T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

T.C.

İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

DİİYODO[1,3-DİALKİLBENZİMİDAZOL-2-

İLİDEN]PİRİDİNPALLADYUM(II) KOMPLEKSLERİNİN SENTEZİ VE ÖZELLİKLERİ

FATOŞ ERDEMİR

YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA ANABİLİM DALI

HAZİRAN

2018

Ailem’e

Tezin Başlığı : Diiyodo[1,3-dialkilbenzimidazol-2-İliden]piridinpalladyum(II) Komplekslerinin Sentezi ve Özellikleri

Tezi Hazırlayan : Fatoş ERDEMİR Sınav Tarihi : 01.06.2018

Yukarıda adı geçen tez jürimizce değerlendirilerek Kimya Ana Bilim Dalında Yüksek Lisans Tezi olarak kabul edilmiştir.

Sınav Jüri Üyeleri

Tez Danışmanı : Prof. Dr. Yetkin GÖK İnönü Üniversitesi

Doç. Dr. Beyhan YİĞİT Adıyaman Üniversitesi

Doç. Dr. Ülkü YILMAZ İnönü Üniversitesi

Prof. Dr. Halil İbrahim ADIGÜZEL Enstitü Müdürü

iv ONUR SÖZÜ

Yüksek lisans tezi olarak sunduğum ‘‘Diiyodo[1,3-Dialkilbenzimidazol-2- iliden]PiridinPalladyum(II) Komplekslerinin Sentezi Ve Özellikleri” başlıklı bu çalışmanın bilimsel ahlak ve geleneklere aykırı düşecek bir yardıma başvurmaksızın tarafımdan yazıldığını ve yararlandığım bütün kaynakların, hem metin içinde hem de kaynakçada yöntemine uygun biçimde gösterilenlerden oluştuğunu belirtir, bunu onurumla doğrularım.

Fatoş ERDEMİR

v ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

Diiyodo[1,3-dialkilbenzimidazol-2-iliden]piridinpalladyum(II) Komplekslerinin Sentezi ve Özellikleri

Fatoş ERDEMİR

xxviii + 117 İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Ana Bilim Dalı

Danışman: Prof. Dr.Yetkin Gök

Organometalik kimyada N-heterosiklik karbenler (NHC) ve geçiş metal kompleksleri çok dikkat çekmektedir. NHC'ler, çoğunluğu geçiş metalleri ile çok kararlı bağlar oluşturabilen güçlü σ-verici ve zayıf π-alıcı ligandlardır. NHC'lerin düşük toksisite, yüksek kimyasal ve termal kararlılık gibi dikkat çekici özellikleri fosfinlere karşı alternatif olarak görülmektedir. Bu özelliklerinden dolayı NHC-Metal kompleksleri Suzuki-Miyaura, Sonogashira-Hagihara ve Mizoroki-Heck reaksiyonları gibi çapraz eşleşme reaksiyonlarında yüksek katalitik aktivite göstermektedir. Ayrıca NHC öncülleri ve metal-NHC komplekslerinin antibakteriyel, antimikrobiyal, antioksidan, antifungal, enzim inhibisyonu ve antikanser gibi bir çok biyolojik aktiviteleri vardır.

vi Bu tezde yapılan çalışmalar sekiz başlıkta özetlenebilir.

1) Yapılan çalışmalarda karben öncülü olarak 2-hidroksietil sübstitüyent içeren benzimidazolyum tuzu (2) sentezlenmiş ve yapıları uygun spektroskopik yöntemler ile aydınlatılmıştır.

N N

I OH

R

R

a C₆H₅ f C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6 b C₆H₄CH₃-2 g CH₂CH₂OH c C₆H₄CH₃-3 h CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH₂CH₃ e C₆H₄(CH₃)₃-2,4,6 i CH(CH₃)₂ 2

Ayrıca, farklı anyon içeren 2-hidroksietil sübstitüyentli benzimidazolyum tuzları da sentezlenmiştir.

N N

X OH

X: Br 2k PF₆ 2l Cl 2m

2) Sentezlenen benzimidazolyum tuzları, PdCl₂ ve piridin ile etkileştirilerek NHC- Pd(II)-Piridin komplekleri (3) elde edilmiş ve yapıları uygun spektroskopik yöntemlerle aydınlatılmıştır.

R

a C₆H₅ f C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6 b C₆H₄CH₃-2 g CH₂CH₂OH c C₆H₄CH₃-3 h CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH₂CH₃ e C₆H₄(CH₃)₃-2,4,6 i CH(CH₃)₂ 3

N N

Pd N I I OH

R

3) Hazırlanan NHC-Pd(II)-Piridin kompleksleri kullanılarak trans ligant değişim yöntemi ile NHC-Pd-PPh3 komplekleri (4) elde edilmiş ve yapıları uygun spektroskopik yöntemlerle aydınlatılmıştır.

vii R

a C₆H₅ f C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6 b C₆H₄CH₃-2 g CH₂CH₂OH c C₆H₄CH₃-3 h CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH₂CH₃ e C₆H₄(CH₃)₃-2,4,6 i CH(CH₃)₂

4 N N

Pd P R

HO I I

4) Hazırlanan NHC-Pd(II)-Piridin kompleksleri kullanılarak trans ligant değişim yöntemi ile NHC-Pd-2-aminopiridinkomplekleri (5) elde edilmiş ve yapıları uygun spektroskopik yöntemlerle aydınlatılmıştır.

R

a C₆H₅ f CH₂CH₂OH b C₆H₄CH₃-2 g CH₃ c C₆H₄CH₃-3 h CH₂CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH(CH₃)₂ e C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6

5 N N

Pd N I I OH

R

H₂N

5) Sentezlenen benzimidazolyum tuzlarının (2) Mizoroki-Heck ve Suzuki-Miyaura eşleşme reaksiyonlarında katalititik özellikleri incelenmiştir.

Br

DMF/H₂O, K₂CO₃ 80^oC, 2 saat R

Pd(OAc)₂

(Mizoroki-Heck Reaksiyonu)

X R

B(OH)₂

Pd (OAc)₂ DMF Cs₂CO₃

R

(Suzuki-Miyaura Reaksiyonu) 6) Sentezlenen NHC-Pd(II)-Piridin (3) ve NHC-Pd(II)-PPh3 (4) kompleklerinin Sonogashira-Hagihara eşleşmesi reaksiyonundaki katalitik özellikleri incelenmiştir.

