پژوهشگران شیمی دانشگاه کاشان با استفاده فناوری نانو، موفق به سنتز یک ترکیب آلی با قابلیت استفاده در سلول‌های خورشیدی شدند. روش پیشنهادی در این طرح باعث افزایش سرعت و کاهش آلودگی ناشی از فرآیند سنتز می‌شود.
کاشان: دستیابی به روش سریع سنتز ترکیبات آلی با آلودگی کمتر
برخی از ترکیبات آلی مانند آریل اتینیل متصل به تری آریل آمین، به دلیل خواص منحصربه‌فرد خود در ابزار آلات الکتروفتوگرافی و نشر نور مانند سلول‌های خورشیدی آلی به کار گرفته می‌شوند. علاوه‌بر این، می‌توانند بخش مهمی از ترکیبات پلیمری و مواد طبیعی را تشکیل دهند.
روش‌های موجود برای سنتز این ترکیبات در شرایط عادیی در زمان طولانی‌تر و با راندمان پایین‌تری انجام می‌گیرد. در کنار این دو ضعف، باید آلودگی محیطی ناشی از شرایط بازتاب (رفلاکس) را به آن افزود. به این منظور، محققان در این پژوهش با استفاده از فناوری نانو موفق شدند در یک روش جدید، این مشکلات را برطرف کنند. روش استفاده شده در این پژوهش را می‌توان جزو روش‌های سبز با شرایط محیطی معمولی قرار داد.
زینب اکبرزاده، دانشجوی دکتری رشته شیمی آلی دانشگاه کاشان، در تکمیل این مطلب گفت: «معمولاً ترکیبات آریل اتینیل متصل به تری آریل آمین با استفاده از کاتالیست‌های حاوی پالادیم و مس سنتز می‌شوند. تحت شرایط رفلاکس و استفاده از کاتالیست‌های توده‌ای این ترکیبات با راندمان بسیار پایینی تولید می‌شوند. بنابراین با توجه به اهمیت این ترکیبات در صنایع مختلف، هدف ما سنتز آن‌ها در زمانی کوتاه و با راندمانی بالا بوده است.»
در همین راستا، این محققان از نانوکاتالیست مس یدید برای سهولت انجام واکنش سنتز استفاده کردند. در این حالت، افزایش نسبت سطح به حجم نانوکاتالیست باعث افزایش فعالیت کاتالیستی مس یدید در واکنش مذکور شده و نتایج مطلوب را در پی دارد.
وی در ادامه به نحوه تولید این ماده پرداخت و افزود: «در ابتدا نانوکاتالیست مس یدید تحت شرایط امواج فراصوت تهیه شد. سپس اندازه نانومتری آن با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی تأیید گردید. سنتز این ترکیبات آلی طی سه مرحله انجام شد. در مرحله اول، تری آریل آمین با استفاده از نانوذرات مس یدید با سرعت و راندمان بالایی تولید شد. سپس ترکیبات تری آریل آمین در موقعیت پارا، یددار شده و در مرحله نهایی آریل استیلن تحت شرایط واکنش جفت شدن سونوگاشیرا به تری آریل آمین متصل گردید، تا محصول نهایی آریل اتینیل متصل به تری آریل آمین تولید شود.»
واکنش جفت شدن سونوگاشیرا، گونه‌ای از واکنش جفت شدن است که در آن یک آلکین در حضور کاتالیست پالادیم با یک آریل واکنش داده و یک ترکیب استخلافی تولید می‌کند.
در این تحقیقات تأثیرات حلال، نوع و درصد کاتالیست نیز بر روی درصد بازدهی واکنش مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که واکنش‌های بدون حلال با کاتالیست‌های نانوساختار از بازده بالاتری برخوردار هستند؛ به طوری که در حضور تنها ۲% از نانو مس یدید بازده ۷۸% مشاهده می‌شود. این در حالی است که در صورت استفاده از کاتالیست‌های غیر نانو، حتی با وجود حضور ۱۲% از کاتالیست، بازده واکنش به بیشتر از ۵۶% نمی‌رسد.
