Admet Polimerizasyonu Yöntemi Kullanarak Poli-(5,6-ızopropiliden-l-askorbik Asit) Sentezi

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2015-02-20
Yazarlar
Abuaf, Meir
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science And Technology
Özet
Askorbik asit olarak da bilinen C Vitamini, suda eriyebilen ve birçok görevi olan bir vitamindir. Asetonda çok zor çözünen vitamin C eter, petrol eteri, benzen, kloroform ve yağlarda çözünmez. Yapıca glikoza benzeyen ir monosakkarit türevidir. Fiziksel özellikleri renksiz, beyaz ve dikdörtgen kristal klindedir. Hafif özel bir kokusu olup ekşi tatta ve asidiktir. C vitamini omurilik, akciğer ve göz gibi pek çok hayvansal dokunun sulu bölümlerinde oldukça yüksek yoğunlukta (milimolar ve üstü) bulunur. Bazı meyveler yüzde 1'den fazla (~6 mM) içerebilir. İnsan kanı plazmasında normal olarak 0,1 mM düzeyinde bulunur. Birçok hayvan ve bitkiler, kendi C vitaminlerini glukozdan üretebilirler. İnsanlar, bazı meyve yarasaları, hint domuzu ve insan benzeri primatlar C vitamini üretemediklerinden bunu besinlerden almak zorundadırlar. L-Askorbic Asit’in kimyasal yapısı incelendiğinde oldukça reaktif bir yapıya sahip olduğu gözlenmektedir. 2-3 endiol yapısının C1 karbonil grubuna bağlı olmasından dolayı C3’te bulunan hidrojende güçlü bir asidite bulunmaktadır (pKa: 4.25). C3’teki hidrojen kadar olmasa da C2’deki hidrojende de aynı sebeplerden dolayı asidite bulunmaktadır. Molekülün asitliği bu iki hidrojenin asitliğinden kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda 2,3-endiol yapısı L-Askorbik Asit’e bir veya iki electronunu sunma olanağını sağlamaktadır. Bu da yapıyı semidehydro-L-Ascorbic Acid’e ve son olarak da dehydro-L-Ascorbic Acid’e çevirir. L-Askorbik Asit bu yapılarından dolayı metabolizmalarda oldukça önemli bir yere sahiptir. Yapıdaki C5 ve C6’daki hidroksil grupları moleküle alkol fonksiyonu katmaktadır. Bundan dolayıdır ki ayrı ayrı aldehit ve ketonlarla reaksiyona girerek siklik asetal ve ketal yapılarını oluşturabilir. Bunların dışında L-Askorbik Asit’in canlıların yapısında önemi oldukça fazladır. L-Askorbic Asit’in biyolojik fonksiyonları üç ana grupta incelenmektedir. Birincisi enzim kofaktör olarak, ikincisi radikal tutucu olarak ve üçüncüsü hücrenin elektron transferinde yardımcı olarak. Birinci biyolojik fonksiyonu enzim kofaktörü olarak görev almasıdır. Birçok önemli enzimatik reaksiyonların gerçekleşmesinde büyük rol oynamaktadır. Örnek olarak hidroksipirolin, hidroksilisin, norepinefrin, serotinin, karnitin ve homogenistik asit eldesi için gerekli amino asitlerin sentezlenmesinde kullanılmaktadır. Aynı zamanda osteoblast, fibroblastların, andrenalin hormonlarının ve karnitin biosenthezinin düzgün çalışmasında görev almaktadır. İkinci biyolojik fonksiyonu ise radical tutucu olarak görev almasıdır. Hem bitkilerde hem de hayvanlarda hücre yaşamı için oksijene ihtiyaç duyulmaktadır. Hücre metabolismasından dolayı kendi ürettiği veya çevresel etkilerden dolayı kendiliğinden oluşan reaktif oksijen taneciklerini (ROT) kontrol altına alabilecek bir xxii mekanizmanın olması temel ihtiyaçlar arasındadır. L-askorbik asit antioksidant özelliği sayesinde ROT’lar ile reaksiyon vererek, ortamı nötralleştirip hücreye radikalik zarar gelmesini engellemektedir. Son olarak üçüncü biyolojik fonksiyonu ise hem plazma membranında hem de kloroplastlarda elektron transferini donör/ekseptör gibi davranarak gerçekleştirmesidir. L-Askorbik Asit’in biyokimyasal fonksiyonları ağırlıklı olarak indirgeyici ve elektron taşıyıcı özelliklerinden