Page 14 - חוברת תזות הנדסה ירוקה 2024

שימוש בזרזים הטרוגניים של מתכות מעבר המקובעים על פוליסכרידים מתחדשים בתגובות אורגאניות.
נטליה גליקסברג, nataglik7@gmail.com
פרופ' עדי וולפסון, ד"ר אושרת לוי-אונטמן, ד"ר אייל צור
המכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון, באר שבע - אשדוד
זרזים אורגנו-מתכתיים הם תרכובות כימיות נפוצות, בעלות חשיבות גבוהה במגוון רחב של יישומים בתעשייה הכימית, הביולוגית והפרמצבטית. זרזים אלו משמשים לרוב בקטליזה הומוגנית, כאשר המגיבים והזרז נמצאים באותה הפאזה. קטליזה שכזו אומנם מניבה לרוב פעילות וסלקטיביות גבוהות, אך אחד החסרונות הבולטים שלה הוא הצורך בתהליכי הפרדה מורכבים וארוכים של הזרז מהתוצרים ומשאריות המגיבים. לכן, במטרה למזעור את הזיהום הסביבתי נעשו במהלך השנים מהלכים לפיתוח זרזים הטרוגניים חדשניים, כאשר במקרה זה הזרז נמצא
בפאזה שונה מהמגיבים וניתן להפריד ולמחזר אותו בפשטות. במסגרת מחקר זה הוכנו זרזים הטרוגניים חדשים על בסיס פוליסכרידים מתחדשים ומתכלים, שזכו בשנים האחרונות לתשומת לב רבה בתעשיות שונות בשל תכונותיהם ומאפייניהם, לרבות בשימוש כמצעים לזרזים שונים. הפוליסכרידים שנבדקו הם: קאפה ((k, איוטה (i), למבדה (λ) (משפחת הקרגינן) ואלגינט ((Alg, והוכנו מהם שתי מערכות הטרוגניות, שנבדקו בשתי תגובות שונות. המערכת הראשונה מבוססת על קומפלקסים של 2(Pd)OAc עם שני ליגנדים שונים: PhenS ו- TXPTS, שקובעו בקסרוג’לים או בהידרוג’לים של הפוליסכרידים. מערכת זו יושמה בתגובת צימוד מסוג סוזוקי בין פניל חומצה בורית לבין יודובנזן בנוכחות בסיס מסוג סודיום קרבונט בממס מסוג אתנול. בנוסף, נבדק המחזור של הזרזים ההטרוגניים, ונבדקה זליגת הזרז לתערובת התגובה. המערכת ההטרוגנית של הקומפלקס Pd)OAc( *PhenS עם הפוליסכרידים השונים באתנול הניבה היפוכים דומים ואף גבוהים יותר
2
מאלו של הקומפלקס ההומוגני, עד 27% היפוך לאחר 24 שעות. תוצאות אלו מצביעות על כך שמלבד השימוש
בפוליסכרידים כמצע, הם גם יכולים לתרום לביצועים של התגובה. עם זאת, במחזור של המערכת ההטרוגנית נצפתה ירידה משמעותית בהיפוך, וזאת כיוון שהליגנד PhenS בעל הפרעה סטרית גבוהה, דבר הגורם לזליגת הקומפלקס מהמערכת ההטרוגנית. לכן נעשה שימוש בליגנד ממשפחת הפוספינים, TXPTS, אשר דומה מאוד למבנה של ליגנד, TPPTS, שנחקר במחקרים רבים קודמים והראה תוצאות טובות בתגובות סוזוקי ובחימצון כהלים. גם במערכת זו, בעוד שבתגובה ההומוגנית באתנול התקבל היפוך של 61%, לאחר קיבוע של הקומפלקס בפוליסכרידים שונים התקבלו היפוכים גבוהים יותר: 80%-i-71%, k-69%, λ-70%, Alg. כמו במקרה של הליגנד הקודם, גם במקרה זה התוצאות מראות על תרומתם של הפוליסכרידים לביצועי הזרז. אולם גם המערכת ההטרוגנית הזו הראתה ירידה מסוימת בהיפוך עם מחזור של הזרז ההטרוגני, ובדיקת זליגה הראתה שהקומפלקס זלג מהמערכת ההטרוגנית. שתי המערכות ההטרוגניות אופיינו באנליזות שונות: XPS ,FTIR ו- TGA. בבדיקת FTIR התקבלו שינויים בפרופיל הפיקים, המעידים על קשרים בין הפוליסכרידים לבין הזרז הכלוא. באיוטה, אשר נבחר כפוליסכריד המייצג בשל תכונותיו וביצועיו, נצפה כי הקשר בין קבוצת האסטר סולפאט בפוליסכריד לבין הקומפלקס אינו מופיע בספקטרום ה-FTIR, כלומר אין קישור קוולנטי בין השניים. עם זאת בבדיקת TGA ו-XPS נמצאו ממצאים המצביעים על המצאות
הקומפלקס בפוליסכריד. בחלק השני של המחקר נבדקה מערכת הטרוגנית עם קומפלקס של רותניום, FixCat, המשמש בתגובת מטאתזה של אולפינים. הזרז הנבחר מהווה נגזרת של זרז ממשפחת הוביידה-גראבס דור II, אשר עבר שינויים מבניים ותוספת של קבוצות על מנת לשפר את פעילותו, יעילותו ומסיסותו בממסים פולריים ובמים. זרז זה נכלא בפוליסכריד λ, והמערכת נבדקה בתגובת מטאתזה עם מגיבים שונים (Diethyl Diallyl Melonate( DEDAM, Allylbenzene
14