X HC CR

kat.

baz

R

viii 7) Sentezlenen NHC-Pd(II)-PPh3 (4) komplekslerinin Mizoroki-Heck eşleşmesi reaksiyonundaki katalitik aktiviteleri incelenmiştir.

8) Hazırlanan bazı 2-hidroksietil sübstitüyentli benzimidazolyum tuzlarının (2) hCAI ve hCAII izoenzimleri, AChE, BChE, α-glikozidaz enzimlerine karşı inhibisyon etkileri incelenmiştir.

ANAHTAR KELİMELER: N-heterosiklik karben; Benzimidazol; NHC-Pd(II)- pridin (PEPPSI) kompleksleri; NHC-Pd(II)-PPh3 kompleksleri; NHC-Pd(II)-2- aminopiridin kompleksleri; C-C bağ aktivasyonu; Suzuki-Miyaura reaksiyonu;

Sonogashira reaksiyonu; X-kristalografi, enzim inhibisyonu.

ix ABSTRACT

M.Sc.Thesis

Synthesis and Properties of Diiyodo[1,3-dialkylbenzimidazol-2- ylidene]pyridinpalladium(II) Complexes

Fatoş ERDEMİR

xxviii + 117 İnönü Üniversity

Graduate School of Natural and Applied Sciences Chemistry Department

Supervisor: Prof. Dr.Yetkin Gök

N-heterocyclic carbenes (NHC) and transition metal complexes are very attractive in organometallic chemistry. NHCs are strong σ-donor weakly π- acceptor ligands that form very stable bonds with the majority of transition metals. The attractive properties of NHCs, such as high chemical and thermal stability and low toxicity, are seen as an alternative to phosphines. Because of these properties, NHC-Metal complexes exhibit high catalytic activity in cross- linking reactions such as Suzuki-Miyaura, Sonogashira-Hagihara and Mizoroki- Heck reactions. In addition, NHC precursors and NHC-Metal complexes have many biological activities such as antibacterial, antimicrobial, antioxidant,

antifungal, enzyme inhibition and anticancer.

x The results of this study could be summarized in eight main sections:

1) In the present study, 2-hydroxyethyl substituted benzimidazolium salts (2) were synthesized by using carbene precursors with aryl/alkyl halides. The structures of the complexes were elucidated by appropriate spectroscopic techniques.

N N

I OH

R

R

a C₆H₅ f C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6 b C₆H₄CH₃-2 g CH₂CH₂OH c C₆H₄CH₃-3 h CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH₂CH₃ e C₆H₄(CH₃)₃-2,4,6 i CH(CH₃)₂ 2

2-hydroxyethyl substituted benzimidazolium salts were synthesized that contain different halogens.

N N

X OH

X: Br 2k PF₆ 2l Cl 2m

2) NHC-Pd(II)-Pyridine complexes (3) were synthesized by the reaction of benzimidazolium salts (2), palladium and pyridine compounds. The structures of the complexes were elucidated by appropriate spectroscopic techniques.

R

a C₆H₅ f C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6 b C₆H₄CH₃-2 g CH₂CH₂OH c C₆H₄CH₃-3 h CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH₂CH₃ e C₆H₄(CH₃)₃-2,4,6 i CH(CH₃)₂ 3

N N

Pd N I I OH

R

3) NHC-Pd-PPh3 (4) complexes were synthesized from NHC-Pd(II)-Pyridine complexes (3) by using trans-ligand exchange method. The structures of the complexes were elucidated by appropriate spectroscopic techniques.

xi R

a C₆H₅ f C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6 b C₆H₄CH₃-2 g CH₂CH₂OH c C₆H₄CH₃-3 h CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH₂CH₃ e C₆H₄(CH₃)₃-2,4,6 i CH(CH₃)₂

4 N N

Pd P R

HO I I

4) NHC-Pd-2-aminopyridine (5) complexes were synthesized from NHC-Pd(II)- Pyridine complexes (3) by using trans-ligand exchange method. The structures of the complexes were elucidated by appropriate spectroscopic techniques.

R

a C₆H₅ f CH₂CH₂OH b C₆H₄CH₃-2 g CH₃ c C₆H₄CH₃-3 h CH₂CH₃ d C₆H₄CH3-4 ı CH(CH₃)₂ e C₆H₄(CH₃)₄-2,3,5,6

5 N N

Pd N I I OH

R

H₂N

5) Catalytic activities were investigated in the Mizoroki-Heck and Suzuki-Miyaura coupling reactions of the benzimidazolium salts (1).

Br

DMF/H₂O, K₂CO₃ 80^oC, 2 saat R

Pd(OAc)₂

(Mizoroki-Heck)

X R

B(OH)₂

Pd (OAc)₂ DMF Cs₂CO₃

R

(Suzuki-Miyaura) 6) The catalytic activities of the NHC-Pd(II)-Pyridine complexes (3) were investigated in the Sonogashira-Hagihara coupling reaction.

X HC CR

kat.

baz

R

xii 7) The catalytic activities of the NHC-Pd(II)-PPh3 complexes (4) were investigated in the Mizoroki-Heck coupling reaction.

8) Enzyme inhibition studies of some of the 2-hydroxyethyl substituted benzimidazolium salts (2) have been investigated.

KEYWORDS: N-heterocyclic carbene; Benzimidazole; NHC-Pd(II)-pyridine complexes (PEPPSI); NHC-Pd(II)-PPh3 complexes; NHC-Pd(II)-2-aminopyridine complexes; Suzuki-Miyaura reaction; Sonogashira reaction; X-crystallography, Enzyme inhibition.

xiii TEŞEKKÜR

Bu çalışmanın tez konusu olarak seçilmesinde, planlanmasında ve yürütülmesinde bana yön veren, her konuda destek ve ilgisini esirgemeyen, bilgi ve hoşgörüsünden yararlandığım sayın danışman hocam Prof. Dr. Yetkin GÖK‟e;

Bu çalışmada sentezlenen bileşiklerin bir kısmının kristal yapı tayinlerini, tek kristal X-ışını kırınımı yöntemiyle gerçekleştiren İzmir Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümünden sayın Dr. Öğr. Üyesi Muhitin AYGÜN ve sayın Dr.

