Aldol condensation ระหว่าง Benzaldehyde กับ Acetone MO Memoir : Tuesday 26 September 2560

แขกผู้มาเยือน ๒ รายที่แวะมาเยี่ยมผมเมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ผ่านมานั้น มาพร้อมกับคำถามที่ว่าเขามีสารประกอบโลหะไฮดรอกไซด์/ออกไซด์ผสมที่มีฤทธิ์เป็นเบสที่หน่วยงานของเขาสังเคราะห์ขึ้นได้ จะสามารถนำไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง ในแง่การใช้เป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา (ที่เรียกว่า catalyst support) หรือใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา 
  

(อันที่จริงผมก็ยังไม่มั่นใจว่าสารประกอบที่เขามีนั้นมีฤทธิ์เป็น "เบส" เสมอไปหรือไม่ เพราะเท่าที่ฟังจากองค์ประกอบไอออนโลหะที่เขามี ตัวหนึ่งนั้นมีฤทธิ์เป็นเบสแน่ ๆ แต่อีกตัวหนึ่งนั้นคิดว่ามันเป็น "amphoteric" คือในสภาวะที่เป็นกรดมันจะแสดงฤทธิ์เป็นเบส และในสภาวะที่เป็นเบสมันจะแสดงฤทธิ์ที่เป็นกรด)
 

การจะนำเอาสิ่งที่เขามีอยู่ในมือนั้นไปใช้เป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา คงต้องมีการทดลองกันอีกยาวไกล แต่สิ่งที่น่าจะทำได้เร็วกว่าคือการหาทางนำเอามันไปใช้ในรูปของตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นคำถามที่เกิดขึ้นตามมาก็คือมีปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์ไหนบ้างที่ใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ นอกเหนือไปจากปฏิกิริยา trans-esterification ที่ใช้ในการผลิตไบโอดีเซลในปัจจุบัน ที่แม้ว่าการใช้ NaOH จะมีปัญหาอยู่บ้างในแง่ของกระบวนการผลิต แต่เมื่อพิจารณาจากค่าใช้จ่ายรวมทั้งหมดแล้วก็ยังจัดว่าคุ้มค่าอยู่ และปฏิกิริยาหนึ่งที่มีการเอ่ยถึงขึ้นมาก็คือ "Aldol condensation"
 

Aldol condensation เป็นปฏิกิริยาระหว่างหมู่คาร์บอนิล (-C(O)-) ของโมเลกุลอัลดีไฮด์หรือคีโตนโมเลกุลหนึ่ง กับอัลฟาคาร์บอนอะตอม (α-carbon atom) ของโมเลกุลอัลดีไฮด์หรือคีโตนโมเลกุลอีกหนึ่ง (คู่ของสารที่เข้าทำปฏิกิริยากันไม่จำเป็นต้องมีอัลฟาคาร์บอนอะตอมทั้งคู่) ปฏิกิริยานี้ใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นเบต้าไฮดรอกซีอัลดีไฮด์ (β-hydroxyaldehyde) หรือเบต้าไฮดรอกซีคีโตน (β-hydroxyketone) โดยอะตอมออกซิเจนของหมู่คาร์บอนนิลที่อัลฟาคาร์บอนอะตอมเข้าไปสร้างพันธะด้วยนั้นจะกลายเป็นหมู่ไฮดรอกซี (-OH) ที่สามารถเกิดปฏิกิริยาคายน้ำ (dehydration) ต่อเนื่องกลายเป็นพันธะคู่ C=C ได้

รูปที่ ๑ ปฏิกิริยา aldol condensation ระหว่าง benzaldehye 2 โมเลกุลกับ acetone 1 โมเลกุล เพื่อสังเคราะห์สารประกอบ dibenalacetone (หรือ dibenzilidenacetone) ที่สามารถใช้เป็นสารป้องกันแสงอาทิตย์ (sunscreen) ได้ (พึงสังเกตโครงสร้างโมเลกุลที่ประกอบด้วยพันธะคู่และพันธะเดี่ยวสลับกับ ที่ทำให้อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนย้ายได้ตลอดทั้งโมเลกุล)
 

