वर्णन करने के लिए किया जाता है।

रासायनिक शब्दावली के कम्पेंडियम ने प्रतिफल को "एक सामूहिक रूपांतरण प्रक्रिया की दक्षता को व्यक्त करने वाले अनुपात के रूप में परिभाषित किया। उत्पादन गुणांक कोशिका द्रव्यमान (किलो) या निर्मित उत्पाद (किग्रा, एमओएल) की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है भस्म (कार्बन या नाइट्रोजन स्रोत या किग्रा या मोल्स में ऑक्सीजन) या अंतःकोशिकीय एटीपी उत्पादन (मोल्स) से संबंधित."[

1996 में वोगेल की प्रैक्टिकल ऑर्गेनिक केमिस्ट्री की पाठ्यपुस्तक (1978) के चौथे संस्करण में प्रतिक्रियाओं की निगरानी में पैदावार की गणना में, लेखक लिखते हैं कि, कार्बनिक प्रतिक्रिया में सैद्धांतिक उपज उत्पाद का वजन है जो प्रतिक्रिया प्राप्त होने पर प्राप्त होगा। रासायनिक समीकरण के अनुसार पूरा करने के लिए आगे बढ़ा है। उपज शुद्ध उत्पाद का वजन है जो प्रतिक्रिया से पृथक होता है। वोगेल की पाठ्यपुस्तक के 1996 के संस्करण में, प्रतिशत उपज के रूप में व्यक्त किया गया है,

${\mbox{percent yield}}={\frac {\mbox{weight of product}}{\mbox{theoretical yield}}}\times 100$

वोगेल की पाठ्यपुस्तक के 1996 के संस्करण के अनुसार, 100% के करीब की पैदावार को मात्रात्मक कहा जाता है, 90% से ऊपर की पैदावार को उत्कृष्ट कहा जाता है, 80% से ऊपर की पैदावार बहुत अच्छी होती है, 70% से ऊपर की पैदावार अच्छी होती है, 50% से ऊपर की पैदावार उचित होती है, और पैदावार 40% से नीचे के लोग गरीब कहलाते हैं। अपने 2002 के प्रकाशन में, पेत्रुकी, हारवुड और हेरिंग ने लिखा है कि वोगेल की पाठ्यपुस्तक के नाम मनमानी थे, और सार्वभौमिक रूप से स्वीकार नहीं किए गए थे, और प्रश्न में प्रतिक्रिया की प्रकृति के आधार पर, ये उम्मीदें अवास्तविक रूप से उच्च हो सकती हैं। उत्पाद के अशुद्ध होने पर उपज 100% या उससे अधिक दिखाई दे सकती है, क्योंकि उत्पाद के मापे गए वजन में किसी भी अशुद्धियों का वजन सम्मिलित होगा।

अपने 2016 के प्रयोगशाला मैनुअल, प्रायोगिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में, लेखकों ने प्रतिक्रिया उपज या रासायनिक प्रतिक्रिया की पूर्ण उपज को एक प्रतिक्रिया में प्राप्त शुद्ध और सूखे उत्पाद की मात्रा के रूप में वर्णित किया। उन्होंने लिखा है कि एक रासायनिक प्रतिक्रिया के स्टोइकोमेट्री को जानना - अभिकारकों और उत्पादों में परमाणुओं की संख्या और प्रकार, एक संतुलित समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक कारकों के माध्यम से विभिन्न तत्वों की तुलना करना संभव बनाता है।इन मात्रात्मक संबंधों द्वारा प्राप्त अनुपात डेटा विश्लेषण में उपयोगी होते हैं।

सैद्धांतिक, वास्तविक, और प्रतिशत उपज

प्रतिशत उपज वास्तविक उपज के बीच एक तुलना है - जो एक प्रयोगशाला सेटिंग में रासायनिक प्रतिक्रिया के इच्छित उत्पाद का वजन है - और सैद्धांतिक उपज - एक निर्दोष रासायनिक के रासायनिक समीकरण के आधार पर शुद्ध इच्छित पृथक उत्पाद का माप प्रतिक्रिया,और के रूप में परिभाषित किया गया है,

${\mbox{percent yield}}={\frac {\mbox{actual yield}}{\mbox{theoretical yield}}}\times 100$

