Transcript jalase7
جلسه هفتم
فهرست مطالب:
استفاده از حالل هاي پرفلوئوره
انجام واكنش ها در شرايط بدون حالل
استفاده از پلي اتيلن گليكول ( )PEGبه عنوان محيط واكنش
انتخاب معرف
استفاده از حالل هاي پرفلوئوره Fluorous Biphasic Solvents
اين حالل ها از سال 1998ميالدي مطرح و عرضه شده اند و مشابه مايعات يوني ) (ILواکنشگر و کاتاليزورها را در دماهاي
مناسب در خود حل مي کنند.
اين حالل ها از ويژگي هاي استثنائي برخوردار هستند:
اين حالل ها در دماي اتاق با حالل هاي آلي و آبي قابل امتزاج نيستند و اصطالح فلوئوروس مشابه اکوئوس يعني حالت مائي
ّ
(آبکي) طراحي شده است.
به دليل پايداري باالي پيوند کربن – فلوئور ) (C – Fغير سمي ،بسيار خنثي و غير فعال ،داراي مقاومت حرارتي باال،
اشتعالزايي و آبگريزي پايين مي باشند .به همين داليل CF4و C2F6را گاز هاي سبز مي نامند.
ويژگي ممتاز ديگر اين حالل ها اين است که با توجه به نقطه جوش حالل و درصد اتم فلوئور در حالل ،دماي قابليت امتزاج
پذيري آنها از 34/5سانتيگراد به باال مي باشد.
پس از انجام واکنش سوبسترائي که به محصول تبديل شده است در فاز فوقاني (آلي يا آبي) قرار مي گيرد واضح است كه حالل
هاي پرفلوئوره دانسيته بااليي دارند و فاز تحتاني را تشکيل مي دهند .به همين دليل کاتاليزورهايي که فلوئوردار مي باشند بارها
بازيابي شده و مورد استفاده قرار مي گيرند .بنابراين چنين كاتاليزورهائي TONو TOFبسيار باالئي دارند.
حالل هاي پر فلوئوره گازها ازجمله O2 ، H2و COرا به مقدار زيادي در خود حل مي کنند ،و واکنش هاي اکسايش ،احيا و
کربونيالسيون با راندمان بسيار بااليي در اين حالل ها انجام مي گيرد.
نحوه عملكرد:
اين حالل ها در دماي اتاق با هيچ حاللي قابل امتزاج نيستند و به صورت دوفازي مي باشند .ولي با رسيدن به دما يا نقطه
امتزاج پذيري که ويژه حالل مورد نظر است ،با همه حالل ها يک فاز تشکيل داده و واکنشگر هاي موجود در هر دو فاز با يکديگر
واکنش مي دهند .پس از انجام واکنش و سرد شدن مخلوط واکنش مجددا دوفاز تشکيل مي دهند و به سهولت محصوالت در فاز
فوقاني قرار مي گيرند كه پس از جداسازي با قيف جدا كننده و تبخير حالل محصول مورد نظر با خلوص باال بدست مي آيد.
بهترين حالت هنگامي است که معرف ها و کاتاليزور ها داراي دنباله ( ) Tagپرفلوئوره باشند .زيرا اين مواد فاز حالل پرفلوئوره را
براي حل شدن نسبت به حالل هاي ديگر ترجيح مي دهند.
مخلوط برخي از حالل هاي آلي و فلوئوري و دماي تك فازي شدن آنها
دما )(ºC
فاز
RT
دوفاز
< 26/7
يك فاز
RT
دوفاز
< 50/1
يك فاز
RT
دوفاز
< 84/9
يك فاز
RT
دوفاز
< 88/6
يك فاز
RT
دوفاز
< 126/7
يك فاز
سيستم حالل
CF3C6F11/ CCl4
CF3C6F11/ CHCl3
CF3C6F11/ C6H6
CF3C6F11/ CH3C6H5
CF3C6F11/ ClC6H5
حالل هاي پر فلوئوره گازها ازجمله O2 ، H2و COرا به مقدار زيادي در خود حل مي کنند ،و واکنش هاي اکسايش ،احيا و
کربونيالسيون با راندمان بسيار بااليي در اين حالل ها انجام مي گيرد .واكنش هاي زير نمونه اي از اين موارد است.
