बेंजीन रिंग – इसकी खोज के दो शताब्दियों के बाद, सरल लेकिन क्रांतिकारी अणु बेंजीन हमारी दुनिया को आकार दे रहा है। 19वीं सदी में लंदन को रोशन करने वाली गैस से लेकर 21वीं सदी में अत्याधुनिक सामग्री उपलब्ध कराने तक, बेंजीन की यात्रा वैज्ञानिक सरलता, औद्योगिक शक्ति और रासायनिक नवाचार के साथ आने वाली गहन जिम्मेदारी के बारे में बढ़ती जागरूकता का एक सम्मोहक आख्यान है। 1825 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक माइकल फैराडे, जो बिजली और चुंबकत्व में अपने काम के लिए प्रसिद्ध थे, ने लंदन की सड़कों को रोशन करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली रोशन गैस के तैलीय अवशेष से एक नया पदार्थ अलग किया।

जब उन्होंने पाया कि इसमें दो भाग कार्बन और एक भाग हाइड्रोजन है, तो उन्होंने इसे “हाइड्रोजन का बाइकार्बुरेट” नाम दिया और इसके असामान्य गुणों पर ध्यान दिया। (‘कार्ब्युरेट’ कार्बन के एक यौगिक को दर्शाता है।) यह एक मीठी गंध वाला रंगहीन तरल था।

उल्लेखनीय रूप से, यह अत्यधिक असंतृप्त था, जिसका अर्थ है कि इसमें कार्बन में हाइड्रोजन का अनुपात कम था, जो आम तौर पर उच्च प्रतिक्रियाशीलता को इंगित करता है – फिर भी फैराडे का नया पदार्थ आश्चर्यजनक रूप से स्थिर था, जो अन्य असंतृप्त हाइड्रोकार्बन की विशेषता वाली अतिरिक्त प्रतिक्रियाओं का विरोध करता था। यह बहुत कालिख भरी लौ के साथ जल गया, जो इसकी उच्च कार्बन सामग्री का एक और संकेत है।

इसके अलावा, जब रसायनज्ञों ने जल्द ही इसका अनुभवजन्य सूत्र C 6 H 6 निर्धारित किया, तो उन्हें एक और विशिष्टता के साथ प्रस्तुत किया गया। 19वीं सदी के मध्य में, रसायनशास्त्रियों ने कार्बनिक यौगिकों को परमाणुओं की रेखा जैसी श्रृंखलाओं के रूप में समझा।

चक्रीय या वलयाकार अणुओं की अवधारणा अभी तक स्थापित नहीं हुई थी। अनुभवजन्य सूत्र सी 6 एच 6 ने एक महत्वपूर्ण पहेली प्रस्तुत की क्योंकि एक साधारण श्रृंखला संरचना प्रतिक्रियाशीलता के स्तर को बताए बिना कार्बन की संख्या के सापेक्ष इतने कम हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए जिम्मेदार नहीं हो सकती है जो बेंजीन ने प्रदर्शित नहीं की थी। इस सूत्र के साथ किसी भी प्रस्तावित सीधी-श्रृंखला संरचना में कई दोहरे और ट्रिपल बांड होंगे, जो सुझाव देते हैं कि इसे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होना चाहिए, लेकिन जो प्रयोगात्मक टिप्पणियों का खंडन करता है।

दशकों तक, इन परमाणुओं की वास्तविक व्यवस्था एक गहरा रहस्य बनी रही, एक पहेली जिसने युग के महानतम रासायनिक दिमागों को मोहित कर लिया। सफलता 1865 में मिली जब जर्मन रसायनज्ञ ऑगस्ट केकुले ने, प्रसिद्ध रूप से (लेकिन वास्तविक रूप से भी) एक सांप द्वारा अपनी ही पूंछ काटने के दिवास्वप्न से प्रेरित होकर, बेंजीन के लिए एक क्रांतिकारी चक्रीय संरचना का प्रस्ताव रखा। उन्होंने बारी-बारी से सिंगल और डबल बॉन्ड के साथ छह कार्बन परमाणुओं की एक हेक्सागोनल रिंग का सुझाव दिया।

इस शानदार समाधान ने सुगंधित रसायन विज्ञान की विशाल और जटिल दुनिया का द्वार खोल दिया। पेट्रोकेमिकल्स का उदय 19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में बेंजीन की औद्योगिक यात्रा की शुरुआत हुई। शुरू में कोयला टार से निकाला गया, जो इस्पात उद्योग के लिए कोक उत्पादन का एक उपोत्पाद था, बेंजीन को विलायक के रूप में और कुछ आश्चर्यजनक उपभोक्ता-सामना वाले अनुप्रयोगों में प्रारंभिक उपयोग मिला।

