Efficient synyhesis of ketone end functionalized PEG through oxymercuration reaction

Bir reaktif uç grubun başka bir reaktif uç gruba etkin, ucuz ve kolay şartlarda çevrilebilmesi sadece organik kimya alanında değil aynı zamanda polimer kimyasında da her zaman arzu edilen bir durum olmuştur. Bunun için yapılan çalışmalarda, ya polimerik yapılar için yeni yöntemler bulunmaya çalışılmış, ya da organik kimyada kullanılan reaksiyonlar polimerik yapılar için modifiye edilmeye çalışılmıştır. Polimer kimyasında aldehit ve keton uç grubuna sahip polimerler biomoleküller ve polimerler arasında konjugasyon reaksiyonlarına imkan verdiklerinden oldukça rağbet görmektedirler. Şüphesiz, yalnızca alkin fonksiyonelitesine sahip polimerler de CuAAC "click" tepkimeleri ile yukarıda belirtilen polimer-biyo molekül birleşmelerinde aktif olarak kullanılmakatadır. Ancak, CuAAC reaksiyonunun gereksinimi olan bakırın insan vücudu için zararlı olması bu kimyasının polimer-biyo molekül birleşmelerinde kullanımını sınırlamaktadır. Organik kimyada yaygın olarak kullanılan alkinlere su katılma reaksiyonları alkinlerden karbonil bileşikleri elde etmede oldukça faydalı reaksiyonlardır. Bu katılma reaksiyonları Civa(II) tuzları katalizörlüğünde ve ortamda asit varlığında gerçekleşen oksimerkürasyon reaksiyonlarıdır. Bu sayede alkin fonksiyonelitesine sahip bileĢiklere keton fonksiyonelitesi kazandırılmıĢ olur. Bu yöntem sayesinde son derece ılımlı reaksiyon koşullarında ve oldukça ucuz kimyasallar kullanılarak, dört saat gibi kısa bir zamanda kantitatif olarak alkinlerden keton eldesi gerçekleşir. Saflaştırma basamaklarında, kullanılan civa(II) tuzundan kolayca kurtulunması da, canlı sağlığı açısından sorun teşkil etmediği için oksimerkürasyon reaksiyonu tercih edilebilir bir yöntemdir. Bu çalışmada hedef polimer olarak artık ticari olarak da satılan alkin fonksiyonelitesine sahip biyouyumlu bir polimer olan poli(etilen glikol) (PEG) seçilmiĢtir. Deneysel olarak farklı koşullarla çalışılan bu çalışmada hem oda sıcaklığında hem de ısı uygulanarak elde edilen sonuçlar yüksek verimle alkin-keton geçisinin gerçekleştiğini göstermiştir. Ayrıca, elde edilen keton uç gruplu PEG ve serbest amin yapısına sahip bir model bileşik ile yapılan çalışmalar imin reaksiyonunun da son derece verimli bir şekilde gerçekleştirildiğini göstermiştir. Elde edilen veriler ışığında farklı elektronik etkilere sahip alkin uçlu polimerler de sentezlenerek, bu polimerlerde de alkin uc grubunun keton uç gruba çevrilmesi için uygun koşullar belirlenmiştir. İlk olarak PEG-OH‟ın, 4-pentinoik asitle esterleşme reaksiyonu yapılmış ve bunun sonucunda alkin uç fonksiyonuna sahip biyouyumlu bir polimer elde edilmiştir (Alkyne-PEG) Daha sonra bu alkin uç fonksiyonunun ketona çevrilmesi için en uygun reaksiyon koşulları belirlenmeye çalışılmıştır. Organik yapılarda sıkça kullanılmalarına karşın, polimerde hidrolize yol açmaları nedeniyle asit olarak H2SO4 ya da HCl kullanımı uygun görülmemiş , bunlar yerine toksik özellikleri, ucuz oluşu ve alkin keton çevrimini başarıyla yapmasından dolayı p-Toluensulfonik asit belirlenmiştir. Uygun asidin ve civa (II) tuzunun bulunmasıyla reaksiyonlar değişik oranlarda kimyasallar kullanılarak ve değişik sıcaklıklarda tekrarlandı.Sonuç olarak 0.25 ekivalent p-TSA ve HgSO4 kullanılarak ve 50 ᵒC ile 0.5 ekivalent ve oda sıcaklığında alkinden keton dönüşümünün kantitatif olarak gerçekleştiği gözlemlendi. Bu bilgiler ışığında kinetik çalışmalar yapıldı ve tamamen alkin keton dönüşümü için 4 saatin her iki koşul için de yeterli bir süre olduğu gözlemlenmiş oldu. Elde edilen polimerlerin yapısı 1H NMR, UV Spektrometresi ve FT-IR Spektromeresi kullanılarak aydınlatıldı. Çalışmanın devamında elektronik etkilerin gözlemlenebilmesi amacıyla farklı elektronik etkilere sahip alkin uç fonksiyonlu polimerler sentezlendi ve bunların keton dönüşümleri incelendi.Bu amaçla propargyl bromide ve propargyl alkol kullanarak esterik ve eterik yapıda iki farklı Alkin- PEG sentezlendi. Polimerlerdeki alkin uçların ketona dönüşümü için yukarıda bahsedilen koşullar kullanıldı ve sonuç olarak proparjil bromürden elde edilen eterik yapı için dönüşüm 50ᵒC de 10 saatte olurken oda sıcaklığında 18 satte gerçekleĢti. Proparjil alkolden elde edilmiĢ esterik yapıdaki PEG için dönüşüm 50 ᵒC de 8 saat olarak bulundu, ancak oda sıcaklığında kimyasal miktarı iki katına çıkarılmasına rağmen etkin bir dönüşüm gözlemlenemedi. Bu çalışmaların sonunda organik kimyada yaygın olarak kullanılan alkinlere, bir civa tuzu varlığında asit katalizörlüğünde su katılması reaksiyonu olan oksimerkürasyon reaksiyonunun polimer kimyasında da uygun kimyasallar kullanılarak etkin bir dönüşüm sağlayabileceği kanıtlanmış oldu.