O
C H
C8H18(CH3)CH2
+
O
C H
C8H18CH2CH2
Catalyst
+ H2
CF3C6F11 / Toluene
CO
+
76%
24%
(CF2)6CF3)3
(
P
=P
Catalyst = HRu(CO)P2
Catalyst , 25 C , O2
O
C6F14 / CH3CN
> 95%
CF3
H18C8
Ar
F3C
= Ar
N
N
Co
Ar
N
Catalyst = Ar
N
Ar
انجام واكنش ها در شرايط بدون حالل
مزيت انجام واكنش ها در شرايط بدون حالل:
محيط واكنش هيچ نيازي به جمع آوري ،دفع ،خالص سازي و بازيافت ندارد.
در مقياس آزمايشگاهي ،غالبا به تجهيزات ويژه اي نياز نيست.
غالبا به دليل تشكيل مواد با خلوص زياد ،به روشهاي جدا سازي گسترده نظير كروماتوگرافي نيازي نيست.
عمدتا انتخاب پذيري بهتر مشاهده مي شود.
زمان واكنش ها كاهش يافته و عمدتا با افزايش راندمان و كاهش انرژي مورد استفاده ،همراه است.
از نظر اقتصادي بسيار سودمند است؛ چون هزينه بازيافت يا دفع حالل ،حذف مي شود.
واكنش افزايش مايكل زير در شرايط بدون حالل ،با استفاده از تابش مايكروويو براي مدت 18دقيقه ،با رانددمان %90انجدام شدده
است .اين واكنش در شرايط معمولي 15روز طول كشيده و فقط %43به محصول تبديل شده است.
NO2
O
Ph
alumina
Ph
Solvent - free
O
CH3NO2
+
Ph
Ph
M.W.
بددرم دار كددردن فنددل هددا بددا اسددتفاده از NBSدر حالددت جامددد بدده سددادگي قابددل انجددام اسددت .ب دراي ملددال هنگددامي كدده -5 ،3دي متيددل
فندل بدا سده برابدر مدولي NBSدر حالدت جامدد بده مددت يدق دقيقده واكدنش داده شدود ،تدري برومدو فندل مربوطده بدا رانددمان %45بدده
دست مي آيد .انجام واكنش در فاز محلول ،مخلوطي از مشتقات مونو و دي برومه را توليد كرده است.
OH
OH
Br
Br
Me
Me
Br
NBS
Solid - Phase
Me
Me
نيتراسيون تركيبات آروماتيق با گزينش پذيري باالتر براي موقعيت پارا در شرايط بدون حالل و در حضور كاتاليزور زئوليت انجام
شده است.
X
X
X
NO2
+
+
X
HNO3 -Ac2O
Zeolite beta
NO2
NO2
واكنش آبگيري از الكلها به طور مؤثري در شرايط بدون حالل انجام شده است.
R1
R2
Ph
HCl
Solvent - free
R1
R2
OH
Ph
واكنش هاي حذفي زير نيز در شرايط بدون حالل انجام مي شوند.
R O
R O
t-BuOK
Br
Solvent-free
R O
R O
M.W.
R S
t-BuOK
R S
Solvent-free
M.W.
