Elif UZLUK YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2008 ANKARA

Transkript

1 BAZI POLİMERLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Elif UZLUK YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2008 ANKARA

2 Elif UZLUK tarafından hazırlanan BAZI POLİMERLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Muzaffer TALU Tez Danışmanı, Kimya Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Kimya Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Yüksek SARIKAYA (Kimya, Ankara Üniversitesi). Prof. Dr. Muzaffer TALU (Kimya, Gazi Üniversitesi). Doç. Dr. Gülay BAYRAMOĞLU (Kimya, Gazi Üniversitesi). Tarih: 17/06/2008 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Nermin ERTAN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Elif Uzluk

4 iv BAZI POLİMERLERİN SENTEZİ, KARAKTERİZASYONU VE ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ (Yüksek Lisans Tezi) Elif UZLUK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Haziran 2008 ÖZET Bu çalışmada, susuz ortamda ve azot atmosferinde radikal-başlatıcılı polimerizasyonla Poli(N-vinilimidazol) PNVIM, Poli(N-vinilimidazol-co-maleik anhidrit) [Poli(NVIM-co-MA)] ve Poli(N-vinilimidazol-co-maleik anhidrit-co-n- İzopropil akrilamid) [Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm)] sentezlendi. Polimerlerin eldesinde çözücü olarak toluen, benzen, 1,4-dioksan ve metanol; başlatıcı olarak AIBN kullanıldı. PNVIM 60 o C, poli(nvim-co-ma) ve poli(nvim-co-ma-co- NIPAm) 65 o C de sentezlendi. Polimerlerin farklı çözücülerde çözeltileri hazırlandı ve çözünürlükleri tespit edildi. UV-görünür bölge, FTIR, 1 H NMR, 13 C NMR spektrumlarıyla polimerlerin yapıları karakterize edildi. Poli(NVIMco-MA) nın elemental analiz, FTIR ve 1 H NMR spektrumlarından monomer yüzdeleri belirlendi. Kopolimerin elementel analizinden m 1 = 53,26 (NVIM) ve m 2 = 46,74 (MA) olarak bulundu. Polimerlerin termal özellikleri TGA, DTA ve DSC ile incelendi. Termal analizlerden, 400,10 o C ile poli(nvim) in en fazla termal kararlılığa sahip olduğu bulundu. Polimerlerin yüzey analizleri SEM ile incelendi. Polimerlerin kristal yapıları XRD ile incelendi ve kristal oranları hesaplandı. UV-görünür bölge, FTIR, 1 H NMR, 13 C NMR spektrumları; elementel analiz, SEM ve XRD sonuçları; TGA, DTA ve DSC eğrileri polimerlerin sentezlendiğini ve alternatif kopolimerin oluştuğunu

5 v kanıtlamaktadır. Polimerlerin gram-pozitif bakterilere (S. aureus, B. subtilis, S. faecalis), gram-negatif bakterilere (E. coli, K. pneumoniae, P. aeruginosa) ve mantara (C. albicans) karşı olan antimikrobiyal aktiviteleri disk difüzyon metodu ile incelendi. Polimerlerin antimikrobiyal aktiviteleri, çeşitli antibiyotik ve antifungal ilaçlarla karşılaştırıldı. En yüksek antimikrobiyal aktivite değerleri gram-pozitif bakterilere karşı ölçüldü. Poli(NVIM-co-MA-co- NIPAm) ların antimikrobiyal aktivitelerinin, ilaçlara göre daha fazla olduğu tespit edildi. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Suda-çözünebilen polimerler, biyoaktif polimerler, poli(n-vinilimidazol), maleik anhidrit, N-izopropil akrilamid, antimikrobiyal aktivite Sayfa Adedi : 154 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Muzaffer TALU

6 vi SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF SOME POLYMERS AND INVESTIGATION OF PROPERTIES (M. Sc. Thesis) Elif UZLUK GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY June 2008 ABSTRACT In this study, Poly(N-vinylimidazole) (PNVIM), Poly(N-vinylimidazole-comaleic anhydride) [Poly(NVIM-co-MA)], and Poly(N-vinylimidazole-co-maleic anhydride-co-n-isopropyl acrylamide) [Poly(NVIM-co-MA-co-NIPAm)] were synthesized by radical-initiated polymerization in anhydrous medium in nitrogen atmosphere. Toluene, benzene, 1,4-dioxane and methanol as solvent; AIBN as initiated were used at polymer synthesis. PNVIM, poly(nvim-co-ma) and poly(nvim-co-ma-co-nipam) were synthesized at 60 o C and 65 o C. Solutions of polymer were prepared in different solvents and solubilities were determined. Polymer structures were characterized by UV-visible, FTIR, 1 H NMR and 13 C NMR spectra. Monomer percents were determined from elementel analysis, FTIR and 1 H NMR spectra of Poly(NVIM-co-MA). Monomer percent was obtained m 1 = 53,26 (NVIM) and m 2 = 46,74 (MA) from elementel analysis. Thermal properties of polymers were investigated by TGA, DTA and DSC. The highest thermal stability was PNVIM with 400,10 o C. Surface analyses of polymers were clarified by SEM. The crystal structure of polymers were investigated by XRD and crystal ratio were calculated. UVvisible, FTIR, 1 H NMR and 13 C NMR spectra; the result of elementel analysis, SEM and XRD; termal analyses were proved that it was polymer and formation

7 vii of alternating copolymer. Antimicrobial activities of polymers were investigated by disc diffusion method against gram-positive bacteria (S. aureus, B. subtilis, S. faecalis), gram-negative bacteria (E. coli, K. pneumoniae, P. aeruginosa) and fungus (C. albicans). Antimicrobial activities of polymers were compared with various antibiotic and antifungal drug. The highest antimicrobial activity value was measured against gram-positive bacteria. Antimicrobial activities of poli(nvim-co-ma-co-nipam)s higher than drug were determined. Science Code : Key Words : Water-soluble polymers, bioactive polymers, Poly(N-vinylimidazole), maleic anhydride, N-isopropyl acrylamide, antimicrobial activity Page Number : 154 Adviser : Prof. Dr. Muzaffer TALU

8 viii TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, bilgi birikimiyle bana yol gösteren, her zaman bana destek olan, ilgisini ve sevgisini daima hissettiren sayın hocam Prof. Dr. Muzaffer TALU ya sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarımda 2210 Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı ile maddi, manevi yardım ve destek sağlayan Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK), Bilim İnsanı Destekleme Daire Başkanlığı na sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Antimikrobiyal aktivite sonuçlarının alınmasında ve çalışmalarında bana yardımcı olan Sayın Prof. Dr. Güven URAZ ve Araş. Gör. Ebru YILMAZ, XRD analizinin yapılmasında ve sonuçların değerlendirilmesinde bana yardımcı olan Sayın Prof. Dr. Süleyman ÖZÇELİK ve SEM analizinin yapılmasında bana yardımcı olan Sayın Prof. Dr. Yusuf KALENDER hocalarıma teşekkürü bir borç bilirim. Çalışmalarımda gerekli analizlerde, yardımlarından dolayı Kimya Bölümü ne ve değerli hocalarına; Orta Doğu Teknik Üniversitesi Merkezi Araştırma Laboratuarı ve Ankara Üniversitesi Biyoteknoloji Enstitüsü Enstrümental Analiz Birimi uzmanlarına teşekkür ederim. Her zaman sabır ve anlayışıyla beni yalnız bırakmayan; maddi-manevi desteğini ve yakın ilgisini esirgemeyen annem Semra UZLUK ve babam Durhan UZLUK a sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Laboratuarımızdaki çalışma arkadaşlarıma, deneyleri ve projeleri birlikte yürüttüğümüz ve manevi desteğiyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan çok değerli arkadaşım Betül YÜKSEL e teşekkürü bir borç bilirim.

9 ix Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenmiştir [Proje No: TBAG-HD/285 (107T299)]. Bu çalışma Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeler Müdürlüğü nce desteklenmiştir (Proje No: 05/ ve 05/ ).