इसकी सुखद गंध के कारण, इसका उपयोग आफ्टर-शेव लोशन में भी किया जाता था, और कुछ समय के लिए इसका उपयोग कॉफी को डिकैफ़िनेट करने के लिए भी किया जाता था। इस युग में, आफ्टरशेव का प्राथमिक कार्य शेविंग कटौती से संक्रमण को रोकने और एक सुखद सुगंध प्रदान करने के लिए एंटीसेप्टिक के रूप में कार्य करना था।

20वीं सदी के मध्य में पेट्रोकेमिकल उद्योग के उदय के बाद सामग्रियों की एक विशाल श्रृंखला के लिए मौलिक निर्माण खंड के रूप में बेंजीन की क्षमता को उजागर किया गया। आज, बेंजीन आधुनिक जीवन को रेखांकित करने वाले कई उत्पादों के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण मध्यवर्ती है। बेंजीन पर पेट्रोकेमिकल्स का प्राथमिक प्रभाव इसके उत्पादन को एक सीमित उपोत्पाद से सामूहिक रूप से उत्पादित होने वाली वस्तु में स्थानांतरित करना था।

तब तक बेंजीन विशेष रूप से कोक बनाने के लिए कोयले का उपयोग करने की प्रक्रिया का एक उपोत्पाद था, जिसका उपयोग स्टील के निर्माण के लिए किया जाता था। इसका मतलब था कि दुनिया की बेंजीन की पूरी आपूर्ति सीधे तौर पर स्टील की मांग से जुड़ी थी: उद्योगपति सिर्फ अधिक बेंजीन बनाने का फैसला नहीं कर सकते थे, उन्हें पहले और अधिक स्टील बनाना था, लेकिन यह एक धीमी और पूंजी-गहन प्रक्रिया थी।

लेकिन पेट्रोकेमिकल्स के साथ, प्राथमिक फीडस्टॉक कच्चा तेल और प्राकृतिक गैस तरल पदार्थ बन गए। इसके अलावा, द्वितीय विश्व युद्ध के बाद आए आर्थिक उछाल, विशेष रूप से ऑटोमोबाइल के बढ़ते उपयोग के कारण पेट्रोल का उत्पादन करने के लिए तेल शोधन में बड़े पैमाने पर विस्तार हुआ।

उत्प्रेरक सुधार नामक एक प्रक्रिया रैखिक हाइड्रोकार्बन को बेंजीन, टोल्यूनि और ज़ाइलीन (सामूहिक रूप से बीटीएक्स के रूप में जाना जाता है) सहित सुगंधित यौगिकों में परिवर्तित करके गैसोलीन की ऑक्टेन रेटिंग को बढ़ा सकती है। एक अन्य प्रक्रिया, स्टीम क्रैकिंग, बड़े हाइड्रोकार्बन को गर्म करके उन्हें छोटे, अधिक उपयोगी हाइड्रोकार्बन, मुख्य रूप से एथिलीन और प्रोपलीन (कई प्लास्टिक के निर्माण खंड) में तोड़ देती है।

इस प्रक्रिया का एक प्रमुख उपोत्पाद पायरोलिसिस गैसोलीन है, जो बेंजीन से भी समृद्ध है। इस प्रकार बेंजीन अब स्टील से बंधा नहीं था बल्कि दुनिया के सबसे बड़े और सबसे तेजी से बढ़ते उद्योग: ऊर्जा का सह-उत्पाद था। अचानक, इसकी आपूर्ति प्रचुर और स्केलेबल हो गई।

इसके अलावा, पेट्रोकेमिकल्स के समय से पहले, कोयला टार से बेंजीन को निकालना और शुद्ध करना कठिन और संसाधन-वार (अपेक्षाकृत) अप्रभावी था। परिणामी बेंजीन में अक्सर थियोफीन जैसी अशुद्धियाँ भी होती हैं, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं में हस्तक्षेप कर सकती हैं, जिससे यह पॉलिमर उत्पादन जैसे संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हो जाती है। हालाँकि, पेट्रोकेमिकल्स के बाद, बेंजीन बड़े पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं और उच्च ऊर्जा दक्षता तक पहुँच सकता है।

