Preparation of fluorescent and redox active cryogels and their applications

Abstract

Kriyojeller polimerik jel sistemlerinin ılımlı donma koşullarında üretilmiş özel bir sınıfıdır. Farklı kriyojel sistemleri içinde, poliakrilamid kriyojelleri süngerimsi morfolojileri ve yüksek mekanik kararlılıkları dolayısı ile ilgi çekmektedir. Bu tez çalışmasında çıtçıt (click) kimyası tekniği kullanılarak yeni özelliklere sahip (floresans ve redoks aktif) makrogözenekli poliakrilamid bazlı kriyojeller hazırlandı. Bu çalışma iki bölüme ayrılabilir: İlk bölümde, akrilamid monomeri ve allil gilisidil eter komonomeri kullanarak kriyojelleşme tekniği ile epoksi grupları içeren poliakrilamid kriyojeli hazırlandı (PAAm-Epx). Allil glisidil eter monomerinin epoksi grupları amonyum klorür varlığında sodyum azit ile açıldı ve azidür fonksiyonlu kriojel elde edildi (PAAm-N3). PAAm-N3 daha sonra etinil piren ile modifiye edilerek floresans-aktif kriyojel (PAAm-Pyr) elde edildi. PAAm-Pyr kriyojeli sulu ortamda floresans sensör olarak kullanıldı. Sensörün çeşitli metal katyonları içeren sulu çözeltide Hg+2 iyonuna karşı seçici olduğu bulundu. Spektroskopik analizler PAAm-Pyr kriyojel sensörünün suda 2x10-8 g/mL Hg+2 iyonunu algıladığını ve her kullanımdan sonra basitçe suyla yıkama ile en az 50 defa yeniden kullanılabilirliğini gösterdi. İkinci bölümde aynı strateji ile azidür fonksiyonlu kriyojel (PAAm-N3) etinil ferrosen ile modifiye edildi ve redoks-aktif kriyojel elde edildi (PAAm-Fc). Elektrokimyasal analizler ferrosen fonksiyonlu kriyojelin (PAAm-Fc) elektroaktivitesinin olduğunu ve kriyojelde kimyasal bağlı ferrosenin bulunduğunu kanıtladı.Cryogels are a special kind of polymeric gel systems fabricated at moderately freezing conditions. Among various cryogel systems, polyacrylamide cryogels have received great attention due to their sponge-like morphology and high mechanical stability. In this thesis, polyacrylamide-based cryogels with novel properties (e.g. fluorescence-active and redox-active) were prepared by using click chemistry approach. This research can be divided into two parts: In the first part, a polyacrylamide cryogel with functional epoxy groups (PAAm-Epx) was prepared by using acrylamide as a monomer and allyl glycidyl ether as a co-monomer via cryogelation technique. Azide functional cryogel (PAAm-N3) was then prepared by subsequent ring opening reaction of epoxide ring of allyl glycidyl ether with sodium azide in the presence of ammonium chloride. PAAm-N3 was later modified with ethynyl pyrene and a fluorescence-active cryogel (PAAm-Pyr) was obtained. PAAm-Pyr was used as a fluorescent sensing material in water. It was found that cryogel sensor (PAAm-Pyr) was selective towards Hg+2 in the presence of various metal cations in pure water. Spectroscopical analysis revealed that PAAm-Pyr can detect 2x10-8 g/mL Hg+2 in water and can be reused at least 50 times by just simply washing in pure water for a few seconds after each use. In the second part, with above mentioned strategy, azide functional cryogel (PAAm-N3) was modified with ethynyl ferrocene and a redox-active cryogel was obtained (PAAm-Fc). Ferrocene functional cryogel (PAAm-Fc) was tested for its electroactivity in aqueous solutions. Electrochemical properties of PAAm-Fc were investigated by cyclic and differential pulse voltammetry. Electrochemical analysis confirmed the electroactivity and the presence of chemically linked ferrocene unit to the cryogel.