Sıvı Membran ile Enantiyomerlerin Seçimli TaĢınması

Farmasötik endüstrinin enantiyomerik olarak saf bileĢenlere olan ihtiyacı, bu bileĢiklerin kullanılabilirliği açısından öneme sahiptir. Enantiyomerlerin her birinin canlı organizmada farklı özellik gösterebilmesi bunların ayrı ayrı ve saf olarak elde etmenin önemini birkez daha gün yüzüne çıkartmıĢtır. Enantiyomerik saflıkta bir ürün elde etmenin; asimetrik sentez, fermantasyon, doğal kaynaklardan ve rasematların yarılması gibi çeĢitli yolları mevcuttur. Günümüzde asimetrik sentez metotları çok geliĢmesine rağmen, endüstride enantiyo saf ürün elde etmenin en önemli kaynağı rasematların yarılması gelmektedir.

Ferreira ve ark. sıvı membran metodu ile taĢıyıcı olarak perasetilat-β- siklodekstrin (TA-βCD) ‘i organik fazda kullanmıĢlardır (Ferreira, 2006). Su fazında ise, enantiyomerlerden biri contraseptive (ġekil 1.43.), diğeri β-bloker olan propanolol‘ü kullanmıĢlardır. Bu çalıĢmada, kaynak (source) faz ve alıcı (receiving) faz arasındaki pH ‘ın taĢınmaya olan rolü ortaya konmuĢ ve her iki faz arasında herhangi bir pH farkı olmadığı zaman (pH = 5) enantiyomerlerin yaklaĢık olarak aynı taĢındığı, sonuç olarak enantiyomerik saflaĢtırmanın mümkün olmadığını göstermiĢlerdir. Ancak her iki su fazı arasında belirli bir pH farkı olduğunda (source faz pH = 5; receiving faz pH = 3), propanolol‘ün seçimli taĢındığını tespit etmiĢlerdir (ġekil 2.6.). Aynı pH kullanıldığı zaman enantiyomerik aĢırılığın (ee) %5 lerde kaldığı, farklı pH‘larda ise %30‘lara kadar çıkabildiği gözlenmiĢtir.

ġekil 2.6. Aynı ve farklı pH‘larda 5 mM‘lık propanololün zamanla %ee değiĢimi

BaĢka bir çalıĢmada, Hadik ve ark. kiral selektör olarak N-3,5-dinitrobenzoil-L- alanin-oktilester bileĢiğini kullanarak D, L laktik asit ve D, L-alanin bileĢiklerini enantiyoseçici olarak ayrılmalarını incelemiĢlerdir (Hadik, 2002). Kiral selektör ile D, L

laktik asitin seçimli taĢınmasında; en iyi ayrımın 92 saat sonra ayrılma faktörünü (α) 2.00 olarak, enantiyo aĢırlığı ise %33.50 olarak tespit etmiĢlerdir. Benzer sonuçları D, L alanin ile yapılan çalıĢmada da gözlemlemiĢler ve 95 saat sonunda %27 gibi bir ee‘ye sahip olduğunu bildirmiĢlerdir (Çizelge 2.3.).

Çizelge 2.3 D, L Laktik asitin flux, ayrılma faktörü (α) ve %ee değerlerinin zamana göre değiĢimi Zaman (saat) Flux (10-4 mol m-2 h-1) α %ee D-Laktik asit L-Laktik asit 20 1.88 1.54 1.21 9.76 28 1.74 1.43 1.21 9.86 73 1.40 0.82 1.70 25.96 92 1.23 0.61 2.00 33.50 116 1.12 0.62 1.80 28.54 143 1.02 0.65 1.58 22.51 164 0.87 0.62 1.41 17.06

Enantiyomerlerin seçimli taĢınmasında kullanılan bir baĢka kiral selektör ise cinchonidine bileĢiğidir. Kiral taĢıyıcı olarak cinchonidine kullanılarak Stella ve ark., rasemik mandelik asit, fenil alanin ve fenil glisinin enantiyomerlerinin seçimli taĢınmasını araĢtırmıĢlardır (Stella, 2002). AraĢtırma sonucunda fenil alanin için herhangi bir enantiyoseçimlilik gözleyemezken, mandelik asit için ayrılma faktörü 1.50; fenil glisin için ise 0.90 D seçici oluğunu göstermiĢlerdir (Çizelge 2.4.).

