ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ Hüseyin ALTINEL SÜPERKRİTİK KARBONDİOKSİTTE ÇÖZÜNÜR NİTELİKTE FLORLANMIŞ RODYUM FOSFİN KOMPLEKSLERİ SENTEZİ VE KATALİTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ KİMYA ANABİLİM DALI ADANA, 2008

2 ÖZ DOKTORA TEZİ SÜPERKRİTİK KARBONDİOKSİTTE ÇÖZÜNÜR NİTELİKTE FLORLANMIŞ RODYUM FOSFİN KOMPLEKSLERİ SENTEZİ VE KATALİTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Hüseyin ALTINEL ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KİMYA ANABİLİM DALI Danışman : Doç. Dr. Bilgehan GÜZEL Yıl : 2008, Sayfa: 210 Jüri : Doç. Dr. Bilgehan GÜZEL : Prof. Dr. Selahattin SERİN : Prof. Dr. Osman SERİNDAĞ : Prof. Dr. Nevzat KÜLCÜ : Yrd. Doç. Dr.Fatih ASLAN Bu çalışmada, rodyum-binap komplekslerinin florlu türevlerini (Rf=C 8 F 17 ) içeren [(R)-BINAP]-Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(6,6 -Rf) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF - [(R)-(6,6 -Rf) 2 -)-(m-rf-ph 2 ) 2 - BINAP]-Rh(COD)] + BArF - ve [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP/PS-PEG-reçineye tuturulmuş]-rh(cod)] + BArF - katalizörleri sentezlendi ve UV, FT-IR, 1 H, 19 F, 13 C ve 31 P NMR spektroskopik yöntemleri ile karakterize edildi. [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 - BINAP/PS-PEG-reçineye tuturulmuş]-rh(cod)] + BArF - katalizörü dışındaki katalizörler 343 o K sıcaklık ve 1750 psi basınçta scco 2 içerisinde oldukça iyi çözündüler. Ayrıca katalizörler scco 2 çözücü ortamında 343 o K ve 1750 psi de substratın katalizöre oranı 500 koşullarında, silindirik çelik reaktör (100 ml kapasiteli) içinde stirenin hidrojenasyonunda test edildiler. [(R)-BINAP]-Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(6,6 -Rf) 2 -BINAP]- Rh(COD)] + BArF - ve [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP/PS-PEG reçine ile desteklenmiş]- Rh(COD)] + BArF - katalizörleri stirenin etil benzene dönüşümünde %99 ile %15 arasında etkinlik gösterirken, [(R)-(6,6 -Rf) 2 -)-(m-rf-ph 2 ) 2 -BINAP]- Rh(COD)] + BArF - katalizörü herhangi bir aktivite göstermemiştir. Dönüşümlerin analizi GC cihazında yapıldı. Anahtar Kelimeler: Homojen ve heterojen kataliz, Hidrojenasyon, Süperkritik karbon dioksit, Florlanmış rodyum-fosfin bileşikler, BINAP. I

3 ABSTRACT PhD THESIS THE SYNTHESIS OF FLORINATED RHODIUM-PHOSPHINE COMPLEXES WHICH ARE SOLUBLE IN THE SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE AND INVESTIGATING CATALYTICAL PROPERTIES Hüseyin ALTINEL DEPARTMENT OF CHEMISTRY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Bilgehan GÜZEL Year : 2008, Pages: 210 Jury : Assoc. Prof. Dr. Bilgehan GÜZEL : Prof. Dr. Selahattin SERİN : Prof. Dr. Osman SERİNDAĞ : Prof. Dr. Nevzat KÜLCÜ : Ass. Prof. Dr. Fatih ASLAN In this study, [(R)-BINAP]-Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP]- Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(6,6 -Rf) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF - [(R)-(6,6 -Rf) 2 -)-(m- Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF - and [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP/PS-PEG resinsupported]-rh(cod)] + BArF - were synthesized as fluorous derivatives (Rf=C 8 F 17 ) of rhodium-binap complexes and characterized by using spectroscopic methods such as UV, FT-IR, 1 H, 19 F, 13 C and 31 P NMR. The catalysts are quite soluble in scco 2 at the conditions of 343 o K, 1750 psi pressure except [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP/PS-PEG resin-supported]-rh(cod)] + BArF -. Furthermore, the catalysts in the cylindrical stainless steel reactor (100 ml capacity) was tested in the hydrogenation of the styrene in scco 2 at the conditions of 343 o K, 1750 psi pressure, substrate/catalyst= 500 (molar ratio). The [(R)-BINAP]-Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 -BINAP]- Rh(COD)] + BArF -, [(R)-(6,6 -Rf) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF - and [(R)-(m-Rf-Ph 2 ) 2 - BINAP/PS-PEG resin-supported]-rh(cod)] + BArF - catalysts performed activity between 99% and 15% ratio conversion of styrene into ethyl benzene. However, the [(R)-(6,6 -Rf) 2 -)-(m-rf-ph 2 ) 2 -BINAP]-Rh(COD)] + BArF - catalyst did not carry out any activities. Conversions were determined by GC analysis. Keywords: Homogeneous and heterogeneous catalyst, Hydrogenation, Supercritical carbon dioxide, Fluorinated rhodium-phosphine compounds, BINAP. II

4 TEŞEKKÜR Doktora tez çalışmalarımda maddi, manevi her konuda desteğini, fikirlerini, deneyimlerini esirgemeden paylaşan ve bize sunduğu tüm laboratuvar imkanları ile bu tezin gerçekleşmesinde en büyük pay sahibi olan danışmanım Doç. Dr. Bilgehan GÜZEL e, Çalışmalarımda sürekli olarak deneyimlerinden faydalandığım Prof. Dr. Osman SERİNDAĞ a, Prof. Dr. Selahattin SERİN e ve Prof. Dr. Hamit BOZTEPE ye, Doktora çalışmalarım süresince bütün imkanlarından faydalandığım tüm Kimya Bölümüne, Laboratuvar çalışmalarım sırasında ve hazırladığım tezin oluşmasında emekleri geçen Mersin Üniversitesi öğretim görevlisi Göktürk AVŞAR a ve yüksek lisans öğrencisi Mustafa Kemal YILMAZ a, Yine büyük çaba ve fedakarlık göstererek çalışmalarımda bana yardımcı olan öğrenci arkadaşlar Sevilay, Ali, Nurdeniz, Kübra ve Özlem e, ve Orhan a, GC analiz ölçümlerinde yardımını esirgemeyen Oğuz SARIBIYIK a, Katı destek katalizörümün sentezinde bilgisini esirgemeyen Mustafa KELEŞ e, Çalışmalarım boyunca her konuda yardımcı olmak için elinden geleni yapan Uzman Serkan KARACA ya, Maddi ve manevi fedakarlıkları ile bugünlere gelmemde en büyük pay sahibi olan ve akademik çalışma süresince her konuda destek olan annem Necla ALTINEL e ve babam Mehmet ALTINEL e, Yine büyük anlayış göstererek bana her zaman destek olan ve beni tezimi bitirmem konusunda teşvik eden eşim Zeynep ALTINEL ve ailesine, Son olarak bana çalışma azmi veren ve babalık sıfatıyla onurlandıran kızım Duru ya, sonsuz teşekkürlerimi borç bilirim. III

5 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT...II TEŞEKKÜR...III İÇİNDEKİLER...IV ÇİZELGELER DİZİNİ... XII ŞEKİLLER DİZİNİ...XIII SİMGELER VE KISALTMALAR...XIV 1. GİRİŞ Homojen ve Heterojen Katalizör Sistemleri Homojen Katalizör Sistemleri Heterojen Katalizör Sistemleri Kiral Fosfin Ligantlar Kiral BINAP Ligandı BINAP Ligandının Sentezi Noyori/Takasago Yöntemi Cai/Merck Inc.Yöntemi Laneman/Monsanto Yöntemi Takasago Yöntemi Merck Gmbh Yöntemi BINAP ın Yapısal Özellikleri BINAP Ligandının Modifiye Edilmesi Fosfor Atomlarına Bağlı Fenil Gruplarının Modifikasyonu Binaftil Halkasının Modifikasyonu BINAP ın Florlu Gruplarla Modifikasyonu Asimetrik Hidrojenasyon Asimetrik Hidrojenasyon Mekanizmaları Süperkritik Akışkanlar..34 IV

6 Süperkritik Akışkanların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Süperkritik Akışkan Olarak Karbondioksit Süperkritik Akışkanların Kullanım Alanları ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR BINAP ın Sentezi ile İlgili Çalışmalar Modifiye BINAP ile İlgili Çalışmalar Florlu BINAP ile İlgili Çalışmalar Katı Destekli ve Polimer BINAP ile İlgili Çalışmalar MATERYAL VE METOT Materyal Kullanılan Kimyasallar Çözücüler Sentezlerde Kullanılan Reaktifler Kullanılan Diğer Cihazlar ve Malzemeler Kullanılan Spektroskopik ve Diğer Analiz Cihazları Metot Çıkış Maddeleri, Ligand ve Katalizörlerin Sentezlenmesi ve Yapılarının Aydınlatılması Çıkış Maddelerinin Sentezlenmesi (1). Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfinklorür [(C 8 F 17 -Ph) 2 PCl] sentezi (2). Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 - Ph) 2 PH] sentezi (3). [Bis-siklookta-1,5-dien rodyum (I)] + BArF -, [Rh(COD) 2 BArF] sentezi K1 Kompleksinin Sentezlenmesi (1). (R)-(+)-2,2 -bis(difenilfosfino)-1,1 -binaftil, [(R)-BINAP] bileşiği..73 V

7 (2). (R)-(+)-2,2'-bis (difenilfosfino)-1,1'- binaftil-[rh(cod)]barf (K1) kompleksinin sentezi K2 Kompleksinin Sentezlenmesi (1). (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'- binaftil (K2A) sentezi (2). (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktil fenil)fosfino)-1,1'-binaftil (L2) sentezi (3). (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadeka florooktil fenil)fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksinin (K2) sentezi K3 Kompleksinin Sentezlenmesi (1). (R)-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3A) sentezi (2). (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3B) sentezi (3). (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1'- binaftil (K3C) sentezi (4). (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil-2,2'- diol (K3D) sentezi (5). (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)- 6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3E) sentezi (6). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis-(difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L3) sentezi (7). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(hepta dekaflorooktil)-difenil fosfinoksit)-1,1'-binaftil (Oksitli L3) bileşiğinin indirgenmesi...85 VI

8 (8). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenil fosfino) -1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksinin (K3) sentezi K4 Komplekslerinin Sentezlenmesi (1). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1' - binaftil (L4) sentezi (2). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenil fosfinoksit) -1,1'-binaftil (Oksitli L4) bileşiğinin indirgenmesi (3). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'- binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksinin (K4) sentezi K5 Komplekslerinin Sentezlenmesi (1). (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' dihidroksi-1,1'- binaftil (K5A) sentezi (2). (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' bis(trifloro metansülfoniloksi)-1,1'-binaftil (K5B) sentezi (3). (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2' bis(trifloro metan sülfoniloksi)-1,1'-binaftil (K5C) sentezi (4). (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(bis-m- (heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1' -binaftil (K5D) sentezi (5). (R)-(+)-6,6'-dihidroksikarbonil-2,2'- bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) sentezi.93 VII

9 (6). PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) sentezi (7). Katı desteğe bağlı ligandın miktarının tayini (8). PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/ Rh(COD) 2 BArF (K5) sentezi Sentezlenen Bileşiklerin Reaksiyon Ortamından Ayrılması ve Saflaştırılması Sentezlenen K1, K2, K3, K4 ve K5 Komplekslerinin Molar İletkenlik Ölçümleri Katalizörlerin scco 2 ortamında çözünürlüklerinin incelenmesi Katalizörlerin scco 2 ortamında stirenin hidrojenasyon reaksiyonunda aktifliklerinin incelenmesi BULGULAR VE TARTIŞMA Sentezlerde Gerçekleştirilen Reaksiyon Yöntemleri Bromlama Reaksiyonu Esterleşme (Trifilatlama) Reaksiyonu Etoksi Koruma Reaksiyonu Nitrilleme Reaksiyonu Perflorlama Reaksiyonu İndirgeme Reaksiyonu Nikel Katalizli Cross-Coupling Birleşme Reaksiyonu ve Triarilfosfin Oluşumu Polimerik Katı Desteğe Bağlanma Reaksiyonu Metal-Ligant Bağlanma Reaksiyonu Sentezlenen Bileşiklerin Karakterizasyonu Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfinklorür [(Rf-Ph) 2 PCl] bileşiği Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(Rf-Ph) 2 PH] bileşiği.113 VIII

10 [Bis-siklookta-1,5-dien rodyum (I)] + BArF -, [Rh(COD) 2 BArF] bileşiği K1 Katalizörünün Karakterizasyonu (R)-(+)-2,2 -bis (difenilfosfino)-1,1 -binaftil- [Rh(COD)]BArF (K1) kompleksi K2 Katalizörünün Karakterizasyonu (R)-2,2 -bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K2A) bileşiği (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)- 1,1'-binaftil (L2) bileşiği (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino) -1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K2) kompleksi K3 Katalizörlerinin Karakterizasyonu (R)-2,2 -dietoksi-1,1 -binaftil (K3A) bileşiği (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1 -binaftil (K3B) bileşiği (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1 -binaftil (K3C) bileşiği (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1 -binaftil-2,2'-diol (K3D) bileşiği (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-6,6'-diperfloro oktil-1,1'-binaftil (K3E) bileşiği (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenil fosfino)- 1,1'-binaftil (L3) bileşiği (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K3) kompleksi K4 Katalizörlerinin Karakterizasyonu (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L4) bileşiği..121 IX

11 (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K4) kompleksi K5 Katalizörlerinin Karakterizasyonu (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' dihidroksi-1,1 -binaftil sentezi (K5A) bileşiği (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' bis(triflorometansülfonil oksi)-1,1 -binaftil (K5B) bileşiği (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2' bis(triflorometansülfonil oksi)-1,1 -binaftil (K5C) bileşiği (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(bis-m- (heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (K5D) bileşiği (R)-(+)-6,6'-dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m- (heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiği PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) bileşiği PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) bileşiğinin içerdiği ligand miktarının tayini PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/ Rh(COD) 2 BArF (K5) kompleksi Sentezlenen K1, K2, K3, K4 ve K5 Komplekslerinin Molar İletkenlik Ölçümleri Çözünürlük özellikleri K1 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K2 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K3 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K4 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K5 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü 132 X

12 4.5. Katalizörlerin Hidrojenasyon Sonuçlarının Değerlendirilmesi Hidrojenasyon mekanizması SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EKLER XI

13 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1. Homojen ve heterojen katalizin kıyaslanması..6 Çizelge 1.2. Süperkritik akışkanların özelliklerinin, sıvıların ve gazların özellikleri ile karşılaştırılması.35 Çizelge 1.3. Bazı süperkritik akışkanların kritik değerleri ve özellikler.36 Çizelge 3.1. Sentezlenen katalizörlere ait öz iletkenlik ve molar iletkenlik değerleri 98 Çizelge 4.1. Katalizörlere ait çözünürlük sonuçları 130 Çizelge 4.2. Sentezlenen komplekslerin scco 2 ortamında stirenin hidrojenasyon reaksiyonu üzerindeki etkinlikleri XII

14 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1. C 2 - simetrili fosfin ligantların gösterimi.7 Şekil 1.2. C 2 - simetrili olmayan fosfin ligantların gösterimi..7 Şekil 1.3. Amido ve amino fosfin ligantların gösterimi..8 Şekil 1.4. Katı destekli fosfin ligantların gösterimi.8 Şekil 1.5. BINAP ın gösterimi 9 Şekil 1.6. Ru-BINAP kompleksi ile enamidlerin asimetrik hidrojenasyon reaksiyonunun gösterimi..10 Şekil 1.7. (-)-Menthol üretim reaksiyon şemasının gösterimi..10 Şekil 1.8. Asetofenon bileşiğinin asimetrik hidrojenasyonun gösterimi..11 Şekil 1.9. Naproxen bileşiğinin üretim reaksiyonun gösterimi 11 Şekil Thalidomide bileşiğinin (R) ve (S) formlarının gösterimi 12 Şekil Noyori/Takasago yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi..13 Şekil Cai/Merck Inc. yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi.14 Şekil Laneman/Monsanto yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi..14 Şekil Takasago yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi.15 Şekil Merck Gmbh yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi...15 Şekil BINAP ın elektronik özelliklerinin gösterimi 16 Şekil BINAP ın (R) ve (S) enantiyomerlerinin gösterimi...17 Şekil BINAP ın atropisomerizm gösterimi.18 Şekil Geçiş metal kompleksinin koordisyon bölgelerinde binaftil ve fenil halkaları tarafından kiral çevrenin oluşumu..18 Şekil BINAP ın modifiye edilmesindeki önceliklerin gösterimi 19 VIII

15 Şekil Fosfor bileşiğinin metalle ve diğer gruplarla yaptığı σ * bağlarının gösterimi 20 Şekil Fosfinlerin π-alıcı ve σ-verici özelliklerinin gösterimi.20 Şekil Metal PR 3 arasında sigma bağı ve pi-geri bağının molekül orbital şeması ile gösterimi...21 Şekil BINAP ın dihadral açısının gösterimi 22 Şekil BINAP, MeO-BIPHEP, SYNPHOS ve SEGPHOS ligantlarının etil trifloroasetat ın Rutenyum katalizli hidrojenasyon çalışmalarını dihedral açıya bağlı olarak sterik ve elektronik skala üzerinde karşılaştırılması 23 Şekil BINAP ın modifiye edilmesinde başlangıç materyallerinin gösterimi.24 Şekil Binaftol halkasındaki modifikasyon pozisyonlarının gösterimi.25 Şekil Rutenyum, Rodyum ve İrityum esaslı katalizörlerin çeşitli olefin, keton ve iminlerin asimetrik hidrojenasyonuna örnekler..29 Şekil Naproxen TM üretimi için Monsanto prosesinin gösterimi.30 Şekil Asimetrik hidrojenasyonda tek dişli ligantların yapıları 31 Şekil Asimetrik hidrojenasyon için Halpern mekanizması..32 Şekil Asimetrik hidrojenasyon için dihidrit mekanizması...32 Şekil BINAP-Ru kompleksi için Noyori nin önerdiği asimetrik hidrojenasyon mekanizmaları...33 Şekil CO 2 nin P,T-diyagramı...34 Şekil 2.1. BINAP ligandının (R) ve (S) formları..40 Şekil 2.2. (S)-BINAPO nun ORTEP çizimi.40 Şekil 2.3. Nakamura ve ark. sentezlemiş olduğu enantiyosaf perflorlu BINOL ve (R,S)-FDHPEB bileşiklerinin gösterimi.42 Şekil 2.4. Tian ve Chan nin enantiyosaf perfloro-binol sentezi...42 Şekil 2.5. Birdsall ın sentezlemiş olduğu enantiyosaf perflorlu-binap ligandı..43 Şekil 2.6. Cavazzini ve ark. enantiyosaf perfloro-binaftil türevi ligand sentezi..43 IX

16 Şekil 2.7. (R,S)-3-H 2 F 6 -BINAPHOS ligandının ve rodyum kompleksinin gösterimi..44 Şekil 2.8. Chen ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu florlu-binol bileşiklerinin reaksiyon şeması 44 Şekil 2.9. Mailllard ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu florlu-mop ligantlarının gösterimi.45 Şekil Nakamura ve ark. sentezledikleri enantiyosaf perfloro-binap reaksiyon şeması 45 Şekil Bayardon ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu iki yeni florlu-binap türevi bileşiklerin gösterimi...46 Şekil Goto ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu iki yeni florlu-binap türevi bileşiklerin gösterimi 46 Şekil Berthod ve ark. sentezlemiş olduğu florlu-binap bileşiklerinin reaksiyon şeması..47 Şekil Dong ve Erkey in sentezlemiş olduğu florlu-binap bileşiğinin sentez şeması 48 Şekil Hope ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu üç farklı florlu-binap bileşiklerinin gösterimi 48 Şekil Hu ve arkadaşlarının metanol ve scco 2 içinde üç farklı florlu-binap bileşiklerinin asimetrik hidrojenasyon değerlerinin gösterimi 49 Şekil Fawcett ve ark. Sentezlediği perfloro-binap ve MonoPhos bileşiklerinin gösterimi...49 Şekil Bayston ve ark. sentezlediği polimerik BINAP ve asimetrik hidrojenasyon uygulamasının gösterimi...50 Şekil Poliester destekli kiral BINAP bileşiğinin ve 2-(6'-metoksi- 2'-naftil)akrilik asitin asimetrik hidrojenasyon sonucunun gösterimi...51 Şekil PEG-BINAP ın ve 2-(6'-metoksi-2'-naftil)akrilik asitin asimetrik hidrojenasyon sonuçlarının gösterimi...51 X

17 Şekil Polieter dentritik BINAP ve 2-[p-(2-metilpropil)fenil] akrilik asit asimetrik hidrojenasyon sonuçlarının gösterimi...52 Şekil poli(binap) ligandının gösterimi. 53 Şekil Optikçe aktif BINOL-BINAP kopolimer-ru katalizörünün gösterimi..53 Şekil Kiral MeO-PEG ile destekli (R)-BINAP-Ru kompleksi...54 Şekil PEG-(R)-Am-BINAP gösterimi...54 Şekil Katı destekli BINAP ın görünümü...54 Şekil Poliamid, poliurea veya urea türevi kiral polimerik BINAP ligantların gösterimi...55 Şekil PEG-BINAP ve Poli-BINAP türevi polimerik BINAP ligantlarının gösterimi 55 Şekil Çeşitli PS PEG, PS, PEGA ve MeO PEG reçineli polimer destekli kiral BINAP ligandının görünümü..56 Şekil FSM-16 tipi silika jel katı destekli BINAP ın görünümü.56 Şekil (S)-Poli-NAP görünümü 57 Şekil PS-PEG-BINAP-Rh(acac) katalizörünün görünümü.57 Şekil 3.1. scco 2 Çözünürlük Sistemi..66 Şekil 3.2. Hidrojenasyon reaksiyon düzeneği..67 Şekil 3.3. Diarilfosfin ve diarilfosfinklorür ile BINAP sentezi...69 Şekil 3.4. (C 8 F 17 -Ph) 2 PCl bileşiğinin sentez reaksiyonu.70 Şekil 3.5. (C 8 F 17 -Ph) 2 PH bileşiğinin sentez reaksiyonu..72 Şekil 3.6. Rh(COD) 2 BArF bileşiğinin görünümü 73 Şekil 3.7. K1 komplekslerinin sentez reaksiyonu 73 Şekil 3.8. K1 katalizörünün görünümü 74 Şekil 3.9. K2 kompleksinin sentez reaksiyonu 75 Şekil K2A ara ürünün sentez reaksiyonu 76 Şekil L2 ligandının görünümü.77 Şekil K2 katalizörünün görünümü..78 Şekil K3 kompleksinin sentez reaksiyonu..79 Şekil (R)-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3A) ara ürünün görünümü..80 XI

18 Şekil (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3B) ara ürününün görünümü.81 Şekil (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3C) ara ürününün görünümü...82 Şekil (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil-2,2'-diol (K3D) ara ürününün görünümü.82 Şekil (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-6,6'-diperflorooktil -1,1'-binaftil (K3E) ara ürününün görünümü.83 Şekil L3 ligandının görünümü...84 Şekil K3 kompleksinin görünümü..85 Şekil K4 kompleksinin sentez reaksiyonu..86 Şekil L4 ligandının görünümü...87 Şekil K4 kompleksinin görünümü..88 Şekil K5 kompleksinin sentez reaksiyonu..89 Şekil K5A ara ürünün görünümü..90 Şekil K5B ara ürünün görünümü...91 Şekil K5C ara ürünün görünümü...92 Şekil K5D ara ürünün görünümü...93 Şekil K5E ara ürünün görünümü...94 Şekil L5 ligandının görünümü...95 Şekil K5 kompleksinin görünümü. 96 Şekil Basit bir TLC deneyi ve Florlu Silika Jel sabit fazının diğerlerine olan ayırmadaki üstünlüğü..97 Şekil Florlu iki fazlı sistem...98 Şekil Çözünürlük çalışmaları için kullanılan sistemin şematik gösterimi...99 Şekil Yüksek basınç reaktör sisteminin şematik gösterimi..100 Şekil Yüksek basınç yüksek sıcaklık sistemine ait görüntüler.101 Şekil 4.1. Bir rasemik karışım olan 6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1' -binaftil in sentez reaksiyonu 104 XII

19 Şekil 4.2. Enantiyosaf (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil in sentezlenme reaksiyonu..105 Şekil ,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binaftil in gösterimi..105 Şekil ,2'-dietoksi-1,1'-binaftil ve 2,2'-dimetoksi-1,1'-binaftil bileşiklerinin gösterimi..106 Şekil 4.5. (R)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binanaftol bileşiğinin gösterimi 107 Şekil 4.6. Binaftil, BINOL ve BINAP bileşiklerinin gösterimi Şekil 4.7. Tenta Gel S-NH 2 ile BINAP üzerinde bulunan karboksilik asit arasındaki amit bağının oluşum reaksiyonu.111 Şekil 4.8. Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin oksit bileşiğini indirgeme reaksiyonu Şekil 4.9. L4 bileşiğinin mono ve di oksitli formlarının gösterimi..121 Şekil Fosfor tayini için standart kalibrasyon eğrisi 128 Şekil PS-PEG polimerik reçineye tek ve çift taraflı bağlanma biçimi.129 Şekil Pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde gerçekleştirilen K2 katalizörüne ait çözünürlük çalışmalarının resimleri 131 Şekil Stirenin hidrojenasyon reaksiyonu.133 Şekil Hidrojenasyon sonuçlarının % dönüşüm eğrileri Şekil K1 katalizörünün tahmini dihidrit hidrojenasyon mekanizması 135 XIII

20 SİMGELER VE KISALTMALAR Ar : aril Et : etil DMSO : Dimetilsülfoksit DMSO-d 6 : Dötero-dimetilsülfoksit CDCl 3 : Dötero-kloroform MeOD : Dötero-metanol FT-IR : Fourier Dönüşümlü Infrared Spektroskopisi 1 H NMR : Proton nükleer magnetik rezonans spektroskopisi 13 C NMR : Karbon-13 nükleer magnetik rezonans spektroskopisi 31 P NMR : Fosfor-31 nükleer magnetik rezonans spğektroskopisi 19 F-NMR : Flor-19 nükleer magnetik rezonans spektroskopisi DSC GC δ ppm μl S/C s d t m cm -1 J (Hz) Pk Tk Cp BArF FC-72 : Diferansiyel taramalı kalorimetre : Gaz kromatografisi : Kimyasal kayma : Milyonda bir birim : Mikrolitre : substrat/katalizör : singlet : doublet : triplet : multiplet : Dalga sayısı : Yarılma sabiti : Kritik asınç : Kritik sıcaklık : Kritik nokta : Tetrakis(3,5-bis(triflorometil))fenil borat : Florlu çözücü XIV

21 F-SPE TLC Rf scco 2 COD Rf (flor) Ea RMgX TON TOF Et 2 O CH 2 Cl 2 THF DMSO NMP DMF n-buli PCI 2 (NEt 2 ) HSiCI 3 Et 3 N (CF 3 SO 2 ) 2 O NiCI 2 dppe DABCO i-proh KOH EDCI HOBt C 6 F 12 C 6 F 6 : Florlu katı faz ekstraksiyonu : İnce tabaka kromatografisi : Alıkonma zamanı : Süperkritik karbondioksit : 1,5-siklooktadien : Uzun zicirli florlu grup : Aktivasyon enerjisi : Alkil magnezyum halojenür : Çevrim sayısı : Çevrim frekansı : Dietileter : Diklorometan : Tetrahidrofuran : Dimetil sülfoksit : N-metil pirollidon : Dimetil formamit : n-butillityum : Dietilfosforamidos diklorür : Trikloro silan : Trietilamin : Triflorometansülfonik anhidrit (trifilik anhidrit) : [1,2-bis(difenilfosfino)etan]dikloronikel (II) : 1,4-diazabisiklo[2.2.2]oktan : İsopropil alkol : Potasyum hidroksit :1-(3-dimetilaminopropil)-3-etilkarbodiimide hidroklorit :1-hidroksibenzotriazole hidrat : Perflorosiklohekzan : Hekzaflorobenzen XV

22 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL 1. GİRİŞ Son yıllarda enantiyoseçici reaksiyonların dizaynı konusunda modern organik ve inorganik kimyada önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Kiral bileşiklerin farmakoloji, ziraat, biyoloji ve kimya gibi bir çok alanda giderek artan bir öneme sahip olması, bu bileşiklerin hızlı bir şekilde gelişmesine yol açmıştır. Bu hızlı gelişme kiral ilaçları dünya satış piyasasında yıllık %13 lük büyüme oranına ve 2008 yılı sonunda 200 milyar dolarlık bir satış hedefine ulaştırmıştır (Stinson, 2001) yılında Dr. Ryoji Noyori, yine kendisinin sentezlediği bir kiral bileşik olan BINAP (2,2 -bis(diarilfosfino)-1,l -binaftil) ile yapmış olduğu asimetrik hidrojenasyon çalışmalarından ötürü Nobel Kimya ödülünü kazanması konunun önemini açık bir şekilde göstermektedir (Noyori, 2001). Kiral bileşiklerin son zamanlarda bu denli önem kazanması tam seçicilik ile kolay bir şekilde tepkime kontrolünü sağlamasından ileri gelmektedir. Bu türden bileşiklerin kullanıldığı asimetrik katalitik reaksiyonlar (asimetrik hidrojenasyon, asimetrik hidroformülasyon, asimetrik epoksidasyon, asimetrik 1,4-ekleme reaksiyonu vb.) saf enantiyomer bileşiklerinin sentezlenmesinde verimli, etkili ve kullanışlı bir yöntemdir. Ayrıca bu reaksiyonlarda katalizör içerisindeki kiral kaynağın katalitik miktarının ayarlanması ile kirallık artırılabilmekte ve tam seçicilik daha yüksek oranlarda sağlanabilmektedir (Dong, 2004). Çoğu ilaçların aktif molekülleri kiral bileşiklerin tek enantiyomerleridir. Bu nedenle enantiyomerlerden biri aktifken, diğer enantiyomer ise kullanışlı olmayan ya da farklı bir farmakolojik etkiye sahip olabilmekte veya toksik etki gösterebilmektedir. Böyle durumlarda farmakolojik ilacın formülasyonunda sadece aktif enantiyomerin kullanılması organizma üzerindeki metabolik yükü azaltma ve daha az doz kullanma gibi avantajlar sağlar. Ayrıca farklı farmakolojik etkiye sahip enantiyomerlerden biri bir hastalığın tedavisinde kullanılabilirken diğeri ise bir başka hastalığın tedavisinde de kullanılabilmektedir (Galindez, 2000). Bu yüzden ürünün tek izomerli olmasına yol açan organik sentezler oldukça değerlidir (Jiang, 2004). Bu amaçla kullanılan asimetrik fosfin ligantları enantiyoseçici sentezlerin gelişmesinde ve seçici kompleks oluşumunda temel rol oynamaktadır (Miessler ve Tarr, 1999). 1

23 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Tıbbi ve zirai ilaç endüstrisinde kullanılan kiral bileşiklerin sentezlenmesinde ve uygulama alanlarında temel organik metotlardan yararlanıldığı için, uzun zamandır geliştirilmiş olan reaksiyonlar organik sentezler için gerekli olan araçları bize sağlamaktadır. Bundan dolayı gerek katalizörlerin gerekse organik yapıdaki reaktan ve reaksiyon ürünlerinin organik çözücülerde çözünür karakterde olması, hem katalizörün hem de ürünün ortamdan uzaklaştırılmasını zorlaştırmaktadır. Bu durum reaksiyonları çoğunlukla seçicilik ve kontrol yönüyle eksik kılmaktadır. Ayrıca oluşan yan ürünlerin ortamdan uzaklaştırma çalışmaları ve saflaştırma işlemlerinin zorluğu istenilen ürünün veriminin azalmasına yol açmaktadır. Bu türden sorunlara çözüm amaçlı geliştirilen geleneksel saflaştırma yöntemlerinin ve materyallerinin kullanımı ise genellikle zaman alıcı, pahalı ve az etkilidir (Dong, 2004; Trost, 2003; Trost, 2001; Trost, 2000; Carey, 2000; Trost, 1991; Warren, 1982). Kiral bileşiklerin tüm üstün özelliklerine rağmen endüstriyel uygulamalarında yukarda bahsedilen sıkıntıların yanında önemli bir problemde organik çözücü problemidir. Organik sentezlerin ve uygulamaların büyük bir kısmının organik çözücüler içerisinde gerçekleştiği göz önüne alınırsa, toksik etkiler ve artan çevresel baskılar bu çözücülerin kullanımını kısıtlamaktadır. Organik çözücülerin kanserojen etkileri, yanıcı ve patlayıcı özellikleri araştırmacıları çevreyle dost yöntemler geliştirme yönünde arayışlara itmektedir. Günümüzde bu endüstriler üzerine, organik çözücüler yerine su bazlı çözücüler kullanımı yönünde büyük baskılar vardır. Fakat organik sentezlerde kullanılan katalizörlerin çoğunun sulu ortamda çözünmez karakterde olması ve bu amaçla suda çözünür katalizörler sentezlense dahi organik reaktan ve ürünlerin suda çözünmemesi diğer bir zorluk olarak karşımıza çıkmaktadır (Güzel, 1999). Hem organik çözücülerin çevresel baskılara karşılık kullanımlarının azaltılması hem de ürün verimliliğinin ve seçiciliğinin artışının sağlanması daha uygun reaksiyon yöntemleri geliştirmeyi zorunlu kılmıştır. Son zamanlarda enantiyoseçici sentezlerin gerçekleştirilmesinde ve kiral katalizörün yapısına yönelik çalışmalarda alternatif reaksiyon ortamı olarak, süperkritik akışkanlar (scco 2 ), iyonik sıvılar, florlu sıvılar ve sıvı çift fazlı sistemler kullanımlarına ilişkin ciddi 2

24 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL çalışmalara rastlamak mümkündür (Abraham, 2003; Dupont, 2002; Jessop, 1999a; Horvath, 1994). Ancak bu çalışmaların tamamında karşılaşılan ortak güçlük mevcut ligandların organik çözücülere göre dizayn edilmeleri nedeniyle bu ortamlarda çözünmemesi olarak karşımıza çıkmaktadır (Güzel, 2001). Süperkritik akışkanları diğer reaksiyon ortamlarına göre avantajlı kılan bir çok özelliği bulunmaktadır. Bu özellikler, yoğunluk, viskozite, difüzlenme gibi parametrelerin basınç ve sıcaklıkta yapılacak küçük değişikliklerle büyük ölçüde değişebilmesine olanak sağlamasıdır. Ayrıca yaygın olarak kullanılan organik çözücülerin seçicilik üzerine gösterdiği birçok olumsuz etkiyi ortadan kaldırmaktadır. scco 2 reaksiyon ortamında inert, toksik etki göstermeyen, ucuz, kolay temin edilebilir ve çevresel olarak kabul edilebilir özelliklerdedir. Bunlara ilaveten scco 2 in yanıcı olmaması reaksiyonlarda güvenlik açısından önemli bir avantajdır (Francio-2001, Bonafoux-2001, Kainz-1997). Asimetrik katalitik reaksiyonlarda kullanılan mevcut homojen katalizörlerin çoğu organik çözücüler esas alınarak dizayn edildiği için scco 2 de çözünürlüklerinin oldukça düşük olduğu ve katalizör etkinliğinin ise az olduğu literatürden bilinmektedir. Çözünürlük konusunda yapılan araştırmalar, sübstitüye flor içeren homojen katalizörlerin, içermeyenlere nazaran scco 2 de daha fazla çözündüğünü göstermektedir (Wagner ve ark. 2000). Bundan dolayı da scco 2 in asimetrik katalitik reaksiyonlarda endüstride uygulanabilir hale gelebilmesi için öncelikli olarak bu alanda kullanılan kiral ligantların ve katalizörlerin sübstitüye flor ile modifiye edilerek scco 2 de çözünür nitelikte olmasını sağlamak gerekir. Son zamanlarda bu alandaki çalışmaların hız kazanmasına rağmen, asimetrik hidrojenasyon çalışmalarında etkin bir şekilde kullanılan BINAP ligandının sübstitüye flor ile modifiye edilerek scco 2 içerisinde asimetrik reaksiyonlarda kullanılmasıyla ilgili literatürde yeterli çalışma bulunmamaktadır. Mevcut çalışmalar ise bu konuda ki boşluğu dolduramamaktadır. Şüphesiz ki, BINAP ve türevi ligantların florlanmış analogları gelecekte scco 2 içerisinde asimetrik hidrojenasyon çalışmalarında ciddi katkılar sağlayacaktır. Endüstride enantiyoseçici katalitik uygulamaları sınırlandıran bir diğer konuda pahalı olan kiral katalizörlerin reaksiyon karışımından ayrılması ve geri 3

