कार्बनिक अभिक्रियाओं की क्रियाविधि में मूलभूत संकल्पनाएँ

किसी कार्बनिक अभिक्रिया में कार्बनिक अणु जो अभिकर्मक से अभिक्रिया करके पहले एक या अधिक मध्यवर्ती और अंत में एक या अधिक उत्पाद देता है।

किसी सामान्य अभिक्रिया को इस रूप में प्रदर्शित किया जाता है-

${\ce {Reactant ->[attacking reagent] product}}$

क्रियाधार

विभिन्न विज्ञानों में इसकी अलग-अलग परिभाषाएँ हैं। यह एक अणु या पदार्थ है जो रसायन विज्ञान में उत्प्रेरक, एंजाइम या अवरोधक के प्रभाव में रासायनिक अभिक्रिया करता है। शब्द "क्रियाधार" का उपयोग प्रायः पदार्थ विज्ञान में किसी पदार्थ के आधार को परिभाषित करने के लिए किया जाता है, जिस पर अतिरिक्त परतें और कोटिंग्स जैसी फिल्में उत्पन्न करने के लिए निर्दिष्ट अभिक्रिया मापदंडों के तहत विभिन्न प्रसंस्करण किया जाता है। परिणामस्वरूप, क्रियाधार के अनुप्रयोगों और अनुसंधान के क्षेत्र के आधार पर, साहित्य में विभिन्न प्रकार की परिभाषाएँ उपलब्ध हैं। क्रियाधार एक अणु है जिसके साथ एक एंजाइम अभिक्रिया करता है। एंजाइम की सक्रिय साइट, या वह स्थान जहां दो अणुओं के बीच दुर्बल बंध बन सकते हैं। एक एंजाइम क्रियाधार कॉम्प्लेक्स बनता है, और क्रियाधार पर एंजाइम का दबाव इसे अभिक्रिया करने और नियोजित अभिक्रिया का परिणाम बनने के लिए प्रेरित करता है।

क्रियाविधि

किसी अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों का संचलन, आबंध - विदलन और आबंध निर्माण के समय की औज़िर्की तथा उत्पाद बनने के समय की विस्तृत जानकारी और क्रमबद्ध अध्यन उस अभिक्रिया की क्रियाविधि कहलाती है।

होमोलिटिक विदलन

होमोलिटिक विदलन की परिभाषा का अनुमान नाम से ही लगाया जा सकता है। 'होमो' का अर्थ है 'समान'. जब एक बंधन होमोलिटिक बंध विदलन द्वारा टूटता है तो उसे होमोलिटिक बंध विखंडन कहा जाता है, जो सहसंयोजक बंध निर्माण में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉन दोनों घटक कार्बन परमाणुओं में समान रूप से वितरित होते हैं। दोनों परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के इस समान वितरण से सात इलेक्ट्रॉनों वाली एक मुक्त मूलक का निर्माण होता है जिस पर कोई आवेश नहीं होता जिन्हें रेडिकल या मुक्त मूलक कहा जाता है। यह मुक्त मूलक बहुत सी अभिक्रिया में एक मध्यवर्ती का कार्य करता है।

कार्बन मुक्त मूलक कई अभिक्रियाओं के अभिक्रिया मध्यवर्ती हैं जैसे कि दृश्य प्रकाश की उपस्थिति में हैलोजनीकरण, एल्केन् का बहुलकीकरण, आदि। बंध विदलन कराने के लिए ऊष्मा, सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता होती है।

एथेन के हेमोलिटिक बंध विदलन

${\ce {CH3 - CH3 -> CH3* + CH3*}}$

एथेन के हेमोलिटिक बंध विदलन एल्केन मुक्त मूलक प्राप्त होते हैं ये बहुत अस्थायी होते हैं।

इसे मछली के सिर वाले तीर के रूप में भी जाना जाता है और उत्पाद पक्ष में प्रत्येक कार्बन परमाणु को एक एकल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के साथ दर्शाया जाता है। ये तीर कार्बन के बंधन के टूटने के बाद इलेक्ट्रॉनों की गति को दर्शाते हैं। होमोलिटिक विदलन की प्रक्रिया को सामान्यतः सहसंयोजक बंध के विखंडन को इंगित करने के लिए फिशहुक तीर (⇒) का उपयोग करके दर्शाया जाता है ताकि प्रत्येक परमाणु को एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त हो। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन (H₂) जैसे द्विपरमाणुक अणु के होमोलिटिक विदलन पर विचार करें:

