Metiyonin biyomolekülü ile modifiye edilmiş kromenilyum -siyanin floresan probun sentezi, çevrede ve canlı hücrelerde cıva(II) analizi uygulamaları

Abstract

Standart koşullarda sıvı halde bulunan cıva, nanometre, termometreler, barometre, kozmetik ve amalgam yapımı gibi birçok alanda kullanılan bir metaldir. Cıva elementel, inorganik ve organik formlarında bulunmakta olup, her biri farklı özelliklere sahiptir. Elementel hali, sıvı halde ve düşük emilim riskine sahip formudur ancak buhar basıncına sahip olduğundan cıva buharı, akciğerde emilim riski gösterebilir. İnorganik cıva, geçmişte ilaç olarak da kullanılmış, çözünürlükleri ile orantılı olarak zehirli türlerdir. Canlılar için en zehirli formu olan organik cıva türevleri ise, insan vücudunda tümöre sebebiyet verebilir. Ağır metal türleri arasında canlılığı en çok tehdit eden türlerden bir tanesi olan cıva, biyoparçalanırlığının düşük olması ve besin zincirinde birikiyor olması sebebiyle, canlılar için olumsuz etkiler meydana getirebilmektedir. Cıva birikimi, bağışıklık sistemi bozukluğu, organ iflası, biliş ve hareket kaybı, DNA hasarı, kanser ve sakat doğumlar gibi anomalilere neden olabilir. Dünyanın çeşitli bölgelerinde cıva kaynaklı vakaların ortaya çıkmasıyla birlikte cıvanın sağlığa zararlı bir tür olduğu ortaya konmuş ve bu konuda çalışmalar dünya çapında ilgi görmeye başlamıştır. Günümüzde iş yerlerinin daha sıkı denetlenmesiyle birlikte, insanlara çeşitli cıva formlarının maruziyetinin azaltılması mümkün olmuşsa da, hala cıva zehirlenmesi kaynaklı hastalıklar görüldüğünden, bu tür durumlar için müdahaleler önemli bir yer tutmaktadır. Düşük konsantrasyon değerlerinde bile zehirli olabilen cıvanın, etkin olarak tayini için günümüzde atomik absorpsiyon spektroskopisi, indüktif eşleşmiş plazma/atomik emisyon spektrometresi gibi cihazların yanı sıra florometrik ve kolorimetrik sensörler de kullanılmaktadır. Cıvanın hassas olarak tayini için, rodamin, siyanin, BODIPY, kromenilyum-siyanin gibi platformlar prob tasarımında kullanılmıştır. Kromenilyum-siyanin boyaları yakın kızılötesi bölgede absorpsiyon ve emisyon yapan, ksanten halkasına sahip bir boya tipidir. Rodamin bileşiklerinde olduğu gibi yüksek kuantum verimi ve molar absorpsiyon katsayısı gibi üstün fotofiziksel özelliklere sahip olmasının yanı sıra, siyanin boyalarındaki gibi yakın kızılötesi bölgesinde çalışılabilme imkanı sunmaktadır. Kromenilyum-siyanin boyaları rodamin boyalarında olduğu gibi uygun analit varlığında spirohalka açma kapama mekanizmasıyla birlikte analiz yapmaya uygundur. Rodamin boyalarındaki yakın kızılötesinde çalışılamama problemi ile siyanin boyalarındaki düşük kuantum verimi problemleri kromenilyum-siyanin boyaları ile önemli ölçüde aşılmıştır. Kromenilyum-siyanin boyaları, karboksilik asit formunda iken, geniş bir pH aralığında yüksek absorpsiyon ve emisyon şiddetine sahipken, yüksek pH değerlerinde (>11) sprilakton oluşumu sebebiyle düşük absorpsiyon ve emisyon şiddetine sahiptir. Amid formu göz önüne alındığında ise, asidik pH değerlerinde spirohalka açık