N-Heterocyclic carbene boryl anion
એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન બોરિલ એનાયન એ એન-હેટરોસાયક્લિક કાર્બાઇન (એન. એચ. સી.) નું આઇસોઇલેક્ટ્રોનિક માળખું છે, જ્યાં કાર્બાઇન કાર્બનને-1 ચાર્જ ધરાવતા બોરોન અણુ સાથે બદલવામાં આવે છે. એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનો સમતલીય ભૂમિતિ ધરાવે છે, અને બોરોન અણુને sp2-સંકરણ માનવામાં આવે છે. તેઓ અત્યંત મજબૂત પાયા તરીકે કામ કરે છે, કારણ કે તેઓ ખૂબ જ ન્યુક્લિયોફિલિક હોય છે. બોરોન અણુમાંથી આવતા σ-દાનને કારણે તેઓ ખૂબ જ મજબૂત ટ્રાન્સ પ્રભાવ પણ ધરાવે છે. સામાન્ય એન. એચ. સી. ની સરખામણીમાં એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનમાં વધુ મજબૂત ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત કરવાની લાક્ષણિકતા હોય છે. આ લાક્ષણિકતાઓ એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનને ઘણા ઉપયોગોમાં મુખ્ય લિગાન્ડ બનાવે છે, જેમ કે પોલીસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન અને વધુ સામાન્ય રીતે ઓછી ઓક્સિડેશન સ્થિતિ મુખ્ય જૂથ તત્વ બંધન. 1990 માં આર્ડેંગો દ્વારા પ્રથમ સ્ફટિકીય કાર્બાઇન માળખું અલગ કરવામાં આવ્યું ત્યારથી, એન. એચ. સી. ના વિવિધ ગુણધર્મોને ટ્યુનિંગ કરવું એ મુખ્ય જૂથ રસાયણશાસ્ત્રમાં અભ્યાસનું લોકપ્રિય ક્ષેત્ર રહ્યું છે. 2006માં સેગાવા દ્વારા પ્રથમ એન. એચ. સી. બોરિલ આયનનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. સંકુલના અગ્રદૂતને સૌપ્રથમ મેગ્નેશિયમ દ્વારા ડાયમાઇનના ઘટાડા દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું અને ત્યારબાદ બી. બી. આર. 3 સાથે પ્રતિક્રિયા કરવામાં આવી હતી. અંતિમ સંકુલનું લિથિયમ નેફ્થાલેનાઇડ દ્વારા બ્રોમો-ડાયઝાબોરોલ સંકુલમાં બોરોન-બ્રોમાઇડ બંધ પર વિચ્છેદ દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આ પ્રતિક્રિયાએ બોરિલિથિયમ સંકુલ બનાવ્યું, જ્યાં બોરોન અણુ મુક્ત બોરિલ આયન સાથે મજબૂત માળખાકીય સમાનતા દર્શાવે છે. આ સમાનતાઓ દર્શાવે છે કે બોરોન એનાયોનિક-1 ચાર્જ ધરાવે છે અને તેને સિંગલેટ કાર્બાઇનના આઇસોઇલેક્ટ્રોનિક સંયોજન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ સંશ્લેષણની ચાવી નાઇટ્રોજન પર વિશાળ આર અવેજી હતી જે ડાયમેરાઇઝેશનને અટકાવતું હતું, જે બોરોન રસાયણશાસ્ત્રમાં સામાન્ય છે. આ વિશાળ અવેજીઓ અને નીચા તાપમાને પ્રજાતિઓને સફળ રીતે અલગ પાડી હતી. બોરિલિથિયમ બેકબોન્સમાં તફાવત એન. એચ. સી. બોરિલ આયનના પ્રથમ સંશ્લેષણ પછી, સેગાવાએ સંકુલના બેકબોન્સને બદલીને અન્ય એન. એચ. સી. બોરિલ આયનોનું સંશ્લેષણ કરવાનું ચાલુ રાખ્યું. 2008 માં, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે પ્રથમ બોરિલ એનાયનો જેવી જ ઘટાડતી પરિસ્થિતિઓનો ઉપયોગ કરીને, અન્ય ઘણા એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનનું સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. "નેકેડ" બોરિલ એનાયન એ "નેકેડ" બોરિલ એનાયન, જેમાં-1 બોરોનની નજીક કોઈ કેટાયન નથી, તેને એમાઇડ મેટાથેસિસ પ્રતિક્રિયા દ્વારા સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. જે બને છે તે બોરિલપોટાશિયમ ડાયમર છે, જેમાં કે + આયનો નાઇટ્રોજન અને બોરોન કેન્દ્રો પરના અવેજી પરના બંને કાર્બન સાથે નબળી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. K-B બંધ અંતર> 3.1 Å છે, જે સહસંયોજક ત્રિજ્યાના સરવાળા કરતાં ઘણું વધારે છે. વધુમાં, N-B-N બોન્ડ કોણ ગણતરી કરેલ ગેસ-ફેઝ એનાયનની ખૂબ નજીક છે, જે નિષ્કર્ષ તરફ દોરી જાય છે કે બોરિલ એનાયન શક્ય તેટલું "મુક્ત" છે. જૂથ 1 અને 2 તત્વો સાથે પ્રતિક્રિયા બંધન જ્યારે એન. એચ. સી. બોરિલ આયન બોરિલિથિયમ મીઠાના સ્વરૂપમાં હોય છે, ત્યારે તેણે CO સાથે પ્રતિક્રિયા દર્શાવી છે, જે ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સમાંનું એક છે. આ સંકુલ નિવેશ પ્રતિક્રિયામાંથી પસાર થાય છે, જ્યાં ટૂંકા ગાળાની મધ્યવર્તી પ્રજાતિ બનાવવા માટે બી-લી બોન્ડમાં CO દાખલ કરવામાં આવે છે. આ પ્રતિક્રિયા કાર્બોનીલેટિવ જોડાણ પ્રતિક્રિયાઓમાં આશાસ્પદ ઉપયોગો દર્શાવે છે, જ્યાં CO નિવેશ જરૂરી છે. 2007માં, લિગાન્ડ તરીકે એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનનો ઉપયોગ કરીને પ્રથમ બી-એમજી સિંગલ બોન્ડનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. બી-એમજી બોન્ડ સહસંયોજક ત્રિજ્યાના સરવાળા કરતાં થોડા લાંબા હોય છે, પરંતુ આ દ્રાવકના સંકલનને કારણે નબળા કુલોમ્બિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને આભારી છે, જે આ પ્રયોગમાં ટીએચએફ હતું. આ દ્રાવકની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પરમાણુની ભૂમિતિને પણ અસર કરે છે, કારણ કે સ્ફટિક માળખું દર્શાવે છે કે Mg અણુ વિકૃત sp3-સંકરણ કેન્દ્ર ધરાવે છે. જો કે, પરિણામો દર્શાવે છે કે Mg-B બોન્ડ આયનીય પાત્ર ધરાવે છે અને તેને સિંગલ બોન્ડ ગણી શકાય. એન. એચ. સી. બોરીલ એનાયનને એમ. જી. સંયોજન સાથે 2:1 ગુણોત્તરમાં પ્રતિક્રિયા આપીને અન્ય એમ. જી.-બી. બંધનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. આ એમ. જી. અણુમાં વિકૃત ટેટ્રાહેડ્રલ સંકલન પણ હતું, જે દ્રાવક (ટી. એચ. એફ.) ના સંકલનને પણ આભારી હતું. પ્રથમ બી-બી બોન્ડ 2014 માં નોંધવામાં આવ્યો હતો, જો કે આ બોન્ડ આ સંકુલના એમ. જી. એનાલોગમાં નોંધાયેલા આયનીય બોન્ડને બદલે વધુ સહસંયોજક પાત્ર દર્શાવે છે. આ સંકુલની રચના દ્રાવક તરીકે બેન્ઝિનનો ઉપયોગ કરીને એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનના બે સમકક્ષને બી. સી. એલ. 2 સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને કરવામાં આવી હતી. જો કે, 2020 માં, એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયન અને બી વચ્ચે ખૂબ જ રસપ્રદ પ્રતિક્રિયા નોંધવામાં આવી હતી. આ કિસ્સામાં, બોરિલ એનાયનને બી કોમ્પ્લેક્સ સાથે પ્રતિક્રિયા આપવામાં આવી હતી, અને બોરોન અણુથી σ-દાન મેળવવાને બદલે, તે એનાયનની કરોડરજ્જુમાં એક કાર્બન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. આ પ્રતિક્રિયાની પદ્ધતિ અસ્પષ્ટ હોવા છતાં, એવું માનવામાં આવે છે કે કરોડરજ્જુના પ્રોટોનમાંથી એક ડિપ્રોટોનેટેડ થઈ જાય છે, જે બી ને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા કાર્બન સાથે જોડાવા દે છે. ઓરડાના તાપમાને પણ આ સંયોજન અત્યંત સ્થિર હોય છે અને આ પ્રતિક્રિયાની પદ્ધતિને વધુ સમજવા માટે વધુ અભ્યાસો પૂર્ણ કરવામાં આવી રહ્યા છે. મુખ્ય જૂથ તત્વો સાથે બંધન NHC બોરિલ આયનનો ઉપયોગ B = B દ્વિબંધ પ્રાપ્ત કરવા માટે પણ કરવામાં આવે છે, પરંતુ ડાયબોરેન પરમાણુને બદલે ટેટ્રાબોરેન પ્રજાતિમાં થાય છે. આ સંશ્લેષણ માટે, એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનમાં એક વધારાનો બોરોન અણુ ઉમેરવામાં આવ્યો હતો, અને પછી તેને ઘટાડવામાં આવ્યો હતો, જે અણુઓ વચ્ચે ડાયમેરાઇઝેશનને દબાણ કરે છે અને એચ-બ્રીજ્ડ ટેટ્રાબોરેન પ્રજાતિઓ થવાની મંજૂરી આપે છે. કોમ્પ્લેક્સ એચ-બ્રીજ્ડ હોવા છતાં, આંતરિક બી-બી બોન્ડ અંતર અહેવાલિત ડબલ અને ટ્રિપલ બોન્ડ લંબાઈ વચ્ચે આવેલું છે. વધુમાં, કેન્દ્રીય બી-બી ભાગ પર એન. પી. એ. ચાર્જ નકારાત્મક છે, જે દર્શાવે છે કે બોરિલ એનાયનો ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા દાન કરે છે, જે નિષ્કર્ષ તરફ દોરી જાય છે કે બી = બી દ્વિબંધ આવી રહ્યો છે. ચોક્કસ પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ સાથે, એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનનો ઉપયોગ કરીને ડિસિલેન સિંગલ અથવા ડબલ બોન્ડ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. સી-સી સિંગલ બોન્ડ બનાવવા માટે, ડી. એમ. ઈ. દ્રાવકમાં એન. એચ. સી. બોરિલ સિલેન સંયોજનને કે. સી. 8 દ્વારા ઘટાડવામાં આવે છે. સી-સી દ્વિબંધ બનાવવા માટે, ટી. એચ. એફ. દ્રાવકમાં કે. સી. 8 માં થોડું અલગ એન. એચ. સી. બોરિલ સિલેન સંયોજન ઘટાડવામાં આવે છે. વધુમાં, એમ. જી. કોમ્પ્લેક્સના સ્વરૂપમાં ડાયાનિયોનિક ડિસિલિન (સી-સી ટ્રિપલ બોન્ડ) ની જાણ કરવામાં આવી હતી. એન. એચ. સી. બોરિલ સિલેન સંયોજનના બે સમકક્ષોને ટી. એચ. એફ. માં એમ. જી. સાથે ઘટાડવામાં આવે છે, જે એમ. જી.-સી.-સી. ત્રણ સભ્યોની વીંટી તરફ દોરી જાય છે. બોરિલ એનાયન જૂથો સિસ રચનામાં ગોઠવાયેલા હોય છે, અને સી અણુઓ સમતલીય ભૂમિતિ ધરાવે છે. વધુમાં, સી-સી બોન્ડની લંબાઈની ગણતરી બેવડા બોન્ડ માટે સહસંયોજક ત્રિજ્યાના સરવાળા તરીકે કરવામાં આવે છે, અને એન. પી. એ. ચાર્જ સી અણુઓ પર ડાયાનિયોનિક પાત્ર દર્શાવે છે. સંક્રમણ ધાતુઓ સાથે જોડાણ એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયનોની સી-એચ બોન્ડ્સ અને હાઇડ્રોબોરેશન પ્રવૃત્તિને સક્રિય કરવાની તેમની ક્ષમતા માટે પણ તપાસ કરવામાં આવી છે, બે વસ્તુઓ જે અગાઉ માત્ર સંક્રમણ ધાતુ પ્રણાલીઓ દ્વારા પૂર્ણ થાય છે તેવું માનવામાં આવતું હતું. આયનીય બોરિલ લિગાન્ડ સંક્રમણ ધાતુઓ સાથે સહસંયોજક રીતે બંધ કરી શકે છે, જે તે મુખ્ય જૂથ તત્વો (આયનીય રીતે) સાથે કેવી રીતે બંધાય છે તેનાથી અલગ છે. આ બોરિલ લિગાન્ડ્સ σ-બોન્ડ છે પણ બોરોન પાસે ખાલી pz ઓર્બિટલમાં π-બેક દાન પ્રાપ્ત કરવામાં પણ સક્ષમ છે. એવું કહેવામાં આવે છે કે એન. એચ. સી. બોરિલ આયનની જેમ બોરિલ લિગાન્ડ પ્રતિક્રિયાશીલતાને નિયંત્રિત કરવામાં સૌથી અસરકારક લિગાન્ડ છે. ચાંદી, સોનું, તાંબુ અને જસત સહિત ઘણા સંક્રમણ ધાતુના બોરિલ સંકુલોનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે. આ સંકુલ સંક્રમણ ધાતુ ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાઓના સંભવિત મધ્યસ્થીઓની સમજ આપે