T.C. ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HALKA-ZİNCİR-HALKA TAUTOMERİK DİNAMİK KOMBİNATORYAL KÜTÜPHANE SENTEZLERİNDE LİNEER SERBEST ENERJİ İLİŞKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI ÇAĞDAŞ AKSOY YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA ANABİLİMDALI BURSA-2008 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖZET i ABSTRACT ii ŞEKİLLER DİZİNİ iii ÇİZELGELER DİZİNİ vi KISALTMALAR DİZİNİ vii FORMÜLLER TABLOSU viii 1. GİRİŞ 1 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 2 2.1 LİNEER SERBEST ENERJİ İLİŞKİLERİ 2 2.1.1 Lineer Serbest Enerji İlişkilerinin Tanımı 2 2.1.2 Hammett Eşitliği 6 2.1.2.1 Hammett sabitleri 8 2.1.2.2 Reaksiyon sabitleri 9 2.1.3 Taft Eşitliği 11 2.1.4 Hansson Eşitliği 12 2.2 DİNAMİK KOMBİNATORYAL KÜTÜPHANE 13 2.2.1 Dinamik Kombinatoryal Kütüphane Nedir? 13 2.2.2 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin Tarihçesi 14 2.2.3 Dinamik Kombinatoryal Kütüphaneyi Oluşturan Şartlar 16 2.2.4 Kütüphane Üyeleri Arasındaki Etkileşimler 17 2.2.4.1 Kütüphane üyelerinin toplanma çeşitleri 17 2.2.4.2 Kütüphane üyelerinin etkileşim türleri 19 2.2.5 Kütüphane Üyeleri ile Metaller Arasındaki Etkileşimler 21 2.2.6 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin Başlıca 22 Uygulama Alanları Sayfa No 2.2.6.1 Sentetik reseptörler 22 2.2.6.2 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanelerden 25 katalizörler 2.2.6.3 Biomoleküllerden ligandlar 26 2.2.6.4 Sensörler 26 2.3 NİTRONLAR 27 2.3.1 Nitronların Tanımı 27 2.3.2 Halkalı Nitronların Sentezleri 28 2.4 SÜPER ASİTLER 30 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 31 3.1 ÇALIŞMADA KULLANILAN CİHAZLAR 31 3.2 ÇALIŞMADA KULLANILAN KİMYASALLAR 31 3.2.1 Analitik Saflıktaki Kimyasallar 31 3.2.2 Sentezlenen Bileşikler ve Sentezleri 32 3.2.2.1 Nitron sentezi 32 3.2.2.2 INO [İmidazolidin-1-ol, nitron ve oksadiazinan] 33 sentezi 3.2.2.3 AHA [N-(2-(hidroksiamino)-2-feniletil)-4- 34 metoksibenzenamin] sentezi 3.2.2.4 AHA ile bazı aldehitlerin etkileşimleri 35 3.2.2.5 INO’nun CF3SO3H beraberinde aldehitlerle 37 etkileşimi 3.2.2.6 Gaz Kromatografisi analizlerinde kullanılan 38 metot 4. TARTIŞMA VE SONUÇ 39 4.1 INO BİLEŞİKLERİNİN ELDE EDİLME REAKSİYONU 39 4.2 AHA BİLEŞİĞİNİN ELDE EDİLME REAKSİYONU 40 4.3 INO VE ALDEHİT ETKİLEŞİMİNİN İNCELENMESİ 40 4.3.1 INO Temelindeki DKK ile Aldehitlerin Dengesi 40 Sayfa No 4.3.2 Denge Halindeki DKK’ye Zn2+ Etkisi 46 4.3.3 INO Temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde 49 aldehitlerle olan dengesi 4.4 SONUÇ 51 KAYNAKLAR 52 EKLER 54 TEŞEKKÜR 58 ÖZGEÇMİŞ 59 i ÖZET Halka-Zincir-Halka Tautomerik Dinamik Kombinatoryal Kütüphane Sentezlerinde Lineer Serbest Enerji İlişkilerinin Araştırılması İmidazolidin-1-ol, nitron ve oksadiazinan (INO) halka-zincir-halka tautomerik karışımının (INOAr-X(Y)) hidroksilamin hidroklorür ile muamelesinden hidroksiaminoamin hidroklorür ve buna karşılık gelen oksim oluşur. 5 farklı sübstitüe aldehitin (her biri kütüphanedeki amin ile eşdeğer mol oranında olmak üzere) eklenmesiyle Dinamik Kombinatoryal Kütüphane (DKK) oluşturulmuştur. Aldehitlerin konsantrasyonları 25oC’de 20 saatlik dengeye ulaşma süresinden sonra GC/MS ile kromatografik olarak ölçülmüştür. DKK’deki ana denge INOAr-X ile INOAr-Y’nin birbirlerine dönüşümleri olarak tanımlanmıştır. (Burada X ve Y aldehitin aromatik halkasına bağlı sübtitüentleri ifade eder). Böylece KXY=[INOAr-Y][X- ArCHO]/[INOAr-X][Y-ArCHO] denge sabitleri hesaplanmış ve Hammett sabitleri ve kombinasyonları ile ilişkilendirilmiştir. Aldehitlerin kütüphane içindeki reaksiyona yatkınlıkları şu şekilde belirlenmiştir: p-NO2 > m-NO2 > p-Cl > p-H > p-MeO. Aynı şekilde, F3CSO3H beraberindeki INO ve aldehit karışımında, benziliden değişimine dayanan ikinci bir kütüphane oluşturulmuştur. Zn(II) nin kütüphaneye kalıp olarak eklenmesi sübtitüent etkisinde değişime neden olmuş ve σI ile kurulan Hammett korelasyonları daha iyi sonuçlar vermiştir. Halka-zincir-halka tautomerik karışımlarında (INOAr-X(Y)) asit beraberinde gerçekleşen benziliden değişimleri, kullanılan aldehitlerin çeşitliliği (m) ve INO bileşiklerinin çeşitliliği (n) yanında tautomerik karışımın sahip olduğu denge (l) sayesinde “m x n x l” üyeli daha zengin ve hassas bir kütüphane oluşturulmasını sağlamıştır. ANAHTAR KELİMELER: INO, Nitronlar, Imidazolin-1-ol, Imidazolin-3-oksitler, Oksadiazinanlar, Halka-zincir-halka tautomerleri, Dinamik Kombinatoryal Kütüphane, Lineer Serbest Enerji İlişkileri, Hammett Korelasyonları. ii ABSTRACT An Investigation of Lineer Free Energy Relationships in the Synthesis of Ring- Chain-Ring Tautomeric Dynamic Combinatorial Library The treatment of the ring-chain-ring tautomeric mixture of imidazolidine-1-ole, nitrone and oxadiazinane (INO) with hydroxylamine hydrochloride gives hydroxylaminoamine hydrochloride and the corresponding oxime. The addition of 5 different substituted aldehydes (each equivalent with the amine in the library) provides Dynamic Combinatorial Library (DCL). The concentration of the aldehydes in the equilibrated at 25oC for 20 hours were measured chromatographycally using GC/MS. The mean equilibria in DCL were defined as the interconversions of INOAr-X and INOAr-Y (X and Y represent the substituents on the aromatic ring). Thus KXY = [INOAr-Y][X-ArCHO]/[INOAr-X][INO-ArCHO] equilibrium constants were calculated and correlated with Hammett constants and their combinations. The reactivity order of the aldeydes in the DCL was determined as follows: p-NO2 > m-NO2 > p-Cl > p-H > p-MeO. Analogously, a second library was created based on the benzilydene exchange reaction of INO and aldehyde mixture in the presence of F3CSO3H. Addition of Zinc(II) as a template to the library caused a substituent effect change over and the Hammett correlations produced better results with the corresponding σI constants. Thus the benzylidene exchange reactions of ring-chain-ring tautomeric mixtures (INOAr-X(Y)) in the presence of acids allow to construct a more rich and sensitive to amplification DCLs since the recognition fragment undergo reaction with the modifier group to give l component tautomeric mixture then an mxn DCL matrix produce mxnxl ligands. Keywords: INO, Nitrones, Imidazolidine-1-ole, Imidazoline-3-oxides, Oxadiazinanes, Ring- Chain-Ring Tautomers, Dynamic Combinatorial Library, Lineer Free Energy Relationships, Hammett Correlations. iii ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1.2.1 Farklı sübstitüentlere sahip reaksiyonların log k/σ eğrisi 7 Şekil 2.1.2.2 Farklı mekanizmalara sahip sübstitüentlerin log k/σ eğrisi 8 Şekil 2.1.2.3 Benzoik asitin 25ºC de su içindeki iyonlaşması 9 Şekil 2.2.1.1 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin denge hali ve eklenen bir 14 X maddesi etrafında yeni yapılar tasarlaması Şekil 2.2.2.1 DNA’nın çift sarmal yapısı 15 Şekil 2.2.2.2 Reaksiyon karışımına eklenen Nikel(II) ve oluşan yeni yapı 15 Şekil 2.2.4.1 Kütüphane üyelerinin kovalent olmayan bağlarla birbiri ile 17 etkileşmesi (Sanders ve ark. 2006) Şekil 2.2.4.2 Kütüphane üyelerinin kovalent olmayan bağlarla birbiri ile 17 etkileşmesi ve tekrar kendi içinde toplanması (Sanders ve ark. 2006). Şekil 2.2.4.3 Kütüphaneye eklenen bir misafir molekül yardımıyla evsahibi 17 yapının oluşması (Sanders ve ark. 2006). Şekil 2.2.4.4 Kütüphaneye eklenen bir evsahibi molekül yardımıyla misafir 18 yapının oluşması (Sanders ve ark. 2006). Şekil 2.2.4.5 Dinamik Kombinatorial Kütüphaneye eklenen çeşitli moleküller 18 ve yapıcı moleküllerin kendini düzenlemesi. (Burada; M = Cu(I) or Pd(II); A= H-bağ alıcı acceptor; D = H-bağ verici) Şekil 2.2.4.6 Asimetrik yapılar ve aralarındaki etkileşim (Sanders ve ark. 19 2006) Şekil 2.2.4.7 Asimetrik yapılar ve aralarındaki etkileşime örnek 19 Şekil 2.2.4.8 Simetrik yapılar ve aralarındaki etkileşim (Sanders ve ark. 2006) 20 Şekil 2.2.4.9 Simetrik yapılar ve aralarındaki etkileşime örnek (Siedel ve Dick 1927, Bamberger 1927). 20 Şekil 2.2.4.10 Asimetrik yapılar ve yapıcı molekül dâhilinde aralarındaki 21 etkileşim Şekil 2.2.5.1 25ºC’de metallerin su ile olan yer değiştirmelerindeki hız sabitleri 22 (k) ve ilk koordinasyon küresindeki ortalama süre (τ). (Sanders ve ark. 2006) iv Sayfa Şekil 2.2.6.1 Kloroform çözeltisi içindeki D-Pro-L-Val-D-Val tripeptitini 23 hedef alan yapıcı moleküller (Hioki ve Stil 1998) Şekil 2.2.6.2 Termodinamik kontrol altında klorür anyonu etrafında oluşan 24 siklik yapı (Lehn ve ark. 1999) Şekil 2.2.6.3 Di(8-hidroksiquinolin) ve Ga(III) iyonlarının kendilerini 25 düzenlenmesi ile oluşan kapsül benzeri ligand molekülleri ve bunların metal iyonu ile etkileşimi (Albrecht ve ark. 1999) Şekil 2.2.6.4 Bağlanma yönteminin temsili gösterimi. 26 Şekil 2.3.1.1 Nitronların kanonik şekilleri (Lamchen 1968) 27 Şekil 2.3.1.2 Aldonitronların izomerleri (Ali ve ark. 2000). 27 Şekil 2.3.1.3 N-İzopropil-X-benziliden-N-oksit bileşiklerinin E ve Z 28 izomerleri (Ali ark. 2000) Şekil 2.3.2.1 3,4-Dihidroizokinolin N-oksit sentezi (Petrini ve ark. 1995) 28 Şekil 2.3.2.2 1,4-Diaril 1,2,4-triaril imidazolin 3-oksit sentezi (Coşkun ve 29 Asutay 1999) Şekil 2.3.2.3 İndol 3- ve 2-ilmetil sübstitüe 1-pirolin-1-oksitlerin sentezi 29 (Black ve ark. 1979) Şekil 3.2.2.3 INO’dan hidroksilamin hidroklorür ile AHA eldesi ve aynı 34 çözelti içinde 25 C’de aldehitlerle olan etkileşimi Şekil 3.2.2.5 Denge halindeki aldehit çözeltisine enzim ve Zn2+ 37 eklenmesinden sonra meydana gelen etkileşimler ve seçici yapıların belirlenmesi Şekil 3.2.2.6 INO’nun triflorometansülfonikasit ile yükseltgenmesi ve aynı 37 çözelti içinde aldehitlerle olan etkileşimi Şekil 4.1.1 Nitrondan INO temelinde DKK eldesi 39 Şekil 4.2.1 INO yapısının hidroksilamin hidroklorür ile olan reaksiyonu 40 Şekil 4.3.1.1 INO tautomerleri arasındaki karşılıklı aldehit değişimi 41 Şekil 4.3.1.2 INO temelindeki Dinamik Kombinatoryal Kütüphane içindeki 42 mümkün olan aldehit değişim mekanizmalarının gösterildiği denge yıldızı Şekil 4.3.1.3 LogKXY değerlerinin σY, σX-Y ve σX+Y değerlerine karşılık 45 korelasyonu. v Sayfa Şekil 4.3.1.4 INO temelindeki DKK’de aldehit değişim reaksiyonlarının 46 muhtemel mekanizması. Şekil 4.3.2.1 INO temelindeki DKK’ye Zn+2 eklenmesinden sonra LogKXY(X=H) 48 ye karşılık σI değerlerinin korelasyonu Şekil 4.3.2.2 INO ile Zn2+ kompleksinin muhtemel etkileşim yapısı 48 Şekil 4.3.3.1 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde ayrı ayrı 50 aldehitlerle etkileşimi öncesi ve sonrasındaki konsantrasyon değerleri Şekil 4.3.3.2 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde aldehit 51 karışımı ile etkileşimi öncesi ve sonrasındaki konsantrasyon