यहां तक ​​कि शुरुआती पेट्रोकेमिकल रिफाइनरियां भी विशाल और अत्यधिक एकीकृत सुविधाएं थीं। कोयला टार की तुलना में सैकड़ों गुना बड़े पैमाने पर बेंजीन का उत्पादन करने से, प्रति-यूनिट लागत कम हो गई। उद्योग ने सुधार और क्रैकिंग के दौरान उत्पादित बीटीएक्स मिश्रण से शुद्ध बेंजीन को अलग करने के लिए अत्यधिक परिष्कृत तरल-तरल निष्कर्षण और आसवन तकनीक भी विकसित की है।

परिणामस्वरूप उद्योग 99%+ शुद्ध बेंजीन की निरंतर, उच्च मात्रा में आपूर्ति प्रदान कर सका। ‘खुलासा प्रिज्म’ सस्ते और शुद्ध बेंजीन की इस विस्तारित उपलब्धता ने रासायनिक उद्योग के लिए इसके लिए नए बड़े पैमाने पर उपयोग खोजने के लिए एक शक्तिशाली प्रोत्साहन तैयार किया। उनके लिए, यह एक विशिष्ट विलायक से एक प्रचुर और किफायती कच्चे माल में बदल गया था।

इससे सीधे तौर पर तीन प्रमुख रासायनिक मार्गों का विकास और व्यावसायीकरण हुआ जो आज तक दुनिया के अधिकांश बेंजीन का उपभोग करते हैं। (i) बेंजीन को एथिलीन (भाप क्रैकिंग से नव प्रचुर मात्रा में भी) के साथ प्रतिक्रिया करने से एथिलबेन्जीन बनता है, जिसे बाद में स्टाइरीन में बदल दिया जाता है। स्टाइरीन पॉलीस्टाइनिन के लिए मोनोमर है, एक बहुमुखी प्लास्टिक जिसका उपयोग डिस्पोजेबल कप और पैकेजिंग फोम से लेकर उपकरण आवास तक हर चीज के लिए किया जाता है।

(ii) प्रोपलीन (एक अन्य भाप-क्रैकिंग उत्पाद) के साथ बेंजीन की प्रतिक्रिया से क्यूमीन बनता है। यह क्यूमीन प्रक्रिया फिनोल और एसीटोन का उत्पादन करने का प्रमुख औद्योगिक मार्ग है, जो पॉली कार्बोनेट और एपॉक्सी रेजिन जैसे टिकाऊ प्लास्टिक बनाने के लिए आवश्यक हैं।

और (iii): बेंजीन में हाइड्रोजन मिलाने से साइक्लोहेक्सेन बनता है। यह एडिपिक एसिड और कैप्रोलैक्टम के उत्पादन के लिए प्राथमिक अग्रदूत है, नायलॉन 6 और नायलॉन 6,6 बनाने के लिए दो प्रमुख तत्व, फाइबर जिन्होंने कपड़ा उद्योग में क्रांति ला दी और इंजीनियरिंग प्लास्टिक में भी उपयोग किया जाता है। संक्षेप में, पेट्रोकेमिकल उद्योग ने एक आदर्श, आत्म-मजबूत पारिस्थितिकी तंत्र बनाया।

इसकी अपनी प्रक्रियाओं ने सस्ते बेंजीन की विशाल आपूर्ति प्रदान की, जो बदले में उसी प्लास्टिक और सिंथेटिक सामग्री के लिए आवश्यक फीडस्टॉक बन गई जिसने 20 वीं शताब्दी के मध्य में उपभोक्ता और औद्योगिक उछाल को आगे बढ़ाया। बेंजीन की औद्योगिक संतानों की सूची व्यापक है, जिसमें डिटर्जेंट, रंग, स्नेहक, कीटनाशक और फार्मास्यूटिकल्स शामिल हैं। वास्तव में, एक बिंदु पर, अनुमान से पता चला कि अमेरिकन केमिकल सोसाइटी द्वारा सूचीबद्ध सभी रसायनों में से दो-तिहाई में कम से कम एक बेंजीन रिंग होती है।

हालाँकि, बेंजीन के व्यापक औद्योगिक उपयोग की एक महत्वपूर्ण कीमत चुकानी पड़ी। जैसे-जैसे कार्यस्थलों और उपभोक्ता उत्पादों में इसकी उपस्थिति बढ़ी, वैसे-वैसे मानव स्वास्थ्य पर इसके हानिकारक प्रभावों के प्रमाण भी बढ़े।

मीठी गंध वाला तरल, वास्तव में, एक शक्तिशाली विष और कैंसरजन था। बेंजीन की विषाक्तता के शुरुआती संकेतों के साथ-साथ यौगिक के संपर्क में आने वाले श्रमिकों में अप्लास्टिक एनीमिया और अन्य रक्त विकारों की रिपोर्ट भी मिली। 1928 तक, वैज्ञानिकों ने बेंजीन के संपर्क और ल्यूकेमिया के बीच संबंध को पहचान लिया था।

अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट के 1948 के एक अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि बेंजीन एक्सपोज़र का एकमात्र “सुरक्षित” स्तर बिल्कुल भी एक्सपोज़र नहीं है। जैसा कि इतिहासकार क्रिस्टोफर सेलर्स ने 2014 के एक लेख में लिखा था: “जबकि 1930 के दशक में बेंजीन विषाक्तता के तीव्र प्रभावों ने इसे श्रमिकों के मुआवजे कानूनों के लिए अनुशंसित कई औद्योगिक बीमारियों में से एक बना दिया था, 1971 में इसके दीर्घकालिक प्रभावों की बढ़ती सराहना ने इसे द्वितीय विश्व युद्ध के बाद की अवधि का पहला औद्योगिक रसायन बना दिया, जिसे अपने स्वयं के अंतर्राष्ट्रीय श्रम संगठन सम्मेलन द्वारा संबोधित किया गया था। बेंजीन का इतिहास इस प्रकार आधुनिक रासायनिक उत्पादन के वैश्विक प्रसार द्वारा बनाई गई पर्यावरणीय स्वास्थ्य समस्याओं में एक खुलासा करने वाला प्रिज्म प्रदान करता है: दोनों इससे लोगों को कितना नुकसान हुआ और वे उतार-चढ़ाव वाले, क्रमिक और विविध रास्ते, जिनके जरिए इस नुकसान की सीमा का पता चला और उसे नियंत्रित किया गया।

(यदि आप रुचि रखते हैं: विक्रेताओं का लेख बताता है कि कैसे वैज्ञानिकों ने औद्योगिक इनकार और आर्थिक प्रतिरोध से लड़ाई लड़ी और बेंजीन की विषाक्तता और कैंसरजन्यता को साबित करने के लिए दशकों तक संघर्ष किया।) विष विज्ञान पर प्रभाव आज कई अंतरराष्ट्रीय स्वास्थ्य संगठन बेंजीन को एक ज्ञात मानव कैंसरजन के रूप में वर्गीकृत करते हैं: इसका लंबे समय तक संपर्क कई जीवन-घातक स्थितियों से जुड़ा हुआ है, जिसमें तीव्र माइलॉयड ल्यूकेमिया, अप्लास्टिक एनीमिया और मायलोइड्सप्लास्टिक शामिल हैं। सिंड्रोम.

इस बढ़ती समझ का उद्योग और अनुसंधान दोनों पर गहरा प्रभाव पड़ा। 1980 के दशक में सामान्य प्रयोजन विलायक के रूप में इसका उपयोग तेजी से कम हो गया और टोल्यूनि जैसे सुरक्षित विकल्पों ने इसकी जगह ले ली। कार्यस्थल में बेंजीन के जोखिम और पेट्रोल जैसे उपभोक्ता उत्पादों में इसकी सामग्री पर नियामक निकायों की सीमाओं ने भी बंद-प्रणाली निर्माण प्रक्रियाओं में नवाचार को बढ़ावा दिया और श्रमिकों के जोखिम को कम करने के लिए व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरणों के विकास को बढ़ावा दिया।

20वीं सदी के मध्य में बेंजीन की कई प्रारंभिक व्यावसायिक सीमाएँ अक्सर खतरनाक रूप से ऊँची थीं, कभी-कभी 100 भाग प्रति मिलियन (पीपीएम) तक। 1987 में, अमेरिकी सरकार ने ‘अनुमेय एक्सपोज़र सीमा’ को 10 पीपीएम से घटाकर केवल 1 पीपीएम (आठ घंटे से अधिक का औसत भार) कर दिया। यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर ऑक्यूपेशनल सेफ्टी एंड हेल्थ ने केवल 0 की सीमा की सिफारिश की।

1 पीपीएम, अनिवार्य रूप से किसी भी पता लगाने योग्य स्तर को खतरनाक मानता है। यूरोपीय संघ में, हालिया अपडेट (निर्देश संख्या 2022/431 सहित) ने बाध्यकारी व्यावसायिक जोखिम सीमा को उत्तरोत्तर घटाकर 0 कर दिया है।

2 पीपीएम. पेट्रोल आम जनता के लिए बेंजीन जोखिम का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत है। ऐतिहासिक रूप से, पेट्रोल में बेंजीन की मात्रा मात्रा के हिसाब से 5% या अधिक हो सकती है।

