1. GİRİŞ VE LİTERATÜR ÖZETLERİ
1.1. AntraseninBrominasyonu ve Önemi
Antrasen, C14H10 (1), kömür katranından elde edilen üç halkalı aromatik bir bileşiktir.
Taş kömürü katranının destilasyonundan benzen, toluen, ksilen, naftalin ve antrasen gibi aromatik hidrokarbonlar ve arenler ile piridin ve türevleri, fenol ve türevleri gibi diğer aromatik bileşikler ele geçer. Bunlardan naftalin ve antrasen katranda en bol bulunan hidrokarbonlardır. Antrasenin kömürden elde edilen bir bileşik olması antrasen iskelet yapısının yaygın olarak bulunduğunu göstermektedir.
Antrasen (1) ve antrakinon türevi bileşikleri, biyolojik ve tıbbi etkileri kadar, ileri endüstriyel malzemelerde kullanımı ve bu yöndeki potansiyeli ile dikkat çekmektedir. Kimyasal abstraklar antrasen türevleri ile ilgili son 20 yıl içinde on binlerce çalışmayı göstermektedir. O O 1 Antrasen 3 Antrakinon Br Br 2 9,10-dibromantrasen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Antrasen (1)’e olan bu yoğun ilginin başında antrasenin fotokromik özelliği ve dönüşümlü fotokimyasal bimoleküler fotodimerleşme özelliği bulunmaktadır (Şema 1.1). Bu özelliklere dayanarak polimer film veya kristal mezofazlarda optik, elektronik, magnetik anahtarlar oluşturulmaktadır.
R R R R hν ∆ , hν' R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R Şema 1.1
Antrasen (1) ve türevlerinin önemli kullanım alanlarından birisi, değeri yüksek boyar maddelerin eldesinde başlangıç maddeleri olmasıdır. Tıbbi ve biyolojik boyar madde, kaplama maddesi, böcek öldürücü vb. olarak kullanılan birçok antrasen türevi vardır (R. S. Glass, et. al. 2001) Antrasenin türevlerinin böylesine geniş bir kullanım alanı bulması antrasen yapısının işlevleştirilmesini önemli ve öncelikli çalışma alanı haline getirmektedir. Bu yüzden antrasen türevlerinin birçoğu patent ile koruma altına alınmıştır. Örnek olarak 2,6,9,10-tetrasiyanoantrasen (4) (Şema 1.2) organik fotoiletken olarak kullanışlı olduğu görülmüş ve patenti alınmıştır (Mattes, 1982).
CN NC CN CN 4 Tetrasiyanoantrasen Şema 1.2
9,10-Dibromoantrasen (2) çıkış bileşiği olarak kullanılarak oluşturulan aminolu ve civalı türevlerinin elektrolüminasans özellikleri ortaya konmuştur (M. X. Yu, et. al, 2002). Katı halde, bromantrasen 2’den çıkılarak elde edilen civa antrasen bileşiği 6 elektronca zengin gruplar ile bağ oluşturur ve böylece Hg…O, Hg…N, Hg…S, Hg…X (X: halojen) etkileşimleri ortaya çıkar (Tschinkl, et. al., 1999) (Şema 1.3).
HgCl2/THF reflüks 2 5 6 Br Br Li Li HgCl HgCl t-BuLi/ THF - 78 oC Şema 1.3
1,8-Diklorantrasen Fe ve Al metalleri ile kompleks oluşturmakta ve bu kompleksler çok elektronlu redoks reaksiyonlarında katalizör olarak kullanılmaktadır (Benites, 1999).
1.2. Epoksitlerin Biyolojik Önemi
1.2.1. Epoksitlerin Bakteri Hücrelerindeki Mutasyonu
Epoksitler bakteri hücrelerinde DNA ile kovalent bir şekilde bağlandığında bu kompleks DNA’yı oluşturan dört bazdan farklı bir yapı ihtiva edecektir. Dolayısıyla protein sentez mekanizması, bu kompleksi, bir baz olarak değil, farklı bir molekül olarak göreceğinden, bu kompleksi ihtiva eden kodon, herhangi bir aminoasidi kodlamadığından sentez edilen proteinde mutasyon gözlenecektir.
O OH OH HO HO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
diol epoksit 1 diol epoksit 2
O
Bu iki stereoizomer mutagen ve dolayısıyle kansorejen özelliği olduğundan kimyasal ve biyolojik çalışmaların ilgi odağı olmuştur. Diol epoksit 1’deki C-7 karbonuna bağlı hidroksil grubunun hidrojeni, C-9,10 karbonundaki epoksit oksijeni ile hidrojen bağı oluşturmaktadır. Halbuki diol epoksit 2’de molekül içi hidrojen bağı görülmemektedir. molekül içi hidrojen bağı epoksit grubuna nükleofil saldırısının hızını yirmi kat arttırdığı
görülmüştür. Diol epoksit 1 ve 2’nin t-butilalkol ile kinetik çalışmaları epoksit 1’in 150 kat daha reaktif olduğu belirlenmiştir (Yagi et al., 1977).
Diol epoksit 1 ve diol epoksit 2’nin yüksek reaktivitesinden dolayı reaksiyon ürünlerinin karakterizasyonu için hidroliz mekanizması araştırıldı. Sonuçlar, C-10 da karbonyum iyonu oluştuğunu gösterdi ve her iki diol epoksidinde hidrolizinin ara basamağı olduğu ortaya kondu.
Bu iki diol epoksit izomeri HPLC sistemi ile ayrıldı ve kütle spektrum analizi ile yapıları belirlendi. Yapılan çalışmada 1 ve 2 bileşiğinin iki tane stereoizomeri olduğu görüldü. Tetrol 2’nin oluşumu C(10)-O bağ parçalanması sonucu hidroliz mekanizması
aydınlatılmış ve SN1 reaksiyonu üzerinden yürüdüğü belirlenmiştir.
OH OH
HO HO
O O
diol epoksit 3 diol epoksit 4
Aynı etkiyi diol epoksit 3 ve diol epoksit 4 de göstermektedir. Yapılan diğer bir çalışmada daha reaktif diol epoksit 1, diol epoksit 2 den bakteri hücrelerine karşı daha mutagen olduğu görülmektedir. Fakat memelilerin hücrelerinde bu etki tersine gözükmektedir. Çünkü organizmalarda DNA tamir işlemleri bakterilerden daha gelişmiş olduğundan bu mutagen özellik bakterilerde daha fazla görülür. Sonuç olarak diol epoksit 1 ve 2 nin oldukça mutagenik bileşikler olduğu açıktır (Yang, 1977).
DNA’yı değiştiren ajanlar için antrasen türevleri ilgi çekmektedir. 9-Aminometilantrasen 7 sentetik ve doğal DNA’ya yüksek bir ilgi ile bağlanmaktadır. Molekülde pozitif N+ grubunun artması DNA ile etkileşimi kuvvetlendirir. Dört metoksi grubu ve iki amino grubu içeren 8 molekülünün DNA ile yüksek bir etkileşim gösterdiği absorbsiyon ve floresans spektroskopi teknikleri ile ortaya konmuştur (Ostaszewski, 1998) (Şema 1.4).
+NH 3 -Cl 7 H3CO H3CO OCH3 OCH3 NH3+ NH3+ 2Cl -8 Şema 1.4
1.3. Doğal Antrasen Türevleri ve Antrakinon Boyaları
Üç halkalı aril bileşiklerinden olan antrasen, ve bir antrasen türevi olan antrakinon bir çok doğal ürünün yapısında yer alır. Aloe vera bitkisinde bulunan Aloe emodin (4)’in anti kanser ve antienflemator etkisi bilinmektedir. Mucize ilaç olarak tanıtılan ve son günlerde popüler hale gelen Aloe Vera (Sarısabır) bitki ekstresinin aktif üç ana bileşeni; Barbaloin (5), Aloe emodin (4) ve Rhein (6) birer antrasen ve antrakinon türevlerleridir. Aloe vera bitkisinin suyu kurutulduğunda kalıntının %30 kadarı glikozit sübstitüenti Barbaloin (5) ihtiva eder (Fittig at all., 1873).
OH OH OH OH Glc Barbaloin OH O OH OH O Aloe emodin OH O OH CO2H O Rhein 4 5 6 Şema 1.5
Antrakinon, yapıya kromafor özellik kazandıran iki karbonil grubu ile kinon birimi ihtiva eden polisiklik bir aromatik hidrokarbon olup, türevleri bitkilerde (aloe, sagrada, sena, and rhubarb), mantar, liken, ve böceklerde yaygın olarak bulunur. Antrakinon, pigment ve boyaların büyük sınıfını oluşturan antrakinon boyalarının ana maddesidir ve
antrasenin en önemli kinon türevidir. En eski mordan boya alizarin bir antrakinon türevidir. Antrakinonlar, boyar madde üretimi dışında bazı antioksidanlar ve polimerleşme inhibitörlerleri için başlangıç maddesidir. Fotoğraf kimyasal maddelerinde yaygın şekilde kullanılır. Antrakinon türevleri ilaç üretiminde de önemli olup Antine plastik ve Mitoxantrone antrakinon yapısında ilaç örneklerindendir.
Antrasen (1) ve türevlerinin önemli kullanım alanlarından birisi değeri yüksek boyar maddelerin elde edilmesinde başlangıç maddesi olmasıdır (Şema 1.6). Antrasen ve türevleri tıbbi ve biyolojik boyar madde sentezinde kullanıldığı gibi kaplama maddesi, böcek öldürücü vb. olarak da birçok antrasen türevi vardır (Glass, 2001) (Şema 1.6). Ayrıca antrasenin sülfürlü türevleri antioksidant olarak eczacılıkta kullanılmaktadır.
O O NH Me SO3Na O O NH2 SO3Na NH2 OH OH
Azarin saf mavi B Azarin Safirol SE
O O OH OH O O OH OH Antrafurin Cbinizarin Şema 1.6
Organik metal (moleküler iletken) sentezi, son yılların hızla gelişen ileri bir araştırma konusu olmuştur. Bu çerçevede sentezlenmiş organik metal olarak isimlendirilen perisülfür köprülü donör molekül olarak benzantrasen 9 ve antrasen 10 molekülleri (Şema 1.7) ders
kitaplarında bile yer almaktadır. Sadece periköprülü sülfür (veya selen, tellür) arenler değil alkil sülfür türevlerinin de elektriksel aktivite gösterdikleri belirlenmiştir.
