Halojen içeren organofosforlu bilesiklerin gaz ve sulu fazda toksisitelerinin dft indisleri ile belirlenmesi
Prediction of the toxicity of halogenated organophosphorous compounds in gas and aqueous phases by dft descriptors
Yazar: DİDEM CİVAN
Danışman: DOÇ. DR. ARZU HATİPOGLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
HALOJEN İÇEREN ORGANOFOSFORLU BİLEŞİKLERİN
GAZ VE SULU FAZDA TOKSİSİTELERİNİN 
DFT İNDİSLERİ İLE BELİRLENMESİ

Didem Civan

Kimya Bölümü
Yüksek Lisans Tezi

Tez Danışmanı: Doç. Dr. Arzu HATİPOĞLU

Organofosforlu bileşikler (OP), pestisitlerin önemli bir sınıfını oluştururlar. Bu bileşikler, yüksek derecede akut toksisiteye ve oldukça geniş bir biyolojik aktivite aralığına sahiptirler. Bu bileşiklerin kullanım miktarındaki artışla birlikte, yer altı suları, gıdalar, bitkiler, su kaynakları ve insanlar için çevresel zararları da artmıştır. Bu bileşikler, fizikokimyasal özelliklerine bağlı olarak, değişik çevresel alanlarda yayılarak ciddi sağlık sorunlarına neden olmaktadırlar. Bu nedenle, organofosforlu pestisitlerin toksisitelerini belirlemek için, uygun moleküler indislerinin bilinmesine ihtiyaç vardır.
Kuantum kimyasal indisler son zamanlarda oldukça popüler hale gelmiştir ve moleküllerin elektronik özelliklerini belirlemede oldukça yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada 36 adet halojenli organofosforlu pestisitin, toksisitelerini belirleyebilecek kimyasal indisler bulabilmek üzere moleküller hem gaz hem de sulu fazda modellenmiştir. Her molekül için, konformasyon analizi ile  en kararlı yapı bulunmuştur. Moleküllerin modellenmesi, DFT yöntemiyle B3LYP/6-31G* temel setinde gerçekleştirilmiştir. Çözücü etkisi ise COSMO, solvatasyon modeli ile hesaplanmıştır. 
Kuantum mekaniksel hesaplamaların sonucunda, moleküllerin yük yoğunlukları, sınır orbitalleri, enerji parametreleri ve termodinamik özellikleri belirlenmiştir. Elde edilen bu sonuçlar, moleküllere ait kimyasal reaktivite indisleri, sertlik, kimyasal potansiyel, elektrofilik indeks değerlerinin hesaplanmasında kullanılmıştır. Moleküllere ait toksisiteyi belirlemede kullanılacak en iyi indisi belirlemek üzere deneysel LD50 değerleriyle hesaplanan indisler arasında multi  lineer regresyonlar türetilmiştir.
Anahtar kelimeler: Halojenli organofosforlu pestisitler, QSAR, Yoğunluk Fonksiyon Teorisi, Kimyasal Reaktivite İndisleri, Toksisite, çözücü etkisi

Abstract:
PREDICTION OF THE TOXICITY OF HALOGENATED ORGANOPHOSPHOROUS COMPOUNDS IN GAS AND AQUEOUS PHASES BY DFT DESCRIPTORS

Didem CİVAN

Department of Chemistry
MSc. Thesis

Adviser: Assoc. Prof. Dr. Arzu HATİPOĞLU

Organophosphorous compounds (OP) constitute an important class of pesticides. These compounds have  a high acute toxicity and a wide range of biological activities.The increasing amount of use is significantly increasing the risks of environmental contamination of groundwater, food, plants, water resources and human beings . These compounds are released into the environment and due to their physicochemical properties, they can disperse in various environmental media, provoking serious health problems. Therefore, there is a need for certain molecular descriptors to predict the toxicity of OPs.
Quantum-chemical descriptors have become quite popular recently and are widely used to the reliability and accuracy, as well as capability to characterize electronic properties of the molecules. In this study, the structures of  36 halogenated organophosphorous pesticides were investigated theoretically with the intention of finding certain molecular descriptors to predict the toxicity for both gas and aqueous phases. Conformational analyses and geometry optimizations of all the structures were performed to determine the most stable structures. Modeling of the molecules was performed with DFT at B3LYP/6-31G* level. The solvation effects were computed using COSMO as the solvation model.
Based on the quantum mechanical calculations, charge densities, frontier orbitals, energetic parameters and thermodynamic properties of molecules were determined. These results were used to calculate the chemical reactivity indicies ; hardness, chemical potential, and electrophilic indicies of the molecules. The relationship between the experimental LD50 (lethal dose) of the molecules and the calculated descriptors was examined through multilinear regression in order to determine the best descriptor showing the toxicity of the molecule.

Keywords: Halogenated organophosphorus pesticides, qsar, Density Functional Theory, chemical ractivity indices, toxicity, solvent effect