रासायनिक अभिक्रिया समीकरण का प्रयोग करके उत्पादों तथा अभिकारकों के बीच आदर्श संबंध प्राप्त किया जा सकता है। स्टोइकीमेट्री का प्रयोग रासायनिक अभिक्रियाओं के बारे में गणनाएं चलाने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, अभिकारकों और उत्पादों के बीच स्टोइकोमेट्रिक मोल अनुपात. एक रासायनिक अभिक्रिया का स्टोरीमिति रासायनिक सूत्रों और समीकरणों पर आधारित है जो पैदावार सहित विभिन्न उत्पादों और अभिकारकों के मोल्स की संख्या के बीच मात्रात्मक संबंध प्रदान करते हैं। स्टोइकोमेट्रिक समीकरणों का उपयोग एक अभिक्रिया में पूरी तरह से उपभोग किए जाने वाले सीमित अभिकर्मक या अभिकारक—को सीमित करने वाले अभिकारक या अभिकारक को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। सीमित अभिकारक सैद्धांतिक प्रतिफल—अभिकारकों के निर्मोक की सापेक्ष मात्रा तथा रासायनिक अभिक्रिया में बने उत्पाद का निर्धारण करता है। अन्य अभिकारकों का अधिक उपस्थित होना बताया जाता है। वास्तविक उपज—प्रयोगशाला में की गई रासायनिक प्रतिक्रिया से भौतिक रूप से प्राप्त की गई मात्रा—प्रायः सैद्धांतिक उपज से कम होती है.।सैद्धांतिक प्रतिफल वह है जो तब प्राप्त किया जाएगा यदि सभी सीमित अभिकारक ने उत्पाद को प्रश्न के रूप में देने के लिए प्रतिक्रिया व्यक्त की हो. एक अधिक सटीक प्रतिफल इस आधार पर मापा जाता है कि वास्तव में कितना उत्पाद उत्पन्न किया गया था और कितना उत्पादन किया जा सकता था। सैद्धांतिक प्रतिफल और वास्तविक प्रतिफल का अनुपात एक प्रतिशत प्रतिफल देता है।

जब एक से अधिक अभिकारक प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं, तो उपज की गणना सामान्यतः पर सीमित अभिकारक की मात्रा के आधार पर की जाती है, जिसकी मात्रा अन्य सभी अभिकारकों की मात्रा के स्टोइकोमेट्री समतुल्य (या समतुल्य) से कम होती है। उपस्थित सभी सीमित अभिकर्मकों के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यकता से अधिक मात्रा में मौजूद अन्य अभिकर्मकों को अतिरिक्त माना जाता है। नतीजतन, उपज को प्रतिक्रिया दक्षता के उपाय के रूप में स्वचालित रूप से नहीं लिया जाना चाहिए।

जब एक से अधिक अभिकारक किसी प्रतिक्रिया में भाग लेता है, तो सामान्यतः पर प्रतिफल की गणना सीमित अभिकारक की मात्रा के आधार पर की जाती है, जिसकी राशि स्टोइकीटोमीट्रिकली समकक्ष (या केवल समकक्ष) से उपस्थित सभी अन्य अभिकारकों की मात्रा के आधार पर की जाती है। उपस्थित सभी सीमित अभिकारक के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए आवश्यक से अधिक मात्रा में मौजूद अन्य अभिकर्मकों को अतिरिक्त माना जाता है। परिणामस्वरूप, प्रतिक्रिया दक्षता के लिए प्रतिफल को स्वचालित रूप से माप के रूप में नहीं लिया जाना चाहिए

उनके 1992 के प्रकाशन में जनरल केमिस्ट्री, व्हिटेन, गेली और डेविस ने सैद्धांतिक उपज को उपस्थित सभी अभिकारकों के मोल्स की संख्या के आधार पर एक स्टोइकोमेट्री गणना द्वारा अनुमानित राशि के रूप में वर्णित किया। यह गणना मानती है कि केवल एक प्रतिक्रिया होती है और यह कि सीमित अभिकारक पूरी तरह से प्रतिक्रिया करता है।