Çizelge 2.4. Alıcı fazdaki farklı pH‘lardaki enantiyomerik zenginleĢtirme pH D, L-MA D, L- PheAlanine D, L-PheGly

2.5a 1.03 - - 2.5b 1.03 - - 3.5b 1.16 - - 5.6b 1.18 1.00 - 5.3c 1.50 1.00 0.90 8.0d 1.50 1.00 1.00

a _HCl; b _{sitrik asit/sitrat buffer;} c _{deiyonize su;} d _{TRIS/HCl buffer}

BaĢka bir çalıĢmada, Pickering ve ark Bakır (II) N-desil-L-hidroksiprolin türevinin organik faz olarak kullanıldığı membran çalıĢmasında, fenilalanin için enantiyoseçiciliği araĢtırmıĢlar; bunun için kaynak ve alıcı fazların pH değerlerinin aynı ve farklı olduğu zamanda enantiyoseçicilik üzerine etkisini incelemiĢlerdir (Pickering, 1997). Yapılan çalıĢmada fenilalanin miktarının 10 dakika gibi kısa bir sürede bile çok hızlı değiĢimler gösterdiğini bildirmiĢlerdir. pH kontrollü ve kontrolsüz yapılan her iki çalıĢmada da D ve L enantiyomerlerinin farklı ekstrakte olduğu ve D-fenilalaninin daha büyük bir oranda kaynak fazdan uzaklaĢtığını tespit etmiĢler. Bununla beraber her iki su

fazının pH değeri aynı olduğu zaman sistemin daha az miktarda maddenin geçiĢine izin verdiği; pH değerinin farklı olduğunda ise daha çok geçiĢin olduğunu göstermiĢlerdir (ġekil 2.7.).

ġekil 2.7. Emilsiyon sıvı membran tekniğinde pH‘ın enantiyoseçiciliğe zamanla etkisi

Açık iĢaretler farklı pH (pH‘lar kaynak için 5.0; alıcı için 1.0), koyu renkli iĢaretler her iki fazın aynı pH (= 5.5)‘a sahip

Koz`bial ve ark., α-D-mannopiranosit birimli kiral taçeter türevi 25‘i sentezleyerek bunun çeĢitli amino asitler ile hem sıvı-sıvı ekstraksiyon özelliğini hem de membran çalıĢmasındaki enantiyoseçiciliklerini incelemiĢ ve bu iki tekniği birbiri ile karĢılaĢtırmıĢlar (Koz'bial, 1998). Bu çalıĢma sonucunda ekstraksiyon uygulamasında enantiyoseçiciliğin Trp > PheAla > PheGly Ģeklinde L enantiyomerlerini seçici olduğunu tespit etmiĢlerdir. Bunun yanında membran uygulamasında da aynı sıra ile enantiyoseçicilik gösterdiğini belirtmiĢlerdir. Ancak ekstraksiyon uygulamasında Trp için αE oranı 11.60 iken, membran uygulamasında bu oran 5 kattan daha küçük bir değerle αT 2.08 olarak hesaplamıĢlardır (Çizelge 2.5.).

