Üçlü blok poli(etilen glikol)-b-[poli(laktit-ko-serin-nh2)] polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of  triblock poly(ethylene glycol)-b-[poly(lactide-co-serine-nh2)] polymers
Yazar: MATIN YAZDANI KOHNESHAHRI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ UZUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada; poli(etilen glikol)-b-poli(laktit-ko-serin-NH2), (PLDSNH2-PEG-PLDSNH2) blok-kopolimerleri sentezi amaçlanmıştır. Üç aşamada gerçekleştirilen çalışmanın ilk aşamasında Boc-serin-OH amino asidi ile laktit moleküllerinin  tepkimesi sonucu (95℃ sıcaklıkta, 15-30 saat ısıtılması sonucu)  LDS, LD2S ve LD3S monomerik yapılar sentezlenmiştir. LDS monomerlerin FT-IR spektrumlarında metil, metilen ve metin C-H gerilme bandları 3000-2800 cm-1, aralığında gözlenmiştir. Monomer yapısında, üretan hidrojeni –HN-CO-, hidroksi –OH ve karboksi –COOH grubundaki aktif hidrojen gerilmesi 3500-2500 cm-1, aralığında yayvan band olarak gözlenmiştir. Monomer yapısında ester karbonili, karboksilik asit, üretan olmak üzere üç adet karbonil (C=O) grubu 1736, 1720 ve 1690 cm-1 dalga sayısında üçlü pik olarak gözlenmiştir. Laktit halkasının karbonil C=O gerilme titreşimi 1781cm-1, monomer oluşumunda 1736 cm-1 dalga sayısı ve 1364  cm-1, dalga sayısındaki koruma grubunun (ter-butiloksikarbonil) metil (-CH3) bükülme titreşiminin monomer spektrumlarında da gözlenmesi sentez aşamasında koruma grubunun bozunmadan kaldığını açıklamıştır.  
LDS monomerlerin  1H-NMR spektrumunda; ter-butiloksikarbonil koruma grubunun OC(CH3)3 (metil) protonları 1,47 ppm, laktit metil (-CH3) protonları 1,60 ppm kimyasal kayma değerinde gözlenmiştir. Laktit halkasının açılarak serinin hidroksi grubuyla ester oluşturduğu 4,00-3,70 ppm metilen (-CH2-) protonlarının esterleşme sonucu 4,70-4,42 ppm kimyasal kayma değerine kayması ile belirlenmiştir. LDS monomerinin üretan –NH-CO protonu ve metin protonu =CH-NH- sırasıyla 5,67 ve 3,40 ppm kimyasal kayma değerinde gözlenmiştir. LDS monomerik yapıdaki laktik asit tekrarlanan gruplardaki metin (O-HCCH3-) protonu hem uç, hem de ester grubuna bağlı olarak zincir üzerinde olması nedeniyle ayrıca LD2D, LD3S gibi birden fazla laktit takılmış monomerik yapılar da olması nedeniyle yayvan olarak 5,10-5,50 ppm kimyasal kayma değerinde gözlenmiştir. 
MALDI-TOF-MS spektrumundan, Boc-serin molekülüne halka açılması sonucu bir ile üç arası laktit bağlandığı ve LDS, LD2S LD3S monomerik moleküllerin oluştuğu belirlenmiştir. Boc-serin molekülünün molar kütlesi 205,11 g/mol, laktit'in molar kütlesi 144,13 g/mol ve sodyumun molar kütlesi 22,99 g/mol olmak üzere toplam 205,11+144,13+22,99=372,23 g/mol değeri, LDS monomeri için spektrumda 372,244 m/z değerinde gözlenmiştir. LD2S monomeri için teorik değer 205,11+(2x144,13)+22,99=516,36 g/mol olup spektrumda 516,201 m/z değerinde gözlenmiştir. 
LDS monomerlerinin sentezi tamamlanıp, poli(laktit-ko-serin) (PLDS) kopolimerinin sentezi çalışılmıştır. 15 ve 30 ısıtma sonucu elde edilen LDS15 ve LDS30 monomerleri kullanılarak DCC polimerizasyonu ile PLDS15 ve PLDS30 kopolimerleri sentezlenmiştir. PLDS örneklerin kaydedilen MALDI-TOF-MS spektrumlarında 700-1700 m/z kütle aralığında oligomer pozitif iyon pikleri belirlenmiştir. PLDS15 ve PLDS30 polimerlerin kütle spektrumunda ağırlıklı olarak LDS, LD2S monomerik birimlerin oluşturduğu belirlenmiştir. PLDS15 ve PLDS30 Polimerin  spektrumunda gözlenen en büyük molar kütleli pikler sırasıyla 1408 m/z ve 1696 m/z  pikleri olduğu, 1408 m/z pikinin DL3S5 ve 1696 m/z pikinin DL5S5 polimerik yapılara ait olduğu bulunmuştur.