Dibenzalacetone เป็นสารเคมีตัวหนึ่งที่เตรียมได้จากปฏิกิริยา aldol condensation ระหว่าง acetone (ที่มีอัลฟาคาร์บอนอะตอมถึง 6 ตัว) และ benzaldehyde (ที่ไม่มีอัลฟาคาร์บอนอะตอม) โดยใช้ NaOH เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (รูปที่ ๑) อุณหภูมิการทำปฏิกิริยานั้นจะอยู่ที่ราว 20-25ºC เท่านั้นเอง การทำปฏิกิริยาดูเผิน ๆ ก็ไม่น่ามีอะไร แต่อันที่จริงพอจะต้องลงมือปฏิบัติมันก็มีอะไรให้พิจารณาอีกตั้งหลายอย่าง เช่น

๑. NaOH เป็นของแข็งที่ละลายน้ำได้ดี แต่ละลายใน acetone ได้ดีแค่ไหนก็ไม่รู้เหมือนกัน acetone ก็ละลายน้ำได้ดี benzaldehyde นั้นละลายใน acetone ได้ แต่ละลายน้ำได้น้อยมาก ดังนั้นจะทำอย่างไรจึงจะทำให้ทั้งสามสารอยู่ร่วมกันได้เพื่อที่จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ จำเป็นต้องใช้ตัวกลาง (ที่เฉื่อย) ช่วยในการประสานเฟสไหม และถ้ามีการใช้ตัวกลาง จะแยกผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นที่เหลืออยู่ (รวมทั้งตัวเร่งปฏิกิริยา) ออกจากกันได้อย่างไร

๒. acetone เองก็สามารถทำปฏิกิริยา aldol condensation กับพวกเดียวกันเองได้ กลายเป็นสารประกอบ diacetone alcohol (รูปที่ ๒) ดังนั้นเราควรทำอย่างไรเพื่อที่จะให้มั่นใจว่า acetone ที่เติมเข้าไปนั้นทำปฏิกิริยาเฉพาะกับ benzaldehyde เท่านั้น โดยไม่ทำปฏิกิริยากับ acetone ด้วยกันเอง

วิธีการหนึ่งก็คือการใส่ benzaldehyde และทุกอย่างเข้าไปในระบบก่อน ปรับสภาวะระบบให้เหมาะสมกับการทำปฏิกิริยา จากนั้นจึงค่อย ๆ เติม acetone ลงไปทีละช้า ๆ พร้อมทั้งทำการปั่นกวนให้ acetone กระจายตัวไปอย่างรวดเร็ว แต่ก็เกิดคำถามตามขึ้นมาก็คือ จะทำอย่างไรกับ NaOH ที่ไม่ละลายใน benzaldehyde และจำเป็นไหมที่เบสที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะต้องอยู่ในสภาพไอออนในสารละลาย อยู่ในสภาพที่เป็นของแข็งได้ไหม ถ้าไม่ได้ ก็แสดงว่าต้องมีการใช้ตัวกลางที่ละลายได้ทั้ง NaOH และ benzaldehyde

รูปที่ ๒ ปฏิกิริยา aldol condensation ระหว่าง acetone 2 โมเลกุลเพื่อการสังเคราะห์สารประกอบ mesityl oxide (หรือ isobutenyl methyl ketone)

๓. aldol product ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง acetone กับ benzaldehyde ในขั้นตอนแรกนั้นก็มีอัลฟาคาร์บอนอะตอมเช่นกัน มีความเป็นไปได้มากน้อยเท่าใดที่ aldol product นี้จะทำปฏิกิริยาด้วยกันเอง

