پایان‌نامه ارشد c (3188)

منابع101
فصل اول
مقدمه
۱-۱- حفاظت
حفاظت گروههای عاملی در شیمی آلی از اهمیت ویژهای برخوردار است. گروههای محافظت کننده در شیمی سنتز بویژه در سنتزهای چند مرحلهای نقش کلیدی دارند.4-1 هنگامی که هدف سنتز یک مولکول نسبتاً پیچیده است، باید یکسری واکنشهای منجر شونده به محصول مورد انتظار را طراحی کرد. در حال حاضر، سنتزهایی وجود دارند که نیاز به پانزده تا بیست مرحله دارند. در طراحی و اجراء چنین سنتزهای چند مرحلهای، نکته قابل توجه این است که گروههای عاملی که از قبل در مولکول حضور دارند با شرایط واکنش مورد نیاز برای مراحل بعدی رقابت میکنند. گاهی اوقات تغییر یک گروه عاملی به منظور جلوگیری از تداخل با برخی واکنشها در توالی سنتزی ضروری است. یک گروه محافظت کننده را میتوان در محل قرار داد و سپس متعاقباً به منظور جلوگیری از یک واکنش ناخواسته یا سایر تأثیرات معکوس آن را برداشت. در انتخاب یک گروه محافظت کننده مناسب باید به چند نکته مهم توجه نمود :
۱- ماهیت گروهی که باید محافظت شود.
۲- شرایط واکنش که تحت آن شرایط گروه محافظت کننده پایدار باشد.
۳- شرایطی که برای برداشتن گروه محافظت کننده میتوان فراهم نمود.
هیچ نوع گروه محافظت کننده جامع و فراگیری وجود ندارد. به هر حال این روش به سطوح بالایی ارتقاء یافته است و بسیاری از گروههای محافظت کننده را برای سنتز مولکولهای پیچیده فراهم میکنند. خوشبختانه روشهای الحاق و برداشتن گروههای محافظت کننده کاملاً توسعه یافته است و راندمانها معمولاً عالی هستند.2-1
۱-۱-۱- حفاظت گروههای کربونیلی
محافظت و محافظت زدایی انتخابی ترکیبات آروماتیک یا آلیفاتیک کربونیلدار بسیار حائز اهمیت است. یکی از ویژگیهای شاخص گروه کربونیل، الکتروفیل بودن آن است که باید در طی مراحل مختلف سنتزهای چند مرحلهای در برابر حمله واکنشگرهای گوناگون مانند نوکلئوفیلها که شامل معرفهای اسیدی، بازی، آلی فلزی، یا عوامل کاهنده و اکسنده است محافظت گردد.۱
محافظت گروه های کربونیلی بیشتر شامل تشکیل استال، کتال، دی اکسالان، دی استات، تیواستال، یا اکساتیولان است. 8-5
1-1-2- استالها
یک روش بسیار عمومی برای محافظت نمودن آلدهیدها و کتونها در مقابل افزایش هسته دوستی یا کاهش، تبدیل آنها به استالهاست.۹ برای این منظور، اغلب از اتیلن گلیکول استفاده میشود، که یک مشتق دیاکسالان حلقوی ایجاد میکند. دیاکسالانها معمولاً از طریق گرما دادن یک ترکیب کربونیلدار با اتیلن گلیکول در حضور یک کاتالیزور اسیدی تهیه میشوند و بایستی تدارک لازم یرای خارج کردن آزئوتروپیک آب فراهم گردد (واکنش ۱-۱).
واکنش (۱-۱)
برای استالیزاسیون آلدهیدها وکتونها با استفاده از الکلها، کاتالیستهای هموژن و هتروژن مختلفی گزارش شده است. از جمله کاتالیستهای هموژن میتوان به تریفلیک اسید، پاراتولوئن سولفونیک اسید (PTSA) و نمکهای پیریدنیوم اشاره نمود.۱۳-۱۰
در میان کاتالیستهای متنوع هتروژنی میتوان سولفاتهای فلزی ساپورت شده بر روی سیلیکاژل را نام برد (واکنش ۱-۲).۱۴
واکنش (۱-۲)
در یک مورد نیز از زیرکونیوم سولفونیل فسفونات [[Zr(CH3PO3)1.2(O3PC6H4SO3H)0.8 برای تهیه استالها استفاده شده است (واکنش ۱-۳).۱۵
واکنش (۱-۳)
در یک مورد دیگر، برای محافظت کردن کتونها کاتالیسیت ZrO2 / SO42-گزارش شده است (واکنش 1-4).۱۶
واکنش (۱-۴)
یکی دیگر از محافظت کنندههای کربونیل، مشتق ۱و۳-اکساتیولان است، که میتوان از واکنش با مرکاپتواتانول در حضور تعدادی از اسیدهای لوئیس از جمله BF3١٧ و In(OTf)3۱۸ یا حرارت دادن با یک کاتالیزور اسیدی ضمن خارج نمودن آزئوتروپیک آب آن را تهیه نمود.19 ۱و۳- اکساتیولانها به ویژه هنگامی سودمند و قابل کاربرد هستند که برای محافظت زدایی در شرایط غیر اسیدی مورد نیاز باشد. در واکنش زیر از کائولین برای تهیه مشتق ۱و۳- اکساتیولان استفاده شده است (واکنش 1-5).۲۰
واکنش ( ۱- ۵)
دیتیواستالها نیز برای محافظت نمودن گروههای کربونیل سودمند هستند.۲۱ این گروهها را میتوان از واکنش دیتیولها در حضور کاتالیزورهای اسید لوئیس تهیه نمود. به عنوان مثال در یک مورد از تنگستوفسفوریک اسید (H3PW12O40) به عنوان یک کاتالیست هتروژن، برای تیواستالیزاسیون آلدهیدها و کتونها استفاده شده است واکنش (۱- ۶).۲۲
واکنش (۱- ۶)
چگونگی مکانیسم تشکیل استالها را در زیر میتوان مشاهده کرد. در این مکانیسم ابتدا یک همیاستال تشکیل میشود و سپس استال مربوطه ایجاد میشود (شمای1-1). ۲۳
شمای (1-1)
اما گرانوالد در یک مطالعه نشان داد که مراحل نشان داده شده فوق برای تشکیل همیاستال به صورت همزمان است (واکنش 1-7).۲۴
واکنش (1-7)
۱-۱-۳- آسیلالها (۱و۱- دی استاتها)
در سالهای اخیر آسیلالها (۱و۱- دی استاتها) به عنوان یک محافظت کننده خوب برای آلدهیدها بسیار مورد توجه قرار گرفته است و جایگزین استالها شده است.۱ علت برتری آسیلالها بر استالها، پایداری آسیلالها در محیط اسیدی ملایم، محیط بازی و خنثی است و به راحتی قابل تهیه هستند.۲۵ بعلاوه مزیت دیگر آسیلالها نسبت به استالها این است که، در طی واکنش تشکیل استال آب تولید میشود که باید با روشهای فیزیکی یا شیمیایی آن را خارج نمود، در حالی که، در طی تشکیل آسیلالها چنین عملی لازم نیست. نکته حائز اهمیت دیگر، سنتز شیمی گزین ۱و۱- دیاستاتها از آلدهیدها در حضور کتونها است، به گونهای که کتون موجود در محیط حتی در دماهای بالا و زمانهای طولانی وارد واکنش نمیشود.