Br
R S
R S
برخي از واكنش هاي تراكمي آلدول در غياب حالل به طور مؤثرتري نسبت بده حضدور حدالل انجدام مدي شدوند .بده عندوان ملدال هنگدامي
ك دده مخل ددوط پ ددارا -متي ددل بدزآلدئي ددد ،اس ددتوفنون و س ددود در دم دداي مح دديط ب دده م دددت 5دقيق دده س دداييده ش ددود ،جام ددد زرد رن د پ ددارا متي ددل
چدالكون بددا راندددمان %97بدسدت آمددده اسددت .ايدن در حددالي اسددت كده انجددام واكددنش در محلدول آبددي اتددانول %50پدس از 5دقيقدده ،منجددر
به تشكيل محصول با راندمان %11شده است.
'COAr
97%, 5 min
NaOH
Ar
Solvent-free
Ar'COMe
+
ArCHO
واكددنش ت دراكم ديكمددن دي اسددترها در حددالل خشددق و در محدديط بسدديار رقيددي بدده منظددور جلددوگيري از واكددنش بددين مولكددولي ،انج دام مددي
شود .اخيرا واكنش هاي تراكمي ديكمن در غياب حالل انجام شده است.
CO2Et
O
( )n
t-BuOK
Solvent-free
CH2CO2Et
( )n
CH2CO2Et
n = 2, 3
نوآرائي پيناكول در حالت جامد سريعتر و گزينش پذيرتر از فاز محلول انجام مي شود.
O
O
Ph
R Ph
H
+
Ph
RH
+
H
Ph
H Ph
R
OH OH
Ph
R = Ph, o-MeC6H4, m-MeC6H4, p-MeC6H4, p-MeOC6H4, p-ClC6H4
. بسيار مؤثرتر و سريعتر از فاز محلول انجام پذيرفته است،نوآرائي بدزيليق اسيد در شرايط بدون حالل
O
Ph
Ph
O
NOH
R1
R2
FeCl3
80-90 °C
Solvent-free
Ph
KOH
Solvent-free
Ph
CO2H
OH
O
R1
N
H
R2
Bechmann rearrangement
از جملدده گددروه هدداي عدداملي مهددم كدده روش هددا بسددياري بددراي محافظددت آن ارائدده شددده اسددت ،گددروه كربونيددل مددي باشددد كدده در شددرايط
بدون حالل انجام شده است.
R O
R
Al(HSO4)3
R' O
'R
O
NH2
N
H
N
O
NaOAc
R
Slica gel
NH2
'R
R2
R2
S
S
H
R1
+
OH OH
r.t.
O
R
N
H
H2N
+
O
'R
O
LiBr
75 - 80 C
Solvent-free
R2
+
HS
H
R1
R
O
OH
O
O
O OH
RCHO
OH
M.W.
Solvent-free
O
O OH
OH
OH
يك ددي از واك ددنش ه ددايي ك دده بس دديار م ددورد توج دده ش دديميدان ه ددا ق ددرار گرفت دده ،واك ددنش ب دداز ك ددردن فض دداگزين اپواكس دديد ب ددا نوكل وفي ددل ه دداي
مختلف است.
R
O
)RuCl3 . nH2O (5mol%
O
HN
OH
S
Solvent-free
Oil beta
R
Solvent-free
15 - 60 min
O
+
N
H
O
NH2CSNH2
+
R
R
واكنش هاي اكسايش زير در شرايط بدون حالل انجام مي شوند.
KMnO4-Alumina
M.W.
Solvent-free
O
واكنش ويتي نيز در شرايط بدون حالل تحت تابش مايكروويو قابل انجام است.
CO2Et
R1
M.W.
R2
Solvent-free
R1
CO2Et
Ph3P
+
O
R2
M.W.
CO2Et
Solvent-free
CO2Et
PPh3
+
O
استفاده از پلي اتيلن گليكول ) (PEGبه عنوان محيط واكنش
پلي اتيلن گليكول ها مي توانند به عنوان كاتاليزور انتقال فاز عمل كنند و توسط مجموعه اتم هاي اكسيژن خود كاتيون ها را
كوئوردينه نموده و نقش كاتاليزوري خود را ايفا نمايند.
همچنين از پلي اتيلن گليكول ها مي توان به عنوان محيط واكنش استفاده كرد.
