Carborane and metallocarborane functionalized phthalocyanines

Son yıllarda karboran türevleri üzerine yapılan araştırmalarda büyük bir artış gözlenmiştir. Bunun nedeni, katalizör, nonlineer optik malzemeler, organik ışık yayan diyotlar ve bor-nötron yakalama terapisi (BNCT) gibi birçok farklı alanda kullanılmasını sağlayan büyüleyici yapılarıdır. Elektron çekici karakteri, üç boyutlu yarı aromatik yapısı, yüksek termal kararlılığı ve biyo-uyumluluk özelliği nedeniyle, yeni malzemelerin tasarımında anahtar bir modül olarak birçok avantaj sağlar. Ftalosiyaninler de boyama, elektrofotografi, enerji transferi, optik veri depolama, lazer teknolojisi gibi geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bu alanlara ilaveten ftalosiyaninler tıbbi kimya alanında da kullanılmaktadır ve son yıllarda fotodinamik kanser tedavisi (PDT) için fotohissedici olarak kullanılması artan bir ivme kazanmıştır. Ftalosiyanin türevleri, porfirinlere kıyasla daha uzun dalga boylarında daha şiddetli absorbansa sahiptir ve bunların çoğu foto-kaynaklı singlet oksijen üretimine muktedirdir. Ftalosiyaninlerin fotohissedici olarak ilgi çeken noktası, periferal, nonperiferal ve aksiyel konumlarından sübstitüe ederek uygun yapının elde edilebilmesidir. Karboran veya metalokarboran içeren ftalosiyaninler bor nötron yakalama terapisi (BNCT) ve fotodinamik terapinin (PDT) birlikte kullanılabileceği potansiyel kanser ilaçları olarak kullanılabilirler. Her iki yöntem de lokal malign tümörler için bimodal terapi yöntemleridir. Bununla birlikte, ftalosiyaninlerin karboran veya metalokarboranlar ile sübstitüe edilmesi, ayrıca karboran gruplarının yapıya katılması ftalosiyaninlerin birçok çözücüdeki çözünürlüğünü arttırır. Anyonik metallokarboran ve nido karboranlar ftalosiyaninlere suda çözünürlük kazandırabilir. Karboranlar ve metalokarbonlarla sübstitüe ftalosiyaninler elektrokimyasal açıdan da güçlüdür. Bu nedenle karboran ve metallokarboranlar ile fonksiyonlandırılmış ftalosiyaninler zengin elektrokimyasal özelliklere sahiptirler. Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar üç kısımda özetlenebilir. Birinci kısım metalokarboran grupları ile fonksiyonlandırılmış simetrik ve asimetrik ftalosiyanin bileşiklerinin sentezi ve karakterizasyonunu, ikinci kısım karboran grupları ile fonksiyonlandırılmış asimetrik ftalosiyanin bileşiklerinin sentezi ve karakterizasyonunu, üçüncü kısım ise seçilmiş bazı bileşiklerin elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesini içermektedir. Çalışmanın birinci kısmında, ilk aşamada kobaltokarboran sübstitüe simetrik ftalosiyaninler sentezlenmiştir. İlk olarak periferal pozisyonlarında kobaltokarboran grupları bulunan simetrik tetrasübstitüe ftalosiyaninler sentezlenmiştir. Tetra kobaltokarboran fonksiyonlu 3Zn, 3Co ve 3Mn kompleksleri, tetra hidroksi fonksiyonlu 2Zn, 2Co ve 2Mn bileşiklerinin kobaltokarboran oksonyum kısmına nükleofilik atağıyla sentezlenmiştir. Elde edilen bileşikler FT-IR, 1H NMR, 11B NMR, UV–vis and kütle spektroskopisi teknikleriyle karakterize edilmiştir. 3Zn bileşiğinin floresans kuantum verimi karşılaştırmalı metotla 0.08 olarak bulunmuştur. Ayrıca singlet oksijen üretme yeteneği 1,3-difenilizobenzofuran bileşiğinin 411 nm'deki absorbansının zamanla azalışından kalitatif olarak belirlenmiştir. 3Zn bileşiğinin fotofiziksel özellikleri, bileşiğin tümörlerin PDT ve BNCT ile tedavisinde kullanılabilecek potansiyel bir fotohissedici olabileceğini göstermektedir. İkinci aşamada tek bir kobaltokarboran fonksiyonlu simetrik olmayan heptasübstitüe ftalosiyaninler sentezlenmiştir. Öncelikle tek hidroksi fonksiyonlu 4Zn, 4Co ve 4Mn bileşikleri, 4,5-bis(3-dietilaminofenoksi)ftalonitril ve 4-hidroksifenoksiftalonitrilin DMAE içerisinde uygun metal tuzuyla istatistiksel kondenzasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Kobaltokarboran içeren 5Zn, 5Co ve 5Mn bileşikleri, tetrakobaltakarboran sentezine benzer yöntemle hidroksi fonksiyonlu 4Zn, 4Co ve 4Mn bileşiklerinin kobaltokarboran oksonyum kısmına nükleofilik atağıyla elde edilmiştir. Sentezlenen bileşiklerin yapısal analizleri ve saflıkları 1H NMR, 13C NMR , 11B NMR, UV-Vis, IR, kütle ve elementel analiz yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Elde edilen kompleksler elektrokimyasal olarak da karakterize edilmiş, tüm komplekslerin anodik taramada elektrokimyasal olarak polimerleştiği gözlenmiştir. Üçüncü aşamasında, moleküldeki bor oranını arttırmak için iki kobaltokarboran içeren hekzasübstitüe ftalosiyanin sentezlenmiş ve yapı kuaternize edilmiştir. 