BPSC 71वीं CCE प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 138 / 150

सही — C, पॉली (3 - हाइड्रॉक्सी ब्यूटाइरेट - co-3 हाइड्रॉक्सी वैलेरेट)। संक्षिप्ति अक्षर-दर-अक्षर खुलती है : P यानी पॉली, HB यानी 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट, और V यानी 3-हाइड्रॉक्सीवैलेरेट। PHBV पॉलीहाइड्रॉक्सीऐल्केनोएट, यानी PHA, कुल का है — पॉलिएस्टरों का ऐसा परिवार जो पेट्रोरसायनों से बनता ही नहीं, बल्कि जीवित कोशिकाओं के भीतर शर्कराओं या वसाओं के जीवाणु किण्वन से बनता है और अंतःकोशिकीय कणिकाओं के रूप में जमा रहता है, जो सूक्ष्मजीव के लिए ऊर्जा स्रोत भी हैं और कार्बन भंडार भी। इस परिवार में 150 से अधिक भिन्न एकलक जोड़े जा सकते हैं, जिससे 40 से 180 °C तक के गलनांक वाले बहुत अलग-अलग स्वभाव के पदार्थ बनते हैं, और उन कणिकाओं से मिलने वाली पॉलिमर की उपज जीव के शुष्क भार के 80% तक पहुँच सकती है। विकल्प (c) की दो बारीकियाँ सिद्ध करती हैं कि यह सम्भावित-सी गढ़ी हुई लड़ी नहीं, असली रासायनिक नाम है। पहली, हर एकलक के आगे लगा स्थानांक ‘3-’ ठीक-ठीक बताता है कि हाइड्रॉक्सिल समूह कहाँ बैठा है — चार-कार्बन वाली ब्यूटेनोएट इकाई के और पाँच-कार्बन वाली पेंटेनोएट (वैलेरेट) इकाई के तीसरे कार्बन पर। दूसरी, बीच में आया ‘co’ IUPAC की सहबहुलक संकेतन-पद्धति है : poly(A-co-B) का अर्थ है दोनों पुनरावर्ती इकाइयों से बनी एक ही शृंखला, न कि दो अलग-अलग पॉलिमरों का मिश्रण। यही सहबहुलक संरचना PHBV के व्यावसायिक अस्तित्व का पूरा कारण है। शुद्ध पॉली-3-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट, PHB, पहला खोजा गया PHA था और वह निराश करने वाला प्लास्टिक है — अत्यधिक क्रिस्टलीय, अकड़ा हुआ और भंगुर, जो 175 °C पर पिघलता है, जिसका काँच-संक्रमण मात्र 2 °C है और तन्य सामर्थ्य लगभग 40 MPa, यानी पॉलीप्रोपिलीन के आसपास, पर आराम से संसाधित करने के लिए वह कहीं अधिक भंगुर है। शृंखला में हाइड्रॉक्सीवैलेरेट इकाइयाँ पिरो देने से क्रिस्टल की जमावट टूट जाती है, और PHA परिवार में क्रिस्टलीयता कुछ प्रतिशत से लेकर लगभग 70% तक जाती है : इसी कारण PHBV, PHB से कम अकड़ा और अधिक चिमड़ (tough) होता है, और वैलेरेट का अंश बढ़ने के साथ उसकी संसाधनीयता, आघात-सामर्थ्य तथा लचीलापन तीनों सुधरते जाते हैं। यही चिमड़ापन कारण है कि पैकेजिंग सामग्री के रूप में PHB नहीं, PHBV काम आता है — और यही कारण है कि परीक्षक ने उसे आदर्श जैव-निम्नीकरणीय पॉलिमर के रूप में चुना।

