मेटल कार्बोनाइल्स

ऑर्गेनोमेटैलिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में, मेटल कार्बोनाइल्स अपने अनोखे गुणों और व्यापक अनुप्रयोगों के कारण महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मेटल कार्बोनाइल्स ऐसे यौगिक होते हैं जिनमें धातु केंद्र कार्बन मोनोऑक्साइड लिगैंड्स से जुड़े होते हैं। कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) की धातुओं के साथ समन्वय करने की अद्भुत क्षमता इन यौगिकों को जन्म देती है, जिससे अद्भुत रासायनिक गुण और संरचनात्मक विविधता उत्पन्न होती है।

मेटल कार्बोनाइल्स में संरचना और बंधन

CO लिगैंड्स का धातु केंद्रों के लिए समन्वय मुख्य रूप से भरे हुए कार्बन मोनोऑक्साइड आणविक कक्ष से खाली धातु कक्ष में सिग्मा दान के माध्यम से होता है, साथ ही भरे हुए धातु d कक्षों से खाली प्रतिबंधक पाई* कक्ष में पाई-बैकबॉन्डिंग के माध्यम से भी होता है। इस दोहरे बंधन की प्रकृति मेटल कार्बोनाइल्स को स्थिरता और अद्वितीय स्पेक्ट्रोस्कोपिक गुण प्रदान करती है।

M – C ≡ O

यहाँ, M धातु परमाणु को दर्शाता है जबकि CO कार्बन मोनोऑक्साइड लिगैंड को दर्शाता है। धातु-कार्बन बंध आंशिक रूप से सहसंयोजक होता है जिसमें महत्वपूर्ण पाई-बैकबॉन्डिंग होती है जो स्वतंत्र CO की तुलना में C≡O बंध को कमजोर करती है।

अठारह-इलेक्ट्रॉन नियम

अठारह-इलेक्ट्रॉन नियम या "प्रभावी परमाणु संख्या" नियम मेटल कार्बोनाइल्स की स्थिरता और निर्माण को समझने में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। यह सुझाव देता है कि स्थिर संक्रमण धातु यौगिकों में अक्सर 18 संयोजक इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो धातु के d-इलेक्ट्रॉनों और आसपास के लिगैंड्स के इलेक्ट्रॉनों के योग के माध्यम से प्राप्त होते हैं।

• उदाहरण के लिए,

  Fe(CO)5

  आयरन (Fe) के पास 8 d-इलेक्ट्रॉन होते हैं। प्रत्येक पांच CO लिगैंड 2 इलेक्ट्रॉन देता है, जो कुल 10 इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह कुल 18 होता है, जो इस नियम को पूरा करता है।

मेटल कार्बोनाइल्स के प्रकार

मेटल कार्बोनाइल्स को उनके ऑक्सीकरण अवस्था और समन्वय संख्या के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है, जो कि आमतौर पर मोनोन्यूक्लियर, पोलिन्यूक्लियर और मिश्रित-धातु यौगिकों के रूप में प्रकट होते हैं।

मोनोन्यूक्लियर मेटल कार्बोनाइल्स

M(CO)N

इनमें एक ही धातु परमाणु होता है। मोनोन्यूक्लियर मेटल कार्बोनाइल का एक क्लासिक उदाहरण है

Ni(CO)4

, जहाँ निकल शून्य ऑक्सीकरण अवस्था में होता है।

अतिरिक्त उदाहरणों में शामिल हैं:

Cr(CO)6

यहाँ, क्रोमियम भी शून्य ऑक्सीकरण अवस्था में होता है, जो ऑक्टाहेड्रल ज्यामिति में छह CO समूहों से घिरा होता है।

पोलिन्यूक्लियर मेटल कार्बोनाइल्स

MM(CO)N

ये यौगिक एक ही यौगिक में एकाधिक धातु परमाणु होते हैं। एक उल्लेखनीय उदाहरण है

Fe2(CO)9

, जिसमें दो आयरन परमाणु एक सेतुकार्बोनाइल लिगैंड साझा करते हैं।

Fe - Fe
    CO CO CO
    CO - CO

हेटरोन्यूक्लियर मेटल कार्बोनाइल्स

ये कार्बोनाइल्स विभिन्न धातुओं से बने होते हैं, जो उत्प्रेरण और सामग्री विज्ञान में विविध अनुप्रयोग दिखाते हैं। इसका एक उदाहरण है

[FeNi(CO)4]

जहाँ आयरन और निकल कार्बोनाइल पुलों के माध्यम से जुड़े होते हैं।

मेटल कार्बोनाइल्स का संश्लेषण

वांछित धातु केंद्र के आधार पर मेटल कार्बोनाइल्स को संश्लेषित करने के लिए कई विधियाँ उपयोग की जाती हैं:

प्रत्यक्ष अभिक्रिया

सरलतम दृष्टिकोण में धातु की सीधे कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ उपयुक्त तापमान और दबाव की स्थितियों के तहत अभिक्रिया शामिल होती है:

Ni + 4 CO → Ni(CO)4

यह प्रतिक्रिया परिवेशी तापमान और दबाव में आसानी से आगे बढ़ती है, जो एक प्रत्यक्ष संश्लेषण मार्ग का प्रदर्शन करती है।