25 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL kazanımıyla ilgili problemlerdir (Dong, 2004). Homojen metal kompleks katalizörlerde, katalizörün reaksiyon ürünlerinden ayrılması ve yeniden kullanılması endüstride önemli bir sorundur. Temelde endüstri uygulamalarında var olan çözücü problemi scco 2 kullanımı ile aşılması düşünülse de katalizörün geri kazanımı sorunu bu sistem içinde de devam etmektedir. Çünkü scco 2 in çözücü olduğu reaksiyon sonlandırıldığında çözücü faktörü ortamdan uzaklaştırılmış olsa dahi katalizör ile reaksiyon ürünleri aynı ortamda kalmaktadır. Bu da ilave saflaştırma işlemi ve ek maliyet demektir. Üstelik bu türden saflaştırma işlemlerinde katalizörde ciddi kayıplar olmaktadır. Bu engelin aşılmasında alternatif olarak izlenebilecek önemli yollardan biri ise katı desteğe (polimere yada silikaya) sabitleştirilmiş heterojen katalizörlerdir. Heterojen katalizörler, homojen katalizörlere göre daha uzun ömürlü olup, geri üretimi daha kolaydır. Literatürlerde kiral ligantların katı desteğe tutturulmuş hallerine rastlamak mümkün olsa da süperkritik akışkan ortamında asimetrik etkinliğini gösterebilme özelliği olan heterojen katalizörlere rastlamak pek mümkün değildir. Oldukça kısır olan bu alanda yapılacak olan çalışmalar endüstride kiral ligand ve katalizörlerin kullanımını ciddi şekilde yaygınlaştıracaktır Homojen ve Heterojen Katalizör Sistemleri Homojen Katalizör Sistemleri Homojen kataliz sisteminde kullanılan katalizörler moleküler yapıdadırlar. Reaktantlar katalizöre koordine olup çeşitli basamaklardan geçerek katalizörden ayrılır ve ürüne dönüşürler. Homojen katalizlemede katalizörlere bağlanan ligandların modifikasyonu ile seçicilik özellikleri arttırılabilir veya istenilen farklı özellikler kazandırılabilir. Bu amaçla çok sayıda ligand sentezlenmiştir (Shriver ve Atkins, 1999). Homojen kataliz reaksiyonlarında, reaktant ve katalizörün her ikisi de aynı fazda bulunur. Homojen katalizleme, daha uygun reaksiyon ortamlarında gerçekleşmesi ve seçiciliğin yüksek olması gibi avantajlarının yanında, pahalı 4

26 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL katalizörlerin geri kazanım zorluğu vardır. Homojen katalizörlerin çoğu termal olarak hassas maddelerdir. Genellikle 150 o C nin üzerinde bozunurlar. Ürünleri katalizörden ayırmak için uygulanan indirgenmiş basınçta distilasyon işlemi pahalı katalizörlerin bozunmasına neden olduğu için ayırma problemine çözüm olamamaktadır. Kromatografi ve ekstraksiyon gibi ayırma metotları katalizörün geri kazanımı sırasında kaybına neden olduğu için fazla tercih edilmemektedir. Ürünlerin reaktantlardan ayrılma güçlüğü ve genellikle toksik etkiye sahip organik çözücülerin kullanılması, homojen katalizin diğer dezavantajlarındandır. Bunun yanında homojen katalizlemede katalizörlerin aktivitesinin ve seçiciliğin yüksek olması önemli bir avantajdır (Spessard ve Miessler, 1997; Crabtree, 1990; Miessler ve Tarr, 1999) Heterojen Katalizör Sistemleri Heterojen katalizleme, reaktör konfigürasyonundaki ve katalizörün geri kazanımındaki kolaylıktan dolayı sanayide kimyasal madde sentezlenmesinde tercih edilen yöntemlerden bir tanesidir. Heterojen kataliz sisteminde, reaktant veya substratlar katalizörün yüzeyine geçici olarak adsorbe olmaktadır. Heterojen katalizlemede katalizör reaktantlardan farklı bir fazda bulunur ve bu sayede reaksiyon sonunda kolaylıkla ayrılabilir. Ancak heterojen katalizörlerde yaşanan çözünürlük problemleri, reaksiyon koşullarının oldukça zor olması (yüksek sıcaklık ve basınç gibi) ve katalizörün seçiciliğinin düşük olması önemli dezavantajlarındandır (Petrucci, ve Harwood, 1995; Spessard ve Miessler, 1997; Crabtree, 1990). Heterojen katalizörlerin çoğu metaller, metal oksitleri ve asitlerdir. Metal katalizör olarak Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Cr, Mn, Ag ve Cu metalleri kullanılmaktadır. Metalik katalizörlerin çoğunun d orbitalleri kısmen boş olduğundan tepkimeye giren maddeleri kolaylıkla adsorplayabilmektedirler. En çok kullanılan metal oksit katalizörleri Al 2 O 3, Cr 2 O 3, V 2 O 5, ZnO, NiO ve Fe 2 O 3, asit katalizörleri ise H 3 PO 4 ve H 2 SO 4 bileşikleridir. Çizelge 1.1 de homojen ve heterojen katalizin genel anlamda kıyaslaması verilmiştir. 5

27 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Çizelge 1.1. Homojen ve heterojen katalizin kıyaslanması Özellikler Homojen Kataliz Heterojen Kataliz Aktivite Yüksek Değişken Seçicilik Yüksek Değişken Reaksiyon koşulları Ilımlı Zor Katalizör ömrü Değişken Uzun Kararlılık Kararsız olabilir Çok kararlı Difüzyon problemleri Yok Önemli olabilir Katalizörün geri kazanımı Zor Kolay Çözücü sınırlaması Yok Var 1.2. Kiral Fosfin Ligantlar Ligantların elektronik ve sterik özellikleri asimetrik reaksiyonların enantiyoseçiciliğini ve reaktivitesini etkileyen en belirgin faktörlerdir. BINAP (Noyori, 1990), DuPhos (Burk, 1990; Burk; 1991), DIOP (Kagan, 1972) ve DIPAMP (Knowles, 1983) gibi çok sayıda kiral fosfin ligand son 30 yılda geliştirilmiş olmasına rağmen birkaç güçlü kiral ligandı tek ya da birlikte kullanarak asimetrik sentezlerin problemlerinin tümünü çözmek imkansız hale gelmiştir. Çünkü katalitik sistemlerde arzulanan enantiyoseçiciliği ve reaktiviteyi elde etmek için her reaksiyon özel gereksinimlere ihtiyaç duymaktadır. Yeni kiral ligantların sentezlenmesi ve dizaynı asimetrik katalizin gelecekteki gelişimi için zorunlu hale gelmiştir. Çoğu katalitik proseslerin karmaşıklığı ve mekanizmaların anlaşılmazlığı kiral ligantların gelişmesini yüksek oranda deneysel çalışmalara bağlı kılmıştır. Yeni kiral ligantlar oluşturulurken bazı genel kurallara dikkat etmek gerekir. İlk olarak, ligand hem kendi etrafında hem de tam ayırmada stereojenik merkez oluşumunu sağlayan metal merkezi etrafında ideal sterik çevre oluşturmalıdır. İkincisi, yeni ligantlar enantiyoseçicilik ve reaktivitedeki elektron gereksinimini karşılamalıdır. Üçüncüsü ise, yeni ligand endüstriyel anlamda kolay ulaşılabilir olmalıdır (Xiao, 2000). Mevcut sentezlenmiş olan kiral fosfin ligantlar, ana hatlarıyla aşağıda verildiği şekilde gruplandırılabilir (Ojima, 2000). 6

28 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL 1. C 2 simetrisinde - kiral difosfin ligantlar 2. C 2 simetrisinde olmayan - kiral difosfin ligantlar 3. Amido ve amino fosfin ligantlar 4. Katı destekli fosfin ligantlar Şekil 1.1. C 2 - simetrili fosfin ligantların gösterimi Şekil 1.2. C 2 - simetrili olmayan fosfin ligantların gösterimi 7

29 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Şekil 1.3. Amido ve amino fosfin ligantların gösterimi Şekil 1.4. Katı destekli fosfin ligantların gösterimi 8

30 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL 1.3. Kiral BINAP Ligandı Binaftol halkasının 2,2 pozisyonuna bağlı bisdifenilfosfin bileşiğinden ibarettir. İlk kez Dr. Ryoji Noyori tarafından 1980 yılında keşfedilmiştir (Miyashita, 1980) ve Dr. Ryoji Noyori 2001 yılında BINAP ile yapmış olduğu asimetrik hidrojenasyon çalışmalarından dolayı Nobel Kimya ödülünü kazanmıştır. BINAP la ilgili 750 den fazla yayın, 250 ye yakın patent ve birkaç derleme yayımlanmıştır (Berthod, 2005). Şekil 1.5. BINAP ın gösterimi BINAP ın çok çeşitli geçiş metalleri ile kompleksleri oluşturulmuş olup bu komplekslerle çeşitli enantiyoseçici asimetrik ve organik reaksiyonlar gerçekleştirilmiştir (Noyori, 1990a; Noyori, 1990b; McCarthy, 2001). Bu reaksiyonlar; Doymamış bileşiklerin hidrojenasyonu, hidrosilasyonu, hidroborasyonu, Allilik alkollerin epoksidasyonu, Visinal hidroksilasyon, Hidrovinilasyon, Hidroformülasyon, Siklopropanasyon, Olefinlerin izomerizasyonu, Propilen polimerizasyonu, Aldehitlere organometalik eklenme, Allilik alkilasyon ve aldol türü reaksiyonlar, Organik halojen-organometalik coupling 9

31 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL BINAP ın rutenyum, rodyum, paladyum, iridyum gibi metaller ile oluşturduğu kararlı kompleksler ile bir çok substratın hidrojenasyonunda yüksek verim ve ee (enantiyomerik aşırılık) oranı elde edilmiştir (McCarthy, 2001). Şekil 1.6. da aminoasitlerin içindeki enamidlerin enantiyoseçici indirgenme reaksiyonu görülmektedir. Ru-BINAP kompleksi ile enamidlerin asimetrik hidrojenasyonunda %100 seçicilik göstermiştir. Oysa aynı hidrojenasyon reaksiyonu kiral fosfin ligandı DIOP ile yapıldığında %85 seçicilik gösterdiği tespit edilmiştir (Ojima, 2000). Şekil 1.6. Ru-BINAP kompleksi ile enamidlerin asimetrik hidrojenasyon reaksiyonunun gösterimi BINAP birçok endüstriyel üretimde de kullanılmaktadır. Bunlardan en önemlisi (-)-Menthol üretimidir. Takasago International Corporation şirketi yalnız başına yılda 1500 ton (-)-Menthol üretmektedir. Şekil 1.7. de görüldüğü gibi bu tepkime zincirinde Rh-BINAP kullanılarak katalitik asimetrik izomerleşme reaksiyonun önemli bir parçasını oluşturur (Noyori, 1990b). Şekil 1.7. (-)-Menthol üretim reaksiyon şemasının gösterimi 10

32 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Endüstriyel üretim içerisinde BINAP ın önemli bir diğer kullanımı asetofenon bileşiğinin asimetrik hidrojenasyonudur. 3 miligramdan daha az katalizör kullanılarak %100 ee ile 600 gram (S)-feniletanol üretilmektedir (Noyori, 2001). Şekil 1.8. Asetofenon bileşiğinin asimetrik hidrojenasyonun gösterimi BINAP farmokolojide önemli bir kullanıma sahiptir. Örneğin kiral ilaçlardan Levofloxacin (antibakteriyel) (Montanani, 1999), Naproxen TM (iltihap kurutucu) (Noyori, 1990a) ve Thalidomide (sakinleştirici, mide bulantısı giderici) asimetrik hidrojenasyon reaksiyonu ile üretimlerinde BINAP yüksek seçicilik göstermektedir (Noyori, 1994). S-Naproxen iltihap kurutucu iken R-Naproksen ise karaciğer toksinidir. Bu farklılık sadece metil-asit pozisyonlarından ileri gelmektedir (Blaschke, 1979). H CH 3 C COOH MeO H 3 CO COOH % 0.5 Ru(OCOCH 3 ) 2 /(S)-BINAP 135 atm H 2,CH 3 OH %100 ürün, % 97 ee S-Naproksen H C COOH CH 3 MeO R-Naproksen Şekil 1.9. Naproxen bileşiğinin üretim reaksiyonun gösterimi Özellikle Thalidomide 1950 li yılarda hamile bayanlara sakinleştirici ve mide bulantısını giderici olarak verilmekteydi. Sonradan yapılan araştırmalarda Thalidomide nin (S) enantiyomeri (S-teratogene) doğum sonrası çocuğun kemik gelişiminde olumsuz bir etki gösterdiği tespit edilmiştir. 11

33 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL BINAP sayesinde bu olumsuz etkiyi gösteren (S) enantiyomeri diğer enantiyomerden ayrılmıştır (Blaschke, 1979). Şekil Thalidomide bileşiğinin (R) ve (S) formlarının gösterimi BINAP Ligandının Sentezi Noyori nin 1980 yılında kiral BINAP ı keşfinden bu yana endüstriyel olarak üretiminde ana hatlarıyla 5 farklı yol geliştirilmiştir (Berthod, 2005). Bunlar; 1. Noyori/Takasago Yöntemi - ( ) 2. Cai/Merck Inc. Yöntemi - (1994) 3. Laneman/Monsanto Yöntemi - (1997) 4. Takasago Yöntemi - (1997) 5. Merck Gmbh Yöntemi - (1999) Noyori/Takasago Yöntemi BINAP ın (R) ve (S) formunun endüstriyel üretimini de ilk defa Noyori ve grubu geliştirmiş ve 1984 yılında Takasago şirketi patentini alarak üretimine başlamıştır. Bu yöntemde reaksiyon Binaftol bileşiğinin bromlanmasıyla başlayıp, bis-(fosfinoksit) bileşiğinin Grignard reaksiyonu sonucu yapıya bağlanmasıyla devam eder. Reksiyon rasemik karışımla başlatılmış ve indirgeme basamağından önce 2,3-di-O-benzoyltartaric acid ile fraksiyonlu kristallendirme ile optikçe saf izomerler elde edilmiştir (Takasago, 1984; Takaya, 1986). 12

34 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Şekil Noyori/Takasago yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi Cai/Merck Inc.Yöntemi BINAP ın (R) ve (S) formunun endüstriyel olarak oldukça uygun materyaller kullanarak ilk kısa sentetik yolu geliştirmişlerdir. Merck Inc. tarafından patenti alınan bu yöntem de ilk basamak, BINOL bileşiğinin (R) yada (S) formunu bazik ortamda trifilik anhidrit ile esterleşme reaksiyonu sonucu binol ditriflat elde edilmesidir. Daha sonra nikel katalizörü eşliğinde difenil fosfin bileşiğinin crosscoupling reaksiyonu sonucunda BINAP elde edilir. Difenilfosfin in fazlası aktif katalizör Ni +2 bileşiğini Ni (0) indirger. İki basamakta gerçekleşen bu reaksiyon aynı zamanda BINAP ın mevcut sentez yöntemleri içerisinde en yüksek verimde olandır. Bütün bunlar ticari açıdan avantaj sağlarken coupling basamağında iki önemli dezavantajı bildirilmiştir. Bunlar difenilfosfin bileşiği tehlikeli, çabuk yanıcı ve toksik etki göstermekte ve pis kokması ile adı çıkmış bileşiktir. Diğer dezavantajı ise coupling basamağının 72 saat sürmesidir. Bu durum tepkimenin gerçekleştiği reaktörün etkisini azaltmaktadır. 13

35 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Şekil Cai/Merck Inc. yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi Laneman/Monsanto Yöntemi Monsanto yöntemi olarak bilinen 3. yöntemde çinko metali aktif nikel katalizörünü Ni (0) indirger. Difenilfosfinklorür bileşiği kiral binol ditriflat ile çinkonun fazlasının bulunduğu ortamda tepkimeye girerek arzulanılan BINAP ürününü verir. Bu yöntemin avantajı ise basit tedbirler uygulayarak bir fabrika ortamında rahatlıkla üretiminin yapılabilmesidir. Ayrıca reaksiyon süresinin Merck yöntemine göre daha kısa (19 saat) ve güvenli olması diğer avantajı sayılırken reaksiyon veriminin düşüklüğü dezavantaj olarak literatürde geçmektedir (Laneman, 1997). OH Piridin OTf Ph 2 PCl PPh 2 OH OTf 2 OTf NiCl 2, dppe, Zn, DMF PPh 2 %99 %50-70 Şekil Laneman/Monsanto yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi 14

36 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Takasago Yöntemi Bu yöntem endüstride BINAP üretimi için doğrudan kullanılmamakla beraber daha çok modifiye BINAP üretimlerinde ara basamaklarda kullanılmaktadır. Çünkü bu yöntemde oluşturulmak istenen BINAP türevleri simetrik değildir (Sayo, 1997). Şekil Takasago yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi Merck Gmbh Yöntemi Bu yöntem Laneman/Monsanto yönteminin varyasyonudur. Tek fark ise, Laneman/Monsanto yönteminde kullanılanın aksine uzun zincirli triflat grubu kullanmış olmaları ve ortama DABCO eklemiş olmalarıdır (Merck Darmstadt., 1999). Şekil Merck Gmbh yöntemiyle BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının endüstriyel üretimi 15

37 : 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL BINAP ın Yapısal Özellikleri BINAP, aksial dissimetrik yapıda olup yansıma düzlemi ve yansıma merkezi bulunmaz. Bu da onu kiral bir bileşik yapar. Asimetrik olması kiralliğe neden olur. Yeni bir kiral ligandın dizaynında en genel kural enantiyoseçicilik için ideal sterik çevre ligandın kendisi tarafından sağlanmasıdır. BINAP, üzerindeki diarilfosfinler tarafından üstün bir sterik etki oluşturur. Kimyasal kararlılık ve bağlanan metale polarlanabilirlik sağlar. Ayrıca metal komplekslerin lewis asitliğini artırır. Bir aromatik fosfin ligandı olan BINAP, alifatik fosfin ligantlardan daha yüksek kimyasal kararlılığa sahiptir. Bu yüzden asimetrik kataliz için en kullanılışlı ligantlardan biri olmuştur (Noyori, 1990; McCarthy, 2001). Şekil da verilen BINAP ın elektronik özellikleri incelendiğinde; üstün özellikleri daha da belirgin ortaya çıkmaktadır. Bu ligandın kararlı kompleksler oluşturmasının nedeni muhtemelen hem π-alıcı hem de ϭ-verici olarak davranabilmesi ve metalin dolu d orbitalleri ile halkanın boş π * orbitallerinin örtüşmesi sonucu π (pi) bağı oluşturabilme yeteneği olabilir. Şekil BINAP ın elektronik özelliklerinin gösterimi 16

38 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL BINAP ın yapısında yer alan fosfor atomlarının dolu sp 3 hibrit orbitali ile metalin uygun simetrideki boş s orbitali arasında ϭ (sigma) etkileşimi olabilmektedir. Bu etkileşimde fosfor atomlarından metale e - akışı gerçekleşir. Bu durumda ise metal lewis asidi gibi, fosfor atomları ise lewis bazı gibi davranır. Ayrıca fosforun metal-ligand bağ eksenine göre π (pi) simetrisindeki boş d orbitalleri ile metalin uygun simetrideki dolu d orbitalleri arasında π (pi) etkileşimi gerçekleşerek metalligand arasında bir geri bağlanma söz konusu olabilir. Bu geri bağlanma metal-ligand bağını güçlendirirken aynı zamanda elektronların metalden liganda doğru akmasını ve metalin d orbitallerinin boşalmasını sağlar. Lewis asitliği artan metal, π (pi) bazik karaktere bürünürken, fosfor atomları ise tam tersi π (pi) asidik karaktere bürünür. Bütün bunlara ek olarak ligantta bulunan gerek fenil gerekse binaftil halkalarının delokolizasyonu BINAP ligandına ayrı bir kararlılık kazandırır (Noyori, 1990; Berthod, 2005; Shimizu, 2005). C 2 simetrisi katalizör-substrat miktar oranını azaltma avantajından dolayı ligand dizaynı ve sentezinde geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Bundan dolayı C 2 simetrisine sahip olan BINAP ın yapısında yer alan binaftil iskeleti üstün kiralite özelliğine sahiptir ve bir çift enantiyomerlik gösterir (Noyori, 1990). P P P C2 C2 P (R)-BINAP Ayna Düzlemi (S)-BINAP Şekil BINAP ın (R) ve (S) enantiyomerlerinin gösterimi 17

39 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL BINAP, atropisomerizm göstermesine rağmen ligandının konformasyonu esnektir ve bükülme gerginliğinde artış olmadan binaftil iskeletinin C(1)-C(1') ekseni üzerinde dönüş mukavemeti artmaz. Bundan dolayı C(2 yada 2')-P bağlarının gerçekleşmesi ve geçiş metallerinin geniş bir çeşidinin fosfor atomlarına koordine olması sağlanır (Noyori, 1990). Ayrıca bu konformasyon esnekliği yapıya bağlı olan diarilfosfin bileşiğinin elektronik özelliklerini kontrolünü kolaylaştırır (Shimizu, 2005) P P M P P Şekil BINAP ın atropisomerizm gösterimi X-ray çalışmaları ayrıca BINAP ile oluşturulan komplekslerin bir çok yapısal özelliklerini ortaya koymuştur (Noyori, 1985). 1. Yedi üyeli şelat bir metalin merkezine her iki fosfin atomunun koordine olması ile oluşur. 2. Fosfora bağlı dört fenil grubu karşılıklı kenarlara düzenlenir. Bu fenil gruplarından ikisi aksial diğer ikisi ise ekvatoryel düzendedir (Şekil 1.19). 3. Aksial fenil halkaları binaftil halkasına paralel iken ekvatoryel fenil grupları seçicilik ürününe göre düzenlenir. Şekil Geçiş metal kompleksinin koordisyon bölgelerinde binaftil ve fenil halkaları tarafından kiral çevrenin oluşumu (Noyori, 1996) 18

40 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL BINAP Ligandının Modifiye Edilmesi BINAP ın modifiye edilmesinde modifiye edilecek bölgenin özellikleri ön plana çıkmaktadır. BINAP ın aktivitesi ve seçiciliği üzerine çalışma yapılacaksa modifiye işleminde öncelik fosfor atomlarına bağlı fenil gruplarıdır. Eğer kolay ayırma ve katalizörün geri kazanımına yönelik çalışma yapılacaksa o zaman modifiye işleminde öncelik binaftil halkasıdır (Berthod, 2005). Modifiye BINAP P P Fosfor Atomlarına Bağlı Fenil Gruplarının Binaftil Halkasının Aktivite Seçicilik Kolay Ayırma Katalizörü Geri Kazanma Şekil BINAP ın modifiye edilmesindeki önceliklerin gösterimi Fosfor Atomlarına Bağlı Fenil Gruplarının Modifikasyonu Fosfor atomlarına bağlı fenil gruplarının modifikasyonu seçicilik ve aktivite artırmak amaçlı olmasından dolayı yapıdaki fosfor atomlarının elektronik özellikleri üzerine yoğunlaşmıştır. Bu elektronik özellikler, fosfor atomunun elektronik etkilerinden (σ-bazik yada π-asidik karakter, π-alıcı yada σ-verici özellikler), fosfora bağlı fenil gruplarının sterik engelinden ve fosfor atomlarının metalle oluşturduğu dihedral açıdan oluşur. Fosfor atomunun elektronik etkilerini incelemek için fosfin ligantların bu konudaki yapısal özelliklerine bakmak gerekir. Fosfin ligandlar içerisinde tersiyer fosfinler (PR 3 ) önemli bir yer teşkil eder. Fosfinler de NH 3 le benzer şekilde, merkez 19

41 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL atomu üzerinde metale bağlanabileceği bir çift elektron içerir. Fakat buna rağmen NH 3 e benzemeyen yönü ise alkil fosfinler, π bağı içeren zayıf asitlerdir. PF 3 ün asitliği ise, CO ile hemen hemen aynı büyüklükte olup bu gruplar içerisinde en fazladır. Şekil 1.21 de görüleceği gibi, P-R bağının σ * orbitalleri fosfin ligandının metal kompleksi için de alıcı rolü oynar. Bu yüzden daha elektronegatif olan atom, fosfora bağlanmıştır ve P-X bağının boş σ * orbitali de daha düşük enerjili olana ve daha erişilebilir olana hareket eder. Buna göre PF 3, florların yüksek elektronegatifliği sonucu, en zayıf verici ve en kuvvetli alıcıdır. Buna karşılık PMe 3 en kuvvetli verici, en zayıf alıcıdır. (Crabtree, 1990). σ * (P-C) M M(dπ) R P R R P-R(σ * ) P σ * (P-N) σ * (P-O) σ * (P-F) C N O F Şekil Fosfor bileşiğinin metalle ve diğer gruplarla yaptığı σ * gösterimi (Crabtree, 1990) bağlarının Fosfor atomlarına bağlı fenil gruplarının üzerinde elektronegatif grupların etkisi arttıkça fosfin ligandının ϭ-verici özelliği azalır (Şekil 1.22). Aynı zamanda fosfor atomunun π-alıcı enerjisi düşer ve bununla birlikte geri bağ yapabilme kabiliyeti artar. Bundan dolayı modifiye grubuna göre fosfinler ϭ-verici ve π-alıcı özellikleri bakımından değişiklik gösterebilir. Bu da metal-fosfin kompleksinde metal merkezinin elektronik özelliklerinin değişimi demektir (Crabtree, 1990). PMe 3 <PPh 3 <P(OMe) 3 <P(OPh) 3 <P(NR 2 ) 3 <PCI 3 <CO PF 3 artan π-asitliği artan ϭ-vericiliği Şekil Fosfinlerin π-alıcı ve σ-verici özelliklerinin gösterimi (Crabtree, 1990) 20

42 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Fosfin ligandları, fosfor atomları üzerindeki ortaklaşmamış elektron çiftlerini geçiş metallerine verebilen nötral yapıda ligantlardır. Tersiyer fosfin ligantlarda fosfor atomu, metal-ligand bağ eksenine göre π simetrisinde d orbitallerine sahiptir. Yüksek enerjili ve boş olan bu d orbitalleri ile metalin uygun simetrideki d orbitalleri arasında π etkileşimi olabilir. Şekil 1.23 de görüldüğü gibi fosforun sp 3 hibrit orbitali ile metalin uygun simetrideki boş d veya p orbitalleri arasında ϭ etkileşimi gerçekleşebilir. Bu etkileşimde fosfordan metale elektron aktarılmaktadır. Fosforun metal-ligand bağ eksenine göre π simetrisindeki boş d orbitalleri ile metalin uygun simetrideki dolu d orbitalleri arasında ise π etkileşimi olabilir. Bu etkileşim sonucunda da elektronlar metalden liganda akar. Bu geri bağlanma sayesinde metalligand bağı kuvvetlenir. Tersiyer fosfinler içerisinde triaril fosfinler, trialkil fosfinlerden daha kararlı bileşiklerdir. Bunun nedeni, fosfor üzerindeki elektron yoğunluğunun π etkileşimiyle aromatik halkalara yayılmasıdır (Tunalı ve Özkar, 2005). Şekil Metal PR 3 arasında sigma bağı ve pi-geri bağının molekül orbital şeması ile gösterimi Fosfin ligandlarını mükemmel kılan önemli özelliklerinden bir tanesi de sterik etkilerinin kolayca kontrol edilebilmesi sayesinde metalin katalitik aktifliğinin de kontrolünün mümkün olabilmesidir. Büyük hacimli fosfin ligandları, seçici kompleks oluşumunda önemli rol oynar. Örneğin, rodyumla yaptığı komplekslerde, 21

43 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL rodyumun koordinasyonunu sınırlayarak, sterik engeli en az olan alkenlerin bağlanmasını sağlar. Büyük hacimli fosfinlerin bu özelliğinden dolayı, birkaç çift bağ içeren moleküllerde, en az engellenmiş olan çift bağlar indirgenir. Çok engellenmiş olan konumlar rodyuma etkin biçimde bağlanamazlar. Bundan dolayı hızlı tepkime vermezler (Miessler ve Tarr, 1999). Bir başka deyişle, bir diendeki iki çift bağdan biri sterik bakımdan daha az engelli ise, bu bağ seçici olarak indirgenebilir. Örneğin, [(C 6 H 5 ) 3 P] 3 RhCl gibi metal kompleksleri, sterik engeli olmayan çift bağları seçici olarak indirgerler (Fessenden ve Fessenden, 1990). Etkili bir enantiyoseçici ligand dar dihedral açıya sahip olandır. Bu nedenle BINAP ın dihedral açısını azaltacak modifikasyonlar onun seçiciliğini artırır. Örneğin fosfor atomlarına bağlı fenil gruplarının sterik engelini artırmak dihedral açıyı azaltmaktadır (Şekil 1.24). Şekil BINAP ın dihadral açısının gösterimi BINAP ın farklı metallerle (Ru, Rh, Pd) oluşturduğu kompleksler için farklı dihedral açı gösterdiği X-ray yapılarıyla ortaya konmuştur. Örneğin BINAP-Rh kompleksindeki dihedral açı; iken BINAP-Ru için dür (Ohta, 1988; Tani, 1985; Ozawa, 1993; Mashima, 1989). Dihedral açı küçüldükçe seçicilik arttığı için metal olarak rutenyumu bu yönüyle diğerlerine göre daha avantajlı kılmaktadır. Şekil 1.25 de gösterilen benzer elektronik özellik gösteren BINAP, MeO-BIPHEP, SYNPHOS, ve SEGPHOS ligantlarıyla rutenyum katalizli hidrojenasyonunda aynı reaksiyon koşullarında ve aynı substrat kullanıldığında farklı seçicilik ve dihedral açıları elde edilmiştir (Dubrat, 2003). 22

44 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Şekil BINAP, MeO-BIPHEP, SYNPHOS ve SEGPHOS ligantlarının etil trifloroasetat ın rutenyum katalizli hidrojenasyon çalışmalarını dihedral açıya bağlı olarak sterik ve elektronik skala üzerinde karşılaştırılması Yukarıda verilen bilgiler ışığında BINAP ligandında bulunan fosfor atomlarına bağlı fenil halkalarının modifikasyonu için genellikle aşağıda verilen gruplar kullanılmaktadır. Bunlar; Alkil grupları (Metil, Etil ve Bütil Grupları) Perfloroalkil Grupları Metoksi ve Etoksi Grupları Halojenleme ve Halojen Grupları Fenil ve Binaftil Grupları Sülfonik Asit Türevleri Heterosiklik ve Alifatik Gruplar 23

45 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Binaftil Halkasının Modifikasyonu Binaftil gruplarının modifikasyonu ayırma işlemlerini kolaylaştırma ve katalizörün geri kazanımı üzerine şekillenmiştir. Çünkü geniş konjuge olmuş naftil halkaları substituentin elektronik etkisine daha az duyarlıdır. Ayrıca naftil gruplarının modifikasyonu iki ana strateji ile yapılabilmektedir. 1. Başlangıç materyali BINAP ile başlama 2. Başlangıç materyali Binaftol ile başlama Şekil BINAP ın modifiye edilmesinde başlangıç materyallerinin gösterimi Şekil 1.26 da görüldüğü gibi naftil halkalarının modifikasyonunda başlangıç materyali olarak BINAP ile başlandığında BINAP ın oksitlenmiş hali BINAPO çıkış maddesi olarak kullanılır. İstenilen modifikasyon yapıldıktan sonra tekrar BINAP a indirgenir. Başlangıç materyali olarak Binaftol ile başlanıldığında ise 2,2 pozisyonda bulunan -OH grupları çeşitli koruyucularla korunarak modifikasyon gerçekleştirilir. Daha sonra bu koruyucu grup yapıdan uzaklaştırılır. 24

46 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Modifikasyon Pozisyonları; 3,3 -Pozisyonu: Fosfor gruplarının güçlü orto yönlendirici etkisi sayesinde oluşan katalitik bölgedeki sterik engel ile fosfor atomlarının üzerindeki elektron yoğunluğu bu pozisyona takılacak olan grubu belirler. Bu gruplar metil, fenil, lityum ve halojeniyot olabilmektedir (Berthod, 2005). 4,4 -Pozisyonu: Elektrofilik substitutiona müsaade eder. Fosfonik asit, amino ve poliflorlu gruplar bu pozisyona takılabilmektedir. 5,5 -Pozisyonu: Nitro, amino, sülfo, halojen, polimeric ve dallantı BINAP ile perfloro olmak üzere çok farklı çeşitte grup takılabilmektedir. 6,6 -Pozisyonu: 4,4 ve 5,5 pozisyonları gibi doğrudan elektrofilik substitution olanak vermez. Yine de çalışmaların en yoğun olduğu pozisyondur. Çünkü BINAP oluşumu için çıkış maddesi Binol de bu pozisyonun modifiye edilmesinde çok reaktiftirdir. Friedel-Crafts açilasyon ve bromlama tepkimeleri kolaylık gerçekleştirir. BINAP oluşumu için fosfin grubu daha sonradan takılır. 7,7 -Pozisyonu: Dihidral açı ve ligand özellikleri modifikasyonu güç duruma düşürmektedir. H 5 H 4 H 6 H 3 H 7 OH OH Şekil Binaftol halkasındaki modifikasyon pozisyonlarının gösterimi Binaftil halkasının modifikasyon için genellikle aşağıda verilen gruplar kullanılmaktadır. Bunlar; Halojenleme Alkilleme Perflorlama 25

47 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Katı destek (immobilization) ve Silil Türevleri Polimerleşme (Poliester, PEG, dentritik ve polimerik bifonksiyon türevleri) Fosfonik Asit Türevlerini ekleme (Fosfonat ve fosfit türevleri) Amino Metil Türevleri ekleme (Nitrilleme, amin grubu ekleme) Sülfolama (Sülfonik asit türevleri) Suda çözünebilen amonyum tuzları Metoksi Grupları ekleme BINAP ın Florlu Gruplarla Modifikasyonu BINAP ın asimetrik katalizlemedeki üstün özellikleri bulunmasına rağmen scco 2 alanında kullanılması yönünde henüz çok fazla çalışma yapılmamıştır. Son on yıl içinde scco 2 kullanımına non-toksik ve çevresel olması bakımından metal katalizli proseslerde kullanımına yoğun ilgi olmuş ve asimetrik ortamlar için alternatif bir çözücü ortamı haline dönüşmüştür. Fakat yapılan çalışmalarda katalizörün çözünürlüğünün ciddi bir problem oluşturduğu görülmektedir. Bu sorunu aşmak için katalizörlerin florlanarak scco 2 içinde çözünürlüğünün artırılması hedeflenmiştir (Güzel, 2001; Jessop, 1999a; Jessop, 1999b; Xiao, 1996). BINAP ın florlanmasında ise çok fazla bir seçenek bulunmayıp, yukarıda belirtilmiş olan modifikasyon yöntemleri aynen geçerlidir. BINAP ın florlanması ve scco 2 içinde kullanılması bu alandaki çalışmalar içinde halen ciddi bir boşluk oluşturmaktadır (Francio, 2001; Berthod, 2004; Dong, 2004; Hu, 2004). Çünkü BINAP ın florlama çalışmaları zorlu ve ciddi süreçlerden geçen oldukça zahmetli çalışmalar olup, saf florlu BINAP sentezini gerçekleştirmenin problemlerinden bu alanda ve diğer florlu fosfinler üzerine çalışan gruplar tarafından açıkça belirtilmektedir (Betzeimer, 1997; Kainz, 1997; Horvath, 1998; Anna, 2000; Bhattacharyya, 2000; Richter, 2000; Mathivet, 2002; Nakamura, 2002; Curran, 2004). Bu problemleri ana hatlarıyla iki grupta toplayabiliriz. 26

48 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL 1. Uzun zincirli florlu bileşiğin binaftol ve fenil halkalarına bağlanmasındaki problemler Bağlanma için gerekli uygun katalizörün bulunması halen ciddi bir problem olup, soruna çözüm olarak genellikle bakır katalizörleri kullanılmaktadır. Bu bağlamda aktif toz bakır (HCI ve iyot ile aktifleştirilmiş) yada Cu(I) bileşikleri; (COD)CuCI kullanılmaktadır (Kainz, 1997; Bhattacharyya, 2000). Binaftol halkasının 2,2 pozisyonu için uygun koruyucu yapının seçilmesi bağlanmada karşılaşılan diğer bir problemdir. Bu amaçla kullanılan koruyucu gruplar; -OSO 2 CF 3 (Trifilat), -OBn(Benziloksi), -OC 2 H 5 (Etoksi), -OCH 3 (Metoksi), -OAc (Asetoksi) dir. (Birdsall, 2001; Chen, 2002; Maillard, 2002). Reaksiyon koşullarının (yüksek sıcaklık, oksijen ve nem) oluşturduğu etki florun istenilen konuma bağlanmasında ciddi problem oluşturmaktadır. Özellikle florun elektron çekici özelliği fosfor atomları üzerindeki ortaklanmamış elektronları kendi üzerine çekerek fosfor atomlarında elektron boşluğunun oluşturabilmektedir. Bu durumda fosforun atomlarının oksitlenmesini kolaylaştırmaktadır (Nakamura, 2002). Binaftol halkasının oluşturduğu sterik engelden dolayı reaksiyon süresinin uzaması florun bağlanmasına yönelik bir diğer problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Reaksiyon süresinin uzaması diğer maddelerde bahsedilen sıkıntıları daha da artırmaktadır (Berthod, 2005). 2. Ayırma ve saflaştırmadaki problemler Florlu bileşiklerin sentez sonrasında ayırılması ve saflaştırılmasındaki problemler bu alanda çalışma yapan bütün gruplarca belirtilmekte ve sadece bu konuya yönelik projeler üretilmekte, flor enstitüleri kurulmakta, doktora tezleri ve araştırmalar yapılmaktadır (Gladysz, 2004) 27

49 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Oluşan yan ürünlü florlu grupların, binaftol halkasına bağlanmayan perflorlu yapıların ve BINAP ın oksitli türevlerinin florlu-binap dan ayrılması esas problemi teşkil etmektedir. Probleme çözüm olarak ana hatlarıyla florlu çözücüler ile ekstraksiyon ve kolon kromotografisi olmak üzere iki geleneksel yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemler ise soruna kesin çözüm üretememektedir. Çünkü kolon için uygun silikanın seçilmesi (uygun silica aralığı ve kolon türleri) uzun çalışmalar gerektirmektedir. Bununla birlikte uygun yürütücü fazın ve oranlarının belirlenmesi bu anlamdaki sorunu katlamaktadır (Gladysz, 2004). Ağır florlu bileşikler olarak adlandırılan sekiz karbonlu gibi uzun zincirli florlu gruplar içeren bileşikler ile ilgili halen ayırma ve saflaştırma konusunda yeni yöntem arayışları sürmektedir. Çözüm olarak geliştirilen yeni yöntemler içerisinde; florlu ters faz silika kolon kromatografisi (Reverse Fluoros-SPE), FluoroFlash TM kolon kromatografisi, florlu katı faz ekstraksiyonu (F-SPE) vb. kullanılmaktadır (Curran, 1997; Zhang, 2000; Curran 2001; Curran, 2002 Curran, 2004; Gladysz, 2004, Zhang ve Curran, 2006) Asimetrik Hidrojenasyon Asimetrik hidrojenasyon, asimetrik katalizlemede en güçlü ve en başarılı yöntemlerden biridir. Bu yöntemle ilgili olarak, 1966 da Wilkinson ve ark., Rh(PPh 3 ) 3 CI yi benzen, toluen ve DCM gibi apolar çözücülerin çoğuyla bir hidrojenasyon katalizörü gibi etkili bir şekilde kullanmışlardır (Osborne, 1966). Bir kiral fosfinin (metil propil fenil fosfin) Wilkinson katalizöründeki PPh 3 ile yer değiştirilmesi fikri Knowles ve Horner grupları tarafından birbirlerinden bağımsız olarak rapor edilmiştir (Knowles, 1968; Horner, 1968). Ama fonksiyonel grubu bulunmayan prokiral olefinlerin hidrojenasyonu için sadece %15 nin e.e. olduğunu belirtmişlerdir. 28

50 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL DIOP (Kagan, 1971; Dang, 1972), DIPAMP (Knowles, 1968; Vineyard, 1977), CHIRAPHOS (Fryzuck, 1977), BINAP (Noyori, 1986; Takaya, 1987; Kitamura 1988), DUPHOS (Burk, 1995), XYLIPHOS (Ar=3,5-xylyl) (Bader, 1996; Spindler, 2001) ve diğer farklı yapılardaki kiral çift dişli ligantların gelişimiyle büyük gelişmeler elde edilmiştir. Bu kiral ligantların rodyum, rutenyum ve iridyum gibi metallerle oluşturulmuş enantiyoseçici kompleksleriyle C=C (olefin), C=O (keton) ve C=N (imin) bağlarına sahip bir çok prokiral substratın asimetrik hidrojenasyonu başarılı bir şekilde uygulanmıştır (Jacoben, 1999; Ojima, 2000). Ketonların (C=O) hidrojenasyonunda genellikle rutenyum esaslı katalizörler kullanılırken, imin (C=N) ve fonksiyonel alkenlerin (C=C) hidrojenasyonunda genellikle rodyum esaslı katalizörler kullanılmıştır. İridyum esaslı katalizörler ise çoğunlukla imin (C=N) ve fonksiyonel olmayan alkenlerin (C=C) hidrojenasyonunda kullanılmıştır (Şekil 1.28). Şekil Rutenyum, rodyum ve iridyum esaslı katalizörlerin çeşitli olefin, keton ve iminlerin asimetrik hidrojenasyonuna örnekler 29

51 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Rutenyum-BINAP katalizörü kullanarak Naproxen TM nin üretimi için Monsanto prosesi ile endüstriyel uygulamalar yapılmıştır (Şekil 1.29). Monsanto prosesinde asimetrik hidrojenasyon son basamaktır. Bu proses, carprofen TM, pirprofen TM, benoxaprofen TM, flurbiprofen TM, suprofen TM, fenoprofen TM, ketoprofen TM, ibuprofen TM gibi diğer profenler içinde kullanılabilir (Chan, 1993) Monsanto Prosesi Elektrokarboksilasyon Dehidrasyon Asimetrik Hidrojenasyon İlaç çıkış maddesi CO H 2 O GC/MS Kiral kolon ile analiz H 2 Naproxen yada Ibuprofen >%95 ee Şekil Naproxen TM üretimi için Monsanto prosesinin gösterimi Asimetrik hidrojenasyonda başarılı bir şekilde kullanılan bu çift dişli fosfin ligandların çoğu C 2 simetrilidir. Bunların sentezlenmesi oldukça zordur, sık sık uzun ve yorucu sentetik yollar gerektirir. Yine de yüksek enantiyoseçicilik için önceden gerekli olduğu varsayılan metal komplekse verdikleri dayanıklılık uzun zamandır bu tür etkili ligandların tek sınıf olduklarına inanılmıştır (Jiang, 2004). Son yıllarda ise bazı tek dişli ligandların asimetrik hidrojenasyonda eşit bir şekilde etkili oldukları kanıtlanmıştır. Örneğin yakın bir zamandaki başarı olarak, α yada β dehidroaminoasitlerin (van den Berg, 2000; van den Berg, 2003; Zeng, 2002) ve N-açetil enamidlerin (van den Berg, 2002; Jia, 2002) yüksek bir şekilde enantiyoseçici hidrojenasyon için tek dişli fosforamitlerin geliştirilmesi olmuştur. Diğer tek dişli ligantlara örnek olarak fosfinler (Guillen, 1999; Guillen, 2002; Junge, 2002), fosfitler (Reetz, 2000) ve fosfinitler (Claver, 2000) asimetrik hidrojenasyonda başarılı bir şekilde uygulanması için geliştirilmiştir (Şekil 1.30). 30

52 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL O O P N R R O O P X R P R Ph P Ph Ph (S)-Fosforamitler R=Me, Monofos X=O, (S)-Fosfitler X=C, (S)-Fosfonitler Fosfinler Fosfolan Şekil Asimetrik hidrojenasyonda tek dişli ligantların yapıları Çift dişli ligantlarla karşılaştırıldığında, tek dişli fosforamit ve fosfit ligantlar, yüksek verimle, bir-iki basamakta alkoller veya aminler gibi farklı nükleofiller ile oldukça ucuz olan BINOL ve PCI 3 den kolaylıkla yapılabilir. Asimetrik hidrojenasyonda tek ve çift dişli ligantlar arasındaki yarış hala devam etmektedir. Tek dişli ligantların rodyum katalizörleri olefin hidrojenasyonunda tercih edilmektedir ama çift dişli fosfin ligandlar ketonların hidrojenasyonunda en iyi sonucu verdiği bilinmektedir (Ohkuma, 1999) Asimetrik Hidrojenasyon Mekanizmaları Asimetrik hidrojenasyonda etkili olan parametreleri gösteren birkaç mekanizma çalışması yapılmıştır (Halpern, 1977; Chan, 1980; Chua, 1981; Gridnev, 2000; Gridnev, 2001). Rodyum katalizli olefin hidrojenasyonu ile ilgili 2 ana çalışma vardır. Bunlardan bir tanesi Halpern ve ark. tarafından (Halpern, 1977; Chan, 1980; Chua, 1981) diğeri ise Imamoto tarafından (Gridnev, 2000; Gridnev, 2001) dihidrit mekanizma olarak adlandırılan mekanizmayı öne sürmüştür. Halpern mekanizmasına göre olefin kenetlenmesi basamağında yer alan kiral tanıma (enantiyoseçici basamak belirleme) olarak farz edilir. Diasteriyomerik substrat-katalizörün ana döngüde yan ürünü verir. Buna karşın ikincil döngüde ise ana ürünü verir (Şekil 1.31). Bu mekanizmanın hız basamağını bir dihidrür ürün şekillenmesi için hidrojenin oksidatif eklenme basamağı belirler (Halpern, 1977; Chan, 1980; Chua, 1981). 31

53 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Şekil Asimetrik hidrojenasyon için Halpern mekanizması Dihidrür mekanizmada ise bir dihidrür ara ürün şekillendirmek için hidrojenin oksidatif eklenmesi enantiyoseçici basamağı belirler. Bu mekanizmaya göre rodyumalkan türün ana izomeri ana ürün verirken, ikincil izomer ise ikincil ürün verir (Şekil 1.32). Bu mekanizmanın hız basamağı ise dihidrür türün olefin koordinasyon basamağıdır (Gridnev, 2000; Gridnev, 2001). Şekil Asimetrik hidrojenasyon için dihidrit mekanizması 32

54 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Noyori, BINAP ligandının rutenyum kompleksi ile enantiyomerik hidrojenasyonu için iki hidrojenasyon mekanizması önermiştir. Bu mekanizmalardan monohidrür ve dihidrür mekanizma olarak bahsetmiştir (Şekil 1.33). Bu mekanizmalarda asimetrik reaksiyon, optikçe aktif ligand tarafından oluşturulan yüksek bir kiral çevre içerisinde hidrojen atomlarının substrata transferi gerçekleştiği zaman meydana gelir ve ürünün ortaya çıkması ile sonlanır (Noyori, 1994). Monohidrür Mekanizma Dihidrür Mekanizma Şekil BINAP-Ru kompleksi için Noyori nin önerdiği asimetrik hidrojenasyon mekanizmaları 33

55 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL 1.5. Süperkritik Akışkanlar Süperkritik Akışkanların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Maddelerin fiziksel hali, basınç ve sıcaklığa bağlıdır. Örneğin, su C de 760 mmhg basıncında gaz haline geçmeye başlar ancak oda sıcaklığında aynı basınç altında sıvıdır. Basınç ve sıcaklığa bağlı olarak faklı fazlar şekil 1.34 de verilmiş olan karbondioksitin basınç-sıcaklık diyagramında gösterilmiştir. Basınç, p (bar) ,1 73,8 katı üçlü nokta (Tp) sıvı kritik noktanın üzeri kritik nokta gaz Sıcaklık, T ( o C ) Şekil CO 2 nin P,T-diyagramı Şekil 1.34 de verilmiş olan diyagramda gösterilen, üçlü nokta (T P ) adı verilen noktada, madde katı, sıvı ve gaz halindedir. Üçlü nokta ile kritik nokta arasında kalan eğri, buhar basıncı eğrisi olup, bu eğri üzerinde madde sıvı ve gaz halinde bulunur. Buhar basıncı eğrisi, kritik basınç ve kritik sıcaklıkla belirlenmiş kritik bölgede sona erer (Satıcı, 1996). Doygun sıvı ile doygun buharın tüm fiziksel özelliklerinin aynı olduğu bu konuma kritik nokta adı verilir. Kritik noktadaki sıcaklığa kritik sıcaklık (T C ) denir. Bu sıcaklığa karşılık gelen basınç değerine kritik basınç (P C ), molar hacmine kritik hacim (M C ) ve yoğunluğuna da kritik yoğunluk (δ C ) adı verilir. Kritik noktada tümüyle ortadan kalkan sıvı faz, yalnızca üçlü nokta ile kritik nokta sıcaklıkları arasında bulunur (Montero, ve ark. 1996). Böylece kritik sıcaklıkta bir madde basınç uygulaması ile sıvı haline hiçbir şekilde 34

56 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL dönüştürülemez. Örneğin CO 2 molekülleri kritik noktada, gaz halinde olduğu gibi birbirinden bağımsız olarak davranırlar. Bir madde için basınç ne olursa olsun, kritik sıcaklık, o sıcaklığın yukarısında maddenin sıvı bir faz olarak bulunamayacağı bir sıcaklıktır (Skoog, West ve Holler, 1996). Bu nedenle kritik sıcaklık noktasında ve üzerinde ayırma yüzeysiz tek sabit bir akışkan faz ortaya çıkar (Montero, ve ark. 1996). Yani sıcaklığın yükselmesi ve kritik sıcaklığa yaklaşılması ile birlikte, sıvı yüzey eğrisinde yayılma ve dağılma olmakta, böylece tek bir akışkan fazı oluşmaktadır. Bu bölgede ortaya çıkan bu akışkan faz, sıvı ve gaz özelliklerinin ikisini birden taşır. Dolayısıyla kritik noktanın üzerinde basit bir kimyasal madde ya da bileşik, ne sıvı ne de gaz olarak kabul edilmeyip, yalnızca akışkan olarak kabul edilir (Clifford ve Bartle, 1996). Süperkritik akışkan ise, bir maddenin kritik sıcaklığının üzerine ısıtıldığı zaman elde edilen fiziksel hal olduğu için, hem sıcaklığı hem de basıncı kritik noktanın üzerinde olan maddeler için kullanılan bir terimdir. Bir süperkritik akışkanın yoğunluğu gaz halinin yoğunluğundan 200 ile 400 kat daha fazladır ve hemen hemen sıvı halinin yoğunluğu ile aynıdır. Bu nedenle de süperkritik akışkanlar daha çok büyük ve uçucu olmayan molekülleri çözmeye elverişlidir (Skoog, West ve Holler, 1996). Süperkritik akışkanların yoğunlukları, viskoziteleri ve diğer özellikleri genelde maddenin gaz ve sıvı hallerindeki özellikleri arasında yer alır. Aşağıdaki çizelge 1.2 de de bu durum açıkça görülmektedir. Çizelge 1.2. Süperkritik akışkanların özelliklerinin, sıvıların ve gazların özellikleri ile karşılaştırılması* (Skoog, Holler, ve Nieman, 1998) ÖZELLİKLER GAZ (STP) SÜPERKRİTİK AKIŞKAN SIVI Yoğunluk(g/cm 3 ) (0,6-2)x10-3 0,2-0,5 0,6-2 Difüzyon Katsayısı (cm 2 /s) (1-4)x (0,2-2)x10-5 Viskozite (gcm -1 s -1 ) (1-3)x10-1 (1-3)x10-4 (0,2-3)x10-2 * Veriler sadece yaklaşık değerlerdir 35

57 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Süperkritik Akışkan olarak kullanılan yaklaşık iki düzine bileşikten bazıları aşağıdaki, çizelge 1.3 de verilmiştir. Çizelge 1.3. Bazı süperkritik akışkanların kritik değerleri ve özellikler (Skoog, Holler, ve Nieman, 1998; Saus ve ark. 1993) AKIŞKAN KRİTİK SICAKLIK T C ( O C) KRİTİK BASINÇ P C (atm) KRİTİK YOĞUNLUK δ C (g/cm 3 ) 400 atm deki YOĞUNLUK (g/cm 3 ) KAYNAMA SICAKLIĞI T K ( O C), (1 atm) CO N 2 O NH H 2 O n-butan Ethane Ethanol n-propan Dietileter Bu maddelerin kritik sıcaklıklarının ve kritik basınçlarının yaygın HPLC uygulamalarındaki normal çalışma aralıklarına düştüğüne dikkat edebiliriz. Bu bileşikler içinde kritik sıcaklık ve kritik basıncının düşük olması nedeniyle en avantajlı konumda bulunan bileşik, karbon dioksit olduğundan, günümüzde süperkritik akışkanlarla ilgili yapılan çalışmaların pek çoğunu bu bileşik üzerinde yoğunlaşmasını sağlamıştır Süperkritik Akışkan Olarak Karbondioksit Süperkritik karbondioksitin kritik basınç değeri (P C ) 72,9 atm olup, kritik scaklık değeri (T C ) ise 31,3 o C dir. Bu noktadan itibaren karbondioksit ne sıvıdır ne de gazdır (Sears ve ark. 1991; Saus ve ark. 1993). ScCO 2 nin sıvılar gibi çözücü, gazlar gibi diffüzif özellikleri, uygun reaksiyon şartlarını sağlarken, basıncın kaldırılmasıyla bu akışkanın kolaylıkla reaksiyon ortamından uzaklaştırılması da bu 36

58 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL çalışmaları dikkate değer kılmaktadır. Süperkritik akışkanlar, reaksiyon ortamı olarak yaygın olarak kullanılan organik çözücüler ile yer değiştirmeye olanak sağladığı gibi, organik çözücülerin seçicilik üzerine etkisini de ortadan kaldırmaktadır. Süperkritik bölgede; yoğunluk, diffüzyon katsayısı, viskozite ve çözünme kuvveti gibi fiziksel özellikler basınç ve sıcaklık değerleriyle belirlenir. Bu özellikler basınç ve sıcaklıkta yapılacak küçük oynamalarla büyük ölçüde değiştirilebilir. Sıvı çözücülerden farklı olarak süperkritik akışkanların viskozitesi ve diffüzyon katsayısı gazlarınkine yakındır ve sıvılar gibi yoğunluğa sahiptir. Süperkritik akışkanların düşük viskozite ve yüksek diffüzyon katsayılarına bağlı olarak da sıvı çözücülerle karşılaştırıldığında daha yüksek kütle transferi özelliğine sahiptir (Güzel ve Akgerman, 1999; Clifford ve Bartle, 1996). Süperkritik karbondioksitin düşük yüzey gerilimine sahip olması, sentezlenen maddelerin basit bir genleşme ile geri dönüşümünü kolaylaştırarak süperkritik akışkandan kolaylıkla ayrılmasını sağlar. Süperkritik akışkanların viskozitelerinin sıvılarınkinden 10 kat düşük, çözünen moleküllerin bu ortamdaki difüzlenme hızlarının da 10 kat büyük olması süperkritik akışkanlar için birer avantaj sayılmaktadır. Süperkritik akışkanların, yeteri kadar yüksek olan yoğunluklarından ( g/cm 3 ) kaynaklanan önemli bir özellikleri uçucu olmayan büyük molekülleri çözme yeteneklerinin oldukça iyi olmasıdır. Örneğin; süperkritik koşullardaki CO 2, 5-30 karbonlu n-alkanları, 4-16 karbonlu alkil grupları taşıyan di-n-alkil fitalatları ve çok halkadan oluşmuş polisiklik aromatik hidrokarbonları kolayca çözer. Pek çok endüstriyel süreç de organik maddelerin süperkritik CO 2 deki yüksek çözünürlüğüne dayanır. Örneğin; kahveden kafeini ekstrakte ederek, kafeinsiz kahve eldesin de bu çözücü kullanılır. Ayrıca düşük nikotinli sigara üretmek için, tütündeki nikotinde aynı şekilde scco 2 ile ekstrakte edilir (Skoog, Holler, ve Nieman, 1998). Süperkritik akışkanların bir diğer özelliği, bu akışkanlarda çözülmüş analitlerin çözeltilerinden nispeten düşük sıcaklıkta atmosferle dengeye getirilerek kolayca geri kazanılabilmesidir. Örneğin; scco 2 de çözülmüş bir analit, çözeltinin üstündeki basınç düşürülüp, çözücü normal laboratuar şartlarında uçurularak geri kazanılabilir. Analitlerin termal bakımdan kararsız olmaları halinde bu özellik özel önem kazanır. Bütün bunların yanında scco 2 reaksiyon ortamında inert, toksik etki 37

59 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL göstermeyen, reaksiyon güvenliği açısından yanıcı olmayan, ucuz, kolay temin edilebilir ve çevresel olarak kabul edilebilir özelliklerde olması, şimdiden bir çok projede organik sentezler için süperkritik karbon dioksitin reaksiyon ortamı olarak kullanılmasını sağlamıştır (Skoog, Holler, ve Nieman, 1998). ScCO 2 nin yukarıda bahsedilen birçok avantajının yanı sıra, az da olsa dezavantajları da bulunmaktadır. Bunlardan en önemlisi, ilk yatırım maliyetinin oldukça yüksek olmasıdır. Eğer scco 2 akışkan sisteminin kullanılacağı bir proses kurulmak istendiğinde, ilk kurulum aşamasında pek de ekonomik olduğu söylenemez. Diğer bir dezavantajı da, yüksek basınç sistemleri konusunda proseste çalışanların daha deneyimli ve eğitimli olması gerekirken, yeterli düzeydeki eleman sayısının azlığıdır. Çalışma alanı bakımından yeni bir alan olması nedeniyle, bu konuda eğitim görmüş ve deneyim sahibi kişiler bulmak oldukça güçtür. Süperkritik karbondioksitin en büyük dezavantajı mevcut katalizörlerin organik çözücü kullanımına göre sentezlenmiş olmasıdır. Bu nedenle çeşitli tepkimelerde kullanılan katalizörler, scco 2 de çok az çözünmektedir. Ayrıca mevcut katalizörlerin organik çözücülere göre dizayn edilmesi, çalışmalar için materyal ve metot sıkıntısı doğurmaktadır Süperkritik Akışkanların Kullanım Alanları Süperkritik akışkanlarla ilgili yapılan çalışmalarda geliştirilmiş olan ve üzerinde çalışmaların hala devam ettiği teknik ve yöntemler ise ana hatlarıyla aşağıda verilmiştir (7. Süperkritik Akışkanla Kongresi, 2000). 1- Partikül dizayn, mikronizasyon ve yeniden kristallendirme 2- Süperkritik akışkanlar içinde sentez 3- Süperkritik akışkanlar içinde hidrojenasyon ve hidroformülasyon 4- Süperkritik akışkan ekstraksiyonu 5- Süperkritik akışkan fraksiyonu 6- Süperkritik akışkan kromatogrofisi 38

60 1. GİRİŞ Hüseyin ALTINEL Çalışmanın amacı, homojen ve heterojen türdeki kiral katalizörlerin scco 2 içerisinde etkinliklerini artırma hedefiyle dizayn edilmesi ve model olarak seçilen bileşiklerin scco 2 nin çözücü olarak kullanıldığı ortamlarda hidrojenasyon etkinliklerinin incelenmesidir. Çünkü günümüzde üretim endüstrisi düşük maliyetyüksek verim, kaynakların ekonomik kullanılması ve çevresel faktörler gibi konulara her zamankinden daha fazla önem vermektedir. Mevcut projeler hazırlanırken bu konulara dikkat edilmesi adeta zorunlu hale gelmiştir. Bundan dolayı gerek üretimde kullanılan organik çözücülerin toksik etkilerini ortadan kaldırmak gerekse kullanılan katalizörlerin daha etkin olmasını ve geri kazanımını sağlamak çalışmanın ana hedefini oluşturmaktadır. Asimetrik hidrojenasyon katalizörlerin sentezinde kullanılan BINAP türevi ligandlar örnek alınarak, fazlaca flor içeren analoglarının rodyum metali eşliğinde homojen katalizör şeklinde sentezlenmesi ve scco 2 içerisindeki hidrojenasyon özelliklerinin belirlenmesi bu çalışmanın hedeflerinden birini oluşturmaktadır. Diğer bir hedef ise, homojen katalizörlerin asimetrik hidrojenasyonda yüksek olan etkinliklerine karşılık, katalizörün ürünlerden ayrılmasına yönelik problemlerine çözüm olması açısından da mevcut florlanmış ligandın katı destekli halinin oluşturulması ve scco 2 içerisindeki hidrojenasyon etkinliğinin belirlenmesidir. 39

61 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2.1. BINAP ın Sentezi ile İlgili Çalışmalar Miyashita ve ark. (1980), BINAP ligandının (R) ve (S) formlarının sentezini ilk kez Noyori ve grubu gerçekleştirmişlerdir. BINAP ın (S) formu ile rodyum- BINAP kompleksi oluşturarak α-(açilamino)akrilik asit türevlerinin asimetrik hidrojenasyonunda % 90 üzerinde enantiyoseçicilik gösterdiğini bildirmişlerdir (Şekil 2.1). Şekil 2.1. BINAP ligandının (R) ve (S) formları Takaya ve ark. (1986), reaksiyonu rasemik karışımla başlatarak Binaftol bileşiğinin bromlanması ve ardırdan bis-(fosfinoksit) bileşiğinin Grignard reaksiyonuyla BINAP ın üretim prosesini geliştirmişlerdir. Rasemik karışım indirgenme basamağından önce 2,3-di-O-benzoyltartaric acid ile fraksiyonlu kristallendirme ile ayırmışlardır. Sentezledikleri BINAP ürünlerini X-ray ile yapısını aydınlatmışlardır (Şekil 2.2). Şekil 2.2. (S)-BINAPO nun ORTEP çizimi (Takaya, 1986) 40

62 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Cai ve ark. (1994), BINOL bileşiğinin (R) yada (S) formunu bazik ortamda trifilik anhidrit ile esterleşme reaksiyonu sonucu BINOL ditriflatı oluşturmuşlar ve sonrasında nikel katalizörü eşliğinde difenil fosfin bileşiğinin Cross-Coupling reaksiyonu ile BINAP ligandını % 75 verimle elde etmişlerdir (Şekil 1.12). Laneman ve ark. (1997), çinkonun fazlasının bulunduğu bir ortamda, çinko metali aktif nikel katalizörünü Ni(0) indirgeyerek, difenilfosfinklorür bileşiğini kiral BINOL ditriflat ile tepkimesini gerçekleştirmişlerdir (Şekil 1.13). Sayo ve ark. (1997), difenilfosfinoksit bileşiği ile BINAP sentezini gerçekleştirmişlerdir. Proses çok basamaklı olması bakımından sentez işlemleri uzun sürede gerçekleşmekte ve düşük verimde sonuçlanmaktadır (Şekil 1.14) Modifiye BINAP ile İlgili Çalışmalar Noyori ve grubunun BINAP ligandını sentezlemesinin ardından başta kendileri olmak üzere bu alanda çalışma yapan birçok grup BINAP ın modifikasyonuna ve asimetrik uygulamalarına ağırlık vermişlerdir. Bu uygulamalarda çoğunlukla verim, aktiflik ve seçicilik yönünden BINAP ın etkinliğini artıracak modifikasyonlar üzerinde durulmuştur (Berthod, 2005) Florlu BINAP ile İlgili Çalışmalar Nakamura ve ark. (2000), (R)-FBİNOL ligandını sentezleyerek bundan florlu kiral proton kaynağı (R,S)-FDHPEB türevi katalizörü sentezlemişlerdir. Oluşturdukları bu florlu katalizörün (%95 ee) samariyum enolatın enantiyoseçici protonlanmasında florsuz hali (R,S)- DHPEB den (%87 ee) daha yüksek enantiyo seçicilik gösterdiğini tespit etmişlerdir (Şekil 2.3). 41

63 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Şekil 2.3. Nakamura ve ark. sentezlemiş olduğu enantiyosaf perflorlu BINOL ve (R,S)-FDHPEB bileşiklerinin gösterimi Tian ve Chan (2000), perfloro-binol ün rasemik karışımlı halini sentezledikten sonra (R) ve (S) formlarını ayırmışlardır. Oluşturdukları bu ligantlarla Ti(O i Pr) 4 varlığında florlu bifazik sistem içerisinde arilaldehitlere asimetrik dietilçinko ekleme reaksiyonun başarılı bir şekilde yapmışlardır. Dönüşümler %90 üzeri olmasına karşılık seçicilikleri %30-55 arasında değişmektedir (Şekil 2.4). Şekil 2.4. Tian ve Chan nin enantiyosaf perfloro-binol sentezi 42

64 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Birdsall (2001), BINAP ın 6,6 pozisyonundan perfloro grubu takmış ve perfloro-binap-ru katalizörü ile metanol içinde dimetil itaconate ın asimetrik hidrojenasyonunu incelemişlerdir. %88 oranında dönüşüm ve %95,4 ee oranında seçicilik elde etmişlerdir (Şekil 2.5). Şekil 2.5. Birdsall ın sentezlemiş olduğu enantiyosaf perflorlu-binap ligandı Cavazzini ve ark. (2001), enantiyosaf perfloro-binaftil türevi ligandın paladyum katalizli 1,3-difenilprop-2-enil asetatın asimetrik allik yerdeğiştirme reaksiyonunda % 87 nin üzerinde enantiyoseçicilik gösterdiğini bildirmişlerdir (Şekil 2.6). Şekil 2.6. Cavazzini ve ark. enantiyosaf perfloro-binaftil türevi ligand sentezi 43

65 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Francio ve ark. (2001), (R,S)-3-H 2 F 6 - BINAPHOS ligandı kullanarak süper kritik karbon dioksit (scco 2 ) içerisinde, son derece verimli enatiyoselektif katalizleme işlemini gerçekleştirmişlerdir. (R,S)-3-H 2 F 6 -BINAPHOS ligandının yeni rodyum kompleksi, yer değiştirme özelliği olmayan benzer bileşiklerin aynı spektroskopik özelliklerini ve reaktivitelerini göstermiştir (Şekil 2.7). Şekil 2.7. (R,S)-3-H 2 F 6 -BINAPHOS ligandının ve rodyum kompleksinin gösterimi Chen ve ark. (2002), BINAP ın çıkış maddesi olan BINOL ü Heck reaksiyonunu kullanarak florlamışlardır. 2,2 -pozisyonunda yer alan OH gruplarını benzil ile korumuşlardır. Heck reaksiyonunu paladyum katalizörünü kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Florlu-BINOL ligantları % 90 yakın verimle sentezlediklerini bildirmişlerdir (Şekil 2.8). Şekil 2.8. Chen ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu florlu-binol bileşiklerinin reaksiyon şeması 44

66 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Maillard ve ark. (2002), bir BINAP türevi olan MOP türü ligandların perfloroalkil (a) ve tris(perfloroalkil)silil (b) gruplarını kullanarak optikçe aktif anologlarını hazırlamışlardır. Bu hazırladıkları ligantların paladyum kompleksleriyle dimetil malonatın 1,3-difenilprop-2-enil asetat ile asimetrik yer değiştirme reaksiyonunda %37 lik enantiyoseçicilik gösterdiklerini bildirmişlerdir (Şekil 2.9). (a) (b) Şekil 2.9. Mailllard ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu florlu-mop ligantlarının gösterimi Nakamura ve ark. (2002), kiral perfloro-binap hazırlayarak 4-klorofenil triflat ile 2,3-dihidrofuranın paladyum katalizli asimetrik Heck reaksiyonunda uygulamışlardır. Çözücü olarak BTF, benzen, benzen/fc-72 kullanmışlardır. % 90 nın üzerinde enantiyoseçicilik elde etmişlerdir (Şekil 2.10). Şekil Nakamura ve ark. sentezledikleri enantiyosaf perfloro-binap reaksiyon şeması 45

67 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Bayardon ve ark. (2003), paladyum-katalizli birleşme reaksiyonu ile iki farklı enantiyo saf BINAP türevi ligand sentezlemişlerdir. Bu iki yeni ligandın rodyum ve paladyum metalleri kullanılarak asimetrik dönüşümleri incelemişlerdir. En iyi sonucu ise paladyum-katalizli 1,3-difenil-2-profenil asetat bileşiğinin asimetrik alilik yer değiştirme reaksiyonunda almışlardır. % 87 nin üzerinde enantiyoseçicilik göstermişlerdir (Şekil 2.11). Şekil Bayardon ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu iki yeni florlu-binap türevi bileşiklerin gösterimi Goto ve ark. (2003), Takeda Chemical Industries şirketinin patentini aldığı bu florlu-binap bileşiklerinin sentezini oksitli türevleriyle birlikte sentezlemişlerdir. Klasik indirgeme yöntemleriyle kolayca fosfin oksiti indirgemişlerdir (Şekil 2.12). Şekil Goto ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu iki yeni florlu-binap türevi bileşiklerin gösterimi 46

68 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Berthod ve ark. (2004), BINAP ın oksitli hali BINAPO dan yola çıkarak 4,4 ve 5,5 pozisyonlarını perfloro alkil grupları takmıştır. Perfloro-BINAP ın rutenyum kompleksi ile etanol içinde etil acetoacetate ın hidrojenasyonunda test edilmiş BINAP-Ru ile aynı aktivite ve seçicilik elde edilmiştir. Perfloro-BINAP ın rutenyum kompleksi ile scco 2 içinde methyl 2-asetamidoakrilat ın asimetrik hidrojenasyonunda %14 daha fazla seçicilik göstermiş ve mükemmel çevirim elde edilmiştir. Substrat ın katalizöre oranı 500 dür. Ayrıca bu çalışmada solventin asitlik etkisi de gözlenmiştir (Şekil 2.13). Şekil Berthod ve ark. sentezlemiş olduğu florlu-binap bileşiklerinin reaksiyon şeması Dong ve Erkey (2004), fosfora bağlı fenil halkalarına para pozisyonunda OCF 3 grubu takmıştır. Tiglic asitin asimetrik hidrojenasyonunu hem geleneksel çözücülerden metanol ile hem de yoğunlaştırılmış CO 2 içinde Ru[p-OCF 3- BINAP] katalizörü ile gerçekleştirilmiştir. OCF 3 grubunun elektron çekme özelliğinden dolayı reaksiyon hızı düşüktür. 47

69 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Düşük hidrojen basıncında seçicilik Ru-BINAP ile kıyaslandığında çok fazla değişmezken yüksek hidrojen basıncında Ru[p-OCF 3- BINAP] ile seçicilik artmıştır (Şekil 2.14). Şekil Dong ve Erkey in sentezlemiş olduğu florlu-binap bileşiğinin sentez şeması Hope ve ark. (2004), üç farklı türde perfloro-binap sentezi yapmış ve yapılarını aydınlatmışlardır. Sentezi Cai ve ark. yöntemine göre gerçekleştirmiş olup verim oldukça düşüktür. Fakat uygulama olarak metil asetoasetat ın CH 2 CI 2 içindeki rutenyum katalizli asimetrik hidrojenasyonda yüksek oranlarda seçicilik elde etmişlerdir (Şekil 2.15). C 6 F 13 C 6 F 13 C 6 F 13 PPh 2 PPh 2 PPh 2 PPh 2 PPh 2 PPh 2 C 6 F 13 C 6 F 13 C 6 F 13 Şekil Hope ve arkadaşlarının sentezlemiş olduğu üç farklı florlu-binap bileşiklerinin gösterimi Hu ve ark. (2004), Hope ve ark. nın sentezledikleri perfloro-binap ligantların metanol-scco 2 karışımı içinde dimetil itasonat bileşiğinin rutenyum katalizli asimetrik hidrojenasyon çalışmalarında florsuz-binap a göre daha yavaş reaksiyon ile daha düşük seçicilik elde ettiklerini bildirmişlerdir (Şekil 2.16). 48

70 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Şekil Hu ve arkadaşlarının metanol ve scco 2 içinde üç farklı florlu-binap bileşiklerinin asimetrik hidrojenasyon değerlerinin gösterimi Faw cett ve ark. (2006), uzun zincirli perfloroalkil guruplarının tek ve çift dişli binaftil ligantlarındaki etkisini değerlendirmişlerdir. Ligantların tek kristal X- ray ile yapılarını aydınlatmışlardır. Binaftil halkasının büyük boyutuna rağmen perfloroalkil gruplarının elektronik etkisinden fosfor atomlarının verici özelliğini tamamıyla izole etmek yeterli olmadığını tespit etmişlerdir (Şekil 2.17). R R PPh 2 PPh 2 O O PNMe 2 R R R=C 6 F 13,CH=CHC 6 F 13, CH 2 CH 2 C 6 F 13, H R=C 6 F 13,H Şekil Fawcett ve ark. Sentezlediği perfloro-binap ve MonoPhos bileşiklerinin gösterimi 49

71 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Katı Destekli ve Polimer BINAP ile İlgili Çalışmalar Bayston ve ark. (1998), elektrofilik yerdeğiştirme reaksiyonunu kullanarak BINAP ın katı destek li halini oluşturmuşlardır. Katı destek olarak polimerik yapıda amonyum metilenmiş polistiren kullanmışlardır. Desteklenmiş BINAP ın rutenyum katalizörü ile olefinleri ve β-ketoesterler ile test etmişlerdir. Dönüşüm ve seçicilik oldukça yüksektir (Şekil 2.18). Şekil Bayston ve ark. sentezlediği polimerik BINAP ve asimetrik hidrojenasyon uygulamasının gösterimi Fan ve ark. (1999), poliester destekli kiral yapıda BINAP setezini gerçekleştirmişlerdir. Bu bileşiğin rutenyum bazlı kompleksi ile 2-(6'-metoksi-2'- naftil)akrilik asitin hidrojenasyonunu test etmişlerdir. Normal BINAP-Ru kompleksine nazaran daha yüksek dönüşüm ve seçicilik elde etmişlerdir (Şekil 2.19). 50

72 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL naftil)akrilik asitin asimetrik hidrojenasyon sonucunun gösterimi Şekil Poliester destekli kiral BINAP bileşiğinin ve 2-(6 -metoksi-2 - Fan ve ark. (2000a), çözünebilir polietilen glikol destekli BINAP sentezlemişlerdir. Bu bileşiğin rutenyum bazlı kompleksi ile 2-(6'-metoksi-2'- naftil)akrilik asitin hidrojenasyonunu test etmişlerdir. Ürün naproksen bileşiğidir. (Şekil 2.20). Şekil PEG-BINAP ın ve 2-(6'-metoksi-2'-naftil)akrilik asitin asimetrik hidrojenasyon sonuçlarının gösterimi 51

73 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Fan ve ark. (2000b), polieter dentritik kiral BINAP bileşiğini sentezleyerek 2-[p-(2-metilpropil)fenil] akrilik asitin asimetrik hidrojenasyonunu incelemişlerdir. % 92 enantiyo seçicilik ile iboprofeni sentezlemişlerdir (Şekil 2.21). Şekil Polieter dentritik BINAP ve 2-[p-(2-metilpropil)fenil] akrilik asit asimetrik hidrojenasyon sonuçlarının gösterimi Yu ve ark. (2000a), ilk olarak eğilmez ve sterik olarak düzenli kiral poli(binap) sente zlemişlerdir. Bu polimer ligandın dihidroamino asit türevlerinin rodyum katalizli asimetrik hidrojenasyonunda başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bu çalışmayla bu ligandın eğilmez ve sterik olarak düzenli yapısına rağmen özelliklerinin normal BINAP a çok benzediği ve katalitik özellikler bakımından monomer katalizörlerin özelliklerini sürdürdüğünü tespit etmişlerdir (Şekil 2.22). 52

74 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Şekil poli(binap) ligandının gösterimi Yu ve ark. (2000b), ilk olarak optikçe aktif BINOL-BINAP kopolimerrutenyum katalizörünü sentezlemişlerdir. Bu katalizörü asetil benzaldehit bileşiğinin yüksek stereoseçici dietilçinko eklenmesi ve hidrojenasyonu içeren Tandem asimetrik reaksiyonu gerçekleştirmişlerdir ve başarılı sonuçlar elde etmişlerdir (Şekil 2.23). Şekil Optikçe aktif BINOL-BINAP kopolimer-ru katalizörünün gösterimi Fan ve ark. (2001), yeni kiral MeO-PEG ile destekli (R)-BINAP türevi ligand sentezlemişlerdir. Bu ligandın Ru(II) ile oluşturdukları kompleks ile 2-(6- metoksi-2-naftil) propenoik asitin asimetrik hidrojenasyonunda yüksek katalitik aktivite ve enantiyoseçicilik gösterdiğini tespit etmişlerdir. Enantiyomerik aşırılık (ee) % arasında değişen oranlarda elde etmişlerdir (Şekil 2.24). 53

