Carbones
કાર્બોન્સ એ અણુઓનો એક વર્ગ છે જે શૂન્યની ઔપચારિક ઓક્સિડેશન સ્થિતિ સાથે 1 ડી ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં કાર્બન અણુ ધરાવે છે જ્યાં તમામ ચાર સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન બંધાયેલા એકલ જોડી તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ કાર્બન આધારિત સંયોજનો સૂત્ર CL2 ના છે જ્યાં L એ મજબૂત σ-દાન કરતું લિગાન્ડ છે, સામાન્ય રીતે ફોસ્ફીન (કાર્બોડિફોસ્ફોરેન્સ) અથવા N-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન/NHC (કાર્બોડીકાર્બેન્સ), જે દાતા-સ્વીકારક બંધ દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન અણુને સ્થિર કરે છે. કાર્બોન્સ σ-અને π-સમપ્રમાણતા બંને સાથે ઉચ્ચ-ઊર્જા ભ્રમણકક્ષાઓ ધરાવે છે, જે તેમને મજબૂત લેવિસ પાયા અને મજબૂત π-બેકડોનર અવેજી બનાવે છે. કાર્બોન્સ ઉચ્ચ પ્રોટોન સંબંધ ધરાવે છે અને મજબૂત ન્યુક્લિયોફાઇલ્સ છે જે તેમને વિવિધ મુખ્ય જૂથ અને સંક્રમણ ધાતુ સંકુલમાં લિગાન્ડ્સ તરીકે કાર્ય કરવાની મંજૂરી આપે છે. કાર્બન-સંકલિત તત્વો પણ વિવિધ પ્રકારની પ્રતિક્રિયાઓ દર્શાવે છે અને વિવિધ કાર્બનિક અને મુખ્ય જૂથ પ્રતિક્રિયાઓને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. કાર્બોડિફોસ્ફોરન્સની રચના અને બંધન કાર્બોડિફોસ્ફોરન્સના પ્રારંભિક સંશ્લેષણમાં, આ માળખાને એકંદર તટસ્થ પ્રજાતિઓ વચ્ચેના પ્રતિધ્વનિ સંકર તરીકે વર્ણવવામાં આવ્યું હતું જેમાં કેન્દ્રીય કાર્બન પરમાણુ અને બે જટિલ ફોસ્ફરસ પરમાણુઓ વચ્ચે બેવડા બંધ અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને ઝ્વિટેરિયોનિક પ્રજાતિઓ કે જે બંને ફોસ્ફરસ પરમાણુઓ પર હકારાત્મક ચાર્જ અને કેન્દ્રીય કાર્બન પરમાણુ પર-2 નો એકંદર ચાર્જ મૂકે છે. જો કે, હેક્સાફિનાઇલકાર્બોડિફોસ્ફોરન પરના કોમ્પ્યુટેશનલ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે સૌથી વધુ કબજો ધરાવતા મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સ મુખ્યત્વે કાર્બન પર સ્થાનિક હતા અને તેમાં એવા આકારો હતા જે મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સના બંધનને બદલે σ-અને π-સિમેટ્રિક લોન જોડીઓનું સૂચક હતા. વધારાની ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે કેન્દ્રીય કાર્બન પરમાણુ અને જટિલ ફોસ્ફરસ પરમાણુઓ વચ્ચે σ-બંધન ભ્રમણકક્ષાઓ છે પરંતુ ફોસ્ફરસ પર કોઈ ભ્રમણકક્ષાઓ સ્થાનિક નથી, જે સૂચવે છે કે ફોસ્ફરસ પરમાણુઓ દાતા-ગ્રહણકર્તા સંકુલ રચવા માટે કાર્બન પર બિનઉપયોગી સંયોજક ભ્રમણકક્ષાઓમાં તેમની એકલ જોડીને દાન કરી રહ્યા હતા. સ્ફટિકશાસ્ત્રીય માહિતી એ પણ દર્શાવે છે કે હેક્સાફિનાઇલકાર્બોડિફોસ્ફોરેન માળખું 131.7 ° ના P-C-P બંધ ખૂણા સાથે રેખીયને બદલે નોંધપાત્ર રીતે વળેલું હતું. કાર્બોડીકાર્બેન્સ કાર્બોડીકાર્બેન્સની