پلي اتيلن گليكول ها با وزن هاي مولكولي متنوع از 200تا دهها هزار در دسترس هستند .پلي اتيلن گليكول هدا بدا وزن مولكدولي كمتدر
از 600به صورت مايع ويسكوز بي رن مي باشند و در وزن هاي مولكولي بداالتر بده صدورت مدوم يدا جامدد سدفيد رند شداهر مدي شدوند.
اختصدداص عدددد بدده پلددي اتدديلن گليكددول هددا – كدده غالبددا پراكندددگي يكنواخددت ندارنددد – عمومددا مقدددار متوسددط وزن مولكددولي را نشددان مددي
دهد.
پلي اتين گليكول هاي مايع به هر نسبتي در آب محلول هستند و پلي اتيلن گليكول هاي جامد حالليت باالئي در آب دارند.
برخالف حالل هاي آلي فرار ،پلي اتيلن گليكول هاي مايع با وزن مولكولي كم غير فرار ،غير قابل اشتعال و زيست تخريب پذير
هستند .اين مواد نسبت به بسياري از شرايط واكنش مقاوم هستند و به وسيله استخراج با حالل مناسب از محلول آبي
بازيافت مي شوند.
پل ددي ات دديلن گليك ددول ي ددق پل ددي م ددر آب دوس ددت اس ددت ك دده ب دده س ددادگي در آب و بيش ددتر ح ددالل ه دداي آل ددي از قبي ددل تول ددوئن ،دي كل ددرو مت ددان،
كلروفرم ،الكل و استون حل مي شود اما در هيدروكربن هاي آليفاتيق مانند هگزان ،سيكلو هگزان يا دي اتيل اتر نامحلول است.
پلي اتيلن گليكول ها به دليل توانائي در تشكيل كمپلكس با كاتيون هاي فلزي ،حالل ميزبان ناميده مي شوند.
پلي اتيلن گليكول در برخي موارد جايگزين مناسبي براي اترهاي تاجي گران قيمت مي باشند.
تفاوت بين پلي اتيلن گليكول ها و اترهاي تاجي???
تفاوت بين پلي اتيلن گليكول ها و اترهاي تاجي در اين است:
كه اترهاي تاجي اتم هاي كربن و اكسيژن تشكيل ساختار حلقوي داده اند و كاتيون درون اين ساختار حلقوي قرار مي گيرد،
ولي درپلي اتيلن گليكول ها اتم هاي كربن و اكسيژن به صورت پلي مر مي باشند و درحضور كاتيون مولكول به گونه اي آرايش
پيدا مي كند كه اتم هاي اكسيژن بيشتري با كاتيون برهمكنش داشته باشند.
.واكنش هائي كه در حالل پلي اتيلن گليكول بهتر از حالل هاي ديگر انجام شده اند
O
C2H5
Ar
O
O
NH
H3C
N
H
EWG
K2CO3, 50 C
PEG
X
X = O, S
C2H5
Ar
O
H3C
EWG
N
N
H
X
EWG = CO2Me, CO2Et, CN, CONH2
PEG = Polyethylene glycol
RSH
+
X
PEG
r.t, 20 - 40 min
SR
X
R = Aryl, Cyclohexyl
X = COMe, CO2Me, CN
CHO
H2N
+
F
HO
N
K2CO3
PEG - 400
100 C
N
+
O
F HO
انتخاب معرف
براي انتخاب يک معرف مناسب ،الزم است به نکات زير توجه نمود:
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
.8
ميزان سميت يا بي خطر بودن
در دسترس و تجاري بودن
قيمت کمتر و ارزان بودن که منجر به کاهش هزينه محصول توليد شده مي گردد
راندمان و خلوص باال براي محصول دلخواه
مناسبت معرف با مقياس آزمايشگاهي يا صنعتي محصول مورد نظر
صرفه جوئي اتمي باال
نوع و مقدار پسماند مصرف پس از انجام واکنش .واکنش ي که پسماند آن مدواد کدم خطدر از جملده آب
باشددد اريتيددت دارد و بددالعکس معرفهددائي كدده عناصددر و فلددزات واسددطه را وارد محدديط نماينددد -مطلددوب
نيستد ،اگرچه با توجه به عملكرد منحصر بده فدرد ايدن معرفهدا ،در مواقدع ضدروري شديميدانها مجبدور
به استفاده از آنها مي باشند.
