دانشگاه آزاد اسلامي واحدقم گروه شيمي شيمي آلي
پايان نامه جهت اخذ کارشناسي ارشد
عنوان:
سنتز گزينشپذير برخي از مشتقهاي ديهيدروپيرانو[C-?,?] کرومن و بيسکومارين از طريق واکنشهاي سهجزئي با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد
استاد راهنما:
پروفسور جواد صفايي قمي
استاد مشاور:
دکتر محمدعلي قاسمزاده
نگارش:
فهيمه اشتغال
شهريور ماه ????
تقدير و سپاسگزاري
با سپاس فراوان به درگاه ايزد منان،که فرصتي ديگر براي افزايش آموخته ها برايم فراهم نمود،بر خود لازم مي دانم از کليه عزيزاني که در اين راه مرا ياري فرمودند سپاسگزاري کنم.نخست اززحمات استاد علم واخلاقم آقاي پروفسور جواد صفايي قمي که در تمام مراحل انجام اين پايان نامه با صبر و حوصله و دقت فراوان اينجانب را راهنمايي نمودندصميمانه تشکر و قدرداني ميکنم.از استاد فرهيخته آقاي دکترقاسم زاده که مشاوره اين رساله را تقبل فرمودند کمال تشکر و سپاس را دارم .
تقديم به
روح پاک پدرم که عالمانه به من آموخت تا چگونه در عرصه زندگي، ايستادگي را تجربه نمايم
و به مادرم، درياي بي کران فداکاري و عشق که وجودم برايش همه رنج بود و وجودش برايم همه مهر
و به همسرم، اسطوره زندگيم، پناه خستگيم و اميد بودن
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول مباحث نظري ?-?-مقدمه3
واکنش چندجزيي3
?-?-معرفي واکنشهاي چندجزيي4
?-?-?- طبقه بندي واکنشهاي چندجزيي5
?-?-معرفي کومارين ومشتقهاي آن6
?-?-?- کاربرد کومارين7
?-?-?-نقش فلوئورسانسي کومارين9
?-?-?-روشهاي سنتز کومارين10
?-?-?-?-واکنش پرکين10
?-?-?-?-واکنش پکمن11
?-?-معرفي کرومن ومشتقهاي آن12
?-?-?-خواص فتوکروميسم کرومنها13
?-?-?- روشهاي سنتز مشتقهاي کرومن14
?-?-?-?- سنتز کرومن بااستفاده از کاتاليزگرهاي فلزي14
?-?-?-?- سنتز کرومن با مشتقهاي کومارين15
?-?-معرفي و نقش ساختار ?-هيدروکسي کومارين در پيرانو کرومن17
?-?-?- خواص بيولوژيکي دي هيدرو پيرانو[C-?،?] کرومنها19
?-?-?- تهيه دي هيدروپيرانو[C-?،?]کرومن با واکنش چندجزيي20
?-?-کاتاليزگر21
?-?-?-تعريف کاتاليزگر21
?-?-?- دستهبندي کاتاليزگرها21
?-?-?-?- کاتاليزگرهاي همگن21
1-6-2-2- کاتاليزگرهاي ناهمگن21
?-?- شيمي و فناوري نانو22
?-?-?- نانوذرات22
?-?-?- رابطه بين اندازه و فعاليت شيميايي23
?-?-?-روش سنتز نانوذرات اکسيد فلزي24
?-?-?-?- روش فراصوت25
?-?-?-?- روش سل – ژل26
?-?-?-?- روش رسوبدهي27
?-?-?-?-روش تجزيه حرارتي28
?-?-?- مشخصه يابي مواد نانو به وسيله ي: XRD،TEM،SEM28
?-?-?-?- ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)29
?-?-?-?- ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)29
?-?-?-?- پراش پرتو ايکس (XRD)30
?-?-اهداف پژوهش31
فصل دوم بخش تجربي 2- مشخصات دستگاهها و مواد مورد استفاده33
?-?- دستگاههاي مورد استفاده33
?-?- مواد مصرفي34
?-?-?- حلالهاي مورد استفاده34
?-?-?- موادشيميايي مورد استفاده34
?-?-?- جداسازي وشناسايي محصولها35
?-?- روش کار آزمايشگاهي35
?-?-?- تهيه نانوذرات منيزيم اکسيد35
?-?-?-?- تهيه مشتقهاي بيسکومارين با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد35
?-?-?-?- دادههاي طيفي ترکيبهاي تهيه شده36
?-?-?-?- تهيه مشتقهاي دي هيدروپيرانو[C-?،?] کرومن با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد39
فصل سوم بحث و نتيجه گيري 3- رويکردهاي مورد بحث45
?-?-تهيه نانوذرات منيزيم اکسيد46
?-?-?- شناسايي و تعيين اندازه نانوذرات منيزيم اکسيد46
?-?-?-?- الگوي پراش پرتوي ايکس (XRD) نانوذرات منيزيم اکسيد46
3-2 بهينه سازي شرايط واکنش در سنتز بيسکومارين49
?-?-?- بهينه سازي کاتاليزگر واکنش در سنتز بيسکومارين49
3-2-2 بهينه سازي مقدار کاتاليزگر در سنتز بيسکومارين49
3-2-3 بهينه سازي دما در سنتز بيسکومارين50
3-2-4 بهينه سازي حلال در سنتز بيس کومارين50
?-3 روش کلي تهيه مشتقهاي بيسکومارين با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد51
?-3-1- سازوکار واکنش تهيه بيسکومارين52
?-4 بررسي واثبات ساختار بيسکومارين54
?-4-1 بررسي طيف زير قرمز54
?-4-2 بررسي طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن ترکيب (a?)55
3-5 بهينهسازي شرايط واکنش در سنتز ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن56
?-5-?- بهينهسازي کاتاليزگر در سنتز ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن56
3-5-2 بهينهسازي مقدارکاتاليزگردر سنتز ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن56
3-5-3 بهينه سازي دما در سنتز ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن57
3-5-4 بهينه سازي حلال در سنتز ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن57
?-6- روش کلي تهيه مشتقهاي ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد58
?-6-1 سازوکار واکنش تهيه ديهيدروپيرانو[C-?،?] کرومن59
?-7 بررسي و اثبات ساختار ديهيدروپيرانو[C-?،?] کرومن61
