P(HEMA)-SO3H katalizli Biginelli reaksiyonu
P(HEMA)-SO3H catalyzed Biginelli reaction
Yazar: MAMADOU LAMINE BERTHE
Danışman: PROF. DR. NEVİN ARIKAN ÖLMEZ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Heterojen katalizörler = Heterogeneous catalysts ; Organik sentez = Organic synthesis ; Yeşil sentez = Green synthesis

Özet:
Organik reaksiyonların çoğu bir ya da i ki başlangıç maddesinin birbirleri ile reaksiyonlarını içeren klasik organik reaksiyonlardır. İki den daha fazla sayıda başlangıç maddesi ni n kullanıldığı reaksiyonlar ise "multi komponent reaksi yonlar" olarak adlandırılır. Multikomponent reaksi yonlar (MCR'ler); üretkenliklerinin fazla olması, verim yüksekliği , kolay uygulanması, Karmaşık moleküllerin hızlı ve yüksek verimde sentezi , yüksek atom ekonomisi , total sentezler için kullanımı gibi avantajları nedeniyle diğer tüm reaksiyon türleri arasında önemli bir yere sahiptir. BİGİNELLİ reaksiyonu, β-ketoester, aldehit ve üre'nin asit katalizörü beraberinde siklokondenzasyonu ile 3,4-Dihidropirimidin-2(1H)-on'ların (DHPM's) sentezlendiği multikomponent bir reaksiyondur. İlk kez 1893'de Pietro Biginelli tarafından keşfedilen reaksiyon 1929 yılında Hinkel ve Hey tarafından üre yerine tiyoüre kullanılarak modifiye edilmiştir. 
Biginelli reaksiyon ürünleri, Dihidropirimidinon (DHPM)'lar anti-tümör, anti-bakteriyal, anti-viral, anti-inflamatuar, anti-hi pertensif, adrenerjik antagonists, kalsiyum kanal blokeri, Anti fungal, Antioksidan, HIVgp -120-CD4 inhibitörü, α1a-antagonist gibi çok çeşitli biyolojik aktivitelerinden dolayı oldukça ilgi çekici bileşiklerdir. 
Klasik Biginelli koşullarında etanol içerisinde güçlü asidik koşullar nedeniyle reaksiyon çoğunlukla düşük verimle sonuçlanmakta ve izolasyon aşaması zor olmaktadır. Asidik koşullar gerektiren bu reaksiyonlarda genellikle H2SO4, HCl, HF gibi sıvı mineral asitler kullanılır. Bu katalizörler reaksiyon ortamında çözünebilen yani homojen ortam sağlayan maddelerdir. Fakat bunların korozif ve zehirli olmaları, rejenerasyonlarının zor ve bir daha kullanılamamaları, daha maliyetli olmaları ve çevreyi tehdit edici özellikleri gibi dezavantajları vardır. Biginelli reaksiyonunun verimliliğini artırmak için uygulanan varyasyonların bir çoğu, mikrodalga ışıması ve ultrason ışıması gibi farklı reaksiyon koşulları ve katalizörlerdir. Lewis asitleri , triflatlar, bir çok metal tuzları, iyonik sıvılar, biyokatalizörler, killer, mineraller, alümina, silika, siklodekstrinler, heteropoli asitler, heteropoli anyonlar, organokatalizörler, polimerler gibi katalizörler Biginelli reaksiyonunun iyileştirilmesi ve modifikasyonu için kullanılmıştır. Bunlar arasında polimer destekli asit katalizörlerin kullanıldığı yöntemler, korozif ve zehirli olmaması, katalitik miktarlarda 
kullanılarak yüksek verimlerle ürün elde edilmesi , basit süzme veya santrifüjleme ile reaksiyon karışımından kolaylıkla ayrılması,  geniş bir sıcaklık ve basınç aralığını tolere etmesi , ucuz ve geri kazanılıp tekrar kullanılabilir olması gibi avantajları sebebiyle çok daha ilgi çekici görünmektedir. 
Bu çalışmada, polimer destekli asit katalizör olarak laboratuvarımızda geliştirdiğimiz poli(hidroksi etil metakrilat) P(HEMA) mikroküre destekli sülfürik asit [P(HEMA)-SO3H] katali zörünün Bigi nellireaksi yonundaki katalitik aktivitesi belirlenerek Dihidropirimidinonların sentezi için yeni bir yöntem ortaya konacaktır. 
Bu amaçla; 
? P(HEMA) ve klorsülfonik asitten katı asit katalizörü [P(HEMA)-SO3H] mikroküreler sentezlenecektir. 
? P(HEMA) ve [P(HEMA)-SO3H] mikroküreler FTIR, SEM, BET ve SEM-EDX yöntemleri kullanılarak 
karakterize edilecektir. Ayrıca, katalizörün asit kapasitesi mol H+/g [P(HEMA)-SO3H] olarak  NaOH ile titre edilerek belirlenecektir. 
