Terminal grup olarak simetrik olmayan kobalt ftalosiyanin içeren polistiren ve polimetil metakrilat polimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of non-symmetrical cobalt phthalocyanine as terminal group - polystyrene and polymethyl methacrylate polymers
Yazar: SİNEM TEMİZEL
Danışman: DOÇ. DR. ALTUĞ MERT SEVİM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Ftalosiyaninler 18 π konjuge elektron sistemine sahip düzlemsel makrosiklik bileşiklerdir. Ftalosiyanin komplekslerinin ve bunların farklı metaller içeren türevlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri anorganik kimyanın içerisinde pratik ve teorik olarak uzun yıllardır incelenmektedir. Ana iskeleti karbon ve azot elementlerinden oluşan isoindol üniteleri oluşturmaktadır. Başka bir deyişle ftalosiyaninler pirol kısımları benzen halkaları ile uzatılan ve azotlar ile köprülenen sentetik porfirinlerdir. Sahip oldukları π  konfigürasyon sistemi ve yüksek termal ve kimyasal kararlılık gibi özellikleri sayesinde bu bileşikler çok sayıda uygulama alanı bulmaktadırlar. Sentetik olarak elde edilen ftalosiyanin halkasına periferal veya periferal olmayan konumlardan çeşitli sübstitüentler bağlanabilmektedir. Bu sayede yapılar farklı fonksiyonel gruplara sahip olmakta ve dolayısıyla yeni fonksiyonel özellikler kazanmaktadır. Ftalosiyaninlerin sentezi günümüzde çoğunlukla dinitril türevlerinden istatistiksel kondenzasyon yöntemi ile sağlanmaktadır. İstatistiksel kondenzasyon sonucu elde edilen karışımdan hedeflenen ürünün saflaştırılması için kolon kromatografisi başta olmak üzere çeşitli kromatografik yöntemler kullanılmaktadır. Nihai ürünün karakterizasyonunun sağlanmasında FT-IR, UV/Vis ve NMR spektroskopik teknikleri uygulanabilir. Ancak yüksek molekül ağırlıklarına sahip ftalosiyanin makrohalkaları için en net ve kesin sonuç veren teknik kütle spektroskopisidir.
Petrolden elde edilen polistiren, yenilenebilirlik açısından uygun olmayan, doğada yok olma süresi uzun ve dolayısıyla çevre dostu olmayan bir polimerdir. Ayrıca çok sert, parlak ve kırılgandır. Bu çalışma kapsamında kısmen flor uçlu polistiren polimeri ATRP reaksiyonu ile Br halojen uçlu olarak sentezlenmiştir. Daha sonra uç konumdaki Br azitlendirilerek klik reaksiyonu için uygun hale getirilmiştir. Günümüzde polistirenden plastik materyalinin kullanımına uygun olan birçok alanda yararlanılmaktadır. 
Metil metakrilat monomerinin polimerizasyonu ile elde edilebilen polimetil metakrilat termoplastik bir malzemedir. Saydamlık, darbelere karşı dayanıklılık ve çeşitli elektrooptik özelliklere sahiptir. Saydamlığı sayesinde cama, yüksek UV direnci sayesinde de polikarbonata bir alternatif oluşturmaktadır. Bu çalışmanın perspektifinde kısmen flor uçlu polimetil metakrilat polimeri ATRP reaksiyonu ile elde edilmiştir. Uç grup olarak Br halojenini barındıran bu malzeme azitlendirilerek ftalosiyanin – polimer kompoziti elde etmek amacıyla klik reaksiyonuna uygun hale getirilmiştir. 
Çeşitli sektörlerde kullanılan ve yeni özellikler elde etmek amacıyla tasarlanan kompozit malzemeler farklı reaktiflerin birleştirilmesi ile elde edilir. Matris ya da destek fazı ve takviye fazdan meydana gelmektedirler. Matris fazın ve takviye fazın cinsine göre kategorize edilebilirler. Günümüzde kompozit malzemelere duyulan ihtiyaç giderek artmaktadır. Esas hedef gelişen teknoloji ile daha güvenilir, dayanıklı, korozyona, ısıya ve darbelere dirençli, hafif ve ucuz elde edilebilen malzemeler elde etmektir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında bir çeşit simetrik olmayan metalli ftalosiyanin bileşeni ile iki farklı çeşit polimerden elde edilen kompozitler sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir.
