Aza–bodipy compounds with fluorescent property for determination of bio–thiols
Biyo–tiyollerin tayini için floresan özellikli aza–bodipy bileşikleri
- Tez No: 533948
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞE ÖZDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Bio – thiols are playing important and crucial roles in biological systems. Their abnormal levels in the plasma are linked to a number of various medical disorders including leukocyte loss, psoriasis, skin lesions, slow growth, liver damage, AIDS, Alzheimer's, and Parkinson's disease. Because of their important roles, sensitive and selective detection of these biological thiols has received growing attention in recent years. Detection of bio – thiols can be done via High Performance Liquid Chromatography (HPLC), capillary electrophoresis (CE), immunoassay, colorimetric, and fluorescent assays. Today the common procedure of both qualitative and quantitative detection in Mediclinic studies based on chromatographic methods such as, HPLC analysis which requires time, investment and depends highly on experience. On the other hand, optical detections have received increasingly attention in study and development due to their simplicity, sensitivity and capability of imaging intracellular thiols in vivo studies. To address this issue, in this work, promising classes of NIR emitting dyes, aza – boron – dipyrromethene dyes (aza – BODIPYs), are chosen as a skeletal structure to work with. Tetraphenyl conjugated aza – BODIPY is synthesized as chromophore, for optical sensing. Two different methods are used to derivatize the probe to have the functional group, which is a“formyl”functional group, to combine with bio – thiol from the thiol side and form a thiazolidine or thiazine ring. Under optimized conditions the fluorescence of the aza – BODIPY structures are measured (in DMSO) and, found as for compound 7, λabs = 478, 594; ϕ = 0,23; λems = 505, (); and for compound 8, λabs = 285, 635; ϕ = 0,33; λems = 378, 672. Both chromophores are treated with several amino acids, with some of them containing thiol functional group. It is found to be, chromophore synthesized can bond Cys and selectively detect with limit equal to the 100 equivalents of the chromophore. As a result, it is proven that aza – BODIPY dyes, can be used as detector to analyse both qualitatively and quantitatively bio – thiols, with formation of thiazine ring. We expect that this NIR probe will be of great benefit to biomedical researchers studying Cys in biological systems.
Özet (Çeviri)
Biyo – tiyoller, yaşayan biyolojik sistemler için ihmal edilemeyecek büyük bir öneme sahiptir. İnsan vücudunda sıklıkla bulunan ve bir çok araştırmaya konu olan, yaygın biyo – tiyoller ve diğer kükürt içeren bileşikler aminoasitler olup, Sistein (Cys), Homosistein (Hcy) ve Glutatyon (GSH) bunların başında gelmektedir. Kan plazmasındaki değerinin olması gerekenden az ya da eksik olması durumunun, akyuvar hücrelerinde azalma, sedef ve diğer cilt hastalıkları, yavaş büyüme, ciğer hasarları, AIDS, Alzheimer ve Parkinson hastalıkları başta olmak üzere, çok çeşitli hastalıklara neden olduğu bilinmektedir. Cys başta olmak üzere GSH ve Hcy'nin kan plazmasındaki miktarı, çoğu hastalığın belirtisi ve teşhisinde önemli bir yer almaktadır. Cys aminoasidi ele alındığında, kendisinin temel bir aminoasit oluşu ve haliyle diğer aminoasitlerin sentezinde sıklıkla kullanılmasından ötürü ayrı bir öneme sahiptir. Ayrıcı diğer ikisinden farklı olarak proteinlerin yapısından doğrudan yer almakta ve sahip olduğu tiyol gurubu nedeniyle protein katlanmasında önemli yer