Florofor veya kromofor grupları taşıyan calix[4]arene türevlerinin nitroaromatik bileşikler için sensör özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the sensor properties of calix[4]arene derivatives carrying fluorophore or chromophore groups for nitroaromatic compounds
Yazar: CLEVER NG'ANDU
Danışman: PROF. DR. BEGÜM TABAKCI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Nitroaromatik bileşikler (NAB'ler) çeşitli endüstriyel faaliyetlerde, özellikle de yüksek patlayıcıların üretiminde kullanılmakta ve bu da çevreye kolayca karışmalarını kolaylaştırmaktadır. İnsan sağlığı ve çevre üzerindeki olumsuz etkileri, bunların öncelikli endişe kaynağı kirleticiler olduğunun önemli bir göstergesidir. Dolayısıyla onların etkin ve yüksek hassasiyette tespiti hayati bir önem taşımaktadır. Bu amaçla optik sensör sistemlerinin öne çıktığı görülmektedir. Diğer taraftan bu konuda özellikle kaliksaren tabanlı optik sensörlerin etkin araçlar olduğu da literatürden bilinmektedir. Buradan hareketle gerçekleştirilen bu çalışmada üst kenarlarında florofor (fenantrenkinon) ve kromofor (nitro) gruplar taşıyan iki yeni kaliks[4]aren türevi (reseptör 4 ve 7), NAB'ler için optik sensör özellikleri araştırılmak üzere sentezlendi. Bu amaçla sentezlenen reseptörlerin NAB'ler ile floresans ve UV-Vis çalışmaları gerçekleştirildi. Spektroskopik çalışmalar, her iki sensörün de diğer NAB'ler içerisinden pikrik aside (PA) karşı yüksek hassasiyet ve seçicilik gösterdiğini ortaya çıkardı. Florimetrik sensör 4'ün PA için LOD değeri 2,2×10-7 M olarak, kolorimetrik sensör 7'nin PA için LOD değeri ise 5,15×10-7 M olarak belirlendi. Ayrıca reseptör 4 ve reseptör 7'nin PA ile kompleksleşmesinde sırasıyla 1,1×106 M-1 ve 5,6×103 M-1 gibi yüksek bağlanma sabitleri (Ka) elde edildi. Sensör 4'ün pH 5-7 aralığında optimum verimliliğe sahip olduğu görüldü. Job grafiği analizlerinden reseptör 4 ile PA arasındaki kompleksleşmenin 1:1 oranında, reseptör 7 ile PA arasındaki kompleksleşmenin ise 1:2 oranında gerçekleştiği belirlendi. Stern-Volmer yöntemi ile sensör 4'ün PA ile floresans söndürme sabiti (Ksv) değeri 1,44×106 M-1 olarak hesaplandı. Sensör 4'ün yapılan gerçek numune analizlerinde de iyi bir performans sergilemesi onun gerçek ortam şartlarında da uygulanabilirliği için umut verici oldu. Sonuç olarak bu çalışmada çevredeki NAB türlerinden PA'nın etkin ve yüksek hassasiyette algılanması için kaliks[4]aren tabanlı iki farklı (florimetrik ve kolorimetrik) optik sensör (sensör 4 ve sensör 7) geliştirilmiş oldu.

Abstract:
Nitroaromatic compounds (NABs) are used in various industrial activities, particularly in the production of high explosives, which facilitates their easy introduction into the environment. Their adverse effects on human health and the environment are an important indication that they are pollutants of primary concern. Therefore, their effective and highly sensitive detection is of vital importance. For this purpose, optical sensor systems have come to the forefront. On the other hand, it is known from the literature that especially calixarene-based optical sensors are effective tools in this regard. In this study, two new calix[4]arene derivatives (receptors 4 and 7) carrying fluorophore (phenanthrenquinone) and chromophore (nitro) groups on their upper edges were synthesized to investigate their optical sensor properties for NABs. For this purpose, fluorescence and UV-Vis studies of the synthesized receptors with NABs were carried out. Spectroscopic studies revealed that both sensors showed high sensitivity and selectivity towards picric acid (PA) among other NABs. The LOD of fluorimetric sensor 4 for PA was 2.2×10-7 M, while the LOD of colorimetric sensor 7 for PA was 5.15×10-7 M. In addition, high binding constants (Ka) of 1.1×106 M-1 and 5.6×103 M-1 were obtained in the complexation of receptor 4 and receptor 7 with PA, respectively. Sensor 4 was found to have optimum efficiency in the pH 5-7 range. From the Job graph analysis, it was determined that the complexation between receptor 4 and PA occurred in a 1:1 ratio, while the complexation between receptor 7 and PA occurred in a 1:2 ratio. The fluorescence quenching constant (Ksv) value of sensor 4 with PA was calculated as 1.44×106 M-1 by the Stern-Volmer method. The good performance of sensor 4 in real sample analysis was promising for its applicability in real environmental conditions. As a result, in this study, two different calix[4]arene-based optical sensors (sensor 4 and sensor 7) were developed (fluorimetric and colorimetric) for efficient and highly sensitive detection of PA from NAB species in the environment.