Synthesis of barbituric acid-functionalized bodipy derivatives and investigations of their self-assembly structures

Abstract

4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indasen (BODIPY) boya türleri, geniş absorpsiyon katsayısı, küçük Stoke kayması, yüksek floresans kuantum verimi, yüksek kimyasal stabilite gibi önemli fotofiziksel ve optoelektronik özelliklere sahip olmalarından dolayı dikkatleri üzerine çekmiştir. Mucizevi özelliklerinden biri de kolayca fonksiyonlandırılmasıdır. BODIPY, Knoevenegal, Sonagashira, Suzuki, çapraz bağlama gibi reaksiyonlar ile fonksiyonlandırılabilecek sekiz farklı pozisyona sahiptir. Dikkat çeken bu özellikleri sayesinde güneş hücresi, sensör, tıbbi tedavi, fototermal ve fotodinamik terapi gibi alanlarda uygulanabilirler. Kendiliğinden bir araya gelme supramoleküler yapılar inşaa etmekte önemlidir. Özellikle hidrojen bağı kendiliğinden biraraya gelen yapıları oluşturmak için en çok bilinen non-kovalent etkileşimdir. Literatürde hidrojen bağ yapma özelliği gösteren barbitürik asit ve türevlerinden bu tarz yapılar yapmada faydalanıldığı görülmektedir. Bu tezde, BODIPY yapısı, fotofiziksel özelliklerinin kontrol altında tutulması amacı ile birden çok hidrojen bağı yapabilen barbitürik asit ile fonksiyonlandırılmış, hidrojen bağı ile kendiliğinden bir araya gelerek oluşabilecek düzenli supramoleküler yapılar literatürde yer alan çeşitli yöntemlerle elde edilerek incelenmiştir. Vielsmeir ve Knoevenegal reaksiyonları aracıyla barbitürik asit ile fonksiyonlandırılmış BODIPY türevleri sentezlenmiş, karakterizasyonları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, kütle spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir. Non-kovalent hidrojen bağları sonucu kendiliğinden düzenlenme ile oluşturdukları supramoleküler yapılar UV-Vis, floresans spektrofotometre, 1H-NMR spektroskopisi ve dinamik ışık saçılımı metodu (DLS) ile incelenmiştir.4,4-Difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (BODIPY) dyes are immensely colored compounds which have being attracting attention owing to their important photophysical and optoelectronic properties, such as large absorption coefficient, small Stokes shift, high fluorescence quantum yield, high chemical stability. Another miraculous property is easy functionalization. BODIPYs have eight different positions to functionalize with different reactions like Knoevenegal, Sonagashira, Suzuki, Vilsmeier and cross-coupling. Through functionalization, it makes possible physicochemical and spectral properties adaptation. Thanks to their remarkable properties, they can be applied in different areas such as solar cell, sensing, medical treatment, photothermal and photodynamic therapies. Self-assembly is important to construct supramolecular structures. Especially, hydrogen bonding is a well-known non-covalent interaction to design self-assembled structures. According to literature, barbituric acid and its derivatives demonstrating hydrogen bonding ability are beneficial to construct this type of architecture. In this thesis, a BODIPY derivative was functionalized with barbituric acid which has multiple hydrogen bonding ability that are directional to have highly ordered hydrogen bonded mediated self-assembled structures to control over BODIPY's photophysical properties. Synthesis of barbituric acid functionalized BODIPY derivatives via Vilsmeier and Knoevenagel reactions were achieved and characterized with FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR spectroscopy and mass spectrometry. Hydrogen bonding mediated self-assembled structures were investigated through UV-Vis and fluorescence spectrophotometer, 1H-NMR spectroscopy and dynamic light scattering method (DLS).