Supramoleküler kimyada oldukça çok sayıda araştırmanın yapıldığı kaliksarenler, halkalı yapıda, kolaylıkla sınırsız olarak fonksiyonlandırılabilen ve geniş kullanım alanına sahip makrohalkalı bileşiklerdir. Bu bileşikler halkalı yapıda olmaları ve kolay sentezlenebilmelerinden dolayı yaygın uygulama alanı bulmuşlardır. Bunlar: iyon seçimli elektrot yapımında, kolon dolgu materyali olarak, sensör olarak, membran çalışmalarında, enzim-mimik ve anyon/katyon molekül taşıyıcı olarak kullanılmaktadır. Özellikle son yıllarda kaliksarenlerin kiral veya akiral katalizör olarak kullanılabilirliği araştırılmaktadır kaliksarenlerin bu uygulama alanlarından biri olan molekül ve iyon taşıyıcı özelliğinden faydalanılarak son yıllarda aminoasitlerin geri kazanımı ya da ayrılması ve farklı kiral bileşiklerin ayrılması amacıyla değişik çalışmalar yapılmıştır. Bu amaçla birçok kiral kaliksaren türevi sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir.
Demir ve grubu aromatik aldehit ve ketonlar arasındaki moleküller arası aldol reaksiyonunu katalizlemek için prolin türevleriyle konuk-konak kompleksi oluşturan kaliks[4]aren tiyoüre bileşiğini sentezlemişlerdir (Şekil 2.21). Yapılan çalışmalar sonucunda yüksek verim ve enantiyoseçicilikte anti-konfigürasyonlu ürünler elde edilmiştir (Tablo 2.3). Ayrıca prolin ile kaliks[4]aren birimindeki tiyoüre arasında gerçekleşen moleküller arası etkileşim de Şekil 2.22’de gösterilmiştir.
75
Şekil. 2.22. Prolin ile kaliks[4]aren birimindeki tiyoüre arasında gerçekleşen moleküller arası etkileşim
Tablo 2.3. L-Prolin/tiyoüre tarafından katalizlenen siklohekzanon ile p-nitrobenzaldehit arasındaki enantiyoseçici aldol tepkimesine çözücü etkisi
Deney Çözücü Verima (%) Anti/synb eec (%)
1 CH2Cl2 87 77:23 89
2 MeCN 32 68:32 90
3 Toluen 95 87:13 90
4 H2O 54 54:46 88
4 H2O 60 65:35 92
a Ürün flaş kromotografisi yardımıyla izole edilir. bHam karışım 1H NMR yardımıyla belirlenir.
c İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir.
Durmaz ve Sirit (2013) kiral kaliks[4]aren-bazlı primer amin-tiyoüre grubu taşıyan katalizörleri (a ve b) ve bunların monomerini (c) sentezledi (Şekil 2.23). Kaliks[4]aren-bazlı bu katalizörleri nitroalkenler ile aldehitlerin Micheal katılma tepkimesinde kullanılarak % 98 oranında yüksek bir enantiyoseçimlilik ve % 93 oranında yüksek bir verim elde etmişlerdir (Tablo 2.4).
76
Şekil. 2.23. Kaliks[4]aren-bazlı kiral primer amin-tiyoüre katalizörü (a ve b) ve monomeri (c)
Tablo 2.4. Kaliks[4]aren-bazlı kiral primer amin-tiyoüre katalizörlerinin (a ve ba) Micheal katılma tepkimesinde kullanılması
Deney Katalizör Çözücü Verimb (%) eec,d (%)
1 a CH2Cl2 89 90 (R) 2 b CH2Cl2 93 98 (S) 3 a Toluen 85 88 (R) 4 b Toluen 88 97 (S) 5 a DMSO ˂5 - 6 b DMSO ˂5 - 7e b CH 2Cl2 91 98 (S) 8f b CH 2Cl2 45 95 (S) 9g b CH 2Cl2 20 70 (S)
aReaksiyon şartları: İzobütiraldehit (3ekv.), trans-β-nitrostiren (1 ekv.), katalizör (15 % mol) ve çözücü (1 mL). b İzole edilmiş ürün.
cİzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir.
dLiteratür verileriyle karşılaştırılarak gerçek konfigürasyon belirlenir. e 10 % mol katalizör.
f5 % mol katalizör. g 2 % mol katalizör.
77
Durmaz ve Sirit (2013) kiral kaliks[4]aren-bazlı primer amin-tiyoüre grubu taşıyan katalizörleri (a ve b) ve bunların monomerini (c) sentezledi (Şekil 2.24). Kaliks[4]aren-bazlı bu katalizörleri ilk defa aldehitler ile maleimidler arasındaki Micheal katılma tepkimesinde kullanılarak % 95’e varan yüksek bir enantiyoseçimlilik ve % 99’a varan yüksek bir verim elde etmişlerdir (Tablo 2.5).