धातु लवणों का अपचयन

कार्बन मोनोऑक्साइड की उपस्थिति में धातु लवणों को कम किया जाता है। उदाहरण के लिए:

VCl3 + 3 CO + Al → V(CO)6 + AlCl3

लिगैंड प्रतिस्थापन

कुछ अभिक्रियाओं में, धातु यौगिक में लिगैंड को कार्बन मोनोऑक्साइड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। एक उदाहरण है:

MoCl6 + 6 CO → Mo(CO)6 + 6 Cl2

मेटल कार्बोनाइल्स के गुण

मेटल कार्बोनाइल्स को कई महत्वपूर्ण भौतिक एवं रासायनिक गुणों द्वारा परिभाषित किया जाता है:

• उड़नशीलता: कई मेटल कार्बोनाइल्स, जैसे

  Ni(CO)4

  , उड़नशील होते हैं और उन्हें मौंड प्रक्रिया द्वारा धातुओं को शुद्ध करने में उपयोग किया जा सकता है।
• विलेयता: सामान्यतः अपोलर आर्गेनिक विलायकों में विलेय।
• रंग: विभिन्न यौगिकों के बीच व्यापक रूप से भिन्न होती है, जो अक्सर धातु-लिगैंड अंतःक्रियाओं के कारण जीवंत रंग प्रदर्शित करते हैं।
• विषाक्तता: कई मेटल कार्बोनाइल्स, जैसे

  Ni(CO)4

  , विषाक्त होते हैं और सावधानीपूर्वक हैंडलिंग की आवश्यकता होती है।

मेटल कार्बोनाइल्स से संबंधित अभिक्रियाएँ

मेटल कार्बोनाइल्स में उनके संरचनात्मक विशेषताओं और इलेक्ट्रॉन-समृद्ध प्रकृति के कारण कई प्रकार की अभिक्रियाओं में भाग लेते हैं:

प्रतिस्थापन अभिक्रियाएँ

जब एक CO समूह को किसी अन्य लिगैंड, जैसे फॉस्फीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तब लिगैंड एक्सचेंज हो सकता है:

Fe(CO)5 + PPh3 → Fe(CO)4(PPh3) + CO

ऑक्सीडेटिव जोड़

मेटल कार्बोनाइल यौगिकों में ऑक्सीडेटिव जोड़ शामिल हो सकता है, जिसमें एक सब्सट्रेट धातु केंद्र पर जोड़कर इलेक्ट्रॉन संख्या में वृद्धि करता है:

CO2(CO)8 + Cl2 → 2 CO(CO)4(Cl)2

कार्बोनाइल अंतर्वेशन

इस प्रकार की अभिक्रिया में, CO लिगैंड को धातु-कार्बन या धातु-हाइड्रोजन बंध में रखा जाता है:

LNMR + CO → LNMC(=O)-R

उत्प्रेरण में अनुप्रयोग

मेटल कार्बोनाइल यौगिक औद्योगिक और सिंथेटिक अनुप्रयोगों में अत्यधिक महत्वपूर्ण हैं, जैसे:

समानजस उत्प्रेरण

वे हाइड्रोफॉर्माइलेशन और कार्बोनिलेशन सहित कई कार्बनिक रूपांतरणों में उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं:

R-CH=CH2 + CO + H2 --(Co2(CO)8)--> R-CH2-CH2-CHO

कार्बोनिलेशन प्रतिक्रियाएँ

यह प्रक्रिया किसी अणु में कार्बोनाइल समूह की हल करने में होती है और एसीटिक एसिड और अन्य कार्बनिक पदार्थों के उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है:

CH3OH + CO → CH3COOH

सुरक्षा और हैंडलिंग

उनकी अंतर्निहित विषाक्तता और उड़नशीलता के कारण, मेटल कार्बोनाइल्स के लिए कठोर सुरक्षा प्रोटोकॉल आवश्यक होते हैं:

• वेंटिलेशन: साँस लेने से बचने के लिए अभिक्रियाएँ अच्छी तरह हवादार क्षेत्रों या धुआँ हुड में करें।
• सुरक्षात्मक उपकरण: मेटल कार्बोनाइल्स को हैंडल करते समय हमेशा दस्ताने और गॉगल्स का उपयोग करें।
• भंडारण: एक कसकर सीलबंद कंटेनर में ठंडी, सूखी जगह में स्टोर करें।

निष्कर्ष

मेटल कार्बोनाइल्स ऑर्गेनोमेटैलिक रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण और आकर्षक यौगिकों के रूप में उभरते हैं। वे कार्बन मोनोऑक्साइड और धातुओं के बीच एक सहजीवी संबंध का अनुभव करते हैं, जो अकादमिक अनुसंधान और औद्योगिक अनुप्रयोगों में व्यापक उपयोगिता प्रदान करते हैं। इन यौगिकों की समझ और हेरफेर में प्रगति रसायन विज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाती है, जिससे जटिल अणुओं और उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के संश्लेषण में वे अनिवार्य उपकरण बन जाते हैं।

टिप्पणियाँ