değerleri vi ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 2.1.1.1 Lineer Serbest Enerji İlişkilerinin farklı eşitliklerdeki 5 değişkenlerin gösterimi Çizelge 2.1.2.1 Hammett sabitleri 9 Çizelge 2.2.1.1 Tersinir reaksiyonlarda kullanılan üç ana bağlanma türünün 13 termodinamik kararlılıkları Çizelge 2.3.1.1 E ve Z nitronların CDCl3 içinde -10 ºC sıcaklıkta kimyasal 28 kayma değerleri (Ali ve ark. 2000) Çizelge 3.2.2.4 Stok aldehit çözeltisi ve kalibrasyonda kullanılan aldehit 35 çözeltileri Çizelge 3.2.2.6 Gaz Kromatografisi Cihazının Fırın Sıcaklık Metodu 38 Çizelge 4.3.1.1 25 oC’de THF-MeOH çözeltisi içindeki INO temelindeki 41 DCL’ye Aldehitlerin eklenmesinden, dengeye ulaşma süresi olan 4 saat sonra GC-MS ile ölçülen konsantrasyon değerleri. Çizelge 4.3.1.2 INO temelindeki Dinamik Kombinatoryal Kütüphane içindeki 43 denge serileri ve bunların Hammett korelasyonları. Çizelge 4.3.1.3 INO temelindeki Dinamik Kombinatoryal Kütüphanede 45 Lineer Serbest Enerji Bağıntıları Çizelge 4.3.2.1 25 oC’de THF-MeOH çözeltisi içinde 1X5 INO temelindeki 47 DCL’ye Zn2+ eklenmesinden, dengeye ulaşma süresi olan 20 saat sonra GC- MS ile ölçülen konsantrasyon değerleri Çizelge 4.3.2.2 INO temelindeki DKK’de çinko (II) beraberinde denge serileri 47 Çizelge 4.3.3.1 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde ayrı ayrı 49 aldehitlerle etkileşimi sonrasındaki konsantrasyon ve KXY değerleri Çizelge 4.3.3.2 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde aldehit 50 karışımı (p-Cl, p-MeO, p-NO2, m-NO2) ile etkileşimi sonrasındaki konsantrasyon değerleri vii KISALTMALAR DİZİNİ IR Infrared (Kızılötesi) Spektroskopisi NMR Nükleer Manyetik Rezonans THF Tetrahidrofuran GC Gaz Kromatografisi GC/MS Gaz Kromatografisi/Kütle Spektrometresi DKKmy Dinamik Kombinatoryal Kimya DKK Dinamik Kombinatoryal Kütüphane TFMSA Triflorometansülfonik asit INO İmidazolidin-1-ol, nitron ve oksadiazinan tautomerik karışımı AHA N-(2-(hidroksiamino)-2-feniletil)-4-metoksibenzenamin [aminohidroksilamin] viii FORMÜLLER TABLOSU 1 1. GİRİŞ Dinamik Kombinatoryal Kimya (DKKmy), kombinatoryal kimyanın yapabileceklerine, termodinamik kontrol altında tersinir kovalent kimyayı kullanarak türettiği kombinatoryal kütüphanelerle yeni bir boyut kazandırmıştır. Kütüphane üyelerinin birbiriyle denge halinde olması nedeniyle herhangi bir üyenin kararlılığı o kütüphanenin toplam dengesinin termodinamik ifadesi ile mümkündür. İminler bir dinamik kombinatoryal çalışmada ilk kez 1997 yılında Huc ve Lehn tarafından kullanılmışlardır. Huc ve Lehn, karbonik anhidraz varlığında derişimleri değişen bir imin sanal kombinatoryal kütüphanesi tanımlamışlardır. Oksim ve hidrazon halindeki kararlı iminler, inert ürünler oluşturmaları ve ortamdaki diğer maddelerin miktarlarını, geometrilerini ve elektron yapılarını değiştirmediği için Dinamik Kombinatoryal Kimyada önemli bir ilgi alanı olmaya devam etmektedirler. Eliseev ve arkadaşları, DKK oluşturmada O-aril ve O-alkil oksimlerin kullanılabilirliğini keşfetmişlerdir. Dinamik Kovalent Kimyanın ilerlemesi için gerekli en önemli iki çalışma alanı şunlardır: 1) Yeni dinamik kovalent bağların tanımlanması ve 2) Kovalent bağların hızlı değişmesini sağlayan katalizörler geliştirilmesi. İşte bu çalışmada, yukarıda bahsedilen şekilde bir kütüphane oluşturmak için ilk olarak anisidin çıkışlı bir nitron elde edilmiş (Coşkun ve Asutay 1997), devamında NaBH4 (Sodyumborhidrür) kullanılarak nitron INO halka-zincir-halka tautomerik karışımına dönüştürülmüştür. INO Halka-zincir-halka tautomerik karışımları aldehitlerle etkileşebilecek şekilde indirgenmiş, indirgeme yöntemi olarak ise hidroksilamin- hidroklorürün kullanıldığı reaksiyondan yararlanılmıştır. (Coşkun ve Asutay 2007). Daha sonra çözeltiye aldehit eklenerek aldehitlerin INO tautomerik yapısına olan katılma yatkınlıkları incelenmiş ve bu doğrultuda denge ifadeleri türetilmiştir. Ayrıca Zn(II) nin aldehitlerin INO tautomerik yapısına katılmasındaki dengeye olan etkisi ile kuvvetli asit beraberinde INO-Aldehit dengesi de bu çalışma kapsamında incelenmiştir. 2 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Lineer Serbest Enerji İlişkilerinin Tanımı 2.1.1 Lineer Serbest Enerjinin Tanımı Kimyanın en önemli amaçlarından biri, substrat yapısı, reaksiyona giren maddenin yapısı ve reaksiyon ortamı gibi birçok değişken içerisinde, reaktivitenin nelere bağlı olduğunu anlayabilmektir. Bu nedenle reaksiyonun bir veya birkaç değişkeni değiştirilip diğerleri sabit tutulmak suretiyle bir takım bağıntılar kurulmaya çalışılmıştır. Bu aynı zamanda çok karmaşık reaksiyon verilerini bizim için öngörülebilir bir hale getirmeyi amaçlamaktadır. Bu bağıntıların en genel şekli, (A) ile sembolize edilen bir reaksiyonun hızı veya denge sabitlerinin logaritmaları ile aynı reaksiyon şartlarında ve aynı temel yapıda reaktan içeren (B) ile sembolize edilen diğer bir reaksiyonun hızı veya denge sabitlerinin logaritmalarının lineer olarak ilişkilendirilmesidir. Doğrusallığı sağlayabilmek için her bir reaksiyon türü için reaksiyona giren bir madde serisi ile çalışılmaktadır. Genel bağıntı aşağıda gösterildiği şekildedir (Bkz. 2.1.1a): log kB = m.log kA + c (2.1.1a) Burada kA ve kB, Reaksiyonların hız sabitleri veya denge sabitlerini, m, Eğimi, c, Doğrunun ekseni kestiği yeri, ifade eder. Denge sabitinin (K) logaritması, standart serbest enerji değişimi (∆Fº) ile doğru orantılı olduğundan, log K = - (∆Fº / 2.3RT) (2.1.1b) Ayrıca hız sabitinin (k) logaritması da aktivasyonun standart serbest enerjisi (∆F*) ile doğru orantılı olduğundan, 3 log k = log (RT / Nh) - (∆F* / 2.3RT) (2.1.1c) olarak gösterilir. Eşitlik-2.1.1a, standart serbest enerji değişimleri arasındaki lineer bağıntılara denk olduğundan aşağıdaki şekilde de gösterilebilir. FB = m'∆FA + c' (2.1.1d) Reaktivite üzerine etki eden faktörlerin tanımlanmasında, A reaksiyonunun standart serbest enerji değişimi (∆FA) x, y, vb. bağımsız değişkenlerin fonksiyonu olarak gösterilebilir. Sabit sıcaklıktaki standart serbest enerji değişimi aşağıdaki şekilde gösterilebilir. d ∆FA = (δ∆F A A / δx)Tδx + (δ∆F / δy)Tδy + … (2.1.1e) X değişkeninin değerinin x0 ile xi arasında değiştiği varsayıldığında, serbest enerji değişimi aşağıdaki şeklini alır. ∆F A i – ∆F A 0 = (δ∆F A / δx)T (xi – x0) (2.1.1f) Eşitlik-2.1.1f ∆FA ile x arasındaki lineer ilişkiyi gösterirken, Eşitlik-2.1.1b ve Eşitlik-2.1.1c’nin tekrar yorumlanmasıyla birlikte logk ve x arasındaki lineer ilişkiyi de ortaya çıkarır. log (ki / k0)A = g A z (x0 – xi) / 2.303RTA (2.1.1g) log (k Bi / k0)B = gz (x0 – xi) / 2.303RTB (2.1.1h) Burada k, Hız veya denge sabitini, g, Aktivasyonun standart serbest enerjisini veya standart serbest enerji değişimini, ifade eder. 4 Eşitlik-2.1.1b ve Eşitlik-2.1.1c’nin birbirleri ile ilişkilendirilmesi sonucunda A ve B reaksiyonları arasında bir lineer serbest enerji bağıntısı türetilmiş olur. log (ki / k0)B = (g B x TA / g A x TB).log(ki / k0)A (2.1.1i) Reaksiyonlardan biri standart olarak alınırsa, Eşitlik-2.1.1i iki parça halinde yazılabilir. Bunlardan ilki, log (ki / k0)A ≡ Xi (2.1.1j) olup, sadece x değişkenindeki değişime bağlıdır. İkincisi ise, (g B A AB x TA / gx TB) = Gx (2.1.1k) olup, sadece reaksiyonun doğasından ve şartlarından kaynaklanan değişime bağlıdır. Son iki eşitliğin, Eşitlik-2.1.1i’de yerine koyulması ile de, log (ki / k ) = X .G AB 0 B i x (2.1.1l) ifadesi elde edilmiş olur ki bu ifade Hammett eşitliğinin temelini oluşturan lineer serbest enerji bağıntısının gösterimidir. Lineer Serbest Enerji İlişkilerinin farklı eşitliklerdeki gösterimleri aşağıdaki tabloda verilmiştir (Bkz. Çizelge 2.1.1.1). 5 Çizelge 2.1.1.1 Lineer Serbest Enerji İlişkilerinin farklı eşitliklerdeki değişkenlerin gösterimi Bağıl Düzeltme Eşitlik reaktivitenin X AB ABi Gx Yi Gy faktörü korelasyonu Hammett σ ρ --- --- --- Modifiye σ+ veya edilmiş - ρ --- --- --- σ Hammett Taft σ* ρ* --- --- --- Modifiye σ* ρ* --- --- ψ edilmiş σ* ρ* Es δ --- Taft Hansson s1 + s2 τ --- --- t Grunwald- Y m --- --- --- Winstein Modifiye Grunwald- Y m N l --- Winstein Bronsted log Kα α --- --- --- Swain- e s n s′ --- Scott Swain- Mosely- d1 c1 d2 c2 --- Bown Edwards P A H B --- Değişkenlerin Tanımlamaları σ ≡ -H yerine gelen sübstitüentin elektrostatik ve elektronik etkisi σ* ≡ -CH3 yerine gelen sübstitüentin elektrostatik ve elektronik etkisi Es ≡ -CH3 yerine gelen sübstitüentin sterik etkisi s1, s2 ≡ Sübstratın yapısal parametresi Y ≡ %80 etanol çözeltisi yerine kullanılan çözücünün iyonlaştırma gücü N ≡ %80 etanol çözeltisi yerine kullanılan çözücünün nükleofilliği e, d1 ≡ Su yerine kullanılan çözücünün elektrofilliği n, d2 ≡ Su yerine kullanılan çözücünün elektrofilliği P ≡ Su yerine kullanılan çözücünün polarlanabilirliği H ≡ Su yerine kullanılan çözücünün bazikliği ψ ≡ Rezonans düzeltme faktörü t ≡ Sterik düzeltme faktörü 6 2.1.2. Hammett Eşitliği Organik Kimya için çok önemli bir yer tutan Hammett eşitliği, reaksiyon hızları ve denge sabitlerine bağlı bir serbest enerji ilişkisini ifade eder. Bu eşitlik, birbirlerine göre -meta ve –para konumunda bulunan benzoik asit türevlerinin bulunduğu birçok reaksiyon için geçerli olup, sübstitüent sabiti ve reaksiyon sabiti olmak üzere iki sabit içerir. Bu eşitlik Louis Plack Hammett adlı bir kimyacının 1935 yılındaki bir yayınında belirttiği gözlemlere dayanarak 1937 yılında geliştirilmiş ve yayınlanmıştır. 1940 yılına gelindiğinde Hammett bu çalışmasını 52 reaksiyon serisi üzerinde yapmış ve tüm deney sonuçlarının en fazla %15 hata ile birbiri ile uyumlu olduğunu belirlemiştir (Hammett, L. P. 1940). Jaffe ise 1953 yılına kadar 204 ayrı reaksiyon üzerinde Hammett eşitliğini denemiş ve benzer sonuçlara ulaşmıştır. Bu eşitliğin doğmasındaki temel fikri Hammett şöyle açıklamaktadır: “Her ikisi de aromatik reaktan ihtiva eden herhangi iki reaksiyonda, sübstitüentin değişimiyle birlikte meydana gelen Serbest Aktivasyon Enerjisindeki değişim Gibbs Serbest Enerjisi ile doğru orantılıdır.” Hammett eşitliğinin basit hali şu şekildedir: Log (K/Ko) = σ.ρ (2.1.2a) Burada K, R sübstitüentli bir reaksiyonun denge sabitini, Ko, R sübstitüentinin H olduğu referans denge sabitini, σ, Sadece R sübstitüentine bağlı sabiti, ρ, Sadece reaksiyon türüne bağlı sabiti, ifade eder. Bu eşitlik aynı zamanda sübstitüe benzen türevleri ihtiva eden bir dizi reaksiyonun hızları (k) için de geçerlidir. Log (k/ko) = σ.