રચના કાર્બોડીફોસ્ફોરેન્સ જેવી જ હોય છે. એન-મિથાઈલ-અવેજી કાર્બોડિકાર્બીન માટેના કોમ્પ્યુટેશનલ ડેટાએ 1.358 Å (એલિન માટે 1.308 Å ની સરખામણીમાં) પર લાક્ષણિક એલિનમાં C = C બોન્ડ કરતાં માત્ર થોડી લાંબી લંબાઈવાળા કાર્બન-કાર્બન બોન્ડની આગાહી કરી હતી, પરંતુ 131.8 ° ના નોંધપાત્ર વળેલા બોન્ડ કોણ સાથે (પ્રમાણભૂત રેખીય એલિન માટે 180° ની સરખામણીમાં). એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફીએ પ્રયોગમૂલક રીતે માપેલા C = C બંધની લંબાઈ 1.348 Å અને 131.8 ° ના C-C-C બંધ ખૂણા સાથે રચનાની પુષ્ટિ કરી જે કેન્દ્રીય કાર્બન અણુ પર હાજર બે એકલ જોડીઓનું સૂચક છે. વધુ ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે બે સૌથી વધુ કબજામાં રહેલા પરમાણુ ભ્રમણકક્ષાઓ મુખ્યત્વે કેન્દ્રીય કાર્બન પરમાણુ પર બે એકલ જોડીઓ તરીકે સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે, જેમ કે હેક્સાફિનાઇલકાર્બોડિફોસ્ફોરેન સાથે, તેમ છતાં તેમના સુધારેલા π-સ્વીકાર ગુણધર્મોને કારણે N-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન કાર્બન પરમાણુઓ પર π-સિમેટ્રિક ઓર્બિટલનું થોડું વધુ સ્થળાંતર. આ એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન લિગાન્ડ્સ અને બે મુક્ત એકલ જોડી સાથે ઔપચારિક રીતે કાર્બન (0) અણુ વચ્ચે દાતા-સ્વીકારનારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સૂચવે છે. અન્ય કાર્બાઇન માળખાઓ ફોસ્ફેકેટીન યલાઈડ્સ (સામાન્ય સૂત્ર R3P = C = C = O) અને કાર્બન સબઓક્સાઇડ (O = C = C = C = O) એ પણ કાર્બન મોનોક્સાઇડ સાથે દાતા-સ્વીકારનારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં કાર્બન (0) પ્રજાતિઓ ભાગ લે છે ત્યારે કાર્બન જેવા પાત્રનું પ્રદર્શન કર્યું છે. ટ્રાઇફિનાઇલફોસ્ફોરાનીલિડેનેકેટન (Ph3PC2O) ની સ્ફટિક રચનાએ અન્ય કાર્બન (0) સંયોજનોની વળેલી રચના સાથે સુસંગત 145.5 ° નો P-C-C બંધ કોણ જાહેર કર્યો. જ્યારે કોમ્પ્યુટેશનલ અને પ્રાયોગિક ડેટા બંનેએ કાર્બન સબઓક્સાઇડ માટે રેખીય માળખું સૂચવ્યું હતું, તે જ મોડેલોએ રેખીય કાર્બન સબઓક્સાઇડ અને વળાંકવાળા કાર્બન સબઓક્સાઇડ વચ્ચે માત્ર 1.9 કિલો કેલરી મોલ-1 (7.9 કિલો કેલરી મોલ-1) ના ઊર્જા તફાવતની આગાહી કરી હતી. વળાંકની સરળતા અને બે સૌથી વધુ કબજામાં રહેલા પરમાણુ ભ્રમણકક્ષાઓમાં કાર્બનનું પ્રમાણમાં મોટું યોગદાન રેખીય ભૂમિતિ હોવા છતાં ચોક્કસ પ્રમાણમાં કાર્બન જેવા પાત્રને સૂચવે છે. કાર્બોડિફોસ્ફોરેનનું સંશ્લેષણ કાર્બોડિફોસ્ફોરેનના સંશ્લેષણ માટેની એક વ્યૂહરચનામાં કાર્બન રીએજન્ટ પર તેની + 2 અથવા + 4 ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં રિડ્યુસિંગ એજન્ટનો ઉપયોગ સામેલ છે. હવે કાર્બોડિફોસ્ફોરેન તરીકે ઓળખાતા સંયોજનનું પ્રથમ સફળ સંશ્લેષણ રામિરેઝ એટ અલ દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું હતું. 