છે, અને કાર્બનિક અને અકાર્બનિક કૃત્રિમ રસાયણશાસ્ત્ર બંને માટે સંભવિત પ્રારંભિક સામગ્રી પ્રદાન કરે છે. ગ્રુપ 12 મેટલ બોન્ડિંગમાં ધાતુઓ લગભગ સંપૂર્ણપણે + 1-ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં હોય છે, પરંતુ NHC બોરિલ એનાયનોએ 0-ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં ગ્રુપ 12 M-M બોન્ડ્સનું સંશ્લેષણ કરવામાં મદદ કરી છે. જૂથ 12 ધાતુઓ ભરેલા સંયોજકતા ડી-ઓર્બિટલ્સને કારણે 0-ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં ખૂબ જ નબળા બંધનમાં ભાગ લે છે, જ્યારે ધાતુઓમાં એન. એચ. સી. બોરિલ એનાયન લિગાન્ડ હોય છે, ત્યારે તેઓ 0-ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં બંધ કરવામાં સક્ષમ હોય છે કારણ કે લિગાન્ડ દ્વારા દાન કરવામાં આવતી ઇલેક્ટ્રોન ઘનતામાં વધારો થાય છે. આ અણુઓનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે જેમાં પહેલા ધાતુ પરના લિગાન્ડ્સ તરીકે એમ-ટર્ફેનિલ્સ હોય છે, અને પછી એક આઇસોલોબલ વિનિમય થાય છે, જે બોરિલ લિગાન્ડ્સને ધાતુ પર મૂકે છે અને ધાતુને 0-ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં રહેવાની મંજૂરી આપે છે. પોલીસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન્સ એન. એચ. સી. બોરિલ આયન માટે સૌથી ઉત્તેજક ઉપયોગોમાંનું એક પોલીસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન્સ અથવા પી. એ. એચ. માં તેમનું સ્થાન છે. પી. એ. એચ. ને સામાન્ય રીતે એવા પરમાણુ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જેમાં બે અથવા વધુ બેન્ઝેનોઇડ રિંગ્સ હોય છે અને તેમાં હાઇડ્રોજન અને કાર્બન સિવાય અન્ય કોઈ તત્વો હોતા નથી. તેઓ અત્યંત ફ્લોરોસન્ટ હોય છે, અને કુદરતી રીતે કાચા તેલ અને અન્ય પેટ્રોકેમિકલ ઉત્પાદનોમાં જોવા મળે છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે અંતિમ કાર્બનને બી-એન ભાગ સાથે બદલવાથી પી. એ. એચ. ના કુટુંબનું વિસ્તરણ થાય છે અને તે કાર્યાત્મક સામગ્રી તરીકે કામ કરી શકે છે. પી. એ. એચ. માં બોરોન મૂકવું એ એલ. યુ. એમ. ઓ. ઊર્જા સ્તરને ઘટાડીને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મોને સુધારવા અને વિવિધતા આપવા માટે જાણીતું છે. LUMO ઊર્જામાં આ ઘટાડો શોષણ અને ઉત્સર્જન માટે જરૂરી ઊર્જાને ઘટાડીને સ્વીકારવાની ક્ષમતામાં વધારો કરે છે. ફ્યુઝ્ડ NHC બોરિલ એનાયન એકમો દ્વિ-કાર્યક્ષમતાના તત્વને ઉમેરે છે અને ખાલી pz ઓર્બિટલને કારણે π-જોડાણને પ્રેરિત કરે છે. આ અણુઓના શોષણ અને ઉત્સર્જનના ગુણો ખૂબ જ રસપ્રદ છે. પી. એ. એચ. જે પાયરીન કોર ધરાવે છે તે યુવી પ્રકાશ હેઠળ તમામ ફ્લોરોસ વાદળી પ્રકાશ ધરાવે છે, પરંતુ તેમના નાના અને વધુ સમતલીય સમકક્ષોમાં વિવિધ રંગો હતા જે ઉત્સર્જિત થાય છે. રંગમાં આ ફેરફાર એન. એચ. સી. બોરિલ આયન રિંગ્સને આભારી છે જે નાના પી. એ. એચ. માં વધુ ફાળો આપે છે, જ્યારે પાયરીન કોરમાં બોરોન લિગાન્ડમાંથી ઓછી અસર આવે છે. આ સમતલીય NHC બોરિલ એનાયન પરમાણુઓ કાર્યાત્મક સામગ્રીમાં તેમના ઉપયોગમાં ખૂબ જ આશાસ્પદ છે કારણ કે તેઓ નજીકના IR પ્રદેશમાં પ્રકાશ બહાર કાઢે છે. સંદર્ભો બોરોન હેટેરોસાઇકલ્સ એનાયન્સ નાઇટ્રોજન હેટેરોસાઇકલ્સ પેન્ટાસાયક્લિક સંયોજનો