जवाब में, अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी के मोबाइल सोर्स एयर टॉक्सिक्स (एमएसएटी II) नियम, जो 2011 तक पूरी तरह से लागू हुए, ने गैसोलीन में वार्षिक औसत बेंजीन सामग्री को मात्रा के हिसाब से केवल 0.62% तक सीमित कर दिया।

इसी तरह, यूरोपीय संघ ईंधन गुणवत्ता निर्देश पेट्रोल में बेंजीन सामग्री को मात्रा के हिसाब से अधिकतम 1% तक सीमित करता है। इन उपायों से पहले, जहाजों, रेलवे कारों और टैंकर ट्रकों जैसे परिवहन जहाजों की लोडिंग और अनलोडिंग के दौरान बेंजीन वाष्प अक्सर वायुमंडल में निकल जाते थे।

उद्योग ने वाष्प रिकवरी इकाइयों को स्थापित करके प्रतिक्रिया व्यक्त की, जिसने इन विस्थापित वाष्पों को पकड़ लिया और या तो उन्हें पुन: उपयोग के लिए तरल रूप में संघनित कर दिया या उन्हें सुरक्षित रूप से जला दिया, जिससे उन्हें श्रमिकों या पर्यावरण तक पहुंचने से रोका गया। पारंपरिक पंप यांत्रिक सील का उपयोग करते हैं जो समय के साथ खराब हो सकते हैं, जिससे बेंजीन के छोटे भगोड़े उत्सर्जन होते हैं जो अदृश्य होते हैं लेकिन फिर भी खतरनाक होते हैं।

नए मानकों को पूरा करने के लिए, सुविधाओं ने चुंबकीय ड्राइव पंपों को अपनाया, जिन्हें वायुरोधी होने के लिए सील किया गया है और रिसाव के लिए कोई घूमने वाली सील नहीं है; बाद में बेलो-सील्ड वाल्वों ने इन रिसाव बिंदुओं को पूरी तरह से समाप्त कर दिया। नियमों ने रिफाइनरियों और रासायनिक संयंत्रों को कठोर रिसाव का पता लगाने और मरम्मत कार्यक्रमों को लागू करने के लिए भी मजबूर किया, जो अक्सर इन्फ्रारेड कैमरों जैसे उन्नत तरीकों का उपयोग करते हैं जो अदृश्य बेंजीन प्लम को ‘देख’ सकते हैं, जिससे इंजीनियरों को छोटी से छोटी लीक को भी तुरंत पहचानने और मरम्मत करने की अनुमति मिलती है।

जो लोग बेंजीन के साथ काम करते हैं उन्हें मानकीकृत लेटेक्स या नाइट्राइल दस्ताने की अधिक आवश्यकता होती है: यौगिक तेजी से इन सामग्रियों में प्रवेश कर सकता है और त्वचा के माध्यम से अवशोषित हो सकता है। इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने दस्ताने और सूट के लिए पॉलीविनाइल अल्कोहल और विटॉन जैसे फ्लोरोएलेस्टोमर्स जैसे विशेष सामग्री विकसित की, जो सुगंधित सॉल्वैंट्स के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी हैं। क्योंकि बेंजीन में खराब चेतावनी गुण होते हैं – इसकी मीठी गंध केवल सुरक्षित स्तर से काफी ऊपर की सांद्रता में ही पहचानी जा सकती है – मानक धूल मास्क या बुनियादी श्वासयंत्र भी अपर्याप्त हैं।

संभावित जोखिम वाले क्षेत्रों में श्रमिकों को इसके बजाय विशिष्ट कार्बनिक वाष्प कार्ट्रिज के साथ फुल-फेस रेस्पिरेटर्स का उपयोग करना चाहिए; उच्च जोखिम वाले परिदृश्यों में उन्हें घातक वाष्प के शून्य साँस लेना सुनिश्चित करने के लिए स्व-निहित श्वास उपकरण या आपूर्ति-वायु प्रणाली अपनाने की आवश्यकता होती है। इस तरह, बेंजीन की कहानी सार्वजनिक कल्याण की रक्षा में विष विज्ञान और व्यावसायिक स्वास्थ्य अनुसंधान की महत्वपूर्ण भूमिका पर भी प्रकाश डालती है।

इसके जोखिमों को समझने और कम करने के दशकों लंबे प्रयास से रासायनिक यौगिकों की सुरक्षा का आकलन करने की हमारी क्षमता में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है और साथ ही रासायनिक उद्योग की नैतिक जिम्मेदारियों को भी रेखांकित किया गया है। परमाणुओं की अदला-बदली जैसे-जैसे हम भविष्य की ओर देखते हैं, बेंजीन की कथा विकसित होती रहती है।