kaynaklanmaktadır. L-ascorbic acid ve okside olmuş yapısı (L-Askorbat) redoks döngüsü gerçekleştirerek çeşitli elektron transfer reaksiyonlarında ve elektron membran protein taşıyıcı olarak da bilinen sitokromların aktivitesini değiştirmesinde görev alır. Son yıllarda biyobozunur ve biyouyumlu polimerler, biyomedikal uygulamalarda ve malzeme bilimi alanlarında giderek artan önem kazanmışlardır. Biyobozunur polimerler, biyolojik moleküllerle fonksiyonlandırılarak ilaç salınım sistemlerinde ve doku mühendisliğinde kullanılmaktadır. L- askorbik asit antioksidant ve radikal tutucu özelliklerinden dolayı ilaç sanayisinde kullanılan önemi büyük bir kimyasaldır. L askorbik asidin modifikasyonları kanser, tümör ve aids gibi ciddi hastalıklarda tedavi amaçlı kullanılmaktadır. Bu kullanım alanlarından dolayı bilim adamlarının dikkatini fazlaca çekmiştir. Yapılan araştırmalar doğrultusunda çok sayıda L- askorbik asit adına çalışmalar görülse de polimerizasyonu hakkında hiçbir bilgiye rastlanılmamıştır. Yapısı ve özellikleri gereği serbest radikal polimerizasyonuna uygun olmadığından dolayı acyclic diene metathesis (ADMET) polimerizasyonu uygun görülmüştür. ADMET polimerizasyonu eşlenmemiş ikili olefin yapısından lineer bir zincir yapar. ADMET ile elde edilen polimerin uzun zincirlere sahip olabilmesi için, reaksiyona giren monomerlerin yüksek verimle dönüşme oranına sahipolması gerekmektedir. Bundan dolayı ADMET polimerizasyonlarında Grubbs katalizlerinden daha reaktif olan Hoveyda-Grubbs Catalyst 2nd Generation tercih edilmektedir. ADMET polimerizasyonunda, verimli sonuçlar elde edebilmek için reaksiyondan etilen gazını uzaklaştırmak kritik rol oynar. Daha yüksek reaksiyon sıcaklıklarında çalışarak, reaksiyona vakum vererek veya reaksiyonu şiddetli karıştırarak etilen gazının ortamdan uzaklaştırılmasında uygulanabilecek yöntemlerdir. Bunun dışında konsantre çözücülerin polikondenzasyon reaksiyonlarına yardımı büyük olsa da ADMET’de vizkoz çözelti, reaksiyonun şiddetli karışmasını ve reaksiyondan etilen gazının uzaklaştırılmasını engeller. Aynı zamanda ADMET yöntemi ile elde edilen düşük molekül ağırlıklı polimerlerin polidispersiteleri de yüksek çıkmaktadır. Buna rağmen alken uçlu çok fazla çeşitteki monomerlerin polimerleşmesi için basit bir yöntemdir. Bu çalışmada, ADMET yöntemi kullanılarak ana zincirinde C vitaminini bulunduran monomer polimerleştirilmiştir. Öncelikle alken uç fonksiyonu bulundurmayan C vitaminine alken uç takılıp, ADMET yöntemlerinden hem bulk polimerizasyonu hem de solution polimerizasyonu uygulanmıştır. Bulk polimerizasyonu sırasında monomer, G-1 ve GH-2 katalizleri ile ayrı ayrı reaksiyona sokulmuştur. Reaktanların birbirine karışabilmesi için çözücü olarak DCM kullanılıp ardından reaksiyon ortamından uzaklaştırılarak bulk polimerizasyonu için uygun koşullar sağlanmıştır. Her iki katalizin etkisi 40oC, 60oC ve 80oC olmak üzere üç ayrı ortamda bir hafta boyunca incelenmiştir. Solution polimerizasyonunda da monomer, G-1 ve GH-2 katalizleri ile ayrı ayrı reaksiyona sokulmuştur. Çözücü olarak O-DCB kullanılmıştır. Solution polimerizasyonu için ortam sıcaklığı 60oC olarak belirlenmiştir. Karakterizasyon işlemleri 1H NMR ve GPC ile gerçekleştirilmiştir. xxiii ADMET’de vizkoz çözelti, reaksiyonun şiddetli karışmasını ve reaksiyondan etilen gazının uzaklaştırılmasını engeller. Aynı zamanda ADMET yöntemi ile elde edilen düşük molekül ağırlıklı polimerlerin polidispersiteleri de yüksek çıkmaktadır. Buna rağmen alken uçlu çok fazla çeşitteki monomerlerin polimerleşmesi için basit bir yöntemdir.