10 x İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT....vi TEŞEKKÜR......viii İÇİNDEKİLER.....x ÇİZELGELERİN LİSTESİ.....xv ŞEKİLLERİN LİSTESİ....xvii RESİMLERİN LİSTESİ.....xx SİMGELER VE KISALTMALAR...xxii 1. GİRİŞ GENEL BİLGİLER Polimerler Polimerlerin Sınıflandırılması Polimerlerin kaynaklarına göre sınıflandırılması Polimerlerin ısı ve çözücüye karşı davranışlarına göre sınıflandırılması Polimerlerin fiziksel durumlarına göre sınıflandırılması Polimerizasyon Polimerizasyon reaksiyonlarının sınıflandırılması Suda-Çözünebilir Polimerler Suda-çözünebilir polimerlerin sınıflandırılması Önemli suda-çözünebilir polimerler.. 22

11 xi Sayfa 2.5. Biyoaktif Polimerler N-Vinilimidazol ve polimerleri Maleik Anhidrit Polimerleri Maleik anhidrit in rastgele kopolimerizasyonu Maleik anhidrit in alternatif kopolimerizasyonu Maleik anhidrit in graft kopolimerizasyonu Poli(N-İzopropil akrilamid) Bakteriler Bakterilerin sınıflandırılması Mantarlar Antimikrobiyal Maddelerin Genel Özellikleri Antimikrobiyal maddelerin sınıflandırılması DENEYSEL KISIM Deneylerde Kullanılan Kimyasal Maddeler, Aletler ve Cihazlar Kullanılan kimyasal maddeler Aletler, cihazlar ve teknikler Polimerlerin Sentezi Toluen ortamında gerçekleşen Poli(N-vinilimidazol) (PNVIM) sentezleri Benzen ortamında gerçekleşen PNVIM sentezleri ,4-Dioksan ortamında gerçekleşen PNVIM sentezleri ,4-Dioksan ortamında gerçekleşen Poli(N-vinilimidazol-co-maleik anhidrit) [Poli(NVIM-co-MA)] sentezleri Metanol ortamında gerçekleşen Poli(NVIM-co-MA) sentezleri....54

12 xii Sayfa ,4-Dioksan ortamında gerçekleştirilen Poli(N-vinilimidazol-co-maleik anhidrit-co-n-izopropil akrilamit) [Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm)] sentezi Çözünürlük Testleri Polimerlerin Verimi Poli(NVIM-co-MA) Kopolimerinin Kompozisyonunun Belirlenmesi Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin kompozisyonunun elementel analiz ile belirlenmesi Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin kompozisyonunun 1 H NMR spektrumu ile belirlenmesi Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin kompozisyonunun FTIR spektrumu ile belirlenmesi Polimerlerde Kristal Düzlemler Arasındaki Uzaklıkların ve Kristal Oranlarının Hesaplanması Sentezlenen Polimerlerin Antimikrobiyal Aktivitelerinin İncelenmesi Antimikrobiyal aktivite çalışmaları Disk difüzyon yöntemi SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE TARTIŞMA Polimerlerin Sentezi PNVIM sentezi Poli(NVIM-co-MA) sentezi Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) sentezi Polimerlerin Verimi ve Çözücünün Etkisi Polimerlerdeki Hidrojen Bağı Etkisi PNVIM in sudaki çözünürlüğü..77

13 xiii Sayfa Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) da hidrojen bağı etkisi FTIR Analizleri UV-Görünür Bölge Spektrum Sonuçları H NMR Sonuçları C NMR Sonuçları Termal Analizler Termogravimetrik analiz (TGA) Diferansiyal termal analiz (DTA) Diferansiyal taramalı kalorimetresi (DSC) Elementel Analiz Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Analizi XRD Analizi Sonuçları Polimerlerin Antimikrobiyal Aktivite Sonuçları Bakterinin yüzeyindeki tabakalar PNVIM homopolimerlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçları Poli(NVIM-co-MA) kopolimerlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçları Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) terpolimerlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçları Polimerlerin mikroorganizmalarla olan etkileşimlerinin gösterilmesi Polimer derişimlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçlarına etkisi SONUÇLAR

14 xiv Sayfa KAYNAKLAR. 143 ÖZGEÇMİŞ.. 147

15 xv ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Polimerlerin kaynaklarına göre sınıflandırılması Çizelge 2.2. MA-monomer reaktivite oranları Çizelge 2.3. NIPAm polimerizasyonunda kullanılan başlatıcı ve çözücüler 32 Çizelge 3.1. PNVIM in toluen ortamındaki sentez koşulları Çizelge 3.2. PNVIM in benzen ortamındaki sentez koşulları Çizelge 3.3. PNVIM in 1,4-dioksan ortamındaki sentez koşulları...53 Çizelge 3.4. Poli(NVIM-co-MA) nın 1,4-dioksan ortamındaki sentez koşulları.54 Çizelge 3.5. Poli(NVIM-co-MA) nın metanol ortamındaki sentez koşulları Çizelge 3.6. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın 1,4-dioksan ortamındaki sentez koşulları Çizelge 3.7. Polimerlerin farklı çözücülerdeki çözünürlükleri Çizelge 3.8. Bakterilerin Mueller Hinton besiyer deki çoğalma özellikleri Çizelge 4.1. Farklı çözücü ortamın sentezlenen PNVIM in verimleri Çizelge 4.2. Farklı çözücü ortamın sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) nın verimleri Çizelge ,4-Dioksan ortamında sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın verimi..77 Çizelge 4.4. Polimerlerin DMSO ve deiyonize H 2 O çözeltilerindeki λ max (nm) değerleri Çizelge 4.5. Polimerlerin bozunma sıcaklıkları ve kütle kayıpları Çizelge 4.6. Polimerlerin DTA eğrilerinden elde edilen bozunma sıcaklıkları..100 Çizelge 4.7. Polimerlerin T g ve T e değerleri Çizelge 4.8. Polimerlerin hesaplanan ve elemental analiz sonuçlarından bulunan C, H ve N oranları

16 xvi Çizelge Sayfa Çizelge 4.9. Polimerlerin SEM mikrograflarından gözlenen morfolojik yapıları Çizelge Polimerlerin difraktogramlardan elde edilen yansıma açıları (2θ) ve kristal düzlemler arasındaki uzaklıklar (d aralıkları) ve kristal oranları (X c ) Çizelge Homopolimerlerin gram-pozitif, gram-negatif bakterilere ve mantara karşı antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm).122 Çizelge Kopolimerlerin gram-pozitif, gram-negatif bakterilere ve mantara karşı antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm).126 Çizelge Terpolimerlerin gram-pozitif, gram-negatif bakterilere ve mantara karşı antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm).129 Çizelge saat sürede toluen de sentezlenen PNVIM in farklı derişimlerde antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm).135 Çizelge saat sürede 1,4-dioksan da sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) nın farklı derişimlerde antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm) Çizelge saat sürede 1,4-dioksan da sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın farklı derişimlerde antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm)

17 xvii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Alternatif kopolimerin gösterimi.. 12 Şekil 2.2. Blok kopolimerin gösterimi.. 12 Şekil 2.3. Rastgele kopolimerin gösterimi Şekil 2.4. Graft kopolimerin gösterimi Şekil 2.5. Çapraz bağlı kopolimerin gösterimi Şekil 2.6. Bazı iyonik olmayan suda-çözünebilir polimerlerin kimyasal yapıları Şekil 2.7. Bazı anyonik suda-çözünebilir polimerlerin kimyasal yapıları Şekil 2.8. Bazı katyonik suda-çözünebilir polimerlerin kimyasal yapıları...20 Şekil 2.9. Ön amin monomeri kullanılarak poli(vinil amin) in sentezi Şekil Bakterinin bölümleri Şekil Farklı şekillerdeki bakteriler Şekil Gram-pozitif ve gram-negatif bakterilerin hücre yapıları...37 Şekil Mantarın bölümleri...39 Şekil Bakteri hücre membranı Şekil Bakteri hücre duvarı Şekil Bakterinin sitoplazmasında bulunan ribozomlar Şekil Bakterinin yapısında bulunan nükleik asitler...42 Şekil Antimikrobiyal maddelerin mantar hücresinde etkili olduğu bölgeler Şekil 3.1. Eritromicin in kimyasal yapısı Şekil 3.2. Gentamicin in kimyasal yapısı