?-7-1 بررسي طيف زيرقرمز61
?-7-2 بررسي طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن ترکيب(b?)62
?-8 نتيجهگيري و رهيافت63
منابع64
پيوست ها69
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل(?-?) طرحي از واکنش هاي چندجزيي4
شکل (?-2) ويژگيهاي يک سنتز ايدهآل4
شکل(?-3) ساختار کومارين6
شکل(?-4) ساختار برخي از مشتقهاي کومارين8
شکل(?-5)مشتقهايي از کومارين با خاصيت فلوئورسانسي9
شکل(?-6) سنتز کومارين به روش پرکين10
شکل)?-7) ساختار حدواسطهاي پرکين10
شکل)?-8) سنتز کومارين به روش پکمن11
شکل(?-9) تهيه بيسکومارين12
شکل)10-?)??-اووديونل ??- لاپاکنول13
شکل(?-11)مقايسه شدت فتوکروميسم: (??)H?- نفتو[?،?-b] پيران، (??) H2-نفتو[?،?-b] پيران13
شکل(12-?) سنتز کرومن با کاتاليزگر فلزي14
شکل(13-?)فلاونون(??) و3-متوکسيH2کرومن(??)15
شکل(14-?) سنتز کرومن با استفاده از مشتقهاي کومارين توسط فوکس16
شکل(?-??) سنتز کرومن با مشتقهاي کومارين توسط پيزو17
شکل)?-16)?- هيدروکسي کومارين و برخي از مشتق هاي ?-هيدروکسي کومارين18
شکل(17-?) مشتقهايي از دي هيدروپيرانو[C-?،?] کرومن19
شکل(18-?) تهيه دي هيدروپيرانو[C-?،?] کرومن توسط هروي20
شکل (?-1) تهيه مشتقهاي بيسکومارين توسط نانو ذرات منيزيم اکسيد36
شکل (?-?) ترکيب (a?)36
شکل (?-3) ترکيب (a?)37
شکل (?-4) ترکيب( a?)38
شکل(?-5) تهيه مشتقهاي دي هيدروپيرانو[C-?،?] کرومن توسط نانو ذرات منيزيم اکسيد40
شکل(?-6)ترکيب(b?)40
شکل(?-7)ترکيب(b?)41
شکل(?-8)ترکيب(b?)42
شکل(?-1) الگوي پراش پرتوي ايکس (XRD) نانوذرات منيزيم47
شکل (?-2) تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي براي نانوذرات منيزيم اکسيد48
شکل(?-?) روش کلي تهيه مشتقهاي بيسکومارين با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد51
شکل(?-4) سازوکارتهيه مشتقهاي بيسکومارين53
شکل (3-5) طيف زير قرمز ترکيب(a1)54
شکل (3-6) طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن ترکيب (a?)55
شکل(?-8) روش کلي تهيه مشتقهاي ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن با استفاده از نانوذرات منيزيم اکسيد58
شکل (?-9) سازوکار تهيه مشتقهاي ديهيدروپيرانو[C-?،?] کرومن60
شکل (3-10) طيف زير قرمزترکيب(b2)61
شکل (?-11)طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن ترکيب(b?)62
شکل (5-1): طيف مربوط به ترکيب شماره 4 جدول(3-5)70
شکل (5-2): طيف مربوط به ترکيب شماره 3 جدول (3-5)71
شکل (5-3): طيف مربوط به ترکيب شماره 2 جدول (3-5)72
شکل (5-4): طيف مربوط به ترکيب شماره 2 جدول (3-10)73
شکل (5-5): طيف مربوط به ترکيب شماره 3 جدول(?-??)74
شکل (5-6): طيف مربوط به ترکيب شماره 1 جدول (3-10)75
شکل (5-7): طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن مربوط به ترکيب شماره 4 جدول(3-5)…………76
شکل (5-8): طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن مربوط به ترکيب شماره 1 جدول (3-10)………77
شکل (5-9): طيف رزونانس مغناطيس هستهي هيدروژن مربوط به ترکيب شماره 3 جدول (3-10)……..78
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول (?-?) انواع دستگاههاي مورد استفاده34
جدول (?-?) بهينه سازي شرايط واکنش بيسکومارين49
جدول (3-?) بهينه سازي کاتاليزگر بيسکومارين50
جدول (3-3) بهينه سازي دما بيسکومارين50
جدول (3-4) بهينه سازي حلال بيسکومارين51
جدول(?-?) نتايج حاصل از سنتز مشتقهاي بيسکومارين52
جدول(?-6) بهينهسازي شرايط واکنش ديهيدروپيرانو[C-?،?] کرومن56
جدول (3-7) بهينه سازي مقدار کاتاليزگر ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن57
جدول (3-?) بهينه سازي دما ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن57
جدول (3-?) بهينه سازي حلال ديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن58
جدول(?-??) نتايج حاصل از سنتز مشتقهاي ديهيدروپيرانو[C-?،?] کرومن59
چکيده
در سالهاي اخير واکنشهاي چندجزيي به علت ارائه روشهاي ترکيبي درسنتز ترکيبهاي داروئي و کشاورزي و اهميت کاربردي و اقتصادي آنها در صنعت و تحقيقات بنيادي وتوليد محصولات بالقوه بسيار حائز اهميت و مورد توجه دانشمندان و محققان علم شيمي آلي قرار گرفته اند.
کرومنها وکومارينها دسته مهمي از ترکيبها هستند که بدليل فعاليتهاي بيولوژيکي شان اهميت سنتزي زيادي پيدا کردهاند. از بين خواص بيولوژيکي آنها ميتوان به خواص ضد ميکروبي بازدارندگي ويروسي و تاثير بر دستگاه عصبي نام برد .
در اين پروژه سنتز اين دسته از ترکيبها با استفاده از واکنش چندجزيي با بنزآلدهيدها، اتيل سيانو استات و ?-هيدروکسي کومارين در حضور نانوذرات منيزيم اکسيد انجام گرفت . محصولات با بازده عالي و در زمانهاي کوتاه بدست آمدند. همچنين نانو ذرات منيزيم اکسيد اثرات بهتري را در سنتز ديهيدروپيرانو[C-?,?]کرومن و بيسکومارين نسبت به کاتاليزگرهاي ديگر نشان داد.و بهرهگيري اين کاتاليزگر شرايط بهتري براي سنتز اين ترکيبهاي مهم داروئي ايجاد کرد.
