Yeni tip Aza-BODIPY bileşiğinin sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Yakın kızılötesi bölgesinde (NIR) absorpsiyon ve emisyon yapabilen boyalar sensörler, lazerler, fotovoltaik hücreler ve optoelektronik dahil olmak üzere geniş uygulama yelpazesi nedeniyle uzun yıllardır önemli bir rol oynamaktadır. NIR bölgesinde absoriyon ve emisyon yapan bu boyalar, biyogörüntüleme, boron nötron yakalama terapisi ve fotodinamik terapi dahil olmak üzere biyouygulamada da kullanım bulabilmektedir. Bu boyalar, ışığı absorbe edebilmekte ve daha yüksek bir enerji seviyesine uyarabilmekte ve daha sonra ışık emisyonu ile temel duruma dönerek floresans meydana getirmekte ve böylece biyouygulama için önemli bir araç haline gelmişlerdir. NIR ışığı daha uzun dalga boylarına kayarak, azaltılmış saçılma ve azaltılmış foto hasar ve derin doku penetrasyonu avantajı sağlar. Porfirin ve porfirazin bileşikleri, NIR bölgesinde absorpsiyon ve emisyon yapabilen organik boyalardır. Porfirin ve porfirazinler, fotofiziksel ve fotoelektrokimyasal özelliklerinden dolayı birçok alanda geniş uygulamalara sahiptir. Ne yazık ki zahmetli sentez yöntemleri, saflaştırma adımlarındaki zorluklar ve verimlerinin düşük olması gibi kullanımlarını sınırlayan bazı nedenler vardır. Bu zorluklar, dipirometenler ve aza-dipirometenler boyaları olarak adlandırılan yapısal analoglarının keşfi ile çözülmüştür. Bu dipirometen ve aza-dipirometen bileşiklerinin fotofiziksel özellikleri, BF2+ ve d blok geçiş metali bileşiklerinin şelatları ile ayarlanabilir. Ayrıca bu dipirrometen ve aza-dipirometen boyaları ucuz başlangıç malzemelerinden hazırlanabilir ve basit ve zahmetsiz sentetik yöntemlerle hazırlanabilir. Bu bileşikler düşük konjugasyona sahip olmalarına rağmen, yoğun floresans, yüksek elektron afinitesi ve yüksek molar absorpsiyon katsayısı değerleriyle görünür ve yakın kızılötesi bölgede absorpsiyon ve emisyon özellikleri gibi göze çarpan fotofiziksel özelliklere sahiptirler. Aza-BODIPY adı verilen organoboron NIR boyaları, aza-dipirometenlerin bor kompleksleri olmakla birlikte BODIPY çekirdeğinin mezo konumunda karbon yerine bir nitrojen atomu bulunan BODIPY boyalarının yapısal analoglarıdır. BF2 şelatlanması, aza-dipirometen bileşiklerine kıyasla Aza-BODIPY bileşiklerine daha rijit bir yapı sağlar. BODIPY ve Aza-BODIPY boyaları, güneş pilleri, biyogörüntüleme, lazerler ve fotodinamik terapi gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanımları dikkate alındığında karakteristik özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmüştür. BODIPY ve Aza-BODIPY boyaları olarak adlandırılan d blok geçiş metali şelatları ile dipirometen ve aza-dipirometen bileşiklerinin temel farkı biyolojik uygulamalarda çok önemi bulunan floresans emisyonunun olmamasıdır. Aza-BODIPY bileşikleri iki farklı yöntemle sentezlenebilir. İlk yöntem, 2,4-diaril pirolden başlayan sentezi içerir. Diğer yöntem, uygulanabilirliğe daha uygun olan O-Shea yöntemi denir. Nispeten daha az sentetik yöntem içermektedir ve bu yöntemler xx kullanılarak reaksiyonlarda yüksek verimle BODIPY ve Aza-BODIPY bileşikleri hazırlanmaktadır. Aza-BODIPY bileşiğinin hazırlanmasına yönelik bu 4 adımlı O-Shea sentetik yöntemi, kalkon bileşik sentezi ile başlar. Birinci adımda, aldol kondenzasyon reaksiyonu ile kalkon türevi bileşik sentezi gerçekleştirilir. Bu O-Shea yönteminin ikinci adımı, Michael ilavesiyle kalkon türevinin nitrasyonunu içerir. Aza-dipirometen türevi üçüncü adımda dimerizasyon yoluyla elde edilir. O-Shea