Moleküler Baskılama Çeşitleri

Günümüzde moleküler baskılama amacıyla iki farklı yaklaşım uygulanmaktadır. Bunlardan birisi Wulff vd. (1977) tarafından geliştirilen “kovalent” yaklaşımdır. Bu yaklaşımda polimerizasyondan önce kalıp-monomer iskeleti geri dönüşümlü kovalent bağ ile oluşturulur ve polimer ile kalıp arasındaki tanıma bu bağın oluşumu ve kırılmasına bağlıdır. Diğer yaklaşım ise Klaus Mosbach ve arkadaşları tarafından ortaya atılan “kovalent olmayan” yaklaşımdır (Arshady ve Mosbach, 1981). Bu yaklaşımda kalıp ve monomer(ler) arasındaki ön düzenlenme kovalent olmayan veya (zayıf) metal koordinasyon etkileşimleri ile oluşturulur ve sonraki tanıma işlemi bu etkileşimlere dayanır. Bu stratejilere paralel olarak tüm bu yaklaşımların avantajlarının bir kombinasyonu olacak şekilde başka bir metot daha geliştirilmiştir. Bu yöntemde baskılama adımında güçlü kovalent bağlar kullanılırken polimerden kalıbın uzaklaştırılmasından sonra tanıma işleminde kovalent olmayan etkileşimler kullanılır. Bu yöntem yarı-kovalent yaklaşım olarak adlandırılırken oldukça fazla ilgi çekmektedir (Yan ve Ramström, 2005).

1.4.3.1. Kovalent baskılama

Başarılı bir kovalent baskılamanın anahtarlardan birisi fonksiyonel monomer ile kalıbı bağlayacak olan kovalent bağın seçimidir. Bu bağ birbiri ile çelişen şekilde hem “kararlı” hem de “geri dönüşümlü” karakterde olmalıdır. Yani, yeteri kadar kararlı olmalı ve polimerizasyon sırasında sağlam kalmalı fakat daha sonra baskılanma etkisi bozulmadan ılıman koşullar altında kolaylıkla yıkılabilmelidir. Hedef kalıbı hızlıca bağlaması (ve salması) için kovalent bağın oluşumu ve yıkımı hızlı olmalıdır. Öte yandan, bu termodinamik ve dinamik gereksinimleri yerine getiren kovalent bağların sayısı azdır. Günümüzde bu şekilde uygulanabilen bağlar: boronik asit esterleri, asetaller, ketaller, Schiff bazları, disülfit bağları ve koordinasyon bağlarıdır.

1.4.3.2. Kovalent olmayan baskılama

Kovalent olmayan baskılama için reaksiyon prosedürleri kovalent baskılamaya göre daha basittir. Fonksiyonel monomerler polimerizasyon karışımında kalıp ile basit bir şekilde karıştırılır ve çapraz bağlayıcı ajan ile kopolimerleştirilir. Fonksiyonel monomer ve kalıp arasındaki ürün kovalent olmayan etkileşimler ile

in situ oluşturulur ve polimerde kalıplanır. Kovalent bağda olduğu gibi

polimerizasyondan önce kovalent konjugatın sentezine gerek yoktur. Dahası, polimerizasyondan sonra kalıp basit bir ekstraksiyon işlemi ile kolayca uzaklaştırılır. Birçok pratik öneme sahip molekül (ilaç, herbisit, biyolojik olarak aktif bileşikler ve çevre kirleticileri) kovalent olmayan etkileşim için gerekli hidroksil, karboksil, amino ve amid gibi polar gruplara sahiptir. Basitliği ve çok yönlülüğü nedeniyle kovalent olmayan moleküler baskılama yoğun bir şekilde uygulanmaktadır.

Prensip olarak, baskılama için herhangi bir kovalent olmayan etkileşim kullanılabilir. Bununla birlikte, monomer ve kalıp arasındaki uzaklık ve yönelime oldukça bağlı olan hidrojen bağları moleküler tanıma amacıyla en uygundur. Bu nedenle, gerekli fonksiyonel grupları (karboksil, amino, piridin, hidroksil ve amid grubu gibi) taşıyan çeşitli monomerler seçilebilir. Kovalent olmayan etkileşimin doğası her bir bileşenin pK değeri ile yönetilir. Asit ve baz çok güçlü olduğunda, proton asitten baza aktarılır ve böylece ürün çoğu zaman elektrostatik etkileşimler ile oluşur. Elektrostatik etkileşim uzaklık ve yönelime daha az bağlı olduğundan moleküler tanıma için elverişsizdir. Orta sert asit ve baz kombinasyonu

durumunda, hem asit hem de bazda proton bulunur ve bu durumda hidrojen bağı baskındır. Bu koşullar altında etkili baskılamaya ulaşılabilir. Eğer asit ve baz zayıf ise, etkileşim çok zayıftır ve baskılama için uygun değildir.

1.4.3.3. Taklit (dummy) moleküler baskılama

Bu metot bazı biyolojik olarak aktif bileşikler (dioksin gibi) veya çevresel hormonlara karşı yapay reseptör hazırlamak amacıyla kullanılır. Bu kalıplar ile moleküler baskılama işlemleri yapılmak istendiğinde elde yeteri kadar kalıp molekülün hazır olmadığı görülecektir. Ayrıca, kalıp molekül laboratuar kullanımları için çok toksik yada tehlikeli olabilir. Bu koşullarda, “direkt” moleküler baskılama yapmak çok zor olacaktır. Bu durumda, gerçek kalıba benzer yapıya sahip olan fakat daha kolay ulaşılabilir (toksik olmayan) uygun bir bileşik kalıp olarak kullanılır (Komiyama vd., 2003).

Diğer teknikler yüzey baskılama ve iskele baskılama teknikleridir. Bu tekniklerde, etkileşimsel elementleri doğru düzende tutma yeteneğine sahip bir organizasyonel element kullanılır ve “çapraz bağlayıcı” protokolden çıkartılır. Bu, fonksiyonel element ile doğru şekilde donatılmış bir moleküler iskelet veya çeşitli yapıların büyüyen yüzeyleri olabilir. Bu yapay tanımaya neden olan kalıp-destekli sentez, böylece çok direkt bir yolla gerçekleştirilir (Yan ve Ramström, 2005).

Tüm bu yaklaşımlar kendi avantaj ve dezavantajlarına sahiptir ve sistemin seçimi hangi kalıbın ve hangi uygulamanın spesifik olarak hedeflendiğine bağlıdır. Genellikle, kovalent ve yarı kovalent yaklaşım iyi tanımlanmış tanıma bölgeleri oluşturmada başarılı bir şekilde kullanılır fakat bu teknikler kullanılacak kalıba bağlı olarak bazı dezavantajlara sahiptir. Temelde, benzer durum metal-koordinasyon etkileşimlerinin kullanımı için doğrudur ve bu sebeple bu yaklaşım daha spesifik sistemler için tercih edilmektedir. Kovalent olmayan yaklaşım genelde çok yönlü doğaya sahip olduğu kabul edilir ve neredeyse herhangi tip kalıplar için de kullanılabilir. Bunun yanında, etkileşimin doğal zayıflığı bu yaklaşımın kontrolünü daha da zorlaştırır. Bu yaklaşım ayrıca çözgen polaritesine çok duyarlıdır. Yine de, bu yaklaşım çoğu araştırıcılar tarafından kullanılmakta ve literatürdeki uygulamaların çoğunda bu teknik uygulanmıştır (Yan ve Ramström, 2005).

1.4.4. Kovalent ve Kovalent Olmayan Baskılamanın Avantajları ve