Thiol-dibromomaleimide polymerization: A simple strategy for easily degradable and modifiable polythioether synthesis
Tiyol-dibromomaleimid polimerizasyonu: Kolay parçalanabilir ve modifiye edilebilir politiyoeter sentezi için basit bir strateji
- Tez No: 943475
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN DURMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Maleimidler, eşsiz reaktivite özellikleri ve geniş kullanım alanları sayesinde malzeme bilimi, organik kimya, polimer bilimi ve biyokonjugasyon gibi alanlarda büyük ölçüde ilgi görmüş bileşiklerdir. Maleimidin çekirdek yapısı, konjuge olmuş ve elektron bakımından fakir bir çift bağa sahip beş üyeli bir imid halkasından oluşur. Bu elektron eksikliği, yapıda yer alan iki karbonil grubundan kaynaklanmakta olup, maleimidlerin nükleofillere ve dienlere karşı son derece reaktif hale gelmesini sağlar. Bu özellikleri sayesinde maleimid ve türevleri; Michael katılmaları, sikloadisyon reaksiyonları ile radikal ve anyonik polimerizasyonlar gibi çeşitli kimyasal tepkimelerde geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Ek olarak, maleimid-tiyol kimyası kullanılarak çeşitli organik ve inorganik nanomalzemelerin yüzey modifikasyonları sağlanmış ve biyomoleküller ile ilaçların kovalent bağlanması gerçekleştirilmiştir. Ancak, mevcut olarak kullanılan yüzey modifikasyon yöntemlerinin çoğu; zaman alıcı, karmaşık ve çok adımlı prosedürler gerektirmektedir. Maleimidlerin aksine mono- ve dihalomaleimidler (maleimide türevleri) farklı davranışlar sergiler. Monobromomaleimid; geçtiğimiz on yılın başında, seçici sistein reaksiyonları ve tiyol geri kazanımında rol almak gibi çok fonksiyonlu özellikler gösteren bir bileşik olarak ortaya çıkmıştır. Bu bileşikler; tiyol gruplarıyla klasik katılma reaksiyonları yerine nükleofilik sübstitüsyon tepkimeleri gerçekleştirirler ve bu şekilde sahip oldukları çift bağı korumuş olurlar. Aynı şekilde dihalomaleimid türevleri de iki eşdeğer tiyol ile kolayca reaksiyona girerek monobromomaleimidlere benzer bir reaksiyon mekanizması oluştururlar. Bu türevleri arasında, diiyodomaleimid en hızlı reaksiyon hızına sahipken, dikloromaleimid en yavaş reaksiyon hızına sahiptir. 2,3-dibromomaleimid ise, özellikle ayrılan grubun yeteneği ile belirlenen, orta düzeyde bir reaktiviteye sahiptir. DBM ve benzer yapıya sahip bileşikler polimer kimyasına; RAFT ajanları, ATRP başlatıcıları ve monomerik fonksiyonel gruplar olarak dahil edilmiştir. İlk ATRP başlatıcılarının kullanımı yönündeki girişimler başarısızlıkla sonuçlanmış olsa da, Haddleton'un grubu ditiyofenol maleimidleri bromoisobutirat grubuyla fonksiyonlandırarak başarılı bir şekilde sentezlemiş ve bu yapıların ATRP için etkili başlatıcılar olduğunu göstermiştir. Ayrıca, Jiang ve ekibi, yapısında DBM grubu taşıyan norbornene monomerlerini sentezlemiş ve bu monomerleri halka açılma metatez polimerizasyonu (ROMP) ile polimerleştirerek, her tekrarlayan birimde iki reaktif merkez içeren polimerler elde etmişlerdir. Ross ve ekibi, yüzeye polimerize edilen bir DBM monomerini kimyasal buhar biriktimre yöntemi ile geliştirmiş ve bu yöntemle tiyol-fonksiyonlu biyomoleküllerin immobilizasyonu ve salımı sağlanmıştır. DBM'nin kendine özgü reaktivitesi, polimer yapılarının modüler şekilde oluşturulmasına imkan tanımaktadır. Ayrıca, dibromomaleimid ve türevleri kullanılarak tiyol uçlu hidrofilik polimerler ile yapılan nükleofilik substitüsyon reaksiyonları ile post polimerizasyon modifikasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem sayesinde miktoarm star polimerler gibi farklı fonksiyonel yapıların tasarımına olanak sağlanmıştır. Jennings ve ekibi son yıllarda, perflorosiklopenten kullanarak politiyoeterler sentezlemişlerdir. DBM'nin kullanımı ile ilgili çeşitli literatür örnekleri, polimerizasyon reaksiyonlarının verimli bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlamıştır. Ayrıca You ve takımı, DBM'nin ditiyol ile polimerizasyonunu gerçekleştirmiş ve bu reaksiyon ile bir dizi kontrollü polimer elde etmişlerdir. Bu çalışma, DBM'nin tiyol grupları ile olan etkileşimini detaylı bir şekilde inceleyerek, lineer politiyoeterlerin sentetik yollarını geliştirmiştir. Bu bağlamda, DBM ve türevlerinin yüksek reaktivitesi; post polimerizasyon modifikasyonları ve polimer yapılarının fonksiyonelleştirilmesi açısından büyük bir potansiyel taşımaktadır. Bu çalışmada, tiyol-dibromomaleimid (tiyol-DBM) polimerizasyon