به نام خدا

جلسه هفتم

فهرست مطالب:

استفاده از حالل هاي پرفلوئوره

انجام واكنش ها در شرايط بدون حالل

( استفاده از پلي اتيلن گليكولPEG )به عنوان محيط واكنش

انتخاب معرف

Fluorous استفاده از حالل هاي پرفلوئوره Biphasic Solvents الNا از سNات 1998اين حالل هNابه مايعNد و مشNده انNه شNرح و عرضNميالدي مط

( واکنشگر و کاتاليزورها را در دماهاي مناسب در خود حل مي کنند.IL)يوني

اين حالل ها از ويژگي هاي استثنائي برخوردار هستند:

اين حالل هNا در دمNاي اتNاق بNا حالل هNاي آلي و آبي قابNل امNتزاج نيسNتند و مشNابه اکوئNوس يعNني حNالت مNائي )آeبکي( طNراحي شNده اصNطالح فلوئNوروس

است.( غNير سNمي، بسNيار خنNثي و C – F)به دليNل پايNداري بNاالي پيونNد کNربن – فلوئNور

مي پNايين آبگريNزي و اشNتعالزايي بNاال، حNرارتي مقNاومت داراي فعNال، غNير را گاز هاي سبز مي نامند.C2F6 و CF4به همين داليل باشند.

ويNژگي ممتNاز ديگNر اين حالل هNا اين اسNت کNه بNا توجNه بNه نقطNه جNوش حالل و سNانتيگراد 34/5درصNد اتم فلوئNور در حالل، دمNاي قNابليت امNتزاج پNذيري آنهNا از

به باال مي باشد.

پس از انجNام واکنش سوبسNترائي کNه بNه محصNول تبNديل شNده اسNت در فNاز پرفلوئNوره هNاي كNه حالل اسNت واضNح گNيرد قNرار مي آبي( يNا )آلي فوقNاني دليNل همين بNه دهنNد. مي تشNکيل را تحتNاني فNاز و دارنNد بNااليي دانسNيته

بازيNابي شNده و مNورد اسNتفاده کاتاليزورهNايي کNه فلوئNوردار مي باشNند بارهNا را بNه مقNدار زيNادي در خNود CO و H2 ، O2حالل هNاي پNر فلوئNوره گازهNا ازجملNه بسيار باالئي دارند. TOF و TONقرار مي گيرند. بنابراين چنين كاتاليزورهائي

حNل مي کننNد، و واکنش هNاي اکسNايش، احيNا و کربونيالسNيون بNا رانNدمان بسNيار بااليي در اين حالل ها انجام مي گيرد.

نحوه عملكرد:بNا هيچ حاللي قابNل امNتزاج نيسNتند و بNه صNورت اتNاق اين حالل هNا در دمNاي دوفNازي مي باشNند. ولي بNا رسNيدن بNه دمNا يNا نقطNه امNتزاج پNذيري کNه ويNژه حالل مNورد نظNر اسNت، بNا همNه حالل هNا يNک فNاز تشNکيل داده و واکنشNگر هNاي موجNود در هNر دو فNاز بNا يکNديگر واکنش مي دهنNد. پس از انجNام واکنش و سNرد شNدن مخلNوط واکنش مجNددا دوفNاز تشNکيل مي دهنNد و بNه سNهولت محصNوالت در فNاز فوقNاني قNرار مي گيرنNد كNه پس از جداسNازي بNا قيNف جNدا كننNده و تبخNير حالل

بهNترين حNالت هنگNامي اسNت کNه محصNول مNورد نظNر بNا خلNوص بNاال بدسNت مي آيNد. ( پرفلوئNوره باشNند. زيNرا اين مNواد TagمعNرف هNا و کاتNاليزور هNا داراي دنبالNه )

فNاز حالل پرفلوئNوره را بNراي حNل شNدن نسNبت بNه حالل هNاي ديگNر تNرجيح مي دهند.