S S S S S S S S 9 10 Şema 1.7
1.4. Antrasenin Bromlanması ve Bromoantrasen Türevleri
Önceki çalışmalarımızda antrasenin “polar bromlanması” çerçevesinde, kantitatife yakın bir katılma ile iki hekzabromür stereoizomeri (12, 14) elde edilmiştir. Her iki hekzabromürün farklı baz kullanılarak eliminasyonunda tam bir seçicilikle tetrabromürler tek ürün halinde elde edilmişlerdir. Grubumuzda yapılan çalışmalarda, 9,10-di-, 2,4,9,10 tetra- ve 2,3,9,10-tetrabromantrasen (Şema 1.8) bileşikleri için özel ve seçici sentez metotları geliştirilmiştir (Çakmak ve ark, 2006). Bu moleküllerin sentezi ile antrasen çok yönlü işlevsel hale gelmiş ve böylece brom sübstitüentinin metal-halojen değişimi ile diğer antrasen türevlerine sentez yolları açılmıştır.
Grubumuzda yapılan çalışmalarda (Şema 1.8) 9,10-dibromantrasen (2) ve 2,3,9,10-tetrabromantrasen (17) bileşikleri için ilk defa özel ve seçici reaksiyon yöntemleri geliştirilmiştir (Çakmak ve ark., 2006 ). Bu moleküllerin sentezi ile antrasenin iki halkası işlevsel hale gelmiş ve böylece brom takısının metal-halojen değişimi ile diğer antrasen türevlerine sentez yolları açılmıştır.
Br Br Br Br Br Br + Br Br Br Br Br Br Br Br 17,%90 2,%98 1 Br2 CH2Cl2, -15 oC Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br DBU / THF 25 oC DBU / THF 25 oC AgNO3 / THF 25 oC NaOCH3 / THF 25 oC ONO2 ONO2 Br Br Br Br 18, %55 12, %80 15, %90 13 , %12 16 Br2 CH2Cl2, 0 oC Şema 1.8 Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br2 CH2Cl2, -15oC OCH3 Br OCH3 Br Br Br Br Br OCH3 Br NaOCH3/THF Ag+/ CH 3OH
iki ürün (orto ve meta) 21
2 12 14 Br Br OH OH Br Br Br Br O O Br Br Br Br Br Br AgClO4 / H2O aseton, 25 0C CH3ONa THF/ N2 atm. 11 19 20 22 Şema 1.9
Ancak iki hekzabromürün (12, 14) Rf değerlerinin aynı olması (ayrılma zorluğu) ve
ısı ve ışık karşısında kararsızlıkları nedeniyle ileri dönüşümler için güçlükler oluşturmaktadır. 9,10-Dibromantrasenin bromlanması ile 4 simetrik hekzabromür (11, 13, 14, 23), 2 adet de simetrik olmayan hekzabromür oluşturabilir. 9,10-Dibromantrasenin farklı şartlarda bromlanması seçici olarak diğer hekzabromürleri oluşturabilir. Hekzabromürlerin değişik şartlarda (farklı baz, farklı sıcaklık vb. şartlar) farklı çıkarma ürünü reaksiyonu ürünleri oluşturabilir. Diğer taraftan, her üç halkaya da bromun bağlanması sağlanabilir ve yeni antrasen türevleri sentezlenebilir. Ayrıca oluşmuş ve oluşturulacak bromoantrasenlerden bromoantrakinonlara kısa reaksiyon yolları geliştirilebilir.
Kararlı hekzabromür izomerlerin oluşumu ileri dönüşümler ve antrasenin işlevsel hale gelmesi için anahtar role sahiptir. Ancak önceki çalışmalarda elde edilen hekzabromürlerin kararsız oluşu ileri işlem yapılmasını zorlaştırmakta ve çalışmaları sınırlandırmaktadır. Seçici bromlama ürünlerinin oluşturulması için geliştirdiğimiz özel bromlama reaksiyonlarından bazıları aşağıda sunulmuştur.
1.5. Özel Reaksiyon Metotları
Aşağı sıcaklık brominasyonu: Bu yöntemde 9,10-dibromoantrasen polar çözücü ortamında, karanlıkta ve aşağı sıcaklıklarda eşdeğer mollerde moleküler brom ile basit bromlama işlemidir. Karışım, karanlıkta ve soğukta beklemeye bırakılır. Açığa çıkan HBr’ü tutmak için düzeneğe kurutma tüpü monte edilir (nemi tutmak için mavi silikajel içte, HBr’ü tutmak için NaOH peletleri dışta olmak üzere). Alternatif kurutma sistemi olarak CaCl2 kurutma tüpünden geçen gaz bir hortum vasıtasıyla sulu baz çözeltisine
verilir.
Reaksiyonun dikkat çeken özelliği oldukça yavaş yürümesidir. Polar bromlama oldukça yavaş yürüdüğünden (birkaç gün, bazen birkaç hafta), reaksiyon sisteminin buzdolabı, derin dondurucu gibi sürekli soğukluk sağlayan ortamda yürütülmesi uygun olmaktadır.
Katı destek ortamında brominasyon: “Polar bromlama” reaksiyonlarında katı destek maddeleri (silikajel, zeolit v.d.) kullanılarak elektrofilik güç artmakta seçicilik oldukça yükselmektedir. Etkin karıştırma ile heterojen tozların sürekli birbiri ile etkileşimi sağlanır. 0 oC ya da altında, tercihen buzdolabında sürdürülmesi uygundur.
Aşağı sıcaklık fotobrominasyonu: Grubumuzda geliştirilen içten ışımalı, su soğutmalı ve daldırmalı silindirik tipte fotokimya reaksiyon düzeneği kullanılmaktadır. Projeksiyon lambası, voltaj ayarlayıcısı ile istenilen şiddete ayarlanmaktadır (Kesim 3.1.7’de düzeneğin şekli verilmiştir). Genelde su devri daimi soğutmaya yeterli gelmektedir. Lambanın aşırı ısınmasını önlemek için küçük bir pompa ile hava sirkülasyonu sağlanmaktadır.
Seçici Çıkarma Reaksiyonları: Antrasen katılma ürünü hekzabromürler uygun iskelet yapısına sahip olduğundan ikinci aşamada yapılması gereken değişik baz ve ortamlar kullanılarak aromatlaştırma reaksiyonlarıdır. Naftalin türevlerinde uygun stereokimyanın uygun bazlarla seçici aromatlaşma ürününü verdiği görülmüştür. Bu çerçevede oluşan hekzabromürlerin seçici baz ve özel şartlarda tribromür 15, tetrabromür 16, 17 ve 25’i oluşturabilir. Bu amaçla kullanılan bazlar t-BuOK, DBU, piridin, NaOMe, NaOH gibi bazlar ile şemada gösterilen bromoantrasenler seçici olarak elde edilebilir (Şema 1.10).
Br Br Br Br Br Br Br Br seçici bromlama Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 2 15 17 16 25 Şema 1.10
Gümüş Destekli Yer Değiştirme: Geliştirdiğimiz reaksiyon metotlarından birisi de gümüş destekli (SN1) yer değiştirme reaksiyonlarıdır. Aril katılma ürünlerinde benzilik konumda
brom atomları gümüş tuzu desteği ile kolayca sübstitüsyona uğramaktadır (Tutar vd., 2001; Erenler vd., 2004; Çakmak vd., 2006). Aromatik sistemler için geliştirdiğimiz bu dönüşümler benzilik konumlarda etkin ve basit sübstitüsyon reaksiyonları sunmaktadır. Gümüş tuzu olarak AgNO3 veya AgClO4, duruma göre diğer gümüş tuzları (CH3COOAg,
Ag2SO4 gibi) kullanılmaktadır. Gümüş destekli sübstitüsyonlarda hekzabromantrasen’in
hidroliz reaksiyonları su ortamında; 1,4-dihidroksi, metanol ortamında ise 1,4-dimetoksi türevlerini vermesi beklenir. İlginçtir ki bu dönüşümlerde CH3COOAg ve AgNO3 gibi
anyonları güçlü nükleofil olan gümüş tuzlarıyla reaksiyonlarda doğrudan anyon yapıya dahil olmakta, ek nükleofil kullanmaya gerek kalmamaktadır.
1.6. Çalışmanın Amacı ve Kapsamı
Antrasenleri işlevsel hale getirmekte en etkin yollardan birisi antrasenbromürler için etkin sentez yolları geliştirmektir. Çünkü brom, bağlı olduğu bileşiği diğer bileşiklere dönüştürmekte anahtar rol oynar.
Bu tez çalışmasının amaçları şu şekilde özetlenebilir:
Daha önce yapılan çalışmalarda (Gülçin, 1996; Çakmak, 2002; Çelik, 2004) antrasenin işlevselleştirilmesi belli bir noktaya getirilmekle birlikte çalışmaların ileri bir düzeye çıkarılması için detaylı çalışmalara ihtiyaç duyulduğu gözlemlenmiştir. Hekzabromantrasenler (11, 12, 13, 14; Şema 1.8 ve 1.9) arasındaki ilginç dönüşümler ve katılma, çıkarma ve yer değiştirme türü reaksiyonlarında bir çok alternatif ürün oluşumu söz konusudur. Seçici ürünlerin eldesi için bu konuda ileri çalışmaların yapılması gereklidir. Bu reaksiyonlarda seçici olarak oluşturulan hekzabromürün gümüş destekli hidrolizi çalışmanın diğer amaçları arasındadır.
Bu çerçevede;
a) 9,10-dibromantrasenin (2) geliştirdiğimiz fotobromlama düzeneğini kullanarak brom molekülü ile reaksiyonu incelenecek ve önceki yaptığımız çalışmalar ışığında hekzabromürün seçici oluşum şartları belirlenecektir (Şema 1.11).
b) Önceki çalışmalarımızda katılma ürünü hekzabromantrasenlerin (11, 12, 13, 14) kesin stereokimyaları kıyaslama ve çıkarım yoluyla yapıldığından yapılarda belirsizlik bulunmaktadır. Bu vesile ile ilgili moleküllerin uygun kristallerinin oluşturulması, hekzabromür ürünlerin röntgen analizlerinin yapılmasına ihtiyaç vardır.
c) Hekzabromürlerin (11, 12, 13, 14) ışın ortamında başka stereoizomerlere dönüşüp dönüşmediğinin araştırılması gerekmektedir.
d) Hekzabromürlerin (11, 12, 13, 14) HBr çıkarma reaksiyonunda farklı baz kullanımının amacı seçicilikte farklı bazların etkin olup olmadığının araştırılmasıdır. Böylece tetrabromür (17 ve 16 bileşiği; Şema 1.8) ve tribromür (15 molekülü; Şema 1.8) antrasenler için seçici sentez yolları geliştirilmesi amaçlanmıştır.
