İyonik sıvı temelli fosfinit ligandların ve metal komplekslerin sentezi, karakterizasyonu; transfer hidrojenleme reaksiyonlarında katalitik dönüşümlerinin ve biyolojik aktivitelerinin araştırılması
Synthesis and characterization of ionic liquid based phosphinite ligands and metal complexes; investigation of their catalytic conversions in transfer hydrogenation reactions and biological activity
Yazar: UĞUR IŞIK
Danışman: PROF. DR. MURAT AYDEMİR
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Antimikrobiyal aktivite = Antimicrobial activity ; Fosfinit = Phosphinite ; Geçiş metalleri = Transition metals ; İyonik sıvılar = Ionic liquids

Özet:
İyonik bir sıvıyı (IL) tanımlayan ilk çalışma 1914 yılında, etilamonyum nitratın ([EtNH3][NO3]; mp 13–14 °C) belirli fiziksel özelliklerini gözlemleyen Paul Walden tarafından yapılmıştır. Yeni bir malzeme sınıfının keşfi, o zamanlar fazla ilgi çekmese de bugün bu çalışma genellikle iyonik sıvılar alanının başlangıç noktası olarak kabul edilmektedir. İyonik sıvılar çevreye zarar vermeyen kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olmaları ve özellikle yapısal ayarlanabilirliklerinden dolayı organik sentezde katalizör veya reaksiyon ortamı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, iyonik sıvı bileşikleri olan 3-(3-kloro-2-hidroksipropil)-1-vinil-1H-imidazol-3-ium klorid (1) ve 3-(3-kloro-2-hidroksipropil)-1-bütil-1H-imidazol-3-ium klorid (2) literatüre uygun şekilde sentezlendi. Sentezlenen imidazol türevi iyonik sıvılar Schlenk-line tekniği kullanılarak -78 °C'de PPh2Cl veya PCy2Cl ile tepkimeye sokularak fosfinit ligandları 3, 4 ve 5 sentezlendi. Ligandlar kararsız olduğundan karakterizasyon işlemleri yapılamadı. Daha sonra bu fosfinit ligandlarının Ru (II) Ir (III) ve Rh(I) kompleksleri (3a-5c) sentezlendi ve karakterizasyonları yapıldı. İyonik sıvılar 1 ve 2 yaklaşık %87, Metal-P-IL kompleksler ise 3a-3c % 85, 4a-4c % 90 ve 5b-5c % 89 verimle sentezlendi. Termal analiz sonuçları incelendiğinde 3a-4c komplekslerinin 138 ºC ile 194 ºC aralığında bozunmadan güvenli bir şekilde kullanılabileceği görüldü. 3a ve 3b Ru (II) komplekslerinin asetofenonun TH'daki katalitik aktivitesi incelendiğinde, reflaks sıcaklığında, 3a için 388 sa-1 ve 3b için 64 sa-1 TOF değeri elde edildi. Bu sonuçlar, Ru-benzen kompleksinin Ru-p-simen kompleksine göre daha iyi olduğunu göstermiştir. Ir (III) komplekslerinin TH sonuçları ise 3c için 45 dak. %98 dön. ve 131 sa-1 TOF değeri elde edilirken, 4c için 5 saatte %93 dön. ve 19 sa-1 TOF değeri elde edildi. Tüm komplekslerinin TH reaksiyonları incelendiğinde Ru-aren komplekslerinin daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. 3a kompleksi için sübstitüe asetofenonun TH reaksiyonları incelendiğinde, 4-F asetofenon için 10 dak. %99 dönüşüm elde edilirken, 2-MeO asetofenon için 90 dak. %93 dönüşüm elde edildi.
