Geri Dön

Synthesis of new cholesterol-functionalized mesogens and investigation of their liquid crystal properties

Kolesteril fonksiyonlu yeni mezojenlerin sentezi ve sıvı kristal özelliklerinin incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 928298
  2. Yazar: YAĞMUR BAYRAKTAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  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: 71

Özet

Havuç köklerinde tesadüfen keşfedilmelerinden bu yana, sıvı kristaller çok sayıda çalışmanın odak noktası olmuştur ve araştırma konusu olmaya devam etmektedir. Bu moleküller, saatler, cep telefonları, televizyonlar, bilgisayar ekranları, projektörler ve diğer çeşitli görüntüleme cihazları gibi teknolojik cihazlarda aktif bileşenler olarak kullanımları da dahil olmak üzere geniş bir uygulama alanına sahiptir. Sıvı kristallerin uygulamaları, bilgi teknolojilerinde önemli gelişmelere yol açmıştır. Bir bileşiğin sıvı kristal özellik gösterebilmesi için molekülün şeklinin korunmasına ve düzenlenmesine yardımcı olacak sert ve esnek olmayan bir çekirdeğe sahip olması, molekülerin hareket etmesine olanak sağlayacak esnek yan zincirlere sahip olması gerekmektedir. Sıvı kristal özellik gösteren bileşiklerin yapılarında aromatik halkalar, yan zincirler, terminal grupları ve bağlayıcı gruplar bulunmaktadır. Sıvı kristaller termotropik ve liyotropik sıvı kristaller olmak üzere iki grupta incelenmektedir. Termotropik sıvı kristaller en düzenli hal olan kristal faz ile sıvı faz arasındaki belirli bir sıcaklık aralığında sıvı kristal davranış sergilemektedir. Sıvı kristal davranış gösterme eğilimi kristal yapının sıcaklığı artırıldığında ve sıvı fazın sıcaklığı azaltıldığında artmaktadır. Liyotropik sıvı kristaller ise çözücünün belirli bir konsantrasyona ulaşmasıyla sıvı kristal davranış gösterir. Liyotropik sıvı kristaller su gibi elverişli çözücülerin kullanıldığı ve yüzey aktif maddeler (surfaktan) içeren çözeltilerle elde edilmektedir. En çok bilinen surfaktan örneklerinden biri olan sabun, su gibi bir çözücünün olduğu çözelti ortamına eklendiğinde misel yapıları oluşmaktadır. Sabun molekülünün hidrofobik kısmı yağ parçacıklarıyla etkileşerek çözünmelerini sağlarken hidrofilik kısmı suyla etkileşmektedir. Maddelerin temizlenmesi yağ veya kirin misellerin içine hapsolup su ile uzaklaştırılmasıyla sağlanmaktadır. Termotropik sıvı kristaller moleküler geometrilerine bağlı olarak üç sınıfta incelenmektedir; kalamitik (çubuksu şekilli yapı), disk şeklinde yapı ve bükülmüş-çekirdek yapı (muz şekilli yapı). Kalamitik sıvı kristaller ince, uzun ve çubuk şeklinde karakteristik yapılara sahiptir. Nematik, smektik ve kolesterik olmak üzere üç ayrı başlık altında incelenir. Nematik sıvı kristaller çoğu kaynakta n ile temsil edilen yönlendirici yönünde doğrusal olarak hizalanma eğilimindedir. Her ne kadar düzenli bir yapıya sahip olsalar da sıcaklığın artmasıyla daha düzensiz hale gelerek sıvı gibi hareket edebilmektedir. Işığı polarizasyona uğratan nematik sıvı kristaller polarize optik mikroskop (POM) altında kolayca ayırt edilebilen ipliksi yapılarla karakterize edilmektedir. Smektik sıvı kristaller katmanlar halinde düzenlenme eğilimindedir. Moleküller katmanlar arasında katman normaliyle yönlendiricinin birbirlerine yaptığı açıya göre düzenlenirler. Literatürde, bu düzenlenmeye dayalı olarak farklı smektik yapılar incelenmektedir. Ayrıca smektik sıvı kristaller katmanlı yapılarında yaptıkları açılar sebebiyle ışığı farklı şekillerde kırabilmektedirler. Bu özellikleriyle optik cihazlarda ve ekran teknolojilerindeki uygulamalarıyla kullanışlı hale gelmektedir. Smektik sıvı kristaller POM altında genellikle yelpaze şeklinde yapı göstermeleri ile karakterize edilmektedir. Kolesterik sıvı kristaller moleküllerin birbirleriyle oluşturdukları farklı açılar sebebiyle heliks ya da spiral bir yapıda düzenlenme eğilimindedir. Bu heliks yapı sıcaklıkla değişerek molekülün renginde de değişimlere sebep olabilmektedir. Heliks yapı elektrik ve manyetik alana duyarlı olması nedeniyle molekülün düz bir hale gelmesine ya da yapının tamamen bozulmasına sebep olabilmektedir. Kolesterik sıvı kristaller POM altında genellikle parmak izi tekstürü ile karakterize edilmektedir. Termotropik sıvı kristallerin bir başka sınıflandırılması olan disk şekilli sıvı kristaller düz ve geniş, halkasal veya disk formuna sahip olan yapılarıyla öne çıkmaktadır. Genellikle sert bir çekirdeğe ve esnek zincirlere sahiptirler. Çekirdek aromatik halkalardan oluşurken esnek zincirler uzun alkil zincirlerinden oluşmaktadır. Aromatik halkaların alkil zincirleriyle kurdukları bağ, molekülün disk şeklini almasına sebep olmaktadır. Alkil zincirlerinin farklılığı sebebiyle moleküllerin dizilimi ışığın farklı açılarda kırılarak yansımasına sebep olabilmektedir. Sahip oldukları optik özellikler nedeniyle ilgi çekmektedirler. Disk şekilli