T.C.
TRAKYA ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
SĠLĠKA DESTEKLĠ FeCl
3'ÜN ÇEġĠTLĠ ORGANĠK
REAKSĠYONLARDA KULLANILABĠLĠRLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ
TAYFUN EGEMEN GĠRGĠN
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
KĠMYA ANABĠLĠM DALI
Tez DanıĢmanı: Yrd. Doç. Dr. Hayrettin BEYNEK
i Yüksek Lisans Tezi
Silika Destekli FeCl3'ün Çeşitli Organik Reaksiyonlarda Kullanılabilirliğinin
İncelenmesi
T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı
ÖZET
Organik reaksiyonları katalize etmek için Demir (III)klorür(FeCl3) kullanımı,
organik sentezlerde önemli bir yöntem haline gelmiştir. Demir (III)klorür ideal bir Lewis asidi olarak organik sentezlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Katalitik katılma, ikame etme, esterifikasyon, oksidatif bağlanma, siklizasyon, oksitlenmeler, C-C bağ oluşumu, Friedel-C-Crafts reaksiyonları, yeniden düzenlenme ve izomerizasyon reaksiyonları, çeşitli işlevsel grupların korumasının kaldırılması ve doğal ürün sentezi gibi reaksiyonlar için ucuz, verimli, kararlı, çevre dostu ve kullanışlı bir ajandır. FeCl3'ün katalitik etkinliğini artırmak ve geliştirmek için PVP, aktif karbon, silika,
polimer (polistiren, polivinil klorür gibi), katyon değişim reçinesi ve polianilin kullanımı gibi FeCl3'ün sabitlenmesi için yaygın olarak kullanılan yöntemleri içeren çok
sayıda çalışma vardır.
Bu çalışmada, kenetlenme, esterifikasyon, oksidatif kenetlenme, açilleme reaksiyonları gibi farklı organik reaksiyon tiplerini katalizleyen silika destekli FeCl3
katalizörünün kullanılabilirliği incelenmiştir.
Yıl : 2018
Sayfa Sayısı : 146
Anahtar Kelimeler : Silika destekli Demir (III) Klorür, Destekli Katalizör, Friedel-Crafts, Esterleşme, Lewis asidi.
ii Master's Thesis
The Investigation Of Usability Of Silica Supported FeCl3 In Various Organic Reactions
Trakya UniversityInstitute of Natural Sciences Chemistry Department
ABSTRACT
Using FeCl3 to catalyze organic reactions has become an important method in
organic synthesis. Iron (III)chloride is extensively used in organic synthesis as an ideal Lewis acid. It is cheap, efficient, stable, environmentally friendly and a convenient agent for several useful reactions such as catalytic addition, substitution, esterification,
oxidative coupling, cyclization, redox, oxidations, C-C bond formation, Friedel-Crafts reactions, rearrangement and isomerization reactions, deprotection of various functional groups, and as a reagent in key steps of natural products synthesis.To effectively carry out and enhance the catalytic activity of FeCl3. There are already a large number of
studies using commonly used methods for immobilization of FeCl3, such as the use of
PVP, activated carbon, silica, polymer (such as polystyrene, polyvinyl chloride), cation exchange resin, and polyaniline load FeCl3.
In this work, usability of silica supported FeCl3 catalyzing in different types of
organic reactions such as coupling, esterification, oxidative coupling, acylation reactions has been viewed.
Year : 2018
Number of Pages : 146
Keywords : Silica supported Iron (III)Chloride, Supported Catalyst, Friedel-Crafts, Esterification, Lewis acid.
iii
TEġEKKÜR
Bu çalışmayı bana öneren bilgi ve tecrübelerinden yararlandığım, tezimin planlanması ve yürütülmesinde yoğun ilgi ve desteğini gördüğüm tez danışmanım T.Ü. Fen-Fak. Kimya Bölümü Organik Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Hayrettin BEYNEK‟e teşekkür etmekten mutluluk duyarım.
Yüksek lisans eğitimim boyunca burada geçirmiş olduğum süre zarfında bana karşı göstermiş oldukları fedakarlıktan dolayı tüm bölüm hocalarına, ayrıca manevi desteğinden dolayı özellikle bir abi olarak gördüğüm Doç . Dr. Ferhat KARABULUT‟a teşekkür ederim.
Deneysel çalışmalarım sırasında değerli zamanını bana ayıran Öğr. Gör. Gülce ÖZCAN ve Arş. Gör. Dr. Zuhal HOŞGÖR'e teşekkürü borç bilirim.
Aynı zamanda her konuda her zaman yanımda olan, maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen aileme sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
iv
ĠÇĠNDEKĠLER
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ vi ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ viii EKLER DĠZĠNĠ ix SĠMGELER VE KISALTMALAR xi 1. GĠRĠġ 1 2. TEORĠK BĠLGĠ 3 2.1. Katalizörler 4 2.2. Katalizör Tanımı 4 2.3. Katalizörlerin Sınıflandırılması 4 2.3.1. Homojen Katalizörler 5 2.3.2. Heterojen Katalizörler 5 2.3.3. Destekli Katalizörler 7 2.4. Katı Asitler 82.5. Katı Destekler ve Reaktifler 10
2.5.1. Katı Desteklerin Avantajları ve Dezavantajları 12
2.6. Destekli Katalizör Hazırlanışı 12
2.7. FeCl3 Katalizörlüğünde Gerçekleştirilen Reaksiyonlar 13
2.7.1. Aldol Reaksiyonları 13
2.7.2. Michael Tipi Katılma ve Diğer Katılma Reaksiyonları 13
2.7.3. Halka Açılma Reaksiyonları 14
2.7.4. Asetilizasyon ve İlgili koruma yöntemleri 15
2.7.5. Elektrofilik Yer Değiştirme 16
2.7.6. Nükleofilik Yer Değiştirme 17
2.7.7. Asetat İçinde Eter Dönüşümleri 18
2.7.8. Çapraz Kenetlenme ile C-C Bağ oluşumu 18
v
2.7.10. Radikalik Aromatik Yer Değiştirme 19
2.7.11. 4-hidroksi Kumarinin FeCl3 ile Oksidatif Halka Kapanması
Sonucu Kumestan ve Türevlerinin Sentezlenmesi
20
2.7.12. Esterleşme Reaksiyonu 20
2.7.13. Metoksi Aromatiklerin Oksidatif Bağlanması 21
2.7.14. Disiloksi Aromatiklerden Kinonlar 22
2.7.15. Benzil Eterlerin Ayrılması 23
2.7.16. FeCl3/SiO2(np) Kullanarak Ksanten Sentezi 23
2.7.17. FeCl3/SiO2(np) Kullanarak Benzimidol Sentezi 24
3. MATERYAL VE METODLAR 25
3.1. Kullanılan Kimyasallar 25
3.2. Kullanılan Başlıca Alet ve Cihazlar 27
3.3. Kullanılan Çözücülerin Kurutulması 28
3.4. Deneyler 29
3.4.1. Kenetlenme Reaksiyonları 30
3.4.2. Açilleme Reaksiyonları 39
3.4.3. Oksidatif Kenetlenme Reaksiyonları 57
3.4.4. Esterleşme Reaksiyonları 73
4. SONUÇ VE TARTIġMA 77
5. KAYNAKLAR 89
6. EKLER 94
vi
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
Şekil 2.1.1. Katalizörlerin endüstride kullanım alanları 3
Şekil 2.3.1. Katalizörlerin Sınıflandırılması 4
Şekil 2.3.1.1. Endüstriyel olarak gerçekleştirilen homojen metalli katalitik reaksiyonlar
5
Şekil 2.3.2.1. Katalizör heterojenizasyonu 6
Şekil 2.4.1. Silika destekli sülfonik asitler 8
Şekil 2.4.2. Silika yüzeyinde Lewis asitliğinden kaynaklanan Bronsted asitliği 8 Şekil 2.4.3. Katı asitler tarafından katalizlenen bazı reaksiyonlar 9 Şekil 2.5.1. Alumina destekli reaktiflerin reaksiyonları 10 Şekil 2.5.2. FeCl3/Silika katalizörlüğünde gerçekleşen halka açılma reaksiyonları 11
Şekil 2.7.1.1. Mukaiyama-Aldol reaksiyonu 13
Şekil 2.7.1.2. Ketonun çapraz-aldol reaksiyonu 13
Şekil 2.7.2.1. FeCl3.6H2O katalizörlüğünde Michael tipi katılma 14
Şekil 2.7.2.2. İntromoleküler halka kapanması 14
Şekil 2.7.3.1. Epoksitlerin halka açılması 14
Şekil 2.7.4.1. Karbonil gruplarının FeCl3 katalizörlüğünde korunması 15
Şekil 2.7.4.2. α,β-doymamış aldehitlere susuz FeCl3 katalizörü ile asetilizasyon 15
Şekil 2.7.5.1. p-Metoksianisol'ün açil klorür ile reaksiyonu 16 Şekil 2.7.5.2. Brom benzenin sülfonil klorür ile reaksiyonu 16 Şekil 2.7.5.3. FeCl3 katalizi ile tiyofen ve aromatik hidrokarbonların reaksiyonu 17
Şekil 2.7.6.1. İyotlu bileşiklerin demir kompleksleri ile hazırlanması 17
Şekil 2.7.6.2. Aldehit ve ketonun klor indirgenmesi 17
Şekil 2.7.7.1. Eterlerin asetat içinde dönüşümü 18
Şekil 2.7.8.1. FeCl3 katalizörlü çapraz eşleşme reaksiyonu 18
Şekil 2.7.8.2. FeCl3 katalizörlü bifenil sentezi 18
Şekil 2.7.9.1. Diaril bileşiğinin hazırlanması 19
vii
Şekil 2.7.10.2. Aril ve heteroaril bromürlerin klorlanması 20 Şekil 2.7.11.1. 4-hidroksi kumarinin oksidatif halka kapanması 20
Şekil 2.7.13.1. Aromatik kenetlenme reaksiyonu 21