๔. ผลิตภัณฑ์ที่ได้จาก aldol condensation ในช่วงแรกเป็นสารประกอบเบต้าไฮดรอกซีคีโตน ที่อุณหภูมิสูงมากพอในสภาวะที่มีเบสที่แรงมากพอ หมู่ไฮดรอกซิลจะเกิดปฏิกิริยา base catalyzed dehydration (ปฏิกิริยาคายน้ำ) กับอัลฟาไฮโดรเจนอะตอม กลายเป็นพันธะ C=C ดังนั้นก่อนที่จะเกิดปฏิกิริยา dehydration ตัว aldol product จะมีอัลฟาไฮโดรเจนอยู่ทั้งสองฝั่งของหมู่คาร์บอนิล (-C(O)-) ในสภาวะที่ทำปฏิกิริยานั้นเรามีความมั่นใจมากแค่ไหนว่า ปฏิกิริยา dehydration นั้นเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต่อเนื่องอย่างรวดเร็วจนโมเลกุล acetone ไม่มีโอกาสที่จะทำปฏิกิริยาที่อัลฟาไฮโดรเจนอะตอมที่อยู่ระหว่างหมู่ไฮดรอกซิลและหมู่คาร์บอนนิล หรือโครงสร้างโมเลกุลของ aldol product นั้นทำให้ยากที่โมเลกุล acetone จะเข้าทำปฏิกิริยาที่ตำแหน่งดังกล่าว (ที่เรียกว่า steric effect)
 

๕. สารละลาย NaOH เป็นสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ในขณะที่ acetone เอง (อาจรวมถึงสารตัวกลางที่ใช้ในการประสานเฟสด้วย) ก็เป็นตัวทำละลายอินทรีย์ตัวหนึ่ง ถ้าจะทำการขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้น ตัวอุปกรณ์ควรจะต้องทำจากวัสดุชนิดใด จึงจะสามารถทนได้ทั้งด่างและตัวทำละลายอินทรีย์

๖. จำเป็นไหมที่ปฏิกิริยาต้องเกิดในเฟสของเหลว เกิดในเฟสแก๊สได้ไหม โดยให้สารตั้งต้นไหลผ่านเบดตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเบส ถ้าเกิดในเฟสแก๊สได้ก็จะมีข้อดีตรงที่หมดปัญหาเรื่องการผสมกันระหว่าง fluid phase แต่ต้องไปพิจารณาประเด็นเรื่องค่าใช้จ่ายในการทำให้สารตั้งต้นเป็นไอระเหย

รูปที่ ๓ ตัวอย่างสิทธิบัตรปฏิกิริยา aldol condensation ของคีโตน

ปฏิกิริยา base catalyzed dehydration ที่ดึงหมู่ -OH ของ aldol product ออกทำให้เกิดพันธะ C=C นั้น ใช่ว่าจะเป็นปฏิกิริยาที่เกิดได้ทันทีเสมอ ตรงนี้ขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นด้วย อย่างเช่นในกรณีของ acetone ที่เกิดเป็น diacetone alcohol ก่อน มีการพบว่าเบสที่แรงพอที่ทำให้โมเลกุล acetone เกิดการควบแน่นเป็น aldol product ได้นั้น ใช่ว่าจะสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยา base catalyzed dehydration ได้เสมอไป (ดังเช่นสิทธิบัตรที่นำมาแสดงในรูปที่ ๓) หรืออย่างเช่นกรณีของการสังเคราะห์ pentaerythritol จากปฏิกิริยาระหว่าง acetaldehyde กับ formaldehyde นั้นพบว่าสามารถรักษาหมู่ -OH ทั้ง 4 หมู่ที่เกิดขึ้นได้โดยไม่ถูกเปลี่ยนไปเป็นพันธะ C=C (ดู Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๖๐ วันศุกร์ที่ ๙ ตุลาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "Aldol condensation กับ Cannizzro reaction")
 

ประเด็นเรื่องผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงก็เป็นเรื่องสำคัญที่ต้องพิจารณาเช่นกันในการขยายขนาด (ที่เรียกว่า scale up) ในระดับห้องปฏิบัติการนั้นของเสียที่เกิดขึ้นจากการทดลองในห้องปฏิบัติการมักจะถูกส่งไปกำจัดยังหน่วยงานอื่นที่รับทำหน้าที่นี้ แต่ถ้าเป็นระดับโรงงานอุตสาหกรรมเอง ตัวโรงงานผู้ผลิตมักจะต้องเป็นผู้รับทำหน้าที่ดังกล่าวเอง สิ่งที่เรามักจะเห็นกันก็คือเวลามีคนนำเสนอวิธีการสังเคราะห์สารที่ให้ค่าผลได้ (yield) ที่สูง เขามักจะไม่ให้รายละเอียดใด ๆ กับผลิตภัณพ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้น (ส่วนปริมาณมันคำนวณได้จากสารตั้งต้นที่หายไป)