ρ (2.1.2b) Burada ko, Sübstitüe olmayan reaktan içeren referans reaksiyonun hızını, 7 k, Sübstitüe reaktan içeren reaksiyonun hızını, ifade eder. Bu iki eşitlik birbirine eşitlendiği zaman görülecektir ki, herhangi bir denge reaksiyonunda sübstitüentleri değiştirdiğimiz zaman log(K/KO)‘a karşılık çizilecek log(k/kO) grafiği bir doğru şeklinde olmaktadır. Benzen sistemleri sahip olduğu sertlik ve diğer geometrik özellikler nedeniyle meta- ve para- konumlarında iken sterik etkiden uzaktırlar. Bu durum diğer aromatik ve heterosiklik sistemler ile bazı asiklik sistemlerde de mevcuttur. Deneysel gözlemler sonucunda meta- ve para- sübstitüent etkilerinden hesaplanan sigma değerleri ile aynı doğru üzerinde bir ilgileşim gözlenmiştir. Aslında Hammett ile yapılan kayıt edilmiş veriler kullanılarak yeni verilerin tahmin edilmesinin sağlanmasıdır. Bunun için her bir sübstitüent için bir sigma değeri gerekmektedir. Bu değerlerle de bilinmeyen hız sabitleri hesaplanabilmektedir. Lineer Serbest Enerji ilişkilerinin temel gereksinimlerinden biri reaksiyon serilerinin mekanizmalarının değişmemesidir. Mekanizmalardaki değişiklik, sübstitüentin log(k) ile olan etkisinde farklılığa ve bu da Hammett lineer eğrisinde keskin bir devamsızlığa yol açar (Bkz. Şekil 2.1.2.1). Şekil 2.1.2.1 Farklı sübstitüentlere sahip reaksiyonların log k/σ eğrisi Aslında bu değişim mekanistik değişimlerin tanınmasında Hammettin sağladığı önemli bir uygulama alanıdır. Daha sık görülen bir durum olarak log(k) ya karşılık çizilen σ değerleri bir eğri şeklinde olmaktadır (Bkz. Şekil 2.1.2.2). a ve b değerlerinin doğrudan bariz bir şekilde saptığı bu şekildeki bir eğri ise reaksiyon mekanizmalarının 8 farklı oldukları şeklinde yorumlanmaktadır. Fakat orantılı bir eğri, reaksiyonlar arasında devam eden bir mekanizma değişiminin göstergesi olabilir. Şekil 2.1.2.2 Farklı mekanizmalara sahip sübstitüentlerin log k/σ eğrisi Hammettin türettiği eşitliğin modifiye edilmemiş basit hali, sübstitüentin polar etkisi, sterik etki ve doğrudan rezonans etkileşimlerini hesaba katmamaktadır. Entalpi ve entropi değişimleri nedeniyle Hammett eşitliği sadece izoentropik reaksiyon serileri arasında geçerlidir. Fakat reaksiyon serilerinin çoğunda entropinin değiştiği bilinen bir gerçektir. Bu durum Leffler tarafından araştırılmış ve Leffler denediği birçok reaksiyonda entalpi ve entropi ya da aktivasyon enerjisi ve eksponansiyel faktörler arasında lineer bir ilişki olduğunu saptamıştır (Leffler 1957). Taft ise entropi değişimlerini dikkate alan yine Hammett temelindeki bir eşitlik tanımlamıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda Hammett eşitliğinin lineerlikten sapma gösterdiği bazı durumlar şöyle tanımlanmıştır. Özellikle anilinlerin, fenollerin ve çekirdek yer değiştirmenin olduğu reaksiyonlarda, reaksiyon merkezi ile sübstitüent arasında meydana gelen doğrudan bir konjugasyon sapmanın nedenlerinden biridir. 2.1.2.1 Hammett Sabitleri Hammett sabitlerinin (Sübstitüent sabitlerinin) atanmasında, benzoik asitin 25ºC de su içindeki iyonlaşması baz alınmış ve bu doğrultuda denge halindeki sübstitüent sabiti ve reaksiyon sabiti 1 olarak kabul edilmiştir. 9 Şekil 2.1.2.3 Benzoik asitin 25ºC de su içindeki iyonlaşması Sübstitüent sabiti ve reaksiyon sabitinin 1 olduğu durumda, R ve RI değerlerinin hidrojen (–H) olduğu yani sübstitüe olmadığı durumdur. KO için bir değer olduğuna göre artık aynı yöntemle R’yi değiştirerek -para sübstitüent sabitlerini, RI’yi değiştirerek ise –meta sübstitüent sabitlerini hesaplamak mümkündür. Hammett’in 1937 yılında deneysel verilere dayanarak hesapladığı sabitler aşağıdaki tabloda verilmiştir (Bkz. Çizelge 2.1.2.1). Çizelge 2.1.2.1 Hammett sabitleri Sübstitüent -para etkisi -meta etkisi Amin (NH2) -0.660 -0.161 Metoksi (OCH3) -0.268 +0.115 Etoksi (OC2H5) -0.250 +0.150 Dimetilamino (C2H6N) -0.205 -0.211 Metil (CH3) -0.170 -0.069 (H) 0 0 Flor (F) +0.062 +0.337 Klor (Cl) +0.227 +0.373 Brom (Br) +0.232 +0.393 İyot (I) +0.276 +0.353 Nitro (NO2) +0.778 +0.710 Siyano (CN) +1.000 +0.678 2.1.2.2 Reaksiyon Sabitleri Reaksiyon sabitleri, standart olarak kabul edilen bir reaksiyona göre diğer reaksiyonların sübstitüent değişimlerine verdiği tepkilerin oranlanmasıyla hesaplanırlar. Bekkum, Verkade ve Wepster (Van Bekkum H. ve ark. 1959) ile Taft ve Lewis birçok reaksiyon serisi üzerinde çalışarak bunların reaksiyon sabitlerini ayrı ayrı hesaplamışlardır. Bu reaksiyon serilerinden bazıları sıcaklık ve çözücü şartlarını da içermektedir. 10 Sübstitüentlerin polar etkilerini ölçerek hesaplanan sigma değerleri sayesinde, belirli reaksiyon serileri için elektrostatik ve elektronik etkileri barındıran reaksiyon sabiti (Rho) değerlerinin tanımlanması da mümkün olmaktadır. Sigma değerlerinin atanmasındaki tanımdan yararlanarak da şu iki genelleme yapılabilir: a) Elektron çekici unsurlarca yürütülen reaksiyonlar pozitif Rho değeri alırlar, b) Elektriksel etkilere benzoik asitin su içindeki ayrışmasından yönden bağımsız olarak daha fazla etkilenen reaksiyonlar mutlak değer olarak daha büyük Rho değeri alırlar. (Bu genellemelerin bazı sınırlamaları vardır) Herhangi bir reaksiyon serisi için reaksiyon sabitinin gösterimi şu şekildedir: ρA = G A x = T A 0 / TA x (δ∆F /δx)T / (δ∆F 0/δx)T (2.1.2.2) x yerine deneysel olarak hesaplanan sigma değerinin konulmasıyla eşitliğimiz, ρA = T A 0 0 / TA x (δ∆F /δσ)T / (δ∆F /δσ) = G / T x (δ∆F A T 0 A /δσ)T (2.1.2.3) şeklini alır. G0 değerinin seçilen standart reaksiyona bağlı bir sabit olduğu ve (δ∆FA/δσ)τ değerinin sıcaklıktan bağımsız olduğu düşünülürse, ρA1 / ρA2 = T2 / T1 (2.1.2.4) şeklinde reaksiyon sabitleri ile sıcaklık arasındaki doğru orantı tanımlanmış olur (Taft R.W. 1956). Reaksiyon serilerinde genel olarak görülen 3 tip davranış vardır: a) Izoentropik seriler (δ∆S/δσ)T = 0: Bu davranış tipi için en göze çarpan örnek, sübstitüe benzoat esterlerinin sabunlaşmasıdır ve Eşitlik 2.1.2.4 bu tür reaksiyonlarda çok yüksek öngörü ile çalışır. b) Izokinetik seriler: Bu reaksiyonlarda ∆H ve ∆S birbiriyle doğrusal olarak orantılıdır. 11 c) ∆H ve ∆S değerlerinin bağımsız olduğu seriler: Bu davranışı gösteren iki reaksiyon tipi vardır. Bunlardan biri standart bir reaksiyon olan ve elektron çekici grup içeren benzoik asitin ayrışmasıdır. Reaksiyon sabitlerinin çözücüye göre değişimi için ise Kilpatrick tarafından şu eşitlik ileri sürülmüştür: log (K/K0) = log (K/K0)D-∞ + L/D (2.1.2.5) Burada L, Sübtitüentin özelliğini, D, Çözücünün dielektrik sabitini, ifade eder. Reaksiyon sabitlerinin çözücüler için karşılaştırılması ile de, ρA = ρ0 + (L'/DA) (2.1.2.6) şeklindeki eşitlik elde edilir. Reaksiyon ortamına etki eden değişkenlerin sayısı fazla olsa da bazı basit reaksiyonlar için Eşitlik 2.1.2.6 reaksiyon sabitlerinin hesaplanmasında doğru sonuç vermektedir. Ayrıca aromatik halkaya bağlı yan zincirlerin reaksiyon merkezine olan etkilerini moleküler orbital teorisi kullanarak açıklamak (Jaffe H.H. 1953) ve bu sayede Rho değerlerini hesaplamak için ortaya atılan teoriler ise deneysel sonuçlarla tam bir uyum sergileyememektedir. 2.1.3 Taft Eşitliği Hammett Eşitliği birçok reaksiyonda para- ve meta- sübstitüe bileşikleri için doğru sonuç verirken, orto- yapılardaki sterik etki dolayısıyla çoğunlukla yanılmaktadır. Taft eşitliği ise reaksiyon türlerinin esterleşme ve ester hidrolizi ile sınırlandırılması şartı ile alifatik ve orto- sübstitüe yapılar için de doğrusal sonuç vermektedir. log (k/ko) = f.A (2.1.3.1) Burada k, Reaksiyon serisindeki esterin hız sabitini, 12 ko, Reaksiyon serisindeki estere karşılık gelen asetatın hız sabitini, f, Taft sabitini, A, Sübstitüent sabitini, ifade eder. Ingold’un önerisine göre, asit-baz katalizli reaksiyonların hız sabitlerinin oranları (kA/kB) prensip olarak sübstitüentin polar etkisi ile orantılı olmalıydı (Ingold 1930). Taft bu öneriyi geliştirerek şu eşitliği türetti: log (k/ko)B - log (k/ko)A = 2.48σ* (2.1.3.2) Taft burada σ* ile alifatik ve orto-sübstitüe aromatik yapıların sübstitüent polar etkisini hesaba katan bir bağıntı kurmaktaydı. Bağıntıda asit katalizli esterleşme veya hidroliz reaksiyonlarının bağıl hız sabitlerinin çoğunlukla sterik etki ve rezonans etkisi altında gerçekleştiği ve bu etkilerin aynı reaksiyonun baz katalizli karşılığı içinde aynı olduğu öngörülmekteydi. Hammettin ρ değerleri, asit katalizli reaksiyonların polar etkiden neredeyse bağımsız yürüdüğü tezini destekliyordu. 2.1.4 Hansson Eşitliği log (k/ko) = τ.(Sa+So) + t (2.1.4.1) Burada k, Reaksiyon serisindeki esterin hız sabitini, ko, Reaksiyon serisindeki herhangi bir amin ve epoksitin hız sabitini, τ, Reaksiyona dayalı sabiti (Aminlerin 20ºC deki su içerisinde epoksitlerle olan reaksiyonu için 1 alınır), Sa, Aminin ve epoksitin yapısına dayalı sabiti (Amonyak için 0 alınır), So, Aminin ve epoksitin yapısına dayalı sabiti (Etilenoksit için 0 alınır), t, Trimetilamin ve trietilamin reaksiyonlarındaki sterik etkinin dikkate alındığı düzeltme faktörünü, ifade eder. 13 2.2 DİNAMİK KOMBİNATORYAL KÜTÜPHANE 2.2.1 Dinamik Kombinatoryal Kütüphane Nedir? “Kuvvetli bağ yapanlar hayatta kalır, zayıf bağ yapanlar ise ölürler.” Bu söz Dinamik Kombinatorial Kimyanın temelini oluşturur diyebiliriz. Dinamik Kombinatorial Kütüphanelerde (DKK), tüm kütüphane üyeleri tersinir reaksiyon verebilecek şekilde bir denge halindedirler. Denge halindeki kütüphaneye eklenecek bir kalıp, kütüphane elemanlarının kuvvetli bağ verecek yönde artmasına neden olacaktır. Tersinir reaksiyonlarda kullanılan üç ana bağlanma türünün termodinamik kararlılıkları aşağıdaki tabloda verilmiştir (Bkz. Çizelge 2.2.1.1). Çizelge 2.2.1.1 Tersinir reaksiyonlarda kullanılan üç ana bağlanma türünün termodinamik kararlılıkları Etkileşim Enerji (kJ/mol) Yatkınlık Kovalent bağlar 150-800 Düşük 1. sıra a 80-350 Yüksek Koordine kovalent 2. sıra a 80-350 Orta bağlar 3. sıra a 80-350 Düşük Hidrojen bağları 0-20 Yüksek a Periyodik cetvelin d bloğundaki metallerin yeri (3d-5d) Bir molekül veya anyon üzerinde seçici bir ligand veya molekül tasarlamaya çalışıldığı ve yoğun uğraşlar sonunda bunun başarıldığı düşünülsün. Fakat tüm çalışmalara rağmen beklenenin aksine sentezlenen bu ev sahibinin o molekül için seçici olmadığı fark edildiğinde aynı çalışmaların hedeflenen amaca ulaşılmasını sağlayacak başka yapılar için tekrarlanması gerekecektir. İşte bu alternatifin baştan ele alınmasını sağlayan yöntem dinamik kombinatorial kütüphane metodudur. Bu metotta molekülü araştırmacı değil misafir veya ev sahibi molekülün kendi tasarlar (Bkz. Şekil 2.2.1.1). 