Br Br Br2 / hv Br Br Br Br Br Br Ag+ / H2O Br Br OH OH Br Br O O 2 11 19 20 NaOCH3 / THF Br Br Şema 1.11
e) Hekzabromür 11’in gümüş destekli hidrolizi ile beklenen ürün dihidroksi 19’un oluşumudur. Bu bileşiğin, NaOCH3 bazı ile diepoksit 20’ye dönüştürülmesi beklenir
(Şema 1.11).
Planladığımız çalışmalar antrasen molekülünü çok yönden işlevsel hale getirmektedir. Sentezini hedeflediğimiz moleküller yeni boyarmaddelerin sentezi için uygun başlangıç maddelerini teşkil etmektedir. Bu çalışmalar aynı zamanda, ülkemizde antrasen sınıfı boyarmaddeler için uygun bir ortam ve bilimsel bir alt yapı oluşturulmasını sağlayacaktır.
Grubumuzda bundan sonraki dönemlerde antrasenin sülfür türevlerinin sentezi ve bunların radikal katyon tuzlarına dönüştürülmesi amaçlanmaktadır. Sentezlenen donör moleküller, ileriki aşamalarda yük transfer komplekslerine ve/veya radikal katyon tuzlarına çevrilerek oluşan elektroaktif türevlerin (organik metal-iletken) elektriksel iletkenlikleri incelenecektir.
Moleküler iletken materyal sentezi dünyada son yirmi yıl içinde popüler hale gelen yeni araştırma sahalarından birisi olmuştur. Ülkemizde polimer iletken materyal sentezi konusunda çalışan gruplar vardır. Ancak, moleküler iletken (organik metaller) konusunda çalışma yapan gruplar bulunmamaktadır. Bu çalışmalar, ülkemizde gelecekte bu sahada çalışacaklara ve endüstriyel teşebbüslere bir temel oluşturacaktır.
2. MATERYAL VE METOD
2.1. 9,10-Dibromantrasen (9,10-DiBA) (2) Sentezi
Bu çalışmada çıkış bileşiği olarak kullanılan 9,10-dibromantrasenin sentezi grubumuzda daha önce geliştirilen metoda göre gerçekleştirildi (Çelik, 2004; Çakmak ve ark., 2006). Bu amaçla antrasenin (1) diklormetandaki çözeltisi oda sıcaklığında iki eşdeğer mol brom ile doğrudan muamele edildi. Reaksiyon esnasında 9,10-dibromantrasenin (9,10-diBA) (2) büyük çoğunluğu çökelek oluşturmaktadır. Reaksiyon muhtevası kısa bir Al2O3 kromatografi kolonundan petrol eteri ile süzüldü ve ürün
kristallendirildi. 9,10-diBA (2) %98 verimle elde edildi.
2.2. 9,10-diBA (2)’nin Bromlama Reaksiyonları
2.2.1. 9,10-diBA (2)’ nin Dıştan Işınlama Yoluyla Bromlama
Grubumuz tarafından daha önce gerçekleştirilen çalışmalarda (Gülçin, 1996), antrasen (1) ve 9,10-diBA (2)’nin harici ışınlama ile fotobromlanması incelenmiş silika jel kolon kromatografisi ile ayırma işlemleri sonucu iki adet hekzabromür stereoizomeri (12, 14) ayrılmıştır (Şema 2.1). Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br + 12, % 12 14, % 80 Br2 / hv CHCl3, 25 oC, 2,5 saat 2 Şema 2.1
Ancak bu çalışmada tereddüt edilen ve açıklanması gereken noktalar bulunmaktadır. Reaksiyonda 4 adet simetrik (11, 13, 14, 23), 2 adet de simetrik olmayan hekzabromür (12, 24) oluşabilir (Şema 2.2). Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 11 13 14 23 12 24
23,7 kcal / mol 25,8 kcal / mol 25,8 kcal / mol
33,6 kcal / mol 29,0 kcal / mol 26,0 kcal / mol
Şema 2.2
Benzer bileşiklerle kıyaslama yoluyla yada enerji değerleri ile yapı aydınlatılmasına gidilse dahi, yapıların tam olarak belirlenmesi mümkün olmayacaktır.
Bu vesile ile Gülçin (1996) tarafından yapılan deney, benzer şartlarda tekrarlandı. Bu amaçla 9,10-di-BA’nın kloroform içerisinde 0 oC’de projektör lambası (slayt makinası) ile
ışınlandırıldı (150 W). 2.5 saatlik ışınlama, 3 adet diasteroizomer oluşumu ile sonuçlandı. Tekrarlanan kristallendirme işlemi ve arkasından tekrarlanan kolon kromatografisi ve ince tabaka kromatografileri ile hekzabromür 11 % 73, hekzabromür 12 % 8 ve hekzabromür 13 % 5 verimle ayrıldı (Şema 2.3). Hekzabromür 11 ile 13 gerek gün ışığı ve gerek kromatografi esnasında birbirlerine dönüşmeleri (konfigürasyon izomerleşmesi) ayırmayı güçleştirmekte ve hayli zaman almaktadır (Gülçin, 1996). Bu yüzden hekzabromür 11, basit kristallenme ile tek ürün halinde oluşturacak reaksiyon işlemi hayli önem taşımaktadır.
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br + + 1 2, 98% 11, % 73 12, % 8 13, % 5 Br2 CH2Cl2, 0oC Br2 / hv CHCl3, 25 oC Şema 2.3 2.2.2. Gün Işığında Bromlama
9,10-diBA, radikalik şartlarda (fotolitik şartlar) bromlanarak katılma ürünü hekzabromürler oluştuğuna göre, gün ışığında yavaş da olsa reaksiyonun yürümesi beklenir. Br Br 4 Eş. mol Br2 CH2Cl2, gün ışığı, 3 gün, 25 oC (Dönüşüm %99) Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 13 + 2 11, % 86 12 + Ürünler : 11 : 12 : 13 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 91 : 4 : 4 : 1
Bu amaçla 9,10-dibromantrasen (2)’ in CH2Cl2’deki çözeltisi üzerine Br2 gün ışığında
damlatma hunisi ile damla damla ilave edildi. Reaksiyonun daha hızlı yürümesi için bromun aşırısı kullanldı (4 e.m.). Karışım oda sıcaklığında karıştırıldı. Reaksiyonun ilerleyisi İTK ile kontrol edildi ve 3 gün içinde dönüşümün tamamlandığı görüldü. Havanın güneşli olmadığı kapalı günlerde yapılan bir denemede 7 günlük süre içinde bile başlangıç materyalinin çoğunun dönüşüme uğramadığı görüldü. Ham ürün kısa silika jel kolondan süzüldü. 1H-NMR spektrumundan 11, 14, 12 ve 2 bileşikleri için integrasyon değerlerinden hesaplanan nispi verimleri 91: 4: 4: 1 oranında belirlendi. Ürün karışımı kristallenmeye tabi tutuldu. HBA 11 fraksiyonlu kristallendirme ile % 86 verimle elde edildi. Kristal üstü ile yapılan kristallendirme işlemleri bir sonuç vermedi.
2.2.3. Katı (SiO2) Destekli Bromlama
Bazı aromatik bromlama reaksiyonlarının destek reaktifleri kullanılarak kolay ve temiz bir şekilde ve yüksek verimlerde gerçekleştirildiği bildirilmektedir (Mckillop at al. 1979; Smith at al, 1992; Clark, 1994). Silika jel’in aromatik hidrokarbonların brominasyonu mekanizmasının ve oranının üzerinde çok büyük bir etkiye sahip olduğu görülmüştür (Smith and Bye, 1986). Diğer metotlarla karşılaştırıldığında bu işlem basit reaksiyon şartları, özellikle daha düşük bir sıcaklık ve daha kısa reaksiyon süresi gibi avantajlara sahiptir (Olah, 1974).
Silika jel’in etkisini incelemek ve seçici bromlama yapabilmek amacıyla 9,10- diBA’nin SiO2 varlığında bromlanmaya tabi tutuldu (Şema 2.5).
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 13 + 2 11, % 74 12 + Br2 + SiO2 Benzen, karanlık, 25 oC, 4 gün (dönüşüm %90) Ürünler : 11 : 12 : 13 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 80 : 6 : 4 : 10
Şema 2.5
9,10-dibromantrasen benzende çözülerek üzerine 250 oC’de 1 saat kurutulmuş SiO2,
literatürdeki oranlar esas alınarak (SiO2-Br2, 4:1 oranında) ilave edildi. Br2 (2.5 E.m.)
reaksiyon balonuna bir kerede ilave edildi. Reaksiyon oda sıcaklığında, karanlıkta sürdürüldü. Bir gün sonra alınan İTK ve 1H-NMR spektrumu incelemeleri başlangıç maddesinin bitmediğini ancak büyük oranda trans-cis-trans simetrik hekzabromür 11’e dönüşümün gerçekleştiğini gösterdi. Başlangıç maddesinin bitmesi için reaksiyon 1 gün daha karıştırılmaya devam edildi. Ancak yapı aromatlaştığı (geri dönüşüm reaksiyonu) için reaksiyon bitirildi (reaksiyon süresi uzatıldıkça başlangıç ürününe dönüşümün arttığı görüldü). Silika jel süzme ile uzaklaştırıldı. Doygun sodyum tiyosülfat (Na2 S2O3) çözeltisi
ile ekstraksiyon yapıldı. Dönüşümün %90 gerçekleştiği görülen reaksiyonda simetrik hekzabromür 11 %74 verimle kristallendirilme yoluyla ayrıldı. Kristal üstü materyalin 1 H-NMR incelemesi antisimetrik hekzabromür (12) ve 9,10-diBA (2) karışımını gösterdi.
2.2.2. 9,10-DBA (2)’ nin Fotobromlama Düzeneğinde (İçten Işınlanma) Bromlanması
Dönüşümün daha etkin ve kısa sürede gerçekleşmesi için reaksiyon fotobromlama düzeneğinde (Şekil 3.1) gerçekleştirildi.
9,10-dibromantrasen (2)’in CH2Cl2’deki çözeltisi fotobromlama düzeneğine alındı.
Reaksiyon balonunda bulunan çözelti 150 W lamba ile ışınlandırılmaya başlandı. Bromun (2.5 e.m.) çözeltisi ilave edilerek 2 saat karıştırıldı. İTK ve NMR spektroskopisi ile reaksiyonun ilerleyişi kontrol edildi. Reaksiyon tamamlandıktan sonra çözücü uçuruldu ve karışım kısa bir silikajel kolondan süzüldü. Karışımın kloroform ile doğrudan kristallendirilmesi sonucu Hekzabromür 11 % 85 verimle elde edildi (Şema 2.6). Diğer işlemlerle kıyasladığımızda bu işlemde HBA 11’ in izole verimi artmaktadır.