รูปที่ ๔ ตัวอย่างวิธีการเตรียม dibenzalacetone จากปฏิกิริยาระหว่าง acetone กับ benzaldehyde ในห้องปฏิบัติการ บทความนี้พูดถึงผลได้ (yield) ที่ได้จากวิธีการที่นำเสนอ แต่ไม่ได้ให้รายละเอียดใด ๆ เกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้น ซึ่งถ้าจะนำวิธีการนี้ไปขยายขนาด จำเป็นที่ต้องรู้ว่าผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้นนั้นประกอบด้วยสารใดบ้าง ในสัดส่วนเท่าใด เพื่อที่จะได้สามารถวางแผนการจัดการกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้นนั้นได้

วันนั้นผมก็บอกแขกทั้งสองรายนั้นไปว่า มาคุยกับผลคงไม่ได้ไอเดียอะไรเอาไปผลิตของขายหรอก แต่หวังว่าคงจะได้มุมมองใหม่ ๆ ในการมองปัญหาและตั้งคำถาม ที่พวกเขาอาจจะสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานของพวกเขาได้เท่านั้นเอง

จากเบนซาลดีไฮด์ (Benzaldehyde) ไปเป็นกรดเบนซิลิก (Benzilic acid) MO Memoir : Tuesday 27 December 2559

Memoir ฉบับนี้ยังคงเกี่ยวกับรายชื่อของสารเคมีควบคุมที่ปรากฏอยู่ในรายการของ Australia Group (AG) ฉบับปรับปรุง (Revision 2 January 2016) คราวนี้เป็นของสารอีก ๔ ตัวคือ

รายการที่ ๑๓ 3-Quinuclidinol รหัส EU List 1C350.13

รายการที่ ๒๕ Methyl benzilate รหัส EU List 1C350.25

รายการที่ ๓๒ Benzilic acid รหัส EU List 1C350.32

รายการที่ ๓๗ 3-Quinuclidone รหัส EU List 1C350.37

รูปที่ ๑ แผนผังการทำปฏิกิริยาในการเปลี่ยนเบนซาลดีไฮด์ (Benzaldehyde) ไปเป็นกรดเบนซิลิก (Benzilic acid) ที่ลองไล่แกะเอาจากตำราอินทรีย์เคมี
 

สารตระกูลอัลดีไฮด์ (aldehyde) และคีโตน (ketone) ถูกนำมาใช้เป็น building block ในการสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นมานานแล้ว ปฏิกิริยาหนึ่งที่ใช้กันคือ Aldol condensation ที่เป็นการควบแน่นของโมเลกุลอัลดีไฮด์/คีโตนสองโมเลกุลเข้าด้วยกัน โดยที่โมเลกุลอัลดีไฮด์/คีโตนโมเลกุลหนึ่งนั้นต้องมี alpha hydrogen atom (ดู Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๖๐ วันศุกร์ที่ ๙ ตุลาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "Aldol condensation และ Cannizzaro reaction")
 

แต่ใช่ว่าถ้าโมเลกุลสารตั้งต้นนั้นไม่มี alpha hydrogen atom แล้วจะเกิดปฏิกิริยาการควบแน่นไม่ได้ มันมีสิทธิ์ที่จะเกิดปฏิกิริยาการควบแน่นเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นเช่นกัน ด้วยปฏิกิริยาที่มีชื่อว่า "Benzoin condensation" ที่เป็นปฏิกิริยาการควบแน่นที่สำคัญของสารประกอบ aromatic aldehyde โดยเฉพาะเบนซาลดีไฮด์ (พวก aromatic aldehyde มันไม่มี alpha hydrogen atom อยู่แล้ว)
 

ตัวอย่างเช่นกรณีของเบนซาลดีไฮด์ (benzaldehyde) ที่แสดงในรูปที่ ๑ ในสภาวะที่มีไอออนไซยาไนด์ (CN^-) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โมเลกุลเบนซาลดีไฮด์สองโมเลกุลสามารถเชื่อมต่อเข้าด้วยกันผ่านหมู่อัลดีไฮด์ กลายเป็นสารประกอบ alpha hydroxy ketone ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้
 

