1,2,4-triazol benzimidazol türevlerinin kristal yapıları ve yapı-aktivite ilişkilerinin X ışınlarıyla ve kuantum mekaniksel yöntemlerle incelenmesi
Crystal structures and structure-activity relationships investigation by X-ray and quantum mechanical methods of new benzimidazole derivatives consisting of 1,2,4-triazole
Yazar: ARZU KARAYEL
Danışman: PROF. DR. SÜHEYLA ÖZBEY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Bu çalışmanın birinci aşamasında 5-(2-p-klorofenilbenzimidazol-1-il-metil)-4-sübstitüe fenil-2,4-dihidro-[1,2,4]-triazol-3-tiyon bileşiklerinin X-ışınları kırınımı yöntemi ile molekül ve kristal yapıları incelenmiştir. Yapı çözümünde kullanılan Bragg yansıma şiddetleri, Enraf-Nonius CAD4 kırınımmetresi ile toplanmıştır. Moleküllerin yapı çözümü WinGX program paketi içerisinde bulunan SHELXS-97 ve SHELXL-97 programları kullanılarak yapılmıştır. Kristallerin birim hücre boyutları, birim hücredeki atom konumları, atomik bağ uzunlukları, bağ açıları, titreşim parametreleri ve moleküler konformasyonları belirlenmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında ise antioksidan özellik gösteren bu moleküllerin yapı-aktivite ilişkilerini belirleyebilmek için serbest DPPH? radikalini yakalama mekanizmaları kuramsal yöntemlerle aydınlatılmıştır. Kuantum mekaniksel hesaplamalarda Gaussian 98W ve Gaussian 03W yazılımı içinde bulunan yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) yöntemleri ile AM1 ve PM3 yarı deneysel yöntemleri (DFT hesapları için ilk adım olarak) kullanılmıştır. Genel olarak antioksidanların, DPPH? serbest radikalini yakalamaları için iki mekanizma vardır. Birincisi doğrudan H-atomu uzaklaştırma süreci, ikincisi ise proton ortaklığı elektron-transfer sürecidir. Bu reaksiyon basamaklarından hangisinin izinli olduğunu bulabilmek için N-H bağ ayrılma entalpileri (BDEs) ve iyonlaşma potansiyelleri (IPs) hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalarda, moleküllerin iyonlaşma potansiyellerinin DPPH-' nin iyonlaşma potansiyelinden büyük ve N-H bağ ayrılma entalpilerinin DPPHH' nin bağ ayrılma entalpisinden küçük olması radikal yakalama mekanizmalarının elektron transferi şeklinde olmayıp H-atomu uzaklaştırma şeklinde olduğunu göstermiştir. Radikal yakalama mekanizması belirlendikten sonra bu reaksiyonlar için tepkime entalpileri hesaplanmıştır. Ayrıca deneysel çalışmalardan elde edilen X-ışını geometrileri ile optimize moleküler geometriler karşılaştırılmıştır. Moleküllerin NMR çalışmalarında, triazol halkasına bağlı fenil grubunun ikinci konumundaki sübstitüelerin varlığı nedeniyle ortaya çıkan, metilen köprüsündeki serbest rotasyonun engellenmesi gaz fazındaki kuramsal çalışmalarla ve X-ışını deneysel sonuçlarıyla desteklenmiştir.

Abstract:
In the first step of this study, the molecular structures of 5-(2-p-chlorophenyl benzimidazol-1-yl-methyl)-4-(substituted phenyl)-2,4-dihidro-[1,2,4]-triazole-3-thione compounds were investigated by X-ray diffraction method. The intensities of Bragg reflections used for the structure determinations were collected by Enraf-Nonius CAD4 diffractometer. The structure analysis of the molecules were carried out by using the software SHELXS-97 and SHELXL-97, in the WinGX software package. The unit cell dimensions of the crystals, the positions of the atoms in the unit cell, atomic bond distances, bond angles, displacement parameters and molecular conformations were determined.In the second step of the study; DPPH? radical scavenging mechanism were clarified by the theoretical methods to determine structure-activity relationship of these molecules which indicate antioxidant characteristic. In quantum mechanical calculations, density functional theory methods (DFT) and AM1, PM3 semi empirical methods (as a first step for DFT calculations) which are included in Gaussian 98W and Gaussian 03W softwares were used. Generally, there exist two mechanisms for an antioxidant to scavenge free DPPH?. The first one is a direct H-atom abstraction process, and the second one is a proton concerted electron-transfer process. N-H bond dissociation enthalpies (BDEs) and ionization potentials (IPs) were calculated to find which DPPH? radical scavenging mechanism of reaction?s pathways are permitted. In the calculations, to have the ionization potentials of the molecules higher than the DPPH? ionization potential and N-H bond dissociation enthalpies lower than DPPHH bond dissociation enthalpy indicated that the radical scavenging mechanisms occur as H-atom abstraction process rather than electron-transfer process. Reaction enthalpies for these reactions were calculated after determination of the radical scavenging mechanism. Moreover, the X-ray geometries obtained from the experimental studies and the optimized molecular geometries were compared. In the NMR studies of the molecules, the preventing of free rotation in the methylene bridge caused by the to the existence of substituents at the second position of the phenyl group connected to triazol ring was supported by the theoretical studies in the gas phase and by the X-ray experimental results.