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 13 + 11, % 85 12 + Br2 / hv (150W) CH2Cl2, 2 saat (dönüşüm %95) Ürünler : 11 : 12 : 13 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 88 : 4 : 3 :5
Şema 2.6
İnce Tabaka (İTK) incelemesi ham ürünün üç üründen ibaret bir karışım olduğunu gösterdi (Hekzandaki Rf değerleri; RfdiBA2= 0.67, Rf trans,cis,trans11= 0.32 ve Rf cis,trans,cis13 =
0.17). Reaksiyondan sonra ham ürünün 1H NMR spektrumu 3 ürün göstermektedir. Başlangıç ürünü 2, hekzabromür 11, 12 ve 13 sırası ile 10:88:4:3 integral oranında görülmektedir. Buna göre dönüşüm % 95 oranında gerçekleşmektedir (Şekil 2.2).
Hekzabromürlerin Yapı Analizleri
9,10-DiBA’nin (2) polar bromlanmasından teorik olarak 6 adet hekzabromür katılma ürünü oluşabilir (Şema 2.2). Bunlardan dördü simetrik, ikisi ise antisimetrik yapıdadır. Tüm bromların aynı yönde bulunduğu hekzabromür (23) yüksek bir sterik sıkışmayı meydana getireceğinden oluşması beklenmemektedir. Antisimetrik yapı için (12) ve (24) yapılarında
iki ihtimal mevcuttur. Hekzabromür 12, 9,10-dibromantrasenin polar bromlanmasında ana ürün olarak oluşmaktadır (Çelik, 2004; Çakmak, 2006) (Şema 2.7).
Br2 CH2Cl2, -15 oC, 18 gün 12 2 14 Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br + Sema 2.7
9,10-dibromantrasenin bromlanmasından iki adet simetrik hekzabromür izole edilmektedir. Her iki hekzabromür (11 ve 13) iki adet AA′BB′ sisteminden ibarettir. Hekzabromür 8.45 ppm’de H5 ve H8 protonları, 7.73 ppm’de H6 ve H7 protonlarının sinyali
gözlenmektedir. Daha aşağı alanda gözlenen pikin (6,52 ppm) benzilik H1 ve H4’e, 5.55
ppm’deki sinyal grubunun ise H2 ve H3 e ait olduğunu söyleyebiliriz. Naftalin
sistemlerinde benzilik protonların daha aşağı alanda rezonans olduğu görülmüştür (Daştan, 1999) (Sekil 2.1).
Şekil 2.1 Simetrik hekzabromür (13) molekülünün 1H–NMR spektrumu (400 MHz CDCl3/TMS) Br Br Br Br Br Br
Hekzabromür 11’in 1H-NMR spektrumu incelendiğinde aromatik protonlar simetrik yapının gereği olarak AA′BB′ sistemini oluşturmaktadır. δ=7.73 ppm’de gözlenen AA′BB′sisteminin B kanadı H6 ve H7 protonlarına aittir. H6 ve H7 protonları komşu H5 ve
H8 protonlarıyla dubletin dubletine yarılarak, özdeş proton olduklarından aynı yerde
rezonans olmuşlardır. Sistemin A kanadını oluşturan H5 ve H8 protonları ise H6, H7
protonlarından 0,68 ppm daha aşağı alanda (8,41 ppm) rezonans olmuştur.
Alifatik protonlar da yine simetrik yapının gereği olarak AA′BB′ sistemini oluşturmuştur. Benzilik protonlar (H1 ve H4) benzer sistemlerde daha aşağı alanda
rezonans olmaktadır. H1 ve H4 protonları δ=5,94 ppm’de (sinyal dubletin dubleti
görünümündedir; J12=J34=5 Hz). B kanadı ise H2, H3 protonlarına ait olup 5,37 ppm’de
gözlenmektedir.
Hekzabromür 11 bileşiğinin 13C-NMR spektrumunda yedi sinyal moleküldeki simetriyle uyum sağlamaktadır. Kuarterner karbonlar δ=135.1, 133.6, 129,7 ppm’de; C9,
C10, C11, C12, C13, C14 hidrojen bağlı karbonlar ise δ=56.7, 54.4, 131.6, 130.5 ppm’de
rezonans olmaktadır.
Şekil 2.2 Hekzabromantrasen 11’in 1H–NMR spektrumu (300 MHz CDCl3/ TMS)
Br Br Br Br Br Br
Şekil 2.3 Hekzabromantrasen 11’in 13C–NMR spektrumu (75 MHz CDCl3/ TMS)
1H NMR spektrumu yapı hakkında bilgi verir ancak simetrik olarak 3 adet
hekzabromür (11, 13, 22) oluşabileceğinden proton NMR ile yapının teşhisi tam olarak mümkün değildir. Bunun için her iki hekzabromürün (11 ve 13) X-ray incelemeleri yapılarak bromların uzaydaki yönelmeleri kesin olarak ortaya kondu.
X-ray Yapı Analizi;
X-ışını spektroskopisi, diğer optik spektroskopiler gibi manyetik ışının emisyon, absorpsiyon, saçılma, floresans ve kırınımın ölçümüne dayanır. X-ışını floresans ve X-ışın absorpsiyon yöntemleri periyodik çizelgedeki atom numarası sodyumdan büyük bütün elementlerin kalitatif ve kantitatif tayini için yaygın olarak kullanılmaktadır (Jenkins, 1988).
9,10-dibromürün bromlanması sonucu 4 adet simetrik hekzabromür oluşması mümkündür (Şema 2.8). 9,10-diBA’nın bromlanması ile iki adet simetrik hekzabromür elde edilmiştir (11, 13). 1H-NMR ve 13C-NMR spektrumları bu bileşiklerin brom atomlarının varlığı ve konumları ile ilgili bilgi verse de alifatik karbonlara bağlı brom atomlarının uzaysal yönelmeleri konusunda bilgi vermemektedir. Bu bileşiklerin 1H-NMR spektrumları AA′BB′ sistemleri oluşturması simetrik yapıyı göstermektedir. Keza 7 adet
Br Br Br Br Br Br
13C-NMR piki de simetrik yapıyla uyum içerisindedir. Bu sebeple tek başına proton NMR’
ile yapıların stereokimyasını belirlemede yeterli olmamaktadır. Bu nedenle her iki simetrik hekzabromürün (11, 13) X-ray analizi yapılmıştır. X-ışınları analizi 19 Mayıs Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi X-Ray Kristalografi Laboratuarında (Prof.Dr. Orhan Büyükgüngör) yaptırıldı. HBA 11, iki farklı konformasyonda (aeea veya aaee) bulunabilir. Kristalografi analizi 11 bileşiğindeki brom atomlarının Abraham’ın condutritoller için önerdiği aeea konformasyonunda olduğunu göstermiştir. Diğer simetrik ürünün (13) X-ray yapı nanalizi alifatik karbonlara bağlı bromların cis,trans,cis-13 yapısını ortaya koymuştur.
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 11 23 13 14 Şema 2.8
Şekil 2.4; Simetrik hekzabromür 11’in X-ray incelemelerinden elde edilen üç boyutlu yapısı (çubuk modeli).
Şekil 2.5; Simetrik Hekzabromantrasen 13’ün X-ray incelemelerinden elde edilen ORTEP diyagramı
2.3. Hekzabromür 11’in Çeşitli Bazlarla Reaksiyonu
Aromatik bileşiklerin katılma ürünü bromürlerin en önemli dönüşümlerinden birisi de baz destekli çıkarma reaksiyonları ile aromatlaştırılmasıdır. Elde ettiğimiz hekzabromür 11, 2 mol HBr çıkarmak için uygun iskelete sahiptir. Hekzabromür 11’in HBr çıkarılması ile üç farklı tetrabromantrasen oluşturabilir. Keza bu yapı hem Br2 hem de HBr ayrılması
ile iki farklı tribromüre dönüşebilir. Grubumuzda daha önceki çalışmalarda (Çelik, 2004) 9,10-diBA’nın polar bromlanma ile oluşan hekzabromür 12 ve 14’ün bazla reaksiyonu seçici olarak farklı tetrabromürleri (17 ve 16) oluşturmuştur (Şema 2.9).
Elde ettiğimiz HBA 11, HBA 12 ve 14’den farklı stereokimyaya sahip olduğuna göre bazla reaksiyonları seçici olarak farklı ürünler oluşturabilir.
Br Br Br2 Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br + Br Br Br Br Br Br Br Br 2 12 14 17 16 DBU DBU Şema 2.9
2.3.1. Sodyum Metoksit ile Reaksiyon
9,10-diBA’nın radikalik şartlarda bromlanması ile tek ürün halinde oluşan trans, cis, trans- hekzabromür 11, THF (10 mL)’de çözülerek kuru atmosfer altında ve karanlıkta sodyum metoksit ile etkileştirildi. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen reaksiyon 1 gün sürdü. Ekstraksiyon işleminden sonra 1H NMR spektrumu incelemeleri ürün karışımını gösterdi. Karışımda bulunan maddelerin yaklaşık aynı Rf değerlerinde (0.70- 0.76, hekzan) olması bu maddelerin kolon kromatografisi ile ayrılmasını engellemektedir. Kristallendirme teşebbüslerinde ise ürün karışım olarak çökmektedir. 1H-NMR spektrumu incelemeleri üç
ürünün integrasyon oranına göre miktarları belirlenebilmektedir. 15, 16, 2 ürünleri için belirlenen miktarlar sırasıyla 57:40:3 oranındadır (Şema 2.10).
Br Br Br Br Br Br Br Br Br 2.5 E.m. CH3ONa THF, N2 atm., 1gün karanlık, 25oC Br Br Br Br Br + + Br 11 15 16 2 Ürünler : 15 : 16 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 57 : 40 : 3
Şekil 2.6 Hekzabromür 11’in NaOMe ile reaksiyonundan oluşan karışımın 1H–NMR spektrumu (300 MHz CDCl3/ TMS)
Görüldüğü gibi NaOMe ile seçici olarak bir antrasen bromür elde edilememektedir ve de ayrılma teşebbüsleri sonuç vermemektedir. Ancak karışım doğrudan reaksiyona sokularak sentetik önemi olan bileşikler elde edilebilir. Örneğin NaOCH3/CuI reaktifleri ile
karışım doğrudan reaksiyona sokulabilir ve oluşturulacak metoksit türevleri kristallendirme-kolon kromatografisi yöntemleri ile ayrıştırılabilir.
