وبلاگ

1-1- هتروسیکل‌ها
هتروسیکل‌ها، ترکیبات حلقوی هستند که درآن، یک یا چند اتم کربن حلقه با اتم غیر کربن مانند نیتروژن، اکسیژن، گوگرد، یا اتم‌های فلزی و . . . جایگزین شده است. متداول‌ترین ترکیبات هتروسیکل، دارای نیتروژن یا اکسیژن یا هر دوی آن‌ ها در ترکیب حلقه هستند.. بسیاری از ترکیبات طبیعی هتروسیکل هستند مانند آلکالوئیدهای موجود در گیاهان و همچنین بسیاری از ترکیبات دارویی مهم مانند آنتی‌بیوتیک‌ها هم جزء هتروسیکل‌ها هستند.
1-2-طبقه‌بندی ترکیبات هتروسیکل
1-2-1- هتروسیکل‌های غیر آروماتیک‌
هتروسیکل‌های غیر آروماتیک، مشتقاتی از سیکلون‌ها هستند. هتروسیکل‌های کوچک مانند مشتقات هتروسیکل سیکلوپروپان‌ها یا سیکلوبوتان‌ها، به علت کشش حلقه، نسبتا واکنش پذیرند، زیرا با انجام واکنش‌های هسته دوستی، دچار بازشدن حلقه شده، از کشیدگی رها می‌شوند. هتروسیکلون‌های سه ضلعی به علت اندازه کوچک حلقه، واکنش پذیرتر از همتاهای چهار ضلعی خودهستند.
هتروسیکلون‌های با حلقه بزرگتر به علت نبودن کشش حلقه، نسبتا بی‌اثرند و نسبت به هتروسیکلون‌های کوچکتر واکنش پذیری کمتری دارند. اما به هر‌ حال وجود هترو اتم در ساختمان این ترکیبات می‌تواند باعث انجام واکنش‌های خاصی شود. در این ترکیبات، باز شدن حلقه همراه با کشش پیوند هترو اتم رخ نمی‌دهد، مگر اینکه ابتدا به گروه ترک‌کننده خوبی تبدیل شوند.
 1-2-2- هتروسیکل‌های آروماتیک
ترکیباتی مثل هترو‌سیکلوپنتادی ‌ان‌ها، جزو ترکیبات آروماتیکی شش الکترونی طبقه‌بندی می‌شوند. این ترکیبات، دارای یک واحد بوتادی ان بوده، درحلقه آن‌ ها یک هترواتم حامل زوج الکترون‌های تنها وجود دارد. این ترکیبات سیر نشده، دارای الکترون‌های نامستقر می‌باشند. این هتروسیکل‌ها از لحاظ الکترونی دارای کمبود بوده و کربن‌ها دارای بار منفی جزئی می‌باشند. بنابراین وارد واکنش‌های هسته دوستی می‌شوند.
این ترکیبات، تحت شرایط ملایم هیدرولیز، متحمل باز شدن حلقه می‌شوند. همچنین واکنش‌های حلقه زایی هم انجام می‌دهند.
1-3- کاربردهای هتروسیکل
بسیاری از ترکیبات هتروسیکل در طبیعت یافت می‌شوند و خاصیت داروئی دارند، مانند کینین که به عنوان ماده ضد مالاریا شناخته شده است. ویتامین B12، هتروسیکلی با سه حلقه می‌باشد. فولیک اسید که برای درمان کم خونی به کار می‌رود نیز یک هتروسیکل نیتروژن دار می‌باشد. آنتی بیوتیک‌هایی مانند پنی‌سیلین هم جزو ترکیبات هتروسیکل دو حلقه‌ای هستند. رسرپین، یک آلکالوئید طبیعی با فعالیت آرام بخش و ضد فشار خون می‌باشد.
1-4- ترکیبات هتروسیکل مشتق شده از بنزن
در این ترکیبات یک واحد CH در بنزن توسط یک هترو اتم جایگزین شده است. حلقه این ترکیبات، آروماتیک می‌باشد. یکی از ساده‌ترین ترکیبات این گروه، پیریدین می‌باشد که جزو آزابنزن‌ها است و یک N، جایگزین CH بنزن شده است. پیریدین، یک باز ضعیف می‌باشد و در بسیاری از تبدیلات آلی کاربرد دارد. این ترکیب، از قطران زغال سنگ تولید می‌شود و بطور مصنوعی هم سنتز می‌شود. پیریدین بدلیل طبیعت دو گانه خود، هر دو واکنش جانشینی الکترون دوستی و هسته دوستی را انجام می‌دهد و مشتقات استخلاف شده متنوعی از آن بدست می‌آید. البته جانشینی الکترون دوستی﴿الکتروفیلی﴾ در شرایط سخت انجام می‌شود.
1-5-پیریدین
این ماده مایعی بی رنگ با بوی ناخوشایند، با فرمول ﴿  H5N C5﴾ ترکیب آلی هتروسیکل آروماتیک است که از لحاظ ساختاری شبیه بنزن است، با این تفاوت که یک گروه CH حلقه 6 عضوی، توسط یک اتم نیتروژن جایگزین شده است.
شکل1-1- ساختار پیریدین
پیریدین را می‌توان از قطران زغال سنگ خام یا از سایر تركیبات شیمیایی و یا از تفكیک مواد طبیعی در محیط زیست تهیه نمود.
پیریدین را می توان به عنوان حلال برای انحلال سایرمواد و نیز در تهیه سایر محصولات مثل داروها، ویتامین ها، طعم دهنده‌های غذا، رنگ‌ها، محصولات لاستیكی، چسب‌ها، حشره كش‌ها و علف كش‌ها به كار برد.
این تركیب شیمیایی ممكن است به طرقی وارد بدن شده و باعث ایجاد آسیب هایی گردد كه در زیر به آن می پردازیم:
هر شخص در معرض سطح بسیار كمی از پیریدین درهوا، آب و غذا است. كارگرانی كه با مواد شیمیایی سروكار دارند، ممكن است در معرض درصد های بیشتری ازاین ماده باشند. حد مجاز پیریدین ppm5 برای 8 ساعت كار در طی یک هفته كاری 40 ساعته است. افراد ممكن است پیریدین را از طریق تنفس دود سیگار یا قهوه داغ نیز وارد بدن خود كنند.
پیریدین در ابتدا از صنایعی كه از این ماده استفاده یا آن را تولید می كنندآزاد میگردد.
این تركیب به آسانی به هوا تبخیر می شود.
در هوا ممكن است ماه‌ها یا سال‌ها باقی مانده و سپس به سایر تركیبات تفكیک شود.