reaksiyonunun koşulları sistematik olarak optimize edilerek, bu yöntem ile elde edilen polimerlerin yapısal özellikleri detaylı bir şekilde değerlendirilmiştir. Öcelikle, model ditiyol olarak seçilen 1,6-hekzanditiyol ile DBM'nin 1:1 molar oranda reaksiyona sokulmasıyla başlatılan optimizasyon çalışmaları; çözücü, baz türü, sıcaklık ve derişim gibi parametrelerin reaksiyon verimi üzerindeki etkilerini ortaya koymuştur. Elde edilen veriler, özellikle NMP gibi polar aprotik çözücülerin reaktanların çözünürlüğünü artırdığını ve bunun yanı sıra zincir büyümesini destekleyici bir ortam sağladığını göstermiştir. Reaksiyon ortamında baz olarak kullanılan trietilaminin (TEA), hem oluşan HBr'nin nötralizasyonunu sağladığı hem de polimer zincirlerinin kararlılığını artırdığı anlaşılmıştır. Kullanılan TEA bazının miktarındaki değişimler ise, zincir büyüme hızında ve nihai moleküler ağırlık üzerinde doğrudan etkili olmuş, fakat belirli bir eşdeğerin üzerinde ilave baz kullanımının etkisinin ise sınırlı kaldığı gözlemlenmiştir. Reaksiyonun başlangıcında gözlenen hızlı viskozite artışı ve ekzotermik tepkime, sistemin oldukça hızlı ilerleyen bir zincir büyümesine olanak tanıdığını göstermektedir. Ancak sıcaklığın düşürülmesiyle birlikte zincir büyümesinin yavaşladığı ve ürünün daha düşük moleküler ağırlıkta kaldığı görülmüştür. Bu durum, reaksiyonun termodinamikten ziyade kinetik olarak kontrol edildiğini, yani ortam koşullarının moleküler düzeyde belirleyici olduğunu ortaya koymaktadır. Alternatif bazların kullanımıyla yapılan karşılaştırmalı deneylerde ise özellikle daha güçlü bazların, kısa vadede yüksek moleküler ağırlıklı ürünler oluştursa da zamanla zincir uçlarıyla etkileşerek sistemde depolimerizasyonu tetikleyebileceği anlaşılmıştır. Bu nedenle TEA'nın tercih edilmesi, reaktivite ve kararlılık açısından daha dengeli bir sistem sağlamıştır. Elde edilen polimerlerin yapısal analizleri sonucunda, dibromomaleimid biriminin tiyollere karşı seçici ve verimli şekilde reaksiyona girdiği, bu sırada halkasal yapının korunduğu gözlemlenmiştir. Bu durum, başlangıç maddelerinin kimyasal stabilitesinin sürdürülebilirliği ve modifikasyonlara açık olması açısından önemli bir avantaj sağlamaktadır. Ayrıca zincir yapısındaki ditiyol köprülerinin reaksiyon boyunca korunması, sentezlenen polimerlerin daha sonra yapılacak fonksiyonelleştirme çalışmalarına uygunluk taşıdığını göstermektedir. Bu bağlamda, sistemin yalnızca iyi tanımlı, doğrusal polimer yapıları üretmekle kalmayıp aynı zamanda ileri uygulamalara açık, reaktif platformlar sunduğu söylenebilir. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında farklı ditiyol bileşikleri kullanılarak sistemin uygulanabilirliği daha kapsamlı bir şekilde test edilmiş ve bu yapıların reaktiviteye etkisi incelenmiştir. Zincir uzunluğu, fleksibilite ve yapısal özellikler dikkate alındığında, bazı ditiyollerin molekül içi halkalaşmaya daha yatkın olduğu ve bu durumun moleküler ağırlık üzerinde sınırlayıcı bir etki yarattığı anlaşılmıştır. Özellikle daha kısa zincirli ditiyollerden elde edilen polimerlerin bu eğilimi daha fazla gösterdiği gözlemlenmiştir. Buna karşın daha uzun ve esnek zincirli ditiyollerin, polimer zincirleri arasında daha efektif bir köprüleme sağladığı ve sonuç olarak daha yüksek moleküler yapılara olanak verdiği ortaya konmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma ile 2,3-dibromomaleimid ile gerçekleştirilen polimerizasyonun yüksek verimlilikte, kısa sürede ve oldukça kontrollü şekilde gerçekleşebileceği gösterilmiştir. Kullanılan kolay erişilebilir başlangıç malzemeleri ve hafif reaksiyon koşulları sayesinde, bu sistemin hem temel polimer sentezi hem de sonrasında uygulanacak modifikasyonlar için güçlü ve esnek bir platform sunduğu söylenebilir. Yüksek moleküler ağırlıkta elde edilen polimerlerin, kontrollü yapıları ve reaktivite özellikleri, bu yaklaşımın çeşitli uygulamalar için büyük bir potansiyel taşıdığını göstermektedir. Polimerlerin fonksiyonelleştirilebilirliği, yüzey kaplama teknolojileri, biyomedikal uygulamalar ve çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli avantajlar sunmaktadır. Ayrıca, dibromomaleimid biriminin kimyasal stabilitesi sayesinde farklı fonksiyonel gruplar polimer yapısına başarıyla entegre edilebilmekte ve bu da sonraki modifikasyon süreçlerini destekleyerek polimerlerin farklı fonksiyonel özellikler kazanmasına olanak tanımaktadır. Tüm bu