2-morfolinoetoksi grupları taşıyan non-periferal tetrasübstitüye ftalosiyaninlerin sentezi, karakterizasyonu ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi

Ftalosiyaninler 1907 yılında o-siyanobenzamid sentezinde safsızlık olarak kazara keşfedilmiştir. Takip eden yıllarda ftalosiyaninler boyar madde ve pigment olarak kullanılmış ve bu alanda pek çok patent alınmıştır. Linstead ve arkadaşları ftalosiyanin yapılarını X-ray yöntemi ile karakterize etmekte öncü olmuştur. Günümüze kadar periyodik tablodaki 70'ten fazla elementle kompleks oluşturdukları ve bu komplekslerin gerek fiziksel gerekse kimyasal özelliklerindeki çeşitlilik fark edilmiştir. Doğada kendiliğinden bulunmayan ve sadece sentetik olarak elde edilebilen ftalosiyaninler, 1,3 pozisyonundaki aza köprüleriyle birbirine bağlı dört izoindol ünitesinden oluşan ve 18-π elektron sistemine sahip aromatik makrosiklik bileşiklerdir. Bu yapılar doğada bulunan porfirin türevlerinden hemoglobin, klorofil ve vitamin B12'ye olan yapısal benzerlikleriyle dikkat çekerler. Ftalosiyanin yapısında nitril gruplarına göre α pozisyonunda kalan karbonlara non-periferal, β pozisyonunda kalan karbonlara ise periferal karbonlar denir. Non-periferal ve periferal bölgelere yapılan sübstitüsyonlar yapıya çözünürlük başta olmak üzere çok çeşitli özellikler kazandırır. Bu aromatik makrosiklik halkanın görünür bölgedeki kuvvetli absorpsiyonu π-π* geçişleri sayesinde gerçekleşir. Sonuç olarak koyu mavi-yeşil bir renktedirler ve bu özellikleri onların yıllardır boyar madde endüstrisinde tercih edilmelerinin sebebidir. Kolay yükseltgenebilir ve indirgenebilir maddeler olmalarının yanı sıra önemli katalitik özelliklere sahip olmaları çeşitli reaksiyonlarda redoks ajanı ve katalizör olarak kullanımlarını sağlamıştır. Endüstriyel olarak elektrokromik ekranlarda, yakıt pillerinde, gaz sensörlerinde ve optik data depolayıcı olarak kullanılırlar. Ayrıca ısı, ışık ve çeşitli kimyasallara karşı yüksek dayanıklılık ve direnç göstermeleri fotodinamik kanser tedavisinde kullanım alanı bulmalarına neden olmuştur. PDT, ışığaduyarlı ilacın (fotoalgılayıcı) hastaya damar yoluyla verilmesini takiben bu ilacın tümörlü dokuda birikmesinin ardından, belli dalgaboyundaki ışık ile uyarılarak tümörü yok etmesi prensibine dayanır. Ftalosiyaninler yakın IR ışınlarını kuvvetli olarak absorblar ve kanserin fotodinamik terapisinde 1985 yılından beri kullanılmaktadır. Günümüzde, kanser araştırmaları kapsamında DNA'ya bağlandığı bilinen katyonik ftalosiyaninlerin kullanımı artmaktadır. Bağlanan ftalosiyaninin uyarıldığında singlet oksijen oluşturarak fotodinamik tedavi yöntemine cevap verdiği görülmüştür. Bu tıbbi uygulamalarda en önemli faktörlerden biri fotoalgılayıcı olarak kullanılan maddenin suda çözünebilmesidir. Bu nedenle ftalosiyanin bileşiklerine karboksilat, sülfonat veya kuarternize amino gruplarının eklenmesiyle hidrofilik hale gelmesi amaçlanır. Bu çalışmada, non-periferal konumlarında 2-morfolinoetanol grubu bulunan yeni tip metalsiz ve metalli ftalosiyaninler (Zn, In) ile onların katyonik türevlerinin sentezi, fotofiziksel özellikleri ile biyolojik aktivitelerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Sentezlenen tüm bileşiklerin yapıları UV-Vis, FT-IR, 1H NMR ve kütle spektroskopisi gibi yapısal analiz yöntemleri ile aydınlatılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, başlangıç maddesi olarak kullanılmak üzere 3-(2-morfolinoetoksi)ftalonitril (1) sentezlenmiştir. 1 nolu bileşik, 3-nitroftalonitrilin ve 2-morfolinoetanol'ün kuru DMSO içerisinde, susuz potasyum karbonat varlığında oda sıcaklığında azot atmosferinde 72 saat süren nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonu ile sentezlenmiştir. Daha sonra elde edilen dinitril bileşiğinden non-periferal tetra sübstitüye metalsiz (2), çinko (3) ve indiyum ftalosiyanin (4) türevlerine geçilmiştir. Sentezlenen ftalosiyaninler THF, DMSO, DMF ve kloroform gibi çözücülerde çözünmektedir. 