18 xviii Şekil Sayfa Şekil 3.3. Penisilin G nin kimyasal yapısı 67 Şekil 3.4. Ampisilin in kimyasal yapısı.67 Şekil 3.5. Ketokonazol un kimyasal yapısı Şekil 3.6. Disk difüzyon yönteminin şematik gösterimi...70 Şekil 4.1. PNVIM in sentez şeması Şekil 4.2. Poli(NVIM-co-MA) nın reaksiyon şeması...73 Şekil 4.3. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın reaksiyon şeması Şekil 4.4. Terpolimerdeki molekül içi ve moleküller arası H-bağları.. 79 Şekil 4.5. Poli(NVIM-co-MA) daki H-bağları Şekil 4.6. Polimerlerin FTIR spektrumları Şekil 4.7. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın yapısındaki moleküller arası H-bağları Şekil 4.8. Polimerlerin DMSO çözeltisindeki UV-görünür bölge spektrumları..86 Şekil 4.9. Polimerlerin deiyonize H 2 O çözeltisindeki UV-görünür bölge spektrumları Şekil Polimer yapılarındaki H atomlarının numaralandırılmış gösterimi..90 Şekil Polimerlerin DMSO-d 6 çözeltisindeki 1 H NMR spektrumları Şekil Polimer yapısındaki C atomlarının numaralandırılmış gösterimi Şekil Polimerlerin DMSO-d 6 çözeltisindeki 13 C NMR spektrumları Şekil Polimerlerin TGA termogramları. 98 Şekil Polimerlerin DTA eğrileri Şekil Polimerlerin DSC eğrileri Şekil Polimerlerin XRD difraktogramları

19 xix Şekil Sayfa Şekil Gram-pozitif ve gram-negatif bakterilerdeki hücre duvarının yapıları Şekil Peptidoglikan ın yapısı Şekil Polimerlerin bakterisid etkilerinin şematik gösterimi. 132 Şekil Polimerlerin bakteriostatik etkilerinin şematik gösterimi (a) Polimerin porlardan geçerek sitoplazmik membrana ulaşması (b) Polimerlerin protein sentezine olan etkileri Şekil Polimerlerin antifungal aktivitelerinin gösterimi

20 xx RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Polimerlerin hazırlandığı deney düzeneği Resim 3.2. Staphylococcus aureus un resmi Resim 3.3. Bacillus subtilis in resmi Resim 3.4. Streptococcus faecalis in resmi.. 62 Resim3.5. Escherichia coli nin resmi Resim 3.6. Klebsiella pneumoniae nın bir akciğer irinindeki resmi Resim 3.7. Pseudomonas aeruginosa nın resmi Resim 3.8. Candida albicans ın resmi Resim 4.1. PNVIM in x1,000 büyütmede elde edilen SEM mikrografları 108 Resim 4.2. Poli(NVIM-co-MA) nın x1,000 büyütmelerde elde edilen SEM mikrografları Resim 4.3. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın SEM mikrografı Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen PNVIM in S. Faecalis e karşı aktiviteleri Resim 4.5. Gentamicin ve Eritromicin in S. Aureus a karşı aktiviteleri Resim 4.6. Gentamicin ve Eritromicin in E. coli ye karşı aktiviteleri Resim 4.7. Ampisilin ve Penisilin G nin S. Faecelis e karşı aktiviteleri Resim 4.8. Ketokonazol un C. Albicans a karşı aktivitesi Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) nın S. Faecalis e karşı aktiviteleri Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın S. aureus a karşı aktiviteleri 130 Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın E. coli ye karşı aktiviteleri...130

21 xxi Resim Sayfa Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın C. albicans a karşı aktiviteleri Resim saat sürede sentezlenen ve farklı derişimlerde hazırlanan Poli(NVIM-co-MA) ın E. coli ye karşı aktiviteleri.136

22 xxii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılan bazı simgeler ve kısaltmalar açıklamaları ile birlikte aşağıda verilmiştir. Simgeler Açıklama a A i A m1 A m2 A n A toplam b B d E E polimer F H I(s) I c (s) I a I k m m 1 m 2 M 1 M 2 M w n NVIM deki proton sayısı Standart bant İmidazol halkasının -CH grubu Anhidrit birimlerinin -CH grubu Azot un atom kütlesi Kopolimerdeki karbon atomlarının toplam alanı MA daki proton sayısı Kopolimerdeki % azot içeriği Kristal düzlemler arasındaki uzaklık Elastik modülü Elde edilen polimer miktarı Yinelenen birim Entalpi Amorf ve kristalin bölgeleri içeren örnekte saçılan x-ışını şiddeti Sadece kristalin bölgeden saçılan x-ışını şiddeti Amorf bölgelerin oranı Kristal bölgelerin oranı Tekrarlanan birim sayısı NVIM in mol oranı MA nın mol oranı NVIM in molekül kütlesi MA nın molekül kütlesi Molekül kütlesi Bir tam sayı

23 xxiii Simgeler Açıklama n 1 n 2 r 1 r 2 S T b NVIM deki fonksiyonel gruplarındaki proton sayıları MA daki fonksiyonel gruplarındaki proton sayıları MA nın reaktivite oranı NVIM in reaktivite oranı Karşılıklı latis vektörü Başlangıç bozunma sıcaklığı T d1 Depolimerleşme sıcaklığı 1 T d2 Depolimerleşme sıcaklığı 2 T e T g T m T madde T s X X c X k Y A i M T γ θ λ λ max Kristal erime sıcaklığı Camsı geçiş sıcaklığı Maksimum bozunma sıcaklığı Başlangıçta reaksiyona giren maddelerin toplam miktarı Bozunmanın sonlandığı sıcaklık Zincirin başında bulunan gruplar Kristallenme derecesi Polimerlerdeki kristal oranı Zincir sonunda bulunan gruplar Standart bandın en az değişen absorpsiyon bandına oranı Monomerlerin molekül kütlelerinin farkı Sıcaklık farkı Gama ışınları Gelen x-ışınından saçılan ışınların sapma açısı X-ışınının dalga boyu Maksimum dalga boyu

24 xxiv Kısaltmalar Açıklama ABD Amerika Birleşik Devletleri AIBN 2,2-Azobisizobütironitril APS Amonyum persülfat BOİ Biyolojik oksijen ihtiyacı BPO Benzoil peroksit C Karbon 13 C NMR Karbon 13 nükleer manyetik rezonans spektrometresi DMA 2-(Dimetil amino)etil metakrilat DMSO N,N-Dimetil sülfoksit DMSO-d 6 Döterolu N,N-Dimetil sülfoksit DN Donör sayısı DSC Diferansiyal taramalı kalorimetre DTA Diferansiyal termal analiz DTG Türevsel termogravimetri EC Etil selüloz EHEC Etil hidroksi etil selüloz EMA Etilen-maleik anhidrit kopolimerleri FTIR Fourier transform infrared spektroskopisi GPC Jel geçirgenlik kromatografisi H Hidrojen HBMC Hidroksi bütil metil selüloz H-bağları Hidrojen bağları 1 H NMR Proton nükleer manyetik H 2 O ITG KPS rezonans spektrometresi Su İzotermal termogravimetri Potasyum persülfat

25 xxv Kısaltmalar Açıklama LPS LTA MA MgO N NAG NAM NHS NIPAm NVIM NVP PAA PDMA PE PEG PEI PEO PMAA PMMA PNVIM Poli(NIPAm) Poli(NVIM-co-MA) Poli(NVIM-co-MA-NIPAm) PP PS PSSA PVA PVAc PVC Lipopolisakkaritler Lipoteikoik asit Maleik anhidrit Magnezyum oksit Azot N-asetilglukozamin N-asetilmuramik asid N-Hidroksisüksinimid N-İzopropil akrilamid N-Vinilimidazol N-Vinilpirolidon Poli(akrilik asit) Poli[2-(Dimetil amino)etil metakrilat] Polietilen Poli(etilen glikol) Poli(etilenimin) Poli(etilen oksit) Poli(metakrilik asit) Poli(metil metakrilat) Poli(N-Vinilimidazol) Poli(N-İzopropil akrilamid) Poli(N-Vinilimidazol-co-maleik anhidrit) Poli(N-Vinilimidazol-co-maleik anhidrit-co-n- İzopropil akrilamid) Polipropilen Polistiren Poli(4-stiren sülfonik asit) Poli(vinil alkol) Poli(vinil amin) Poli(vinil klorür)

26 xxvi Kısaltmalar Açıklama P2VP P4VP SEM SMA TEMED THF TG TGA TMA UV-VİS VAc 2VP 4VP XRD Poli(2-vinilpiridin) Poli(4-vinilpiridin) Taramalı Elektron Mikroskobu Stiren-maleik anhidrit kopolimerleri N,N,N,N -tetrametiletilendiamin Tetrahidrofuran Dinamik termogravimetri Termogravimetrik analiz Termomekanik analiz UV-görünür Bölge Spektrofotometresi Vinil asetat 2-Vinilpiridin 4-Vinilpiridin X-ışını difraksiyonu