Duygu BARUT CELEPCİ’ ye;

Bu çalışmada bazı bezimidazolyum tuzlarının enzim inhibisyon çalışmalarına katkılarından ötürü, Atatürk Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü Öğretim Üyesi sayın Prof. Dr. İlhami Gülçün ve sayın Parham Taslimi’ye;

Tezin deney aşamasında bana yardımcı olan Dr. Aydın AKTAŞ, Dr. Öğr. Üyesi Neslihan ŞAHİN ve lisans ve yüksek lisans eğitim hayatımda yanımda olan arkadaşlarım Birgül KÖSTEK ve Özgül KARLIK’a;

Bugünlere gelene kadar hayatımın her aşamasında benden maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen annem ve babam Hülya-İzzet ERDEMİR’e ;

Her konuda yanımda olarak beni destekleyen ve başarılarımda büyük emekleri olan abilerim Ömer Faruk ERDEMİR ve Ali ERDEMİR’e

Bu çalışmayı gerçekleştirmem’de 2016/125 no’lu ve “Diiyodo[1,3- dialkilbenzimidazol-2-iliden]piridinpalladyum(II) Komplekslerinin Sentezi Ve Özellikleri” başlıklı proje ile finansal destek sunan, İnönü Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimin’e

teşekkür ederim.

xiv İÇİNDEKİLER

ONUR SÖZÜ………...

ÖZET………...……...

ABSTRACT………...………...

TEŞEKKÜRLER………

İÇİNDEKİLER……….…………..………

ŞEKİLLER DİZİNİ………

ÇİZELGE DİZİNİ ………

ŞEMA DİZİNİ…...……….

SİMGELER VE KISALTMALAR………...………..

iii iv viii xii xiii xxi xxiii xxvi xxvii

1. GİRİŞ VE KURAMSAL TEMELLER………...………... 1

1.1. Karbenler………. 1

i) Triplet Karben………. 2

ii) Singlet Karben………...…………. 2

1.2. N-Heterosiklik Karben (NHC)……… 3

1.2.1. Metal-Karben Kompleksleri……….. 7

1.2.2. N-Heterosiklik Karben-Metal Kompleksleri……….. 9

1.3. Metal-NHC Komplekslerinin Uygulama Alanları………. 11

1.3.1. C-C Bağ Oluşum Reaksiyonları………. 11

1.3.1.1. Mizoroki-Heck Eşleşmesi……….. 13

1.3.1.2. Suzuki-Miyaura Eşleşmesi………. 14

1.3.1.3. Sonogashira-Hagihara Eşleşmesi……… 15

1.3.1.4. Kumada-Tamao-Carriu Eşleşmesi……….. 16

1.3.2. Medikal Uygulamaları……… 16

1.4. Çalışmanın Amacı………... 18

xv

2. MATERYAL VE YÖNTEM……….. 20

2.1. 1-Alkilbenzimidazol Sentezi………... 20 2.2. 2-Hidroksietil Sübstitüye Benzimidazol Tuzlarının Sentezi,2….... 21 2.2.1. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum iyodür,2a…………. 21 2.2.2. 1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür,2b... 22 2.2.3. 1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür,2c... 22 2.2.4. 1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür,2d... 22 2.2.5. 1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6-trimetilbenzil)benzimidazolyum

iyodür,2e……… 23

2.2.6. 1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6,-tetrametilbenzil)benzimidazolyum

iyodür,2f………. 23

2.2.7. 1,3-bis(2-hidroksietil)benzimidazolyum iyodür, 2g………... 23 2.2.8. 1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazolyum iyodür,2h………….. 23 2.2.9. 1-(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazolyum iyodür,2ı……….. 24 2.2.10. 1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazolyum iyodür,2i………. 24 2.2.11. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum bromür, 2k………... 24 2.2.12. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum heksaflorafosfat, 2l.. 25 2.2.13. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum klorür, 2m………… 25 2.3. 2-hidroksietil Grubu İçeren NHC-Pd(II)-Piridin Komplekslerinin

Sentezi, 3………. 26

2.3.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3a………... 26 2.3.2. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpaladyum(II), 3b……….. 26 2.3.3. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpaladyum(II), 3c………... 27 2.3.4. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpaladyum(II), 3d……….. 27

xvi 2.3.5. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6,-trimetilbenzil)benzimidazol-

2-iliden]-piridinpaladyum(II), 3e……… 28 2.3.6. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6,-

tetrametilbenzil)benzimidazol-2-iliden]-piridinpaladyum(II), 3f... 28 2.3.7. Diiyodo[1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3g………. 29 2.3.8. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3h………... 29 2.3.9. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3ı………...………... 29 2.3.10. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3i………...…… 30 2.4. 2-Hidroksietil Sübstitüye NHC-Pd-Trifenilfosfin

Komplekslerinin Sentezi, 4………. 30 2.4.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4a……… 30 2.4.2. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-trifenilfosfinpalladyum(II), 4b……… 31 2.4.3. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-trifenilfosfinpalladyum(II), 4c……… 31 2.4.4. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-trifenilfosfinpalladyum(II), 4d……… 32 2.4.5. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6,-trimetilbenzil)benzimidazol-

2-iliden]-trifenilfosfinpalladyum(II), 4e……… 32 2.4.6. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6tetrametilbenzil)

benzimidazol -2-iliden]trifenilfosfinpaladyum(II), 4f……… 33 2.4.7. Diiyodo[1,3-bis(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4g……… 33

xvii 2.4.8. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4h……… 34 2.4.9. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4ı………. 34 2.4.10. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4i……… 34 2.5. 2-hidroksietil Sübstitüye NHC-Pd(II)-2-aminopiridin (PEPPSI)

