BODIPY bileşiklerinde farklı yan grupların pH sensör özelliklerine etkileri
The effect of various substituents on the pH sensor properties of BODIPY compounds
Yazar: CÖMERT ÖZKUL
Danışman: PROF. DR. HALİME GÜL YAĞLIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Spektroskopi = Spectroscopy

Özet:
Yüksek lisans tez çalışmamda Ankara Üniversitesi Kimya Bölümünde sentezlenmiş olan, farklı proton alıcı yan gruplara sahip BODIPY bileşiklerinin farklı pH değerlere sahip ortamlarda göstermiş oldukları floresans ve soğurma tepkileri incelenmiştir. Bodıpy bileşiklerinde farklı yan grupların pH sensör özelliklerine etkileri doğrusal soğurma ve floresans ve pompa gözlem deneyleri ile araştırılmıştır.
BODIPY  bileşikleri gibi proton alıcı yan gruplara sahip organik bileşikler, içlerinde bulundukları ortamın hidrojen iyon derişimine (H+) bağlı olarak soğurma ve floresans özellikleri gösterebilmekte yada bu özelliğini yitirebilmektedir. Bileşiklerin bu özelliği kullanılarak aç-kapa pH sensörleri dizayn edilebilmektedir. Fakat bu sensörlerin dizayn edilebilmesi için organik bileşiklere bağlanacak proton alıcı grupların optik özelliklerin, ortamın pH değerine göre göstereceği değişimlerin incelenmesi gerekmektedir. Bu sebep ile bu tez çalışmasında ultrahızlı pompa gözlem tekniği kullanılarak, pH değişimi ile proton alıcı grubun enerji seviyelerindeki değişim ve buna bağlı olarak floresans özelliklerindeki değişim deneysel olarak açıklanmıştır. 
Bu kapsamda öncelikle BODIPY floroforunun mezo konumunda anilin ve piridin gibi proton alıcı yan gruplar içeren BODIPY türevleri sentezlenmiş ve hem yan grubun etkisi, hem de gruplar üzerinde bulunan donör atomun konumundaki değişikliklerin, moleküllerin soğurma ve floresans özelliği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Anilin grubu içeren BODIPY bileşiklerinde ortamın pH değeri düştükçe (pH<7) bileşiklerin floresans özelliklerinin arttığı ve bu durumun aksine piridin yan grubu içeren BODIPY bileşiklerde ise protonlanma artıkça (pH<7) floresans özelliklerinin düştüğü tespit edilmiştir. Ultrahızlı pompa gözlem deneği ile de söz konusu yan gruplarda HOMO ve LUMO enerji seviyelerinde değişim olduğu tespit edilmiştir. Enerji seviyelerinde meydana gelen bu değişim elektron transferlerinin artmasına veya azalmasına yol açmaktadır ve böylelikle floresans özelliğindeki değişim meydana gelmektedir. Söz konusu BODIPY bileşiklerinin floresans özellikleri yan gruplar ve yan grupların bağlanma konumları ile kontrol edilebilmektedir.

Abstract:
BODIPY dyes with various proton acceptor side groups at various locations were synthesized in The Depertment of Chemistary at Ankara University. The effect of various substituents on the pH sensor properties of Bodipy compounds was investigated by linear absorption, flourescence spectrum and ultrafast pump-probe experiments.
Organic compounds with proton acceptor side groups, such as BODIPY compounds, may exhibit absorption and fluorescence properties due to the hydrogen ion concentration (H+) of the medium in which they are present. By using this feature of the compounds, on-off pH sensors can be designed.  However, in order to design these sensors, the changes in the optical properties of the proton acceptor groups bound to the organic compounds depending on the pH value of the environment should be anaysed. Therefore, the change in the energy levels of the proton acceptor group and the change in the fluorescence properties due to the pH value were experimentally explained by using the ultrafast pump-probe technique.
First of all, new BODIPY compounds containing amine and pyridine proton accepting groups were designed, synthesized and investigated for pH probe applications. Either side group or the positions of side group on the absorption and fluorescence properties were investigated. For BODIPY compound with amine group, upon decreasing pH level (increasing protonation) fluorescence properties were enhanced. On the contrary, for BODIPY compound with pyridine group increasing protonation caused fluorescence quenching. Ultrafast pump probe experiments revealed that upon changing pH level, HOMO and LUMO energy levels of amine and pyridine groups change. The changes on the energy level cause electron transfer either to increase or to decrease. Thus, experimental findings explain the changes on fluorescence properties very well. Ability to control the fluorescence properties either by increasing, or decreasing the pH values of investigated BODIPY compounds with altering the side groups and their positions make them good candidate for pH sensor applications.