27 1 1. GİRİŞ Son yarım yüzyıldan beri naylon, plastik, poliester gibi isimlerle karşımıza çıkan polimerik maddeler günlük yaşantımızın vazgeçilmez birer parçası olmuşlardır. Bugün yatak süngerinden diş fırçasına, gömlekten yapıştırıcıya, plastik torbadan otomobillerin iç aksamlarına kadar yaşantımıza giren bu sentetik polimerler başlı başına bir endüstri alanı oluşturarak ülke ekonomilerinde büyük bir yer tutarlar. Sentetik polimerlerden başka tabiatta oluşmakta olan doğal polimerler de vardır. Selüloz, nişasta, doğal kauçuk gibi doğal polimerler insanların giyim, barınma ve yiyecek gibi ihtiyaçlarını çok eskiden beri karşılamaktadır. Polimerler basitçe, tekrarlanan birimlerin kimyasal bağlarla birbirine bağlanmasıyla oluşan büyük makromoleküller olarak tanımlanabilir. Polimer molekülü içinde tekrarlanan bu küçük, basit kimyasal birime tekrarlanan birim, polimeri elde etmek için başlangıçta kullanılan küçük moleküllü organik maddelere de monomer adı verilir. Bazı hidroksil, amin, karboksilli asit gibi en az iki fonksiyonlu grup içeren maddeler ile vinil bileşikleri gibi çift bağ içeren ve tetrahidrofuran (THF) gibi hetero halkalı bileşikler de monomer olarak çok değişik özelliklere sahip polimerlerin elde edilmesinde kullanılmaktadır. Polimer içindeki zincir başına düşen tekrarlanan birim sayısına polimerleşme derecesi adı verilir. Bu nedenle, polimerin mol kütlesi, tekrarlanan birimin mol kütlesiyle polimerleşme derecesinin çarpımından hesaplanabilir [1]. Bir polimerik malzemenin, günlük hayatta herhangi bir yerde kullanıma uygun olup olmadığı araştırılırken, öncelikle malzemenin mekanik ve ısısal özeliklerinin kullanım yerine uygun olup olmadığı araştırılır. Bundan dolayı, polimerlerin mekanik özelliklerinin önceden bilinmesi çok önemlidir. Ancak, özellikle homopolimerler her zaman kullanım yerinin ve amaçlarının gerektirdiği özelliklere sahip olmayabilirler. Bu nedenle istenen özelliklere sahip polimerik malzeme elde edebilmek için kopolimerler ve terpolimerler sentezlenerek istenen özellikler sağlanmaya çalışılır.

28 2 Polimerik maddelerin mikrobiyal kontaminasyonu; ilaç sistemleri, sağlık ürünleri, su saflaştırma, hastane ve diş sağlığı malzemeleri, gıda paketleme ve saklama maddeleri gibi birçok çeşitli alanda önemli düzeyde endişe oluşturur. Bu yöntemle mikroorganizmalar direkt ya da dolaylı yollarla insana geçebilir; ciddi bulaşıcı hastalıklara ve zehirlenmelere sebep olabilirler. Diğer yandan gıda paketleme materyallerinden besinlere geçen mikroorganizmalar yiyeceklerde farklı tipte bozunmalara yol açabilir. Bu yüzden, suda-çözünebilir ve toksik etkisi az olan ya da hiç bulunmayan polimerler önem kazanmıştır. Suda-çözünebilir polimerler, endüstride yoğun bir kullanım alanına sahiptir. Su bazlı sistemlerin çevre dostu olmaları bu kullanım alanlarını gün geçtikçe daha da arttırmaktadır. Suda-çözünebilir polimerlerin kaynaklarına göre doğal, yarı-sentetik ve sentetik olarak üç grupta incelemek mümkündür. Doğal suda-çözünebilir polimerler çok eski zamanlardan beri bilinmekte ve kullanılmaktadır. Bu doğal sudaçözünebilir polimerlerin değişik işlemlerle daha üstün özellikler kazandırılmış halleri olan yarı-sentetik suda-çözünebilir polimerler de uzun süredir kullanılmakta, özellikleri ve elde edilen yöntemleri bilinmektedir. Suda-çözünebilir polimerlerin son halkasını teşkil eden sentetik suda-çözünebilir polimerlerin üzerinde çalışmalar devam etmekte ve önemleri her geçen gün daha da artmaktadır. Polimerler, iyonik, polar ve/veya hidrojen bağı etkileşimleri sebebiyle, suyun varlığında hidrate olabilecek polar ve/veya yüklü gruplara (hidroksil, amin, amid ve karboksilli asit vb) sahip olmasına bağlı olarak suda-çözünebilir özellik kazanmaktadırlar. Sudaçözünebilir özelliğe sahip olmayan polimerler bu tip fonksiyonlu grupların yapılarına eklenmesi ile bu özelliği kazanabilirler. Suda-çözünebilir polimerler yapılarında bulunan fonksiyonel grupların türüne bağlı olarak mikroorganizmalara karşı antimikrobiyal aktivite göstermektedirler. Bu polimerlerin suda çözünmeleri, toksik etkilerinin az olması ve antimikrobiyal aktivite özellikleri nedeniyle ilaç etken maddesi olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada farklı organik çözücüler kullanılarak radikal-başlatıcılı polimerizasyonla poli(n-vinilimidazol), poli(n-vinilimidazol-co-maleik anhidrit) ve

29 3 poli(n-vinilimidazol-co-maleik anhidrit-co-n-izopropil akrilamid) polimerleri sentezlendi. Elde edilen polimerler UV-görünür bölge, FTIR, 1 H NMR ve 13 C NMR spektrumları; TGA, DTA ve DSC eğrileri; elementel analiz ve XRD sonuçları ile karakterize edildi. Polimerlerin yüzey morfolojileri SEM ile incelendi. Polimerlerin, bakterilere karşı antibakteriyel ve mantarlara karşı antifungal etkileri Disk difüzyon yöntemi ile incelendi. Bu sonuçlar doğrultusunda antimikrobiyal aktivite gösteren ve suda-çözünebilir bu polimerlerin, ilaç sanayisinde kullanılması amaçlandı.

30 4 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Polimerler Polimerler, en basit tanımıyla, çok sayıda aynı veya farklı atomik grupların kimyasal bağlarla, az ya da çok düzenli bir biçimde bağlanarak oluşturduğu uzun zincirli başka bir ifade ile yüksek molekül kütleli bileşiklerdir [1]. Polimerler genellikle, çok sayıda tekrarlanan mer veya monomer denilen basit birimlerden oluşur. Pratik uygulamalar için hazırlanan polimerlerin molekül kütleleri 5, ,000 g/mol aralığındadır. Polimerler; hafif, ucuz, mekanik özellikleri çoğu kez yeterli, kolay şekillendirilebilen, değişik amaçlarda kullanıma uygun, dekoratif, kimyasal açıdan inert ve korozyona uğramayan maddelerdir. Bu üstün özelliklerinden dolayı yalnız kimyacıların değil; makina, kimya, tekstil, endüstri ve fizik mühendisliği gibi alanlarda çalışanların da ilgisini çeken materyalledir. Tıp, biyokimya, biyofizik ve moleküler biyoloji açısından da polimerlerin önemi büyüktür [2] Polimerlerin Sınıflandırılması Polimerler değişik şekillerde sınıflandırılabilirler. Polimerler; kaynaklarına, kimyasal bileşimlerine, ısı ve çözücüye karşı davranışlarına, fiziksel durumlarına ve sentez yöntemlerine göre sınıflandırılabilirler Polimerlerin kaynaklarına göre sınıflandırılması Polimerler, doğal veya sentetik olabilir. Doğal polimerlerin modifikasyonu ile elde edilen polimerlere yarı-sentetik polimerler denir. Yarı-sentetik polimerlere örnek olarak doğal selülozdan elde edilen rejenere selüloz ve diğer selüloz türevleri verilebilir [1]. Polimerlerin kaynaklarına göre sınıflandırılması Çizelge 2.1 de verilmiştir.