75 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Şekil Kiral MeO-PEG ile destekli (R)-BINAP-Ru kompleksi Guerreiro ve ark (2001), yeni kiral PEG-BINAP ligandı sentezlemişlerdir. Ru-katalizli β-ketoesterlerin asimetrik hidrojenasyonda % 99 ee elde etmişlerdir (Şekil 2.25). Şekil PEG-(R)-Am-BINAP gösterimi Lamouille (2001), silika üzerine 6,6 -diam-binap tutturulmasını sağlamıştır. Silisyumlu ürünü 6,6 -diam-binap ı, 3-(trietoksisilil)-propilisosiyanat ile reaksiyonundan elde etmiştir (Şekil 2.26). Şekil Katı destekli BINAP ın görünümü Saluzzo ve ark. (2002a), 6,6 -diam-binap dan yola çıkarak çeşitli polimerik (poliamid, poliurea veya urea) BINAP ligandları sentezlemiştir. Bu ligantla rın Ru-katalizli metilasetoasetat ın asimetrik heterojen hidrojenasyonunda % arasında değişen oranlarda seçicilik gösterdiklerini tespit etmiştir (Şekil 2.27). 54

76 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Şekil Poliamid, poliurea veya urea türevi kiral polimerik BINAP ligantların gösterimi Saluzzo ve ark. (2002b), P EG-BINAP ve Poli-BINAP türevi polimerik ligantlar sentezlemişlerdir. Bu ligantların Ru-bazlı katalizörleri ile metilasetoasetatın asimetrik hidrojenasyonunda yüksek seçicilik elde etmişlerdir (Şekil 2.28). Şekil PEG-BINAP ve Poli-BINAP türevi polimerik BINAP ligantlarının gösterimi 55

77 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Hocke ve Uozomi (2003), BINAP ın 6-pozisyonundan çeşitli PS PEG, PS, PEGA ve MeO PEG reçineli polim er destekli kiral ligandı sentezlemişlerdir. Bu ligandın paladyum katalizli asimetrik 2-(2,3-dimetil-2-bütenil)fenol bileşiğinin Wacker-tipi halka oluşumu reaksiyonunda dönüşüm düşük oranlarda çıkarken seçiciliğin yüksek oranlarda çıktığını tespit etmişlerdir (Şekil 2.29). Şekil Çeşitli PS PEG, PS, PEGA ve MeO PEG reçineli polimer destekli kiral BINAP ligandının görünümü Shimada ve ark. (2003), FSM-16 tipi silika jel katı destekli BINAP ı sentezleyerek yapısını aydınlatmışlardır (Şekil 2.30). Şekil FSM-16 tipi silika jel katı destekli BINAP ın görünümü Halle ve ark. (2004), (S)-Poli-NAP bileşiğini 6,6 -diam-binap dan sentezlemişlerdir. Bu bileşiğin Ru-bazlı katalizörü ile dehidroaminoasitler, α- ketoesterler, olefinler, β-ketoesterler ve ketonlar gibi çeşitli substratların asimetrik hidrojenasyonunda yüksek enantiyoseçicilik göstermiştir (Şekil 2.31). 56

78 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hüseyin ALTINEL Şekil (S)-Poli-NAP görünümü Otomaru ve ark. (2004), polistiren-poli(etilen glikol) kopolimer (PS-PEG) reçineye tutturulmuş BINAP ın rodyum katalizli su içerisinde α,β-doymamış ketonlara fenil boronik asitin asimetrik 1,4 ekleme reaksiyonunu başarılı bir şekilde gerçekleştirmişlerdir. Seçicilik % 90 nın üzerindedir (Şekil 2.32). Şekil PS-PEG-BINAP-Rh(acac) katalizörünün görünümü 57

79 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL 3. MATERYAL VE METOT 3.1. Materyal Kullanılan Kimyasallar Sentezlerin gerçekleştirilmesinde kullanılan kimyasal maddeler analitik saflıkta olup, tamamı Merck, Aldrich, Fluka, Strem ve Bos firmalarından temin edilmiştir. Kullanılan kimyasalların isimleri, kullanıldığı işlemler ve temin edildikleri firmalar aşağıda verilmiştir Çözücüler Dietileter (Et 2 O), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece kalsiyum klorür üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Diklorometan (CH 2 Cl 2 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece kalsiyum klorür üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Tetrahidrofuran (THF), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece moleküler sieve (4Å) üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Toluen, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece moleküler sieve (4Å) üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. n-hekzan, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece moleküler sieve (4Å) üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. 58

80 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Benzen, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece kalsiyum klorür üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. n-pentan, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece sodyum metali üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Petrol Eteri, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Kloroform, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece kalsiyum klorür üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Siklohekzan, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Aseton, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, organik çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece kalsiyum klorür üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Etil asetat, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, ligant sentezlerinde çözücü olarak kullanılmadan önce bir gece K 2 CO 3 üzerinde kurutulduktan sonra içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. Dimetil sülfoksit (DMSO), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, florlama basamağında çözücü olarak kullanılmadan önce içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. N-metil pirollidon (NMP), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, trifilat ile korunmuş Binol halkasının siyanürleme basamağında çözücü olarak kullanılmadan önce içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. 59

81 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Dimetil formamit (DMF), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, BINAP ligandının oluşum tepkimesinde, florlu difenil fosfinin elde edilmesinde ve katı destek hazırlama basamaklarında çözücü olarak kullanılmadan önce içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. 1,4-dioksan [C 4 H 8 O 2 ], Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)- 6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiğinin sentezinde çözücü olarak kullanıldı Sentezlerde Kullanılan Reaktifler n-butillityum (n-buli), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin liganlarının sentezinde ve çıkış maddelerinin lityumlanmasında kullanıldı. Dietilfosforamidos diklorür [PCI 2 (NEt 2 )], Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, perfloro difenilfosfin klorür ve perfloro difenilfosfin sentezlerinde fosfinleme amaçlı kullanıldı. 1-bromo-3-(heptadecaflorooktil)benzen, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, perfloro difenilfosfin klorür ve perfloro difenilfosfin sentezlerinde çıkış maddesi olarak kullanıldı. Difenil fosfin (Ph 2 PH), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, K3 katalizörünün sentezinde çıkış maddesi olarak kullanıldı. Hidroklorik asit (HCl), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, perfloro difenilfosfin klorür ve perfloro difenilfosfin sentezlerinde kullanıldı. Trikloro silan (HSiCI 3 ), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, perfloro difenilfosfin sentezinde indirgeme aracı olarak kullanıldı. Trietilamin (Et 3 N), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, perfloro difenilfosfin sentezinde indirgeme işleminde ve ortamdan ayrılan tuzların tutulmasında kullanıldı. Triflorometansülfonik anhidrit (trifilik anhidrit) [(CF 3 SO 2 ) 2 O], Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligantların sentezinde Binol halkasının aktif bölgelerinin korunmasında kullanıldı. 60

82 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Piridin, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının aktif bölgelerinin trifilat korunmasında bazik çözücü olarak kullanılmadan önce içerisinden 20 dk. azot gazı geçirilip, süpersonik ses cihazında degaze edildi. (R)-(+)-1,1 -bi(2-naftol), Ivychem firmasından analitik saflıkta temin edilip, florlanmış BINAP sentezinde çıkış maddesi olarak kullanıldı. Brom (Br 2 ), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının bromlanmasında kullanıldı. Sodyum bisülfit, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının bromlanma basamağında kullanıldı. Heptadekafloro-1-iyodooktan (Rf=CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 I), Sigmaaldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının florlanmasında kullanıldı. Bakır (toz), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının florlanma basamağında katalizör olarak kullanıldı. Bromoetan, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının aktif bölgelerinin etoksi korumasında kullanıldı. Potasyum karbonat, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının aktif bölgelerinin etoksi korumasında kurutucu olarak kullanıldı. Sodyum iyodür (NaI), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, binol halkasının aktif bölgelerinin etoksi korumasında katalizör olarak kullanıldı. Bor tribromür (BBr 3 ), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, etoksi korunmuş binol halkasından etoksi grubunu uzaklaştırmak için kullanıldı. Triflorometil benzen, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, florlu binol halkasının aktif bölgelerinin trifilat korunmasında kullanıldı. Bakır(I)siyanür, Strem firmasından analitik saflıkta temin edilip, trifilat ile korunmuş binol halkasının siyanürlemesinde kullanıldı. Diaminoetan (etilen diamin), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, trifilat ile korunmuş binol halkasının siyanürleme basamağında oluşan siyanürlü yan ürünlerin hidrolizinde kullanıldı. 61

83 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Potasyum siyanür (KCN), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, trifilat ile korunmuş binol halkasının siyanürleme basamağında atık nitril ve bakır iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanıldı. Çinko tozu, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, BINAP ligandının elde edilmesinde trifilatlı binol bileşiği ile perflorlu difenilfosfin klorürün tepkimesinde katalizör olarak kullanıldı. İyot, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, BINAP ligandinın eldesinde trifilatlı binol bileşiği ile florlu difenilfosfin klorür bileşiğinin tepkimesinde kullanıldı. Metanol, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, BINAP ligandinın eldesinde trifilatlı binol bileşiği ile florlu difenilfosfin klorürün veya florlu difenilfosfinin tepkimesi sonrası yıkamada kullanıldı. [1,2-bis(difenilfosfino)etan]dikloronikel (II) (NiCI 2 dppe), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, BINAP ligandinın eldesinde trifilatlı binol bileşiği ile florlu difenilfosfin bileşiğinin tepkimesinde katalizör olarak kullanıldı. 1,4-diazabisiklo[2.2.2]oktan (DABCO), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, BINAP ligandinın elde edilmesinde, trifilatlı binol bileşiği ile florlu difenilfosfin bileşiğinin tepkimesinde ortamı bazik yapmak için kullanıldı. Celite, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, sentezlenen bileşiklerin filtre edilmesinde kullanıldı. İsopropil alkol (i-proh/2-propanol), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)-6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktil fenil)fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiğinin sentezinde geri kristallenme amaçlı kullanıldı. Potasyum hidroksit (KOH), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)-6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiğinin sentezinde dinitril binap bileşiğindeki nitril grularının karboksil grubuna dönüştürülmesinde kullanıldı. 62

84 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Tenta Gel S-NH 2, Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)- 6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiğini katı desteğe bağlamak üzere polietilen glikol (PEG) katı destek reçinesi olarak kullanıldı. 1-(3-dimetilaminopropil)-3-etilkarbodiimide hidroklorit (EDCI), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)-6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'- bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiğini katı desteğe bağlamak üzere kullanıldı. 1-hidroksibenzotriazole hidrat (HOBt), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)-6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktil fenil)fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiğini katı desteğe bağlamak üzere kullanıldı. Asetonitril, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, (R)-(+)-6,6 -dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1' -binaftil (K5E) bileşiğini katı desteğe bağlamak üzere kullanılan polietilen glikol (PEG) katı destek reçinesi Tenta Gel S-NH 2 nin yıkanarak aktifleştirilmesinde kullanıldı. Stiren, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, hidrojenasyon çalışmalarında substrat olarak kullanıldı. Etilbenzen, Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, hidrojenasyon çalışmalarında oluşan reaksiyon ürününü karşılaştırma amaçlı kullanıldı. Nitrik asit (HNO 3 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, katı desteğe bağlı fosfin ligandının analizinde fosfin grubunun fosfata yükseltgenmesinde kullanıldı. (R)-(+)-2,2 -bis (difenilfosfino)-1,1 -binaftil, Strem firmasından analitik saflıkta temin edilip, sentezlenen florlu BINAP türevleri ile hidrojenasyon uygulamalarında karşılaştırma amaçlı kullanıldı. Silika gel (Grade 62, mesh), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde kolonda sabit faz olarak kullanıldı. Silika gel 60 (C 8 -reversed phase perfluorinated, end-group silanized), Sigmaaldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde florlu bileşikleri ayırmak için kolonda sabit faz olarak kullanıldı. 63

85 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Silica gel 60 (C8-reversed phase perfluorinated), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde florlu bileşikleri ayırmak için kolonda sabit faz olarak kullanıldı. Floroflash Silika Gel (40 μm), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde florlu bileşikleri ayırmak için kolonda sabit faz olarak kullanıldı. Perflorosiklohekzan (C 6 F 12 ), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde florlu bileşikleri ayırmak için kolonda sürükleyici faz yada florlu bileşiklerin ekstraksiyonda çözücü olarak kullanıldı. Tetradekaflorohekzan (FC-72/C 6 F 14 ), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde florlu bileşikleri ayırmak için kolonda sürükleyici faz yada florlu bileşiklerin ekstraksiyonda çözücü olarak kullanıldı. Hekzaflorobenzen (C 6 F 6 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, kromotografik ayırma işlemlerinde florlu bileşikleri ayırmak için kolonda sürükleyici faz yada florlu bileşiklerin ekstraksiyonda çözücü olarak kullanıldı. Magnezyum sülfat (MgSO 4 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligandlarının sentez işlemlerinde çözücüler için kurutucu olarak kullanıldı. Kalsiyum klorür (CaCl 2 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligandlarının sentez işlemlerinde çözücüler için kurutucu olarak kullanıldı. Sodyum bikarbonat (NaHCO 3 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligandlarının sentezi boyunca yıkama işlemlerinde kullanıldı. Sodyum klorür (NaCl), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligandlarının sentezi boyunca yıkama işlemlerinde kullanıldı. Sodyum karbonat (Na 2 CO 3 ), Sigma-aldrich firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligandlarının sentezi boyunca yıkama işlemlerinde kullanıldı. Sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ), Merck firmasından analitik saflıkta temin edilip, fosfin ligandlarının sentez işlemlerinde kurutucu olarak kullanıldı. Moleküler Sieve Dehidrat, Fluka firmasından analitik saflıkta temin edilip, çözücü kurutulmasında kullanıldı. 64

86 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Azot (N 2 ), % 99 saflıkta, Bos firmasından temin edilip, azot atmosferi olarak kullanıldı. Argon (Ar), % 99 saflıkta, Bos firmasından temin edilip, argon atmosferi olarak kullanıldı. Karbondioksit (CO 2 ), % 99 saflıkta, Bos firmasından temin edilip, scco 2 çalışmalarında kullanıldı. Hidrojen (H 2 ), % 99 saflıkta, Bos firmasından temin edilip, hidrojenasyon çalışmalarında kullanıldı. Kuru Buz (CO 2 buzu), Çukurova Gaz Kuru Buz üretim tesisleri ve Kahramanmaraş Oknal Kuru Buz üretim tesislerinden temin edilip, -78 gerçekleştirilmesi gereken sentezlerde aseton içerisine ilave edilerek kullanıldı. o C sıcaklıkta Kullanılan Diğer Cihazlar ve Malzemeler Bu tez projesinin gerçekleştirilmesinde Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü imkanları kullanıldı. Glove box, hava ve neme karşı duyarlı katalizörlerin azot ve argon atmosferinde sentezlerinin gerçekleştirilmesinde kullanıldı. Schlenk düzeneği, (schlenk tüpleri, vakumlu kromotografik kolonlar, vakumlu destilasyon düzenekleri, özel cam malzemeler vb.) hava ve neme karşı duyarlı katalizörlerin azot ve argon atmosferinde sentezlerinin gerçekleştirilmesinde kullanıldı. Paslanmaz çelik, yüksek basınç ve bağlantı boru vanaları, scco 2 içinde basınç geçişlerinin kontrolünde kullanılmak üzere, hidrojenasyon ve çözünürlük çalışmalarında kullanıldı. Manometreler, basınç kontrolünde kullanıldı. Regülatör, basınç ayarlayıcısı olarak kullanıldı. 50 ml lik silindirik paslanmaz çelik reaktör, scco 2 çalışmalarında katalitik aktiflik ve hidrojenasyon çalışmalarında kullanıldı. Magnetik ve mekanik karıştırıcılar, deneysel çalışmalarda kullanıldı. Ceketli ve düz ısıtıcılar, deneysel çalışmalarda kullanıldı. 65

87 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Kriostat, su banyosu, döner buharlaştırıcı (evaporatör), soğutma, ısıtma, destilasyon işlemlerinde kullanıldı. Elektronik teraziler, hassas tartımlar için kullanıldı. Cam malzemeler, geri soğutucu, damlatma hunisi, 1 lik ve 5 lik cam pipetler, tek boyunlu, iki boyunlu ve üç boyunlu basınca dayanıklı balonlar, shlenk tüpleri, rodajlı özel yapım kapalı sistem damlatma hunileri gibi birçok özel yapım cam malzemeleri kullanıldı. Süpersonik ses cihazı, çözücülerin degaze edilmesinde kullanıldı. Diğer malzemeler, iki ve üç boyunlu balonlar için teflon tıpalar ile 2 lik ve 5 lik plastik ve cam şırıngalar, sentez çalışmalarında kullanıldı. Yüksek basınç ve hidrojenasyon reaksiyon düzenekleri, sentez ürünlerinin scco 2 içinde çözünürlüklerinin incelenmesinde ve hidrojenasyon çalışmalarında katalitik etkinliklerinin belirlenmesinde aşağıda verilen düzeneklerden yararlanıldı (Şekil 3.1 ve Şekil 3.2). Şekil 3.1. scco 2 Çözünürlük Sistemi; 1. CO 2 tüpü, 2. Pompa, 3. Reaktör (pencereli), 4. Manometre, 5. Su banyosu, 6. Isıtıcı 66

88 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Şekil 3.2. Hidrojenasyon reaksiyon düzeneği; 1. H 2 tüpü, 2.CO 2 tüpü, 3. Buz banyosu, 4. Pompa, 5. Vana, 6. Reaktör, 7. Isıtıcı, 8. Sabit Sıcaklık banyosu, 9. Çek valf Kullanılan Spektroskopik ve Diğer Analiz Cihazları Sentezlenen ürünlerin yapısal karakterizasyonunda FT-IR, GC, 1 H, 19 F, 31 P NMR cihazları, bileşiklerin termal davranışları ile saflıklarının belirlenmesinde DSC Termal Analiz cihazı kullanıldı. FT-IR, Perkin Elmer Mattson 1000 FT-IR spektrometre cihazı ile KBr pelletleri kullanılarak cm -1 aralığında gerçekleştirilmiştir. Yapı aydınlatma çalışmalarında kullanıldı. Sıvı ( 1 H, 13 C, 31 P)-NMR, CDCI 3, MeOD ve DMSO içinde Bruker-Advance DPX 400 marka spektrometre cihazı ile, 1 H, 19 F ve 31 P NMR ölçümleri tetrametilsilan, CFCl 3 ve 85% H 3 PO 4 referans olarak seçilerek gerçekleştirilmiştir. NMR ölçüm değerleri için kısaltmalar; s= singlet, d= doublet, t= triplet ve m= multiplet olarak belirlenmiştir. Katı ( 13 C) NMR, Bruker Superconducting FT NMR Spectrometer Avance TM 300 MHz WB Cihazı. Yapı aydınlatma çalışmalarında kullanıldı. 67

89 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL UV-Vis, Shimadzu UV-2101 Cihazı. Yapı aydınlatma çalışmalarında kullanıldı. Gaz kromotografi cihazı, Shimadzu GC-14A Cihazı. Hidrojenasyon tepkimesinde Stiren in Etil benzene dönüşüm oranının belirlenmesinde kullanıldı. Termal analiz cihazı, Perkin-Elmer Pyris Dimond DSC Cihazı. Erime noktası ve bileşiklerin bozunma hızlarının tayin edilmesinde kullanıldı Metot Tüm sentez ve saflaştırma çalışmaları schlenk düzeneği kullanılarak azot ve argon atmosferinde gerçekleştirildi. Maddelerin saklanması ve ölçümleri azot ve argon atmosferli glove box düzeneğinde yapıldı. Sentezlerde kullanılan tüm çözücüler kurutulup azot atmosferinde destile edilerek kullanıldı. Kullanılan çözücüler içerisindeki eser miktardaki suyu gidermek için Moleküler Sieve, MgSO 4 veya CaCl 2 gibi kurutucular kullanılırken, çözücü içerisindeki serbest oksijeni uzaklaştırmak için ise azot gazından ve süpersonik ses cihazından faydalanıldı. Tez çalışmamız ana hatlarıyla dört kısımdan oluşmaktadır. i. Çıkış maddeleri, ligandların ve katalizörlerin sentezlenmesi ii. Sentez ürünlerin yapılarının aydınlatılması. iii. Sentezlenen katalizörleri kullanarak scco 2 içerisinde çözünürlüklerinin incelenmesi iv. Sentezlenen katalizörleri kullanarak scco 2 içerisinde Stiren in hidrojenasyonunun yapılması ve hidrojenasyon sonuçlarının aydınlatılması Çıkış Maddeleri, Ligand ve Katalizörlerin Sentezlenmesi ve Yapılarının Aydınlatılması Tez çalışmaları kapsamında iskelet yapısı ve katalitik etkinliği iyi bilinen BINAP türevi dört farklı türde ligand sentezi gerçekleştirilmiştir (Noyari, 1990a). Bu ligantların Rh(COD) 2 BArF ile tepkimelerinden Rh(I) kompleksleri oluşturuldu. 68

90 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Orijinal olarak oluşturulmuş K1 kompleksi için BINAP ligandı hazır alınarak florlu türevleriyle karşılaştırma amaçlı Rh(I) kompleksi oluşturulmuştur. Diğer katalizörler için ligantlar orijinal olarak sentezlenmiştir. Komplekslerin sentezine ilişkin ayrıntılar K1, K2, K3, K4 ve K5 şeklinde beş ana başlık içerisinde açıklanmıştır. Ligantların sentez yöntemi belirlenirken literatürlerin incelenmesi sonucunda perflorlu BINAP ın oluşturulması için en uygun yöntemin diarilfosfinlerin veya diarilfosfinklorürlerin aril trifilat ile cross-coupling tepkimesi olduğu tespit edilmiştir (Laneman, 1999; Berthod, 2005). Bu tepkime için gerekli olan her iki çıkış maddesi bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin klorür ve bis-[3-(heptadekaflorooktil)-fenil]-fosfin bileşikleri orijinal olarak sentezlendikten sonra aril triflat ile ayrı ayrı cross-coupling tepkimeleri denenmiştir. İlk denemeler sonucunda bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin bileşiği ile cross-coupling reaksiyonun daha yüksek verimde gerçekleşmesi üzerine K2, K3, K4 ve K5 katalizörlerinin sentezinde çıkış maddesi olarak bis-(mperflorooktilfenil)fosfin bileşiği tercih edilmiştir. Her iki orijinal çıkış maddesinin sentez yöntemi aşağıda verilmiştir (Şekil 3.3). Şekil 3.3. Diarilfosfin ve diarilfosfinklorür ile BINAP sentezi Sentez ürünlerin yapılarının aydınlatılmasında kullanılan spektroskopik yöntemlerden FT-IR, UV, DSC, GC ölçümleri Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü imkanlarından yararlanılmıştır. 1 H, 31 P, 19 F, 13 C NMR ve elementel analiz ölçümler ise TÜBİTAK ve ODTÜ araştırma laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. 69

91 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Çıkış Maddelerinin Sentezlenmesi (1). Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfinklorür [(C 8 F 17 -Ph) 2 PCl] sentezi Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin klorür bileşiği, Green ve ark., (1971), Kainz ve ark., (1999), Zhang ve ark., (2000) kaynaklerından yararlanılarak aşağıda verilen metoda göre sentezlenmiştir. 19 F NMR ve 31 P NMR spektrumlarından elde edilen sonuçlara göre bu bileşiğin, şekil 3.4 de verilen yapıda olduğu anlaşılmıştır. n-buli (3.2 ml, 2.2 g, 1.6 M hekzan içerisinde), 1-bromo-3- (heptadekaflorooktil)-benzenin (2.64 g, 4.37 mmol ) 15 ml dietileterdeki çözeltisi üzerine 78 C de damla damla eklendi. Karışım sıcaklığı 0 C ye kadar çıkarıldı ve bu sıcaklıkta yarım saat karıştırıldı. Dietilfosforamidosdiklorit (0.392 g, 2.18 mmol), oluşan yoğun sarı renkli çözelti üzerine 50 C de şırınga edildi. Daha sonra reaksiyon karışımının sıcaklığı yavaş yavaş oda sıcaklığına yükseltildi ve 1 saat daha karıştırıldıktan sonra, çözelti içerisinden bu sıcaklıkta 30 dakika boyunca kuru HCl gazı geçirildi. Oluşan karışım degaze edilip, süzüldükten sonra konsantre edilerek 20 C de renksiz kristaller elde etmek üzere kristallenmeye bırakıldı. Ürün, bis-(mperflorooktilfenil)fosfinklorür süzülerek ayrıldı ve dietileterle yıkandı (1.5 g, verim: % 65). MA: 1056,74 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 28 H 8 ClF 34 P; C, 31.82; H, 0.76; Cl, 3.35; F, 61.13; P, 2.93; Deneysel, C, 31.42; H, F NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: -80,6 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 6F, CF 3 ), -110,7 (t, 3 J F,F =13.8 Hz, 4F, CF 2 Ar), -121,97 (s, 4F, CF 2 ), -121,3 (s, 4F, CF 2 ), -121,91 (d, 8F, CF 2 ), -122,8 (s, 4F, CF 2 ), -126,1 (s, 4F, CF 2 ). 31 P { 1 H}NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 81,54 ppm (s). Şekil 3.4. (C 8 F 17 -Ph) 2 PCl bileşiğinin sentez reaksiyonu 70

92 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (2). Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] sentezi Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin bileşiği, Chen ve Xiao (2000), Francio ve ark. (2001), Chen ve ark. (2002), Dong ve Erkey (2004) kaynaklarından yararlanılarak aşağıda verilen metoda göre sentezlenmiştir. 19 F NMR ve 31 P NMR spektrumlarından elde edilen sonuçlara göre bu bileşiğin, şekil 3.5 de verilen yapıda olduğu anlaşılmıştır. n-buli (3.2 ml, 2.2 g, 1.6 M hekzan içerisinde), 1-bromo-3- (heptadekaflorooktil) benzenin (A) (2.5 g, 4.35 mmol) 15 ml dietileterdeki çözeltisi üzerine 78 C de damla damla eklendi. Karışım sıcaklığı 0 C ye kadar çıkarıldı ve bu sıcaklıkta yarım saat karıştırıldı. Dietilfosforamidosdiklorit (0.378 g, 2.17 mmol), oluşan yoğun sarı renkli çözelti üzerine 50 C de şırınga edildi. Daha sonra reaksiyon karışımının sıcaklığı yavaş yavaş oda sıcaklığına yükseltildi ve ardından çözelti 5ml HCI ile şiddetli bir şekilde karıştırılarak muamele edildi. Organik faz ayrılarak doymuş NaCI ve NaHCO 3 (2x20ml) ile yıkanıp, MgSO 4 üzerinde kurutuldu. Çözücüler vakum altında uzaklaştırılıp, soluk sarı yağımsı ürün elde edildi. Spektroskopik olarak saf ürün pentanda 20 C de kristallenmeye bırakıldı. Oluşan renksiz kristal, bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin oksit (C) süzülerek ayrıldı (1.46 g, verim: %65). MA: 1038,29 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 28 H 9 F 34 OP; C, 32.39; H, 0.87; F, 62.21; O, 1.54; P, 2.98 Deneysel, C, 32.25; H, F NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: -80,9 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 6F, CF 3 ), -111,18 (t, 3 J F,F =13,8 Hz, 4F, CF 2 Ar), -121,19 (s, 4F, CF 2 ), -121,70 (s, 4F, CF 2 ), -121,91 (d, 8F, CF 2 ), - 122,74 (s, 4F, CF 2 ), -126,14 (s, 4F, CF 2 ). 31 P { 1 H}NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 17,71 ppm (s). Argon atmosferinde triklorosilan (2,7 ml) bileşiği, buz banyosunda toluen (30 ml), trietil amin (3,84 ml) ve C (2,25 g 6,64 mmol) bileşiğinden oluşan karışıma karıştırarak yavaşça eklendi. Sonra 6 saat kaynama noktasında karıştırıldı. Soğutulduktan sonra üzerine 2N sodyum hidroksit çözeltisi (133 ml) buz banyosunda yavaşça eklendi. 71

93 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Çözelti glove box içinde argon atmosferinde alümina kolondan geçirilerek, organik faz eter fazına alındı ve oluşan çözücü karışımı vakum altında evapore edilerek uzaklaştırıldı. Sarı yağımsı sıvı ürün, bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin (D) (1,86 g, % 87) elde edildi. Şekil 3.5. (C 8 F 17 -Ph) 2 PH bileşiğinin sentez reaksiyonu (3). [Bis-siklookta-1,5-dien rodyum (I)] + BArF -, [Rh(COD) 2 BArF] sentezi Rh(COD) 2 BArF bileşiğini, ilk olarak Güzel ve arkadaşları (2000) sentezlemişlerdir (Şekil 3.6). Tez çalışmamızda kompleks oluşumu için kullanılan bu bileşik Güzel ve arkadaşları tarafından verilen yönteme göre sentezlenmiştir. En.: o C, MA: 1182,48 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 48 H 36 BF 24 Rh; C, 48.75; H, 3.07; B, 0.91; F, 38.56; Rh, 8.70; Deneysel, C, 48,11; H, 3,11. IR (KBr, ν= cm -1 ) : 3030, 2942, , 1278, H NMR (200 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 7,5 (s, 12H, Ph), 5,09 (s, 8H, COD-CH), 2,4 (s, 16H, COD-CH 2 ). 19 F NMR (300 MHz, CDCl 3, ppm) δ: -62,08 (s, 24F, Ph(CF 3 ) 3 ). 72

94 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Rh + F 3 C CF 3 F 3 C CF 3 B F 3 C CF 3 - F 3 C CF 3 BArF - Şekil 3.6. Rh(COD) 2 BArF bileşiğinin görünümü K1 Kompleksinin Sentezlenmesi Literatürlerde bulunmayan K1 bileşiği, orijinal BINAP ligandı ile Rh(COD) 2 BArF bileşiğinin reaksiyonu sonucunda oluşturuldu. K1 kompleksinin oluşumunda, Cai ve ark. (1994), Laneman ve ark. (1997), Birdsall, (2001) ve Dong ve Erkey (2004) literatürlerinden yararlanılmış olup, aşağıda verilen metotlara göre sentezlenmiştir (Şekil 3.7). Şekil 3.7. K1 komplekslerinin sentez reaksiyonu (1). (R)-(+)-2,2 -bis (difenilfosfino)-1,1 -binaftil, [(R)-BINAP] bileşiği Strem firmasından analitik saflıkta temin edilip, sentezlenen florlu BINAP türevleri ile hidrojenasyon uygulamalarında karşılaştırma amaçlı kullanıldı. 73

95 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (2). (R)-(+)-2,2'-bis (difenilfosfino)-1,1'-binaftil-[rh(cod)]barf (K1) kompleksinin sentezi 10 ml THF içinde [Rh(COD) 2 ]BArF (1.18 g, 1 mmol) bileşiği 15 ml THF içerisindeki (R)-(+)-2,2'-bis (difenilfosfino)-1,1'-binaftil (R)-BINAP (0.66 g, 1.05 mmol) çözeltisine 78 o C de damla damla ilave edildi. Ekleme sonrası ortam oda sıcaklığına getirilip, oda sıcaklığında 3 saat karıştırıldı. Çözücü vakum altında uzaklaştırılıp, kahverengi katı K1 ürünü, 1,29 g, %72 verimle elde edildi. MA: 1711,00 g/mol C 85 H 58 BF 24 P 2 Rh; 1 H NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: 6,1-7,8 ppm (Ar-H), 0,8-2,4 ppm (COD-H). 19 F NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: -61,57 (s, 24F, BArF-CF 3 ). 31 P NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: 26,49 ppm (J PRh = 141,5 Hz). Şekil 3.8. K1 katalizörünün görünümü K2 Kompleksinin Sentezlenmesi Orijinal olarak sentezlenen K2 bileşiği, BINAP ligandının fosfora bağlı fenil halkaları üzerinde orta pozisyonunda uzun zincirli perfloro gruplarının bağlanması sonucu modifiye edilmiş türevinden oluşmaktadır. Rh(COD) 2 BArF bileşiği ile tepkimelerinden rodyum(i) kompleksi oluşturulmuştur. K2 kompleksinin oluşum sürecinin tamamında Vondenhof ve ark. (1990), Uozumi ve ark. (1993), Cai ve ark. (1994), Laneman ve ark. (1997), Güzel ve ark. (2001), Chen ve Xiao (2000), Birdsall, (2001), Francio ve ark. (2001), Chen ve ark. (2002), Maillard ve ark. 74

96 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (2002), Hocke ve ark. (2003) ve Dong ve Erkey (2004) literatürlerinden yararlanılmış olup, aşağıda verilen metotlara göre sentezlenmiştir (Şekil 3.9). OH OH (CF 3 SO 2 ) 2 O, Piridin OSO 2 CF 3 OSO 2 CF 3 (R)-BİNOL (K2A) C 8 F 17 DABCO, NiCl 2 dppe, DMF C 8 F 17 PH + C 8 F 17 C 8 F 17 C 8 F 17 C 8 F 17 P P Rh BArF - Rh(COD) 2 BArF P P C 8 F 17 C 8 F 17 C 8 F 17 (K2) C 8 F 17 (L2) Şekil 3.9. K2 kompleksinin sentez reaksiyonu (1). (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binaftil (K2A) sentezi g (R)-Binaftol ün (1.1 mmol), 2 ml piridin ve 20 ml diklorometan içerisindeki çözeltisi ( 5)-(0) C aralığına soğutulduktan sonra, üzerine 1.08 g triflorometansülfonik anhidrit damla damla ilave edildi. İlave işlemi tamamlandıktan sonra karıştırma işlemine oda sıcaklığında 6 saat boyunca devam edildi. Bu süre sonunda evaporatör ile çözücüsü uzaklaştırıldı ve geride kalan katı 25 ml etilasetat içerisinde çözüldükten sonra % 5 lik HCl çözeltisi, doygun sodyum bikarbonat ve doygun sodyum klorür çözeltileri ile 3 defa yıkandı. Bu işlem sonucu elde edilen 75

97 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL organik faz susuz Na 2 SO 4 üzerinden kurutuldu ve çözücü düşük basınçta (vakumda) uçuruldu. Geride kalan sarı yağımsı madde silika jel kolonda yapılan kromatografik ayırma sonucu 0.6 g (%99) K2A beyaz katı olarak elde edildi. e.n. : C, MA: 550,45 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 22 H 12 F 6 O 6 S 2 ; C, 48.00; H, 2.20; F, 20.71; O, 17.44; S, 11.65; Deneysel, C, 47,76; H, 2,34; S, IR (KBr, ν= cm -1 ) : 3068, 2929, 1594, 1509, 1411, 1211, 1137, 941, H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 8,07 (d, J=9 Hz, H 5 ), 7,58 (d, J 3,4 = 9 Hz, H 3 ), 7,94 (d, J=9 Hz, H 4 ), 7,51 (t, J=7,5 Hz, H 7 ), 7,34 (t, J=7,5 Hz, H 6 ), 7,19 (d, J= 8,5 Hz, H 8 ), {(R)-BİNOL için; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 4,98 (s, Ar-OH)}. 19 F NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: -74,54 (s, 6F, CF 3 SO 2 ). Şekil K2A ara ürünün sentez reaksiyonu (2). (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (L2) sentezi NiCl 2 dppe nin (10 mg, 0,018 mmol) DMF (10 ml) içerisindeki çözeltisi üzerine oda sıcaklığında bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] (0,105 mmol, 109 mg) eklenip, çözelti 110 o C ye kadar ısıtıldı ve bu sıcaklıkta 30 dk. karıştırıldı. Daha sonra bu sıcaklıkta üzerine (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)- 1,1'-binaftil (K2A) (100 mg, 0,182 mmol) ile DABCO (82 mg, 0,72 mmol) bileşiklerinin 30 ml DMF içindeki çözeltisi damla damla eklendi. Bis-(mperflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] (0,105 mmol, 107 mg) bileşiğinden 1., 3. ve 7. saatlerde üç eşit parçalar halinde karışıma ilave edildi. Reaksiyon karışımı 110 o C de 72 saat karıştırıldıktan sonra oda sıcaklığına kadar soğutuldu ve DMF vakum 76

98 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL altında uzaklaştırıldı. Geride kalan katı metanol ile yıkandıktan sonra kurutuldu. Kahverengi (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (L2) bileşiği (0.2 g, % 48 verim) elde edildi. MA: 2294,87 g/mol, C 76 H 28 F 68 P 2 ; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 7,78 (d, 2H, J= 9 Hz), 7,81 (d, 2H, J= 9 Hz), 7,38 (dd, 4H, J= 8,5 Hz), 7,05 (m, 16H, J= 8 Hz), 6,82 (d, 2H, J= 8.5 Hz), 6,78 (d, 2H, J= 8 Hz). 19 F NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: -80,8 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 12F, CF 3 ), - 110,76 (t, 3 J F,F =13,8 Hz, 8F, CF 2 Ar), -121,33 (s, 8F, CF 2 ), -121,81 (s, 8F, CF 2 ), - 121,95 (d, 16F, CF 2 ), -122,77 (s, 8F, CF 2 ), -126,14 (s, 8F, CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 15,40 ppm (s). Şekil L2 ligandının görünümü (3). (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksinin (K2) sentezi 10 ml THF içinde [Rh(COD) 2 ]BArF (107 mg, 0,09 mmol) bileşiğini 15 ml THF içerisindeki (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (L2) (206 mg, 0,09 mmol) çözeltisine 78 o C de damla damla ilave edildi. Ekleme sonrası ortam oda sıcaklığına getirilip, oda sıcaklığında 3 saat karıştırıldı. Çözücü vakum altında uzaklaştırılıp, koyu kahverengi katı K2 ürünü, 207 mg, % 68 verimle elde edildi. MA: 3383,20 g/mol, C 117 H 54 BF 92 P 2 Rh; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 8,05 ppm (d, 2H, J = 8 Hz), 7,65 ppm (d, 2H, J = 8 Hz, J H,P = 11.8 Hz), 7,6-6,7 ppm (m, 34 H Ar-H), 6,4 ppm (d, 2H, J = 8,9 Hz), 4,4 ppm (COD-2H), 0,5-2,6 ppm (COD-12 H). 19 F NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: -62,33 (s, 24F, BArF- 77

