Transcript jalase6
جلسه ششم: فهرست مطالب: نقش حالل در سنتز موادآلي حالل هاي جايگزين حالل هاي ايمن تر استفاده از آب به عنوان حالل در واكنش هاي سنتزي استفاده از مايعات يوني نقش حالل در سنتز موادآلي همديگر برخورد نموده او واكنش دهند ا در آن مواد اوليه مي توانند با معمو ال اولين نقش حالل ايجاد محيطي است كه ا قطب نروتون دار ()Protic Solvent آب اسي استيک الکل ها قطب قطب ب ون نروتون ()Aprotic Solvent حالل ها غيم قطب استن اتر استونيتميل هگزان آلکان ها تتماکلري اربن و... نقش حالل را مي توان به شرح ذيل خالصه نمود: (1بستتتم مناستتب بتتراي انتقتتال و انتتتمل حترارت بتتا هتتر حاللتتي دمتتا در حالتتت رفالكتتم ابتتت بتتااي متتي مانت و نگرانتتي بتتراي غييتتم درجتته حترارت وجتتود نت ارد .بتته عنتتوان مدتتال در صتتورتي ه دمتتاي 76درجتته نيتتاز استتت از اتيتتل استتتات و يتتا حتتالل هتتاي بتتا نقطتته جتتو مشابه استفاده مي گردد. (2وسيله اي براي ج اسازي و خالص سازي محصوالت مي باشن و همچنين در صنعت عطر سازي رنت ستازي دارو ستازي و ...امکان تولي محصوالت با غلظت هاي مختلف را مم ن مي سازد. (3تتتامين بخيتتز از انتتريي ااتيواستتيون توستتح حتتالل از ريتتپ حتتالل نو تتز گونتته هتتاي وااتتنش دهنت ه مقت ور متتي گتتردد .بتته گونتته اي اه اگر از حالل استفاده نشود معادل انريي مورد نياز براي انجام واكنش در فاز گازي انريي الزم است. به عنوان مدال واانش زير در صور ي اه در حالل آب نباش باي معادل انريي الزم براي تف يک نيون اربن -برم ( ) C – Brرا تامين نمود .در حالي اه در حضور آب اين مق ار انريي به كمتم از يک ننجم کاهش مي ياب . HBr + OH H2O Br + براي واانش هاي SN2حالل هاي قطب ب ون نروتون مناسب مي باشن .زيرا حالل هائي مانن استن استونيتميل تتماهي روفوران DMF , DMSO , HMPAيون مدبت را حاللپو مي انن و آنيون را ( اه به عنوان نوکلئوفيل عمل مي انن ) رها مي سازن و فعاليت آن را افزايش مي ده . Me O Me P Me Me Me Me HMPA = Hexamethyl Phosphorus triamide Me O N C Me H DMF = Dimethyl Formamid Me O s Me DMSO = Dimethyl Sulfoxide در صورتي ه حالل قطب نروتون دار براي واانش هاي SN1مناسب مي باشن .زيرا در اين واانش ها ح واسح هاي يوني ش يل ش ه در حالل ها ي نروتون دار بيشتمين ناي اري را دارن . Me O s Me Me O s Me حتتالل دي متيتتل سولفوكستتاي ) (DMSOداراي نيونت دوگانتته گتتوگرد – اكستتي ن بتتوده كتته بتته شت ت قطبت استتت و دانستتيته بتتار منفي روي اتم اكسي ن بيشتم بوده و اتم گوگرد داراي دانسيته بار مدبت مي باش . بار مدبت در داخل مولكول قرار دارد و امكان برهم كنش با يونهاي منفي محيح را ن ارد. در حاليكه بار منفي در نوك مولكول قرار دارد و به سهولت با كاتيون هاي موجود در محيح (مانن يون مختالف هستته دوستت) بتترهم كتتنش داشتتته و بتته اصتتطالح كتتاتيون حتتالل نتتو ش ت ه و آنيتتون كتته حتتالل نو تتز م ت ري روي آن صتتورت نمتتي گيتتمد و بتتا آزادي بيشتمي وارد واكنش مي شود. در نتيجه سرعت انجام واكنش نوكلئوفيلي افزايش ني ا مي كن . واكنش زيردر حالل دي متيل سولفوكساي ) (DMSOانجام مي گيمد NaBr + I CH3 SN2 DMSO Na I + CH3Br حالل نو ز كاتيون س يم توسح حالل قطب در دي متيل سولفواكساي كتتاتيون س ت يتتم داري شتتعام مص يتتز متتي باشت كتته هن تتام حتتالل نو شت ن شتعام مت ر كتاتيون افتزايش يافتته و بترهم كتنش آن بتا يتتون مختتالف (كتته بتته عنتتوان هستتته دوستتت عمتتل متتي كن ت ) كمت تتم ش ت ت ت ه و ست ت تترعت انجت ت تتام واكت ت تتنش نست ت تتبت بت ت تته حت ت تتال كت ت تته نت ت تتين برهمكنيز وجود ن اشته باش بيشتم است. H3C + CH3 H C 3 s CH3 + + s s O CH3 O H3C O H3C CH3 + s O + O s Na H3C CH3 O O H3C s s +CH3 O + CH3 H C 3 s H3C + CH3 براي واكنش زير ه حاللي مناسب تر است؟ را؟ CH3I + H3C S CH3 حالل غيمقطب I + (CH3)3S ( بخا ر كاهش انريي اكتيواسيون) در اين واانش هر دو گونه واانشگر باردار هستن ولي در حالت گذار از تراام بار روي گونه ها کاسته مي شود. با توجه به اين موضوم اگر حالل انتخاب شت ه قطبت باشت بترهم نش حتالل بتا متواد اوليته بيشتتم از بترهم نش آنهتا در حال تتت گ تتذار م تتي باش ت زي ترا در حال تتت گ تتذار ب تته دلي تتل ح تتالل نو تتز ت تتراام ب تتار امت تتم اس تتت و ب تترهم ا تتنش ب تتين واكنش تتگرها ضعيف تتر متي باشت .بنتابراين نايت اري حاصتل شت ه از حتالل نو تز در حالتت نايته از نايت اري حاصتل شت ه نا تز از حتالل نو ز در حالت گذار بيشتم بوده اه نتيجه نهايي آن افزايش انريي ااتيواسيون واانش در اين حالل متي باشت .در نتيجته حالل قطب براي اين واكنش مناسب نيست؛ درحالي تته درحتتالل غيمقطبت گونتته هتتاي وااتتنش دهنت ه امتتتم از گونتته ح واستتح در حالتتت گتتذار حتتالل نتتو شت ه و انتريي ااتيواسيون واانش در اين حالل کاهش ني ا مي ان و اين حالل براي انجام واانش مناسب مي باش . براي واكنش زير ه حاللي مناسب تر است؟ را؟ I + CH3 Ph3P CH3I + Ph3P ب تراي وااتتنش بتتاال حتتالل قطب ت مناستتب استتت زي ترا گونتته هتتاي وااتتنش دهن ت ه خنح ت متتي باشتتن و درحالتتت گ تذار ج ائي بار وجود دارد اه برهم نش حالل با اين بارهاي ش يل ش ه در ح واسح موجب نايت اري حالتت گتذار و کاهش انريي ااتيواسيون مي شود وسرعت واانش افزايش ني ا مي ان . در واكنش اير به عنوان يك با ا عم مي كند .چه عاملي موجب اين اتفاق يونا كاريد معمو ال يك هسته دوست ضعيف است ،ولي ا شده است؟ O CH3 CH3 LiCl , DMF Cl H 100 C 45% O Cl- H حالل ( DMFدي متيل ررماميلد) كلاتيون لييلير را بله خلوالي حلالل رلو كلرده و زلدرل بلا ي كالر را ارل ا ش داده و واكنش حذفي صورل رذيررته است. حالل هاي جايگزين به منظور کاهش مقدار مواد ايد ،حالل هاي سمي ،ررار و اشتعال رذير و انرژي در شيمي سبز ،جلايگ ين هلا ي بلراي حلالل هاي آلي در نظر گررته شده است که مي توان به موارد ير اشاره کرد: .1استفاده از حالل هاي ايمن تر .2استفاده از آب به عنوان حالل .3انجام واانش ها در شرايح ب ون حالل .4استفاده از نلي اتيلن گلي ول ها به عنوان محيح واانش .5استفاده از مايعات يوني و سيال هاي فوق بحراني .6استفاده از حالل هاي نرفلوئوره اه ايجاد انن ه محيح دوفازي مي باشن . حالل هاي ايمن تر يکي از مهمتمين اصول شيمي سبز تااي مي ان اته :از متواد امکتي نظيتم حتالل هتا عوامتل ج استازي و ...تتا آنجتا اته امکتان دارد امتتم استتتفاده شتود و تدهتتا در متواردي اتته اجتنتاب نانتتذير استت استتتفاده شتود .بستتياري از حتالل هتتاي متت اول (بنتتزن حتالل هتتاي آلي کلر دار و )...به عنوان مواد سر انزا شناخته ش ه ان و بسياري از رفتارهاي نر خطر ديگري بتراي محتيح زيستت دارنت .بايت از حتتالل هتتاي غيتتم ستتمي غيتتم قابتتل اشتتتعال و ستتازگار بتتا محتتيح زيستتت ماننت آب استتتفاده شتتود .جتتايگزي حتتالل هتتاي آلتتي بايت ا رات زيست محيطي را کاهش دهن . ج ول حالل هاي ايمن رديف حالل رديف حالل 1 ايزو آميل الکل 8 بوتيل استات 2 -2اتيل هگزانول 9 -nنروپيل استات 3 -2بوتانول 10 ايزوپروپيل استات 4 اتيلن گلي ول 11 دي متيل نروپيلن اوره 5 -1بوتانول 12 نروپانوئيک اسي 6 دي اتلين گلي ول بوتيل اتر 13 اتيل استات 7 -tبوتيل استات 14 متيل ايزوبوتيل اتون ن ته هميشه نياز نيست اه حالل تمامي مواد اوليه را حل ان اگر حالل متواد اوليته را حتل ن نت و محصتول را حتل انت و يتا بلع تم بهتم است زيرا ج اسازي محصول ساده تر مي گردد. د ر مدال زير مواد اوليه در حالل دي کلرومتان حتل متي شتون در حتالي اته عامتل ااستن ه نتم از انجتام وااتنش در دي کلترو متتان نامحلول بوده و ج اسازي محصول را آسانتم مي ان . HN NH O N O O + O OEt H O N N EtO CH2Cl2 O N O OEt + N insolvable in CH2Cl2 O H Soluble in CH2Cl2 Soluble in CH2Cl2 EtO N H آشنايي با ن اصطالح: : Neatممکن است يکي ا مواد اوليه خود نقش حالل ها را با ي کند ،به چنين واكنش هايي Neatمي گويند. اما واکنش هايي كه در را جامد انجام مي شوند Solid Phaseو آنهايي كه در غياب حالل انجام مي گيرند – Solvent Freeنام دارند. واكنش هاي ن جزئي :Multi Component Reactions به واكنش هائي گفته مي شود كه بيش از دو واكنشگر با يك يگر تركيب ش ه و مولكول واح ي را بوجود آورن .خوشبختانه در ايران گروه هاي تحقيقا ي متع دي در اين زمينه فعال مي باشن كه از ريپ ناي اه هاي ا العات علمي مي توان به مستن ات علمي آنها دست يافت .گروه تحقيقا ي ياوري و دانش آموخت ان ايشان در اين زمينه بيشتمين تولي ات علمي را منتشر نموده ان . واكنش چند ج يي يردر غياب حالل انجام شده است: O Ar H O OEt O EtO N H Neat 80 °C ArCHO + NH4OAC + OEt O مكانيسم اين واكنش؟؟؟ NH4OAc O RCHO + O + NH3 O H3C AcOH R COOCH3 H COCH3 O H3C H3C + CH3 COOCH3 H2N H R H3COOC COOCH3 NH2 O R H3COOC H3COOC CH3 H H3C COOCH3 N CH3 R H3C COOCH3 N H H R COOCH3 NH O COOCH3 H3COOC - H2O H3COOC H3COOC H3C NH2O CH3 CH3 H3C CH3 R R H3C H2O + NH3 R H3C H2O + CH3 COOCH3 CH3 N H OH H3COOC H3C COOCH3 CH3 N O H ؟؟؟ مكانيسر واكنش ير را بنويسيد و مشخص كنيد اين واكنش چند ج ي مي باشد؟ O Ar H O OR RO N H Neat 80 °C ArCHO + NH4OAC + O H C C C OR R = Me, Et استفاده از آب به عنوان حالل در واكنش هاي سنتزي يکي از راه هاي دستيابي به شيمي سبز استفاده از آب به عنوان حالل واانش هاي شيميائي و صنع مي باش .نژوهشهاي اخيم نشان مي ده اه آب هم در حالت نرمال و هم در حالت فوق بحراني مي توان به عنوان جايگزين حالل هاي آلي در فرآين هاي شيميائي استفاده شود. خواص منحصر به فرد آب : مايع بودن در مح وده دماي معمولي شبكه نيون هي رويني گستمده ظرفيت گرمائي باال كه براي واكنش هاي گرمازا بسيار مناسب و ايمن است زيرا گرماي آزاد ش ه از واكنش دهن ه ها را جذب مي كن . اگر سابستميت نامحلول در آب بتوان واكنش ده محصول تولي ش ه از سابستميت نامحلول در آب غالبا در آب نامحلول بوده و ج اسازي محصول با صاف كردن به سادگي صورت مي گيمد. ابت دي الكتميك باال حل كردن مق ار مناسب اكسي ن جهت زن ه مان ن موجودات آبزي مهم تر از همه دردستمس و ارزان بودن غيم قابل اشتعال و غيم سمي بودن و ...مي باش . جايگزي حالل هاي آلي با آب مي توان انتشار ترايبات آلي فرار را کاهش ده . ولي آب هنوز به عنوان حالل مناسب براي بسياري از واكنش هاي سنتزي استفاده نش ه است زيرا بسياري از تركيبات آلي در آب حل نمي شون و حالليت نيش نياز اساسز براي واكنش نذيري در غالب اوقات است .در نتيجه در بسياري از موارد از كمك حالل هاي آلي كه قطب باشن براي افزايش حالليت تركيبات آلي در آب استفاده ش ه است. سرعت واانش هاي ديلز – آل ر در آب بسيار افزايش مي ياب همچنين اختالف بين درص محصوالت نسبت به حالل هاي معمولي بيشتم است .را؟؟؟ O H2O 25 C exo O endo + O endo / exo = 21.4 به دليل آبگريزي واكنش دهن ه هتا بايت امتتمين ستطا تمتاس را بتا آب داشتته باشتن بنتابراين بته صتورت اتروي در آمت ه و در هتم فترو مي رون .در نتيجه برخوردهاي مناسب افزايش يافته و به تبع آن سرعت واانش نيز افزايش مي ياب . ضمنا اختالف بين درص محصتوالت در واكتنش ديلتز – آلت ر در محتيح آبتي نستبت بته حتالل هتاي معمتولي بزرگتتم متي باشت ايتن نستبت نشان دهن ه اين است كه در محيح آبي فضاگزي بيشتم اتفاق مي افت . به واكنش هاي ير كه در آب به خوالي انجام مي رذيرند توجه نمائيد. O Me H O H2O N O Me N 23 C H + O AcO AcO در واكتتنش بتتين آزو دي كربوكستتيالت هتتا و هي ت روكربن هتتاي غيتتم اشتتبام نيون ت هاي قتتوي كتتربن – نيتتتموين ) (C-Nشتتكيل متتي شتتود كتته واكتتنش بتته ش ت گرمازا بوده و آب حالل مناسب براي اين واكنش ها مي باش . CO2Me N H2O N CO2Me 25 C CO2Me N N + MeO2C واكنش زير نمونه اي ديگر از واكنش هاي نري سيكليك به نام واكنش ِان Ene Reaction or Hydrogen Abstraction - Additionيا حذف هي روين و افزايش ان وست مي باش . CO2Et N NH CO2Et 36h, 90% neat, 23 C CO2Et on H2O N N H + EtO2C 3h, 82% واكنش هاي نوكلئوفيلي زير در حالل آب بازدهي باال و زمان انجام واكنش كمتم دارن . O N H2O, 14h O O + O N H OH H O H O H H H O O H O H H H2O H HO 70 C, 72h HO O O H O O HO O O HO NH3, H2O OH H2N O H2O, reflux NH2 HN O HO OH OH OH HN HO OH HO 85% نمک هاي ترايبات آلي به دليل حالليت نسبتا مطلوب در آب متي تواننت بستتم انجتام خيلتي از وااتنش هتا را در محتيح آب ايجتاد . نماين H N O 1) Water/ NaOH/ 200 C 2) Neutralization OEt H O N 255 C OH O 275 C H2O OH OH O 100% CN O NO2 + H N C N NO2 25 C H2O 90% R Water R' OAc Br Zn R R' OH OAc هن ام انتخاب حالل باي به امكان دخالت آن در مسيم واكنش و انجام واكنش هاي ناخواسته توسح حالل نيز توجه نمود O O O O O EtONa EtOH R X OEt OEt O OEt R O O O R X O t-Bu O t-Bu O O t-BuOK t-BuOH O O t-Bu R O O O O t-Bu R side product and O OEt R O 1) EtONa, t-BuOH 2) R X O OEt در واكتتنش هتتائي كتته بتتاز آنهتتا آلكوكستتي استتت حتتالل مربو تته هتتم باي ت الكتتل استتي متتزدو بنيتتان بتتاز واكتتنش (الكوكستتي مربو تته) باش در غيم اين صورت بخش الكلي استم ممكن است با باز ج ي جايگزين ش ه و مخلو ي از محصوالت را تولي كن . استفاده از مايعات يوني ()Ionic Liquids شيمي انها براي غلبه بر آ ار زيان بار حالل هاي فرار آلي مايعات يوني ( با سروايه (ILرا راحي ارده ان . مايعات يوني: داراي فشار بخار نايي ان . حالليت ترايبات قطب يوني در آنها بسيار باالست. ميزان بازيابي و سميت آنها مناسب است. از مهمتمين مزايا عالوه بر نقش حالل بودن آنها در مواردي به عنوان کاتاليزور هم عمل مي نماين . ايتتن ترايبتتات شتتبيه متتواد يتتوني مانن ت س ت يم کلري ت ) (NaClبتتوده بتتا ايتتن تفتتاوت اتته در دمتتاي نتتايين و معمتتولي بتته صتتورت مايع مي باشن . ايتتن ترايبتتات از دو بختتش شت يل شت ه انت يتتک بختتش کتتاتيوني اتته اغلتتب گونتته آلتتي استتت و بختتش آنيتتوني اتته متتي توانت آلتتي يتتا مع ني باش . بستياري از مايعتتات يتتوني تتتا دمتاي 300درجتته ستتانتيگراد نايت ار هستتتن .