۱-۱-۴- کاربردهای آسیلالها
1-1-4-1- واکنش آسیلالها با معرفهای سیانید
آسیلالهای بدست آمده از آلدهیدهای آلیفاتیک در حضور KCN و در حلال DMSO، در شرایط دمای اتاق سیانوهیدرین استرها را با راندمان های عالی ایجاد می کنند (واکنش 1-8).۲۶
واکنش (1-8)
1-1-4-2- واکنش آسیلال ها با تری متیل سیلیل آزید
آسیلالها با تری متیل سیلیل آزید در حضور اسید لوئیس TiCl4 واکنش میدهند و بنزونیتریلها را با راندمان بالا تولید میکند (واکنش 1-9).27
واکنش (۱-9)
1-1-4-3- واکنش آسیلال ها با سدیم آزید
آسیلالها هنگامی که با سدیم آزید واکنش میدهند، با انجام واکنش جانشینی محصول دی آزید را تولید میکنند (واکنش ۱-10).27
واکنش (1-10)
1-1-4-4- واکنش آسیلالها با معرف آلکیل لیتیم و گرینیارد
۱و۱- دی استاتها با معرفهای آلی فلزی آلکیل لیتیم و گرینیارد وارد واکنش شده و تولید استر مینماید. این واکنش شامل جانشینی یکی از گروههای استات با قسمت آلی معرف میباشد. بازده این واکنش بالا است و به طور کلی راندمان واکنش آسیلال با معرف گرینیارد، بیشتر از واکنش آن با معرف آلکیل لیتیم است. محصول اصلی این واکنش استر میباشد و به همراه آن مقداری از آلدهید اولیه که برای تولید آسیلال به کار رفته نیز با حمله معرف به دو گروه کربونیل قسمت استری تولید میشود (واکنش 1-11).۲۸
واکنش (1-11)
1-1-4-5- واکنش بیگنلی
آسیلالها در واکنش بیگنلی، همراه با اتیل استواستات و اوره یا تیواوره برای تهیه دی هیدروپیریمیدینها در حضور یک کاتالیست اسیدی و در شرایط بدون حلال بکار میروند (واکنش 1-12).۲۹
واکنش (1-12)

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

1-1-4-6- واکنش جانشینی با نوکلئوفیلهای آلی- فلزی
آسیلالهای آلیلی با ترکیبات ارگانو کوپرات با مکانیسم SN2/ واکنش میدهند و موقعیت β آن استخلافدار میشود و بعد از هیدرولیز آلدهید حاصل میشود. بنابراین در طی این واکنش یک آلدهید غیراشباع به یک آلدهید اشباع تبدیل میشود (واکنش 1-13).۳۰
واکنش (1-13)
1-1-4-7- واکنش جانشینی آسیلالهای آلیلی در حضور کاتالیزور Pd(0)
۱و۱- دیاستاتهای آلیلی، فرم فعال شده گروه کربونیل در آلدهیدهای α،β- غیر اشباع میباشند و حضور دو گروه ترک کننده آلیلی در این ترکیبات باعث میشود که دو نوکلئوفیل مختلف در دو مرحله در واکنشهای جانشینی کاتالیز شده با پالادیم، جانشین گروههای استوکسی شوند (واکنش 1-14).۳۱
واکنش (1-14)
1-1-4-8- واکنش آلیلاسیون آسیلال ها
از واکنش آسیلالها با ترکیب آلیل برماید در شرایط دمای اتاق، حلال آب و THF و در حضور فلز ایندیم، همو آلیل استالهای مربوطه با بازده بالا بدست میآیند واکنش (1-15).۳۲
واکنش (1-15)
1-1-4-9- واکنش دیلز- آلدر
آسیلالها به عنوان یک پیش ماده مهم برای تولید ترکیبات ۱- استوکسی دیانها در واکنش دیلز- آلدر به کار میروند. واکنش با حذف استیک اسید از آسیلال های α،β- غیر اشباع، همراه با حذف هیدروژن گاما پیش میرود (واکنش1-16).۳۳
واکنش (1-16)
ترکیبات ۱و۱- دی استات همچنین برای تهیه وینیل استاتها در واکنشهای دیلز- آلدر کاربرد دارند (واکنش 1-17).۳۴
واکنش (1-17)
1-1-4-10- از ترکیبات ۱و۱- دی استات در سنتزهای بیولوژیکی به عنوان پیش ماده استفاده میشود و کاربرد دارویی دارند.۳۵
1-1-4-11- آسیلالها به عنوان واکنشگرهای کراس- لینک کننده برای سلولز در تهیه نخ به کار میروند.۳۶
1-1-4-12- آسیلالها به عنوان عامل فعال کننده مخلوط سفیدکننده برای اصلاح پارچه های رنگ شده بکار برده میشوند.۳7
1-1-5- روشهای تهیه آسیلالها
در سال ۱۹۰۵، Knoevenagel گزارش کرد که اولین پروتون یک اسید قوی، سنتز آسیلالها از آلدهیدها را با استیک انیدرید کاتالیز میکند.۳۸ در قرن بیستم سنتز آسیلالها به تدریج بوسیله کاتالیستهای اسیدی گوناگون توسعه پیدا کرد.42-39و25 کاتالیستهای اسیدی مختلف مورد استفاده برای سنتز آسیلالها میتواند اسیدهای پروتیک قوی مانند: سولفوریک اسید،۴۳ فسفوریک اسید یا متان سولفونیک اسید۴۴ یا اسیدهای لوئیس مانند: کلرید آهن (ІІІ)۲۵، کلرید روی (ІІ)۴۵، اسکاندیم تریفلات۴۶، زیرکونیم هیدروژن سولفیت۴7، زیرکونیوم کلرید۴۸ و … باشند.