formda ve yüksek emisyona sahipken, bazik koşullarda ise spirolaktam formunda ve düşük emisyona sahip bir formda yer almaktadır. Bu yüzden fizyolojik koşullarda halka kapalı-açık geçişleri üzerinden çalışmaya uygun bileşikler olarak görülmektedir. Kromenilyum-siyanin boyaları farklı bileşiklerin bağlanması ile farklı fotofiziksel özelliklere sahip olarak, florofor dizaynı için kullanıma uygundur. Bu çalışmada seçici, hassas, hızlı ve geniş bir doğrusal aralıkta Hg2+ analizi yapabilmek maksadıyla, yeni tip kromenilyum-siyanin tabanlı bir prob olan CSME ile çalışılmıştır. CSME (Metil (2S)-2-(((1Z,2E)-2-(((E)-6'-(dietilamino)-3-okso-4'-(2-((E)-1,3,3-trimetilindolin-2-iliden)etiliden)-1',2',3',4'-tetrahidrospiro[isoindolin-1,9'-ksanten]-2-il)imino)etiliden)amino)-4-(metiltiyo)butanoat) probu 6 kademelik bir reaksiyon üzerinden sentezlenmiştir. 3-Dietilaminofenol ve ftalik anhidritten başlanarak ilk kademede bir benzofenon türevi olan 1 numaralı bileşik toluen varlığında 3-dietilaminofenol ve ftalik anhidritin kaynatılmasıyla sentezlenmiştir. Bir sonraki kademede kromenilyum türevi olan 2, 1 numaralı bileşiğin sülfürik asit ve siklohekzanon varlığında kaynatılmasının ardından perklorik asit varlığında çöktürülmesiyle elde edilmiştir. 2 numaralı bileşiğin asetik anhidrit içerisinde Fischer aldehit ile tepkimesi sonucunda çalışmadaki ana iskelet yapısı olan CS2 elde edilmiştir. BOP ve hidrazin hidrat ile tepkimeye sokulan CS2, spirolaktam yapısındaki CS2H yapısını meydana getirmiştir. Devamında CyR bileşiğini oluşturmak için CS2H, THF içerisinde, glioksal ile tepkimeye sokulmuştur. Nihai ürün olan biyokarakter taşıyan CSME ise metiyonin metil esterinin nikel(II) nitrat varlığında CyR ile tepkimesi sonucunda sentezlenmiştir. Sentezi gerçekleştirilen tüm ürünler, 1H-NMR, 13C-NMR, kütle spektroskopisi, FTIR gibi çok bilinen spektral yöntemlerle karakterize edilmiştir. CSME probu çeşitli metal iyonlarının (Li+, Na+, K+, Cs+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ ve Pb2+) ve anyonların (SO42-, CN-, CO32-, S2-, Cl-, NO3-, EDTA2-, AcO-, SCN-, Br- ve I-) varlığında yanıt vermezken, Hg2+ varlığında sulu asetonitril ortamında UV-görünür bölge spektroskopisinde 711 nm dalga boyunda bir absorpsiyon artışı gözlenirken, floresan spektroskopisinde 740 nm dalga boyunda bir emisyon artışı görülmüştür. Bu değişimlerle birlikte uçuk sarı renkli çözelti, yeşil renge dönüşmüştür. Yakın kızılötesi bölgede UV–görünür bölge spektroskopisinde 6,29 × 10−8 – 1,86 × 10−4 M ve floresan spektroskopisinde 9,49 × 10−9 – 1,13 × 10−5 M aralıklarında çalışabilen CSME, 4,93 × 10−9 M (0,99 ng/mL) LOD değerine sahiptir. Hg2+ analizini, floresan ve UV-görünür spektroskopilerinin yanında cep telefonu uygulaması yardımı ile içme ve musluk suyu örneklerinde de yüksek geri kazanım değerleriyle birlikte gerçekleştirilmiştir. CSME probu ve Hg2+ arasındaki etkileşim DFT kullanılarak Gaussian programı vasıtasıyla kuantum mekaniksel olarak incelenmiştir. 3T3 hücrelerinde görüntüleme yapılarak biyolojik uygulamalarda kullanılması mümkün olmuştur.