2.3.2. DBU ile Reaksiyon
Hekzabromür 11 THF’de çözülerek 2 eşdeğer mol DBU (1,8-diazobisiklo[5.4.0]undec-7-ene) bazı ile etkileştirildi. Karışım, karanlıkta ve 0 oC’de 5 saat karıştırıldı. Ekstraksiyon işleminden sonra 1H NMR incelemeleri NaOMe ile reaksiyonda olduğu gibi benzer ürün dağılımı gösterdi (ürün oranı 15, 16 ve 2 için sırası ile 66: 22: 12) (Şema 2.11). Br Br Br Br Br Br Br Br Br 2.5 E.m. DBU THF, 0 oC, karanlık, 5 saat Br Br Br Br Br + + Br 15 16 2 11 Ürünler : 15 : 16 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 66 : 22 : 12
2.3.3. NaOH ile Reaksiyon Br Br Br Br Br Br 2.5 E.m NaOH THF+ H2O, 0 0C 3 saat, karanlık Br Br 11 2 Şema 2.12
Hekzabromür 11 THF içerisinde. Tuz-buz banyosunda soğutulurken üzerine NaOH’ın THF’deki çözeltisi (10 mL THF + 3 mL H2O) ile etkileştirildi. Reaksiyon
karanlıkta ve soğukta (0 oC) 3 saat devam etti. Ekstraksiyon işleminden sonra 1H NMR
spektrumu incelemeleri tek ürün halinde 9,10-dibromantrasenin oluştuğunu gösterdi (Şekil 2.8).
Şekil 2.8 9,10-Dibromantrasen (2) molekülünün 1H–NMR spektrumu (300 MHz CDCl3/
TMS)
2.3.4. 2,9,10-Tribromantrasen (15) Sentezi
Hekzabromür 11 doğrudan piridin içerisinde çözündü. Karışım, bir gece boyu oda sıcaklığında karıştırıldı. Ortamda kalan piridin, HCl çözeltisi ile ekstrakte edilerek
uzaklaştırıldı. Ürün CHCl3’de kristallendirildi. Tribromür 15, tek ürün halinde %94
verimle elde edildi (Şema 2.13).
Br Br Br Br Br Br piridin karanlık, 25 oC, 1 gün Br Br Br 11 15, %94 Şema 2.13
Piridin zayıf bir bazdır. Bu reaksiyonda hem çözücü olarak hem de reaktif olarak görev yapmıştır. Dönüşüm 1 mol HBr ve 1 mol de Br2 ayrılması ile tamamlanmaktadır.
Sonuçta aromatik bir yapının oluşması bu dönüşümü kolaylaştıran bir faktör olmakta ve seçici olarak tribromür 15 yüksek bir verimle sentezlenmektedir.
2,9,10-tribromantrasenin (15) 1H-NMR spektroskopisinde H1 protonunun sinyali 8.78
ppm’de uzun mesafe etkileşmeleri ile küçük etkileşme sabitlerinden dolayı multiplet görünümü almıştır. Yaklaşık 1 Hz civarında olduğu tahmin edilen küçük etkileşme sabitleri protonun visinal etkileşme göstermediğini, dolayısıyla brom atomunun C-2 karbonuna bağlı olduğunu teyit etmektedir.
Tribromürün yapısının belirlenmesinde daha önce sentezini başardığımız tetrabromür 16 ve 17’nin sinyal sistemleri ile kıyaslama yardımcı olmaktadır. Yapıyı incelediğimizde 9,10 pozisyonlarındaki bromlara 4 adet γ-Gauch pozisyonunda proton bulunmamaktadır. Dolayısıyla aşağı alana kayan dört sinyal grubunun gözlenmesi gerekir. Gerçekten aşağı alanda dört sinyal grubu gözlenmektedir. H1 tribromür yapısı için karekteristik sinyal
gurubu oluşturmaktadır. Bu proton komşu karbonda proton bulundurmadığından visinal etkileşme göstermemektedir (J13=1.8 Hz). H3 ve diğer protonlarla (muhtemelen H7 veya
H8) meta (uzun mesafe) etkileşmesi göstermektedir. γ-Gauch konumlarındaki diğer
protonlar birer adet komşu (vicinal) protonlara sahip olduğundan dublet (AB sistemi) vermeleri beklenir. H5 ve H8’in dubletleri 8.59 ppm dolaylarında üst üste çakışık sinyal
vermektedir. H4’ün dubleti 8.47 ppm de görülmektedir (J43=9.6 Hz). 7.70 ppm aralığında
gözlenen üst üste çakışık sinyal grubu ise H3, H6 ve H7’ye ait olduğu kesinleşmektedir.
Tribromantrasenin 13C-NMR Spektrumunda 7 tersiyer karbonun bulunması yapıda 3 brom atomu ile uyum sağlamaktadır (Şekil 2.10).
Şekil 2.9 2,9,10-Tribromantrasen (15) molekülünün 1H–NMR spektrumu (300 MHz CDCl3/ TMS)
Br
Br Br
Şekil 2.10. 2,9,10-Tribromantrasenin (15) molekülünün 13C–NMR spektrumu (75 MHz CDCl3 / TMS)
2.4. Hekzabromür 11’in Hidrolizi
Alkil ve aril doymuş halojenürlerin en yaygın reaksiyonlarından birisi nükleofillerle yer değiştirmesidir. Hekzabromür 11 benzilik konumda iki adet broma sahiptir. Brom atomu geride benzilik karbokatyon oluşturduğundan kolayca ayrılması beklenir. Alkil halojenürleri SN1 reaksiyonlarına yönelten unsurlardan birisi de gümüş desteğinde yer
değiştirme reaksiyonlarıdır (Kesim 1.5).
Benzilik konumlarda brom atomlarını hidroksil grupları ile yer değiştirmek için hekzabromür 11 AgClO4 desteğinde hidrolize tabi tutuldu (Şema 2.14).
Br Br Br Br Br Br 2 em AgClO4 / H2O Aseton, 25 oC, 3 gün Br Br OH Br Br Br 11 27, %79 Şema 2.14
Simetrik hekzabromürün Aseton’daki çözeltisi üzerine AgClO4’ün asetondaki (7
mL Aseton + 3 mL H2O) çözeltisi basınç dengeli damlatma hunisi ile ilave edildi.
Reaksiyon karanlıkta ve soğukta (0 oC) başlatıldı daha sonra oda sıcaklığında magnetik olarak karıştırılarak 3 gün devam etti. Reaksiyon gidişi İTK ile kontrol edildi. Reaksiyon balonunun dibinde oluşan gri katı çökelek süzgeç kağıdıyla süzülerek ayrıldı. Organik sıvı kısım kurutuldu. İTK incelemesinde iki madde gözlendi. Ham üründen 1H-NMR spektrumu (300 MHz) alındı. Ham ürünün kromatografide ayrılma teşebbüsü bozunma ile sonuçlanmaktadır. Kristallendirme teşebbüsleri de sonuç vermemektedir.
Şekil 2.11 Hidroliz ürünü 27’nin 1H–NMR spektrumu (300 MHz CDCl3/ TMS)
Hidroksi protonu 3 ppm civarında geniş singlet oluşturmaktadır. 5,4 ppm de görülen sinyal, dihedral açının 90 dereceye yaklaşmasından dolayı görülen geniş singlet görünümlü multiplet H4 e aittir. OH grubunun bağlı olduğu karbondaki H1 protonu OH grubunun
etkisiyle 5.9 ppm de dublet vermektedir (J12=3 Hz). 5.2 ppm’de H3 protonu komşu
Br Br OH Br B B
protonların etkisi ile dubletin dubletidir (J32=7.5 Hz). 4.8 ppm de görülen triplet görünümlü
3. DENEYSEL KISIM
3.1. Materyaller
3.1.1. Çözücüler ve Saflaştırma İşlemleri
Deneylerde kullanılan tüm çözücülerin saflaştırma işlemleri literatürde belirtildiği şekilde modern yöntemlerle yapıldı.
Tetrahidrofuran : (Merck, katalog no:2932 11 00, %99) THF’deki önemli safsızlıklar su ve peroksitlerdir. Suyun büyük bir çoğunluğu çözücü NaOH üzerinde bir gece bekletildiğinde uzaklaşmaktadır. Süzüldükten sonra bir miktar K veya Na içinde, indikatör olarak az miktarda benzofenon ilave edilerek ortamda suyun kalmadığını gösteren mavi renk oluşuncaya kadar geri soğutucu altında kaynatılır. Azot atmosferinde destillenerek moleküler elek (4 Ao) üzerinde muhafaza edilir (KN: 67 oC).
Hekzan: (Merck, katalog no:2901 10 90, %96) Derişik H2SO4 ile birkaç kez yıkandıktan
sonra KMnO4 çözeltisi ve KMnO4 rengi kaybolana kadar %10 luk H2SO4 ile tekrar yıkanır.
Sulu Na2CO3 ile çalkalanır ve CaCl2 veya Na2SO4 ile kurutulur. Destile edildikten sonra
kullanılır
Kloroform (CHCl3): Su ile iyice yıkandıktan sonra K2CO3 veya CaCl2 üzerinden
kurutulur. P2O5, CaCl2, CaSO4 veya Na2SO4 ile reflüks edilir ve daha sonra destillenir.
Metilen Klorür (CH2Cl2): (Merck, katalog no: 2903 12 00, %99) Derişik H2SO4 ile
çalkalandıktan sonra, %5 NaHCO3, Na2CO3 veya NaOH ile yıkanır. CaCl2 üzerinden
Karbontetraklorür (CCl4): (Merck, katalog no: 558-13-4, %98) Derişik sülfürik asit ile çalkalandıktan sonra, organik faz CaCl2 ve MgSO4 üzerinden kurutulur. Son olarak da
P2O5 üzerinden destile edilir.
Dietil Eter: (Merck, katalog no:2909 11 00, %99) Eterdeki başlıca safsızlıklar su, etanol ve peroksit olabilir. Bir miktar eter aynı hacimde %2’ lik KI ve birkaç damla seyreltik HCl ile çalkalamakla ele geçen karışım, nişasta çözeltisi ile mavi bir renk verirse eterde peroksit bulunduğu anlaşılır. Peroksitlerin eterden uzaklaştırılması için 60g Demir(II)Sülfat, 6 mL derişik sülfürik asit ve 110 mL su ile elde edilen çözeltinin 20 mL’si 1L eter ile çalkalanır. Sonra eterli faz alınıp susuz kalsiyum klorür ile 24 saat kurutulur. Kurutma esnasında eterdeki alkol de kalsiyum klorür tarafından uzaklaştırılmış olur. Daha sonra karışım süzülerek süzüntünün her bir litresi sodyum teli preslenir. Böylece ele geçen etere mutlak eter denir. Eter koyu renkli kapalı şişelerde saklanmalıdır. Aksi halde eterin yavaşça oksitlenmesi ile yeniden peroksitler oluşur.