حمل و نقل و توزين آسان
در ادامه با ذکر نمونه هائي مفاهيم فوق توضيح داده مي شوند:
دو معرف KMnO4و OsO4
از اين دو معرف براي توليد دي ال همسايه از پيوند هاي دوگانه استفاده مي شود،.
OsO4
Low efficiency
OH
OH
KMnO4
)(Cold & Dilute
High efficiency
پرمنگنات پتاسيم ارزانتر و با سميت کمتر
درحد ددالي کد دده واکد ددنش بد ددا اسد ددميم تترااکسد دديد محصد ددول دي ال را ب د دا بوده ولي راندمان واکنش با آن کمتر مي
ران دددمان وخل ددوص ب دداالتري انج ددام م ددي نماي ددد .ول ددي اي ددن مع ددرف گ ددران باشد .بنابراين در مقياس باال استفاده از
قيمت و سمي مي باشد
KMnO4ترجيح داده مي شود.
ولي چنانچده يدک مداده دارويدي کده طدي چندد مرحلده هيده شدده اسدت
و مق ددداري بيش ددتر از چن ددد ميل ددي گ ددرم از آن موج ددود نيس ددت و مرحل دده
بعدي واکنش بده سدين هيدروکيد ي دار شددن نيداز دارد ،اسدتفاده از
OsO4تددرجيح داده مددي شددود .زيددرا در اينگوندده مددوارد قيمددت بدداال و
س ددميت مع ددرف تعي ددين کنن ددده نيس ددت -بلک دده ب دده دلي ددل حساس دديت و
مقيدداس پددايين واكددنش ،خلددوص و راندددمان عمددل مددال انتخدداب
معرف مي باشد.
دو معرف HIO4و Pb(OAc)4
براي شکستن پيوند کربن – کربن ) (C-Cدر قندها که داراي دي ال هاي همسايه مي باشند ،دو معرف HIO4و Pb(OAc)4
قابل استفاده مي باشند.
O
R C H
O
R' C H
R
HIO4
or
Pb(OAc)4
OH
OH
'R
معرف HIO4به دليل سميت کمتر مناسب است درصورتيکه خاصيت اسيدي اين معرف مضر بوده و در واكنشگرهائي که
به اسيد حساس باشند ،موجب تخريب مولكول واكنشگر مي شوند .بنابراين علي رغم سميت معرف هاي حاوي سرب،
استفاده از معرف Pb(OAc)4ترجيح داده مي شود.
اکسايش سولفيدها به سولفوکسايدها
براي انتخاب معرف مناسدب بدراي اکسدايش سدولفيدها ضدرورت دارد ،ندوع محصدول مدورد نظدر را م دخص نمدود .اگدر سولفواکسديد
م دددنظر اس ددت باي ددد معرف ددي را انتخ دداب نم ددود ک دده واک ددنش را در مرحل دده تش ددکيل سولفواکس دديد متوق ددف نماي ددد و اکس ددايش ب دده س ددولفون
انجام نپذيرد.
نکته ديگري که بايد مدنظر داشت ،پسماند معرف بعد از انجام واکنش است .معرف هائي که فاقد فلز ،به ويژه فلزات واسطه
مي باشند .و پسماند واکنش آب و مواد غير سمي باشد ،اريتيت دارند.
