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Synthesis, fluorescence properties, and electrochemical behavior of highly substituted imidazole/benzofuran hybrid derivatives

यह शोध पत्र दो अलग-अलग सिंथेटिक मार्गों के माध्यम से नवीन अत्यधिक प्रतिस्थापित इमिडाज़ोल-बेंज़ोफ्यूरान हाइब्रिड डेरिवेटिव्स के संश्लेषण की रिपोर्ट करता है और स्पेक्ट्रोस्कोपिक एवं साइक्लिक वोल्टामेट्री तकनीकों का उपयोग करके उनके संरचनात्मक, ऑप्टिकल और इलेक्ट्रोकेमिकल गुणों का लक्षण वर्णन करता है।

मूल लेखक: Erfan Jalilzadeh-Galeh¹, Zarrin Ghasemi, Somayeh Rashtabad Jadidi¹, Farima Shiri

प्रकाशित 2026-07-13

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Erfan Jalilzadeh-Galeh¹, Zarrin Ghasemi, Somayeh Rashtabad Jadidi¹, Farima Shiri

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि आप एक आणविक वास्तुकार (molecular architect) हैं जो एक नए प्रकार की चमकने वाली ईंट बनाने की कोशिश कर रहे हैं। ये साधारण ईंटें नहीं हैं; ये सूक्ष्म, हाइब्रिड संरचनाएं हैं जिन्हें दो बहुत ही अलग लेगो सेट्स को आपस में जोड़कर बनाया गया है: एक इमिडाज़ोल (एक रिंग जो धातुओं को पकड़ना और रसायन विज्ञान करना पसंद करती है) और एक बेंज़ोफ्यूरान (एक रिंग जो चमकने के लिए प्रसिद्ध है और एक जैविक सुपरहीरो की तरह कार्य करती है)। लक्ष्य यह देखना है कि क्या ये नए "हाइब्रिड ईंट" चमक सकते हैं, बिजली का संचालन कर सकते हैं, या शायद दोनों।

दो निर्माण योजनाएं

शोधकर्ताओं ने इन चमकने वाले हाइब्रिड्स को बनाने के लिए केवल सामग्री को एक बर्तन में नहीं फेंका और उम्मीद नहीं की। उन्होंने इन चमकने वाले हाइब्रिड्स को बनाने के लिए दो अलग-अलग निर्माण ब्लूप्रिंट का प्रयास किया।

योजना A: "वन-पॉट" स्प्रिंट (एक ही बर्तन में दौड़)
इसे एक उच्च-गति वाली रिले रेस की तरह सोचें जहाँ बैटन कभी भी धावक के हाथ से नहीं छूटता। टीम ने एक विशिष्ट शुरुआती ब्लॉक जिसे सैलिसिलैल्डिहाइड (जिसमें एक इमिडाज़ोल रिंग जुड़ी होती है) कहा जाता है, से शुरुआत की और इसे पोटेशियम कार्बोनेट ( $K_2CO_3$ ) नामक एक बेस के घोल में एथिल ब्रोमोएसीटेट के साथ मिलाया।

जादू: एक ही चरण में, अणुओं ने एक-दूसरे को पकड़ा, अपने हिस्से बदले और बेंज़ोफुरान नामक एक नई आकृति में फिट हो गए।
परिणाम: उन्होंने इन चमकने वाली ईंटों के चार अलग-अलग संस्करण सफलतापूर्वक बनाए (जिन्हें 2a से 2d के रूप में लेबल किया गया है)। यह तेज़ था, कुशल था, और इसने बहुत अच्छी तरह काम किया।

योजना B: "मल्टी-स्टेप" यात्रा (बहु-चरणीय यात्रा)
यह मार्ग चार अलग-अलग चेकपॉइंट्स वाली एक खजाने की खोज की तरह था।