14 Şekil 2.2.1.1 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin denge hali ve eklenen bir X maddesi etrafında yeni yapılar tasarlaması Dinamik Kombinatoryal Kütüphanedeki üyeler bir dizi reaksiyon ile birbirlerine bağlıdırlar, dolayısıyla birinin kararlılığı diğer üyelerinde kararlılığını etkiler. Kütüphanenin net dengesi, tüm üyelerin termodinamik kararlılıklarının toplamı olarak gösterilir. DKKmy’nın geleneksel kombinatoryal kimyaya karşı olan avantajı kovalent olmayan etkileşimlerin çok kuvvetli olmaması sayesinde sağlanan etkin molekül düzenlemesidir. Yani reaksiyon dengesi üzerinde araştırmacının eklediği bileşiklerin veya reaksiyon şartlarında yaptığı değişikliklerin etkisi yüksek olacaktır. 2.2.2 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin Tarihçesi Bu yöntemin temelleri ilk defa 19. yüzyılda Emil Fischer’in karbonhidratlar üzerindeki çalışmaları ve Werner’in koordinasyon kompleksleri üzerindeki çalışmaları ile atılmıştır. Dinamik Kombinatorial Kimyanın uygulamalarındaki dönüm noktası olarak adlandırabilecek gelişme Watson ve Crick’in 1953 yılında DNA sarmalının sentezi sırasındaki etkileşimi keşfetmeleridir. DNA’nın kendini eşlemesi sırasındaki 15 moleküllerin karşılıklı uyumu araştırmacılara bunun sentetik reaksiyonlarda da uygulanabileceği fikrini vermiştir. Şekil 2.2.2.1 DNA’nın çift sarmal yapısı Her ne kadar 1932 yılında phythalocyaninlerin metal-iyon kalıp etkisi ile sentezi gözlendiyse de, bu etkinin tam olarak açıklanması 1960lı yıllarda Busch’un yaptığı çalışma ile olmuştur. Busch’un çalışması template etki ile Nikel kullanılarak bir makrosiklik yapı elde etme mantığına dayanıyordu. Burada kullanılan nikel (Ni+2) denge halindeki karışımın sağa doğru kaymasını ve kararlı bir ürün elde edilmesini sağlıyordu. Şekil 2.2.2.2 Reaksiyon karışımına eklenen Nikel(II) ve oluşan yeni yapı 1995 yılında Hamilton, bir metal iyonu etrafındaki tersinir koordinasyondan yararlanarak sentetik reseptörlere kombinatorial yaklaşıma ilk örneklerden birini vermiştir. 16 Aynı yıl Harding, metal-makrosiklik yapıları konuk ilişkisi çerçevesinde detaylı bir şekilde açıklamıştır. Daha sonraları bu çalışmadan bağımsız olarak yapılan benzer çalışmalar ile de bugün kullanılan Dinamik Kombinatorial Kimya (Dynamic Combinatorial Chemistry) adı ortaya çıkmıştır. 1992 yılında yayınlanan bir makalede yeni kemosensörler sentezlemek için daha etkili ve verimli yöntemler geliştirilmesi gerektiği öne sürülmüştü. Bunun içinde denge halindeki bir karışıma bir misafir molekül eklenerek dengenin bu misafirle en iyi etkileşimi veren ev sahibi molekül elde edecek yönde kayması sağlanacaktı. Bu öneri ışığında geliştirilen ve Dinamik Kombinatorial Kimyanın genel düşüncesini yansıtan en uygun çalışmalar 1996 yılında yapılan trans-esterleşme ve disülfür değişimi reaksiyonlarıdır. 1990’lı yıllarda yapılan 120’den fazla biyolojik kütüphane çalışmalarının %79’u 500 ve altı eleman sayılı kütüphane ile gerçekleştirilirken, %6’sı 500-1000 eleman sayılı, %15’i ise 1000’den fazla eleman sayılı kütüphanelerle gerçekleştirilmiştir. 2000’li yıllarda ise eleman sayısı 1000’den fazla olan kütüphanelerin uygulanma oranında bir artış gözlenmiştir. Dinamik Kombinatorial Kütüphane Yönteminin kullanılması son yıllarda özellikle tıp alanında araştırmacıların çok hızlı sonuca ulaşmasını sağlamıştır. 2.2.3 Dinamik Kombinatoryal Kütüphaneyi Oluşturan Şartlar Dinamik kombinatorial kimyanın ana unsuru kütüphane elemanları ile etkileşime giren gruplar arasındaki tersinir reaksiyondur. Bu reaksiyonların belli şartları vardır: 1-Makul bir zaman aralığında tersinir olmalıdır. 2-Reaksiyon dengesi, çözücünün türü, pH, reaksiyonda etkili olan fonksiyonel gruplar gibi seçilen prosesin deneysel koşulları ile uyumlu olmalıdır. 3-Reaksiyon şartları kesin olmalı ve molekül düzenlenmesinde belirleyici olan kovalent olmayan hassas etkileşimleri engellememelidir. 4-Tüm kütüphane elemanları reaksiyon çözücüsü içinde çözünebilir olmalıdır. 5-Reaksiyon kinetik olarak sonlandırılabilmeli, denge anındaki ürünler izole edilebilmelidir. 6-Son olarak kütüphane üyelerinin enerjileri birbirine yakın olmalı, diğerlerinden çok daha kararlı bir ürün verme eğiliminde olmamalıdır. 17 2.2.4 Kütüphane Üyeleri Arasındaki Etkileşimler 2.2.4.1 Kütüphane üyelerinin toplanma çeşitleri Dinamik Kombinatoryal Kütüphane içerisinde bulunan kütüphane üyeleri, birbirleri ile temel olarak dört ayrı şekilde etkileşerek yeni yapılar içeren bir denge oluştururlar (Sanders ve ark. 2006). Kütüphaneyi oluşturmak için gerekli olan bu dört temel etkileşimden bir veya birkaçını sağlayacak kütüphane üyelerinin seçilmesidir. Şekil 2.2.4.1 Kütüphane üyelerinin kovalent olmayan bağlarla birbiri ile etkileşmesi (Sanders ve ark. 2006) Şekil 2.2.4.2 Kütüphane üyelerinin kovalent olmayan bağlarla birbiri ile etkileşmesi ve tekrar kendi içinde toplanması (Sanders ve ark. 2006). Şekil 2.2.4.3 Kütüphaneye eklenen bir misafir molekül yardımıyla evsahibi yapının oluşması (Sanders ve ark. 2006). 18 Şekil 2.2.4.4 Kütüphaneye eklenen bir evsahibi molekül yardımıyla misafir yapının oluşması (Sanders ve ark. 2006). Şekil 2.2.4.3’de verilen ve bir misafir molekül yardımı ile kütüphane üyelerinin ev sahibi şeklinde yeniden yapılanmasını sağlayan yapıya örnek olarak iki üyeli bir kütüphaneden oluşan bir dengeye eklenen iki farklı misafir molekül ile sağlanan halkalı yapılar gösterilebilir (Bkz. Şekil 2.2.4.5). Burada kütüphaneye eklenen metal anyonu sonrasında, kütüphane üyelerinin bu bileşik etrafında kendini yapılandırdığı ve 3 farklı türde halkalı yapılar oluştuğu görülmektedir. Daha karmaşık bir şekilde, kütüphane içinde metal anyonu etrafında dengede bulunan türler üzerinde ile gösterilen misafirin eklenmesiyle de dengenin seçici tek bir yapıya kaydığı Lehn ve arkadaşları (1999) tarafından gösterilmektedir. Şekil 2.2.4.5 Dinamik Kombinatorial Kütüphaneye eklenen çeşitli moleküller ve yapıcı moleküllerin kendini düzenlemesi. (Burada; M = Cu(I) or Pd(II); A= H-bağ alıcı acceptor; D = H-bağ verici) 19 2.2.4.2 Kütüphane üyelerinin etkileşim türleri Kütüphane üyeleri arasındaki simetrik ve asimetrik tersinir bağların oluşturduğu yapılar ve bunların birbirleriyle olan etkileşimleri aşağıdaki şekilde sembolize edilebilir. a) Asimetrik etkileşimler Şekil 2.2.4.6’da gösterildiği gibi, kütüphane üyelerinin farklı uçları ile olan etkileşim asimetrik etkileşim olarak adlandırılmıştır. Şekil 2.2.4.6 Asimetrik yapılar ve aralarındaki etkileşim (Sanders ve ark. 2006) Asimetrik etkileşim türüne örnek olarak Şekil 2.2.4.7’deki bileşiklerinin denge içinde birbirleri ile etkileşerek oluşturacakları halkalı yapı örnek gösterilebilir. Şekil 2.2.4.7 Asimetrik yapılar ve aralarındaki etkileşime örnek 20 b) Simetrik etkileşimler Şekil 2.2.4.8’de gösterildiği gibi, kütüphane üyelerinin eş uçları ile olan etkileşim simetrik etkileşim olarak adlandırılmıştır. Şekil 2.2.4.8 Simetrik yapılar ve aralarındaki etkileşim (Sanders ve ark. 2006) Şekil 2.2.4.9’de 2-aminobenzaldehitin amin ucu ile aldehit ucu metal iyonu etrafında simetrik olarak etkileşmekte ve halkalı yapılar oluşturmaktadır (Siedel ve Dick 1927, Bamberger 1927). Şekil 2.2.4.9 Simetrik yapılar ve aralarındaki etkileşime örnek (Siedel ve Dick 1927, Bamberger 1927). 21 c) Simetrik-asimetrik etkileşim tercihi Şekil 2.2.4.10 Asimetrik yapılar ve yapıcı molekül dâhilinde aralarındaki etkileşim Genel olarak; a) Sert moleküller, yani eğilme özelliği çok az olan moleküller, simetrik etkileşimle kendi aralarında düzenlenmek isteyeceklerdir. b) Eklenecek esnek veya küçük bir yapıcı molekül ise karışık yapıcı moleküllerin kullanıldığı yapıların oluşmasına imkan tanıyacaktır. 2.2.5 Kütüphane Üyeleri ile Metaller Arasındaki Etkileşimler Metal-ligand ilişkilerinin Dinamik Kombinatoryal Kütüphanelerde kullanılabilmesi için metallerle kütüphane üyeleri arasında hızlı bir etkileşim olması şarttır. Metalin türü ve yükü, ligandın sterik ve elektronik etkisi ve ortamdaki diğer bileşikler etkileşim hızını etkileyen en önemli etkenlerdir. Helm ve Merbach, metal ve ligandlar arasındaki yer değiştirme reaksiyonlarının hızı için metal iyonlarının su ile olan yer değiştirme hızlarının o metalin davranışı için bilgi sahibi olmamızı sağlayacağı yönünde önemli bir önermede bulunmuşlardır (Helm ve Merbach 1999). Buna göre metal iyonlarının su ile olan yer değiştirme hızları aşağıdaki tabloda verilmiştir. 22 Şekil 2.2.5.1 25ºC’de metallerin su ile olan yer değiştirmelerindeki hız sabitleri (k) ve ilk koordinasyon küresindeki ortalama süre (τ). (Sanders ve ark. 2006) 2.2.6 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin Başlıca Uygulama Alanları Dinamik Kombinatoryal Kütüphane ev sahibi-misafir ilişkileri çerçevesinde araştırmacıya büyük avantajlar sağlamaktadır. Bu nedenle de kimya araştırmalarındaki kullanımı hızla artmaktadır. Uygulama alanlarından bazıları şunlardır: 2.2.6.1 Sentetik reseptörler Sentetik reseptörler Dinamik Kombinatoryal Kütüphane temelinde 3 farklı şekilde kullanılmaktadır. a) Lineer reseptörler Tek etken uçlu yapıcı moleküller kullanılarak elde edilen bu tür reseptörlere 1998 yılında Hioki ve Still tarafından bildirilen yapı örnek olarak verilebilir. D-Pro-L- Val-D-Val tripeptitinin kloroform içinde tanımlanmasını sağlayan bu çalışmada iki üyeli basit bir kütüphane kullanılmış ve ortamda tripeptit varlığı halinde A-S-S-A homodimerinin söz konusu yapıya bağlandığı belirlenmiştir (Bkz. Şekil 2.2.6.1) 23 Şekil 2.2.6.1 Kloroform çözeltisi içindeki D-Pro-L-Val-D-Val tripeptitini hedef alan yapıcı moleküller (Hioki ve Stil 1998) b) Makrosiklik reseptörler Taç eterlerin1 Pedersen tarafından keşfedilmesinden bu yana makrosiklik yapıların sentetik reseptörler içinde en yaygın olarak kullanıldığı söylenebilir. Literatürde, hidrojen bağları, metal-ligand etkileşimleri, imin değişimi, ester değişimi, alil ester değişimi, hidrazon değişimi2, disülfit değişimi, alken metatesi3 ve asetal değişimi kullanılan birçok makrosiklik reseptör örneği bulunmaktadır (Sanders ve ark. 2006). Makrosiklik reseptörlerin kullanıldığı çalışmalara en güzel örneklerden biri Lehn ve arkadaşlarının (1999) yaptığı ve onların dinamik kombinatoryal kimyaya girmelerini sağlayan geçiş metal iyonları üzerine olan çalışmalarıdır. Bipiridin ve terpiridin ligandları kullanılarak yaptıkları çalışmalar sonucunda geçiş metalleri etrafında 1 Crown ethers 2 Hydrazone Exchange 3 Alkene Metathesis 24 meydana gelen siklik ligand moleküllerine ek olarak, demir II klorür kullanıldığında metal iyonu etrafında oluşan ligand moleküllerinin de bir araya gelerek klorür iyonu etrafında ikinci bir siklik halka şeklinde toplandığı bildirilmiş ve bu durum X-ışını kristal yapısının alınması ile gözlenmiştir (Bkz. Şekil 2.2.6.2). Şekil 2.2.6.2 Termodinamik kontrol altında klorür anyonu etrafında oluşan siklik yapı (Lehn ve ark. 1999) c) Moleküler kapsüller ve benzerleri Kapsül benzeri yapılar ilk olarak 1980li yıllarda Cram tarafından tasarlanmış daha sonraki uygulamalarla da bu yapıların yarı küresel boşlukları üzerine seçici maddelerle çalışılmıştır. Başlangıç niteliğindeki bu çalışmadan sonra birçok araştırmacı 3 boyutlu kafes şeklindeki yapılar üzerinde çalışmalara imza atmışlardır. 