Komplekslerinin Sentezi, 5……… 35

2.5.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5a………. 35 2.5.2. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5b………. 36 2.5.3. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5c……… 36 2.5.4. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5d……… 37 2.5.5. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6tetrametilbenzil)

benzimidazol-2-iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5e………… 37 2.5.6. Diiyodo[1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5f………. 38 2.5.7. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5g………... 38 2.5.8. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5h………. 38 2.5.9. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5ı……… 39 2.6. Katalitik Çalışmalar ………...………..….. 39

xviii 2.6.1. Benzimidazolyum Tuzları ile Suzuki-Miyaura ve Mizoroki-Heck

Eşleşme Reaksiyonu…..………...….. 39

2.6.2. Benzimidazol Tuzları ile Suzuki-Miyaura Eşleşme Reaksiyonu... 40

2.6.3. Pd(II)-NHC-Py Kompleksleri ile Sonogashira-Hagihara Reaksiyon Uygulamaları………. 40

2.6.4. NHC-Pd-PPh3 ile Mizoroki-Heck Reaksiyon Uygulamaları…….. 41

2.7.. Tek Kristal X-ışının Kırınım Çalışmaları………... 41

2.8. Enzim İnhibisyon Çalışmaları………. 41

3. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA……… 43

3.1. !-(2-hidroksietil)benzimidazol Sentezi, 1………... 44

3.2. 2-hidroksietil Sübstitüyentli Benzimidazolyum Tuzlarının Sentezi, 2………. 46

3.2.1. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum iyodür, 2a………... 47

3.2.1.1. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum iyodür, kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2a……….. 48

3.2.2. 1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür, 2b.. 50

3.2.2.1. 1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür, kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2b……… 51

3.2.3. 1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür,2c... 52

3.2.3.1. 1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür, kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2c……… 53

3.2.4. 1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür, 2d.. 54

3.2.4.1. 1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazolyum iyodür,kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2d…………. 54

3.2.5. 1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6-trimetilbenzil)benzimidazolyum iyodür, 2e……… 55

3.2.5.1. 1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6,-trimetilbenzil)benzimidazolyum iyodür, kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2e………… 56

3.2.6. 1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-tetrametilbenzil)benzimidazolyum iyodür, 2f………. 57

xix 3.2.6.1. 1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-tetrametilbenzil)benzimidazolyum

iyodür, kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2f…………. 58 3.2.7. 1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazolyum iyodür, 2g……… 59 3.2.7.1. 1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazolyum iyodür, kristal yapısı,

bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2g………... 59 3.2.8. 1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazolyum iyodür, 2h…………. 61 3.2.8.1. 1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazolyum iyodür, kristal

yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 2h………... 61 3.2.9. -(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazolyum iyodür, 2ı….………….. 63 3.2.10. 1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazolyum iyodür, 2i……… 63 3.2.11. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum bromür, 2k……….. 64 3.2.12. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum heksaflorafosfat, 2l.. 64 3.2.13. 1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazolyum klorür, 2m ……….. 64 3.3. NHC-Pd(II)-Piridin Komplekslerinin Sentezi, 3……… 65 3.3.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3h……….. 66 3.3.2. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3a………... 67 3.3.3. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpaladyum(II), 3b……….. 67 3.3.3.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpalladyum(II) kristal yapısı, 3b……….. 67 3.3.4. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpaladyum(II), 3c………... 69 3.3.5. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-piridinpaladyum(II), 3d………... 69 3.3.6. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6-trimetilbenzil)benzimidazol-

2-iliden]-piridinpaladyum(II), 3e……… 70 3.3.7. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-

tetrametilbenzil)benzimidazol-2-iliden]-piridinpaladyum(II), 3f... 70

xx 3.3.7.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-

tetrametilbenzil)benzimidazol-2-iliden]-piridinpaladyum(II),

kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 3f………. 70 3.3.8. Diiyodo[1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3g………..……...…… 71 3.3.8.1. Diiyodo[1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-

piridinpalladyum(II) kristal yapısı, 3g………...……... 72 3.3.9. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3ı………... 73 3.3.10. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-izopropilbenzimidazol-2-iliden]-

piridinpaladyum(II), 3i……… 73 3.4. 2-hidroksi Sübstitüye NHC-Pd(II)-PPh3 Komplekslerinin

Sentezi, 4…... 73 3.4.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazol-2-

iliden]trifenilfosfinpalladyum(II), 4a……….. 75 3.4.2. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]- trifenilfosfinpalladyum(II), 4b………... 76 3.4.3. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]- trifenilfosfinpalladyum(II), 4c……… 76 3.4.4. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]- trifenilfosfinpalladyum(II), 4d………... 76 3.4.5. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,4,6-trimetilbenzil)benzimidazol-

2-iliden]- trifenilfosfinpalladyum(II), 4e……… 77 3.4.6. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-tetrametilbenzil)

benzimidazol-2-iliden]trifenilfosfinpalladyum(II), 4f……… 77 3.4.6.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-tetrametilbenzil)

benzimidazol-2-iliden]trifenilfosfinpalladyum(II),

kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları, 4f……… 78 3.4.7. Diiyodo[1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4g... 79 3.4.8. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4h……… 79 3.4.9. Diiyodo[1-etil-3-(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4ı……… 80

xxi 3.4.9.1. Diiyodo[1-etil-3-(2-hidroksietil)benzimidazol-2-

iliden]trifenilfosfinpalladyum(II) kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları verileri, 4ı………. 80 3.4.10. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazol-2-iliden]-

trifenilfosfinpalladyum(II), 4i………. 81 3.5. 2-hidroksi Sübstitüye NHC-Pd(II)-2-aminopiridin

Komplekslerinin Sentezi, 5………. 82 3.5.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-benzilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5a………...……. 83 3.5.2. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5b……… 84 3.5.3. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5c……… 85 3.5.3.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(3-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II) kristal yapısı,5c ……… 85 3.5.4. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(4-metilbenzil)benzimidazol-2-

iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5d……… 86 3.5.5. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6tetrametilbenzil)

benzimidazol-2-iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II), 5e………… 87 3.5.5.1. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-(2,3,5,6-trimetilbenzil)benziidazol-

2-iliden]-2-aminopiridinpaladyum(II) kristal yapısı, bağ uzunlukları ve bağ açıları verileri, 5e………. 87 3.5.6. Diiyodo[1,3-di(2-hidroksietil)benzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5f………. 89 3.5.7. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-metilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5g………. 89 3.5.8. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-etilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5h………. 90 3.5.9. Diiyodo[1-(2-hidroksietil)-3-izopropilbenzimidazol-2-iliden]-2-

aminopiridinpaladyum(II), 5ı……….. 90 3.6. Suzuki-Miyaura Eşleşme Tepkimesi……….………. 90