उदाहरण

${\ce {H - H -> H* + H*}}$

इस उदाहरण में, H - H बंध को दो हाइड्रोजन रेडिकल बनाने के लिए होमोलिटिक रूप से विभाजित किया जाता है, जिसे H. के रूप में दर्शाया जाता है। प्रत्येक हाइड्रोजन रेडिकल में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, जो इसे अत्यधिक क्रियाशील बनाता है।

होमोलिटिक विदलन में सहभाजित इलेक्ट्रॉन उन दोनों परमाणुओं पर चला जाता है, जो अभिकारक में आबन्धित होते हैं। एक इलेक्ट्रॉन के संचलन को अर्द्धशीर्ष तीर द्वारा दर्शाते हैं। इस विदलन के फलस्वरूप उदासीन परमाणु अथवा समूह बनते हैं जिन्हे मुक्त मूलक कहते हैं। कार्बधनायन एवं कार्बऋणायन की तरह मुक्त मूलक भी अत्यधिक क्रियाशील होते है।

कुछ होमोलिटिक विदलन नीचे दिखाया गया है:

${\ce {R - X -> R* + X*}}$

जहाँ ${\ce {R*}}$ एक एल्किल मूलक है।

एल्किल मूलक को प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक मूलक में वर्गीकृत किया गया है। तृतीयक मूलक द्वितीयक मूलक से ज्यादा स्थाई होता है और द्वितीयक मूलक प्राथमिक मूलक से ज्यादा स्थाई होता है अर्थात प्राथमिक मूलक सबसे कम स्थाई होता है।

${\ce {CH3* < CH2-CH3* < CH*(CH3)2 < C*(CH3)3}}$

होमोलिटिक विदलन द्वारा होने वाली अभिक्रियाएं समध्रुवीय या अध्रुवीय अभिक्रियाएं कहलाती हैं।

हेटरोलेटिक विदलन

हेटरोलेटिक विदलन एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों को एक परमाणु से दूसरे परमाणु में स्थानांतरित करके एक अणु में एक बंध को तोड़ने की प्रक्रिया है। इस प्रकार के बंध विखंडन के परिणामस्वरूप दो आयन या आवेशित परमाणु बनते हैं। हेटरोलाइटिक विदलन में एक जब बंध टूट जाता है तो वह एक आयनिक बंध होता है। हेटेरोलिटिक विखंडन में, एक बंध टूट जाता है, और उस बंध को बनाने वाले दो इलेक्ट्रॉन दो नए परमाणुओं या आयनों के बीच साझा हो जाते हैं। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप हमेशा कम से कम एक धनायन और एक ऋणायन का निर्माण होता है। हेटरोलाइटिक विखंडन को आयनिक विखंडन भी कहा जाता है क्योंकि यह हमेशा आयन उत्पन्न करता है।

हेटरोलाइटिक विदलन का एक उदाहरण हाइड्रोनियम और हाइड्रॉक्साइड आयन बनाने के लिए जल के अणुओं का विखंडन है:

उदाहरण

${\ce {H2O -> H+ + OH-}}$

हेटेरोलिटिक बंधन विखंडन से एक धनायन और एक ऋणायन उत्पन्न होता है। हेटेरोलिटिक विदलन का एक उत्कृष्ट उदाहरण जल का हाइड्रोजन और हाइड्रॉक्साइड आयनों में पृथक्करण है।

इस उदाहरण में, दो हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंध टूट जाता है, और प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु ऑक्सीजन परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन लेता है। यह ऑक्सीजन परमाणु को शुद्ध ऋणात्मक आवेश के साथ छोड़ देता है।

हेटरोलाइटिक विदलन एक प्रकार का बंध विखंडन है जिसमें एक परमाणु बंध से दोनों इलेक्ट्रॉन लेता है, जिसके परिणामस्वरूप दो आयन बनते हैं। यह प्रक्रिया उन अणुओं या बहुपरमाणुक आयनों में हो सकती है जिनमें कम से कम एक ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन होता है। हेटरोलाइटिक बंध विखंडन से दो आयन उत्पन्न होते हैं, जिनमें से एक पर आंशिक ऋणात्मक आवेश होता है और दुसरे पर आंशिक धनावेश होता है आयन और इलेक्ट्रॉन दोनों को अभिक्रियाशील मध्यवर्ती के रूप में जाना जाता है।