1961માં આ પદ્ધતિ સાથે. ડિગ્લાઇમ દ્રાવણમાં લટકાવેલી પોટેશિયમ ધાતુ સાથે મિથાઇલાઇડબિસ-(ટ્રાઇફિનાઇલફોસ્ફોનિયમ) બ્રોમાઇડને હલાવીને, પોટેશિયમે પ્રારંભિક સામગ્રીને ઘટાડીને સ્થિર, પીળા, સ્ફટિકીય ઘન તરીકે હેક્સાફિનાઇલકાર્બોડિફોસ્ફોરેનની રચના કરી. આલ્કાઈલ-અવેજી કાર્બોડિફોસ્ફોરનનું સંશ્લેષણ કરવાની વૈકલ્પિક પદ્ધતિઓમાં કાર્બન (IV) અથવા કાર્બન (II) પ્રારંભિક સામગ્રીનું ડિપ્રોટોનેશન અથવા નાબૂદી સામેલ છે. સોડિયમ હાઇડ્રાઇડ અથવા સોડિયમ એમાઇડ જેવા મજબૂત આધાર સાથે કાર્બન (IV) અથવા કાર્બન (II) ડાયફોસ્ફીન મીઠાની પ્રતિક્રિયા કરવાથી ઇચ્છિત કાર્બોડિફોસ્ફોરેન બનાવવા માટે કેન્દ્ર કાર્બન અણુનું ડીપ્રોટોનેટ થઈ શકે છે. વૈકલ્પિક રીતે, હેલાઇડ-અવેજી ફોસ્ફોનિયમ મીઠું કાર્બોડિફોસ્ફોરેન બનાવવા માટે મજબૂત પાયાની હાજરીમાં નાબૂદી પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થઈ શકે છે. વધુ વૈવિધ્યસભર કાર્બોડિફોસ્ફોરન્સ માટે કૃત્રિમ પદ્ધતિઓ પણ વિકસાવવામાં આવી છે. મિથાઈલિનેડિફોસ્ફાઇન્સ અનુક્રમે ઓ-અવેજી અને એસ-અવેજી કાર્બોડિફોસ્ફોરેન્સ બનાવવા માટે હેક્સાફ્લોરોએસેટોન અથવા થિયોએસેટોન સાથે પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થશે. સાયક્લિક કાર્બોડિફોસ્ફોરેન્સનું સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ બિસ (ડાયસોપ્રોપીલામિનો) ફોસ્ફિનો ડાયઝોમિથેનની બિસ (ડાયલકિલામિનો) ફોસ્ફેનિયમ ટ્રાઇફ્લેટ સાથે વધારાની બેન્ઝોનિટ્રાઇલમાં પ્રતિક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવ્યું છે, ત્યારબાદ હેક્સામેથિલ્ડિસિલાઝાઇડ સાથે ડિપ્રોટોનેશન કરવામાં આવ્યું છે. કાર્બોડીકાર્બીન પ્રથમ કાર્બોડીકાર્બીન સંશ્લેષણ 2008માં ડાયકર એટ અલ દ્વારા પ્રથમ કાર્બોડીફોસ્ફોરેન સંશ્લેષણ કરતાં ઘણું પાછળથી પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું હતું. પ્રથમ પગલું મિથાઈલ ટ્રાઇફ્લેટનો ઉપયોગ કરીને બિસ (એન-મિથાઈલબેન્ઝીમિડાઝોલ-2-વાયએલ) મિથેનનું મિથાઇલેશન હતું અને બીજું પગલું પોટેશિયમ બિસ (ટ્રાઇમિથાઇલસિલિલ) એમાઇડ (કે. એચ. એમ. ડી. એસ.) નો ઉપયોગ કરીને કાર્બન (II) પ્રજાતિઓનું ડિપ્રોટોનેશન હતું, જેથી ઇચ્છિત એન-હેટરોસાયક્લિક-કાર્બીન-અવેજી કાર્બોન મળે. સમાન બિન-ચક્રીય કાર્બોડિકાર્બીનનું ડાઇમિથાઇલાસિટામાઇડ (ડી. એમ. એ.) માં પ્રારંભિક સામગ્રીના બે સમકક્ષોના ઘનીકરણ દ્વારા ઇમિનિયમ ક્ષારમાંથી સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે, ત્યારબાદ ડાયમિથાઇલામાઇન સાથે ન્યુક્લિયોફિલિક અવેજી, પછી એન-બ્યુટિલિથિયમ સાથે ડિપ્રોટોનેશન ટેટ્રામિનોએલીન બનાવે છે જે કાર્બોડિકાર્બિન તરીકે કાર્ય કરે છે. વધુમાં, અસમપ્રમાણ કાર્બોડિકાર્બેન્સના સરળ સંશ્લેષણની પદ્ધતિ ચેન એટ અલ દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી. 