در سالهای اخیر از کاتالیستهای بسیار متنوعی برای سنتز ترکیبات ۱و۱- دی استات استفاده شده است که در ادامه به بررسی تعدادی از آنها خواهیم پرداخت.
– اوتینو و همکارانش در سال ۲۰۰۳ گزارش کردند، آلدهیدهای آلیفاتیک و آروماتیک بوسیله واکنش با استیک انیدرید و اسید ولز- داوسن (H6P2W18O62·24H2O) به عنوان کاتالیزور، تحت شرایط ملایم، بدون حلال و در دمای اتاق به ترکیبات ۱و۱- دی استات با راندمانهای عالی تبدیل میشوند (واکنش 1-18).۴۹
واکنش (1-18)
– در سال ۲۰۰۶ دسایی و همکارانش گزارش نمودند، سیلیکا سولفوریک اسید (SSA) به عنوان یک کاتالیزور قابل بازیافت قادر است آسیلالها را از واکنش آلدهیدها با استیک انیدرید به صورت شیمی گزین، تحت شرایط بدون حلال تولید نماید
(واکنش1-19).۵۰
واکنش (1-19)
– حاجیپور و همکارانش در سال ۲۰۰۸ گزارش کردهاند، 1-H-3-متیل ایمیدازولیم هیدروژن سولفات ([HMIm]HSO4) یک اسید برونشتدی است که میتواند سنتز ۱و۱- دی استاتها را ازآلدهیدها تحت شرایط ملایم و بدون حلال در دمای اتاق کاتالیز نماید (واکنش 1-20).۵۱
واکنش (1-20)
– در سال ۲۰۰۹ ژانگ، از اسید لوئیس SbCl3 به عنوان کاتالیزور برای سنتز آسیلالها استفاده نمود. این واکنش تحت شرایط تابش امواج میکروویو و بدون حلال انجام میشود و آلدهیدهای مربوطه با راندمان خوبی به آسیلالها تبدیل میشوند (واکنش 1-21).۵۲
واکنش (۱-۲1)
– میشرام و همکارش در سال ۲۰۱۰ سنتز ۱و۱-دی استاتها را با استفاده از کاتالیزور کارآمد CoBr2 بدون آب تحت شرایط بدون حلال و در دمای اتاق انجام دادند. این روش از مزایایی مانند: شرایط ملایم واکنش، کنترل پذیری آسان کاتالیست، زمان کوتاه واکنش و راندمان عالی برخوردار است (واکنش 1-22).۵۳
واکنش (۱-22)
– جانگ و همکارانش در سال ۲۰۱۰ از یک شیوه جدید، ملایم و شیمی گزین برای سنتز آسیلالها از آلدهیدها با استفاده از کاتالیزور تیتانیم فلوراید یا تیتانیم کلراید تحت شرایط بدون حلال در دمای اتاق خبر دادند (واکنش 1-23).۵۴
واکنش (۱-۲3)
پلی(N,N–دیبرمو-N-اتیل-بنزن-1و3-دیسولفونامید)(PBBS)،55 β-زئولیت،۵۶ Y-زئولیت،57 LiClO4،58 Bi(NO3)3·5H2O،59 NBS،60 لیتیم تری فلات (LiOTf)،61 InCl3،۶۲P2O5/Al2O3 ،۶۳ تترابرومو-2و5- سیکلوهگزادیانون ((TABCO،۶۴ ید،۶۵ زینک تترا فلئوروبورات [Zn(BF4)2]،۶۶PCl3 ،67 از جمله کاتالیستهایی هستند که در سالهای اخیر برای سنتز آسیلالها مورد استفاده قرار گرفتهاند. بسیاری از این کاتالیستها، در شرایط واکنشی بدون حلال بکار گرفته شدهاند. زیرا واکنشهایی که در غیاب حلال انجام میشوند مزایایی نسبت به واکنشهایی که در حلالهای آلی انجام میگیرند دارند، که از آن جمله می توان به زمان کوتاه واکنش، افزایش ایمنی، فواید اقتصادی و استخراج آسانتر محصول را نام برد. در هر صورت، برخی از روشهای مذکور در بالا دارای معایبی هستند. به عنوان مثال برخی از این معرفها مانند اسیدهای پروتوندار قوی بسیار خورندهاند.۴۴و۴۳ استفاده از حلالهای آلی سمی،۵۹و۵۵ معرفهای اکستده۶۰ و منفجره،۵۸ نیاز به حرارت بالا۵۵ و اتمسفر بی اثر۵7 و نیز گاهی اوقات پایین بودن راندمان محصولات67 برخی دیگر از این محدودیتهای به شمار میروند.