(ºC)دما فاز سيستم حالل

RT دوفاز CF3C6F11/ CCl4

26/7 < يك فاز

RT دوفاز CF3C6F11/ CHCl3

50/1 < يك فاز

RT دوفاز CF3C6F11/ C6H6

84/9 < يك فاز

RT دوفاز CF3C6F11/ CH3C6H5

88/6 < يك فاز

RT دوفاز CF3C6F11/ ClC6H5

126/7 < يك فاز

مخلوط برخي از حالل هاي آلي و فلوئوري و دماي تك فازي شدن آنها

را بNه مقNدار زيNادي در خNود CO و H2 ، O2حالل هNاي پNر فلوئNوره گازهNا ازجملNه حNل مي کننNد، و واکنش هNاي اکسNايش، احيNا و کربونيالسNيون بNا رانNدمان بسNيار بNااليي در اين حالل هNا انجNام مي گNيرد. واكنش هNاي زيNر نمونNه اي از اين مNوارد

است.

H18C8+ CO + H2

Catalyst

CF3C6F11 / TolueneC8H18CH2CH2 C8H18(CH3)CH2 CC

O

H

O

H+

76% 24%

Catalyst = HRu(CO)P2 P =P

(CF2)6CF3)3(

Catalyst , 25 C , O2

C6F14 / CH3CNO

< 95%

Catalyst =

N

N N

N

Ar

Ar

Ar

ArCo

F3C CF3

Ar =

انجام واكنش ها در شرايط بدون حالل

مزيت انجام واكنش ها در شرايط بدون حالل:

و سNازي خNالص دفNع، آوري، جمNع بNه نيNازي هيچ واكنش محيNط بازيافت ندارد.

.در مقياس آزمايشگاهي، غالبا به تجهيزات ويژه اي نياز نيست

ازيNدا سNهاي جNه روشNاد، بNوص زيNا خلNواد بNكيل مNل تشNه دليNا بNغالبگسترده نظير كروماتوگرافي نيازي نيست.

.عمدتا انتخاب پذيري بهتر مشاهده مي شود

اهشNدمان و كNزايش رانNا افNدتا بNه و عمNاهش يافتNا كNان واكنش هNزمانرژي مورد استفاده، همراه است.

عNا دفNافت يNه بازيNون هزينNت؛ چNودمند اسNيار سNادي بسNر اقتصNاز نظحالل، حذف مي شود.

Ph Ph

O

Ph Ph

ONO2

CH3NO2alumina

Solvent - free

M.W.

+

زيNر مايكNل افNزايش حاللواكنش بNدون شNرايط تNابش در از اسNتفاده بNا ،انجNام شNده اسNت. اين واكنش % 90رانNدمان ، بNا دقيقNه18مNايكروويو بNراي مNدت

% بNه محصNول تبNديل شNده 43 روز طNول كشNيده و فقNط 15در شNرايط معمNولي است.

در حNالت جامNد بNه سNادگي قابNل انجNام NBSبرم دار كNردن فنNل هNا بNا اسNتفاده از در NBS- دي متيNل فنNل بNا سNه برابNر مNولي 5، 3اسNت. بNراي مثNال هنگNامي كNه

حNالت جامNد بNه مNدت يNك دقيقNه واكنش داده شNود، تNري برومNو فنNل مربوطNه بNا آيNد. 45رانNدمان بNه دسNت مي از % انجNام واكنش در فNاز محلNول، مخلNوطي

مشتقات مونو و دي برومه را توليد كرده است.

OH

MeMe

OH

MeMe

BrBr

Br

NBS

Solid - Phase

در نيتراسNيون تركيبNات آروماتيNك بNا گNزينش پNذيري بNاالتر بNراي مNوقعيت پNارا انجام شده است.شرايط بدون حالل و در حضور كاتاليزور زئوليت

X X X X

NO2

NO2

NO2

HNO3 -Ac2O

Zeolite beta+ +

واكنش آبگNيري از الكلهNا بNه طNور مNؤثري در شNرايط بNدون حالل انجNام شNده است.

Solvent - freePhR2

R1

OH

HClPh

R2

R1

حالل بNدون شNرايط در نNيز زيNر حNذفي هNاي واكنش انجام مي شوند.