แต่โมเลกุลเบนซาลดีไฮด์มีความเป็นขั้วต่ำ ละลายน้ำได้น้อย ในขณะที่เกลือไซยาไนด์จำเป็นต้องอยู่ในตัวทำละลายที่มีขั้วจึงจะแตกตัวให้ไอออน CN^- ได้ ดังนั้นการทำปฏิกิริยาจึงต้องทำในตัวทำละลายที่ละลายได้ทั้งเบนซาลดีไฮด์และเกลือไซยาไนด์ และสารผสมระหว่างน้ำ + แอลกอฮอล์ก็เป็นทางเลือกหนึ่ง
 

การออกซิไดซ์หมู่ -OH ของสารประกอบ alpha hydroxy ketone ที่เกิดขึ้นด้วยสารออกซิไดซ์อย่างอ่อน (เช่น Fehling's reagent ที่ใช้ทดสอบอัลดีไฮด์และคีโตน) จะเปลี่ยนหมู่ -OH ให้เป็นหมู่คาร์บอนิล สารประกอบตัวใหม่ที่ได้มีชื่อว่า "Benzil" ที่เป็นประกอบพวก 1,2-Diketones (คือมีหมู่คาร์บอนิลสองหมู่อยู่ที่อะตอม C ที่อยู่ติดกัน)
 

ถ้าเอา Benzil นี้ไปทำปฏิกิริยาในสภาวะที่มีสารละลาย KOH เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยมีแอลกอฮอล์เป็นตัวทำละลาย) โมเลกุล Benzil จะมีการจัดเรียงโมเลกุลใหม่ด้วยปฏิกิริยาที่มีชื่อว่า Benzilic acid rearrangement ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นเกลือของกรด Benzilic ซึ่งเมื่อนำเกลือนี้ไปทำปฏิกิริยาต่อกับ HCl ก็จะได้กรด Benzilic กรด Benzilic ที่ได้นี้ถ้านำไปทำปฏิกิริยา esterification ต่อด้วยการแทนที่อะตอม H ที่เป็นกรดด้วยหมู่ -CH₃ ก็จะได้สารประกอบ Methyl benzilate

รูปที่ ๒ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับกระบวนการผลิต 3-Quinuclidinyl benzilate วิธีการเตรียมตามสิทธิบัตรฉบับนี้ใช้ metyl หรือ ethyl ester ของ Benzilic acid มาทำปฏิกิริยากับ 3-Quinuclidinol ปฏิกิริยาที่เกิดจึงเป็นปฏิกิริยาทรานเอสเทอริฟิเคชัน (โดยหมู่เมทิลหลุดออกไป แล้วมี 3-Quinuclidinol เข้ามาแทนที่แทน) ส่วนที่ว่าทำไมถึงใช้ methyl ester แทนการใช้กรดก็เดาว่าคงเป็นเพราะถ้าใช้ methyl ester จะเกิด methanol ที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ ทำให้ไล่ออกจากระบบได้ง่าย ปฏิกิริยาก็จะดำเนินไปข้างหน้าได้ดีขึ้น
 

ตอนนี้เราก็ได้ผู้เล่นสองรายจากรายชื่อ EU List แล้ว คำถามที่เกิดขึ้นตามมาก็คือทำไมต้องมีการควบคุมสารเคมีสองรายการนี้ เท่าที่ลองสืบค้นดูก็ขอเดาว่าสาเหตุหนึ่งคงเป็นเพราะถ้านำสารสองตัวนี้ไปทำปฏิกิริยากับ 3-Quinuclidinol (สารเคมีควบคุมในรายชื่อของ EU List เช่นกัน) ก็จะได้สารประกอบที่มีชื่อว่า 3-Quinuclidinyl benzilate ส่วนที่ว่าจะทำปฏิกิริยากันอย่างไรนั้น ก็สามารถไปอ่านได้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาฉบับที่นำมาแสดงเป็นตัวอย่างในรูปที่ ๒ ก็ได้ ส่วนเหตุผลที่ว่าต้องควบคุม 3-Quinuclidone ก็เดาว่าน่าจะเป็นเพราะสามารถทำการรีดิวซ์หมู่คาร์บอนนิลของสารนี้เพื่อเปลี่ยนเป็น 3-Quinuclidinol ได้
 

