Synthesis of poly(oxanorbornene) deri̇vatives containing phthalocyanine and investigation of their antimicrobial photodynamic properties
Ftalosiyanin içeren poli(oksanorbornen) türevlerinin sentezi ve antimikrobiyal fotodinamik özelliklerinin incelenmesi
- Tez No: 769650
- Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMET KASIM ŞENER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: poli(oksanorbornen), halka açılma metatez polimerizasyonu, ftalosiyanin, antimikrobiyal fotodinamik terapi, makromoleküler fotosensitizer, singlet oksijen üretimi, poly(oxanorbornene), ring-opening metathesis polymerization, phthalocyanine, antimicrobial photodynamic therapy, macromolecular photosensitizer, singlet oxygen generation
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnorganik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
Günümüzün dünyasında bakteriyel enfeksiyon ciddi bir problemdir. Antibiyotik gibi geleneksel ilaçların aşırı kullanımı ve bakterilerin bu ilaçlara direnç mekanizmaları geliştirmesinden dolayı bakterileri etkisiz hale getirebilecek potansiyel ajanların arayışı gün geçtikçe artmaktadır. Antibakteriyel polimerler, antibakteriyel peptitleri başarıyla taklit etmeleri ve laboratuvar ortamında amaca uygun ve hızlı bir şekilde sentezlenebilmelerinden dolayı dikkat çekmektedirler. Onların etki mekanizması bakterinin negatif yüklü hücre zarı ile katyonik polimer arasındaki elektrostatik etkileşimden ve hücre duvarındaki fosfolipidlerin kuyruk grupları ile polimerin hidrofobik grupları arasındaki hidrofobik etkileşimden ileri gelmektedir. PON'ler çeşitli metal kompleksleri yardımıyla ROMP metodu ile sentezlenen bileşiklerdir. Kolaylıkla modifiye edilebilmeleri ve molekül ağırlığı, yük yoğunluğu gibi parametrelerinin kolaylıkla kontrol edilebilmesi sayesinde antibakteriyel polimerler sınıfının yıldızları arasında kendilerine yer bulmuşlardır. Diğer yandan, aPDT bakterilerin etkisiz hale getirilmesinde reaktif oksijen türlerinin üretimini esas alan önemli bir yaklaşımdır. Uygun dalga boyunda ışık ile etkileştiğinde sistemler arası geçiş yapabilen PS adındaki moleküllerin ürettiği reaktif oksijen türleri protein, DNA ve hücre membranını tahribi ile bakteri etkisiz hale gelmektedir. Pc'ler absorpsiyon yaptıkları dalga boyu, sistemler arası geçişte uzun süre kalabilmeleri ve yüksek miktarda reaktif oksijen türleri üretebilme kapasiteleri ile en çok kullanılan PS'ler arasındadır. Ayrıca Pc'ler uygun sentez stratejileri yardımıyla bakteri ile mücadelede katkı sağlayabilecek hidrofobik, hidrofilik yada katyonik grupları pek çok pozisyonlarında taşıyabilirler. Bu tez kapsamında her biri farklı antimikrobiyal mekanizmaya sahip iki antimikrobiyal ajan (katyonik poli(oksanorbornen) ve ışığa duyarlı çinko ftalosiyanin) tek molekülde bir araya getirilmiş ve bu componentleri farklı miktarlarda içeren polimerlerin antibakteriyel özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Tezin birinci kısmında yan zincirlerlerinde tert-butil sübstitüe ZnPc içeren PON'lerin sentezi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ilk olarak“Polimer Bağlı Başlangıç Maddesi”yöntemi denenmiştir. Bunun için öncelikle oksanorbornen sübstitüte ftalonitril bileşiği sentezlenmiş (M1), bu bileşiğin ROMP metodu ile polimerizasyonu gerçekleştirilmiş (P1) ve ftalosiyanin içeren polimer (P2) molekülünün sentezi için P1 aşırı miktarda tert-butil sübstitüe ftalonitrilin bileşiği ile reaksiyona sokulmuştur. Fakat monomer ve başlangıç polimeri başarılı bir şekilde sentezlenip karakterize edilmesine rağmen (M1 ve P1), son ürünün 1H NMR ında karakteristik polimer piki görülememiş ve ftalosiyanin oluşum reaksiyonu sırasında polimer omurgasının korunamadığı anlaşılmıştır (P2). Bundan dolayı sentez stratejisinin değiştirilmesine ve“Ftalosiyanin İçeren Monomer”yönteminin kullanılmasına karar verilmiştir. Bu amaçla tert-butil sübstitüe ZnPc içeren oksanorbornen monomeri (M2) ilk defa, fosfonyum grupları içeren diğer oksanorbornen monomerleri (M3, M4) literatüre uygun olarak sentezlenmiştir. Daha sonra sadece M2 monomerini içeren homopolimer (P3) ve M2, M3 ve M4 monomerlerini farklı oranlarda içeren kopolimerlerin (P4-P7) sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tüm polimerlerin (P3-P7) (birinci seri) fotofizik ve fotokimyasal parametreleri ölçülmüş olup, gram-negatif E. coli, ve gram-pozitif S. aureus bakterilerine karşı aPDT aktiviteleri incelenmiştir. Bunlara ek olarak, bakteri polimer etkileşmesi taramalı elektron mikroskobu ile kanıtlanmıştır. Tezin ikinci kısmında biyouyumluluğu arttırmak amacıyla tert-butil grupları yerine yan zincirlerlerinde TEGMM sübstitüe ZnPc içeren oksanorbornen monomeri (M5) sentezlenmiş ardından bu monomerin homopolimerinin (P8) ve M3 ve M5 monomerlerini farklı oranlarda içeren kopolimerlerinin (P9-P11) sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Tüm polimerlerin (P8-P11) (ikinci seri) fotofizik ve fotokimyasal parametreleri araştırılmıştır. Birinci seriden farklı olarak gram-pozitif bakteri olarak B. subtilis, gram negatif olarak yine E. coli kullanılarak aPDT aktiviteleri incelenmiş olup, ayrıca, bakteri polimer etkileşmesi floresans mikroskobu yardımıyla kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Bacterial infection is a serious problem in today's world. Excessive using of traditional drugs such as antibiotics have given rise to the developing of resistance mechanisms of bacteria to these drugs. Thus, the search for potential agents that can inactivate bacteria is increasing day by day. Antibacterial polymers have taken attention because they successfully mimic antibacterial peptides and can be synthesized quickly and on purpose in the laboratory environment. Their mechanism of action originates the electrostatic interaction between the negatively charged cell membrane of the bacteria and the cationic polymer, and the hydrophobic interaction between the tail groups of the phospholipids in the cell wall and the hydrophobic groups on the polymer. PONs are polymeric structures which are synthesized by the ROMP method with the help of various metal complexes. They have significant place among the stars of the antibacterial polymers thanks to being easily changed their substituents and controlled of their parameters such as molecular weight and charge density. On the other hand, aPDT is an important method based on ROS formation on inactivation of bacteria. When the molecules called PS interacts with light of the appropriate wavelength, it can achieve intersystem crossing and produce ROS. Thus, they lead to protein dysfunction, DNA damage, cell membrane disruption and provide photoinactivation of bacteria. Pcs are among the most used PSs with the convenient absorption wavelength, long triplet lifetime, and high ROS generation. In addition, Pcs can carry hydrophobic, hydrophilic or cationic groups in their many positions that can contribute to the struggle against bacteria. Within the scope of this thesis, two antimicrobial agents (cationic poly(oxanorbornene) and photosensitizer zinc phthalocyanine), each with a different antimicrobial mechanism, have combined in a single molecule and the antibacterial properties of sytnhesized polymers containing these components in different ratios were examined comparatively. In the first part of the thesis, the synthesis of PONs containing tert-butyl substituted ZnPc in their side chains was aimed. For this purpose, firstly, the“Polymer Bound Precursor”method was used. Oxanorbornene substituted phthalonitrile compound was synthesized (M1), this compound was polymerized by ROMP method (P1) and P1 was reacted with excess amount of tert-butyl substituted phthalonitrile compound for the synthesis of phthalocyanine-containing polymer (P2). However, although the monomer and the starting polymer were successfully synthesized and characterized (M1 and P1), the characteristic polymer peak could not be seen in the 1H NMR of the final product and it was understood that the polymer backbone could not be protected during phthalocyanine formation reaction (P2). Therefore, it was decided to change the synthesis strategy and use the“Phthalocyanine-Containing Monomer”method. For this purpose, oxanorbornene monomer (M2) containing tert-butyl substituted ZnPc was synthesized for the first time, and other oxanorbornene monomers (M3, M4) containing phosphonium groups were synthesized in accordance with the literature. Then, the synthesis and characterization of homopolymer (P3) containing only M2 monomer and copolymers (P4-P7) containing M2, M3 and M4 monomers in different ratios were carried out. Photophysical and photochemical parameters of all polymers (P3-P7) (first series) were measured, and aPDT activities against gram-negative E. coli and gram-positive S. aureus bacteria were investigated. In addition, the bacterial polymer interaction has been demonstrated by scanning electron microscopy. In the second part of the thesis, in order to increase biocompatibility, oxanorbornene monomer (M5) containing TEGMM substituted ZnPc in its side chains instead of tert-butyl groups was synthesized, and then the synthesis and characterization of its homopolymer (P8) and copolymers (P9-P11) containing M3 and M5 monomers in different ratios were carried out. Photophysical and photochemical parameters of all polymers (P8-P11) (second series) were investigated. Unlike the first series, aPDT activities were investigated against B. subtilis as gram-positive bacteria and E. coli as gram-negative bacteria, and the bacterial-polymer interaction was proved with the help of fluorescence microscopy.
Benzer Tezler
- Multiple click reaction strategy for the synthesis of well-defined macromolecular structures
Çoklu klik tepkime stratejisi ile iyi tanımlı makromoleküler yapıların sentezi
UFUK SAİM GÜNAY
- One-pot synthesis of graft polymers via diels-alder reactions
Diels-alder reaksiyonları ile tek adımda aşı polimerleri sentezi
İPEK YİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN HIZAL
- Synthesis of novel polymeric structures by the combination of step growth polymerization and post-polymerization modification
Adım büyüme polimerizasyonu ve post-polimerleştirme modifikasyonu ile yeni polimer yapılarının sentezi
ELİF BAYSAK
Doktora
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN HIZAL
- Synthesis of v-shaped graft copolymers via triple click reactions
Üçlü klik reaksiyonları ile v-şekilli aşı kopolimerleri sentezi
BENGÜ ÖZSOY
- Piridin bazlı rutenyum metatez katalizör sentezi ve katalitik uygulamaları
Synthesis and catalytic applications of pyridine based ruthenium metathesis catalyst
PEMBE HÜLYA KAYA BUYUN