استفاده از واکنش چندجزيي و کاتاليزگر نانو اين امکان را ميدهد که از جداسازي حد واسطها، تغيير شرايط، افزودن هر واکنشگر بطور اضافي و زايد پرهيز کرده و ميزان ضايعات و هدررفت فراوردههاوتوليدات را به حداقل برسانيم به اين ترتيب درمصرف انرژي، زمان و ماده اوليه براي دستيابي به حداکثر بازده فراوردههاي سنتزي صرفهجويي شده همچنين با کاهش دادن بار آلودگي در راستاي فرايندهاي دوستدار محيط زيست شده قدمي برداشته شود .
کلمات کليدي: نانو کاتاليزگر، کرومن، کومارين، واکنشهاي چندجزيي
?-?-مقدمه
واکنش چندجزيي
در علم شيمي واكنش‌هاي چند جزيي به ‌عنوان واكنش‌هايي به شمار مي‌روند كه در آن بيش از دو ماده واكنشدهنده به صورت متوالي تركيب مي شوند تا محصولي با گزينشپذيري بسيار بالا كه در آن اكثريت اتم‌هاي مواد شركت كننده حفظ شوند را بوجود آورند. همچنين اين واكنشها به عنوان ابزار موثر و قدرتمندي به منظور سنتزهاي آلي به شمار مي آيند و عموما انتخاب پذيري مناسبي را همراه با كاهش محصول‌هاي فرعي نسبت به تهيه‌ي كلاسيك قدم به قدم نشان مي دهند. از ديگر مزاياي واكنشهاي چند جزئي مي‌توان به اين نكته اشاره كرد كه اين واكنشها از نظر اتمي به صرفه بوده و معمولا در شرايط ملايم انجام ميشوند. از آنجايي كه محصول بسياري از واكنشهاي چند جزيي تركيب‌هاي هتروسيكلي بوده و با توجه به كاربرد گسترده‌اي كه اين تركيب‌ها در تهيه و ساخت داروها دارند همواره سعي بر آن بوده است كه بتوان بوسيله روش‌هاي موثر، ملايم و بهينه اينگونه تركيب‌ها را تهيه نمود. بطور مثال برخي از اين تركيب‌هاي چند حلقه اي داراي ويژگي هاي بيولوژيكي فراواني بوده و به عنوان پايه و اسكلت بسياري از داروهاي درماني در زمينه‌هاي ضد سرطان، ضد تومور، ضد ميكروب، ضد قارچ، ضد باكتري، ضد آسم، ضد HIV، ضد هپاتيت، ضد پاركينسون و بسياري ديگر از بيماريها به شمار مي روند. تاريخچه اين واکنشها به زماني برميگردد که استرکر1 در سال ???? اولين واکنش چندجزيي را در عرصه شيمي ارايه داد. در اين دوره يک ونيم قرني برخي يافتههاي قابل بيان شامل کشف بيجينلي2، مانيخ3 و پاسريني4 در سال ???? به اوج رسيد و زماني که يوگي واکنشهاي چندجزيي را بر اساس واکنشپذيري ايزوسيانيد معرفي کرد دريچهاي نو به سمت اين واکنشها گشوده شد [?].
?-?-معرفي واکنشهاي چندجزيي
طبق تعريف واکنشهايي که در آن بيش از دو واکنشگر به عنوان مواد اوليه با هم واکنش داده و فراوردهاي را توليد مينمايند که در آن اتمهاي اصلي مواد اوليه ظاهر شوند اصطلاحا واکنش چندجزيي مينامند)شکل ?-?).
شکل (?-?): طرحي از واکنش هاي چندجزيي
دوملينگ5و يوگي براي سنتز ايدهآل ترکيبها آلي طي واکنشهاي چندجزيي چندين شاخص معرفي کردهاند که در (شکل?-?) نشان داده شده است [?].
شکل (?-?): ويژگيهاي يک سنتز ايدهآل
الف) بازده واکنش صددرصد باشد.
ب) واکنش ساده باشد.
ج) مواد اوليه به آساني در دسترس قرار بگيرد.
د) واکنش از نظر محيط زيستي مشکل آفرين نباشد.
ه) فراورده طي يک مرحله از سه جزء يا بيشتر از مواد اوليه بدست آيد.
بطوريکه ديده ميشود يکي از معيارهاي يک سنتز ايدهآل که در آن فراورده از چندين جزء تشکيل ميشود انجام واکنش طي يک مرحله ميباشد. بديهي است منظور از يک مرحله بودن، اين نيست که همه اجزا در يک مرحله به هم برخورد کنند و منجر به فراورده شوند زيرا از نظر آماري اين نوع برخوردها غير محتمل ميباشند. بعنوان مثال در يک واکنش سهجزيي منظور اين است که واکنش ماده A با B منجر به توليد ماده C شود وCنيز با ماده D در يک ظرف واکنش بدون جداسازي فراورده نهايي را توليد کند. اهميت اين نوع سنتزها از آن جهت است که نه تنها هزينه اضافي براي جداسازي و تخليص فراوردههاي مياني (فراوردهC) را ندارد بلکه بهره واکنش نيز نسبت به واکنشهاي دو يا چندمرحله اي بيشتر ميباشد. بعنوان مثال در يک واکنش دو مرحلهاي اگر بهره هر يک از مراحل?? درصد باشد، بهره کل واکنش?? درصد خواهد بود.درصورتيکه اگر اين واکنش چندجزيي طي يک مرحله انجام ميشود بهره همان ?? درصد خواهد شد.