Solvent-freeO

OR

R

Br t-BuOK

M.W.O

OR

R

Solvent-freeS

SR

R

Br

M.W.S

SR

R

t-BuOK

برخي از واكنش هNاي تNراكمي آلNدول در غيNاب حالل بNه طNور مNؤثرتري نسNبت بNه . بNه عنNوان مثNال هنگNامي كNه مخلNوط پNارا- متيNل حضNور حالل انجNام مي شNوند

سNاييده شNود، جامNد دقيقNه 5سNود در دمNاي محيNط بNه مNدت بنزآلدئيNد، اسNتوفنون و بدسNت آمNده اسNت. اين در حNالي % 97رانNدمان زرد رنNگ پNارا متيNل چNالكون بNا

دقيقNه، منجNر بNه 5% پس از 50محلNول آبي اتNانول اسNت كNه انجNام واكنش در % شده است. 11تشكيل محصول با راندمان

ArCHO + Ar'COMeNaOH

Solvent-freeAr

COAr'

97%, 5 min

دي اسNترها در حالل خشNك و در محيNط بسNيار رقيNق بNه تNراكم ديكمن واكنش منظNور جلوگNيري از واكنش بين مولكNولي، انجNام مي شNود. اخNيرا واكنش هNاي

تراكمي ديكمن در غياب حالل انجام شده است.

Solvent-free

CH2CO2Et

CH2CO2Et( )n

n = 2, 3

t-BuOKCO2Et

O( )n

در حNالت جامNد سNريعتر و گNزينش پNذيرتر نوآرائي پينNاكول از فاز محلول انجام مي شود.

Ph R

H

OH

Ph

OH

H+

R = Ph, o-MeC6H4, m-MeC6H4, p-MeC6H4, p-MeOC6H4, p-ClC6H4

+PhPh

O

R HH

Ph

O

R Ph

نوآرائي بنزيليNك اسNيد در شNرايط بNدون حالل، بسNيار مNؤثرتر و سNريعتر از فاز محلول انجام پذيرفته است.

Solvent-freePh

Ph

O

O

Ph CO2H

Ph

OH

KOH

R1 R2

NOH

Solvent-free

FeCl3

80-90 °CR1 N

HR2

O

Bechmann rearrangement

از جملNه گNروه هNاي عNاملي مهم كNه روش هNا بسNياري بNراي محNافظت آن ارائNه انجNام شNده بNدون حالل در شNرايط كNه باشNد كربونيNل مي گNروه اسNت، شNده

است.

R

R'O +

Al(HSO4)3

r.t.OH OH

R

R'

O

O

R

R'O H2N

NH

NH2

OR N

NH

NH2

O

R'

NaOAc

Slica gel+

R1 H

O

HS R2+

Solvent-freeR1 H

SSLiBr

75 - 80 C

R2R2

M.W.Solvent-freeOH

OHOO

OHOH

OH

OHOO

OO

R

RCHO

واكنش بNاز يكي از واكنش هNايي كNه بسNيار مNورد توجNه شNيميدان هNا قNرار گرفتNه، كردن فضاگزين اپواكسيد با نوكلئوفيل هاي مختلف است.

RO

O

NH HN

OR

OH

RuCl3 . nH2O (5mol%)

Solvent-free+

R

ONH2CSNH2

Oil beta

15 - 60 min

+Solvent-free R

S

بNدون حالل در شNرايط زيNر اكسNايش هNاي واكنش انجام مي شوند.

Solvent-free O

KMnO4-Alumina

M.W.

واكنش ويتيNگ نNيز در شNرايط بNدون حالل تحت تNابش مNايكروويو قابل انجام است.

R2

R1O Ph3P CO2Et

R2

R1

CO2Et

M.W.

Solvent-free+

O

PPh3 CO2EtM.W.

Solvent-free+

CO2Et

( به عنوان محيط PEG )استفاده از پلي اتيلن گليكولواكنش

پلي اتيلن گليكNول هNا مي تواننNد بNه عنNوان كاتNاليزور انتقNال فNاز عمNل كننNد و توسNط مجموعNه اتم هNاي اكسNيژن خNود كNاتيون هNا را كوئوردينNه نمNوده و نقش

.كاتاليزوري خود را ايفا نمايند

همچNنين از پلي اتيلن گليكNول هNا مي تNوان بNه عنNوان محيNط واكنش اسNتفاده كرد.