Şekil 2.7.13.2. İntromoleküler oksidatif bağlanma reaksiyonu 22 Şekil 2.7.13.3. 2-metil-3',4',5'-trimetoksi-4-etoksibibezil intramoleküler düzenleme 22 Şekil 2.7.14.1. 1,4-disiloksi aromatikler anodik olarak parçalanması 22
Şekil 2.7.15.1. Benzil eterlerin ayrılması 23
Şekil 2.7.16.1. 2-naftol ve aril aldehitin FeCl3/SiO2(np) katalizörlüğünde
reaksiyonu
23 Şekil 2.7.16.2. Dimedon ve aril aldehitin FeCl3/SiO2(np) katalizörlüğünde
reaksiyonu
23 Şekil 2.7.17.1. FeCl3/SiO2(np) ile benzimidol sentezi 24
Şekil 4.1. Vanilin'in korunması 78
Şekil 4.2. 3-metoksi4-etoksibenzaldehit'in indirgenmesi 78 Şekil 4.3. 3-metoksi-4-etoksibenzilalkol ile gerçekleştirilen kenetlenme reaksiyonu 78
Şekil 4.4. Vanilin'in korunması 79
Şekil 4.5. 3-metoksi-4-benziloksibenzaldehit'in indirgenmesi 79
Şekil 4.6. 3-metoksi-4-benziloksibenzilalkol'ün kenetlenme reaksiyonu 80
Şekil 4.7. 3,4-dihidroksibenzaldehitin korunması 80
Şekil 4.8. 3,4-dietoksibenzaldehit'in indirgenmesi 80
viii
ÇĠZELGELER
Çizelge 2.3.3.1. Homojen ve heterojen katalizörlerin kıyaslanması 7
Çizelge 2.5.1. Bazı inorganik destek maddeleri 11
Çizelge 4.1. 1H NMR spektrum (1. ürün) ve (2. ürün) CDCl3 (ppm), 300 MHz. 82 Çizelge 4.2. Benzen ve açil klorür'ün farklı şatlarda gerçekleştirilen reaksiyonları 83 Çizelge 4.3. Toluen ve açil klorür ile yapılan açilleme reaksiyonları 84 Çizelge 4.4. Anisol ve 2-metoksinaftalen ile gerçekleştirilen açilleme reaksiyonları 85 Çizelge 4.5. Oksidatif kenetleme ile gerçekleştirilen reaksiyonlar 86 Çizelge 4.6. Laurik asit ve farklı uzunluklardaki alkollerin esterleşme
reaksiyonları
ix
EKLER DĠZĠNĠ
Ek 6.1. 3-metoksi-4-etoksibenzaldehit 1H NMR spektrumu 94 Ek 6.2. 3-metoksi-4-etoksibenzaldehit 13C NMR spektrumu 95 Ek 6.3. 3-metoksi-4-etoksi benzilalkol 1H NMR spektrumu 96 Ek 6.4. 3-metoksi-4-etoksi benzilalkol 13C NMR spektrumu 97 Ek 6.5. 2,7,12-trietoksi-3,8,13-trimetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo <a,d,g> siklononan 1H NMR spektrumu 98 Ek 6.6. 2,7,12-trietoksi-3,8,13-trimetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo <a,d,g> siklononan 13C NMR spektrumu 99 Ek 6.7. 3-metoksi-4-benziloksibenzaldehit 1H NMR spektrumu 100 Ek 6.8. 3-metoksi-4-benziloksibenzaldehit 13C NMR spektrumu 101 Ek 6.9. 3-metoksi-4-benziloksibenzilalkol 1H NMR spektrumu 102 Ek 6.10. 3-metoksi-4-benziloksibenzilalkol 13C NMR spektrumu 103 Ek 6.11. 2,7,12-benziloksi-3,8,13-trimetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g> siklononan 1H NMR spektrumu 104 Ek 6.12. 2,7,12-benziloksi-3,8,13-trimetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g> siklononan 13C NMR spektrumu 105 Ek 6.13. 3,4-dietoksibenzaldehit 1H NMR spektrumu 106 Ek 6.14. 3,4-dietoksibenzaldehit 13C NMR spektrumu 107 Ek 6.15. 3,4-dietoksibenzilalkol 1H NMR spektrumu 108 Ek 6.16. 3,4-dietoksibenzilalkol 13C NMR spektrumu 109 Ek 6.17. 2,3,7,8,12,13-Hegzaetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g>siklononan 1 H NMR spektrumu 110 Ek 6.18. 2,3,7,8,12,13-Hegzaetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g>siklononan 13 C NMR spektrumu 111 Ek 6.19. 2,3,7,8,12,13,17,18,22,23-Dekaetoksi-10,15,20,25-dihidro-5H-pentabenzo a,d,g,j,m siklopentadekan 1H NMR spektrumu
112
x
pentabenzo <a,d,g,j,m> siklopentadekan 13C NMR spektrumu
Ek 6.21. Anisol 1H NMR spektrumu 114
Ek 6.22. Anisol 13C NMR spektrumu 115
Ek 6.23. 2-metoksi naftalen 1H NMR spektrumu 116
Ek 6.24. 2-metoksi naftalen 13C NMR spektrumu 117
Ek 6.25. 1-metoksi-3-metil benzen 1H NMR spektrumu 118 Ek 6.26. 1-metoksi-3-metil benzen 13C NMR spektrumu 119
Ek 6.27. Oktil dodekanoat 1H NMR spektrumu 120
Ek 6.28. Oktil dodekanoat 13C NMR spektrumu 121
Ek 6.29. Oktil dodekanoat IR spektrumu 122
Ek 6.30. Tetradesil dodekanoat 1H NMR spektrumu 123
Ek 6.31. Tetradesil dodekanoat 13C NMR spektrumu 124
Ek 6.32. Tetradesil dodekanoat IR spektrumu 125
Ek 6.33. Bütil dodekanoat 1H NMR spektrumu 126
Ek 6.34. Bütil dodekanoat 13C NMR spektrumu 127
Ek 6.35. Bütil dodekanoat IR spektrumu 128
Ek 6.36. Benzil dodekanoat 1H NMR spektrumu 129
Ek 6.37. Benzil dodekanoat 13C NMR spektrumu 130
xi
SĠMGELER VE KISALTMALAR
d doublet np nanopartikül m multiplet q quartetrt. Room Temperature(oda sıcaklığı)
s singlet
t triplet
e.q Equivalent
SN Nucleofilic Substitution(Nükleofilik Yerdeğiştirme)
THF tetrahidrofuran
LA Laurik Asit
DMEDA N,N′-Dimetİletİlenediamin
TBHP tert-Butil hidroperoksit
DCE 1,2-Dikloroetan
m-CPBA meta-Kloropeoksibenzoik asit
PVP Polivinilprolidon
Ar Aril
R Alkil
Me Metil
MTS Micelle-templated silicas
TEM Transmisyon Elektron Mikroskobu
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
1
1. GĠRĠġ
Katalizörler organik tepkimelerin gerçekleştirilmesinde kullanılan önemli bileşiklerdendir. Kullanılan katalizörlerin ucuz, etkili, dayanıklı ve çevre ile uyumlu olması, ortamdan kolay ve hızlı bir şekilde uzaklaştırılabilmesi sentetik kimyacıların ve endüstrinin en çok aradığı özelliklerdir.
Son zamanlarda organik kimyacılar gerçekleştirdikleri reaksiyonlarda katalizör olarak metal kompleksleri kullanmaya daha fazla ilgi göstermektedirler. Özellikle katalitik miktarlarda uygulanabilen, geri dönüştürülebilir, temiz, hızlı ve verimli metal esaslı reaksiyon başlatıcılarına gereksinim vardır. 1990'lı yıllarda katalitik C-H aktivasyonu için araştırmalar yapılmaya başlandı. Daha sonra C-C ve C-heteroatom bağlarının oluşturulması için araştırmalar yapıldı. İlk olarak C-H aktivasyonu için rutenyum kullanıldı ve çeşitli değerli metallerin kullanımı ile araştırmalar devam etti. Daha sonra bu tip metallerin maliyetli olması nedeni ile yeryüzünde bol miktarda bulunan ve toksik olmayan demir metaline yönelerek, demir katalizli reaksiyonlar araştırılmaya başlandı.(Shang, 2017)
Bir çok katalizör ağır metaller kullanılarak veya az miktarda metalden yararlanılarak elde edilmektedir. Bu tip ağır metallerden üretilen katalizörlerin toksik etkisi fazla, çevreye zararlı ve maliyet açısından oldukça pahalıdır. Buna karşın demir, dünyada bol miktarda bulunan metallerden birisidir. Dolayısıyla endüstri için ucuz, çevre için zararsızdır. Bir çok demir tuzu ve kompleksleri ticari olarak temin edilebilir durumdadır. Bunun yanında biyolojik sistemlerde de demir bulunmaktadır. Evrim süreci boyunca bu metal metabolik yolların ayrılmaz parçası olmuştur. Kullanılan demir katalitik verimlilik ve uygulanabilirlik açısından palladyumu gerisinde bırakmıştır. Bundan dolayı, son yıllarda yayınlanan makalelerde demirin kullanımı palladyum kullanımına oranla artış göstermektedir. Paladyumdan farklı olarak demir +2‟den +5‟e kadar oksidasyon değeri gösterir. Bu durumda, düşük oksidasyon hallerinde demir merkezli bir nükleofil ile reaksiyonlar katalizlenebilir. Bu çalışmada kullandığımız
2
Demir (III)Klorür Lewis asitliği özelliği taşıyan yaygın demir bileşiklerindendir. Organik sentezde bir çok kimyasal reaksiyonu kataliz etmek için yaygınca kullanılan reaktiflerden biridir. Demir Lewis asidleri ile kataliz edilen reaksiyonlara örnek olarak katalitik katılma reaksiyonları, açilleme reaksiyonları, esterleşme reaksiyonları, kenetlenme reaksiyonları gibi bir çok reaksiyon gösterilebilir. Yüksek oksidasyon özelliği sebebi ile bu alanda çalışmalar hızla artmaktadır. Demir sadece geniş bir oksidasyon aralığına sahip değil, aynı zamanda bir veya iki elektronu bir substrata aktarabilme özelliğine sahiptir. Bu hem radikalik reaksiyonlarda hem de oksidatif kenetlenme reaksiyonlarında kullanılan metal katalizörünün iki elektron transfer etme olanağını sağlar. Çapraz-kenetlenme için de redoks çifti Fe(II)/Fe(III) güçlü bir sistem olarak ortaya çıkmaktadır.