25 Moleküler kapsüller tasarlanırken hidrojen bağları, metal-ligand etkileşimleri ve tersinir kovalent kimyadan yararlanılmıştır. Örneğin Albrecht ve arkadaşlarının çalışmasında (1999) etilen köprülü di(8-hydroxyquinoline) ligandları ile Ga(III) iyonlarının metal-ligand etkileşimlerinden yararlanılarak kapsül benzeri yapılar elde edilmiştir. Bu kapsül benzeri yapılar ise uygun katyonlarla muamele edilerek seçici olarak etkileştiği görülmüştür (Bkz. Şekil 2.2.6.3). Şekil 2.2.6.3 Di(8-hidroksiquinolin) ve Ga(III) iyonlarının kendilerini düzenlenmesi ile oluşan kapsül benzeri ligand molekülleri ve bunların metal iyonu ile etkileşimi (Albrecht ve ark. 1999) 2.2.6.2 Dinamik Kombinatoryal Kütüphanelerden katalizörler Enzimlerin sahip olduğu belirgin verim ve seçicilik araştırmacıların çok fazla ilgisini çekse de tüm özellikleri henüz tam anlamıyla ortaya koyulabilmiş değildir. Fakat Dinamik Kombinatoryal Kütüphane kullanılarak birçok seçenek içerisinden en verimli ve en seçicinin tespit edilebilmesini sağlamaktadır. Aynı şekilde katalizörler için 26 de Dinamik Kombinatoryal Kütüphanelerin hazırlandığı çalışmalar yapılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir4. 2.2.6.3 Biomoleküller için ligandlar Dinamik Kombinatoryal Kütüphanelerin şu ana kadar sağladığı faydaların yanında gelecekte de önemli bulgular elde edilmesini sağlayacağı alanlardan biri de biomoleküllerdir. Modellemesi tam olarak yapılamamış ve kesin özellikleri bilinmeyen protein veya nükleik asitlerin en iyi etkileştiği yapılar bu yolla ortaya koyulabilmektedir. Biomoleküller üzerinde genel olarak iki yöntemle çalışılmaktadır: 1-Dinamik Kombinatoryal Kütüphane çözeltisi içerisinde kendi seçici ligandları ile kovalent olmayan bağlarla etkileşmesi, 2-Biomolekülün Dinamik Kombinatoryal Kütüphane çözeltisi içindeki seçici bir molekül tarafından bağlanması5. Seçici molekül tarafından bağlanma metodu biomoleküller için yeni ligandlar geliştirilmesi sırasında, biomolekülün bağlanma noktalarının tespit edilmesinde kullanılmaktadır. Bu yaklaşım ilk olarak Erlanson ve Hansen tarafından ortaya atılmış ve görsel olarak şekil 2.2.6.4’de verilmiştir. Şekil 2.2.6.4 Bağlanma yönteminin temsili gösterimi. 2.2.6.4 Sensörler Sensörlerin geliştirilmesinde Dinamik Kombinatoryal Kütüphanenin kullanılması henüz yeni olmakla birlikte ilk örnek Buryak ve Severin’in çalışmalarıdır (2005). Çalışmada boyaların metallerle etkileşimleri UV spektrumdaki toplam değişimle gözlenmiştir. 4 (A) Brady, P. A.; Sanders, J. K. M. Chem. Soc. ReV. 1997, 26, 327. (B) Sanders, J. K. M. Chem.sEur. J. 1998, 4, 1378. (C) Motherwell, W. B.; Bingham, M. J.; Six, Y. Tetrahedron 2001, 57, 4663. 5 The tethering technique 27 2.3 NİTRONLAR 2.3.1 Nitronların Tanımı Nitronlar ilk kez 1890 yılında Beckmann tarafından hazırlanmıştır. 1916 yılında Pfeifer tarafından azot-ketonun kısaltması olarak adlandırılmış olup azometin N-oksit içeren bileşikleri ifade etmek için kullanılır. Şekil 2.3.1.1 Nitronların kanonik şekilleri (Lamchen 1968) Nitronlar Şekil 2.3.1.1.’de verilen kanonik şekilleriyle gösterilebilir. 1,3-Dipolar yapı içerisinde pozitif yük azot atomu ile α-karbonu arasında delokalize olmaktadır (Sivasubramanion ve ark. 1998). 1 kanonik yapısında görüldüğü gibi C=N bağının düzlemsel olması nedeniyle nitronların E ve Z izomerlerinden bahsedilebilir (Bian ve ark. 2004). Siklik nitronlar E izomerinde bulunurken, asiklik nitronlar yüksek sıcaklıklarda E↔Z izomerizasyonu göstermektedir. Z izomeri daha kararlı iken E ise daha reaktif olan izomerdir (Ali ve ark. 2000). Şekil 2.3.1.2 Aldonitronların izomerleri (Ali ve ark. 2000). E ve Z izomerlerine ait protonların H-NMR spektrumunda farklı kimyasal kayma değerleri vardır. E izomerlerinin azometin protonları komşu N-O bağının anizotropik etkisi nedeniyle daha düşük alanda bulunmaktadır (Ali ve ark. 2000). 28 Şekil 2.3.1.3 N-İzopropil-X-benziliden-N-oksit bileşiklerinin E ve Z izomerleri (Ali ark. 2000) Çizelge 2.3.1.1 E ve Z nitronların CDCl3 içinde -10 ºC sıcaklıkta kimyasal kayma değerleri (Ali ve ark. 2000) Nitron E (ppm) Z (ppm) Aromatik Aromatik X Hf Hz protonlar protonlar a H 7.34 (a,e) 7.87 8.26 (a',e') 7.40 b p-NO2 7.51 (a,e) 7.90 8.44 (a',e') 7.67 c p-OMe 7.24 (a,e) 7.84 8.24 (a',e') 7.36 d m-NO2 - 7.90 8.64 (a',e') 7.65 2.3.2 Halkalı Nitronların Sentezleri Halkalı nitronların sentezleri için en çok kullanılan yöntemler hidroksilamin yada sekonder aminlerin yükseltgenmesi ve oksimlerin alkillenmesidir. 1,2,3,4- Tedrahidroizokinolinin metal katalizli bir ortamda (Na2WO4), üre-hidrojenperoksit ile yükseltgenmesi sonucu karşılık gelen halkalı nitronlar meydana gelir. (Petrini ve ark. 1995). Şekil 2.3.2.1 3,4-Dihidroizokinolin N-oksit sentezi (Petrini ve ark. 1995) 29 1,4-Diaril ve 1,2,4-triaril imidazolin 3-oksitlerin sentezi oksimler üzerinden gerçekleşmektedir. Anilin türevine α-bromasetofenonoksim katılması ve ardından benzaldehit yada formaldehit kondenzasyonu sonucu elde edilen iminyum iyonunun halkalaşması imidazolin 3-oksiti oluşturur (Coşkun ve Asutay 1999). Şekil 2.3.2.2 1,4-Diaril 1,2,4-triaril imidazolin 3-oksit sentezi (Coşkun ve Asutay 1999) İndol 3- ve 2-ilmetil sübstitüe 1-pirolin-1-oksitlerin sentezleri nitroketonun Fe ve HCl ile indirgenerek halkalaşması üzerinden gerçekleşmektedir. Reaksiyon sonunda %40 verimle 2 nolu saf nitron elde edilmiştir (Black ve ark. 1979). Şekil 2.3.2.3 İndol 3- ve 2-ilmetil sübstitüe 1-pirolin-1-oksitlerin sentezi (Black ve ark. 1979) 30 2.5 SÜPER ASİTLER En genel tanımıyla Hammett asitlik fonksiyonu -12 olan sülfürik asitten daha kuvvetli olan asitler süper asitler olarak adlandırılmaktadır. Örnek olarak sülfürik asitten bin kat daha kuvvetli olan triflorometansülfonik asit (CF3SO3H) veya florosülfonik asit (FSO3H) verilebilir. En kuvvetli süper asitler kuvvetli bir Lewis asidi ile kuvvetli bir Bronsted asidinin kombinasyonu ile elde edilmektedir. Süper asit terimi ilk olarak 1927 yılında James Bryant Conant tarafından hidroklorik asit veya sülfürik asit gibi geleneksel mineral asitlerden daha kuvvetli asitleri tanımlamak için kullanılmıştır (Hall N.F. 1927). Bir başka tanım olarak ise pH değeri sıfırdan küçük olan asitler bu isimle adlandırılmıştır (Cotton ve ark. 1987). George A. Olah ise (1994) süper asitler ve bunların karbokatyonların doğrudan gözlemlerinde kullanılması alanındaki araştırmalarından dolayı 1994 yılında Kimya dalında Nobel ödülünü almaya hak kazanmıştır. Olah’ın hidrokarbonlara saldırma yeteneğinden dolayı sihirli asit olarak adlandırdığı asit, antimon pentaflorür (SbF5) ve florosülfürik asitin karışımı ile elde edilmekteydi. En kuvvetli süper asit sistemlerinden biri floroantimonik asit olarak adlandırılan hidrojen florür ve antimon pentaflorür birleşimidir. Burada hidrojen florür, protonunu antimon pentaflorür ile F- etkileşimine aktarır. Böylece ortamda SbF - 6 şeklinde zayıf bir nükleofil ve zayıf bir baz oluşurken, diğer taraftan proton tamamen çıplaklaşır ve ortamdaki süper asitliği meydana getirir. Floroantimonik sistem %100 derişimli sülfürik asitten 2x109 kat daha kuvvetlidir ve Hammett asitlik fonksiyonları (H0) -25 in altına kadar düşen çözeltiler meydana getirebilmektedir. Olah 140°C de FSO3H-SbF5 sisteminin metanı ter-bütil karbokatyona çevirdiğini göstermiş ve metanın protonlanmasını şu şekilde öngörmüştür. CH +4 + H → CH + 5 CH +5 → CH + 3 + H2 CH +3 + 3 CH4 → (CH3)3C + + 3H2 31 3 DENEYSEL ÇALIŞMALAR 3.1 Çalışmada Kullanılan Cihazlar Çalışmada sentezlenen bileşiklerin: Erime noktaları; Electro Thermal Digital erime noktası Cihazında, IR spektrumları; Bursa Kriminal Polis Laboratuvarı Müdürlüğünde bulunan, Shimadzu marka, 1000 model FTIR Cihazında ve Uludağ Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya bölümünde bulunan Thermo-Nicolet 6700 model FTIR Cihazında, NMR spektrumları; Uludağ Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünde bulunan, Varian Mercury Plus 400 MHz Cihazında, Gaz Kromatogramları ve Kütle Spektrumları; Bursa Kriminal Polis Laboratuvarı Müdürlüğünde bulunan, Hewlett Packard marka, 6530 model Gaz Kromatografisi/Kütle Spektrometresi Cihazında, alınmıştır. Elementel analizler Uludağ Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünde, EuroEA 3000 CHNS Cihazında yapılmıştır. 3.2 Çalışmada Kullanılan Kimyasallar 3.2.1 Analitik Saflıktaki Kimyasallar -Riedel De Haen 16212 THF -Carlo Erba Reagenti 447522 Dietil eter -Merck 1.02431 Kloroform -Merck 1.13351 Metanol -Merck 1.13351 Etanol -Riedel De Haen 24515 Benzen -Merck 1.01775 Petrol eteri -Aldrich D13.020-6 2,3-Dimetoksibenzaldehit -Merck 808525 3,4-Dimetoksibenzaldehit -Merck 802453 4-Klorbenzaldehit -Merck 806765 3-Nitrobenzaldehit -Merck 806765 4-Nitrobenzaldehit -Merck 801756 Benzaldehit -Merck 801756 Anisidin 32 -Merck 1.06643 Sodyum Sülfat -Aldrich D18,985-5 2,3-Dimetoksibenzilamin -Merck 801812 Benzilamin -Merck 803010 Dietilamin -Merck 808352 Trietilamin -Merck S22682.723 Propilamin -Aldrich D13,840-1 DMAD -Koch-Light Laboratories Ltd. Na2WO4.6H2O -Merck 1.08600 Hidrojen peroksit -Merck 1.07739 Silika jel -Merck 801452 Anisol -General Purpose Reagenti B15632 ZnBr2 -Aldrich MFCD00007514 Trifluoromethanesulfonic acid 3.2.2 Sentezlenen Bileşikler ve Reaksiyonları 3.2.2.1 Nitron sentezi Çalışmamızda kullandığımız nitron literatürde bilinen yöntemle sentezlendi. (Coşkun ve Asutay 1997) Prosedür: 10 mmol Anisidin (4-methoxybenzenamine) 40 ml etanol içerisinde çözülür. Karışmakta olan çözeltiye anisidinin yarı oranında (5 mmol) Fenasilbromüroksim eklenir. Oksimin eklenmesinden 20 dakika sonra Anisidinle aynı oranda (10 mmol) Benzaldehit karışmakta olan çözeltiye ilave edilir. 3 saat sonra çöken madde olduğu gözlenir ve reaksiyon sonlandırılır. Etanol çözeltisinden beyaz katı şeklinde çökelek oluştuğu gözlenir. Katı madde süzülerek çözeltiden alınır, tekrar sıcak etanolde çözülür ve kristallenmeye bırakılır. Saf nitron kristalleri süzülerek alınır. Nitronun açık adı: 1-(4-metoksifenil)-2,4-difenil-2,5-dihidro-1H-imidazol 3- oksit. Molekül ağırlığı: 344,41 g/mol Verim: % 50 IR (KBr) νC=N 1517 cm-1. 