پایان نامه بررسی اثر حلال ها و کاتالیزور های اسیدی مختلف بر واکنش تراکمی N - آمینورودانین با آلدهید های آروماتیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc)

گرایش : آلی

چکیده :

در این پر‍وژه اثر کاتالیزور اسیدی و نوع حلال روی واکنش ایمینی شدن آمینو رودانین مورد برسی قرار گرفت. واکنش آمینو رودانین با آلدهیدهای مختلف در حلالهای متانول و استونیتریل ودر حضور اسید استیک و هیدرو کلریک اسید بررسی شد. محصولات همه واکنش ها توسط IR ،1H NMR  و 13C NMR بررسی و شناسایی شدند. نتایج نشان میدهد ایمینی شدن آمینو رودانین در حلال متانول و با اسید قوی مثل هیدروکلریک اسید موجب حمله اکسیژن متانول به گروه کربونیل حلقه آمینورودانین شده و در ضمن واکنش گروهNH2 با آلدهید نیز به حلقه اضافه شده و حلقه آمینو رودانین شکسته می شود محصولات (1a – 1c). اما واکنش در حلال استونیتریل و در حضور کاتالیزورهای اسیدی فقط به تشکیل ایمین منجر می شود محصولات(2a – 2c  و 3a ).

فصل اول : اصول بنیادی

1-1 مقدمه

تولید ایمین ها دارای اهمیت خاصی از نظر بیولوژیکی و شیمیایی می باشد و این ترکیبات با روش ساده و راندمان بالا تهیه می شوند[1].

در اثر تراکم آلدهیدها و کتونها با آمینها ، ترکیبات ایمین که شامل پیوند  – N=C    

می باشد به دست می آید. این ترکیبها ناپایدار بوده و به سرعت تجزیه یا پلیمره      می شوند مگر اینکه به کربن یا نیتروژن پیوند دوگانه یک گروه آریل متصل باشد .

انتظار می رود که شیمی ایمینها شبیه به آلدهیدها وکتونها و در بعضی مواقع تا     اندازه ای منحصر به فرد باشد و برای بررسی و تحقیق بیشتر در رابطه با مکانیسم برخی از واکنشها شاید بهتر باشد ایمینها همراه و یا بجای کتونها و آلدهیدها بکار برده شود [2].

1-2 بررسی اجمالی:

1-2-1 آمین ها

آمین ها مانند آمونیاک دارای نیتروژن با یک جفت الکترون غیر پیوندی هستند که بطور گسترده در گیاهان و جانوران وجود دارند.

تری متیل آمین ، در جانداران وجود دارد و بوی خاص ماهی ناشی از این ماده است. نیکوتین وکوکائین هم از نمونه های دیگر ترکیبات دارای عامل آمینی هستند که بطورگسترده در طبیعت یافت می شود [3].

در ترکیبات آمین هیبریداسیون نیتروژن از نوع  sp3است.

          کوکائین                                   نیکوتین                                       تریمتیل آمین

1-2-2 خصوصیات بازی آمین ها:

حضور یک جفت الکترون غیر پیوندی روی نیتروژن آمین ها، این مولکولها را به ترکیب نوکلئوفیل تبدیل ساخته است. در اغلب موارد آمین ها با الکتروفیلها وارد واکنش شده، منجر به تشکیل نمک های اسیدی- باز نسبتاً پایداری می شوند. خصلت بازی آمین ها از الکل ها ، اترها و آب بیشتر است. خصلت بازی آریل آمین ها از آمونیاک کمتر است. در عوض آلکیل آمین ها  بازهای قوی تری نسبت به آمونیاک هستند.

یک آریل آمین حدود106بار از یک آلکیل آمین باز ضعیف تری است. علت این تفاوت را می توان در شرکت جفت الکترون های غیر پیوندی اتم نیتروژن در رزونانس با پیوند π حلقه آریل جستجو کرد. بر این اساس آریل آمین ها ترکیباتی بسیار پایدارتر از آلکیل آمین ها هستند.

(جدول رد فایل اصلی موجود است)

جدول 1-1 مقایسه ی خصلت بازی برخی از آمین ها

برخلاف آمین ها، آمیدها خصلت بازی نداشته و تمایلی چندانی برای واکنش با اسیدها از خود نشان نمی دهند. در جدول 1-1خصلت بازی برخی از آمین ها آمده است.

