Organobor Kimyası Ve Bileşikleri

Transkript

1 Organobor Kimyası Ve Bileşikleri Nejmi SÖYLER Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kurupelit-Samsun Bu çalışmada önemli organobor bileşikleri hakkında kısaca bilgi verdikten sonra; bu bileşiklerin özellikleri,kullanım alanları,firma bazında organobor üreticileri ve organobor bileşikleri ile ilgili yapılmış olan nobel ödüllü çalışma hakkında bilgi verilmiştir. GİRİŞ Organobor bileşikleri ilk defa 1846 da sentezlenmiştir. Grignard reaktiflerinin keşfi bu bileşiklerin reaksiyonlarının gelişmesine neden olmuştur. Daha sonra organoborların sentezinde, alkin ve alkenlerin diboran ile reaksiyonunu kullanan bir yöntem geliştirilmiştir. Hidroborasyon reaksiyonunun geliştirilmesi ile pek çok organobor bileşiği, organik maddelerden uygun ve verimli yöntemlerle sentezlenebilmiştir. Organobor bileşikleri çalışmaları ile ilgili kimya liteartürleri ve organoborların endüstriyel uygulamaları oldukça hızlı seviyede ilerlemekte ve gelişmektedir. 1.ORGANOBOR BİLEŞİKLERİNİN ÖZELLİKLERİ C-B bağı düşük polarite (elektronegatiflik fark karbon için 2.55 bor için 2.04) ve kolayca okside olduğu için genel olarak kararlıdır. Vinil ve aril gruplarının elektron bağışıyla, elektrofilik bor ve C-B bağı çift bağ karakterini kazanmaktadır.[1] Grignard bileşiklerinin keşfi bu bileşiklerin reaksiyonlarının gelişmesine neden olmuştur.daha sonra organoborların sentezinde, alkin ve alkenlerin diboran ile reaksiyonunu kullanan bir yöntem geliştirilmiştir.[2] Hidroborasyon reaksiyonunun geliştirilmesi ile pek çok organobor bileşiği, organik maddelerden uygun ve verimli yöntemlerle sentezlenebilmiştir.[2] Organobor bileşikleri çalışmaları ile ilgili kimya literatürleri ve organoborların endüstriyel uygulamaları oldukça hızlı seviyede ilerlemekte ve gelişmektedir. [2] 1

2 Termal dengesi yüksek boranlar ; diboranların C sıcak lıklar arasında H 2 vererek pirolizi ile üretilirler. Diboranlar ise aminboranlar, karbonlar ve çok sayıda organobor bileşiklerin çıkış noktasıdır.[2] 2.ORGANOBOR BİLEŞİKLERİNİN KULLANIM ALANLARI Polimer ve plastik sanayinde, yakıtlarda setan sayısını artırmak ve motor içinde yanmadan ileri gelen darbelerin önlenmesinde kullanılır. Çevre kirliliği açısından diğer alternatiflere göre avantajlıdır. Kaynak ve lehim sanayi için azeotrop şeklinde üretimidir. Yanmaya,alevlenmeye karşı önleyici olarak pazarlanmaktadır. İnhibütör, stabilizör ve hızlandırıcı olarak uygulamaları vardır. Böcek ve mikroorgazizmalara karşı zehir etkileri vardır. Tıpta, özellikle kanser tedavisinde ve pek çok ilacın yapımında kullanılmaktadır.[1] 3.BAŞLICA ORGANOBOR BİLEŞİKLERİ 3.1. TRİS (PENTAFLOROFENİL) BOR Molekül merkezi bir bor atomu "paddle-wheel" biçimde bağlanmış üç pentafluoro fenil grubundan oluşur. BC 3 Çekirdek düzlemsel olması nedeniyle bu çok yönlülük ve BC bağların göreceli olarak inert bir "ideal Lewis asidi" olarak tarif edilmiştir. [2] MOLEKÜL FORMUL :C 18 F 15 B MOLEKÜL AĞIRLIĞI : 511,98 g / mol Şekil 1: tris (pentaflorofenil) bor molekül geometrisi *2+ 2

