অ্যারোম্যাটিসিটি

জৈব রসায়নে অ্যারোম্যাটিসিটি () হল একটি রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য যার দ্বারা সাধারণত অসম্পৃক্ত জৈব যৌগের স্থিতিশীলতা নির্ধারণ করা হয়। এটির স্থিতিশীলতা কঞ্জুগেশন অপেক্ষাও অত্যন্ত বেশি হবার জন্য যৌগগুলি আলাদা প্রকৃতির ধরা হয়। অ্যারোম্যাটিসিটি শব্দটির প্রয়োগ ঘটান অগাস্ট উইলহেলম ভন হফম্যান (১৮৫৫)। এই অ্যারোম্যাটিসিটি-র সাথে সুগন্ধি ঘ্রাণের (Aroma) কোনো সম্পর্ক নেই।
অ্যারোম্যাটিসিটি-র চক্রাকার ডিলোকালাইজেশন এবং সুসংস্পন্দনের একটি প্রকাশ হিসাবে বিবেচিত হতে পারে। এটি সাধারণত বলে মনে করা হয় কারণ ইলেকট্রন পরমাণুর বৃত্তাকার বিন্যাসের চারপাশে চক্রাকারে ঘুরতে পারে যেগুলি পর্যায়ক্রমে একক এবং একে অপরের সাথে দ্বি-বন্ধনযুক্ত। এই বন্ধনগুলিকে একটি একক বন্ড এবং একটি ডবল বন্ডের একটি সংকর হিসাবে দেখা যেতে পারে, রিংয়ের প্রতিটি বন্ড একে অপরের সাথে অভিন্ন। অ্যারোম্যাটিক বলয়ের এই সাধারণভাবে দেখা মডেল, যেমন ধারণা যে বেঞ্জিন একটি ছয় সদস্য বিশিষ্ট কার্বন বলয় থেকে তৈরি হয়েছে বিকল্প একক এবং দ্বি বন্ধন (সাইক্লোহেক্সাট্রাইইন), কেকুলে (নীচের ইতিহাস বিভাগ দেখুন) দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল। বেঞ্জিনের মডেলটি দুটি সুসংস্পন্দিত রূপ নিয়ে গঠিত, যা দ্বৈত এবং একক বন্ডের সাথে মিলে যায় যা ছয়টি দেড় বন্ডের জন্ম দেয়। বেনজিন চার্জ ডিলোকালাইজেশনের জন্য প্রত্যাশিত একটি স্থিতিশীল অণু।
ঊনবিংশ শতাব্দীতে রসায়নবিদরা এটিকে বিস্ময়কর মনে করেছিলেন যে বেঞ্জিন উচ্চ মাত্রার অসম্পৃক্ততার পরিপ্রেক্ষিতে অতিরিক্ত প্রতিক্রিয়ার প্রতি এতটা অপ্রতিক্রিয়াশীল হতে পারে। বেঞ্জিনের জন্য সাইক্লোহেক্সাট্রাইইন গঠনটি ১৮৬৫ সালে আগস্ট কেকুলে প্রথম প্রস্তাব করেছিলেন। পরবর্তী কয়েক দশকে, বেশিরভাগ রসায়নবিদ সহজেই এই কাঠামোটি গ্রহণ করেছে, যেহেতু এটি অ্যারোম্যাটিক রসায়নের বেশিরভাগ পরিচিত আইসোমেরিক সম্পর্কের জন্য দায়ী।
১৮৯৭ এবং ১৯০৬ সালের মধ্যে, ইলেকট্রনের আবিষ্কারক জে জে থমসন বেঞ্জিনের প্রতিটি কার্বন পরমাণুর মধ্যে তিনটি সমতুল্য ইলেকট্রন প্রস্তাব করেছিলেন।
বেঞ্জিনের ব্যতিক্রমী স্থায়িত্বের জন্য একটি ব্যাখ্যা প্রচলিতভাবে স্যার রবার্ট রবিনসনকে দায়ী করা হয়, যিনি দৃশ্যত প্রথম (১৯২৫ সালে) অ্যারোমেটিক সেক্সটেট শব্দটিকে ছয়টি ইলেকট্রনের একটি গ্রুপ হিসাবে তৈরি করেছিলেন যা বাধা প্রতিরোধ করে।
প্রকৃতপক্ষে, এই ধারণাটি আরও পিছনের সন্ধান করা যেতে পারে, আর্নেস্ট ক্রোকারের মাধ্যমে ১৯২২ সালে, হেনরি এডওয়ার্ড আর্মস্ট্রং-এর কাছে, যিনি ১৮৯০ সালে লিখেছিলেন "একটি চক্রের মধ্যে (ছয়) কেন্দ্রীক সম্বন্ধ কাজ... বেনজিন একটি দ্বিগুণ রিং দ্বারা প্রকাশ করা যেতে পারে। এবং যখন একটি যৌগিক যৌগ গঠিত হয়, তখন অভ্যন্তরীণ সম্বন্ধীয় চক্র ব্যাহত হয়, সংলগ্ন কার্বন-পরমাণু যার সাথে প্রয়োজনের কিছুই সংযুক্ত করা হয়নি তারা ইথিলেনিক অবস্থা অর্জন করে"।
