Doymamış asit gruplarıyla sübstitüe olmuş ftalosiyaninlerin sentezi ve nano titanyumdioksite doplama yapılarak özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Yirminci yüzyılın ilk yarısında gerçekleştirilen muhtemelen en önemli keşiflerinden birisi, mavi ve yeşil organik pigmentlerin en önemli grubu olarak kabul edilen ftalosiyaninlerin keşfidir. Tetrabenzoporfirinin tetraaza türevi olarak düşünülen ftalosiyanin sistemi düzlemseldir ve dört nitrojen atomu ile birbirine bağlanan 16 üyeli, 18 π elektrona sahip alternatif bir karbon ve azot atomu halkası oluşturan dört izoindol ünitesinden oluşur. Fonksiyonel renklendiriciler olarak; elektrokromik sistemlerde, elektrofotoğrafide, optik veri depolamada, organik güneş hücrelerinde ilgi duyulurlar. Ftalosiyaninler 400–800 nm görünür ışık bölgesinde oldukça kararlıdırlar. Bu bölgede yüksek molar absorpsiyon katsayısına sahiptirler ve katalitik özellikler gösterirler. Ftalosiyaninler (Pc) ve Pc-TiO2 nanokompozitler için diğer önemli uygulama alanları ise, optik spektrumun kırmızı bölgesinde (yaklaşık 700 nm de) yoğun absorpsiyonu ve üstün fotofiziksel özellikleri nedeniyle fotodinamik tedavide fotoduyarlılaştırıcı olarak kullanılmaları ve son zamanlarda çokça ilgi duyulan, organik kirleticilerin görünür ışık altında TiO2'nin aktivasyonu sağlanarak parçalanmasıdır. Bu özellik, Pc-TiO2 nanokompozitlerin, atık sudaki organik kirleticilerin fotokatalitik bozunmasına neden olan mükemmel adaylar olmasını sağlar. Bu bağlamda, çeşitlilik ve ışığa duyarlılığın iyileştirilmesi için yeni Pc ve Pc-TiO2 nanokompozitlerin sentezlenmesi halen daha büyük ilgi çekmektedir. Diğer taraftan Boyaya Duyarlı Güneş Pillerinde (DSSC) kullanılarak fosil temelli enerji kaynaklarına alternatif olarak güneşten elde edilen enerjinin veriminin arttırılması amaçlanmaktadır. Bu tez çalışmasında sentezlenen ftalosiyanin türevlerinin farklı çözücüler içerisindeki fotokimyasal ve fotofiziksel özellikleri üzerine araştırmalar ve ayrıca tekstil endüstrisinde kullanılan katyonik boyar maddelerden birisi olan Metilen Mavisinin ftalosiyanin-TiO2 nanokompozitler yardımıyla görünür ışık altında fotokatalitik olarak parçalanması yer almaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde trans-4-Hidroksisinnamik asit ile 4-nitroftalonitril bileşikleri kullanılarak ftalonitril türevi olan L1 (4-(4-karboksietilenfenoksi)ftalonitril bileşiği sentezlendi ve sentezlenen bu başlangıç bileşiği kullanılarak periferal tetra sübstitüe metalsiz (Pc3, verim: %37), Çinko(II) (Pc4, verim: %62), Kobalt(II) (Pc5, verim: %37), Bakır(II) (Pc6, verim: %36), okso-Titanyum(IV) (Pc7, verim: %39) ftalosiyanin bileşikleri, Silisyum ftalosiyanin diklorür ile trans-4-Hidroksisinnamik asit kullanılarak eksenel substitüe Silisyum (IV) (Pc1, verim: %38) ftalosiyanin bileşiği sentezlendi. Ayrıca, 3-(4-hidroksifenil)propanoik asit ile 4-nitroftalonitril bileşikleri kullanılarak ftalonitril türevi olan L2 (4-4-karboksietilfenoksi) ftalonitril bileşiği sentezlendi ve sentezlenen bu ligant bileşiği kullanılarak periferal tetra sübstitüe metalsiz (Pc8, verim: %44), Çinko(II) (Pc9, verim: %60), Kobalt(II) (Pc10, verim: %35), okso-Titanyum(IV) (Pc11, verim: %40) ftalosiyanin bileşikleri, Silisyum ftalosiyanin diklorür ile 3-(4-hidroksifenil) propanoik asit kullanılarak eksenel sübstitüe Silisyum (IV) (Pc2, verim: %30) ftalosiyanin bileşiği sentezlendi. Çalışmanın ilk kısmında sentezlenen bileşiklerin yapısal analizleri, FTIR, UV-Vis, 1H-NMR, LC-MS ve MALDI-TOF MS teknikleri kullanılarak açıklandı. Çalışmanın ikinci bölümünde, sentezlenen Silisyum (IV) (Pc1), Silisyum (IV) (Pc2) ve Çinko (II) (Pc4) komplekslerinin farklı çözüler (DMF ve DMSO) içerisindeki fotokimyasal (singlet oksijen ve fotobozunma kuantum verimleri), fotofiziksel (floresans kuantum verimleri ve floresans sönümleme çalışmaları) özellikleri, agregasyon ve fotodinamik terapide fotoduyarlılaştırıcı olarak uygunlukları incelendi. Çalışmanın son bölümünde ise, sentezlenmiş olan ftalosiyanin bileşiklerinin hidrotermal yöntem kullanılarak TiO2 ile nanokompozitleri sentezlendi ve sentezlenen tüm nanokompozitlerin karakteristik özellikleri FTIR, XRD, FEGSEM, EDX, UVDRS, BET teknikleri kullanılarak aydınlatıldı. Sentezlenen Pc-TiO2 nanokompozitlerin görünür bölge ışık altında katyonik boyarmaddelerden birisi olan metilen mavisinin fotokatalitik parçalanması üzerine etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar göstermektedir ki, sentezlenen Silisyum ftalosiyanin kompleksleri karşılaştırıldığında, Pc2 kompleksi DMF (ɸΔ=0,41) ve DMSO (ɸΔ=0,43) içerisinde Pc1 kompleksinden (DMSO içerisinde ɸΔ=0,6, DMF içerisinde ɸΔ=0,23) daha yüksek singlet oksijen verime sahiptir. Pc4 kompleksi ise DMSO (ɸΔ=0,63) ve DMF (ɸΔ=0,46) içerisinde en yüksek singlet oksijen kuantum verimine sahiptir. Böylelikle, sentezlenen Silisyum ve Çinko ftalosiyaninler fotoduyarlılaştırıcı olarak singlet oksijen üretiminde yeterlidir. Ftalosiyanin içermeyen TiO2'in görünür bölge ışık etkisinde metilen mavisinin parçalanmasında aktivite göstermedi, aksine Pc-TiO2 nanokompozitlerinin görünür bölge ışık etkisinde metilen mavisinin parçalanmasında etkin rol aldığı gözlemlenmiş ve yaklaşık 130 dk içerisinde metilen mavisini tamamen parçalamışlardır.