Anhidrit içeren ko(ter)polimerlerin, makrokomplekslerin, makrodallanmış graft kopolimerlerin, organo-sodyum-bentonit nanokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu ve antimikrobiyal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and investigation of antimicrobial properties of anhydride containing co(ter)polymers, macrocomplexes, macrobranched graft copolymers, organo-sodium-bentonite nanocomposites
Yazar: ELİF UZLUK
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER TALU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Antimikrobiyal aktivite = Antimicrobial activity ; Metakrilat = Methacrylate ; N-izopropilakrilamid = N-isopropylacrylamide ; N-vinilimidazol = N-vinylimidazole ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polietilen glikoller = Polyethylene glycols ; Polietilenimin = Polyethylenimine

Özet:
Bu çalışmada; N-vinilimidazol (NVIM), N-izopropil akrilamit (NIPA), metil metakrilat (MMA), 2-hidroksietil metakrilat (2-HEMA), 2-hidroksipropil metakrilat (2-HPMA), maleik ve sitrakonik anhidrit (MA ve CA) monomerlerinin suda çözünen, polielektrolit davranış ve antimikrobiyal aktivite gösteren ko(ter)polimerleri başlatıcı olarak 2,2-azobisizobütironitril (AIBN) kullanılarak 1,4-dioksan ortamında 65 oC'da serbest radikal polimerizasyonu ile sentezlendi. Sentezlenen ko(ter)polimerlere dallanmış poli(etilen imin), deiyonize su ortamında bağlanarak polikatyonik makrokompleks bir yapı elde edildi. Ko(ter)polimerlere metoksi uçlu poli(etilen glikol) (PEG) ve poli(etilen oksit) (PEO), 1,4-dioksan ortamında esterleşme reaksiyonu ile bağlanarak makrodallanmış graft kopolimerler oluşturuldu. Sodyum-bentonit (Na-bentonit), setiltrimetilamonyum bromür (CTMAB) kuaterner amonyum tuzu ile modifiye edilerek organo-sodyum-bentonit (organo-Na-bentonit) hazırlandı. %50, %60, %66,7 ve %80 organo-Na-bentonit içeren ko(ter)polimer/organo-Na-bentonit nanokompozitleri sentezlendi. Ko(ter)polimerlerin, makrokomplekslerin, makrodallanmış graft kopolimerlerin ve nanokompozitlerin farklı çözücülerde çözeltileri hazırlandı ve çözünürlükleri belirlendi. Ko(ter)polimerlerin, makrokomplesklerin, makrodallanmış graft kopolimerlerin ve nanokompozitlerin yapıları UV-görünür bölge, FTIR, 1H NMR ve 13C NMR spektrumlarıyla karakterize edildi; termal özellikleri TGA, DTA, DSC ve DMA ile belirlendi; yüzey morfolojisi SEM ve TEM ile incelendi; viskozite ölçümleri yapıldı; kristal yapıları ve kristal oranları XRD ile belirlendi. Ko(ter)polimerlerin, karboksilik asit gruplarının sayısı titrasyon yöntemiyle tayin edildi. Ko(ter)polimerlerin; elementel analiz, FTIR ve 1H NMR spektrumlarından ve karboksilik asit gruplarının sayısından monomer mol oranları belirlendi. Kelen-Tüdos (K-T) ve Fineman-Ross (F-R) yöntemlerinden yararlanılarak kopolimerlerin monomer reaktivite oranları hesaplandı. Bu sonuçların birbiri ile uyumlu olduğu görüldü. UV-görünür bölge, FTIR, 1H NMR, 13C NMR spektrumları; elementel analiz, SEM ve XRD sonuçları; TGA, DTA ve DSC eğrileri istenilen özellikte maddelerin sentezlendiğini ve ardışık ko(ter)polimerlerin oluştuğunu gösterdi. Organo-Na-bentonit varlığında ve organo-Na-bentonit olmaksızın hazırlanan ko(ter)polimer ve nanokompozitlerinin karşılaştırmalı termal analiz davranışları (Tb, Tm, Ts, Td, Tg, Te), nanokompozitlerde nano-yapısal oluşumdan dolayı termal, kristalin ve mekanik özelliklerde önemli derecede artış olduğunu kanıtladı. Nanokompozitlerin XRD sonuçlarında pik gözlenmemesi dağılmış yapıyı gösterdi. TEM fotoğrafları da bu sonucu doğrulamıştır. Sentezlenen tüm maddelerin patojen gram-pozitif bakterilere (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ve Streptococcucs faecalis), patojen gram-negatif bakterilere (Eschericia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Shigella sonnei, Salmonella typhi ve Salmonella paratyphi) ve mayalara (Candida albicans ve Saccharomyces cerevisiae) karşı olan antimikrobiyal aktiviteleri kuyu difüzyon metodu ve minimum inhibe edici derişimin (MİK) belirlenmesi ile yapıldı. Sentezlenen maddelerin antimikrobiyal aktiviteleri, çeşitli antibiyotik (Eritromicin, Gentamicin, Penisilin G ve Ampisilin) ve antifungal (Ketokonazol) ilaçlarla karşılaştırıldı. En yüksek antimikrobiyal aktivite değerleri patojen gram-pozitif bakterilere karşı ölçüldü. Sentezlenen maddelerin kullanılan ilaçlarla antimikrobiyal aktiviteleri karşılaştırıldığında en az onlar kadar bazen de onlardan daha fazla aktiviteye sahip oldukları görüldü.