व्हिटेन के अनुसार, वास्तविक उपज हमेशा कम होती है (प्रतिशत उपज 100% से कम होती है), अक्सर कई कारणों से बहुत अधिक होती है। नतीजतन, कई प्रतिक्रियाएं अधूरी हैं और अभिकारक पूरी तरह से उत्पादों में परिवर्तित नहीं होते हैं। यदि एक विपरीत प्रतिक्रिया होती है, तो अंतिम अवस्था में रासायनिक संतुलन की स्थिति में अभिकारक और उत्पाद दोनों होते हैं। दो या दो से अधिक प्रतिक्रियाएं एक साथ हो सकती हैं, जिससे कुछ अभिकारक अवांछित साइड उत्पादों में परिवर्तित हो जाते हैं। प्रतिक्रिया मिश्रण से वांछित उत्पाद के पृथक्करण और शुद्धिकरण में नुकसान होता है। प्रारंभिक सामग्री में अशुद्धियाँ मौजूद होती हैं जो वांछित उत्पाद देने के लिए प्रतिक्रिया नहीं करती हैं।

उदाहरण

यह एक एस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया का एक उदाहरण है जहां एक अणु एसीटिक अम्ल (जिसे एथेनोइक एसिड भी कहा जाता है) एक अणु इथेनॉल के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे एक अणु एथिल एसीटेट (एक द्वि-आणविक क्रम (रसायन विज्ञान)) होता है। ):

120 ग्राम एसिटिक एसिड (60 g/mol, 2.0 mol) की 230 ग्राम इथेनॉल (46 g/mol, 5.0 mol) के साथ प्रतिक्रिया हुई, जिससे 132 g एथिल एसीटेट (88 g/mol, 1.5 mol) प्राप्त हुआ। उपज 75% थी।

1. अभिकारकों की मोलर राशि की गणना वज़न (एसिटिक एसिड: 120 g ÷ 60 g/mol = 2.0 mol; इथेनॉल: 230 g ÷ 46 g/mol = 5.0 mol) से की जाती है।
2. इथेनॉल का उपयोग 2.5 गुना अधिक (5.0 mol ÷ 2.0 mol) में किया जाता है।
3. सैद्धांतिक मोलर यील्ड 2.0 mol (लिमिटिंग कंपाउंड, एसिटिक एसिड की मोलर मात्रा) है।
4. उत्पाद की मोलर यील्ड की गणना उसके वजन (132 g ÷ 88 g/mol = 1.5 mol) से की जाती है।
5. % यील्ड की गणना वास्तविक मोलर यील्ड और सैद्धांतिक मोलर यील्ड (1.5 mol ÷ 2.0 mol × 100% = 75%) से की जाती है।

उत्पादों की शुद्धि

अपनी 2016 की हैंडबुक ऑफ सिंथेटिक ऑर्गेनिक केमिस्ट्री में, माइकल पिरुंग ने लिखा है कि उपज उन प्राथमिक कारकों में से एक है, जिन्हें सिंथेटिक रसायनज्ञों को सिंथेटिक विधि या मल्टीस्टेप सिंथेसिस में एक विशेष परिवर्तन का मूल्यांकन करने पर विचार करना चाहिए। उन्होंने लिखा है कि बरामद प्रारंभिक सामग्री (BRSM) या (BORSM) पर आधारित उपज सैद्धांतिक उपज या गणना की गई उत्पाद की मात्रा का 100% प्रदान नहीं करती है, जो मल्टीस्टेप सिथेसिस में अगला कदम उठाने के लिए आवश्यक है।

शुद्धिकरण के कदम हमेशा उपज को कम करते हैं, प्रतिक्रिया वाहिकाओं और शुद्धिकरण तंत्र के बीच सामग्री के हस्तांतरण के दौरान होने वाले नुकसान या अशुद्धियों से उत्पाद के अपूर्ण पृथक्करण के कारण, जो अपर्याप्त रूप से शुद्ध समझे जाने वाले अंशों को छोड़ने की आवश्यकता हो सकती है। शुद्धि के बाद मापी गई उत्पाद की उपज (सामान्यतः पर >95% स्पेक्ट्रोस्कोपिक शुद्धता, या दहन विश्लेषण पास करने के लिए पर्याप्त शुद्धता) को प्रतिक्रिया की पृथक उपज कहा जाता है।

