در سال های اخیر، مایع های یونی به دلیل داشتن خواص قابل توجهی مانند اشتعال ناپذیری، فشار بخار ناچیز، پایداری حرارتی، شیمیایی و الکتروشیمیایی بالا، راحتی بازیابی و نیز حلالیت زیاد، کاربردهای فراوانی در نقش حلال و کاتالیست یافته اند. در این میان، مایع های یونی اسیدی نیز پیشرفت چشم گیری داشته و در تعدادی از واکنش ها به عنوان کاتالیست و یا نقش دوگانه حلال-کاتالیست ظاهر شده اند. از بین انواع کاتیون هایی که می توانند در سنتز مایع های یونی مورد استفاده قرار گیرند، کاتیون هایی با اساس پیریدینیوم کمتر از سایرین مورد توجه قرار گرفته است. لذا، در این پروژه سنتز و برخی کاربردهای مایع یونی 3-کربوکسی پیریدینیوم هیدروژن سولفات ([hcpy]hso4) به عنوان یک مایع یونی اسیدی جدید، سبز، ارزان و کارا مورد بررسی قرار گرفته است. بنزوزانتن ها به دلیل داشتن خواص دارویی و بیولوژیکی گسترده، به شدت مورد توجه هستند. مایع یونی 3-کربوکسی پیریدینیوم هیدروژن سولفات، معرفی مناسب و کارا برای سنتز h14- دی بنزو[a,j] زانتن ها در واکنش تراکمی آلدهیدهای آروماتیک و 2-نفتول، در دمای 120 درجه سانتیگراد و در شرایط بدون حلال بوده است. در این روش با استفاده از مقادیر بسیار کم معرف و در زمان های کوتاه، محصولاتی با بازده بالا حاصل شده است. استخراج محصولات به روشی بسیار آسان و صرفاً با استفاده از آب، و همچنین قابلیت بازیابی و استفاده مجدد کاتالیست از دیگر مزایای این روش محسوب می شود. . 4،3- دی هیدروپیریمیدین-2-(h1)-اُن ها دسته ای از واکنش های چند جزئی هستند که خواص دارویی و بیولوژیکی گسترده ای دارند. یکی از مهمترین روش های سنتز این دسته از ترکیب ها، تراکم تک مرحله ای آلدهید، ?-کتواستر و اوره در شرایط اسیدی قوی است که اولین بار توسط بیجینلی ارائه شد. در سنتز این ترکیبات نیز مایع یونی 3-کربوکسی پیریدینیوم هیدروژن سولفات به عنوان کاتالیزور اسیدی در دمای 120 درجه سانتیگراد و شرایط بدون حلال مورد استفاده قرار گرفت. این واکنش ها نیز در زمان های بسیار کوتاه با بازده بالا انجام شدند. آریل آزید ها از مهمترین و مفیدترین انواع حدواسط ها در شیمی آلی محسوب می شوند که به دلیل داشتن گروه عاملی آزید کاربرد های فراوانی داشته و برای تولید انواع ترکیب های هتروسیکل استفاده می شوند. روش عمومی سنتز آریل آزید ها با استفاده از آمین های آروماتیک و نیتروس اسید صورت می گیرد که به دلیل ناپایدار بودن نمک دی آزونیوم در محیط آبی باید در دمای کمتر از 5 درجه سانتیگراد انجام شود. در ادامه بررسی کاربردهای مایع یونی [hcpy]hso4، از آن به عنوان منبع اسیدی در واکنش سنتز آریل آزید از آمین های آروماتیک به روش سایشی مورد بررسی قرار گرفت. این واکنش ها در دمای محیط و زمان کوتاه با بازده بسیار بالا انجام شده و استخراج محصولات بدون نیاز به حلال های آلی و صرفاً با استفاده از آب استخراج و خالص سازی شدند. از مزایای بسیار برجسته، پایداری نمک دی آزونیوم تهیه شده با این روش است که نه تنها به کنترل دما نیاز ندارد بلکه برای مدت طولانی پایدار است. در ادامه، این روش برای تولید آریل یدیدها نیز مورد استفاده قرار گرفت که ترکیبات آروماتیک یددار از واحدهای سازنده بسیار مهم در سنتز های آلی به خصوص برای تشکیل پیوند های کربن-کربن و کربن-نیتروژن محسوب شده و فعالیت های زیستی و دارویی فراوانی دارند. این واکنش ها هم در زمان های کوتاه با بازده بالا انجام شدند.

در این رساله ابتدا واکنش های جفت شدن کربن- کربن (میزوروکی- هک) توسط کاتالیست همگن متیل تری فنیل فسفونیم دی کلرودی برمو پالادیت انجام و ثابت شد که در حین انجام این واکنش، نانوذرات پالادیم پایدارشده با نمک فسفونیم ایجاد می شوند. سپس به منظور ارتقای واکنش هک به محیط سبزتر با استفاده از حلال آب و همچنین تبدیل این کاتالیست به یک کاتالیست ناهمگن به منظور بازیابی مجدد، نمک فسفونیم روی بستر نانوسیلیکا تثبیت و در واکنش هک و سوزوکی در حلال آب استفاده شد. در این مورد نیز حین انجام واکنش نانوذرات پالادیم با ابعاد بسیار ریز بر روی بستر سیلیکا تشکیل شد. همچنین پالادیم به صورت نانوذرات پالادیم بر روی بستر سیلیکای عامل دار شده با لیگاندهای تریس و تری اتانول آمین تثبیت و به عنوان کاتالیست های شبه ناهمگن در واکنش هک استفاده شدند. در ادامه به منظور جداسازی بهتر کاتالیست از محیط واکنش، پالادیم بر روی بستر نانوذرات مغناطیسی هسته- پوسته شده با دو لایه سیلیکا بصورت پالادیم استیل استونات تثبیت و از آن در واکنش تهیه کتون های آروماتیک با قابلیت بازیابی بصورت مغناطیسی استفاده شد. سپس به منظور توسعه واکنش های جفت شدن به محیط های سبزتر و همچنین استفاده از کاتالیست های ارزان تر، از آهن به-عنوان کاتالیست استفاده شد. به این منظور ابتدا آهن به صورت آهن استیل استونات بر روی بستر سیلیکا تثبیت و از آن در واکنش هک در محیط سبز پلی (اتیلن گلیکول) استفاده شد. و در ادامه نیز از خود کلرید آهن (iii) برای انجام واکنش سوزوکی استفاده شد.

