Microwave assisted synthesis of PAMAM type dendrimers and their analytical applications
PAMAM tipi dendrimerlerin mikrodalga destekli sentezi ve analitik uygulamaları
- Tez No: 364151
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDÜRREZZAK EMİN BOZDOĞAN, DOÇ. DR. METİN TÜLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Dendrimer, Poly (amidoamin) (PAMAM), mikrodalga destekli sentez (MAS), sıvı fazlı alıkonma (LPR), spektral faktör analizi (SPFA), metallerin uzaklaştırılması, çok değişkenli kalibrasyon (MLR, PCR, PLS), Dendrimer, Poly (amidoamine) (PAMAM), microwave assisted synthesis (MAS), liquid phase retention (LPR), spectral factor analysis (SPFA), removal of metals, multivariate calibration (MLR, PCR, PLS)
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Analitik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 262
Özet
Dendrimerler nano boyutta, oldukça dallanmış, yıldız şekilli ve üç boyutlu makromoleküllerdir. Dendrimerlerin yapısal oluşumu ve kontrollü sentezi, çeşitli iç çekirdek ve yüzey gruplu farklı şekil ve boyutlarda tasarlanmalarını mümkün kılmaktadır. Dendrimerlerin yüzey modifikasyonu, çözünürlük, şelat yetenekleri, kapsülleme verimliliği, absorpsiyon kapasitesi gibi birçok fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkilemektedir. Bu kazanılan özelliklere bağlı olarak, dendrimerler ilaç taşıma sistemleri, gen terapisi, katalizör, anti-bakteriyel ajan ve buna benzer birçok uygulamayı içeren geniş bir alanında kullanılabilirler. Etilen diamin (EDA), dietilen triamin (DETA) ve ticari olarak elde edilebilir Jeffamine® T-403 çekirdeğinden yola çıkarak, amin, tris ve karboksili sonlu, suda çözünür dördüncü jenerasyona kadar poly (amidoamin) (PAMAM) dendrimerler sentezlendi. Amin sonlu ve tris sonlu dendrimerlerin sentezi yeni geliştirilen mikrodalga destekli sentez (MAS) metotları kullanılarak gerçekleştirildi. Bu şekilde, amitleme aşaması 5-8 günden 30-80 dk'ya indirilirken, tris yüzey modifikasyonu, iki günden 110-130 dk. gibi kısa bir süreye indirildi. Bu tezde sentezlenen amin sonlu ve yüzeyi değiştirilmiş olan DETA ve Jeffamine® T-403 çekirdekli PAMAM dendrimerler literatür olarak yeni moleküllerdir. Sentezlenen dendrimerler sıvı fazlı polimer destekli alıkonma (LPR) tekniği kullanılarak saflaştırıldı ve 1H NMR, 13C NMR, IR ve UV-VIS spektroskopisi kullanılarak karakterize edildi. Dendrimerler, kısa sürede, yüksek saflıkta, iyi verimde ve büyük miktarlarda sentezlendi. Sentezlenen dendrimerlerin protonlanma mekanizmaları potansiyometrik ve spektroskopik titrasyon çalışmaları ile incelendi. Titrasyonlardan elde edilen veriler, Hyperquad ve HypSpec bilgisayar programları kullanılarak pKa hesaplamalarında kullanıldı. PAMAM sulu çözeltilerinin içerdikleri absorbans yapan tür sayıları, kimyasal denge modelleri kurabilmek için spektral faktör analizi (SPFA) kullanılarak belirlendi. Böylece, herhangi bir yük ve denkliği kullanılmaksızın, sulu PAMAM çözeltilerinde var olan tür sayıları belirlendi ve pKa hesaplamaları gerçekleştirildi. Protonlanan türler ve jenerasyon (G) sayıları arasında amin sonlu dendrimerler için pozitif bir uyum gözlendi. Titrasyon çalışmalarından elde edilen tür dağılım eğrileri aracılığıyla, sentezlenen dendrimerlerin protonlanma davranışları karakterize edildi. Dördüncü nesil model bir P4.NH2 dendrimerin, Co(II) ve biyolojik olarak elde edilebilirliği düşük olan carvedilol (CAR) bağlama yetenekleri araştırıldı. P4.NH2 - Co(II) kompleksi ve P4.NH2-CAR içerik kompleksi UV-VIS spektroskopisi kullanılarak karakterize edildi. CAR'ın P4.NH2'nin iç tersiyer amin grupları ile kararlı ve karışabilen iyon çiftleri oluşturduğu gözlendi. P3.NH2 ve P4.NH2 dendrimerlerin eş zamanlı olarak metal kompleksi oluşturma yetenekleri, metal dendrimer sulu çözeltilerinde kompleks yapmamış Cu(II), Co(II), Ni(II), Cd(II), ve Zn(II) iyonlarının ortamdan uzaklaştırılması LPR tekniği kullanılarak incelendi. Alıkonan metal konsantrasyonları atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS) kullanılarak tayin edildi. Farklı jenerasyon (P3.NH2 ve P4.NH2) Jeffamine® T-403 