: Synthesis of Electroactive Chemiluminescent Compounds and Polymers for Blood Detection in Forensic/Adli-Tıpta Kan Teşhisi için Elektroaktif Kemilüminesans Bileşiklerin ve Polimerlerin Sentezi

Abstract

Project Summary Combination of pyridazine based and chemiluminescent units with electroactive compounds and conjugated polymers have been taken place recently. These compounds and conjugated polymers have been reported to be used instead of luminol in order to detect blood traces in forensic science. These studies resulted in the birth of a new series of compounds so-called “luminol-type compounds”. In this study, a new series of chemiluminescent and conjugated trimeric compounds bearing pyridazine ring (Scheme 1) and their polymers will be synthesized and characterized structurally. Then, their chemiluminescent properties and forensic applications (blood detection) will be scrutinized.

Scheme 1. Chemical structure of the compounds bearing redox active terminals and chemiluminescent pyridazine units

In order to achieve this aim, phthalic anhydride will be utilized to synthesize the target molecules in three steps. This will be advantageous when compared the synthesis of some luminol derivatives which require multiple steps. After the completion of the structural characterization of the compounds, the chemiluminescent reactions of the compounds in basic medium will be tested firstly in the presence of only hydrogen peroxide and then together with various metal cations as catalyst by using a photomultiplier tube. If iron ion is found to exhibit a catalytic role in the chemiluminescent process, the application of blood trace detection in forensic will be studied. First of all, hemin as a hemoglobin analogue will be used to get a standard curve and then the blood samples will be studied. Obtained data will be compared with luminol and its derivatives and also the effect of the substituents (electron donating units: furan, thiophene and selenophene) of the compounds on the chemiluminescent process will be investigated. Next step will be the electrochemical polymerization of the compounds. The structural analyses of the polymers will be studied by using voltammetric and spectroscopic methods (cyclic voltammetry, NMR, FTIR, UV-vis, SEM, GPC, etc.). Chemiluminescent properties and forensic applications of their polymers will also be studied. Furthermore, since the polymers can be obtained as films via electrochemical polymerization, the electrochemiluminescent properties of these polymers will also be investigated. In addition to the polymers’ structural characterization, their electrochemical and optical properties will be studied to search for their possible opto-electronic applications. When the project has reached to its aims, a new series of the chemiluminescent compounds will be synthesized after only a few steps by starting with a cheap compound called phthalic anhydride. Unfortunately, the interest of the present luminol type compounds in the literature is limited since they are synthesized in multiple steps. A new series of the compounds will be obtained for the family of luminol type compounds when the syntheses of the compounds are realized. Due to the systematic synthesis of the compounds (Group 6A: O (furan), S (thiophene), Se (selenophene) atoms used for the same template compound), the effect of the electron donating units will be investigated on the chemiluminescent property. In conclusion, new compounds that are alternative to the luminol used in forensic application will be brought into the literature.

Piridazin esaslı ve kemilüminesans özelliğine sahip birimlerin elektroaktif trimerik bileşiklere ve konjuge polimerlere entegrasyonu çok yakın bir tarihte gerçekleştirilmiştir. Bu bileşiklerin ve polimerlerin adli-tıpta kan bulguları için kullanılan luminolün yerine kullanılabilecek potansiyel malzemeler olabilecekleri rapor edilmiştir. Bu çalışmalar “luminol-tipi bileşikler” olarak adlandırılan yeni bir bileşik sınıfının doğmasını sağlamıştır. Bu çalışmada piridazin halkası içeren bir dizi kemilüminesans konjuge trimerik bileşik (Şema 1) ve polimerleri sentezlenecek ve yapı tayinleri yapılacaktır. Sonrasında bu malzemelerin kemilüminesans özellikleri incelenecek ve adli-tıp uygulamaları (kan teşhisi) araştırılacaktır.

Şema 1. Redoks aktif uçlar ve kemilüminesans piridazin birimlerine sahip bileşiklerin kimyasal yapısı.

Bu amaca ulaşmak için ftalikanhidrit bileşiği ile başlanıp, literatürdeki çoklu basamak sonrası sentezlenen luminol tipi bileşiklerden farklı olarak, üç basamak içerisinde hedef bileşikler sentezlenmeye çalışılacaktır. Bileşiklerin yapısal tayinlerinin tamamlanmasından sonra bileşiklerin önce bazik ortamda hidrojenperoksit ile daha sonra farklı metal katyonlarının katalizörlüğünde kemilüminesans tepkimeleri foton toplayıcı tüp (photomultipliertube, PMT) yardımı ile belirlenecektir. Kemilüminesans tipi ışımada demir iyonunun katalitik bir rolünün olması durumunda adli-tıptaki kan teşhisi uygulamasına geçilecektir. Önce hemoglobinin bir muadili olan hemin kullanılarak bir standardizasyon yapılıp sonrasında kan örnekleri ile çalışılacaktır. Elde edilen veriler luminol ve türevleri ile kıyaslamalı olarak incelenecek ve bileşiklerin sahip olduğu sübstitüentlerin (elektron verici birimler: furan, tiyofen ve selenofen) kemilüminesans tipi ışımaya olan etkisi araştırılacaktır. Bir sonraki basamak bileşiklerin elektrokimyasal polimerizasyonu olacaktır. Polimerlerin yapısal analizleri voltametrik ve spektroskopik yöntemlerle (döngülü voltametre, NMR, FTIR, UV-vis, SEM, GPC, vb.) yapılacaktır. Hedef bileşiklerde olduğu gibi polimerlerin kemilüminesans özellikleri ve adli-tıp uygulamaları çalışılacaktır. Ayrıca, elektrokimyasal polimerizasyon ile polimerlerin film olarak elde edilebilmesinden dolayı bu filmlerin elektrokemilüminesans özellikleri de incelenebilecektir. Polimerlerin yapı tayinlerinin yanı sıra elektrokimyasal ve optiksel özellikleri çalışılarak bu malzemelerin opto-elektronik uygulamalar için ne denli uygun olabileceği de araştırılacaktır. Veriler luminol-tipi polimerlerle karşılaştırmalı olarak incelenecektir. Proje hedeflerine ulaşıldığında öncelikle çok ucuz bir bileşlik olan ftalikanhidritten başlanılarak sadece bir kaç basamak sonrasında yeni bir dizi kemilüminesans bileşik sentezlenmiş olacaktır. Literatürde mevcut luminol tipi bileşikler çoklu basamaklardan elde edildiğinden dolayı kendilerine duyulan ilgili sınırlı olmuştur. Sentezler gerçekleştiğinde luminol tipi bileşiklere, sınıfında özgün yapılar kazandırılıcaktır. Ayrıca, bileşikler sistematik bir şekilde sentezlendiğinden (6A grubunda bulunan O (furan), S (tiyofen) ve Se (selenofen) atomları aynı taslak bileşik için kullanılmıştır) elektron verici grupların kemilüminesans özelliğe olan etkisi de incelenecektir. Sonuç olarak adli-tıpta kullanılan luminol belirtecine alternatif yeni bileşikler literatüre kazandırılacaktır.