Bu çalışmada kullandığımız katı destekli katalizörün organik sentezlerde önemi oldukça fazladır ve kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Katı destekli katalizörler kolay işlenme prosedürleri, kolay filtrasyon, tekrar kullanım, geri kazanılabilir olması ve atık oranının en aza indirilmesi sebebi ile organik sentezlerde çok ilgi görmektedir.(Safaei-Ghomi, 2012)
Silika destekli FeCl3 katalizörü kolay hazırlanabilir olması, düşük maliyetli
olması ve geri kazanılabilir olması sebebi ile organik sentezde önemli bir rolü vardır. Bunun yanında yüksek seçiciliği ve reaksiyon süresini de kısaltması önemli özelliklerindendir. Reaksiyon sonunda yapılan süzme işlemi ile ortamdan giderilmesi kullanılabilirliğini önemli ölçüde artırmıştır.
Bu çalışmada silika destekli FeCl3(FeCl3/SiO2) reaktifi kullanılmıştır. Bu reaktif
FeCl3.6H2O'ın silikaya yüklenilmesi sonucu elde edilir. FeCl3/SiO2 ile ilgili yapılan
yayınlarda Mazur ve Keinan tarafından Lewis asidi olarak alkollerin yeniden düzenlenmesinde ve alkollerden su çıkartılmasında kullanılmıştır. Aynı zamanda fenol eterler için oksitleyici olarak kullanılmıştır. Bu sayede aromatik halkaların bağlanması konusunda daha etkili bir çözüm yolu oluşturulmuştur.(Keinan ve Mazur, 1978)
Bu çalışmada Silika destekli demir (III)klorür katalizörünün çeşitli organik tepkimelerde katalizör olarak kullanılabilirliği incelendi.
3
2. TEORĠK BĠLGĠ
2.1. Katalizörler
Üretimde verimlilik ve tasarruf açısından katalizörler, endüstride kimya sanayisinin vazgeçilmez maddeleri olarak her alanda kullanılmaktadırlar. Katalizörler hammaddenin korunması, safsızlıkların en aza indirilmesi, seçicilik ve yüksek verimlilik elde edilmesini sağlar. Kimyasal reaksiyonlarda hammadde ve enerji gereksinimini azaltır. Kullanılan katalizörün, aktiflik, seçicilik ve kullanım süresi yönünden yeterli olması gereklidir.
Katalizörler, endüstriyel araştırmalarda, yöntem seçiminde, tesis tasarımında ve işletiminde önemli bir faktördür. Kimya sanayisinin başarısı önemli derecede katalizör başarısına dayanır. Çünkü kullanılan katalizörler hammadde ve enerji gereksinimini azaltarak, ekonomik olarak önemli avantajlar sağlar.(Erdemir 2007)
Şekil 2.1.1. Katalizörlerin endüstride kullanım alanları (Hagen, 2006) Organik Sentez 16% Oksidasyon 18% Sentez Gazı 11% Hidrojenleme 7% Hidrojen Giderme 1% Polimerleşme 47%
4 2.2. Katalizör Tanımı
Bir kimyasal reaksiyonun hızlandırılmasına kataliz, hızlandırma işlemi yapılırken kullanılan maddelere de katalizör adı verilir.(Şenyol, 2010) Gerçekleştirilen reaksiyonlarda, yüksek sıcaklık gerektiren durumlarda, kullanılan başlangıç maddeleri, reaktifler veya oluşan ürün bozulmaya uğrayabilir. Bu durumlarda tepkimenin süresini kısaltmak gerekir, bunun için ise katalizörler kullanır. Katalizörler, katalizledikleri reaksiyonların aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyon hızını artırır ve süreyi kısaltır. Reaksiyon süresini değiştirdiği halde, reaksiyon sonunda değişmeden kalır.
Katalizlenen reaksiyonlarda aktiflenme enerjisinin düşmesinin nedeni reaksiyonda kullanılan maddelerin katalizörle etkileşiminden kaynaklanmaktadır. Gerçekleştirilen reaksiyonlarda reaksiyona giren maddelerin kullanılan katalizördeki metal ile koordine olarak bağlandığı deneysel araştırmalarda gözlemlenmiştir.(Özkar 1993)
2.3. Katalizörlerin Sınıflandırılması
Endüstride kullanılan katalizörler katı, sıvı veya gaz formda olabilirler. Kullanılanlardan çoğu sıvı veya katı haldedir. Şekil 2.3.1.‟de katalizörlerin sınıflandırılması gösterilmiştir.
Şekil 2.3.1. Katalizörlerin Sınıflandırılması(Hagen, 2006)
Katalizörler Homojen Katalizörler Asit/Baz Katalizörler Geçiş Metal Bileşikleri Heterojenleştirilmiş Homojen Katalizörler Heterojen Katalizörler Destekli Katalizörler Yığın katalizörleri Biyokatalizörler (Enzimler)
5 2.3.1. Homojen Katalizörler
Reaksiyonda kullanılan reaktiflerle aynı fazda bulunan katalizörler "homojen" olarak adlandırılır. Homojen katalizörler, genel olarak, reaksiyon maddeleri ile birlikte reaksiyon ortamında moleküler olarak dağılmış olan kimyasal bileşikler veya koordinasyon kompleksleridir. Homojen katalizör örnekleri arasında mineral asitler ve geçiş metali bileşikleri bulunur. Şekil 2.3.1.1.‟de endüstride kullanılan geçiş metalli reaksiyonların şeması gösterilmiştir.
Şekil 2.3.1.1. Endüstriyel olarak gerçekleştirilen homojen metalli katalitik reaksiyonlar
2.3.2. Heterojen Katalizörler
Reaksiyonda kullanılan reaktiflerle aynı fazda bulunmayan katalizörler "heterojen" olarak adlandırılır. Genellikle katı olarak bulunurlar. Bu katı maddelerin yüzeylerinde aktif uçlar bulunur. Reaksiyona giren maddeler yalnızca bu yüzeylerle temas halinde bulunduklarında dönüşüm gerçekleşir.(Miessler ve Tarr, 2002) Heterojen katalizörler yüzey alanını artırmak için mümkün olduğunca öğütülmüş halde oluşturulur ve büyük oranda endüstriyel üretimlerde kullanılırlar.
Homojen Katalizörler Hidrojenasyon Oligomerizasyon Polimerizasyon CO'li Reaksiyonlar Hidrosinayürleme İzomerizasyon Çifte Bozunma Oksidasyon
6
Yapılan heterojen katalizörlü reaksiyonlarda, kullanılan katalizör, reaktif ve ürün arasında bir uygunluk olmalıdır. Bu uygunluk göz önüne alınırken seçilen aktif maddenin yani katalizör yüzeyinin kimyasal özellikleri üzerinde durulur. Reaksiyonun gerçekleşmesi için katalizör, reaktif arasında bir etkileşim olması ve bu etkileşim sonucunda ise, katalizörün yüzeyi hariç, yapısında herhangi bir farklılık olmaması gerekir.
Bir reaksiyon esnasında kullanılan heterojen katı katalizörlerin yüzeylerinin gözenekli yapılarda olması, reaksiyon hızını etkileyen önemli faktörlerdendir. Yapılacak reaksiyon ortamına uygun kusursuz bir katalizör elde etmek olası değildir. Bu nedenle reaksiyon ortamına uyabilecek en uygun katalizör seçilmelidir.
En iyi heterojenleştirme kimyasal yüzey modifikasyonuyla gerçekleştirilir. Buna en uygun omurga olarak silika kullanılmıştır. Şekil 2.3.2.1‟de gösterilmiştir.
7 2.3.3. Destekli Katalizörler
Bu tip katalizörler, destek denen az miktarlarda kullanılan çoğunlukla katı inert gözenekli katıların yani taşıyıcıların yüzeyine metaller gibi katalitik aktif maddelerin uygulanmasıyla elde edilen heterojen katalizörlerdir. Taşıyıcılar, kullanılan aktif metal miktarını azaltmak, hazırlanacak katalizörün işlevini kimyasal olarak artırmak ve bunun yanında fiziksel, mekaniksel ve ısıl olarak destekleme görevini görürler.
Destekler yüksek yüzey alanına sahiptirler. Halka, tane ve tanecik şeklindeki yapılar halinde bulunabilirler. Genelde kullanılan katalizör destekleri: Alüminyum oksitler, silika jel, MgO, TiO2, ZrO2, aluminasilikatlar, zeolitler, aktifleştirilmiş karbon
ve seramik ürünleri gibi gözenekli katılardır.(Şenyol, 2010)
Bu tip katalizörlerin en önemli avantajı, üründen rahatlıkla uzaklaştırılabilmesidir. Uygulanan filtrasyon, santrifüjleme gibi basit yollarla ayrılabilirler. Ayrıca maliyetinin ucuz, seçiciliğinin yüksek olması ve yenilenebilir olması sebebi ile endüstride kullanım alanı oldukça fazladır. Bunun yanında dağılma derecesinin düşük olması nedeni ile de endüstride kullanılan homojen katalizörlere göre daha düşük aktivite gösterir. Bu da oluşacak ürünün verimini etkiler.
Çizelge 2.3.3.1. Homojen ve heterojen katalizörlerin kıyaslanması(Hagen, 2006)
Etkinlik Homojen Heterojen
Aktif merkezler Tüm metal atomları Sadece yüzey atomları
Konsantrasyon Düşük Yüksek
Seçicilik Yüksek Düşük
Kullanılabilirlik Sınırlı Geniş
Katalizör Özellikleri
Stokiometri Belirlenmiş Belirlenmemiş
Isıl kararlılık Düşük Yüksek
Katalizörün Ayrılması Zor (Ekstraksiyon, Destilasyon) Kolay (Filtrasyon, Santrifüj)
Katalizörün geri kazanımı Mümkün Mümkün
8 2.4. Katı Asitler
Katı asitler, kullanılan desteğe bağlı olarak kazanılan özellikler sayesinde (yüzey alanı ve gözeneklilik açısından) destekli Lewis asitleri olarak tanımlanabilir. Yüksek ürün seçiciliği, bu özelliklerin hassas ayarlanmasına bağlıdır. Bundan dolayı, bazı yeniden düzenlenme reaksiyonları, saf Lewis asitliğini gerektirir (örneğin, destekli metal halojenürler kullanılarak (R)-pinen oksidin yeniden düzenlenmesi gibi). Friedel-Crafts reaksiyonları, Lewis asitliğini (örneğin, alkil halojenürler kullanarak alkilleme için) veya Brønsted asitliğini (örneğin, alkol kullanılan alkilasyonlar için) veya ikisinin bir kombinasyonunu (örneğin asit klorürleri kullanarak Friedel-Crafts alkilasyonları için) gerektirebilir. Gözenek kısıtlamaları, substratların, ara ürünlerin veya ürünlerin boyutlarının bir sonucu olarak ürün seçiciliğini etkileyebilir. Örneğin, yüksek seçicilik gerektiren monoalkilaromatikler için kullanılan silika ile uzun zincirli alkenler için kullanılan silikaların gözenek farklılıkları karşılaştırılabilir.