31 5 Çizelge 2.1. Polimerlerin kaynaklarına göre sınıflandırılması Polimerler Doğal Polimerler Sentetik Polimerler Yarı-Sentetik Polimerler DNA, RNA, Proteinler Polietilen Rejenere Selüloz ve türevleri Selüloz ve türevleri Polipropilen Modifiye Nişasta Nişasta Poli(etilen tereftalat) Agaroz Polistiren Doğal kauçuk Poli(vinil klorür) Polimerlerin ısı ve çözücüye karşı davranışlarına göre sınıflandırılması Polimerler, işleme şekillerine başka bir ifade ile ısıya ve çözücülere karşı gösterdikleri davranışa göre iki grup altında incelenebilirler: a) Termoplastikler b) Termosetler Termoplastikler ısı ve basınç altında yumuşar, akarlar ve böylece çeşitli formlarda şekillendirilebilirler. Bunlar doğrusal yapıdadırlar. Tekrar tekrar eritilip şekillendirilebilirler. Ayrıca uygun çözücülerde çözünebilir ve çeşitli yöntemlerle farklı formlara dönüştürülebilirler [1]. Termosetler ise çapraz bağlı, dolayısıyla çözünmez ve erimez polimerlerdir. Bir kere şekillendirildikten sonra tekrar çözmek veya eritmekle şekillendirilmezler [1]. Polimerlerin termal davranışları Polimerlerin termal özelliklerinin belirlenmesi Polimerler üretim ve kullanım aşamalarında ısıyla etkileştiklerinde gösterecekleri termal özelliklerin önceden bilinmesi, polimerlerin üretim maliyetini azaltıcı ve kullanım ömrünü artırıcı önlemlerin alınmasını sağlar. Bu nedenle, polimer kimyası ve teknolojisinde termal analiz tekniklerinin uygulama alanları çoğalmıştır. Isıtılan polimer; camsı geçiş, erime gibi fiziksel, termal bozunma gibi kimyasal kaynaklı

32 6 özellikler gösterir. Bunlar kütle kaybı veya enerji alış-verişi eşliğinde olan değişmelerdir ve termal analiz teknikleriyle kolayca bulunabilir. Genel olarak termal analiz terimi, ısıtılan bir maddenin fiziksel veya kimyasal özelliğindeki bir değişmeyi sıcaklığın veya zamanın bir fonksiyonu olarak ölçen bir grup tekniği içine alır. Isı etkisiyle maddede meydana gelen değişikliklerin ölçüm şekillerine göre çeşitli termal analiz teknikleri geliştirilmiştir. Isı etkisiyle maddedeki kütle kaybını ölçen termal analiz tekniğine Termogravimetri denir. Programlı bir şekilde ısıtılan maddenin kütle kaybını sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kaydeden termogravimetri Dinamik Termogravimetri (TG) olarak anılır. TG eğrilerinin birinci türevi yani kütle kayıp hızının sıcaklıkla değişimini kaydeden termogravimetriye ise Türevsel Termogravimetri (DTG) denir. Ayrıca sabit sıcaklıkta ısıtılan maddenin kütle kaybını zamanın bir fonksiyonu olarak kaydeden termogravimetriye de İzotermal Termogravimetri (ITG) denir. Programlı bir şekilde ısıtılan bir maddenin sıcaklığı ile o sıcaklıklarda herhangi bir ısısal değişime uğramayan inert bir referans maddesinin sıcaklığı arasındaki farkı ( T) sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kaydeden ısısal analiz tekniğine Diferansiyal Termal Analiz (DTA); aynı koşullarda ısı değişim hızını sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kaydeden termal analiz tekniğine de Diferansiyal Taramalı Kalorimetri adı verilir [3]. Programlı bir şekilde ısıtılan maddenin mekanik özellkilerindeki değişmeleri sıcaklığın fonksiyonu olarak kaydeden tekniğine de Termomekanik Analiz (TMA) denir. TMA tekniğinde de izotermal ve dinamik ısıtma koşullarında çalışmak mümkündür. Polimerlerde camsı geçiş sıcaklığı (T g ) Camsı geçiş sıcaklığı (T g ) polimerik malzemenin sert özellikten yumuşak özelliğe geçişindeki sıcaklık değeridir. Tanım olarak T g polimer moleküllerinin hareket edebileceği serbest hacmin başlangıçtaki hacmin, %2,5 değerini aldığı sıcaklıktır [3].

33 7 Yani T g de, polimer örneğinin toplam hacminin 1/40 ı moleküllerce serbest hareketler için kullanılabilir. Yüzde serbest hacmin toplam hacmin %2,5 ine ulaşması ile zincirlerdeki grupların daha kolay hareket etmeleri ve sistemin yumuşamaya başlaması mümkün olur. Bilindiği gibi T g, polimerik bir malzemenin kullanım yeri ve koşulları ile o koşullardaki davranışlarının belirlenmesinden dolayı polimerler için çok önemli bir parametredir. Entalpi, (H), elastik modülü, (E), ve özgül hacim gibi herhangi bir termodinamik parametrenin sıcaklıkla değişiminden kolaylıkla polimerlerin T g değerleri bulunabilir. Camsı geçiş sıcaklığı sert fazdan yumuşak faza geçişi karakterize eden ikinci dereceden bir geçiş olduğundan, polimerlerin T g değerinde yalnızca bir bükülme vardır ve ısı alış verişini yansıtan ani bir geçiş söz konusu değildir. Bir polimerin T g değerinin bilinmesi o polimerin kullanım alanının belirlenmesi açısından oldukça önemli bir yer tutar. Günlük yaşamda oda sıcaklığının üstündeki T g değerine sahip olan polimerler sert malzeme olarak kullanılırken, oda sıcaklığının altındaki T g değerine sahip polimerler plastik malzeme yani esnek malzeme olarak kullanılır. Polimerlerin T g değerlerini değiştirerek onların kullanım alanlarını genişletmek mümkündür. Polimerlerin T g değerleri birçok faktörden etkilenir [3]. Polimerlerin T g değerleri, a) Zincir türüne, zincirdeki yan gruplara ve sübstitüe olmuş gruplar varsa, b) Zincir uzunluğuna, c) Dolgu maddesi, safsızlık, seyreltici, plastikleştirici, vb. katkı maddelerinin varlığına, d) Çapraz bağ, kristal yapı ve kopolimer bulunup bulunmadığına, e) Deney hızına ve örneğin hazırlanması ile ilgili izlenen ısısal yollara bağlıdır. Polimer zincirinin yapacağı hareketleri etkileyen yan grupların ufak molekül yapısında olması hareket için gerekli serbest hacmin büyümesine yol açar. Bu durumda polimer zincirindeki birimlerin hareketi için gerekli serbest hacmin

34 8 değerine (%2,5) daha kolaylıkla ulaşılabileceği için polimerin camsı geçiş sıcaklığı değeri küçük olur. Zincirdeki yan grupların büyük molekül yapılı olması durumunda zincirlerin hareketi için gerekli yüzde serbest hacim küçüleceğinden bu değeri T g değerine karşılık gelen %2,5 değerine ulaşması için polimer örneğinin daha yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılması gerekir. Bu nedenle bu tür zincir yapısına sahip polimerlerin T g değerleri yüksek olur. Doğrusal bir polimer yüksek sıcaklıklarda amorf, kauçuğumsu bir eriyik halindedir. Yeterince düşük sıcaklıklarda ise sert bir katıdır. Polimerler için camsı geçiş sıcaklığı (T g ) ve kristal erime sıcaklığı (T e ) olmak üzere iki sıcaklık söz konusudur. Erimiş haldeki sıcak bir polimer soğutulduğunda, T e sıcaklığının biraz altında kristallenmeye başlar ve bir miktar amorf kısım içeren polikristalin yapı oluşur. Eğer soğutma hızlı bir şekilde yapılırsa yapı kristallenmez ve amorf bir hal alır. T g sıcaklığının altında polimer; sert, kırılgan ve camsı bir hal alır. Bir polimerin iki termal geçişi (T g ve T e ) ya da bunlardan birini göstermesi morfolojisine bağlıdır. Tamamen amorf polimerler sadece T g, tamamen kristal polimerler ise sadece T e geçişi gösterir. Polimerlerin çoğu T e sıcaklığında bir miktar kristallendikleri için genellikle her iki geçiş sıcaklığı da gözlenir [4] Polimerlerin fiziksel yapılarına göre sınıflandırılması Polimerik bir maddenin özellikleri sadece kimyasal yapısına değil aynı zamanda onun fiziksel yapısına da bağlıdır. Bir polimerin fiziksel yapısı, makroskopik içeriği meydana getiren ve uzaysal olarak birbirinden ayrılabilen elemanlardan meydana gelir. Fiziksel yapı bu elemanlarda bulunan makromoleküler zincirin paketlenme şeklini, bu elemanların şekli ve boyutları ile birçok elemanın birbirlerine göre aldığı uzaysal düzeni anlatır. Polimerlerin fiziksel yapıları küçük mol kütleli maddelerden farklıdır. Polimerler katı, yumuşak (elastomer) ve eriyik halinde bulunabilirler. Bunun nedeni, polimerlerin uzun zincirler halinde farklı büyüklüklerde çok büyük mol kütleli moleküllere sahip olmalarıdır. Örneğin, katı haldeki küçük mol kütleli bir madde ya kristal halde bulunur ya da amorf halde bulunur. Polimer ise, her iki fiziksel hali birlikte içerir ancak bunların oranları farklı olabilir. Genellikle kristal