sıvı kristaller bu tezde diskotik nematik ve sütun şeklindeki yapı olmak üzere iki ayrı grupta incelenmiştir. Diskotik nematik sıvı kristaller disk şeklindeki yapıların yönlendirici doğrultusunda sıralanmalarıyla karakterize edilir. Moleküler simetri sebebiyle kiral diskotik nematik mezofazlar az sayıda molekülde olsa da gözlemlenebilmektedir. Daha az düzenli olmaları sebebiyle nematik mezofazlarla karşılaştırıldığında daha akışkan oldukları görülmektedir. Sütun şeklindeki (kolumnar) sıvı kristaller moleküllerin kolon ya da sütun şeklinde bir araya gelerek düzenlenmesiyle karakterize edilir. Moleküller birbirlerine paralel olarak kolon şeklinde düzenlenme eğilimindedir. Yapılar eğimli şekilde birbirlerine paralel hizalanarak bozulmuş bir görüntü oluşturabilmektedir. Termotropik sıvı kristaller başlığında incelenen bükülmüş-çekirdek yapı, bükülen kısmı oluşturan merkez halkadan, bağlayıcı gruplardan ve terminal zincirlerinden oluşmaktadır. Bu yapı simetrik ya da asimetrik kollara sahip olabilmektedir. Genellikle asimetrik bir yapıya sahip olup bükülerek“muz”şeklini aldığı için literatürde bükülmüş-çekirdek yapıları tanımlamak amacıyla muz şekilli yapı terimi kullanılmaktadır. Kolesterol ve siyanobifenil bazlı sıvı kristaller, sahip oldukları özelliklerle bilimsel araştırmalara konu olmaya devam etmektedirler. Kolesterol bazlı sıvı kristaller doğaları gereği karmaşık yapılara sahiptirler. Üç boyutlu spiral yapıya sahip olmaları sebebiyle kiral nematik fazlar oluşturarak ışığın polarizasyonunu değiştirebilmektedirler. Siyanobifenil bazlı sıvı kristaller ise genellikle çubuk şeklinde yapılar göstererek nematik sıvı kristaller başlığında incelenirler. Güçlü dipol momentleri sayesinde polar bir moleküler yapıya sahiptirler. Her iki tip sıvı kristal de moleküler düzenlenmeleri ve fiziksel özellikleri sayesinde elektronik ekranlar, sensörler, optik cihazlar, tıp ve biyoteknoloji uygulamaları başta olmak üzere birçok teknolojik uygulamada kullanılmaktadır. Bu tezde kolesterol bazlı sıvı kristal mezojenlerin sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. 8-(4-siyanobifenil-4'-oksi) oktan-1-ol (LC8) sentezi literatüre göre gerçekleştirilmiş ve FT-IR ve 1H-NMR ile karakterize edilmiştir. Ayrıca, LC8'in sıvı kristal özellikleri DSC kullanılarak incelenmiştir. Kolesterol bazlı mezojen 8-((4'-siyano-[1,1'-bifenil]-4-yl)oksi)oktil ((3S,8S,9S,10R,14R,17R)-10-metil-17-((R)-6-metilheptan-2-il)-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17tetradekahidro-1H-siklopenta [a] fenantren-3-il) karbonat (Cho-LC8), LC8 ve kolesteril kloroformat arasındaki reaksiyonla sentezlenmiştir. Bir diğer mezojen olan 4'-siyano-[1,1'-bifenil]-4-il ((3S,8S,9S,10R,14R,17R)-10-metil-17-((R)-6-metilheptan-2-il)-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17tetradekahidro-1H-siklopenta[a]fenantren-3-il) karbonat (Cho-BFCN), 4'-hidroksibifenil-4-karbonitril ve kolesteril kloroformat reaksiyonundan başlayarak aynı prosedür kullanılarak sentezlenmiştir. Elde edilen mezojenlerin (Cho-LC8 ve Cho-BFCN) spektroskopik karakterizasyonları FT-IR ve 1H-NMR ile gerçekleştirilmiştir. Sıvı kristal görüntüleri polarize optik mikroskop (POM) kullanılarak elde edilmiş ve termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile incelenmiştir. Cho-LC8'in FT-IR spektrumu tezde LC8 ile karşılaştırılarak sunulmuştur. Cho-LC8'de 1704 cm-1'de gözlemlenenen karakteristik ester karbonil piki LC8'de gözlemlenmemiştir. Cho-LC8'in FT-IR spektrumunda 2852- 2929 cm-1 arasında değişen alifatik C-H gerilme pikleri ve 2235 cm-1'de karakteristik CN piki görülmektedir. Yapılan analiz Cho-LC8 molekülün sentezlendiğini kanıtlamaktadır. Cho-LC8'in 1H-NMR spektrumunda kimyasal kaymalar sırasıyla 0.70-2.0 ppm ve 7.0-7.70 ppm arasında bir kolesteril grubunun ve aromatik protonların varlığını göstermektedir. Ek olarak, 3.6-4.0 ppm'deki sinyaller ile CH2-O protonlarının varlığı görülmektedir. Cho-BFCN'nin FT-IR spektrumunda 1737 cm-1'de karakteristik bir ester karbonil piki bulunmaktadır. -OH gerilme titreşim piki kaybolmuştur. Ayrıca, kolesterolün 2866-2934 cm-1 arasında değişen alifatik C-H gerilme pikleri ile 2228 cm-1 karakteristik CN piki görülmektedir. Yapılan analiz Cho-BFCN molekülünün sentezlendiğini kanıtlar niteliktedir. Cho-BFCN'nin 1H-NMR spektrumu incelendiğinde 0.63-2.1 ppm'de kolesteril grubu protonlarının varlığı ile 4.5-5.3 ppm aralığında CH2-O protonlarının varlığını göstermektedir. Ek olarak, aromatik protonların 7.2-7.63 ppm'de olduğu görülmektedir. Cho-LC8'in faz özellikleri ve faz geçiş sıcaklıkları POM ve DSC kullanılarak incelenirken, Cho-BFCN'nin faz geçişi POM kullanılarak belirlenmiştir. POM görüntülerinde gösterildiği gibi, her iki mezojen de hem ısıtma hem de soğutma sırasında nematik doku göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Since their incidental discovery in carrot roots, liquid