:

 

امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آبی بهداشتی دسترسی ندارند. بر طبق آمارهای موجود و به نقل از سازمان جهانی بهداشت، حدود یك میلیارد نفر به منابع آبی سالم و بهداشتی دسترسی نداشته و این میزان چیزی حدود یک ششم جمعیت کره زمین را در بر می گیرد.

 

روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به كار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقادو ته نشینی، انعقاد الكتریكی، كاربرد رزین های تبادل یون، فرایند های جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی(جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.

 

آنچه در این مبحث، بیش از بیش دنبال آن هستیم، ایجاد بستری مناسب، برای دستیابی به آبی سالم، با کیفیت و مقرون به صرفه است. به یمن استفاده از شیوه های جدید مخصوصاٌ نانوتکنولوژی در تصفیه آب، شرایط ذکر شده برای ما میسر گردیده است، بطوریکه با توجه به حذف موثر آلاینده ها و کاهش هزینه های تمام شده تولید آب سالم، استفاده از این فناوری ها، نسبت به روشهای قدیمی بیشتر مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. از میان تکنولوژی های متداول به منظور جداسازی یون های فلزی سنگین از محلول های آبی، برای برطرف کردن نواقص و کاستی های این روش ها، جاذب نانو ذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت که در آن تکنولوژی جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی ترکیب شده به کار رفته است.

 

  هیدروکسی آپاتیت به دلیل ظرفیت جذب بالای فلزات سنگین، جذب سریع، حلالیت کم در آب، زیست- سازگاری، در دسترس بودن، سهولت تهیه، هزینه ی پایین و پایداری در مقابل ترکیبات اکسنده و کاهنده یک ماده ی  ایده ال برای جداسازی فلزات سنگین می باشد.

 

 تثبیت HAP بر سطح نانو ذرات مغناطیسی منجر به رفع مشکل برگشت ناپذیری، افزایش بازده فرایند جذب و بازیافت جاذب،  جذب انتخاب پذیر و اختصاصی، بالا رفتن سرعت جذب، جلوگیری از اکسیداسیون سریع هسته اکسید آهن در محیط آبی شده وامکان جداسازی سریع و ساده ی جاذب با اعمال یک میدان مغناطیسی را فراهم می کند. بنابراین می توان انبوهی از فاضلاب را در دوره ی زمانی خیلی کوتاه بدون تولید هیچ آلودگی، با عملیات ساده، اقتصادی و راندمان بالا تصفیه نمود.

 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

در این پایان نامه در فصل اول به توضیح  نانو فناوری، نانو ذرات، نانو ذرات مغناطیسی، طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی، نانو ذرات اکسید آهن، روش های سنتز  و کاربرد نانو ذرات اکسید های آهن، اصلاح سطح، هیدروکسی آپاتیت،  خواص هیدروکسی آپاتیت، روش های سنتز و کاربرد هیدروکسی آپاتیت، پرداخته شده است. در فصل دوم اثرات فلزات سنگین بر روی انسان و محیط زیست، ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب، کاربرد فناوری نانو در صنعت آب، روش های جداسازی فلزات سنگین، جاذب γ-Fe2O3@HAP، مروری بر مطالعات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل سوم مواد، تجهیزات مورد استفاده و روش کارهای انجام شده بیان شده. در فصل چهارم به تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق و پیشنهادات پرداخته شده است.

 

فصل اول: کلیات

 

1-1- ضرورت انجام تحقیق

 

2-1- بیان مسئله

 

روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به كار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقاد و ته نشینی، انعقاد الكتریكی، كاربرد رزین های تبادل یون، فرایند های جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی (جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.

 

هیدروكسی آپاتیت)2   Ca10(PO4)6(OHمهمترین عضو خانواده ی معدنی آپاتیت است كه ماده ی ایده ال برای تصفیه ی آلودگی های طولانی مدت است. این ماده دارای مزایایی همچون ظرفیت بالا برای جذب سطحی فلزات سنگین، انحلال پذیری كم در آب، مقاومت بالا تحت عوامل اكسنده و كاهنده، در دسترس بودن و هزینه ی پایین می باشد. امروزه نانو ذرات به علت خواص متفاوتشان جذابیت زیادی در جوامع علمی دارند. سطح ویژه ی بزرگ و سایت های فعال زیاد نانو ذرات آن ها را قادر می سازد تا ظرفیت جذب بالاتری در مقایسه با میكرو جاذب ها و میكرو ذرات داشته باشند. بنابراین جاذب های نانو مغناطیسی پوشش داده شده بسیار مفید و جالب توجه می باشند[148، 95 ، 87].