Ascorbic acid is a naturally occurring organic compound with antioxidant properties. It is a white solid, but impure samples can appear yellowish. It dissolves well in water to give mildly acidic solutions. The overwhelming majority of species of animals (but not humans or guinea pigs) and plants synthesize their own vitamin C. Therefore, some animal products can be used as sources of dietary vitamin C. Vitamin C is most present in the liver and least present in the muscle. Since muscle provides the majority of meat consumed in the western human diet, animal products are not a reliable source of the vitamin. There are three main types of biological activity distinctive to L-ascorbic acid in plants and animals. These are (1) its function as an enzyme co-factor; (2) as a direct physiological radical scavenger and finally; (3) as a donor/acceptor in electron transport in both plasma membrane and chloroplasts 1) Function as an enzyme co-factor L-ascorbic acid is involved in the modulation of a number of important enzymatic reactions such as in the metabolism of several amino acids which lead to the formation of hydroxyproline, hydroxylysine, norepinephrine, serotonin, carnitine and homogenistic acid. It has also been found to be essential for the normal functioning of the osteoblasts,fibroblasts, adrenal hormones and carnitine biosynthesis. 2) Function as a direct radical scavenger Since oxygen is required for cell viability in both plant and animal systems, it is essential that a mechanism be available to control the reactive oxygen species (ROS) generated during cellular metabolism and from exogenous sources and environmental chemicals. L-ascorbic acid interacts enzymatically and non-enzymatically with ROS and their derivatives to neutralize their cellular damaging effects 3) Function as a donor/acceptor in electron transport The biochemical and physiological functions of L-ascorbic acid primarily depend on its reducing properties and its role as an electron carrier.35, 115 L-ascorbic acid and its single-electron oxidized product, semidehydro-L-ascorbate functions as a cycling redox couple in various electron transport reactions and changes the activities of cytochromes, the electron membrane-protein carriers. In addition, simple derivatives of L-ascorbic acid have been shown to possess important pharmacological properties. For example 5,6-Omodified ascorbic acid derivatives have been found to be effective anti-tumor agents for various human cancers, and induce apoptosis in tumor cells and C2 alkylated derivatives have been shown to have immuno-stimulant activity. Recently, the chemistry of ascorbic acid has also been exploited to develop strategies for central nervous system drug delivery. xx Because of using in drug industries lots of scientists are interested in L-Ascorbic Acid. However there are huge studies in L- Ascorbic Acid area, there is no investigation about polymerization of the structure. Because of having antioxidant and redox properties which are closely associated with the electron rich 2, 3-enediol moiety of the molecule, free radical polymerization can not be used. We thought that polymerization type should be one of the step-growth polymerization. Acyclic diene metathesis is considered to be a step-growth polycondensation-type polymerization reaction, which makes strictly linear chains from unconjugated dienes.10-14 As such, ADMET requires very high monomer conversion rates to produce polymer chains of considerable size. Therefore, the more active 2nd generation catalysts such as 2 and 3 are usually better suited for ADMET than bisphosphine ones. Since the loss of ethylene is the main driving force behind the cross metathesis of terminal olefins, the efficient removal of this volatile gas from the reaction vessel is also crucial. Consequently, although olefin metathesis with ruthenium catalysts is, in general, very mild and does not require stringent air removal, ADMET greatly benefits from conditions which promote the diffusion and expulsion of ethylene (i.e., higher reaction temperatures, application of vacuum, and rigorous stirring). In addition, the use of concentrated or even neat solutions of monomers is usually helpful to polycondensation reactions but, in the case of ADMET, a very viscous solution might be detrimental to efficient stirring and ethylene removal. Furthermore, as a consequence of the poor molecular weight control of stepgrowth reactions, the polydispersity index (PDI) of polymers obtained by this method is usually quite large. However, an important advantage of ADMET is that it allows a large variety of monomers to be polymerized since terminal olefins are quite easy to install. Many functional groups and moieties of interest can be incorporated into such polymers directly through monomer design, due to the excellent tolerance of ruthenium catalysts. In this study Polyvitamine is synthesised from L-Ascorbic acid backbone monomer via ADMET method using both bulk and solution polimerization. In bulk polimerization monomer was reacted with each catalysts G-1 and GH-2. For mixing reactants DCM was used then evaporated from reaction mixture. Both two catalysts were reacted three different temperatures at 40oC, 60oC ve 80oC to see temperature effects. Also in solution polymerization monomer was reacted with each catalysts G-1 and GH-2. O-DCB was used asa solvent. These reactions were happened at just 60oC. The composition and molecular weight of the polyvitamines were characterized by 1H NMR and GPC.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015
Anahtar kelimeler
Vitamin C, ADMET polymerization, L-Askorbik Asit, Vitamin C, ADMET polymerization, L-Ascorbic Acid
Alıntı