• (a)पॉलीहाइड्रॉक्सी ब्यूटाइल वैनिलीन — वैनिलिन — जिसे अंग्रेज़ी संस्करण में ‘vaniline’ छापा गया है — एक असली यौगिक है, 4-हाइड्रॉक्सी-3-मेथॉक्सीबेंज़ैल्डिहाइड, वही अणु जो वनीला को उसका स्वाद देता है, और उसका ऐरोमैटिक वलय कुछ प्रायोगिक जैव-पॉलिमरों में आता भी है। पर वह ऐल्डिहाइड है, हाइड्रॉक्सी अम्ल नहीं, इसलिए वह वे एस्टर बंध बना ही नहीं सकता जो किसी पॉलीहाइड्रॉक्सीऐल्केनोएट को परिभाषित करते हैं। ‘ब्यूटाइल’ भी क़िस्म से ग़लत है : वह ऐल्किल प्रतिस्थापी है, न कि वह ब्यूटाइरेट एस्टर इकाई जिसके लिए B खड़ा है।
• (b)पॉली हाइड्रॉक्सी ब्यूटेन वेराट्रिक एसिड — दो स्वतंत्र भूलें, और इनमें से कोई एक भी घातक है। ब्यूटेन संतृप्त ऐल्केन है जिसमें कोई क्रियात्मक समूह है ही नहीं, इसलिए उसकी किसी भी बात से पॉलिएस्टर नहीं बन सकता — एकलक तो ब्यूटाइरेट है, यानी ब्यूटेनोएट ऋणायन। और वेराट्रिक अम्ल, 3,4-डाइमेथॉक्सीबेंज़ोइक अम्ल, पौधों से मिलने वाला ऐरोमैटिक अम्ल है, जिसका उस ऐलिफ़ैटिक पाँच-कार्बन वैलेरेट से कोई लेना-देना नहीं जिसके लिए V खड़ा है।
• (d)पॉली हाइड्रॉक्सी ब्यूटाइरिक एसिड वेराट्रिक एसिड — यह क़रीब पहुँचकर चूकने वाला विकल्प है, और वही अधूरे ज्ञान वाले अभ्यर्थी को पकड़ता है। इसका पहला आधा हिस्सा सचमुच सही है — 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरिक अम्ल ही HB एकलक है। फिर यह वैलेरिक अम्ल की जगह वेराट्रिक अम्ल रख देता है, जबकि PHBV का V वैलेरेट (पेंटेनोएट, पाँच कार्बन) है, वेराट्रिक नहीं। यह बीच का ‘co’ भी छोड़ देता है, इसलिए उदारता से पढ़ने पर भी यह नाम एक सहबहुलक शृंखला के बजाय दो अम्लों का वर्णन करता है।

प्रचलन में आए अधिकांश प्लास्टिक पेट्रोरसायनों से बने संश्लेषित पॉलिमर हैं, और वे जैव-निम्नीकरण का प्रतिरोध इसलिए करते हैं कि कोई सामान्य एंज़ाइम उनकी कार्बन रीढ़ को पहचानता ही नहीं। पॉलीहाइड्रॉक्सीऐल्केनोएट उलटा रास्ता लेते हैं : वे सूक्ष्मजीवों द्वारा बनाए जाते हैं, वे सच्चे पॉलिएस्टर हैं, और मिट्टी तथा कीचड़ के बैसिलस, स्यूडोमोनास और स्ट्रेप्टोमाइसीज़ वंशों के जीवाणु उन्हें वापस खा सकते हैं। उत्पादन किण्वन है, कोई क्रैकिंग संयंत्र नहीं। क्यूप्रियाविडस नेकेटर जैसे संवर्धन को ग्लूकोज़, सुक्रोज़, वनस्पति तेल या बायोडीज़ल ग्लिसरीन पर अधिक घनत्व तक उगाया जाता है, और फिर जान-बूझकर किसी पोषक तत्त्व की भूख दी जाती है — नाइट्रोजन, फ़ॉस्फ़ोरस, कोई सूक्ष्म तत्त्व या ऑक्सीजन — जबकि कार्बन अधिक मात्रा में बना रहता है। दबाव में आई कोशिकाएँ उत्तर में PHA कणिकाएँ जमाने लगती हैं, जिन्हें कोशिकाएँ फोड़कर निकाला जाता है। दो भेद साफ़ रखिए, क्योंकि परीक्षक दोनों का फ़ायदा उठाते हैं। जैव-आधारित (bio-based) होना जैव-निम्नीकरणीय होने के बराबर नहीं : गन्ने के इथेनॉल से बना बायो-PET स्रोत की दृष्टि से नवीकरणीय है फिर भी बिल्कुल जीवाश्म PET की तरह टिका रहता है, जबकि PBAT पेट्रोलियम से बना होकर भी खाद-योग्य है। और जैव-निम्नीकरणीय होना खाद-योग्य (compostable) होने के बराबर नहीं, जो निर्धारित औद्योगिक कम्पोस्टिंग परिस्थितियों में निर्धारित समय में टूटने का प्रमाणित निष्पादन-दावा है। PHA संयोगवश तीनों वर्णनों पर एक साथ खरे उतरते हैं — जैव-आधारित, जैव-निम्नीकरणीय और खाद-योग्य — इसीलिए वे कक्षा का मानक उदाहरण हैं, और उस परिवार के भीतर मानक उदाहरण PHBV है।

