Suda çözünür kuaterner amin türevli tetra sübstitüe metalli ftalosiyaninlerin sentezi

Tetrapirol bileşikleri arasında yer alan ftalosiyaninler (Pc) doğada bulunan klorofil ve hemoglobin gibi porfirinlere yapısal olarak çok benzeyen ancak doğal olarak elde edilemeyen ve çok çeşitli yöntemlerle sayısız türevi sentezlenebilen tamamen sentetik ürünlerdir. Tesadüfen keşfedilen ftalosiyaninler ilk defa 1907 yılında Londra'da araştırmacı A. Braun ve J. Tcherniac tarafından yüksek sıcaklıkta alkolde ftalimit ve asetik anhidritten yapılan o-siyanobenzamit sentezi sırasında çözünür olmayan mavi bir yan ürün olarak elde edilmiştir. Linstead ve Robertson tarafından yapılan çalışmalar sonucunda metalli (MPc) ve metalsiz (H2Pc) ftalosiyaninlerin yapıları tam olarak aydınlatılmıştır. Maviden sarımsı yeşile kadar tonlarıyla çok önemli renklendiriciler olan ftalosiyaninler ilk kez 1935 yılında ticari adı Manastır Mavisi olan bakır ftalosiyanin pigmenti olarak piyasaya sürülmüştür. Merkez boşluğunda 70'ten fazla element kullanılabilen ftalosiyaninlerin metalli ve metalsiz türevleri günümüze kadar çok sayıda sentezlenmiştir. Makrosiklik bileşikler olan ftalosiyaninlerin makro halkasındaki periferal ve non-periferal konumlara çok çeşitli sübstitüentler bağlanabilir. Metalli ftalosiyaninlerin merkez metal iyonuna çeşitli eksenel ligandlar bağlanabilir. Böylelikle çok farklı yapılarda ve özelliklerde sentezlenebilen ftalosiyaninler değişik alanlardaki birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Boya ve pigment olarak renklendirme, birçok önemli reaksiyonu katalizleme, kimyasal sensör olarak gaz moleküllerini algılama, fotodinamik terapide (PDT) fotouyarıcı olarak davranıp kanser ve diğer hastalıkları tedavi etme, fotovoltaik hücrelerde güneş enerjisini dönüştürme, sıvı kristal, moleküler yarı iletken, elektrofotografi, elektrokromik görüntüleme gibi çok çeşitli uygulamaları olan ftalosiyaninlere temel bilim ve uygulamada gösterilen büyük ilgi giderek artmaktadır. Dört iminoizoindolin biriminden oluşan düzlemsel, simetrik, gergin, aromatik ftalosiyanin makro halkasındaki 18 π elektronunun bütün halka boyunca π konjugasyonu yapması ftalosiyanin bileşiklerinin yüksek derecede kimyasal ve termal kararlılık ve böylece kuvvetli asit ve bazlara karşı dayanıklılık göstermesini sağlamaktadır. Ftalosiyanin makro halkası yalnızca nitrik asit ve potasyum permanganat gibi kuvvetli yükseltgenlerin varlığında bozunur. Genellikle dört koordinasyonlu kare düzlem geometride elde edilen ftalosiyaninler bazı metallerle beş koordinasyonlu kare piramit ve altı koordinasyonlu oktahedral geometrilerde de elde edilebilir. Ftalosiyaninler genelde izomorfik kristal yapıda bulunur. Dört izoindol birimi içeren klasik ftalosiyanin komplekslerine ilaveten merkezinde bor olan üç izoindol birimli subftalosiyaninler (SubPc), merkezinde uranyum olan beş izoindol birimli süperftalosiyaninler (SuperPc), sandviç kompleksleri olan lantanit metalli bisftalosiyaninler (LnPc2) ve makro halkanın benzen birimleri yerine daha geniş π sistemine sahip birimler içeren naftalosiyaninler ve fenantroftalosiyaninler gibi değişik yapılarda ftalosiyanin kompleksleri de mevcuttur. Sübstitüentsiz ftalosiyaninler çözünür değilken genelde organik çözücülerde az çözünen sübstitüe ftalosiyaninlerin çözünürlüğü yapıya hacimli grupların ilavesiyle arttırılabilir. Ftalosiyaninler genellikle suda çözünmez. Fotodinamik kanser tedavisi gibi biyoloji ve tıp alanlarındaki uygulamaların sulu ortamda gerçekleşenleri için büyük önem taşıyan suda çözünür ftalosiyaninler katyonik, anyonik, zwitteriyonik ve iyonik olmayan sübstitüentler içerir. Katyonik sübstitüentler kuaterner amonyum ve piridinyum gibi gruplarken anyonik sübstitüentler ise karboksilat ve sülfonat gibi