1-3  بررسی اجمالی گروههای کربونیل و آلدهیدها

می توان گفت گروه کربنیل مهمترین گروه عاملی، در شیمی آلی و همچنین در بیوشیمی است. گروه کربنیل در اغلب موادی وجود دارند که در طبیعت و یا در زندگی از آنها استفاده می کنیم، از آن جمله می توان به اسید استیک (اصلی ترین ترکیب سرکه) استامینوفن و داکرون (ماده پلی استر مورد استفاده درپوشاک) اشاره کرد[4].

گروه کربنیل را می توانیم به دو دسته مهم آلدهیدها و کتون ها تقسیم کنیم. سایر انواع ترکیبات دارای عامل کربنیل، مشتق شده از این دو دسته هستند. مهمترین تفاوت بین آلدهیدها وکتون ها و سایر ترکیبات دارای گروه کربنیل درگروه مجاور عامل کربنیل(C=O) است.

 Hو R در آلدهید و کتون نمی توانند به عنوان گروه ترک کننده در واکنش های جانشینی فعالیت داشته باشند.

در حالی که در سایر مشتقات، گروه های مجاور عامل کربنیل می توانند به عنوان گروه ترک کننده در واکنش های جانشینی شرکت داشته باشند.

1-3-1 سنتز آلدهیدها

شاید مهمترین روش تهیه آلدهیدها ، اکسیداسیون الکل های نوع اول با پیریدینیوم کلروکرومات (PCC) درحلال دی کلرومتان باشد[5].

1-3-2 واکنش های آلدهیدها

از انواع  واکنش های آلدهیدها می توان به موارد زیر اشاره کرد[6].

اکسایش آلدهیدها

اکسایش آلدهید ها منجر به تولید اسید می شود. کتون ها قادر به انجام این واکنش نیستند.

افزایش نوکلئوفیلی به آلدهیدها

افزایش نوکلئوفیل ها به آلدهیدها منجر به تولید الکل می شود.

افزایش نوکلئوفیلی آب به آلدهید

افزایش نوکلئوفیلی آب به آلدهید یا هیدارته شدن آلدهید منجر به تولید دیول جمینال می شود.

افزایش نوکلئوفیلی الکل به آلدهیدها

افزایش نوکلئوفیلی الکل به آلدهیدها منجر به تشکیل استال می شود.

افزایش نوکلئوفیلی آمین ها به آلدهیدها

این واکنش منجر به تشکیل ایمین می شود. از واکنش افزایشی آمونیاک و آمین های نوع اول با آلدهیدها ، ایمین به دست می آید. حد واسط در این واکنش آمینو الکل است.

افزایش نوکلئوفیلی معرف های گرینیارد به آلدهیدها

افزایش نوکلئوفیلی معرف های گرینیارد به آلدهیدها منجر به تشکیل الکل می شود

1-4  ایمین ها یا بازهای شیف:

ایمین ها حد واسط در سنتز بسیاری از مواد بیولوژیکی هستند ، ضمن اینکه اسیدهای آمینه به عنوان یکی از بنیادی ترین مولکول های موجود در بدن جانداران، در اغلب موارد در واکنش هایی که منجر به تشکیل ایمین ها می شوند شرکت دارند.

برای مثال اسید آمینه آلانین با آلدهید پیریدوکسال فسفات که یک مشتق ویتامین B6 است، واکنش داده یک ایمین را تشکیل می دهد.

جالب اینکه برای تشکیل اسید آمینه آلانین از آمونیاک و اسید پیرویک نیز، حد واسط ایمین تشکیل می شود.

1-4-1 مکانیسم واکنش تشکیل ایمین

به طورکلی واکنش با حمله ی+H به گروه کربونیل آلدهید آغاز می شود. البته حضورکاتالیزور اسیدی باعث پیشرفت بیشتر واکنش خواهد شد.

اگر کلیه مراحل این مکانیزم را بخواهیم به صورت کاملاً مجزا بررسی کنیم، می توان شش مرحله برای فرآیند ایمینی شدن به شرح زیر در نظر گرفت.

