SUPERVISOR
Abdol reze Hajipour,Alireza Najafi chermahini
عبدالرضا حاجی پور (استاد راهنما) علیرضا نجفی چرمهینی (استاد مشاور)
STUDENT
Sirous Ghorbany
سیروس قربانی اولقی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Azidation of aryl halides to aryl azides and aryl amines promoted by, respectively, Cu(I)/EDTA and Cu(II)-ascorbate/EDTA and also tautomerism for biurea and allophanic acid
Up to now, a few synthetic routs have been demonstrated for the construction of aryl azides. The older rout is based on the diazotization of aromatic amines and subsequent reaction with azide ions. Controlling reaction condition is very difficult when two or more amino group exist as substituents in aromatic rings. An efficient approach to azidation of aryl halides is described here. Good yields of aryl azides were obtained with CuI/EDTA as a catalytic system. Cost-affectivity of the EDTA compared to expensive DMEDA (1:500) along with the use of 7EtOH:3H 2 O as mixed solvent and green medium makes it to be a suitable method for selective synthesis of aryl azides. In the second part of this project, a one pot Cu(II)-promoted coupling reaction of electron-deficient and electron-rich halobenzenes with sodium azide were studied in details. The reduction of the intermediate aryl azides under the same Cu(II)-ascorbate redox conditions leading to anilines has been documented. Different experiments showed that both sodium ascorbate and EDTA play important roles in the reaction pathway. The result demonstrated that when electron-deficient haloarenes were used, the obtained products were usually aryl amines and in the case of electron-rich halobenzenes only aryl azide were produced with lower yields when it was compared with the aryl amines. In the third part of this project, The electronic structures and intramolecular proton transfers (PTs) in the biurea isomers have been investigated at B3LYP /6-311++G(d,p) level of theory. The results showed that biurea is not planar and the diketo is the most stable isomer. Furthermore, in the next step, conversion of most stable isomers to each other was also investigated. The results indicated that intramolecular proton transfer step is the rate-determining step in all paths. Study of the relative stabilities and mechanism of conversion of isomers have been performed with polarizable continuum model (PCM). The heights of barrier for PT mechanism assisted by one water molecule was also studied and calculated results showed that the water molecule assisting PT has much lower energy barrier than analogous barrier in the gas phase. A detailed study on tautomerism of allophanic acid was performed using MP2/6-311++G(d,p) level of theory. Kinetic, thermodynamic, structural and also spectral data of the five most stable tautomers of allophanic acid were calculated. The results showed that the tautomer 1 involving hydrogen in the central nitroge and in a trans-conformation of amino group and carbonyl group was more stable than the other possible tautomers at this level of theory. Then, interconversion of most stable tautomers to each other was surveyed using internal rotation and proton transfer (PT) routes through pathway A - E . Energetic data were used to calculate the energy barriers of tautomeric interconversions and by this way, higher value of energy barriers obtained for PT steps. Moreover, solvent effects were explored for all of the paths A - E . Results showed that tautomerism could be facilitates in the presence of solvents especially in water and also in acidic media.
این پایان نامه به دو بخش مطالعات تجربی و مطالعات تئوری تقسیم بندی شده است. در بخش آزمایشگاهی واکنش های جفت شدن متقاطع آریل هالید های آروماتیک با سدیم آزید به کمک کاتالیزور مس یدید/ EDTA برای تولید انتخابی آریل آزید های آروماتیک مورد مطالعه قرار گرفت. سپس واکنش جفت شدن آریل هالید های متفاوت با سدیم آزید در این شرایط مورد مطالعه قرار گرفت. در این بخش ثابت شد که هیچ محصول آریل آمین تولید نمی شود و تنها محصول به دست آمده از این واکنش ها آریل آزید های آروماتیک هستند. در بخش دوم از پایان نامه سنتز تک ظرفی آریل آمین ها و آریل آزیدها توسط واکنش آریل هالیدها با سدیم آزید به کمک سیستم کاتالیزوری مس(II)-آسکوربات/EDTA مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی های مختلف نشان دادند که هم سدیم آسکوربات و هم EDTA نقش مهمی در مسیر واکنش دارند. هنگامی که از آریل هالیدهای دارای گروه های عاملی الکترون کشنده استفاده شد، محصولات آریل آمین تولید شدند و هنگامی که از آریل هالیدهای الکترون دهنده استفاده شد، محصولات آریل آزید تولید شدند. در بخش تئوری، به منظور بررسی تاتومری شدن در مولکول های بای اوره و آلوفانیک اسید و یافتن پایدارترین تاتومرها و مکانیسم تبدیل این تاتومرها محاسبات مکانیک کوانتومی، محاسبات بهینه سازی، محاسبات فرکانسی و همچنین محاسبات شناسایی حالات گذار در سطوح مختلف تئوری برای این دو مولکول انجام شد.روش LYP3B با مجموعه پایه6-311++G(d,p) برای مولکول بای اوره استفاده شد. برای شناسایی حالت گذار از گزینه های 2QST و 3QST استفاده گردید. تمامی محاسبات هم در فاز گازی و هم در چهار حلال مختلف دی متیل سولفوکسید، استون، آب و سیکلوهگزان با استفاده از مدل IEFPCM انجام شد. علاوه بر آن یک مولکول آب در کنار مولکول بای اوره قرار داده شد تا تاثیر این مولکول آب در فرآیند تاتومری سنجیده شود. ابتدا در فاز گازی و همچنین در حلال های مختلف بدون حضور مولکول آب این نتیجه حاصل شد که هیچ کدام از تبدیلات تاتومری در این شرایط برای مولکول بای اوره انجام نمی گیرد. ولی با اضافه شدن یک مولکول آب به فرآیند، با کمک مولکول آب به انتقال پروتون همه مراحل انجام گرفتند. برای مولکول آلوفانیک اسید نیز روش 2MP با مجموعه پایه 6-311++G(d,p) مورد استفاده قرار گرفت. در این مورد نیز برای شناسایی حالات گذار از گزینه های 2QST و 3QST استفاده گردید. تمامی محاسبات هم در فاز گازی و هم در چهار حلال مختلف دی متیل سولفوکسید، استون، آب و سیکلوهگزان با استفاده از محاسبات IEFPCM انجام شد. در مورد مولکول آلوفانیک اسید نیز تاثیر حضور یک مولکول آب و علاوه بر آن تاثیر حضور یک اسید دیگر (فرمیک اسید) روی فرآیند تاتومری شدن بررسی شد. در مورد آلوفانیک اسید نیز نتیجه گیری شد که فرآیند تاتومری شدن در فاز گازی و همچنین در حلال های مختلف در دمای اتاق انجام نگرفت ولی با اضافه شدن یک مولکول آب با پایین آمدن مقادیر انرژی های فعال سازی مربوط به مراحل انتقال پروتون در مسیر های مختلف تاتومری شدن، همه مسیر های تاتومری شدن در این مولکول انجام شدند و یا در آستانه انجام شدن قرار گرفتند. همچنین حضور فرمیک اسید بیشتر از مولکول آب مقادیر انرژی های فعال سازی را کاهش داده و در نتیجه سرعت مسیر های تاتومری شدن را افزایش داد.