تNا دههNا هNزار در 200پلي اتيلن گليكNول هNا بNا وزن هNاي مولكNولي متنNوع از بNه صNورت 600دسNترس هسNتند. پلي اتيلن گليكNول هNا بNا وزن مولكNولي كمNتر از

مNايع ويسNكوز بي رنNگ مي باشNند و در وزن هNاي مولكNولي بNاالتر بNه صNورت مNوم يNا جامNد سNفيد رنNگ ظNاهر مي شNوند. اختصNاص عNدد بNه پلي اتيلن گليكNول هNا – كNه غالبNا پراكنNدگي يكنNواخت ندارنNد – عمومNا مقNدار متوسNط وزن مولكNولي را نشNان

مي دهد. پلي اتين گليكNول هNاي مNايع بNه هNر نسNبتي در آب محلNول هسNتند و پلي اتيلن

گليكول هاي جامد حالليت باالئي در آب دارند.برخالف حالل هNاي آلي فNرار، پلي اتيلن گليكNول هNاي مNايع بNا وزن مولكNولي كم غNير فNرار، غNير قابNل اشNتعال و زيسNت تخNريب پNذير هسNتند. اين مNواد نسNبت بNه بسNNياري از شNNرايط واكنش مقNNاوم هسNNتند و بNNه وسNNيله اسNNتخراج بNNا حالل

مناسب از محلول آبي بازيافت مي شوند.

گليكNول اتيلن جNايگزين مناسNبي بNراي اترهNاي تNاجي در بNرخي مNوارد پلي باشند. مي گران قيمت

اسNت كNه بNه سNادگي در آب و بيشNتر يNك پلي مNر آب دوسNت پلي اتيلن گليكNول حالل هNاي آلي از قبيNل تولNوئن، دي كلNرو متNان، كلروفNرم، الكNل و اسNتون حNل مي شNود امNا در هيNدروكربن هNاي آليفاتيNك ماننNد هگNزان، سNيكلو هگNزان يNا دي

اتيل اتر نامحلول است.بNا كNاتيون هNاي توانNائي در تشNكيل كمپلكس پلي اتيلن گليكNول هNا بNه دليNل

فلزي، حالل ميزبان ناميده مي شوند.

:تفاوت بين پلي اتيلن گليكول ها و اترهاي تاجي در اين است كNه اترهNاي تNاجي اتم هNاي كNربن و اكسNيژن تشNكيل سNاختار حلقNوي داده انNد و

كاتيون درون اين ساختار حلقوي قرار مي گيرد، ولي درپلي اتيلن گليكNول هNا اتم هNاي كNربن و اكسNيژن بNه صNورت پلي مNر مي باشNند و درحضNور كNاتيون مولكNول بNه گونNه اي آرايش پيNدا مي كنNد كNه اتم هNاي

اكسيژن بيشتري با كاتيون برهمكنش داشته باشند.

تفاوت بين پلي اتيلن گليكول ها و ???اترهاي تاجي

واكنش هائي كه در حالل پلي اتيلن گليكول بهتر از حالل هاي ديگر انجام شده اند.

NH

NH

Ar

H3C X

O

OC2H5

X = O, S

K2CO3, 50 CPEG

EWG = CO2Me, CO2Et, CN, CONH2

NH

N

Ar

H3C X

O

OC2H5 EWG

EWG

PEG = Polyethylene glycol

CHO

F

H2N

HO O

N

F

N

HO+

K2CO3

PEG - 400

100 C

+

RSH +r.t, 20 - 40 min

R = Aryl, Cyclohexyl

X = COMe, CO2Me, CN

XSR

XPEG

در ادامNه بNا ذکNر نمونNه هNائي مفNاهيم فNوق توضNيح داده مي شوند:

براي انتخاب يک معرف مناسب، الزم است به نکات زير توجه نمود:

ميزان سميت يا بي خطر بودن 1.

در دسترس و تجاري بودن2.