 

وایت[1] و همکاران در سال 2008 برای جداسازیZn2+،Pb2+،Cu2+،Cd2+،Ni2+ ،As3+  توسط نانوذرات         γ-Fe2O3 پوشیده شده توسط پلیمر پلی سیستین آزمایشاتی انجام دادند[210].

 

یانگ چوانگ چنگ [2] و همکارانش در سال 2005 نانوذرات مغناطیسی پوشیده شده با کیتوسان را برای جذب یون های کبالت به کار گرفتند ]53.[

 

3-1- اهداف پژوهش

 

در این تحقیق برای اندازه گیری غلظت باقیمانده ی یون های كبالت II)) و روی (II) روش طیف سنجی جذب اتمی شعله، به دلیل حساسیت زیاد، حد تشخیص مناسب، هزینه ی تجزیه ی كم مورد استفاده قرار گرفته است[32].

­ا ی بر پلی ­یورتان­ها

 

از زمان كشف پلی­یورتان­ها در اواخر دهه­ی سی قرن بیستم تاكنون، این پلیمرها همواره به دلیل خواص ویژه و منحصربه‌فرد خود مورد توجه جدی بوده‌اند. تا اواسط دهه­ی 70 میلادی پلی­یورتان به دلیل قیمت بالای آن‌ها در كاربردهای ویژه­ای مصرف می‌شدند ولی پس از آن دامنه‌ی تولید آن‌ها به‌سرعت گسترش یافت و در زمینه‌های مختلف صنعتی مورد بهره‌برداری قرارگرفته‌اند [6-1].

 

اعتبار كشف پلی‌یورتان‌ها متعلق به پروفسور بایر آلمانی در سال 1937 می‌باشد. وی با انجام واكنش بین دی­ایزوسیانات آلیفاتیك و دی­ال­آلیفاتیك (گلیكول) و 1،4 بوتان­دی­ال تحت شرایط رفلاكس نوعی پلیمر خطی با وزن مولكولی بالا و ویسکوزیته­ی ذوب پایین به دست آورد كه هم‌اکنون به آن پلی­یورتان گفته می‌شود. این پلی­یورتان به روش مذاب تهیه شد[11-1].

 

واژه­ی پلی­یورتان به معنی پلیمری است كه دارای پیوند یورتانی می‌باشد. درواقع، پلی‌یورتان‌ها در ساختمان مولكولی خود دارای گروه‌های یورتانی با توجه به تركیبات شیمیایی زنجیره می‌باشند. پلی‌یورتان به‌طورمعمول علاوه بر گروه یورتانی شامل گروه‌های هیدروکربنی آروماتیك و آلیفاتیك، استرها، اترها، آمیدها، اوره و گروه‌های ایزوسیاناتی هم می‌باشد[8،1].

 

پلی­یورتان­ها در كاربردهای وسیعی مورداستفاده قرار می‌گیرند. شكل (1-1) نشان‌دهنده‌ی كاربردهای وسیع آن‌ها می‌باشد كه به هفت گروه: قالب انعطاف‌پذیر، فوم سخت، ورقه­ های انعطاف‌پذیر، الاستومرهای جامد، قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM)[3]، ماده پوششی و 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  دوجزئی تقسیم می­ شوند[8،1].

 

2-1- شیمی پلی­ یورتان­ها

 

گروه ایزوسیانات می­تواند با موادی كه دارای هیدروژن فعال هستند و هم‌چنین با خود واکنش دهد[11،1]. زمانی كه ایزوسیانات­ها با موادی شامل حداقل دو هیدروژن فعال در هر مول واكنش می‌دهند، یك پلیمر به صورت فوم نرم یا سخت، الاستومرها، پوشش‌ها و چسب­ها تولید می­شود[9]. طرح (1-1) نشان‌دهنده‌ی تشکیل پیوند یورتانی می­باشد. بر اثر واکنش میان گروه ایزوسیاناتی با گروه هیدروکسیلی پیوند یورتانی به وجود می­آید.

 

پلی­یورتان می­تواند ساختار شیمیایی ترموپلاستیك یا ترموست و یا ساختار فیزیكی مانند فوم و الاستومر نرم را به خود بگیرد. تركیب شیمیایی پلی‌یورتان بر اساس نوع ایزوسیانات و پلی­ال می­تواند متفاوت باشد[8].