78
Tablo 2.5. Kaliks[4]aren-bazlı kiral primer amin-tiyoüre katalizörlerinin (a ve ba) ve monomerinin c izobütiraldehit ile N-fenilmaleimit arasındaki Micheal katılma tepkimesinde kullanılması
Deney Katalizör Çözücü Süre (Saat) Verimb (%) eec,d (%)
1 a CH2Cl2 0.5 99 92 (R) 2 b CH2Cl2 0.5 99 95 (S) 3 c CH2Cl2 2.5 76 83 (S) 4 b CCl4 0.5 99 91 (S) 5 b Toluen 0.5 99 90 (S) 6 b CHCl3 0.5 98 85 (S) 7e b Et 2O 0.5 94 84 (S) 8f b EtOAc 1.5 96 78 (S) 9g b THF 3 85 81 (S)
a Reaksiyon şartları: İzobütiraldehit (0.4 mmol), N-fenilmaleimit (0.2 mmol), katalizör (0.03 mmol) ve çözücü (0.5 mL).
b İzole edilmiş ürün.
c İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir.
dLiteratür verileriyle karşılaştırılarak gerçek konfigürasyon belirlenir.
Xu ve grubu, L-prolinamit grubu içeren kaliks[4]aren türevlerini (a,b) ve monomerini (c ) sentezleyerek (Şekil 2.25), aromatik aldehit ve ketonların aldol tepkimelerinde organokatalizör olarak kullanmışlardır. Suyun varlığında katalizör olarak kiral kaliksaren (a) kullanıldığında, %99’ varan yüksek bir verim, %49’e varan iyi bir enantiyoseçicilik ve 85:15 gibi bir oranla yüksek bir diastereoseçicilik elde edilmiştir (Tablo 2.6).
79
Şekil. 2.25. L-prolinamit grubu içeren kaliks[4]aren türevleri
Tablo 2.6. Kaliks[4]aren bazlı kiral L-prolin organokatalizörünün (A ve Ba) siklohekzanon ile p-nitrobenzaldehit arasındaki enantiyoseçici aldol tepkimesine çözücü etkisi
Deney Katalizör Çözücü Verimb (%) Anti/sync eed (%)
1 a DMSO 80 72:28 72 2 b DMSO 81 69:31 77 3 a DMSO/H2Oe 99 82:18 64 4 b DMSO/H2Oe 99 81:19 51 5 a H2Of 99 85:15 49 6 b H2Of 99 85:15 48
a Reaksiyon şartları: a yada b (10% mol), asetik asit (20% mol), aldehit ( 0.25 mmol), keton (0.2 mL), çözücü
(0.2 mL)
b İzole edilmiş ürün.
c Ham karışım 1H NMR yardımıyla belirlenir.
d İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir. e 1:1 (v/v).
f 10 ekv.
Li ve grubu (2009), sulu ortamdaki aldol reaksiyonlarını katalizlemek için prolinle türevlendirilmiş kaliks[4]aren bazlı bir dizi organokatalizör geliştirmişlerdir (Şekil 2.26). Optimum koşullar altında ve su içerisinde yaptıkları çalışmada %68’ varan bir verim, %793e varan yüksek bir enantiyoseçicilik ve 60:40 gibi bir oranla yüksek bir diastereoseçicilik elde edilmiştir (Tablo 2.7).
80
Şekil. 2.26. Su varlığında aldol reaksiyonları için kullanılan L-prolin türevli kaliks[4]aren türevleri
Tablo 2.7. Siklohekzanon ile p-nitrobenzaldehit arasındaki enantiyoseçici aldol tepkimesinin reaksiyon şartlarıa
Deney Katalizör Siklohekzanon (Ekv.) Su (Ekv.) Verimb (%) Anti/sync eec (%)
1 1 1 28 68 60:40 93 2 2 1 28 48 59:41 85 3 3 1 28 70 50:50 65 4 4 1 28 94 50:50 69 5d 1 1 - 40 60:40 56 6e 1 - - 32 57:43 38 7 1 1 18 48 76:24 90
a Reaksiyon şartları: Katalizör (2 % mol), p-nitrobenzaldehit(1 mmol), siklohekzanon ( 1 ya da 3 mmol), su, oda
sıcaklığı, 48 saat.
b İzole edilmiş ürün.
c İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir. d Reaksiyon DMSO (0.5 mL) içerisinde gerçekleşir.
81
Yilmaz ve grubu, su içerisinde aromatik aldehitlerle sikloheksanon arasında gerçekleşen direkt aldol reaksiyonlarını katalizlemek amacıyla kiral bir organokatalizör olan ve L-Prolin grubu taşıyan p-ter-bütilkaliks[4]aren türevlerini (a,b) ve monomerini (c) sentezledi (Şekil
2.27). Suyun varlığında ve normal koşullar altında yapılan çalışmaların sonucunda, katalizör
olarak kiral kaliksaren (a) kullanıldığında, %90’ varan yüksek bir verim, %46’e varan iyi bir enantiyoseçicilik ve 65:35 gibi bir oranla yüksek bir diastereoseçicilik elde edilmiştir (Tablo
2.8). Ayrıca Katalizör a varlığında suda gerçekleştirilen aldol reaksiyon için bir geçiş hali
modeli önerilmiştir.