3 3.2. TRİMETİL BORAT Trimetil borat yeşil bir alevle yanan renksiz bir sıvıdır. Sodyum borohidrid hazırlanmasında bir ara ürün olan ve organik kimya popüler bir reaktiftir. [2] MOLEKÜL FORMUL : C 3 H 9 BO 3 MOLEKÜL AĞIRLIĞI : g / mol Şekil 2 : trimetil borat molekül geometrisi [2] 3.3 DİMETİLAMİN BORAN Dimetilamin boran (DMAB) yarı iletken olmayan elektrikli kaplama olarak kullanılan bir indirgendir. [6] MOLEKÜL FORMUL : C 2 H 9 BN MOLEKÜL AĞIRLIĞI : g / mol Şekil 3 : dimetilamin boran molekül geometrisi [6] 3

4 3.4 DİMETHYLANİLİNİUM TETRAKİS (PENTAFLUOROFENİL) BORAT Konvansiyonel ürünlerin iki tipik verimliliği kadar performans sağlayan devrimsel nitelikli yeni bir etkinleştiricidir.[3] MOLEKÜL FORMUL : C 32 H 12 BF 20 N MOLEKÜL AĞIRLIĞI : 801, 23 g / mol Şekil 4 : dimethylanilinium tetrakis (pentafluorofenil) borat molekül geometrisi [3] 3.5. TRİTİL TETRAKİS (PENTAFLUOROFENİL) BORAT Konvansiyonel ürünlerin iki tipik verimliliği kadar performans sağlayan devrimsel nitelikli yeni bir etkinleştiricidir.[3] MOLEKÜL FORMUL : C 43 H 15 BF 20 MOLEKÜL AĞIRLIĞI : g / mol Şekil 5 : tritil tetrakis (pentafluorofenil) borat molekül geometrisi [3] 4

5 3.6. TRİETİLBORAN Renksiz bir piroforik bir sıvıdır. Organik çözücüler, tetrahidrofuran ve hekzan içinde çözünür.[4] MOLEKÜL FORMUL:C 6 H 15 B MOL AĞIRLIĞI :98.00 g / mol Şekil 6 : trietilboran molekül geometrisi [4] 3.7. BOR TRİFLORÜR Keskin renksiz zehirli bir gazdır. Nemli havada beyaz duman oluşturur. Lewis asiti ve diğer bor bileşikleri için çok yönlü bir yapı taşıdır.[5] MOLEKÜL FORMUL :BF 3 MOLEKÜL AĞIRLIĞI: g/mol Şekil 7 : bor triflorür molekül geometrisi [5] 5

6 3.8. LİTYUM TETRAKİS (PENTAFLUOROFENİL) BORAT Lityum tetrakis (pentafluorofenil) borat zayıf bir şekilde koordine anyon lityum tuzudur. Çünkü zayıf bir şekilde koordine yetenekleri nedeniyle, lityum tetrakis (pentafluorofenil) borat polimerizasyon reaksiyonları ve elektrokimya başlangıç malzemesi için tuz formunda ticari olarak değerli kılar.suda çözünür bir bileşiktir.[3] MOLEKÜLER FORMUL : C 24 BF 20 Li MOLAR KÜTLE :685,98 g mol -1 Şekil 8 : lityum tetrakis (pentafluorofenil) borat molekül geometrisi [3] 4. ORGANOBOR ÜRETİMİ Organoborların üretimleri pek çok yöntemle (gringard reaktifleri, hidroborasyon gibi) yapılmaktadır. Her bir organobor bileşiği için değişik yöntemler vardır. Bu yöntemler kullanım amacına, üretim miktarına ve hammadde durumuna göre değerlendirilerek seçilmelidir. [1] 5. FİRMA BAZINDA ORGANOBOR ÜRETİCİLERİ 5.1. AMERİKA DA BULUNAN ORGANOBOR ÜRETİCİLERİ ALBEMARLE / USA Firmanın fabrikaları, Texas Pasadena, S. Carolina Orangeburg ve Louisiana Baton Rouge bölgelerinde olup Avrupadaki operasyonlarını Belçika Feluy da yürütmektedir. Japonya da 6

