Aza-bodipy bileşiklerine ağır atom bağlanmasının doğrusal olmayan soğurma, floresans ve ultra hızlı spektroskopik özelliklerine etkisi
Effects of heavy atom binding to aza-bodipy compounds on nonlinear absorption, fluorescence and ultrafast spectroscopic properties
Yazar: AHMET KARATAY
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı pozisyonlarda ağır atom içeren (Br) yeni Aza-BODIPY bileşikleri iki foton soğurma ve sistemler arası geçiş özelliklerinin geliştirilmesi için sentezlenmiştir. Sentezlenen bu Aza-BODIPY moleküllerinin doğrusal olmayan optik özellikleri ultra hızlı pompa-gözlem spektroskopisi ve Z-tarama tekniği kullanılarak araştırılmıştır. Aza-BODIPY bileşiklerinin sistematik olarak farklı pozisyonlarına ağır atom bağlanmasının sistemler arası geçiş ve iki foton soğurma özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Ağır atomun pozisyon farkına bağlı olarak sistemler arası geçişlerin daha iyi açıklanabilmesi için tasarlanan moleküllerin yoğunluk fonksiyon teorisi (Density Functional Theory-DFT) hesaplamaları Dalian Üniversitesi (Çin) Kimya Bölümü' nde yapılmıştır.
Tezde çalışılan Aza-BODIPY bileşiklerinin doğrusal soğurmaları ve floresans spektrumları alınmıştır. Floresans ve ultra hızlı pompa-gözlem spektroskopi sonuçları 2, 6 pozisyonuna bağlı ağır atomların önemli derecede sistemler arası geçişlere neden olduğunu göstermektedir. Buna karşı olarak 1, 7 ve 3, 5 pozisyonlarının sistemler arası geçişlerde etkili olmadığı görülmektedir. Deneysel bulgulara ek olarak DFT hesaplamaları da 2, 6 pozisyonuna bağlı ağır atomlardaki (Br) moleküllerin singlet-triplet enerji seviyelerinin birbirlerine yaklaştığını göstermekte ve böylece sistemler arası geçişler artmaktadır. Yapılan Z-tarama deneyi sonucunda en büyük iki foton soğurma tesir kesiti 610 GM olarak bulunmuştur. Bulunan bu değer literatüre göre oldukça yüksektir. Çalışılan ağır atom bağlı Aza-BODIPY bileşiklerinin sistemler arası geçişlerinin farklı pozisyonlara ağır atom bağlanması ile kontrol edilebilmesi ve sistemler arası geçişlerin verimliliğinin yüksek olması, triplet uygulama alanları için büyük önem taşımaktadır. Özellikle çalışılan Aza-BODIPY bileşiklerinin iki foton soğurma özelliklerinin yüksek olması, bu bileşiklerin son zamanlarda yoğun olarak araştırılan iki foton fotodinamik terapi uygulama alanı için iyi bir ajan olabileceği düşünülmektir.

Abstract:
In this thesis, new Aza-BODIPY compounds containing heavy atoms (Br) at various positions were synthesized to enhanced triplet state population and two photon absorption properties. Nonlinear optical properties of these Aza-BODIPY compounds were investigated by using ultrafast pump-probe spectroscopy and Z-scan tecnique. The effects of heavy atoms systematically binding at various positions of Aza-BODIPY compounds on intersystem crossing and two photon absorption properties were studied. Density Functional Theory calculation of all compounds  were studied by Chemistry Department of Dalian University to understand position effect of the heavy atom effect on intersystem crossing process.
Absorption and emission spectra of studied Aza-BODIPY compounds were measured. Ultrafast pump probe experimental results explained observed fluorescence quenching by showing triplet state population when Br atoms are introduced to the 2,6 positions of Aza-BODIPY core. However, heavy atoms which placed at 1, 7 and 3, 5 position do not make chance drastically. Further, density functional theory calculations supported these findings by revealing that singlet and triplet levels get closer to each other when Br atoms are at 2,6 position of Aza-BODIPY core. Open aperture Z-scan experiments at 800 nm wavelengths revealed considerably large (610 GM) two photon absorption cross section values for investigated compounds showing intersystem crossing mechanism. This value at 800 nm wavelengths is much greater than that of Aza-BODIPY compounds in the literature at this wavelength. Control of efficient intersystem crossing mechanism with heavy atom position for studied Aza- BODIPY compounds is very important for triplet application fields. Especially, our studied compounds with enhanced two photon absorption properties at 800 nm wavelengths may be good candidates for two-photon photodynamic therapy applications.