Grafen tabanlı modifiye elektrotların kiral yapıları ayırt etme özelliklerinin incelenmesi
Investigation of discrimination properties of graphene-based modified electrodes for chiral compounds
Yazar: ERHAN ZOR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Kronoamperometri = Chronoamperometry ; Voltametri = Voltammetry

Özet:
Bu çalışmada, kimya, biyokimya ve farmakolojide önemli bir yer teşkil eden kiral bileşiklerin enantiyomerlerini ayırt etmek için grafen tabanlı elektrotlar ile elektrokimyasal sensör çalışmaları gerçekleştirildi. Bu amaç doğrultusunda son yıllarda üstün ve benzersiz özelliklerinden dolayı elektrokimyasal sensör uygulamalarında büyük bir ilgi uyandıran nanobilim ve nanoteknolojinin parlayan yıldızı olan grafen materyalinin, grafen oksit (GO), indirgenmiş grafen oksit (rGO), indirgenmiş grafen oksit/β-siklodekstrin (rGO/β-CD), indirgenmiş grafen oksit/γ-siklodekstrin (rGO/γ-CD) gibi türevleri sentezlendi. Elde edilen grafen tabanlı materyallerin karakterizasyonları ultraviyole-görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), Raman spektroskopisi, termal gravimetrik analiz (TGA), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) teknikleri ile yapıldı. 
Elde edilen grafen tabanlı materyaller, camsı karbon elektrot (GCE) yüzeyine modifiye edilerek indirgenmiş grafen oksit/β-siklodekstrin/camsı karbon elektrot (rGO/β-CD/GCE), indirgenmiş grafen oksit/γ-siklodekstrin/camsı karbon elektrot (rGO/γ-CD/GCE), indirgenmiş grafen oksit/γ-globulin/camsı karbon elektrot (rGO/GLOB/GCE) üretildi. Elde edilen elektrot yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi teknikleri ile karakterize edildi. Kiral ayırt etme çalışmaları için dönüşümlü voltametri, diferansiyel puls voltametri ve kronoamperometri teknikleri kullanıldı. Elektrokimyasal çalışmalarda enantiyoseçici kiral sensör olarak kullanılan rGO/β-CD/GCE, rGO/γ-CD/GCE ve rGO/GLOB/GCE ile kiral bileşiklere karşı enantiyoseçici kiral ayırt etme çalışmaları yürütüldü ve sırasıyla sistin enantiyomerleri (D- ve L-sistin), triptofan enantiyomerleri (D- ve L-Trp) ve mandelik asit (D- ve L-MA) enantiyomerlerinin elektrokimyasal olarak birbirinden başarı bir şekilde ayırt edilmesi sağlandı. D- ve L-sistin enantiyomerleri için rGO/β-CD/GCE yüzeyinde sırasıyla 1.29 ve 1.40 V, D- ve L-Trp enantiyomerleri için rGO/γ-CD/GCE yüzeyinde sırasıyla 0.66 ve 0.84, D- ve L-MA enantiyomerleri için rGO/GLOB/GCE yüzeyinde 1.47 ve 1.71 V olmak üzere farklı potansiyel değerlerinde kuvvetli tersinmez pikler elde edildi. D- ve L-Trp'nin rGO/γ-CD ile olan etkileşimi spektroflorometri tekniği ile incelendi. Ayrıca D- ve L-sistinin rGO/β-CD ile olan etkileşimini ve D- ve L-Trp'nin rGO/γ-CD ile gözlemlenen elektrokimyasal kiral ayırt etme sonuçlarını desteklemek amacıyla "Moleküler yanaştırma (Molecular docking)" çalışmaları gerçekleştirildi.

Abstract:
In this study, electrochemical sensor applications for discrimination of chiral enantiomers were performed with graphene-based electrodes. In this respect, the derivatives of graphene - on which much attention has been paid for the electrochemical sensor applications in recent years due to its superior and unique properties and that is the shining star of nanoscience and nanotechnology - such as graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), reduced graphene oxide/β-cyclodextrin (rGO/β-CD), reduced graphene oxide/γ-cyclodextrin (rGO/γ-CD) were synthesized. The obtained graphene related materials were characterized by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR), Raman spectroscopy, termal gravimetric analiysis (TGA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM).
The obtained graphene related materials were modified on glassy carbon electrode (GCE) to produce reduced graphene oxide/β-cyclodextrin/glassy carbon electrode (rGO/β-CD/GCE), reduced graphene oxide/γ-cyclodextrin/glassy carbon electrode (rGO/γ-CD/GCE) and reduced graphene oxide/γ-globulin/glassy carbon electrode (rGO/GLOB/GCE). The electrode surfaces were characterized by scanning electron microscopy, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy techniques. Cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry and chronoamperometry techniques were applied for chiral discrimination studies. The enantioselective chiral discrimination experiments were performed with rGO/β-CD/GCE, rGO/γ-CD/GCE and rGO/GLOB/GCE, which were used as chiral enantioselective sensors, and electrochemical chiral discrimination was successfully applied for cystine enantiomers (D- and L-Cystine), tryptophan enantiomers (D- and L-Trp) and mandelic acid (D- and L-MA) enantiomers, respectively. The strong irreversible oxidation peaks were obtained at 1,29 and 1,40 V for D- and L-Cystine on rGO/β-CD/GCE, at 0,66 and 0,84 V for D- and L-Trp on rGO/γ-CD/GCE  and at 1,47 and 1,71 V for D- and L-MA on rGO/GLOB/GCE, respectively. The interaction of D- and L-Trp with rGO/γ-CD was investigated by spectrofluorometry technique. In addition, the interaction of D- and L-Cystine with rGO/β-CD and the interaction of D- and L-Trp with rGO/γ-CD were investigated by "Molecular docking" studies in order to support the electrochemical results.