Yeni asimetrik organokatalizörlerin tasarımı ve organik reaksiyonlardaki uygulamaları
Design of new asymmetric organocatalysts and their application in organic reactions
Yazar: TUĞBA YORULMAZ
Danışman: PROF. DR. ÇİĞDEM YOLAÇAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Optikçe aktif madde üretmek için yeni metodlar geliştirilmesi özellikle ilaçlarda tek enantiyomer sentezinde hayati önem taşımaktadır. Kimya endüstrisinde asimetrik katalitik yöntemler, rasemik karışımları ayırmada iyi bir çözüm sunmaktadır. Fakat son yıllarda küçük organik moleküller enantiyoselektif reaksiyonlarda yüksek verimlilik sağlayan yeni katalizörler olarak dikkat çekmektedir. 
Organokatalizörler, son zamanlarda yeni materyaller ve enantiyomerik olarak zengin moleküllerin sentezi için asimetrik organometalik ve enzimatik reaksiyonlara yeni bir tamamlayıcı araç olarak ortaya çıkmıştır. Organokatalizörlerin, geçiş metal katalizörlerine ve enzim katalizörlere göre bir takım avantajları bulunmaktadır. Genellikle, dayanıklı, ucuz, kolay elde edilebilir ve non-toksiktirler. Kararlılıkları nedeniyle inert atmosfer ve susuz çözücü gibi zorlu koşullar gerektirmezler. Ayrıca, asimetrik organokatalizörler reaksiyonları daha etkin bir şekilde sonuçlandırmakta ve klasik metal katalizörlere göre operasyonel basitlikleri nedeniyle dikkat çekmektedirler. 
Gerçekte, doğada biyokatalitik proseslerin çoğunda metal kullanılmamaktadır. Bu anlamda, bilimsel topluluklar metalsiz sentetik tasarımlar için enantiyoselektif sentez içinde yeni bir alanın yapılandırılmasını sürdürmektedirler. En büyük ilgi ise aldol kondenzasyonu gibi enamin yoluyla C-C bağının asimetrik oluşumunda kullanmak üzere prolin içeren sistemlerin gelişmesi üzerine odaklanmaktadır. Bu küçük, doğal ve pahalı olmayan amino asitin en önemli özellikleri iki enantiyomerik formda da bulunabiliyor olması ve sınırsız sayıda kiral bileşiğin sentezine olanak vermesidir. Prolin çok sayıda asimetrik dönüşümü başarıyla sağlamasına rağmen bazı dezavantajları ihtiva etmektedir; uygulama darlığı (organik çözücülerdeki düşük çözünürlüğü), tatmin edici olmayan katalitik aktiviteler, çeşitli yan ürünlerin oluşumu ve düşük reaksiyon oranları bu moleküllerin kullanım yaygınlığını sınırlandırmaktadır. Bu engelleri aşabilmek adına, yüksek reaktivite ve selektivite sergileyebilecek prolin iskeletlerinin modifiye edilmesi ve katalitik aktivitelerinin değerlendirilmesi büyük önem arz etmektedir.
Araştırmamız, çeşitli reaksiyon koşullarında enantiyoselektif direkt aldol reaksiyonunu katalizleyebilecek yapısal çeşitliliğe sahip yeni kiral organokatalizörlerin dizaynı düşüncesine dayanmaktadır. Bu amaçla L-Prolin temelli dipeptit yapılı kiral organokatalizörlerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu katalizörlerin yapıları FTIR, 1H NMR, 13C NMR ve LC-MS (Q-TOF) spektral verileri ile belirlenmiştir. Son aşamada ise, sentezlenen organokatalizörlerin enansiyoselektif aldol reaksiyonundaki katalitik aktiviteleri incelenmiştir. Sentezlenen yeni L-Prolin temelli organokatalizörler ile iyi verim ve enansiyoseçicilikler gözlenmiştir.

Abstract:
Developing of new methods for producing optically active substances in the synthesis of single enantiomer of the drug is particularly vital importance. Asymmetric catalytic methods offers a good solution for the separation of racemic mixtures in the chemical industry. But in recent years, small organic molecules are new catalysts which provide high efficiency in enantioselective reactions.
Organocatalysts recently has emerged as a new complementary tool to asymmetric organometallic and enzymatic reactions for the synthesis of new materials and enantiomerically rich molecules. There are a number of advantages of organocatalysts over transition metal catalysts and enzyme catalysts. Generally, they are stable, inexpensive, easily obtainable and non-toxic. They do not require harsh conditions such as inert atmosphere and non-aqueous solvents due to their stability. In addition, asymmetric organocatalysts complete the reaction more efficently and they attract attention due to their operational simplicity compared to conventional metal catalysts. Indeed, metal is not used in the most of the biocatalytic process in nature. In this sense, the scientific community are continuing to construct a new field of enantioselective synthesis for metal-free synthetic designs. The greatest interest focuses on the development of the new systems containing proline to use for the asymmetric formation of the C-C bond through enamine as in the aldol condensation. Most important features of these small, inexpensive and natural amino acids are that both of its the two enantiomeric forms can be avaiable and it allows the synthesis of unlimited chiral compounds. However, although proline successfully provides numerous asymmetric transformation, it comprises some disadvantages; difficulty in application (low solubility in organic solvent), non satisfactory catalytic activities, the formation of various side products and lower the reaction rate limit the extent use of these molecules. To overcome these obstacles, modifying proline skeleton which can exhibit high reactivity and selectivity is of great importance.
Our research is based on the idea to design new chiral organocatalyst with structural diversity to catalyze asymmetric direct aldol reaction under various reaction conditions. By this aim, synthesis of the L-Proline based new chiral organocatalysts having dipeptide structure have been accomplished. The structure of these catalysts have been determined by the FTIR, 1H NMR, 13C NMR and LC-MS (Q-TOF) spectral data. In the last step, catalytic activity of the synthesized organocatalysts in the enantioselective aldol reaction was investigated. Good yields and enantioselectivities have been observed with newly synthesized L-Proline based organocatalysts.