çekirdekli PAMAM dendrimer çözeltilerinden metal iyonlarının eş zamanlı olarak uzaklaştırılmasına pH ve jenerasyon sayısının etkisi, ayrıca incelendi. P3.NH2 ve P4.NH2 dendrimerlerin pH 9.0'da metal iyonlarına ilgisi, Zn(II)> Co(II)> Ni(II)> Cu(II)> Cd(II) azalan sıralamada belirlendi. pH ve jenerasyon arttıkça, sadece Cu(II) iyonlarının alıkonmasının arttığı gözlendi. Her iki jenerasyon için de, Zn (II) ve Co(II), pH 9.0 da %90'nın üzerinde alıkondu. Bu şekilde, Jeffamine® T-403 çekirdekli çok dişli P3.NH2 ve P4.NH2 ligantlarının yeni metal bağlama kabiliyetleri, LPR tekniği ile karakterize edildi ve farklı pH değerlerinde protonlanma süreleri ile açıklandı. Nötral pH'nın üzerinde, P3.NH2 ve P4.NH2'nin, Co(II), Ni(II), Cd(II) ve Zn(II) iyonlarını eş zamanlı olarak bağlamada yeteri kadar kararlı olduğu gözlendi. EDA, DETA ve Jeffamine® T-403 çekirdekli tris ve karboksili sonlu PAMAM dendrimerlerden, Cu-DENs nanopartiküller sentezlendi. Bu dendrimer türevlerinin maksimum metal bağlama kapasiteleri, spektroskopik titrasyonlarla belirlendi. Cu-DENs nanapartiküller UV-VIS spektroskopisi ile karakterize edildi. 680 nm d-d geçiş ve 270-300 nm liganttan metale yük aktarımı (LMCT) bantlarının kaybolması ve yerini düşük dalga boylarına doğru azalan üstel bir banda bırakması dendrimer metal karışımları renginin indirgenme ile maviden altın sarısına dönmesine ek olarak Cu-DENs'lerin başaralı bir şekilde sentezine kanıt olarak kullanıldı. Son olarak, ful faktöriyel üç seviyeli deneysel tasarım, P2.NH2 ve P3.NH2'nin Jeffamine® T-403 çekirdekli ikili PAMAM dendrimer karışımlarından eş zamanlı olarak UV-VIS spektroskopisi ile tayininde çok değişkenli kalibrasyon modelleri (MLR, PCR, PLS) kurmak için kullanıldı. Oluşturulan modeller tahmin güçleri RMSEP değerleri kullanılarak kıyaslandı.
Özet (Çeviri)
Dendrimers are highly branched, star shaped and three dimensional macromolecules with nanometer scale. Their structural composition and controlled synthesis allow them to be designed with different shapes and sizes with various interior cores and surface groups. Surface modification of dendrimers affects their physical or chemical properties such as solubility, chelating ability, encapsulation efficiency, and absorption capacity. Depending on these attained features, dendrimers can be used for a wide range of applications including drug delivery, gene therapy, catalysis, antibacterial agents, and many others. Starting from ethylene diamine (EDA), diethylene triamine (DETA) and commercially available polymer Jeffamine® T-403 cores, amine, tris and carboxyl terminated water soluble poly (amidoamine) (PAMAM) dendrimers up to fourth generation were synthesized. Synthesis of amine and tris terminated PAMAMs were performed by new developed microwave assisted synthesis (MAS) methods. In this way, amidation step was shortened up to 30-80 min from 5-8 days while tris surface modification was shorten up to 110-130 min from two days. Amine terminated and surface modified DETA, and Jeffamine® T-403 cored PAMAMs, which are synthesized in thesis, are literaturally novel molecules. Synthesized dendrimers were purified by liquid phase polymer retention (LPR) technique and characterized by 1H NMR, 13C NMR, IR and UV-VIS spectroscopy. Dendrimers were synthesized in high purity, good yields and massive amounts in short period of time. Protonation mechanism of synthesized dendrimers were investigated by potentiometric and spectroscopic titrations. Data driven from titrations were used in pKa calculations of PAMAMs by means of computer programs Hyperquad and HypSpec. Number of absorbing species in aqueous PAMAM solutions to establish chemical equilibrium models were determined with spectral factor analysis (SPFA). Thus, without using any law of mass action, number of species present in aqueous PAMAM solutions were determined and pKa calculations were performed. A positive correlation between the number of protonated species and generation (G) of amine terminated PAMAMs was observed. By means of species distribution plots obtained