7 Mitsui Chemicals firması ile arasında %50-%50 joint venture ortaklığı ile trietil boran ve tribütilboran üretmektedir. Firma bor temelli co-catalysts (eş katalizör) üretimi yapmaktadır. En önemlileri hızlandırıcı metallocene catalyst(metalosen katalizör ) sistemlerdir. pentaflorofenil organobor ürünlerinin üretiminde istenilen ara üründür. Firmanın standart organobor ürünleri ; N, N-Dimethyllanilinium tetrakis (pentafluorophenyl)borate Tris (pentafluorophenyl) borane Lithium tetrakis (pentafluorophenyl) borate Trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate BOULDER SCIENTIFIC COMPANY / USA Eczacılıkta ve elktrolizde nikel plakaları ile birlikte kullanılmak üzere Dimethylamineborane ve nükleer yakıtın tekrar işlenmesi ve nükleer reaktörlerde ayrımlaştırma işleminde prosesten Sezyumun uzaklaştırılması için kullanılan Sodium tetrapenhylborate üretimini gerçekleştirmektedir[1] CALLERY CHEMICAL COMPANY (BASF / GERMANY) / USA 2003 yılı ortalarında BASF (Alman Şirketi) bu firmayı satın almıştır. Diborane kapasitesi yılda 45 m.ton dur. Üretimi aşağıdaki gibidir Diborane Dicesiumdodecahydrododecaborate Dimethylamine borane Dimethyl sulfide borane Pyridine borane Sodium triacetoxyborohydride Tert-Butylamine borane THF borane complex Triethylamine borane Triethyl borane Trimethylamine borane Tri-n-butyl borane 7

8 DU PONT CHEMICAL SOLUTIONS / USA Orange, TX da üretim yapmaktadır. Trifenilboran Üretimi yapmaktadır INVISTA / USA Üç organik bor üreticisidir. Bunlar; Triisopropoxyborane, triphenylboron ve triphenylborobpiridin dir 5.2 JAPONYA DA BULUNAN ORGANOBOR ÜRETİCİLERİ NIPPON ALUMINUM ALKYLS LTD. Takaishi, Osaka Prefecture fabrikasında trietil boran ve tributil boran üretimi yapmaktadır. Albemarle Co. (Amerika) ve Mitsui Chemicals firmaları arasında yapılan joint venture ortaklığıdır. Tablo 1 : Özel Bor Kimyasallarının Pazarı (Bor Halid, Borik Asit Esterleri ve Organoborlar ) Bor hidrit, orgonoboron bileşikleri ve bor nitrojen bileşiklerini ele aldığımızda, bor hidrür bileşikleri; tetrahidroborat ve boran bileşikleridir. Organoboron bileşikleri ; Trialkil Boran, karboranlar ve bor azot bileşikleridir (alkilamin ve borazine Boran). Bunlardan ticari öneme sahip olanlar yukarda verilen tablodan görüldüğü gibi bor hidritlerdir. Bor hidritler yaklaşık olarak Milyon USD arası pazara sahipken; bor halidler, borik asit esterleri ve organobor bileşikleri yaklaşık olarak Milyon USD arası pazara sahiptir. Bor halidler, borik asit esterleri ve organoborların yüksek maliyetleri nedeni ile üretimleri talep üzerine ve firmaların kendi laboratuarları nın ihtiyacına göre yapılmaktadır. [1] 8

9 6.ORGANOBOR BİLEŞİKLERİ İLE İLGİLİ YAPILAN 2010 KİMYA NOBEL ÖDÜLÜ VERİLEN ÇALIŞMA 6.1. AKİRA SUZUKİ Doğum tarihi : 12 Eylül 1930, Mukawa,Japonya Ödül sırasında Kurum : Hokkaido Üniversitesi, Sapporo, Japonya Yapmış olduğu çalışma : "Organik Sentezde paladyum katalizli çapraz kaplin reaksiyonlar " Alan : Organik Kimya 6.2 ÇALIŞMA HAKKINDA (Organik Sentezde paladyum katalizli çapraz kapling reaksiyonlar ) Karbon-karbon bağ oluşum reaksiyonlarında önemli süreçler vardır. Geçtiğimiz 40 yıl boyunca, çok önemli karbon-karbon bağı oluşumunda geçiş metalleri reaksiyonu yöntemleri vardı. Bir baz ya da triflat halojenürlerin varlığında, kontrollü ve seçici bir şekilde, paladyum katalizli çapraz bağlanan farklı türde organik elektrofiller içeren organobor bileşikleri, bir karbon-oluşumu için güçlü bir yöntemdir.[7] KAPLİNG REAKSİYONLARIN AVANTAJLARI Ilımlı reaksiyon koşulları ve yüksek ürün verimi Reaksiyonun kolay kullanımı Fonksiyonel gruplarının geniş bir tolerans aralığı Küçük miktarda katalizör kullanımı İnorganik bor bileşiğinin kolay ayrılması Çevre dostu süreç 9

10 KAYNAKLAR [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 10