تهیه سیلیکای هگزاگونال نانو ساختار غنی شده با پورفیرین

پورفیرین ها یک ترکیب ماکروسیکل هترو اتم می باشند که نقش مهمی در زندگی موجودات زنده ایفا می کنند. به طور مثال هِم موجود در ساختار هموگلوبین که مسئول انتقال اکسیژن در خون است و کلروفیل که رنگدانه فتوسنتزی گیاهان به شمار می رود، نوعی پورفیرین می باشند. ساختار مولکولی پورفیرین ها ، متشکل از چهار واحد پیرولی است که به وسیله پل های مِتین به هم متصل شده اند. این ساختار در سال 1912 توسط کوستر پیشنهاد شد، در آن زمان تصور می شد که چنین حلقه بزرگی ناپایدار است تا این که در سال 1929 فیشر توانست با سنتز پوروتوهِم، این ساختار مولکولی را برای پورفیرین تأیید کند. حجم مقالاتی که در زمینه سنتز پورفیرین ها انتشار یافته بیشمار است. یک روش ساده جهت تشکیل پورفیرین های سنتزی متقارن همانند taps استفاده از کاتالیزور اسیدی در واکنش پیرول با یک آلدهید مناسب و به دنبال آن اکسایش پورفیرینوژن بدست آمده می باشد. روش های مختلفی جهت تشکیل پورفیرین های حلقوی ، از حد واسط های مونوپیرولی ، دی پیرولی و تتراپیرولی وجود دارد. سنتز پورفیرین های نامتقارن از طریق واکنش با مخلوطی از آلدهیدها امکان پذیر می باشد. اگر یک مخلوطی از دو آلدهید متفاوت به عنوان مواد اولیه در روش های سنتزی آدلر یا لیندسی بکار برده شود، یک مخلوطی از محصولات بدست می آید. پورفیرین مورد نظر سپس از طریق کروماتوگرافی بدست می آید. اشکال اساسی که در اینجا وجود دارد این است که بازده واکنش پایین بوده و روش های جداسازی می تواند پرزحمت باشد، بویژه اگر واکنش ها در یک مقیاس قابل توجهی انجام پذیرد. از لحاظ زیستی، پورفیرین ها بطور طبیعی در بافت زنده تولید می شوند. نمونه هایی از این ترکیبات عبارتند از: پورفیرین های آهن ( مثل هِم که در هموگلوبین وجود دارد و مسئول انتقال اکسیژن در خون است)، پورفیرین های منیزیم که در کلروفیل وجود دارد و رنگدانه فتوسنتزی گیاهان به شمار می روند. ویتامین b12 (کبالامین ها ) یکی دیگر از متالوپورفیرین های طبیعی می باشد. سنتز کمپلکس پورفیرین ها از جمله فرآیندهای مهمی است که در 30 سال اخیر بدان توجه شده است. از جمله کاربرد این ترکیبات مهم در صنعت می توان به استفاده از این ترکیبات در شیمی فرامولکولی، انرژی جایگزین، کاربرد در پزشکی، به عنوان کاتالیزور در سنتز بیشتر ترکیبات آلی و غیره اشاره کرد. از لحاظ صنعتی، پورفیرین ها در سنتز بسیاری از ترکیبات آلی به عنوان کاتالیزورهای همگن به کار می-روند. به هر حال پورفیرین ها به عنوان کاتالیزورهای همگن دارای یک سری معایبی هستند: آنها در طی واکنش های شیمیایی به راحتی تخریب شده و غیرفعال می گردند، و امکان استفاده مجدد از این کاتالیزورهای گران قیمت غیر ممکن می باشد. این معایب، کاربرد پورفیرین ها را در واکنشهای سنتزی و فرآیندهای صنعتی محدود می سازد. این کاستی ها را می توان از طریق اتصال پورفیرین ها بر روی سطوح مناسب همانند: سیلیکا، مولکولارسیو، پلی استیرن، رزین های پپتیدی، غشاء های دی متیل سیلوکسان، پلیمر، زئولیت ها و نانوساختارهای sba-15 رفع کرد. مطالعات زیادی در این زمینه صورت گرفته است که نشان می دهد اتصال پورفیرین ها بر روی سطوح مناسب نه تنها خاصیت کاتالیزوری، پایداری و گزینش پذیری این ترکیبات را به دلیل طبیعت سطح بستر، افزایش می دهد بلکه بازیافت و استفاده مجدد از این ترکیبات را نیز امکان پذیر می سازد. ترکیب نانو مهندسی شده sba-15 با ساختار هگزا گونال دو بعدی (p6mm) بوسیله گروه خاصی از sdaهای غیر یونی که در واقع کوپلیمرهای شامل سه بلوک پلی آلکیلن اکسید با عنوان کلی پلورونیکp123 می باشند، تحت شرایط اسیدی ساخته می شود. مطالعات طیف سنجی پراش پرتو x (xrd) نشان دهنده حفظ ساختار هگزاگونالی این ترکیب تا دمای ?c850 است. پلورونیک ها دارای ترتیبی از پلی اتیلن اکسید - پلی پروپیلن اکسید - پلی اتیلن اکسید بر روی یک هسته مرکزی آبگریز پلی پروپیلن گیکول می باشند که در انتها به دو گروه هیدروکسی نوع اول ختم می شوند و وابسته به تعداد واحد های پلی اتیلن اکسید و پلی پروپیلن اکسید دارای نام های متفاوت تجاری می باشند. پلورونیک p123 با ساختار کلی eo20po70eo20 و وزن مولکولی 5800 مهمترین عضو این خانواده است که ساختار sba-15 هگزاگونالی توسط آن ساخته می شود. مزیت مهم استفاده از این پلورونیک نسبت به انواع دیگر ثابت ماندن شکل هگزاگونالی سیلیکای نهایی در غلظت ها و دماهای متفاوت در حین ساخت می باشد. لذا در این مطالعه، در بخش نخست به تهیه پورفیرین نامتقارن 4- (متوکسی کربونیل) فنیل تری فنیل پورفیرین و مشکلات مربوط به سنتز این ترکیب اشاره شده و سپس جهت تهیه پورفیرین هتروژن روش جدیدی ارائه می شود. در روش مذکور ابتدا یکی از گونه های آلدهیدی بر روی سطح بستر سیلیکایی (سیلیکای آمورف، sba-15 هگزاگونال و sba-15 کروی) تثبیت شده، سپس حلقه پورفیرین روی آن رشد داده می شود. در این روش مشکلات جداسازی موجود در روش معمول وجود ندارد. در ادامه، برای بررسی خاصیت کاتالیزورری سطوح سیلیکایی، واکنش سنتز پورفیرین در شرایط بدون کاتالیزور دنبال می گردد. در پایان کار پورفیرین تثبیت شده بر پایه بسترهای مزوحفره سیلیکایی به عنوان حسگر گازهای سمی و مواد منفجره مورد تست اولیه قرار می گیرد.