1-1-6- بررسی مکانیسم تشکیل ۱و۱- دی استاتها
دو احتمال برای مکانیسم تشکیل آسیلالها وجود دارد، یکی مکانیسم درون مولکولی و دیگری مکانیسم بین مولکولی. کاوالا و پتل این مکانیسم را با استفاده از کاتالیست تترا بوتیل آمونیوم تری برماید مورد بررسی قرار دادند. همان طور که در شکل زیر مشخص است مکانیسم از طریق حمله نوکلئوفیلی پیش میرود (شمای ۱-2).۶۸
شمای (۱-2)
کوچار نیز مکانیسم تشکیل آسیلالها را با استفاده از کاتالیزور FeCl3 انجام داد که نتایج حاصل از آن، مکانیسم بین مولکولی را تأیید مینماید.۴۶
1-1-7- سنتز ۱و۱- دی استاتها از ترکیبات غیرآلدهیدی
1-1-7-1- آسیلالها از واکنش کربوکسیلیک اسیدها با دی کلرومتان در حضور باز بدست میآیند (واکنش 1-24).۶۹
واکنش (1-24)
1-1-7-2- از واکنش کربوکسیلیک اسیدها با وینیل استرها، آسیلالها سنتز میشوند (واکنش 1-25).70
واکنش (1-25)
1-1-7-3- آسیلالها را میتوان با واکنش ۱و۳- دیتیانها با Hg(OAc)2 در استیک اسید و در حضورBF3.Et2O سنتز کرد (واکنش 1-26)71
واکنش (1-26)
1-1-7-4- از اکسیداسیون آریل پروپنها با DDQ (۲و۳- دیسیانو- ۵و۶- دیکلرو بنزوکوئینون) و در حضور استیک اسید، آسیلال سینمالدهید تهیه میشود (واکنش 1-27).72
واکنش (1-27)
1-1-7-5- از واکنش ۲- متیل- بوت- ۳- این- ۲- ال با استیک انیدرید و در حضور یون نقره، طی دو مرحله دی استات آلیلی حاصل میشود (واکنش ۱-۲8).73
واکنش (۱-۲8)
1-1-7-6- از واکنش ۴- برمو- ۲-نیترو-تولوئن با اسنیک انیدرید و در حضور CrO3 نیز آسیلالها سنتز میشوند (واکنش1-29).74
واکنش (1-29)
۱-۲- حفاظت گروههای الکلی
محافظت گروههای هیدروکسیل الکلها و فنولها یکی از مهمترین و پر کاربردترین تبدیلها در شیمی آلی است. محافظت چنین گروههای عاملی، در طی مسیر تبدیلات مختلف در یک توالی سنتزی بویژه در تهیه مولکولهایی با چند گروه عاملی مانند نوکلئوسایدها، کربوهیدراتها، استروئیدها و محصولات طبیعی ضروری میباشد.۱ در سالهای اخیر به دلایل فوق الذکر، توجه ویژهای معطوف محافظت و محافظت زدایی الکلها شده است، که در ادامه به بررسی روشهای موجود برای این منظور خواهیم پرداخت.
۱-۲-۱- حفاظت اتری الکلها
اترها برای محافظت گروه هیدروکسی الکلها به طور گستردهای کاربرد دارند. از جمله اترهایی که معمولاً برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از: تتراهیدروپیرانیل اتر، متوکسی متیل اتر، β-متوکسی اتوکسی متیل اتر، متیل سولفانیل متیل اتر، سیلیل اتر وغیره که در ادامه به بررسی برخی از آنها میپردازیم.
1-2-1-1- تتراهیدروپیرانیل اترها (THP – OR)
یکی از شرایط متداول در سنتز، آن است که گروه هیدروکسی به صورت یک مشتق فاقد پروتون محافظت شود. مثالهایی از این شرایط عبارتند از معرف گرینیارد یا سایر معرفهای آلی فلزی بازی. که در این صورت پروتون اسیدی گروه هیدروکسی با یک اکی والان از معرف آلی فلزی بازی از بین میبرد و احتمالاً از سایر راهها به صورت معکوس بر واکنش تأثیر میگذارد. در برخی از موارد محافظت گروه هیدروکسی، انحلال پذیری الکلها در حلالهای غیر قطبی را افزایش میدهد. انتخاب مناسبترین گروه، توسط شرایطی تعیین میشود که باید در مرحله برداشتن گروه محافظت کننده استفاده شود. تحت شرایط هیدرولیز نسبتاً اسیدی که برای محافظت زدایی از یک گروه مناسب است، میتوان از تترا هیدرو پیرانیل اتر (THP) استفاده نمود.75 گروه THP، همانند سایر استالها و کتالها، نسبت به واکنشگرهای بازی و هسته دوست بی اثر است وتحت شرایطی مانند کاهش هیدرید، واکنشهای آلی فلزی، یا واکنشهای کاتالیز شده با باز در محلول آبی دست نخورده باقی میماند. این گروه همچنین گروه هیدروکسی را در مقابل اکسایش محافظت میکند. گروه THP از طریق افزایش الکل در حضور کاتالیزور اسیدی به بخش وینیل اتری در دیهیدروپیران اضافه میشود. کاتالیستهای متنوع بسیاری مانند AlPO476، زئولیتها77، SiO2/TaCl578، ZrCl479 را میتوان برای THP دار کردن الکلها نام برد.
در یک شیوه برای تترا هیدروپیرانیلدار کردن الکلها از کاتالیست ZnCl2 نشانده شده بر روی آلومینا استفاده شده است (واکنش 1-30).۸۰
واکنش (1-30)
مکانیسم واکنش THP دار شدن الکلها در حضور کاتالیستهای اسیدی به صورت زیر میباشد (شمای۱-3).
شمای (۱-3)
1-2-1-2- متوکسی متیل اترها
متوکسی متیل (MOM) و β- متوکسی اتوکسی متیل (MEM) برای محافظت الکلها و فنولها به صورت فرمالدهید استال به کار میروند. این گروهها معمولاً از طریق واکنش نمک فلز قلیایی یک الکل با متوکسی متیل کلرید یا β- متوکسی اتوکسی متیل کلرید تولید میشوند.۸۱ از کاتالیستهایی که برای این منظور استفاده شدهاند میتوان BF3۸۲، Al2O3۸۳ و Montmorillonite K10۸۴ را نام برد.