 

مهم‌ترین مزیت پلی‌یورتان، استحكام بالا در دمای پایین، خاصیت فوم شوندگی سریع و مقاومت در برابر ساییدگی، ازن، اکسیژن و مقاومت در حضور رطوبت می‌باشد[8].

 

3-1- ترموپلاستیك پلی‌یورتان و کاربرد آن

 

ترموپلاستیك پلی­یورتان­ها، پلی­یورتان­هایی هستند كه اخیراً درزمینه‌ی فنّاوری یورتان­ها توسعه‌یافته‌اند. این پلیمرها معمولاً از واكنش یك دی­ایزوسیانات، یك پلی­ال (پلی­اتر یا پلی­استر) كه در انتهای زنجیر پلیمری خود عامل -OH دارد و یك زنجیرگستراننده مانند 1و4 بوتان‌دی‌ال، با وزن مولكولی کم‌ به دست می­آید[1].

 

ترموپلاستیك الاستومرها دارای سیستم دوفازی هستند، فاز سخت و جامد و فاز نرم و الاستومری كه با پیوند شیمیایی به هم ارتباط دارند. فاز سخت استحکام به این پلیمرها می­دهد و در برابر آن نیز، فاز نرم و الاستومری حالت انعطاف‌پذیری و الاستیکی به پلیمر می­دهد. فاز سخت شامل زنجیرگستراننده (مانند بوتان‌دی‌ال) و دی­ایزوسیانات‌ها (مانند MDI) می­باشد. فاز نرم شامل پلی‌ال پلی‌اتری یا پلی‌ال پلی‌استری می­باشد. هر دو فاز دمای ذوب و انتقال شیشه­ای متفاوتی دارند كه به طور طبیعی، فاز سخت دمای ذوب بالاتری دارد. به همین دلیل، پلیمر در دمای بالاتر از دمای ذوب به صورت مذاب ویسكوز همگنی تبدیل می­شود كه باعث فرآیند شدن به روش­های مختلف می‌گردد[15،10].

 

قسمت­های سخت زنجیر پلی­یورتان که در زنجیر تكرار می­شوند، قطبی هستند و به علت نیروی جاذبه قوی دوطرفه، تجمع پیدا کرده و به صورت بلوری و یا نیمه بلوری در ماتریس پلیمری درمی‌آیند. قسمت­های نرم دارای ویژگی الاستومری به همدیگر به صورت خطی از طریق پیوند عرضی متصل شده­اند[13].

 

این پلیمرها دارای خواص فوق‌العاده خوبی ازجمله: خاصیت ضد ساییدگی عالی، مقاومت مكانیكی بالا، انعطاف‌پذیری در دمای پایین، قدرت تحمل وزن زیاد، مقاومت در برابر آب، روغن­ها و حلال­ها، قابلیت تراش و خواص كشسانی زیاد هستند. از كاربردهای آن می‌توان به جایگزین بسیار مقاوم چرم برای استفاده در صنعت كفش، وسایل ورزشی، لوازم پزشكی، پوشش كابل­ها، استفاده در هرجایی كه براثر برخورد اجسام تیز به مقاومت سایش و مقاومت پارگی بالا نیاز باشد، تسمه‌نقاله‌ها، ضربه‌گیرها، عایق­های صدا، در سازه­های بتنی، شیلنگ نوار زهی پنجره­ها، انواع واشرها و نظایر آن اشاره نمود[1].

 

روش­های مورد استفاده در فرایند ترموپلاستیك­های پلی­یورتان همانند دیگر ترموپلاستیك­ها شامل تزریق، اكستروژن، غلطک­زنی و شکل‌دهی حلالی می‌باشد و این ترموپلاستیك­ها دارای خواص الاستومری بسیار خوب، مقاومت كششی، سایشی و مقاومت در مقابل عوامل محیطی بسیار عالی هستند[1].

