कार्बीन

यह लेख रासायनिक वर्ग के बारे मे है। यौगिक के लिए, मेथिलीन(यौगिक) देखें।

कार्बीन या कार्बाइन से भ्रमित न हो। कार्बनिक रसायन विज्ञान में, कार्बाइन एक अणु होता है जिसमें दो संयोजक और दो असंबद्ध रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉनो के साथ एक उदासीन कार्बन परमाणु होता है। सामान्य सूत्र है R\s:C\sR' या R\dC: जहाँ R प्रतिस्थापी या हाइड्रोजन परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करता है।

कार्बाइन शब्द विशिष्ट यौगिक का भी उल्लेख कर सकता है :CH2, जिसे मेथिलीन भी कहा जाता है, मूल हाइड्राइड जिससे अन्य सभी कार्बाइन यौगिक औपचारिक रूप से प्राप्त होते हैं।  कार्बाइन को उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना के आधार पर या तो एकल या त्रिक अवस्था के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। अधिकांश कार्बाइन बहुत कम समय तक जीवित रहते हैं, हालांकि कार्बाइन स्थायी माने जाते है। एक स्त्रोत से अध्ययन किया गया कार्बाइन डाइक्लोरोकार्बाइन Cl2C: है, जो क्लोरोफार्म और एक मजबूत आधार से स्वस्थानी मे उत्पन्न किया जा सकता है।

संरचनाएं और संबंध
कार्बाइन के दो वर्ग एकल और त्रिक कार्बाइन हैं। एकल कार्बाइन चक्रण-संयुग्मित होते हैं। संयोजकता आबन्ध सिद्धांत की भाषा में, अणु एक sp2 संकर संरचना को अधिग्रहण करता है। त्रिक कार्बाइन में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, या सल्फर और द्विसंयोजी कार्बन से जुड़े हैलाइड प्रतिस्थापियो को छोड़कर, अधिकांश कार्बाइन में एक अरैखिक त्रिक निम्नतम अवस्था होती है। ऐसे पदार्थ जो इलेक्ट्रॉन का त्याग कर सकते हैं, युग्म को खाली पी कक्षीय में स्थानांतरित करके एकल अवस्था को स्थिर कर सकते हैं। यदि एकल अवस्था की ऊर्जा पर्याप्त रूप से कम हो जाती है तो यह वास्तव में निम्नतम अवस्था बन जाएगी।

त्रिक मेथिलीन के लिए बॉन्ध कोण 125-140 डिग्री और त्रिक मेथिलीन के लिए 102 डिग्री (इलेक्ट्रान अनुचुंबकीय अनुनाद द्वारा निर्धारित) हैं।

साधारण हाइड्रोकार्बन के लिए, त्रिक कार्बाइन सामान्यतः एकल कार्बाइन की तुलना में 8 किलोकैलोरी /मोल (इकाई) (33 किलोजूल /मोल) अधिक स्थिर होते हैं। स्थिरीकरण का श्रेय हुंड के अधिकतम बहुलता के नियम को दिया जाता है।

त्रिक कार्बाइन को स्थिर करने की युक्ति चालाक हैं। 9-फ्लोरीनाइलिडीन  नामक कार्बाइन को लगभग 1.1 kcal/mol (4.6 kJ/mol) ऊर्जा अंतर के साथ एकल और त्रिक अवस्थाओं को शीघ्रता से संतुलन मिश्रण के रूप में दिखाया गया है। हालाँकि, यह चर्चा का विषय है कि क्या फ्लोरीन कार्बाइन जैसे डायरिल कार्बाइन शुद्ध कार्बाइन हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन इस सीमा तक निरूपित कर सकते हैं कि वे तथ्य द्विमूलक बन जाते हैं। सिलिको के प्रयोगों मे सुझाव दिया गया है कि त्रिक कार्बाइन को विद्युत-धनात्मक विषम परमाणु के साथ  थर्मोडायनामिक रूप मे, जैसे कि सिलील और सिलोक्सी कार्बाइन मे, विशेष रूप से ट्राइफ्लोरो ट्राइफ़्लोरोसिल कार्बाइन के साथ स्थिर किया जा सकता है।

