Yeni, rijit ve C-2 simetrik kiral makrosikliklerin sentezi ve enantiyomerik tanıma özelliklerinin 1H NMR titrasyon yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Moleküler seviyede kiralite çalışmaları modern kimyanın en temel konusu olmaya devam etmektedir. Bu konuya ilgi duyulmasının önemli sebebi, çoğu biyomoleküllerin kiral doğasından ve bu moleküllerin diğer moleküllerle etkileşiminden kaynaklanmaktadır. Kullanılan tıbbi ilaçlar ve zirai ilaçların çoğunda, kiral moleküller bulunmaktadır. Asimetrik sentez konusu, son yıllarda hızla çok büyük gelişme kaydederken, halen saf kiral bileşiklerin çoğunun hazırlanması için yeterince pratik metotlar bulunamamıştır. Moleküler seviyede kiral tanımaya etki eden faktörleri tamamen anlamak için çok sayıda materyal sentezlenmektedir. Supramoleküler kimyanın bu yönlü çalışılmasıyla kazanılan bilgi, enzim-substrat ve antikor-antijen etkileşimleri gibi biyolojik tanıma olaylarında etkili olan etmenlerin anlaşılmasını sağlayacağından dolayı da ayrı bir öneme sahiptir. Diğer taraftan kiral amin ve protonlanmış kiral amin bileşiklerinin enantiyomerik tanıma çalışmaları, bu bileşiklerin biyolojik moleküllerin temel yapı taşı olmalarından dolayı ayrı bir öneme sahiptir. Supramoleküler kimyada bu amaçla kullanılan bileşiklerin başında kiral taç eterler, siklodekstrinler ve siklofanlar gelmektedir.Bu çalışmada protonlanmış kiral amin bileşiklerinin enantiyomerik tanımasında kullanılmak üzere amit ve ester fonksiyonel grubunu birlikte bulunduran, bir seri rijit ve C2-simetrik kiral makrosiklik sentezlenmiştir. Amit ve ester grupları sadece konuk olarak kullanılan kiral amin tuzlarının farklı modda bağlanması imkanını vermez; aynı zamanda konukçu kiral makrosikliği rijit kılar. Bu kiral makrosikliklerde, sinton olarak kullanılan amino alkollerin kolaylıkla değiştirilebilmesi, makrosikliğe önemli oranda modüler olma imkanı sağlar.Bu çalışmada, amino alkol sintonlarını değiştirerek yüksek seyreltik ortam tekniği ile dört adet kiral makrosiklik ((R,R)-2, (S,S)-4, (S,S)-5 ve (S,S)-6) sentezlenmiştir. Bu kiral makrosikliklerle ?-(1-naftil)etil amonyum perklorat tuzunun ((R)-Nea ve (S)-Nea) enantiyomerik tanımasında 1H NMR titrasyon tekniği kullanılmıştır. (S,S)-4 ve (S,S)-6 konukçuları kullanıldığında (R)-Nea ve (S)-Nea için enantiyomerik tanıma faktörü (ERF) değerleri ve kompleksleşme serbest enerji farkları sırasıyla KR/KS=10.29 (??GO = -5.77 kJ.mol-1) ve KS/KR=3.63 (??GO = +3.19 kJ.mol-1) olmak üzere yüksek tanıma değerleri gözlendi. Diğer taraftan (R)- Nea ve (S)-Nea'e karşı (S,S)-5 ve (R,R)-2 konukçularının ERF ve ??GO değerleri sırasıyla KS/KR=1.34 (??GO = +0.72 kJ.mol-1) ve KS/KR=1.63 (??GO = +1.22 kJ.mol-1) olmak üzere düşük olduğu görüldü. Bu çalışmada, kiral kavite büyüklüğü, sterik engelleyicilerin varlığı ve stereojenik merkeze yakınlığı ve sterik engelleyicilerin kiral olmasının enantiyomerik tanımayı (ERF: Enantiyomerik tanıma faktörü) artırdığı tespit edilmiştir.

Chirality studies at molecular level have started to become the most fundametal subject of modern chemistry. An important reason for wide interest in this field is chiral nature of most biomolecules and interaction of these molecules with the others. Most medicinal drugs and agricultural chemicals contain chiral molecules. While asymmetric synthesis has developed greatly in recent years, this method has not introduced a practical technique for preparing most of pure chiral compounds yet. A great deal of materials have been synthesized to understand completely factors effecting chiral recognition at molecular level. Knowledge gained through studying supramolecular chemistry by this respect has further importance since it enable to understand the factors that have impact on biological recognition events such as enzyme-substrate and antibody-antigen interactions. On the otherhand, enantiomeric recognition studies of chiral amine and protonated chiral amine are also important since these compounds are building blocks of biological molecules. The most widely used compounds for this purpose in supramolecular chemistry are chiral crown eters, cyclodextrins and cyclophanes.In this study, a series of rigid and C2-symmetrical chiral macrocycles having both amide and ester functional groups were synthesized for using in enantiomeric recognition of protonated chiral amines. Amide and ester groups not only enable the chiral amine salts bind in different modes, but also they render host chiral macrocycle rigid. Since the aminoalcohols used as synthons in the chiral macrocycles can be changed easily, the macrocycles exhibit different modes of binding.Four chiral macrocycles ((R,R)-2, (S,S)-4, (S,S)-5, (S,S)-6) were synthesized by changing synthons of the aminoalcohols and using high dilution technique. The chiral macrocycles were studied in enantiomeric recognition of ?-(1-naphtyl)ethyl ammonium perchlorate salt ((R)-Nea and (S)-Nea) using 1H NMR titration technique. When (S,S)-4 and (S,S)-6 hosts were used enantiomerical recognition factor (ERF) values and differences of complexation free energy of (R)- Nea and (S)- Nea were found as KR/KS=10.29 (??GO = -5.77 kJ.mol-1) and KS/KR=3.63 (??GO = +3.19 kJ.mol-1), respectively, and high recognition values were observed. On the other hand, ERF and ??GO values of (S,S)-5 and (R,R)-2 hosts versus (R)- Nea and (S)- Nea were KS/KR=1.34 (??GO = +0.72 kJ.mol-1) and KS/KR=1.63 (??GO = +1.22 kJ.mol-1), respectively, so recognition values were low. In this study, enantiomeric recognition factor (ERF) was increased by the largeness of the chiral cavity, presence of the bulky side arms and close of sterically hindered side arms to the chiral center.