 

[1] Naphthalene-1,5-Diisocyanate

:

 

در اواخر دهه 1950 و اوایل 1960، برنامه های فضایی آمریکا و شوروی سابق زمینه را برای تهیه پلاستیکهای گرما مقاوم فراهم کرد. به تازگی تولید کنندگان وسایل نقلیه زمینی نیز می­کوشند در وزن صرفه جویی کنند. در این راستا مصرف سوخت را با جایگزین کردن قطعات فلزات سنگین با پلاستیکهای سبک پایین می­آورند. در بسیاری از محصولات پلاستیک­ها را به سبب مزیت سادگی قالب­پذیری آنها به شکل­های پیچیده به کار می­برند. در بیشتر این موارد نیز لازم است پلیمرها در مقابل گرما مقاوم باشند؛ بنابراین پلیمرهای مقاوم در برابر گرما انتخاب خواهند شد، اگر چه کاربردهای الکتریکی و حمل و نقل بیشترین تقاضا را برای بکارگیری این مواد دارند اما مواد مقاوم در برابر گرما بطور روز افزون در کاربردهای مختلفی که در آنها مواد در معرض دمای بالا قرار دارند مانند سشوار، اتو، نان برشته­کن، «آون» خانگی، مایکروویو و موارد مشابه بکار برده می­شوند ]37[.

 

1-1- پلیمرهای با عملکرد بالا

 

در نتیجه، تحقیقات کاربردی اخیردر این راستا متمرکز شد تا فرآیندپذیری و حلالیت آنها را به منظور وسعت قلمرو تکنولوژی کاربرد این نوع پلیمرها، افزایش دهند. اخیراً تلاشهای بسیار زیادی برای توسعه­ی خواص با عملکرد بالای پلی­آمید­ها برای دسترسی به پلیمرهای الکترو یا فتولومینسانس، اسمزمعکوس، غشاءهای تبادل یون و یا تبادل گاز، پلیمرهای فعال نوری، نانوکامپوزیت­ها، با دارا بودن عملکرد مافوق بالای ترمومکانیکی، انجام گرفته است]34[.

 

2-1- پلی آمیدها 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

 

پلی­آمیدها در طبیعت بصورت پروتئین‌ها و الیاف طبیعی مانند ابریشم و پشم و بصورت سنتزی در الیاف مصنوعی و پلاستیك‌ها یافت می‌شوند. اولین توسعه مربوط به پلی‌آمیدها با كار كاروترز پدر شیمی پلیمر در آمریكا، در سال 1935 میلادی آغاز شد. كاروترز، با استفاده از واكنش هگزا متیلن دی‌‌آمین و آدیپیك اسید موفق به تهیه پلی‌(هگزا متیلن آدیپامید) شد كه بعدها توسط کمپانی دوپونت نام تجاری نایلون-6،6 بر روی این پلی‌آمیدها نهاده شد [23].

 

پلیمر نامبرده از نظر استحكام، سختی، انعطاف­پذیری، مقاومت سایشی و حرارتی، قابلیت رنگ­پذیری و مقاومت در برابر حلالهای آلی بسیار ممتاز شناخته شده است. چند سال بعد الیاف نایلون بصورت تجاری به تولید بی‌سابقه خود رسید. تقریباً سالانه 150000 تن از این پلیمر در كاربردهای خاصی نظیر پلاستیك­ها، ظروف آشپزخانه، الیاف بافته شده ، قطعات الكتریكی و مصارف دیگر استفاده می‌شود. در آن زمان پلی‌آمیدی كه از پنتا متیلن دی‌آمین و سباسیك اسید تهیه شد بدلیل استحكام بیشتر نسبت به ابریشم و بی­اثر بودن نسبت به رطوبت و حلالهای آلی، جایگزین مناسبی در الیاف مصنوعی شناخته شد. بعد از آن در سال 1939 میلادی در آلمان، اشکلاك و همكارانش با استفاده از كاپرولاکتام موفق به سنتز نایلون 6 شدند.

 

 هر چند كه سایر نایلونهای مثل نایلون -6,4 ، 10,6 ، 12,6 ، 12,8 و غیره نیز بصورت خاص سنتز شده‌اند، اما حدود 80% از بازار كلی پلیمرهای نایلونی توسط نایلونهای 6 و 6،6 اشباع شده است [6].

 

[1] . Schlack

 

[1] . Carothers

 

[2] . Dupont

 

[1] .Aramids

 

[2] .Arimids

1-1- بازهای شیف

 

1-1-1- معرفی بازهای شیف

 

2-1-1- تاریخچه باز­های شیف

 