1 bileşiğinin IR spektrumunda C≡N, aromatik C-H, alifatik C-H ve C-O-C gruplarına ait titreşim pikleri sırasıyla 2228, 3084, 2939, 1255 cm-1' de tespit edilmiştir. 1 bileşiğinin CDCl3 içinde alınan 1H-NMR spektrumunda aromatik yapıya ait protonların kimyasal kayma değerleri 7,67-7,18 ppm aralığında gözlenmiştir. OCH2 ve NCH2 protonları ise sırasıyla 4,29-3,71, 2,91-2,62 ppm aralığındadır. 1 nolu bileşiğin IR spektrumunda 2228 cm-1' de gözlenen C≡N gerilme titreşimine ait pik ftalosiyaninlerde (2-4) gözlenmemektedir. 2-4 bileşiklerine ait IR spektrumları birbirine benzemektedir. Ancak metalsiz ftalosiyaninde (2) 3283 cm−1 ilave NH gerilme titreşimleri tespit edilmiştir. Ftalosiyaninlerin (2-4) 1H NMR spektrumları yapılarını doğrulayacak niteliktedir. Metalsiz ftalosiyaninin (2) CDCl3 içerisinde alınan 1H NMR spektrumunda aromatik protonlar, OCH2 ve NCH2 protonları sırasıyla 7,74-7,65, 4,85-3,77 ve 3,48-2,97 ppm aralığında gözlenirken, NH protonları -0,96 ppm'dedir. 3 ve 4 nolu çinko ve indiyum ftalosiyaninin 1H NMR spektrumlarında aromatik protonlar 9,02-7,57 ve 9,25-7,20 ppm'de gözlenirken OCH2 ve NCH2 protonları ise yaklaşık olarak 4,90-2,86 (3), 4,92-2,69 (4) ppm aralığında tespit edilmiştir. Metalsiz (2) ve metalli ftalosiyaninlerin (3, 4) elektronik absorpsiyon spektrumlarında Q bandları sırasıyla 691 ve 722 (2), 699 (3) ve 729 (4) nm'de gözlenmektedir. Bu ftalosiyaninlerin B bantları ise 328-321 nm aralığındadır. Bileşiklere ait kütle spektrumlarında moleküler iyon pikleri sırasıyla m/z = 1031.03 (2), m/z = 1094.74 (3) ve m/z = 1178.42 (4)'de yapıyı destekler niteliktedir. Çalışmanın ikinci kısmında, elde edilen yeni ftalosiyanin bileşiklerine (2-4) suda çözünürlük özelliği kazandırmak amacıyla katyonik türevlerine dönüştürülmesi amaçlanmıştır. 2-4 nolu ftalosiyaninlerin kloroform içerisinde metil iyodürün aşırısı ile 4 saat kaynatılması ile katyonik türevleri (2Q-4Q) elde edilmiştir. Sentezlenen katyonik ftalosiyaninler (2Q-4Q) sıcak etanol, etilasetat, THF, kloroform, hekzan ve dietil eter ile yıkanarak saflaştırılmıştır. 2Q-4Q bileşikler beklenildiği gibi su, DMF ve DMSO'da çözünmektedir. 2Q-4Q numaralı katyonik ftalosiyaninlerin IR spektrumları birbirine benzemektedir. Bileşiklere ait IR spektrumunda aromatik C-H, alifatik C-H ve C-O-C gerilmeleri sırasıyla 3018-3007, 2947-2869 ve 1235-1217 cm−1' de tespit edilmiştir. 2Q numaralı metalsiz ftalosiyaninde ilave olarak 3283 cm−1'de NH gerilmeleri tespit edilmiştir. 2Q bileşiğinin d6-DMSO içerisinde alınan 1H NMR spektrumunda aromatik protonlar 9,22-8,04 ppm' de gözlenirken, OCH2 ve NCH2 protonları ise 5,45-3,71 ppm aralığında tespit edilmiştir. Bileşiğe ait NH protonları ile N+-CH3 ise -0,13 ve 3,67 ppm'dedir. 3Q ve 4Q numaralı katyonik ftalosiyaninlerde aromatik protonlar 9,19-7,97 ppm (3Q), 9,19-7,43 ppm (4Q) aralığında iken OCH2 ve NCH2 protonları 5,59-3,43 ppm (3Q), 5,50-3,86 ppm (4Q) aralığındadır. N+-CH3 sinyalleri ise 3,70 (3Q) ve 3,69 (4Q) ppm de gözlenmiştir. 2Q-4Q numaralı katyonik ftalosiyaninlerin DMF içerisinde alınan UV-Vis spektrumlarında Q bandları sırasıyla 697/724 (2Q), 698 (3Q) ve 717 (4Q) nm'de gözlenirken B bantları 318-325 nm aralığında tespit edilmiştir. Çalışmanın son kısmında ise 2-4 numaralı bileşiklerin fotofiziksel özellikleri ile 2Q-4Q nolu katyonik ftalosiyaninlerin DNA ile etkileşimleri incelenmesi amaçlanmıştır. Bu nedenle, bağlanma sabitleri, SYBR-Gold DNA ile katyonik ftalosiyaninlerin floresans şiddetindeki azalma, termal denatürasyon ile çift sarmal DNA'nın Tm değerindeki değişim UV-Vis ve floresans spektrofotometrik yöntemlerle incelenmiştir. Bir tampon çözelti içerisinde DNA ile katyonik ftalosiyaninlerin arasındaki reaksiyonun kendiliğinden olup olmadığı termodinamik parametreler belirlenerek anlaşılmıştır.