N-Heterocyclic carbene boryl anion
एन-हेटेरोसाइक्लिक कार्बाइन बोरिल आयनन एन-हेटेरोसाइक्लिक कार्बाइन (एन. एच. सी.) की एक आइसोइलेक्ट्रोनिक संरचना है, जहाँ कार्बाइन कार्बन को एक बोरॉन परमाणु से प्रतिस्थापित किया जाता है जिसमें-1 आवेश होता है। एन. एच. सी. बोरिल आयनों में एक समतलीय ज्यामिति होती है, और बोरान परमाणु को एस. पी. 2-संकरण माना जाता है। वे अत्यंत मजबूत आधार के रूप में कार्य करते हैं, क्योंकि वे बहुत न्यूक्लियोफिलिक होते हैं। बोरान परमाणु से आने वाले σ-दान के कारण उनका बहुत मजबूत ट्रांस प्रभाव भी होता है। सामान्य एन. एच. सी. की तुलना में एन. एच. सी. बोरिल आयनों में इलेक्ट्रॉन-मुक्त करने का चरित्र अधिक मजबूत होता है। ये विशेषताएँ कई अनुप्रयोगों में एन. एच. सी. बोरिल आयनों को प्रमुख लिगेंड बनाती हैं, जैसे कि पॉलीसाइक्लिक सुगंधित हाइड्रोकार्बन, और अधिक सामान्य रूप से कम ऑक्सीकरण अवस्था मुख्य समूह तत्व बंधन। 1990 में आर्डेंगो द्वारा पहली क्रिस्टलीय कार्बाइन संरचना को अलग किए जाने के बाद से, एन. एच. सी. के विभिन्न गुणों को ट्यून करना मुख्य समूह रसायन विज्ञान में अध्ययन का एक लोकप्रिय क्षेत्र रहा है। पहला एन. एच. सी. बोरिल आयन 2006 में सेगावा द्वारा संश्लेषित किया गया था। कॉम्प्लेक्स के अग्रदूत को पहले मैग्नीशियम द्वारा डाइमीन की कमी के बाद बीबीआर3 के साथ एक प्रतिक्रिया द्वारा संश्लेषित किया गया था। अंतिम परिसर को लिथियम नैफ्थेलेनाइड द्वारा ब्रोमो-डायजाबोरोल परिसर में बोरॉन-ब्रोमाइड बंधन पर दरार के माध्यम से संश्लेषित किया गया था। इस प्रतिक्रिया ने एक बोरिलिथियम परिसर बनाया, जहां बोरॉन परमाणु एक मुक्त बोरिल आयनन के साथ मजबूत संरचनात्मक समानता दिखाता है। इन समानताओं से पता चलता है कि बोरॉन में आयनिक-1 आवेश होता है और इसे एक एकल कार्बाइन के सम-विद्युत यौगिक के रूप में पहचाना जाता है। इस संश्लेषण की कुंजी नाइट्रोजन पर भारी आर प्रतिस्थापन थे जो द्विमितीकरण को रोकते थे, कुछ ऐसा जो बोरॉन रसायन विज्ञान में आम है। इन भारी प्रतिस्थापनों और कम तापमान ने प्रजातियों का सफल अलगाव प्रदान किया। बोरिलिथियम रीढ़ की हड्डियों में भिन्नता एन. एच. सी. बोरिल आयन के पहले संश्लेषण के बाद, सेगावा ने परिसरों की रीढ़ की हड्डियों को बदलकर अन्य एन. एच. सी. बोरिल आयनों का संश्लेषण करना जारी रखा। 2008 में, यह पाया गया कि पहले बोरिल आयनों के समान कम करने वाली स्थितियों का उपयोग करके, कई अन्य एन. एच. सी बोरिल आयनों को संश्लेषित किया जा सकता है। "नेकेड" बोरिल एनियन ए "नेकेड" बोरिल एनियन, जिसमें-1 बोरॉन के पास कोई कैटायन नहीं होता है, को एमाइड मेटाथेसिस प्रतिक्रिया के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है। जो बनता है वह एक बोरिलपोटैशियम डाइमर है, जिसमें के + आयन नाइट्रोजन और बोरॉन केंद्रों पर प्रतिस्थापन पर दोनों कार्बन के साथ कमजोर रूप से बातचीत करते हैं। के-बी बंधन की दूरी> 