प्रतिक्रियाशीलता


एकल और त्रिक कार्बाइन अलग-अलग प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करते हैं। एकल कार्बाइन सामान्यतः वैद्युतकणसंचलन या नाभिकस्नेही के रूप में चेलेट्रोपिक प्रतिक्रियाओं में विभाजित करते हैं। रिक्त पी-कक्षा वाले एकल कार्बाइन सहसंयोजक बंध मे इलेक्ट्रॉन स्वीकृति से संबंधित होने चाहिए। त्रिक कार्बाइन को द्विमूलक माना जा सकता है, और चरणबद्ध मूल परिवर्धन में विभाजित कर सकते हैं। त्रिक कार्बाइन को दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के साथ एक अन्तः स्थायी प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है जबकि एकल कार्बाइन एकल ठोस चरण में प्रतिक्रिया कर सकता है।

प्रतिक्रियाशीलता के इन दो तरीकों के कारण, एकल मेथिलीन की प्रतिक्रियाएं त्रिविम विशिष्ट होती हैं जबकि त्रिक मेथिलीन की अभिक्रियाएं त्रिविम चयनात्मक होती हैं। इस भिन्नता का उपयोग कार्बाइन की प्रकृति की जांच के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सीआईएस- 2-ब्यूटेन के साथ या ट्रांस-2-ब्यूटेन के साथ डायज़ोमिथेन के प्रकाश अपघटन से उत्पन्न मेथिलीन की प्रतिक्रिया 1,2-डाइमिथाइलसाइक्लोप्रोपेन उत्पाद का एक एकल अप्रतिबिंबी त्रिविम समावयव देती है: सीआईएस से सीआईएस और ट्रांस से ट्रांस, जो साबित करता है कि मेथिलीन एक एकल है। यदि मेथिलीन एक त्रिक था, तो कोई यह अपेक्षा नहीं करेगा कि उत्पाद प्रारंभिक एल्केन ज्यामिति पर निर्भर करेगा, बल्कि प्रत्येक स्थिति में लगभग समान मिश्रण होगा।

किसी विशेष कार्बाइन की प्रतिक्रियाशीलता प्रतिस्थापन समूहों पर निर्भर करती है। उनकी प्रतिक्रियाशीलता धातुओं से प्रभावित हो सकती है। कुछ प्रतिक्रियाएं कार्बाइन कर सकती हैं जैसे सी-एच बांध प्रविष्टि कंकाल पुनर्व्यवस्था, और द्विक बॉन्ध में संयोजन है। कार्बाइन को नभिकस्नेही, इलेक्ट्रॉनस्नेही या उभयरागी के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि कोई प्रतिस्थापी इलेक्ट्रॉनों की एक युग्म त्याग करने में निपुण है, तो सबसे अधिक उपयुक्त है कि कार्बाइन इलेक्ट्रॉनस्नेही नहीं होगा। एल्काइल कार्बाइन मेथिलीन की तुलना में बहुत अधिक चीन करके सम्मिलित होते हैं, जो प्राथमिक, द्वितीयक और तृतीयक सीएच बांध के बीच विभेद नहीं करता है।

साइक्लोप्रोपेनेशन


कार्बाइन द्विक बंधनों में जुड़कर साइक्लोप्रोपेन बनाते हैं। एकल कार्बाइन के लिए एक समेकित युक्ति उपयोगी है। त्रिक कार्बाइन उत्पाद अणु में त्रिविम  रसायन को प्रतिधारित नहीं करते हैं। संयोजन प्रतिक्रियाएं सामान्यतः बहुत स्थिर और  ऊष्माक्षेपी होती हैं। अधिकांश स्थिति में धीमा गति कार्बाइन का उत्पादन है। एल्केन-से-साइक्लोप्रोपेन प्रतिक्रियाओं के लिए नियोजित एक प्रसिद्ध अभिकर्मक सीमन्स-स्मिथ अभिकर्मक है। यह अभिकर्मक तांबा, जस्ता और आयोडीन की एक प्रणाली है, जहां सक्रिय अभिकर्मक को आयोडोमेथिलज़िन आयोडाइड माना जाता है। अभिकर्मक को  हाइड्रॉक्सी समूहों द्वारा जटिल किया जाता है जैसे कि संयोजन सामान्यतः ऐसे समूह के साथ समन्वयित होता है।