3.7. Heck Eşleşme Reaksiyonu……….. 94

xxii 3.7.1. 1-(2-hidroksietil)-3-alkilbenzimidazolyum iyodür/Pd(OAc)2

katalizli Heck Eşleşme Tepkimeleri………. …………. 94 3.7.2. NHC-Pd(II)-PPh3 Katalizli Heck Eşleşme Tepkimeleri…………. 95 3.8. Sonogashira-Hagihara Eşleşme Tepkimesi….……… 99 3.9. Enzim İnhibisyon Aktivitelerinin İncelenmesi………... 106

4. SONUÇ VE ÖNERİLER………...………. 110

5. KAYNAKLAR………... 112

6. ÖZGEÇMİŞ……… 117

xxiii ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 1.1. Karben türleri………. 2

Şekil 1.2. N-heterosiklik karben ligantların yapıları……….. 5 Şekil 3.1. 1 bileşigine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrumu... 45 Şekil 3.2. 2a bileşigine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrumu………. 48 Şekil 3.3. 2a bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………... 49

Şekil 3.4. 2b bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………... 51

Şekil 3.5. 2c bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 53

Şekil 3.6. 2d bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 54

Şekil 3.7. 2e bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 56

Şekil 3.8. 2f bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı……… 58

Şekil 3.9. 2g bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı……… 59

Şekil 3.10. 2h bileşiginin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı……… 61

Şekil 3.11. 2h bileşiğinin a ekseninden bakıldığında birim hücre içindeki paketlenme düzeninin görünümü………. 63 Şekil 3.12. 3h bileşigine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrumu……… 67 Şekil 3.13. 3b bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 68

Şekil 3.14. 3b bileşiğinin a ekseninden bakıldığında birim hücre içindeki paketlenme düzeninin görünümü…..………... 69 Şekil 3.15. 3f bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı……….………

..

70

xxiv Şekil 3.16. 3g bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 72

Şekil 3.17. 3g bileşiğinin a ekseninden bakıldığında birim hücre içindeki paketlenme düzeninin görünümü …………... 72 Şekil 3.18. 4a bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrumları……… 75 Şekil 3.19. 4f bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 78

Şekil 3.20. 4ı bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 80

Şekil 3.21. 4ı bileşiğinin a ekseninden bakıldığında birim hücre içindeki paketlenme düzeninin görünümü……….. 81 Şekil 3.22. 5a bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrumları………... 84 Şekil 3.23. 5c bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı……… 85

Şekil 3.24. 5e bileşiğinin atom numaralandırma şemasıyla moleküler

yapısı………. 87

Şekil 3.25. 5e bileşiğinin a ekseninden bakıldığında birim hücre içindeki

paketlenme düzeninin görünümü………. 89

xxv ÇİZELGE DİZİNİ

Çizelge 1.1 Çeşitli singlent karbenlerin nükleofilik ve elektrofilik

karakteristikleri………. 2

Çizelge 2.1. Benzimidazole bağlı alkil grupları ……….. 21 Çizelge 3.1. 1-(2-hidroksietil)benzimidazol bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR

spektrum verileri……….. 45

Çizelge 3.2. 2a bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrum verileri…………. 47 Çizelge 3.3. 2a bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma ayrıntıları.. 49 Çizelge 3.4. 2a bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 50 Çizelge 3.5. 2b bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……... 51 Çizelge 3.6. 2b bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma ayrıntıları. 52 Çizelge 3.7. 2c bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma ayrıntıları.. 53 Çizelge 3.8. 2c bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 54 Çizelge 3.9. 2d bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 55 Çizelge 3.10. 2d bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 55

Çizelge 3.11. 2e bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)………. 56 Çizelge 3.12. 2e bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 57

Çizelge 3.13. 2f bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 58

Çizelge 3.14. 2f bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 59 Çizelge 3.15. 2g bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 60 Çizelge 3.16. 2g bileşiğine ait X-ışını kırınımı ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 60

Çizelge 3.17. 2g bileşiğinin hidrojen bağları geometrisi (Å, ⁰)………. 60 Çizelge 3.18. 2h hidrojen bağları geometrisi (Å, ⁰)……… 61 Çizelge 3.19. 2h bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 62

xxvi Çizelge 3.20. 2ı bileşiğine ait X-ışını kırınımı ve yapı aydınlatma

ayrıntıları... 62 Çizelge 3.21. 3h bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrum verileri………… 66 Çizelge 3.22. 3f bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 71

Çizelge 3.23. 3f bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 71 Çizelge 3.24. 4a bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrum verileri…………. 76 Çizelge 3.25. 4f bileşigine ait bag uzunlukları (Å) ve bağ açıları (⁰)……… 78 Çizelge 3.26. 4f bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 79

Çizelge 3.27. 5a bileşiğine ait ¹H ve ¹³C NMR spektrum verileri…………. 83 Çizelge 3.28. 5c bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları……….. 86

Çizelge 3.29. 5e bileşiğine ait kristal veriler ve yapı aydınlatma

ayrıntıları... 88 Çizelge 3.30. Farklı bazlar ile Pd(OAc)2/2h katalizörlüğünde Suzuki-

Miyaura eşleşme reaksiyonları………. 91 Çizelge 3.31. Farklı çözücüler ile Pd(OAc)2/2h katalizörlüğünde Suzuki-

Miyaura eşleşme reaksiyonları………. 92 Çizelge 3.32. Suzuki-Miyaura eşleşme reaksiyonlarının katalizör etkisi…... 92 Çizelge 3.33. (2g-i)/ Pd(OAc)2 katalizli Suzuki- Miyaura eşleşme

reaksiyonları………. 93

Çizelge 3.34. (2g-i)/ Pd(OAc)2 kataliz sistemi ile Heck eşleşme

reaksiyonları………. 95

Çizelge 3.35. 4f katalizörlüğünde Heck eşleşme tepkimesi için baz

seçimi………....……… 96

Çizelge 3.36. 4f katalizörlüğünde Heck eşleşme tepkimesi için çözücü

seçimi………....……… 96

Çizelge 3.37.

Çizelge 3.38.

4a-4f kompleksleri katalizörlüğünde Heck eşleşme reaksiyonları……….

4g-4i komplekslerinin katalizörlüğünde Heck eşleşme reaksiyonları……….

