इलेक्ट्रोफाइल

रसायन विज्ञान में, एक इलेक्ट्रोफाइल एक रासायनिक प्रजाति है जो एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करके न्यूक्लियोफिल्स के साथ बंधन बनाता है। क्योंकि इलेक्ट्रोफिल इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं, वे लुईस एसिड हैं। अधिकांश इलेक्ट्रोफिल्स धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं, एक परमाणु होता है जो आंशिक धनात्मक आवेश रखता है, या एक परमाणु होता है जिसमें इलेक्ट्रॉनों का अष्टक नहीं होता है।

इलेक्ट्रोफिल्स मुख्य रूप से न्यूक्लियोफिल्स के साथ अतिरिक्त और प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से बातचीत करते हैं। कार्बनिक संश्लेषण में अक्सर देखे जाने वाले इलेक्ट्रोफिल्स में H⁺ और NO⁺ जैसे धनायन, ध्रुवीकृत तटस्थ अणु जैसे हाईड्रोजन क्लोराईड (HCl), एल्काइल हैलाइड्स, एसाइल हैलाइड्स और कार्बोनिल यौगिक, ध्रुवीय तटस्थ अणु जैसे Cl₂ और Br₂, ऑक्सीकरण एजेंट जैसे कार्बनिक पेरासिड्स, रासायनिक प्रजातियां शामिल हैं। कार्बीन और रेडिकल जैसे ऑक्टेट नियम और कुछ लुईस एसिड जैसे BH₃ और डीआईबीएएल को संतुष्ट नहीं करते हैं।

कार्बनिक रसायन

हैलोजन का योग

ये एलकेन्स और इलेक्ट्रोफिल्स के बीच होते हैं, अक्सर हैलोजन के रूप में हैलोजन योग प्रतिक्रियाओं में। आम प्रतिक्रियाओं में मौजूद दोहरे बांडों की संख्या को कम करने के लिए नमूने के खिलाफ टाइट्रेट करने के लिए ब्रोमिन पानी का उपयोग शामिल है। उदाहरण के लिए, इथेन + ब्रोमीन → 1,2-डाइब्रोमोइथेन:

C₂H₄ + Br₂ → BrCH₂CH₂Br

यह नीचे दिखाए गए 3 मुख्य चरणों का रूप ले लेता है;

File:Electrophilic addition of Br2.png

1. π-कॉम्प्लेक्स का निर्माण

   इलेक्ट्रोफिलिक Br-Br अणु इलेक्ट्रॉन-समृद्ध एल्केन अणु के साथ परस्पर क्रिया करके π-कॉम्प्लेक्स 1 बनाता है।

2. तीन-सदस्यीय ब्रोमोनियम आयन का निर्माण

   एलकेन एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में काम कर रहा है और ब्रोमीन एक इलेक्ट्रोफाइल के रूप में काम कर रहा है। तीन-सदस्यीय ब्रोमोनियम आयन 2 में दो कार्बन परमाणु होते हैं और एक ब्रोमीन परमाणु Br⁻ की निस्तार के साथ होता है।

3. ब्रोमाइड आयन का हमला

   ब्रोमोनियम आयन पीछे की ओर से Br⁻ के हमले से खुल जाता है। यह एक एंटीपेरिप्लानर कॉन्फ़िगरेशन के साथ वाइसिनल डायब्रोमाइड पैदा करता है। जब अन्य न्यूक्लियोफिल्स जैसे कि पानी या अल्कोहल मौजूद होते हैं, तो ये अल्कोहल या ईथर देने के लिए 2 पर हमला कर सकते हैं।

इस प्रक्रिया को Ad_E2 तंत्र कहा जाता है ("अतिरिक्त, इलेक्ट्रोफिलिक, द्वितीय क्रम")। आयोडीन (I₂), क्लोरीन (Cl₂), सल्फेनिल आयन (RS⁺), मरकरी केशन (Hg²⁺), और डाइक्लोरोकार्बीन (CCl₂) भी समान मार्गों से प्रतिक्रिया करते हैं। 1 से 3 का सीधा रूपांतरण तब प्रकट होगा जब प्रतिक्रिया माध्यम में Br⁻ अधिक मात्रा में हो। एक β-ब्रोमो कार्बेनियम आयन इंटरमीडिएट 3 के बजाय प्रमुख हो सकता है यदि एल्कीन में फिनाइल समूह की तरह एक कटियन-स्थिरीकरण पदार्थ है। ब्रोमोनियम आयन 2 के पृथक्करण का एक उदाहरण है।