قيمت کمNتر و ارزان بNودن کNه منجNر بNه کNاهش هزينNه محصNول 3.توليد شده مي گردد

راندمان و خلوص باال براي محصول دلخواه4.

مناسNبت معNرف بNا مقيNاس آزمايشNگاهي يNا صNنعتي محصNول 5.مورد نظر

صرفه جوئي اتمي باال6.

نوع و مقNدار پسNماند مصNرف پس از انجNام واکنش. واکنشNي 7.کNه پسNماند آن مNواد کم خطNر از جملNه آب باشNد ارجحيت دارد وارد را فلNزات واسNطه و كNه عناصNر بNالعکس معرفهNائي و عملكNرد بNه توجNه بNا اگرچNه نيسNتد، مطلNوب نماينNد- محيNط اين معرفهNا، در مواقNع ضNروري شNيميدانها بNه فNرد منحصNر

مجبور به استفاده از آنها مي باشند.حمل و نقل و توزين آسان8.

انتخاب معرف

OsO4 و KMnO4دو معرف

OH

OH

KMnO4

OsO4(Cold & Dilute)

High efficiency Low efficiency

از اين دو معرف براي توليد دي ال همسايه از پيوند هاي دوگانه استفاده مي شود.،

ارزانNتر پتاسNيم پرمنگنNات بNوده کمNتر سNميت بNا و ولي رانNدمان واکنش بNا آن بنNابراين باشNد. مي کمNتر در مقيNاس بNاال اسNتفاده از

KMnO4 مي داده تNNرجيح شود.

درحNالي کNه واکنش بNا اسNميم تترااکسNيد بNا رانNدمان وخلNوص را ا�ل محصNول دي اين ولي نمايNNد. مي انجNNام بNNاالتري

معرف گران قيمت و سمي مي باشدکNه طي دارويي مNاده يNک چنانچNه ولي چنNد مرحلNه تهيNه شNده اسNت و مقNداري از آن موجNود از چنNد ميلي گNرم بيشNتر بNه سNين نيسNت و مرحلNه بعNدي واکنش دارد، نيNNاز شNNدن دار هيدروکسNNي

تNرجيح داده مي شNود. OsO4اسNتفاده از و بNاال قيمت مNوارد اينگونNه در زيNرا سNميت معNرف تعNيين کننNده نيسNت- بلکNه پNايين مقيNاس و حساسNيت دليNل بNه

عمNNل واكنش، رانNNدمان و خلNNوص مالک انتخاب معرف مي باشد.

معرف Pb(OAc)4و HIO4دو

کNربن – کNربن پيونNد شکسNتن هNاي C-C)براي ال دي داراي کNه قنNدها در ) قابل استفاده مي باشند.Pb(OAc)4 و HIO4همسايه مي باشند، دو معرف

R

R'

OH

OH HIO4 R CO

H

Pb(OAc)4R' C

OH

or

بNه دليNل سNميت کمNتر مناسNب اسNت درصNورتيکه خاصNيت اسNيدي HIO4معNرف باشNند، اسNيد حسNاس بNه کNه واكنشNگرهائي در و بNوده معNرف مضNر اين رغم سNميت علي بنNابراين واكنشNگر مي شNوند. مولكNول تخNريب مNوجب

ترجيح داده مي شود.Pb(OAc)4معرف هاي حاوي سرب، استفاده از معرف

معNرف هNاي فNراواني گNزارش شNده اسNت. در اغلب مNوارد معNرف هNاي بکNار بNرده شNده حNاوي فلNزات واسNطه بNوده و يNا معNرف هNاي سNمي مي باشNند، بNرخي از اين واکنش انجNام بNراي زيNر سNميت کمNتري مثNال در ارائNه شNده معNرف هNاي

دارند.

نNوع دارد، ضNرورت سNولفيدها اکسNايش بNراي مناسNب معNرف انتخNاب براي بايNد اسNت مNدنظر سولفواکسNيد اگNر نمNود. مشNخص را نظNر مNورد محصNول معNرفي را انتخNاب نمNود کNه واکنش را در مرحلNه تشNکيل سولفواکسNيد متوقNف

نمايد و اکسايش به سولفون انجام نپذيرد.

اکسايش سولفيدها به سولفوکسايدها

نکتNه ديگNري کNه بايNد مNدنظر داشNت، پسNماند معNرف بعNد از انجNام واکنش اسNت. پسNماند و باشNند. فلNزات واسNطه مي ويNژه بNه فلNز، فاقNد کNه هNائي معNرف

واکنش آب و مواد غير سمي باشد، ارجحيت دارند.

R S R[O]

R S

O

R' R S

O

R'O

[O]

[O] = H2O2 / CH3COOH , H2O2 /

, (NH4)2[Ce(NO3)6] / KBr , PVP - HNO3 / KBr NH4NO3 / NH4Br , SBP/

SiO2 OSO3H

SiO2 OSO3H

UHP - H2O2 or DABCO - H2O2/ SiO2 OSO3H,

,

, M(NO3)n .mNN2O4 , M(NO3)n .mH2O, PVP - HNO3 / KX , Fe(NO3)3 . 9H2O/ KX, X = Cl, Br,

(PVP = Poly Vinyl Pyridine) (SBP = Sodium Perborate)

( بNه دليNل فNراريت و عNدم امکNان تNوزين و حمNل و نقNل آسNان در Br2)معNرف بNرم شNرايط اضNطراري مNورد اسNتفاده قNرار مي گNيرد. معNرف هNاي مناسNبي بNراي جNايگزيني بNرم گNزارش شNده اسNت کNه در زيNر تعNدادي از آنهNا را مالحظNه مي نمائيNد. تNوزين و حمNل و نقNل اين معNرف هNا بسNيار سNاده مي باشNد. زيNرا اکNثرا

جامد بوده و فاقد سميت موجود در برم مايع مي باشند.

معرف برم (Br2 )

NN

NN

Br

Br3

NN

BrBr3

, ,O O

O

O

O

O

K Br3

O

N

O

O

[K.Crown]+Br3-

O

N

O

O

Br

دي اکسNيد نيNتروژن و تتراکسNيددي نيNتروژن در سNنتز مNواد آلي مNورد اسNتفاده فراواني قرار گرفته اند. اين دو گاز به صورت زير با يکديگر در تعادل هستند.

2 NO2 N2O4

N NO

OO

O

N OO

ON O NO3 NO

شNرايط سNخت و سيسNتم هNا خNاص و هودهNاي قNوي اسNتفاده از اين گازهNا نيNاز بNه دارد. محNدوديت هNاي اشNاره شNده، شNيميدانها را بNرآن داشNت تNا بNا ابNداع ترکيبNات جديNد اين گازهNا را بNه دام انداختNه و شNبيه آب تبلNور در شNبکه کريسNتالي نمکهNا

قرار داده و از آنها استفاده نمايند.

M(NO3 )n . m N2O4: Cr(NO3 )3 . 2 N2O4 , Fe(NO3 )3 . 1.5 N2O4 , Cu(NO3 )2 . 2 N2O4

گNاز بNا زيNر هNاي بNا N2O4واکنش هNا واکنش همين ولي پNذيرد، مي صNورت نNيز انجNام مي گNردد و در پايNان واکنش، اتNر تNاجي قابNل N2O4کمپلکس اتNر تNاجي و

بازيابي بوده و مجددا براي ساخت معرف مورد استفاده قرار مي گيرد.

O

O

O

OO

O

NO+ H(NO3)2

N

H

[NO-Crown]+H(NO3)2

CH2Cl2

N

NN

H

+

100% 0%NO

O

N

N

N

(CH2)6

N

N N

O O

OO

H H

HH

[NO-Crown]+H(NO3)2

CH2Cl2 , r.t.

N

N

N

(CH2)6

N

N N

O O

OO

N

H

HArO

EtO

O

OEt [NO-Crown]+H(NO3)2

CH2Cl2 , r.t. N

ArO

EtO

O

OEt

Ar CHO

O

C

C

O

O

CH3

CH3

Ar C

O

CH3

[NO-Crown]+H(NO3)2

CH2Cl2 , r.t.

پايان جلسه هفتم