gruplardır. Sülfobetain gibi zwitteriyonik sübstitüentler katyonik ve anyonik gruplar içerir ve yüksek pH değerleri veya KCl gibi inorganik tuzların sulu çözeltilerinde yüksek çözünürlük sağlar. İyonik olmayan sübstitüentler şeker türevleri (glukoz, solketal) ve uzun polimer zincirleri (PEG) gibi yük oluşturmadan suda çözünürlük sağlayan gruplardır. Çözünürlüğü azaltan agregasyon monomer Pc halkalarının üst üste istiflenerek kimyasal bağ oluşmadan dimer ve oligomer formlara dönüşmesidir. Agregasyon ftalosiyaninlere oktahedral koordinasyon yaptırılarak ya da hacimli sübstitüentler bağlanarak engellenebilir. Bu çalışmada ilk önce 4-nitroftalonitril ve 2-dimetilaminoetantiyol hidroklorür DMSO'da K2CO3 varlığında nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonuna sokularak 4-(2-dimetilaminoetilsülfanil)ftalonitril (1) ligandı ve ligand 1 ile CuCl2 ya da Zn(CH3COO)2 tuzu 2-dimetilaminoetanolde 140°C'de 1 gün kaynatılarak bakır ve çinko ftalosiyaninler (2,4) sentezlenmiştir. Ftalosiyanin 2 ve 4 kloroformda metil iyodür ile 1 gün kaynatılarak tetra periferal 2-trimetilamonyumetilsülfanil sübstitüe katyonik bakır ve çinko ftalosiyaninler (3,5) sentezlenmiştir. Çalışmada ikinci olarak 3-nitroftalonitril ve 2-dimetilaminoetantiyol hidroklorürün DMF'de K2CO3 varlığında nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonuna sokulmasıyla elde edilen 3-(2-dimetilaminoetilsülfanil)ftalonitril (6) ligandı ile CuCl2 ya da Zn(CH3COO)2 tuzu 2-dimetilaminoetanolde 140°C'de 1 gün karıştırılarak bakır ve çinko ftalosiyaninler (7,9) sentezlenmiştir. 7 ve 9 numaralı ftalosiyaninlerin kloroformda metil iyodür ile 1 gün kaynatılmasından tetra non-periferal 2-trimetilamonyumetilsülfanil sübstitüe katyonik bakır ve çinko ftalosiyaninler (8,10) elde edilmiştir. Çalışmanın devamında 4-nitroftalonitril ile 2-dimetilaminoetanol DMSO'da K2CO3 varlığında nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonuna girerek 4-(2-dimetilaminoetoksi)ftalonitril (11) ligandını oluşturmuştur. Ligand 11 ile CuCl2 ya da Zn(CH3COO)2 2-dimetilaminoetanol ve 140°C'de 1 gün kaynatılarak bakır ve çinko ftalosiyaninler (12,14) sentezlenmiştir. Ftalosiyanin 12 ve 14 metil iyodür varlığında kloroformda 1 gün kaynatılarak tetra periferal 2-trimetilamonyumetoksi sübstitüe katyonik bakır ve çinko ftalosiyaninler (13,15) sentezlenmiştir. Çalışmanın son kısmında 3-nitroftalonitril ile 2-dimetilaminoetanol DMSO'da K2CO3 varlığında nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonuna sokularak 3-(2-dimetilaminoetoksi)ftalonitril (16) ligandı elde edilmiştir. 16 numaralı ligandın CuCl2 ya da Zn(CH3COO)2 ile 2-dimetilaminoetanol ve 140°C'de 1 gün boyunca karıştırılmasıyla sentezlenen bakır ve çinko ftalosiyaninler (17,19) ile metil iyodür kloroformda 1 gün kaynatılarak tetra non-periferal 2-trimetilamonyumetoksi sübstitüe katyonik bakır ve çinko ftalosiyaninler (18,20) oluşturulmuştur. Çalışmada sentezlenmiş olan bütün bileşiklerin spektroskopik yöntemlerle (FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS (MALDI-TOF), UV-Vis) karakterizasyonu yapılmış ve yapıları kanıtlanmıştır. Bu çalışmada fotodinamik terapi gibi biyolojik ve tıbbi uygulamalarda kullanılması amacıyla elde edilen suda çözünür katyonik bakır ve çinko ftalosiyaninler suda iyi çözünürlük göstermiştir. Non-periferal sübstitüe ftalosiyaninler periferal türevlerine göre daha düşük agregasyon yaptığından suda daha iyi çözünürlük göstermiştir. Sübstitüentlerin makro halkaya S atomu veya non-periferal konumlar üzerinden bağlanması UV-Vis spektrumunda Q bandının kırmızıya kayarak daha uzun dalga boylarında ortaya çıkmasına neden olmuştur. Q bandının kırmızıya kayması ftalosiyaninleri fotodinamik terapi gibi biyoloji ve tıp alanlarındaki uygulamalar için daha kullanışlı yapar.