from titration experiments, protonation behaviors of synthesized dendrimers were characterized. Properties of a model fourth generation Jeffamine® T-403 cored P4.NH2 dendrimer on the Co(II) binding ability and a low bioavailable drug Carvedilol (CAR) were investigated. P4.NH2-Co(II) complex and P4.NH2-CAR inclusion complex were characterized by UV-VIS spectroscopy. Stable and miscible ion pairs of CAR with internal basic tertiary amines of P4.NH2 were observed. The ability of simultaneous metal complexation of P3.NH2 and P4.NH2 was investigated with the removal of uncomplexed Cu(II), Co(II), Ni(II), Cd(II), and Zn(II) ions from metal dendrimer mixture solutions by LPR technique. Retentate metal concentrations were determined by atomic absorption spectroscopy (AAS). The effect of pH and generation number on the simultaneous removal of metal ions from different generation (P3.NH2 and P4.NH2) Jeffamine® T-403 cored PAMAM dendrimer solutions was also investigated. High affinity of both P3.NH2 and P4.NH2 towards metal ions were determined in the decreasing order of Zn(II)> Co(II)> Ni(II)> Cu(II)> Cd(II) at pH 9.0. It was observed that only the Cu(II) retention increased with the increasing generation and pH. Zn(II) and Co(II) were retained over 90% for both generations at pH 9.0. In this way, novel metal chelating abilities of polydentate P3.NH2 and P4.NH2 ligands were characterized by LPR technique and explained by extent of pronation (EOP) profiles in different pH values. It was observed that over neutral pH, P3.NH2 and P4.NH2 were stable enough to simultaneously bind Cu(II), Co(II), Ni(II), Cd(II), and Zn(II). Synthesis of Cu-DEN nanoparticles were performed from EDA, DETA and Jeffamine® T-403 cored tris and carboxyl terminated PAMAMs. Maximum metal loading capacity of these PAMAMs were determined by spectroscopic titrations. Cu-DENs were characterized by UV-VIS spectroscopy. Disappearance of 680 nm d-d transition and 270-300 nm ligand to metal charge transfer (LMCT) peak and formation of monotically increasing exponential band were used as the evidence of the successful synthesis of Cu-DENs in addition to immediate color change of dendrimer metal mixture solutions from blue to golden brown by reduction. Finally, full factorial three level experimental design was used to construct multivariate calibration models (MLR, PCR, PLS) for the simultaneous determination P2.NH2 and P3.NH2 from binary mixtures of Jeffamine® T403 cored PAMAMs by UV-VIS spectroscopy. Constructed models were compared in terms of their prediction powers from relative mean square error of prediction (RMSEP) values.
Benzer Tezler
- Microwave-assisted synthesis of novel pamam type dendrimers and their analytical applications
Mikrodalga kullanılarak yeni pamam tipi dendritik moleküllerin sentezi ve analitik uygulamaları
CEMİL DIZMAN
- Mikrodalga yöntemiyle yeni pamam türü dendrimerlerin sentezi ve biyokimyasal özelliklerinin araştırılması
Microwave assisted synthesis of novel pamam type denrimers and investigation of their biochemical properties
EREN ÇALIK
- Mikrodalga destekli yeni nesil PAMAM türü dendrimerlerin sentezi ve ilaç taşıyıcı özelliklerinin araştırılması
Microwave assisted synthesis of new generation PAMAM dendrimers and investigation of drug delivery properties
MUSTAFA ULVİ GÜRBÜZ
Doktora
Türkçe
2016
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TÜLÜ
YRD. DOÇ. DR. ALİ SEROL ERTÜRK
- Makro moleküler ligandlar ve metal komplekslerinin sentezi, karakterizasyonu ve biyolojik özellikleri
Synthesis, characterization and biological investigation of macromolecular ligands and their metal complexes
SITKI USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
KimyaFatih ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN TÜLÜ
PROF. DR. NAZ MOHAMMED AGH ATABAY
- (Karboksifenilazo) fenoksi sübstitüe metalli ftalosiyaninlerin mikrodalga ile sentezi
Microwave assisted synthesis of (Carboxyphenylazo) phenoxy substituted metallophthalocyanines
NESLİN NALDÖĞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYFER KALKAN BURAT