यह विशुद्ध रूप से संक्षिप्ति खोलने का प्रश्न है, और PHBV से कभी पाला पड़े बिना भी, हर विकल्प को संक्षिप्ति के सामने रखकर इसका उत्तर दिया जा सकता है। P–H–B–V के चार हिस्से हैं, इसलिए सही विस्तार को चार हिस्से देने ही चाहिए : पॉली, हाइड्रॉक्सी, एक B-शब्द और एक V-शब्द, और B-शब्द तथा V-शब्द दोनों ऐसी चीज़ें होनी चाहिए जिनसे सचमुच पॉलिएस्टर बन सके — यानी हाइड्रॉक्सी अम्ल। विकल्प (a) V के लिए वैनिलिन देता है, जो ऐरोमैटिक ऐल्डिहाइड है। विकल्प (b) और (d) दोनों वेराट्रिक अम्ल देते हैं, जो ऐरोमैटिक बेंज़ोइक अम्ल है। केवल विकल्प (c) वैलेरेट देता है, एक ऐलिफ़ैटिक पाँच-कार्बन हाइड्रॉक्सी अम्ल, जो चार-कार्बन ब्यूटाइरेट के साथ स्वाभाविक जोड़ा बनाता है। यही एक भेद — V का अर्थ वैलेरेट — अंक तय कर देता है। दूसरा संकेत शैली का है और रसायन के हर ‘पूर्ण रूप’ वाले प्रश्न के लिए आत्मसात करने लायक़ है : असली IUPAC नाम अपने साथ वह तामझाम ढोते हैं जिसकी नक़ल गढ़े हुए नाम कभी करते ही नहीं। विकल्प (c) में संख्यात्मक स्थानांक (‘3-’) हैं, घेरने वाले कोष्ठक हैं, और सहबहुलक बताने वाला ‘co’ है; बाक़ी तीन रसायन-जैसे लगने वाले शब्दों की लड़ियाँ भर हैं, जिनमें स्थिति की कोई सूचना नहीं। जब रसायन के किसी नामकरण-प्रश्न में एक विकल्प बाक़ियों से स्पष्ट रूप से अधिक संरचित दिखे, तो वह संरचना आमतौर पर सजावट नहीं होती। अंत में, यह भी देखिए कि प्रश्न पूछ क्या नहीं रहा। वह यह नहीं पूछता कि PHBV किस काम आता है, कैसे बनता है या कितनी तेज़ी से टूटता है — केवल यह कि अक्षरों का अर्थ क्या है — इसलिए गुणों से तर्क करने की इच्छा रोकिए।

• PHA प्रकृति में सूक्ष्मजीवों द्वारा शर्कराओं या वसाओं के जीवाणु किण्वन से बनने वाले पॉलिएस्टर हैं, जो कोशिका के लिए ऊर्जा स्रोत और कार्बन भंडार दोनों का काम करते हैं; इस परिवार में 150 से अधिक एकलक जोड़े जा सकते हैं, गलनांक 40 से 180 °C तक चलते हैं, और अंतःकोशिकीय कणिकाओं से उपज जीव के शुष्क भार के 80% तक पहुँच सकती है।
• पॉलीहाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट को पहली बार 1925 में फ़्रांसीसी सूक्ष्मजीव-विज्ञानी मॉरिस लेमोइन ने पृथक् किया और उसका अभिलक्षण किया। PHB 175 °C पर पिघलता है, उसका काँच-संक्रमण तापमान 2 °C और तन्य सामर्थ्य लगभग 40 MPa है — पॉलीप्रोपिलीन के आसपास — पर वह भंगुर है; पॉलीप्रोपिलीन के विपरीत वह पानी में डूब जाता है, जिससे तलछट में उसका अवायवीय विघटन आसान होता है।
• इम्पीरियल केमिकल इंडस्ट्रीज़ ने 1980 के दशक में किण्वन से पॉली(3-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट-co-3-हाइड्रॉक्सीवैलेरेट) विकसित किया और उसे ‘बायोपोल’ नाम से बेचा, जिसका वितरण अमेरिका में मोंसैंटो ने और बाद में मेटाबॉलिक्स ने किया; मेटाबॉलिक्स को किफ़ायती PHA उत्पादन-मार्ग के लिए जून 2005 में अमेरिकी प्रेसिडेंशियल ग्रीन केमिस्ट्री चैलेंज पुरस्कार मिला।
• हाइड्रॉक्सीवैलेरेट इकाइयाँ जोड़ने से PHB की क्रिस्टल जमावट टूट जाती है — PHA परिवार में क्रिस्टलीयता कुछ प्रतिशत से लगभग 70% तक जाती है — जिससे PHBV कम अकड़ा और अधिक चिमड़ हो जाता है, और वैलेरेट का प्रतिशत बढ़ने के साथ संसाधनीयता, आघात-सामर्थ्य तथा लचीलापन तीनों सुधरते हैं। पॉलीलैक्टिक अम्ल के विपरीत PHA पराबैंगनी-स्थायी भी होते हैं और उनमें जल का प्रवेश कम होता है।
• परीक्षा-कक्ष में ले जाने लायक़ नामपद्धति : poly(A-co-B) में बीच का ‘co’ ऐसे सहबहुलक का चिह्न है जिसकी एक ही शृंखला में दोनों इकाइयाँ हैं; ब्यूटाइरेट चार-कार्बन वाली ब्यूटेनोएट इकाई है और वैलेरेट पाँच-कार्बन वाली पेंटेनोएट इकाई; और ‘3-’ स्थानांक हर एकलक के तीसरे कार्बन पर हाइड्रॉक्सिल समूह की जगह तय करते हैं।