हाइड्रोजन हलाइड्स का योग

हाइड्रोजन क्लोराइड (HCl) जैसे हाइड्रोजन हलाइड्स हाइड्रोहैलोजनीकरण में एल्काइल हैलाइड्स देने के लिए एल्कीन में जुड़ते हैं। उदाहरण के लिए, एथिलीन के साथ HCl की अभिक्रिया से क्लोरोएथेन बनता है। उपरोक्त हलोजन योग से अलग होने के कारण प्रतिक्रिया एक मध्यवर्ती के साथ आगे बढ़ती है। एक उदाहरण नीचे दिखाया गया है:

File:Electrophilic addition of HCl.png

1. प्रोटोन (H⁺) एल्कीन पर मौजूद कार्बन परमाणुओं में से किसी एक में (इलेक्ट्रोफाइल के रूप में कार्य करके) जुड़कर धनायन 1 बनाता है।
2. क्लोराइड आयन (Cl−) धनायन 1 के साथ संयुक्त होकर व्यसन 2 और 3 बनाता है

इस तरीके से, उत्पाद की त्रिविम चयनात्मकता, अर्थात्, किस ओर से Cl⁻ हमला करेगा, लागू किए गए एलिकेंस के प्रकार और प्रतिक्रिया की स्थितियों पर निर्भर करता है। कम से कम, दो कार्बन परमाणुओं में से किस पर H⁺ द्वारा हमला किया जाएगा, यह आमतौर पर मार्कोवनिकोव के नियम द्वारा तय किया जाता है। इस प्रकार, H⁺ कार्बन परमाणु पर हमला करता है जो कम पदार्थों को वहन करता है ताकि अधिक स्थिर कार्बोकेशन (अधिक स्थिर पदार्थों के साथ) बने।

यह Ad_E2 क्रियाविधि का एक और उदाहरण है। हाइड्रोजिन फ्लोराइड (HF) और हाइड्रोजन आयोडाइड (HI) एल्कीन के साथ समान तरीके से प्रतिक्रिया करते हैं, और मार्कोवनिकोव-प्रकार के उत्पाद दिए जाएंगे। हाइड्रोजन ब्रोमाइड (HBr) भी इस मार्ग को अपनाता है, लेकिन कभी-कभी एक मूल प्रक्रिया प्रतिस्पर्धा करती है और आइसोमर्स का मिश्रण बन सकता है। हालांकि परिचयात्मक पाठ्यपुस्तकों में शायद ही कभी इस विकल्प का उल्लेख किया गया है, Ad_E2 तंत्र आम तौर पर Ad_E3 तंत्र (नीचे एल्काइन के लिए अधिक विवरण में वर्णित है) के साथ प्रतिस्पर्धी है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूक्लियोफिलिक जोड़ का स्थानांतरण एक ठोस तरीके से होता है। किस हद तक प्रत्येक मार्ग योगदान देता है, यह कई कारकों पर निर्भर करता है जैसे कि विलायक की प्रकृति (जैसे, ध्रुवीयता), हैलाइड आयन की न्यूक्लियोफिलिसिटी, कार्बोकेशन की स्थिरता और स्टेरिक प्रभाव। संक्षिप्त उदाहरण के रूप में, एक स्टेरिअली अभारग्रस्त, स्थिर कार्बोकेशन का निर्माण Ad_E2 मार्ग का समर्थन करता है, जबकि अधिक न्यूक्लियोफ़िलिक ब्रोमाइड आयन क्लोराइड आयन से संबंधित प्रतिक्रियाओं की तुलना में Ad_E3 मार्ग का अधिक समर्थन करता है।

डायलकाइल-प्रतिस्थापित अल्काइन्स (जैसे, 3-हेक्साइन) के मामले में, इस प्रक्रिया से उत्पन्न होने वाले मध्यवर्ती विनाइल केशन अत्यधिक अस्थिर होते हैं। ऐसे मामलों में, साथ-साथ प्रोटोनेशन (एचसीएल द्वारा) और न्यूक्लियोफाइल (सीएल-) द्वारा एल्काइन का हमला माना जाता है। यह यंत्रवत मार्ग Ingold लेबल AdE3 ("अतिरिक्त, इलेक्ट्रोफिलिक, तृतीय-क्रम") द्वारा जाना जाता है। क्योंकि एक प्रतिक्रियाशील अभिविन्यास में तीन रासायनिक प्रजातियों की एक साथ टक्कर असंभव है, माना जाता है कि जब न्यूक्लियोफाइल एल्केनी और एचसीएल के एक विपरीत रूप से गठित कमजोर संघ पर हमला करता है, तो थर्मोलेक्यूलर संक्रमण राज्य तक पहुंच जाता है। ऐसा तंत्र हाइड्रोक्लोरिनेशन उत्पाद के मुख्य रूप से एंटी एडिशन (>15:1 एंटी:सिन दिखाए गए उदाहरण के लिए) और टर्मोलेक्यूलर रेट लॉ, रेट = k[अल्काइन][HCl]² के साथ संगत है। प्रस्तावित एल्काइन-HCl संघ के समर्थन में, एक एल्काइन और HCl के टी-आकार के परिसर को क्रिस्टलोग्राफिक रूप से चित्रित किया गया है।

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इसके विपरीत, फेनिलप्रोपाइन मुख्य रूप से सिन उत्पाद (~ 10: 1 सिंक: एंटी) देने के लिए Ad_E2_ip ("अतिरिक्त, इलेक्ट्रोफिलिक, द्वितीय-क्रम, आयन जोड़ी") क्रियाविधि द्वारा प्रतिक्रिया करता है। इस मामले में, मध्यवर्ती विनील केशन एचसीएल के अतिरिक्त के द्वारा बनता है क्योंकि यह फिनाइल समूह द्वारा अनुनाद-स्थिर है। फिर भी, इस उच्च ऊर्जा प्रजाति का जीवनकाल कम है, और परिणामस्वरूप विनाइल केशन-क्लोराइड आयनों की जोड़ी तुरंत ढह जाती है, इससे पहले कि क्लोराइड आयन को विनाइल क्लोराइड देने के लिए विलायक खोल छोड़ने का मौका मिले। विनायल केशन के उस ओर जहां प्रोटॉन जोड़ा गया था, आयनों की निकटता का उपयोग सिंक जोड़ के देखे गए प्रभाव को तर्कसंगत बनाने के लिए किया जाता है।

frameकम

जलयोजन

अधिक जटिल जलयोजन प्रतिक्रिया प्रतिक्रियाओं में से एक सल्फ्यूरिक एसिड को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग करता है। यह प्रतिक्रिया अतिरिक्त प्रतिक्रिया के समान होती है, लेकिन इसमें एक अतिरिक्त चरण होता है जिसमें OSO₃H समूह को OH समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिससे शराब बनती है:

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH

जैसा कि देखा जा सकता है, H₂SO₄ समग्र प्रतिक्रिया में भाग लेता है, हालाँकि यह अपरिवर्तित रहता है इसलिए इसे उत्प्रेरक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

यह उत्तर अधिक विस्तार से है:

File:Electrophilic reaction of sulfuric acid with ethene.png

1. H–OSO₃H अणु का प्रारंभिक H परमाणु पर δ+ आवेश है। यह दोहरे बंधन की ओर आकर्षित होता है और पहले की तरह ही प्रतिक्रिया करता है।
2. शेष (ऋणात्मक रूप से आवेशित) ⁻OSO₃H आयन तब कार्बोकेशन से जुड़ जाता है, जिससे एथिल हाइड्रोजनसल्फेट (उपरोक्त योजना पर ऊपर) बनता है।
3. जब पानी (H₂O) मिलाया जाता है और मिश्रण को गर्म किया जाता है, तो इथेनॉल (C₂H₅OH) बनता है। पानी से "अतिरिक्त" हाइड्रोजन परमाणु "खो" हाइड्रोजन को "प्रतिस्थापित" करने में जाता है और इस प्रकार, सल्फ्यूरिक एसिड को पुन: उत्पन्न करता है। एक अन्य मार्ग भी संभव है जिसमें पानी के अणु सीधे मध्यवर्ती कार्बोकेशन (निचले तरीके) से जुड़ते हैं। जब जलीय सल्फ्यूरिक अम्ल का उपयोग किया जाता है तो यह मार्ग प्रबल हो जाता है। कुल मिलाकर, यह प्रक्रिया एथीन के एक अणु में पानी का एक अणु जोड़ती है। यह उद्योग में एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया है, क्योंकि यह इथेनॉल का उत्पादन करता है, जिसके उद्देश्यों में ईंधन और अन्य रसायनों के लिए शुरुआती सामग्री शामिल है।

चिरल व्युत्पन्न

कई इलेक्ट्रोफिल्स चिरल और वैकल्पिक रूप से स्थिर हैं। चिराल इलेक्ट्रोफिल्स आमतौर पर वैकल्पिक रूप से शुद्ध भी होते हैं।

ऐसा ही एक अभिकर्मक शि एपॉक्सीडेशन में इस्तेमाल किया जाने वाला फ्रुक्टोज-व्युत्पन्न ऑर्गोकैटेलिस्ट है। उत्प्रेरक ट्रांस-डिस्बस्टिट्यूटेड और ट्राइसबस्टिट्यूटेड अल्केन्स के अत्यधिक एनेंटिओसेलेक्टिव एपॉक्सिडेशन को पूरा कर सकता है। शि उत्प्रेरक, एक कीटोन , उत्प्रेरक चक्र में आगे बढ़ने से पहले स्टोइकीओमेट्रिक ऑक्सोन द्वारा सक्रिय डाइऑक्सीरेन फॉर्म में ऑक्सीकृत होता है।

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असममित संश्लेषण के लिए चिरल ऑक्साज़िरिडीन का उपयोग।

चिरल एन-सल्फोनीलॉक्साज़िरिडाइन्स जैसे ऑक्सीज़िरिडाइन विभिन्न प्राकृतिक उत्पादों के एबी-रिंग सेगमेंट के मार्ग में एंटीऑसिलेक्टिव केटोन अल्फा ऑक्सीकरण को प्रभावित करते हैं, जिसमें γ-रोडोमाइसीनोन और α-सिट्रोमाइसीनोन शामिल हैं।

पॉलिमर-बाध्य चिरल सेलेनियम इलेक्ट्रोफिल्स असममित सेलेनाइलेशन प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करते हैं। अभिकर्मक एरील सेलेनेनिल ब्रोमाइड्स हैं, और वे पहले समाधान चरण रसायन विज्ञान के लिए विकसित किए गए थे और फिर एक एरीलोक्सी मौएटिटी के माध्यम से ठोस चरण बीड अटैचमेंट के लिए संशोधित किए गए थे। ठोस-चरण अभिकर्मकों को विभिन्न अल्केन्स के सेलेनाइलेशन के लिए अच्छी एनैन्टीओसिलेक्टिविटी के साथ लागू किया गया था। उत्पादों को ऑर्गनोटिन हाइड्राइड कम करने वाले एजेंटों का उपयोग करके ठोस समर्थन से साफ किया जा सकता है। ठोस-समर्थित अभिकर्मक वर्कअप और शुद्धिकरण की आसानी के कारण समाधान चरण रसायन शास्त्र पर लाभ प्रदान करते हैं।

वैद्युतकणसंचलन पैमाने

Electrophilicity index

फ्लोरीन	3.86
क्लोरीन	3.67
ब्रोमिन	3.40
आयोडीन	3.09
हाइपोक्लोराइट	2.52
सल्फर डाईआक्साइड	2.01
कार्बन डाइसल्फाइड	1.64
बेंजीन	1.45
सोडियम	0.88
कुछ चुने गए मान (कोई आयाम नहीं)