3.1 Å है, जो सहसंयोजक त्रिज्या के योग से बहुत अधिक है। इसके अतिरिक्त, एन-बी-एन बंधन कोण गणना किए गए गैस-चरण आयनन के बहुत करीब है, जिससे यह निष्कर्ष निकलता है कि बोरिल आयनन यथासंभव "मुक्त" है। समूह 1 और 2 तत्वों के साथ प्रतिक्रियाशीलता बंधन जब एन. एच. सी. बोरिल आयन एक बोरिलिथियम नमक के रूप में होता है, तो इसने सी. ओ. के साथ प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित की है, जो औद्योगिक क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण निर्माण खंडों में से एक है। परिसर एक सम्मिलन प्रतिक्रिया से गुजरता है, जहां एक अल्पकालिक मध्यवर्ती प्रजाति बनाने के लिए बी-ली बंधन में सी. ओ. डाला जाता है। यह प्रतिक्रिया कार्बोनिलेटिव युग्मन प्रतिक्रियाओं में आशाजनक अनुप्रयोगों को दर्शाती है, जहां CO सम्मिलन आवश्यक है। 2007 में, पहले बी-एमजी एकल बंधन को लिगैंड के रूप में एन. एच. सी. बोरिल आयनन का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था। बी-एमजी बॉन्ड सहसंयोजक त्रिज्य के योग से थोड़े लंबे होते हैं, लेकिन इसके लिए विलायक के समन्वय के कारण कमजोर कूलम्बिक अंतःक्रिया को जिम्मेदार ठहराया गया है, जो इस प्रयोग में टीएचएफ था। यह विलायक अंतःक्रिया अणु की ज्यामिति को भी प्रभावित करती है, क्योंकि क्रिस्टल संरचना से पता चलता है कि एम. जी. परमाणु में एक विकृत एस. पी. 3-संकरण केंद्र है। हालांकि, परिणाम बताते हैं कि एम. जी.-बी. बंधन में आयनिक चरित्र होता है और इसे एकल बंधन माना जा सकता है। एक अन्य एम. जी.-बी. बंधन को एन. एच. सी. बोरिल आयनन को एम. जी. यौगिक के साथ 2:1 के अनुपात में प्रतिक्रिया करके संश्लेषित किया गया था। इस एम. जी. परमाणु में एक विकृत चतुष्फलकीय समन्वय भी था, जिसे विलायक (टी. एच. एफ.) के समन्वय के लिए भी जिम्मेदार ठहराया गया था। पहला बी-बी बॉन्ड 2014 में रिपोर्ट किया गया था, हालांकि इस बॉन्ड ने आयनिक बॉन्ड के बजाय अधिक सहसंयोजक चरित्र दिखाया, जो इस परिसर के एमजी एनालॉग में रिपोर्ट किया गया था। इस परिसर का निर्माण विलायक के रूप में बेंजीन का उपयोग करके एन. एच. सी. बोरिल आयनन के दो समकक्षों को बी. सी. एल. 2 के साथ अभिक्रिया करके किया गया था। हालाँकि, 2020 में, एन. एच. सी. बोरिल आयनन और बी के बीच एक बहुत ही दिलचस्प प्रतिक्रिया दर्ज की गई थी। इस मामले में, बोरिल आयनन को बी कॉम्प्लेक्स के साथ प्रतिक्रिया दी गई थी, और बोरान परमाणु से σ-दान प्राप्त करने के बजाय, यह आयनन की रीढ़ में कार्बन में से एक के साथ प्रतिक्रिया करता है। हालांकि इस प्रतिक्रिया का तंत्र स्पष्ट नहीं है, यह माना जाता है कि रीढ़ की हड्डी के प्रोटॉनों में से एक डिप्रोटोनेटेड हो जाता है, जिससे बी को सकारात्मक रूप से आवेशित कार्बन से बांधने की अनुमति मिलती है। यह यौगिक कमरे के तापमान पर भी बेहद स्थिर है, और इस प्रतिक्रिया के तंत्र को और समझने के लिए और अधिक अध्ययन किए जा रहे हैं। मुख्य