सहसंयोजक बंधों में इलेक्ट्रॉन विस्थापन प्रभाव

जब इलेक्ट्रॉन किसी अणु के एक तरफ या अणु के एक भाग की तरफ बढ़ते हैं, तो एक इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन होता है। कुछ अणुओं की प्रतिक्रियाशीलता और दूसरों की सापेक्ष जड़ता को इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

आयनिक बंधनों के विपरीत, जो इलेक्ट्रॉनों को एक परमाणु से दूसरे में स्थानांतरित करते हैं, सहसंयोजक बंधन घटक परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं।  एक सहसंयोजक बंधन में भी, एक परमाणु द्वारा इलेक्ट्रॉनों को उनके "उचित हिस्से" से अधिक मात्रा में लिया जा सकता है, जिससे विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन हो सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन तब होता है जब इलेक्ट्रॉन किसी अणु के एक तरफ या भाग की ओर बढ़ते हैं। इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन के लिए कुछ अणुओं की रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित करना सामान्य बात है। इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन के संदर्भ में, चार मुख्य श्रेणियां हैं:

प्रेरणिक प्रभाव

जब कार्बनिक यौगिकों के कार्बन परमाणु और भिन्न विद्युत् ऋणात्मकता वाले परमाणु या समूह की उपस्थिति के कारण होने वाला इलेक्ट्रॉन विस्थापन को प्रेरणिक प्रभाव कहते हैं। यह प्रभाव अणु मैं उपस्थित शृंखला के सभी C परमाणुओं में संचरित होता है। यह प्रभाव स्थायी होता है। किन्तु अन्य प्रभावों की तुलना में दुर्बल होता है। इसको एक ऐसे डैश (----) से प्रदर्शत किया जाता है। जिन परमाणु या समूहों की विद्युत् ऋणात्मकता कार्बन की तुलना में अधिक होती है, वे ऋणात्मक प्रेरणिक प्रभाव (-I) से दर्शाये जाते हैं तथा जिनकी विद्युत् ऋणात्मकता कार्बन की तुलना में कम होती है, वे धनात्मक प्रेरणिक (+I) प्रभाव वाले समूह होते हैं। एक आक्रमण अभिकर्मक की उपस्थिति में एक आबंधित परमाणुओं में से एक के लिए कई आबंधों के पाई-इलेक्ट्रॉन युग्म के पूर्ण स्थानांतरण को इलेक्ट्रोमेरिक प्रभाव कहा जाता है।

यदि दो समान परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंध बना हो तो साझे का इलेक्ट्रॉन युग्म दोनों परमाणुओं की बीचों-बीच वितरित रहता है। जिसके कारण ध्रुवता उत्पन्न नहीं होती और यौगिक अध्रुवीय हो जाता है।

● "सिग्मा बंध से बंधित इलेक्ट्रॉन युग्म का अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु अथवा समूह की ओर विस्थापन प्रेरणिक प्रभाव कहलाता है । "

●"सिग्मा बंध के इलेक्ट्रॉनों का एक दिशा में स्थाई विस्थापन प्रेरणिक प्रभाव कहलाता है । "

● "कार्बन श्रंखला में किसी प्रबल समूह अथवा परमाणु के जुड़ने से सिग्मा बंध का ध्रुवीकरण होना प्रेरणिक प्रभाव कहलाता है । "

उदाहरण

H-H, Cl-Cl, Br-Br, F-F

बंध से जुड़े अधिक विद्युतऋणात्मक परमाणु पर आंशिक ऋणआवेश उत्पन्न हो जाता है। जबकि बंध से जुड़े दूसरे परमाणु पर (जिससे इलेक्ट्रॉन युग्म दूर चले गए हैं) इलेक्ट्रॉनों की आंशिक कमी के कारण आंशिक धनआवेश उत्पन्न हो जाता है। इस प्रकार आवेश उत्पन्न होने के कारण बंध ध्रुवीय हो जाता है। अधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणु पर आंशिक ऋण आवेश उत्पन्न होता है। जबकि बंध से जुड़े दूसरे परमाणु जोकि विद्युत धनात्मक परमाणु (जिससे इलेक्ट्रॉन युग्म दूर चले गए हैं) इलेक्ट्रॉनों की आंशिक कमी के कारण आंशिक धन आवेश उत्पन्न हो जाता है। इस प्रकार आवेश उत्पन्न होने के कारण बंध ध्रुवीय हो जाता है।

H-F

H- कम विद्युत ऋणात्मक (दुर्बल)

F- अधिक विद्युत ऋणात्मक (प्रबल)

धनात्मक प्रेरणिक प्रभाव (+I)

