ઇલેકટ્રોન ઊણપવાળાં સંયોજનો

January, 2002

ઇલેકટ્રોન ઊણપવાળાં સંયોજનો (electron-deficient compounds) : જેમાં સંયોજકતા માટે જરૂરી ઇલેકટ્રોનની સંખ્યા બંધની સંખ્યા કરતાં ઓછી હોય અને જેમાં પ્રણાલીગત એવા દ્વિકેન્દ્ર-દ્વિઇલેકટ્રોન (2 centres-2 electrons, 2c-2e), સહસંયોજક બંધ રચવા શક્ય ન હોય તેવાં સંયોજનો (અણુઓ). 2 પરમાણુ વચ્ચે 2 ઇલેકટ્રોનનું સહભાજન (sharing) થાય ત્યારે 1 સહસંયોજક બંધ રચાયો ગણાય. 1 ઇલેકટ્રોનયુગ્મથી બનતા બંધને દ્વિકેન્દ્ર-દ્વિઇલેકટ્રોન બંધ કહેવામાં આવે છે. આવા સહસંયોજક 1 બંધ માટે 2 ઇલેકટ્રોન પ્રમાણે 3 બંધ રચવા માટે 6 ઇલેકટ્રોન અને 4 બંધ રચવા 8 ઇલેકટ્રોન હોવા આવશ્યક છે – જેમ કે મિથેન(CH4)માં 4C-H સહસંયોજક બંધ માટે 8 સંયોજકતા ઇલેકટ્રોન હોય છે અને ઇથેન(C2H6)માં કુલ 7 સહસંયોજક બંધ હોય છે (6 C–H અને 1 C–C બંધ) અને તે રચવા માટે 14 સંયોજકતા ઇલેકટ્રોન મોજૂદ હોય છે. આવા બંધની સંખ્યા જેટલા સહભાજિત ઇલેકટ્રોનયુગ્મવાળાં સંયોજનો કે અણુઓને ઇલેકટ્રોન પરત્વે સંતૃપ્ત પદાર્થો અને સંયોજકતાની ર્દષ્ટિએ સામાન્ય અથવા પ્રણાલીગત ગણવામાં આવે છે, તેમનામાં પરમાણુ ઇલેકટ્રોન-અષ્ટક (હાઇડ્રોજન, બે ઇલેકટ્રોન) રચી સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરવામાં સફળતા મેળવે છે. પરંતુ કેટલાક અણુઓમાં સંયોજકતા માટે જરૂરી ઇલેકટ્રોન-સંખ્યા બંધની સંખ્યાથી બમણી હોવાને બદલે તેનાથી ઓછી હોય છે. તેમનામાં પ્રણાલીગત એવા 2c-2e સહસંયોજક બંધ રચવા શક્ય નથી. આવા અણુઓ ઇલેકટ્રોન-ઊણપ અણુઓ તરીકે ઓળખાય છે અને ઇલેકટ્રોન પરત્વે સંતૃપ્તતા પ્રાપ્ત કરવા બહુલક સંરચના ધારણ કરે છે. આવર્ત કોષ્ટકના II અને III સમૂહના ખાસ કરીને Be, B અને Al જેવાં તત્વો કે જેમની પાસે સંયોજકતા ઇલેકટ્રોન ઓછી સંખ્યામાં હોય છે તેઓ આવા અણુઓ આપે છે કારણ કે ઇલેકટ્રોન અષ્ટક રચવા માટે આવાં તત્વો પાસે પૂરતા પ્રમાણમાં ઇલેકટ્રોન નથી હોતાં. આવાં ઇલેકટ્રોન-ઊણપ ધરાવતા અણુઓનું જાણીતું ઉદાહરણ ડાયબૉરેન B2H6 છે. તેનું અણુસૂત્ર ઇથેન C2H6 જેવું છે પરંતુ તેમાં સંયોજકતા માટે પ્રાપ્ય ઇલેકટ્રોનની સંખ્યા 12 છે (દરેક બૉરૉન પાસેથી 3 અને દરેક હાઇડ્રોજન તરફથી 1 એ હિસાબે કુલ 12). આ કારણસર C2H6ની માફક 7 સહસંયોજક 2c-2e બંધ B2H6માં રચાવા શક્ય નથી તેથી B2H6ને ઇલેકટ્રોન-ઊણપ સંયોજન ગણવામાં આવે છે. અન્ય બૉરૉન હાઇડ્રાઇડો (બૉરેન) પણ આ પ્રકારનાં ઇલેકટ્રોન ઊણપ ધરાવતાં સંયોજનો છે. તેમાંનાં કેટલાંકનાં અણુસૂત્રો B4H10, B5H9, B5H11, B6H10, B6H12, B8H12, B8H14, B9H15, B10H14 છે. કેટલાક ઇલેકટ્રોન-ઊણપ ઋણાયનો હાઇડ્રોબૉરેટ (BH)n2 આયનો તથા કાર્બૉરેન (CH)m(BH)n સંયોજનો પણ જાણીતાં છે. આમાંનાં ઘણાંખરાં અસ્થિર હોય છે. કેટલાંક તો અતિ અસ્થિર હોય છે. પરંતુ X-કિરણો, NMR વર્ણપટ, ન્યુટ્રૉન તથા ઇલેકટ્રોન-વિવર્તન વગેરે પદ્ધતિઓ દ્વારા તેમની સંરચના જાણી શકાઈ છે. તેમાં 2 બૉરૉન વચ્ચે હાઇડ્રોજન કે ત્રીજો બૉરૉન સેતુ રૂપે રહેલો હોય તેવું જોવા મળે છે. આવી અસામાન્ય અણુસંરચના માટેના ઇલેકટ્રોનવિન્યાસને સમજાવવો તે વિજ્ઞાન માટે એક મોટો કોયડો છે.

