Faz transfer katalizörlerinin sentezi ve uygulamaları
Synthesis and applications of phase transfer catalysts
Yazar: ÇİĞDEM YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. FERAY AYDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Günümüzde, teknoloji ve kimya endüstrisinin hızlı gelişimi çevre sorunlarını da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle bilim adamları, son yıllarda çevreye ve topluma daha duyarlı yöntem ve kimyasalların geliştirilmesine yönelmektedir. Bu yönelim atıkların ve çözücü tüketiminin azaltılmasına, zararlı yöntem ve kimyasalların minimuma indirilmesine, enerjinin etkin şekilde kullanımına ve doğal hammaddelerin yaygınlaştırılmasına odaklanan `Yeşil Kimya' kavramını ön plana çıkarmaktadır. Özellikle son yıllarda geliştirilen katalizörlerin kullanımıyla reaksiyon süreleri oldukça kısaltılmış, zararlı atık miktarları azaltılmış ve reaksiyonların seçiciliği arttırılmıştır. Bu katalizörler arasında yer alan faz transfer katalizörleri farklı fazlarda çözünen reaktiflerin reaksiyona girmesini kolaylaştırmaları, yüksek verimli temiz reaksiyonlar ve kısa reaksiyon süreleri sağlamaları nedeniyle oldukça dikkat çekmekte ve her geçen gün yeni katalizörlerin geliştirilmesi için çalışmalar yapılmaktadır.Strecker reaksiyonu olarak bilinen, aldehit, amin ve siyanürün üç bileşenli reaksiyonu ?-aminonitrillerin sentezi için geleneksel bir yol sağlamaktadır. ?-Aminonitriller, yararlı açil anyon ve iminyum ekivalenti olmalarının yanı sıra ?-amino asitler, 1,2-diaminler, azot içeren çeşitli heterosiklik bileşikler ve biyolojik aktif bileşiklerin sentezinde önemli ara ürünlerdir. Reaksiyonun etkinliğini arttırmak için pek çok modifikasyon ve yeni katalizörler geliştirilmiştir.Bu çalışmada, dikatyonik yapıdaki fosfonyum tuzlarının Strecker reaksiyonundaki etkinliği incelenmiş ve bu etkinlikler monokatyonik ve dikatyonik yapıdaki amonyum tuzları ile karşılaştırılmıştır. Yapılan denemeler sonucunda dikatyonik fosfonyum tuzlarının amonyum tuzlarından daha etkin rol oynadığı görülmüştür. Bu tuzların faz transfer katalizörü olarak kullanımıyla ?-aminonitrillerin sentezi, sulu ortamda ve ultrason etkisi altında çeşitli aldehitlerin (S)-(-)-?-feniletilamin ve sodyum siyanürün tek kap üç bileşenli reaksiyonuyla iyi verimler ve iyi diastereoseçicilikle gerçekleştirilmiştir. Reaksiyonlarda asit katalizör olarak Montmorillonit K10 kullanılmıştır. ?-Aminonitrillerin sentezinde ilk kez kil, PTC ve ultrasonik etki bir arada kullanılmıştır. Geliştirilen bu yeni yöntem literatürdeki yöntemlerle karşılaştırıldığında, çözücü olarak çevre dostu suyun kullanımı, çevre dostu katalizör olarak kilin kullanımı, ultrason etkisi altında kısa reaksiyon süreleri ve kolay ayırma işlemleri gibi çeşitli avantajlara sahiptir. Bu yönleriyle geliştirilen yöntem yeşil kimya alanına da katkı sağlamaktadır.

Abstract:
Nowadays, fast development of technology and chemical industry causes environmental problems. In this fact, scientists aimed to produce safer chemicals and processes for human and environment. This orientation brings out the term of `Green Chemistry? that focused on minimisation or elimination of waste and solvent use, developing of safer chemical processes and products, desining more energy efficient processes, using more environmental friendly raw materials. Reaction times and waste amounts have been reduced and the selectivity of reactions have been developed by using the new catalysts. Among these catalysts, phase transfer catalysts are very attractive since they provide high yielded clean reactions and short reaction time for the reaction of the reagents dissolved in different phases and new catalysts have been developed.Three component reactions of aldehydes, amines and cyanide known as the Strecker reaction provides a traditional way to ?-aminonitriles. These compounds are useful acyl anion and iminium ion equivalents and also very versatile intermediates for the synthesis of ?-amino acids, 1,2-diamines, various nitrogen containing heterocycles and several biologically active compounds. Many modifications and catalysts have been developed to enhance the efficiency of the reaction.In this research, the effect of dicationic phosphonium salts on the Strecker reaction as phase transfer catalyst was investigated and compared with mono- and dicationic ammonium salts. It was investigated that the dicationic phosphonium salts are more effective than the ammonium salts. The synthesis of ?-aminonitriles was successfully accomplished by the one-pot three component reaction of several aldehydes with (S)-?-phenylethylamine and sodium cyanide in water under ultrasonic effect by using dicationic phosphonium salt as phase transfer catalyst with good yield and moderate diastereoselectivity. Montmorillonite K10 was used as acid catalyst. The combination of clay, PTC and ultrasonic effect for the synthesis of ?-aminonitriles has been used for the first time. This new method provides several advantages such as using water as an environmentally friendly solvent and clay as environmentally friendly catalyst, short reaction times under ultrasonic irradiation, easy work up procedure, so it is also important procedure from the viewpoint of green chemistry.