Abstract:
In this study; water soluble, showing polyelectrolyte behavior and antimicrobial activity co(ter)polymers of N-vinylimidazole (NVIM), N-isopropyl acrylamide (NIPA), methyl methacrylate (MMA), 2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA) and 2-hydroxypropyl methacrylate (2-HPMA), maleic and citraconic anhydride (MA and CA) monomers were were synthesized by free radical polymerization under nitrogen atmosphere in 1,4-dioxane medium using 2,2-azobisisobutironitrile (AIBN) as initiator at 65 oC. Branched poly(ethylene imine) (PEI) was bonded to the synthesized co(ter)polymers in deionized water in order to obtain a polycationic macrocomplex structure. Methoxy ended poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(ethylene oxide) (PEO) was bonded to the copolymers by esterification reaction in 1,4-dioxane in order to compose macrobranched graft copolymers. An organo-sodium-bentonite (organo-Na-bentonite) was prepared from pure sodium-bentonite (Na-bentonite) by cetiltrimethylammonium bromide (CTMAB) quaternary ammonium salt. Co(ter)polymer/organo-Na-bentonite nanocomposites were prepared with 50%, 60%, 66,7% and 80% organo-Na-bentonite content. Solutions of co(ter)polymer, macrocomplexes, macrobranched graft copolymers and nanocomposites were prepared in different solvents and solubilities were determined. Structures of co(ter)polymer, macrocomplexes, macrobranched graft copolymers and nanocomposites were characterized by UV-visible, FTIR, 1H NMR and 13 C NMR spectra; their thermal properties were determined by TGA, DTA, DSC and DMA; surface morphology were investigated by SEM and TEM; their intrinsic viscosity measurement were performed; their crystal structure and crystal percentages were determined by XRD. Number of carboxylic asid groups of co(ter)polymer were determined by titration method. Monomer mol percents were determined from elementel analysis, FTIR, 1H NMR spectra and number of carboxylic asid groups of co(ter)polymers. Monomer reactivity ratios of copolymers were calculated by using Kelen-Tudos (K-T) and Fineman-Ross (F-R) methods. This results were compatible with each other. UV-visible, FTIR, 1H NMR and 13C NMR spectra; the result of elementel analysis, SEM and XRD; termal analyses were showed that it was polymer and formation of alternating co(ter)polymers. Comparative analysis of thermal behavior (Ti, Tm, Tf, Td, Tg, Tm) of co(ter)polymer and nanocomposites prepared in the absence and presence of organo-Na-bentonite proved the significant increase of thermal, crystalline and mechanical properties of nanocomposites due to formation of nano-structure. Absence of peaks in XRD results of nanocomposites indicated the exfoliated structure. TEM images also confirmed this result. Antimicrobial activities of all materials are synthesized were performed by well diffusion method and determination of minimum inhibition concentration (MIC) against pathogen gram-positive bacteria (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis and Streptococcucs faecalis), pathogen gram-negative bacteria (Eschericia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Shigella sonnei, Salmonella typhi and Salmonella paratyphi) and fungus (Candida albicans and Saccharomyces cerevisiae). Antimicrobial activities of synthesized materials were compared with various antibiotic (Eritromicin, Gentamicin, Penicillin G and Ampicillin) and antifungal (Ketoconazole) drugs. The highest values of antimicrobial activity were measured against pathogen gram-positive bacteria. Compared with drugs used in the antimicrobial activity of the synthesized substances at least one of them as they sometimes have more activity was observed.