bulgular, tiyol-dibromomaleimid polimerizasyonunun, hem temel araştırmalarda hem de ticari uygulamalarda kullanılabilecek geniş bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle miktoarm star polimerlerin sentezinde kullanılan bu tür stratejiler, çok fonksiyonlu malzemelerin tasarımı ve üretimi için kritik bir adım olarak öne çıkmaktadır. Gelecekteki çalışmalar, bu polimerlerin özelliklerini daha da iyileştirecek modifikasyon stratejileri ve reaksiyon koşulları üzerine odaklanarak, daha yüksek verimli ve daha stabil polimer yapıları üretme potansiyelini araştırabilir. Ayrıca, çevresel etkilerin azaltılması ve geri dönüşüm süreçlerinin iyileştirilmesi için de bu polimerlerin biyolojik olarak bozunabilir özellikleri incelenebilir. Bu çalışmanın, dibromomaleimid temelli polimerizasyonun uygulama alanlarını genişletme potansiyeline sahip olup, malzeme bilimi ve mühendislik alanlarında önemli bir referans noktası olacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
In this work, 2,3-dibromomaleimide (DBM) and multiple dithiol monomers were polymerized into linear poly(maleimide thioether)s through the thiol-dibromomaleimide (thiol-DBM) reaction. Numerous dithiols with varying structural characteristics reacted with DBM to produce a range of polymer structures under optimized conditions. These polymerizations proceeded via a substitution mechanism, allowing the formation of new polymer backbones carrying unsaturated maleimide units along the main chain and free imide N−H functional groups in the side chains. The produced polymers were isolated in high yields, and their molecular weights ranged from 7.3 to 68.2 kDa, thereby opening up a wide range of applications. Following polymerization, an imide-yne click reaction using different propiolates was employed to modify the free N-H groups in the polymers' side chains. The 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) organocatalyst was effectively utilized to carry out this modification process, resulting in notable changes in the structural characteristics of the polymers. All synthesized poly(maleimide thioether)s exhibited a wide range of glass transition temperatures (Tg) depending on the structure of the dithiol used, indicating that the thermal properties of the material can be adjusted according to the desired applications. In addition, it was experimentally demonstrated that the obtained poly(maleimide thioether)s could be easily degraded in the presence of a monothiol. For this purpose, detailed degradation studies were carried out on a model polymer and a cross-linked network using an excess amount of 1-propanethiol in the presence of triethylamine (TEA). Degradation experiments revealed that the formation of chemically inducible degradable structures, enabling the design of recyclable or biodegradable materials. As a result, the method developed in this study draws attention in terms of its practical applicability, time and energy savings, and high structural flexibility. The findings are expected to make significant contributions to future studies on polymer synthesis, functionalization strategies, and controlled degradability.
Benzer Tezler
- Functionalized pisa particles for targeted delivery and imaging
Hedefli taşıma ya da görüntüleme için fonksyonelleştirilmiş polimerik nanoparçacıklar
BAŞAK ÖVÜL
- Parsiyel ve komplet üreter obstrüksiyonlu hayvan modelinde tiyol-disülfid homeostasisi ve renal hasar ile ilişkisi
Thiol-disulfide homeostasis in animal model with partial and complete ureteral obstruction and relationship with renal damage
EMRE TOKUÇ
- Malnutrisyonlu prepubertal çocuklarda tiyol/disülfit dengesi
Thiol/disulfide homeostasis in prepubertal children with malnutrition
ONUR BAHÇECİ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2020
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıYıldırım Beyazıt ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAMİL HIZLI
- Thiol/disülfid homeostazı ve HDL değerlerinin kolelitiazisli hastalarda ve kontrol grupları arasında karşılaştırılması ve bu değişkenlerin arasındaki ilişkinin değerlendirilmesi
Comparison of thiol/ disulfide homeostasis and HDL values between patients with and control groups, and evaluating the relationcholelithiazis ship between these variables
GÜNİZ YANIK ÜSTÜNER
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2020
İç HastalıklarıAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA EBRU AKIN