Çalışma kapsamında hazırlanan bir yeni simetrik olmayan kobalt ftalosiyaninin karakterizasyonu FT-IR, UV görünür bölge ve MALDI-TOF kütle spektroskopisi ile sağlanmıştır ve sonuçlar hedef ürünün oluştuğunu doğrulamıştır. Elde edilen bu monoalkinil sübstitüentli kobalt ftalosiyanin ile kısmen flor uçlu polistiren ve polimetil metakrilat polimerleri klik reaksiyonuna tabi tutulmuş ve sonucunda iki çeşit yeni kompozit elde edilmiştir. Kompozitler FT-IR ve UV görünür bölge spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. FT-IR spektrumunda gerekli piklerin oluşması ve kaybolması klik reaksiyonunun başarıyla gerçekleştiğini kanıtlamaktadır. 
Hazırlanan simetrik olmayan kobalt ftalosiyanin – polistiren ve kobalt ftalosiyanin – polimetil metakrilat kompozitleri uzmanlarınca daha ileri araştırmalarda kullanılmayı hak etmektedir.

Abstract:
Phthalocyanines are planar macrocyclic compounds which have conjugated 18-π electron system. The chemical and physical properties of phthalocyanines complexes and their derivatives containing different metals have been studied in inorganic chemistry for many years. The main skeleton of phthalocyanines consist of isoindole units consisting of carbon and nitrogen elements. In other words, phthalocyanines are synthetic porphyrins whose pyrrole moieties are extended by benzene rings and bridged by nitrogens. These macrocyclic compounds are used in many applications thanks to their π configuration system, high thermal and chemical stability. Various substituents can be attached to the peripheral or non-peripheral positions of phthalocyanine ring that is synthetically obtained. Thus, the structures have different functional groups and new functional properties. The synthesis of phthalocyanines is generally achieved by the using of statistical condensation from dinitrile derivatives. Some chromatographic methods, as mainly column chromatography, are used to purify the target product from the result mixture that is obtained with statistical condensation. FT-IR, UV/Vis and NMR spectroscopic techniques can be used to characterize the final pure product. However, the most precise and effective technique for phthalocyanine macro rings with high molecular weight is mass spectroscopy. 
Polystrene obtained from petroleum has a long degradation time, so it is not environmentally friendly. It is also very rigid, bright and fragile. In this study, partially fluorinated polystyrene polymer with Br end group was synthesized by ATRP reaction and then Br halogen was azidated to be suitable for click reaction. Today, polystyrene is used in many fields especially plastic materials.
Polymethyl methacrylate is type of a thermoplastic materials which can be obtained by polymerization of methyl methacrylate monomer. This material has transparency, high impact resistance and various electrooptical properties. It is an alternative material for both polycarbonate and glass due to its high UV resistance and transparency respectively. In the perspective of this study, partially fluorinated polymethyl methacrylate polymer was obtained by ATRP reaction. The polymer containing Br halogen at the end of the chain was azidated to be suitable for the click reaction in order to obtain phthalocyanine – polymer composite. 
Composite materials that are synthesized by combining different reagents, are used in various industries and designed to obtain new properties. They consist of a matrix or support phase and a dispersed or reinforcing phase. Composites can be categorized by type of matrix phase and reinforcing phase. Today the requirement for composite materials is increasing. Therefore, the main objective is to obtain materials that are more reliable, durable, resistant for corrosion, thermally stable and cheaper with the developing tehchnology. In this MSc thesis, a kind of asymmetrical metallophthalocyanine component and two different kinds of composites were synthesized and characterized.
Characterization of a novel asymmetric cobalt phthalocyanine was achieved by FT-IR, UV/Vis and MALDI-TOF mass spectroscopy and the results confirmed the formation of the target pure product. This monoalkynyl substituted cobalt phthalocyanine and partially fluorinated polystyrene and polymethyl methacrylate polymers were subjected to click reaction to give two novel composites. The composites were characterized by FT-IR and UV/Vis spectroscopy. In particular, the formation and disappearance of necessary peaks in the FT-IR spectrums proves that click reaction has been successful.   
Finally, the non-symmetrical cobalt phthalocyanine – polystyrene and cobalt phthalocyanine polymethyl methacrylate composites that were synthesized deserve to be used for new researches by experts.