در بخش اول این رساله برای اولین بار نانوذرات شش ضلعی زیرکونیوم فسفات با استفاده از شبکه پلیمری با ابعاد حدود 60 نانومتر تولید گردید. آنالیزهای متعددی برای بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کاتالیست تهیه شده صورت پذیرفت. نانوذرات زیرکونیوم فسفات تولید شده خصویات اسیدی قابل توجهی از خود نشان می دهند. این کاتالیست اسیدی ناهمگن در واکنش های مختلفی همچون آلکیلاسیون فریدل کرافتس فنول، محافظت از گروه های هیدرکسیل و کربونیل و واکنش های چند جزیی مورد استفاده قرار گرفت. کاتالیست تولید شده به راحتی و توسط سانتریفیوژ در انتهای هر واکنش از مخلوط واکنش جدا شده و طی فرایند ساده ای مجدداً قابل استفاده می گردد. همچنین، با تعویض پروتون های اسیدی روی سطح زیرکونیوم فسفات با کاتیون های مس و روی، دو کاتالیست ناهمگن دیگر تهیه گردید. آنالیزهای مختلفی برای بررسی خصوصیات این کاتالیست ها نیز صورت گرفت. این دو کاتالیست در واکنش اکسایش انتخابی الکل ها به آلدهیدها و کتون ها و محافظت از گروه هیدروکسی در الکل ها مورد استفاده قرار گرفتند. برای بررسی تجدیدپذیری، در انتهای هر واکنش، این کاتالیست ها با استفاده از سانتریفیوژ از مخلوط واکنش شدند و بعد از طی فرایند کوتاهی دوباره مورد استفاده قرار گرفتند. این کاتالیست ها برای چندین بار و بدون از دست دادن ویژگی های کاتالیستی قابل استفاده مجدد هستند.

در این رساله مشتق پارا ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن دی ال و پارا ترشیو بوتیل کالیکس [4] آرن دی آمین تهیه شده و برای انجام واکنشهای پلیمر شدن مورد استفاده قرار گرفت. همچنین یک سری از منومرهای فعال نوری از واکنش تراکمی پیروملیتیک انیدرید، بنزوفنون دی فتالیک انیدرید، هگزافلوئوروایزوپروپیلیدن دی فتالیک انیدرید و آمینواسیدهای فعال نوری l- آلانین، l- فنیل آلانین، l- لوسین، l- ایزولوسین و l- متیونین با راندمان و خلوص بالا تهیه شدند. واکنش های پلیمر شدن تراکمی این منومرها با دو مشتق کالیکس دی ال و کالیکس دی آمین به سه روش انجام شد: پلیمر شدن تراکمی مستقیم در سیستم توسیل کلرید/پیریدین و دی متیل فرمامید، پلیمر شدن تراکمی تحت تابش ریزموج و پلیمر شدن تراکمی محلول در سیستم دی کلرومتان / تری اتیل آمین. پلی (آمید-ایمید)ها و پلی (استر-ایمید)های فعال نوری جدید با راندمان خوب 88-70% و گرانروی ذانی متوسط در محدوده dl/g 0/38-0/18 تهیه شد. تمام این پلیمرها به خوبی با تکنیک های ftir، 1h nmr و آنالیز عنصری شناسایی شد. برخی از خواص فیزیکی این پلیمرها از جمله گرانروی، خواص انحلالی، حرارتی، فعالیت نوری و خواص جذبی بررسی شد. رفتار حرارتی آنها با استفاده از ترموگرام های tga/dtg و dsc ارزیابی شد. توانایی کمپلکس دهندگی منومرها و پلیمرهای تهیه شده، با کاتیون های فلزات قلیایی (na+, k+, cs+) ، نقره (ag+) و فلزات سمی سنگین (cu2+, cd2+, co2+, hg2+) با انجام آزمایشات استخراج پیکرات و با استفاده از طیف های uv-vis ارزیابی شده است. منومرها و پلیمرهای تهیه شده توانایی جذبی و گزینش پذیری خوبی نسبت به برخی از کاتیون ها از خود نشان دادند. از طرف دیگر، پلی اکریلیک اسید به عنوان یک پلیمر صنعتی مناسب برای تثبیت مشتقات کالیکس دی ال و کالیکس دی آمین استفاده شد. پلیمر اصلاح شده با مشتق کالیکس دی ال برای جذب یون های فلزات سدیم، پتاسیم و نقره و پلیمر اصلاح شده با مشتق کالیکس دی آمین برای جذب یون های فلزات سدیم، پتاسیم، نقره، مس، کبالت، کادمیم و جیوه مورد استفاده قرار گرفت و میزان جذب مناسبی از خود نشان داد.