97

98

xxvii Çizelge 3.39. 4 komplekslerinin katalizörlüğünde aril iyodür ve aril klorür

kullanıldığında Heck eşleşme reaksiyonları………. 99 Çizelge 3.40. 3a katalizörlüğünde Sonogashira eşleşme tepkimesi için baz

seçimi……… 100

Çizelge 3.41. 3a katalizörlüğünde Sonogashira eşleşme tepkimesi için

çözücü seçimi………... 101

Çizelge 3.42. Sonogashira eşleşme reaksiyonları katalizör etkisi………….. 101 Çizelge 3.43. 3a-3f katalizörlüğünde Sonogashira eşleşme reaksiyonları….. 103 Çizelge 3.44. 3g-3i katalizörlüğünde Sonogashira eşleşme reaksiyonları….. 104 Çizelge 3.45. 4a-i katalizörlüğünde Sonogashira eşleşme reaksiyonları…… 105 Çizelge 3.46 NHC-Pd(II)-PPh3 komplekslerinin katalizörlüğünde aril

iyodür ve aril klorürlerin Sonogashira eşleşme reaksiyonları.. 106 Çizelge 3.47 1-(2-hidroksietil)benzimidazol ve karben öncüllerinin (1)

insan karbonik anhidraz I ve I izoenzimleri (hCA I ve II), α- glikozidaz (α-Gly), asetilkolinesteraz (AChE) ve bütirilkolinesteraz (BChE) enzimlerine karşı enzim inhibisyon sunuçları……….. 108

.

xxviii ŞEMA DİZİNİ

Şema 1.1. NHC iskeletinin sınır ötesi orbitalleri……… 6 Şema 1.2. NHC ve metal arasındaki ilişki………. 7 Şema 1.3. Schrock karben MO diyağramı……… 8 Şema 1.4. Fischer karben MO diyağramı………. 9 Şema 1.5. NHC Lerin bağlanma özellikleri……….. 10 Şema 1.6. Pepsi komplekslerinin yapısal özellikleri……… 10 Şema 1.7. Palladyum katalizli C-C bağ oluşum reaksiyonları………….. 12 Şema 1.8. NHC öncülü, NHC-metal kompleksleri, katalitik aktiviteleri... 18 Şema 3.1. NHC öncülü, NHC-metal kompleksleri, katalitik aktiviteleri... 43 Şema 3.2. Aril ve 2-hidroksietil sübstitüyentli benzimidazol tuzlarının

sentezi……….…... 46

Şema 3.3. Alifatik ve 2-hidroksietil sübstitüyentli benzimidazol

tuzlarının sentezi……….... 47 Şema 3.4. Aril ve 2-hidroksietil sübstitüyentli NHC-Pd-piridin

komplekslerinin sentezi………. 65 Şema 3.5. Alifatik ve 2-hidroksietil sübstitüyentli NHC-Pd-piridin

komplekslerinin sentezi…………...……….. 66 Şema 3.6. Aril ve 2-hidroksietil sübstitüyentli NHC-Pd-PPh₃

komplekslerinin sentezi………….……… 74 Şema 3.7. Alifatik ve 2-hidroksietil sübstitüyentli NHC-Pd-PPh₃

komplekslerinin sentezi……… 74 Şema 3.8. Aril ve 2-hidroksietil sübstitüyentli NHC-Pd-2-aminopiridin

komplekslerinin sentezi………. 82 Şema 3.9.

Şema 3.10

Alifatik ve 2-hidroksietil sübstitüyentli NHC-Pd-2- aminopiridin komplekslerinin sentezi………

Enzim inhibisyon etkisi incelenen bileşikler……….

83 107

0 SİMGELER VE KISALTMALAR

NHC

N-heterosiklik karben

CDCl3 Kloroform

DMF Dimetilformamit

DMSO Py

Dimetilsülfoksit Piridin

Kat Katalizör

e.n. Erime noktası

NMR Nükleer Manyetik Rezonans

FT-IR Infrared Spektroskopisi

p- Para

Pd Paladyum

Ph Fenil

PPh3 Trifenilfosfin

Ar Aril

Me Metil

K Kelvin

oC Santigrat derece

p-cym para simen

s singlet

d dublet

t triplet

m multiplet

μL mikro litre

xxviii

1 1.GİRİŞ VE KURAMSAL TEMELLER

Bilindiği gibi dünyada son yıllarda çevrenin korunması önemli konulardan biridir. Kimyasal sentezlerde istenen en önemli özellik yöntemin çevre dostu olmasıdır. Yaygın olarak kullanılan yöntemlerden, çevre dostu yöntemlere geçişle beraber çevresel kirliliğin yok edilmesi için kullanılan kimyasal teknolojilerin tamamı “Yeşil Kimya” olarak bilinir. Yeşil Kimya’da bir yöntemin çevre dostu olabilmesi için bazı şartlara sahip olması gerekir.

Bu şartlar; a) Kullanılacak yöntemin sonunda kimyasal atıkların olmaması ya da az olması, b) Zararlı materyallerin üretilmemesi ve insan vücuduna zarar vermeyecek derecede düşük zehir etkisine sahip reaktiflerin kullanılması, c) Çözücü ve saflaştırma reaktifleri gibi yardımcı materyallerin azaltılması, d) Reaksiyon ortamında ya da ortam dışında tekrar kullanılabilecek başlangıç materyali ve reaktiflerin kullanılması, e) Minimum enerji tüketilmesi, f) Stokiyometrik reaksiyonlardan ziyade katalitik reaksiyonların kullanılması şeklinde sıralanabilir.

Kimyasal maddeler ve malzemeler günlük yaşantımızın ayrılmaz parçası olduğu için, bunlar yüksek verimle, güvenli ve çevreye zarar vermeyecek şekilde üretilmelidir. Başka bir değişle, kimyacılar ekonomik ve ekolojik nedenlerle büyük bir baskı altındadır. Kimyasal tepkimeler yalnız seçici değil, aynı zamanda atom ekonomisini de kapsamalı; tüm atomlar tepkime sonunda ürüne dönüşmelidir. Bu nedenlerden dolayı organik reaksiyonlar, katalitik prosesler ve ayırma teknikleri için alternatif katalizör, çözgen ve teknolojilere ihtiyaç vardır.