समूह तत्वों के साथ बंधन एन. एच. सी. बोरिल आयन का उपयोग बी = बी दोहरे बंधन को प्राप्त करने के लिए भी किया गया है, लेकिन डाइबोरेन अणु के बजाय एक टेट्राबोरेन प्रजाति में। इस संश्लेषण के लिए, एन. एच. सी. बोरिल आयनन में एक अतिरिक्त बोरान परमाणु जोड़ा गया था, और फिर कम किया गया था, जिससे अणुओं के बीच द्विमितीकरण को मजबूर किया गया और एच-संकरी टेट्राबोरेन प्रजाति होने की अनुमति मिली। हालांकि कॉम्प्लेक्स एच-ब्रिज्ड है, आंतरिक बी-बी बॉन्ड की दूरी रिपोर्ट किए गए डबल और ट्रिपल बॉन्ड की लंबाई के बीच होती है। इसके अतिरिक्त, केंद्रीय बी-बी भाग पर एन. पी. ए. शुल्क नकारात्मक हैं, जो दर्शाते हैं कि बोरिल आयन इलेक्ट्रॉन घनत्व दान करते हैं, जिससे यह निष्कर्ष निकलता है कि बी = बी दोहरा बंधन हो रहा है। विशिष्ट प्रतिक्रिया स्थितियों के साथ, एन. एच. सी. बोरिल आयनन का उपयोग करके एक डिसिलेन एकल या दोहरे बंधन को प्राप्त किया जा सकता है। एक सी-सी एकल बंधन बनाने के लिए, एक एन. एच. सी. बोरिल सिलेन यौगिक को डी. एम. ई. विलायक में के. सी. 8 द्वारा कम किया जाता है। सी-सी दोहरा बंधन बनाने के लिए, टी. एच. एफ. विलायक में के. सी. 8 में थोड़ा अलग एन. एच. सी. बोरिल सिलेन यौगिक को कम किया जाता है। इसके अतिरिक्त, एक एम. जी. कॉम्प्लेक्स के रूप में एक डायनायोनिक डिसिलिन (सी-सी ट्रिपल बॉन्ड) की सूचना दी गई थी। एन. एच. सी. बोरिल सिलेन यौगिक के दो समकक्षों को टी. एच. एफ. में एम. जी. के साथ घटाया जाता है, जिससे एम. जी.-सी.-सी. तीन सदस्यीय वलय बन जाता है। बोरिल आयनन समूहों को सी. आई. एस. गठन में व्यवस्थित किया जाता है, और सी परमाणुओं में समतलीय ज्यामिति होती है। इसके अतिरिक्त, सी-सी बॉन्ड की लंबाई की गणना एक दोहरे बॉन्ड के लिए सहसंयोजक त्रिज्या के योग के रूप में की जाती है, और एन. पी. ए. शुल्क सी परमाणुओं पर डायानियोनिक चरित्र दिखाते हैं। संक्रमण धातुओं के साथ बंधन एन. एच. सी. बोरिल आयनों की सी-एच बॉन्ड और हाइड्रोबोरेशन गतिविधि को सक्रिय करने की उनकी क्षमता के लिए भी जांच की गई है, दो चीजें जिन्हें पहले केवल संक्रमण धातु प्रणालियों द्वारा पूरा किया जाना माना जाता था। आयनिक बोरिल लिगेंड संक्रमण धातुओं के साथ सहसंयोजक रूप से बंधन कर सकते हैं, जो मुख्य समूह तत्वों (आयनिक रूप से) के साथ बंधन के तरीके से अलग है। ये बोरिल लिगेंड σ-बंधन हैं लेकिन बोरॉन के खाली pz कक्षीय में π-वापस दान प्राप्त करने में भी सक्षम हैं। ऐसा कहा जाता है कि एन. एच. सी. बोरिल आयनों की तरह बोरिल लिगेंड प्रतिक्रियाशीलता को नियंत्रित करने में सबसे प्रभावी लिगेंड हैं। चांदी, सोना, तांबा और जस्ता सहित कई संक्रमण धातु बोरिल परिसरों को संश्लेषित किया गया है। ये परिसर संक्रमण धातु उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के संभावित मध्यवर्ती में अंतर्दृष्टि देते हैं, और कार्बनिक और अकार्बनिक सिंथेटिक रसायन विज्ञान दोनों के लिए