مرحله اول

تشکیل پیوند میان اکسیژن کربونیل وH+

اسیدی کردن محیط می تواند به این مرحله سرعت بیشتری بدهد.

مرحله دوم

اتصال نوکلئوفیل به عامل الکتروفیلی ایجاد شده در مرحله اول .

کربن گروه کربنیل پس از مرحله اول ، به الکتروفیل خیلی خوب تبدیل شده است و قادر خواهد بود پیوندی نسبتاً پایدار، با یک عامل نوکلئوفیلی مناسب برقرار نماید.

حضور یک نوکلئوفیل خوب در محیط می تواند موجب پیشرفت بیشتر واکنش در مرحله اول نیز بشود. نوکلئوفیل باید بتواند به راحتی جفت الکترون خود را به اشتراک گذاشته و در ضمن حتی المقدورکمترین ممانعت فضایی را ایجاد کند.

احتمالاً دراین مرحله به علت ممانعت فضایی کمتر ، آمین های نوع اول واکنش هایی با راندمان بسیار بالاتر از آمین های نوع دوم از خود نشان می دهند، ضمناً آمین های نوع دوم در ادامه مراحل (مرحله شش (قادر به تولید ایمین نخواهند بود.

مرحله سوم

از دست دادنH+ توسط اتم نیتروژن شرکت کننده در واکنش نوکلئوفیلی مرحله دوم.

در این مرحله احتمال از دست دادن H+به وسیله اکسیژن کربونیل و برگشت واکنش نیز وجود دارد که با نگاه به راندمان نهایی ایمینی شدن، در می یابیم که این احتمال بسیار کم خواهد بود.

مرحله چهارم

تشکیل پیوند بین H+و اکسیژن گروه هیدروکسیدی تولید شده در مرحله اول.

مرحله پنجم

قطع پیوند میان H2O (تولید شده درمرحله چهارم ) وکربن مرکزی مولکول.

علت پیشرفت واکنش در این مرحله رسیدن به حالت نسبتاً پایداری است که مولکول می تواند داشته باشد.

مرحله ششم

در این مرحله جفت الکترون های روی نیتروژن باعث ایجاد پیوند دو گانه بین کربن مثبت و نیتروژن می شوند و همزمان اتم نیتروژن با از دست دادن+ Hبه ساختمان حالت کوالانسی نرمال خود میرسد. این حالت منجر به تشکیل ایمین دلخواه ما خواهد شد.

1-4-2 نامگذاری ترکیبات با فرمول ساختمانی RR′C=NR″

نامگذاری این ترکیبات اغلب قابل تغییر می باشد، بطوریکه این ترکیبات می توانند به اشکال مختلفی از ایمین ها، آزومتاینها[1] ، آنیلها و یا شیف بازها نشان داده شوند، که اخیراَ درچکیده های شیمی[2] این موارد را در دو دسته ایمینها و شیف بازها قرار       داده اند. در اینجا ما این موارد را مربوط به ایمینها در نظر می گیریم ، بطوریکه   آلدیمین ها مربوط به ترکیباتی که ازR   آلکیل وR'  هیدروژن باشد، در صورتیکه کتیمین ها ترکیباتی هستند کهR و ََR آلکیل و آریل باشند.

برای راحتی کار بهتر است که اصطلاح شیف باز را معدود به آن دسته از ایمینها بکنیم که َRَ یک هیدروژن و ًRیک آلکیل یا آریل باشند و آنیلها محدود به شکلی از ایمینها می باشدکه RوR'َ گروههای آلیفاتیک، آروماتیک و یا هیدروژن هستند وًRَ گروه فنیل یا فنیلهای استخلاف دار باشد. برای نامگذاری ایمینهای ویژه از چکیده های شیمی  استفاده می شود.

اسپرانگ[3] شیمی فرمالدئید با آمینها را مورد بررسی کامل قرار داد و این شامل حالتی می شودکه R' و R" هیدروژن می باشد.

1-5 آمین های هتروسیکل حاوی اتم های گوگرد و نیتروژن

از بین ترکیبات حاوی اتمهای گوگرد و نیتروژن می توان به ترکیبات شامل گروههای تیول و آمین، تیو اترآمین و مشتقاتی ازترکیب تیوکربوهیدرازید به خصوص تیون های هتروسیکل اشاره نمود. با توجه به اهمیت ترکیبات تیون هتروسیکل وکمپلکس های فلزی آنها، بخصوص نقش مهم وکلیدی شان در فرایندهای زیستی، در چند دهه اخیر تحقیقات گسترده ای در جهت تهیه و بررسی خواص آنها انجام گرفته است [9-7].