બૉરેન, BH3 સ્વતંત્ર અસ્તિત્વ ધરાવતો નથી, કારણ કે તેમાં બૉરૉનને માત્ર 6 જ સંયોજકતા ઇલેકટ્રોન હોય છે, તેથી તે ડાયબૉરેન બની જાય છે. ડાયબૉરેનની સંરચના તથા તેમાં રહેલ બંધનો પ્રકાર જોઈએ તો 2 બૉરૉન વચ્ચે કોઈ બંધ નથી. જે બંધ છે તે હાઇડ્રોજન સેતુરૂપ છે. તેથી બે BH3 ટુકડા સંધાઈ રહે છે. ઉપરાંત બૉરૉનને બે સામાન્ય (2c-2e) B-H બંધ હોય છે. સેતુરૂપ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ બાકીના અણુને કાટખૂણે મધ્યમાં D2h બિંદુસમૂહ રચીને આવેલ છે. ઇલેકટ્રોન-સંરચનાની ર્દષ્ટિએ હાઇડ્રોજન સેતુબંધ બહુકેન્દ્રીય (અહીં ત્રિકેન્દ્રી 3c-2e) બંધ રચે છે તેમ મનાય છે. આવા વળાંકવાળા (કેળા આકારના) બંધ માટે હાઇડ્રોજન તથા બૉરૉન પ્રત્યેક 1-1 ઇલેકટ્રોન આપે છે અને તેમ કરીને 2 ઇલેકટ્રોન સાથેનો સહસંયોજક બંધ રચે છે, જેમાં બીજો બૉરૉન પોતાના એક ખાલી કક્ષક દ્વારા સહભાગી થાય છે, પરંતુ પોતે ઇલેકટ્રોન આપતો નથી. તે ઇલેકટ્રોન આપે છે બીજા હાઇડ્રોજન સેતુ માટે. પ્રથમ બૉરૉન માત્ર ખાલી કક્ષક આપે છે અને બીજો 3c-2e બંધ રચે છે. આમ કરીને BH3 ટુકડામાં ઇલેકટ્રોનની ત્રુટીને દ્વિલક (dimer) બનાવીને 2 હાઇડ્રોજન સેતુઓ દ્વારા B2H6 રચના પૂર્ણ કરે છે અને દરેક બૉરૉનનું ઇલેકટ્રોનઅષ્ટક પૂર્ણ થાય છે. આમ કરવા જતાં બૉરૉન ચતુ:સંયોજક બને છે. અણુકક્ષકના સિદ્ધાંતને આધારે ડાયબૉરેનના બંધારણની સમજૂતી આપવામાં આવી છે. તેની અગત્યની ફલશ્રુતિ એ છે કે તેમાં સેતુબંધના સંયોજકતા ઇલેકટ્રોન, બંધક ઉપરાંત માત્ર નિર્બંધક (non-bonding) કક્ષકમાં પ્રવેશ કરે છે. ઉત્તેજિત પ્રતિબંધક કક્ષકમાં પ્રવેશ કરે તેટલી તેમની સંખ્યા હોતી નથી, તેથી છેવટે ડાયબૉરેન સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરે છે. કેટલાંક બૉરૉનનાં હાઇડ્રાઇડો(બૉરેનો)માં હાઇડ્રોજનસેતુ ઉપરાંત B-B-B સેતુઓ પણ હોય છે. વળી હાઇડ્રોબોરેટ ઋણાયનો અને કાબૉર્રેન સંયોજનો પણ આવા સેતુબંધો ઉપર આવેલાં છે.