Benzen: (Merck, katalog no: 2902 20 90, %99) Benzen, içerisinde bulunan tiofeni uzaklaştırmak için konsantre sülfirik asit ile çalkalanır. Daha sonra asidi uzaklaştırmak amacıyla su ile çalkalanır. % 10’luk Na2CO3 çözeltisi ile kurutulur. Süzme işleminden
sonra benzen destillenir, uygun bir kolondan geçirilir ve fraksiyon (80-81oC kaynama
noktasına sahip) birleştirilir.
Aseton : (Merck, katalog no: 2914 11 00, %99) Ticari asetondaki en önemli safsızlıklar, metanol, asetik asit ve sudur. Bu analitik belirteç, genellikle % 1 kadar yüksek oranda su içerebildiği halde, organik safsızlıkları, %1’den daha az içerir. Aseton, müteakip miktarlarda potasyum permanganat ile menekşe rengi devamlı kalıncaya dek geri soğutucu altında ısıtılır. Sonra, susuz K2CO3 veya CaSO4 ile kurutulur. Bir kurutucudan süzüldükten
3.1.2. Kimyasal Maddeler
Antrasen, brom, sodyum metoksit, gümüş perklorat, gümüş sülfat, piridin, potasyum tersiyer bütoksit, silisyum dioksit, sodyum hidroksit, hidroklorik asit, DBU (1,8-diazobisiklo[5.4.0]undec-7-ene).
3.1.3. Kromatografik Yöntemler
Kolon Kromatografisi : Ayırma ve saflaştırma işlemlerinde kristallendirme ve kolon kromatografisi yöntemleri kullanıldı. Kolon kromatografisi için dolgu maddesi silikajel 60 (70-230 mesh ASTM, Merck) ve yürütücü çözücü olarak hekzan, etil asetat, metilen klorür, kloroform kullanıldı.
3.1.4. Reaksiyon Takibi
Reaksiyon takibi 1H-NMR (60 MHz) spektroskopisi ve ince tabaka kromatografisi (DC-Alufolien Kiesegel 60 F254) ile yapıldı. İTK’daki lekeler UV (254 nm) ile gözlendi.
3.1.5. Spektroskopik Yöntemler
1H-NMR Jeol 60 MHz Spektrometre (GOP Üniversitesi, Kimya Bölümü)
Bruker 300 MHz Spektrometre (Sakarya Üniversitesi, Kimya Bölümü)
13 C-NMR Bruker 75 MHz Spektrometre (Sakarya Üniversitesi, Kimya Bölümü)
IR Jasco FT/ IR 430 (GOP Üniversitesi, Kimya Bölümü)
3.1.6. Tezin Yazımı ve Basımı
Tez Celeren 2200 işlemci bilgisayarda yazıldı ve lazer yazıcı ile çıktısı alındı. Tezde bulunan tüm şekiller Mustek marka tarayıcı ile kopyalandı. Tezde yer alan molekül şekilleri ChemDraw Ultra 8.0 programı ile çizildi.
3.1.7. Fotobromlama Reaksiyon Düzeneği
Fotobrominasyon düzeneği (Şekil 3.1), en içte projeksiyon lambasının daldırıldığı bir silindirik yuva ve bu yuvanın hemen dışında lambadan kaynaklanan ısının engellenmesi amacıyla bir su haznesinin bulunduğu şilifli bir parça ile bu parçanın şilifle orta boynuna oturtulduğu üç boyunlu reaksiyon muhtevasının konulduğu bir hazneden oluşmaktadır. İçteki su haznesi sayesinde dışardan olduğu gibi aynı zamanda içten de soğutma yapılabilmekte ve fotobrominasyon reaksiyonunun soğutarak aşağı sıcaklıklarda, ısıtarak da yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilebilmesi mümkün olmaktadır. Bir voltaj ayarlayıcısı kullanılarak ampülün ışın şiddeti azaltılıp artırılabilmektedir.
3.2. DENEYLER 3.2.1. 9,10-Dibromantrasenin Hazırlanması Br Br 2 e.m. Br2 CH2Cl2 , 0 oC, 60 dk 1 2 , %98
Hekzanda 2-3 defa yeniden kristallendirilmiş teknik antrasen (2.0 g, 11.23 mmol) altı yuvarlak bir reaksiyon balonunda (250 mL) destile CH2Cl2’de (120 mL) çözündü.
Reaksiyon sırasında açığa çıkacak olan HBr gazını tutmak için reaksiyon balonuna mavi silikajel ve NaOH içeren bir tuzak monte edildi. Manyetik olarak karıştırılan ve 0 oC’ye soğutulan (tuz-buz banyosu) çözeltiye yine 0 °C’ye soğutulan (tuz-buz banyosu) bromun (3.59 g, 22.47 mmol) 10 mL CH2Cl2’deki çözeltisi damlatma hunisi yardımı ile 10 dakika
içinde ilave edildi. Bu esnada şiddetli HBr çıkışı gözlendi. 45 dakika süre ile 0 oC’de karıştırıldı. Reaksiyonun ilerleyişi 1H NMR spektroskopisi ve ince tabaka kromatografisi ile kontrol edildi. Çözücü döner buharlaştırıcıda uzaklaştırıldı. Çöküntü kısa bir Al2O3 (10
g)’dan hekzan ile süzülerek saflaştırıldı. Ürün CHCl3 (120 mL)’de oda sıcaklığında
kristallendirildi (Verim: 3.70 g, %98). Sarı renkte iğne kristallerin erime noktası 222-223
oC bulundu.
1H-NMR (400 MHz, CDCl
3): δ=8.60 (m, AA’BB’ sisteminin A bölümü, 4H, H1, H4, H5,
H8), 7.66 (m, AA’BB’ sisteminin B bölümü, 4H, H2, H3, H6, H7). 13C-NMR : 131.6, 129.7,
3.2.2. 9,10-DiBA (2)’ nin Dıştan Işınlama Yoluyla Bromlanması Br Br Br Br + Br2 /hv (150 W) CHCl3, 2 saat 25 0C Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br + 2 11, %73 12, %8 13, %5
Reaksiyon balonuna 9,10-DiBA 2 (1.0 g, 2.98 mmol) alınarak CHCl3 (50 mL)’de
çözüldü. Üzerine CHCl3 (10 mL)’de çözülmüş 1,2 g Br2 (0,38 mL; 7.44 mmol) damla
damla 10 dk. da ilave edildi. Magnetik olarak karıştırılan çözelti 150 Watt’lık projektör lambası ışığı ile ışınlandırıldı. Reaksiyon kabı su sirkülasyonu ile soğutuldu. Reaksiyon karışımı 1 saat ışınlandırıldı. İTK ve 1H-NMR ile reaksiyon ilerleyişi kontrol edildi. Başlangıç maddesinin tamamen bittiği noktada ışınlandırma işlemine son verildi. Çözücü ve bromun fazlası döner buharlaştırıcıda uzaklaştırıldı. İTK incelemesinde (hekzan) üç nokta gözlendi. 11, 12 ve 13 bileşikleri için sırasıyla Rf: 0.36, 0,27, 0.22 olarak belirlendi. Karışım CHCl3 (20 mL) de kristallenmeye tabi tutuldu. Kristallenen hekzabromür 11
bileşiği ayrıldı (1.12 g, %57 ). Çözücü uzaklaştırıldıktan sonra ham ürün karışımı silika jel (90 g) kolona yüklendi. Hekzan ile (1250 mL) yürütülen karışımdan 50 fraksiyon alındı. Hekzabromür 11 (300 mg, toplam verim 1.42 g, %73), hekzabromür 12 (160 mg, %8) ve hekzabromür 13 (100 mg, %5) ürünleri CHCl3 de yeniden kristallendirildi.
Hekzabromürlerin erime noktası 11, 12 ve 13 için sırayla 168 oC, 178 oC ve 182 oC’ de bozunma şeklinde gözlendi.
Rf = 0,22
Rf = 0,27
Rf = 0,36 (11)
(12) (13)
3.2.3. 9,10-Dibromantrasenin Gün Işığında Bromlanması Br Br 4 Eş. mol Br2 CH2Cl2, gün ışığı, 3 gün, 25 oC (Dönüşüm %99) Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 13 + 2 11, % 86 12 + Ürünler : 11 : 12 : 13 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 91 : 4 : 4 : 1
250 ml’lik bir balona 9,10-dibromantrasen (2) (1.0 g, 2.95 mmol) alındı. CH2Cl2’de (80
ml) çözüldü. Üzerine CH2Cl2’de (10 mL) çözülmüş 1,9 g Br2 (11.83 mmol) damlatma
hunisi ile damla damla 1 saatte oda sıcaklığında ilave edildi. Reaksiyon balonuna mavi silikajel ve pelet şeklinde NaOH bulunan kurutma tüpü takıldı. İTK ve 1H-NMR ile reaksiyon ilerleyişi kontrol edildi. Gün ışığında reaksiyon muhtevası 3 gün karıştırıldı. Havanın güneşli olmadığı kapalı günlerde yapılan bir denemede 7 günlük süre içinde bile başlangıç materyalinin çoğunun dönüşüme uğramadığı görüldü. Reaksiyon sonlandırıldıktan sonra çözücü döner buharlaştırıcıda uzaklaştırıldı ve ham ürün tartıldı (2.02 g). Madde kısa silikajel (15 g) kolondan hekzan (30 mL) ile süzüldü. İTK incelemesi (kloroform:hekzan, 1:10) ortamda bulunan diğer izomerlerin varlığını gösterdi. Hekzabromür 11, 12, 13, ve dibromür 2’nin Rf değerleri sırası ile 0.42, 0.36, 0.26, ve 0.71’dir. Benzende (50 mL) çözülerek kristallenmeye bırakıldı (oda şartlarında, karanlıkta, balon ağzı açık). Oluşan kristallerden alınan X-ray ve 1H-NMR spektrumu yapının simetrik hekzabromantrasen 11 olduğunu gösterdi (1.671g, %86 izole verim, şeffaf, iğne). Erime noktası 158 oC de (bozunma) gaz çıkışı ile (HBr) gözlendi.