प्प्रतिक्रियात्मकता के क्रम में इलेक्ट्रोफिल्स को रैंक करने के लिए कई तरीके मौजूद हैं और उनमें से एक रॉबर्ट पार्र द्वारा तैयार किया गया है, जिसमें इलेक्ट्रोफिलिसिटी इंडेक्स ω दिया गया है:

$\omega ={\frac {\chi ^{2}}{2\eta }}\,$

साथ $\chi \,$वैद्युतीयऋणात्मकता और $\eta \,$ रासायनिक कठोरता । यह समीकरण विद्युत शक्ति के लिए शास्त्रीय समीकरण से संबंधित है:

$P={\frac {V^{2}}{R}}\,$

कहाँ पे $R\,$ विद्युत प्रतिरोध है (ओम या Ω) और $V\,$वोल्टेज है। इस अर्थ में इलेक्ट्रोफिलिसिटी इंडेक्स एक प्रकार की इलेक्ट्रोफिलिक शक्ति है। विभिन्न रासायनिक यौगिकों की इलेक्ट्रोफिलिसिटी और जैव रासायनिक प्रणालियों में प्रतिक्रिया दर और एलर्जी संपर्क जिल्द की सूजन जैसी घटनाओं के बीच संबंध पाए गए हैं।

मुक्त कणों के लिए एक इलेक्ट्रोफिलिसिटी इंडेक्स भी मौजूद है। मजबूत इलेक्ट्रोफिलिक रेडिकल जैसे हैलोजन इलेक्ट्रॉन-समृद्ध प्रतिक्रिया साइटों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, और दृढ़ता से न्यूक्लियोफिलिक रेडिकल जैसे 2-हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल-2-यल और टर्ट-ब्यूटाइल रेडिकल इलेक्ट्रॉन-गरीब प्रतिक्रिया साइटों के लिए वरीयता के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

सुपर इलेक्ट्रोफाइल्स

सुपर इलेक्ट्रोफाइल्स को धनायनित इलेक्ट्रोफिलिक अभिकर्मकों के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो कि सुपर एसिड की उपस्थिति में बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इन यौगिकों का वर्णन सबसे पहले जॉर्ज ए.ओलाह ने किया था। सुपर इलेक्ट्रोफाइल्स एक धनायनित इलेक्ट्रोफाइल के प्रोटोसोल्वेशन द्वारा एक दोगुनी इलेक्ट्रॉन की कमी वाले सुपरइलेक्ट्रोफाइल के रूप में बनता है। जैसा कि ओलाह ने देखा, एसिटिक एसिड और बोरॉन ट्राइफ्लोराइड का मिश्रण BF₃ और HF से सुपरएसिड के निर्माण के माध्यम से हाइड्रोफ्लुओरिक एसिड के साथ संयुक्त होने पर आइसोब्यूटेन से हाइड्राइड आयन को हटाने में सक्षम होता है। उत्तरदायी प्रतिक्रियाशील मध्यवर्ती [CH₃CO₂H₃]²⁺ संकेत है। इसी तरह, नाइट्रोनियम टेट्राफ्लोरोबोरेट NO⁺₂BF⁻₄ के साथ मीथेन को नाइट्रोमेथेन में नाइट्रेट किया जा सकता है।

गाइटोनिक (गिटोनिक) सुपर इलेक्ट्रोफाइल्स में, आवेशित केंद्र एक से अधिक परमाणु द्वारा अलग नहीं होते हैं, उदाहरण के लिए, प्रोटोनिट्रोनियम आयन O=N⁺=O⁺—H (एक प्रोटोनेटेड नाइट्रोनियम आयन)। और, डिस्टोनिक सुपर इलेक्ट्रोफाइल्स में, वे 2 या अधिक परमाणुओं से अलग हो जाते हैं, उदाहरण के लिए, फ्लोरिनेशन अभिकर्मक F-TEDA-BF₄ में।

यह भी देखें

• न्यूक्लियोफाइल
• टीआरपीए1 , स्तनधारियों में इलेक्ट्रोफिलिक अड़चन के लिए संवेदी तंत्रिका लक्ष्य।