3-Quinuclidinyl benzilate จัดเป็นสารเคมีในกลุ่ม incapacitating agent ในชื่อรหัส BZ คือเป็นสารกลุ่มที่ส่งผลต่อร่างกายและ/หรือจิตใจเพียง "ชั่วขณะ" หรือเรียกว่าทำให้หมดสภาพที่จะทำการต่อสู้ก็ได้ ่โดยไม่มีวัตถุประสงค์จะให้ถึงขั้นเสียชีวิต (แต่ถ้าได้รับเข้าไปมาก ๆ ก็มีสิทธิ์ตายได้เหมือนกัน) หมดสภาพที่จะต่อสู้ตรงนี้ไม่ได้หมายความว่าถึงขั้นหมดสติแบบยาสลบ (คือไม่รับรู้ความรู้สึกใด ๆ แม้แต่ความเจ็บปวด) อาจเป็นเพียงแค่สติยังพอมีอยู่หรือเลือนลาง แต่ไม่สามารถสั่งการกล้ามเนื้อได้

รูปที่ ๓ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับวิธีการหนึ่งสำหรับผลิต Benzilic acid กระบวนการในสิทธิบัตรฉบับนี้ไม่ได้เริ่มต้นจากเบนซาลดีไฮด์ แต่ใช้สารประกอบที่มีหมู่อัลดีไฮด์ทำการเชื่อมต่อวงแหวนสองวงเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงทำการแทนที่อะตอม H ของอะตอม C ที่เป็นตัวเชื่อมวงแหวนทั้งสองด้วยเฮไลด์ (ในรูปคือ Br) ก่อนที่จะทำการเปลี่ยนเฮไลด์นั้นให้กลายเป็นหมู่ไฮดรอกซิล -OH
 

ส่วนเรื่องที่ว่า 3-Quinuclidinol ใช้สารใดเป็นสารตั้งต้นและผลิตได้อย่างไรนั้น คงต้องขอเก็บเอาไว้ก่อน เพราะยังค้นข้อมูลไม่เจอ

ในเว็บ https://en.wikipedia.org/wiki/3-Quinuclidinyl_benzilate ยังให้ข้อมูลด้วยว่าถ้านำเอา Benzilic acid ไปทำปฏิกิริยากับไดเอทิลเอทานอลเอมีน (สารตัวนี้ก็อยู่ใน EU List เช่นกัน) จะได้สารเคมีมีชื่อการค้าว่า Benactyzine ที่เคยใช้เป็นยารักษาอาการซึมเศร้าในอดีต (ปัจจุบันเลิกใช้แล้ว)

รูปที่ ๔ Benactyzine ที่เตรียมได้จาก Benzilic acid กับไดเอทิลเอทานอลเอมีน

ปิดท้ายที่ว่างของหน้านี้ด้วยรูปตึกจักรพงษ์ที่ถ่ายเอาไว้เมื่อวันศุกร์ที่ผ่านมาก็แล้วกัน

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๕ (ตอนที่ ๓๓) MO Memoir : Friday 28 March 2557

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๕ (ตอนที่ ๑๓) MO Memoir : Tuesday 1 October 2556

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวข้องกับการเตรียมการนำเสนอผลงานและการสอบหัวข้อวิทยานิพนธ์

Benzaldehyde กับปฏิกิริยา Nitroaldol MO Memoir : Monday 2 April 2555

คำถามหนึ่งที่กรรมการสอบมักจะถามเวลาที่ใครสักคนทำวิจัยสังเคราะห์สารขึ้นมาสักตัวก็คือ "สารนั้นเอาไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง"

ดังนั้นเนื่องจากในกลุ่มเรามีการสังเคราะห์ benzaldehyde จากปฏิกิริยาระหว่างโทลูอีนกับ H₂O₂ ดังนั้น memoir นี้จึงขอยกตัวอย่างหนึ่งของการนำ benzaldehyde ไปผลิตเป็นสารอื่น