تاریخ تهیه اولین ترکیب باز شیف به سال 1840 بر می­گردد که اتلینگ[1] از واکنش نمک استات مس(II) با سالیسیل­آلدهید و آمین محصول جامد سبز تیره­ای را جداسازی کرده و نام آن­را بیس (سالیسیل­آلدیمینو) مس(II) گذاشت. سپس هوگو شیف مشتقات آریل و فنیل این ترکیبات را در سال 1869 سنتز و جداسازی نمود و نشان داد که نسبت لیگاند به فلز در این ترکیبات 2:1 می­باشد. به این ترتیب شیف روش تهیه موثر کمپلکس­های فلزی سالیسیل­آلدهید با آمین­های نوع اول را کشف کرد و ترکیب­های دیگری را از تراکم اوره با سالیسیل­آلدهید به دست آورد. کمپلکس­های دیگری از همین نوع با مشتقات بنزیل و متیل در حلال الکل توسط دلپین[2] در سال 1899 تهیه گردیدند و بررسی ساختار این ترکیبات استوکیومتری 2:1 لیگاند به فلز را تائید نمود [4]. در فاصله زمانی 1931 تا 1942 فیفر[3] و همکارانش در طی یک دوره 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

 

مطالعات کلاسیک، انواع مختلفی از کمپلکس­های باز شیف حاصل از سالیسیل­آلدهید و مشتقات آن را تهیه و شناسایی نمودند [5]. در دو دهه اخیر، انواع زیادی از باز­های شیف متقارن مشتق شده از سالیسیل­آلدهید تهیه و مورد بررسی قرار گرفته­اند. در این بررسی­ها اثر گروه­های الکترون دهنده و الکترون گیرنده بر فعالیت شیمیایی سالیسیل­آلدهید به هنگام تشکیل باز شیف و نیز تاثیر آن­ها بر رفتار شیمیایی فلز مرکزی کمپلکس مورد بحث و بررسی قرار گرفته ­اند [6].

 

3-1-1- نامگذاری ترکیبات باز شیف

 

برای نامگذاری این ترکیبات ترجیحا̋ از نام اختصاری استفاده می­کنند که این نام از مواد اولیه کربونیل­دار یا آمینی گرفته می­شود که در ابتدا نام پیش ماده­ی کربونیل­دار و سپس نام آمین استفاده شده ذکر می­شود. مثلا از تراکم 2- هیدروکسی بنزآلدهید و اتیلن­دی­آمین باز شیفی حاصل می­شود که N، ׳N– بیس (سالیسیلیدین) اتیلن­دی­آمین نام دارد (شکل1-4)، در حالی­که این باز شیف به اختصار سالن[1] نامیده می­شود (شکل 1-4).

 

4-1-1- انواع باز­های شیف

 

این لیگاند­ها را به روش­های گوناگونی دسته­بندی می­کنند. یک روش دسته­بندی آن­ها ساختار آن­هاست که شامل حلقوی و غیرحلقوی می­باشند. در یک تقسیم­بندی دیگر لیگاند­های باز شیف به انواع آنیونی و خنثی تفکیک می­شوند، لیگاند­های آنیونی مانند لیگاند­های مشتقات سالن می­باشند که برای بررسی توسعه شیمی فضایی کمپلکس­های فلز با لیگاند­های باز شیف به کار می­روند. مشتقات خنثی که به­طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته­اند براساس موقعیت اتصال به یون­های فلز طراحی و ساخته می­شوند.

 

اما روش عمومی­تر، تقسیم­بندی آن­ها بر حسب تعداد اتم­های کوئوردینه شونده در ساختار لیگاند است که به اختصار توضیح داده می­شود [8،2].

 

1-4-1-1- باز­های شیف یک­ دندانه

 

2-4-1-1- باز­های شیف دو­دندانه

 

[1] Methoxy salen

 

[1] salen

 

[1]Etling

 

[2] Delepine

 

[3] Pfeiffer

:

 

1-1- پورفیرین

 

پورفیرین­ها گروهی از ترکیبات آلی هستد که در طبیعت به صورت های مختلفی وجود دارند. یکی از معروف ترین پورفیرین­های شناخته شده، هم می باشد که همان رنگدانه ی موجوددر سلول­های خون است و کوفاکتور سلول­های هموگلوبین است. آن ماکرو سیکل­های هترو سیکلی است که از ٤ واحد پیرول تغییر یافته تشکیل شده است و اتم کربن آلفا­ی آن از طریق پل­های متین به هم متصل شده­اند ]1.[

 

2-1- خواص پورفیرین­ ها

 

پورفیرین­ها آروماتیک هستد و به دلیل آروماتیسیته از قانون هوکل پیروی می­کنند. دارای 4n+2=π الکترون هستند که در ماکروسیکل مستقر شده است. بنابر این ماکروسیل­ها، سیستم های فوق العاده مزدوج هستند در نتیجه ی این امر، باند­های جذبی قوی در ناحیه­ی مرئی دارند و شدیدا رنگی می­باشند. اندازه­گیری گرمای سوختن و طیف بینی NMR پورفیرین­ها، آروماتیک بودن آن­ها را نشان می­دهد[4]. نام پورفیرین از کلمه ی یونانی purple به معنای بنفش آمده است. ماکروسیل آن ٢٦الکترون پای دارد.