به عنوان مثال در یک مورد برای محفاظت الکلها به صورت MOM از TiO2/SO42- استفاده شده است (واکنش1-31).۸۵
واکنش (۱-۳1)
1-2-1-3- تری متیل سیلیل اترها
سیلیل اترها به عنوان گروههای محافظت کننده هیدروکسی نقش بسیار مهمی دارند.۸۶ الکلها را به سهولت میتوان از طریق واکنش با تری متیل سیلیل کلراید Me3SiCl در حضور یک آمین یا توسط گرما دادن هگزا متیل دی سیلازان (Me3Si)2NH به تری متیل سیلیل (TMS) اترها تبدیل نمود. در این روش نیز کاتالیستهای متنوعی از جمله CuSO4·5H2O87، Envirocat EPZG۸۸ و کائولین۸۹ به کار گرفته شدهاند.
در موردی، استفاده از کاتالیست Montmorillonite K10 و معرف HMDS در شرایط دمای اتاق ودر حلال دی کلرومتان برای سیلیل دار کردن الکلها گزارش شده است (واکنش 1-32).۹۰
واکنش (1-32)
1-2-2- حفاظت استری
گاهی اوقات محافظت یک گروه عاملی الکلی از طریق استری کردن مزایایی بر استفاده از گروه اتری دارد. به طور کلی، استرها تحت شرایط اسیدی پایدارند و بویژه برای محافظت کردن در حین اکسایش سودمند هستند. استاتها، بنزواتها و پیوالاتها را که رایجترین مشتقهای مورد استفادهاند، میتوان به طور مناسب از طریق واکنش الکلهای بدون ازدحام، به ترتیب با استیک انیدرید، بنزوئیل کلرید، یا پیوالوئیل کلراید در حضور پیریدین۱ یا سایر آمینهای نوع سوم تهیه نمود.
استیلاسیون روشی مناسب برای محافظت گروه هیدرکسیل بشمار می آید، زیرا استر استیلهای بوجود آمده در شرایط اسیدی پایدار هستند.۹۱ برای استیلاسیون الکلها علاوه بر استیک انیدرید، میتوان از استیک اسید و استیل کلراید نیز استفاده نمود.
برای این منظور از کاتالیستهای اسیدی متنوعی استفاده شده است که از آن جمله میتوان به Montmorillonite K10۹۲ وKSF۹۳، بورات زیرکونیوم۹۴، زیرکونیوم اکسی کلراید ZrOCl2·8H2O۹۵، β-زئولیت۹۶ و کاتالیست های نشانده شده بر روی بسترهای جامد مانند اسید سولفوریک نشانده شده بر روی سیلیکاژل97 اشاره نمود. به عنوان مثال در یک مورد از Al2O3/KF و استیل کلراید برای استیلاسیون الکلها استفاده شده است (واکنش 1-33).۹۸
واکنش (۱-33)
در موردی دیگر از کاتالیست پتاسیم دودکاتنگستو کبالت تری هیدرات K5CoW12O40·3H2O در حضور استیک اسید برای این منظور استفاده شده است (واکنش 1-34).۹۹

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

واکنش (۱-۳4)
در ادامه به بررسی استیلاسیون الکلها با معرف استیک انیدرید در حضور کاتالیستهای مختلف خواهیم پرداخت. به عنوان مثال، WO3/ZrO2 به عنوان کاتالیست در حضور Ac2O برای استیله کردن الکلهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است (واکنش 1-35).۱۰۰
واکنش (1-35)
علاوه بر کاتالیستهای ذکر شده، استیلاسیون الکلها با LiOTf۱۰۱، Sc(OTf)3۱۰۲، CoCl2۱۰۳، I2۱۰۴، RuCl3۱۰۵، ZnO۱۰۶ و Al(HSO4)3107 نیز گزارش شده است.
به طور کلی برخی از روشهای مذکور دارای محدودیتها و معایبی هستند. به عنوان مثال در بعضی از روشها از حلالهای سمی استفاده شده است که علاوه بر خطرات زیست محیطی، به دلیل گران بودن از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه نمیباشند. زمانهای طولانی برای اتمام واکنش و پایین بودن بازده محصولات بدست آمده از جمله این معایب برخی از این روشها است.
استرها علاوه بر اینکه جزو گروههای محافظت کننده محسوب میشوند، از جمله مواد شیمیایی ضروری هستند که به صورت گسترده ای در عطرسازی، و در صنعت پلیمر به عنوان نرم کننده و نیز منومرهای پلیمری کاربرد دارند. همچنین بعنوان عامل امولسیون کننده در بسیاری از شاخه های صنعت از قبیل لوازم آرایشی، داروسازی و موادغذایی در سطح بسیار وسیعی بکار برده می شوند.۱۰۸
1-3- استفاده از شرایط سبز در فرآیندهای ناپیوسته تولید فرآوردههای شیمیایی
وجود حلالهای واکنش و استخراج کاتالیزگرهای غیر قابل بازیابی، دماهای زیاد و تشکیل محصولات جانبی به دلیل عدم انتخابی بودن شرایط واکنشها در موارد بسیاری موجب ناکارآیی اتمی ، ایجاد ضایعات و سایر مشکلات میشوند. بنابراین در چنین مواردی باید در شرایط انجام واکنش به منظور رسیدن به فرآیند سبز تجدید نظر شود. در ادامه به معرفی مثالهایی از تلاشهای انجام شده برای حذف عوامل نامطلوب مذکور میپردازیم.
لازم به توضیح است که کارآیی اتمی با استفاده از معادله زیر قابل محاسبه میباشد :
(محصول مولکولی وزن)⁄(اولیه مواد تمام مولکولی وزن مجموع) = کارایی اتمی
1-3-1- سنتزهای آلی بدون حلال با استفاده از واکنشگرها یا محملهای کاتالیزوری معدنی و میکرو ویو
در این گونه سنتزها واکنشگرها یا عاملهای کاتالیزگر معدنی در معرض تشعشعات میکرو ویو و در شرایطی آسان، انتخابی و سریع محصول مورد نظر تشکیل میشود. بعضی از این واکنشگرها/کاتالیزگرها عبارتند از:
(Clayfen) Fe(NO3)3-Clay, (Claycop) Cu(NO3)3-Clay, (Clayan) NH4NO3-Clay, NaBH4-Clay, NaIO4-Silica.