इसकी विषाक्तता और प्राथमिक फीडस्टॉक के रूप में जीवाश्म ईंधन पर इसकी निर्भरता की दोहरी चुनौतियां नवाचार की एक नई लहर चला रही हैं। आज, शोधकर्ता सक्रिय रूप से बेंजीन के उत्पादन के लिए अधिक टिकाऊ तरीकों की खोज कर रहे हैं।

एक आशाजनक मार्ग जैव-आधारित मार्गों का विकास है, जो ‘हरित’ बेंजीन बनाने के लिए बायोमास और लिग्निन जैसे नवीकरणीय फीडस्टॉक्स का उपयोग करते हैं (जहाँ तक कि इस तरह का पदार्थ ‘हरा’ हो सकता है)। इन प्रक्रियाओं का उद्देश्य बेंजीन उत्पादन के कार्बन पदचिह्न के साथ-साथ पेट्रोलियम पर मानव जाति की निर्भरता को कम करना है। अध्ययन का एक अन्य क्षेत्र बेंजीन और अन्य मूल्यवान सुगंधित यौगिकों का उत्पादन करने के लिए प्लास्टिक कचरे का रासायनिक पुनर्चक्रण है, जो प्लास्टिक प्रदूषण की बढ़ती समस्या का संभावित समाधान भी पेश करता है।

अनुसंधान और विकास का फोकस बेंजीन और उसके डेरिवेटिव के लिए सुरक्षित विकल्प बनाने पर है, जिसमें ऐसे नए अणुओं को डिजाइन करना शामिल है जो बेंजीन वाले यौगिकों के उपयोगी गुणों की नकल करते हैं और उनके हानिकारक विषाक्त प्रोफाइल से बचते हैं। उदाहरण के लिए, फार्मास्युटिकल उद्योग में, रसायनज्ञ अपनी सुरक्षा में सुधार के लिए दवा उम्मीदवारों में बेंजीन को बदलने के लिए हेट्रोसाइक्लिक रिंगों के उपयोग की खोज कर रहे हैं। बेंजीन में, वलय छह कार्बन परमाणुओं के एक बंद लूप द्वारा बनता है।

हेटरोसायक्लिक रिंग में, उनमें से एक या अधिक कार्बन परमाणुओं को एक अलग परमाणु से बदल दिया जाता है। इस भिन्न परमाणु को हेटरोएटम कहा जाता है।

कार्बनिक रसायन विज्ञान में सबसे आम हेटरोएटम नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और सल्फर हैं। ये छोटे-छोटे स्विच बड़ा बदलाव लाते हैं। उदाहरण के लिए, बेंजीन एक तेल है: यह पानी से नफरत करता है।

कई दवाओं को प्रभावी होने के लिए रक्तप्रवाह (जो ज्यादातर पानी होता है) में घुलनशील होना आवश्यक है। नाइट्रोजन और ऑक्सीजन परमाणु पानी के साथ हाइड्रोजन बंधन बना सकते हैं, जिससे अणु की घुलनशीलता नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। इसलिए नाइट्रोजन हेटेरोएटम के लिए कार्बन परमाणु की अदला-बदली एक बेकार तैलीय यौगिक और एक व्यवहार्य दवा के बीच अंतर हो सकती है।

दरअसल, जब बेंजीन में सी-एच बांड में से एक को नाइट्रोजन से बदल दिया जाता है, तो बेंजीन पाइरीडीन बन जाता है, जो एक बहुत ही सामान्य हेटरोसायकल है। यहां नाइट्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की एक अकेली जोड़ी होती है, जो इसे थोड़ा नकारात्मक रूप से चार्ज करती है और इस प्रकार बुनियादी होती है। यह इसे अणु के लिए ‘हैंडल’ के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है।

शरीर में एक लक्ष्य प्रोटीन या एंजाइम इस ‘हैंडल’ को पकड़ सकता है और विशिष्ट हाइड्रोजन बांड या आयनिक बांड बना सकता है। हेटरोएटम इस प्रकार किसी दवा को ताले में फिट होने वाली चाबी की तरह अधिक सटीकता से अपने लक्ष्य तक पहुंचने की अनुमति दे सकता है। इसके अलावा, मानव शरीर एंजाइमों का उपयोग करके मुख्य रूप से यकृत में दवाओं को तोड़ता है।

बेंजीन स्वयं अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और विषाक्त यौगिकों में परिवर्तित हो जाता है जो डीएनए को नुकसान पहुंचा सकता है और कैंसर का कारण बन सकता है। बेंजीन रिंग को पाइरीडीन से प्रतिस्थापित करके, रसायनज्ञ अक्सर इन चयापचय मार्गों को अवरुद्ध या बदल सकते हैं।