PEG-b-PLDS blok kopolimer çalışmaları iki uç grubu karboksilenmiş PEG-diasit (PEGDA), ya da iki ucu hidroksi PEG-Diol (PEGDO) olan poli(etilen glikol) kullanarak çalışılmıştır. PLDS-PEG-PLDS blok kopolimerin karakterizasyonu MALDI-MS, FTIR ve 1H-NMR çalışmaları ile gerçekleştirilmiştir. Son çalışmada, PLDS-PEG-PLDS blok kopolimerin korunmuş-amin yan grupları nitrik asit ile uzaklaştırılarak blok PLDSAm-PEG-PLDSAm kopolimeri sentezlenmiştir. PLDS kopolimer ve PLDSAm-PEG-PLDSAm blok-kopolimeri sentezlenmesi sonucu polimer ana zincirinde ardışık amin yan grup içeren yeni bir polimer sentezi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The aim of this study was to synthesize PLDSNH2-PEG-PLDSNH2 block copolymers in three stages. Firstly, LDS, LD2S, and LD3S monomers were synthesized by reacting Boc-serine-OH amino acid with lactide, heated at 95°C for 15-30 hours. FT-IR spectra of the LDS monomers showed stretching bands for methyl, methylene, and methine groups (3000-2800 cm-1). Active hydrogen stretching bands for urethane, hydroxyl, and carboxylic acid groups were observed (3500-2500 cm-1). Three carbonyl groups (ester, carboxylic acid, and urethane) were identified at 1736, 1720, and 1690 cm-1. The presence of tert-butoxycarbonyl protection group was confirmed by (tert-butoxycarbonyl) methyl bending vibrations.
The 1H-NMR spectrum of the LDS monomers revealed proton peaks corresponding to the tert-butoxycarbonyl protection group OC(CH3)3 at 1.47 ppm and lactide methyl protons at 1.60 ppm chemical shift values. The shifting of methylene protons in the range of 4.00-3.70 ppm confirmed the ester formation between the lactide ring and the hydroxyl group of serine. Protons from the urethane group and the methine proton =CH-NH- of the LDS monomer were observed at chemical shift values of 5.67 and 3.40 ppm, respectively. The broad signal in the 5.10-5.50 ppm chemical shift range indicated the presence of lactic acid repeating units in the LDS monomer, which can occur due to both end and ester group attachment on the chain, as well as the presence of multiple lactide units such as LD2S and LD3S.
MALDI-TOF-MS analysis showed binding of one to three lactides to Boc-serine, forming LDS, LD2S, and LD3S monomers. Boc-serine's molecular weight was 205.11 g/mol, lactide was 144.13 g/mol, and sodium was 22.99 g/mol, totaling 372.23 g/mol. The LDS monomer spectrum exhibited an observed m/z value of 372.244, corresponding to its theoretical molecular weight. LD2S monomer's theoretical molecular weight was 516.36 g/mol, and the observed m/z value was 516.201.
After the completion of LDS monomer synthesis, the study focused on the synthesis of poly(lactide-co-serine) (PLDS) copolymers. Using LDS15 and LDS30 monomers obtained by varying the reaction time, PLDS15 and PLDS30 copolymers were synthesized through DCC polymerization. The MALDI-TOF-MS spectra of PLDS samples showed positive ion peaks in the mass range of 700-1700 m/z, indicating the presence of oligomers. The predominant units in the PLDS15 and PLDS30 polymers were identified as LDS and LD2S monomers. The highest molecular weight peaks observed in the spectra were determined to belong to specific polymer structures, with 1408 m/z corresponding to DL3S5 and 1696 m/z corresponding to DL5S5.
The studies on PEG-b-PLDS block copolymers were conducted using PEG-diacid (PEGDA) with carboxyl end groups or PEG-diol (PEGDO) with hydroxyl end groups. The characterization of the PLDS-PEG-PLDS block copolymer was performed through MALDI-MS, FTIR, and 1H-NMR studies. In the final stage, the protected amine side groups of the PLDS-PEG-PLDS block copolymer were removed using nitric acid, resulting in the synthesis of a block copolymer with consecutive amine side groups, known as PLDSAm-PEG-PLDSAm. This synthesis allowed for the incorporation of consecutive amine side groups in the polymer main chain, representing a novel approach with potential new applications and functionalities.