35 9 oranı çok yüksek olan polimerlere kristalin, amorf oranı çok yüksek olan polimerlere de amorf polimerler denir. Polimerlerde X-ışınları yöntemi ile kristal yapının incelenmesi Kristal miktarı polimer örneğinin davranışını büyük ölçüde etkiler. Özellikle, yarı kristalin polimerleri incelemenin en etkin yolu x-ışınları kırınımıdır. Toz veya yönlendirilmiş polimer örneğinde bulunan kristalite Bragg Eşitliği (2.1) ile belirlenen belli bir θ geliş açısı için paralel yüzeylerden x-ışınları demeti kırınıma uğrar. n λ = 2d sinθ (2.1) Burada, λ, x-ışınının dalga boyu; d, kristal düzlemler arasındaki uzaklık; n, bir tam sayıdır. Polimerlerin kristallenme derecesinin belirlenmesi Polimerlerin birçok fiziksel ve kimyasal özelliği kristallenme derecesine, diğer bir ifadeyle kristal yüzdesine bağlıdır. Bu nedenle polimerlerin derecelerinin belirlenmesi onların kullanım yerlerinin seçiminde büyük yararlar sağlar. Polimerlerin kristallenme derecesinin belirlemesinde birçok fiziksel yöntem kullanılır. Bu yöntemler arasında en duyarlı sonuçlar x-ışını saçılması yöntemi ile alınır. X-ışını saçılması yöntemi yöntem, polimerlerin x-ışını saçılmasında kristal piklerinin yanında bir de geniş bir taban yayılmasının görülmesine dayanır. X-ışını saçılması yönteminin dışındaki yöntemlerde elde edilen sonuçlar her zaman birbirlerinin aynı olmayabilirler.

36 10 X-ışını saçılması yöntemi ile polimerlerin kristallenme derecesinin belirlenmesi X-ışını saçılması ile polimerlerin kristallenme derecelerinin belirlenmesi, polimer örneğinde bulunan kristal ve amorf bölgelerin farklı şiddette x-ışını saçılması vermesine dayanır. Bu farklı saçılma şiddetleri ayırt edilerek birbirine oranlanır. Bir polimerin kristallenme derecesi (X c ), kristalin bölge saçılmasının kristal ve amorf bölge saçılmasının toplamına oranlanır. Kristal pik alanının matematiksel olarak bulunması için belirli integral alınması gerekir. Bu nedenle aşağıda verilen Eş. 2.2 ve 2.3 e göre kristallenme derecesi hesaplanır. 0 2 S Ic( s) ds X c = (2.2) 2 S I( s) ds 0 Burada S 2sinθ S = (2.3) λ eşitliği ile verilen karşılıklı latis vektörüdür. θ, gelen x-ışınından saçılan ışınların sapma açısı; λ, x-ışınının dalga boyu; I(s), amorf ve kristalin bölgeleri içeren örnekte saçılan x-ışını şiddeti ve I c (s) sadece kristalin bölgeden saçılan x-ışını şiddetidir. Genelde, Eş. 2.2 den hesaplanan kristallenme derecesi gerçek değerinden küçük olur. Bunun nedeni, polimerlerde bulunan düzensizlikler ve atomların ısısal titreşimlerinden dolayı kristal bölgeden saçılan x-ışını şiddetinin bir kısmının amorf bölgeyi temsil eden yaygın saçılmaya eklenmiş olmasıdır.

37 Polimerizasyon Çok sayıdaki aynı veya farklı monomerlerin bir kimyasal işlemle birbirleriyle birleşerek uzun zincir oluşturmasına polimerizasyon denir [5] Polimerizasyon reaksiyonlarının sınıflandırılması Polimerizasyon reaksiyonları; mekanizmalarına, reaksiyon ortamlarına ve giren maddelerin yapılarına göre sınıflandırılabilir. Polimerizasyon reaksiyonlarına giren maddelerin yapısına göre sınıflandırılması Reaksiyona giren maddelerin yapısına göre polimerizasyon işlemleri iki önemli sınıfa ayrılır: Homopolimer Tek monomerden oluşan en basit polimer türüdür. X-(F) m -Y ile gösterilirler. F yinelenen birim, X ve Y zincirin başında ve sonunda bulunan grupları, m tekrarlanan birim sayısını gösterir. Homopolimer doğrusal (lineer) olabileceği gibi dallanmış veya üç boyutlu ağ yapısında da olabilir. Ağ yapısının oluşabilmesi için monomerin ikiden fazla fonksiyonel grup taşıması gerekir. Polimetilen zinciri (-CH 2 -CH 2 -CH 2 - CH 2 -) doğrusal bir homopolimerdir [6]. Kopolimerler Önemli polimerlerin çoğu birden fazla monomer birimi içerirler ve kopolimer olarak adlandırılırlar [6]. Çeşitli tipleri vardır; Ardı ardına (alternatif) kopolimer Stiren ve maleik anhidrit (MA) kopolimeri bu tiptir (Şekil 2.1).

38 12 Şekil 2.1. Alternatif kopolimerin gösterimi Blok kopolimer Stiren ve izopren kopolimeri bu tiptir (Şekil 2.2). Şekil 2.2. Blok kopolimerin gösterimi Rastgele kopolimer Stiren ve metil metakrilat kopolimeri bu tiptir (Şekil 2.3). Şekil 2.3. Rastgele kopolimerin gösterimi Graft kopolimer Bu şekilde ana zincir farklı, dallanmış zincirler farklı monomerlerden oluşuyorsa polimer graft kopolimerdir (Şekil 2.4). Stiren zincirine metil metakrilat zincirleri eklenmesi bu tip bir kopolimerizasyondur. Şekil 2.4. Graft kopolimerin gösterimi

39 13 Çapraz bağlı kopolimerler Vulkanize edilmiş kauçuk çapraz bağlı yapılara birer örnektir. Çapraz bağlı polimerler ısıyla akışkan özellik kazanmazlar ve çözücülerde çözünmezler (Şekil 2.5). Bunlar Termoset plastikler olarak adlandırılırlar. Doğrusal polimerlerin çoğu ise ısıyla yumuşarlar ve yeniden şekillendirilebilirler. Bunlar Termoplastikler olarak adlandırılırlar. Şekil 2.5. Çapraz bağlı kopolimerin gösterimi 2.4. Suda-Çözünebilir Polimerler Suda-çözünebilir polimerler, son yıllarda gerek akademik, gerekse endüstriyel çevrelerde önem kazanmıştır. Bu tip polimerler hem nükleik asitler, proteinler, polisakkaritler, selülozikler ve nişastalar gibi biyopolimerleri hem de poli(vinil alkol), poli(etilen oksit), poli(akrilik asit), poli(laktik asit), poli(vinil piridin)ler ve poli(nvinilpirolidon) gibi sentetik makromolekülleri kapsar. Sentetik suda-çözünebilir polimerler endüstride geniş bir uygulama alanına sahiptir. Örneğin; kozmetik endüstrisinde, saç şekillendiricilerinde, şampuanlarda, emülsiyonlar için süspanse ajanı, saç için parlaklık verici ve düzleştirici etkiye sahip ürünlerde, likit makyaj malzemelerinde, jellerde, reoloji modifiye edici olarak kullanılır [7].