crystals have been the focus of numerous sophisticated studies, and they remain a subject of active research. These molecules possess a broad range of applications, including their use as active components in technological devices such as watches, mobile phones, televisions, computer screens, projectors, and various other display devices. The integration of liquid crystals has led to significant advancements in the efficient presentation of information. In order for a compound to exhibit liquid crystalline properties, it must possess a rigid and inflexible core that will assist in maintaining and organising the shape of the molecule, in conjunction with flexible side chains that will enable molecular movement. Compounds that exhibit liquid crystal properties are characterised by the presence of aromatic rings, side chains, terminal groups and binding groups within their structures. Cholesterol and cyanobiphenyl-based liquid crystals remain the focus of scientific research because of their unique properties. Cholesterol-based liquid crystals are characterised by intricate structural complexity, a property that is intrinsic to their molecular composition. Their three-dimensional spiral structure enables them to modify the polarisation of light through the formation of chiral nematic phases. Cyanobiphenyl-based liquid crystals are typically analysed within the classification of nematic liquid crystals, as evidenced by their rod-shaped structures. Their molecular structure is characterised by a strong dipole moment, resulting in a polar molecular structure. These liquid crystals find application in numerous technological applications, including electronic displays, sensors, optical devices, and medical and biotechnology applications, owing to their molecular arrangements and physical properties. The objective of this thesis is to synthesize and characterize cholesterol-based liquid crystalline mesogens. The synthesis of 8-(4-cyanobiphenyl-4'-oxy) octan-1-ol (LC8) was carried out according to the literature and characterized by FT-IR and 1H-NMR. The cholesterol-based mesogen 8-((4'-cyano-[1,1'-biphenyl]-4-yl)oxy)octyl ((3S,8S,9S,10R,14R,17R)-10-methyl-17-((R)-6-methylheptan-2-yl)-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-tetradecahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl) carbonate (Cho-LC8) was prepared through a reaction between LC8 and cholesteryl chloroformate. Another mesogen 4'-cyano-[1,1'-biphenyl]-4-yl ((3S,8S,9S,10R,14R,17R)-10-methyl-17-((R)-6-methylheptan-2-yl)-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-tetradecahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl) carbonate (Cho-BFCN) was synthesized using the same procedure, starting from a reaction with 4'-hydroxybiphenyl-4-carbonitrile and cholesteryl chloroformate. The spectroscopic characterizations of the obtained mesogens (Cho-LC8 and Cho-BFCN) were studied by FT-IR and 1H-NMR. Liquid crystalline images were obtained using polarized optical microscopy (POM) and thermal properties were investigated with differential scanning calorimetry (DSC). The FT-IR spectrum of Cho-LC8 was analysed in comparison with that of LC8. This analysis revealed that the ester carbonyl peak at 1759 cm-1 in Cho-LC8 was not present in LC8. The aliphatic C-H stretching peaks ranging between 2855-2933 cm-1 and the characteristic CN peak at 2235 cm-1 were also observed. These results provide evidence that Cho-LC8 molecule was successfully synthesized. These findings provide substantial evidence that Cho-LC8 has been synthesized. The 1H-NMR spectrum of the Cho-LC8 showed that the chemical shifts of the molecule specify the presence of a cholesteryl group and aromatic protons between 0.70-2.0 ppm, and 7.0-7.70 ppm, respectively. Also, the signals at 3.6-4.0 ppm were attributed to CH2-O protons. In the FT-IR spectrum of Cho-BFCN, a characteristic ester carbonyl peak is observed at 1737 cm-1. Furthermore, -OH stretching vibration peak disappeared in Cho-BFCN. Aliphatic C-H stretching peaks of cholesterol, ranging between 2866-2934 cm-1, were also obtained. The presence of a CN peak at 2228 cm-1 in the FT-IR spectrum of Cho-BFCN confirming the synthesis of the molecule. The 1H-NMR spectrum of the Cho-BFCN reveal signals within the range of 0.63-2.1 ppm, which are indicative of cholesteryl group protons, and 4.5-5.3 ppm, which are attributable to CH2-O protons. Additionally, the presence of aromatic protons is observed at a range of 7.2-7.63 ppm. The phase properties and phase transition temperatures of Cho-LC8 were examined using POM and DSC, while the phase transition of Cho-BFCN was investigated through the use of POM. As depicted by POM images, both mesogens demonstrate nematic texture during both heating and cooling processes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    153546