33 3.2.2.2 INO (İmidazolidin-1-ol, nitron ve oksadiazinan) sentezi Çalışmamızda kullandığımız INO literatürde bilinen yöntemle sentezlendi. (Coşkun ve Asutay 2007) Prosedür: 1 mmol nitron (12-a) 40 ml THF içerisinde çözülür. Karışmakta olan çözeltiye nitronun 10 katı oranında (10 mmol) Sodyumborhidrür (NaBH4) eklenir. Reaksiyon geri soğutucu altında ısıtarak 20 saat sürdürülür. Çözücü uçurularak açık sarı çökelek elde edilir. Çökelek 15 ml saf suda çözülür. Daha sonra su fazı iki kere 15 ml kloroformla ekstrakte edilir. Kloroform ekstraktları birleştirilir (30 ml) ve tekrar iki kere 10 ml saf suyla ekstrakte edilir. Kloroform çözeltisi Sodyumsülfat (Na2SO4) ile sudan uzaklaştırılır ve çözücüsü uçurularak sarı çökelek elde edilir. Sarı çökelek tekrar sıcak etanolde çözülerek kristallenmeye bırakılır. INO’nun açık adı: 3-(4-metoksifenil)-2,5-difenilimidazolidin-1-ol / (Z)-N- benziliden-2-(4-metoksifenilamino)-1-feniletanamin oksit / 5-(4-metoksifenil)-3,6- difenil-1,2,5-oxadiazinan tautomerik karışımı Molekül ağırlığı: 346,42 g/mol Erime noktası: 150-150.3 oC Verim: % 90 IR (KBr) νN-H 3255 cm -1 INO tautomerik karışımının CDCl3 içinde çözüldükten hemen sonraki analiz sonuçları: 2a (9%), 4a (12%) ve 5a (78%) (Bkz. Şekil 4.1.1) 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 3.75 (3H, s), 3.85-3.93 (1H, m), 4.04 (1H, brs), 4.51 (1H, dd, J = 12.0; 6.4 Hz), 5.61 (1H, s), 6.49 (2H, d, J = 9.2 Hz), 7.03 (2H, d, J = 9.2 Hz), 7.25-7.38 (10H, m). C22H22N2O2 (346.42) için yapılan Elementel Analiz hesapları: C, 76.28; H, 6.40; N, 8.09; Cihazla ölçülen Elemental Analiz değerleri: C, 76.32; H, 6.43; N, 8.15. INO tautomerik karışımının CDCl3 içinde çözüldükten sonra dengeye ulaştıktan sonraki analiz sonuçları: 2a (69%), 4a (18%) and 5a (12%) (Bkz. Şekil 4.1.1) 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 3.61 (1H, dd, J = 14.4; 4.0 Hz), 3.76 (3H, s), 4.04 (1H, brs), 4.30 (1H, dd, J = 14.4; 10.0 Hz), 5.20 (1H, dd, J = 10.0; 4.0), 6.62 (2H, 34 d, J = 9.2 Hz), 6.79 (2H, d, J = 9.2), 7.36-7.41 (8H, m), 7.57-7.59 (2H, m), 8.19-8.22 (2H, m). 3.2.2.3 AHA (N-(2-(hidroksiamino)-2-feniletil)-4-metoksibenzenaminin) sentezi 0.2 mmol (69.344 mg) INO tartılarak 4.8 ml THF içerisinde çözüldü. Daha sonra 0.2 ml metanol içerisinde çözülmüş 0.2 mmol (13.494 mg) hidroksilaminhidroklorür (NH2OH.HCl) karışmakta olan çözeltiye eklendi. Reaksiyon 25ºC de 4 saat boyunca devam ettirildi. İnce tabaka kromatografisi ve NMR kullanarak kullanılarak bu süre sonunda INO’nun tamamının tükendiği ve AHA.HCl ye dönüştüğü gözlemlendi. Oluşan ürünler içinde benzaldoksim de olduğundan spektrumu toplam madde için okunmuştur. Hidroksilamin Aldehit Stok hidroklorür Çözeltisi INO 4 saat 20 saat THF INO THF + AHA Çözeltisi Çözeltisi Şekil 3.2.2.3 INO’dan hidroksilamin hidroklorür ile AHA eldesi ve aynı çözelti içinde 25 C’de aldehitlerle olan etkileşimi N-(2-(hidroksiamino)-2-feniletil)-4-metilbenzenaminin (AHA) karakteristik 1H NMR pikleri, benzaldoksim ihtiva eden karışım halindeki çözelti içinden ayıklanarak elde edilmiştir. 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 2.27 (3H, s), 3.42 (1H, dd, J = 13.2; 3.6), 4.08 (1H, dd, J = 13.2; 10.8), 4.67 (1H, dd, J = 10.8; 3.6), 7.09 (2H, d, J = 9.6), 7.13 (2H, d, J = 9.6). Diğer 5 proton rezonansı ise oksim pikleri ile çakışmıştır. 35 3.2.2.4 AHA ile bazı aldehitlerin etkileşimleri a) Stok aldehit çözeltilerinin oluşturulması Reaksiyon ortamına aldehit eklenmesi ve bu aldehitlerin miktarsal analiz için standart olarak kullanılması sırasında meydana gelebilecek hataları en aza indirmek için 20 ml lik bir aldehit stok çözeltisi hazırlandı. Reaksiyon ortamına eklenecek aldehit derişiminin INO temelindeki kütüphanedeki madde derişimiyle aynı olması gerektiği düşünülerek stok çözelti derişimi her bir aldehit için 0.04 M olacak şekilde ayarlandı. Bunun için de her bir aldehitten 0.8 mmol alınarak 20 ml THF içinde çözüldü. Miktarsal analizlerde ise stok çözeltinin derişimi ile aynı bir çözelti, stok çözeltiden ½ oranında seyreltilen bir çözelti ve stok çözeltiden ¼ oranında seyreltilen bir çözelti olmak üzere 3 farklı aldehit çözeltisi kullanıldı (Bkz. Çizelge 3.2.2.4). Çizelge 3.2.2.4 Stok aldehit çözeltisi ve kalibrasyonda kullanılan aldehit çözeltileri Kalibrasyonda kullanılan Molekül Stok çözelti (20 ml) aldehit derişimleri Aldehitler Ağırlığı Mol Derişim (mg/mmol) [1] [2] [3] (mmol) (M) H 106.1 0.8 p-Cl 140.6 0.8 p-MeO 136.1 0.8 0.04 0.04 0.02 0.01 m-NO2 151.1 0.8 p-NO2 151.1 0.8 Kalibrasyonda kullanılan aldehitlerin ayrı ayrı ölçümlerinin yerine reaksiyon ortamı ile benzer şekilde tek bir çözelti içinde ölçülmeleri ile hem zamandan tasarruf sağlamak hem de aldehitlerin bir arada bulunduklarında Gaz Kromatografisi Cihazındaki piklerini önceden gözlemek amaçlanmıştır. Ayrıca reaksiyon çözücümüz THF olduğundan, aldehit stok çözeltimiz de THF içinde hazırlanmıştır. Aldehit stok çözeltileri analiz günü taze olarak hazırlanmış, hazırlanmaları ve seyreltilmeleri esnasında çözücü ile tam olarak karışmaları için ise 5 dakika ultrasonik banyoda bekletilmiştir. 36 b) Aldehitlerin miktarsal tayini Çizelge 3.2.2.4’de belirtilen değerlere göre hazırlanan üç farklı standart aldehit çözeltisi birbiri ardınca Gaz Kromatografisi Cihazı ile analiz edildi. Aldehit piklerinin integral alan değerleri program yardımıyla hesaplandı. Cihazda enjeksiyon sırasında meydana gelebilecek hatalara karşı THF içindeki bütilhidroksitoluen6 ve tetrakosan olmak üzere iki farklı iç standart olarak kullanıldı. Her bir aldehit alan değeri o enjeksiyon için okunan iç standardın alan değerine bölünerek hata payı en aza indirildi (Bkz. Eşitlik 3.2.2.4a). (Düzeltilmiş alan değeri)x = (Alan değeri)x / (İç standart alan değeri) (3.2.2.4a) Burada eşitlikteki x, her bir aldehiti ifade eder. c) AHA Çözeltisine aldehit çözeltisinin eklenmesi Daha önceden hazırlanan aldehit çözeltileri, oda sıcaklığında dengeye ulaşan AHA çözeltisi içine eşdeğer mol oranda eklendi (Bkz. Şekil 3.2.2.3). Çözeltinin dengeye ulaşıp ulaşmadığı Gaz Kromatografi cihazında yapılan analizlerle kontrol edildi. 20 saat sonunda aldehit miktarlarındaki değişimin hata payına düzeyine inmesiyle çözeltinin dengeye ulaştığı kabul edildi. AHA ile aldehitlerin etkileşimleri sonucunda yeni aldehit derişimleri hesaplanarak tükenen yani etkileşime giren aldehit miktarları belirlendi. 3.2.2.5 INO-Aldehit dengesinin Zn2+ ile etkileşimi Denge halindeki çözelti karışımına Zn2+ iyonu ilave edilerek dengenin ne yönde ve nasıl etkileneceği, dengedeki yapıların Zn2+ ile ne şekilde bir etkileşime gireceği gözlenmeye çalışıldı (Bkz. Şekil 3.2.2.5). Bunun için eşdeğer mol oranında ZnBr2 kullanıldı. ZnBr2 eklendikten sonra çözeltinin dengeye ulaşması için 25ºC de 20 saat beklendi. Etkileşen aldehit miktarları mevcut aldehit miktarlarının kromatografik olarak belirlenmesiyle hesaplandı. 6 BHT (butylhydroxytoluene): THF depolama koşulları içinde hava ile temas ettiğinde peroksitleri oluşturur. Dolayısıyla tamamen uçtuğunda geride yüksek patlayıcı özellikli peroksit kalıntıları bırakabilir. Bu nedenle ticari olarak satılan THF’in içine antioksidant özellikli butylhydroxytoluene eklenir. 37 2+ Çinko (Zn ) 20 saat Analiz INO+Aldehit INO+Aldehit+Çinko INO+Aldehit+Çinko Karışımı Karışımı Karışımı Analiz Şekil 3.2.2.5 Denge halindeki aldehit çözeltisine Zn2+ eklenmesinden sonra meydana gelen etkileşimler ve seçici yapıların belirlenmesi 3.2.2.6 INO’nun CF3SO3H beraberinde aldehitlerle etkileşimi a) INO’nun CF3SO3H ile yükseltgenmesi sonucunda aldehitlerle olan dengesi Asit (Triflorometan Aldehit Stok INO sülfonikasit) Çözeltisi 20 saat Analiz THF INO Çözeltisi Şekil 3.2.2.6 INO’nun triflorometansülfonikasit ile yükseltgenmesi ve aynı çözelti içinde aldehitlerle olan etkileşimi 0.02 mol (0.0069 g) INO bileşiği 1 ml THF içerisinde çözüldü. Çözeltiye eşdeğer mol oranında triflorometansülfonikasit (0.02 mmol, 0.003 g) eklendi. Daha sonra yine eşdeğer mol oranında (0.02 mmol) aldehit stok çözeltisinden eklendi. Dengeye ulaşması için 20 saat beklendikten sonra Gaz Kromatografisi Cihazında analizleri yapıldı ve aldehit derişimleri hesaplandı (Bkz. Şekil 3.2.2.6). Hesaplamalarda kullanılacak kalibrasyon eğrisi için 0.02, 0.01 ve 0.005 M olmak üzere 3 farklı aldehit çözeltisi kullanıldı. 38 b) INO-Aldehit dengesinin Zn2+ ile etkileşimi Aldehitlerin eklenmesinden 20 saat sonra dengeye ulaşan çözelti üzerine eşdeğer mol oranda (0.02 mmol) ZnBr2 ilave edildi (Bkz. Şekil 3.2.2.5). Aynı şekilde 20 saat dengeye ulaşması beklendikten sonra aldehit derişimleri hesaplandı. 3.2.2.6 Gaz Kromatografisi analizlerinde kullanılan metot Enjeksiyon sıcaklığı : 280 ºC Enjeksiyon miktarı : 1µL Enjeksiyon oranı : 1/40 split Aux sıcaklığı : 280 ºC Çizelge 3.2.2.6 Gaz Kromatografisi Cihazının Fırın Sıcaklık Metodu Sıcaklık artışı Sıcaklık Süre Başlangıç --- 100 oC 3 dakika Isıtma 10 oC/dakika 280 oC 18 dakika Bitiş --- 280 oC 19 dakika Toplam 40 dakika 4. TARTIŞMA VE SONUÇ 4.1 INO Bileşiklerinin Elde Edilme Reaksiyonu 39 Ph Ph Ph Reduction NH2OH.HCl (X)Y-ArCHO R N N O R NH N O R NH HN OH -PhCHNOH Ph .HClPh 1a (R = p-MeOC6H4) 2a 3 INOArX(Y) Ph Ph Ph Imidazolidines 4 N N NHNH N Nitrones 2 R OH R O N O R Ar Oxadiazinanes 5 Ar Ar 4a-e 2a-e 5a-e Şekil 4.1.1 Nitrondan INO temelinde DKK eldesi INO bileşikleri literatürdeki yönteme göre yaklaşık %90 verimle sentezlenmişlerdir (Coşkun ve Asutay 2007). Ancak INO bileşiklerinin kristal halinde elde edilmesi sırasında ortamdaki tuzun uzaklaştırılması için kloroform ve su ile yapılan ekstraksiyon net verimi önemli ölçüde olumsuz etkilemektedir. Reaksiyon sırasında izlenen yol Şekil 4.1.1’de verilmiştir. INO tautomerik karışımının analizleri sırasında, NMR analizleri için kullanılan CDCl3 çözeltisi içerisinde çözüldüğü andaki imidazolin/nitron/oksadiazinan oranları ile denge anındaki oranlarının değişim gösterdiği gözlemlenmiştir. Öyleki çözülür çözülmez yapılan analiz sonucunda imidazolin/nitron/oksidiazinan oranları sırasıyla 12/9/78 iken, çözeltinin dengeye ulaşması için beklendikten sonra yapılan analiz sonucunda bu oranlar 18/69/12 şeklinde elde edilmiştir. 4.2 AHA Bileşiğinin Elde Edilme Reaksiyonu 40 Ph Ph Ph Ph N N NH+ NH N + NH2OH.HCl N OHR OH R O R NH HN OH + N O X-Ar R .HCl Ar-X(Y) Ar-X(Y) Ar-X(Y) (Y)X-ArCHO 1 TAr-X(Y) Şekil 4.2.1 INO yapısının hidroksilamin hidroklorür ile olan reaksiyonu INO tautomerik karışımının tamamen tükenerek AHA ve buna karşılık gelen aldoksime dönüştüğü çözeltinin 1H NMR Cihazı ile yapılan analizleri ile belirlenmiştir. AHA bileşiği, saf haldeki özelliklerinin tespit edilebilmesi ve analizlerinin yapılabilmesi için saf olarak elde edilmeye çalışılmış ancak bu işlemler esnasında dönüşüm geçirdiği için başarılı olunamamıştır. Bu nedenle madde özellikleri reaksiyon çözeltisi içinde belirlenmiş ve bir sonraki aşama için reaksiyon çözeltisinden devam edilmiştir. 