بنتابراين متتي تتتوان وااتتنش هتاي بتتا دمتتاي بتتاال را در ايتن حالل ها با ح اقل فشار بخار انجام داد. اين مايعات با حالل هاي آلي و آب قابل امتزا نيستتن و ايتن امتر امکتان استتخرا و ج استازي محصتوالت و بازيتابي مايعتات يوني را فراهم مي سازد. در ضمن اين ترايبات به آب و هوا حساسيت امي دارن و فعاليت خود را دير از دست مي دهن . ساختار دو نوم از مايعات يوني N ][AlCl4[emim] AlCl4 N 1-Ethyl-3-methylimidazolinium chloride-aluminium (III) chloride ] [A lC l 4[N -B uP y] A lC l 4 N N -butylpyridinium -alu m inium (III) chlorid e با يک بستم کاتيوني و غييم آنيون ها مي توان يک مجموعه مايعات يوني را تهيه نمود اه نقطه ذوب جو دانسيته و ويس وزيته آنها با ي يگر متفاوت باش .يع با غييم آنيون نقطه ذوب و جو غييم مي ان .همچنين با غييم استخالف هاي آل يلي متصل به نيتموين ها در ايمي ازولونيم نيز مي توان غييما ي در خصوصيات مايع يوني ايجاد نمود. X- N N X - = Cl- , Br- , PF6- , BF4- , CH3SO3- , AcO- , NO3- , (CF3SO2)2N- به عنوان مثال تغيير ويسکو يته براي يک سري ا آنيون ها به ترتيب ير مي باشد: (CF3SO2)2N- < BF4- < PF6- < NO3و ترتيب ار ا ش دانسيته به ترتيب ير مي باشد. )BF4- < PF6- < (CF3SO2 با توجه به ج ول زير غييم نقطه ذوب مايعات يوني را با غييم استخالف و آنيون هاي مربو ه توضيا دهي ؟ XN N R Me Mp/ ºC X R 125 Cl Me 87 Cl Et 65 Cl n-Bu 38 NO3 Et 7 AlCl4 Et 6 BF4 Et -9 CF3SO3 Et -3 (CF3SO3)2N Et - 14 CF3CO2 Et - 16 CF3SO3 n-Bu کاربرد مايعات يوني به عنوان حالل و کاتاليزور در سنتز داروي نراوادولين O N H N [bmim]PF6 KOH Cl Cl N H N + O O N O N MeO Cl [bmim]PF6 OMe O مهم: ساختار ما ع يوني، ا در واکنش در [emim]AlCl4در صفر درجه سانتيگراد انجام مي گيمد ،يرا اسيد لوئيس AlCl3موجود ا کاتاليز مي نمايد ،اما جداسا يا به دلي کئوردينه شدن محصولا به اسيد لوئيس ا مرحاه آسيالسيونا را به راحتي ريش مي برد او AlCl3مشک مي باشد .از آنجائي اه اين ول براي انجام واكنش آسيالسيون به ان ازه كافي فعال مي باش ،با جايگ ين کردن ما ع يوني روقا با ،[emim]PF6اگر ه واانش به 150درجه دما نياز دارد ولي ج اسازي محصول و بازيابي مايع يوني بسيار ساده مي باش . نيز با ال مي باشد .عات چيست؟ در ما عال يوني سرعت بال ي دارند او نسبت محصو ال اند او به اگ او ا آلدر ا واکنش هاي ديا – ا [bmim]PF6 99% endo : exo CO2Et + EtO2C 4.5 : 1 زيرا دي ان و دي ان وست به دليل غيم قطب بودن در حالل يوني حل نمي شون و به اجبار بيشتم در هم فرو رفتته و بته حالتت كتروي در مي آين و ع اد برخوردهاي مناسب افزايش يافته و به تبع آن سرعت واكنش نيز افزايش مي ياب . مايعات يوني گازها را به خوبي در داخل خود حل مي انن .بنابراين واانش هاي کاهش با هي روين گازي ) (H2ااسايش با گاز ااسي ن O2و اربونيالسيون با گاز منوااسي اربن ) (COدر اين حالل ها به خوبي انجام مي گيمد همچنين در اين حالل ها در صورتي ه کاتاليزورهاي کايرال بکار برده شون فزوني انانتيومري ((ee %) ) Enantiomeric Excessمحصوالت باال مي باش . CO2H CO2H H Rh - BiNAP / H2 [bmim]BF4 / propanol Br CO2R Rh - BiNAP / H2 [bmim]BF4 ROH + CO +