معرف هاي فراواني گزارش شده است .در اغلب موارد معدرف هداي بکدار بدرده شدده حداوي فلدزات واسدطه بدوده و يدا معدرف هداي سدمي
مي باشند ،برخي از معرف هاي ارائه شده در ملال زير سميت کمتري براي انجام اين واکنش دارند.
[O]
R S R
O
R S R'
[O]
[O] = H2O2 / CH3COOH , H2O2 / SiO2
O
R S R'
O
OSO3H , UHP - H2O2 or DABCO - H2O2/ SiO2
, (NH4)2[Ce(NO3)6] / KBr , PVP - HNO3 / KBr , NH4NO3 / NH4Br , SBP/ SiO2
, M(NO3)n .mNN2O4 , M(NO3)n .mH2O,
(PVP = Poly Vinyl Pyridine)
OSO3H
PVP - HNO3 / KX , Fe(NO3)3 . 9H2O/ KX,
(SBP = Sodium Perborate)
OSO3H
X = Cl, Br,
معرف برم )(Br2
معددرف بددرم ) (Br2بدده دليددل فراريددت و عدددم امکددان تددوزين و حمددل و نقددل آسددان در شددرايط اضددطراري مددورد اسددتفاده ق درار مددي گيددرد.
معرف هاي مناسبي براي جايگزيني برم گزارش شده است که در زير تعدادي از آنهدا را مالحظده مدي نمائيدد .تدوزين و حمدل و نقدل ايدن
معرف ها بسيار ساده مي باشد .زيرا اکثرا جامد بوده و فاقد سميت موجود در برم مايع مي باشند.
O
O
K
O Br3
Br
,
O
Br3
,
N
O
O
N
Br
N
Br3
O
O
N
N Br
N
O
O
N
O
-
O
+
[K.Crown] Br3
N
دي اکسدديد نيتددروژن و تتراکسدديددي نيتددروژن در سددنتز مددواد آلددي مددورد اسددتفاده فراوانددي قددرار گرفتدده انددد .ايددن دو گدداز بدده ص دورت زيددر بددا
يکديگر در تعادل هستند.
N2O4
O
NO3 NO
N O N O
O
2 NO2
O
O
N N
O
O
اسددتفاده از ايددن گازهددا نيدداز بدده شددرايط تددخت و سيسددتم هددا خدداص و هودهدداي قددوي دارد .محدددوديت هدداي اشدداره شددده ،شدديميدانها را
بدرآن داشددت تددا بددا ابددداع ترکيبددات جديددد ايددن گازهددا را بده دام انداختدده و شددبيه آب تبلددور در شددبکه کريسددتالي نمکهددا قدرار داده و از آنهددا
استفاده نمايند.
M(NO3)n . m N2O4: Cr(NO3)3 . 2 N2O4 , Fe(NO3)3 . 1.5 N2O4 , Cu(NO3)2 . 2 N2O4
واکنش هاي زير با گاز N2O4صورت مي پذيرد ،ولدي همدين واکدنش هدا بدا کمدپلکس اتدر تداجي و N2O4نيدز انجدام مدي گدردد و در پايدان
واکنش ،اتر تاجي قابل بازيابي بوده و مجددا براي ساخت معرف مورد استفاده قرار مي گيرد.
O
O
O
NO+
H(NO3)2
O
O
O
O
H
N
N
N
[NO-Crown]+H(NO3)2
+
0%
H
N
CH2Cl2
NO
100%
H
N N
O
N
(CH2)6
N
O
H
N N
O
+
[NO-Crown] H(NO3)2
O
CH2Cl2 , r.t.
O
N
(CH2)6
N
O
N N
O
O
N N
H
H
O Ar
O
H O
EtO
OEt
N
H
O
O C CH3
Ar CH
O C CH3
O
[NO-Crown]+H(NO3)2
CH2Cl2 , r.t.
[NO-Crown]+H(NO3)2
CH2Cl2 , r.t.
Ar
EtO
O
OEt
N
O
Ar C CH3