almaktadır. Azlığında protein ve temel olmayan aminoasit sentezi etkileneceğinden ötürü, büyüme ve hücre bölünmesinin yavaşlanmasıyla ilişkilendirilmektedir. Buna karşın plazma seviyesindeki fazlalığın nörolojik toksisiteye neden olduğu bilinmektedir. Alzheimer ve Parkinson hastalığı ile, kan plazmasındaki seviyesindeki Cys miktarı çoğu yayında ilişkilendirilmektedir. Buna karşın GSH ve Hcy temel olmayan aminoasitlerdir, fakat biyolojik önemleri, kesinlikle yadırganmamalıdır. Hcy'nin sentezi, DNA sentezinde önemli olan folik asit mekanizmasında gerçekleşmektedir ve miktarındaki azılış doğrudan bu prosesi etkilemektedir. Kan seviyesinin Cys'ye benzer şekilde ve Cys ile birlikte, hücre bölünmesinin yavaşlattığı ve kas kütlesinde azalmaya neden olduğu gözlemlenmiştir. GSH ise, bağışıklık sisteminde yer alan önemli bir antioksidandır ve reaktif oksijenin ya da oksijen radikali gibi vücutta fazlaca bulunan ve üretilen oksitleyicilerin neden olduğu inhibisyonu engeller. Enzimlerin inhibisyonunu önlemek içinde bilinen etkili yöntemlerden biri ortama serbest Cys ya da GSH eklenmesidir. GSH azlığında AIDS gibi, bağışıklık sistemine neden olan hastalıklarla ilişkilendirilmektedir, buna karşın fazlalığının oto – immün hastalıklara neden olabileceği çalışmalarda belirtilmiştir. Bu kadar ciddi bir öneme sahip bileşikler olan biyo – tiyollerin, seçici ve hassas olarak tayini günümüzde çoğu çalışmada yer alan bir konu haline gelmiştir. Günümüzde, hedef maddeye yönelik kalitatif ve kantitatif analizler için, Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC), kapiler elektroforez, kolorimetrik analiz ve floresan spektroskopisi gibi pek çok yöntem mevcuttur. Fakat, klinik alanda, biyo – tiyollerin analizi için aktif olarak kullanılan yöntem HPLC başta olmak üzere diğer kromatografik yöntemlerdir ve bu yöntemler, ciddi yatırım, zaman ve tecrübe istemektedirler. Optik analiz yöntemleri, kolay uygulanabilirliği, hassasiyeti ve in vivo çalışmalarda kullanılabilirliği sayesinde, araştırma konusu olarak, artan bir öneme ve yere sahiptir. Bu nedenle, bu çalışmada, yakın kızıl ötesi bölgesinde soğurma ve emisyon yapabilen bir bileşik olan aza – boron – dipirometen (aza – BODIPY) boyarmadde iskeleti içeren floresans bileşiğin, algılayıcı olarak biyo – tiyollerin fizyolojik tampon ile tayininde kullanılması amacıyla sentezlenmesi konu edilmiştir. Başlangıçta, fizyolojik ortamda tayini sağlaması ve ileriki dönemlerde hücre içi görüntülemede kullanılabilmesi açısından, suda çözünürlüğü mümkün olan bir boyarmadde sentezlenmesi düşünülmüştür. Bu amaçla, tetrafenil konjuge aza – BODIPY'nin sentezlenmesi için“– NO2”türevli kalkonlar ile sentezlere başlanmıştır. Bu sayede, ortho – kselen yapısında sentezlenecek olan aza – BODIPY boyarmaddesi, iki aromatik grupta serbest Nitro fonksiyonel grubu barındıracak ve türevlendirmeler mümkün kılınacaktır. Suda çözünürlüğün sağlanması için düşünülen ilk amaç, NO2 fonksiyonlarının indirgenmesi ile NH3 grubunun halkaya tanıtılmasıdır. İndirgenme sonucu elde edilen amino grubu, daha sonra di – aldehit türevleri ya da eter fonkisyonu içeren benzaldehitler ile bir araya getirilerek imine dönüştürülecektir. Bu sayede, yapıya imin konjugasyonu ile suda çözünürlük katılacaktır. Ayrıca eklenen eter ya da imin konjugasyonu ile sistemin içerisindeki elektron konjugasyonun artacağı düşünülmüş ve buna bağlı olarak sentezlenen bileşiğin absorbsiyon ve emisyon değerlerinin NIR bölgeye içerisinde kalacağı hedeflenmiştir. Bu sayede belirtilen hücre içi görüntüleme çalışmalarında NIR bölgede çalışmanın avantajından faydalanabilecektir. Ancak yapılan deneysel çalışmaların