Şekil. 2.27. L-Prolin bazlı kiral kaliks[4]aren ve monomeri
Şekil. 2.28. Katalizör a varlığında suda gerçekleştirilen aldol reaksiyon için önerilen geçiş hali modeli O O O O N O HN H H N O HN H H H H O O O O O O H H H H Hidrofilik bölge Hidrofobik bölge H2O
82
Tablo 2.8. Kaliks[4]aren bazlı kiral L-prolin organokatalizörünün (A ve Ba) siklohekzanon ile p-nitrobenzaldehit
arasındaki enantiyoseçici aldol tepkimesine çözücü etkisi
Deney Katalizör Çözücü Verimb (%) Anti/synb eec (%)
1 a CHCl3 41 60:40 8 2 b CHCl3 39 56:44 6 3 a DMSO 50 64:36 13 4 b DMSO 51 60:40 10 5 a H2O 90 65:35 46 6 b H2O 70 58:42 38
a Reaksiyon şartları: siklohekzanon (200 µL, 2.0 mmol), aldehit (17.0 mg, 0.125 mmol), katalizör ve su (1.0 mL). b Ham karışım 1H NMR yardımıyla belirlenir.
c İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir.
Yilmaz ve grubu kaliks[4]areni, fenolik birimin para konumundan L-prolin ile fonksiyonlandırarak kaliks[4]aren bazlı L-prolin türevini sentezlemiş (Şekil 2.29), su ve organik çözücü içerisindeki enantiyoseçici aldol reaksiyonlarını katalizlemek için organokatalizör olarak katalitik etkinliğini incelemişlerdir (Tablo 2.9). Su içerisinde gerçekleştirilen bir deneyde, %99’ varan yüksek bir verim, %76’e varan iyi bir enantiyoseçicilik ve 94:6 gibi bir oranla yüksek bir diastereoseçicilik elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçlara göre kaliksarenlerin hidrofobik boşluğunun yapısı su içerisindeki katalitik aktivitede önemli derecede rol oynamaktadır.
Şekil. 2.29. Su varlığında aldol reaksiyonları için kullanılan ve upper rim kısmından fonksiyonlandırılan L- prolin türevli kaliks[4]arenin yapısı
83
Tablo 2.9. Kaliks[4]aren bazlı L-prolin tarafından katalizlenen siklohekzanon ile p-nitrobenzaldehit arasındaki enantiyoseçici aldol tepkimesine çözücü etkisi
Deney Çözücü Verima (%) Anti/synb eec (%)
1 DMSO 73 78:22 64
2 CHCl3 88 87:13 81
3 DMF 97 86:14 84
4 H2Od 90 91:9 71
4 H2Oe 99 94:6 76
a Ürün flaş kromotografisi yardımıyla izole edilir. b Ham karışım 1H NMR yardımıyla belirlenir.
c İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir. d 1 mL.
e 0.125 mL
Yilmaz ve grubu manyetik Fe3O4 nanopartikül ile desteklenmiş kiral bir organokatalizör
olan kaliks[4]aren bazlı L-prolin türevini sentezlemişlerdir (Şekil 2.30). Elde edilen bu bileşiği organik çözücüye gerek kalmadan su içerisinde gerçekleştirilen asimetrik aldol reaksiyonlarında kullanmışlardır. Bileşiğin en önemli özelliği ise yüksek aktiviteye sahip olmasının yanında geri kazanılabilir ve yeniden kullanılabilir olmasıdır. Elde edilen sonuçlara göre bileşik, %92’e varan yüksek aktivite, %96’e varan Enantiyoseçicilik ve 78:22 gibi yüksek bir ayrılma oranına sahip diastereoseçicilik göstermektedir (Tablo 2.10).
84
Tablo 2.10. Fe3O4 manyetik nanopartikül bağlı kaliks[4]aren bazlı kiral L-prolin organokatalizörünün
siklohekzanon ile p-nitrobenzaldehit arasındaki enantiyoseçici aldol tepkimesine çözücü etkisi
Deney Çözücü Dönüşüma (%) Anti/syna eeb (%) 1 DMF 28 77:23 84 2 CHCl3 61 75:25 62 3 THF 76 82:18 51 4 H2O 97 97:3 93 5 H2O 96 78:22 92 6 H2O 70 88:12 92 7c H 2O 66 84:16 90 8d H 2O 38 82:18 37 9e H 2O 90 91:9 89
a Ham karışım 1H NMR yardımıyla belirlenir.
b İzomerlerin ee değeri kiral HPLC analizi ile belirlenir c 5 % mol katalizör.
d 2.5 % mol katalizör. e 5 % mol katalizör.
85
3 DENEYSEL KISIM