Temel olarak mezo-gözenekli desteklerin kullanımı daha yaygındır. Sülfonik asitler için kimyasal olarak modifiye edilmiş MTS materyalleri yakın zamanda çalışılmış ve katı Brønsted asitleri için büyük önem arz etmektedir.(Clark, 2002)
Si O O
Si
(CH2)xSO3H
Şekil 2.4.1. Silika destekli sülfonik asitler
Bunun yanında saf Lewis asidi elde etmek zordur. çünkü Bronsted asitliği çoğunlukla Lewis asit temelli kompleksleşmeden kaynaklanmaktadır.
Si O O Si O -O Si Mn+ O H
9
Çok çeşitli katı Bronsted asidleri bulunmaktadır, örneğin; 1. Basit Oksitler (silika, alümina)
2. Karışık Oksitler (alüminasilikatlar, SiO2-TiO2, vb..)
3. Aktif H2O molekülü içeren katılar (hidrat sülfatlar)
4. Destek maddelerine adsorplanmış protonlu asitli katılar (SiO2-H3PO4)
Destekli Lewis asitlerinin tam anlamıyla kullanılabilmesi için kullanılacak reaktifin çok iyi kurutulması gerekir. Bunun sebebi ortamda nemin bulunması destekli lewis asit merkezinde suyun koordine olarak bulunması demektir. Bu da Bronsted asitliğini ortaya çıkartacaktır.(Ocak 2008)
Endüstride önemli bir yere sahip asit katalizi, katalizörün en önemli ve en çok gelişen alanıdır. Ancak endüstride kullanılan bu Lewis Asitleri ve Bronsted Asitlerinin tehlikeli atık oluşturması çevre açısından oldukça rahatsız edici durumlar ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle alternatif katalizörler için araştırmalar yapılmaktadır. Buna istinaden silika ve zirkon temeline dayanan mezo-gözenekli katı asitlerin kullanımı incelenmiştir. Bunların örnek reaksiyonlar Şekil 2.4.3'te verilmiştir.(Wilson, 2000)
O
CHPh
O O H
Destekli Boron triflorit
Kati asitler tarafindan reaksiyon katalizi / RCOX O R RCO2(CH2)nMe Kati Sülfonik asit RCO2Me Me(CH)nOH / RCH=CH2 R Destekli Alüminyum klorür
Kil bazli katalizör ya da Sülfat oksit
10
Amerika Birleşik Devletler‟indeki araştırmacılarla Birleşik Krallık'taki özel kimyasal üreticileri arasında yapılan işbirliği sonucu yapılan araştırmalar sayesinde, kil destekli çinko klorür ("clayzic") keşif edilmiştir. Clayzic, benzilasyon, olefinasyon ve bazı siklizasyonlar da dahil olmak üzere tipik olarak Lewis asidi ile katalize edilen reaksiyonlar için yararlı olduğu kanıtlanmış ve bir ticari katalizör haline gelmiştir.(Clark, 2001)
2.5. Katı Destekler ve Reaktifler
Destek reaktifleri inorganik ve organik olmak üzere ikiye ayrılır. İnorganik destekler alumina, silika, zeolit, kil gibi destekleri içerir. Organik desteklerde ise polimerik reçine, polimer destekli skandiyum, polistiren gibi destekler bulunur. Alumina; indirgeme, Diels-Alder, sigmatropik yeniden düzenlemeler, aminler, allil alkoller, epoksit halka açılması, esterleşme reaksiyonları gibi reaksiyonlarda kullanılabilir. Aluminanın destekli reaktifle gerçekleştirdiği bazı reaksiyonlar aşağıda verilmiştir (Şekil 2.5.1.).(Larsen, 1997)
O HO CO2H CuBr2/Al2O3 CHCl3, 3h, 65 oC O HO Br O O NO2 Ph O CO2Me KF/neutral-Al2O3 80 oC, 15h O CO2Ph Ph CO2H O O Al2O3 CH2N2 DMF, 30 oC CO2Me O O Al2O3 N2
11
Buna ilave olarak FeCl3/Silika katalizörlüğünde gerçekleşen reaksiyonlarda
epoksit halka açılması mümkündür. Şekil 2.3.2.‟de FeCl3/Silika katalizörlüğünde halka
açılma reaksiyonları gösterilmiştir.(Larsen, 1997)
O R
FeCl3/Silika, cat.
r.t. or heat
Nu: Cl-, Br-, NO3-, MeOH,
EtOH, n-PrOH, i-PrOH, t-BuOH, H2O, AcOH R OH Nu O Ph Ph H H FeCl3/Silika MeOH MeO OH H H H Ph
Şekil 2.5.2. FeCl3/Silika katalizörlüğünde gerçekleşen halka açılma reaksiyonları
Destek maddeleri seçilirken dikkat edilmesi gereken bazı faktörler vardır. Yüzey alanı, gözenek büyüklüğü ve asitlik-bazlık gibi. Çizelge 2.5.1.‟de inorganik destek maddelerin özellikleri verilmiştir.
Çizelge 2.5.1. Bazı inorganik destek maddeleri(Ocak, 2008) Destek Maddesi Yüzey Alanı
(m2/g) Yorum
Silika 300-600
Zayıf asidiktir, asidik, bazik ve nötr formlarda bulunabilir. Ortalama gözenek çapı >100A°. SiOH, F, R3Si vb.. ile yer değiştirebilir.
Alumina 100-300 Zayıf baziktir, asidik, bazik ve nötr formlarda bulunabilir.
Montmorillonit 50-300
En çok bulunan asitle muamele edilmiş olandır. (K10, KSF, vb.), az miktarda artık montmorillonit içerir.
Sütun
montmorillonit 200-500
Montmorillonitlerden sentezlenir ve alumina, silika, vb. sütun kaynaklıdır.8-20 A° çapındadır
Zeolitler 300-600
Kristallenebilir maddeler, katyonlarla (H+) yer değiştirebilir. Aluminasilikat zeolitle rmikrogözenek özelliğe sahiptir (<10 A°).Sentetik zeolitler daha büyük gözeneklere sahiptir.
Kömür (odun
kömürü) 300-1000
En büyük yüzey alanına sahiptir ancak oldukça karışık yüzey kimyası vardır. Siyah karbonlar ve grafitler destek olarak kullanılır.
İnorganik(mineral) florürler (CaF2)
5-20
Sınırlı yüzey alanına sahiptir ve gözeneksizdir. Kullanışlı olabilir. (CaF2 için hidroksile olmamış
12
2.5.1. Katı Desteklerin Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları;
Katı destekli reaktifler, filtrasyon yoluyla reaksiyonlardan kolayca çıkarılır. Fazla reaktifler saflaştırmada zorluklar yaşamadan reaksiyonları tamamlamak
için kullanılabilir.
Geri kazanılan reaktiflerin geri dönüşümü, ekonomik, çevreye duyarlı ve etkilidir.
Toksik, patlayıcı ve zararlı reaktifler, katı destek içerdiği zaman daha güvenli bir şekilde kullanılır.
Daha spesifik reaksiyonlar gerçekleştirilebilir.
Dezavantajları;
Bazı reaktifler katı destekle iyi etkileşime girmeyebilir.
Reaktifleri katı destek üzerinde geri dönüştürme yeteneği garanti edilmez. Tepkimeler, yayılma kısıtlamaları nedeniyle daha yavaş çalışabilir.
Polimerik destek malzemeleri hazırlamak çok pahalı olabilir.
Destek malzemesinin kararlılığı, daha zorlu reaksiyon koşullarında zayıf olabilir.
Polimer desteğiyle yan reaksiyonlar meydana gelebilir.(Larsen, 1997)
2.6. Destekli Katalizör HazırlanıĢı
Destekli katalizör hazırlanmak temel olarak 2 adımdan oluşur. 1. Kullanılacak reaktifi destek maddesi ile birleştirmek
2. Kullanılan reaktifin (metal olabilir) oksit formuna dönüşmesi. Genel olarak destekli katalizör hazırlanışında 2. adım kullanılmaz.
Katalizör hazırlanırken şu prosedür uygulanır. 1. Kullanılacak destek reaktifi seçilir. 2. Destek reaktifi işleme hazır hale getirilir.