پیریدین قابلیت انحلال بالایی در آب دارد.
در آب یا خاك، پیریدین قابل تجزیه توسط ارگانیسم‌های میكروسكوپی طی چند روز یا چند ماه است.
پیریدین وارد ذرات خاك می‌شود.
اطلاعات بسیار كمی در خصوص تاثیر پیریدین بر سلامتی در دسترس است. مطالعات بر روی حیوانات تعداد محدودی از گزارشات بر روی انسان، آسیب كبدی را مهمترین آسیب در معرض قرار گرفتن این ماده می‌داند.
همچنین سردرد، سر گیجه، تمایل به خواب، افزایش ضربان قلب و تنفس سریع در بزرگسالانی كه مقادیر نامشخصی از پیریدین را در طی زمان نامشخص تنفس كرده بودند، مشاهده شده است.در حیوانات مورد مطالعه، زمانی كه پیریدین روی چشم یا پوست آن‌ ها قرار داده شد، سوزش چشم و پوست مشاهده گردید.
دپارتمان سلامتی وخدمات انسانی (The department of Health&Human Services) و نمایندگی بین‌المللی برای تحقیقات روی سرطان(International Agency for Research on Cancer) و نمایندگی حفاظت محیط زیست(Environmental Protection Agency)، پیریدین را به هیچ عنوان جزو مواد سرطان‌زا طبقه بندی نكرده‌اند.
هم اكنون تست‌هایی جهت اندازه‌گیری مقدار پیریدین در اوره و خون وجود دارد. با این وجود این تست در تمامی مطب‌ها به دلیل نیاز به وسایل مخصوص، قابل اجرا نخواهد بود.
یکی از مشتقات پیریدین 2- پیکولین است که در ادامه به بحث آن پرداخته می‌شود.
1-5-  2-پیکولین
2-پیکولین (2Pi) که تحت عنوان آلفا- پیکولین هم معروف است از مشتقات پیریدین به شمار می‌رود. این ماده مایعی است بدون رنگ، با بوی بسیار تند و زننده که به عنوان ماده اولیه تولید 2-‌وینیل پیریدین3 مورد استفاده قرار می‌گیرد.
1-5-1-روش‌های تهیه 2-پیکولین
2-پیکولین را می‌توان با بهره گرفتن از آب اسیدی و سولفوریک اسید 1/0 نرمال به دست آورد. از روش‌های متعددی مثل استفاده از روش‌های جذبی [1] و تخریب بیولوژیکی [2] می‌توان برای عمل‌آوری 2-پیکولین و رفع صدمات حاصل از آن استفاده کرد. روش جذبی بر سایر روش‌ها برتری دارد گرچه روش جذبی می‌تواند هزینه آور باشد.
1-5-2- کاربردهای 2- پیکولین
این ماده به عنوان مواد اولیه در تولید تعداد زیادی از ترکیبات شیمیایی و مواد دارویی مورد استفاده قرار‌می‌گیرد [3]. این ماده همچنان به عنوان حلال در واکنش‌های شیمیایی مورد استفاده در تولید پلیمر ها، الیاف، سوخت‌ها، شیمی خاک، داروسازی و رنگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده علاوه بر حلالیت، به عنوان ماده اولیه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. تعدادی از مشتقات پیریدین در تولید داروی ضد سل، محرک‌های تنفسی، بیهوشی‌های موضعی و بی حسی مورد استفاده قرار ‌می‌گیرد. همچنین به عنوان یک ترکیب حد واسط در صنایع رنگ و رزین استفاده می‌شود. یک حد واسط آلی برای داروسازی، صنایع لاستیک‌های شیمیایی و حلال به شمار می‌رود.
1-5-3- تاثیر 2-پیکولین بر سلامتی انسان