आंतरिक मानक उपज

गैस वर्णलेखन (जीसी), उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी, या परमाणु जैसी तकनीकों का उपयोग करके, एक अतिरिक्त आंतरिक मानक की ज्ञात मात्रा के सापेक्ष निर्मित उत्पाद की मात्रा (सामान्यतः पर कच्चे, अपरिष्कृत प्रतिक्रिया मिश्रण में) को मापकर पैदावार की गणना की जा सकती है। चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (NMR स्पेक्ट्रोस्कोपी) या चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (MRS)। इस दृष्टिकोण का उपयोग करके निर्धारित उपज को आंतरिक मानक उपज के रूप में जाना जाता है। संभावित अलगाव समस्याओं के बावजूद, प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित उत्पाद की मात्रा को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए पैदावार सामान्यतः पर इस तरह से प्राप्त की जाती है। इसके अतिरिक्त, वे उपयोगी हो सकते हैं जब उत्पाद का अलगाव चुनौतीपूर्ण या थकाऊ होता है, या जब अनुमानित उपज का तेजी से निर्धारण वांछित होता है। जब तक अन्यथा इंगित नहीं किया जाता है, सिंथेटिक कार्बनिक और अकार्बनिक रसायन शास्त्र साहित्य में रिपोर्ट की गई उपज अलग-अलग उपज का संदर्भ देती है, जो प्रयोगात्मक प्रक्रिया को दोहराने पर रिपोर्ट की गई शर्तों के तहत प्राप्त होने वाली शुद्ध उत्पाद की मात्रा को बेहतर ढंग से दर्शाती है।

उपज की रिपोर्टिंग

अपने 2010 के सिंलेट लेख में, मार्टिना वर्नरोवा और जैविक रसायनज्ञ, टॉमस हडलिकी ने पैदावार की गलत रिपोर्टिंग के बारे में चिंता व्यक्त की और समाधान पेश किया- जिसमें यौगिकों के उचित लक्षण वर्णन सम्मिलित थे। सावधानीपूर्वक नियंत्रण प्रयोग करने के बाद, वर्नरोवा और हडलिकी ने कहा कि प्रत्येक भौतिक हेरफेर (निष्कर्षण/धुलाई, जलशुष्कक पर सुखाने, निस्पंदन और स्तंभ क्रोमैटोग्राफी सहित) के परिणामस्वरूप लगभग 2% की उपज का नुकसान होता है। इस प्रकार, मानक जलीय वर्कअप और क्रोमैटोग्राफिक शुद्धिकरण के बाद मापी गई पृथक पैदावार शायद ही कभी 94% से अधिक होनी चाहिए।उन्होंने इस घटना को उपज मुद्रास्फीति कहा और कहा कि हाल के दशकों में रसायन विज्ञान साहित्य में उपज मुद्रास्फीति धीरे-धीरे ऊपर की ओर बढ़ गई थी। उन्होंने उपज मुद्रास्फीति को छोटे पैमाने पर आयोजित प्रतिक्रियाओं, इच्छाधारी सोच और प्रकाशन उद्देश्यों के लिए उच्च संख्या की रिपोर्ट करने की इच्छा पर उपज के लापरवाह माप के लिए जिम्मेदार ठहराया।हडलिकी का 2020 का लेख अंगवन्दे केमी में प्रकाशित हुआ है - जब से वापस ले लिया गया है - डाइटर सीबैक की 1990 की जैविक संश्लेषण की तीस-वर्षीय समीक्षा को सम्मानित और प्रतिध्वनित किया गया, जिसे अंगवन्दे केमी में भी प्रकाशित किया गया था। अपनी 2020 एंगवेन्डे केमी 30-वर्षीय समीक्षा में, हडलिकी ने कहा कि उन्होंने और वर्नरोवा ने अपने 2010 के सिन्लेट लेख में जो सुझाव दिए थे, उन्हें जैविक पत्रिकाओं के संपादकीय बोर्डों और अधिकांश रेफरी द्वारा अनदेखा किया गया था।

यह भी देखें

• रूपांतरण (रसायन विज्ञान)
• आंशिक प्राप्ति

अग्रिम पठन

• Whitten, Kenneth W.; Davis, Raymond E; Peck, M. Larry (2002). General chemistry. Fort Worth: Thomson Learning. ISBN 978-0-03-021017-4.
• Whitten, Kenneth W; Gailey, Kenneth D (1981). General chemistry. Philadelphia: Saunders College Pub. ISBN 978-0-03-057866-3.
• Petrucci, Ralph H.; Herring, F. Geoffrey; Madura, Jeffry; Bissonnette, Carey; Pearson (2017). General chemistry: principles and modern applications. Toronto: Pearson. ISBN 978-0-13-293128-1.
• Vogel, Arthur Israel; Furniss, B. S; Tatchell, Austin Robert (1978). Vogel's Textbook of practical organic chemistry. New York: Longman. ISBN 978-0-582-44250-4.