yönteminin son adımında oda sıcaklığında BF3.OEt2 kullanılarak BF2 şelatanmasıyla ile Aza-BODIPY bileşiği elde edilir. Aza-BODIPY boyaları terapötik pencerede güçlü absorpsiyon ve emisyon bantlarına sahip olduğundan, bu bileşikler Fotodinamik Terapi (PDT) için ideal bir ışığa fotouyarıcılardır. Fotodinamik Tedavinin (PDT) işlevsel olabilmesi için doku penetrasyonunun sağlanması ve bunun için NIR bölgesinde (özellikle NIR-II bölgesinde) penetrasyon derinliği için güçlü absorpsiyonun sağlanması gerekir. Aza-BODIPY bileşikleri, BODIPY boyalarınınkine kıyasla nispeten yüksek singlet oksijen kuantum verimlerine sahiptir, çünkü BODIPY'lerin Fotodinamik Terapide (PDT) bir fotouyarıcı olarak uygulamalarını sınırlayan şiddetli floresansları vardır. Aza-BODIPY boyalarının maksimum absorpsiyon ve emisyon dalga boyları, BODIPY bileşiklerine kıyasla belirgin şekilde daha yüksek dalga boylarında görülmektedir. BODIPY bileşikleri genellikle 550 ila 600 nm civarında absorpsiyon piklerine sahipken, Aza-BODIPY bileşiklerinin absorpsiyon pikleri, yüksek penetrasyon sağlayan biyolojik uygulamalar için uygun olan 650 nm'nin ötesinde bulunabilir. Aza-BODIPY boyalarının absorpsiyon pikleri, 1300 nm'ye kadar batokromik olarak kaydırılabilir. Bu batokromik kayma, HOMO-LUMO enerji aralığındaki azalma ile açıklanabilir. Bu modifikasyon, elektron veren grubun 3,5-fenillerin para konumuna veya elektron çeken grubun 1,7-fenillerin para konumuna sokulmasıyla uygulanabilir. İki ana modifikasyon yöntemi uygulanabilir: Distal ve proksimal fenil gruplarına elektron alıcı ve donörü fonksiyonel grupların eklenmesi. Ayrıca Aza-BODIPY emisyonları, BODIPY türevlerine kıyasla yaklaşık 80 nm daha fazla batokromik kaydırılabilir. Aza-BODIPY bileşikleri ile ilgili çalışmalar son yıllarda dikkat çekici fotofiziksel ve fotokimyasal özelliklerinden dolayı önemli ölçüde artmıştır. Ayrıca, güçlü ve keskin absorpsiyon ve emisyon özellikleri, distal ve proksimal fenil gruplarına elektron alıcı ve donör fonksiyonel grupların eklenmesi veya π konjugasyonunun arttırılması ile ayarlanabilir. Bu modifikasyonlar fotostabiliteye, yüksek floresans kuantum verimine, yüksek singlet oksijen kuantum verimlerine, yüksek moleküler absorpsiyon katsayılarına, görünür aralıkta ve NIR bölgesinde güçlü absorpsiyon ve emisyon dalga boylarına neden olur. Günümüzde PDT gibi biyouygulamalarda kullanılabilecek en umut verici organik bileşiklerden biri, yukarıda belirtilen karakteristik özellikleri nedeniyle Aza-BODIPY boyalarıdır. Bununla birlikte, Aza-BODIPY'nin biyomedikal uygulamalarda kullanımını sınırlayan ana dezavantajı, aromatik halkaların varlığı ve Aza-BODIPY çekirdeğinin oldukça düzlemsel yapısı nedeniyle agregasyondan kaynaklanan suda zayıf çözünürlükleridir. Bu tez kapsamında, etkinlik alanını genişletmek ve farklı uygulamalara kapı açmak amacıyla suda çözünür polimerlerin sentezinde kullanılabilecek Aza-BODIPY türevi içeren monomer bileşiğinin sentezi ve karakterizasyonu hedeflenmiştir. Bu amaçla, öncelikle distal fenil gruplarının para pozisyonlarında hidroksil grupları taşıyan bir Aza-BODIPY türevi sentezlenmiş ve akabinde bu hidroksil gruplarını içeren Aza-BODIPY, polimerleşebilen bir metakrilat sübstitüe Aza-BODIPY monomerine dönüştürülmüştür. Elde edilen monomer bileşiği, FT-IR, UV-Vis ve 1H-NMR spektroskopik yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Elde edilen Aza-BODIPY yapılı monomer bileşiğinin, UV-Vis absorbansında Aza-BODIPY bileşiğine göre 6 nm hipsokromik kayma yaptığı gözlemlenmiştir.