?-?-?- طبقه بندي واکنشهاي چندجزيي
واکنشهاي چندجزيي به سه دسته تقسيم ميشوند:
دسته اول- واکنشهاي چندجزيي که در آن کليه مراحل واکنش ، تعادلي و برگشتپذير است. بهره واکنش در اين دسته از واکنشهاي چندجزيي پايين بوده و فراوردههاي با خلوص بالا بدست نميآيد. البته ميتوان واکنشهاي اين دسته را با بيرون کشيدن فراورده نهايي به واکنشهاي چندجزيي دسته دوم تبديل کرد. واکنش سهجزيي مانيخ از جمله واکنشهاي چندجزيي دسته اول محسوب ميشود.
nP ? —- D+?P ? C +?P ? B+A
دسته دوم- واکنشهاي چندجزيي که در آنها کليه مراحل واکنش، به جز مرحله آخر، تعادلي و برگشتپذير ميباشد. با توجه به اينکه مرحله آخر يک طرفه است فراوردهاي با خلوص و بهره نسبتا خوب بدست ميآيد. واکنش سهجزيي پاسرني و چهارجزيي يوگي در اين دسته از واکنشهاي چندجزيي قرار ميگيرند.
nP ? O—- ? D+?P ? C+?P ? B+A
دسته سوم- به واکنشهايي اطلاق ميشود که همه مراحل، يک طرفه باشد و غيرقابل برگشتاند. اين دسته از واکنشهاي چندجزيي در شيمي سنتزي6 کمتر رخ مي دهد .اغلب واکنشهاي بيوشيميايي در دنياي حيات7 ازاين دسته ميباشند.
nP ? O —- ? D+?P ? C+?P ? B+A
?-?-معرفي کومارين ومشتق هاي آن
کومارينها گروه مهمي از ترکيبها آلي هستند که بعنوان واحدهاي ساختاري برخي ترکيبها طبيعي محسوب ميشوند. کومارين اولين بار در سال ???? با استخراج الکلي از تونکابن8جدا شد و عصاره آن شامل ?/?درصد کومارين(?) بود. تا سال ???? اين روش به عنوان تنها منبع تهيه کومارين باقيماند تا اينکه روشهاي سنتزي پرکين جايگزين منابع طبيعي شد [?] (شکل ?-?).
شکل(?-?): ساختار کومارين
مشتقهاي کومارين به طور گسترده در طبيعت به ويژه در گياهان وجود دارند، به طوريکه بيش از????مشتق آن در??? گونه گياهي يافت و شناسايي شده است. اين مواد در روغن اسطوخودوس، روغن کاسيا، روغنهاي مرکبات و گياه نعناع و دارچين موجودند[?]. کومارينها، ماده اساسي بو در يکسري از گونههاي گياهي را تشکيلميدهند، امادر بيشتر موارد گياهان بيبو هستند، زيرا کومارين به صورت يک کمپلکس ترکيبي با قندها و اسيدها در گياهان در آمده است. ترکيبها گليکوزيد حاصله، به وسيله اسيدها آنزيمها و يا تابش نور فرابنفش شکسته ميشوند. مثلا بوي يونجه تازه درو شده، تنها بعد از خشک شدن آن گسترش مييابد. بيوسنتز کومارين در گياهان، از طريق هيدروکسيل کردن، گليکوليزشدن و حلقهشدن سيناميکاسيد صورت ميگيرد.
?-?-?- کاربرد کومارين
کومارين در عطرسازي و تهيه مواد آرايشي[?]، مشروبات الکلي[?]، حشرکشها وسيگار [?] بهکار ميرود. همچنين قبلاً يک چاشني غذايي مهم بود و اغلب به همراه وانيلين به عنوان چاشني شکلات و شيريني مورد استفاده قرار ميگرفت. در اواسط قرن بيستم استفاده از کومارين در موادغذايي ممنوع شد، زيرا تاحدي براي سلولهاي زنده سمي ميباشند.
کومارين و مشتق هاي آن بطور گسترده در ترکيبهاي داروئي و بيولوژيکي به کار ميروند. براي مثال فعاليتهاي ضد ويروس و قارچ [?]، ضد تومور و سرطان [?]، ضدالتهاب [??]، ضدجهشهاي ژني [??]، ترميم DNA [??]، جلوگيري از رشد باکتري، جلوگيري از تجمع پلاکتخون [??]، از خود نشان ميدهند. کربوکرومن(?) سالها براي جلوگيري از انسداد شريان در بيماري آنجيناپکتوريک9به کار ميرفت [??]. ترکيب (?) نوووبيوسين10 خاصيت آنتي بيوتيک و ترکيب (?) اکروکارپين بي11فعاليت ضدسرطاني از خود نشان ميدهند[??]. ترکيب (?) سسلين12و برخي ترکيبها چند حلقهاي که از گيا هان جداسازي ميشوند داراي فعاليتهاي ضد ويروسHIV هستند[??] (شکل?-?). کومارين همچنين باعث کاهش التهاب ميشود. مطالعات داروئي نشان داده که اين ترکيب يک عامل موثر براي کاهش تشکيل و گيرانداختن گونه اکسيژن فعال شامل راديکال آزاد توليدشده درطول فرايند التهاب ميباشد. براي مثال ترکيب(?) فعاليت ضدالتهابي دارد و DNA را در برابر حمله راديکالي هيدروکسيل محافظت ميکند[??] (شکل?-?).
شکل (?-?): ساختار برخي از مشتق هاي کومارين
?-?-?-نقش فلوئورسانسي کومارين
کومارينها يکي از مهمترين گروه رنگهاي فلوئورسانسي و درخشان کنندهها هستند که بيشتر آنها در موقعيت ?و? استخلاف شده اند. رنگهاي فلوئورسانسي، رنگهايي با قدرت انعکاس بالا هستند که براي تشديد رنگ ويا افزودن درخشندگي به پارچه بهکارگرفته ميشوند. اين رنگها با حضور استخلافهاي الکتروندهنده در موقعيت ? و استخلاف الکترونکشنده در موقعيت ? مشخص ميشوند. براي مثال رنگهاي قرمزA ترکيب (?) و رنگ زرد مايل به سبزB ترکيب (?)، براي مرکبهاي رنگي بهکار ميروند [??] (شکل ?-?).

شکل(?-?): مشتقهايي از کومارين با خاصيت فلوئورسانسي
?-?-?-روشهاي سنتز کومارين
کومارين به روشهاي مختلفي سنتز ميشود که به برخي از آنها در اين بخش اشاره ميشود.