चेकपॉइंट 1 (विटिग अभिक्रिया): उन्होंने शुरुआती ब्लॉकों को लिया और उन्हें लंबी, लहरदार श्रृंखलाओं जिन्हें ट्रांस एथिल 2-हाइड्रॉक्सीसिनामाटेस कहा जाता है, में खींचने के लिए एक विशेष रासायनिक उपकरण (ट्राइफेनिलफॉस्फीन या ट्राइब्यूटिलफॉस्फीन) का उपयोग किया। उन्होंने विभिन्न उपकरणों और तापमानों का परीक्षण किया, और अंततः पाया कि ट्राइब्यूटिलफॉस्फीनियम साल्ट का उपयोग करना, 1.5 इक्विवेलेंट पोटेशियम कार्बोनेट के साथ, कमरे के तापमान पर 2 घंटे के लिए करना एक आदर्श रेसिपी थी, जिससे पहले चरण में 100% सफलता दर मिली।
चेकपॉइंट 2 (स्नैप-ऑन): इसके बाद, उन्होंने श्रृंखला से एक और टुकड़ा जोड़ा (एथिल ब्रोमोएसीटेट), जिससे एक "ईथर इंटरमीडिएट" बना। यह चरण एक सूटकेस में हैंडल जोड़ने जैसा था।
चेकपॉइंट 3 (फोल्ड): यहाँ, अणु को अपने आप में मुड़ना था। उन्होंने मिश्रण को 100°C तक गर्म किया और 3.5 इक्विवेलेंट पोटेशियम कार्बोनेट का उपयोग किया। इसने अणु को एक नया रिंग बनाने के लिए मजबूर किया, जिससे एक "डाइहाइड्रोबेंज़ोफ्यूरान" बना। यदि उन्होंने पर्याप्त बेस या गर्मी का उपयोग नहीं किया, तो अणु वहीं पड़ा रहता; यदि उन्होंने इसे बहुत अधिक (120°C) तक गर्म किया, तो यह टूट जाता। सही बिंदु 100°C के लिए 4 घंटे था, जिससे लगभग 78% उत्पाद प्राप्त हुआ।
चेकपॉइंट 4 (ग्लो-अप): मुड़ा हुआ अणु अभी पूरी तरह से चमकने के लिए तैयार नहीं था; इसे एक पूर्ण, सपाट, चमकते हुए बेंज़ोफ्यूरान बनने के लिए कुछ हाइड्रोजन परमाणुओं को खोने की आवश्यकता थी। उन्होंने इसे करने के लिए कई अलग-अलग "ऑक्सीकरण एजेंटों" (रसायन जो इलेक्ट्रॉन चुराते हैं) का परीक्षण किया।
- उन्होंने मजबूत एसिड और हवा का परीक्षण किया, लेकिन कुछ नहीं हुआ।
- उन्होंने एक ब्रोमीन-आधारित रसायन (NBS) का परीक्षण किया, जिसने थोड़ा काम किया (31% यील्ड)।
- विजेता: उन्होंने पाया कि कार्बन टेट्राक्लोराइड ( $CCl_4$ ) में N-क्लोरोसक्सिनिमाइड (NCS) सबसे अच्छा उपकरण था। इसने 43% की उच्चतम यील्ड दी। पेपर सुझाव देता है कि यह ब्रोमीन संस्करण की तुलना में बेहतर काम कर रहा था क्योंकि क्लोरीन के साथ बना बंधन अधिक मजबूत होता है, जिससे प्रतिक्रिया अधिक कुशल हो जाती है।

प्रकाश का खेल (द लाइट शो)

एक बार जब ईंटें बन गईं, तो टीम ने यह देखने के लिए लाइट चालू की कि वे कैसे व्यवहार करते हैं। उन्होंने यौगिकों को इथेनॉल में घोला और उन पर प्रकाश की एक किरण डाली।

अवशोषण (Absorption): सभी नए अणुओं ने 263–288 nm की सीमा में प्रकाश को सोखना पसंद किया। एक विशिष्ट अणु, 2d, प्रकाश सोखने में चैंपियन था, जिसका विशाल अवशोषण गुणांक 6.00 × 10⁴ M⁻¹cm⁻¹ था। इसके विपरीत, डेरिवेटिव 5g ने सबसे कम अवशोषण गुणांक (0.65 × 10⁴ M⁻¹cm⁻¹) प्रदर्शित किया, जो विभिन्न संरचनाओं में ऑप्टिकल गुणों की महत्वपूर्ण भिन्नता को उजागर करता है।
उत्सर्जन (Emission): जब वे वापस चमकते थे, तो वे लंबे तरंग दैर्ध्य (wavelengths) पर प्रकाश उत्सर्जित करते थे। "स्टोक्स शिफ्ट" (वह प्रकाश जो उन्होंने खाया और जो उन्होंने उगल दिया उसके बीच का अंतर) 93 nm से 147 nm के बीच था।
चमक का कारक (The Glow Factor): उनकी चमक को मापने के लिए, टीम ने एक मानक चमकने वाले पत्थर जिसे नेफ़थलीन (naphthalene) कहा जाता है, से तुलना की। सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करने वाले अंतिम बेंज़ोफ्यूरान उत्पाद 6b, 6f, और 6g थे, जिनका क्वांटम यील्ड क्रमशः 0.49, 0.30, और 0.45 था। इसका मतलब है कि वे अवशोषित प्रकाश को उत्सर्जित प्रकाश में बदलने में काफी कुशल थे।

विद्युत स्पंदन (द इलेक्ट्रिक पल्स)

अंत में, टीम यह जानना चाहती थी कि क्या ये चमकने वाली ईंटें बिजली भी संचालित कर सकती हैं। उन्होंने सक्रिय कार्बन (एक स्पंज जैसी सामग्री) के साथ अपने अणुओं को मिलाया और पोटेशियम हाइड्रोक्साइड के घोल में परीक्षण किया।

परीक्षण: उन्होंने पदार्थ के माध्यम से बिजली को आगे और पीछे भेजने के लिए साइक्लिक वोल्टामेट्री (CV) नामक मशीन का उपयोग किया।
खोज: मशीन ने स्पष्ट "पीक्स" दिखाईं जहाँ अणु इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर रहे थे और खो रहे थे। इससे सिद्ध हुआ कि बिजली का भंडारण केवल एक सरल बैटरी प्रभाव नहीं था; यह एक फैराडिक (Faradaic) प्रक्रिया थी, जिसका अर्थ है कि अणु चार्ज को स्टोर करने के लिए रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया कर रहे थे।
गति सीमा: जब उन्होंने परीक्षण को तेज़ किया (स्कैन रेट को 10 mV/s से बढ़ाकर 100 mV/s किया), तो करंट बढ़ गया। हालाँकि, पेपर सुझाव देता है कि ऐसा इसलिए हो सकता है क्योंकि इलेक्ट्रोलाइट (चार्ज ले जाने वाला तरल) उच्च गति पर स्पंज में पर्याप्त तेज़ी से प्रवेश नहीं कर सका, जिससे करंट का संचय हुआ।

क्या काम नहीं आया?

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि शोधकर्ताओं ने क्या आज़माया और त्याग दिया।

उन्होंने मुड़े हुए अणुओं को अंतिम चमकते बेंज़ोफ्यूरान में बदलने के लिए DDQ, नाइट्रिक एसिड, या केवल हवा का उपयोग करने को स्पष्ट रूप से खारिज कर दिया; इन तरीकों के परिणामस्वरूप कोई प्रतिक्रिया नहीं हुई।
उन्होंने पाया कि NBS (ब्रोमीन-आधारित) का उपयोग करना NCS (क्लोरीन-आधारित) की तुलना में कम प्रभावी था।
उन्होंने पाया कि फोल्डिंग स्टेप को 120°C तक गर्म करने से वास्तव में यील्ड को नुकसान पहुँचा, जिससे यह 78% से गिरकर 53% रह गई।
एक विशिष्ट अणु 6e (जिसमें 3-थिएनिल समूह है), अंतिम ऑक्सीकरण चरण के दौरान बनने से इनकार कर गया, जिसकी यील्ड 0% रही।

निचोड़ (द बॉटम लाइन)

पेपर सफलतापूर्वक प्रदर्शित करता है कि आप दो अलग-अलग रास्तों का उपयोग करके इन जटिल, चमकने वाले हाइब्रिड अणुओं को बना सकते हैं। "वन-पॉट" विधि तेज़ है, जबकि "मल्टी-स्टेप" विधि अंतिम डिज़ाइन में विविधता की अनुमति देती है। परिणामी अणुओं की पुष्टि उनके चमकने से की गई है और वे बिजली को स्टोर करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं। लेखकों ने इन गुणों को सीधे लैब में मापा है, यह पुष्टि करते हुए कि ये नई संरचनाएं वास्तविक, स्थिर और ऑप्टिकली सक्रिय हैं, जो सेंसर या लाइट-एमिटिंग डिवाइस जैसे उपयोगों के लिए मार्ग प्रशस्त करती हैं, हालांकि पेपर स्वयं ऐसे उपकरण बनाने तक नहीं रुकता है।

तकनीकी सारांश: अत्यधिक प्रतिस्थापित इमिडाज़ोल/बेंज़ोफ्यूरान हाइब्रिड डेरिवेटिव्स का संश्लेषण, प्रतिदीप्ति गुण और इलेक्ट्रोकेमिकल व्यवहार

समस्या विवरण
ऑक्सीजन हेटरोसाइक्लिक्स, विशेष रूप से बेंज़ोफ्यूरान और डाइहाइड्रोबेंज़ोफ्यूरान डेरिवेटिव्स, अपनी महत्वपूर्ण जैविक गतिविधियों (एंटी-कैंसर, एंटी-ऑक्सीडेंट, एंटी-इंफ्लेमेटरी) और कार्बनिक फ्लोरोसेंट ब्राइटनर्स, OLEDs, और केमोसेंसर्स सहित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों के अनुप्रयोगों के लिए पहचाने जाते हैं। हालांकि बेंज़ोफ्यूरान के संश्लेषण के लिए विभिन्न विधियाँ मौजूद हैं, जैसे कि सैलिसिलएल्डिहाइड और $\alpha$ -हेलोकेटोन या $\alpha$ -हेलोएस्टर के बीच अभिक्रियाएं, नवीन हाइब्रिड संरचनाओं के लिए कुशल सिंथेटिक मार्गों की निरंतर आवश्यकता बनी हुई है। विशेष रूप से, अत्यधिक प्रतिस्थापित इमिडाज़ोल को बेंज़ोफ्यूरान कोर के साथ एकीकृत करना विविध अनुप्रयोगों के लिए क्षमता प्रदान करता है। यह कार्य नए इमिडाज़ोल-बेंज़ोफ्यूरान हाइब्रिड डेरिवेटिव्स के संश्लेषण और उनके ऑप्टिकल एवं इलेक्ट्रोकेमिकल गुणों के मूल्यांकन की आवश्यकता को संबोधित करता है।

कार्यप्रणाली
लेखकों ने ट्राईएरिलीमिडाज़ोल मोइटीज़ से जुड़े मोनोप्रतिस्थापित बेंज़ोफ्यूरान डेरिवेटिव्स की एक श्रृंखला उत्पन्न करने के लिए दो अलग-अलग सिंथेटिक रणनीतियों का उपयोग किया।

वन-पॉट संश्लेषण (विधि 1):
- पूर्ववर्ती (Precursors): 5-(ट्राईएरिलीमिडाज़ोल-1-yl) सैलिसिलएल्डिहाइड डेरिवेटिव्स (1a–d) को डफ फॉर्मिलेशन (Duff formylation) के माध्यम से तैयार किया गया।
- अभिक्रिया: इन सैलिसिलएल्डिहाइड्स को DMF में 80°C पर पोटेशियम कार्बोनेट ( $K_2CO_3$ ) की उपस्थिति में एथिल ब्रोमोएसीटेट के साथ अभिकृत किया गया।
- तंत्र (Mechanism): इस प्रक्रिया में न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन के बाद एक इंट्रा-मॉलिक्युलर नोवेनेगल कंडेनसेशन (Knoevenagel condensation) शामिल है, जो सीधे बेंज़ोफ्यूरान डेरिवेटिव्स (2a–d) प्रदान करता है।
बहु-चरणीय संश्लेषण (विधि 2):
- चरण 1 (विटिग अभिक्रिया): सैलिसिलएल्डिहाइड डेरिवेटिव्स (1a–h) को उच्च उपज (94–100%) में trans-एथिल 2-हाइड्रॉक्सीसिनामाटे (3a–h) के संश्लेषण के लिए ट्रीब्यूटिलफॉस्फोनियम ब्रोमाइड और $K_2CO_3$ के साथ कमरे के तापमान पर अभिकृत किया गया।
- चरण 2 (ईथर निर्माण): यौगिकों 3a–h के हाइड्रॉक्सिल समूह का DMF में 60°C पर $K_2CO_3$ की उपस्थिति में एथिल ब्रोमोएसीटेट के साथ न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन हुआ, जिससे ईथर मध्यवर्ती (4a–h) प्राप्त हुए।
- चरण 3 (इंट्रा-मॉलिक्युलर माइकल एडिशन): मध्यवर्ती 4a–h को 100°C पर DMF में 3.5 समकक्ष $K_2CO_3$ के साथ उपचारित किया गया ताकि इंट्रा-मॉलिक्युलर माइकल साइक्लोएडिशन प्रेरित किया जा सके, जिससे डाइहाइड्रोबेंज़ोफ्यूरान डेरिवेटिव्स (5a–h) प्राप्त हुए।
- चरण 4 (एरोमैटाइजेशन): डाइहाइड्रोबेंज़ोफ्यूरान्स को कमरे के तापमान पर कार्बन टेट्राक्लोराइड ( $CCl_4$ ) में N-क्लोरोसक्सिनिमाइड (NCS) का उपयोग करके बेंज़ोफ्यूरान डेरिवेटिव्स (6a–h) में ऑक्सीकृत किया गया। अनुकूलन अध्ययनों से संकेत मिला कि इस रूपांतरण के लिए NCS, NBS, DDQ या नाइट्रिक एसिड की तुलना में श्रेष्ठ था।

विशेष लक्षण वर्णन और मूल्यांकन

संरचनात्मक पुष्टि: सभी मध्यवर्ती और अंतिम उत्पादों का FT-IR, $^1$ H NMR, $^{13}$ C NMR और मौलिक विश्लेषण (elemental analysis) का उपयोग करके लक्षण वर्णन किया गया। FT-IR विश्लेषण ने संरचनात्मक परिवर्तनों की पुष्टि करने के लिए कार्बोनिल स्ट्रेचिंग आवृत्तियों के विकास (जैसे, 1655 cm $^{-1}$ पर एल्डिहाइड का 1700–1740 cm $^{-1}$ के आसपास एस्टर कार्बोनिल में बदलना) को ट्रैक किया।
ऑप्टिकल गुण: इथेनॉल में UV-Vis अवशोषण और फ्लोरोसेंस उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी आयोजित की गई। क्वांटम यील्ड की गणना नेफ्थलीन का उपयोग करके मानक के रूप में की गई ( $\Phi = 0.23$ )।
इलेक्ट्रोकेमिकल व्यवहार: संश्लेषित यौगिकों को 6 M KOH इलेक्ट्रोलाइट में लेपित सक्रिय कार्बन-आधारित इलेक्ट्रोडों पर साइक्लिक वोल्टामेट्री (CV) किया गया। माप 10 से 100 mV/s की स्कैन दर सीमा में लिए गए।

प्रमुख परिणाम

संश्लेषण दक्षता: बहु-चरणीय मार्ग बेंज़ोफ्यूरान कोर के विविधीकरण के लिए अत्यधिक प्रभावी सिद्ध हुआ। विटिग अभिक्रिया ने 94–100% दक्षता के साथ 3a–h का उत्पादन किया। बाद के ईथर निर्माण और माइकल एडिशन चरणों ने डाइहाइड्रोबेंज़ोफ्यूरान्स के लिए 71% से 79% तक की उपज प्रदर्शित की। अंतिम ऑक्सीकरण चरण ने NCS का उपयोग करके 6a–h के लिए 25% और 43% के बीच की उपज प्रदान की, सिवाय 3-थिएनिल डेरिवेटिव (6e) के, जिसे सफलतापूर्वक अलग नहीं किया जा सका।
ऑप्टिकल डेटा:
- अवशोषण: सभी यौगिकों ने 263 और 288 nm के बीच अधिकतम अवशोषण तरंग दैर्ध्य ( $\lambda_{max}$ ) प्रदर्शित किया, जो मजबूत $\pi$ – $\pi^*$ ट्रांजिशन को दर्शाता है। यौगिक 2d ने उच्चतम मोलर अवशोषण गुणांक ( $6.00 \times 10^4$ M $^{-1}$ cm $^{-1}$ ) दिखाया।
- फ्लोरोसेंस: उत्सर्जन स्पेक्ट्रा 93 से 147 nm के स्टोक शिफ्ट के साथ रिकॉर्ड किए गए। उच्चतम क्वांटम यील्ड बेंज़ोफ्यूरान डेरिवेटिव्स 6b (0.49), 6f (0.30), और 6g (0.45) के लिए देखी गई।
इलेक्ट्रोकेमिकल निष्कर्ष: यौगिकों 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, और 6a के लिए CV प्लॉट्स ने स्पष्ट एनोडिक और कैथोडिक शिखर प्रदर्शित किए, जो एक फैराडिक चार्ज स्टोरेज तंत्र की पुष्टि करते हैं। स्कैन दरों के साथ करंट रिस्पॉन्स बढ़ा, जो यह सुझाव देता है कि उच्च दरों पर KOH इलेक्ट्रोलाइट इलेक्ट्रोड की सतह में पूरी तरह से प्रवेश नहीं कर पाया, जिससे करंट रिस्पॉन्स बढ़ गया।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दो अलग-अलग पद्धतियों के माध्यम से अत्यधिक प्रतिस्थापित इमिडाज़ोल-बेंज़ोफ्यूरान हाइब्रिड्स की एक नई श्रृंखला के सफल संश्लेषण का दावा करता है। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि बहु-चरणीय दृष्टिकोण विशिष्ट मध्यवर्तियों (सिनामाटेस और ईथर) के माध्यम से बेंज़ोफ्यूरान कोर के विविधीकरण की अनुमति देता है जो वन-पॉट विधि द्वारा सुलभ नहीं हैं। अध्ययन संरचनात्मक संशोधनों और परिणामी ऑप्टिकल गुणों के बीच संबंध स्थापित करता है, जो आशाजनक फ्लोरोसेंस क्वांटम यील्ड वाले विशिष्ट डेरिवेटिव्स (विशेष रूप से 6b, 6f, और 6g) की पहचान करता है। इसके अतिरिक्त, इलेक्ट्रोकेमिकल जांच ने सक्रिय कार्बन पर समर्थित इन यौगिकों की रेडॉक्स गतिविधि की पुष्टि की, जो इनके इलेक्ट्रोकेमिकल अनुप्रयोगों के लिए संभावित उपयोग का सुझाव देती है, हालांकि पेपर मुख्य रूप से विशिष्ट डिवाइस अनुप्रयोगों का प्रस्ताव करने के बजाय चार्ज स्टोरेज की फैराडिक प्रकृति के लक्षण वर्णन पर केंद्रित है। यह कार्य जैविक और सामग्री विज्ञान के संदर्भों में आगे के अध्ययन के लिए उपलब्ध कार्यात्मक हेटरोसाइक्लिक्स की लाइब्रेरी में योगदान देता है।

दो निर्माण योजनाएं

प्रकाश का खेल (द लाइट शो)

विद्युत स्पंदन (द इलेक्ट्रिक पल्स)

क्या काम नहीं आया?

निचोड़ (द बॉटम लाइन)

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