এখানে, আর্মস্ট্রং অন্তত চারটি আধুনিক ধারণা বর্ণনা করছেন। প্রথমত, তার "সম্পর্ক" আজকাল ইলেক্ট্রন নামেই বেশি পরিচিত, যেটি মাত্র সাত বছর পরে জে.জে. থমসন আবিষ্কার করেছিলেন। দ্বিতীয়ত, তিনি বর্ণনা করছেন ইলেক্ট্রোফিলিক অ্যারোমেটিক প্রতিস্থাপন, একটি হুইল্যান্ড ইন্টারমিডিয়েট এর মাধ্যমে (তৃতীয়) এগিয়ে যাচ্ছেন, যেখানে (চতুর্থ) রিংটির কঞ্জুগেশন ভেঙে গেছে। তিনি "অভ্যন্তরীণ চক্র"-এর সংক্ষেপে আংটির উপর কেন্দ্রীভূত C চিহ্নটি প্রবর্তন করেন, এইভাবে এরিখ ক্লার-এর স্বরলিপির আত্মপ্রকাশ।
কোয়ান্টাম বলবিদ্যার এই স্থায়িত্বের উৎপত্তি বা অ্যারোম্যাটিসিটি, ১৯৩১ সালে এরিখ হাকেল দ্বারা মডেল করা হয়েছিল। তিনিই প্রথম বন্ধন ইলেকট্রনকে সিগমা এবং পাই ইলেকট্রনে আলাদা করেন।
রেজোন্যান্স ডায়াগ্রামের জন্য আদর্শ হিসাবে, একটি দ্বিমুখী তীর নির্দেশ করতে ব্যবহৃত হয় যে দুটি কাঠামো পৃথক সত্তা নয়, তবে নিছক অনুমানমূলক সম্ভাবনা। কোনটিই প্রকৃত যৌগটির সঠিক উপস্থাপনা নয়, যা এই গঠনগুলির একটি হাইব্রিড (গড়) দ্বারা সেরা প্রতিনিধিত্ব করা হয়, যা ডানদিকে দেখা যায়। একটি C=C বন্ধন একটি C−C বন্ডের চেয়ে ছোট, কিন্তু বেনজিন পুরোপুরি ষড়ভুজাকার—সকল ছয়টি কার্বন-কার্বন বন্ধনের দৈর্ঘ্য একই, একটি একক এবং দ্বৈত বন্ধনের মধ্যবর্তী।
একটি ভাল উপস্থাপনা হল বৃত্তাকার π বন্ধন (আর্মস্ট্রংয়ের অভ্যন্তরীণ চক্র), যেখানে ইলেক্ট্রনের ঘনত্ব রিংয়ের উপরে এবং নীচে একটি π-বন্ডের মাধ্যমে সমানভাবে বিতরণ করা হয়। এই মডেলটি আরও সঠিকভাবে সুগন্ধযুক্ত রিংয়ের মধ্যে ইলেক্ট্রন ঘনত্বের অবস্থানকে উপস্থাপন করে।
একক বন্ধনগুলি কার্বন নিউক্লিয়াসের মধ্যে ইলেক্ট্রন দিয়ে গঠিত হয় — এগুলোকে σ-বন্ড বলা হয়। ডাবল বন্ড একটি σ-বন্ড এবং একটি π-বন্ড নিয়ে গঠিত। π-বন্ধগুলি রিংয়ের সমতলের উপরে এবং নীচে পারমাণবিক p-অরবিটালের ওভারল্যাপ থেকে গঠিত হয়। নিম্নলিখিত চিত্রটি এই পি-অরবিটালগুলির অবস্থান দেখায়:
যেহেতু তারা পরমাণুর সমতলের বাইরে, এই অরবিটালগুলি একে অপরের সাথে অবাধে যোগাযোগ করতে পারে, এবং ডিলোকালাইজড হয়ে যায়। এর মানে হল যে, কার্বনের একটি পরমাণুর সাথে আবদ্ধ হওয়ার পরিবর্তে, প্রতিটি ইলেকট্রন ছয়টি বন্ধনে সমান ভাগ করা হয়। এইভাবে, সমস্ত কার্বন পরমাণুতে ডবল বন্ড গঠনের জন্য পর্যাপ্ত ইলেকট্রন নেই, তবে "অতিরিক্ত" ইলেকট্রনগুলি রিংয়ের সমস্ত বন্ধনকে সমানভাবে শক্তিশালী করে। ফলে আণবিক অরবিটালের π প্রতিসাম্য রয়েছে।