सी-एच प्रविष्टि


प्रविष्टि कार्बाइन प्रतिक्रियाओ का एक अन्य सामान्य प्रकार हैं। कार्बाइन मूल रूप से स्वयं को स्थित बॉन्ध मे जोड़ता है। प्राथमिकता का क्रम सामान्य होता है:


 * 1) X-H बंध जहाँ X कार्बन नहीं है
 * 2) सी-एच बांध
 * 3) सी-सी बांध।

प्रविष्ट एकल चरण में हो भी सकता है और नहीं भी।

अन्तःआणविक प्रविष्टि प्रतिक्रियाएं नए संश्लेषित समाधान प्रस्तुत करते हैं। सामान्यतः, कठोर संरचनाएं इस तरह के प्रविष्टि के अनुमोदन में होती हैं। जब एक अन्तः आणविक प्रविष्टि संभव है, तो कोई अंतर-आणविक प्रविष्टि नहीं देखा जाता है। नम्य संरचनाओं में, छह-सदस्यीय वलय निर्माण के लिए पांच-सदस्यीय वलय निर्माण को प्राथमिकता दी जाती है। धातु केंद्रों पर चिरल लिगैंड्स का चयन करके अंतर- और अन्तः आणविक प्रविष्टि दोनों असममित प्रेरण के लिए संशोधित हैं।


 * Carbene intra.svg


 * Carbene intermolecular insertion.svg

एल्काइलिडीन कार्बाइन आकर्षक हैं क्योंकि वे साइक्लोपेंटेन आधे भाग के निर्माण का प्रयास करते हैं। एक एल्किलिडीन कार्बाइन उत्पन्न करने के लिए एक केटोन को ट्राइमेथिलसिलिल डायज़ोमीथेन के संपर्क में लाया जा सकता है।


 * Alkylidene carbene.svg[

कार्बाइन डिमराइकरण
कार्बाइन और कारबेनॉइड अग्रगामी एल्केन बनाने के लिए  डिमरकरण प्रतिक्रियाओं से गुजर सकते हैं। हालांकि यह प्रायː एक अवांछित अनुमोदन प्रतिक्रिया होती है, इसे संश्लेषित उपकरण के रूप में नियोजित किया जा सकता है और एक प्रत्यक्ष धातु कार्बाइन डिमराइकरण का उपयोग पॉलीएल्किनिलेथेन के संश्लेषण में किया गया है।

स्थायी कार्बाइन अपने संबंधित डिमर के साथ संतुलन में सम्मिलित हैं। इसे वान्जलिक संतुलन के रूप में जाना जाता है।