13
3. Destek reaktifi ile destek hammaddesi muamele edilir. 4. Çözücü uzaklaştırılır.
5. Tamamen kurutulur.(Ocak, 2008)
2.7. FeCl3 Katalizörlüğünde GerçekleĢtirilen Reaksiyonlar
2.7.1. Aldol Reaksiyonları
Aldol reaksiyonları C-C bağlarının yapımında kullanılan en yaygın reaksiyonlardan biridir. Mukaiyama-Aldol reaksiyonunda karbonil bileşiklerinin α-alkilasyonu gerçekleştirilmiştir(Şekil 2.7.5.1.). Demir katalizli gerçekleşen süreçte reaksiyon silyl enoleter ile ditiyoasetal arasında gerçekleşmiştir. Tiyoetil gruplarından biri indirgeme yapılarak alkilasyon tamamlanır.(Bolm, 2004)
TMSO
SEt
SEt FeCl3 (30 mol %)
CH2Cl2, 0 oC, 7h 66 % O SEt Raney Ni 96 % O
Şekil 2.7.1.1. Mukaiyama-Aldol reaksiyonu
Bunun yanında Li ve arkadaşları tarafından ılımlı reaksiyon koşullarında ketonların demir katalizli çapraz-aldol reaksiyonları incelenmiştir(Şekil 2.7.1.2.). Bu tip reaksiyonlarda AlCl3, ZrCl4, GdCl3, Gd(OTf)3, FeCl3 gibi çeşitli Lewis asitleri katalizör
olarak kullanılmıştır. Bunlardan en etkilisi FeCl3.6H2O katalizörüdür.(Yinjuan, 2013)
O O R1 R O FeCl3 O R1 OH R O
Şekil 2.7.1.2. Ketonun çapraz-aldol reaksiyonu
2.7.2. Michael Tipi Katılma ve Diğer Katılma Reaksiyonları
Demir katalizörünün bu tip reaksiyonlarda kullanılabilirliğinin ortaya çıkmasından sonra oldukça başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Hatta düşük katalizör konsantrasyonunda ve ılımlı reaksiyon koşullarında bile siklik ve asiklik β-karbonil
14
bileşikleri üzerinde kullanıldığında oldukça iyi sonuçlar elde edilmiştir(Şekil 2.7.2.1).(Bolm, 2004) O x O n Me O FeCl 3.6H2O (1-5 mol %) neat, rt, 16 h 86-97 % O O nCOX Me O n=1, 2, 3 x= OEt, Ot-Bu, Me
Şekil 2.7.2.1. FeCl3.6H2O katalizörlüğünde Michael tipi katılma
Bu tip reaksiyonların sınırlamaları akseptörün stereokimyası ile ilişkilidir. 1,2-disübstitüe (Z)-enon katılmalarda etkili değildir. Ancak (E)-enon katılmalarında reaksiyon sorunsuz bir şekilde gerçekleşmektedir.(Bolm, 2004)
O COOMe O n FeCl3.6H2O (cat.) CH2Cl2 O O COOMe n (n=1): 5 mol % FeCl3.6H2O, 12 h, 80 % (n=2): 10 mol % FeCl3.6H2O
Şekil 2.7.2.2. İntromoleküler halka kapanması
Demir katalizli Michael tipi reaksiyonlarda intramoleküler şekilde halka kapanması gerçekleşir(Şekil 2.7.2.2). Reaksiyon stereoseçici şekilde sadece trans formda birleşik halka ürünü verecek şekilde gerçekleşir.(Bolm, 2004)
2.7.3. Halka Açılma Reaksiyonları
Halka açılma reaksiyonlarından olan oksiran halka açılması Lewis asitleri ile denenmiş ve geniş bir şekilde çalışılmıştır. Bununla birlikte susuz %15'lik FeCl3
kullanarak epoksitlerin solvolizi gerçekleştirilmiştir(Şekil 2.7.3.1).(Iranpoor, 1994)
O R [FeCl3] cat. Nu R Nu HO OH R Nu
15
Reaksiyonun avantajı silika destekli FeCl3.6H2O kullanarak performansının
artırılmasıdır. Bu durumda su, asetat, halojenler ve nitrat kullanılması halka açılması için oldukça etkilidir.
2.7.4. Asetilizasyon ve Ġlgili Koruma Yöntemleri
Demir katalizörünün bir diğer özelliği ise koruyucu grupların yerleştirilmesinde kullanılmasıdır. Özellikle karbonil gruplarının korunmasında ya da diğer yandan asetaller ve benzer bileşikler olan diollerin korunmasında kullanılır (Şekil 2.7.4.1). (Bolm, 2004)
Bunun yanında asetilizasyon dönüşümü için nötr ve bazik koşullarda geminal diesterler veya asetaller tercih edilir.
R H O FeCl3 (5 mol %) Ac2O, 0 oC, 30 min 85-93 % R OAc OAc R= EWG ya da EDG
Şekil 2.7.4.1. Karbonil gruplarının FeCl3 katalizörlüğünde korunması
Yapılan bir çalışmada Trost ve Lee α,β-doymamış aldehitlerin susuz FeCl3
katalizörü ile asetilizasyonu gerçekleştirmişlerdir(Şekil 2.7.4.2.). Yan ürün olarak vinil asesat oluşumu da gözlenmiştir. Bu nedenle reaksiyon rasemik karışım oluşma ihtimaline karşı başlangıç maddesinin tamamen tükenmesi beklenmeden durdurulmuştur.(Trost ve Lee, 2001) R CHO R OCOCH3 OCOCH3 R OCOCH3 OCOCH3 (CH3CO)2O cat. FeCl3
16 2.7.5. Elektrofilik Yer DeğiĢtirme
Elektrofilik aromatik yer değiştirmelerde FeCl3 lewis asidi olarak oldukça geniş
bir şekilde kullanılmaktadır. Bu tip reaksiyonlarda bilinen en iyi katalizörlerden olan FeCl3 Friedel-Crafts alkillemesi adı altında kullanılan önemli katalizörlerdendir.(Bolm,
2004)
FeCl3 özellikle altta verilen reaksiyonda katalizör olarak kullanıldığında
reaksiyon süresi oldukça uzun sürmektedir. p-Metoksianisol optikçe aktif olan açil klorür ile reaksiyona girer(Şekil 2.7.5.1). Reaksiyonda rasemizasyon gözlenmemiştir.
OMe OMe Nphthal Cl O 97 % ee FeCl3 (10 mol %) DCE, 50oC, 10 h 61 % OMe OMe Nphthal O 97 % ee Şekil 2.7.5.1. p-Metoksianisol'ün açil klorür ile reaksiyonu
AlCl3 ya da SnCl4 kullanıldığı durumlarda ürünün daha da yavaş oluştuğu
gözlenmiştir.
Bu tip reaksiyon mikrodalga altında gerçekleştirildiğinde Friedel-Crafts alkillemesi FeCl3 katalizörü ile çok daha hızlı gerçekleşmektedir. Özellikle aromatik
substratları sülfonillemek için mikrodalga oldukça kullanışlıdır. Örneğin brombenzenin fenilsülfonilklorür ile reaksiyonu 300 W altında yaklaşık 4 dakika sürmektedir(Şekil 2.7.9.2). Ürün olarak para sübstitüent oluşmaktadır.(Bolm, 2004)
Br PhSO2Cl FeCl3 (5 mol %) near, 300 W, 4 min 76 % Br SO2Ph
17
Yapılan bir araştırmada, dimetilklorosilanın proton kaynağı olduğunu ve FeCl3
katalizörünün, karbonil bileşiklerini, aromatik hidrokarbonları ve tiyofeni etkili bir şekilde katalize edebildiğini göstermişlerdir (Şekil 2.7.5.3.).(Yinjuan, 2013)
R1 R2 O
Ar H Me2SiHCl FeCl3 (5 mol %)
Solvent, reflux R1 Ar R2
Şekil 2.7.5.3. FeCl3 katalizi ile tiyofen ve aromatik hidrokarbonların reaksiyonu
2.7.6. Nükleofilik Yer DeğiĢtirme
Demir kompleksleri aynı zamanda iyotlu bileşikler hazırlamak için de kullanılmaktadır. Bu tip reaksiyon, oda sıcaklığında CS2 ya da benzen içinde NaI ile
%95‟lik verimle gerçekleşir(Şekil 2.7.6.1).(Miller, 1976)
R Cl R I
NaI (2 equiv), FeCl3 (2-8 mol %) CS2, rt, 15 min
R= acetyl, benzyl, tertlary alkyl
Şekil 2.7.6.1. İyotlu bileşiklerin demir kompleksleri ile hazırlanması
Halojenasyon, oksijen içeren bileşiklerin halojene dönüştürülmesidir. Son yıllarda NbCl5, TaCl5, WCl6 veya InCl3, birincil ve ikincil alkolleri klorlu alkanlara
dönüştüren önemli bir yöntem geliştirilmiştir. FeCl3 Klorosilan ile birlikte, karbonil
bileşiklerinin (aldehitler ve ketonlar) klor indirgenmesini kataliz eder(Şekil 2.7.6.2.).(Yinjuan, 2013) R1 R2 O Me2SiHCl R1 R2 FeCl3 CH2Cl2 Cl
18 2.7.7. Asetat Ġçinde Eter DönüĢümleri
Demir aynı zamanda eterlerin asetat içinde dönüşümü için katalizör olarak kullanılmaktadır. Yapılan bir çalışmada asetik anhidrit içinde FeCl3 ile dietil eterin
reaksiyonu sonucu etil asetat oluşumu gözlenmiştir(Şekil 2.7.7.1).(Ganem, 1974)
R O R FeCl3 cat. Ac2O O O R RI SN1 or SN2 ROAc RIOAc Şekil 2.7.7.1. Eterlerin asetat içinde dönüşümü
2.7.8. Çapraz Kenetlenme ile C-C Bağ OluĢumu
Karbon nükleofilleri ve karbon elektrofillerinin çapraz eşleşmesinin geçiş metali katalizörlüğünde yapılması sentetik organik kimya alanında standart prosedür haline gelmiştir. Bunun için genellikle palladyum ve nikel katalizörleri kullanılmaktadır. Demir katalizörlü çapraz eşleşme grignard reaktifleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Şekil 2.7.8.1).(Knölker, 2015)
MgBr
5.1 equiv. Br
0.12 mol % FeCl3 THF, 0 oC, 83 %
Şekil 2.7.8.1. FeCl3 katalizörlü çapraz eşleşme reaksiyonu
Yapılan çalışmalarda bifenil, fenil magnezyum bromürden FeCl3 katalizörü
kullanılarak sentezlenmiştir (Şekil 2.7.8.2).(Knölker, 2015)
Br TMS MgBr 0.5 mol % FeCl3 1.2 equiv. LiBr THF, 60 oC, >99% TMS
19 2.7.9. Biaril Kenetlenme Reaksiyonları
Biaril, birçok fonksiyonel molekülün geçiş metali ile katalize edilen aril-aril çapraz bağlama reaksiyonlarıdır. Yapılan çalışmadademir katalizli, aktif olmayan aromatikler ve aromatik halojenürlerin kenetlenmesi başarıyla geliştirilmiştir. Bu metodla C-H bağının aktivasyonu gerçekleştirilmiş ve diaril bileşiği hazırlanmıştır (Şekil2.3.1.).(Yinjuan, 2013) Br R FeCl3 (15 mol %) DMEDA (30 mol %) 80 oC, 48h R Şekil 2.7.9.1. Diaril bileşiğinin hazırlanması
2.7.10. Radikalik Aromatik Yer DeğiĢtirme
Reaksiyonda baz destekli homolitik aromatik yer değiştirme 2-isosiyanobifenil ve aril aldehitten yola çıkılarak fenantridienden elde edilmiştir. Bu reaksiyon FeCl3
katalizörlüğünde 90°C'de asetonitrik içerisinde ter-bütilhidroperoksit ile muamele edilerek gerçekleştirilmiştir(Şekil.2.7.10.1.).(Knölker, 2015)
NC
CHO 0.4 mol % FeCl
3
2.2 equiv. TBHP
MeCN, 90 oC, 64 % N Ph O
Şekil.2.7.10.1. Homolitik aromatik yer değiştirme
Başka bir alışılmadık reaksiyonda aril ve heteroaril bromürlerin klorlanması Wang ve bir grup çalışan tarafından yayınlanmıştır(Şekil 2.7.14.2). Reaksiyon aril bromürün NaCl ile fotolitik koşullar altında muamele edilmesi ile %20 mol FeCl3
katalizörlüğünde asetonitril içerisinde gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon mekanizması kullanılan katalizördeki klor moleküllerinin UV altında homolitik parçalanması ile gerçekleştiği tartışılmıştır.(Wang, 2014)
20 Br NaCl 20 mol % FeCl3 MeCN, hv, rt, 98 % (conv). 96 % (select.) Cl
Şekil 2.7.10.2. Aril ve heteroaril bromürlerin klorlanması
2.7.11. 4-hidroksi Kumarinin FeCl3 ile Oksidatif Halka Kapanması Sonucu
Kumestan ve Türevlerinin Sentezlenmesi
Yapılan bir diğer çalışmada kumestan ve türevlerinin sentezi de oksidatif halkalaşma sonucu gerçekleştirilmiştir. Kumestan sentezi doğrudan 4-hidroksi-3-fenil-2H-kromen-2-on türevlerinin intramoleküler oksidatif halka kapanması sonucu gerçekleştirilmiştir. Bu sentetik yöntem kullanılarak kumestan türevleri kolayca bu reaktiflerden elde edilmiştir.(Tang, 2011)
O OH O R R1 O O R O R1 FeCl3(2.5 eq.) DCE rt - reflux
Şekil 2.7.11.1. 4-hidroksi kumarinin oksidatif halka kapanması
2.7.12. EsterleĢme Reaksiyonu
Esterleşme reaksiyonları endüstride genellikle sülfürik asit katalizörü ve yüksek fiyatlı altın ile bunun yanında Fe3+
, Al3+, Ga3+, In3+, ZrO2+, HfO2+, Zn2+, Co2+ Ni2+, Mn3+, Cr3+, Cu2+ gibi katyonlarla alifatik asitlerin alkollerle esterleşmesi üzerine gelişmiştir. Ürün oluşumu olarak mükemmel bir katalitik etkiye sahiptirler. Bunun yanında FeCl3.6H2O katalizörlüğünde gerçekleştirilen esterleşme reaksiyonları, katalitik
etkisi en düşük oranda reaksiyon süresi ile geleneksel asit katalizli yöntemle karşılaştırıldığında en yüksek verime sahiptir. Bu yöntem yüksek verim, reaksiyon süresinin kısa olması, yeniden kullanılabilirlik, ekipman yıpranımının minimum olduğu ve kirliliğin en az olması sebebi ile oldukça avantajlıdır.(Iead, 2008)
21
İlaveten FeCl3 katalizörlüğünün yanında, alternatif yöntemler de denenmiştir.