 

امروزه داده­های بلور­شناسی نشان می­دهند که مولکول پورفیرین به طور کامل سخت و انعطاف­ناپذیر نیست، بلکه یک سیستم انعطاف پذیر با سد انرژی پایین برای تغییر شکل­های خارج­صفحه­ای[1]­ است و شکل هندسی آن به طور قابل توجهی تحت تاثیر برهم کنش­های بلوری بین مولکولی می­باشد به طوری که ساختار پورفیرین کاملا مسطح[2] بوده و ساختار تترافنیل پورفیرین کاملا چین­خورده[3] می­باشد [5].

 

با جایگزینی گروه­های مختلف در موقعیت­های مختلف β پیرولی یا مزو، از مولکول پورفین به پورفیرین می­رسیم. از طرفی ویژگی الکترونی استخلاف­ها از جمله الکترون کشندگی یا الکترون دهندگی سبب تغییر خواص پورفیرین­ها می­شود [6]. ترکیبات پورفیرینی که دارای دو هیدروژن بر روی نیتروژن­ها هستند، باز آزاد[4] نامیده می­شوند (شکل ١-2 الف). افزایش یک پروتون، منجر به تشکیل مونواسید[5] یا مونوکاتیون (شکل ١-2 ب) می­شود و افزایش یک پروتون دیگر، تشکیل دی­اسید[6] یا دی­کاتیون (شکل ١-2 ج) را می­دهد که در آن پورفیرین دارای بار ٢+ است. پورفیرین­ها می­توانند با از دست دادن دو هیدروژن خود در حالت باز آزاد، به صورت دی آنیون درآیند که در فرم دی­آنیون قادرند با یون­های فلزی ٢+ و ٣+ کمپلکس­های فلزی پورفیرین­ها را تشکیل دهند.

 

3-1- پورفیرین­ ها و ترکیبات مرتبط

 

پورفیرین بدون فلز در حفره اش نیز باز آزاد نامیده می­شود. بعضی از پورفیرین­های حاوی آهن هم نامیده می­شوند. هم حاوی پروتئین ها هموپروتئین­ها می­باشد که به طور گسترده­ای در طبیعت یافت می­شود. هموگلوبین و میوگلوبین دو پروتئین پیوندی اکسیژن هستند که حاوی پورفیرین­های آهن دار می­باشند. چندین هتروسیکل دیگر در ارتباط با پورفیرین وجود دارد. این هتروسیکل­ها شامل کورین­ها، کلرین­ها، باکتریو­کلرفیل­ها و کورفین­ها می­باشد.

 

از شبه پورفیرین­های طبیعی می­توان به کورین­ها[1] شکل(١-3) اشاره کرد. کورین­ها ماکروسیکل­هایی متشکل از چهار حلقه پیرولی هستند که از چهار اتم نیتروژن خود برای اتصال به فلز استفاده می­کنند. کورین­ها در این حالت تقریبا شکل مسطح مربعی دارند.  تفاوت اصلی کورین با پورفیرین، نبود یک اتم کربن متین است که اتصال دهنده دو تا از حلقه­­های پیرول است. این عامل، سبب به هم ریختن هندسه فلز مرکزی است و نیز باعث به وجود آمدن برخی خواص جالب برای کمپلکس مذکور است.

 

کلرین­ها بیشتر احیا شده، هیدروژن بیشتری نسبت به پورفیرین دارند و زیر واحد پیرولینی دارند. این ساختار در کلروفیل رخ می­دهد. جایگزینی دو زیر واحد از چهار زیر واحد پیرولی با زیر واحد پیرولینی، منجر به باکتریوکلرین­ها می­شود که در باکتری­های فتوسنتز کننده یافت می­شود. پروتوپورفیرین[1] (شکل١- 4) یکی از فراوان­ترین پورفیرین­های موجود در طبیعت است. از جانشین کردن کربن­های ٥، ١٠، ١٥و٢٠ پورفین با نیتروژن و اتصال حلقه­های پیرول با چهار حلقه بنزن ترکیب معروف رنگی، به نام فتالوسیانین (شکل١-5) حاصل می­شود. دو ترکیب مهم دیگر موجود در طبیعت کلروفیل[2] (شکل١-6) و ویتامین B12 [7] (شکل١-7) می­باشند.