इसे इलेक्ट्रॉन दाता प्रभाव भी कहते हैं। वे समूह जो कार्बन श्रृंखला को इलेक्ट्रॉन युग्म दान करते हैं , +I समूह कहलाते हैं और ये समूह +I प्रभाव प्रदर्शित करते हैं। इलेक्ट्रॉन दान करने के कारण इन समूहों पर आंशिक धन आवेश उत्पन्न हो जाता है।  

${\ce {- CH2-, -NH-, -O-, -COO-,}}$ ${\ce {-C(CH3)3, -CH(CH3)2, -CH2-CH3, -C(T)3, -C(D)3, -C(H)3, -T, -D, -H}}$

जहां:

H-   प्रोटियम(1H1)

D-ड्यूटीरियम(1H2)

T - ट्रायटियम (1H3)

ऋणात्मक प्रेरणिक प्रभाव (-I)

इसे इलेक्ट्रॉन आकर्षी प्रभाव भी कहते हैं। वह समूह अथवा परमाणु जो कार्बन श्रृंखला में सिग्मा बंध के इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर प्रबलता से आकर्षित करता है -I समूह कहलाता है और यह समूह -I प्रभाव उत्पन्न करता है। इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने के कारण इन समूहों पर आंशिक ऋण आवेश उत्पन्न हो जाता है।

${\ce {-NF3+, -NR3+, -NH3+, -NO2, -CN, -SO3H, -CHO, -COR, -COOH, -COCl, -CONH2,}}$ ${\ce {-F, -Cl, -Br, -I, -OR, -OH, -NH2, -C6H5,-CH=CH2,H}}$

अनुनाद-संरचना

रसायन विज्ञान में, अनुनाद, को मेसोमेरिज्म भी कहा जाता है, संयोजकता आबंध  सिद्धांत में एक अनुनाद संकर में कई योगदान संरचनाओं के संयोजन द्वारा कुछ अणुओं या बहुपरमाणविक आयनों में बंध का वर्णन करने का एक तरीका है। अनुनादी संरचनाएं लुईस संरचनाओं के सेट हैं जो एक बहुपरमाणुक आयन या अणु में इलेक्ट्रॉनों के डेलोकलाइज़ेशन का वर्णन करते हैं। कई मामलों में, एक एकल लुईस संरचना आंशिक आवेशों और भिन्नात्मक बंधों की उपस्थिति के कारण एक अणु/बहुपरमाणु आयन में बंध की व्याख्या करने में विफल रहती है। ऐसे मामलों में, रासायनिक बंध का वर्णन करने के लिए अनुनादी संरचनाओं का उपयोग किया जाता है।

रसायन विज्ञान में अनुनाद कई सहायक संरचनाओं या रूपों को विलय करके विशेष अणुओं या आयनों में बनने वाले में बंध का वर्णन करने का एक तरीका हो सकता है, जिसे संयुक्त रूप से एक संकर अनुनाद (या संकर संरचना) में वैलेंस बॉन्डिंग के सिद्धांत के भीतर विहित संरचनाएं या अनुनाद संरचनाएं कहा जाता है।

कार्बोनेट आयन की अनुनादी संरचना

कार्बोनेट आयन (CO₃^2-) की विभिन्न अनुनाद संरचनाएँ ऊपर चित्रित की गई हैं।

इलेक्ट्रॉनों के डेलोकलाइज़ेशन को आंशिक बंधों (जो बिंदीदार रेखाओं द्वारा निरूपित किया जाता है) और अनुनाद संकर में भिन्नात्मक आवेशों के माध्यम से वर्णित किया गया है। अनुनाद सकल्पना के अनुसार जब किसी अणु को केवल एक लूइस संरचना द्वारा निरूपित नहीं किया जा सके, तो समान ऊर्जा , नाभिकों की समान स्थितयों तथा समान आबंधी एवं अनाबंधी इलेक्ट्रॉन युग्मों वाली कई संरचनाएं विहित संरचनाओं के रूप में लिखी जाती है।

• अनुनाद अणु को स्थायित्व प्रदान करता है, क्योकी अनुनाद संकर की ऊर्जा किसी भी विहित संरचना की ऊर्जा से कम होती है।
• अनुनाद के कारण आबंधों के लक्षण औसत मान प्राप्त करते हैं।

अनुनाद के नियम

• अनुनाद से यौगिकों को स्थायित्व प्रदान होता है।  
• अनुनादी संरचना से स्थायित्व प्राप्त होता है।
• विभन्न अनुनादी संरचना में केवल इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था बदलती है।
• विभन्न अनुनादी संरचना में एकाकी इलेक्ट्रानों की संख्या का योगदान समान होता है।
• अनुनादी संरचना की ऊर्जा लगभग समान होती है।
• अनुनादी संरचना में दो पास पास स्थित परमाणुओं पर समान आवेश नहीं होता है तथा विपरीत आवेश अधिक पृथक होने चाहिए।