हेटेरोएटम रिंग को टूटने के प्रति अधिक प्रतिरोधी बना सकता है या यह हानिरहित उपोत्पाद उत्पन्न करने के लिए चयापचय को निर्देशित कर सकता है। सावधान करने वाली कहानी इसके अलावा, बेंजीन और इसके डेरिवेटिव भी उन्नत सामग्रियों और प्रौद्योगिकियों में नए अनुप्रयोग ढूंढ रहे हैं।

रसायनज्ञ उच्च-प्रदर्शन बैटरी और हल्के पदार्थों में उपयोग के लिए बेंजीन-आधारित पॉलिमर की जांच कर रहे हैं जो उच्च गर्मी सहन कर सकते हैं – ये सभी गुण एयरोस्पेस उद्योग में बेशकीमती हैं। बेंजीन रिंग के अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुण इसे पॉलिमर और अन्य उन्नत इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों के संचालन के विकास में रुचि का विषय बनाते हैं। बेंजीन रिंग में प्रत्येक कार्बन परमाणु में पी-ऑर्बिटल में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन रहता है, जो रिंग के समतल तल के ऊपर और नीचे चिपका रहता है।

तीन अलग-अलग दोहरे बंधन बनाने के बजाय, ये छह इलेक्ट्रॉन एक एकल, निरंतर प्रणाली में विलीन हो जाते हैं। ऐसा कहा जाता है कि वे स्थानीयकृत हो गए हैं, जिसका अर्थ है कि वे अब किसी एक कार्बन परमाणु से जुड़े नहीं हैं बल्कि सभी छह द्वारा समान रूप से साझा किए जाते हैं।

यह घटना इलेक्ट्रॉनों के दो डोनट-आकार के बादल बनाती है, एक रिंग के ऊपर और एक नीचे। ये इलेक्ट्रॉन अपनी जगह पर स्थिर नहीं होते हैं बल्कि इन डोनट्स के भीतर कहीं भी जाने के लिए स्वतंत्र होते हैं। मोबाइल, आसानी से सुलभ इलेक्ट्रॉनों के इस बादल के लिए धन्यवाद, एक एकल बेंजीन रिंग एक इन्सुलेटर है लेकिन बड़ी सामग्रियों के निर्माण के लिए एक साथ जुड़े रिंगों में अधिक विविध इलेक्ट्रॉनिक गुण हो सकते हैं।

उदाहरण के लिए, एक संवाहक बहुलक बनाने में प्राथमिक चुनौती इलेक्ट्रॉनों के लिए लंबी दूरी तक यात्रा करने के लिए एक मार्ग बनाना है। वैज्ञानिक एक ‘सड़क’ बनाकर इसे हासिल करते हैं जो एक लंबी पॉलिमर श्रृंखला के साथ एकल बेंजीन रिंग के इलेक्ट्रॉन राजमार्ग का विस्तार करती है।

वे बेंजीन रिंगों को एक श्रृंखला में एक साथ जोड़कर शुरू करते हैं: यदि वे एक विशिष्ट तरीके से जुड़े हुए हैं, तो रिंगों को जोड़ने वाले वैकल्पिक सिंगल और डबल बॉन्ड के साथ, प्रत्येक रिंग के व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन बादल ओवरलैप और विलय कर सकते हैं। यह एक सतत, डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन प्रणाली बनाता है जो एक इलेक्ट्रॉन सुपरहाइवे की तरह, पॉलिमर श्रृंखला की पूरी लंबाई को चलाता है।

अपनी शुद्ध अवस्था में यह बहुलक एक अर्धचालक होगा, वास्तविक चालक नहीं। इसे अत्यधिक प्रवाहकीय बनाने के लिए, इसे डोप करना होगा, अर्थात एक रासायनिक एजेंट जोड़ना होगा जो या तो श्रृंखला से इलेक्ट्रॉनों को हटा देगा या इसमें अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन जोड़ देगा। किसी स्थान से एक इलेक्ट्रॉन को हटाने से उस स्थान पर एक धनात्मक आवेशित छिद्र बन जाता है।

श्रृंखला के पड़ोसी हिस्से से एक इलेक्ट्रॉन आसानी से इस छेद में कूद सकता है, और अपने मूल स्थान पर एक नया छेद छोड़ सकता है। इस तरह, एक छेद श्रृंखला के साथ प्रभावी ढंग से घूम सकता है, और सकारात्मक चार्ज की यह गति विद्युत प्रवाह का एक रूप है। एक इलेक्ट्रॉन जोड़ने से एक मोबाइल नकारात्मक चार्ज भी बन सकता है जो श्रृंखला के साथ-साथ प्रवाहित हो सकता है, जिससे करंट उत्पन्न हो सकता है।