4Zn bileşiğinin sentezine benzer olarak, 6Zn bileşiği 4,5-bis(3-dietilaminofenoksi)ftalonitril ve 4,5-dihidroksifenoksiftalonitril bileşiklerinin istatistiksel kondenzasyonu ile elde edilmiştir. 7Zn bileşiği yine hidroksi fonksiyonlarının nükleofilik atağıyla 90 % verimle elde edilmiştir. Kuaternize 7ZnQ bileşiği dietilamino gruplarının metil iyodür ile kuaternizasyonuyla elde edilmiştir. 7ZnQ bileşiği beklenenin aksine suda çözünürlük göstermemiştir. Çalışmanın ikinci kısmında karboran içeren ftalosiyaninler sentezlenmiştir. İlk karboran içeren bileşik olan 9Zn bileşiği, alkinil fonksiyonlu 8Zn bileşiğinin dekaboran ile toluen asetonitril karışımında reaksiyondan 51% verimle elde edilmiştir. İki adet o-karboran grubu içeren asimetrik oktasübstitüe çinko ftalosiyanin bileşiği 11Zn, suda çözünür kuaternize türevi 11ZnQ ile birlikte sentezlenmiştir. Karboran içeren ftalosiyaninlerin suda çözünürlüğü iki farklı yöntemle sağlanabilir. Birincisi karboranları anyonik nido karborana çevirerek, diğeri ftalosiyanine sübstitüe grupları suda çözünür hale getirerek. 11Zn bileşiğini suda çözünür hale getirmek için dietilamino grupları metil iyodür ile reaksiyona sokulmuştur. 11Zn bileşiğini elde etmek için, öncelikle alkinil sübstitüe 10Zn bileşiği, 6Zn bileşiğinin propargil tosilat bileşiği ile nükleofilik sübstitüsyonuyla elde edilmiştir. 9Zn bileşiğinin elde edilme yöntemindeki gibi 10Zn bileşiğinin dekaboran ile reaksiyonundan 43 % verimle 11Zn, 11Zn bileşiğinin metil iyodür ile kuaternizasyonundan 11ZnQ bileşiği 76 % verimle elde edilmiştir. Sentezlenen bileşiklerin yapısal analizleri ve saflıkları çeşitli yöntemlerle karakterize edilmiştir. d5-Piridin ve d6-DMSO içeren NMR numunesi içerisinde yaklaşık bir ay bekleyen 11ZnQ bileşiği tamamen nido- türevine dönüştüğü gözlenmiştir. 7Zn, 7ZnQ ve 11ZnQ bileşiklerinin BNCT uygulanabilirliği halen araştırılmaktadır. Etinilfenil-o-karboran ve 3-(dietilamino)fenoksi grupları içeren oktasübstitüe 13Zn bileşiğinin sentezi ise, 12Zn bileşiğinin daha önceden hazırlanmış iyot uçlu karboran ile Sonogashira kenetlenme reaksiyonu ile gerçekleşmiştir. 12Zn bileşiği, 4-(3-(dietilaminofenoksi)-5-trimetilsililetinil ftalonitril bileşiğinin siklotetramerizasyonu ve hemen ardından trimetilsilil koruma gruplarının TBAF ile kaldırılmasıyla elde edilmiştir. 12Zn bileşiğinin 1-p-iodofenil-o-karboran ile kenetlenme reaksiyonu ile 13Zn elde edilmiştir. Bu kısmın son aşamasında, karboranilferrosen grubunun konjuge olduğu asimetrik heptasübstitüe çinko ftalosiyanin sentezlenmiştir. Öncül bileşik olan alkinil fonksiyonlu 15Zn bileşiği iki aşamada sentezlenmiştir. 16Zn bileşiği, 15Zn bileşiği ile 1-p-iyodofenil-2-ferrosenil-o-karboran bileşiğinin paladyum katalizörlüğünde gerçekleşen Sonogashira kenetlenme reaksiyonuyla 62 % verimle elde edilmiştir.Çevresindeki hacimli lipofilik gruplar nedeniyle, 16Zn bileşiği birçok çözücüde yüksek çözünürlüğe sahiptir. Elde edilen komplekslerin yapısal karakterizasyonu ve saflığı 1H NMR, 13C NMR, 11B NMR, UV-Vis, FT-IR, kütle ve elemental analiz gibi çeşitli karakterizasyon teknikleri ile doğrulanmıştır. Çalışmanın son kısmında ise 3Zn, 3Co, 3Mn, 5Zn, 5Co ve 5Mn bileşiklerinin elektrokimyasal özellikleri kobaltokarboran içermeyen öncül bileşiler ile birlikte incelenmiştir. Elektrokimyasal aktif merkez metali içeren 3Co, 3Mn, 5Co ve 5Mn bileşikleri, halka kaynaklı indirgemeye ek olarak, merkez metalinin ve kobaltokarboran birimlerinin metal kaynaklı indirgemeleri gözlenmiştir. Dietilamino fenoksi grubu içeren asimetrik ftalosiyanin bileşikleri anodik taramada elektrokimyasal olarak polimerleşmiştir. Elektropolimerleşen bu bileşikler elektrokatalitik ve elektrokromik teknolojilerinde kullanılabilme potansiyeline sahiptirler. Karboran içeren 9Zn bileşiğinde ise sadece halka kaynaklı redoks reaksiyonları gözlenmiştir.