अभिकर्मक

अभिकर्मक यौगिक या मिश्रण दोनों हो सकते हैं। कार्बनिक रसायन विज्ञान में, अधिकांश छोटे कार्बनिक अणु या अकार्बनिक यौगिक अभिकर्मक होते हैं। अभिकर्मकों के उदाहरणों में ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक, टॉलेंस अभिकर्मक, फेहलिंग अभिकर्मक, कोलिन्स अभिकर्मक और फेंटन अभिकर्मक सम्मिलित हैं। कार्बनिक रसायन विज्ञान में, अभिकर्मक शब्द एक रासायनिक घटक को दर्शाता है, इसे ओर्को के रूप में भी कहा जा सकता है। यह आम तौर पर एक यौगिक में पाया जाता है। (एक यौगिक या मिश्रण, आमतौर पर अकार्बनिक या छोटे कार्बनिक अणुओं का) एक कार्बनिक पदार्थ के वांछित परिवर्तन का कारण बनता है। उदाहरणों में कोलिन्स अभिकर्मक, फेंटन के अभिकर्मक और ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक शामिल हैं। विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में, एक अभिकर्मक एक यौगिक या मिश्रण होता है जिसका उपयोग किसी अन्य पदार्थ की उपस्थिति या अनुपस्थिति का पता लगाने के लिए किया जाता है। एक रंग परिवर्तन द्वारा, या किसी पदार्थ की सांद्रता को मापने के लिए। वर्णमिति (रासायनिक विधि) द्वारा। उदाहरणों में फेहलिंग का अभिकर्मक, मिलन का अभिकर्मक और टॉलेंस का अभिकर्मक शामिल हैं।

अभिकर्मक के प्रकार

अभिकर्मक दो प्रकार का होता है।

1. इलेक्ट्रोन स्नेही (electrophilic)

2. नाभिक स्नेही (nucleophilic)

इलेक्ट्रोन स्नेही

वह अभिकर्मक जिसमें इलेक्ट्रॉन की कमी होती है तथा इनमे इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने की प्रवृति होती है, इलेक्ट्रॉन स्नेही अभिकर्मक कहलाते हैं। सभी धनावेशित अभिकर्मक तथा कुछ इलेक्ट्रॉन न्यून यौगिक (AlCl₃, BF₃ , FeCl₃) इलेक्ट्रान स्नेही अभिकर्मक की भांति व्यवहार करते है। ये अभिकर्मक रासायनिक अभिक्रिया में उस स्थान पर आक्रमण करते है जहाँ इलेक्ट्रॉन घनत्व अधिकतम होता है इन्हें ‘E⁺‘ से व्यक्त करते है।

उदाहरण

AlCl₃, BF₃ , FeCl₃

नाभिक स्नेही

वे अभिकर्मक जिनमें इलेक्ट्रॉन की अधिकता होती है , नाभिक स्नेही अभिकर्मक कहलाते है। सभी ऋणावेशित अभिकर्मक तथा कुछ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म युक्त यौगिक नाभिक स्नेही अभिकर्मक की भाँती व्यवहार करते है। ये अभिकर्मक रासायनिक अभिक्रिया में उस स्थान पर आक्रमण करते है जहाँ पर इलेक्ट्रॉन की कमी होती है , इन्हें Nu^– से व्यक्त करते है। नाभिकस्नेहियों में इलेक्ट्रान की अधिकता होती है अतः ये तत्व किसी परमाणु को इलेक्ट्रान युग्म देते हैं तथा उस परमाणु से रसायनिक बन्ध बनाते हैं।

यह दो प्रकार का होता है।

• दुर्बल नाभिकस्नेही
• प्रबल नाभिकस्नेही

उदाहरण

H₂O, NH₃ ,R-OH

अभ्यास प्रश्न

• अभिकर्मक से आप क्या समझते हैं? ये कितने प्रकार के होते हैं?
• अभिकारक एवं अभिकर्मक में अंतर बताइये।
• अभिकारक एवं उत्पाद में अंतर् बताइये।
• इलेक्ट्रोन स्नेही अभिकर्मक से आप क्या समझते हैं?