?-?-?-?- واکنش پرکين
ويليام پرکين13در سال ???? براي اولين بارکومارين را بوسيله گرم کردن نمک سديم ساليسيل آلدهيد(?) با انيدريک استيک تهيه کرد. پرکين بعدها دريافت که سديم استات مي تواند بعنوان کاتاليزگر بازي به جاي نمک سديم ساليسيل آلدهيد بهکار گرفته شود (شکل ?-?).
شکل(?-?): سنتز کومارين به روش پرکين
ارتو هيدروکسي- ترانس سيناميک اسيد نميتواند حدواسط باشد، زيرا تحت شرايط واکنش ايزومريزه نميشود.اورتو استيل ساليسيل آلدهيد نيز نميتواند پيشحدواسطي براي کومارين باشد زيرا توسط سديم استات حلقه نميشود. حدواسطهاي واکنش در(شکل?-?) آورده شده است [??] .
شکل)?-?): ساختار حدواسطهاي پرکين
?-?-?-?-واکنش پکمن14
اين روش بطورگسترده براي سنتز کومارينها بهکار ميرود،زيرا واکنش شامل مواد اوليه سادهاي شامل فنلها وکتواسترها ميباشد [??]. در اين واکنش کاتاليزگرهاي اسيدي زيادي استفاده شدهاست مثل سولفوريک اسيدغليظ، مونت موريلونيت، خاک رس،5 O2P،FeCl3 (شکل?-?) از گرم کردن فنل با ماليک اسيد در مجاورت سولفوريک اسيد غليظ با حذف منواکسيد کربن، کومارين بدست ميآيد. در اکثر اين روشها بايد از مقادير زياد کاتاليست استفاده شود، زمان واکنش طولانياست و اغلب موارد دماي بالاتر ازC???0نياز است. پيشرفتهاي اخيري که در اين زمينه حاصل شده شامل رزينهاي تبادل يوني [??]، کاتاليزگرهاي اسيدي جامد [??] ميباشد.
شکل)?-?): سنتز کومارين به روش پکمن
?-?-?- تهيه بيسکومارين با واکنش چندجزيي
در سال ???? مانولو15و همکارانش موفق به سنتز مشتق هايي از ?-هيدروکسي کومارين (??) در محيط اسيدي و شرايط بازرواني شدند که خواص دارويي بسيار بالا و همچنين سميت کمتري داشتند [??] (شکل ?-?). مانولو آلدهيدهاي آروماتيک با استخلافهاي مختلف را با ?-هيدروکسي کومارين دراتانول و در حضور استيکاسيد منجمد يا استيکانيدريد بانسبت مولي?:? واکنش داد. که در نتيجه يک واکنش تراکمي ترکيب بيس-کومارين تشکيل شد.
شکل(?-?): تهيه بيس- کومارين
?-?-معرفي کرومن ومشتقهاي آن
کرومنها (بنزو پيرانها) دسته مهمي از ترکيبها ناجورحلقهي اکسيژندار هستند که بدليل واکنشپذيري و فعاليت بيولوژيکيشان اهميت سنتزي زيادي پيدا کردهاند. کرومنها اولين بارتوسط هوبن16درسال ???? از واکنش کومارينها با آلکيل منيزيم هاليدها اولين سري مشتقهاي کرومنها سنتز شد. در مراجع شيمي بنزوپيران را با نام سيستماتيک کرومن ميشناسند. اما هنوز هم در برخي مقالات شيمي از نام بنزو پيران استفاده ميشود ساختار H?-کرومن تشکيلدهنده بسياري از فراوردههاي طبيعي است. بعنوان مثال اووديونال17(??) ولاپاکنول18(??) داراي خاصيت هورموني ضد رشد ميباشند [??] (شکل?-??). از بين خواص بيولوژيکي کرومنها و مشتق هاي آن ميتوان خواص ضد ميکروبي[??] بازدارندگي ويروس آنفولانزا [??] ضد تومور [??] وتاثير بر دستگاه عصبي [??] را نام برد.همچنين از مشتقهاي کرومنها در درمان آلزايمر، فشارخون و تشنج استفاده شدهاست [??]. همچنين دستهاي ازمشتقهاي کرومنها با خاصيت ضدHIV با??CE برابر????/? شناسايي شدهاند [??].
شکل )?-??): اووديونل (11) لاپاکنول (12)
?-?-?-خواص فتوکروميسم کرومنها
در بين ترکيبهاي مختلف فوتوکروم ، بنزونفتو پيرانها مورد مطالعه قرار گرفتند وتأثير نوع استخلافها و موقعيت آنها به منظور درک ارتباط بين ساختار وپديده فوتوکروميسم بررسي شدهاست. در سال???? برون19وهمکارانش گزارش کردند که H?- نفتو[?،?-b] پيران(??)در مقايسه با H?-نفتو[?،?-b] پيران (??) در فرايند حلقهزايي حرارتي داراي ثابت سرعت بيشتري بوده و از شدت رنگ کمتري برخوردارميباشد [??](شکل?-??). همچنين درسال ???? مورتي20و همکارانش نشان دادند که پيرانها به راحتي به کرومنها که داراي خواص فوتوکروميسم ميباشند تبديل ميشوند [??].
شکل (?-??): مقايسه شدت فتوکروميسم: H?- نفتو[?،?-b] پيران (??) و H2-نفتو[?،?-b] پيران (14)
?-?-?- روشهاي سنتز مشتقهاي کرومن
به دليل اهميت مشتقهاي کرومن روشهاي متنوعي براي سنتز اين دسته از ترکيبها گزارش شده است که واکنشهاي تراکمي، نوآرايي گرمايي، واکنش ويتيگ21و استفاده از کاتاليزگرها از آن جمله ميباشند.
?-?-?-?- سنتز کرومن بااستفاده از کاتاليزگرهاي فلزي
سنتز کرومن با استفاده از کاتاليزگرهاي فلزي هميشه مورد توجه محققين قرار داشته است بطوريکه از سالهاي گذشته تا به حال براي انتخاب کاتاليزگر مناسب در هر روش سنتزي تلاش زيادي صورت گرفته است بطور مثال در سال ???? چانگ22با استفاده از?- هيدروکسي آريل کتون(??) آليل برمايد وبازکربنات پتاسيم در حلال استون وپس از آن يک واکنش ويتيگ با متيل فنيل فسفونيم برمايد موفق به سنتز ترکيب (??) شد وي در ادامه با استفاده از کاتاليزگر روتنيم کاربن مرحله حلقوي شدن را پيش برد و مشتقي از H?-کرومن(??)را سنتز کرد [??] (شکل ?-??).