અન્ય ઇલેકટ્રોન-ઊણપ સંયોજનો જોઈએ તો બેરિલિયમ અને ઍલ્યુમિનિયમ ધાતુઓના કાર્બધાતુ (organometallic) સંયોજનો મુખ્ય છે. Be પરમાણુને (1s2, 2s2) બે સંયોજકતા ઇલેકટ્રોન છે, તેથી ઇલેકટ્રોન-અષ્ટક રચવામાં મુશ્કેલી નડે તે સ્વાભાવિક છે. તેથી બેરિલિયમ ડાઇઆલ્કાઇલ Be(CH3)2 માત્ર ઉચ્ચ તાપમાને વરાળ રૂપે હોય ત્યારે એકલક (monomer) હોય છે જ્યારે તેની સંરચના રેખીય (sp-સંકર) છે. સામાન્ય તાપમાને તે સફેદ ઘનપદાર્થ છે. તે શૃંખલા બહુલક રૂપે છે. આવા બહુલક પદાર્થો બનાવી બેરિલિયમ ધાતુ ચતુ:સંયોજક બને છે, જેમાં મિથાઇલસેતુ (CH3-સેતુ) જોવા મળે છે. તે નજીકના 2 બેરિલિયમ પરમાણુઓને જોડી રાખે છે. ઇલેકટ્રોનવિન્યાસની ર્દષ્ટિએ અહીં CH3-સેતુમાં કાર્બન પોતાની એક sp3 સંકર કક્ષકમાં રહેલ એક ઇલેકટ્રોન વડે એક બેરિલિયમની એક લગભગ sp3-કક્ષકના એક ઇલેકટ્રોન સાથે એકસંયોજક (monovalent) બંધ રચે છે, જેમાં બીજો બેરિલિયમ પરમાણુ પોતાની એક ખાલી લગભગ sp3 સંકર કક્ષક દ્વારા સહભાગી થઈને 3c-2e એવો મિથાઇલ સેતુબંધ રચે છે. [Be(CH3)2]nમાં કુલ બે CH3 સેતુ છે. અન્ય બેરિલિયમ આલ્કાઇલો પણ આવા મિથાઇલસેતુ આપે છે.

ઍલ્યુમિનિયમ ધાતુ પણ પ્રણાલીગત Al(CH3)3 રચે તો તેમાં ઍલ્યુમિનિયમનું અષ્ટક અપૂર્ણ રહે છે તેથી AlCl3ની માફક તે પણ દ્વિલક Al2(CH3)6 આપે છે. આ તથા આવા અન્ય ઍલ્યુમિનિયમ આલ્કાઇલોમાં પણ મિથાઇલસેતુની કલ્પના કરવામાં આવી છે. અન્ય તત્વોના આ પ્રકારના અણુઓમાં કાર્બીન, :CH2 (મિથીલીન), ક્લોરોકાર્બીન :CCl2, નાઇટ્રીન  વગેરે પણ ઇલેકટ્રોન વડે ઊણપવાળા અણુઓ છે; જો કે તેઓનું અસ્તિત્વ ક્ષણિક હોય છે. તેઓ અસ્થિર હોવા ઉપરાંત અત્યંત સક્રિય હોય છે. કેટલીક પ્રક્રિયાઓમાં તે મધ્યસ્થી તરીકે વર્તે છે. સ્પેક્ટ્રમવિદ્યા દ્વારા તેમની હસ્તીની સાબિતી ઉપલબ્ધ થયેલી છે.

લ. ધ. દવે