Çizelge 2.5. ÇeĢitli aminoasitlerin sıvı-sıvı ekstraksiyonu ile ve membran ile enantiyoseçiciliği Aminoasit ka (x10-2) αE J (mol m-2s-1) αT L-PheGly 13.90 2.78 4.32 1.36 D-PheGly 5.00 5.88 L-PheAla 46.20 4.13 7.84 1.25 D-PheAla 11.20 6.27 L-Trp 18.80 11.60 9.04 2.08 D-Trp 1.62 18.83 αE = ka (L) / ka (D) αT = J (L) / J (D) veya αT = J (D) / J (L)

Sessler ve ark. yaptıkları çalıĢmada; sapphyrin–lasalocid bileĢiklerini sentezlemiĢ ve bunların amino asitlere karĢı bir sıvı membranda enantiyoseçiciliğini belirlemiĢlerdir (Sessler, 1998). Bu çalıĢma sonucunda phenylalanine > tryptophan > tyrosine Ģeklinde bir enantiyoseçicilik gözlemlemiĢlerdir.

ġekil 2.8. Aminoasitlerin bileĢik 26 ile taĢınmasındaki muhtemel mekanizma

Baragana ve ark. yaptıkları bir çalıĢmada, çeĢitli kiral reseptörler sentezlemiĢler ve bunları N-asetil-aminoasit türevlerinin enantiyoseçiciliğinde etkisini araĢtırmıĢlardır (Baragana, 2002). Bu çalıĢmada sentezlenen 26 nolu bileĢiğin, sıvı membran uygulaması sonucunda; N-asetilfenilalanin bileĢiğini % 70 ‘lere varan bir enantiyomerik aĢırılık (ee) ile taĢıdığını gözlemiĢlerdir. Ayrıca hollow fiber membran uygulaması ile hem kaynak fazın, hem de alıcı fazın belirli zaman aralıklarında analizleri sonucunda enantiyomerik aĢırılığın değiĢimini incelemiĢlerdir (ġekil 2.9.).

ġekil 2.9. BileĢik 26 ile N-Ac-PheAla‘nin membran uygulamasındaki ee‘nin zamanla kaynak ve alıcı

fazdaki değiĢimi

Rasemik bileĢiklerin membran uygulamaları ile enantiyoseçicilik çalıĢmaları henüz çok çok az iken kaliks[4]aren türevleri ile ilgili henüz çalıĢmalar hiç yok denilecek kadar azdır. Bununla beraber kaliks[4]arenlerin çeĢitli membran uygulamaları da vardır. Bunlar iyon ya da molekül taĢıma Ģeklindedir.

Membranda kaliks[4]arenlerin uygumaları ile ilgili olarak Kim ve ark. (Kim, 2010) kaliksarenin karboksilik asit ve amit türevlerini sentezleyerek bunların L-amino asit metil esterlerinin seçimli taĢınmasını incelemiĢlerdir (ġekil 2.10.). Sonuçta 27 ve 31 nolu bileĢiklerin diğerlerine göre amino asit metil esterleri seçimli olarak taĢıdıklarını tespit etmiĢlerdir.

27 28 29 30 31 R' = OH R' = OH R'= NHCH(CH2OH)2 R'= NH(CH2)2O(CH2)2OH R'= NHC(CH2OH)3

ġekil 2.10. Aminoasit metil esterlerin membran ile taĢınmasıda kullanılan kaliks[4]aren türevleri

Buna göre L-TrpOMe ‘i 27 nolu kaliks[4]aren türevi % 98 taĢıma yapmaktayken, 31 nolu kaliks[4]aren türevinin % 87 taĢıma yaptığını belirtmiĢlerdir. Buna karĢılık L-PheOMe için bu değerler 27 için % 88 olarak belirlenirken, 31 için % 86 olarak tespit etmiĢlerdir.

Bu tezde; sentezlenen kiral yapıdaki kaliksarenlerin membran uygulamalarında enantiyoseçici özellikleri belirlendi. Bilindiği gibi kaliksarenlerin halkalı yapısından dolayı konak-konuk (host-guest) türü etkileĢimleri göstermesi enantiyomerik tanınmadaki etkisinin son yıllarda ön plana çıkması bu çalıĢmanın önemli nedenlerindendir.