Design and synthesis of fluorescent molecules for the detection of biologically and environmentally important species
Biyolojik ve çevresel açıdan önemli türlerin tespiti için floresan moleküllerin tasarımı ve sentezi
- Tez No: 835157
- Danışmanlar: PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK, DR. SİMAY GÜNDÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Kemosensörler, biyolojik ve çevresel açıdan önemli maddelerin tespiti için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Özellikle siyanür, hidrazin, hipoklorit ve altın iyonları gerek yüksek toksisiteye sahip olmaları gerek sanayide ve gündelik hayatta oldukça geniş bir kullanım alanına sahip olmaları sebebiyle oldukça önemlidir. Zehirli olan siyanürün vücuda belirli bir miktarda alınması mide bulantısı, kusma, bilinç kaybı, şok hali ve hatta ölümle sonuçlanabilir. Benzer şekilde hidrazine maruz kalınması durumunda alerji, mide bulantısı, baş dönmesi, geçici körlük, akut zehirlenme, cilt teması veya soluma ile yanıklar ve hatta kansere neden olabilecek zehirli ve ciddi sağlık etkilerine sahip olabilmektedir. Hipoklorit ise yüksek miktarda alındığında kardiyovasküler hastalıklar, akut akciğer yaralanmaları, nörodejeneratif bozukluklar, Alzheimer, Parkinson, kanser ve benzeri çeşitli hastalıklara sebep olmaktadır. Altın iyonları düşük miktarda vücut için olumlu etkilere sahip olmasına rağmen, yüksek miktarda alındığında proteinler, DNA ve bazı biyomoleküller ile etkileşerek çeşitli sağlık sorunlarına neden olabilmektedir. Çok güçlü bir zehir olarak bilinen siyanürün geleneksel kullanım alanları, toplu katliamlar, intiharları ve bir savaş silahlarıdır. Siyanür gaz, sıvı veya tuz olarak bulunabilir. Siyanür, kan dolaşımına girdikten sonra ferrik iyonlar gibi metallerle hızlı bir şekilde etkileşime girerek kardiyovasküler ve merkezi sinir sistemlerine zarar vererek önemli enzim zincirlerini bağlar ve durdurur. Çok sayıda doğal, endüstriyel veya evsel siyanür kaynağı vardır. Batılı ülkelerde, siyanür zehirlenmesine en çok bina yangınlarından kaynaklanan dumanın solunması neden olmaktadır. Yün, ipek ve sentetik polimerler, karbon ve nitrojen içeren maddelere örnektir. Bu maddeler termal parçalanma sürecinde yüksek sıcaklıklara maruz bırakılırsa siyanür gazı yayma potansiyeline sahiptirler. Karbon monoksit tipik olarak duman solunumundan kaynaklanan ölümlerler bağlantılı olsa da çalışmalar dumana maruz kaldıktan sonra siyanür düzeylerinin siyanüre maruz kalmanın hastalık ve ölüme sebep olabileceğini ortaya koymuştur. Metal galvanik kaplama ve metal parlatma işlemleri, siyanürün hidrojen siyanür gazı, bakır, altın, gümüş ve cıva siyanür içeren asit tuzlarıyla karıştırıldığında endüstriyel kaza riskini artıran endüstriyel işlemlerdir. Hidrazin, askeri ve havacılık sektörlerinde yakıt olarak kullanılan renksiz, zehirli bir indirgeyici maddedir. Alman araştırmacılar hidrazini II. Dünya Savaşı sırasında yakıt olarak icat etmişlerdir. Savaştan sonra hidrazin ve alkil türevlerine olan ilgide bir artış olmuştur. Hidrazinin suya benzer sıvı özelliklerine sahip olması, güçlü ve etkinliği sonucu güvenilir bir yakıt olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Hidrazin, bir ateşleme kaynağına ihtiyaç duyan geleneksel yanıcı yakıtların aksine, hipergolik bir itici olarak işlev görebilir. Hidrazin, endüstriyel avantajları özellikle uçak ve roket uygulamalarında kullanım için mükemmel olsa da, insan yaşamı ve çevre güvenliği üzerinde olumsuz etkiler oluşturmaktadır. Hidrazin ve varyantlarının nörotoksik doğası nedeniyle, düşük seviyelerde bile yumuşak doku hasarı, akciğer hasarı, konvülsiyonlar, koma ve ölümle sonuçlanabilir. Hidrazin, depolama tesislerinden ve xxvi düzenli depolama alanlarından çıkan sızıntılar yoluyla yanlışlıkla çevreye salınabilir. Daha düşük miktarlarda hidrazin doğrudan toprağa ve yüzey sularına boşaltılabilir. Araştırmalarına göre, suya ve toprağa salınan hidrazinin çok azı buharlaşarak atmosfere karışmaktadır. Hidrazin toprakla karışabilir ve sıvı içinde çözülebilir. Hidrazin, özellikle kumlu topraklarda, topraktan sızarak yeraltı sularına karışabilir. Bazı mikroorganizmalar (küçük bitkiler veya hayvanlar), daha az zararlı kimyasallar üretmek için su ve topraktaki hidrazini bozabilir. Suda ve toprakta bulunan hidrazinin çoğu birkaç hafta içinde yok olmaktadır. Bununla birlikte, balıklar hidrazinle kirlenmiş suda yaşarken, vücutlarında hidrazin birikebilir ve muhtemelen hidrazin orada kalmaya devam edebilir. Hipokloröz asit (HOCI), ev tipi ağartıcıların ve temizleyicilerin ana bileşeni olarak endüstriyel ölçekte geniş çapta kullanılmaktadır. Biyolojik sistemlerde fazla miktarda bulunan ve tehlikeli oksidanlar olarak kabul edilen nötrofiller ve monositler gibi beyaz kan hücreleri HOCl üretir. Nötrofil türevi bir enzim olan miyeloperoksidaz ve hidrojen peroksit, HOCI üretmek için klorürü oksitlemek üzere birleşir. Tiyoller, tiyoeterler, aminler, amino asitler, nükleotitler, askorbat ve polienoik asitler dahil olmak üzere çeşitli biyolojik olarak öneme sahip bileşikler, güçlü oksidan HOCI tarafından hızla saldırıya uğramaktadır. Ayrıca HOCI, H2O2 ve süperoksit anyonuyla reaksiyona girerek singlet oksijen ve hidroksil radikali gibi diğer yüksek oranda reaktif oksidan türler üretebilmektedir. HOCI, bakterileri öldürmek için gerekmektedir, ancak biyolojik reaktivitesi nedeniyle, özellikle iltihaplanma yerlerinde önemli hücre hasarına da neden olabilmektedir. Protonlanmış formunda, hipokloröz asit ve ClO– ortam fizyolojik koşulları altında denge içinde bir arada bulunmaktadır. Endojen ClO–, miyeloperoksidaz (MPO) tarafından üretilir ve hidrojen peroksit ve klorür iyonlarından enflamatuar bölgelerde aktif fagositler tarafından salınmaktadır. Bununla birlikte, anormal dozda ClO– doku hasarına neden olmaktadır. Ek olarak, ateroskleroz, nörodejenerasyon ve Alzheimer hastalığı gibi bu bozuklukların birçoğu, bu doku hasarları ile güçlü bir şekilde ilişkilidir. Önemli metallerden biri olan altın, çeşitli kimyasal özellikleri, olağanüstü fotofiziksel özellikleri ve biyoaktiviteleri nedeniyle kimya, tıp ve biyoloji alanlarında büyük ilgi görmektedir. Örneğin, altın ve türevleri, karbon-karbon üçlü bağlarını aktive etmek için güçlü katalizörler olarak işlev görebilir, böylece karmaşık moleküler yapılar oluşturulabilirler. Ek olarak, kanser, astım, artrit ve sıtma dahil olmak üzere çeşitli hastalıkları tedavi etmek için tıbbi ajanların bir bileşeni olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Altın nanopartiküller ise ilaç salınımında ve biyoalgılamada kullanılmaktadır. Ayrıca altın, yüzey ve sentetik kimya ile farmasötik kimyada özel ilgi görmektedir. Öte yandan, bazı altın türleri (AuCl3) insan karaciğerine, böbreklerine ve tüm sinir sistemine zarar verebilir. 200 μM konsantrasyondan fazlası insan sağlığı için tehlikelidir. Ayrıca, son araştırmalar, altın iyonlarının enzimler ve DNA gibi biyomoleküllerle güçlü bağlar oluşturma potansiyeline sahip olduğunu ve biyolojik sistemler, insan sağlığı ve çevre için önemli bir risk oluşturduğunu göstermiştir. Bu maddelerin tespiti için kullanılan geleneksel yöntemlerden olan elektrokimyasal analiz, kromatografi, kapiler elektroforez, potansiyometri ve iyon kromatografisi gibi enstrümental teknikler zaman alıcıdır. Ayrıca bu cihazlar pahalı ve xxvii karmaşık operasyonlar gerektirmektedir. Öte yandan, floresan problar, mükemmel hassasiyet ve seçicilik, hızlı yanıt, ucuz enstrümantasyon, kolay kullanım, gerçek zamanlı görüntüleme ve çıplak gözle algılama özelliği nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Trifenilamin, tiyonotiyofen ve barbitürik asit bazlı prob TTB, farklı emisyon dalga boylarında siyanür, hidrazin ve hipokloritin ayırt edici tespitini sağlamıştır. Rodamin ve trifenilamin bazlı prob RH-TPA, altın iyonlarının çok kanallı (kolorimetrik, florometrik ve elektrokimyasal) tespitini sağlamaktadır. BODIPY ve malononitril bazlı prob BOD-CN, sulu ortamda hipoklorit iyonlarının hızlı, hassas ve seçici tespitini sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, siyanür, hidrazin, hipoklorit ve altın iyonlarının floresan yöntem ile tespiti için özgün moleküller tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Sentezlenen floresan sensörlerin çeşitli su örneklerinde, meyve, sebze ve süt örneklerinde pratik uygulamaları yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Chemosensors are widely used for the detection of biologically and environmentally important substances. Especially cyanide, hydrazine, hypochlorite and gold ions are very important due to their high toxicity and wide usage area in the industry and daily life. Ingestion of toxic cyanide by humans in a certain amount can cause nausea, vomiting, unconsciousness, shock and even death. Similarly, taking hydrazine can have toxic and severe health effects that can cause allergies, nausea, vertigo, temporary blindness, acute poisoning, burns by skin contact or inhalation, and even cancer. When hypochlorite is taken in high amounts, it causes various diseases such as cardiovascular diseases, acute lung injuries, neurodegenerative disorders, Alzheimer, Parkinson, and cancer. Although gold ions have positive effects on the body in low amounts, they can cause some health problems through interactions with proteins, DNA and biomolecules when taken in high levels. Conventional techniques such as electrochemical analysis, chromatography, capillary electrophoresis, potentiometry and ion chromatography, which are instrumental devices used to detect these substances, are time-consuming and require expensive devices and complex operations. On the other hand, fluorescent probes have attracted significant attention due to their excellent sensitivity and selectivity, fast response, inexpensive instrumentation, easy operation, real-time imaging, and possible detection with the naked eye. The triphenylamine, thienothiophene and barbituric acid-based probe TTB enables discriminative detection of cyanide, hydrazine, and hypochlorite in different emission wavelengths. Rhodamine and triphenylamine-based probe RH-TPA enables multi-channel (colourimetric, fluorometric and electrochemical) detection of gold ions and BODIPY, and malononitrile-based probe BOD-CN enables fast, selective and sensitive detection of hypochlorite ions. In this thesis, the preparation of specific probes for fluorescence detection of cyanide, hydrazine, hypochlorite and gold ions were carried out. At the same time, practical applications of the probe molecules have been performed in various water samples, fruit, vegetable and dairy products.
Benzer Tezler
- Design and synthesis of rhodamine based fluorescent and colorimetric sensors for the detection of gold ions
Altın iyonlarının tayini için rodamin bazlı floresan ve kolorimetrik sensörlerin tasarımı ve sentezi
ERMAN KARAKUŞ
Doktora
İngilizce
2017
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA EMRULLAHOĞLU
- The design and synthesis of fluorescent chemosensors for the detection of gold and mercury metal species
Altın ve cıva metal bileşiklerinin tayin edilmesi için floresan özellikte kemosensörlerin tasarlanması ve sentezlenmesi
CEREN CANTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA EMRULLAHOĞLU
- Design and synthesis of boron-dipyrromethene (BODIPY) based fluorescent and colorimetric sensors for the detection of gold and mercury ions
Altın ve cıva iyonlarının tayini için bor-dipirometen (BODIPY) bazlı floresan ve kolorimetrik sensörlerin tasarımı ve sentezi
MUHAMMED ÜÇÜNCÜ
Doktora
İngilizce
2016
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA EMRULLAHOĞLU
- Moleküler imprint sol-jel polimer kaplı kuantum noktaların sentezi ve optik sensör uygulaması
Synthesis of quantum dots coated with molecularly imprinted sol-gel polymer for application of optical sensor
TANER ARSLAN
- İyon seçici sol-jel film sentezi ve optik sensör olarak kullanmı
Ion selective sol-gel film synthesis and usage as optical sensor
MERVE UMUTLU