2015 માં એક સરળ ન્યુક્લિયોફિલિક અવેજી પ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને. એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન સ્કેફોલ્ડ સાથે બદલાયેલા ઓલેફિનને અલગ એન. એચ. સી. ભાગ ધરાવતા થિયોઇથર સાથે પ્રતિક્રિયા કરવાથી એક ઉત્પાદન ઉત્પન્ન થાય છે જે સુધારેલી કાર્યક્ષમતા સાથે બે અલગ-અલગ કાર્બાઇન અવેજી સાથે કાર્બોડિકાર્બિનને પરવડી શકે તે માટે સહેલાઈથી ડિપ્રોટોનેટ કરી શકાય છે. પ્રતિક્રિયાત્મકતા મૂળભૂતતા કેન્દ્રીય કાર્બન અણુ પર બે એકલ જોડીઓની હાજરી કાર્બોન્સ માટે બ્રોન્સ્ટેડ-લોરી બેઝ તરીકે કામ કરવાનું અને એસિડમાંથી બે પ્રોટોન સ્વીકારવાનું શક્ય બનાવે છે. કાર્બોડિફોસ્ફોરેન માટે લાક્ષણિક પ્રથમ પ્રોટોન આકર્ષણ સૌથી નબળા આધાર માટે 209.3 kcal mol−1 (875.7 kJ mol−1) થી લઈને સૌથી મજબૂત આધાર માટે 287.6 kcal mol−1 (1203 kJ mol−1) અને બીજા પ્રોટોન આકર્ષણ માટે 70.6 kcal mol−1 (295 kJ mol−1) થી લઈને 188.9 kcal mol−1 (790.4 kJ mol−1) સુધી હોય છે. સરખામણી માટે, પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનું પ્રોટોન આકર્ષણ 1101.8 kJ mol−1 છે, જે સૂચવે છે કે કાર્બોડિફોસ્ફોરેન મજબૂત પાયા તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. કાર્બોડીકાર્બેન્સ કાર્બોડીફોસ્ફોરન્સ કરતાં પણ વધુ મજબૂત પાયા તરીકે કામ કરી શકે છે, જેમાં પ્રથમ પ્રોટોન સંબંધ 294.3 kcal mol−1 (1231 kJ mol−1) સુધી પહોંચે છે. જો કે, કાર્બોડીકાર્બીન માટેના બીજા પ્રોટોન સંબંધોને કાર્બોડીફોસ્ફોરેન સાથે સરખાવવામાં આવે છે અને તે એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બીન અવેજીની ઓળખના આધારે 155.3 kcal mol−1 (649.8 kJ mol−1) થી 168.4 kcal mol−1 (704.6 kJ mol−1) સુધીના મૂલ્યોની શ્રેણી સાથે પરિવર્તનશીલતા દર્શાવે છે. આ એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન અવેજીઓના કાર્બન અણુઓ પર π-સમમિતીય એકલ જોડીના વધતા સ્થળાંતરને કારણે છે, જે અવેજીની ઓળખ પર બીજા પ્રોટોન સંબંધની નિર્ભરતામાં વધારો કરે છે. મજબૂત બ્રોન્સ્ટેડ-લોરી પાયા હોવા ઉપરાંત, કાર્બન ન્યુક્લિયોફિલિક પણ હોય છે અને સંક્રમણ ધાતુઓ અને મુખ્ય જૂથ તત્વો સાથે સંકલન કરતી વખતે મજબૂત લેવિસ પાયા તરીકે કાર્ય કરે છે. કેટલાક કોમ્પ્યુટેશનલ અભ્યાસોમાં જાણવા મળ્યું છે કે કાર્બોડિફોસ્ફોરન્સ ધાતુ-લિગાન્ડ બોન્ડ વિયોજન ઊર્જા સાથે ટંગસ્ટન અને નિકલ સાથે ચુસ્ત રીતે બંધાયેલા છે જે ચોક્કસ સંયોજનો માટે કાર્બન મોનોક્સાઇડ ધાતુ-લિગાન્ડ બોન્ડ્સ કરતા વધારે હતા. પ્રાયોગિક રીતે, વિવિધ ધાતુ-કાર્બોડિફોસ્ફોરેન સંકુલોનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે અને તેમાં ટંગસ્ટન, નિકલ, તાંબુ, ચાંદી અને સોના જેવી ધાતુઓનો સમાવેશ થાય છે. સોનાનું સંકુલ ખાસ નોંધપાત્ર છે કારણ કે તે પ્રથમ જીમિનલ ડિગોલ્ડ સંકુલ છે અને સોનાના અણુઓને દાન કરતા કેન્દ્રીય કાર્બન અણુ પર બે એકલ જોડી સાથે કાર્બન (0) સંયોજન તરીકે કાર્બોડિફોસ્ફોરેનની રચનાને ટેકો આપતા પ્રાયોગિક પુરાવા પૂરા પાડે છે. કાર્બોડીકાર્બેન્સ પણ રોડિયમ અને સોના જેવી વિવિધ સંક્રમણ ધાતુઓ સાથે સંકુલ રચતા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. અગાઉના પ્રયોગમાં, જ્યારે રોડિયમ કાર્બોનિલ સંકુલને કાર્બોડિકાર્બિન સાથે સંકલિત કરવામાં આવ્યું હતું, ત્યારે કાર્બન-ઓક્સિજન સ્ટ્રેચિંગ આવર્તન 2014 સે. મી.-1 પર જોવા મળ્યું હતું, જે એ જ કાર્બન-ઓક્સિજન સ્ટ્રેચિંગ આવર્તન કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું છે જ્યારે રોડિયમ એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન (2058 સે. મી.-1 અને 2036 સે. મી.-1 વચ્ચે) સાથે સંકલિત થાય છે, જે કાર્બોનની બીજી કાર્બન એકલ-જોડીમાંથી મજબૂત π-દાનની અસરનું સૂચક છે. સંક્રમણ ધાતુ સંકુલમાં પ્રતિક્રિયાશીલતા કાર્બન લિગાન્ડ ધરાવતા સંક્રમણ ધાતુ સંકુલ પણ પ્રતિક્રિયાની વિશાળ શ્રેણી દર્શાવે છે. 2015 માં, પ્રેંકેવિસિયસ એટ અલ. બે અલગ-અલગ કાર્બોડિકાર્બીન લિગાન્ડ્સ સાથે સંકલિત રુથેનિયમ (II) ઉત્પ્રેરકનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જે ઉત્કૃષ્ટ ડાયસ્ટેરિયોસેલેક્ટિવિટી અને ક્રેબટ્રીના ઉત્પ્રેરક જેવી જ પ્રવૃત્તિ સાથે ઓલેફિનને ઉત્પ્રેરક રીતે ઘટાડવામાં સક્ષમ હતું. બિસ (પાયરિડીન) કાર્બોડીકાર્બીન લિગાન્ડ્સ સાથેના પેલેડિયમ (II) ઉત્પ્રેરક સુઝુકી-મિયાઉરા અને હેક-મિઝોરોકી જોડાણ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સફળ ઉત્પ્રેરક હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જ્યારે કાર્બોડીકાર્બીન પિન્સર લિગાન્ડ્સ સાથે સંકલિત રોડિયમ (I) ઉત્પ્રેરક દર્શાવવામાં આવ્યા છે. મુખ્ય જૂથ સંકુલમાં પ્રતિક્રિયાશીલતા કાર્બોન્સ પણ મુખ્ય જૂથ ઘટકો સાથે સંકુલ બનાવી શકે છે. કાર્બોન્સના મજબૂત σ-અને π-દાન ગુણધર્મોએ તેમને પ્રતિક્રિયાશીલ મુખ્ય-જૂથ-આધારિત પ્રજાતિઓને સ્થિર કરવા માટે શ્રેષ્ઠ સાધનો બનાવ્યા છે. કાર્બોડીકાર્બેન્સનો ઉપયોગ બોરેનિયમ આયનો જેવા નવીન બોરોન ધરાવતા સંયોજનોના સફળ સંશ્લેષણમાં કરવામાં આવ્યો છે, જે ઉપયોગી ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરી શકે છે, તેમજ ડાયકેશનિક ટ્રાઇકોર્ડિનેટ હાઇડ્રીડોબોરોન સંયોજન પણ પ્રદર્શિત કરી શકે છે. π-બંધન પાત્ર સાથે સ્થિર કાર્બન-બિસ્મથ પ્રજાતિઓના પ્રથમ સંશ્લેષણમાં પણ કાર્બોનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. કાર્બોડીકાર્બેન્સે બેરિલિયમ રસાયણશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં સી-એચ સક્રિયકરણ તેમજ બેરિલાસાઈકલ રિંગ વિસ્તરણ દ્વારા પાંચ સભ્યોની બેરિલાસાઈકલના સંશ્લેષણ સાથે નોંધપાત્ર ઉપયોગિતા પણ જોઈ છે. સંદર્ભો કાર્બન સંયોજનો