4.3 INO ve Aldehit Etkileşiminin İncelenmesi 25ºC’de THF içindeki INO çözeltisinin, metanol içerisinde çözülmüş eşdeğer mol oranında hidroksilamin hidroklorür ile olan reaksiyonu sonucunda; 1 ile kodlandırılan ve ana amin yapısı olan hidroksilaminoamin hidroklorür ile aldehite karşılık gelen aldoksim oluşur (Bkz. Şekil 4.2.1). Bu reaksiyonun sonuçlanması için gereken süre yaklaşık 4 saattir. INO yapısının tamamen tükendiği 1H NMR cihazı ile gözlenmiştir. 4.3.1 INO Temelindeki DKK ile Aldehitlerin Dengesi Hidroksilaminoamin hidroklorür ile aldehite karşılık gelen aldoksim ihtiva eden çözeltiye stok aldehit çözeltisinden eklenmiş ve aldehitlerin tükenmesi Gaz Kromatografisi Cihazı ile takip edilmiş ayrıca standart aldehit çözeltileri kullanılarak miktarları hesaplanmıştır (Bkz. Çizelge 4.3.1.1). Reaksiyonun dengeye ulaşma süresi yaklaşık 20 saattir. Bu süre sonunda toplam tükenen aldehit miktarının başlangıçtaki INO tautomerik yapısının molüne eşit olması kabul edilmiştir. Analiz sonuçlarında elde edilen mol değerlerinin ortalaması (yak. 0.77) ise bunu doğrulamaktadır. 41 Çizelge 4.3.1.1 25 oC’de THF-MeOH çözeltisi içindeki INO temelindeki DKK’ye Aldehitlerin eklenmesini müteakip dengeye ulaştıktan sonra GC-MS ile ölçülen konsantrasyon değerleri. (Y)X-ArCHO (mmol) [(Y)X- mmol [INO X(Y) Exp 1 Exp 2 Ortalama ArCHO] INOAr-X(Y) Ar-X(Y)] a H 0.182 0.19 0.186 0.01860 0.014 0.0014 b p-Cl 0.174 0.166 0.17 0.01700 0.03 0.003 c p-MeO 0.194 0.196 0.195 0.01950 0.005 0.0005 d p-NO2 0.084 0.107 0.0955 0.00955 0.1045 0.0105 e m-NO2 0.113 0.131 0.122 0.01220 0.078 0.0078 ca 0.77 ca 0.2 ca 0.02 Gaz Kromatografisi Cihazı ile hesaplanan ve çizelge 4.3.1.1’de verilen aldehit derişimlerinden çıkan açık bir sonuç vardır. Denge anında en çok tükenen, yani INO tautomerik yapısına en çok katılan aldehit p-nitrobenzaldehittir. Aldehitler eklendikten ve karışım dengeye ulaştıktan sonra 1H NMR Cihazı ile yapılan analizler neticesinde, 1 ile kodlandırılan ana amin yapısının tükendiği görülmüş, bu bilgiden de yararlanarak dengenin Şekil 4.3.1.1’de gösterildiği şekilde olduğu kabul edilmiştir. KXY INOAr-X + Y-ArCHO INOAr-Y + X-ArCHO Şekil 4.3.1.1 INO tautomerleri arasındaki karşılıklı aldehit değişimi Dinamik Kombinatoryal Kütüphanemizin 5 üyeli bir aldehit karışımı ihtiva etmesi nedeniyle reaksiyon bağıntılarımızda her bir aldehitin diğeri ile olan dengesi için şu şekilde yazılmıştır: [INOAr-Y] . [X-ArCHO] KXY = ──────────────── (4.3.1.1) [INOAr-X] . [Y-ArCHO] Burada [INOAr-Y], Y aldehitinin katıldığı INO tautomerik karışımının derişimini, [INOAr-X], X aldehitinin katıldığı INO tautomerik karışımının derişimini, 42 [X-ArCHO], X aldehitinin derişimini, [Y-ArCHO], Y aldehitinin derişimini, ifade eder. Her bir aldehitin kendi de dahil olmak üzere denge içindeki aldehitlerle olan eşitliklerini yazmak istediğimizde, karşımıza çıkacak eşitlik sayısı 5x5=25 olacaktır ki bunun en güzel gösterimi Şekil 4.3.1.2’deki denge yıldızıdır. Bu 25 eşitlikten 5 tanesi çözelti içindeki aldehit derişimi (X-ArCHO) ile aynı aldehitin katıldığı INO tautomerik karışımının (INOAr-X) derişimi arasında olduğundan kullanılabilir değildir. Dolayısıyla reaksiyon denge sabiti ifadesi için net 20 bağıntımız olmaktadır. a A e b E B D C d c Şekil 4.3.1.2 INO temelindeki Dinamik Kombinatoryal Kütüphane içindeki mümkün olan aldehit değişim mekanizmalarının gösterildiği denge yıldızı. Eşitlik 4.3.1.1’de kurulan reaksiyon denge sabiti ifadesine göre, çizelge 4.3.1.1’deki verilerin hesaplanması ile çizelge 4.3.1.2’deki veriler elde edilmiştir. Çizelgede; A serisinde benzaldehitin, B serisinde p-klorbenzaldehitin, C serisinde p- metoksibenzaldehitin, D serisinde p-nitrobenzaldehitin ve E serisinde ise m- nitrobenzaldehitin diğer aldehitlerle olan denge sabitleri ayrı ayrı hesaplanmıştır. Çizelge 4.3.1.2 INO temelindeki Dinamik Kombinatoryal Kütüphane içindeki denge serileri ve bunların Hammett korelasyonları. A denge X Y KXY=[INOAr-Y] . [ X-ArCHO] / LogKXY σ a y σx-σ a y σx+σ a y 43 serisi [INOAr-X] . [Y-ArCHO] Kaa H H 1 0 0 0 0 Kab H Cl 2.34 0.37 0.24 -0.24 0.24 Kac H p-MeO 0.34 -0.47 -0.28 0.28 -0.28 Kad H p-NO2 14.61 1.16 0.81 -0.81 0.81 Kae H m-NO2 8.49 0.91 0.71 -0.71 0.71 B denge serisi Kbb Cl Cl 1 0 0.24 0 0.48 Kba Cl H 0.43 -0.369 0 0.24 0.24 Kbc Cl p-MeO 0.15 -0.824 -0.28 0.52 -0.04 Kbd Cl p-NO2 6.23 0.7945 0.81 -0.57 1.05 Kbe Cl m-NO2 3.62 0.5587 0.71 -0.47 0.95 C denge serisi Kcc p-MeO p-MeO 1 0 -0.28 0 -0.56 Kca p-MeO H 2.94 0.4685 0 -0.28 -0.28 Kcb p-MeO Cl 6.67 0.8239 0.24 -0.52 -0.04 Kcd p-MeO p-NO2 42.88 1.6323 0.81 -1.09 0.53 Kce p-MeO m-NO2 24.93 1.3967 0.71 -0.99 0.43 D denge serisi Kdd p-NO2 p-NO2 1 0 0.81 0 1.62 Kda p-NO2 H 0.068 -1.165 0 0.81 0.81 Kdb p-NO2 Cl 0.16 -0.794 0.24 0.57 1.05 Kdc p-NO2 p-MeO 0.023 -1.632 -0.28 1.09 0.53 Kde p-NO2 m-NO2 0.58 -0.237 0.71 0.1 1.52 E denge serisi Kee m-NO2 m-NO2 1 0 0.71 0 1.42 Kea m-NO2 H 0.12 -0.9289 0 0.71 0.71 Keb m-NO2 Cl 0.28 -0.5587 0.24 0.47 0.95 Kec m-NO2 p-MeO 0.04 -1.3967 -0.28 0.99 0.43 Ked m-NO2 p-NO2 1.72 0.237 0.81 -0.1 1.52 a Sübtitüent sabitleri ve kombinasyonları Denge serilerinin karşılaştırılması ile aldehitlerin DKK içerisindeki reaksiyon yatkınlıkları açık bir şekilde belirlenmektedir. p-NO2 > m-NO2 > p-Cl > p-H > p-MeO Buna göre, en reaktif aldehit p-nitrobenzaldehit en az reaktif aldehit ise p- metoksibenzaldehittir. 44 LogKXY değerlerinin aldehitlerin sübstitüentleri ile ilintili σY sabitlerine karşılık korelasyonları bizim Hammett türünde bir bağıntı elde etmemizi sağlamıştır (Bkz. Eşitlik 4.3.1.2). LogKXY = ρσY + sabit (4.3.1.2) Burada ρ değeri tüm reaksiyon serileri için sabittir ve değeri 1.44 tür. Sübstitüentin benzaldehit olduğu durumlarda grafiğin sıfır noktasından geçmesi gereken doğru ise sadece 0.025 lik bir sapma değeri ile bunu sağlamıştır. LogKXY değerlerinin σdif = σX - σY değerleri ile korelasyonu ise denge sabitlerinin INOAr-X and INOAr-Y sabitlerine doğru orantılı olarak bağlı olduğunu göstermektedir (Bkz. Eşitlik 4.3.1.3). Reaksiyon sabiti ρ diğer korelasyonlarla aynı değer olup sadece negatif işaretlidir. LogKXY = ρσdif + sabit (4.3.1.3) Son olarak da LogKXY değerlerinin σsum = σX + σY değerleri ile korelasyonu ile Eşitlik 4.3.1.4’deki ifade elde edilmiştir. LogKXY = ρσsum + sabit (4.3.1.4) Her üç korelasyon kullanılarak elde edilen eşitlikler çizelge 4.3.1.3’de verilmiştir. Çizelge 4.3.1.3 INO temelindeki Dinamik Kombinatoryal Kütüphanede Lineer Serbest Enerji Bağıntıları 45 σY σx-σy = σdif σx+σy = σsum Denge serisi A LogKay = 1.436σy - 0.0257 LogKay = -1.436σ - 0.0257 LogKay = 1.436σsum - dif 0.0257 Denge serisi B LogKby = 1.426σy - 0.39 LogKby = -1.426 - 0.0478 LogKby = 1.426σsum – σdif 0.7322 Denge serisi C LogKcy = 1.436σy + 0.4392 LogKcy = -1.436 LogKcy = 1.436σ σ sum + dif + 0.037 0.8413 Denge serisi D LogK = 1.436 - 1.19 LogKdy = -1.436 - 0.0281 LogKdy = 1.435σsum – dy σy σdif 2.3525 Denge serisi E LogK = 1.436 - 0.9546 LogKey = -1.436 + 0.0652 LogKey = 1.436σsum – ey σy σdif 1.9744 Genel eşitlikler LogKXY = ρσY + LogK LogK = ρσ + XY(Y=H) LogKXY = ρσ XY sum dif 2LogKXY(Y=H) a σY, σdif and σsum ile elde edilen korelasyon katsayıları yaklaşık 0.995 dir. Çizelge 4.3.1.3’de belirtilen eşitliklerden denge serisi C için olanı Şekil 4.3.1.2’de görsel olarak grafiğe geçirilmiştir. Burada σX - σY için eşitlikteki sabitin ortalama değeri 0.04 iken, σX + σY için bu değer 0.84 tür. σX + σY için hesaplanan ortalama sabit değerinin σY için hesaplanan sabit değerinin iki katı olması beklenmekte ve buda yine 0.04 lük bir sapma ile gerçekleşmektedir. Şekil 4.3.1.3 LogKXY değerlerinin σY, σX-Y ve σX+Y değerlerine karşılık korelasyonu. 0.995 olarak hesaplanan korelasyon katsayısı Hammett katsayıları kullanılarak kurulan eşitliklerle oldukça tutarlıdır. Bu tutarlılığının en önemli kaynağı DKK 46 içerisindeki ana dengenin INO yapıları arasındaki benziliden değişimi olduğunun kabul edilerek dengenin buna göre kurulmasıdır. Bu değişim için muhtemel mekanizma Şekil 4.3.1.4’de verilmiştir. Benziliden değişimini gerçekleştirebilecek INO bileşikleri oksidiazinan (OX) ve nitrondur (NX). Protonlanmış aldehite nitronun nüklefilik saldırısı muhtemelen B ile denge halindeki bir ara A yapısının oluşmasına neden olmaktadır. B yapısının halkalaşması ise yedi üyeli bir oksadiazepin olan C yapısını oluşturmaktadır. C halkalı yapısının açılması her iki halkalı INO yapısına da gidebilecek iminyum tuzu D yi meydana getirmektedir. Benzilidin değişimi muhtemelen, bir oksidiazinan türevi olan E yapısı üzerinden proton göçü sonucu F yapısının oluşması ve bunun neticesinde de protonlanmış aldehitin serbest kalması ile sonuçlanmaktadır. Ortaya çıkan yapı NX’e karşılık gelen OY oksidiazinan yapısıdır. Şekil 4.3.1.4 INO temelindeki DKK’de aldehit değişim reaksiyonlarının muhtemel mekanizması. 4.3.2 Denge Halindeki DKK’ye Zn2+ Etkisi Kütüphanedeki dengeye Zn2+ etkisini gözlemleyebilmek için, denge halindeki yapı ile eşit mol oranında ZnBr2 çözeltiye eklenerek 20 saat boyunca 25 oC’de sürekli karıştırıldı ve yeniden dengeye ulaşması sağlandı. Denge anındaki konsantrasyon değerleri aynı yöntemle okundu (Bkz. Çizelge 4.3.2.1) ve bu değerler KXY denge sabitlerinin hesaplanmasında kullanıldı. 47 Çizelge 4.3.2.1 25 oC’de THF-MeOH çözeltisi içinde 1X5 INO temelindeki DKK’ye Zn2+ eklenmesinden, dengeye ulaşma süresi olan 20 saat sonra GC-MS ile ölçülen konsantrasyon değerleri. (Y)X-ArCHO (mmol) [(Y)X- mmol [INOAr- X(Y) Exp 1 Exp 2 Ortalama INOAr- ArCHO] X(Y)] X(Y) a H 0.182 0.204 0.193 0.0193 0.007 0.0007 b p-Cl 0.153 0.167 0.16 0.016 0.04 0.004 c p-MeO 0.151 0.17 0.1605 0.01605 0.0395 0.00395 d p-NO2 0.079 0.101 0.09 0.009 0.11 0.011 e m-NO2 0.104 0.121 0.1125 0.01125 0.0875 0.00875 ca 0.716 0.0716 ca 0.2 ca 0.02 Çinko (II) beraberindeki reaksiyon dengesine örnek olarak A ve C denge serileri ile yapılan hesaplamalar Çizelge 4.3.2.2’de verilmiştir. Çizelge 4.3.2.2 INO temelindeki DKK’de çinko (II) beraberinde denge serileri X Y KXY - çinko K a XY KXY – çinko / KXY A denge serisi Kaa H H 1 1 1 Kab H Cl 6.89 2.34 2.95 Kac H p-MeO 6.76 0.34 19.96 Kad H p-NO2 33.70 14.61 2.31 Kae H m-NO2 21.44 8.49 2.53 C denge serisi KXY / KXY - çinko Kcc p-MeO p-MeO 1 1 1 Kca p-MeO H 0.147 2.94 20 Kcb p-MeO Cl 0.984 6.67 6.78 Kcd p-MeO p-NO2 4.97 42.88 8.62 Kce p-MeO m-NO2 3.16 24.93 7.89 Çinko (II) eklendikten sonra LogKXY değerlerini Hammett sabitleri ile doğrusal olarak ilişkilendirmek mümkün olamamıştır. Doğrusallıktan en fazla sapan değerlerin metoksi- sübstitüe yapılar olduğu görülmüştür. Çinko eklenmeden önceki LogKXY değerleri ile karşılaştırıldığında ise INOAr-p-OMe yapısının INOAr-p-NO2 yapısına göre yaklaşık 9 kat daha fazla oluştuğu belirlenmiştir. INOAr-p-OMe ve INOAr-H yapıları için bu fark 20 katına kadar çıkmaktadır (Bkz. Çizelge 4.3.2.2). 