Rf = 0,71 Rf = 0,26 Rf = 0,42 Rf = 0,36 (2 ) (11 ) (12 ) (13 )
3.2.4. 9,10-diBA (2)’ nin SiO2 İle Reaksiyonu
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 13 + 2 11, % 74 12 + Br2 + SiO2 Benzen, karanlık, 25 oC, 4 gün (dönüşüm %90) Ürünler : 11 : 12 : 13 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 80 : 6 : 4 : 10
150 mL’lik bir balona alınan 9,10-dibromantrasen (1g, 2.95 mmol) benzende (70 mL) çözüldü. Üzerine 250 oC’de 1 saat kurutulmuş SiO2 (2.212 g, 36.87 mmol) ilave
edildi. Benzende (10 mL) çözülmüş 2.5 Eşdeğer mol Br2 (1.872 g, 7.39 mmol) bir huni
yardımıyla reaksiyon balonuna bir kerede ilave edildi. Reaksiyon oda sıcaklığında, karanlıkta magnetik olarak 1 gün karıştırıldı. İTK ve 1H-NMR spektrum incelemelerinden
sonra başlangıç maddesinin bitmediği ancak büyük oranda hekzabromür 11’e dönüşüm olduğu görüldü. Başlangıç maddesinin bitmesi için reaksiyon 1 gün daha karıştırılmaya devam edildi. Ancak oluşan hekzabromürün bir yandan aromatlaştığı düşünüldü. Silika jel’i uzaklaştırmak için önce çeker ocakta süzme işlemi yapıldı. Karışım sodyum tiyosülfatın (Na2O3S2) doygun çözeltisi ile ekstrakte edildi. Organik sıvı kısım kalsiyum
klorür (CaCl2) üzerinden kurutuldu. Daha sonra çözücü döner buharlaştırıcıda
çözüldü ve buzdolabı buzluğunda kristallenmeye bırakıldı. Çözücü uzaklaştırılıp madde tartıldı (1.564 g). Ürün kristallenmeye tabi tutuldu. Simetrik hekzabromür 11 (1.43 g, % 74, şeffaf, iğne, EN: 158 oC ) fraksiyonlu kristallendirme ile elde edildi. Kristal üstünde bulunan antisimetrik hekzabromür (12) ve 9,10-dBA (2) karışımının daha ileri kristallendirme çalışmaları netice vermedi.
3.2.5. 9,10-DiBA (2)’nin Moleküler Brom İle Fotobrominasyonu
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 13 + 11, % 85 12 + Br2 / hv (150W) CH2Cl2, 2 s. (dönüşüm %90) Ürünler : 11 : 12 : 13 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 88 : 4 : 3 :5
Çeker ocak içinde içten ışıklandırmalı, su soğutmalı 120 mL hacimli fotokimya balonunda 9,10-dibromantrasen (2) (1 g, 2.97 mmol) CH2Cl2 de (85 ml) çözüldü. Üç
boyunlu fotokimya reaktörünün ortadaki boynuna ışık kaynağı yerleştirildi. Diğer boyunlardan birine kurutma tüpü diğerine ise damlatma hunisi takıldı. CH2Cl2’de (10 mL)
çözülmüş 1.9 g Br2 (7.44 mmol) damlatma hunisine alınarak damla damla 30 dk. da
reaksiyon ortamına ilave edildi. Magnetik olarak karıştırılan çözelti 150 Watt’lık ışık ile içten ışınlandırıldı. Reaksiyon kabı su sirkülasyonu ile soğutuldu. Fotokimya reaktörünün etrafı etkin ışıklandırma amacıyla alüminyum folyo ile sarıldı. Reaksiyon karışımı 2 saat ışınlandırıldı. İTKve 1H-NMR ile reaksiyon ilerleyişi kontrol edildi. Reaksiyon bittikten sonra çözücü döner buharlaştırıcıda uzaklaştırıldı. Açık yeşil renkteki katı ham ürün (1.92 g) küçük silikajel kolondan (10 g) süzüldü. Ortamda kalan renkli safsızlıkları gidermek amacıyla karışıma aktif kömür ilave edilerek süzgeç kağıdından tekrar süzüldü. Çözücü uzaklaştırılıp tartıldı (1.87 g). Kloroformda (70 mL) çözerek oda sıcaklığında, ağzı açık kristallenmeye bırakıldı, kristallenme başladığında ağzı kapatılarak buzdolabı buzluğuna
alındı. Fraksiyonlu kristallendirme ile 8 gün içinde oluşan kristaller ayrıldı (1.68 g, beyaz, iğne, % 85). Erime noktası 158 oC de (bozunma şeklinde) gözlendi. Kristal üstünde kalan kısımdan alınan 1H NMR spektrumundan cis-trans-cis hekzabromantrasen ve başlangıç maddesi olan dibromantrasen 2 olduğu ve çok az miktarda da 13 ve 14 stereoizomerleri gözlendi. Daha ileri kristallenme sonuç vermedi. İTK incelemesi de karışımda dört ürün gösterdi. Rf değerleri (hekzanda) 2, 11, 13 ve 14 için sırası ile 0.67, 0.32, 0.22 ve 0.17’dir.
Rf = 0,17 Rf = 0,22 Rf = 0,32 Rf = 0,67 (2) (11) (13) (14)
1H-NMR (300 MHz, CDCl3): 8.4 ppm (AA′BB′ sisteminin A kanadı, dd, 2H, H5 ve H8), 7.7 ppm (AA′BB′ sisteminin B kanadı, dd, 2H, H6 ve H7), 5.9 ppm (AA′BB′ sisteminin A
kanadı, dd, 2H, H1ve H4), 5.3 ppm (AA′BB′ sisteminin B kanadı, dd, 2H, H2 ve H3). IR
(KBr, cm-1) : 2975 (C-H, aromatik), 1481 (C=C, aromatik halka gerilmeleri), 1253 (C-Br), 1174, 1014, 952, 779, 663. 60 120 80 100 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
3.2.6. Hekzabromür 11’in Sodyum Metoksitle (NaOCH3) Reaksiyonu Br Br Br Br Br Br Br Br Br 2.5 E.m. CH3ONa THF, N2 atm., 1gün karanlık, 25oC Br Br Br Br Br + + Br 11 15 16 2 Ürünler : 15 : 16 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 57 : 40 : 3
Hekzabromür 11’den 0.5 g (0.76 mmol) musluklu balona alınarak vakumda 30 dk kurutuldu. Taze destillenmiş azot atmosferinde alınmış kuru THF’ de (10 mL) çözüldü. 2,5 eşdeğer mol katı NaOCH3’den azot atmosferinde 0.102 g (1.90 mmol) alınarak kuru THF
de (25 mL) çözüldü. Madde şırıngayla damlatma hunisine alındı ve damla damla NaOCH3
üzerine ilave edildi. Reaksiyon N2 atmosferinde karanlıkta 1 gece devam etti. Reaksiyon
gidişi İTK ile kontrol edildi. Eterle (40 mL) ekstrakte edildi. Ortamdaki THF su fazına geçtiğinde maddenin bir kısmı katı halde çöktü. Çöken madde benzende (200 mL) çözüldü. Organik sıvı kısım CaCl2 üzerinden kurutuldu. Çözücü döner buharlaştırıcıda
uzaklaştırıldı. Madde tartıldı (0.338 g). EN: 135 oC’de bozunma 180 oC’ de tamamen erime gözlendi. Karışım kristallendirme ile ayrılamadı. 1H-NMR (300 MHz) spektrumunda üç ürün görüldü. İntegrasyon oranına göre 15, 16 ve 2 ürünlerinin miktarları sırasıyla 57:40:3 oranında olduğu belirlendi. İTK’da Rf değerleri (hekzanda) 0.70 (2) ve 0.76 olan iki nokta belirlendi.
Rf = 0,76 Rf = 0,70
3.2.7. Hekzabromür 11’in DBU Bazı İle Reaksiyonu Br Br Br Br Br Br Br Br Br 2.5 E.m. DBU THF, 0 oC, karanlık, 5 saat Br Br Br Br Br + + Br 15 16 2 11 Ürünler : 15 : 16 : 2 1H-NMR İntegral Oranı (Nispi oran) : 66 : 22 : 12
250 mL’lik bir balona simetrik hekzabromür (0.7 g, 1.067 mmol) alındı. THF’de (40 mL) çözüldü. Üzerine THF’de (20 mL) çözülmüş DBU (1,8-diazobisiklo[5.4.0]undec-7-ene) bazı (0.406 g, 2.66 mmol) basınç dengeli damlatma hunisi ile damla damla ilave edildi. Reaksiyon karanlıkta ve soğukta (0 oC) magnetik olarak 5 saat karıştırıldı. Reaksiyon gidişi İTK ile kontrol edildi. Organik sıvı kısım eterle (40 mL) ekstrakte edildi. Ekstraksiyon esnasında madde çökmeye başladı. Benzen (100 mL) ilave edilerek katı kısmın çözünmesi sağlandı. CaCl2 üzerinden kurutuldu. Çözücü uzaklaştırıldı ve madde
tartıldı (0.42 g). EN: 110 oC’de bozunma, 155-160 oC’de tamamen erime gözlendi. Madde CHCl3’de (30 mL) kristallenmeye bırakıldı ancak kristallenme ile maddeler ayrılamadı. 1H-NMR spektrumu incelemeleri NaOCH
3 ile reaksiyonda olduğu gibi benzer ürün
dağılımı gösterdi. Ürün oranı 15, 16 ve 2 için sırası ile 66:22:12 olduğu görüldü. İTK’da Rf değerleri (hekzanda) 0.70 (2) ve 0.78 olan iki nokta belirlendi.
3.2.8. Hekzabromür 11’in NaOH ile Reaksiyonu
Br Br Br Br Br Br 2.5 E.m NaOH THF+ H2O, 0 oC 3 saat, karanlık Br Br
250 mL’lik bir balonda simetrik hekzabromür (0.5 g, 0.76 mmol) THF’de (25 mL) çözüldü. Tuz-buz banyosunda soğutulan çözeltiye NaOH’ın (0.69 g, 3.35 mmol) THF’ deki çözeltisi (10 mL THF + 3 mL H2O) basınç dengeli damlatma hunisi ile damla damla
15 dk’da ilave edildi. Reaksiyon karanlıkta ve soğukta (0 oC) magnetik olarak karıştırıldı (3 saat). Reaksiyonun ilerleyişi İTK ile kontrol edildi. CH2Cl2 (40 mL) ve H2O ile
ekstrakte edildi. CaCl2 üzerinden kurutuldu, tartıldı (0.32 g, %95). Erime noktasına bakıldı
(215 oC,). 1H NMR spektrumu ve İTK incelemesi (Rf=0.71) ürünün 9,10-dibromantrasen olduğunu gösterdi. 3.2.9. 2,9,10-Tribromantrasen (15)’ in Sentezi Br Br Br Br Br Piridin karanlık, 25 oC 1 gece 11 15, %94 Br Br Br Br
100 mL lik bir balona hekzabromantrasen 11’den 0.2 g (0.32 mmol) alındı. Piridin’de (20 mL) çözüldü. Piridin eklenir eklenmez çözelti önce pembe daha sonra kırmızı bir renk aldı. Reaksiyon balonuna kurutma tüpü takılarak karanlıkta, oda sıcaklığında manyetik olarak bir gece karıştırıldı. İTK ile kontrol edildiğinde tek ürün gözlendi. Ortamda kalan piridin, 1.56 M, 150 mL HCl (%33 lük) çözeltisi ile ekstrakte edilerek uzaklaştırıldı. Madde CaCl2 üzerinden kurutuldu ve tartıldı (0.127 g, %94 izole verim). EN: 172-173 oC’de gözlendi. Alınan 300 MHz 1H NMR spektrumundan yapının 2,9,10-tribromantrasen
(15) olduğu anlaşıldı.