1-5-1 تیون تری آزول ها و آمین های مشتق از آنها

تیون تری آزول ها یکی دیگر از مهمترین لیگاندهای تیون هتروسیکل با خواص       بی نظیر دارویی و بیولوژیکی می باشد[13-10] مشتقات تیون تری آزول ها به عنوان عوامل موثر ضد التهاب ، ضد میکروب و ضد قارچ شناخته شده اند[15،14]. به عنوان کمپلکس های فلزی حاوی لیگاندهای تری آزول ممکن است دارای فعالیتهای بیولوژیکی و خواص دارویی باشند[16].

تیوتری آزول ها و تیو تری آزین ها دارای فرمهای توتومری تیون – تیول هستند، که معمولاً درحالت جامد به فرم تیون و در محلول به فرم تیول وجود دارد.

شکل (1-1) این توتومری را در ترکیب 4- آمینو 3- (آلکیل ، آریل) – 4،2،1- تری آزول – 5- تیون به عنوان یک نماینده از آمینو تری آزول ها نشان می دهد.

شکل(1-1) توتومری تیون– تیول درترکیبات تیون تری آزول.

لازم به توضیح است که دو فرم توتومری تیون-تیول با توجه به شرایط مختلف از جمله نوع حلال ، غلظت حلال و بازی یا اسیدی بودن محیط واکنش می توانند به همدیگر تبدیل شوند و یا حتی یک فرم بر فرم دیگر برتری یابد که البته بسته به نوع واکنش ، شرایط را باید به گونه ای تنظیم کرد که شکل مورد نظر در محیط واکنش غالب باشد.

بعضی از تیون-تیول ها قادر به تولید دی سولفید نیز هستند. در صورتیکه تیون- تیول بتوانند اکسید شوند طبق واکنش(1-1)تیون دی سولفید حاصل می شود.

واکنش(1-1)

RSH   → RS- + H+                                                                   

این واکنش در برخی از تیون ها به کمک حلال، اکسیژن هوا و عاملی که بتوانند کاهیده شود انجام می گیرد. به این ترتیب از تیون-تیول موجود در محیط کاسته    می شود. اگر تشکیل تیون – دی سولفید در محیط واکنش مورد نظر نباشد باید شرایط به گونه ای تنظیم شود که از انجام این واکنش جانبی در محیط واکنش اصلی خود داری به عمل آید.

1-6 معرفی تعدادی از مشتقات شیف باز حاوی اتم های گوگرد و نیتروژن

1-6-1 سنتز و ساختار کریستالی ترکیب شیف باز مشتق از ( 4-آمینو -6-متیل-3-تیو–3،4– دی هیدرو–1،2،4 –تری آزین– 5 ( 2H ) – اون)(1).

طی واکنش (1-2) ترکیبات جدید مشتق از تری آزین بدست آمده است]17[.

واکنش(1-2)

ساختار ملکولی و نمایش سلول واحد محصول واکنش 2-متوکسی بنزآلدهید با ترکیب (1) به ترتیب در شکل های 1-2 و 1-3 مشاهده می شود.

شکل های 1-4 ، 1-5 و 1-6 به ترتیب ساختار کریستالی ترکیبات شیف باز 3،4 و 5  را نشان می دهند.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

Abstract

In thise project the effect of acid catalyzor and the type of solvent on the immunity reaction was studied and searched on rhodanin amino. The reaction of rhodanin amino with different aldhyds in methanol and acetonitril solvents and with HCl and CH3COOH acids was studied and identified through IR, 1HNMR and 13CNMR. Results show that the immunity of rhodanin amino in methanol solvent and with strong acid like HCl causes the attack of methanol oxygen to the carbonil group of rhodanin amino ring. Mean while the reaction of NH2 group also is added to the ring and rhodanin amino is broken Products (1a-1c). but reaetion with the presence of acid catalyzors and in ace to nitrol solvent just leads to immunity formation products (2a-2c , 3a).