1.1. Karbenler

İki atoma kovalent bağ ile bağlanan ve iki de eşleşmemiş elektronu bulunduran, nötr karbon türlerine karben (I) denir. Çevresinde 6 elektron bulunmasından dolayı elektronca fakir ve oldukça aktif türlerdir [1].

R C

R

(I)

2 Çoğu zaman kararsız halde bulunan karbenlerin yaşam süreleri bir saniyeden daha kısadır. Bu nedenle reaksiyon sırasında oluşup hemen reaksiyona girerler. Karbenler hem reaktif ara ürün hem de ligand olarak önemlidir. Elektron verici sübsititüentler aracılığı ile karbonun elektron ihtiyacı karşılanarak karbenlerin kararlılıkları artırılabilir. Oda sıcaklığında çok az kararlı karben olduğu bilinmektedir. Elektron eksikliği bulunan karbenler singlet karben ve triplet karben olmak üzere 2 türde bulunmaktadır (Şekil 1.1). Sentezlenen bileşiğe göre singlet ya da triplet karben oluşumları değişmektedir.

R C R

C R

R

Triplet Karben Singlet Karben Şekil 1.1. Karben türleri.

i) Triplet Karben: İki eşleşmemiş elektrona sahip ve sp hipritleşmesi yapmış doğrusal geometrideki karben türüdür.

ii) Singlet Karben: Aynı orbitalde bulunan bir tek elektron çiftine sahip ve sp² hipritleşmesi yapmış düzlem üçgen geometrideki karben türüdür.

Triplet ve singlet karbenin yapıları farklı olduğundan fiziksel ve kimyasal özellikleride farklılık gösterir. Kimyasal tepkimelerinde triplet karbenler radikalik davranış sergilerken, singlet karbenler bir elektron çifti ve boş orbitali nedeniyle nükleofilik ve elektrofilik davranış sergilerler (Çizelge 1.1.).

Çizelge 1.1. Çeşitli singlet karbenlerin nükleofilik ve elektrofilik karakteristikleri.

NÜKLEOFİLİK ELEKTROFİLİK

CH

OCOCH

CH

OCN(CH

)

CH

CCl

BrCCOC

H

3 Enerji bakımından incelendiğinde singlet karben triplet karbene göre 8-10 kcal daha yüksek enerjiye sahiptir. Singlet ve triplet karbenlerin orbitalleri arasındaki açılarda da farklılık görülmektedir. Moleküler orbital kuramının hesaplamalarına göre singlet karbenlerin orbitalleri arasında 105⁰ lik ,triplet karbenin ise 135⁰ lik bir açı bulunmaktadır. Bu nedenle hacimli karbon sübstitüentleri sterik etkilerinden dolayı triplet karbenleri tercih ederler. Karbenler manyetik alanda da farklılık gösterirler ve singlet karbenler diamanyetik özellik gösterirken triplet karbenler paramanyetik özellik gösterir [2].

1.2. N-Heterosiklik Karbenler

İki değerlikli karbenik merkeze heterosiklik halkada en az bir azot atomu bulunduran, elektron bakımından zengin nükleofilik türler. N-Heterosiklik karbenler serbest halde ve izole edilmeleri zordur [3]. Geleneksel karbenden farklı olarak, N-heterosiklik karbenler, σ² π zemin durumuna sahiptir ve temel olarak (II) bir σ ligandı olarak işlev görür [4].

N N

H

H R

R

(II)

NHC’ler, 1968 yılında ilk defa Öfele ve Wanzlink tarafından birbirlerinden bağımsız olarak sentezledi (III ve IV) [5, 6]. Lappert ve arkadaşlarının NHC ligantları üzerinde yaptığı çalışmaların umut verici olmasına rağmen karben komplekslerini sentezleme ve izole etmede zorluk yaşadıklarından bir ilerleme kaydedememişlerdir.

4

N N

CH₃

CH₃

Cr(CO)₅

II

N N

Hg

IV N N

20 yıl sonra Arguengo tarafından ilk kararlı NHC sentezlenmiştir [7, 8].

1991 yılında Arguengo ve arkadaşları sayesinde bu yeni ligant türüne olan ilgi yeniden artmış ve katalizör olarak kullanılabilen birçok organometalik kompleks sentezlenmiştir (V-VIII) [9].

HN

NH

HN

NH

HN

NH

HN N H

imidazolin- benzimidazol- imidazol- imidazol- 2-iliden 2-iliden 2-iliden 4-iliden V VI VII VIII

Kararlı NHC'lerin keşfi, yeni NHC'lerin sentezine yönelik çalışmaların artmasına, özelliklerine daha çok incelenmesine ve geçiş metali komplekslerinde ligand olarak kullanılmasına yol açmıştır. NHC ligandlarının, katalizdeki başarısı ve geniş kapsamlı uygulama alanlarından dolayı fosfin ligantları ile kapsamlı olarak karşılaştırılmıştır. NHC liganları fosfinlere kıyasla bir çok üstünlüğe sahiptir. Özellikle, termal ve hava kararlılığı daha yüksek, toksisitesi düşüktür. Bu durum onları ideal katalizör adaylar yapar. NHC’lerin önemli özelliklerinden biri de kuvvetli σ-verici ve zayıf π-geri alıcı yoluyla metal ile daha kuvvetli bağ oluşturmaktadır. [10-19].

5

N N

N N

N N

Cl Cl

IPr SIPr IMesCl

N N

N N

N N

Cl Cl

IMes SIMes IpCl

N N

^{N N}

N N

ICy I^tBu IMe Şekil 1.2. N-heterosiklik karben ligantlarının yapıları.

NHC’ler genellikle şema 1.1. gösterilen sınır molekül orbitaline (MO) sahip, σ-baz / π^*-asit ligantı olarak tanımlanmaktadır. Karbene tek çifte karşılık gelen MO, en yüksek MO orbitalidir (HOMO) ve NHC‘ye σ-donör davranışı verir [20]. En düşük beş moleküler orbitallerden (LUMO) biri genellikle karben atomu üzerinde güçlü bir şekilde lokalize edilmiş bir π^* MO’le karşılık gelir.

Buda NHC π^*-asitlik davranışı verir [21]. Dol π MO’lar genellikle daha düşük enerjilidir. NHC’ye zayıf π-donör özelliği verir [22].

6

Şema 1.1. NHC iskeletinin sınır ötesi orbitalleri.