वास्तव में अनुनाद संरचनाओं या निहित संरचनाओं का कोई अस्तित्व नहीं है। वास्तव में अणु की केवल एक संरचना होती है जोकि विभन्न विहित संरचनाओं का अनुनाद संकर होता है, तथा इसे एक लूइस संरचना द्वारा प्रदर्शित किया जाता है।

अतिसंयुग्मन

अतिसंयुग्मन एक सामान्य अन्योन्य क्रिया है। यह एक स्थाई प्रभाव है। यदि एक कार्बन जिस पर कम से कम एक हाइड्रोजन परमाणु उपस्थित होता है एक असंतृप्त परमाणु, अयुग्मित इलेक्ट्रान युग्म युक्त परमाणु या sp2 संकरित अयुग्मित कक्षक युक्त परमाणु से जुड़ा होता है। यह विस्थापन में भाग लेता है। इस प्रकार के अनुनाद को अतिसयुग्मन कहते हैं। अतिसयुग्मन परिकल्पना बेकर तथा नाथन ने विकसित की थी। इसलिए इसे बेकर तथा नाथन प्रभाव भी कहते हैं।

C - H के सिग्मा बंध इलेक्ट्रान का द्विबंध के साथ संयुग्मन होने पर अनुनाद हो या पाई इलेक्ट्रान युग्म की ओर इलेक्ट्रॉन का विस्थापन हो तो इसे अतिसयुग्मन कहते हैं। इसमें C - H सिग्मा बंध टूट जाता है। अतः इसे बिना बंध का अनुनाद भी कहते हैं। जितना अधिक अनुनादी संरचना बनती है वह उतना ही अधिक स्थाई होता है। अनुनादी संरचनाओं की संख्या अल्फा हाइड्रोजन की संख्या पर निर्भर करती है। अनुनादी संरचनाओं के कारण इलेक्ट्रॉन दान करने की क्षमता का घटता क्रम निम्न लिखित है।

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

लेकिन यह +I का बढ़ता क्रम दिखा रहा है।

अतिसयुग्मन की कक्षक परिकल्पना

प्रोपीन में द्विबंध के पाई इलेक्ट्रॉन युग्म के साथ सयुग्मन में H - C सिग्मा बंध के इलेक्ट्रान युग्म भाग लेते हैं, इसलिए अतिसयुग्मन में द्विबंध के P - कक्षकों के अतिव्यापन द्वारा H - C बंध के सिग्मा इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण होता है।

अतिसयुग्मन के लिए संरचनात्मक आवश्यकता

यौगिक में कम से कम एक SP²  संकरित कार्बन उपस्थित होना चाहिए।

उदाहरण

एल्कीन, एल्किल कार्बोनियम आयन या एल्किल मुक्त मूलक।

SP² संकरित कार्बन के सापेक्ष कार्बन पर कम से कम एक हाइड्रोजन उपस्थित होना चाहिए। यदि ऊपर दी गई दोनों शर्तें पूरी होती हैं, तो अतिसयुग्मन पाया जाता है।  

अतिसंयुग्मन के प्रकार

अतिसंयुग्मन तीन प्रकार का होता है:

${\ce {\sigma}}$ (C-H) - ${\ce {\pi}}$ संयुग्मन

एल्कीनों में इस प्रकार का संयुग्मन पाया जाता है।

${\ce {CH3-CH=CH2}}$

${\ce {\sigma}}$ (C-H) एल्किल कार्बोनियम आयन संयुग्मन

एल्किल कार्बोनियम आयन में इस प्रकार का संयुग्मन पाया जाता है।

${\ce {CH3-CH2+ <-> CH=CH2 + H+}}$

${\ce {\sigma}}$ (C-H) संयुग्मन विषम इलेक्ट्रॉन संयुग्मन

इस प्रकार का संयुग्मन एल्किल मुक्त मूलकों में पाया जकता जाता है।

${\ce {CH3 - CH2.}}$

अभ्यास प्रश्न

• प्रेरणिक प्रभाव से क्या तात्पर्य है?
• धनात्मक प्रेरणिक प्रभाव (+I) से आप क्या समझते हैं ?
• ऋणात्मक प्रेरणिक प्रभाव (-I) से आप क्या समझते हैं ?
• अतिसंयुग्मन से आप क्या समझते हैं ?
• अतिसंयुग्मन कितने प्रकार के होते हैं ?
• अतिसयुग्मन को किसी एक उदाहरण द्वारा समझाइये।