Kullanılan aktif metal yanında taşıyıcılar kullanılmaktadır. Kullanılan aktif metal miktarını azaltmak, hazırlanacak katalizörün işlevini kimyasal olarak artırmak ve bunun yanında fiziksel, mekaniksel ve ısıl olarak desteklemek adına silika taşıyıcı destek olarak daha fazla kullanılmaktadır.
FeCl3/SiO2 Mazur ve Keinan tarafından lewis asidi olarak alkollerin yeniden
düzenlenmesinde ve alkollerden su çıkartılmasında kullanılmıştır. Aynı zamanda fenol eterler için oksidant olarak kullanılmıştır.(Keinan ve Mazur, 1978) Bu sayede aromatik halkaların bağlanması konusunda daha etkili bir çözüm yolu oluşturulmuştur. Bu tekniğin önemli avantajlarından birisi de oluşan inorganik ve organik ürünlerin ayrılmasıdır. Silika destekli Demir (III)klorürün fenol eterlerle reaksiyonu CH2Cl2
ortamında gerçekleştirilmiştir. Bu sayede fenol eterlerin FeCl3/SiO2 eşliğinde üç tip
reaksiyonu gerçekleştirilmiştir: 1) metoksi aromatiklerin oksidatif bağlanması, 2) 1,4-disiloksi aromatiklerin oksidatif dönüşümleri, 3) fenollerin benziloksi aromatiklerinin ayrılması sağlanmıştır.
2.7.13. Metoksi Aromatiklerin Oksidatif Bağlanması
Bu tip reaksiyonlar metilen klorür içerisinde aromatik eterler ile uygun oranlarda FeCl3/SiO2 eklenerek gerçekleştirilmiştir. Sonuçlarda reaksiyon sırasında hemen renk
değişimi gözlenmiştir. Şekil 2.7.13.1.'de aromatik kenetlenme reaksiyonu verilmiştir.(Jempty, 1981) R1 R2 OCH3 R1 R2 OCH3 H3CO R2 R1 FeCl3/SiO2 R1= OCH3; R2= CH3 R1= CH3; R2= OCH3 R1= R2= OCH3
22
Bunun yanında kolaylıkla ulaşılabilir ve toksik etkisi bulunmayan FeCl3 ile
intramoleküler oksidatif bağlanma, direk olarak fenantren halkası ile meta-kloroperbenzoik asit ile oda sıcaklığında reaksiyonun gerçekleştirilmesi sonucu yüksek verimle ürün elde edilmiştir. Şekil 2.7.13.2.‟de intromoleküler oksidatif bağlanma reaksiyonu verilmiştir.(Wang, 2009) R1 R2 R FeCl 3 (10 mol%) m-CPBA(1.0 equiv.) CH2Cl2 R R1 R2
Şekil 2.7.13.2. İntromoleküler oksidatif bağlanma reaksiyonu
2-metil-3',4',5'-trimetoksi-4-etoksibibenzil intramoleküler düzenleme ile yüksek oranda sonuçlar vermiştir(Şekil 2.7.13.3.). Bu reaksiyon aynı zamanda anodik şekilde gerçekleşmektedir.(Wang, 2009) CH3 H3CH2CO H3CO OCH3 OCH3 2FeCl3/SiO2 O CH3 H3CO OCH3 OCH3
Şekil 2.7.13.3. 2-metil-3',4',5'-trimetoksi-4-etoksibibenzil intramoleküler düzenleme
2.7.14. Disiloksi Aromatiklerden Kinonlar
Yapılan çalışmada 1,4-disiloksi aromatiklerin anodik olarak parçalanması sonucu kinonlar elde edilmiştir. Burada en önemli nokta FeCl3/SiO2 kullanarak bu
reaksiyonun gerçekleştirilmesidir.(Jempty, 1981) OR1 R2 OR1 R3 O O R2 R3 FeCl3/SiO2
23 2.7.15. Benzil Eterlerin Ayrılması
Yapılan çalışmada benzil eterlerin ayrılması FeCl3/SiO2 ile gerçekleştirilmiştir.
(Jempty, 1981) CHO OCH2Ph OCH3 CHO OH OCH3 FeCl3/SiO2
Şekil 2.7.15.1. Benzil eterlerin ayrılması
2.7.16. FeCl3/SiO2(np) Kullanarak Ksanten Sentezi
14-aril-14H dibenzo[a,j]ksantenler ve 1,8-diokso-oktahidroksanten sentezi için yüksek verimli, çevre dostu prosedür geliştirilmiştir. 2-naftol ve dimedon'un aril aldehitlerle çözücü içermeyen ortam şartlarında FeCl3/SiO2(np) katalizörlüğünde
reaksiyonu, kısa sürede yüksek verimle gerçekleştirilmiştir(Şekil 2.6.16.1. ve Şekil 2.6.16.2.). Reaksiyon sonunda saflaştırma işleminin kolay olması ve katalizörün geri kazanılabilir olması ise en önemli avantajlarındandır.(Safaei-Ghomi, 2012)
OH 2 Ar H O O Ar FeCl3/SiO2 (np) Solvent-free, 100 oC
Şekil 2.7.16.1. 2-naftol ve aril aldehitin FeCl3/SiO2(np) katalizörlüğünde reaksiyonu
2 O O Ar H O FeCl3/SiO2 (np) Solvent-free, 100 oC O O Ar O
24
2.7.17. FeCl3/SiO2(np) Kullanarak Benzimidol Sentezi
Benzimidol sentezi için nano silika üzerine FeCl3 eklenmiş, kompleksin yapısal
özellikleri TEM, SEM ve EDX ile incelenmiştir. Bu tip reaksiyonda kullanılan katalizör miktarının verim üzerine etkisi, çözücü değişimin etkisi, reaksiyon sıcaklığının değişimi tartışılmıştır(Şekil 2.6.17.1.).(Taher, 2016) NH2 NH2 H O R FeCl3/SiO2(np) H2O2, 75oC N H N R
25
3. MATERYAL VE METODLAR
3.1. Kullanılan Kimyasallar FeCl3.6H2O (Merck) FeCl3 (Merck) 3,4-Dihidroksibenzaldehit (Merck) Vanilin (Merck)Benzil klorür (Merck) NaBH4 (Merck)
Metanol (Merck) Dimetil sülfat (Merck) CH2Cl2 (Tekkim) Etanol (Merck) K2CO3 (Merck) Benzen (Merck) Toluen (Merck) Fenol (Merck) Hegzan (Tekkim) Binaftol (Merck) Benzoik asit (Merck) m-Kresol (Merck) Laurik Asit (Merck) 1-Oktanol (Merck) Tetra dekanol (Merck) Bütanol (Merck) THF (Merck) CHCl3 (Merck)
26 Benzoil klorür (Merck)
4-hidroksi-3-metoksibenzaldehit (Merck) 3-hidroksi-4-metoksibenzaldehit (Merck) 3,4-dimetoksibenzaldehit (Merck)
Silica gel (0.063-0.200 mm) (Merck) Etil asetat (Akkimya)
27 3.2. Kullanılan BaĢlıca Alet ve Cihazlar
1. ETÜV: Nüve FN 500 termostatlı (0-300°C)
2. VAKUM ETÜVÜ: Nüve EV 018 (-760 mm Hg) vakummetre (250°C) 3. ROTEVAPORATÖR: Buchi B-480 (0-100°C)
4. TERAZİ: Gec Avery (0.0001 hassasiyet)
5. INFRARED SPEKTROFOTOMETRESİ: Shimadzu IR 470
6. NMR SPEKTROFOTOMETRE: Varian Mercury Plus 300 Mhz. Seri No: 163866
28 3.3. Kullanılan Çözücülerin Kurutulması
Kullanılan bileşiklerin kurutulması ve saflaştırılması Purification of Laboratory Chemicals'da verilen yöntemlere göre gerçekleştirilmiştir.(Perrin, 1996)
Diklorometan: Diklorometan destillenir. Toplanan destillenmiş diklorometan içerisine aktiflenmiş moleküler sieve konur. 1 gün bekletilir.