شکل (?-??): سنتز کرومن با کاتاليزگر فلزي
سارتوري23با استفاده از فنوکسيد تيتانيم و منيزيم و ترکيبهاي آلفا-بتا غير اشباع موفق به سنتز دستهاي از مشتق هاي H?-کرومن شد [??]. درسال???? باستينناي24واکنشي با استفاده از سينامالدهيد و کاتاليزگر پالاديم طراحي کرد وترکيب ?-فنيل H? کرومين يا فلاونون(??) را سنتز کرد [??]. در همان سال ادواردسن25نيز با همان شرايط يعني در حضور کاتاليزگر Pd(PPh3) توانست ?- متوکسيH?کرومن (??) را سنتز کند [??] (شکل?-??).
شکل(?-??): فلاونون (??) و3-متوکسيH2کرومن (??)
1-?-?-?- سنتز کرومن با مشتقهاي کومارين
فوکس26در سال ???? با استفاده از مشتقهاي کومارين يک ترکيب چندحلقهاي شامل ساختار کرومن را سنتزکردکه اسکلت خانواده کالانولوئيد راتشکيل ميدهد [??]. دراين واکنش کومارين (??) با توسيل کلرايد, ترکيب (??) را ايجاد ميکند که در واکنش با تترابوتيل آمونيوم فلورايد درTHF به ترکيب (??) تبديل ميشود از ?-کلرو?- متيل بوتين براي تشکيل حلقه بنزوپيراني (??) استفاده شده و در پايان بوسيله تترابوتيل آمونيم فلورايد گروه سولفونيل برداشته ميشود و محصول نهايي (??) به اين ترتيب تشکيل ميشود (شکل?-??).
شکل(?-??): سنتز کرومن با استفاده از مشتقهاي کومارين توسط فوکس
در همين سال پيزو27 و همکارانش از واکنش حلقه زايي [?+?] نيتروکومارينها با وينيل اترها در شرايط بدون حلال کرومن (??) و (??) را سنتز کردند [??]. در اين واکنش نيتروکومارين(??)با دي هيدروفوران(??) در سديم بي کربنات مائي در دمايC??0 وارد واکنش شده و نيتروهمي استال (??) را توليد ميکند مخلوط واکنش به مدت ? ساعت ديگر در حلال مائي در?/?=HP در دماي C??0 حرارت داده ميشود و تتراهيدروفورا[ b-?،?] کرومنهاي جوش خورده (??) و(??) را توليد ميکند (شکل?-??).
شکل (?-??): سنتز کرومن با مشتق هاي کومارين توسط پيزو
?-?-معرفي و نقش ساختار ?-هيدروکسي کومارين در پيرانو کرومن
از آنجاييکه ?-هيدروکسي کومارين28(??) هسته ساختماني بسياري از ترکيبهاي فعال بيولوژيکي[??]، ترکيبهاي دارويي و همچنين حشره کشها را تشکيل ميدهد. استفاده از آن درسنتز ترکيبها با خواص بيولوژيکي، داروئي و…. بسيار مورد توجه شيميدانهاي آلي بوده است. مشتق هاي?-هيدروکسي کومارين، بدليل داشتن خواص ضدانعقاد و رفع گرفتگي ماهيچهها اهميت زيادي دارند. داروهايي مانند وارفارين29(??) ضد انعقادخون، و همچنين فلوکومارين30(??) که به عنوان يکي از سموم دفع جوندگان باعث خونريزي مهلک در آنها ميشود در ساختار خود داراي اسکلت ?-هيدروکسي کومارين هستند [??]. علاوه بر اين دانشمندان به تازگي دريافتند که ترکيبها با اسکلت ?-هيدروکسي کومارين که در موقعيت ? خود داراي استخلاف باشند(??)، خواص بيولوژيکي و داروئي آنها به نحو قابل ملاحظهاي افزايش مييابد. براي مثال ترکيب تري کومارول31(??) فعاليتهاي ضدHIV از خود نشان ميدهد [??] (شکل ?-??).

شکل)?-??): ?- هيدروکسي کومارين و برخي از مشتق هاي ?-هيدروکسي کومارين
به اين ترتيب ارائه روشي مناسب در وارد نمودن استخلافهاي گوناگون در موقعيت ?حلقه ?- هيدروکسي کومارين نظر محققين را بسيار جلب نمودهاست. بررسيهاي انجام شده نشان دادهاست که وجود حلقههاي ناجورحلقه ديگر و سنتزحلقههاي ناجورحلقه جوش خورده به اسکلت کومارين در افزايش فعاليت بيولوژيکي موثر ميباشد. يکي از اين حلقههاي فعال بيولوژيکي حلقهي پيراني ميباشد. حلقهي پيراني شامل گروههاي عاملي نظير آمين و نيتريل در واکنشپذيري ترکيبها نقش تعيين کنندهاي ايفا مينمايند. اسکلت دي هيدروپيرانو[C-?،?]کرومن از اين دسته ترکيبها محسوب ميشود.دي هيدروپيرانو[C-?،?]کرومنها (??) و(??) ترکيبها داراي خواص بيولوژيکي متنوع و گستردهاي هستند، که اغلب از واکنشهاي مختلف ?-هيدروکسي کومارين با واکنشگرهاي متفاوت حاصل ميشود [??] (شکل ?-??).