? Katalizörün Biginelli reaksiyonundaki aktivitesinin belirlenmesi amacıyla seçilen Etilastoasetat, benzaldehit ve üre arasındaki model reaksiyon, farklı katalizör miktarı, çözücü ve sıcaklıkta gerçekleştirilerek reaksiyon koşulları optimize edilecektir. 
? Reaksiyon sonunda süzülerek ayrılan katalizör tekrar kullanılarak katalizörün yeniden kullanılabilirliği ve rejenerasyon koşulları belirlenecektir. 
? Belirlenen optimum reaksiyon koşullarında farklı aldehit, β-ketoester ve üre/ti yoüre ile reaksiyon gerçekleştirilerek karşılık gelen Dihidropirimidinon'lar sentezlenecektir. Sentezlenen bileşikler literatürde mevcut olup yapıları, erime noktası, FTIR, 1H NMR ve 13C NMR verilerinin karşılaştırılmasıyla karakterize edilecektir.

Abstract:
Most organic reactions are classical organic reactions that involve the reaction of one or two starting materials with each other. Reactions involving more than two starting materials are referred to as "multicomponent reactions." Multicomponent reactions (MCRs) hold a significant place among all types of reactions due to their advantages, such as high productivity, excellent yields, ease of application, rapid synthesis of complex molecules in high yields, high atom economy, and applicability in total synthesis.
The Biginelli reaction is a multicomponent reaction in which β-ketoesters, aldehydes, and urea undergo cyclocondensation in the presence of an acid catalyst to synthesize 3,4-dihydropyrimidin-2(1H)-ones (DHPMs). First discovered in 1893 by Pietro Biginelli, this reaction was later modified in 1929 by Hinkel and Hey by substituting urea with thiourea.
Biginelli reaction products, namely dihydropyrimidinones (DHPMs), are highly appealing compounds due to their diverse biological activities, including anti-tumor, antibacterial, antiviral, anti-inflammatory, antihypertensive, adrenergic antagonist, calcium channel blocker, antifungal, antioxidant, HIV gp-120-CD4 inhibitor, and α1a-antagonist properties.
Under classical Biginelli reaction conditions, the use of strong acidic conditions in ethanol often results in low yields and challenges in product isolation. Typically, liquid mineral acids such as H₂SO₄, HCl, and HF are employed as catalysts in these acid-required reactions, providing homogeneous reaction media. However, these catalysts have several disadvantages, including corrosive and toxic properties, difficulty in regeneration, inability to reuse, higher costs, and environmental hazards.
To improve the efficiency of the Biginelli reaction, various modifications have been explored, including alternative reaction conditions such as microwave irradiation and ultrasound irradiation, as well as the use of different catalysts. Catalysts such as Lewis acids, triflates, metal salts, ionic liquids, biocatalysts, clays, minerals, alumina, silica, cyclodextrins, heteropoly acids, heteropoly anions, organocatalysts, and polymers have been employed to enhance and modify the Biginelli reaction. Among these, methods utilizing polymer-supported acid catalysts are particularly attractive due to their non-corrosive and non-toxic nature, ability to produce high yields with catalytic amounts, ease of separation from the reaction mixture via simple filtration or centrifugation, tolerance to a wide range of temperatures and pressures, cost-effectiveness, and recyclability.
In this study, the catalytic activity of the sulfuric acid-supported polymeric catalyst, poly(hydroxyethyl methacrylate) [P(HEMA)-SO₃H], developed in our laboratory, will be determined in the Biginelli reaction, proposing a new method for the synthesis of dihydropyrimidinones.
For this purpose:
Solid acid catalyst [P(HEMA)-SO₃H] microspheres will be synthesized from P(HEMA) and chlorosulfonic acid.
P(HEMA) and [P(HEMA)-SO₃H] microspheres will be characterized using FTIR, SEM, BET, and SEM-EDX methods. Additionally, the acid capacity of the catalyst (mol H⁺/g [P(HEMA)-SO₃H]) will be determined via NaOH titration.
To assess the catalyst's activity in the Biginelli reaction, a model reaction involving ethyl acetoacetate, benzaldehyde, and urea will be conducted under various conditions, including different catalyst amounts, solvents, and temperatures, to optimize reaction conditions.
At the end of the reaction, the catalyst will be separated by filtration, and its reusability and regeneration conditions will be determined.
Under the optimized reaction conditions, reactions with various aldehydes, β-ketoesters, and urea/thiourea will be performed to synthesize the corresponding dihydropyrimidinones. The synthesized compounds, available in the literature, will be characterized by comparing their structures, melting points, FTIR, ¹H NMR, and ¹³C NMR data.