99 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL CF 3 ), -80,81 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 12F, CF 3 ), -110,77 (t, 3 J F,F =13,8 Hz, 8F, CF 2 Ar), - 121,30 (s, 8F, CF 2 ), -121,85 (s, 8F, CF 2 ), -121,93 (d, 16F, CF 2 ), -122,77 (s, 8F, CF 2 ), -126,18 (s, 8F, CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 25,7 ppm (J PRh = 146 Hz). Şekil K2 katalizörünün görünümü K3 Kompleksinin Sentezlenmesi Orijinal olarak sentezlenen K3 katalizörü, BINAP ligandının binaftil halkasının 6,6'-pozisyonlarına uzun zincirli perfloro gruplarının bağlanması sonucu modifiye edilmiş türevinden oluşmaktadır. Rh(COD) 2 BArF bileşiği ile tepkimelerinden rodyum(i) kompleksi oluşturulmuştur. K3 kompleksinin oluşum sürecinin tamamında Vondenhof ve ark (1990), Uozumi ve ark. (1993), Cai ve ark. (1994), Deussen ve ark. (1996), Laneman ve ark (1997), Dong ve ark. (2000), Chen ve Xiao (2000), Birdsall ve ark. (2001), Francio ve ark. (2001), Güzel ve ark. (2001), Chen ve ark. (2002), Maillard ve ark. (2002), Hocke ve ark. (2003), Minatti ve ark. (2005) literatürlerden yararlanılmış olup, aşağıda verilen metotlara göre sentezlenmiştir (Şekil 3.13). 78

100 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Şekil K3 kompleksinin sentez reaksiyonu (1). (R)-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3A) sentezi 3,0 g (R)-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil, [(R)-BİNOL] (10.5 mmol), 6.8 g brometan (62.8 mmol), 5.9 g kuru potasyum karbonat ve 16 ml kuru asetonda katalitik miktarda NaI karışımı, geri soğutucu altında, magnetik karıştırıcıda, susuz koşullarda 2 gün boyunca karıştırıldı. Karışım soğutulduktan sonra üzerine su eklendi ve CH 2 Cl 2 ile ekstrakte edildi. Organik faz MgSO 4 ile kurutulup, filtre 79

101 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL edildikten sonra çözücü vakum altında uzaklaştırıldı. Kalan yağımsı madde benzen/petrol eterinde (60-90 o C) kristallendirildi. 3.4 g (verim %95) beyaz iğnemsi kristaller elde edildi (K3A). e.n.: o C. MA: 342,43 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 24 H 22 O 2 ; C, 84.18; H, 6.48; O, 9.34; Deneysel, C, 83,07; H, 6,76. IR (KBr, ν= cm -1 ) : 3035, 2974, , 1237, 803 cm -1. Şekil (R)-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3A) ara ürünün görünümü (2). (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3B) sentezi 2.0 g (R)-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3A) (5.8 mmol) 20 ml CH 2 Cl 2 içinde çözüldü ve 0 o C de karıştırıldı. Karıştırma devam ederken 0.66 ml brom (12.8 mmol) bir seferde ilave edildi ve oluşan HBr yi uzaklaştırmak için çözeltiden N 2 geçirildi. Reaksiyon karışımı 5 saat boyunca karıştırmak suretiyle oda sıcaklığına getirildi. Sarı renkli çözelti 1 gece bekletildi. Fazla bromu gidermek için karıştırma devam ederken 10 ml 10% NaHSO 3 çözeltisi ilave edildi. Organik kısım ayrıldı, su ile yıkandı ve MgSO 4 ile kurutuldu. Filtre edildikten sonra vakum altında çözücü uzaklaştırıldı. Kalan katı, benzen/petrol eterinde (60-90 o C) kristallendirildi. Kristaller petrol eteriyle yıkandı g (verim % 92) kristalin beyaz katı elde edildi (K3B). e.n.: o C, MA: 500,22 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 24 H 20 Br 2 O 2 ; C, 57.63; H, 4.03; Br, 31.95; O, 6.40, Deneysel, C, 56,13; H, 4,76. IR (KBr, ν= cm -1 ) : 3062, 2970, 2925, , 1235, 1053, 800, 685 cm H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 1,08 (t, 6H, -CH 3 ), 4,07 (m, 4H, -CH 2 ), 6,98 (d, 2H, -ArH(H 8 )), 7,28 (dd, 2H, J=9 Hz, J=2 Hz, -ArH(H 3 )), 7,44 (d, 2H, J=9 Hz, -ArH(H 7 )), 7,86 (d, 2H, J=9 Hz, -ArH(H 4 )), 8,02 (d, J=2 Hz, 2H, -ArH(H 5 )). 13 C NMR (400 MHz, 80

102 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL CDCl 3, ppm) δ: 14,3 (CH 3 ), 65,1 (CH 2 ), 77 (C-O-C) 116,3; 116,9 (Ar-C-Br, (C 7 )), 117,3 (C 3 ), 120,1 (1,1 -binaftil C 1 ), 126,1; 128,2; 130,5 (C 8 ); 131,1; 132,5, 154,5 ppm. Şekil (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3B) ara ürününün görünümü (3). (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3C) sentezi 1.8 g (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1'-binaftil (K3B) (3.56 mmol), 4.86 g C 8 F 17 I (8.9 mmol) ve 1.36 g aktive edilmiş bakır tozu (21.4 mmol) susuz ortamda 30 ml DMSO içindeki karışımı azot atmosferinde 60 saat 120 o C de ısıtıldı. Karışım 0 o C ye soğutulduktan sonra 10 ml su ile hidroliz edildi. Katı faz süzülüp, dietil eterle yıkandıktan sonra sulu faz dietil eterle (3 x 20 ml) ekstrakte edildi. Elde edilen organik faz, Na 2 SO 4 ile kurutuldu ve çözücü evaporatörde uzaklaştırıldı. Geride kalan katı, silika gel üzerinden petrol eteri/etilasetat (20:1) karışımı sürükleyici faz olarak kullanılarak flaş kromotografi ile saflaştırıldı. 3.2 g (verim %76) beyaz katı (K3C) elde edilmiştir. e.n.: o C, MA: 1178,53 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 40 H 20 F 34 O 2 ; C, 40.76; H, 1.71; F, 54.81; O, 2.72; Deneysel, C, 41,13; H, 1,89. IR (KBr, ν= cm -1 ) : 2918, 1630, 1244, 800 cm H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ : 0,8 (t, J=7.0 Hz, 6H, CH 3 ), 4.10 (m, 4H, CH 2 ), 7,05 (d, J=9 Hz, 2H, - ArH(H 8 )), 7,28 (dd, J=9 Hz, J=2 Hz, 2H, -ArH(H 3 )), 7,45 (d, J=9 Hz, 2H, - ArH(H 7 )), 8,08 (d, 2H, J=9 Hz, -ArH(H 4 )), 8,4 (s, 2H, -ArH(H 5 )) 19 F NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: (s, 4F, CF 2 ), 118,0 (s, 4F, CF 2 ), (s, 4F, CF 2 ), 117,5 (bs, 8F, CF 2 ), 116,5 (s, 4F, CF 2 ), (t, 3 J F,F =13.8 Hz, 4F, CF 2 Ar), 75.9 (t, 3 J F,F =9.0 Hz, 6F, CF 3 ). 81

103 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Şekil (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3C) ara ürününün görünümü (4). (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil-2,2'-diol (K3D) sentezi CH 2 Cl 2 içinde 8.8 ml BBr 3 (1 M 8.8 mmol) çözeltisi, 50 ml CH 2 Cl 2 içinde 2.6 g (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3C) (2.2 mmol) çözeltisine argon atmosferinde 0 o C de yavaşça eklendi ve oda sıcaklığında 20 saat karıştırıldı. Çözelti yavaş bir şekilde 100 ml soğuk su içerisine dökülerek, sulu faz etilasetat (3 x 60 ml) ile ekstrakte edildi ve organik faz Na 2 SO 4 üzerinde kurutuldu. Çözücü evaporatörde uzaklaştırıldıktan sonra, silika gel üzerinden sürükleyici faz olarak petrol eteri/etilasetat (5:1) karışımı kullanılarak flaş kromotografi ile saflaştırıldı. Elde edilen beyaz renkli ürün (K3D) 2.4 g olup, verim %97 dir. en: o C. MA: 1122,42 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 36 H 12 F 34 O 2 ; C, 38.52; H, 1.08; F, 57.55; O, 2.85; Deneysel, C, 40,01; H, 1,39. IR (KBr, ν= cm -1 ) : 3072, 3220, 2920, Şekil (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil-2,2'-diol (K3D) ara ürününün görünümü 82

104 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (5). (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-6,6'-diperflorooktil-1,1'- binaftil (K3E) sentezi 1.12 g (1 mmol) (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil-2,2'-diol (K3D) 20 ml CH 2 Cl 2 içindeki çözeltisi ile 10 ml triflorometilbenzen karıştırılarak, sıcaklık 0 o C ye kadar düşürülüp, üzerine ml (3 mmol) piridin eklendi. Oluşan çözeltiye 30 dk süresince ml (2.5 mmol) trifilik anhidrit ilave edildi. Karışım 12 saat boyunca karıştırıldıktan sonra çözücüler evaporatörde uzaklaştırıldı. Geride kalan katı 50 ml etilasetat içinde çözüldü. Organik faz %5 lik sulu HCl çözeltisinde (30 ml), sulu NaHCO 3 çözeltisinde (30 ml) ve sulu NaCl çözeltisinde (30 ml) yıkandı ve Na 2 SO 4 ile kurutuldu. Çözücü evaporatörde uzaklaştırıldıktan sonra geride kalan katı silika gel üzerinden petrol eteri/etilasetat (40:1) karışımı sürükleyici faz olarak kullanılarak flaş kromotografi ile saflaştırıldı. 1.2 g yağımsı ürün (K3E) elde edildi (verim %86). MA: 1386,55 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 38 H 10 F 40 O 6 S 2 ; C, 32.92; H, 0.73; F, 54.81; O, 6.92; S, 4.63; Deneysel, C, 33,12; H, 1,39; S, IR (KBr, ν= cm -1 ) : 3054, 2928, 1596, 1476, 1211, 1152, F NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ : -126,17 (s, 4F, CF 2 ), 122,73 (s, 4F, CF 2 ), 122,16 (s, 4F, CF 2 ), 121,89 (bs, 8F, CF 2 ), 119,9 (s, 4F, CF 2 ), 110,46 (t, 3 J F,F =13,5 Hz, 4F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9.4 Hz, 6F, CF 3 CF 2 ), 74,5 (s, 6F, CF 3 SO 2 ). Şekil (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3E) ara ürününün görünümü 83

105 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (6). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis-(difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L3) sentezi NiCl 2 dppe nin (6 mg, 0,011 mmol) DMF (10 ml) içerisindeki çözeltisi üzerine oda sıcaklığında difenilfosfin [(Ph) 2 PH] (0,067 mmol, 12,6 mg) eklenip, çözelti 110 o C ye kadar ısıtıldı ve bu sıcaklıkta 30 dk. karıştırıldı. Daha sonra bu sıcaklıkta üzerine R)-2,2 -bis(triflorometansülfonil oksi)-6,6 -diperflorooktil-1,1 - binaftil (K3E) (150 mg, 0,108 mmol) ile DABCO (50 mg, 0,45 mmol) bileşiklerinin 30 ml DMF içindeki çözeltisi damla damla eklendi. Difenilfosfin [(Ph) 2 PH] (0,067 mmol, 12,6 mg) bileşiğinden 1., 3. ve 7. saatlerde üç eşit parçalar halinde karışıma ilave edildi. Reaksiyon karışımı 110 o C de 72 saat karıştırıldıktan sonra oda sıcaklığına kadar soğutuldu ve DMF vakum altında uzaklaştırıldı. Geride kalan katı metanol ile yıkandıktan sonra kurutuldu. Kahverengi (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'- bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil (L3) (87 mg, % 55 verim) elde edildi. MA: 1458,77 g/mol, C 60 H 30 F 34 P 2 ; 19 F NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ : -126,23 (s, 4F, CF 2 ), 122,81 (s, 4F, CF 2 ), 122,22 (s, 4F, CF 2 ), 121,77 (bs, 8F, CF 2 ), 120,9 (s, 4F, CF 2 ), 110,49 (t, 3 J F,F =13,5 Hz, 4F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9.4 Hz, 6F, CF 3 CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: 27,25 ppm (s) Şekil L3 ligandının görünümü 84

106 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (7). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfinoksit)-1,1'-binaftil (Oksitli L3) bileşiğinin indirgenmesi Triklorosilan (0,082 g), 30 ml ksilen içerisindeki çözeltisi üzerine trietil amin (0,061 g) ve oksitli L3 (150 mg 0,047 mmol) argon atmosferinde 0 o C de ilave edildi. Karışım 100 o C de ve 120 o C de 1 er saat, kaynama noktası sıcaklığında ise 6 saat karıştırıldı. Oda sıcaklığına kadar soğuduktan sonra üzerine 2N sodyum hidroksit çözeltisi (133 ml) buz banyosunda yavaşça eklendi. Organik ve sulu faz arasındaki fark belirginleşmesi için karışım 60 o C ye ısıtıldı. Organik faz, sulu fazdan ayrıldıktan sonra susuz sodyum sülfat ile kurutuldu. Çözücü vakum altında evapore edilerek uzaklaştırıldıktan sonra koyu kahverengi karışım bir sonraki basamakta metal kompleksini oluşturmak için THF de çözüldü (8). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksinin (K3) sentezi 10 ml THF içinde [Rh(COD) 2 ]BArF (127 mg, 0,11 mmol) bileşiğini 15 ml THF içerisindeki (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil (L3) (131 mg, 0,09 mmol) çözeltisine 78 o C de damla damla ilave edildi. Ekleme sonrası ortam oda sıcaklığına getirilip, oda sıcaklığında 3 saat karıştırıldı. Çözücü vakum altında uzaklaştırılıp, koyu kahverengi ürün, 172 mg, %75 verimle, K3 elde edildi. MA: 2547,10 g/mol, C 101 H 56 BF 58 P 2 Rh; 31 P NMR (400 MHz, DMSO, ppm): δ 26,43 ppm (J PRh = 134,4 Hz). Şekil K3 kompleksinin görünümü 85

107 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL K4 Komplekslerinin Sentezlenmesi Orijinal olarak sentezlenen K4 katalizörü, BINAP ligandının fosfora bağlı fenil halkaları üzerinde orta pozisyonunda ve binaftil halkasının 6,6'-pozisyonlarına uzun zincirli perfloro gruplarının bağlanması sonucu modifiye edilmiş türevinden oluşmaktadır. Rh(COD) 2 BArF bileşiği ile tepkimelerinden rodyum(i) kompleksi oluşturulmuştur. K4 kompleksinin oluşum sürecinin tamamında Vondenhof ve ark (1990), Uozumi ve ark. (1993), Cai ve ark. (1994), Deussen ve ark. (1996), Laneman ve ark (1997), Dong ve ark. (2000), Chen ve Xiao (2000), Birdsall ve ark. (2001), Francio ve ark. (2001), Güzel ve ark. (2001), Chen ve ark. (2002), Maillard ve ark. (2002), Hocke ve ark. (2003), Minatti ve ark. (2005) literatürlerden yararlanılmış olup, aşağıda verilen metotlara göre sentezlenmiştir (Şekil 3.21). Şekil K4 kompleksinin sentez reaksiyonu 86

108 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (1). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L4) sentezi NiCl 2 dppe in (12 mg, 0,022 mmol) DMF (10 ml) içerisindeki çözeltisi üzerine oda sıcaklığında bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] (0,062 mmol, 64 mg) eklenip, çözelti 110 o C ye kadar ısıtıldı ve bu sıcaklıkta 30 dk. karıştırıldı. Daha sonra bu sıcaklıkta üzerine R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)- 6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3E) (150 mg, 0,108 mmol) ile DABCO (85 mg, 0,76 mmol) bileşiklerinin 30 ml DMF içindeki çözeltisi damla damla eklendi. Bis- (m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] (0,062 mmol, 64 mg) bileşiğinden 1., 3. ve 7. saatlerde üç eşit parçalar halinde karışıma ilave edildi. Reaksiyon karışımı 110 o C de 72 saat karıştırıldıktan sonra oda sıcaklığına kadar soğutuldu ve DMF vakum altında uzaklaştırıldı. Geride kalan katı metanol ile yıkandıktan sonra kurutuldu. Koyu kahverengi katı ürün, (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m- (heptadekaflorooktil)-difenilfosfino)-1,1'-binaftil (L4) (154 mg, % 45 verim) elde edilmiştir. MA: 3130,98 g/mol, C 92 H 26 F 102 P 2 ; 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 9,1 (d, 2H, J=8,3 Hz, -ArH(H 4 )), 8,3 (s, 2H, -ArH(H 5 )), 7,86 (d, 2H, J=11 Hz, - ArH(H 3 ), (20H, m, kompleks aromatik bölge, PhH ve -ArH(H 7 ), -ArH(H 8 )). 19 F NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ : -126,04 (s, 12F, CF 2 ), 122,62 (s, 12F, CF 2 ), 121,78 (bs, 24F, CF 2 ), 121,29 (s, 12F, CF 2 ), 121,13 (s, 12F, CF 2 ), 109,98 (t, 3 J F,F =14 Hz, 12F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9.9 Hz, 18F, CF 3 CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 23,04 ppm (s). Şekil L4 ligandının görünümü 87

109 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (2). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfinoksit)-1,1'-binaftil (Oksitli L4) bileşiğinin indirgenmesi Oksitli L4 bileşiğinin indirgemesi oksitli L3 bileşiği ile aynı yöntemle yapıldı (3). (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksinin (K4) sentezi 10 ml THF içinde [Rh(COD) 2 ]BArF (127 mg, 0,11 mmol) bileşiğini 15 ml THF içerisindeki (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L4) (219 mg, 0,07 mmol) çözeltisine 78 o C de damla damla ilave edildi. Ekleme sonrası ortam oda sıcaklığına getirilip, oda sıcaklığında 3 saat karıştırıldı. Çözücü vakum altında uzaklaştırılıp, koyu kahverengi 177 mg, % 60 verimle K4 elde edildi. MA: 4219,30 g/mol, C 133 H 52 BF 126 P 2 Rh; 1 H NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: 8,25 ppm (d, 2H, J = 8,4 Hz), 8.2-7,1 ppm (m, 34H, Ar-H), 76,92 ppm (d, 2H, J = 8,1 Hz), 4,2 ppm (COD-2H), 0,5-2,6 ppm (COD-12 H). 19 F NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: -62,34 (s, 24F, BArF-CF 3 ), -80,92 (t, 3 J F,F =10,0 Hz, 18F, CF 3 ), -111,06 (t, 12F, CF 2 Ar), -121,21 (s, 12F, CF 2 ), -121,42 (s, 12F, CF 2 ), -121,90 (d, 24F, CF 2 ), -122,90 (s, 12F, CF 2 ), -126,31 (s, 12F, CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, MeOD, ppm): δ 25,36 ppm (J PRh = 139 Hz). Şekil K4 kompleksinin görünümü 88

110 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL K5 Komplekslerinin Sentezlenmesi Orijinal olarak sentezlenen K5 katalizörü, K2 kompleksinin polimerik TentaGel S-NH 2 katı desteğe tutturulmuş türevinden oluşmaktadır. Rh(COD) 2 BArF bileşiği ile tepkimelerinden rodyum kompleksi ayrıca oluşturulmuştur. K5 kompleksinin oluşum sürecinin tamamında Friedman (1961), Sogah, (1979), Vondenhof ve ark (1990), Kim ve ark. (1992), Uozumi ve ark. (1993), Cai ve ark. (1994), Laneman ve ark (1997), Lemaire ve ark. (2000), Birdsall ve ark. (2001), Francio ve ark. (2001), Güzel ve ark. (2001), Hocke ve ark. (2003), Otomaru ve ark. (2004) literatürlerden yararlanılmış olup, aşağıda verilen metotlara göre sentezlenmiştir (Şekil 3.24). Br Br NC OH OH -75 o C, Br 2, Sodyumbisülfit %95 OH OH Piridin, (CF 3 SO 2 ) 2 O %83 OSO 2 CF 3 OSO 2 CF 3 CuCN, NMP, 4h, 180 o C %60 OSO 2 CF 3 OSO 2 CF 3 Br Br NC (R)-BİNOL K5A K5B K5C C 8 F 17 C 8 F 17 NiCl 2 dppe, DMF, DABCO, 100 o NC P C 8 F 17 KOH, Dioxane/ MeOH/ H 2 O HOOC P C 8 F 17 C 8 F 17 C 8 F 17 P %81 P P H %55 NC C 8 F 17 K5D C 8 F 17 O EDCI.HCI, HOBt, DMF. n HOOC NH 2 C 8 F 17 K5E C 8 F 17 O O O n N H O C 8 F 17 P C 8 F 17 Rh(COD) 2 BArF O O n N H O C8 F 17 P Rh C 8 F 17 BArF O O n N H O C 8 F 17 P C 8 F 17 O O n N H O C 8 F 17 P C 8 F 17 L5 K5 Şekil K5 kompleksinin sentez reaksiyonu 89

111 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL (1). (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' dihidroksi-1,1'-binaftil (K5A) sentezi Optik saflıktaki 1.0 g (3.49 mmol) (R)-2,2' dihidroksi-1,1'-binaftol [(R)- BİNOL] 20 ml diklorometan içerisinde çözülüp -75 C ye soğutuldu. Şiddetli bir şekilde karıştırılan çözelti üzerine bu sıcaklıkta, 0,46 ml (9.07 mmol, 1.45 g) Br dk boyunca damla damla ilave edildi. Karışım oda sıcaklığına gelene kadar 2,5 saat boyunca karıştırıldı ve bu sıcaklıkta karıştırma işlemine 1 saat daha devam edildi. Çözelti üzerine fazla bromu yıkmak için %10 luk sodyumbisülfit ilave edildi. Fazlar birbirinden ayrılarak organik faz doygun sodyum klorür ile yıkanarak sodyumsülfat üzerinden kurutuldu. Çözücü evaporatörde uzaklaştırıldıktan sonra geride kalan katı (1.71 g) benzen/siklohekzan karışımında kristallendirildi ve 1.52 g saf R-(+)-6,6'-Dibromo-2,2' dihidroksi-1,1'-binaftil (K5A) %95 verimle elde edildi. e.n: o C, MA: 444,12 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 20 H 12 Br 2 O 2 ; C, 54.09; H, 2.72; Br, 35.98; O, 7.21; Deneysel, C, 53,12; H, 3,39. IR (KBr, ν= cm -1 ): 3472, 2922, 1587, 1496, 1202, 672 cm H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 7,38 (d, J 3,4 = 9 Hz, H 3 ), 5,07 (s, Ar-OH), 7,91 (d, J 3,4 =9 Hz, H 4 ), 8,08 (d, J 5,7 =2 Hz, H 5 ), 7,41 (d, J 7,8 = 9 Hz, H 7 ), 6,98 (d, J 7,8 = 9 Hz, H 8 ) Şekil K5A ara ürünün görünümü (2). (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binaftil (K5B) sentezi g (2.081 mmol) (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil (K5A), 10 ml diklorometan ve 2 ml piridin karışımında çözüldü. Karışımın 90

112 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL sıcaklığı 0 C ye düşürülüp üzerine g (0.84 ml, 4.99 mmol) trifilik anhidrit damla damla ilave edildi. Karışım 6 saat karıştırıldıktan sonra çözücü uzaklaştırıldı ve geride kalan katı 10 ml etilasetat içerisinde çözüldü. Çözelti %5 lik HCl çözeltisi ile yıkanarak doygun sodyumbikarbonat ve doygun sodyum klorür çözeltileri ile muamele edildi. Organik kısım ayrılarak sodyumsülfat ile kurutuldu. Bu işlemler sonucu elde edilen organik fazın çözücüsü evaporatörde uzaklaştırıldıktan sonra geride kalan sarı yağımsı madde silika jel kolon içerisinden geçirilerek saflaştırıldı ve hekzan içerisinde kristallendirildi. Beklenen ürün (K5B) %83 verimle (1.18 g) elde edildi. e.n: o C, MA: 708,24 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 22 H 10 Br 2 F 6 O 6 S 2 ; C, 37.31; H, 1.42; Br, 22.56; F, 16.09; O, 13.55; S, 9.05; Deneysel, C, 37,42; H, 1,39; S, IR (KBr, ν= cm -1 ) :3073, 1585, 1495, 1421, 1218, 1139, 938, 823, 675, 500 cm H NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 7,51 (d, J 3,4 = 9 Hz, H 3 ), 8,09 (d, J 3,4 =9 Hz, H 4 ), 8,21 (d, J 5,7 =2 Hz, H 5 ), 7,69 (d, J 7,8 = 9 Hz, H 7 ), 7,10 (d, J 7,8 = 9 Hz, H 8 ) Br OSO 2 CF 3 OSO 2 CF 3 Br Şekil K5B ara ürünün görünümü (3). (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2' bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binaftil (K5C) sentezi 1.18 g (1.66 mmol) (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' bis(triflorometansülfoniloksi)- 1,1'-binaftil (K5B) ve g (3.52 mmol) CuCN, 10 ml N-metilpirolidon içerisinde yaklaşık 180 C de 5 saat karıştırıldı. Karışım oda sıcaklığına soğutuldu ve koyu kahverengi süspansiyon 15 ml diaminoetanın 35 ml sudaki çözeltisi içerisine eklendi. Oluşan karışım 30 ml diklorometan ile birkaç defa ekstrakte edildikten 91

113 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL sonra organik faz %10 luk KCN ve doygun NaCl çözeltisi ile yıkanarak sodyum sülfat ile kurutuldu. Elde edilen çözeltinin çözücüsü evaporatörde uzaklaştırılarak geride kalan siyah yağımsı madde silika gel kolondan geçirilerek saflaştırıldı ve beklenen ürün (K5C) %60 verimle (0.6 g) sentezlendi. e.n: 50,9-54 o C, MA: 600,47 g/mol, Elementel Analiz: Teorik, C 24 H 10 F 6 N 2 O 6 S 2 ; C, 48.01; H, 1.68; F, 18.98; N, 4.67; O, 15.99; S, 10.68; Deneysel, C, 47,12; H, 1,89; S, IR (KBr, ν= cm -1 ): 3083, 2923, 2231, 1595, 1498, 1425, 1220, 1136, 951, 806 cm C-NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: 112,26 (CN), 118,62 (Cq, (J C-F = 321 Hz)), 119,61 (Cq), 120,88 (CH), 122,32 (Cq), 127,14 (CH), 127,14 (CH), 129,46 (CH), 130,26 (Cq), 130,48 (CH), 130,62 (Cq), 132,31 (CH), 144,36(Cq). 19 F-NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: -74,34 (s) Şekil K5C ara ürünün görünümü (4). (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5D) sentezi NiCl 2 dppe in (18 mg, 0,034 mmol) DMF (10 ml) içerisindeki çözeltisi üzerine oda sıcaklığında bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] (0,195 mmol, 200 mg) eklenip, çözelti 110 o C ye kadar ısıtıldı ve bu sıcaklıkta 30 dk. karıştırıldı. Daha sonra üzerine bu sıcaklıkta (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2 bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K5C) (200 mg, 0,33 mmol) ile DABCO (15 mg, 0,134 mmol) bileşiklerinin 30 ml DMF içindeki çözeltisi damla damla eklendi. Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(C 8 F 17 -Ph) 2 PH] (0,195 mmol, 200 mg) bileşiğinden 1., 3. ve 7. saatlerde üç eşit parçalar halinde karışıma ilave edildi. 92

114 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Reaksiyon karışımı 110 o C de 72 saat karıştırıldıktan sonra oda sıcaklığına kadar soğutuldu ve DMF vakum altında uzaklaştırıldı. Geride kalan katı metanol ile yıkandıktan sonra kurutuldu. Kahverengi (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(bism(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5D) (425 mg, % 55 verim) elde edildi. e.n: o C, MA: 2344,89 g/mol, C 78 H 26 F 68 N 2 P 2 ; IR (KBr, ν= cm -1 ): 3066, 3048, 2226, 1634, 1438, 1422, 1202, 1148 cm H NMR (400 MHz, MeOD, ppm) δ: 8,32 (d, 2H, J=9,2 Hz, -ArH(H 4 )), 8,2 (s, 2H, -ArH(H 5 )), 7,96 (d, 2H, J=9 Hz, J H,P =12,07 Hz, -ArH(H 3 ), 7,2 7.9 (18H, m, kompleks aromatik bölge, PhH ve - ArH(H 8 )). 6,92 (d, 2H, J=8,8 Hz, -ArH(H 7 )). 19 F NMR (400 MHz, MeOD, ppm) δ : -126,70 (s, 8F, CF 2 ), 123,20 (s, 8F, CF 2 ), 122,39 (s, 8F, CF 2 ), 122,12 (bs, 16F, CF 2 ), 121,68 (s, 8F, CF 2 ), 111,47 (t, 3 J F,F =13,9 Hz, 8F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9,5 Hz, 12F, CF 3 CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: 23,49, 22,87, 22,12 (s) (-Ar 3 P=O), -16,24 ppm (s) (-Ar 3 P). Şekil K5D ara ürünün görünümü (5). (R)-(+)-6,6'-dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktil fenil)fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) sentezi (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2'-bis-(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'- binaftil (K5D) (200 mg, 0,085 mmol), dioksan içerisinde (4 ml) KOH (60 mg, 1,06 mmol), metanol (4 ml) ve H 2 O (1,5 ml) oluşan karışım 24 saat kaynatılarak karıştırıldı. Reaksiyon karışımı oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra 2N HCl ile asitlendirildikten sonra etil asetat ile ekstrakte edildi. Organik faz MgSO 4 ile 93

115 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL kurutulup, vakum altında çözücü uzaklaştırıldı. Geride kalan kalıntı iso-propilalkol (2-PrOH) ile kristallendirildi. Ürün, K5E beyaz katı, 162 mg (%81 verim). MA: 2382,89 g/mol, C 78 H 28 F 68 O 4 P 2 ; IR (KBr, ν= cm -1 ): 3406, 1650, 1442, 1206, 1148, 1092, 1008, 760, 630 cm H NMR (400 MHz, DMSO, ppm) δ: 10,2 ppm (s, 2H - ArCOOH), 8,5 (s, 2H, -ArH(H 5 )), 7,1 8,4 (24H, m, kompleks aromatik bölge, - ArH). 19 F NMR (400 MHz, MeOD, ppm) δ : -126,70 (s, 8F, CF 2 ), 123,26 (s, 8F, CF 2 ), 123,25 (s, 8F, CF 2 ), 122,38 (bs, 16F, CF 2 ), 121,70 (s, 8F, CF 2 ), 111,55 (t, 3 J F,F =13,9 Hz, 8F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9,5 Hz, 12F, CF 3 CF 2 ). 31 P NMR (400 MHz, CDCl 3, ppm) δ: -16,21 ppm (s) (-Ar 3 P). Şekil K5E ara ürünün görünümü (6). PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) sentezi TentaGel S-NH 2 polimerik katı destekten (0,5 g, 0,26 mmol NH 2 /g) asetonitril (6x20 ml) ve kloroform (5x20 ml) ile yıkandıktan sonra üzerine 30 ml DMF içinde (R)-(+)-6,6'-dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil) fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) (170 mg, 0,072 mmol), EDCI HCI (22 mg, 0,12 mmol) ve HOBt (15 mg, 0,072 mmol) eklenerek oda sıcaklığında 24 saat karıştırıldı. Reaksiyon karışımı süzüldükten sonra reçine DMF (5x20 ml) ve diklorometan (8x20 ml) yıkanıp, vakum altında kurutuldu. Ürün, 4 mg, L5 (24,78 mg BINAP (0,0108 mmol)/1 g) elde edildi. 13 C-NMR (300 MHz, ppm) δ: 224 ppm (C=O), ppm (C=C heteroaromatik ve aromatik karbon), ppm (-CH 2 -O, -CH 2 -NH etkileşimi), ppm (C-F etkileşimi). 94

116 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Şekil L5 ligandının görünümü (7). Katı desteğe bağlı ligandın miktarının tayini Katı desteğe bağlanan ligand miktarını belirlemek amacıyla katı destekteki fosfor içeriğinin tayinini yapıldı. Bunun için ilk etapta hazırlanan KH 2 PO 4 standart çözeltilerinin UV spektroskopik cihazında okunan absorbans değerlerinin konsantrasyona karşı grafiği çizilerek standart kalibrasyon eğrisi oluşturuldu. Daha sonra 20 mg fosfin içeren PS-PEG polimerik reçine kuvvetli asit çözeltisinde 2 saat boyunca kaynatılarak fosfin fosfata dönüştürüldü ve çözelti ortamına alındı. 1,8 M H 2 SO 4 asit ile çözelti asitlendirildikten sonra amonyum molibdat ile reaksiyona sokularak fosfat amonyumfosfomolibdata dönüştürüldü. UV bölgesinde çözeltinin absorbansının ölçülebilmesi için kalay klorür ile çözelti renklendirildi. Sonra 690 nm dalgaboyunda absorbans ölçümü yapıldı (Mauro Korn, 2002) (8). PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/ Rh(COD) 2 BArF (K5) sentezi PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) (200 mg, 0,00216 mmol florlu-binap) ligandı 15 ml THF içindeki Rh(COD) 2 BArF a (2,55 mg, 0,00216 mmol) oda sıcaklığında eklendi. Karışım, oda sıcaklığında 3 saat karıştıktan 95

117 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL sonra süzülüp vakum altında kurutuldu. Ürün olarak PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/Rh(COD) 2 BArF (K5) elde edildi (Şekil 3.31). Şekil K5 kompleksinin görünümü Sentezlenen Bileşiklerin Reaksiyon Ortamından Ayrılması ve Saflaştırılması Florlu bileşiklerin ayrılması ile ilgili araştırma çalışmaları oldukça yoğun bir şekilde sürmekte ve özellikle son zamanlarda bu konuda yeni yöntemler uygulamaya başlanmıştır. Floroflash kolon kromotografisi, florlu katı faz ekstraksiyonu, florlu iki fazlı sistemler vb. örnekler verilebilir (Horvath ve ark. 1994; Zhang ve ark. 2000; Curran ve ark. 2004; Gladysz ve ark. 2004; Kirsch 2005). Sentezlediğimiz ağır florlu bileşiklerin saflaştırılmasında ise bu yöntemlerin bazılarından yararlanılmıştır. Kolon ile ayırma işlemi için, silika jel dolgu maddesi kolona yaş yöntemle doldurularak kromotografik ayırma için hazır hale getirilmiştir. Ardından reaksiyon sonucu sentezlenmiş ham ürün, en düşük hacimde çözücü ile homojen hale getirilerek kolona yüklenmiş ve CH 2 Cl 2 ve FC-72 (8:2) karışımı hareketli fazı kullanılarak kolondan yürütülmüştür. Kolon çıkışından toplanan 5 er ml hacimlerdeki örnekler tüplere alınarak, ham ürün ile birlikte TLC de (ince tabaka kromotografisi) yürütülmüş ve kolon öncesi 3 farklı grup içeren ham ürünün kolonda saflaştırma işlemi sonrasında çözücü ile beraber yürüyen tek bir grup ile kolondan ayrıldığı görülmüştür. Yaklaşık 8 g lık kolon dolgu maddesi için 200 mg ham ürün 96

118 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL yukarıda bahsedildiği şekilde bir ön deneme ile kolonda ayrılmıştır. Daha sonra geride kalan kısım kolon kapasitesi de göz önünde bulundurularak tekrar hazırlanan bir başka kolonda safsızlıklardan ayrılmıştır. Şekil Basit bir TLC deneyi ve Florlu Silika Jel sabit fazının diğerlerine olan ayırmadaki üstünlüğü Ayırma ve saflaştırma işlemlerinde, normal silika dolgu maddesi ile yapılan kolon kromatografisi çalışmalarında verim kaybının yüksek olduğu görülmüştür. Bu nedenle perflorlu kolon dolgu maddeleri ve perflorlu çözücüler kullanarak (F-SPE tekniği) ayırma çalışmaları tekrarlanmıştır. Farklı oranlarda farklı çözücüler yürütücü faz olarak kullanılmış ve en uygun ayırma tekniği tespit edilmiştir. Uzun zincirli perflorlu gruplar içeren bileşikler florlu çözücüler (FC-72, trifluoro-toluen gibi) kullanılarak (florlu iki fazlı bileşen yöntemi ile) ortamdan ekstrakte edilmiştir. Normal ayırma ve saflaştırma işlemlerinden sonra elde edilen bileşiklerin karakterizasyonunda, oldukça fazla miktarda safsızlıkların bulunduğu, florlu katı faz ekstraksiyonu (F-SPE) tekniği kullanılarak yapılan ayırma işlemlerinden sonra yapılan karekterizasyonda ise bileşiklerin daha saf elde edildiği ancak verimin oldukça düşük olduğu tespit edilmiştir. 97

