Dendrimerik fosfazen çekirdekli TNT tayinine duyarlı floresans sensörlerin geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Development and characterization of dendrimeric phosphazene core-based colorimetric sensors for TNT detection
Yazar: EMRAH ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. BÜNYEMİN ÇOŞUT
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Patlayıcı maddeler, özellikle güvenlik endişelerini ve çevresel tahribatı
beraberinde getiren kimyasallardır. Bu açılardan, patlayıcı maddelerin tespiti büyük
önem arz etmektedir. Patlayıcı madde tayininde özellikle spektrofotometrik
yaklaşımlar büyük bir başarı yüzdesine sahiptirler. Ancak, bu metotların sahada
kullanılamaması, göreceli olarak pahalı olmaları ve uzman kullanıcı gerektirmeleri
alternatif metotların geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Sıralanan bu dezavantajları
aşabilmeleri nedeniyle sensörler, patlayıcı tayininde sıkça çalışılan ve önemli
ilerlemeler kaydedilen bir yaklaşımdır. Bu amaç doğrultusunda yeni sensörlerin
dizaynı ve karakterizasyonu büyük önem arz etmektedir. Sunulan çalışma, patlayıcı
maddeler arasında en çok bilinen ve en tehlikeli sınıfta yer alan trinitro toluenin
(TNT) tayinine yönelik dendrimerik fosfazen çekirdekli kolorimetrik kimyasal
sensörün dizaynını ve karakterizasyonu amaçlamaktadır. Çalışmada ilk olarak,
hekzaklorosiklotrifosfazen (trimer) ve oktaklorosiklotetrafosfazen (tetramer)
benziloksi fenoksi grupları ile tamamen subsitüe edildi. İkinci olarak,
hekzaklorosiklotrifosfazen (trimer) benziloksi fenoksi grupları ile kısmen subsitüe
edilerek sentezlenen bileşiğin, Bisfenol A ile reaksiyonu sonucu köprülü fosfazen
bileşiği sentezlendi. Üçüncü olarak elde edilen halkalı fosfazen bileşiklerinin
Pd(OH)2\Siklohekzen yardımıyla esterleşme reaksiyonuna uygun hale getirmek için
–OH grubuna indirgendi. –OH grubuna indirgenen bileşiklerin, 9-antrasen
karboksilik asit ile esterleşme reaksiyonu sonucunda dendrimerik fosfazen bileşikleri
sentezlendi. Ayrıca TNT'nin seçici olarak belirlenmesine fosfazen halkasının etkisini
daha iyi araştırabilmek için fenol bileşiği de 9-antrasen karboksilik asit ile esterleşme
reaksiyonu sonucu öncü bileşik sentezlendi. Sentezlenen bu bileşiklerin yapıları,
MALDI-TOF kütle spektrometresi, 1H, 13C ve 31P NMR ölçümlerinden elde edilen
verilerle aydınlatıldı. Sentez ve karakterizasyon işlemleri tamamlanan dendrimerik
bileşiklerinin termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve
termogravimetrik analiz (TGA) ile fotofiziksel özellikleri UV-Vis ve floresans
spektrofotometresi ile elektrokimyasal özellikleri ise döngüsel voltametri ile
incelendi. Son olarak sentezlenen tüm bu bileşiklerin sensör özellikleri UV-Vis ve
floresans spektrometresi ile detaylı olarak incelendi.

Anahtar Kelimeler: Halkalı Fosfazenler, Floresans Sensör, Floresans
Sönümleme, TNT, Patlayıcılar.

Abstract:
Explosives are chemicals that cause security concerns and environmental
disruption. In this perspective, detection of explosive is crucial. Spectroscopic
approaches are the methods which are widely and successfully used in the detection
of explosives. However, these methods have some disadvantages, such as that they
cannot be used in field work, are relatively expensive and require well-trained
personnel. Sensors, on the other hand, are able to overcome those disadvantages.
Thus, sensors are widely studied and major progressions have been managed in terms
of detection of explosives by sensors. Thus, that the development and
characterization of sensor systems for the explosive detection is fundamental. The
present study aims to design and characterization of a novel dendrimeric
phosphazene core-based colorimetric chemical sensor for the sensitive and selective
detection of trinitro toluene (TNT) which is well known and highly dangerous
amongst other chemical explosives. Firstly, hexachlorophosphazene (trimer) and
octachlorocyclotetraphosphazene (tetramer) were substituted by benzyloxy phenoxy
groups. Secondly, hexachlorophosphazene benzyloxy was partly substituted by
phenoxy groups and this compound was used to obtain bridged phosphazene via
reaction with Bisphenol A. Thirdly, benzyloxy phenoxy groups in the synthesized
ringed phosphazene compounds were reduced to –OH groups by habilitating
esterification reaction with the help of Pd(OH)2\cyclohexene. The compounds
reduced to –OH groups were then converted to dendrimeric phosphazene compounds
by the esterification reaction with 9-anthracene carboxylic acid. A precursor was
synthesized by the esterification reaction of phenol with 9-anthracene carboxylic acid
to investigate the effect of phosphazene ring on the selectivity of TNT. The
compounds were characterized by MALDI-TOF mass spectroscopy, 1H, 13C and 31P
NMR. After synthesis and characterization processes, thermal properties of
dendrimeric compounds were investigated by differential scanning calorimetry
(DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). Photophysical properties were
examined by UV-vis and fluorescence spectrometry, and electrochemical properties
were analyzed by cyclic voltammetry. Finally, sensor properties of all compounds
were investigated in detail by UV-vis and fluorescence spectrometry.

Key Words: Ringed phosphazenes, Fluorescence sensor, Quenching, TNT,
Explosives.