این واکنشگرهای فاز جامد، نسبت به واکنشهای متداول فاز محلول دارای مزایایی هستند که از آن جمله موارد ذیل را میتوان نام برد:
پخش مناسب مواضع فعال واکنشگر، انتخابی بودن واکنش، استحصال آسانتر و قابل بازیابی بودن پایههای جامد (کاتالیزگر). از سایر محاسن این واکنشها میتوان به انجام پذیر بودن واکنشها در ظروف روباز، عدم نیاز به واکنشگرهای اضافی، عدم تشکیل و یا به حداقل رساندن دور ریزها اشاره کرد.109
در اینجا به معرفی مثالهایی از این واکنشها میپردازیم.
1-3-1-1- واکنشهای محافظت و رفع محافظت از گروههای عاملی در مولکولها
همان طور که در قبل گفته شد، محافظت گروههای کربونیل آلدهیدها و کتونها معمولاً در شرایط خورنده اسیدی و با حضور حلالهایی مانند تولوئن و زایلن برای دور کردن آب از محیط واکنش به صورت مخلوط آزئوتروپی انجام میشود. این واکنش در حضور پاراتولوئن سولفونیک اسید یا KSF Clay تحت تشعشع امواج میکرو ویو (MW) و بدون حضور حلال در مدت زمان کوتاهی انجام میشود (واکنش 1-36).110
واکنش (1-36)
رفع محافظت از الکلهای محافظت شده به وسیله گروه تری بوتیل دی متیل سیلیل (TBDMS) معمولاً به وسیله تترا بوتیل آمونیوم فلوئورید در حلال تترا هیدروفوران و یا اسید فلوئوریدریک آبی یا تترا فلوئورو بورات صورت میگیرد. این امر را میتوان در سطح آلومینا و با تشعشع امواج میکرو ویو انجام داد (واکنش 1-37).111
واکنش (1-37)
1-3-1-2- اکسایش الکلها
اکسایش الکلها معمولاً به وسیله پراسیدها، پراکسیدها و مواد اکسنده حاوی ترکیبات منگنز یا کروم انجام میشود. برخی از مشکلات این واکنش عبارت است از سمیت واکنشگرهای مذکور، مشکل بودن استحصال محصولات واکنش، ایجاد ضایعات و اکسایش بیش از حد الکلهای نوع اول به اسیدهای آلی. این اکسایش را میتوان با استفاده از Clayfen در مدت زمان کوتاهی انجام داد. واکنش تحت این شرایط به طور انتخابی انجام میشود و در مورد الکلهای نوع اول در مرحله آلدهید متوقف میشود (واکنش 1-38).112
واکنش (1-38)
1-3-1-3- کاهش گروه کربونیل
در احیای گروه کربونیل آلدهیدها و کتونها از عوامل کاهنده مانند سدیم بورو هیدرید استفاده میشود. این ترکیب علیرغم ارزان بودن، واکنش کاهش را در مدت طولانی به انجام میرساند و قابلیت انتخابگری خوبی ندارد. با استفاده از سدیم بوروهیدرید روی پایه آلومینا و تحت تشعشع امواج میکرو ویو میتوان گروه کربونیل مجاور یک حلقه آروماتیک را به طور انتخابی کاهش داد (واکنش 1-39).113
واکنش (1-39)
همچنین در فرآیند احیاء سینامالدهید در دمای اتاق با همان واکنشگر، فقط گروه کربونیل احیاء شده و پیوند دوگانه بدون تغییر باقی میماند.
1-3-2- سنتزهای آلی با استفاده از مایعات یونی
1-3-2-1- واکنشهای آسیلدار شدن فریدل-کرافت در دمای محیط با استفاده از مایعات یونی
فرآیندهای آلکیلاسیون و آسیلاسیون فریدل-کرافت معمولاً در حضور کاتالیزگرهایی از نوع اسیدهای لوئیس محلول مانند آلومینیوم کلراید و بور تری فلوئوراید صورت میگیرد. این کاتالیزگرها علیرغم ارزان بودن، سهولت دستیابی و فعال بودن دارای معایبی نیز هستند. به عنوان مثال آلومینیوم کلراید بیش از مقدار استوکیومتری مصرف میشود و هنگام استحصال محصول واکنش مقدار زیادی ضایعات آلومینیوم هیدروکسید تشکیل میشود. گاز هیدروکلریدریک اسید نیز یک محصول جانبی است که باید گاز شویی شود که این امر به نوبه خود ضایعات سدیم کلرید را بوجود میآورد.
از سوی دیگر واکنش آسیلدار شدن با استفاده از مایع یونی حاوی دو ماده 1- متیل-3- اتیل ایمیدازولیوم کلراید و آلومینیوم کلراید (III) به عنوان کاتالیزگر انجام میشود. در مورد نفتالین در دمای صفر درجه سانتیگراد و به مدت یک ساعت گروه آسیل به طور انتخابی در موقعیت یک حلقه قرار میگیرد (واکنش1-40).114
واکنش (1-40)
در مورد کلرو بنزن، تولوئن و آنیسول نیز ایزومر پارا به طور انتخابی تشکیل میشود (واکنش 1-41).
واکنش (1-41)
برخی از مایعات یونی خنثی عبارتند از:
1- بوتیل-3- متیل ایمیدازولیوم تری فلوئورو متان سولفونات OTF])][([bmim
1- بوتیل-3- متیل ایمیدازولیوم هگزافلوئورو فسفات PF6])][([bmim
1- بوتیل-3- متیل ایمیدازولیوم لاکتات Lactate])][([bmim
1- بوتیل-3- متیل ایمیدازولیوم تترا فلوئورو بورات BF4])][([bmim
1-3-2-2- واکنش دیلز-آلدر با استفاده از مایعات یونی خنثی
واکنش دیلز-آلدر معمولاً در حلال بنزن و دمای زیاد انجام میشود و مخلوطی از لیتیم پرکلرات و اتر تسریع کننده و بهبود دهنده میزان انتخابی بودن چنین واکنشهایی هستند.