 

ماکروسیکل­های تتراپیرولی، که پورفیرین­ها دسته­ای از آنها هستند، در طبیعت جهت اتصال فلز در سیستم­های آنزیمی و کمپلکس­های مربوطه استفاده می­شوند و عهده­دار کارهای زیادی هستند. توانایی کاتالیزوری پورفیرین­ها به وضعیت الکترونی فلز مرکزی، هندسه حلقه پورفیرین و طبیعت لیگاندهای محوری بستگی دارد [8].

 

با در نظرگرفتن مطالعات مربوط به مشتقات گوناگون پورفیرین­ها، فاصله­ ها و زاویه ­ها در اسکلت پورفیرین مقدار تقریبا ثابتی می­باشد. پورفیرین مسطح با توجه به قاعده زاویه و فاصله یک محور تقارن درجه چهار دارد. 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 

 

پورفیرین­ها شامل انواع مسطح و تغییرشکل­یافته می­باشند. این ماکرومولکول­ها دارای خاصیت انعطاف­پذیری هستند. پورفیرین در حالت مسطح در پایین­ ترین سطح انرژی خود قرار دارد. از آنجا که انرژی کمی برای تغییر شکل پورفیرین لازم است، تحت شرایط مختلف نمی­توان ساختار آن را به سادگی پیش­بینی کرد. همچنین ساختار پورفیرین در محلول به دلیل نامشخص بودن برهم­کنش­های دقیق آن با حلال قابل پیش­بینی نیست.

 

4-1- یونیزه شدن پورفیرین ­ها

 

5-1- عوامل موثر بر فعالیت پورفیرین­ ها

 

بسیاری از مطالعات انجام شده که به بررسی تاثیر عوامل موثر بر فعالت پورفیرین ها پرداخته است. تقریباً تمام واکنش‌هایی که توسط آنزیم­ها کاتالیز می‌گردند توسط متالوپورفیرین‌ها نیز کاتالیز می‌شوند. گزارش­های زیادی در مورد واکنش‌های هیدروکسیل­دار کردن هیدروکربن‌های اشباع، اپوکسایش آلکن‌ها، اکسیژن­دار کردن آلکین‌ها، اکسایش سولفیدها، هیدروکسیل­دار کردن ترکیبات نیتروژن‌دار، اکسایش الکل‌ها و آلدئیدها و بسیاری از واکنش‌های دیگر وجود دارد. مهم‌ترین این عوامل موثر عبارت است از پایداری متالو پورفیرین، نوع گونه حدواسط تشکیل شده، تاثیر استخلافات گروه های مختلف با وضعیت‌های متنوع الکترونی و فضایی بر روی حلقه پورفیرین  که ممکن است اتصال به حلقه‌های پیرولی یا حلقه‌های فنیلی باشد، اثر فلز مرکزی، تاثیر نوع اکسنده، – اثر لیگاندهای محوری[1] متفاوت از نظر الکترونی و فضایی و همچنین اثر غلظت لیگاند محوری به ‌کار رفته و اثر حلال که مورد توجه زیادی قرار دارد.

 

6-1- تجمع پورفیرین

 

فرایند تجمع ملکول­های رنگ دانه مربوط به طبقه­ی پورفیرین­ها و فتالو سیانین­ها در زمینه­های مختلف شامل فوتو­شیمی، بیوشیمی و الکترونیک نوری توجه زیادی را به خود جلب کرده است ].10-16.[ کنترل تجمع رنگدانه با هندسه­ی سازمان یافته خاص یکی از اهداف پیشرفت دانش بسیاری از واحد­های جمع آوری نور در فتوسنتز است. معیار اصلی برای فرآیند تجمع، نوع بر هم کنش­های غیر کووالانسی شامل تاثیرات خارجی و محیطی است که فرایند رخ می­دهد. توازن این بر هم کنش­ها می­تواند نوع تجمی که رنگدانه می­تواند در مجموعه­ی سوپرا ملکول مفروض فرض کند را تعیین کند.