119 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Şekil Florlu iki fazlı sistem Sentezlenen K1, K2, K3, K4 ve K5 Komplekslerinin Molar İletkenlik Ölçümleri Sentezlenen K1, K2, K3, K4 ve K5 komplekslerinin iletkenlik testleri için ilk önce hücre sabiti (k) belirlendi. Bunun içinde potasyum klorür (KCl) bileşiğinin suda 1 M, 0,1 M ve 0,01 M olacak şekilde üç farklı derişimde çözeltisi hazırlanıp, ölçümleri alındı ve ortalamaları hesaplanarak hücre sabitinin değeri belirlendi. Saf metanol ile sıfırlama yapıldıktan sonra kompleksler belirlenen derişimlerde metanolde çözülerek elektriksel dirençleri (R) kondüktometre cihazında ölçüldü. Her kompleks için elektriksel direnç (R), k=r.κ formülünde yerine konularak öz iletkenlikleri hesaplandı. Bulunan öz iletkenlik değerlerinin derişime oranından her kompleks için molar iletkenlik (Λ) değerleri bulundu. Öz iletkenlik (κ) ve molar iletkenlik (Λ) için hesaplanan değerleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir (Çizelge 3.1). Çizelge 3.1. Sentezlenen katalizörlere ait öz iletkenlik ve molar iletkenlik değerleri KATALİZÖRLER ÖZ İLETKENLİK MOLAR İLETKENLİK (κ) ohm -1.cm -1 (Λ) ohm -1.mol -1.cm 2 K1 0, ,119 K2 0, ,085 K3 0, ,370 K4 0, ,620 K5 0, ,0014 Hücre Sabiti (k) = (k 1 +k 2 +k 3 )/3= (3,08 + 0,77 + 0,55)/3= 1,46 cm -1 98

120 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Katalizörlerin scco 2 ortamında çözünürlüklerinin incelenmesi Çözünürlük çalışmaları pencereli reaktör içerisinde gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.1). Literatürlerde çözünürlük çalışmaları, sıcaklık ve basınç değiştirilerek yapılmaktadır. Bu tip çalışmalar incelendiğinde uygulamaların genellikle psi aralığında olduğu görülmektedir (Horváth ve ark., 1994; Wincent ve ark., 1997; Kainz ve ark., 1999). Bu nedenle çözünürlük çalışması, değişik sıcaklık ve basınçlarda gerçekleştirilmiş ve 1750 psi basınç, 343 o K sıcaklık değerleri en uygun koşullar olarak belirlenmiştir. Katalizör, magnetik balık ile birlikte reaktör içinde belirlenen sıcaklık ve basınçlarda 4 saat karıştırılmıştır. İşlem sırasında bileşiklerin çözünürlükleri gözlenmiştir. Ölçümler maliyetin yüksek olması nedeniyle üçer defa tekrar edilmiştir. Çözünürlük sonuçları Bulgular ve Tartışma bölümünde, başlık 4.4 de verilmiştir. Çözünürlük testleri için kullanılan sistem şematik olarak şekil de görülmektedir. Şekil Çözünürlük çalışmaları için kullanılan sistemin şematik gösterimi Katalizörlerin scco 2 ortamında stirenin hidrojenasyon reaksiyonunda aktifliklerinin incelenmesi Sentezlenen katalizörlerin hidrojenasyon etkinlikleri ve seçicilikleri, model bileşik olarak seçilen stiren üzerinde denenmiştir. Deney şartlarının belirlenmesinde gerek katalizörün çözünürlüğü gerekse stiren bileşiklerinin hidrojenasyon 99

121 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL çalışmalarında literatür verileri dikkate alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. Katalizör çözünürlüğü bu şartlar için etkin olacağından, incelenen sıcaklık şartları, çözünürlüklerin belirlenmesinden sonra tespit edilmiştir. Hidrojenasyon deneyleri paslanmaz çelik yüksek basınç reaktöründe (100 ml) gerçekleştirildi. Reaktör, 1,73 x 10-6 mol kompleks bileşikleri ve 8.65 x 10-4 mol stiren (1μL) bileşiği ile substrat/katalizör oranı 500 olacak şekilde dolduruldu. En uygun şartlar olarak 10 bar H 2 ve 1850 psi toplam basınç (pco 2 +ph 2 ) ve 343 o K sıcaklık ve süre olarak 3 saat, 750 rpm karıştırma hızı değerleri seçilmiştir. Hidrojenasyon sonuçları Bulgular ve Tartışma bölümünde, başlık 4.5 de verilmiştir. Hidrojenasyon çalışmalarında, şekil 3.2. de verilen yüksek basınç düzeneğinden yararlanılmıştır. Şekil 3.35 da scco 2 ortamında hidrojenasyon çalışmalarının yapıldığı yüksek basınç reaktör sisteminin şematik gösterimi verilmiştir. Ayrıca aşağıda kullanılan yüksek basınç sistemi görüntüleri görülmektedir (Şekil 3.36). Şekil Yüksek basınç reaktör sisteminin şematik gösterimi 100

122 3. MATERYAL VE METOT Hüseyin ALTINEL Şekil Yüksek basınç yüksek sıcaklık sistemine ait görüntüler 101

123 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL 4. BULGULAR TARTIŞMA Tez çalışmaları kapsamında hedeflenen bileşiklerin sentezleri başarıyla gerçekleştirilmiş, ürünlere ait spektroskopik ve fiziksel ölçümler metot bölümünde, spektrumlar ise ekler bölümünde verilmiştir. Sentezlenen ara maddeler, ligandlar ve metal komplekslerin karakterizasyonunda FT-IR, katı ve sıvı 1 H, 19 F, 31 P ve 13 C NMR spektroskopisi verilerinden yararlanılmıştır. IR spektrumlarında OH, Ar-O-R, nitril, Ar-H gibi fonksiyonel gruplara ait pikler yapı karakterizasyonunda çok yararlı bilgiler vermiştir. 19 F NMR spektrumları ligandların hazırlanmasında Rf gruplarının yapıya takılıp takılmadığının belirlenmesi yanında komplekslerde BArF anyonundaki florların farklı olması nedeniyle komplekslerin oluşumu hakkında önemli bilgiler vermiştir. 31 P NMR spektrumları gerek ligandın hazırlanması aşamasında binaftil halkasına difenilfosfinin bağlanmasını göstermesi gerekse rodyum(i) ile yapmış olduğu komplekslerde gözlenen Hz aralığındaki yarılma sabitleri komplekslerin oluşup oluşmadığını göstermiştir. Fosforun rodyuma koordine olduğu bileşiklerin 31 P NMR ölçümleri birçok çalışmada incelenmiş olup, yarılma sabitlerinin Hz aralığında olduğu tespit edilmiştir (Güzel ve ark., 2001; Harris ve Mann, 1978, Alame, 2007). Ayrıca 31 P NMR verileri değerlendirildiğinde; oksitlenmemiş fosfin ligantlara ait piklerin negatif bölgede, 15 civarında, oksitlenmiş fosfin ligantlara ait piklerin ise ppm aralığında bulunduğu görülmektedir. Yapılan ilk denemelerde ligandların oksitlenmesinin sebebinin deneysel olup olmadığı tartışılmıştır. Ancak bileşiklerin hiçbir şekilde argon ve azot atmosferi dışında havayla teması söz konusu olamayacağından, çözücülerin etkisi detaylı olarak incelenmiştir. Yapılan testlerde çözücülerin ileri derecede saflaştırılması sonucu su veya oksijen içermediği tespit edilmiştir. Ayrıca oksitlenmiş fosfin ligantlara rodyum metalinin koordinasyonu çok zor olmasından dolayı metalligant kompleks oluşumu gerçekleşmemektedir. Oysa sentezlenmiş fosfin ligantların rodyum kompleksleri oluşturulmuş ve yapıları spektroskopik yöntemlerle aydınlatılmıştır. Bu sebeple, bileşiklerin yapı tayinleri sırasında oksitlenmiş olabileceği düşünülmüştür. Gerekli uyarılar yapılmış ve ligandlar için sentezler 102

124 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL tekrarlanmıştır. İkinci ve kimi zaman üçüncü sentez sonuçlarında elde edilen bileşiklerin NMR sonuçlarında bazı ligandlar haricinde oksit piklerine rastlanmamıştır. Ağır florlu bileşiklerle yapılan çalışmaları içeren literatürlerde safsızlıklar ile ilgili problemlerin normal olduğu konusu üzerinde özellikle ve sıklıkla durulmuştur. Çünkü uzun zincirli perflorlu bileşiklerin yüksek elektronegatifliği nedeniyle P atomu üzerindeki elektron yoğunluğunu çekmesi ve bu nedenle de havadaki oksijen ile çok kolay etkileşerek florlu bileşiğin oksitlenmesini sağladığı bilinen bir gerçektir (Nakamura-2002). Bundan dolayı da asıl bileşiğin yanında oksitli türevinin yan ürün olarak ortaya çıkması ciddi ayırma ve safsızlık problemini gündeme getirmektedir. Oksitlenme ihtimaline karşın, perflorlu ligandlar elde edildikten sonra, ayrıca indirgeme reaksiyonu da gerçekleştirilmiştir. İndirgenme prosedürü Baldwin ve Fink (2002) ve Chen (2002) literatürlerine göre gerçekleştirilmiştir. Perfloroalkil hedef ürünlerinin reaksiyon ortamından ayrılması sorunundan kurtulmak için bilinen alışılagelmiş tekniklerin dışında, FluoroFlash kromatografi tekniği kullanılmış ve florlu çözücüler (tetradekaflorohekzan, heptadekaflorooctan, hekzaflorobenzen ve triflorotoluen vs.) yürütücü olarak seçilmiş, ayırma ve saflaştırma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Saflaştırma yöntemlerinden, florlu iki fazlı sistem (florlu bifazik sistem) kullanılarak da ayırma çalışmaları gerçekleştirilmiş ve özellikle ağır florlu (perflorlu) grup bulunan ligandların ayrılma ve saflaştırılmasında oldukça iyi sonuçlar alınmıştır. Ayrıca polimere tutturulmuş ligandın kantitatif analizi titrimetrik yöntem ile yapılmış olup, ölçümler UV-spektroskopide gerçekleştirilmiştir. Polimere bağlanmış fosfor miktarı ise kral suyunda polimerin parçalanıp asidik ortamda amonyum molibdat ile yükseltgenmesi ve mavi renk oluşması ile tespit edilmiştir. Ayrıca sentezlenmiş metal komplekslerin kondüktometre içerisinde iletkenlik testi yapılmış ve elde edilen sonuçlardan metal komplekslerinin iyonik yapıda oldukları bulunmuştur. Yapılan hidrojenasyonlardaki dönüşümlerin belirlenmesi için GC cihazı kullanılmış olup, GC kolonda hidrojenasyon ürünü etil benzenin, substrat olarak kullanılan stirenden ayrılması sağlanmış ve dönüşüm yüzdeleri belirlenmiştir. 103

125 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL 4.1. Sentezlerde Gerçekleştirilen Reaksiyon Yöntemleri Sentezler sırasında uygulanan yöntemler içerisinde dokuz farklı reaksiyon tipi bulunmaktadır. Bunlar; bromlama, esterleşme (triflatlama), etoksi koruma, nitrilleme, perflorlama, indirgeme, cross-coupling birleşme, katı desteğe bağlanma ve metal-ligant bağlanma reaksiyonlarıdır Bromlama Reaksiyonu Binaftol halkasının bromlanma reaksiyonları, literatürlerden anlaşıldığı üzere 1975 li yıllardan başlayarak süre gelen çalışmalara dayanmaktadır. İlk kez Jedlinski ve arkadaşları 1976 yılında BINOL ün bromlanmasını tek aşamada ve yüksek saflıkta 6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil hazırladıklarını yayınlamışlardır. Onlar, sentezi asetik asit ile %95 verimle gerçekleştirmişlerdir (Pradellok, 1976). Şekil 4.1. Bir rasemik karışım olan 6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil in sentez reaksiyonu (Pradellok, 1976) Bu sentezde elde edilen 6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil bileşiği rasemik karışım olduğu için daha sonraları enantiyosaf formunun sentezi üzerine araştırmalara gereksinim duyulmuştur. Bunun üzerine Sogah ve Cram, enantiyosaf BINOL den yola çıkarak -75 o C de reaksiyonu ile enantiyosaf (R)-6,6'-dibromo-2,2'- dihidroksi-1,1'-binaftil i sentezlemiştir (Sogah ve Cram, 1979). Çalışmalarımızda yaptığımız bromlama işlemleri Cram ve Sogah ın yaptığı aşağıda şekil 4.2 de gösterilen yöntemle gerçekleştirilmiştir. 104

126 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Şekil 4.2. Enantiyosaf (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dihidroksi-1,1'-binaftil in sentezlenme reaksiyonu (Sogah ve Cram, 1979) Esterleşme (Trifilatlama) Reaksiyonu Şekil ,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binaftil in gösterimi Şekil 4.3 de -OP ile gösterilen trifilik anhidrit, hidroksil ve karboksil gruplarını gerek enantiyo saflık yönünden gerekse nem ve oksitlenmeye karşı koruyucu bir gruptur. Bu koruyucu grubun genel özelliği kolayca ayrılabilmeli ve molekülün kalan kısımlarında bir bölünmeye sebep olmayacak prosedürlerle uzaklaştırılabilmelidir. Bu prosedürler, ılıman koşullar altında kimyasal indirgeme ve yükseltgeme ajanlarıyla, florit iyonuyla, geçiş metal katalizörü ve bir nükleofil ile işlemlerde kimyasal ve enzimatik hidroliz içerirler (Cai, 2001). Koruyucu gruplar içinde trifilat yada triflorometansülfonil olarak adlandırılan bileşik hidroksil grupları için çok iyi bir koruyucu grup olarak bilinir. Hidroksil gruplarının trifilatlarla korunması onları çok reaktif bir ayrılan grup yapar. Bu özellikten dolayı alkollerin kullanıldığı sentezler için nükleofilik yer değiştirme tepkimelerinde geniş bir şekilde kullanılır. Özellikle de karbonhidrat kimyasında trifilatların kullanımı oldukça yaygındır. Hidroksil grubunu koruyan trifilatın kendisi 105

127 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL SN 2 mekanizması ile yürüyen bir nükleofilik yer değiştirme reaksiyonunda herhangi bir nükleofil ile yer değiştirebilir (Major, 2006). Trifilatın, binaftol ile tepkimesi bir esterleşme reaksiyonu olup bu reaksiyonun şartları uygun koşullarda hazırlanabilir (Lemaire, 2003). Bistrifilat binaftol ün üretim prosesi bir polar çözücü içerisinde ve organik bir baz varlığında triflorometansülfonik anhidrit [(CF 3 -SO 2 ) 2 O] ile 1,1 -bi-2-naftol ün reaksiyonuna dayanır. Bu yöntemde basıncı yüksek değilken polar bir çözücü kullanarak düşük sıcaklıkta (-30) (-50) o C reaksiyon hızlı bir şekilde gerçekleşir. Polar çözücü olarak; dimetil formamit, N,N-dimetilasetamit, asetonitril ve N-metil pirollidon çözücülerinde bir tanesi seçilebilir (İshii, 2002). Ayrıca karbon tetraklorür, diklorometan ve eterde uygun çözücülerdir. Organik baz olarak piridin ve 4- metilaminopiridin kullanılabilir (Lemaire, 2003) Etoksi Koruma Reaksiyonu BINOL halkasının hidroksil gruplarının korunması için trifilatlama dışında şekil 4.4 de gösterilen etoksi yada metoksi koruma yöntemleri de kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde halka üzerine brom yada perflorlu gruplar bağlanacağı zamanlarda hidroksil gruplarının maksimum koruması sağlanmış olur. Etoksi koruma yönteminin metoksi korumaya nazaran tercih edilmesinin sebebi, etoksi binaftil bileşiğinin metoksi binaftile göre daha iyi kristalleşerek, daha iyi çözünmesidir (Deussen, 1996). Şekil ,2'-dietoksi-1,1'-binaftil ve 2,2'-dimetoksi-1,1'-binaftil bileşiklerinin gösterimi 106

128 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL K3 katalizörünün sentezinde binaftol halkasındaki hidroksil grupları etoksi ile korunduktan sonra bromlama reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Çünkü bromlanma hem oda sıcaklığında gerçekleşmekte hem de kristal oluşumu kolay olmaktadır (Deussen, 1996). Normal koşullarda binaftol halkasının 6,6 den bromlanma reaksiyonu -78 o C gerçekleştirilmektedir (Sogah ve Cram, 1979). Etoksi korumadan kurtarmak için bilinen iyi bir yöntem olarak BBr 3 (bor tribromür) kullanılmıştır (Felix, 1974; Dong, 2000; Minatti, 2005) Nitrilleme Reaksiyonu Binaftol halkasının 6,6 pozisyonlarının nitrillenmesi reaksiyonu klasik bir nükleofilik yer değiştirme reaksiyonu olup bu reaksiyonun gerçekleştirilmesinde çalışan grupların tamamı Fridman (1961) ve Newman (1961) çalışmalarından esinledikleri literatürlerden anlaşılmaktadır (Vondenhof, 1990; Kim, 1992; Lemaire, 2000; Otomaru, 2004). Uygun bir nükleofil olan CN grubu iki brom atomu ile 180 o C de yer değiştirerek Binaftol halkasının 6,6 pozisyonlarının nitrillenmesi sağlanmış olmaktadır. Nitrillemede önemli olan uygun nükleofil bileşik ile çözücüyü seçmektir. Bunun için genellikle CuCN (bakır siyanür) nükleofil olarak, NMP (Nmetil pirollidone) ise çözücü olarak kullanılmaktadır. Şekil 4.5. (R)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1'-binanaftol bileşiğinin gösterimi 107

129 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL K5 katalizörünün sentezlenmesinde kullanılan, şekil 4.5 de gösterilen nitrilli bileşik oluştururken yukarıda verilmiş olan literatürlerde bahsedilen yöntemler kullanılmıştır. Bu yöntemlerde nitrilleme reaksiyonu, binaftol halkasında 6,6 pozisyona brom takılması ve hidroksil gruplarının trifilat koruması gerçekleştirildikten sonra yapılmıştır Perflorlama Reaksiyonu Asimetrik hidrojenasyon da kullanılan mevcut homojen katalizörlerin çoğunun organik çözücüler esas alınarak dizayn edildiğinden, scco 2 de çözünürlüklerinin oldukça düşük olduğunu ve katalizör etkinliğinin ise az olduğu literatürlerden bilinmektedir. Çözünürlük konusunda yapılan araştırmalar, sübstitüe flor içeren homojen katalizörlerin, içermeyenlere nazaran scco 2 de daha fazla çözündüğünü göstermektedir (Wagner ve ark., 2000; Güzel ve ark., 2001). Bu nedenle geleneksel ligant yapıları için uzun perfloroalkil gruplarından gerek scco 2 de gerekse florlu çözücülerle uyumlu metal-ligand katalizörlerinde geniş bir şekilde faydalanılmıştır. Ayrıca perfloroalkillenmiş kiral ligand sistemlerinin uygulanması üzerine de birkaç çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalardan perflorlu BINOL ve Binophos ligantları ile scco 2 içerisinde asimetrik alkilasyon, asimetrik hidrojenasyon ve hidroformülasyon çalışmaları yapılmıştır. Fakat BINAP ligandının metal kompleksleri asimetrik hidrojenasyon reaksiyonlarında en geniş kullanılan komplekslerden biri olmasına rağmen perflorlanmış BINAP ligantları ile bu türden çalışmalara rastlamak neredeyse imkansızdır (Birdsall, 2001). BINAP türevi fosfin ligantların perflorlama çalışmaları bu türden ligantların modifikasyonuyla ilgilidir. BINAP ligandı iki farklı konumdan modifiye edilebilmektedir. Şekil 4.6 da görüldüğü gibi bunlar BINAP iskeletini oluşturan binaftil halkaları ile fosfor atomlarına bağlı fenil halkalarıdır. BINAP üzerinde yer alan geniş konjüge olmuş binaftil grupları substitüentin elektronik etkisine genellikle daha az duyarlıdır. Bu nedenle daha kolay modifiye olurlar ve katalizörün reaksiyon ortamından ayrılarak geri kazanımında oldukça avantaj sağlarlar. Fakat fosfor atomlarına doğrudan bağlanmış fenil halkalarının uygun substutient ile 108

130 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL modifikasyonu fosfor atomları üzerindeki elektron yoğunluğunu ve bu koordine atomlar üzerindeki sterik etkiyi daha güçlü bir şekilde etkiler. Bu durumda BINAP ın tepkimelerdeki aktivitesinin ve seçiciliğinin artmasına yol açar (Berthod-2005). Şekil 4.6. Binaftil, BINOL ve BINAP bileşiklerinin gösterimi Bu özellikler BINAP ın perflorlanması için üç ana strateji oluşturur. Bunlardan ilkinde başlangıç materyali olarak doğrudan BINAP kullanılabilir. Bunun için, onun oksitli hali ile koruması sağlanır ve genellikle bromlama ile yola çıkılarak binaftil halkaları üzerinde perflorlama gerçekleştirilebilir. Eğer koruma sağlanamazsa BINAP üzerinde modifikasyonun yapılması bir takım sakıncalar doğurur. Bunlar saflaştırma, ayırma ve takılacak substitüentin halka üzerinde yönlenme problemi gibi sorunlar olabilmektedir. Bu problemler istenilen ürünün sentezini zorlaştırabilir. (Berthod, 2004). Diğer bir strateji ise başlangıç materyali olarak BINOL ün kullanılmasıdır. Bu yöntemde de geleneksel koruma yöntemleriyle (trifilat, etoksi, metoksi, benzil, asetil vb.) BINOL ün 2,2 pozisyonu korunarak binaftil halkası bromlama ile modifiye edilir. Arkasından perflorlama işlemi yapılır. Fosfin grubu binaftil gruplarının perflorlama modifikasyonu tamamlandıktan sonra halkaya bağlanır (Birdsall, 2001). Son strateji ise fosfor atomlarına bağlı fenil halkalarının modifiye edilmesi sonucu perflorlanma işleminin yapılmasıdır. Bu yöntemi kullanarak literatürlerde BINAP ın perflorlanmasına yönelik çalışma hemen hemen hiç bulunmamaktadır. 109

131 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Çünkü uzun zincirli florun oksijeni çekme gücü iyi bilinmektedir (Harvath, 1994). Bu durum BINAP ın oluşum sürecinde fosfor atomlarını havadaki oksijene çok duyarlı yapmakta ve çok kolay oksitlenmesini sağlamaktadır (Nakamura, 2003). Bundan dolayı uzun zincirli flor atomlarının önüne fenil halkasına elektron vererek aktivitesini artırabilen -CH 2 CH 3 (etil), CH 3 (metil) ve OCH 3 (metoksi) gibi grupları bağlamak suretiyle bu problem aşılmaya çalışılmıştır (Bayardon, 2003; Berthod, 2005; Dong, 2004) BINAP ın yapısında yer alan ister binaftil halkalarının isterse fenil halkalarının perflorlanmasında kullanılan en yaygın yöntem, perfloroalkil iyodür bileşiğinin aktifleştirilmiş toz bakır yada bakır(i)klorür katalizöri eşliğinde cross-coupling reaksiyonudur (Chen, 2002; Birdsall, 2001; Maillard, 2002; Berthod, 2004). Tez çalışmamızda yukarda verilmiş olan literatürlerde belirtilen yöntem uygulanarak BINAP ın perflorlaması gerçekleştirilmiştir İndirgeme Reaksiyonu İndirgeme reaksiyonları BINAP oluşumu için kullanılan perflorodifenilfosfinoksit bileşiğinin ve oksitlenmiş BINAP ın indirgenmesinde kullanılmıştır. Perflorodifenilfosfinoksit bileşiğinin indirgenmesinde literatürde mevcut bir çok yöntem olmasına karşın en çok kullanılan yöntem triklorosilan (HSiCI 3 ) ve trietilamin eşliğinde, toluen yada ksilen içerisinde 120 o C de yapılan indirgeme reaksiyonudur (Baldwin ve Fink, 2002; Chen ve ark., 2002; İmamoto ve ark., 2001; Chen ve Xiao, 2000, Coumbe ve ark., 1993; Marsi ve ark., 1974). Tez kapsamında bütün indirgeme reaksiyonları bu yöntemle yapılmıştır Nikel Katalizli Cross-Coupling Birleşme Reaksiyonu ve Triarilfosfin Oluşumu Tersiyer fosfinler özellikle triarilfosfinler geçiş metal katalizörleri için iyi bilinen ligantlardır. Tersiyer fosfinler dört farklı yöntemle elde edilebilmektedir (Laneman, 1999). Bu yöntemler; Aril Grignard yada organolityum reaktifleri ile halofosfinlerin tepkimesi, 110

132 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Diarilfosfinlerin metallenmesini takiben arilhalojen veya aril sülfonat esterleriyle tepkimesi, Aktive edilmiş aromatik halka ile halofosfinlerin Friedel-Crafts tepkimesi, Diarilfosfinlerin veya diarilfosfinklorürlerin aril trifilat yada aril halojenlerle cross-coupling tepkimesidir. BINAP ın oluşturulmasında yukarıda verilen son yöntem olarak, diarilfosfinlerin veya diarilfosfinklorürlerin aril trifilat yada aril halojenlerle crosscoupling tepkimesi kullanılmıştır. Bu yöntem diğerlerine göre birçok avantajından dolayı seçilmiştir. Bunlar, verimin yüksek olması, endüstriyel olarak kullanışlı ve başlangıç materyallerinin ucuz olması (benzil yada aril grubu ve triflat ve halojen grupları) verebiliriz. Cross-Coupling yönteminde katalizör olarak kullanılan metaller genellikle nikel ve paladyumdur (Corbet ve Mignani, 2006, Laneman, 1997; Cai, 1994) Polimerik Katı Desteğe Bağlanma Reaksiyonu Polimerik katı destek için PS-PEG (polistiren-polietilenglikol) amino reçine Tenta Gel S-NH 2 hazır polimeri kullanılmıştır. Bu polimerde 0.26 mmol/g NH 2 (amin) bulunmaktadır. BINAP ın 6,6 poziyonlarında bulunan COOH (karboksilik asit) ile reaksiyonu sonucu katı faz amit kondensasyonu gerçekleşir (Şekil 4.7). Reaksiyondan 2 mol H 2 O açığa çıkar. Amit bağının oluşumuna katkı sağlaması açısından reaksiyon ortamı sağlayan 1-(3-dimetilaminopropil)-3-etilkarbodiimit hidroklorit (EDCI) ve 1-hidroksibenzotriazol hidrat (HOBt) bileşikleri kullanılmıştır (Otomaru, 2004). Şekil 4.7. Tenta Gel S-NH 2 ile BINAP üzerinde bulunan karboksilik asit arasındaki amit bağının oluşum reaksiyonu 111

133 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Metal-Ligant Bağlanma Reaksiyonu BINAP ligandı ile birlikte metal olarak daha çok rutenyum metali tercih edilmektedir. Çünkü rutenyum metali, BINAP ile oluşturduğu komplekslerde dihedral açıyı azaltarak seçiciliğin artışına sebep olmaktadır (Ohta, 1988; Tani, 1985; Ozawa, 1993; Mashima, 1989). Fakat son zamanlarda literatürlerde BINAP-rodyum ve BINAP-paladyum komplekslere de rastlamak mümkün olmaktadır (Alame, 2007a; Alame, 2007b; Ramsden, 2007; Mori, 2006; Kwong, 2003; Suh, 2003; Hayashi, 2002; Sakuma, 2001; Galindez, 2000; Fujii, 1999; Hayashi, 1999; Eckl, 1997; Kumobayashi, 1986). Özellikle rodyum metali, kobalt, rutenyum ve diğer metallere göre komplekslerinde 100 ile 1000 kat arasında daha aktiftir. Böylece rodyum katalizörleri, pahalı olmalarına rağmen, diğer katalizörlere göre daha az kullanılmaları nedeniyle tercih edilmektedir. Diğer yandan rodyum katalizörlü sistemlerde, reaksiyon için istenilen sıcaklık (80 o -120 o ) ve basınç (15-25 atm) diğer kobalt bazlı proseslere nazaran önemli ölçüde azalmıştır ve kullanılan malzemenin başlangıç maliyeti ve enerji masrafları nispeten düşmüştür. Aşağıda verilmiş olan bağıl reaktiflik oranlarından da anlaşılacağı gibi, en yüksek reaksiyona girme yeteneğinin rodyum olduğu görülmektedir (Spessard ve Miessler, 1997). Metaller : Rh > Co > Ru > Mn > Fe > Cr, Mo, W, Ni Bağıl Reaktiflik : > 1 > 10-2 > 10-4 > 10-6 > - Tez çalışmamızda kullanılmak üzere rodyum metali seçilmiştir. Bunun içinde Rh(COD) 2 BArF kompleksi kullanılmıştır (Güzel, 2000). BINAP ligandının fenil halkaları üzerindeki uzun zincirli perfloro grupların halkanın delokalize olmuş elektronlarını kendi üzerine çekerek ligandın komplekslerinde etkinliğini ve aktivitesini azaltmasına karşılık rodyum metalinin aktifliğinin yüksek olması çalışmamızda tercih edilmesinde öncelikli sebep olmuştur (Dong, 2004; Nakamura, 2003; Haji, 2002; Palo, 2000; Juliette, 1999; Harvath, 1994). 112

134 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL 4.2. Sentezlenen Bileşiklerin Karakterizasyonu Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfinklorür [(Rf-Ph) 2 PCl] bileşiği Sentezlenen bileşiğin 31 P NMR spektrumunda 81,54 ppm de gözlenen singlet pik fosforun beklenildiği gibi klorürü şeklinde oluştuğunu göstermektedir (oksidi 21 ppm civarında pik vermektedir). Diğer yandan 19 F NMR da δ (m, 3 J F,F =10.0 Hz, 6F, CF 3 ), (t, 3 J F,F =13.8 Hz, 4F, CF 2 Ar), (s, 4F, CF 2 ), -121,3 (s, 4F, CF 2 ), (d, 8F, CF 2 ), (s, 4F, CF 2 ), (s, 4F, CF 2 ) ppm de gözlenen pikler fenil halkalarına bağlı uzun zincirli Rf grubuna ait florları göstermektedir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Kainz-1998, Kainz-1999, Zhang-2000, Gren-1971, Francio-2001). Spektrumlar Ek 1.1 de ve DSC eğrisi ise Ek 3.1 de verilmiştir Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(Rf-Ph) 2 PH] bileşiği Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin bileşiği doğrudan sentezlenmesi yerine oksitli türevinin indirgenmesinden elde edilmiştir. Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin oksit bileşiğin 31 P NMR spektrumunda 17,71 ppm de gözlenen singlet pik fosforun beklenildiği gibi oksitli olarak oluştuğunu göstermektedir. Ayrıca 19 F NMR da -80,9 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 6F, CF 3 ), -111,18 (t, 3 J F,F =13,8 Hz, 4F, CF 2 Ar), -121,19 (s, 4F, CF 2 ), -121,70 (s, 4F, CF 2 ), -121,91 (d, 8F, CF 2 ), -122,74 (s, 4F, CF 2 ), -126,14 (s, 4F, CF 2 ) ppm de gözlenen pikler fenil halkalarına bağlı uzun zincirli Rf grubuna ait florları göstermektedir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Kainz- 1998, Kainz-1999, Zhang-2000, Gren-1971, Francio-2001). Spektrumlar Ek 1,2 de ve Ek 2.1 de, DSC eğrileri Ek 3.2 ve Ek 3.3 de verilmiştir. Saf olarak sentezlenmiş perflorodifenilfosfinoksit bileşiğinin indirgenme reaksiyonu triklorosilan (HSiCI 3 ) ve trietilamin eşliğinde, toluen içerisinde 120 o C de yapılmıştır (Şekil 4.8). Çözelti glove box içinde argon atmosferinde alümina kolandan geçirilerek organik faz eter fazına alınmış ve vakum altında evapore edilerek çözücü uzaklaştırılmıştır (Baldwin ve Fink, 2002; Chen ve ark., 2002; İmamoto ve ark., 2001; Chen ve Xiao, 2000; 113

135 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Coumbe ve ark., 1993; Marsi ve ark, 1974). Elde edilen sarı yağımsı sıvı argon atmosferinde saklanmış ve ligant oluşumları için doğrudan kullanılmıştır. Bis-(mperflorooktilfenil)fosfin bileşiğinin açık havada gözle görülür şekilde çabuk oksitlenmesi ve kapalı spektroskopik ölçüm sistemi imkanı bulunmadığından dolayı spektroskopik ölçümleri alınamamıştır. Şekil 4.8. Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin oksit bileşiğini indirgeme reaksiyonu [Bis-siklookta-1,5-dien rodyum (I)] + BArF -, [Rh(COD) 2 BArF] bileşiği Tez çalışmamızda metal olarak kullanılan bu bileşik Güzel ve arkadaşlarının (2001) yöntemine göre sentezlenmiştir. IR spektrumu incelendiğinde; 3030, 2942, , gelen piklerin aromatik ve alifatik CH gerilmelerine ait olduğu ve 1278 ile 1126 gelen piklerin ise C-F gerilmesine ait olduğu tespit edilmiştir. 1 H NMR spektrumunda gözlenen 7,5 (s, 12H, Ph), 5,09 (s, 8H, COD-CH), 2,4 (s, 16H, COD- CH 2 ) piklerin yanında 19 F NMR spektrumunda gözlenen -62,08 (s, 24F, Ph(CF 3 ) 3 ) bize yapının oluştuğunu göstermektedir. Yapıya ait spektrumlar EK 2.5 de verilmiştir K1 Katalizörünün Karakterizasyonu (R)-(+)-2,2 -bis (difenilfosfino)-1,1 -binaftil-[rh(cod)]barf (K1) kompleksi BINAP ligandı analitik saflıkta Strem firmasından temin edilmiş olup, [Rh(COD) 2 ]BArF bileşiği ile K1 kompleksi oluşturulmuştur. Oluşturulan bu bileşik için 1 H NMR spektrumu incelendiğinde, 6,1-7,8 ppm arasındaki pikler fenil ve 114

136 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL binaftil halkalarına, 0,8-2,4 ppm arasında gelen piklerin ise kompleksteki -COD grubuna ait olduğu gözlenmiştir. 19 F NMR spektrumuda kompleksin yapısında yer alan BArF iyonundaki florlara ait -61,57 deki singlet pikin varlığı gözlemlenmiştir. 31 P NMR spektrumunda gözlenen 26,49 ppm de gelen 141,5 Hz lik fosfor pikine ait yarılma yapıya rodyum un bağlandığının en önemli göstergesidir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir. Özellikle Lemaire ve arkadaşları 2007 yılında yayınladıkları makalede bir dizi modifiye 5,5 -disubstitüye BINAP ın [Rh(COD) 2 ]BF 4 bileşiği ile yaptıkları komplekslerde 31 P NMR spektrumunda Rhfosfor ait piklerin yaklaşık olarak 26 civarında, yarılma sabitlerinin ise arasında olduğunu belirtmişlerdir (Alame, 2007a ve 2007b). K1 kompleksine ait spektrumlar EK 1.4 ve EK 2.5 de verilmiştir K2 Katalizörünün Karakterizasyonu (R)-2,2 -bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K2A) bileşiği Sentezlenen K2A bileşiğinin Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) de ve erime noktası tayin cihazında erime noktasına bakılmış ve C arasında eridiği gözlenmiştir. Bu sonuç literatür erime noktası ile (82-85 C) uyum içerisindedir. IR spektrumu incelendiğinde; 3473 cm -1 de (R)-BINOL bileşiğindeki OH grubuna ait pikin K2A bileşiğinin spektrumunda kaybolduğu görülmektedir. Diğer yandan 1137 cm -1 de gözlenen C-O-S, 941 cm -1 de gözlenen S=O, 1411 cm -1 de gözlenen Ar-O ve 1211 cm -1 de gözlenen C-F grubuna ait pikler, triflat grubunun OH grubu yerine bağlandığını göstermektedir. (R)-BINOL ve K2A bileşiklerinin 1 H NMR Spektrumu incelendiğinde, (R)-BINOL bileşiğindeki 4,98 ppm de gözlenen -OH grubuna ait pikin, K2A bileşiğinde kaybolduğu gözlenmiştir. Ayrıca 19 F NMR spektrumunda 74,54 gelen singlet pik triflat grubunda bulunan CF 3 lerin varlığını ortaya koymaktadır. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Uozumi-1993, Vondenhof-1990, Hocke-2003, Laneman-1997, Cai-1994, Francio-2001, İshii-2002 ve Otomaru-2004). Karşılaştırma amaçlı (R)-BINOL in NMR ve IR spektrumları alınmıştır. Spektrumlar Ek 1.3, Ek 1.5, Ek 2.2 ve Ek 2.6 da, DSC eğrisi ise Ek 3.4 de verilmiştir. 115