به طور معمول متیل پیریدین از طریق بعضی از مواد غذایی و دود سیگار و آلاینده‌های هوا وارد محیط می‌شود. بعضی از مواد غذایی مشاهده شده به طور طبیعی در خودشان و یا در حالت پخت متیل پیریدین را به دست می‌آورند. در صورت تماس با پوست اثر سمیت بر جا می‌گذارد. در تماس با چشم، بلعیدن و تنفس آن نیز خطرناک و مسموم کننده است.
 1-5-4-  تاثیر2-پیکولین بر محیط زیست
اگر متیل پیریدین به داخل زمین نفوذ کند تقریبا پس از 16 روز تجزیه می‌شود و اگر به داخل آب آزاد شود خاصیت تجزیه بیوشیمیایی و فوتواکسایش آن خود به خود از دست می‌رود. در اتمسفر 2-متیل پیریدین ممکن است با رادیکال‌های هیدروکسی تولید شده توسط واکنش‌های فوتو شیمیایی واکنش دهد که توسط باران نزول می‌کند که این مورد بسیار خطرناک است.
 1-6-منعقدکننده ها:
به منظور  تسریع در ته نشینی مواد معلق در آب خام ، كاهش و حذف كدورت آب از منعقد كننده های معدنی و آلی بطور جداگانه یا تواماً استفاده می شود . منعقد كننده های معدنی نمكهای فلزات آلومینیوم و آهن مانند كلرورفریک ، سولفات آهن ، سولفات آلومینیوم و دیگر تركیبات شیمیایی مشابه هستند كه بطور وسیع در جداسازی مواد معلق ، زلالسازی آب خام و تصفیه پساب  بكار برده  می شوند.
با توجه به محدود بودن محدودة دامنة فعالیت منعقد كننده های اصلی و به منظور بالا بردن راندمان فرایند و كاهش قابل ملاحظة كدورت ، پلی مر های پلی آكریل آمید  بعنوان كمك منعقد كننده یا منعقد كننده مستقل استفاده میگردند.
1-7-پلی الكترولیت:
پلیمرهای منعقد كننده ، تركیباتی پلی مری  با وزن ملكولی بالا ،  بر پایه پلی آكریل آمید ، محلول در آب  هستند كه بطور وسیعی بعنوان منعقد كننده، افزایش دهنده سرعت ته نشینی مواد جامد معلق و كلوئیدها و رنگ بری  در فرایندهای تصفیه و  تولید مایعات بكار برده می شوند.
كاتیون یا آنیون متصل به پیكره شیمیایی  پلی آكریل آمید تعیین كننده نوع بار فعال پلیمر می باشد كه بر این اساس پلیمرها به سه دسته با  بارهای مثبت ( Cationic ) ، منفی ( Anionic ) و بدون بار (Non-Ionic) تقسیم ،  با توجه به خصوصیات باردار بودن ، با نام عمومی پلی الكترولیت شناخته می شوند . وزن ملكولی و شدت بار  پلی الكترولیتها در فعالیت آنها تاثیر بسزایی دارد .
1-7-1-پلی الكترولیت بدون بار
بر پایه پلی آكریل آمید خالص میباشند و پس از حل شدن در آب از خود خاصیت بدون بار نشان می دهند.
1-7-2-پلی الكترولیت آنیونی
كوپلیمرهای آكریل آمید با خواص ارتقاء یافته باری توسط گروه های سدیم آكریلات هستند ، بار منفی داشته و پس از انحلال در آب ، محلول با خواص بار  منفی ایجاد می كنند .
1-7-3-پلی الكترولیت كاتیونی
كوپلیمرهای آكریل آمید به همراه مونومرهای كاتیونی بوده كه باعث ارتقاء بار مثبت در این دسته از پلیمرها میشوند و پس از انحلال در آب ، محلول با خاصیت باری مثبت ایجاد می كنند .
1-8-كاربرد:
پلی الكترولیتها با افزایش سرعت ته نشینی مواد معلق ، افزایش  ابعادی و تراكم مواد ته نشین شده[5]                                     راندمان فیلتراسیون  و جداسازی را افزایش داده و باعث ارتقاء كیفیت فرایند  و كاهش قابل ملاحظه  كدورت نهایی می شوند.
برخی كاربردهای این دسته از مواد عبارت است از:

• كمك منعقد كننده در فرایند زلال سازی آب خام در تولید آب آشامیدنی و صنعتی

• منعقد سازی جامدات معلق و كلوئیدها در فرایندهای شكر و تغلیظ مایعات

• جداسازی جامدات و تركیبات آلی در آب برگشتی سیستمهای تبرید و حرارتی

• جداسازی جامدات ، روغن و گریس و اكسیدهای نامحلول در تصفیه آب برگشتی از بخش نورد در صنعت فولاد

• حذف رنگ ، مواد جامد معلق و كلوئیدها در صنایع تولید  محصولات پتروشیمی

• منعقد كننده در سیستمهای تصفیه پساب های صنعتی و بهداشتی

از آنجا كه این دسته مواد جاذب الرطوبه شدید هستند، از برخی گونه ها در بخش كشاورزی برای جذب آب و بالا بردن ضریب جذب آب خاك استفاده میشود كه موضوع این گزارش نیست.
1-9-مكانیسم منعقد سازی :
گروه های فعال  پلیمر در محیط آبی ،  پیوند  قوی با کلوئیدهای معلق یا ذرات بسیار ریز ایجاد می نمایند . در پلیمرهای نانیونیک ، فعل و انفعال بین پلیمر و ذرات معلق وابسته به باندهای هیدروژن آنها داشته و  فعالیت پلیمرهای باردار ( کاتیونیک و آنیونیک ) وابسته به برخوردهای الکترواستاتیک و تبادل بار بین ذرات معلق و پلیمر و ناپایداری خصوصیت سطح ذرات می باشد .