Bazı siklobütan bileşiklerin X-ışını kırınımı ve spektroskopik yöntemler kullanılarak deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of some cyclobutane compounds using X-ray diffraction and spectroscopic methods
Yazar: OKAN ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. MUHARREM DİNÇER
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: FTIR = FTIR ; Katıhal fiziği = Solid state physics ; Kristal yapı = Crystal structure ; Kristal örgü = Crystal lattice ; Kristalografi = Crystallography ; Kristalografik yöntemler = Crystallographic methods ; Nükleer manyetik rezonans =   ; Siklobütan = Cyclobutane ; X ışını kırınımı yöntemi = X ray diffraction method ; X ışını spektroskopisi = X ray spectroscopy

Özet:
Bu tez çalışmasında; 5-(3-metil-3-fenilsiklobutil)-6H-1,3,4-tiadiazin-2-amin (C14H17N3S) (I), 4,4'-Bis(3-mesitil-3-metilsiklobutil)-2,2'-bitiazol (C34H40N2S2) (II), N-(4-(3-metil-3mesitilsiklobutil)-1H-imidazol-2-yl)asetamid (C19H25N3O) (III) ve 4-((4-(3-metil-3-fenilsiklobutil)tiazol-2-yl)amino)-4-oksobut-2-enoik-asit (C18H18N2O3S) (IV) adlı siklobütan halkası içeren dört adet bileşik incelenmiştir. Sikloalkan bileşiği olan siklobütanlar, tek halkaya sahiptir ve renksizdir. Siklobütanlar, biyoaktif doğal ürünlerde benzersiz bir yapısal özellik sunan dört üyeli karboksillerdir (Hui, et al., 2021). Yalnız başına çok önemli bir özelliğe sahip değil iken; karmaşık türevleri, biyoloji ve biyoteknoloji uygulamalarında çok önemli bir yere sahiptir. Siklobütanların karboksilik asit türevlerinden oluşan bileşiklerin anti-inflamatuar ve antidepresan aktivitelerine ve ayrıca sıvı kristal özelliklerine sahip oldukları bilinmektedir (Dehmlow and Schmidt, 1990).
Bu tezde incelenen kristaller, Fırat Üniversitesi Kimya Bölümü Laboratuvarı'nda sentezlenmiş ve kristallerin FT-IR, 1H-NMR ve 13C-NMR spektrumları deneysel olarak elde edilmiştir. X-ışını kırınım verileri ise Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fizik Bölümü Kristalografi Laboratuvarı'ndaki STOE IPDS−II difraktometresinden elde edilmiştir. X-ışını kırınım verileri kullanılarak, WinGx paket programları ile kristallerin yapı analizi yapılmıştır. Deneysel verileri desteklemek amacıyla, bileşiklerin X-ışını kırınımından elde edilen moleküler geometrileri Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (YFT) ve B3LYP yöntemi kullanılarak, Gaussian 09W ve GaussView 5.0.9 paket programları ile optimize edilmiş, teorik olarak IR ve NMR spektrumları hesaplanmıştır. Teorik hesaplamalarda baz seti olarak 6-31G (d) ve 6-31G (d, p) kullanılmıştır. Elde edilen teorik değerler ile deneysel değerler karşılaştırılmış ve birbiriyle uyumlu olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca, CrystalExplorer 17.5 programı ile Hirshfeld yüzey analizi yapılarak moleküller arası etkileşimlerin üç boyutlu görselleri ve molekül içi atomik etkileşimlerin iki boyutlu parmak izi gösterimi oluşturulmuştur.

Anahtar Sözcükler: Siklobütan, X-Işını Kırınımı, XRD, FT-IR, NMR, Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi, YFT, Hirshfeld Yüzey Analizi

Abstract:
In this thesis study; four compounds containing the cyclobutane ring named 5-(3-methyl-3-phenylcyclobutyl)-6H-1,3,4-thiadiazine-2-amine (C14H17N3S) (I), 4,4'-Bis(3-mesityl-3-methylcyclobutyl)-2,2'-bithiazole (C34H40N2S2) (II), N-(4-(3-methyl-3mesitylcyclobutyl)-1H-imidazol-2-yl)acetamide (C19H25N3O) (III) and 4-((4-(3-methyl-3-phenylcyclobutyl)thiazol-2-yl)amino)-4-oxobut-2-enoicacid (C18H18N2O3S) (IV) were investigated. Cyclobutane, which is a cycloalkane compound, has a single ring and is colorless. Cyclobutans are four-membered carboxyls that present a unique structural feature in bioactive natural products (Hui, et al., 2021). While it does not have a very important feature on its own; complex derivatives have a very important place in biology and biotechnology applications. It is known that compounds consisting of carboxylic acid derivatives of cyclobutane have anti-inflammatory and antidepressant activities as well as liquid crystal properties (Dehmlow and Schmidt, 1990).
The crystals examined in this thesis were synthesized in the Laboratory of the Chemistry Department of Fırat University and the FT-IR, 1H-NMR and 13C-NMR spectra of the crystals were obtained experimentally. X-ray diffraction data were obtained from the STOE IPDS−II diffractometer at Ondokuz Mayıs University, Department of Physics, Crystallography Laboratory. By using X-ray diffraction data, the structure analysis of the crystals was done with WinGx package programs. In order to support the experimental data, the molecular geometries of the compounds obtained from X-ray diffraction were optimized with the Gaussian 09W and GaussView 5.0.9 package programs, using the Density Functional Theory (DFT) and B3LYP method, theoretically, IR and NMR spectra were calculated. In the theoretical calculations, 6-31G (d) and 6-31G (d, p) basis sets were used. The theoretical values obtained and the experimental values were compared and it was concluded that they were compatible with each other. In addition, three-dimensional visuals of intermolecular interactions and two-dimensional fingerprint representation of intramolecular atomic interactions were created by performing Hirshfeld surface analysis with the CrystalExplorer 17.5 program.

Keywords:  Cyclobutane, X-Ray Diffraction, XRD, FT-IR, NMR, Density Functional Theory, DFT, Hirshfeld Surface Analysis