• V को वैनिलिन या वेराट्रिक अम्ल पढ़ लेना — वह वैलेरेट है, पाँच-कार्बन (पेंटेनोएट) हाइड्रॉक्सी अम्ल, जो चार-कार्बन ब्यूटाइरेट के साथ जुड़ता है
• PHBV को दो पॉलिमरों का मिश्रण समझ लेना। ‘co’ का अर्थ है एक ही शृंखला जो दोनों पुनरावर्ती इकाइयाँ ढोती है, और ठीक यही PHB की भंगुरता हटाता है
• यह मान लेना कि हर जैव-प्लास्टिक जैव-निम्नीकरणीय है, या हर जैव-निम्नीकरणीय प्लास्टिक जैव-आधारित है — ये दोनों गुण स्वतंत्र हैं, और परीक्षा के कथन इन्हें नियमित रूप से आपस में बदल देते हैं

BPSC विस्तार ही पूछ लेता है — सपाट ‘X का पूर्ण रूप’, जिसमें एक असली IUPAC नाम गढ़ी हुई हमशक्ल लड़ियों के बीच छिपा होता है, ताकि अंक पॉलिमर विज्ञान की समझ पर नहीं, अक्षर खोलने पर टिके। UPSC ने यहाँ कभी सादा पूर्ण रूप नहीं पूछा। वह किसी पॉलिमर का नाम लेकर उसके व्यवहार पर कथनों की परीक्षा लेता है : PET में सुरक्षित रूप से क्या रखा जा सकता है और क्या नहीं तथा वह पुनर्चक्रण योग्य है या नहीं, बिस्फ़ेनॉल A असल में कौन-सा प्लास्टिक बनाता है, चुइंगम का आधार प्लास्टिक गिना जाए या नहीं। BPSC के लिए विस्तार सीखिए और UPSC के लिए गुण।

• अभ्यास प्रश्न — वास्तविक PYQ नहीं

  PHBV जैसे पॉलीहाइड्रॉक्सीऐल्केनोएट (PHA) का व्यावसायिक उत्पादन किससे किया जाता है ?

  • (a)पेट्रोलियम रिफ़ाइनरियों में नैफ़्था के भंजन से
  • (b)किण्वन से, जिसमें जीवाणु पॉलिएस्टर को अंतःकोशिकीय कणिकाओं के रूप में जमा करते हैं
  • (c)उच्च दाब पर एथिलीन के बहुलकीकरण से
  • (d)प्राकृतिक रबर लेटेक्स के रासायनिक रूपांतरण से

  उत्तर(b) किण्वन से, जिसमें जीवाणु पॉलिएस्टर को अंतःकोशिकीय कणिकाओं के रूप में जमा करते हैं — क्यूप्रियाविडस नेकेटर जैसे संवर्धन शर्कराओं या वनस्पति तेल पर उगाए जाते हैं, फिर कार्बन अधिक मात्रा में रखते हुए उन्हें नाइट्रोजन या फ़ॉस्फ़ोरस की भूख दी जाती है, जिससे वे PHA कणिकाएँ जमा करते हैं जो कोशिका के शुष्क भार के 80% तक पहुँच सकती हैं।

• अभ्यास प्रश्न — वास्तविक PYQ नहीं

  पॉलिमर के नाम पॉली(3-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट-co-3-हाइड्रॉक्सीवैलेरेट) में बीच का ‘co’ बताता है कि यह पदार्थ है

  • (a)दो अलग-अलग पॉलिमरों का भौतिक मिश्रण
  • (b)ऐसा सहबहुलक जिसकी एक ही शृंखला में दोनों पुनरावर्ती इकाइयाँ हैं
  • (c)किसी सह-विलायक में घुला हुआ पॉलिमर
  • (d)तिर्यक्-बद्ध तापदृढ़ रेज़िन

  उत्तर(b) ऐसा सहबहुलक जिसकी एक ही शृंखला में दोनों पुनरावर्ती इकाइयाँ हैं — poly(A-co-B) सहबहुलक के लिए मानक संकेतन है, और शृंखला में हाइड्रॉक्सीवैलेरेट इकाइयों का शामिल होना ही क्रिस्टलीयता घटाकर PHBV को PHB से अधिक चिमड़ और कम भंगुर बनाता है।