इस प्रकार हमारे पास पॉलिमर पॉलीएनिलिन है, जिसकी चालकता को अम्लता को बदलकर चालू और बंद किया जा सकता है, जिससे यह रासायनिक सेंसर और एंटीकोर्सोशन कोटिंग्स के लिए उपयोगी हो जाता है। पॉलिमर पॉली (पी-फेनिलीन विनाइलीन), या पीपीवी, छोटे डबल-बॉन्ड खंडों से जुड़े बेंजीन रिंगों से बना होता है। यह न केवल बिजली का संचालन करता है बल्कि जब इसमें करंट प्रवाहित किया जाता है तो प्रकाश भी उत्सर्जित करता है, जिससे यह पॉलिमर एलईडी के विकास का आधार बन जाता है।

दरअसल, मोबाइल इलेक्ट्रॉनों के दोहन का यही सिद्धांत कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की नई पीढ़ी के लिए केंद्रीय है: ऐसे उपकरण जो लचीले, हल्के होते हैं और सस्ते में निर्मित किए जा सकते हैं। ऑर्गेनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) व्यावसायिक रूप से सबसे सफल अनुप्रयोग हैं। अधिकांश हाई-एंड स्मार्टफोन और टीवी की स्क्रीन OLED हैं।

ओएलईडी में, विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए कार्बनिक अणुओं की पतली फिल्में, जिनमें से कई में बेंजीन के छल्ले होते हैं, इलेक्ट्रोड के बीच सैंडविच होती हैं। जब वोल्टेज लगाया जाता है, तो यह सकारात्मक छिद्रों और नकारात्मक इलेक्ट्रॉनों को कार्बनिक परत में इंजेक्ट करता है। जब वे मिलते हैं, तो वे प्रकाश के फोटॉन के रूप में अपनी ऊर्जा छोड़ते हैं।

अणु की रासायनिक संरचना को बदलकर प्रकाश के विशिष्ट रंग को समायोजित किया जा सकता है। ऑर्गेनिक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (ओएफईटी) प्लास्टिक इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण खंड हैं, जो स्विच और एम्पलीफायर के रूप में कार्य करते हैं जो कंप्यूटिंग के लिए मौलिक हैं।

पेंटासीन, जिसमें पांच बेंजीन रिंग एक पंक्ति में एक साथ जुड़े हुए हैं, का उपयोग अर्धचालक परत के रूप में किया जाता है। हालांकि ओएफईटी अभी तक सिलिकॉन जितना तेज़ नहीं है, फिर भी ओएफईटी को लचीले प्लास्टिक सब्सट्रेट्स पर मुद्रित किया जा सकता है, जो स्मार्ट लेबल, लचीले डिस्प्ले और पहनने योग्य मेडिकल सेंसर जैसे अनुप्रयोगों के लिए द्वार खोलता है।

ऑर्गेनिक फोटोवोल्टेइक अनिवार्य रूप से रिवर्स में ओएलईडी हैं। बेंजीन रिंग वाले कार्बनिक अणुओं को उत्कृष्ट प्रकाश अवशोषक के रूप में डिज़ाइन किया गया है। जब सूरज की रोशनी सामग्री पर पड़ती है, तो यह मोबाइल इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करती है, जिससे एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी बनती है जिसे अलग किया जा सकता है और विद्युत प्रवाह के रूप में एकत्र किया जा सकता है।

लक्ष्य सस्ते, लचीले और यहां तक ​​कि पारदर्शी सौर सेल बनाना है जिन्हें खिड़कियों या कपड़ों में एकीकृत किया जा सकता है। अपनी खोज के दो सौ साल बाद भी, बेंजीन गहन महत्व और जटिलता का एक अणु बना हुआ है।

स्ट्रीट लाइटिंग के एक विचित्र उपोत्पाद से लेकर वैश्विक अर्थव्यवस्था की धुरी बनने तक की इसकी यात्रा हमारी दुनिया को बदलने के लिए रासायनिक विज्ञान की शक्ति का प्रमाण है। फिर भी इसकी कहानी सावधान करने वाली भी है – संभावित परिणामों की गहरी और विकसित समझ के साथ नवाचार को संतुलित करने की महत्वपूर्ण आवश्यकता की याद दिलाती है। मुकुंठ.

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