Asimetrik organik reaksiyonlar için etkili organokatalizör tasarımı
The design of effective organocatalyst for asymmetric organic reactions
Yazar: MERVE KARAOĞLU
Danışman: PROF. DR. ÇİĞDEM YOLAÇAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Kiral yapıdaki moleküllerin ilaç sanayi başta olmak üzere ziraat, biyoloji ve kimya gibi birçok alanda oldukça fazla öneme sahip olması ve bu önemin her geçen gün artması optikçe saf bileşiklerin sentezlenmesi ile ilgili çalışmalarda artışa yol açmıştır. Kiral molekül sentezlerinde izlenebilecek çeşitli yollar bulunmaktadır. Bunlardan birincisi; elde edilen rasemik karışımların değişik metotlarla ayrılması, ikincisi; kiral başlangıç maddeleri ve yardımcılar kullanarak tek enantiyomerin sentezlenmesi ve üçüncü olarak en önemlisi; kiral katalizörlerin kullanılmasıdır. Her üç yöntemde de amaç, moleküllerin mümkün olduğunca enantiyosaf bir halde, yüksek verimle ve olabildiğince ucuz asimetrik sentezidir.
Asimetrik sentezde kullanılan katalizörler üçe ayrılırlar: bunlar, enzimler (biyolojik katalizörler), sentetik metal kompleks katalizörler ve saf organik katalizörlerdir. Organokatalizörlerin biyolojik katalizörlere ve metal kompleks katalizörlere göre üstünlükleri vardır. Organokatalizörlerin metal içermemeleri ve toksik olmamaları en önemli özellikleridir. Ayrıca organokatalizörler oksijene ve neme karşı duyarlı değildirler, inert gaz atmosferi ve susuz solvent gibi zorlu reaksiyon koşullarını gerektirmezler. Buna ek olarak ucuz, kolay bulunabilen, geri kazanılabilen saf bileşiklerdir.
Aldol reaksiyonu, biyolojik aktif maddelerin öncüsü olan β-hidroksi karbonil bileşiklerinin sentezini sağlayan en önemli C-C bağı oluşturma reaksiyonlarından biridir. Organik moleküllerin katalizörlüğünde gerçekleşen asimetrik reaksiyonlarda en çok, doğal bir amino asit olan prolinin adı geçmektedir. Prolinin kullanıldığı reaksiyonlarda yüksek enantiyoseçicilik gözlenmesine rağmen bazı dezavantajlara sahiptir. Prolinin çoğu organik çözücüdeki düşük çözünürlüğü reaktiviteyi etkilemektedir, ayrıca yer aldığı bazı reaksiyonlarda istenmeyen yan ürünlerin oluştuğu gözlenmektedir, düzlemsel aromatik aldehitlerin kullanıldığı aldol reaksiyonlarında seçicilik düşüktür. Bu olumsuzlukların üstesinden gelmek amacıyla L-Prolinin asit kısmını modifiye edip, hidrojen bağı etkileşimi oluşturabilen gruplar ekleyerek oldukça etkili çok sayıda organokatalizör türevi sentezlenmiştir.
Bu çalışmanın amacı, L-Prolin temelli dipeptit yapılı yeni kiral organokatalizörlerin sentezlenmesi ve çeşitli reaksiyon koşullarında asimetrik direkt aldol reaksiyonundaki katalitik etkilerinin incelenmesine dayanır. Sentezlenen katalizörlerin yapıları FTIR, 1H NMR, 13C NMR ve LC-MS spektral verilerinden yararlanarak aydınlatılmıştır. L-Prolinin türevleri konusunda yeni yapılacak çalışmalara ışık tutacak sonuçlar elde edilmiş ve elde edilen bu olumlu sonuçlar ile literatüre katkı sağlanmıştır.

Abstract:
The increasing importance of chiral molecules in pharmaceutical industry, agriculture, biology and chemistry has led to increase in the number of studies to synthesize opticaly active compounds. There are several methods for the synthesis of chiral molecules. One of them is resolution of rasemic mixtures, the second one is the synthesis of single enantiomers using chiral auxiliaries and starting materials, and the most important third one is using of chiral catalysts. The aim of all these three methods is the cheap asymmetric synthesis of highly enantiopure molecules with high yield as possible.
Asymmetric catalysts can be divided into three class; these are enzymes (biological catalysts), synthetic metal complex catalysts and pure organic catalysts. Non-metal content and non-toxicity are the most important properties of organocatalysts. Besides, organocatalysts are not sensitive to oxygen and moisture, they do not require hard reaction conditions such as inert gas atmosphere and anhydrous solvent. In addition, organocatalysts are cheap, readily available and recyclable pure compounds.
The Aldol reaction is one of the most important C-C bond forming reaction which allows to synthesise β-hydroxy carbonyl compounds which are the precursors of biologically active substances. Proline is the most common natural amino acid used in asymetric reactions as organic catalysts. Proline has some disadvantages, even though high enantioselectivity is observed in the reactions in which it is used. The low solubility of prolin in many organic solvents effects the reactivity, and also unwanted side product formation is observed with proline catalyst and the selectivity is low in the aldol reactions with planar aromatic aldehydes. To overcome these disadvantages, new organocatalyst derivatives have been synthesized by the modification of acid part in the L-Proline and adding new groups which can form hydrogen bond interactions.
The aim of this study is the synthesis of new chiral organocatalysts with dipeptid structure based on L-Proline and investigation of their catalytic activities in asymmetric direct aldol reaction under various reaction conditions. The structures of catalysts were determined by the spectral data such as FTIR, 1H NMR, 13C NMR and LC-MS. The positive results regarding L-proline derivatives will provide an insight and contribute to the related literature.