संभावित प्रारंभिक सामग्री प्रदान करते हैं। समूह 12 धातु बंधन में लगभग विशेष रूप से धातुएँ + 1-ऑक्सीकरण अवस्था में होती हैं, लेकिन एन. एच. सी. बोरिल आयनों ने 0-ऑक्सीकरण अवस्था में समूह 12 एम. एम. बंधनों को संश्लेषित करने में मदद की है। समूह 12 धातुएँ भरे हुए संयोजकता डी-कक्षकों के कारण 0-ऑक्सीकरण अवस्था में बहुत कमजोर बंधन में भाग लेती हैं, जब धातुओं में एन. एच. सी. बोरिल आयन लिगेंड होते हैं, तो वे 0-ऑक्सीकरण अवस्था में बंधन करने में सक्षम होते हैं क्योंकि लिगेंड द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉन घनत्व में वृद्धि होती है। इन अणुओं को पहले धातु पर लिगेंड के रूप में एम-टर्फेनिल द्वारा संश्लेषित किया जाता है, और फिर एक आइसोलोबल एक्सचेंज होता है, जो बोरिल लिगेंड को धातु पर रखता है और धातु को 0-ऑक्सीकरण अवस्था में रहने देता है। पॉलीसाइक्लिक सुगंधित हाइड्रोकार्बन एन. एच. सी. बोरिल आयनों के लिए सबसे रोमांचक अनुप्रयोगों में से एक पॉलीसाइक्लिक सुगंधित हाइड्रोकार्बन, या पी. ए. एच. में उनका स्थान है। पी. ए. एच. को आम तौर पर एक ऐसे अणु के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें दो या दो से अधिक बेंजेनॉइड वलय होते हैं और जिसमें हाइड्रोजन और कार्बन के अलावा कोई अन्य तत्व नहीं होते हैं। ये अत्यधिक फ्लोरोसेंट होते हैं, और प्राकृतिक रूप से कच्चे तेल और अन्य पेट्रोकेमिकल उत्पादों में पाए जाते हैं। यह दिखाया गया है कि बी-एन भाग के साथ अंतिम कार्बन को बदलने से पी. ए. एच. के परिवार का विस्तार होता है और यह कार्यात्मक सामग्री के रूप में काम कर सकता है। पी. ए. एच. में बोरॉन को रखने से एल. यू. एम. ओ. ऊर्जा स्तर को कम करके ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणों में सुधार और विविधता आती है। एल. यू. एम. ओ. ऊर्जा को कम करने से अवशोषण और उत्सर्जन के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करके ग्रहण करने की क्षमता बढ़ जाती है। संलिप्त एन. एच. सी. बोरिल आयन इकाइयाँ द्वि-कार्यात्मकता का एक तत्व जोड़ती हैं और खाली पी. जेड. कक्षीय के कारण π-संयोजन को प्रेरित करती हैं। इन अणुओं के अवशोषण और उत्सर्जन गुण बहुत दिलचस्प हैं। जिन पी. ए. एच. में एक पायरीन कोर होता है, वे यू. वी. प्रकाश के तहत सभी प्रतिदीप्ति नीली रोशनी करते हैं, लेकिन उनके छोटे और अधिक समतल समकक्षों में विभिन्न प्रकार के रंग होते हैं जो उत्सर्जित होते हैं। रंग में इस परिवर्तन का कारण एन. एच. सी. बोरिल आयन वलय हैं जो छोटे पी. ए. एच. में अधिक योगदान करते हैं, जबकि पाइरीन कोर में बोरॉन लिगैंड से कम प्रभाव पड़ता है। ये समतलीय एन. एच. सी. बोरिल आयन अणु कार्यात्मक सामग्रियों के लिए अपने अनुप्रयोग में बहुत आशाजनक हैं क्योंकि वे निकट-आई. आर. क्षेत्र में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। संदर्भ बोरॉन विषमकोशिका आयन नाइट्रोजन विषमकोशिका पेंटासाइक्लिक यौगिक