कार्बनिक रसायन में कार्बाइन लिगैंड
कार्बनिक रसायन वर्ग में, सूत्र LnMCRR' वाले धातु सम्मिश्रण को प्रायः कार्बाइन सम्मिश्रण के रूप में वर्णित किया जाता है। हालांकि ऐसे वर्ग मुक्त कार्बाइन की तरह प्रतिक्रिया नहीं करते हैं और स्थायी कार्बाइन को छोड़कर, कार्बाइन अग्रगामी से शायद ही कभी उत्पन्न होती हैं। संक्रमण धातु कार्बाइन सम्मिश्रण को उनकी प्रतिक्रियाशीलता के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है, जिसमें पहले दो वर्ग सबसे स्पष्ट रूप से परिभाषित हैं: एन-हेटरोसाइक्लिक कार्बाइन (NHCs) C-डिप्रोटोनीकरण इमिडाजोलियम या डाइहैड्रोइमिडाजोलियम लवण द्वारा व्युत्पन्न होते हैं। उन्हें प्रायः कार्बनिक रसायन में सहायक लिगैंड के रूप में अभिनियोजित किया जाता है। इस तरह के कार्बाइन प्रेक्षक लिगैंड होते हैं जो सामान्यतः बहुत मजबूत सिग्मा दाता होते हैं, जो प्रायः फॉस्फीन से तुलना करते हैं।  लिगेंड्स स्वयं, विशेष रूप से जब वे धातु से मुक्त होते हैं, कभी-कभी  एंथोनी जोसेफ अर्डुएंगो III या वानज़लिक इक्विलिब्रियम कार्बाइन के रूप में जाने जाते हैं।
 * फिशर कार्बाइन, जिसमें कार्बाइन एक धातु से बंधा होता है जो एक इलेक्ट्रॉन-निकासी समूह (सामान्यतः एक कार्बोनिल) को धारण करता है। ऐसी स्थितियो में कार्बेनॉइड कार्बन हल्का इलेक्ट्रॉनस्नेही होता है।
 * श्रॉक कार्बाइन, जिसमें कार्बाइन एक धातु से बंधा होता है जो एक इलेक्ट्रॉन-त्याग करने वाले समूह को धारण करता है। ऐसे स्थितियो में कार्बेनॉइड कार्बन नभिकस्नेही होता है और विटिग अभिकर्मक (जिसे कार्बाइन व्युत्पन्न नहीं माना जाता है) जैसा दिखता है।
 * कार्बाइन कण, जिसमें कार्बाइन एक विवृत-शेल धातु से बंधा होता है जिसमें कार्बाइन कार्बन एक मौलिक गुण रखता है। कार्बाइन कण में फिशर और श्रॉक कार्बाइन दोनों की विशेषताएं होती हैं, लेकिन सामान्यतः लंबे समय तक रहने वाले प्रतिक्रिया मध्यवर्ती होते हैं।

कार्बाइन का निर्माण

 * एक विधि जो व्यापक रूप से कार्बनिक संश्लेषण पर लागू होती है, वह है कार्ब-लिथियम अभिकर्मक को नियोजित करने वाले जेम-डाय हैलाइड्स से हैलाइड्स का उन्मूलन करने के लिए प्रेरित करते है। यह अनिश्चित बना रहता है कि इन परिस्थितियों में मुक्त कार्बाइन बनते हैं या धातु-कार्बाइन सम्मिश्रण । फिर भी, ये मेटलोकार्बाइन (या कार्बेनोइड्स) अपेक्षित जैविक उत्पाद देते हैं।


 * R2CBr2 + Bu Li → R2 CLi(Br) + BuBr
 * R2CLi (Br) → R2C + LiBr


 * साइक्लोप्रोपेनेशन के लिए, जिंक को सीमन्स-स्मिथ प्रतिक्रिया में नियोजित किया जाता है। एक विशेष लेकिन अनुदेश कारक स्थिति में, अल्फा-हैलोमेरकरी यौगिकों को अलग किया जा सकता है और अलग से थर्मोलाइज किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सेफर्थ अभिकर्मक CCl2 गर्म करने पर मुक्त करता है।