شکل(?-??): مشتق هايي از دي هيدروپيرانو[C-?،?] کرومن
?-?-?- خواص بيولوژيکي دي هيدرو پيرانو[C-?،?] کرومنها
گزارشهاي متعددي در خصوصيات بيولوژيکي و داروئي گوناگون دي هيدروپيرانو کرومنها وجود دارد که از جمله آنها ميتوان به ضد اسپاسم، افزاينده ادرار ، ضد انعقادخون، ضد سرطان، ضد آنافيلاکسي [??] نام برد. از اين ترکيبها بعنوان عوامل فزاينده ادراک در درمان بيماريهاي مربوط به زوال سيستم عصبي مانند آلزايمر، پارکينسون ، سندرمدان، و همچنين ايدز همراه با زوال عقل استفاده مي شود [??]. با توجه به تحقيقهاي انجام شده و کاربرد وسيع ترکيبها کرومني و کوماريني بعنوان ترکيبهاي داروئي و ترکيبها فعال بيولوژيکي وتوسعه شيمي سبز بر آن شديم که اين ترکيبها را با شرايط ملايم همراه با کاتاليزگر نانو و مواد در دسترس سنتز کنيم. با توجه به روشهاي گزارش شده سنتز کومارينها و کرومنها داراي معايب عمومي نظير شرايط دشوار واکنش، انجام واکنش چندمرحلهاي و فراوري دشوار محصول ميباشد. بنابراين ارائه روشي آسان، موثر و سريع جهت سنتز اين خانواده از ترکيبها بسيار مورد توجه ميباشد. در اين کار پژوهشي با ارائه يک واکنش سهجزيي تک ظرف با استفاده از کاتاليزگر نانو مشتقهايي از بيسکومارين وديهيدروپيرانو[C-?،?]کرومن را سنتز گرديد. استفاده از مواد اوليه قابل دسترس سادگي فرايند انجام واکنش و تک ظرفي بودن واکنش از جمله پارامترهاي تعيين کننده در انتخاب استراتژي سنتز بوده است.
1-?-?- تهيه دي هيدروپيرانو[C-?،?]کرومن با واکنش چندجزيي
در سال ???? هروي و همکارانش موفق به سنتز مشتق ديگري از کرومنها تحت واکنش تک ظرف و در حضور کاتاليزگر هترو پلي اسيد شدند [??] (شکل ?-??). او و همکارانش تاثيرهترو پلياسيدهاي مختلف را روي اين واکنش تحت شرايط بازرواني بررسي نمودند. و ساختارهاي مختلفي از مشتقهاي کرومن را سنتز کرده و فعاليت آنها را از نظر سميت سلولي در شرايط آزمايشگاهي32و بدن موجود زنده33بررسي کردند اين واکنش با يک تراکم مابين بنزآلدهيد(??) و اتيل سيانواستات(??) شروع و در نهايت با افزايش مايکل با ?-هيدروکسي کومارين(??) ديهيدروپيرانو[C-?،?] کرومن (??) سنتز شد.
شکل(?-??): تهيه دي هيدروپيرانو[C-?،?] کرومن توسط هروي
?-?-کاتاليزگر
?-?-?-تعريف کاتاليزگر
کاتاليزگرها سيستمهاي يکنواخت و غيريکنواختي هستند که اثرات قابل توجهي بر روي سرعت انجام واکنش اعمال مينمايند. آنها اثرات خود را از طريق کاهش انرژي فعالسازي واکنش و اثرات سينتيکي که برروي انجام آن دارند اعمال کرده و باعث افزايش سرعت انجام واکنش به مقدار قابل توجه و گاه شگفتآور ميگردند. از اينرو محصولهاي واکنش در مدت زمان کمتر و با بازده بالاتر بدست ميآيند.
?-?-?- دستهبندي کاتاليزگرها
کاتاليزگرها با توجه به حالتي که واکنش در آن انجام ميشود به دو دسته همگن و ناهمگن تقسيم بندي ميشوند.
?-?-?-?- کاتاليزگرهاي همگن
در کاتاليزگرهاي همگن ، حالت مواد واکنشدهنده با حالت کاتاليزگر يکسان است و واکنش به طور معمول در يک محلول گازي يا آبي انجام ميشود. مانند واکنش SO2 با گاز اکسيژن که در حضورNO کاتاليز ميشود و يا واکنش تجزيه H2O2 در حضورI-(aq). يکي ديگر از کاتاليزگرهاي همگني که بطور گسترده مورد استفاده قرارميگيرد اينديم(III) کلريد است. اين ترکيب ميتواند به عنوان اسيد لوييس در تسهيل چند تغيير شکل مهم مانند نوآرايي اپوکسيدها، تشکيل سيستم کينوليني و تبادل استري بهکار گرفته شود.
1-6-2-2- کاتاليزگرهاي ناهمگن
در کاتاليزگرهاي ناهمگن فاز مواد واکنشدهنده با فاز کاتاليزگر متفاوت است و واکنش در مرز بين دو فاز انجام ميشود. کاتاليزگرهاي ناهمگن را ميتوان سطوحي درنظر گرفت که واکنشگرها به صورت موقت برروي آن جذب ميشوند. در آنجا پيوندهاي بين واکنشگرها ضعيف شده، پيوندهاي جديد ايجاد ميشود و در نهايت به علت اين که پيوند بين محصولها و کاتاليزگر ضعيف است محصولها آزاد ميشوند [??].
?-?- شيمي و فناوري نانو
در سالهاي اخير، پيشرفت در علوم و فناوري نانو34همراه با روشهاي جديد براي تهيه، مطالعه و اصطلاح نانو ساختارها بوده است. گسترش و پيشرفت در اين زمينه ناشي از پيشرفت در نانو شيمي از دو ديدگاه مهم است: يکي اين ويژگي شيميايي مربوط به هر عنصر را در سيستم نانو متري بررسي ميکند و مسايل بنيادي جديدي را در اين علم پايهريزي ميکند و همچنين به تهيه نانو ساختارهاي خودآرا کمک ميکند . به هرحال تغيير ويژگيهاي ساختارهاي تهيه شده به وسيله تغيير اندازه و شکل نانوذرات به شکل دلخواه امکانپذير است. نانو شيمي در مرحله سريعي از پيشرفت است و هنوز سئوالهاي زيادي در مورد تعريفها و واژهها وجود دارد.
تفاوت دقيق بين خوشه ، نانوذره نقاط کوانتومي هنوز در پژوهشها مشخص نيست ; اما بطورکلي واژه خوشه35 بيشتر براي ذراتي که شامل تعداد کمي از اتمها هستند استفاده ميشود که تعداد اتمها ميتواند از قواعد آماري نيز پيروي کنند. در حالي که نانوذره به تعداد اتمهاي کلوخه شدهي بيشتري اطلاق ميشود.واژه نقاط کوانتومي براي ذرات و جزاير نيمههادي استفاده ميشود.
