Propiolated castor oil:A novel and highly versatile bio-based platform for extremely fast, catalyst- and solvent-free amino-yne click reactions
Propiyole hint yağı: Son derece hızlı, katalizör ve çözücü içermeyen amino-in klik reaksiyonları için yeni ve çok yönlü biyo-bazlı bir platform
- Tez No: 849588
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN DURMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Yeşil kimya, atık üretimini minimize etme, enerji verimliliğini artırma ve çevre dostu malzemelerin kullanımını teşvik etme stratejilerini benimseyip endüstriyel ve akademik alanlarda sürdürülebilirliği sağlamayı amaçlamaktadır. Bu yaklaşım, çevre dostu kimyasal üretim süreçleri üzerinde çalışarak çevresel etkileri en aza indirmeyi ve gelecek nesillere daha sürdürülebilir bir dünya bırakmayı hedeflemektedir. Yeşil kimyanın uygulanması, sadece çevresel açıdan değil, aynı zamanda ekonomik açıdan da rekabet avantajı sağlayarak, temiz ve sürdürülebilir bir endüstriyel geleceğin oluşturulmasına katkıda bulunmaktadır. Yeşil kimya prensipleri, polimer kimyasında da önemli bir rol oynamaktadır. Polimer sentezi için yeşil kimya prensiplerine uygun hammaddelerin seçilmesi, çevre dostu ve sürdürülebilir polimer üretimini desteklemek adına temel bir adımdır. Atık yönetimi perspektifinden bakıldığında, yeşil kimya, polimer üretim süreçlerinde atık miktarını azaltma ve geri dönüşümü teşvik etme konularında önemli bir etki sağlar. Ayrıca, enerji verimliliği ve çevre dostu süreç tasarımı gibi yeşil kimya prensipleri, polimer üretiminde kullanılan enerji miktarını optimize etmeye ve çevresel etkileri en aza indirmeye yönelik stratejiler sunar. Bu bağlamda, yeşil kimya ve polimer kimyasının entegrasyonu, sürdürülebilir polimer endüstrisinin gelişimine katkıda bulunarak, çevre dostu malzemelerin üretilmesi ve çevresel etkilerin azaltılması konularında önemli bir potansiyele sahiptir. Yeşil kimyanın polimer kimyasındaki uygulamalarında, bitkisel yağlar önemli bir hammadde olarak öne çıkmaktadır. Biyo-bazlı ve yenilenebilir kaynaklar olmaları, bitkisel yağları polimer sentezi için çevre dostu bir alternatif haline getirir. Sürdürülebilir tarım uygulamaları ile üretilen bitkisel yağlar, petrokimyasal türevler yerine biyo-bazlı polimerlerin üretimini teşvik etmek ile birlikte, plastik endüstrisinde sürdürülebilirliği arttırmakta ve bitkisel yağların biyo-çözünürlük özellikleri, polimer ürünlerin son kullanım ömrünün sona erdiği durumlarda daha çevre dostu bir biçimde ayrıştırılmasına olanak tanımaktadır. Bitkisel yağların temel yapı taşları olan trigliseridler, içerdikleri çeşitli fonksiyonel gruplar sayesinde farklı kimyasal reaksiyonlara olanak tanımalarıyla birlikte, petrol türevli monomerlerin ve polimerlerin yerini almak üzere önemli adaylar olarak değerlendirilirler. Trigliseridlerin içerdikleri ester bağları, hidroksil grupları ve karboksil grupları gibi fonksiyonel gruplar, polimer kimyasında çeşitli reaksiyonlara katılım sağlayabilirler. Bu çeşitli fonksiyonel grupların, biyo-bazlı polimerlerin tasarımında ve sentezinde çeşitli seçenekler sunarak, petrol türevli malzemelerin yerini alacak alternatif ürünlerin geliştirilmesine olanak sağladığı belirtilmelidir. Bu nedenle, biyobazlı moleküler tasarım ve polimer sentezi açısından önemli bir rol oynarlar. Aza-Michael reaksiyonları, bitkisel yağları fonksiyonelleştirmek için tercih edilen bir yöntem olup minimum atık üreten, atom ekonomik ve çevre dostu reaksiyonlardır. Bu reaksiyonlar, primer veya sekonder bir aminin Michael donörü (nükleofil) ve bir elektron eksik alken/alkinin Michael akseptörü olarak yer aldığı, yüksek dönüşüm oranlarına sahip ve fonksiyonel gruplara karşı tolerans sunan reaksiyonlardır. Amino-yne klik reaksiyonları alkin grubu içeren bileşiklerin Michael akseptörü olduğu aza-Michael reaksiyonlarıdır. Özellikle aktive edilmiş alkin katılımlarıyla bilinen amino-yne klik reaksiyonları, poli(enamin) sentezi dahil birçok uygulamada başarıyla kullanılmıştır. En yaygın kullanılan bitkisel yağlardan biri olan hint yağı, ricinus communis bitkisinin çekirdeklerinin ekstaksiyonu sonucunda elde edilmektedir. Hint yağı büyük ölçüde risinoleik asit içeren bir bitkisel yağdır ve yapısında hidroksil grupları bulunmaktadır. Esterifikasyon reaksiyonu sayesinde, hint yağının hidroksil grupları propiyolatlanarak üçlü bağın yapıya dahil edilmesiyle biyobazlı fonksiyonel malzemeler ve termoset polimerlerin sentezi için çok yönlü bir platform oluşturabilir. Bu platform, hafif koşullar altında poliesterlerin kolay modifikasyonuna izin verir ve aza-Michael reaksiyonları aracılığıyla yüksek ürün verimleri sağlar. Genel olarak, yeşil kimya prensiplerinin polimer kimyasında, özellikle de bitkisel yağlar ve aza-Michael reaksiyonlarıyla entegrasyonu, sürdürülebilir ve çevre dostu biyobazlı malzemelerin gelişimine katkı sağlar. Bu çalışma kapsamında, hint yağı içerisinde bulunan hidroksil gruplarının propiyolik asit ile gerçekleştirilen esterifikasyon reaksiyonları sonucunda biyobazlı bir platform geliştirildi. Bu biyobazlı platformun, amino-yne klik reaksiyonları aracılığıyla etkili bir şekilde modifiye edilebileceği başarılı bir şekilde gösterildi. Propiyolik asit esterlerinin elektron eksikliği nedeniyle, amino-yne klik reaksiyonları katalizör ve çözücü gerektirmeksizin (aminlerin oda sıcaklığında düşük viskoziteli sıvılar olması koşuluyla) oda sıcaklığında ve sadece 5 dakika gibi kısa bir süre içinde başarıyla gerçekleştirildi. Geliştirilen platformun birçok primer (propilamin, pentilamin, oktilamin, sikloheksilamin, benzil amin, 3-(dimetilamino)-1-propylamin, etanolamin ve allilamin) ve sekonder (dietilamin, dietanolamin, diisopropilamin, pirilodin, piperidin ve morfolin) aminler ile kolayca reaksiyona girdiği gösterildi. Primer aminlerle gerçekleştirilen reaksiyonlar sonucunda E- ve Z-izomerlerin bir karışımı elde edildi ve bu durumda Z-izomerlerin baskın olduğu gözlemlendi. Diğer taraftan, sekonder aminlerle yapılan reaksiyonlarda saf E-izomerleri elde edildi. Ayrıca, propiyole edilen hint yağı ve dimerdiamin, m-ksilendiamin, trietilentetramin ve piperazin gibi çok fonksiyonlu aminler kullanılarak termosetler hazırlandı. Elde edilen termosetler, geliştirilmiş termal özelliklere ve elastomer benzeri mekanik özelliklere sahipoldukları tespit edildi. Ancak, elde edilen termoset malzemelerin termal özelliklerinin gelişmiş olmasına rağmen, mekanik özelliklerinin sınırlı olması dikkate değer bir husustur. Elde edilen malzemeler, 1H NMR, 13C NMR, FT-IR ve DSC kullanılarak karakterize edilmiştir. Hint yağının ve propiyole hint yağının 1H NMR, 13C NMR, FT-IR spektrumlarına bakıldığı zaman hint yağının sahip olduğu tüm hidroksil gruplarının yok olduğu ve yerlerini propiyolat gruplarına bıraktıkları net bir şekilde görülmektedir. Ayrıca, propiyole hint yağlarının primer ve sekonder aminler ile gerçekleştirdikleri amino-yne klik reaksiyonları sonucunda 1H NMR, 13C NMR, FT-IR spektrumlarına bakıldığı zaman alkin grubuna ait herhangi bir pikin kalmadığı ve yerlerine kullanılan aminlere özgü piklerin oluştuğu da net bir şekilde görülmektedir. Bu bilgilere ek olarak, primer aminler ile gerçekleştrilen reaksiyonlar sonucunda elde edilen ürünlerini E- ve Z-izomerlerinin oranı 1H NMR spektrumlarındaki piklerin integral alanları sayesinde hesaplanabilinmiş ve bu hesaplama sayesinde Z-izomerlerinin baskın olduğu ortaya çıkmıştır. Bu verilere ek olarak, amino-yne klik reaksiyonları yoluyla elde edilen tüm termosetlerin FT-IR spektrumlarına bakıldığı zaman kullanılan dört diaminin de reaksiyonlarının 5 dakika sonunda tamamlandıkları analiz edilmiştir. Ayrıca bu termosetlerin jel içerikleri aseton ekstraksiyonu ile belirlenip, termosetlerin camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) DSC ölçümleri ile belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Green chemistry (GC) represents an approach aimed at minimizing the environmental impact of chemical processes and optimizing chemical production processes in line with sustainability principles. Principles such as waste reduction, energy efficiency, and the use of renewable resources have gained significant importance, especially in recent years, particularly in polymer chemistry. Vegetable oils (VOs) are considered important candidates to replace petroleum-derived monomers and polymers due to their abundance, cost-effectiveness, low toxicity, and renewable nature. Therefore, they play a crucial role in bio-based molecular design and polymer synthesis. Aza-Michael reactions are preferred methods for functionalizing VOs, offering environmentally friendly, atom-economic, and minimal waste-generating reactions. These reactions involve a primary or secondary amine as the Michael donor (nucleophile) and an electron-deficient alkene/alkyne as the Michael acceptor, providing high conversion rates and tolerance towards functional groups. Amino-yne click reactions, particularly known for their activated alkyne participations, have been successfully utilized in various applications, including the synthesis of poly(enamine). Castor oil (CO), one of the most commonly used VOs, can serve as a versatile platform for the synthesis of bio-based functional materials and thermoset polymers through the incorporation of triple bonds via activated propiolic acid. This platform enables the easy modification of polyesters under mild conditions and ensures high product yields through aza-Michael reactions. Overall, the integration of GC principles, especially involving VOs and aza-Michael reactions, contributes to the development of sustainable and environmentally friendly bio-based materials in polymer chemistry. In this study, a highly flexible and novel bio-based platform was developed for conducting amino-yne click reactions with CO and propiolic acid. Due to the electron deficiency of propiolic acid esters, amino-yne click reactions were effortlessly conducted at room temperature, within only 5 minutes, without the need for a catalyst or solvent (under the condition of low viscosity liquids at room temperature). The developed platform demonstrated facile reactivity with numerous primary and secondary amines. Furthermore, thermosets were prepared using CO and multifunctional amines. The obtained thermosets exhibited enhanced thermal properties and elastomer-like mechanical characteristics. The materials obtained were characterized using 1H NMR, 13C NMR, FT-IR, and DSC.
Benzer Tezler
- Facile modification of propiolated castor oil via thiol-yne click reaction
Propiyolatlanmış hint yağının tiyol-in klik reaksiyonu ile kolay modifikasyonu
DAMLA KALAYCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN DURMAZ
- İndol ve türevlerinin michael tipi katılma reaksiyonları
Michael type reactions of indole and its derivatives
TESLİMA DAŞBAŞI
- N-metil-d-glukamin ile fonksiyonlandırılmış yeni manyetik nano-sorbent sentezi ve borun manyetik ayırma ile geri kazanılması
Synthesis of novel magnetic nano-sorbent functionalized with n-methyl-d-glucamine and recovery of boron wi̇th magnetic separation
MEHMET ŞAKİR ECE
- 1,2-siklik sulfamidatlar ile kiral piperidin sentezine [3+3] halkalama stratejisi
A [3+3] cyclization strategy for asymmetric piperidin synthesis using 1,2-cyclic sulfamidates
BERRİN BALTA
- Post-polymerization modification of poly(vinylene sulfide)s
Poli(vinilen sülfit)lerin post-polimerizasyon modifikasyonu
İBRAHİM ETHEM KAKAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UFUK SAİM GÜNAY