Heksan: Heksan destillenir. Toplanan destillenmiş heksan içerisine aktiflenmiş moleküler sieve konur. 1 gün bekletilir.
Metanol: 250 mL metanol içerisine 65 gram CaO eklenerek 6 saat reflux edildikten sonra destillenir. Destile edilen kuru metanol içerisine aktiflenmiş moleküler sieve konur.
THF: THF içerisine sodyum parçaları kesilerek konur. Ardından reflux edilir. Kuruma sonrası renk değişimini gözlemleyebilmek için benzofenon ilave edilir. Mor rengi gözleninceye kadar reflux edilir. Renk gözlendiğinde kuru THF destillenerek toplanır.
Benzoil Klorür: Vakum altında (84 °C, 2 mm Hg) destillenir. Destillenmiş benzoil klorür içerisine aktiflenmiş moleküler sieve konur.
29 3.4.Deneyler
Metod A
FeCl3/SiO2
FeCl3/SiO2 Jempty ve Miller‟in yapmış olduğu prosedüre göre hazırlandı.
FeCl3.6H2O‟ın (5.4 g, 20 mmol) susuz eter:metanol (200 ml, 9:1 v/v) içindeki
çözeltisine, oda sıcaklığında 150 °C‟de aktif hale getirilmiş silika jel (54.00 g, 70-230 mesh) eklendi ve 10 dk karıştırıldı. Çözücü evoporatörde uçuruldu ve vakum altında (50 °C, 2 mm Hg) 8 saat bekletildi ve kurutuldu. FeCl3/SiO2 reaktifi ışığa duyarlı sarı toz
halinde elde edildi (57.82 g).(Jempty, 1980)
Metod B
FeCl3/SiO2
FeCl3/SiO2 Jempty ve Miller‟in yapmış olduğu prosedüre göre hazırlandı. Susuz
FeCl3‟ün (6.48 g, 40 mmol) susuz eter:metanol (200 ml, 9:1 v/v) içindeki çözeltisine,
oda sıcaklığında 150 °C „de aktif hale getirilmiş silika jel (64.80 g, 70-230 mesh) eklendi ve 10 dk karıştırıldı. Çözücü evoporatörde uçuruldu ve vakum altında (50 °C, 2 mm Hg) 8 saat bekletildi ve kurutuldu. FeCl3/SiO2 reaktifi ışığa duyarlı koyu renkte sarı
30 3.4.1. Kenetlenme Reaksiyonları 3,4-dietoksibenzaldehit O H OH OH O H OC2H5 OC2H5 NaOH (C2H5)2SO4
10.35 g 75 mmol 3,4-dihidroksibenzaldehit 50 ml 2N NaOH içerisinde çözüldü. 40-45 °C sıcaklıkta karıştırılırken 46.20 g dietil sülfat damla damla ilave edildi ve 10 dakika karıştırıldı. Daha sonra 30 mL 2N NaOH eklenerek üzerine 23.10 g dietil sülfat damla damla ilave edildi, 15 saat 50 °C de karıştırıldı. Daha sonra 3x50 mL kloroform ile ekstraksiyon yapıldı. Ekstrakte edilen ham ürün ve çözelti karışımı Na2SO4
kullanılarak kurutuldu, süzüldü ve kloroform evaporatörde uçuruldu. Ham ürün 1
H NMR'ı alındı. Koyu kahverengi sıvı ürün elde edildi. (8.32 g, % 57.42); H(300 MHz, CDCl3) 1.42 (3H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 1.49 (3H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 4.17 (2H, q,
J 6.9Hz, OCH2CH3), 4.33 (2H, q, J 6.9Hz, OCH2CH3), 6.96 (1H, d, J 7.75 Hz, H-5),
7.41 (2H, d, J 7.75 Hz, H-6), 9.82 (1H, s, CHO); C (75 MHz, CDCl3) 14.28
(OCH2CH3), 14.32 (OCH2CH3), 64.56 (OCH2CH3), 64.65 (OCH2CH3), 110.52, 111.45,
31 3,4-dietoksi benzilalkol O H OC2H5 OC2H5 CH2OH OC2H5 OC2H5 NaBH4 MeOH
5 g 26 mmol 3,4-dietoksibenzaldehit 37 mL metanol içerisinde çözüldü. 0.35 g 26 mmol NaBH4 1.11 mL 2N NaOH içerisinde çözülerek üzerine 10 mL saf su ilave
edildi. Ardından karışım metanollü çözeltiye damla damla eklendi ve 1 saat karışmaya bırakıldı ve 1 saat sonra TLC alındı. Reaksiyon sonlandırıldı. Metanol evaporatörde uçuruldu. Elde edilen madde 20 mL saf su ile seyreltilerek 3x10 mL eter ile ekstrakte edildi. Üstte kalan eter fazı toplanarak Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve eter
evaporatörde uçuruldu. Elde edilen ham ürünün 1H NMR'ı çekildi. Ham ürün kolon
kromatografisi ile saflaştırıldı (Silika; 1:1 etilasetat:heksan, Rf: 0.4). Koyu renkte sıvı ürün elde edildi. (1.14 g, % 22). H(300 MHz, CDCl3) 1.42 (3H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 1.46 (3H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 1.74 (1H, s, CH2OH), 4.09 (4H, m,
OCH2CH3), 4.59 (2H, s, CH2OH), 6.85 (2H, s, H-2 ve H-5), 6.92 (1H, s, H-6); C (75
MHz, CDCl3) 15.13 (OCH2CH3), 64.55 (OCH2CH3), 64.67 (OCH2CH3), 65.48
32 2,3,7,8,12,13-Heksaetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g>siklononan OC2H5 OC2H5 CH2OH Diklorometan OC2H5 OC2H5 C2H5O C2H5O C2H5O OC2H5 FeCl3/Silika OC2H5 C2H5O OC2H5 OC2H5 OC2H5 OC2H5 OC2H5 C2H5O C2H5O C2H5O 1.ürün 2.ürün 2,3,7,8,12,13-Heksaetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g>siklononan 2,3,7,8,12,13,17,18,22,23-Dekaetoksi-10,15,20,25-dihidro-5H-pentabenzo<a,d,g,j,m>siklopentadekan
0.98 g 5 mmol 3,4-dietoksibenzil alkol 2.22 g FeCl3/Silika(Metod A) ile 25 mL
diklorometan içerisinde oda sıcaklığında 30 dakika karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 25 mL diklorometan ve 1 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad üzerinden diklorometan geçirilerek süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x25 mL diklorometan ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve çözücü evaporatörde uçuruldu. Metanolde
kristallendirme yapılarak saflaştırıldı. Kristallendirme sırasında beyaz kristaller şeklinde 1. ürün elde edildi. (0.12 g, % 4, E.N. 141-144°C,Lit. 145-146 °C (Lindsey, 1965)). Metanolde çözünmeyen ve sıcakta süzülerek ayrılan beyaz katı 2. ürün elde edildi. (0.10 g, % 2, E.N. 229-233 °C, Lit:232-234 °C (Beynek, 1997)).
1. Ürün
H(300 MHz, CDCl3) 1.39 (18H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 3.50 ( 3H, d, J 13.97 Hz,
33 s, H-1, H-4, H-6, H-9, H-11, H-14); C (75 MHz, CDCl3) 15.21 (OCH2CH3), 36.85 (CH2), 64.5 (OCH2CH3), 115.70, 132.38, 147.27. 2. Ürün H(300 MHz, CDCl3) 1.27 (30 H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 3.54 (10 H, s, CH2), 3.85 (20H, q, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 6.47(10H, s, 1, 4, 6, 9, 11, 14, 16, H-19, H-21, H-24); C (75 MHz, CDCl3) 14.76 (OCH2CH3), 36.04 (CH2), 64.48 (OCH2CH3), 116.18, 130.93, 146.50. 3-metoksi-4-etoksi benzaldehit O H OCH3 OH O H OCH3 OC2H5 NaOH (C2H5)2SO2
11.41 g 3-metoksi-4-hidroksi benzaldehit 50 ml 2N NaOH içerisinde çözüldü. 40-45 °C sıcaklıkta karıştırılırken 23.10 g dietil sülfat damla damla ilave edildi ve 10 dakika daha karıştırıldı. Daha sonra 15 mL 2N NaOH çözeltiye eklenerek üzerine 11.55 g dietil sülfat damla damla ilave edildi 5 saat 50 °C‟de karıştırıldı. Daha sonra 3x50 mL kloroform ile ekstraksiyon yapıldı. Ekstrakte edilen ham ürün ve çözelti karışımı Na2SO4 kullanılarak kurutuldu, süzüldü ve kloroform evaporatörde uçuruldu. Ham
ürünün 1H NMR'ı alındı. Katı koyu turuncu renkli bir ürün edildi.(13.3827 g, verim: %
84.5, E.N. 53-57 °C, Lit. E.N. 61-62.5 °C (Brooks, 1993)). H(300 MHz, CDCl3) 1.52 (3H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 3.94 (3H, s, OCH3), 4.20 (2H, q, J 6.9 Hz, OCH2CH3),
6.97 (1H, d, J 8.06 Hz, H-5), 7.43 (2H, m, H-2, H-6), 9.85 (1H, s, CHO); C(75 MHz, CDCl3) 14.57 (OCH2CH3), 56.12 (OCH3), 64.52 (OCH2CH3), 109, 111.5, 127.2, 130.1,
34
3-metoksi-4-etoksi benzilalkol
5 g 28 mmol 3-metoksi-4-etoksi benzaldehit 40 mL metanol içerisinde çözüldü. 0.38 g 28 mmol NaBH4 1.2 mL NaOH içerisinde çözülerek ve üzerine 10 mL saf su
ilave edildi. Ardından karışım metanollü çözeltiye damla damla eklendi ve 1 saat karışmaya bırakıldı ve 1 saat sonra TLC alındı. Reaksiyon sonlandırıldı. Metanol evaporatörde uçuruldu. Elde edilen madde 20 mL saf su ile seyreltilerek 3x10 mL eter ile ekstrakte edildi. Üstte kalan eter fazı toplanarak Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve
eter evaporatörde uçuruldu. Elde edilen ham ürünün 1H NMR'ı çekildi. Ham ürünün
kolon kromatografisi yapılarak saflaştırıldı(5:1 heksan:etil asetat, Rf: 0.5). Katı beyaz renkte bir ürün elde edildi. (3.08 g, % 60.92). H(300 MHz, CDCl3) 1.46 (3H, t, J 7.0 Hz, OCH2CH3), 1.64 (1H, s, CH2OH), 3.88 (3H, s, OCH3), 4.10 (2H, q, J 7.0 Hz,
OCH2CH3), 4.63 (2H, s, CH2OH), 6.86 (2H, m, H-2, H-3), 6.93 (1H, s, H-1). C(70
MHz, CDCl3) 15.1 (OCH2CH3), 56.2 (OCH3), 64.56 (OCH2CH3), 65.56 (CH2OH),
110.91, 112.66, 119.54, 133.65, 148, 149.56. O H OCH3 OC2H5 OCH3 OC2H5 CH2OH NaBH4 MeOH
35 2,7,12-trietoksi-3,8,13-trimetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g>siklononan OCH3 OC2H5 CH2OH Diklorometan OC2H5 OCH3 H3CO C2H5O H3CO OC2H5 FeCl3/Silika
0.91 g 5 mmol 3-metoksi4-etoksibenzil alkol 2.22 g FeCl3/Silika(Metod A) ile
25 mL diklorometan içerisinde oda sıcaklığında 30 dakika karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 25 mL diklorometan ve 1 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad vasıtasıyla üzerinden diklorometan geçirilerek süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x25 mL diklorometan ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve çözücü evaporatörde uçuruldu.