40 14 Artan kirlilik problemleri açısından bakıldığında, suda-çözünebilir polimerlerin kullanımı yeni bir öneme sahip olmuştur. Suda-çözünebilir polimerler organik-bazlı solventler yerine suyun kullanımını sağlamıştır. Su bazlı sistemler su ve hava kirliliğini azaltma olanağına sahiptir. Buna ek olarak son 15 yılda, sentetik ve yarısentetik suda-çözünebilir polimerlerin Biyolojik Oksijen İhtiyacı (BOİ) üzerinde azaltıcı etkisi olduğu tespit edilmiştir [8]. Suda-çözünebilir polimerlerin önemli bir özelliği de antibiyotiklerle olan etkileşimleridir. Antibiyotikler, hastalık yapıcı mikroorganizmalara karşı aktivite göstermelerinin yanı sıra şu dezavantajlara sahiplerdir: Çoğu steroid yapılı olduğundan canlı yapısında birikme, mikroorganizmaları yok etmek amacıyla hedef aldıkları hücrelerin yanında hastalık etkeni görülmeyen hücreleri de yok etme, salımlardaki kontrolsüzlükler ve suda az çözünme gibi özelliklere sahiptirler. Antibiyotikler suda-çözünebilir polimerlerle reaksiyona girdikleri zaman yukarıda verilen dezavantajların ortadan kalktığı görülmüştür [9, 10]. Ayrıca antibiyotiklerin suda daha fazla çözündükleri, sadece hedef hücreleri yok ettikleri ve canlı yapısında birikme yapmadıkları gözlenmiştir. Ayrıca suda-çözünübilir polimerlerin yapılarında bulunan fonksiyonel grupların sebebiyle antibiyotiklerin mikroorganizmalara karşı antimikrobiyal aktivite özellikleri artmıştır. Suda-çözünebilir polimerlerin, bu özellikleri nedeniyle ilaç sanayinde kullanımları artmaktadır Suda-çözünebilir polimerlerin sınıflandırılması Genel olarak suda-çözünebilir polimerlerin sınıflandırılmasında çözünürlük, polimerlerin hidrofil gruplarının türü ve polimerlerin kaynağı (doğal, sentetik, yarısentetik vb.) gibi kıstaslar kullanılmıştır. Suda-çözünebilir polimerlerin çözünürlüğe göre sınıflandırılması Suda-çözünebilir polimerler adlı bölümde bahsi geçen uygulamalar, polimerin kolloidal dispersiyonları stabilize etme ve ara yüzeylerine absorplama yeteneğine

41 15 bağlıdır. Diğer yandan, çoğu uygulama polimerin suda çözünme derecesi tarafından belirlenir. Böyle uygulamalar; Çok çözünen suda çözünebilir polimerler Çok çözünen suda çözünebilir polimerlere örnek olarak farmasotik kapsüller ve dikiş ipi verilebilir. Oldukça çözünen suda çözünebilir polimerler Oldukça çözünen suda çözünebilir polimerlere örnek olarak; Tepsi, çatal, bıçak, bardak gibi tek kullanımlık yemek servis malzemeleri, parlak dergiler ve pigment taşıyıcılar gibi kağıt ve karton kaplamaları, tarımsal filmler ve golf topu ayağı verilebilir. Az çözünen suda çözünebilir polimerler Az çözünen suda çözünebilir polimerlere örnek olarak; Yiyecek paketleme, çocuk bezi, medikal şişeler, kaplar ve cihazlar verilebilir [7]. Polimerlerin çözünürlüğünün derecesi, iyonik, polar ve/veya hidrojen bağı etkileşimleri sebebiyle, suyun varlığında hidrate olabilecek polar ve/veya yüklü gruplara (hidroksil, amin, amit ve karboksilli asit vb) sahip olmasına bağlıdır [7]. Çoğu suda-çözünebilir polimerin sulu çözeltisinde sıcaklık arttırıldığında çökelti meydana gelir. Bu ısıtma ile gözlenen ters sıcaklık çözünürlüğe polar veya yüklü grupların dehidrasyonu sebep olur. Çökelti meydana getiren sıcaklık bulutlanma noktası (cloud point) olarak bilinir [7].

42 16 Suda-çözünebilir polimerlerin hidrofilik gruplarına göre sınıflandırılması Suda-çözünebilir polimerler hidrofilik gruplarının doğasına göre üç kategoride incelenebilir: İyonik olmayan (non-iyonik) suda çözünebilir polimerler Anyonik suda çözünebilir polimerler Katyonik suda çözünebilir polimerler [7]. İyonik olmayan (non-iyonik) suda çözünebilir polimerler Yapısında, ana zincirinde ve fonksiyonel gruplarında, artı veya eksi herhangi bir yük içermeyen ancak bu haliyle suda-çözünebilir polimerlerdir. Şekil 2.6 da bazı iyonik olmayan suda-çözünebilir polimerler verilmiştir. Şekil 2.6. Bazı iyonik olmayan suda-çözünebilir polimerlerin kimyasal yapıları Poli(vinil alkol) (PVA) Monomerik yapıdaki vinil alkol ün asetaldehit tautomerisi ve stabil olmaması yüzünden poli(vinil alkol) (PVA), ticari olarak poli(vinil asetat) (PVAc) nin hidrolizi ile üretilir [7].

43 17 PVAc, yoğun bir şekilde göreceli olarak geniş bir molekül kütlesi dağılımına sebebiyet veren serbest-radikalik polimerizasyonla sentezlenir. Son yıllarda bazı araştırma grupları, benzil vinil eter ve tert-bütil vinil eter gibi monomerleri kullanarak canlı (living) katyonik polimerizasyonu yoluyla PVA nın dar molekül kütlesi dağılımlı kontrollü sentezini bildirmişlerdir [7]. PVA nın sulu çözeltilerde çözünürlüğü polimerizasyon ve hidroliz derecesine bağlıdır. Örneğin molce %2-3 oranında artık asetat gruplarının varlığı, o C deki çözünürlükte önemli değişikliklere neden olur. Tamamen hidroliz olmuş PVA az çözünürken, %97 oranında hidroliz olmuş PVA tamamen çözünür. 80 o C nin üzerinde tamamen çözünme için ise uzun süreli ısıtma gereklidir. Zıt şekilde, hidroliz derecesi %88 olan PVA oda sıcaklığında çözünebilirken, %80 hidrolizlenmiş PVA sadece o C sıcaklık aralığında çözünür ve 40 o C nin üstünde çöker. Tamamen hidrolizlenmiş PVA nın çözünürlüğü, polimerizasyon derecesinin düşmesiyle artarken, %88 hidrolizlenmiş PVA nın çözünürlüğü polimerizasyton derecesinden bağımsızdır. PVA sulu çözeltisinden çeşitli inorganik tuzların (Na 2 SO 4, MgSO 4, KCl gibi) ilavesi ile çöktürülerek ayırabilir. PVA ve kopolimerleri; yağıştırıcılarda ve kozmetiklerde kullanıldığı kadar geniş ölçüde vinil klorür ün süspansiyon polimerizasyonunda stabilizatör olarak kullanılır. Hidrofilik vinil alkol (VA) ve hidrofobik vinil asetat (VAc) kalıntılarının her ikisini içeren kısmi hidrolizlenmiş PVA, tamamen hidrolizlenmiş PVA den daha yüksek bir yüzey aktivitesine sahiptir [7]. Poli(etilen oksit) (PEO) Poli(etilen oksit) (PEO) suda çözünebilir bir polimerdir (Şekil 2.6). Etilen oksitin halka açılması anyonik polimerizasyonu yoluyla polimerleştirilebilir. PEO suda ve birçok organik çözücüde çözünebilir. PEO, 96±3 o C lik bir bulutlanma noktası (cloud point) ile suda molekül kütlesiyle ters orantılı bir çözünürlüğe sahiptir, artan

44 18 molekül kütlesi bulutlanma noktasını düşürür. Düşük molekül kütleli PEO, 100 o C nin üstünde çöker, buna ters olarak, organik çözücülerdeki bulutlanma noktası çözünürlük için normal sıcaklığa bağlılık gösterir, örneğin ısıtma hızıyla polimer daha çok çözünür. ph 2-10 arasında, bulutlanma noktası çok az etkilenirken, ph 10 un üstünde yükselir. PEO ışıkta ve oksijen varlığında sulu çözeltilerinde kararlı olmayan bir polimerdir ve günlük bir periyotta bozunurlar, buna polimer zinciri boyunca bulunan zayıf bağlar sebep olur. Sulu çözeltide ve oksijen varlığında PEO da, polieterlerin karakteristik bozunma reaksiyonu olan yükseltgenme reaksiyonları görülür [7]. Poli(propilen oksit) ile PEO nun blok kopolimerleri, miselleşme ve jelleşme özelliklerinin ikisini birden gösterirler ve ilaç salınımı uygulamalarında kullanılırlar [7]. Poli(N-vinilpirolidon) (PNVP) Poli(N-vinilpirolidon) (PNVP) bir non-iyonik suda çözünebilir polimerdir (Şekil 2.6). Sulu çözeltilerinden Na 2 SO 4 gibi çeşitli tuzların ilavesiyle çöktürülebilir. Her bir monomer birimi 0,5 mole kadar su bağlayabilecek oranda higroskopiktir. N-vinilpirolidon (NVP) ve 2,2-Azobisizobütironitril in (AIBN) başlatıcı olarak kullanılmasıyla serbest-radikalik polimerizasyonla polimerleştirilebilir [7]. Anyonik suda çözünebilir polimerler Bu polimerler, iyonik olmayan polimerlerden farklı olarak ana zincire bağlı halde yüklü gruplar içerirler. Yüklü grupların tümü eksi olduğu için bu polimerler polianyon adını alır.