137 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (L2) bileşiği Orijinal L2 ligandının 1 H NMR spektrumu incelendiğinde, 6,1-7,8 ppm arasındaki pikler fenil ve binaftil halkalarına ait pikler olduğu gözlenmiştir. 19 F NMR spektrumuda triflat grubuna ait -74,54 gelen singlet pikin kaybolduğu buna karşılık ligandın yapısında yer alan fenil halkaları üzerindeki uzun zincirli perfloro gruplarına ait -80,8 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 6F, CF 3 ), -110,76 (t, 3 J F,F =13,8 Hz, 4F, CF 2 Ar), -121,33 (s, 4F, CF 2 ), -121,81 (s, 4F, CF 2 ), -121,95 (d, 8F, CF 2 ), -122,77 (s, 4F, CF 2 ), -126,14 (s, 4F, CF 2 ) piklerin varlığı gözlemlenmiştir. 31 P NMR spektrumu ise literatür verileri ile uyum içerisinde olup fosfora ait pik -15,40 ppm de gözlenmiştir. IR spektrumları incelendiğinde; K2A bileşiğinin spektrumunda 1137 cm -1 de gözlenen C-O-S ve 941 cm -1 de gözlenen S=O piklerinin gözlenmemesi ve P-Ar pikinin 1432 cm -1 de gözlenmesi, triflat grubunun yapıdan ayrılarak yerine fosfin grubunun bağlandığını göstermektedir (Vondenhof ve ark. 1990; Uozumi ve ark. 1993; Cai ve ark. 1994; Laneman ve ark. 1997; Birdsall, 2001; Francio ve ark. 2001; Maillard ve ark. 2002; Dong ve Erkey 2004). L2 kompleksine ait spektrumlar Ek 1.6 ve Ek 2.7 de verilmiştir (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K2) kompleksi Orijinal olarak sentezlenmiş L2 ligandı ile [Rh(COD) 2 ]BArF bileşiğini ile reaksiyonu sonucu K2 kompleksi oluşturulmuştur. İkinci orijinal kompleks olan K2 için 1 H NMR spektrumu incelendiğinde, 6,1-8,05 ppm arasındaki pikler fenil ve binaftil halkalarına, 0,5-2,6 ppm arasında gelen piklerin ise kompleksteki -COD grubuna ait olduğu gözlenmiştir. 19 F NMR spektrumuda kompleksin yapısında yer alan BArF iyonundaki florlara ait -62,33 deki singlet pik ile ligandın yapısında yer alan fenil halkaları üzerindeki uzun zincirli perfloro gruplarına ait -80,81 (m, 3 J F,F =10,0 Hz, 6F, CF 3 ), -110,77 (t, 3 J F,F =13,8 Hz, 4F, CF 2 Ar), -121,30 (s, 4F, CF 2 ), -121,85 (s, 4F, CF 2 ), -121,93 (d, 8F, CF 2 ), -122,77 (s, 4F, CF 2 ), -126,18 (s, 4F, CF 2 ) 116

138 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL piklerin varlığı gözlemlenmiştir. 31 P NMR spektrumunda gözlenen 25,7 ppm de gelen 146 Hz lik fosfor pikine ait yarılma yapıya rodyum un bağlandığının en önemli göstergesidir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Alame, 2007a ve 2007b). K2 kompleksine ait spektrumlar Ek 1.7 ve Ek 2.8 de verilmiştir K3 Katalizörlerinin Karakterizasyonu (R)-2,2 -dietoksi-1,1 -binaftil (K3A) bileşiği Öncelikle yapılan erime noktası tayininde bileşiğin beklendiği gibi o C de eridiği görülmüş ve saf olarak elde edildiği anlaşılmıştır. Ayrıca, IR spektrumu incelendiğinde 2974 cm -1 de gözlenen CH 2 CH 3 grubuna ait pik, 1237 cm -1 de gözlenen C-O piki ve 803 cm -1 deki C-O-C grubuna ait pik etoksi grubunun yapıya bağlandığını göstermektedir. IR spektrum sonucu literatür ile uyumlu olduğundan 1 H NMR spektrumu alınmasına gerek görülmemiş ve diğer sentez basamağına geçilmiştir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Dong-2000, Deussen-1996, Minatti-2005). Spektrumlar Ek 2.9 da, DSC eğrisi Ek 3.5 de verilmiştir (R)-6,6'-dibromo-2,2'-dietoksi-1,1 -binaftil (K3B) bileşiği K3B bileşiğinin erime noktası beklendiği gibi o C olarak tespit edilmiş olup DSC ile desteklenmiştir. IR spektrumunda yine 2925 cm -1 deki - CH 2 CH 3 grubuna ait pik, 1235 cm -1 deki C-O grubuna ait pikler gözlenirken, bu basamakta Br grubunun bağlandığını 685 ve 1053 cm -1 deki pikler göstermektedir. K3B nin 1 H NMR spektrumu incelendiğinde, CH 2 CH 3 grubu için, 1,08 ppm de -CH 3 ait triplet pikleri ile 4,07 ppm de -CH 2 ait multiplet pikler gözlenmiştir. Ayrıca 6,98-8,02 arasında gelen dublet piklerin varlığı binaftil halkasına ait olduğu gözlenmiştir. 13 C NMR spektrumu incelendiğinde ise, 14,3 (CH 3 ), 65,1 (CH 2 ), 77 (C-O-C) 116,3; 116,9 (Ar-C-Br, (C 7 )), 117,3 (C 3 ), 120,1 (1,1 -binaftil C 1 ), 126,1; 128,2; 130,5 (C 8 ) pikler elde edilmiştir. Gerek 1 H NMR gerekse 13 C NMR verilerinin beklenen literatür verileri ile uyum içerisinde olduğu görülmüş ve yapının tam olarak 117

139 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL sentezlendiği kanısına varılmıştır (Sogah-1979, Dong-2000, Deussen-1996, Minatti- 2005). Spektrumlar Ek 1.8 ve Ek 2.10, DSC eğrisi ise Ek 3.6 da verilmiştir (R)-2,2'-dietoksi-6,6'-diperflorooktil-1,1 -binaftil (K3C) bileşiği NMR spektrumları incelendiğinde, maddenin tam olarak saflaştırılamadığı görülmekle birlikte, yine de bileşiğin oluştuğunu gösteren literatüre uygun piklerde gözlenmiştir (Maillard, 2002). Saflaştırma ve ayırmada yaşanan çeşitli problemlerin florlu bileşikler ile yapılan çalışmaların bütününde yaşandığı literatürlerde çok defa belirtilmiştir. Ağır florlu bileşikler olarak adlandırılan sekiz karbonlu gibi uzun zincirli florlu gruplar içeren bileşikler ile ilgili halen ayırma ve saflaştırma konusunda yeni yöntem arayışları sürmektedir. K3C sentez basamağında, bu yöntemlerden bir tanesi olan florlu çözücüler kullanmak suretiyle bileşiği bulunduğu ortamdan özütleyerek (ekstraksiyon) ayırma yoluna gidilmiş ve ayırma başarılı olmuştur. Ancak kullanılan florlu çözücünün (FC-72) maliyeti oldukça yüksek olması, bu çözücü ile yapılan ayırma çalışmalarını oldukça sınırlamıştır. Bu basamak için yararlanılan kaynaklarda, mesh aralığına sahip silika jel dolgu maddesinin kullanılması ile flaş kromatografisi ile ayırmaların yapılabildiği belirtilmiştir (Maillard, 2002) mesh aralığındaki silika jel dolgu maddesi, farklı mesh aralığındaki silika jel dolgu maddelerinin uygun eleklerden geçirilmesi ile elde edilmeye çalışılmış fakat yine de belirtilen mesh aralığında silika jel dolgu maddesi tam olarak oluşturulamamıştır. Bu koşullar ile flaş kromatografide saflaştırma işlemleri yapılmaya çalışılmışsa da yine de yapılan denemelerde, ayırma saflaştırmaların tatmin edici olmadığı spektrum sonuçlarından anlaşılmıştır. Öncelikle erime noktası tayini yapılmış ve referans kaynaklara uygun olarak bileşiğin (K3C) o C de eridiği tespit edilmiştir. Bu değer DSC ile desteklenmiştir. NMR spektrumlarından anlaşıldığı üzere, yukarıda da bahsedildiği gibi bileşikte safsızlıklar gözlenmiştir. Özellikle 19 F NMR spektrumu incelendiğinde değerler için safsızlıklara bağlı olduğu düşünülen 4-6 ppm lik bir kayma dışında literatür verileriyle ile örtüştüğü görülmüştür (Maillard, 2002). Beklenen 19 F NMR pikleri yaklaşık olarak 81.04, , , , ,

140 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL ppm lerde gelmesi gerekirken , 118.0, 117.7, 117.5, 116.5, 104.9, 75.9 ppm lerde gelmiştir. 1 H NMR spektrumu incelendiğinde, CH 2 CH 3 grubu için, 0,8 ppm de -CH 3 ait triplet pikleri ile 4,1 ppm de -CH 2 ait quarted pikler görülmektedir. Ayrıca 7,05-8,1 arasında gelen dublet piklerin varlığı binaftil halkasına ait olduğu gözlenmiştir. IR spektrumunda yine 2918 cm -1 deki -CH 2 CH 3 grubuna ait pik, 1244 cm -1 deki C-O grubuna ait pikler gözlenirken, bu basamakta 685 ve 1053 cm -1 deki piklerin kaybolması sonucu yapıda -Br atomlarının bulunmadığı göstermektedir. Spektrumlar Ek 1.9 ve Ek 2.11 de, DSC eğrisi ise Ek 3.7 de verilmiştir (R)-6,6'-diperflorooktil-1,1 -binaftil-2,2'-diol (K3D) bileşiği Bu bileşik içinde öncelikli olarak erime noktası tayini yapılmıştır. Erime noktası ( o C), beklenen erime noktası ( o C) ile uyuşmaktadır. IR spektrumunda 1244 cm -1 deki Ar-O-CH 2 grubuna ait pik gözlenmez iken 3472 ve 3220 de OH piklerinin oluştuğu görülmektedir. IR spektrum sonucu literatür ile uyumlu olduğundan 1 H NMR spektrumu alınmasına gerek görülmemiş ve diğer sentez basamağına geçilmiştir. (Deussen, 1996, Dong, 2000, Maillard, 2002; Minatti, 2005). Spektrumlar Ek 2.12 de, DSC eğrisi ise Ek 3.8 de verilmiştir (R)-2,2'-bis(triflorometansülfoniloksi)-6,6'-diperflorooktil-1,1'-binaftil (K3E) bileşiği IR spektrumu incelendiğinde K3D bileşiğinde gözlenen 3472 ve 3220 de OH piklerinin kaybolması ve yerine triflat grubunda bulunan 1152 cm -1 deki C-O-S, 938 cm -1 deki S=O, 1476 cm -1 deki Ar-O ve 1211 cm -1 deki C-F gruplarına ait piklerin görülmesi üzerine yapıya triflat grubunun bağlandığı anlaşılmıştır. Özellikle 19 F NMR spektrumu incelendiğinde, 81.04, , , , , ppm lerde gözlenen perflorooktil grubuna ait piklere ilave 74.5 ppm de görülen triflat grubunda yer alan CF 3 lere ait singlet pikin varlığı yapıya triflatın bağlandığını ve K3E bileşiğinin oluştuğunu açık bir şekilde ispatlamaktadır. 119

141 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Bu sonuçların literatür verileriyle ile örtüştüğü görülmüştür (Maillard, 2002). Spektrumlar Ek 1.10 ve Ek 2.13 de verilmiştir (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L3) bileşiği 19 F NMR spektrumu incelendiğinde, K3E bileşiğinin yapısında bulunan triflat grubuna ait -74,54 gelen singlet pikin kaybolduğu buna karşılık ligandın yapısında yer alan fenil halkaları üzerindeki uzun zincirli perfloro gruplarına ait , , , , 120.9, , piklerin varlığı gözlemlenmiştir. 31 P NMR spektrumunda ise literatür verileri ile uyum içerisinde olup fosfora ait singlet pikin 27,25 ppm de gelmesi yapının oksitlendiğini göstermektedir (Vondenhof ve ark. 1990; Uozumi ve ark. 1993; Cai ve ark. 1994; Laneman ve ark. 1997; Birdsall, 2001; Francio ve ark. 2001; Maillard ve ark. 2002; Dong ve Erkey 2004). Yapıdaki oldukça fazla perflorlu gruplar nedeniyle ligandın yapısında yer alan fosforların oksitli formunun giderilmesi için indirgeme reaksiyonu gerçekleştirilmiştir (Baldwin ve Fink, 2002; Chen ve ark., 2002; İmamoto ve ark., 2001; Chen ve Xiao, 2000, Coumbe ve ark., 1993; Takaya, 1986; Marsi ve ark., 1974). Spektrumlar Ek 1.11 de verilmiştir (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K3) kompleksi Orijinal olarak sentezlenmiş L3 ligandı ile [Rh(COD) 2 ]BArF bileşiğini ile reaksiyonu sonucu K3 kompleksi oluşturulmuştur. Üçüncü orijinal kompleks olan K3 için 31 P NMR spektrumunda gözlenen 26,43 ppm de gelen 134,4 Hz lik fosfor pikine ait yarılma yapıya rodyum un bağlandığının en önemli göstergesidir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Alame, 2007a ve 2007b). K3 kompleksine ait spektrum Ek 1.12 de verilmiştir. 120

142 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL K4 Katalizörlerinin Karakterizasyonu (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L4) bileşiği L4 bileşiği için 31 P NMR dan da anlaşılacağı üzere 23,04 ppm de görülen singlet pik yapının oksitlendiğini göstermektedir (Şekil 4.9). Bu durumun sebebi bulgular ve tartışmalar bölümünün giriş kısmında açıkça belirtilmiştir. Benzen halkasının -m pozisyonunda bağlı Rf grubunun halkadan elektron çekerek elektron yoğunluğunu zayıflattığı ve böylece halkanında rezonans ile fosfor atomları üzerindeki elektronları çekerek fosforların mono yada di oksitli formunun oluştuğu kabul edilip, indirgeme reaksiyonu gerçekleştirilmiştir (Baldwin ve Fink, 2002; Chen ve ark., 2002; İmamoto ve ark., 2001; Chen ve Xiao, 2000, Coumbe ve ark., 1993; Takaya, 1986; Marsi ve ark., 1974). Şekil 4.9. L4 bileşiğinin mono ve di oksitli formlarının gösterimi 121

143 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Diğer bulgulardan anlaşıldığı üzere yapının oluştuğu fakat safsızlıklar içerdiği tespit edilmiştir. Özellikle 1 H NMR na bakıldığında piklerin hem iç içe girdiği hem de kayma yaptığını görmekteyiz. Yarılma sabiti 8,3 Hz değerinde olan dublet pik 7,5-8,0 ppm civarında gelmesi gereken 9,1 ppm e kaydığı görülmektedir. Ayrıca binaftil halkasındaki H 7 ve H 8 protonlarına ait dublet pikler ligandın fosfor atomlarına bağlı fenil halkalarındaki protonlarla ait piklerle iç içe girdiği görülmektedir. 19 F NMR spektrumu incelendiğinde, K3E bileşiğindeki 74.5 ppm de görülen triflat grubunda yer alan CF 3 lere ait singlet pikin görülmemesi yapıdan triflatın uzaklaşarak yerine bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin bağlandığını anlamaktayız. Aynı zamanda, 126,04 (s, 4F, CF 2 ), 122,62 (s, 4F, CF 2 ), 121,78 (bs, 8F, CF 2 ), 121,29 (s, 4F, CF 2 ), 121,13 (s, 4F, CF 2 ), 109,98 (t, 3 J F,F =14 Hz, 4F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9.9 Hz, 6F, CF 3 CF 2 ) ppm lerde gözlenen perflorooktil grubuna ait piklerinde gözlenmesi yapının oluştuğunun diğer bir kanıtıdır. Bu bulgular literatür verileriyle de uyumlu olup, spektrumlar Ek 1.13 de verilmiştir (Hope, 2000; Birdsall, 2001; Maillard, 2002; Hope, 2004; Hu, 2004; Fawcett, 2006) (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K4) kompleksi Orijinal olarak sentezlenmiş L4 ligandı ile [Rh(COD) 2 ]BArF bileşiğini ile reaksiyonu sonucu K4 kompleksi oluşturulmuştur. Dördüncü orijinal kompleks olan K4 için 1 H NMR spektrumu incelendiğinde 7,1-8,2 ppm arasındaki pikler fenil ve binaftil halkalarına, 0,9-2,6 ppm arasında gelen piklerin ise kompleksteki -COD grubuna ait olduğu gözlenmiştir. 19 F NMR spektrumuda kompleksin yapısında yer alan (BArF) - iyonundaki florlara ait -62,34 deki singlet pik ile ligandın yapısında yer alan aril halkaları üzerindeki uzun zincirli perfloro gruplarına ait -80,92 (t, 3 J F,F =10,0 Hz, 18F, CF 3 ), -111,06 (t, 12F, CF 2 Ar), -121,21 (s, 12F, CF 2 ), -121,42 (s, 12F, CF 2 ), -121,90 (d, 24F, CF 2 ), -122,90 (s, 12F, CF 2 ), -126,31 (s, 12F, CF 2 ) piklerin varlığı net bir şekilde gözlemlenmiştir. 31 P NMR spektrumunda gözlenen 25,36 ppm de gelen 139 Hz lik fosfor pikine ait yarılma yapıya rodyum un 122

144 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL bağlandığının en önemli göstergesidir. Bu sonuçlar literatür verileri ile uyum içerisindedir (Alame, 2007a ve 2007b). K4 kompleksine ait spektrumlar Ek 1.14 ve Ek 2.14 de verilmiştir K5 Katalizörlerinin Karakterizasyonu (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' dihidroksi-1,1 -binaftil sentezi (K5A) bileşiği K5A bileşiğinin IR spektrumu incelendiğinde 672 ve 1067 cm -1 deki pik (R)-BINOL bileşiğine bromun bağlandığını desteklemektedir. NMR spektrumları incelendiğinde, (R)-BINOL ün aromatik protonlarının J (coupling) sabiti 9 Hz iken bromun bağlanması sonucu 8,08 ppm de görülen komşu protonun J sabiti 2 Hz olarak tespit edilmiştir. Bu değerler literatür verileri ile uyum içerisindedir. Ayrıca [(R)-BINOL de 4,98 ppm de gözlenen OH piki, K5A spektrumunda yine 5,07 ppm de görülmektedir Bu bulgular literatür verileriyle de uyumlu olup, spektrumlar Ek 1.15 ve Ek 2.15 de, DSC eğrisi ise Ek 3.9 da verilmiştir (Sogah, 1979; Lemaire, 2000; Otomaru ve ark., 2004; Halle, 2004) (R)-(+)-6,6'-dibromo-2,2' bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K5B) bileşiği K5B sentezi için yapılan ilk sentez denemesinde Lemaire ve arkadaşlarının (2000) yapmış oldukları çalışmada kullanılan yöntem kullanılmış ve bu deneme sonucunda verimin çok düşük olduğu görülmüştür. Bunun nedeni ise; trifilik anhidrit eklenmesi sırasında reaksiyon ortamında çözünmeyen katılar oluşmasıdır. Normalde trifilik anhidrit eklenmesi sonucu homojen bir reaksiyon ortamı beklenirken olay bu şekilde gerçekleşmemiştir. Daha sonra bu sorunun reaksiyonda bazik ortamı sağlamak amacıyla kullanılan piridinin miktarının az olmasından kaynaklandığı anlaşılmış ve piridin miktarı %30 oranında arttırılarak reaksiyon tekrarlanmış ve sorun çözülmüştür. Daha sonra gerçekleştirilen bu sentez basamağında %83 verim elde edilmiştir. K5B sentezi sonucunda oluşan ham ürünün saflaştırılmasında 123

145 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL kullanılan kolon K2A eldesi için anlatılan yöntemle hazırlanmıştır mesh aralığına sahip olan silika gel dolgu maddesi ile doldurulmuş olan kolondan geçirilen K5B ham ürünü 5 er ml lik hacimlerde 20 ayrı tüpte toplanmış ve her tüpün içeriği ince tabaka kromotografisi (TLC) ile incelenmiştir. CH 2 Cl 2 hareketli fazının kullanıldığı bu yöntemde kolon çıkışından alınan örnekler içerisinde çözücü ile beraber yürüyen sadece bir grubun olduğu görülmüştür. Bunun üzerine kolon çıkışından toplanmış olan numuneler birleştirilerek çözücü evaporatörde uzaklaştırılmış ve literatürde belirtilen beyaz katının aksine sarı yağımsı bir madde elde edilmiştir. Bu maddeye uygulanan çözücü testi sonucu hekzan içerisinde çözündüğü tespit edilmiş ve bu çözücü içerisinde kristallendirilmeye bırakılmıştır. -18 C de yapılan kristallendirme işlemi sonucu beyaz renkte kristaller elde edilmiştir. IR spektrumları incelendiğinde, K5A da 3472 cm -1 de görülen OH piki K5B de gözlenmemiştir. Diğer taraftan 1139 cm -1 de C-O-S, 938 cm -1 de S=O ve 421 cm -1 de gözlenen C-F pikleri triflatın yapıya bağlandığını göstermektedir. NMR spektrumları incelendiğinde K5A da 5,07 ppm de gözlenen OH piki K5B de görülmemiştir. Spektrumda beklenen diğer veriler literatür değerleri ile uyum içerisindedir (Vondenhof ve ark.,1990; Kim ve ark., 1992; Uozumi ve ark., 1993; Cai ve ark., 1994; Laneman ve ark. 1997; Lemaire, 2000; Otomaru ve ark., 2004; Halle, 2004). Detaylı spektrumlar Ek 1.16 ve Ek 2.16 da, DSC eğrileri ise Ek 3.10 da verilmiştir (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2' bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K5C) bileşiği K5C sentezinin 130 C de dimetilformamid ortamında gerçekleştirilmesi sonucu elde edilen ve kolondan geçirilen ürün TLC de yürütülmüş ve Rf değeri farklı 4 grubun olduğu tespit edilmiştir. Hangi grubun siyanürlü bileşik olduğunu anlamak üzere dört farklı grup için ayrı ayrı NMR analizleri yapılmış ve Rf değerleri küçükten büyüğe sıralandığındaki ilk üç grubun (kolondan çıkan ilk üç grup) K5C içerdiği ve bileşiğin oluştuğu, son gelen grubun ise -CN bağlı bileşiği içermediği 124

146 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL tespit edilmiştir. Ancak saflık ve verim bakımından tatmin edici sonuçlara ulaşılamadığından dolayı literatürdeki benzer çalışmalardan faydalanarak DMF yerine 1-metil-2-pirolidon kullanmak suretiyle daha yüksek sıcaklıklarda (180 C) reaksiyon tekrar gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde sentezlenen K5C reaksiyon ham ürünü K2A için verilen yöntemle hazırlanan kolona yüklenmiş ve kolon çıkışından 3 er ml hacimde 30 ayrı tüpte toplanmış ve bu tüplerin içeriği belirlenmek üzere TLC de CH 2 Cl 2 hareketli fazı kullanılarak yürütülmüştür. Bu yürütme sonucunda Rf değerleri birbirine çok yakın iki farklı grup görülmüş ve ham ürüne göre yüksek oranda safsızlıklardan arındığı anlaşılmıştır. Bu iki farklı grup hareketli fazın polaritesi değiştirilerek birbirinden ayrılmıştır. Ayrıca 13 C-NMR spektrumlar incelendiğinde dört gruptan ilk üçünde CN grubu gözlenmiştir. Son grubun 13 C- NMR ında 100 ile 150 ppm aralığında gelmesi beklenen piklerin hiçbirine rastlanmamıştır. İlk yapılan denemelerde IR spektrumlarında CN grubuna ait pikin çok zayıf olması nedeniyle, deney koşullarında gerekli değişiklikler yapıldıktan sonra elde edilen K5C bileşiğinin IR spektrumu yeniden alınmıştır. Spektrumda beklendiği üzere 2232 cm -1 de şiddetli CN piki gözlenmiştir. Bu sonuç deney koşullarındaki yapılan değişikliklerin doğru olduğunu ve CN grubunun bağlandığını göstermiştir. Spektrumda beklenen diğer veriler literatür değerleri ile uyum içerisindedir (Vondenhof ve ark.,1990; Kim ve ark., 1992; Uozumi ve ark., 1993; Cai ve ark., 1994; Laneman ve ark. 1997; Lemaire, 2000; Otomaru ve ark., 2004; Halle, 2004). Detaylı spektrumlar Ek 1.17 ve Ek 2.17 de, DSC eğrisi ise Ek 3.11 de verilmiştir (R)-(+)-6,6'-disiyano-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)- 1,1'-binaftil (K5D) bileşiği IR spektrumları incelendiğinde, 3066 da ve 3048 cm -1 de gelen piklerin aromatik C-H gerilmelerine ait olduğu, 2226 cm -1 de gelen şiddetli pikin -CN grubuna ait olduğu ve 1438 cm -1 de Ar-P piki tespit edilmiştir. 1 H NMR detayı incelendiğinde 8,32 (d, 2H, J=9,2 Hz, -ArH(H 4 )), 8,2 (s, 2H, -ArH(H 5 )), 7,96 (d, 2H, J=9 Hz, J H,P =12,07 Hz, -ArH(H 3 ), 7,2 7.9 (18H, m, kompleks aromatik bölge, PhH 125

147 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL ve -ArH(H 8 )). 6,92 (d, 2H, J=8,8 Hz, -ArH(H 7 )) gelen pikler gözlenmiştir. 19 F NMR spektrumu incelendiğinde, K5C bileşiğindeki 75.5 ppm de görülen triflat grubunda yer alan CF 3 lere ait singlet pikin çok azda olsa görülmesi asıl yapının yanında safsızlık olarak triflatlı yapının da olduğunu anlamaktayız. Fenil halkaları üzerindeki perfloro gruplarına ait -126,70 (s, 8F, CF 2 ), 123,20 (s, 8F, CF 2 ), 122,39 (s, 8F, CF 2 ), 122,12 (bs, 16F, CF 2 ), 121,68 (s, 8F, CF 2 ), 111,47 (t, 3 J F,F =13,9 Hz, 8F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9,5 Hz, 12F, CF 3 CF 2 ) piklerin varlığı yapıya bis-(mperflorooktilfenil)fosfin in bağlandığını ve yapının oluştuğunu göstermektedir. 31 P NMR ı incelendiğinde 23,49, 22,87, 22,12 ppm lerde gelen singlet piklerin yapının oksitlendiğini fakat -16,24 ppm de gelen pikin ise ortamda oksitsiz halinin de olduğunu göstermektedir. DSC eğrisi incelendiğinde ise K5C bileşiğinden farklı yerde erime piki verdiğini görebilmekteyiz. Spektrumda beklenen veriler literatür değerleri ile uyum içerisindedir (Vondenhof ve ark.,1990; Kim ve ark., 1992; Uozumi ve ark., 1993; Cai ve ark., 1994; Laneman ve ark. 1997; Lemaire, 2000; Otomaru ve ark., 2004; Halle, 2004). Detaylı spektrumlar Ek 1.18 ve Ek 2.18 de, DSC eğrisi ise Ek 3.12 de verilmiştir (R)-(+)-6,6'-dihidroksikarbonil-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktil fenil)fosfino)-1,1'-binaftil (K5E) bileşiği Ürünün beyaz kristal olarak elde edilmesi K5D bileşiğindeki safsızlıkların oluşmasını da engellemiştir. IR spektrumları incelendiğinde, cm -1 de gelen piklerin yapıda bulunan COOH grubuna ait olduğu, K5D bileşiğinde gözlenen 2226 cm -1 deki şiddetli CN pikinin kaybolduğu ve 1442 cm -1 de ise Ar-P pikleri yapının oluştuğunu doğrulamaktadır. 1 H NMR da gözlenen 10,2 ppm deki singlet pikin -COOH grubunun varlığını doğrulamaktadır. Yine aynı şekilde 19 F NMR spektrumu incelendiğinde fenil halkalarında bulunan perflorlu gruplara ait - 126,70 (s, 8F, CF 2 ), 123,26 (s, 8F, CF 2 ), 123,25 (s, 8F, CF 2 ), 122,38 (bs, 16F, CF 2 ), 121,70 (s, 8F, CF 2 ), 111,55 (t, 3 J F,F =13,9 Hz, 8F, CF 2 Ar), (t, 3 J F,F =9,5 Hz, 12F, CF 3 CF 2 ) pikler görülmektedir. 31 P NMR ı incelendiğinde -16,21 ppm de gelen singlet pikin varlığı yapıdaki fosforun oksitlenmediğini göstermektedir 126

148 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Spektrumda beklenen veriler literatür değerleri ile uyum içerisindedir (Otomaru ve ark., 2004). Detaylı spektrumlar Ek 1.19 ve Ek 2.19 da verilmiştir PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) bileşiği PS-PEG reçine olarak TentaGel S-NH 2 kullanılmış olup, çok kolay nem tutma özelliğine sahiptir (Sigma-Aldrich, 86364). Yapısında CH 2 -O-CH 2 ve CH 2 - NH 2 grupları bulunmaktadır. IR spektrumu incelendiğinde, 2862 cm -1 ve 1096 cm - 1 de -O-CH 2 grubuna ait pikleri görebilmemize rağmen cm -1 arasında gözüken CH 2 -NH 2 grubuna ait pik bileşiğin çok kolay nem tutmasından ötürü OH piki tarafından perdelenmiştir. Yapıya K5E bileşiği bağlandıktan sonra oluşan L5 ligandın da en önemli gösterge H-N-C=O (amit) bağına ait 3370 ile 1664 cm -1 deki pikler ile Ar-P bağına ait 1452 cm -1 deki pikleridir. L5 ligandına ait katı 13 C- NMR ı incelendiğinde, 224 ppm de C=O, ppm de C=C heteroaromatik ve aromatik karbon, ppm de -CH 2 -O, -CH 2 -NH etkileşimi, ppm de C-F etkileşimi açıkça görülmektedir. Özellikle ppm de gözlenen C=C heteroaromatik ve aromatik karbonlarının TentaGel S-NH 2 nin yapısında bulunmaması yapıya heteroaromatik ve aromatik yapıda bulunan K5E bileşiğinin bağlandığını göstermektedir Spektrumda beklenen veriler literatür değerleri ile uyum içerisindedir (Otomaru ve ark., 2004). Detaylı spektrumlar Ek 1.20, Ek 2.20 ve Ek 2.21 de verilmiştir PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP (L5) bileşiğinin içerdiği ligand miktarının tayini Katı desteğe bağlanan ligand miktarını belirlemek amacıyla katı destekteki fosfor içeriğinin tayinini yapıldı. Bunun için ilk etapta hazırlanan KH 2 PO 4 standart çözeltilerinin UV spektroskopik cihazında okunan absorbans değerlerinin konsantrasyona karşı grafiği çizilerek standart kalibrasyon eğrisi oluşturuldu (Şekil 4.10). Eğriden hesaplanan denklemde numuneden ölçülen absorbans değerine karşılık gelen fosfat derişim miktarı hesaplanmıştır (Mauro Korn, 2002). 127

149 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Şekil Fosfor tayini için standart kalibrasyon eğrisi Numuneden okunan absorbans değeri 0,013 A o olup, okunan bu absorbans değerine karşılık gelen ve standart kalibrasyon eğrisinden hesaplanan konsantrasyon değeri 20 mg numune için 0,0199 mg fosfattır. Gerekli hesaplamalar yapıldığında 1 g katı destek numune için 0,99 mg fosfat içeriği tespit edildi. Seyreltmeler ve dönüşüm faktörü hesaplamaları sonucu 1 g PS-PEG polimerik reçinede 0,0105 mmol fosforun bağlı olduğu bulundu. Bu sonuçtan ise reçineye bağlı ligandın miktarı 0,00523 mmol (12 mg) BINAP / (1 g reçine) olarak hesaplandı. Ayrıca başlangıçta 1 g katı destek için 166 mg BINAP kullanıldığı göz önüne alındığında BINAP ın % 7,2 sinin katı desteğe bağlandığı bulundu. Otomaru ve ark., (2004) yaptıkları çalışmada 1 g PS- PEG reçine olarak TentaGel S-NH 2 ye yaklaşık olarak % 23 oranında -mono bağ yapısında tek taraflı olarak BINAP ı (0.168 mmol BINAP/ 1 g reçine) bağladıklarını bildirmişlerdir. Bu sonuçları literatürdeki verilerle karşılaştırdığımızda bağlanma miktarının üçte bir oranında daha az görünse de yapıda uzun zincirli florlu grupların olması ve çift taraflı bağlanma gerçekleşmesi sonucu oldukça başarılı göstermektedir (Şekil 4.11). 128

150 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Şekil PS-PEG polimerik reçineye tek ve çift taraflı bağlanma biçimi PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/ Rh(COD) 2 BArF (K5) kompleksi PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/Rh(COD) 2 BArF (K5) kompleksinin yapısı incelendiğinde analizinde en önemli göstergesi katı 31 P NMR ın alınmasıdır. Fakat içerisinde metal bulunan katı örneklerin NMR ını ülkemizde almak mümkün olmadığı için yapı aydınlatma çalışması sadece katalizörün scco 2 içindeki hidrojenasyon etkinliği ölçülerek belirlenmiştir Sentezlenen K1, K2, K3, K4 ve K5 Komplekslerinin Molar İletkenlik Ölçümleri Sentezlenen katalizörlerin yapısında (BArF) - anyonun bulunması katalizörlere iyonik özellik kazandırmaktadır. Katalizörlerin molar iletkenliklerinin bulunması ile (BArF) - anyonun sağladığı iyoniklik ortaya konulmuştur. Yapılan ölçümlerden molar iletkenliği en yüksek olan katalizörün K3 olduğu, en düşük olanın ise beklenildiği üzere katı destekli K5 olduğu belirlenmiştir. K5 in çok az da olsa molar iletkenliğinin olması yapıya Rh(COD) 2 BArF bileşiğinin bağlandığını ispatlamaktadır. 129

151 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL 4.4. Çözünürlük özellikleri Sentezlenen hedef ürünlerin scco 2 deki çözünürlükleri pencereli yüksek basınç reaktöründe incelenmiştir. Literatürlerde florlu çift dişli ligandların florlu çözücüler ve scco 2 içinde iyi çözünebilmesi için ligandın en az 8 karbonlu zincir halinde olması gerektiğine işaret etmişlerdir (Kainz ve ark., 1997; Reddy ve Katti, 1994; Anna ve ark., 2000). Perflorlu ligandlar scco 2 ortamında florsuz olanlarına kıyasla oldukça yüksek çözünürlük göstermektedirler. Katalizörlerin scco 2 ortamında hidrojenasyon etkinliklerinin incelenmesi için gerekli koşulların belirlenmesinde ön çalışma olarak çözünürlükleri incelenmiş ve hidrojenasyon koşulları bu sonuçlara göre belirlenmiştir. Katalizörlerin çözünürlük sonuçları çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1. Katalizörlere ait çözünürlük sonuçları KATALİZÖRLER ÇÖZÜNME ÇÖZÜNDÜĞÜ SICAKLIĞI ( o C) BASINÇ (psi) K K K K K K1 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K1 (6,5 mg) katalizörü pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde 60 o C sıcaklık ve 1450 psi CO 2 basıncında çözündüğü, sıcaklığın 70 o C ye arttırılması ile 1750 psi basınçta çözünürlükte herhangi bir olumsuz değişiklik olmadığı gözlenmiştir. 130

152 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL K2 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K2 (7,6 mg) katalizörü pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde 40 o C sıcaklık ve 1100 psi CO 2 basıncında çözündüğü, sıcaklığın 70 o C ye arttırılması ile 1750 psi basınçta çözünürlükte herhangi bir olumsuz değişiklik olmadığı gözlenmiştir. (1) 2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) Şekil Pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde gerçekleştirilen K2 katalizörüne ait çözünürlük çalışmalarının resimleri 131

153 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL K3 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K3 (3,5 mg) katalizörü pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde 50 o C sıcaklık ve 1300 psi CO 2 basıncında çözündüğü, sıcaklığın 70 o C ye arttırılması ile 1750 psi basınçta çözünürlükte herhangi bir olumsuz değişiklik olmadığı gözlenmiştir K4 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K4 (5,3 mg) katalizörü pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde 35 o C sıcaklık ve 1100 psi CO 2 basıncında çözündüğü, sıcaklığın 70 o C ye arttırılması ile 1750 psi basınçta çözünürlükte herhangi bir olumsuz değişiklik olmadığı gözlenmiştir K5 katalizörünün scco 2 deki çözünürlüğü K5 (5,3 mg) katalizörü pencereli yüksek basınç reaktörü içerisinde sıcaklığın 75 o C ye, basıncın 1850 psi ye kadar artırılmasına rağmen çözünürlükte herhangi bir gelişme gözlenmediği ve K5 katalizörünün bu şartlar altında çözünmediği tespit edilmiştir Katalizörlerin Hidrojenasyon Sonuçlarının Değerlendirilmesi Sentezlenen katalizörler, stirenin hidrojenasyonu üzerinde farklı etkinlik göstermişlerdir. Hidrojenasyon reaksiyonları scco 2 ortamında paslanmaz çelik reaktör (100 ml) içerisinde karıştırılmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. Katalizör substrat oranı olarak 500 değeri seçilmiştir. Hidrojenasyon reaksiyon koşulları olarak 10 bar hidrojen basıncı ve toplam basınç 1750 psi olarak belirlenmiş ve 3 saat süreyle karıştırılarak ölçümler gerçekleştirilmiştir. Stirenin hidrojenasyonu üzerine katalizörlerin etkileri kıyaslanmış ve sonuçlar Çizelge 4.1. de verilmiştir. scco 2 ortamında stirenin hidrojenasyon reaksiyonunda, molekülün halka dışında bulunan 132

154 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL vinilik çift bağın indirgendiği ve tek ürün etil benzen oluşumu tespit edilmiştir. Halka yapısındaki çift bağların indirgenmesiyle oluşabilecek olan ikinci bir yan ürün etil siklohekzan oluşumu gözlenmemiştir. Şekil Stirenin hidrojenasyon reaksiyonu Çizelge 4.2. Sentezlenen komplekslerin scco 2 ortamında stirenin hidrojenasyon reaksiyonu üzerindeki etkinlikleri a Ölçüm Sırası Katalizör % Dönüşüm b TON c TOF d (saat -1 ) Ürün 1 K1 42,90 214,5 71,5 Etil benzen 2 K2 11, ,3 Etil benzen 3 K3 96,39 481,95 160,65 Etil benzen 4 K Etil benzen 5 K5 51,68 258,4 86,13 Etil benzen a Reaksiyon koşulları: T: 343 o K, ph 2 : 10 bar, P total : 1750 psi, zaman: 3 saat, Substrat/Katalizör=500; b 3 saat sonunda Stirenin % dönüşümü; c ürün molü/katalizör molü; d 3 saat sonraki TOF değeri % Dönüşüm sonuçlarından sentezlenmiş katalizörlerin gösterdikleri etkinlikler karşılaştırıldığında K3>K5>K1>K2>K4 sıralamasıyla karşılaşırız. Fosfor atomlarına bağlı fenil halkalarında ve binaftil halkasının 6,6 pozisyonunda uzun zincirli florların bağlı olduğu K4 katalizörleri her hangi bir etkinlik dönüştürmediği tespit edilmiştir. 133