Ham ürün metanol ile kristallendirme yapılarak saflaştırıldı. Katı beyaz bir ürün elde edildi.(0.05 g, % 2, E.N. 166-171 °C). H(300 MHz, CDCl3) 1.41 (9H, t, J 6.9 Hz, OCH2CH3), 3.53 (3H, d, J 13.87 Hz, CH2), 3.82 (9H, s, OCH3), 4.07 (6H, q, J 6.9 Hz,
OCH2CH3), 4.76 (3H, d, J 13.91 Hz, CH2), 6.84 (6H, s, 1, 4, 6, 9, 11,
H-14). C (75 MHz, CDCl3) 15.11 (OCH2CH3), 36.75 (CH2), 56.2 (OCH3), 64.65
36 3-metoksi-4-benziloksi benzaldehit O OCH3 OH Cl EtOH K2CO3 O OCH3 O
11.4 g 75 mmol vanilin 100 mL etanolde çözüldü. 13 mL 112.5 mmol benzil klorür ve 13.5 g 97.6 mmol K2CO3 çözeltiye eklendi. 6 saat reflux olmak üzere
karıştırılmaya konuldu. Çözücü evaporatörde uçuruldu. Elde edilen katı ürün 200 mL saf suda çözüldü. 3x50 mL kloroform ile ekstraksiyon yapıldı. Na2SO4 ile kurutuldu,
süzüldü. Elde edilen ham ürün silica; 4:1 n-Heksan-Etil Asetat çözücü sisteminde kolon kromatografisi ile saflaştırıldı. Uzun iğne kristal şeklinde şeffaf bir ürün elde edildi. (9.73 g, % 53.66, Rf: 0.3, E.N. 62-64°C).(Lit: E.N. 60-61 °C, (Zhang, 2017)). H(300 MHz, CDCl3) 3.95 (3H, s, OCH3), 5.25 (2H, s, OCH2), 6.99 (1H, d, J 8.20 Hz),
7.43-7.30 (7H, m), 9.84 (1H, s, CHO); C (75 MHz, CDCl3) 56.2 (OCH3), 71.3 (OCH2), 109,
37 3-metoksi-4-benziloksi benzilalkol O OCH3 O HO OCH3 O NaBH4 MeOH
4.5 g 18.5 mmol 3-metoksi-4-benziloksi benzilaldehit 25 mL metanol içerisinde çözüldü. 0.25 g 28 mmol NaBH4 0.8 mL NaOH içerisinde çözülerek ve üzerine 7 mL
saf su ilave edildi. Ardından karışım metanollü çözeltiye damla damla eklendi ve 1 saat karışmaya bırakıldı ve 1 saat sonra TLC alındı. Reaksiyon sonlandırıldı. Metanol evaporatörde uçuruldu. Elde edilen madde 15 mL saf su ile seyreltilerek 3x30 mL eter ile ekstrakte edildi. Üstte kalan eter fazı toplanarak Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve
eter evaporatörde uçuruldu. Kristal renksiz bir ürün elde edildi. (4.47 g, % 98.67, Rf: 0.5, E.N. 71-73 °C). (Lit: E.N. 72-74 °C (Potter, 2004)). H(300 MHz, CDCl3) 1.55 (1H, s, CH2OH), 3.92 (3H, s, OCH3), 4.64 (2H, s, CH2OH), 5.17 (2H, s, CH2O), 6.86
(2H, m, H-5, H-6), 6.98 (1H, s, H-2), 7.39 (5H, m); C (75 MHz, CDCl3) 55.87
(CH3O), 65.21 (CH2OH), 73.2(CH2O), 111.2, 114.1, 119.81, 127.5, 128, 128.42,
38 2,7,12-benziloksi-3,8,13-trimetoksi-10,15-dihidro-5H-tribenzo<a,d,g>siklononan OCH3 H3CO H3CO O O O OCH3 O CH2OH FeCl3/Silika Diklorometan
1 g 4.098 mmol 3-metoksi-4-benziloksi benzilaldehit 1,82 g FeCl3/Silika(Metod
A) ile 20 mL diklorometan içerisinde oda sıcaklığında 30 dakika karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 20 mL diklorometan ve 1 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad vasıtasıyla üzerinden diklorometan geçirilerek süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x25 mL diklorometan ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve çözücü evaporatörde
uçuruldu. Ham ürüne H NMR alındı. Reaksiyon sonucu ürün metanolde kristallendirme yapılarak saflaştırıldı. Beyaz kristal şeklinde bir ürün elde edildi. (0.19 g, % 6.8, E.N. 137-142 °C). H(300 MHz, CDCl3) 3.48 (3H, d, J 14.09 Hz, CH2), 3.68 (9H, s, CH3O),
4.68 (3H, d, J 14.15, CH2), 5.12 (6H, s, CH2O), 6.64 (3H, s, H-4, H-9, H-14), 6.82 (3H,
s, H-1, H-6, H-11). C(75 MHz, CDCl3) 35.3, 56.5 (CH3O), 71.5(CH2O), 113.9, 116,
39 3.4.2. Açilleme Reaksiyonları
Yöntem 1: Başlangıç maddesi ve açil klorür, Metod A ve Metod B prosedürü ile hazırlanan katalizör kullanılarak farklı çözücülerde oda sıcaklığında reaksiyona sokulur. Karışım silika pad ile süzülür. Ardından çözücü ile yıkanır ve kurutulur. Çözücü uçurulur.
Yöntem 2: Başlangıç maddesi ve açil klorür, Metod A ve Metod B prosedürü ile hazırlanan katalizör kullanılarak farklı çözücülerde reflux edilir. Karışım silika pad ile süzülür. Ardından çözücü ile yıkanır ve kurutulur. Çözücü uçurulur..
.
Yöntem 3: Başlangıç maddesi ve açil klorür, Metod A ve Metod B prosedürü ile hazırlanan katalizör kullanılarak çözücüsüz ortamda farklı sıcaklıklarda reaksiyona sokulur. Karışım silika pad ile süzülür. Ardından çözücü ile yıkanır ve kurutulur. Çözücü uçurulur.
Yöntem 4: Başlangıç maddesi ve açil klorür, susuz FeCl3 ve FeCl3.6H2O ile
kuru heksan içerisinde oda sıcaklığında reaksiyona sokulur. Karışım silika pad ile süzülür. Ardından çözücü ile yıkanır ve kurutulur. Çözücü uçurulur.
40 Asetofenon H3C O Cl FeCl3/Silika CH2Cl2 O
1 g (1.14 mL) 12.8 mmol benzen ve 1 g (0.91 mL) 12.8 mmol asetil klorür Yöntem 1'e göre 5.68 g FeCl3/Silika(Metod A) ile 60 mL diklorometan içerisinde oda
sıcaklığında 30 dakika karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 60 mL diklorometan ve 2.5 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad ile süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x50 mL diklorometan ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve çözücü
evaporatörde uçuruldu. Alınan 1H NMR‟ında herhangi bir ürün oluşumu gözlenmedi.
Benzofenon FeCl3/Silika CH2Cl2 O O Cl
1 g (1.14 mL) 12.8 mmol benzen ve 1.80 g (1.48 mL) benzoil klorür Yöntem 1'e göre 5.68 g FeCl3/Silika(Metod A) ile 60 mL diklorometan içerisinde oda sıcaklığında
30 dakika karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 60 mL diklorometan ve 2.5 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad ile süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x50 mL diklorometan ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve çözücü evaporatörde uçuruldu.
41 Benzofenon FeCl3/Silika THF O O Cl
1 g (1.14 mL) 12.8 mmol benzen ve 1.80 g (1.48 mL) benzoil klorür Yöntem 1'e göre 5.68 g FeCl3/Silika(Metod A) ile 60 mL THF içerisinde oda sıcaklığında 30 dakika
karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 60mL THF ve 2.5 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad ile süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x50 mL THF ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile
kurutuldu, süzüldü ve çözücü evaporatörde uçuruldu. Alınan 1H NMR‟ında herhangi bir
ürün oluşumu gözlenmedi. Benzofenon FeCl3/Silika Heksan O O Cl
1 g (1.14 mL) 12.8 mmol benzen ve 1.80 g (1.48 mL) benzoil klorür Yöntem 1'e 5.68 g göre FeCl3/Silika(Metod A) ile 60mLheksan içerisinde oda sıcaklığında 30
dakika karıştırıldı. Çözücü sıçrama başlığı kullanarak evaporatörde uçuruldu. Daha sonra 60 mL heksan ve 2.5 mL saf su karışıma eklenerek 2 dakika karıştırıldı. Karışım silika pad ile süzüldü. Süzme işleminden sonra silika 2x50 mL heksan ile yıkandı. Çözelti Na2SO4 ile kurutuldu, süzüldü ve çözücü evaporatörde uçuruldu. Alınan 1H