نتایج این کار تحقیقاتی که با تلاش زینب اکبرزاده و دکتر جواد صفایی قمی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- صورت گرفته است، در مجله Ultrasonics Sonochemistry (جلد ۲۲، ژانویه سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۶۵ تا ۳۷۰) چاپ خواهد شد.
روش‌های موجود برای سنتز این ترکیبات در شرایط عادیی در زمان طولانی‌تر و با راندمان پایین‌تری انجام می‌گیرد. در کنار این دو ضعف، باید آلودگی محیطی ناشی از شرایط بازتاب (رفلاکس) را به آن افزود. به این منظور، محققان در این پژوهش با استفاده از فناوری نانو موفق شدند در یک روش جدید، این مشکلات را برطرف کنند. روش استفاده شده در این پژوهش را می‌توان جزو روش‌های سبز با شرایط محیطی معمولی قرار داد.
زینب اکبرزاده، دانشجوی دکتری رشته شیمی آلی دانشگاه کاشان، در تکمیل این مطلب گفت: «معمولاً ترکیبات آریل اتینیل متصل به تری آریل آمین با استفاده از کاتالیست‌های حاوی پالادیم و مس سنتز می‌شوند. تحت شرایط رفلاکس و استفاده از کاتالیست‌های توده‌ای این ترکیبات با راندمان بسیار پایینی تولید می‌شوند. بنابراین با توجه به اهمیت این ترکیبات در صنایع مختلف، هدف ما سنتز آن‌ها در زمانی کوتاه و با راندمانی بالا بوده است.»
در همین راستا، این محققان از نانوکاتالیست مس یدید برای سهولت انجام واکنش سنتز استفاده کردند. در این حالت، افزایش نسبت سطح به حجم نانوکاتالیست باعث افزایش فعالیت کاتالیستی مس یدید در واکنش مذکور شده و نتایج مطلوب را در پی دارد.
وی در ادامه به نحوه تولید این ماده پرداخت و افزود: «در ابتدا نانوکاتالیست مس یدید تحت شرایط امواج فراصوت تهیه شد. سپس اندازه نانومتری آن با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی تأیید گردید. سنتز این ترکیبات آلی طی سه مرحله انجام شد. در مرحله اول، تری آریل آمین با استفاده از نانوذرات مس یدید با سرعت و راندمان بالایی تولید شد. سپس ترکیبات تری آریل آمین در موقعیت پارا، یددار شده و در مرحله نهایی آریل استیلن تحت شرایط واکنش جفت شدن سونوگاشیرا به تری آریل آمین متصل گردید، تا محصول نهایی آریل اتینیل متصل به تری آریل آمین تولید شود.»
واکنش جفت شدن سونوگاشیرا، گونه‌ای از واکنش جفت شدن است که در آن یک آلکین در حضور کاتالیست پالادیم با یک آریل واکنش داده و یک ترکیب استخلافی تولید می‌کند.
در این تحقیقات تأثیرات حلال، نوع و درصد کاتالیست نیز بر روی درصد بازدهی واکنش مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که واکنش‌های بدون حلال با کاتالیست‌های نانوساختار از بازده بالاتری برخوردار هستند؛ به طوری که در حضور تنها ۲% از نانو مس یدید بازده ۷۸% مشاهده می‌شود. این در حالی است که در صورت استفاده از کاتالیست‌های غیر نانو، حتی با وجود حضور ۱۲% از کاتالیست، بازده واکنش به بیشتر از ۵۶% نمی‌رسد.
نتایج این کار تحقیقاتی که با تلاش زینب اکبرزاده و دکتر جواد صفایی قمی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- صورت گرفته است، در مجله Ultrasonics Sonochemistry (جلد ۲۲، ژانویه سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۶۵ تا ۳۷۰) چاپ خواهد شد.