ปฏิกิริยา Aldol condensation เป็นปฏิกิริยาระหว่าง aldehyde หรือ ketone 2 โมเลกุลในภาวะที่มีเบส (เช่น hydroxide -OH หรือ alkoxide -OR) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยสารตั้งต้นตัวหนึ่งต้องมี alpha hydrogen atom (คืออะตอม C ตัวที่อยู่ติดกับหมู่คาร์บอนิล (-CO-) ต้องมีอะตอม H) ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นสารประกอบ beta-hydroxyaldehyde หรือ beta-hydroxyketone ปฏิกิริยานี้มีประโยชน์มากในการสังเคราะห์สารเคมีต่าง ๆ จากสารตั้งต้นโมเลกุลเล็ก

ปฏิกิริยา Nitroaldol (หรือ Henry reaction) เป็นปฏิกิริยาหนึ่งที่คล้ายคลึงกับปฏิกิริยา Aldol condensation โดยปฏิกิริยา Nitroaldol นี้เป็นปฏิกิริยาระหว่าง aldehyde หรือ ketone กับสารประกอบ nitroalkane โดยมีเบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ beta-nitro alcohol ซึ่งสามารถนำไปผลิตเป็นสารอื่นได้ดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ กลไกการเกิดปฏิกิริยา Nitroaldol (ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Nitroaldol_reaction)

Benzaldehyde สามารถเกิดปฏิกิริยา Nitroaldol กับสารประกอบ nitroalkane (เช่น nitroethane (H₃C-CH₂-NO₂)) โดยมีเบสที่เป็นสารประ amine (เช่น methyl amine (H₃C-NH₂) n-butyl amine (H₃C-(CH₂)₃-NH₂) cyclohexyl amine (C₆H₁₁-NH₂) เป็นต้น) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

Nitromethane (H₃C-NO₂) Nitroethane (H₃C-CH₂-NO₂) และ Nitropropane (H₃C-CH₂-CH₂-NO₂) มีการผลิตในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้ปฏิกิริยาในเฟสแก๊สระหว่าง C₃H₈ กับ HNO₃

รูปที่ ๒ ลองดูซิว่าเริ่มต้นจากปฏิกิริยา Nitroaldol ระหว่าง Benzaldehyde กับ Nitroethane สุดท้ายจะลงเอยด้วยอะไร

ถ้าเราลองไล่การเกิดปฏิกิริยาตามรูปที่ ๒ ข้างบน (ผมเขียนขึ้นเองโดยเลียนแบบรูปที่ ๑ นะ) เริ่มจาก

(1) เริ่มจากปฏิกิริยา Nitroaldol ระหว่าง Benzaldehyde กับ Nitroethane โดยมีเบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นที่มีทั้งหมู่ -NO₂ และ -OH

(2) จากนั้นทำการกำจัดหมู่ -OH ด้วยปฏิกิริยา Dehydration จะเกิดพันธะคู่ -C=C-

(3) จากนั้นทำการรีดิวซ์พันธะคู่ -C=C- และหมู่ -NO₂ ด้วยปฏิกิริยา Reduction (ระวังอย่าให้วงเบนซีนถูกรีดิวซ์ไปด้วย) พันธะคู่ -C=C- จะกลายเป็นพันธะเดี่ยว -C-C- และหมู่ -NO₂ จะกลายเป็นหมู่ amino -NH₂ และได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ปรากฏในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดง

อันที่จริงผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้จะมีไอโซเมอร์แบบ Enantiomer เพราะมีอะตอม C ที่เป็น chiral centre อยู่หนึ่งอะตอม คืออะตอม C ตัวที่มีหมู่ -NH₂ และ -CH₃ เกาะอยู่ (อีกหมู่คือ -H)

คุ้นหน้าไหมว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดงคือสารอะไร ถ้านึกไม่ออกก็ลองย้อนกลับไปดูรูปที่ ๖ ของ Memoir ฉบับที่แล้วดูเอาเองก็แล้วกัน (Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๒๙ วันเสาร์ที่ ๓๑ มีนาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "ปฏิกิริยา Dehydroxylation"

อย่างนี้จะสรุปได้ว่างานวิจัยของกลุ่มเราสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ได้ไหมเนี่ย

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๓ (ตอนที่ ๒๓) MO Memoir : Monday 26 March 2555

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เป็นการบันทึกแนวทางการเขียนวิทยานิพนธ์จากการประชุมย่อยในช่วงบ่ายวันจันทร์ที่ผ่านมา

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ ตอนที่ ๓๕ MO Memoir : Sunday 11 September 2554

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog