Geri Dön

Electronically and optically responsive thienothiophene-based polymers and their applications

Elektronik ve optik olarak duyarlı tienotiyofen bazlı polimerler ve uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 885631
  2. Yazar: GOLFAMSADAT HODA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK, DR. SHEIDA FARAJI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 101

Özet

Hassas polimerler, dış etkenlere tepki vererek fiziksel özelliklerini ve/veya kimyasal yapılarını değiştirebilen polimerler, son iki dekatta büyük ölçüde gelişme göstermiştir. Konjuge polimerlerin üstün mekanik esnekliği, düşük maliyetli basılabilir ve giyilebilir sensör uygulamaları için ek avantajlar sunar, ancak işletme ve çevresel stabilite açısından diğer organik yarıiletken bileşikler, tek kristaller ve küçük moleküllerin gerisinde kalmaktadır. Tiyofen temelli polielektrolitler ailesi, biyoanalitik çalışmalardaki uygulamaları için büyük ilgi görmüştür. Üstamoleküler kimya, özellikle kovalent bağlardan daha zayıf olan nonkovalent moleküler ve intramoleküler etkileşimlere odaklandığından, hedef analit için dikkate değer bir afinitesi olan sensörlerin tasarımında kullanılabilir. Tiyenotiyofenler, özgün fotofiziksel özellikleri nedeniyle biyomedikal teşhisler için son derece parlak malzemelerin oluşturulmasında umut vaat eden yapı taşlarıdır. Biz, tiyotiyofen tabanlı polimerlerin opto- ve elektro-duyarlı bir temel sağlama yeteneği sayesinde biyolojik ve toksikolojik olarak önemli iyonları ve molekülleri izlemek için potansiyel seçici bağlanma molekülleri araştırmaktayız. Altı, yedi veya sekiz glukopiranoz ünitesi (α-CD, β-CD, γ-CD) ile siklodextrinler (CD'ler), yeni bir döngüsel oligosakkarit sınıfıdır. Bu CD molekülleri hidrofobik iç kısımlara ve hidrofilik dış kısımlara sahiptir. CD moleküllerinin açıkça tanımlanmış koni şekilli kimyasal yapıya sahip olması, bu makromoleküllerin seçici misafir-ev sahibi kompleksi oluşturma yeteneği sağlar. Kaliksarenler, üstamoleküler kimyada çeşitli kullanımları olan makrosiklik molekül alt kategorisidir. Organize vazoları andıran bu moleküler yapılar, moleküler tanıma birimleri inşa etmede büyük fayda sağlamıştır. Kaliksarenlerin prefabrike edilmiş odacıkları, onları ev sahibi molekül olarak kullanıma uygun adaylar haline getirir. Kaliks[4]aren, en çok araştırılan kaliksaren tabanlı reseptördür, ancak üstamoleküler kimyada kullanımı için birçok farklı kaliksaren geliştirilmiştir ve araştırılmıştır. Bu proje kapsamında, organik malzeme kimyasında önemli bir rol oynayan elektronik ve optik olarak duyarlı malzemeler ele alınacaktır. Bu çalışmada, yeni tiyotiyofen temelli polimerler tasarlandı ve sentezlendi, malzemelerin optik ve elektronik özellikleri incelendi ve cihaz uygulamaları araştırıldı. Tiyotiyofen temelli polimerlerin özelliklerinden faydalanarak, söz konusu moleküllerin biyolojik olarak önemli iyonlara ve moleküllere optik ve elektronik olarak tepki verme yeteneğine sahip olmaları amaçlandı. Bu yeni polimerler, π-köprüleri olarak elektron zengini konjuge tiyotiyofen (TT) iskeletleri, tiyofen (T) ve biphenyl (BP) üniteleri ile oluşturulmuştur. Algılayıcı ortamın geliştirilmesi için, koni şeklindeki yapıları ve analit ile olmayan kovalent etkileşimler oluşturma yetenekleri göz önüne alınarak β-siklodekstrin ve kaliks[4]aren seçildi. Tasarımdaki konjuge yapılar ve π-sistem elektron akışı sayesinde moleküller, duyarlı malzeme çalışmalarında yüksek sonuçlar verdi. En tehlikeli ve yaygın ağır metallerden biri cıvadır (Hg inorganik formları (Hg0 ve Hg2+) ve metilcıva (MeHg+) çevrede ve besin zincirinde biriken, ciddi immünotoksik, genotoksik ve nörotoksik etkilere yol açar. Hg(II) ve ilgili kimyasalların tespiti, cıva toksisitesiyle ilgili artan endişeler nedeniyle hayati öneme sahiptir. İnsan vücudundaki en bol üçüncü element olan Cu2+ iyonu, bitkiler ve hayvanlar için temel iz element besin maddelerinden biridir çünkü bakır-proteinler şeklinde biyokimyasal reaksiyonlara katılır. Demir, elektron transferi, oksijen taşıma, DNA sentezi ve hücresel metabolizma gibi süreçlerde aktif olarak yer alır. Wilson, Alzheimer, Menke hastalıkları ve diğer nörolojik durumlar ile karsinojenite, aşırı bakır ve demir birikimiyle ilişkilidir. Canlılar için geçiş metallerinin gerekliliğine rağmen, vücutta aşırı bolluk organlara (böbrekler, kemikler, karaciğer ve merkezi sinir sistemi gibi) kalıcı hasara neden olabilir. Bu nedenle, böyle metallerin hassas bir şekilde tespiti son derece önemlidir. Kapsamlı bir organik tasarım planlaması, polimer malzemelerin sentez aşamaları için yapıldı ve elde edilen moleküllerin optik (UV-Vis spektroskopisi, floresans spektroskopisi), elektronik (CV, elektrokimyasal kaplamalar) özellikleri ve cihaz uygulaması (Molekül ve İyon Sensörü) incelendi. Sentez adımları bromlama, esterleştirme, Suzuki kuplajı ve -78 C keton eklemesi ile gerçekleştirildi. Bu çalışmada, sulu ortamda biyolojik olarak önemli molekülleri ve iyonları yakalama ve algılama yeteneğine sahip moleküller tasarlandı. Dört yeni tienotiyofen tabanlı polimerin (G1-CD, G2-CD, G1-Cal ve G2-Cal) tasarımı, sentezi ve algılama probu olarak uygulamaları, β-siklodekstrin ve kaliks[4]arenin benzersiz konik yapılarından ve intramoleküler etkileşimlerinden yararlanan tiyofen (T) ve bifenil (BP) π-köprülerini içermektedir. Bu polimerler Hg2+, Fe3+, Ni2+ ve Cu2+ iyonlarına karşı dikkate değer floresan değişiklikleri sergilemiştir. Sentezleri Suzuki kuplajını içermekte olup elde edilen polimerlerin optik ve elektronik özelliklerinin kapsamlı bir analizi UV-Vis spektroskopisi, floresans spektroskopisi ve döngüsel voltametri kullanılarak yapılmıştır. Bu yeni polimerlerin fotofiziksel karakterizasyonları dikkate değer bir mega Stokes kayması ve 1,95 ile 2,92 eV arasında optik/elektronik bant boşlukları göstermiştir. Özellikle β-siklodekstrin ile fonksiyonelleştirilmiş olan G2-CD, 1 ppm'ye kadar düşük konsantrasyonlarda dikkate değer bir kapanma floresans tepkisi ile Hg2+ iyonlarını algılamada üstün hassasiyet ve seçicilik gösteren en umut verici sensör olarak öne çıkmaktadır. Bu araştırma, biyolojik ve toksikolojik açıdan önemli iyonların hassas algılanmasında potansiyel uygulamalara sahip elektronik ve optik tepkili malzemelerin gelişimine katkıda bulunmaktadır. Bu polimerler arasında, TT-T iskeletinden ve Cal fonksiyonundan faydalanan G2-Cal, en iyi optik ve elektronik özellikleri sergileyerek en düşük optik bant aralığı olan 2.35 eV ve elektronik bant aralığı olan 1.95 eV'yi göstermektedir. G1 ve G2 iskeletlerini karşılaştırdığımızda, tiyofendeki kükürt atomu halkaya elektron yoğunluğu bağışlayarak tiyofeni daha fazla elektron zengini hale getirir. Kaliks[4]aren içerisinde ise aromatik halka, OH grubunun elektron çeken doğasına katkıda bulunur. Aromatik halkadaki delokalize elektronlar, fenollerin β-siklodekstrin içerisindeki alkol ile karşılaştırıldığında, oksijenden elektron yoğunluğu çekebilir, bu da fenollerin alkol gibi elektron bağışlayıcı olmasını azaltır. Bu tasarım, G2-Cal'da bir itme-çekme etkisi oluşturur. Polimerler arasında en iyi seçicilik, özellikle Hg2+ iyonuna yanıt veren G2-CD'de gözlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Responsive polymers, which are capable of responding to an external stimuli by changing their physical characteristics and/or chemical structures, have grown significantly during the previous two decades. Conjugated polymers' superior mechanical flexibility offers additional benefits for low-cost printable and wearable sensors applications, even though their operational and environmental stability still lags behind that of other organic semiconductor counterparts like single crystals and small molecules. The family of conjugated poly-electrolytes, thiophene-based polyelectrolytes has received a great deal of attention for their applications in bioanalytical studies. Supramolecular chemistry can be utilized to design sensors with a noteworthy affinity for a target analyte since it focuses primarily on noncovalent intermolecular and intramolecular interactions, which are weaker than covalent interactions. Thienotiophenes are promising building blocks in the creation of cutting-edge luminous substances for biomedical diagnostics because of their distinctive photophysical characteristics. We research potential chemoselective binding molecules to monitor biologically and toxicologically important ions and molecules based on thienothiophene-based polymers' capacity to provide an opto- and electro-responsive foundation. With six, seven, or eight glucopyranose units (-CD, -CD, -CD), cyclodextrins (CDs) are a novel class of cyclic oligosaccharide. These CD molecules have hydrophobic interiors and hydrophilic exteriors. It is beneficial for the formation of molecular complexes that CD molecules have a clearly defined cone-shaped chemical structure, providing these macromolecules with the ability of selective host-guest complex formation. Calixarenes are a subcategory of macrocyclic molecule with numerous uses in supramolecular chemistry. These molecular entities, which resemble well-organized vases, have been found to be of great use in building molecular recognition units. The prefabricated chambers of calixarenes make them suitable candidates for usage as host molecules. The calix[4]arene is the most extensively investigated calixarene-based receptor, even though many have been developed and investigated for its usage in supramolecular chemistry. Within the scope of this project, electronically and optically responsive materials, which play an important role in organic material chemistry will be discussed. In this work, novel thienothiophene-based polymers were designed and synthesized, the optical and electronic properties of materials were studied and device applications were investigated. Benefiting from the properties of thienothiophene-based polymers, the mentioned molecules were designed to have the ability to optically and electronically respond to biologically important ions and molecules. These new polymers are formed by units with electron-rich conjugated thienothiophene (TT) skeletons with thiophene (T) and biphenyl (BP) units as π-bridges. To develop the sensing media, considering their cone-shaped structure and their ability to form non-covalent interactions with the analyte, -cyclodextrin, and calix[4]arene were chosen. Thanks to the conjugated structures and -system electron flow in the design, molecules yielded high results in responsive materials studies. A comprehensive organic design planning for the synthesis stages of polymer materials was made and the optical (UV-Vis spectroscopy, fluorescence spectroscopy), electronic (CV, electrochemical coatings) properties of the resulting molecules and device application (Molecule and Ion Sensor) were examined. The synthetic steps were carried on through bromination, esterification, Suzuki coupling, and -78 C ketone addition. In this study, molecules with the ability to trap and sense biologically important molecules and ions in an aqueous media were designed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    853773

    Antenlerin hızlı ve doğru tasarımı için esnek hesaplamaya dayalı sayısal karma yöntemler

    Numerical hybrid methods based on soft computing for fast and accurate design of antennas

    MAHMUD ESAD YİĞİT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT TAYFUN GÜNEL

  2. Tez No

    648688

    Synthesis of graphene aerogel and its applications

    Grafen aerojel sentezlenmesi ve uygulamaları

    ECEM ÇELİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    KimyaKoç Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ERGEN

  3. Tez No

    902394

    Isı ve elektrikle tetiklenebilen şekil hafızalı SEBs-G-MA/ PCL/ grafen polimer kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu

    Preparation and characterization of thermally and electrically triggered shape memory SEBs-G-MA/ PCL/ graphene polymer composites

    SALİH ASKER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE TEKAY

  4. Tez No

    246239

    Slow light in germanium nanocrystals

    Germanyum nanoorgulerde yavaş ışık

    ÜMİT KELEŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEYHUN BULUTAY

  5. Tez No

    779312

    Elektriksel olarak iletken, optik olarak geçirgen yapı tasarımı

    Electrically conductive, optically transparent structure design

    İLKER GÜNAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASIM EGEMEN YILMAZ

Geri Dön