مزایای مایعات یونی خنثی در این واکنش عبارتند از:
فشار بخار کم و استفاده از آنها در شرایط تحت فشار، ایمنی حرارتی، ویژگی تحمل ناخالصیهایی مانند آّب و قابلیت بازیابی آسان.
در این واکنش سیکلو پنتا دیان به همراه چند نوع دیان دوست و مایع یونی خنثی به کار میرود. نسبت محصول اندو به اگزو بستگی به نوع دیان دوست و دمای واکنش دارد و به این علت معمولاً در شروع واکنش دما کمی زیادتر است.115
روند رو به رشد آگاهی بشر نسبت به معضلات زیست محیطی ایجاب میکند که محققین علم شیمی در نگرش خود به فرآیندهای شیمیایی طوری تجدید نظر کنند که این فرآیندها با کمترین میزان آلودگی، بیشترین کارآیی اتمی و با صرف کمترین مقدار انرژی قابل انجام باشند. بدین ترتیب میتوان امیدوار بود که در سایه تلاشهای محققین برای معرفی روشها، حلالها و محیطهای جدید، انجام واکنشها و یا بازنگری فرآیندهای موجود، محیط زیست از گزند صدمات بیشتر محفوظ بماند.
هدف از کار پژوهشی حاضر
کاربرد گروههای محافظت کننده در سنتز آلی بسیار وسیع است و آسیلالها گروههای محافظت کننده مفیدی برای ترکیبات کربونیل دار میباشند، لذا در این رساله حفاظت آلدهیدها را از طریق سنتز آسیلالها (ترکیبات 1و1- دی استاتها) با شیوههای نوین مورد مطالعه و بررسی قرار دادیم. ما همچنین حفاظت الکلها را از طریق استیلاسیون در حضور سیستمهای اسید سولفوریک نشانده شده بر روی کربن فعال و مولیبدن فلزی مورد بررسی قرار دادیم.
با توجه به این که کاربرد حلالهای فرار آلی برای انجام واکنشهای شیمیایی از لحاظ اقتصادی و همچنین تأثیرات زیست محیطی مناسب نمیباشد و باتوجه به اهمیت بکارگیری اصول شیمی سبز بر آن شدیم تا واکنشها را در شرایط بدون حلال مورد بررسی قرار دهیم. استفاده از حلالهای دوستدار محیط زیست، راندمان بالای محصولات، سهولت دسترسی به واکنشگرها و زمان کوتاه واکنشها، دیدگاههای اصلی ما در این رساله میباشند.
فصل دوم

بخش تجربی
2-1- کلیات
تمام معرفها و پیش مادهها و حلالهای مورد نیاز از شرکتهای مرک و فلوکا با کیفیت بالا و بدون نیاز به خالص سازی تهیه شدهاند. طیفهای IR توسط دستگاه Thermo Nicolet Nexus 670 FT-IR و طیفهای 1H/13C NMR توسط دستگاه 300 MHz Bruker Avance در حلال CDCl3 گرفته شدهاند. محصولات واکنشها با ثبت طیفهای 1H/13C NMR و IR و مقایسه آنها با اطلاعات موجود در مراجع شیمی شناسایی شدند. برای مشاهده پیشرفت واکنشهای انجام شده از صفحات TLC (Silicagel 60 F254 Aluminium Sheets) استفاده شده است.
2-٢- نمونه دستورکار آزمایشگاهی برای تبدیل آلدهیدها به 1و1- دی استاتهای مربوطه با استفاده از اسید سولفوریک نشانده شده روی ذغال فعال تحت شرایط بدون حلال
دریک بالن ته گرد 10 میلی لیتری مجهز به همزن مغناطیسی، مخلوطی از ذغال فعال شده (Charcoal) (50 میلی گرم) و H2SO4 (50 میلی گرم) به مدت 10 دقیقه در دمای اتاق بهم زده شد تا اسید سولفوریک نشانده شده در روی ذغال فعال با نسبت m/m100% بوجود آمد. سپس استیک انیدرید (5 میلی مول، 51/0 گرم) به این مخلوط اضافه شد و به مدت 5 دقیقه هم زده شد. بعد از این مرحله بنزآلدهید (1 میلی مول، 106 میلی گرم) به مخلوط واکنش اضافه شده و به مدت 1 دقیقه دیگر مخلوط واکنش با همزن مغناطیسی در دمای اتاق بهم زده شد. پیشرفت واکنش توسط TLC در حلال (10:1)CH2Cl2/Et2O کنترل گردید. بعد از تکمیل واکنش محلول اشباع شده کربنات سدیم (10 میلی لیتر) به مخلوط واکنش اضافه شد و به مدت 15 دقیقه مخلوط واکنش بهم زده شد تا استیک انیدرید موجود در محیط کاملاً خنثی گردید. مخلوط واکنش توسط دی کلرومتان (3 بار و هر بار با 6 میلی لیتر) استخراج و توسط Na2SO4 بدون آب خشک گردید. محلول استخراج بعد از عبور از ستون کوچک سیلیکاژل تبخیر شد تا 1و1- دی استوکسی-1- فنیل متان خالص با راندمان %97 بدست آمد (جدول شماره 3- 1، مورد 1).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz): δ (ppm): 2.13 (6H, s, 2 OAc), 7.41 (3H, t, J=3.3 Hz, Ar), 7.52 (2H, q, J=3.6 Hz, Ar), 7.69(1H, s, CH).
13C NMR (CDCl3, 75.46 MHz): δ (ppm): 20.87, 89.71, 126.69, 128.62, 129.77, 135.48, 168.79.
IR (KBr, υ cm‐1): 3069, 2940, 1762, 1372, 1242, 1204, 1089, 1060, 1009, 922, 762, 699, 544.