 * C6H5HgCCl3 → CCl2 + C6H5HgCl


 * सामान्यतः कार्बाइन डायज़ोलकेन से प्रकाश-अपघटन, थर्मल या संक्रमण धातु -उत्प्रेरित क्रम के माध्यम से उत्पन्न होते हैं। उत्प्रेरक सामान्यतः रोडियम और तांबा होता हैं। बैमफोर्ड-स्टीवंस प्रतिक्रिया अप्रोटिक विलायक में कार्बाइन और प्रोटिक विलायक में कार्बेनियम आयन देता है।
 * हेलोफॉर्म से बेस-प्रेरित उन्मूलन HX (CHX .)3) चरण-स्थानांतरण उत्प्रेरक के तहत।
 * डायज़िरिन और एपॉक्साइड के प्रकाश-अपघटन को भी नियोजित किया जा सकता है। डायज़िरिन डायज़ोलकेन् के चक्रीय रूप हैं। छोटी वलय का विभेद प्रकाश-उद्दीपन को आसान बनाता है। एपॉक्साइड्स का प्रकाश-अपघटन कार्बोनिल  यौगिकों को पार्श्व उत्पाद के रूप में देता है। असममित संश्लेषण  एपॉक्साइड के साथ, दो भिन्न कार्बोनिल यौगिक संभावित रूप से बन सकते हैं। प्रतिस्थापकों की प्रकृति सामान्यतः एक के ऊपर दूसरे के निर्माण का अनुमोदन करती है। सी-ओ बांध में से एक अधिक द्विक आबन्ध उत्कीर्ण होगा और इस प्रकार यह मजबूत होगा और टूटने की संभावना कम होगी। अनुनाद संरचनाओं को यह निर्धारित करने के लिए तैयार किया जा सकता है कि कार्बोनिल के निर्माण में कौन सा अवयव अधिक सम्मिलित होगा। जब एक प्रतिस्थापन एल्किल और दूसरा एरिल होता है, तो एरिल-प्रतिस्थापित कार्बन सामान्यतः कार्बाइन के अंश के रूप में मुक्त हो जाता है।
 * कार्बाइन वोल्फ पुनर्व्यवस्था में मध्यवर्ती हैं।

कार्बाइन के अनुप्रयोग
कार्बाइन का बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग टेफ्लॉरोएथिलीन का औद्योगिक उत्पादन है, जो टेफ्लान का अग्रगामी है। टेट्राफ्लोरोएथिलीन डाइफ़्लोरोकार्बाइन के प्रतिनिधि के माध्यम से उत्पन्न होता है:
 * CHClF2 → CF2 + HCl
 * 2CF2 → F2C = CF2

सी-एच बांध मे कार्बाइन के प्रविष्ट का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, उदाहरण- बहुलक पदार्थ की कार्यात्मककरण और आसंजक का विद्युत संबंधी-संसाधन। अनुप्रयोग संश्लेषित 3-एरिल-3-ट्राइफ्लोरोमेथिल्डियाज़िरिन पर निर्भर करते है, एक कार्बाइन अग्रगामी जिसे ऊष्मा, प्रकाश या विद्युत दाब द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। प्रकाश, या  वोल्टेज ।

इतिहास
कार्बाइन को पहली बार 1903 में एडवर्ड बुचनर द्वारा टोल्यूनि के साथ  एथिल डायज़ोएसेटेट के साइक्लोप्रोपेनेशन अध्ययन में परिकल्पना की गई थी। 1912 में हरमन स्टौडिंगर ने एल्केन को डायजोंमीथेन और CH2 के साथ एक मध्यवर्ती के रूप मे को साइक्लोप्रोपेन में भी परिवर्तित किया। 1954 में  विलियम वॉन एगर्स डोअरिंग ने डाइक्लोरोकार्बिन संश्लेषित उपयोगिता के साथ प्रदर्शन किया।

यह भी देखें

 * संक्रमण धातु कार्बाइन सम्मिश्रण
 * परमाणु कार्बन रासायनिक सूत्र के साथ एक एकल कार्बन C परमाणु, वास्तव में एक द्विक कार्बाइन है। स्वस्थानी में शुद्ध कार्बाइन के लिए भी उपयोग किया गया है।
 * फॉयल किए गए कार्बाइन एक द्विक आबन्ध (यानी संयुग्मित व्यवस्था बनाने की उनकी क्षमता) की अनंतरता से अपनी स्थिरता प्राप्त करते हैं।
 * कार्बाइन एनालॉग्स और कार्बेनोइड्स
 * कार्बेनियम आयन, प्रोटोनेटेड कार्बाइन
 * प्रारंभिक वलय ध्वनि बहुलीकरण