48 Genel bir değerlendirme yapıldığında sübstitüe olmayan INO türevlerinin çinko (II) eklendikten sonra daha reaktif olduğu ve INOAr-H + MeO-ArCHO dengesinin sağa doğru kaydığı görülmektedir. Bu durum muhtemelen sübstitüent etkisinin çinko (II) kompleksinin kararlılığı üzerine yaptığı etki ile ilintilidir. Her ne kadar tüm reaksiyon serileri için σ ve σ+ ile yapılan korelasyonlar yetersiz kalsa da σI (Bkz. Ekler Tablo A.1) ile yapılan korelasyonlar (Bkz. Eşitlik 4.3.2.1) bu varsayımı doğrular şekilde doğrusala yakın sonuçlar elde etmemizi sağlamıştır. Tüm reaksiyoların ρ değeri 2.06, R2 değeri ise 0.93 tür. LogKXY = ρσI 4.3.2.1 Şekil 4.3.2.1 INO temelindeki DKK’ye Zn+2 eklenmesinden sonra LogKXY(X=H) ye karşılık σI değerlerinin korelasyonu EW N R N O Zn O N R N EW Şekil 4.3.2.2 INO ile Zn2+ kompleksinin muhtemel etkileşim yapısı 49 Denge halindeki çözeltiye eklenen Zn2+, INO içinde nitronu tercih etmektedir. Bunun kanıtı INO içindeki toplam nitron oranının, CDCl3 çözeltisi içinde ZnBr2 eklendikten sonra %7’den %84 çıkmasıdır. Daha önceki çalışmalarda Zn2+ ve asiklik C- arilnitron komplekslerinin sentez ve halka katılma reaksiyonlarının kararlılıkları için elektron salıcı grup içerenlerin daha kararlı olduğu belirtilmekteydi (Coşkun ve Öztürk 2007). Oysa bizim çalışmamızda bu durum tam tersi şeklinde gözlenmiştir. Nitronun metal ile etkileşebileceği tek yer nitron ucuna bağlı oksijendi ve bu oksijenin bazlığı elektron çekici grupların varlığı ile belirgin şekilde düşmekteydi. Şekil 4.3.2.2’de önerdiğimiz yapıya göre, elektron çekici gruplar halen oksijenin bazlığını düşürmekte ise de, aynı zamanda benzil aromatik halkalardaki elektron yoğunluğunu da düşürmekte ve metal merkezi ile olan etkileşim eğilimini artırmaktadır. 4.3.3 INO Temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde aldehitlerle olan dengesi INOAr-H bileşikleri 25 oC’de THF içerisinde, F3CSO3H (triflorometan- sülfonikasit) beraberinde, ayrı ayrı aldehitlerle ve aldehit karışımı ile tek seferde (p-Cl, p-MeO, p-NO2, m-NO2) olmak üzere iki farklı şekilde muamele edilmiştir. Dengeye ulaşmaları için 20 saat beklenmiştir. Ayrı ayrı aldehitlerle yürütülen reaksiyonlar için hesaplanan konsantrasyon değerleri çizelge 4.3.3.1’de, tükenen aldehit miktarlarının grafiksel gösterimi ise şekil 4.3.3.1’de verilmiştir. Çizelge 4.3.3.1 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde ayrı ayrı aldehitlerle etkileşimi sonrasındaki konsantrasyon ve KXY değerleri [Y-ArCHO] [Y- [H-başlangıç ArCHO] ArCHO] [INOAr-Y] [INOAr-H] KXY p-Cl 0.02 0.017 0.0033 0.0033 0.0167 3.90E-02 p-MeO 0.02 0.0165 0.0035 0.0035 0.0165 4.50E-02 p-NO2 0.02 0.0082 0.0118 0.0118 0.0082 2.07E+00 m-NO2 0.02 0.01 0.01 0.0100 0.0100 1.00E+00 50 Şekil 4.3.3.1 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde ayrı ayrı aldehitlerle etkileşimi öncesi ve sonrasındaki konsantrasyon değerleri Aldehit karışımı ile F3CSO3H beraberinde yapılan deneyler göstermiştir ki sübstitüe aldehitlerin hepsi benzaldehitten daha reaktiftir (Bkz. Şekil 4.3.3.2). Ancak p- metoksibenzaldehit INO yapısı ile etkileşmede p-klorobenzaldehitten daha reaktiftir. Bunun muhtemel nedeni ortamdaki kuvvetli asitin metoksi grubunu protonlaması ve reaktifliğini artırmasıdır. σ değerleri kullanılarak yapılan korelasyonlar başarısız olurken, σΙ değerlerinin kullanıldığı ve p-klorobenzaldehitin çıkarıldığı korelasyonlar hemen hemen doğrusal çıkmaktadır (R2 yaklaşık 0.97). Çizelge 4.3.3.2 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde aldehit karışımı (p-Cl, p-MeO, p-NO2, m-NO2) ile etkileşimi sonrasındaki konsantrasyon değerleri [(Y)X-ArCHO] başlangıç [(Y)X-ArCHO] [INOAr-X(Y)] p-H 0 0.0212 -0.0012 p-Cl 0.02 0.017 0.003 p-MeO 0.02 0.0162 0.0038 p-NO2 0.02 0.0122 0.0078 m-NO2 0.02 0.0133 0.0067 51 Şekil 4.3.3.2 INO temelindeki DKK’nin F3CSO3H beraberinde aldehit karışımı ile etkileşimi öncesi ve sonrasındaki konsantrasyon değerleri 4.4 SONUÇ İmidazolidin-1-ol, nitron ve oksadiazinan (INO) halka-zincir-halka tautomerik karışımının, bir asit katalizörlüğünde veya hidroksilamin hidroklorürle doğrudan aldehitlerle muamelesi sonucunda, daha zengin ve hassas bir kütüphane dengesi kurulmaktadır. Bu hassas denge içinde ligandlar birbirlerine dönüşmektedirler. Dinamik Kombinatoryal Kütüphanedeki denge serileri INOAr-X ile INOAr-Y arasındaki dönüşümler olarak tanımlanmış ve Hammett sabitleri ve kombinasyonları ile ilişkilendirilmişlerdir. Çinko(II) ise sübstitüent etkisinde bir geçişe neden olmuş yeni kurulan denge LogKXY = ρσΙ(Y)+LogKXY(Y=H) ifadesine bağlı olarak Hammett σI sabitleri ile ilişkilendirilmiştir. Yaptığımız çalışmanın; 3 üyeli INO tautomerik karışımı (l) ile hazırlanan kütüphane kombinasyon sayısı, DKK’de kullanılan aldehitlerin çeşitlendirilmesi (a) ve anisidinden farklı bileşiklerle elde edilen INO bileşikleri kullanılması (b) ile “a x b x l” kadar artırılabilecek, ayrıca enzim ve benzeri türlere seçiciliği araştırılarak güncel alanda kullanılabilirliği sağlanabilecektir. 52 KAYNAKLAR ALBRECHT, M., O. BLAU, R. FROHLICH. 1999. Chem.s Eur. J., 5, 48. ALI, SK. A., A. HASSAN, M.I.M WAZEER, M.T. SAEED, M.N. SIDDIQUI. 2000. Regio and Mechanism of Oxidation of N-Benzil-N-Alkil Hydroxylamines to Nitrone. J. Phys. Org. Chem., 13, p. 443-451. BAMBERGER, E. 1927. Chem. Ber., 60, 314. BIAN, W., M. WANG, P. LIU, X. SUN, D. FENG, Z. CAI. 2004. The Density Functional Theory Study on the 1,3-Dipolar Cycloaddition of Carbon-Methyl Nitrone with Acrlonitrile. Journal of Molecular Structure (Thechem), 679, p. 73-87. BLACK, C. D., F.R. CROZIER and C. V. DAVIS. 1975. 1,3-Dipolar Cycloaddition Reactions of Nitrones. Synthesis, pp. 205-221. BURYAK, A., K. SEVERIN. 2005. Angew. Chem., Int. Ed., 44, 7935. COŞKUN, N. and O. ASUTAY. 1997. A Novel Synthesis of 1,4-Diaryl- and 1,2,4- Triaryl-∆3-Imidazoline 3-Oxides. Chim. Acta Turc, 25, p. 69-72. COŞKUN, N. and O. ASUTAY. 1999. A Convenient Synthesis of 1,4-Diaryl- and 1,2,4-Triaryl-∆3-Imidazoline 3-Oxides. Chim. Acta Turc.,27, p. 17-23. COŞKUN, N. and O. ASUTAY. 2007. Imidazolidin-1-oles, N-2-aminoethyl nitrones and 1,2,5-oxadiazinanes. A novel ring–chain tautomerism COŞKUN, N., A. ÖZTÜRK, 2007. Tetrahedron, 63, 1402-1410. COŞKUN, N., A. PARLAR 2005. Synth. Commun. 35, 2445-2451. COTTON, WILKINSON & GAUS 1987: 221 HALL N. F., Conant JB (1927). "A Study of Superacid Solutions". Journal of the American Chemical Society 49: 3062–70. HAMMETT, L. P. 1940. Physical Organic Chemistry, McGraw-Hill Book Company Inc. p.186-194 HELM, L., A. E. MERBACH. 1999 Coord. Chem. ReV., 187, 151. HIOKI, H., W. C. J. STILL. 1998. Org. Chem., 63, 904. HUC, I., J.-M. LEHN. 1997, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 2106-2110. INGOLD, C. K. 1930. Jr. Chem. Soc., 1032 53 LAMCHEN, M. 1968. Mechanism of Molecular Migration, Vol. 1, Ed., B. S. Thyagorajan, p. 54. LEFFLER, J. E. 1957. Organic Chemistry, 20, 1202 LEHN, J.M.; B. HASENKNOPF, B.O. KNEISEL, G. BAUM, D. FENSKE. 1996. Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 35, 1838. LEHN J.M.; I.HUC, M.J. KRISCHE; D.P. FUNERIU. 1999. M. Eur. J. Inorg. Chem., 1415. JAFFE, H. H. 1953. Chem. Review, p.191 JAFFE, H. H. 1953. Chem. Phys., 21, 415 OLAH G.A. Dec.8, 1994. Nobel Lecture, My Search for Carbocations and Their Role in Chemistry OTTO S., P.T. CORBETT, J.K.M. SANDERS. 2005 Jr. Competition between Receptors in Dynamic Combinatorial Libraries: Amplification of the Fittest? ÖZTÜRK A. 2006. Asiklik Nitronların Bazı Dipolsevenlerle 1,3-dipolar Halkakatılma Reaksiyonlarının İncelenmesi (Yüksek Lisans Tezi), Uludağ Üniversitesi, Bursa, 147 s. PETRINI M., E. MARCANTONI, O. POLIMANTI. 1995. Oxidation of Secondary Amines to Nitrones Using Urea-Hydrogen Peroxide Complex (UHP) and Metal Catalysts. Tetrahedron Letters, 36, 3561-3562. ROWAN, S. J., J.K.M. SANDERS. 1997 Chem. Commun. 1407. ROWAN, S.J., P.S. LUKEMAN, D.J. REYNOLDS, J.K.M. SANDERS. 1998 New J. Chem. 22, 1015. SANDERS J.K.M., S. OTTO, T. CORBETT, J. LECLAIRE, L. VIAL, K.R. WEST, J.WIETOR. 2006 Dynamic Combinatorial Chemistry, (Review) SEIDEL, F., W. DICK. 1927. Chem. Ber., 60, 2018. SIVASUBRAMANIAN, S., P. MOHAN, M. THIRUMALAIKUMAR, S. MUTHUSUBRAMANIAN. 1994. Synthesis and Separation of the E and Z Izomers of Simple Aldonitrones. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, p. 3353-3354. TAFT, R. W. 1956. Jr. Steric Effects in Organic Chemistry, John Wiley and Sons, New York, Chapter 13 VAN BEKKUM H., P.E. VERKADE, B.M. WEPSTER. 1959. Rec. Trav. Chim. 78, 815 54 EKLER Şekil A.1 Benzaldehit çıkışlı nitronun FTIR spektrumu Şekil A.2 Benzaldehit çıkışlı nitronun gaz kromatografisi ve kütle spektrumu (Ekler bölümünün devamı) 55 Şekil B.1 Benzaldehit çıkışlı INO’nun FTIR spektrumu Şekil B.2 Benzaldehit çıkışlı INO’nun gaz kromatografisi ve kütle spektrumu (Ekler bölümünün devamı) 56 Şekil C.1 Benzaldehit çıkışlı INO’dan AHA eldesinden sonra reaksiyon çözeltisinin gaz kromatografisi spektrumu Şekil C.2 Benzaldehit çıkışlı INO’dan AHA eldesinden sonra reaksiyon çözeltisinin kütle spektrumları (Ekler bölümünün devamı) 57 Şekil C.2 Benzaldehit çıkışlı INO’dan AHA eldesinden sonra reaksiyon çözeltisinin kütle spektrumları (devamı) Tablo A.1 Hesaplamalarda kullanılan Hammett Sabitleri Grup σmeta σpara σI σV -H 0 0 0 0 -OCH3 0.12 -0.27 0.27 0.36 -Cl 0.37 0.23 0.47 0.55 -NO2 0.71 0.78 0.76 1.39 58 TEŞEKKÜR Bu tezin danışmanlığını üstlenen ve araştırma boyunca yardımlarından ve yorumlarından yararlandığım değerli hocam Prof. Dr. Necdet Coşkun’a; çalışmalarım sırasında desteğini esirgemeyen Yrd. Doç. Dr. Nevin Arıkan, Arş. Gör. Mustafa Er, Arş. Gör. Meliha Çetin, Arş. Gör. Yeliz Faturacı ile birlikte çalıştığım tüm laboratuar arkadaşlarıma; yüksek lisans çalışmamı destekleyen ve teşvik eden Bursa Kriminal Polis Laboratuvarı Müdürlüğüne; dertlerimizi paylaştığımız Aslı, Çiğdem ve Tuna başta olmak üzere tüm Yüksek Lisans arkadaşlarıma ve nihayet sürekli yanımda olan eşim ve aileme bu çalışmanın tamamlanabilmesindeki katkılarından dolayı teşekkür ederim. 59 ÖZGEÇMİŞ 1982 yılında Bursa’da doğdu. Sırasıyla Bursa Hocailyas İlköğretim Okulu, Tunceli Cumhuriyet İlköğretim Okulu, Zonguldak Kocatepe İlköğretim Okulu ve Zonguldak Atatürk Anadolu Lisesi İlköğretim bölümünü bitirdikten sonra liseyi Ankara Polis Kolejinde okudu. 1999 yılında Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Kimya Mühendisliği bölümünde lisans öğrenimine başladı ve 2003 yılında mezun oldu. 2005 yılında Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı Organik Kimya Bilim Dalında Yüksek Lisans öğrenimine başladı ve bu yılından beri bu tez kapsamındaki araştırmalarına devam etti.