?-?-?- نانوذرات
بنابه تعريف نانو مواد در يک يا چند بعد مقياس نانومتري دارند يعني مقياس (زيرnm????) درنتيجه خواص جديدي از خود نشان ميدهد.
با عبور از مقياس ميکرو به نانو تغييرات زيادي در خواص فيزيکي و شيميايي ذرات ايجاد ميشود. سنتز خواص کاربر نانوذرات مهمترين بخش نانو تکنولوژي ميباشد. مهمترين ويژگي که مقياس نانو را در بر مي‌گيردعبارتند از:
?- افزايش سطح به نسبت حجم باعث تغيير اثرات کوانتومي ميشود.
?- افزايش سطح به نسبت حجم باعث افزايش نفوذ اتمهاي سطح به درونيترين بخشها شده است [??] .
به هر حال نکته مهم چگونکي تغيير ويژگي مواد با اندازه ذرات است و بايد به اين نکته توجه کرد که با کاهش اندازه مفهوم فاز نامشخصتر ميشود و درک پيوندهاي بين فازهاي همگن و ناهمگي و نيز بين حالتهاي بيشکل و بلوري مشکل خواهد بود. در حال حاضر ، مفاهيم عمومي شيمي که روابطي مانند ترکيب ، ويژگي و جزء مولي را تعيين ميکند ، ميتواند به وسيله مفاهيم اندازه و خودآرايي بسط داده شود و سازوکارها و اثرهاي جديدي را ايجاد کند [??] .
?-?-?- رابطه بين اندازه و فعاليت شيميايي
توضيح رابطه بين اندازه و فعاليت شيميايي يک ذره اغلب مهمترين مساله در نانوشيمي است براي نانوذرات، دو نوع اثر اندازه مشاهده شده است:
?- اثرذاتي يا دروني که به دليل تغييرهاي ويژه در سطح مواد توده اي و ويژگيهاي شيميايي يک ذره است.
?- اثرهاي خارجي که به دليل بستگي اندازه به عنوان عاملهاي خارجي است و به اثرهاي داخلي وابسته نيست.
در محدوده ويژهاي از قطر ذرات، اندازه ذرات بر روي ويژگيهاي آنها موثر است که اين تاثير براي ذرات کوچکتر بيشتر است. در جايي که وابستگيهاي نامنظم ويژگي اندازه ذره حکم فرماست، از نظر نانو شيمي مطلوب است. وابستگي فعاليت شيميايي به اندازه ذرات واکنشدهنده ، با اين حقيقت که ويژگي اتمهاي مجزاي عناصر شبيه خوشهها و نانوذرات هستند و ويژگي آنها با درشت ذرات متفاوت است، توضيح داده ميشود. به منظور درک وابستگي ويژگي شيميايي به اندازه ذرات ميتوان مقايسهاي را بين عکس العمل انواع مواد، نانوذرات وخوشه با تغيير اندازه آنها انجام داد. تعيين رابطهي بين اندازه و ويژگي آنها از عنصر تا عنصر ديگر متفاوت است و بايد براي هر عنصري بطور ويژه بررسي شود. در نانو شيمي، برهم کنش هر ذره بامحيط، ويژه و مخصوص است. هنگام مطالعه ويژگي انفرادي چنين ذراتي بايد برروي تغييرات کيفي خواص ذرات به صورت تابعي از اندازه توجه شود.
همانطور که قبلا بيان شد در نانوذرات، مقادير قابل توجهي از اتمها برروي سطح قرار دارد که با کاهش اندازه ذرات اين مقدار افزايش مييابد. اين پديده موجب افزايش انرژي سيستم ميشود که نتايج ترموديناميکي نامشخصي نظير وابستگي اندازه ذرات با نقطه ذوب نانوذرات، دماي انتقال شيشه اي شکلهاي بلوري متفاوت، افزايش حلاليت و جابجايي در تعادلهاي شيميايي را ايجاد ميکند [??] .
?-?-?- کاربرد نانوذرات
گوناگوني مواد نانوذرهاي به اندازه تنوع كاربردهاي آنها است. نانوذرات دركاربردهاي بيودارويي به عنوان حامل دارو و عوامل تصويربرداري استفاده ميشوند.در طول دههي گذشته مطالعات بسياري بر روي نانو ساختارهاي فلزي با توجه به خواص منحصر به فرد آن‌ها صورت گرفته است. اين تركيب‌ها به دليل سطح زيادي كه نسبت به حجمشان دارند در مقايسه با فرم حجيم خود از ويژگيهاي چشمگيري در زمينههاي كاتاليزوري، نوري، مغناطيسي، الكتريكي و شيميايي برخوردار مي‌باشند. توسعه نانوذرات درفاز جامد به عنوان كاتاليزگرهاي يك موضوع مهم در سنتزهاي آلي مي‌باشد. اين دسته از كاتاليزورها موثر، كارآمد و ملايم بوده و با روشهاي ساده به آساني بازيابي شده و قابل استفاده مجدد در واكنش‌ها ميباشند. و در سالهاي اخير با افزايش تاکيد شيمي سبز و بدليل سازگاري نانوذرات با محيط زيست و همچنين فعاليت بسيار بالاي آنها نسبت به کاتاليزگرهاي اسيدي توانستهاند توجه بسياري از شيميدانان آلي را به خود جلب کنند. در اين ميان نانوذرات اکسيد فلزي بدليل نقش دوگانهاي که ميتوانند ايفا کنند بعنوان کاتاليزگر در واکنشهاي شيميايي براي سنتز مواد دارويي پرکاربرد شدهاند. و مورد علاقه دانشمندان علم شيمي ميباشند در نتيجه سنتز آنها اهميت ويژهاي يافته است.
?-?-?-روش سنتزنانوذراتاکسيد فلزي
در اين راستا نانوكاتاليزگرهاي اکسيد فلزي معمولاًبا استفاده از روشهايي از قبيل: سنوشيميايي، روش سل-ژل ، روش رسوبدهي و تجزيه حرارتي ساخته ميشود. که در اين بخش اين روش مورد بررسي قرار ميگيرند.
?-?-?-?-



قیمت: تومان


پاسخ دهید