Geçiş metali içeren birçok kompleks, antimikrobiyal, antioksidan, antikanser gibi biyolojik aktivitelerdeki etkinliği nedeniyle ilgi çekmiştir. Birçok durumda metal kompleksi serbest liganddan daha iyi bir aktivite göstermiştir. % DPPH inhibisyon sonuçları incelendiğinde 4b nolu Ru (II) kompleksi 25 mg L-1' de % 24.19 radikal süpürme aktivite gösterirken, 200 mg L-1'de % 72.27 radikal süpürme aktivitesi göstermiştir. Ayrıca, 4b nolu test bileşiği diğer test bileşiklerine göre tüm konsantrasyonlarda en yüksek aktiviteyi göstermiştir. Test bileşiklerinin tümü kayda değer şelatlama aktivitesi göstermemiştir. Test bileşiklerinin tümü çalışmada kullanılan beş bakteri (E. coli (ATCC 10536), P. aeruginosa (ATCC 9027),S.aureus (ATCC 6538), E. hirea (ATCC 10541), B. cereus) üzerine değişen düzeylerde antibakteriyel etki göstermiştir. Sentezlenen imidazol içeren türevler (1-4c) içerisinde en yüksek antibakteriyel aktiviteyi Ir (III) geçiş metali içeren 4c bileşiği gösterirken (13 mm), vinil grubu içeren iyonik sıvı (1) hiç bir antibakteriyel aktivite göstermemiştir.

Abstract:
The first study on an ionic liquid (IL) was carried out in 1914 by Paul Walden, who observed certain physical properties of ethylammonium nitrate ([EtNH3][NO3]; mp 13–14 °C). The discovery of a new class of materials did not receive much attention at the time, but today this work is generally accepted as the starting point for the field of ionic liquids. Ionic liquids are widely used as catalysts or reaction media in organic synthesis due to their environmentally friendly chemical and physical properties and especially their structural adjustability. In the present study, two ionic liquids 3-(3-chloro-2-hydroxypropyl)-1-vinyl-1H-imidazole-3-ium chloride (1) and 3-(3-chloro-2-hydroxypropyl)-1-butyl-1H-imidazole-3-ium chloride (2) was synthesized according to the literature. Phosphinite ligands 3, 4, and 5 were synthesized by reacting the imidazole derivative ionic liquids with PPh2Cl or PCy2Cl at -78 °C using the Schlenk-line technique. Since the ligands are unstable, they could not be characterized. Nevertheless, Ru (II), Ir (III) and Rh(I) complexes (3a-5c) of the phosphinite ligands were synthesized and characterized. Ionic liquids 1 and 2 were synthesized in approximately 87 % yield, while Metal-P-IL complexes were synthesized in 85% yields for 3a-3c, 90% for 4a-4c, and 89% for 5b-5c. When the thermal analysis results were considered, it was observed that the 3a-4c complexes could be safely used without decomposition between 138 ºC and 194 ºC. When the catalytic activity of Ru (II) complexes 3a and 3b was investigated in TH of acetophenone, TOF value of 388 h-1 and 64 h-1 were obtained for 3a and 3b, respectively, at reflux temperature, indicating that Ru-benzene complex was more efficient than Ru-p-cymene complex. When the TH results of Ir (III) complexes were examined, 98% conversion was obtained for 3c in 45 min, while 93% conversion was obtained for 4c in 5 h. When the TH reactions of all complexes were considered, it was observed that Ru-arene complexes gave better results. When the TH reactions of substituted acetophenone for the 3a complex were investigated, it was seen that 99% conversion was obtained for 4-F acetophenone in 10 min, while 93% conversion was obtained for 2-MeO acetophenone in 90 min.
Many complexes containing transition metals have attracted attention due to their effectiveness in biological activities such as antimicrobial, antioxidant, and anticancer. In many cases the metal complex showed better activity than the free ligand. When the % DPPH inhibition results were taken into account, it was observed that Ru (II) complex 4b showed 24.19% radical scavenging activity at 25 mg L-1, while it showed 72.27% radical scavenging activity at 200 mg L-1. Test compound 4b showed the highest activity at all concentrations compared to other test compounds. All test compounds showed no significant chelating activity. All of the test compounds showed varying levels of antibacterial activity on the five bacteria used in the study (E. coli (ATCC 10536), P. aeruginosa (ATCC 9027), S. aureus (ATCC 6538), E. hirea (ATCC 10541), B. cereus). Among the synthesized imidazole containing derivatives (1-4c), compound 4c containing Ir (III) transition metal exhibited the highest antibacterial activity (13 mm), while ionic liquid including vinyl group (1) showed no antibacterial activity.