başarısız olması nedeniyle, ilk hedef gerçekleştirilememiştir. Yapılan çalışmalarda görülmüştür ki, nitro fonksiyonel grubu içeren E – kalkon bileşikleri, Micheal katılma reaksiyonu için uygun değildirler. Yapılan araştırmalar sonucu bu reaksiyonların yüksek enerjili ortamlarda bile %50'nin altında verimlerde gerçekleştiği görülmüştür. Bu reaksiyonların gerçekleşmemesinin nedeni olarak, Nitro grubunun elektron çekici özelliğinin neden olduğu konjugasyondaki değişim olarak açıklanmıştır. Nitro grubunun elektron çekici özelliği sonucu, karbonil fonksiyonu üzerindeki elektronlar delokalize olurlar. Bu nedenle katılmanın gerçekleşeceği elektrofilik merkez oluşamaz. Haliyle molekül nükleofilik katılmanın gerçekleşmesi için uygun ara yapıya geçemez ve sonucu olarak reaksiyon düşük verimle ya da hiç gerçekleşmez. Yapılan literatür çalışmalarında da görülmüştür ki, bu reaksiyon sadece mikrodalga ile, yüksek enerji (dışardan uygulanan elektromanyetik dalga) ile anca gerçekleştirilebilmektedir. Bu sonuçlar doğrultusunda çalışmanın amacı, aza – BODIPY boyarmaddesini kullanarak, tiazolidin ya da tiazin oluşumuyla biyo – tiyol varlığını, kalitatif ve kantitatif olarak ölçülmesini incelemektir. Çalışma kapsamında, tetrafenil konjuge aza – BODIPY boyar maddesi sentezlenmiş olup, iki farklı yöntemle“formil”fonksiyonal grubunun iskelete eklenmesiyle yapıya sensör görevi, tiyoller ile aldehit arasındaki halkalaşmasıyla, kazandırılmıştır. Hedef bileşik olan ve sensöre floresan özellik katacak olan tetrafenil konjuge aza – BODIPY halkasını sentezlemek için, aza – dipirometen kompleksi, amonyum asetat ve β – nitro karbonil bileşiğinin kondenizasyonuyla elde edilmiştir. Reaksiyon tek seferde yüksek saflıkta gerçekleştirilmiştir. Sübstitüye grupların halkada yer alması için, β – nitro karbonil bileşiği, E – kalkon üzerine Micheal katılmasıyla yapılmıştır. Ürün DCM ile kristallendirilerek saflaştırıldıktan sonra ilgili reaksiyonda kullanılmıştır. Başlangıç maddesi olan E – kalkon, ticari olarak bulanabileceği gibi eşit oranlarda bazik ortamda asetofenon ve benzaldehitin karıştırılmasıyla elde edilebilir. Yapılan bu çalışmada E – kalkon, bazik aldol kondenizasyonu mekanizmasıyla elde edilmiş olup, alkol ile kristallanderilip saflaştırıldıktan sonra ileriki reaksiyonda kullanılmıştır. Tetrafenil dipirometen halkası, daha sonra N2 altında bor trifloro eterat ile bir araya getirilmiş ve ilgili aza – BODIPY orto – ksilen formunda sentezlenmiştir. Kolon kromatografisi ile (DCM/HEX : 3/2) saflaştırılmıştır. Biyo – tiyol tayin mekanizması olarak seçilen tiazolidin ya da tiazin halkalaşması için, sentezlenen kromofor gruba formil fonksiyonu katılmıştır. Bunun için kullanılan yöntemlerden biri Vilsmaer – Haack reaksiyonu olarak bilinen, aromatik halkaya formil katılmasıdır. Bu sayede, sentezlenen kromofor, β – konumundan formillenerek, tiazolidin ya da tiazin halkası oluşturmaya elverişli hale getirilmiştir. Yapı sentezlendikten sonra (Et.Pet./EtOAC : 1 /1) ile silika jel üzerinden kolon kromatografisi ile saflaştırılarak kullanılmıştır. Bir diğer sensör ise, aynı kromofor halkanın, AlCl3 yardımıyla dioksiboron türevi olarak BF2 şelatı üzerinden aldehit fonksiyonu içermesi ile elde edilmiştir. 