155 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL Şekil Hidrojenasyon sonuçlarının % dönüşüm eğrileri Hidrojenasyon mekanizması K1 katalizörü ile hidrojenasyonda ana döngü olarak, 18 elektronlu dihidrido kompleksini (B) oluşturan 16 elektronlu komplekse, [BINAP-Rh(COD)]BArF, H2 nin yükseltgen katılmasını kapsar. Siklooktadien grubunun (B) den ayrılması koordinasyon boşluğu içeren (C) kompleksinin oluşumuyla sonuçlanır ki buna substratın katılımıyla 18 elektronlu alken kompleksi (D) ortaya çıkar. (D) de rodyum üzerindeki hidrojenin koordine alkene aktarılması geçiş halindeki 16 elektronlu alkil kompleksi, (E) yi oluşturur. Çözücü ortamında bulunan siklooktadien grubu alkil kompleksi, (E) nin üzerine koordine olması ile (F) kompleksinin oluşumu, hidrojenin karbona göçü, alkanın indirgen eliminasyonu ile ayrılması ve çevrimi yeniden başlatmaya yarayan (A) oluşumuyla sonuçlanır (Noyari, 1994). 134

156 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hüseyin ALTINEL C H C H P P Rh F 3 C CF 3CF3 F 3 C B F 3 C F 3 C CF 3 CF 3 H 2 (A) P P Rh HC HC F 3 C F 3 C F 3 C F 3 C B CF 3CF3 CF 3 CF 3 P P Rh H H F 3 C CF 3CF3 F 3 C B F 3 C F 3 C CF 3 CF 3 (F) (B) P P H Rh C C H F 3 C CF 3 F 3 C CF 3 B F 3 C CF 3 F 3 C CF 3 P P Rh H H F 3 C CF 3CF3 F 3 C B F 3 C F 3 C CF 3 CF 3 (E) (C) H H C=C H P P Rh H H C C F 3 C CF 3 F 3 C CF 3 F 3 C F 3 C B CF 3 CF 3 (D) Şekil K1 katalizörünün tahmini dihidrit hidrojenasyon mekanizması 135

157 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Hüseyin ALTINEL 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışma üç aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, süperkritik karbon dioksit ortamında çözünebilir P-donörlü perflorlu BINAP türevi ligandlar ve bu ligandların Rh metali ile yaptığı kompleks bileşikler sentezlenmiştir. (R)-(+)-2,2 -bis (difenilfosfino)-1,1 -binaftil-[rh(cod)]barf (K1) (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K2) (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)- 1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K3) (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)- 1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K4) PS-PEG reçine ile desteklenmiş perfloro (R)-BINAP/ Rh(COD) 2 BArF (K5) İkinci aşamada florlu sentez bileşiklerinin reaksiyon ortamından ayrılması ve saflaştırılması çalışmaları ve bileşiklerin yapılarının karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Üçüncü aşamada sentezlenen bileşiklerin scco 2 de çözünürlükleri incelenmiş ve scco 2 ortamında stirenin hidrojenasyonunda katalitik etkinlikleri ölçülmüştür. Yapılan katalitik çalışmalar sonucunda katalizörlerin etkinlik sırası K3>K5>K1>K2>K4 şeklinde olduğu bulunmuştur. Yapılan sentez çalışmaları sırasında, (R)-BINAP türevi bileşiklerinin sentez koşullarının sağlanmasının oldukça zor olduğu görülmüş ve sentez ürünlerinin reaksiyon ortamından ayrılmasında ve saflaştırılmasında güçlüklerle karşılaşılmıştır. (R)-BINAP türevi bileşiklerinin, havada hızlı şekilde oksitlenmesindeki en önemli faktörün, yapısında bulunan 8 karbonlu florlu zincir grubunun yüksek elektronegatiflik göstererek P atomu üzerindeki elektronları çekmesi ve P atomu üzerinde elektron boşluğu yaratması olarak düşünülebilir. Bu durumda perflorlu zincir grubunun fosfora bağlı benzen halkasına direk olarak bağlanması yerine, arada boşluk yaratıcı (space group) CH 2 gruplarının kullanılmasının, bu elektronegatiflik 136

158 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Hüseyin ALTINEL derecesini düşürerek fosforun havada daha uzun süre kararlı olarak kalabilmesini sağlayacaktır (Horvat ve ark., 1998; Bhattacharyya ve ark., 2000). Sentezlenen katalizör bileşiklerinin yapılarında perflorlu zincir gruplarının bulunması, reaksiyon ortamı olarak seçilen scco 2 ortamında katalizörlerin çözünürlüğüne olumlu etki göstermiştir. Flor sayısı arttıkça çözünme koşulları daha uygun şartlarda gerçekleşmektedir. Ayrıca katyonik Rh kompleks bileşiklerinde anyon grup olarak BArF- anyonunun kullanılmasının da çözünürlük üzerinde önemli rolü olmuştur. Fakat katalizörlerin çözünürlüğü ile hidrojenasyon etkinliği arasında herhangi bir olumlu etki tespit edilememiştir. Çünkü en iyi çözünen K2 ve K4 katalizörleri hidrojenasyonda belirtilen koşullarda fazla aktivite göstermemişlerdir. Yapılan bu çalışmanın; gerek sentez aşamaları, gerekse saflaştırma teknikleri ve elde edilen katalitik sonuçlar, ilerideki benzer çalışmalara ışık tutacağı ve faydalı bir kaynak olacağı düşünülmektedir. 137

159 KAYNAKLAR ABRAHAM, M.H., ZISSIMOS, A.H., HUDDLESTON, J.G., WILLAUER, H.D., ROGERS, R.D., ACREE, W.E., Ind. Eng. Chem. Res., 42: 413. ALAME, M., et al., 2007a, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 268: ALAME, M., et al., 2007b, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 271: BADER, R.R.; BAUMEISTER, P.; BLASER, H U. Chimia, 50, 99. BALDWIN, L.C., ve FINK, M.J., Synthesis of 1,2-bis[(diorgano) phosphio]ethanes via Michaelis-Arbuzov type rearrangements. Journal of Organometallic Chemistry, 646, BAYARDON, J., CAVAZZINI, M., MAILLARD, D., POZZI, G., QUICI, S., and SINOU, D., Tetrahedron: Asymmetry, 14, BAYSTON, D.J., FRASER, J.L., ASHTON, M.R., BAXTER, A.D., POLYWKA, M.E.C., AND MOSES, E., J. Org. Chem., 63, BERTHOD M., MIGNANI G., and LEMAIRE, M., Tetrahedron:Asymmetry, 15, BERTHOD M., MIGNANI G., WOODWARD, G., and LEMAIRE, M., Modified BINAP: The How and the Why. Chem. Rev., 105, BIRDSALL, D.J., HOPE, E.G., STUART, A.M., CHEN, W., HU, Y., and XIAO, J., Synthesis of fluoroalkyl-derivatised BINAP ligands. Tetrahedron Letters, 42: BLASCHKE, G., KRAFT, H.P., FICKENTSCHER, K., KOHLER, F Arzneim-Forsch/Drug Res., 29 (II), BLASER, H.U., Chem. Rev., 92:935. BONAFOUX, D., HUA, Z., WANG, B., and OJIMA, I., Design and Synthesis of new Fluorinated Ligands for the Rhodium-Catalyzed Hydroformylation of Alkenes in Supercritical CO 2 and Flourous Solvents. Journal of fluorine Chemistry, 112: BRONZE-UHLE, E.S., et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 259:

160 BRUNEL, J. M., Chem. Rev., 105, BRUNNER, H., ZETTLMEIER, W., Handbook of Enantioselective Catalysis, VCH, Weinheim. BURK, M.J., FEASTER, J.E., HARLOW, R.L., Organometallics, 9:2653. BURK, M.J., J. Am. Chem. Soc., 113, BURK, M.J., GROSS, M.F., and MARTİNEZ, J.P., Asymmetric Catalytic Synthesis of β-branched Amino Acids via Highly Enantioselective Hydrogenation Reactions. J. Am. Chem. Soc., 117: CAI, D., PAYACK, J.F., BENDER, D.R., HUGHES, D.L., VERHOEVEN, T. R., and REIDER, P.J., J. Org. Chem., 59, CAI, D., HUGHES, D.L., LEVAC, S., and VERHOEVEN, T. R., Process of Synthesizing Binaphthyl Derivatives. US Patent, US CAREY, F.A., SUNDBERG, R.J. EDS., Advanced Organic Chemistry, Part A & B, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York. CHEN, Y.; SHAHLA, Y.; YUDIN, A.K., Chem. Rev., 103, CHAN, A.S.C., PLUTH, J.J., HALPERN, J Inorg. Chim. Acta., 37, CHAN, A.S.C., HALPERN, J., J. Am. Chem. Soc., 102, 838. CHAN, A.S.C., A New Route to Important Chiral Drugs, Chemtech, March. CHAN, A.S.C., (The Hong Kong Polytechnic University). Patent US CHUA, P. S.; ROBERTS, N. K.; BOSNICH, B.; OKRASINSKI, S. J.; HALPERN, J J. Chem. Soc., Chem. Comm., CLAVER, C., FERNANDEZ, E., GILLON, A., HESLOP, K., et al Chem. Commun., 961. COLLINS, A. N., SHELDRAKE, G. N., CROSBY, J., eds. Applications of Optically Active Compounds.; Wiley: Chichester. CORBET, J.P., and MIGNANI, G., Chem. Rev., 106: CRABTREE, R.H., The Organometallic Chemistry of The Transition Metals, New York, s. DANG, T. P.; KAGAN, H. B Chem. Commun., 481. DANG, T.P., KAGAN, H.B., J. Am. Chem. Soc., 94,

161 DEUSSEN, H.-J., HENDRICKX, E., BOUTTON, C., KROG, D., CLAYS, K., BECHGAARD, K., PERSOONS, A., and BJORNHOLM, T., J. Am. Chem. Soc., 118, DIEGUEZ, M., PAMIES, O., and CLAVER, C., 2004, Chem. Rev., 104: DONG, C., ZHANG, J., ZHENG, W., ZHANG, L., GYU, Z., CHOI, M.C.K., and CHAN, A.S.C., Heterogeneous asymmetric addition of diethylzinc to aromatic aldehydes catalyzed by Ti(IV)/imine bridged poly(r)-binaphthol. Tetrahedron: Asymmetry, 11: DONG, X., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 211 : DUPONT, J., DE SOUZA, R.F., SUAREZ, P.A.Z., Chem. Rev., 102 : DUPRAT DE PAULE, S.; JEULIN, S.; RATOVELOMANANA-VIDAL, V.; GENET, J. P.; CHAMPION, N.; DESCHAUX, G.; DELLIS, P., Org. Process Res. Dev., 2003, 7, 399. ECKL, R.W., PRIERMEIER, T., HERRMANN, W.A., Journal of Organometallic Chemistry, 532:243. FAN Q.H., et al., J. Am. Chem. Soc., 121: FAN, Q. H., DENG, G. J., CHEN, X.M., XIE, W. C., JIANG, D. Z., LIU, D. S., CHAN A.S.C., 2000a. J. Mol. Catal. A, 159:37. FAN Q.H., et al., 2000b. Chem. Commun., FAN, Q. H., LIU, G. H., DENG, G.J., CHEN, X.M., CHAN, A.S.C., Tetrahedron Lett., 42, FAN Q.H., et al., Tetrahedron: Asymmetry, 12: FELIX, A.M., Cleavage of Protecting Groups with Boron Tribromide. J. Org. Chem., 39: FESSENDEN, R.J., FESSENDEN, J.S., Organic Chemistry (T. Uyar, editör). Organik Kimya. 4. Baskı, Güneş Kitapevi, Ankara, s FRANCIO, G., WITTMANN, K., LEITNER, W., Highly Efficient Enantiselective Catalysis in Supercritical Carbon Dioxide Using the Perfluoroalkyl-Substituted Ligand (R,S)-3-H 2 F 6 -BINAPHOS. Journal of Organometallic Chemistry, 621:

162 FRIEDMAN, L., and SHECHTER, H., Dimethylforrnamide as a Useful Solvent in Preparing Nitriles from Aryl Halides and Cuprous Cyanide; Improved Isolation Techniques. J. Org. Chem., Vol. 26, FRYZUCK, M. D., BOSNICH, B., J. Am. Chem. Soc., 99, FUJII, A., SODEOKA, M., Tetrahedron Lett., 40:8011. GALINDEZ, L.A.R., Asymmetrical Hydrogenation Processes for Pure Chiral Drugs. Master in Science. Chemical Engineering, Universty of Puerto Rico Mayagüez Campus. GHOSH, A., and KUMAR, R., Journal of Catalysis, 228, GLADIALI, S., DORE, A., FABBRI, D., MEDICI, S., PIRRI, G., and PULACCHINI, S., Eur. J. Org. Chem., GOTO, M., MANO, M., Takeda Chemical Industries. PCT Int. Appl. WO GREEN, M., KUC, T.A., and TAYLOR, S.H., Cationic Transition-Metal Complexes.Part I. Synthesis and Reactions of Bis(diene)-Rhodium and - Iridium Tetrafluoroborates. J. Cem. Soc.(A), GRIDNEV, I. D.; HIGASHI, N.; ASAKURA, K.; IMAMOTO, T J. Am. Chem. Soc., 122, GRIDNEV, I. D.; YAMANOI, Y.; HIGASHI, N.; TSURUTA, H.; YASUTAKE, M.; IMAMOTO, T. 2001, Adv. Synth. Catal., 343, 118. GUERREIRO, P., et al., Tetrahedron Letters, 42: GUILLEN, F., FIAUD, J.C., Tetrahedron Lett., 40:2939. GÜZEL, B., and AKGERMAN, A., Solubility of Disperse and Mordant Dyes in Supercritical CO 2. Journal of Chemistry, England, 44 : GÜZEL, B., AKGERMAN, A., FACKLER, Jr J.P., Synthesis and Characterization of the Rh Based Hydroformulation Catalyst{[( COD) Rh (bis(2r,3r)-2,5-diethylphospholano)benzene)] + BARF}. Proceedings of the 7 th Meeting on Supercritical Fluids, Antıbes / Juan-Les-Pıns, France, 1: GÜZEL, B., OMARY, M.A., FACKLER, J.P., AKGERMAN, A., Inorg. Chem. Acta., 325,

163 HAJI, S., and ERKEY, C., Tetrahedron, 58: HALLE, R., et al., C. R. Acad. Sci. Paris, Serie IIc, Chimie: Chemistry, 3: HALPERN, J.; HARROD, J. F.; JAMES, B. R., J. Am. Chem. Soc., 83, 753. HALPERN, J.; RILEY, D. P.; CHAN, A. S. C.; PLUTH, J. J J. Am. Chem. Soc., 99, HAN, D., et al., Journal of Catalysis, 243: HAN, D., et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 283: HARVATH, L.T., AND RAVAI, J., Science, 266: HOEGAERTS, D., and JACOBS, P.A., Tetrahedron: Asymmetry, 10: HORNER, L.; SIEGEL, H.; BÜTHE, H. Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1968, 7, 942. HOCKE, H., and UOZUMI, Y., A simple synthetic approach to homochiral 6- and 6'-substituted 1,1'-binaphthyl derivatives. Tetrahedron 59 : ISHII, A., Process for Producing Binaphthol Bistriflate. US Patent, US JACOBEN, E.N., PFALTZ, A., YAMAMOTO, H., eds., Comprehensive Asymmetric Catalysis, I-III, Springer. JESSOP, P.G., LEITNER, W., 1999a, Chemical synthesis using supercritical fluids. Ed.; Wiley-VCH: Weinheim. JESSOP, P.G., 1999b. Chem. Rev., 99: 475. JIA, X., et al Tetrahedron Lett., 43:5541. JIANG X., Monodentate Secondary Phosphine Oxides (SPO s), Synthesis and Application in Asymmetric Catalysis. te Jiangsu, China. JUNGE, K., OEHME, G., MONSEES, A., RIERMEIER, T., DINGERDISSEN, U., BELLER, M., Tetrahedron Lett., 43:4977. KAGAN, H.B., DANG, T.P., J. Chem. Soc., Chem. Comm., 481. KAGAN, H. B.; DANG, T. P. J. Am. Chem. Soc., 1972, 94, KAGAN, H. B.; LANGLOIS, N.; DANG, T. P. J. Organomet. Chem., 1975, 90,

164 KAGAN, H. B., ASYMMETRİC SYNTHESİS; MORRİSON, J. D., ED.; Academic Press: New York, Vol 5, Chapter 1. KAINZ, S., KOCH, D., BAUMANN,W., and LEITNER, W., Perfluoroalkyl Substituted Arylphosphanes as Ligands for Homogeneous Catalysis in Supercritical Carbon Dioxide. Angew. Chem. Int. Engl., 36 (15) : KAINZ, S., LUO, Z., CURRAN, D.P., and LEITNER, W., Synthesis of Perfluoroalkyl-Substituted Aryl Bromides and Their Purification Over Fluorous Reverse Phase Silica. Synthesis, KAINZ, S., BRINKMANN, A., LEITNER, W., and PFALTZ, A., Iridium- Catalyzed Enantioselective Hydrogenation of Imines in Supercritical Carbon Dioxide. J. Am. Chem. Soc., 121, KIM, J., and SCHUSTER, G.B., Enantioselective Catalysis of the Triplex Diels-Alder Reaction: A Study of Scope and Mechanism. J. Am. Chem. Soc., 114, KITAMURA, M., OHKUMA, T., INOUE, S.; SAYO, N., KUMOBAYASHI, H., AKUTAGAWA, S., OHTA, T., TAKAYA, H., NOYORI, R., J. Am. Chem. Soc., 110, 629. KITAMURA, M., TOKUNAGA, M., OHKUMA, T., NOYORI, R., Tetrahedron Lett., 32, KITAMURA, M., TOKUNAGA, M., NOYORI, R., J. Org. Chem., 57, KNOWLES, W.S., SABACKY, M.J., J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1445 KNOWLES, W. S.; SABACKY, M. J.; VINEYARD, B. D J. Chem. Soc., Chem. Commun., 2, 10. KNOWLES, W. S Acc. Chem. Res., 16, 106. KONNO, T., et al., Tetrahedron Letters, 49: LANEMAN, S.A., Chem. Commun., LANEMAN, S.A., (Monsanto) U.S. Patent US LEMAIRE, M., SCHULZ, E., TER HALLE, R., and SPAGNOL, M., (Rhodia/CNRS). PCT Int. Appl. WO LEMAIRE, M., TER HALLE, R., SCHULZ, E., and SPAGNOL, M., Method for Preparing Chiral Diphosphines. US Patent, US

165 LUCET, D., Le GALL, T., MIOSKOWSKI, C., Angew. Chem. Int. Ed., 37:2580. MADEC, J., et al., Tetrahedron: Asymmetry, 15: MAJOR, M., PETERSON, R., and KOSINSKI, S., Stabilization of Triflated Compounds. US Patent, US MAILLARD, D., BAYARDON, J., KURICHIPARAMBIL, J.D., NGUEFACK- FOURNIER C., and SINOU, D., Chiral perfluorous analogues of MOP. Synthesis and applications in catalysis. Tetrahedron: Asymmetry 13 : MASHIMA, K.; KUSANO, K.-H.; OHTA, T.; NOYORI, R.; TAKAYA, H J. Chem. Soc., Chem. Commun., MAURO KORN, PEDRO MACHADO PRIMO, CLARIVALDO SANTOS DE SOUSA, Influence of Ultrasonic Waves,on Phosphate Determination by the Molybdenum Blue Method, Microchemical Journal, 73, MCCARTHY, M., GUIRY, P.J., Tetrahedron, 57: MERCK DARMSTADT. PCT Int. Appl. WO 99/36397, MIESSLER, G.L., and TARR, D.A., Inorganic Chemistry, (N. KARACAN ve P. GÜRKAN, editör). Inorganik Kimya, 2.baskı, Palme Yayıncılık, Ankara, s MINATTI, A. and Dötz, K.H., Tetrahedron: Asymmetry, 16: MIYASHITA, A., YASUDA, A., TAKAYA, H., TORIUMI, K., ITO, T., SOUCHI, T., AND NOYORI, R., J. Am. Chem. Soc., 102: MONTANANI, M.P., MINGOIA, M., MARCHETTI, F., VARAIDO, P.E., Chemotherapy (Basal), 45:417. MONTERO, G., MARLOWE, T., SMITH, B., and BECK, K., Solubility of Disperse Dyestuff in Supercritical CO 2. North Caroline State University, U.S.A. MORI, S., et al., Chem. Asian J., 1:

166 NAKAMURA, Y., TAKEUCHI, S., ZHANG, S., OKUMURA, K., AND OHGO Y., Preparation of a fluorous chiral BINAP and application to an asymmetric Heck reaction. Tetrahedron Letters, 43 : NEWMAN, M.S., AND BODEN, H., N-Methyl pyrrolidone as Solvent for Reaction of Aryl Halides with Cuprous Cyanide. J. Org. Chem., Vol. 26, p NOYORI, R., TAKAYA, H Chem. Scr., 25, 83. NOYORI, R., OHTA, M., HSIAO, Y., KITAMURA, M., OHTA, T., RAKAYA, H., J. Am. Chem. Soc., 108, NOYORI, R., AND TAKAYA, H., 1990a. Acc. Chem. Res., 23: 345. NOYORI, R. 1990b. Science, 248,1194. NOYORI, R Asymmetric Catalysis in Organic Synthesis, John Wiley & Sons. Inc.: New York. NOYORI, R Asymmetric Hydrogenation, Acta Chemica Scandinavica, Vol. 50, p NOYORI, R (Autobiography-The Royal Swedish Academy of Science) OHTA, T.; TAKAYA, H.; NOYORI, R Inorg. Chem., 27, 566. OHKUMA, T., NOYARI, R., IN JACOBSEN, E.N., PFALTZ, A., YAMAMOTO, H., eds., Comprehensive Asymmetric Catalysis I-III, Vol I, chap. 6.1, p.199, Springer. OJIMA, I., Catalytic Asymmetric Synthesis, 2nd ed, Wiley-VCH. Inc.: New York. OSBORNE, J.A., JARDINE, F.H., YOUNG, J.F., WILKINSON, G., J. Chem. Soc. A., OTOMARU, Y., SENDA, T., and HAYASHI, T., Preparation of an Amphiphilic Resin-Supported BINAP Ligand and Its Use for Rhodium- Catalyzed Asymmetric 1,4-Addition of Phenylboronic Acid in Water. Org. Lett., Vol. 6, No. 19,

167 OZAWA, F.; KUBO, A.; MATSUMOTO, Y.; HAYASHI, T Organometallics, 12, PETRUCCI, R.H., and HARWOOD, W.S., Genel Kimya 2 (T. UYAR editör). 6. Baskı, Palme Yayıncılık, Ankara, s.541. POZZI, G., and SHEPPERSON, I., Coordination Chemistry Reviews, 242:115-/124. PRADELLOK, W.; KOTAS, A.; WALCZYK, W.; JEDLINSKI, Z POL PU, L., Chem. Rev., 98, REETZ, M.T., MEHLER, G., Angew. Chem. Int. Ed., 39:3889. RICHARDS, C.J., LOCKE, A.J., Tetrahedron: Asymmetry, 9, SALUZZO, C., and LEMAIRE, M., 2002a. Adv. Synth. Catal., 344: No. 10. SALUZZO, C., et al., 2002b. Tetrahedron: Asymmetry, 13: SATICI, H., Su Kullanmadan Süperkritik CO 2 ile Boyama. Gemsan Teknik Bülteni, Istanbul, 18: SAYO, N., ZHANG, X., OMOTO T., YOKOZAWA, T., YAMASAKI, T., and KUMOBAYASHI, H., (Takasago International Corp.). European Patent Appl. EP SCHROCK, R. and OSBORN, J.A., Inorganic Chem., 9 (10), SCHWINK, L., KNOCHEL, P., Chem. Eur. J., 4, 950. SHIBAHARA, F., NOZAKI, K., MATSUO, T., and HIYAMA, T., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 12, SHIMADA, T., et al., J. Am. Chem. Soc., 125: SHIMIZU, H. NAGASAKI, I., and SAITO, T., Tetrahedron, 61: SKOOG, D.A., HOLLER, F.J., and NIEMAN T.A., Principles of Instrumental Analysis, (E. KILIÇ editör). Enstrumental Analiz Ilkeleri, Bilim Yayıncılık, 1.baskı, s.366, SKOOG, D.A., WEST, D.M., and HOLLER, F.J., Fundamentals of Analytical Chemistry. Saunders College Publishing, Seventh Edition, s. 146

168 SPINDLER, F.; PUGIN, B.; JALETT, H.-P.; BUSER, H.-P.; PITTELKOW, U.; BLASER, H.U., Chemical Industries in Catalysis of Organic Reactions, Malz, R.E. Jr. ed., 68, p 153. SPINDLER, F.; BLASER, H.U., Adv. Synth. Catal., 343, 68. SPESSARD, G.O. and MİESSLER, G.L., Organometallic Chemistry, Prentice- Hall, New Jersey, p SOGAH, G.D.Y., and CRAM, D.J., Host-Guest Complexation. 14. Host Covalently Bound to Polystyrene Resin for Chromatographic Resolution of Enantiomers of Amino Acid and Ester Salts. Journal of the American Chemical Society, 101:11. STANDFEST-HAUSER, C.M., LUMMERSTORFER, T., and et.al., Rhodium Phosphine Complexes immobilized on Silica as Active Catalysts for 1- Hexene Hydroformylation and Arene Hydrogenation. Journal of Molecular Catalysis, 210: STINSON, S.C., 2001-October 1. Chemical and Engineering News. 79. SUH, W.H., et al., Synthesis, No. 14, TAKASAGO PERFUMERY CO. LTD., European Patent EP TAKASAGO PERFUMERY CO. LTD., Japanese Patent JP TAKAYA, H., MASHIMA, K., KOYANO, K., YAGI, M., KUMOBAYASHI, H., TAKETOMI, T., AKUTAGAWA, S., and NOYORI, R., J. Org. Chem., 51, 629. TAKAYA, H., OHTA, T., SAYO, N., KUMOBAYASHI, H., AKUTAGAWA, S., INOUE, S., KASAHARA, and NOYORI, R., J. Am. Chem. Soc., 109, TANAKA, K., et al., 2008a. Tetrahedron, 64: TANAKA, K., et al., 2008b. Tetrahedron, 64: TANG,W., and ZHANG, X., Chem. Rev., 103: TANI, K., YAMAGATA, T., TATSUNO, Y., YAMAGATA, Y., TOMITA, K., AKUTAGAWA, S., KUMOBAYASHI, H., and OTSUKA, S., Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 24, 217. TOKUNAGA, N., and HAYASHI, T., Tetrahedron: Asymmetry, 17:

169 TROST, B.M., and FLEMING, I., Comprehensive Organic Synthesis, Vol. 1-9, Pregamon Press, Oxford. TROST, B. M., JONASSON, C., and WUCHRER, M., J. Am. Chem. Soc., 123, TROST, B.M., Acc. Chem. Res., , 695. TROST, B.M., TOSTE, F.D., GREENMAN, K.J., Am. Chem. Soc., 125, TUNALI, N. K., ve ÖZKAR, S., Anorganik Kimya, Gazi Kitapevi, Ankara. UOZUMI, Y., TANAHASHI, A., LEE, S., AND HAYASHI, T., Synthesis of Optically Active 2-(Diarylphosphino)-1,l -binaphthyls, Efficient Chiral Monodentate Phosphine Ligands. J. Org. Chem., 58: VAN DEN BERG, M., et al., J. Am. Chem. Soc., 122: VAN DEN BERG, M., et al., Adv. Synth. Catal., 344:1003. VAN DEN BERG, M., et al., Adv. Synth. Catal., 345:308. VINEYARD, B. D., KNOWLES, W. S., SABACKY, M. J., BACHMAN, G. L.,and WEINKAUFF, D. J J. Am. Chem. Soc., 99, VONDENHOF, M., and MATTAY, J., Sülfonic Acid Esters Derived From l.l -Binaphthalene As New Axially Chiral Photosensitizers. Tetrahedron Letters, Vo1 31, No 7, pp WAGNER, K-D., DAHMEN N., and DINJUS, E., Solubility of Triphenylphosphine, Tris(p-fluorophenyl)phosphine, Tris(pentafluorophenyl) phosphine, and Tris(p-trifluoromethylphenyl)phosphine in Liquid and Supercritical Carbon Dioxide. J. Chem. Eng., Data 45: WARREN, S. ed., Organic Synthesis-The Disconnection Approach, Wiley. WEETHALL, H.H., Covalent Coupling Methods for Inorganic Support Materials. Methods of Enzymology, Vol.44, p XIAO, J., Tetrahedron Letter, 37: 2813 XIAO, D; Design and Synthesis of Chiral Ligands and Their Aplications in Asymmetric Catalysis. Phd. Dissertation Thesis. The Graduate School Department of Chemistry, The Pennsylvania State University, USA. YAN, Y., CHI, Y., and ZHANG, X., Tetrahedron:Asymmetry: 15,

170 YOUNG, J. F.; OSBORN, J. A.; JARDINE, F. H.; WILKINSON, G Chem. Commun., 131. YUAN, W.C., et al., Tetrahedron Letters, 46: YU, H.B., et al., 2000a. Tetrahedron Letters, 41: YU, H.B., et. al., 2000b. J. Am. Chem. Soc., 122: ZENG, Q., et al Tetrahedron, 58:8799. ZHANG, Q., LUO, Z., and et.al., Separation of "Light Fluorous"Reagents and Catalysts by Fluorous Solid-Phase Extraction:Synthesis and Study of a Family of Triarylphosphines Bearing Linear and Branched Fluoruos Tags.J.Org.Chem., 65: ZHANG, F.Y., KWOK, W.H., and CHAN, A.S.C., Tetrahedron:Asymmetry, 12,

171 ÖZGEÇMİŞ 1976 yılında Adana da doğdum. Öğrenim hayatım, Tatbikat İlkokulunda başlayarak Ziya Paşa Orta Okulu ve Borsa Lisesi nin ardından, 1994 yılında Çukurova Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünde lisans eğitimi ile devam etmiştir yılında Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Ana Bilim Dalında Yüksek Lisans öğrenimine başladım. Yüksek lisans tez çalışmamı 2003 yılında tamamlayarak aynı yıl Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Ana Bilim dalında Doktora öğrenimime başladım. Bu süre içinde değişik araştırma projelerinde görevler alarak Ulusal Kimya Kongrelerine katıldım yılından bu yana Milli Eğitim Bakanlığı nın personeli olarak çeşitli İlköğretim okullarında Sınıf öğretmenliği ile Fen Bilgisi öğretmenliği ve Ortaöğretim okullarında ise Kimya öğretmenliği görevlerini yürüttüm. Halen Ceyhan Ticaret Meslek Lisesinde Kimya öğretmeni olarak çalışmaktayım. Evli bir çocuk babasıyım. 150

172 EK 1. NMR SPEKTRUMLARI EK 1.1. Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfinklorür, [(Rf-Ph) 2 PCl] bileşiği için NMR spektrumları (Rf-Ph) 2 PCl / 19 F NMR spektrumu (Rf-Ph) 2 PCl / 31 P NMR spektrumu 151

173 EK 1.2. Bis-(m-perflorooktilfenil)fosfin [(Rf-Ph) 2 POH] bileşiği için NMR spektrumları (Rf-Ph) 2 POH / 31 P NMR spektrumu (Rf-Ph) 2 POH / 19 F NMR spektrumu 152

174 (Rf-Ph) 2 POH / 19 F NMR detayı 1 [(-84) (-79) ppm] (Rf-Ph) 2 POH / 19 F NMR detayı 2 [(-133) (-108) ppm] 153

175 EK 1.3. (R)-(+)-1,1 -bi(2-naftol) [(R)-BİNOL] bileşiği için NMR spektrumları [(R)-BİNOL] / 1 H NMR spektrumu [(R)-BİNOL] / 1 H NMR detayı ( ppm) 154

176 EK 1.4. (R)-(+)-2,2 -bis(difenilfosfino)-1,1 -binaftil-[rh(cod)]barf (K1) kompleksi için NMR spektrumları K1 / 1 H NMR spektrumu K1 / 1 H NMR detayı 1 (10.0 4,0 ppm) 155

177 K1 / 1 H NMR detayı 2 (4 0 ppm) K1 / 31 P NMR spektrumu 156

178 K1 / 31 P NMR detayı [(40) (20) ppm] K1 / 19 F NMR spektrumu 157

179 EK 1.5. (R)-2,2 -bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K2A) bileşiği için NMR spektrumları K2A / 1 H NMR spektrumu K2A / 1 H NMR detayı ( ppm) 158

180 K2A / 19 F NMR spektrumu 159

181 EK 1.6. (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil (L2) bileşiği için NMR spektrumları L2/ 1 H NMR spektrumu L2 / 1 H NMR detayı ( ppm) 160

182 L2 / 31 P NMR spektrumu L2 / 19 F NMR spektrumu 161

183 L2 / 19 F NMR detayı [(-78) (-82) ppm)] 162

184 EK 1.7. (R)-2,2'-bis(bis-m-(heptadekaflorooktilfenil)fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF (K2) kompleksi için NMR spektrumları K2 / 1 H NMR spektrumu K2 / 1 H NMR detayı 1 ( ppm) 163

185 K2 / 1 H NMR detayı 2 ( ppm) K2 / 31 P NMR spektrumu 164

186 K2 / 31 P NMR detayı (28 14 ppm) K2 / 19 F NMR spektrumu 165

187 EK 1.8. (R)-6,6 -dibromo-2,2 -dietoksi-1,1 -binaftil (K3B) bileşiği için NMR spektrumları K3B / 1 H NMR spektrumu K3B / 1 H NMR detayı 1 ( ppm) 166

188 K3B / 1 H NMR detayı 2 ( ppm) K3B / 13 C NMR spektrumu 167

189 K3B / 13 C NMR detayı 1 ( ppm) K3B / 13 C NMR detayı 2 (20 4 ppm) 168

190 K3B / 13 C NMR detayı 3 (70 56 ppm) K3B / 13 C NMR detayı 4 ( ppm) 169

191 EK 1.9. (R)-2,2 -dietoksi-6,6 -diperflorooktil-1,1 -binaftil (K3C) bileşiği için NMR spektrumları K3C / 1 H NMR spektrumu K3C / 1 H NMR detayı 1 ( ppm) 170

192 K3C / 1 H NMR detayı 2 ( ppm) K3C / 19 F NMR spektrumu 171

193 K3C / 19 F NMR detayı 1 [(-105) (-130) ppm] K3C / 19 F NMR detayı 2 [(-7.5) (-82.5) ppm] 172

194 EK (R)-2,2 -bis(triflorometansülfoniloksi)-6,6 -diperflorooktil-1,1 -binaftil (K3E) bileşiği için NMR spektrumu K3E / 19 F NMR spektrumu K3E / 19 F NMR detayı 1 [(-75) (-80) ppm] 173

195 K3E / 19 F NMR detayı 2 [(-105) (-130) ppm] 174

196 EK (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L3) bileşiği için NMR spektrumu L3 / 31 P NMR spektrumu 175

197 EK (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksi (K3) bileşiği için NMR spektrumu K3 / 31 P NMR spektrumu 176

198 EK (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil (L4) bileşiği için NMR spektrumu L4 / 1 H NMR spektrumu L4 / 1 H NMR detayı ( ppm) 177

199 L4 / 19 F NMR spektrumu L4 / 19 F NMR detayı 1 [(-75) (-80) ppm] 178

200 L4 / 19 F NMR detayı 2 [(-105) (-130) ppm] L4 / 31 P NMR spektrumu 179

201 EK (R)-6,6'-diperflorooktil-2,2'-bis(di-m-(heptadekaflorooktil)-difenil fosfino)-1,1'-binaftil [Rh(COD)]BArF kompleksi (K4) bileşiği için NMR spektrumu K4 / 1 H NMR spektrumu K4 / 1 H NMR detayı 1 ( ppm) 180

202 K4 / 1 H NMR detayı -2 ( ppm) K4 / 19 F NMR spektrumu 181

203 K4 / 19 F NMR detayı [(-105) (-130) ppm] K4 / 31 P NMR spektrumu 182

204 EK (R)-(+)-6,6 -dibromo-2,2 dihidroksi-1,1 -binaftil (K5A) bileşiği için NMR spektrumu K5A / 1 H NMR spektrumu K5A / 1 H NMR detayı ( ppm) 183

205 EK (R)-(+)-6,6 -dibromo-2,2 bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K5B) bileşiği için NMR spektrumu K5B / 1 H NMR spektrumu K5B / 1 H NMR detayı ( ppm) 184

206 EK (R)-(+)-6,6 -disiyano-2,2 bis(triflorometansülfoniloksi)-1,1 -binaftil (K5C) bileşiği için NMR spektrumu K5C / (kolondan ayrılan 1. grup) 13 C NMR K5C / (kolondan ayrılan 1. grup) 13 C NMR detayı ( ppm) 185

207 K5C / (kolondan ayrılan 2. grup) 13 C NMR K5C / (kolondan ayrılan 2. grup) 13 C NMR detayı ( ppm) 186

208 K5C/ (kolondan ayrılan 3. grup) 13 C NMR K5C / (kolondan ayrılan 3. grup) 13 C NMR detayı ( ppm) 187

209 K5C / (kolondan ayrılan 4. grup) 13 C NMR K5C / (kolondan ayrılan grup) 19 F NMR (4 grup için de 19 F-NMR değerleri aynı çıkmıştır) 188