যেখানে বেঞ্জিন অ্যারোম্যাটিক (৬ ইলেকট্রন, 3টি ডাবল বন্ড থেকে), সাইক্লোবিউটাডাইইন নয়, যেহেতু π ডিলোকালাইজড ইলেকট্রনের সংখ্যা ৪, যা অবশ্যই ৪ এর গুণিতক। সাইক্লোবুটাডিয়ানাইড (2−) আয়ন অবশ্য অ্যারোম্যাটিক (৬ ইলেকট্রন)। একটি সুগন্ধি সিস্টেমের একটি পরমাণুতে অন্যান্য ইলেকট্রন থাকতে পারে যা সিস্টেমের অংশ নয় এবং তাই 4n + 2 নিয়মের জন্য উপেক্ষা করা হয়। ফিউরানে, অক্সিজেন পরমাণু sp² সংকর হয়। একটি একা জোড়া π সিস্টেমে এবং অন্যটি রিংয়ের সমতলে (অন্যান্য অবস্থানে C-H বন্ডের অনুরূপ)। ৬ π ইলেকট্রন আছে, তাই ফিউরান অ্যারোম্যাটিক।
অ্যারোম্যাটিক অণু সাধারণত অনুরূপ অ্যান্টি-অ্যারোম্যাটিক অণুর তুলনায় বর্ধিত রাসায়নিক স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। একটি অণু যা অ্যারোম্যাটিক হতে পারে এই পরিস্থিতিতে তার বৈদ্যুতিন বা গঠনমূলক কাঠামো পরিবর্তন করতে থাকে। এই অতিরিক্ত স্থায়িত্ব অণুর রসায়ন পরিবর্তন করে। অ্যারোম্যাটিক যৌগগুলি ইলেক্ট্রোফিলিক অ্যারোম্যাটিক প্রতিস্থাপন এবং নিউক্লিওফিলিক অ্যারোম্যাটিক প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়, তবে কার্বন-কার্বন ডাবল বন্ডের সাথে ইলেক্ট্রোফিলিক সংযোজন বিক্রিয়া হয় না।
বেঞ্জিন এবং টলুইনের মতো অ্যারোম্যাটিক যৌগের প্রাচীনতম-পরিচিত উদাহরণগুলির মধ্যে অনেকেরই স্বতন্ত্র মনোরম গন্ধ রয়েছে। এই বৈশিষ্ট্যটি এই শ্রেণীর যৌগগুলির জন্য "সুগন্ধযুক্ত" শব্দের দিকে পরিচালিত করে এবং তাই অবশেষে আবিষ্কৃত ইলেকট্রনিক সম্পত্তির জন্য "সুগন্ধি" শব্দটি (অ্যারোম্যাটিক)।
অ্যারোম্যাটিক যৌগগুলি সমস্ত জীবের জৈব রসায়নে মূল ভূমিকা পালন করে। চারটি সুগন্ধযুক্ত অ্যামিনো অ্যাসিড হিস্টিডিন, ফিনাইল অ্যালানিন, ট্রিপটোফ্যান এবং টাইরোসিন প্রতিটি প্রোটিনের ২০টি মৌলিক বিল্ডিং ব্লকের মধ্যে একটি হিসাবে কাজ করে। আরও, সমস্ত ৫টি নিউক্লিওটাইড (অ্যাডেনিন, থাইমিন, সাইটোসিন, গুয়ানিন, এবং ইউরাসিল) যা জেনেটিক ক্রম তৈরি করে ডিএনএ এবং আরএনএ-তে, এগুলি অ্যারোম্যাটিক পিউরিন বা পিরিমিডিন। হিম অণু ২২ π ইলেকট্রন সহ একটি অ্যারোম্যাটিক সিস্টেম ধারণ করে। ক্লোরোফিল এরও একটি অনুরূপ অ্যারোম্যাটিসিটি রয়েছে।
অ্যারোম্যাটিক যৌগগুলি শিল্পে গুরুত্বপূর্ণ। বাণিজ্যিক আগ্রহের মূল অ্যারোম্যাটিক হাইড্রোকার্বনগুলি হল বেঞ্জিন, টলুইন, "অর্থো"-জাইলিন এবং "প্যারা"-জাইলিন। প্রতি বছর বিশ্বব্যাপী প্রায় ৩৫ মিলিয়ন টন উৎপাদিত হয়। এগুলি তেল পরিশোধন বা কয়লা আলকার পাতন দ্বারা প্রাপ্ত জটিল মিশ্রণ থেকে নিষ্কাশন করা হয় এবং স্টাইরিন, ফেনল, অ্যানিলিন, পলিয়েস্টার এবং নাইলন সহ বিভিন্ন গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক এবং পলিমার তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়।