2-3- نمونه دستورکار آزمایشگاهی برای تبدیل آلدهیدها به 1و1- دی استاتهای مربوطه با استفاده از BO3H3 تحت شرایط بدون حلال و حمام روغن
در یک لوله آزمایش مجهز به همزن مغناطیسی، محلولی از 4- کلرو بنزآلدهید (1 میلی مول، 140 میلی گرم) در استیک انیدرید (3 میلی مول،31/0 گرم) تهیه شد. سپس به محلول واکنش BO3H3 (05/0 میلی مول، 1/3 میلی گرم) اضافه شد و مخلوط واکنش به مدت 10 دقیقه در حمام روغن (oC85-80) بهم زده شد. پیشرفت واکنش توسط TLC در حلال (10:1)CH2Cl2/Et2O کنترل گردید. بعد از تکمیل واکنش محلول بی کربنات سدیم (10 میلی لیتر، 5%) به مخلوط واکنش اضافه شد و به مدت 15 دقیقه مخلوط واکنش بهم زده شد تا استیک انیدرید موجود در محیط کاملاً خنثی گردید. سپس مخلوط واکنش توسط دی کلرومتان (3 بار و هر بار با 6 میلی لیتر) استخراج و توسط Na2SO4 بدون آب خشک گردید. عبور محلول استخراج از ستون کوچک سیلیکاژل و تبخیر حلال، 1و1-دی استوکسی-1-(4- کلرو فنیل)- متان خالص با راندمان %91 را تولید نمود (جدول شماره 3-2، مورد 2).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz): δ (ppm): 2.13 (6H, s, 2 OAc), 7.37 (2H, d, J=8.4 Hz, Ar),7.46 (2H, d, J=8.4Hz, Ar),7.65 (1H, s, CH).
13C NMR (CDCl3, 75.46 MHz): δ (ppm): 20.82, 89.08, 128.16, 128.85, 134.01, 135.73, 168.68.
IR (KBr, υ cm‐1): 3085, 2924, 2854, 1763, 1590, 1474, 1236, 1196, 1078, 1017, 956, 834.
2-4- نمونه دستورکار آزمایشگاهی برای تبدیل الکلها به استرهای مربوطه با استفاده از اسید سولفوریک نشانده شده روی ذغال فعال تحت شرایط بدون حلال
در یک بالن ته گرد 10 میلی لیتری مجهز به همزن مغناطیسی، مخلوطی از ذغال فعال شده (25 میلی گرم) و H2SO4(25 میلی گرم) به مدت 10 دقیقه در دمای اتاق بهم زده شد تا اسید سولفوریک نشانده شده روی ذغال فعال به نسبت m/m 100% تولید گردید. استیک انیدرید (5 میلی مول، 51/0 گرم) به این مخلوط اضافه گردید و به مدت 5 دقیقه هم زده شد. سپس بنزیل الکل (1 میلی مول، 108 میلی گرم) به مخلوط واکنش اضافه گردید و به مدت 1 دقیقه، مخلوط واکنش با همزن مغناطیسی در دمای اتاق هم زده شد. پیشرفت واکنش توسط TLCدر حلال (10:1) CH2Cl2/Et2O کنترل گردید. بعد از تکمیل واکنش محلول اشباع کربنات سدیم (10 میلی لیتر) به مخلوط واکنش اضافه شد و به مدت 15 دقیقه، مخلوط واکنش بهم زده شد تا استیک انیدرید موجود در محیط کاملاً خنثی گردید. سپس مخلوط واکنش توسط دی کلرومتان (3 بار و هر بار با 6 میلی لیتر) استخراج و توسط Na2SO4 بدون آب خشک میگردید. عبور محلول استخراج از ستون کوچک سیلیکاژل و تبخیر حلال، محصول بنزیل استات خالص با راندمان %94 را تولید نمود (جدول شماره 3-4، مورد 1).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz): δ (ppm): 2.12 (3H, s, OAc), 5.12 (2H, s, CH2), 7.37 (5H, bs, Ph).
13C NMR (CDCl3, 75.46 MHz): δ (ppm): 21.00, 66.31, 128.25, 128.57, 135.93, 170.89
IR (KBr, υ cm‐1): 3034, 2954, 1743, 14.55, 1382, 1026, 749, 698.
2-5- نمونه دستورکار آزمایشگاهی برای تبدیل الکلها به استرهای مربوطه با استفاده از مولیبدن فلزی تحت شرایط بدون حلال و حمام روغن
در یک لوله آزمایش مجهز به همزن مغناطیسی، محلولی از 4- کلرو بنزیل الکل (1 میلی مول، 142 میلی گرم) در استیک انیدرید (3 میلی مول، 310 میلی گرم) تهیه شد. سپس به محلول واکنش Mo فلزی (1/0 میلی مول، 6/9 میلی گرم) اضافه شد و مخلوط واکنش به مدت 8 دقیقه در حمام روغن (oC 85-80) هم زده شد. پیشرفت واکنش توسط TLCدر حلال (10:1)CH2Cl2/Et2O کنترل گردید. بعد از تکمیل واکنش، محلول بی کربنات سدیم (10 میلی لیتر، %5) به مخلوط واکنش اضافه شد و به مدت 15 دقیقه، مخلوط واکنش بهم زده شد تا استیک انیدرید موجود در محیط کاملاً خنثی گردید. سپس مخلوط واکنش توسط دی کلرومتان (3 بار و هر بار با 6 میلی لیتر) استخراج و توسط Na2SO4 بدون آب خشک گردید. عبور محلول استخراج از ستون کوچک سیلیکاژل و تبخیر حلال، محصول 4- کلروبنزیل استات خالص با راندمان %91 را تولید نمود (جدول شماره 3-7، مورد 2).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz): δ (ppm): 2.11 (3H, s, OAc), 5.08 (2H, s, CH2), 7.29 (d, J=8.7 Hz, 2H, Ar), 7.36 (d, J=8.7 Hz, 2H,Ar).
13C NMR (CDCl3, 75.46 MHz): δ (ppm): 20.96, 65.45, 128.75, 129.64, 134.14, 134.43, 170.76.
IR (KBr, υ cm‐1): 3035, 2919, 2850, 1739, 1494, 1378, 1227, 1093, 1016, 806, 531.
فصل سوم
بحث و بررسی

پاسخ دهید