3, 4 – dihidroksibenzaldehitin yapıya eklenmesi ile tiyol probu özelliği yapıya kazandırılmıştır. Reaksiyon ile 3, 4 – dihidroksibenzaldehit, hidroksi gruplarından, kromoforun, florları ile yer değiştirerek boruna katılmış, açıkta kalan aldehit fonksiyonuyla yine tiazolidin ya da tiazin halkalaşmasına uygun yapı sağlanmıştır.Yapı Lewis Asidi yardımıyla sentezlendikten sonra, kolon kromatografisi ile saflaştırılarak (DCM/HEX : 3/2) sensör çalışmalarında kullanılmıştır. Sentezler tamamlandıktan sonra, yapı analizleri ve floresans ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Yapı analizleri hem sensörler için hem de ara ürünler için 1H – NMR ile 13C NMR ve IR ile gerçekleştirilmiş olup, sensörler için ayrıca HR – MS VE MALDI/TOFF – MS ile tamamlanmıştır. Floresans ölçümleri ise UV – Vis ve Floresans spektrometrik analizler ile gerçekleştirilmiştir. UV – Vis ve Floresans ölçümleri gerçekleştirilmeden önce, β – formil fonksiyonu bileşiğin UV – Vis ışık altında floresansın gözle takibini sağlanabilirken, dioksiboron türevi için gözle takip sağlanamamıştır. Nedeni olarak, dioksiboronların sahip olduğu sp3 oksijen atomlarının konjugasyonu azaltarak floresansın kısıtlaması ya da sp3 hibritteki yapının sahip olduğu ortaklaşmamış elektron çiftlerinden konjugasyonu arttırdığı ve gözle görünür bölgeden çıkarttığı düşünülmüştür. İki kromofor sensörde saflaştırıldıktan sonra ilgili yapı tayinleri tamamlanmış ve DMSO çözücü ile UV – Vis ve Floresans özellikleri incelenmiştir. Ölçümler sonucu bu durum da incelenmiştir. Yapılan floresans spektrofotometre sonucu NIR bölgenin altında fakat yakınında absorbsiyon yaptığı görülmüştür (Bileşik 7: λabs = 478, 594; ϕ = 0,23; λems = 505, –) (Bileşik 8: λabs = 285, 635; ϕ = 0,33; λems = 672, –). İki sensör de daha sonra sulu çözeltisi hazırlanan çeşitli amino asitlerle HEPES tampon ile bir araya getirilmiştir. Bunun için, çeşitli derişimlerde hazırlanan amino asit çözeltileri, sensör çözeltisiyle birleştirilmiş ve 35 ° C'de 1 saat muamele edilmiştir. Ardından UV – Vis spektrofotometrik ölçümleri yapılmış ve 100 ekivalent ve üzeri oranlarda aminoasit içeren çözeltiler ile hazırlanan sensör – amino asit karışımlarında tiyol içeren amino asitlerin, sensörün absorbans değerinde düşüşe neden olduğu gözlemleniştir. Amacımız olan, biyo – tiyollerin sulu ortamda kromofor ile tayini başarı ile sonuçlanmış ve aza – BODIPY bileşiklerinin tiazolidin ya da tiazin halkalaşmasıyla seçici olarak tiyol içeren amino asitlerin tayinin hem kalitatif hem de kantitatif olarak kullanılabileceği görülmüştür. Bu çalışmada konu edilen algılayıcının, biyomedikal alanında, özellikle canlı ortamlarda sisteinin tayini üzerine çalışanlar için yardımcı olmasını ümit ediyoruz.
Benzer Tezler
- Bodipy ve aza-bodipy bileşiklerinin iki foton soğurma, floresans ve ultra hızlı spektroskopik özelliklerinin incelenmesi
Two photon absorption, fluorescence and ultrafast spectroscopic properties of bodipy and aza-bodipy components
SEZEN TEKİN
Doktora
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİME GÜL YAĞLIOĞLU
- Tetra-arilazadipirometen ligand ve bordiflorür (BF2) komplekslerinin (aza-bodipy) doğrusal olmayan optik özelliklerinin incelenmesi
The investigation of nonlinear optical properties of tetra-arylazadipyrromethene and its BF2 complexes (aza-bodipy)
BÜŞRA ÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİME GÜL YAĞLIOĞLU
- Aza-BODİPY tabanlı bileşiklerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of Aza-BODIPY-based compounds
ŞULE ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAL DELİGÖNÜL
- Biyolojik uygulamalara yönelik ftalosiyanin-BODIPY konjugatlarının sentezi
Synthesis of phthalocyanine-BODIPY conjugates for biological applications
HANDE TELSEREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN
- Synthesis and ion sensing properties of novel boradiazaindacene dyes
Boradiazaindasan boyarmaddelerinin sentezi ve iyon algılayıcı özellikleri
NALAN ZALİM
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ENGİN UMUT AKKAYA