 

دریافته اند که باز آزاد و متالو پورفیرین می تواند تجمعات مختلفی را شکل دهد و نیروی پیش برنده برای این کمپلکس­های ملکولی غیر کووالانسی می­تواند پیوند­های هیدروژنی، بر هم کنش­های واندر والسی، الکترواستاتیکی و تاثیرات هیدروفوبی باشد. این بر هم کنش ها نو آرایی ساختاری مونومر­هایی از قبیل بلوک­های ساختمانی برای ساختن تجمعات پورفیرینی را اجرا می­کند ]17[.

 

بنابر این تجمع می­تواند از طریق خود تجمعی در محلول هموژن شکل گیرد یا توسط تجمع در بعضی از محیط­های هتروژن مثل مایسل­ها  لیپوزوم­ها، پروتئین­ها، دندریمر­ها، مونو لایر­ها یا فیلم­های بولجت-لانگمویر القا شود.

 

در ساختار ملکولی تجمع یافته، ملکول­های مونومر به شیوه­ای آرایش می­یابند که ممان دو قطبی گذار بتواند به شدت بر هم کنش کرده و ودر نهایت باعث تغییر برجسته­ای در طیف الکترونی تجمع می­شود. در حقیقت طبق تئوری تهییج کاشا، جفت شدن ممان­های گذار دو قطبی ملکول­ها که موازی با خط اتصال مراکز ملکولی تراز یافته در تجمع است منجر به تجمع از نوعJ  می­شود. از طرف دیگر، تجمع نوع H زمانی سبقت می­گیرد که ممان­های گذار دو قطبی عمود به خط مراکز منجر به گذار الکترونی شیفت آبی مربوط به باند جذبی مونومر شود.

 

هر چند که این روش­ها اطلاعات روشنی از ساختار­های بزرگ ایجاد شده از ملکول­های پورفیرین می­دهد ولی اطلاعات دیگری از سینتیک تجمع  پیش برنده و طبیعت کلاستر­های موجود نمی­دهد و بر این اساس ما شبیه سازی دینامیک ملکولی و مطالعه­ی سینتیکی تجمعات پورفیرینی را در این جا در نظر گرفته­ایم.

 

مساحت نسبتاً بالای صفحه مولکولی پورفیرین سبب بر هم­کنشهای بین مولکولی جهت داری می­شود که با تجمع مولکولهای پورفیرین همراه است [27-26]. با تجمع مولکول­های پورفیرین، خواص شیمیایی و نور­شیمیایی آنها نیز تحت تأثیر قرار می­گیرد. برای مثال مراحل جذب نور و انتقال بار در فرایند فتوسنتز در گونه­های تجمع یافته کلروفیل­ها صورت می­گیرد [28]. تجمع جهت­دار پورفیرین­ها ممکن است با بروز خواص مغناطیسی، رسانایی و کاتالیزوری بدیهی همراه باشد. تجمع پورفیرین­ها ممکن است در داخل محلول و یا در سطح یك بیوپلیمر نظیر DNA پلی­پپتید صورت گیرد [29].

 

جهت تشخیص خود تجمعی پورفیرین­ها و متالوپورفیرین­ها از تكنیكهای متنوعی می­توان استفاده كرد كه از مهمترین آنها طیف جذبی الکترونی، طیف نشری و پراكندگی تشدید یافته نور[1] است [32[.

 

رفتار پورفیرین­ها در حضور یونهای فلزی و یونهای مقابل آنها (, NO3– , Cl– SO42–) بررسی شده است. مشخص شده است که در حضور یونهای فلزی و در قدرتهای یونی پایین پورفیرین­ها به صورت J تجمع می­یابند و در حضور یونهای مقابل و در قدرتهای یونی بالا هر دو تجمع نوع J و  Hمشاهده شده است. با توجه به این نتایج پیشنهاد شده است كه یونهای مقابل نقش مهمی در تشكیل این دو تجمع و تبدیل آنها به یكدیگر دارند [33].

 

فرایند تجمع شامل دو مرحله است: ابتدا تجمع­های H تشكیل می­شوند كه با افزایش بیشتر قدرت­یونی به حالت J منتقل می­شوند. این اطلاعات توسط داده­های RLS و فلوئورسانس تأیید شده است [34].

 

[1]- Resonance Light  Scattering

 

[1]. Axial

 

[1]. biomimetic

 

[1]. portoporphyrin ΙΧ

 

[2]. chlorophyll

 

[1]. corrins

 

[1]. out-of-plane deformations

 

[2]. planar

 

[3]. ruffled

 

[4]. porphyrin free base

 

[5]. monoacid

 

[6]. diacid or dication

 

[1]. Fisher