Kiral organokatalizör sentezi ve uygulamaları
Sythesis of chiral organocatalyst and applications
Yazar: MAHMUT ÇİÇEK
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:
Organik sentez alanında kiral bileşiklerin asimetrik sentezi çok büyük bir öneme sahiptir. Biyolojik sistemlerdeki gereklilikleri nedeniyle, optikçe saf bileşiklerin sentezi farmasötikler, ziraat kimyasalları ve fonksiyonel materyallerin üretimi için sentetik kimyanın önemli alanlarından birini oluşturmaktadır. Enzimler, metal katalizörler ve organokatalizörleri içeren asimetrik katalitik reaksiyonlar enantiyomerik olarak saf bileşiklerin sentezinde etkili araçlar olarak görülmektedir.     
Çevre ve sağlık yönetmelikleri toksik reaktiflerin kullanımından kaçınan toksik olmayan kimyasal proseslere büyük destek vermektedir. Kimyasal şirketler büyük ölçekli katalitik reaksiyonlarda geçiş metallerinden kaçınmaktadırlar. Bu anlamda, bilimsel topluluklar, metalsiz sentetik tasarımlar için, enansiyoselektif sentez içinde yeni bir alanın yapılandırılmasını sürdürmektedir. 
Katalitik miktarlarıyla kimyasal reaksiyonları hızlandıran metal içermeyen küçük organik bileşikler organokatalizörler olarak tanımlanmaktadır. Organokatalizörler metal katalizörlere göre, neme ve oksijene duyarlı olmamaları, kolay elde edilebilmeleri, düşük maliyet ve düşük toksisite gibi çeşitli avantajlara sahiptirler. Özellikle, düşük toksisite bu katalizörleri farmasötik öncülerin üretiminde daha cazip kılmaktadır. Ayrıca, asimetrik organokatalizörler reaksiyonları daha etkin bir şekilde sonuçlandırmakta ve klasik metal katalizörlere göre operasyonel basitlikleri nedeniyle dikkat çekmektedirler.  
Aldol reaksiyonu yeni karbon-karbon bağlarının oluşumu için güçlü yöntemlerden biri olarak yoğun bir şekilde çalışılmış ve son yıllarda önemli gelişmeler gözlenmiştir. Asimetrik direk aldol reaksiyonu, karbonil gruplarının α- ve β- konumlarında iki yeni stereojenik merkez içeren β-hidroksikarbonil bileşiklerinin üretimi için önemli reaksiyonlardan biridir. Optikçe saf β-hidroksikarbonil bileşikleri farmasötik aktif bileşikler ve ilgili materyallerin, doğal ürünlerin sentezinde çok yönlü öncülerdir. Bu zamana kadar, intermoleküler aldol reaksiyonlarında katalizör olarak genellikle prolin kullanılmış ve önemli dönüşümler gerçekleştirilmiştir.  
Araştırmamız, çeşitli reaksiyon koşullarında asimetrik direkt aldol reaksiyonunu katalizleyebilecek yapısal çeşitliliğe sahip yeni kiral organokatalizörlerin dizaynı düşüncesine dayanmaktadır. Bu amaçla (R)-tiyazolidin-4-karboksilik asit temelli dipeptit yapılı kiral organokatalizörlerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu katalizörlerin yapıları FTIR, 1H NMR, 13C NMR ve GC-MS spektral verileri ile belirlenmiştir. Son aşamada ise, sentezlenen organokatalizörlerin enansiyoselektif aldol reaksiyonundaki katalitik aktiviteleri incelenmiştir. Literatürde yaygın olarak incelenmemiş olan (R)-tiyazolidin-4-karboksilik asit temelli organokatalizörler ile iyi verim ve enansiyoseçicilikler gözlenmiştir.

Abstract:
Asymmetric synthesis of chiral compounds have great importance in organic synthesis. The synthesis of optically pure compounds is one of the important areas of the synthetic chemistry for the production of pharmaceuticals, agricultural chemicals and functionalized materials, because of the necessity for these compounds in biological systems. Asymmetric catalytic reactions which include enzymes, metal catalysts and organocatalysts are considered as effective tools for the synthesis of enantiomerically pure compounds.   
Environmental and health regulations strongly support to non-toxic chemical processes which do not use toxic reagents. Chemical companies avoid transition metals in bulky catalytic reactions. In this sense, scientific communites continue to construct a new field in enantioselective synthesis for metal-free synthetic designs. 
Metal free small organic compounds that accelerate the chemical reactions in catalytical amounts are defined as organocatalysts. Organocatalysts have several advantages over metal catalysts, such as insensibility to moisture and oxygen, readily availability, low cost, and low toxicity. Especially, low toxicity makes them more attractive in the production of the pharmaceutical intermediates. Besides, asymmetric organocatalysts accomplish the reactions more effectively and attract the attention because of their operational simplicity over classic metal catalysts.     
The aldol reaction have been investigated intensively as one of the powerful methods for the formation of new carbon-carbon bonds, and important developments have been observed recently. Asymmetric direct aldol reaction is one of the important reactions for the production of β-hydroxycarbonyl compounds with two new stereogenic center at alpha and beta positions of carbonyl groups. Optically pure β-hydroxycarbonyl compounds are versatile precursors for the synthesis of pharmaceutically active compounds and related materials, and natural products. Until now, prolin has generally been used as catalyst in the asymmetric intermolecular aldol reaction and important transformations have been carried out. 
Our research is based on the idea to design new chiral organocatalyst with structural diversity to catalyze asymmetric direct aldol reaction under various reaction conditions. By this aim, synthesis of the (R)-thiazolidin-4-carboxylic acid based new chiral organocatalysts having dipeptide structure have been accomplished. The structure of these catalysts have been determined by the FTIR, 1H NMR, 13C NMR and GC-MS spectral data. In the last step, catalytic activity of the synthesized organocatalysts in the enantioselective aldol reaction was investigated. Good yields and enantioselectivities have been observed with (R)-thiazolidin-4-carboxylic acid based organocatalysts which have not been widely investigated in the literature.