    Synthesis of block conducting copolymers of cholesteryl functionalized thiophene and their use in the immobilization of cholesterol oxidase

    Kolesterol fonksiyonlu tiyofen ile iletken kopolimerlerin sentezi ve kolesterol oksidaz emzimi için tutuklama matrisi olarak kullanılması

    ALİ ÇIRPAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE

  2. Tez No

    887124

    Melanom tedavisi için veziküler ilaç taşıyıcı sistemin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterisation of vesicular drug delivery system for melanoma treatment

    NAHİDE ZEREN ARDA ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Eczacılık ve FarmakolojiEge Üniversitesi

    Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KEVSER ÖZGEN ÖZER

  3. Tez No

    794694

    Synthesis of new mesogens and investigation of their liquid crystalline properties

    Yeni mezojenlerin sentezi ve sıvı kristal özelliklerinin incelenmesi

    BURAK KORKMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL

    PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL

  4. Tez No

    880223

    Eugenol, timol ve karvakrol uzantılı yeni ranolazin türevlerinin sentezi

    Synthesis of new ranolazine derivatives with eugenol, thymol and carvacrol extensions

    BEGÜM OSMANOĞULLARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    KimyaSakarya Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ZENGİN

  5. Tez No

    340854

    General aspect to drugs for used niemann-pick disease, their mechanism of action and design of new potential drugs

    Nıemann-pıck hastalığında kullanılan ilaçlara genel bakış, etki mekanizmaları ve yeni potansiyel ilaçların tasarlanması

    ALEV ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Eczacılık ve FarmakolojiAnadolu Üniversitesi

    Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ASİYE MERİÇ

Geri Dön