Bir NHC ve bir metal merkezi arasındaki ilişki şema 1.2’da verilen diyagramla gösterilebilir. Metal-NHC boş bir yörünge için, yüksek enerjili HOMO’dan elektron yoğunluğu bağışı yapabilir. Aynı zamanda, NHC d orbitalleri vasıtasıyla metal (π-asitlik) doldurulmuş d orbitallerinden elektron bağışı kabul edebilir. Son olarak, elektron eksikliği olan metaller, NHC’de π yoluyla metalin (π-bazlık) boş d orbitallerine elektron alabilirler [23].

7

Şema 1.2. NHC ve metal arasındaki ilişki.

1.2.1. Metal-Karben Kompleksleri

Karben kompleksleri, bir karben ve bir geçiş metalinin kısmi çift bağ ile bağlanarak oluşturdukları organometalik türlerdir. Bir karben kompleksinin kararlılığı; metale, oksidasyon durumuna, metal üzerindeki ligantlara bağlıdır.

Bazı karben kompleksleri oda sıcaklığında kararlıdır. Bu karben kompleksleri sentezlenebilir, izole edilebilir ve birçok sentetik dönüşümde reaktif veya katalizör olarak kullanılabilir. Karben kompleksleri, Fischer ve Schrock karben kompleksleri olmak üzere iki kategoriye ayrılır.

M(CO)

R

X

R

M

H R

X Y

Z

Schrock Karben Kompleksi Fischer Karben Kompleksi M= Mo, W M= Mo, W, Cr

X= NR² X= O, N, S

Y= OR³ , NR³R⁴ R¹, R²= Alkil, Alkenil, Aril, Alkinil Z= OR^3, NR³R⁴ , Alkil

R¹, R³, R⁴ = Alkil, Aril

8 Schrock Karben Kompleksi: Schrock tipi karben komplekslerinin başlıca özellikleri şunlardır:

 Metal yüksek oksidasyon durumundadır.

 Doğada triplet yapıda bulunan nükleofilik karbenlerdir. (karbenin, karbon atomu negatif yüklüdür)

 Genellikle 18 değerlik elektronundan düşük değerli komplekslerdir.

 π-donörlerin elektron itici etkileri metal karbon bağının (M-C) kararsız olmasına neden olur.

 Moleküler orbital diyagramında HOMO karbon üzerinde lokalizedir, LUMO metal üzerinde lokalizedir. Schrock tipi metal karbenlerin aktivitesi sınır orbitalleri tarafından kontrol edilir [24].

Şema 1.3. Schrock karben kompleksine ait MO diyağramı.

Fischer karben kompleksi: Fischer tipi karben komplekslerinin başlıca özellikleri şunlardır:

 Metal düşük oksidasyon durumundadır.

 Doğada singlet yapıda bulunan nükleofilik karbenlerdir. (karbenin, karbon atomu pozitif yüklüdür)

 Karben karbonuna bağlı elektron veren heteroatomlar bulunmaktadır.

 Genellikle düşük değerlikli 18 elektronlu karbenlerdir.

 Metalin, karbenin boş p-orbitaline π-geri bağlanması kritik önem taşır.

Karbenler LnM = CR₂ için L ligandı bir π-alıcısıdır ve R ikame edicileri π- donörleridir.

9

 Moleküler orbital diyagramında, anti-bağlanmayan LUMO karbon üzerinde lokalizedir ve HOMO metal üzerinde lokalizedir [25,26].

Şema 1.4. Fischer karben kompleksi ait MO diyağramı.

1.2.2. N-Heterosiklik Karben-Metal Kompleksleri

N-Heterosiklik karbenler (NHC), iki donör elektronu sayesinde neredeyse peryodik tablodaki bütün metallerle kompleks oluşturabilme özelliğine sahiptirler.

Lewis baz özelliği gösteren N-heterosiklik karbenler, karben karbonu üzerinde bulunan iki -donör elektronlarını metal merkezine vererek kuvvetli sigma bağı oluşturur. Heterosiklik halkada bulunan azot atomları üzerindeki ortaklanmamış elektronlar π bağı yolu ile karben karbonuna iletilirken, metal atomu π-geri bağlanması ile metal-NHC bağının güçlenmesine katkıda bulunur. Ayrıca özellikle de azot atomunun bağlı olduğu grup fonksiyonel grupların sterik ve elektronik etkileri N-heterosiklik karbenlere sentetik esneklik gibi birçok özellik sağlamaktadır.

10 Şema 1.5. NHC’lerin bağlanma özellikleri.

Son 50 yılda nükleofilik karbenleri kullanarak çok sayıda doymuş ve doymamış kararlı N-heterosiklik karben kompleksleri hazırlanmıştır. Bunların C- C, C-N, C-O bağ oluşum tepkimelerinde katalizör rolü oynadığı ortaya konulmuştur. Son yıllarda yeni bir yaklaşım ile metal-NHC komplekslerindeki merkez metaline NHC ligandına ilaveten ikinci bir ligant bağlanmaktadır. Böylece yeni komplekslerin daha kararlı, etkin ve seçici olması sağlanmaktadır. İkinci ligantlar genellikle merkezi metale azot veya oksijen atomu üzerinden bağlanmaktadır. 2007 yılında Organ ve arkadaşları alışılmış N-heterosiklik karbenlerden daha kararlı ve birçok organik tepkimelerde daha iyi katalitik aktivite gösteren piridin-Pd-NHC komplekslerini sentezlemişlerdir. Pd-PEPPSI komplekslerinin yapısal özellikleri şema 1.6’ de özetlenmiştir.

N N

Pd Cl Cl

N

Cl

N N

Pd Cl Cl

N

Cl

Pd-PEPPSI-IPr Pd-PEPPSI-IPent

Aril grupları, katalitik döngünün çeşitli evrelerini kolaylaştırmak için Pd etrafında sterik çevre olusturur.

NHC mükemmel bir -dönordur;

oksidatif katılmayı kolaylaştırır.

Pd havaya ve neme duyarlı değildir.

Piridin ligandı başlatma hazırlığında ve kararlılıkta komplekse yardımcı olur.

Cl'un etkisi tam olarak değerlendirilememiştir, katalizör işleminin başlatılmasında yardımcı olduğu düşünülmektedir.

Şema 1.6. Peppsi komplekslerinin yapısal özellikleri.