1H-NMR (300 MHz, CDCl3): 8.7 ppm (m, 2H, H1), 8.4 ppm (d, 1H, H4), 7.7 ppm (m, 3H,
H3, H6, H7). 13C-NMR δ 133.1, 133.0, 132.8, 132.1, 131.9, 130.3, 130.24, 130.0, 129.7,
129.4, 125.7, 125.5, 124.4, 124.1. IR (KBr, cm-1) : 3093 (C-H, aromatik), 1465 (C=C, aromatik halka gerilmeleri), 1209 (C-Br), 1120, 1072, 937, 862, 711, 686.
3.2.10. Hekzabromür 11’in Hidrolizi Br Br Br Br Br Br 2.2 E.m. AgClO4 Aseton, 25 0C 3 gün Br Br OH Br Br Br 11 19, %79
250 mL lik bir balona hekzabromantrasen 11’den 1.0 g (1.52 mmol) alındı. Asetonda (80 mL) çözüldü. Üzerine 2.2 e.m. AgClO4’ün (0.208 g, 1.0 mmol) asetondaki çözeltisi (7
mL aseton + 3 mL su) damlatma hunisi ile damla damla 15 dk. da ilave edildi. Reaksiyon karanlıkta ve soğukta (0 oC) başlatıldı. Muhteva daha sonra oda sıcaklığında magnetik olarak 3 gün karıştırıldı. Reaksiyon balonunun dibinde oluşan gri çökelek, süzgeç kağıdından süzülerek uzaklaştırıldı. Sarı renkli organik sıvı kısım Na2SO4 üzerinden
kurutuldu. Çözücü döner buharlaştırıcıda uzaklaştırıldı ve madde tartıldı (0.76 g). İTK incelemesinde 2 nokta gözlendi. Koyu kırmızı renkteki madde, CH2Cl2 (2 mL)’ de
çözüldü. Üzerine hekzan (2 mL) ilave edildiğinde madde katı halde dibe çöktü ve koyu kırmızı renkli sıvı açık sarı renk aldı. Sarı renkteki sıvı kısımda aromatik ürün olduğu görüldü. Dibe çöken katı kısım kurutulup tartıldı (0.64 g, EN: 165 oC, % 79). İTK incelemesinde (etilasetat : hekzan, 1:4) iki nokta gözlendi (Rf = 0,21, Rf=0.9).
50 110 60 80 100 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
Rf = 0,21 Rf = 0,90
1H-NMR spektrumundan hidrolizin gerçekleştiği belirlendi. Alınan IR
spektrumundan da OH grubunun varlığı tespit edildi. Kristal üstünün 1H NMR spektrumu incelemesi diğer ürünün 9,10-diBA olabileceğini gösterdi.
1H-NMR (300 MHz, CDCl
3): 8.4 ppm (m, 2H, H5,H8), 7.7 ppm (m, 2H, H6,H7), 5.9 ppm
(d, 1H, H1), 5.4 ppm (s, 1H, H4)5.2 ppm (dd, 1H, H3), 4.8 ppm (m, 1H, H2), 3.1 ppm (s,
1H, OH). IR (KBr, cm-1) : 3546 (OH), 2946 (C-H, aromatik), 1477 (C=C, aromatik halka gerilmeleri), 1247 (C-Br), 1153, 1010, 896, 786, 686. 30 110 40 60 80 100 4000 3000 2000 1000 400 %T Wavenumber[cm-1]
4. TARTIŞMAVESONUÇ
Bu çalışmada, 9,10-dibromantrasenin radikalik bromlamaya yüksek bir reaktivite gösterdiği ortaya kondu. Değişik reaksiyon şartları denenerek katılma ürünü hekzabromür 11, tek ürün halinde, seçici olarak yüksek bir verimle eldesi başarıldı. Bu çalışmalar ile antrasen çok yönlü işlevsel hale getirildi (Şema 4.1).
Grubumuzda yapılan çalışmalarda 9,10-diBA’nin (2) harici ışınlama ile radikalik bromlanması incelenmiş ancak stereoizomer ürün karışımı elde edilmişti (Gülçin, 1996). Bu çalışmada harici ışınlama yöntemi deneyi tekrarlanarak deney parametreleri optimize edilmiştir. Ayrıca dahili ışınlama metodu kullanılarak hekzabromürün tek ürün halinde eldesi (% 85 verim) sağlanmıştır (kolon kromotografisi kullanmadan doğrudan kristallenme metodu). Ayrıca hiçbir reksiyon düzeneği ve ışınlama aracı kullanılmadan doğrudan gün ışığı etkisi ile aynı ürüne ulaşılacağı gösterilmiştir. Radikal bromlama yöntemine ek olarak polar bromlama yöntemi ile de (katı destekli bromlama yöntemi, SiO2
destekli) aynı ürüne seçici olarak ulaşılacağı gösterilmiştir.
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br2 / hv (harici) CHCl3 , 2.5 s. Br2 / hv (dahili) CH2Cl2 , 2 s. Br2 / hv (gün ışığı) CH2Cl2 , 3 gün Br2 / SiO2 benzen, karanlık %73 % 8 % 5 (izole verim) 11 12 13 %85 (izole verim) 88 : 4 : 3 (oran) 91 : 4 : 4 (oran) 80 : 6 : 4 (oran) %74 (izole verim) %86 (izole verim) (dönüşüm %95) 2 (dönüşüm %90) (dönüşüm %99) Şema 4.1
Önceki çalışmalarda 9,10-diBA (2)’nin polar bromlanması farklı stereoizomer karışımı oluşturmaktadır (Çakmak ve ark., 2006). Halbuki SiO2 ile karanlıkta (polar ortam)
bromlanması radikalik şartlarda oluşan hekzabromürü (11) oluşturduğu görülmüştür (Şema 4.2). Br Br Br Br Br Br Br Br 11 2 SiO2 benzen, karanlık Br2 / CH2Cl2 karanlık, 20 gün Br Br Br Br Br Br 12 Br Br Br Br Br Br 13 + Şema 4.2
HBA 11 bileşiği, 2 mol HBr çıkararak aromatikleşme için uygun iskelete sahiptir. Bu amaçla HBA 11’in değişik bazlar ve değişik ortamlarda HBr çıkarma reaksiyonları incelendi. CH3ONa/THF ile içerisinde kuru ortamda reaksiyonu sonucunda aromatik ürün
karışımı elde edildi (Şema 4.3). İntegrasyon oranına göre 15, 16, 2 ürünleri sırasıyla 57:40:3 oranında gözlendi. Ürünler kristallenme yolu ile ayrılmadığı gibi Rf değerlerinin yaklaşık aynı olması yüzünden kromatografik olarak da ayrılamamaktadır. Ancak bu karışım ileri dönüşümlerde doğrudan kullanılabilir. Dönüşüm ürünleri ayırma yöntemleri ile ayrılabilir.
Hekzabromür hem CH3ONa hem de DBU ile çıkarma reaksiyonuna tabi tutuldu.
Reaksiyonlar 15, 16 ve 2’nin karışımını verdi. Ancak hekzabromantrasen 11’in piridin ile muamelesi sonucunda tribromür 15, tek ürün halinde ve yüksek verimle (% 94) elde edildi. HBA 11’in NaOH ile reaksiyonunda ise 9,10-diBA 2 tek ürün olarak elde edildi (Şema 4.3).
Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br CH3ONa THF, karanlık Br Br Br + + 11 57 : 40 : 3 (oran) 15 16 2 DBU / THF Piridin 66 : 22 : 12 (oran) %94 (izole) karanlık %95 (izole) NaOH / THF karanlık Şema 4.3
Bu çalışma daha önce sentezlenen tetrabromantrasen türevlerine (16 ve 17) ek olarak tribromür 15 sentezi başarıldı. Beklenen ürünlerden tetrabromür 25 ve tribromür 26’nın oluşmamasını brom atomlarının γ-gauch pozisyonunda olmalarından dolayı enerjiyi yükseltmelerine atfedilebilir. Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br Br 15 16 17 Br Br Br Br Br Br baz Br Br Br Br Br Br Br baz 25 11 26
Hekzabromantrasen 11’in gümüş destekli hidroliz reaksiyonu monohidroksiantrasen 27’nin %79 verimle oluşumu ile sonuçlandı (Şema 4.4). Reaksiyon 2 e.m. AgClO4 ile
yürütülmesine rağmen mono hidroksi bileşiğinde kalması ikinci sübstitüsyonu hidroksi grubunun engellediği düşünülebilir.
Br Br Br Br Br Br 2 Em. AgClO4 / H2O Aseton, 25 oC, 3 gün Br Br OH Br Br 11 27, %79 Br Şema 4.4
Bu çalışmanın ileri safhasında oluşturulan dihidroksi (19) ve mono hidroksi (27 ) ürünleri mono ve diepoksite dönüştürülecektir. Aynı zamanda dihidroksi ve mono hidroksi tetrahidroantrasenler ısıtılarak aromatlaştırılabilir. Sonuçta bromohidroksiantrasenler elde edilebilir. Diepoksitler sentetik potansiyeli yüksek olduğundan nükleofillerle reaksiyonu ve sonra tekrar aromatlaştırılması sonucu yeni antrasen türevleri sentezlenebilir. Grupta bu yönde çalışmalar devam etmektedir.
Br Br Br Br Br Br Br Br OH OH Br Br Br Br O O Ag+/H 2O NaOCH3 Br Br Nu Nu Br Br Br Br OH OH Br Br Nu Nu
Ag+/ nükleofil (Nu) ısı-HBr 1.nükleofil (Nu)2.TosCl
3.baz 11 19 20 29 30 31 Br Br Nu Nu 31 Nu=OCH3, RNH NO3, CH3COO -aromatikleştirme Nu=OCH3, RNH NO3, CH3COO -Şema 4.5