45 19 Şekil 2.7. Bazı anyonik suda-çözünebilir polimerlerin kimyasal yapıları Poli(akrilik asit) (PAA) ve poli(metakrilik asit) (PMAA) Poli(akrilik asit) (PAA) ve poli(metakrilik asit) (PMAA) (Şekil 2.7) molekül kütleleri g/mol veya daha üzerinde oldukları zaman bile suda yüksek oranda çözünürler. Bu polimerler oda sıcaklığında 10 dakika içinde %8 e varan oranlarda nem absorplarlar. PAA nın çözünürlüğü daha düşük sıcaklıklarda azalır, fakat çözelti konsantrasyonu ve polimerin molekül kütlesi çok yüksek olmadıkça, çökme normal olarak gerçekleşmez. Diğer yandan, sıcaklık arttıkça PMAA daha az çözünür hale gelir. Bu polimerlerin çözünürlükleri aynı zamanda tuz konsantrasyonu ve çözelti ph ına da bağlıdır. ph ın düşmesiyle PMAA nın çözünürlüğü azalırken, tersine PAA nın çözünürlüğü artar. Artan molekül kütlesi PMAA nın bulutlanma noktasını düşürürken, PAA nın bulutlanma noktasını yükseltir [7]. PMAA ve PAA, benzen gibi susuz ortamda, sulu çözeltide, serbest radikal polimerizasyonu ile kolaylıkla hazırlanabilir. Sulu ortamdaki polimerizasyon hızı kuvvetli biri biçimde ortamın ph ına bağlıdır. Düşük ve yüksek ph larda polimerizasyon hızı yüksektir ve ph 6-7 civarında minimuma düşer [7].

46 20 Poli(4-stiren sülfonik asit)(pssa) Poli(4-stiren sülfonik asit) (PSSA) (Şekil 2.7), serbest asitin veya sodyum/potasyum tuzunun serbest radikal polimerizasyonu ile hazırlanabilir. Ataktik PSSA; suda, metanolde ve etanolde çözünür [7]. Katyonik suda çözünebilir polimerler Bu polimerler de, iyonik olmayan polimelerden farklı olarak ana zincire bağlı halde yüklü gruplar içerirler. Yüklü grupların tümü artı olduğu için bu polimerler polikatyon adını alırlar. Şekil 2.8. Bazı katyonik suda-çözünebilir polimerlerin kimyasal yapıları

47 21 Poli[2-(dimetil amino)etil metakrilat] (PDMA) Poli[2-(dimetil amino)etil metakrilat] (PDMA) (Şekil 2.8) tersiyer amin gruplarının protonlanması sebebiyle nötral ve asidik ortamlarda suda-çözünebilir polimerdir. PDMA, çözelti sıcaklığı (>32 o C) arttırılırsa suda çözünmez hale gelir. Kuarterner formunda bulutlanma noktası gözlenmez ve 100 o C ye kadar polimere çözünür. Son yıllarda birçok araştırma grubu canlı (living) polimerizasyon teknikleri yoluyla 2-(dimetil amino)etil metakrilat (DMA) bazlı monodisperse yakın kopolimerlerin sentezini tam olarak açıklamışlardır [7]. Poli(vinil piridin)ler Poli(2-vinil piridin) (P2VP) ve poli(4-vinil piridin) (P4VP) (Şekil 2.8) nötral ph larda çözünmeyen, asidik ortamlarda ise suda-çözünebilir polielektrolitlerdir. P2VP ve P4VP polimerlerinin her ikisi de serbest radikal ve canlı (living) anyonik polimerizasyon teknikleri ile monomerlerinden sentezlenebilirler ların başında 2-vinil piridin (2VP) anyonik olarak polimerleştirilmiştir, öte yandan 4-vinil piridin in (4VP) anyonik polimerizasyonu 1990 ların başında gerçekleştirilmiştir. Vinil piridinlerin PAA ve PMAA ile kopolimerleri ilaç sanayinde kaplama materyali olarak kullanılır [7]. Poli(vinil amin) (PVAm) Poli(vinil amin) (PVAm) (Şekil 2.8), non-iyonize formunda bile suda-çözünebilir bir polimerdir. Monomeri izole edilemediğinden, PVAm, vinil amin monomerinin direkt polimerizasyonu ile sentezlenemez. Bu nedenle, PVAm, poliakrilamid gibi bir ön polimer kullanılarak dolaylı yoldan sentezlenir (Şekil 2.9) [7]. PVAm, sentetik fiberlerde boya reseptörü olarak ve fotoğraf uygulamalarında kullanılır [7].

48 22 Şekil 2.9. Ön amin monomeri kullanılarak poli(vinil amin) in sentezi Suda-çözünebilir polimerlerin kaynaklarına göre sınıflandırılması Ticari olarak, suda-çözünebilir reçineler, hidrojeller, hidrokolloidler ve zamklar olarak adlandırılan suda-çözünebilir polimerlerin daha spesifik sınıflandırılışı aşağıda verilmiştir [8]: Sentetik suda-çözünebilir polimerler Akrilamit, akrilik asit, metakrilik asit, etilen oksit, poli(etilenimin) (PEI), poli(vinil alkol) (PVA) ve poli(n-vinilpirolidon) (PNVP) polimerleridir [8]. Yarı-sentetik suda-çözünebilir polimerler Selüloz eterler, modifiye nişastalar, nişasta türevleri zamk türevleridir [8]. Doğal suda-çözünebilir polimerler Doğal zamklar ve ticari nişastalardır (arorat nişastası, mısır nişastası, patates nişastası, pirinç nişastası, tapyoka nişastası ve buğday nişastası gibi) [8] Önemli suda-çözünebilir polimerler Akrilamit polimerleri

49 23 Ürün : Suda-çözünebilir anyonik, katyonik ve nötral sentetik polimerlerdir. Genel üretim metodu: Akrilamid in sulu çözeltilerinin polimerizasyonu ile elde edilir. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, çimento, patlayıcılar, maden uygulamaları, petrol sondaj uygulamaları, kağıt işleme, su kirlilik kontrolüdür [8]. Akrilik asit ve metakrilik asit polimerleri Ürün : Akrilik ve metakrilik asitlerin suda-çözünebilir polimerleridir. Genel üretim metodu: Monomerlerin sulu çözeltilerinin polimerizasyonu ile elde edilirler. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, kozmetik, film, medikal uygulamalar, metal imali, petrol kuyusu-sondaj çamuru, kağıt üretimi, farmasotik, kauçuk lateksleridir [8]. Etilen oksit polimerleri Ürün : Suda-çözünebilir ve yüksek molekül kütleli polimerlerdir (100,000 g/mol ve üzeri molekül kütlesi). Genel üretim metodu: Etilen oksitin katalitik polimerizasyonu ile elde edilir. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, seramikler, kaplamalar, deterjanlar, filmler, yiyecekler, boyalar, baskıdır [8].

50 24 Metil selüloz ve alkil selülozlar (Selüloz eterleri) Ürün : Suda-çözünebilir alkil selüloz eter yarı-sentetik polimerleridir. Örnekler; Etil Selüloz (EC), Etil Hidroksi Etil Selüloz (EHEC) ve Hidroksi Bütil Metil Selüloz (HBMC). Genel üretim metodu: Genellikle ağaçtan veya pamuktan elde edilen selüloz ile sodyum hidroksitin sulu çözeltisi ve sonrasında bir eterifiye ajanı ile reaksiyonudur. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, tarım, seramikler, kaplamalar, filmler, yiyecekler, saç preparatları, mürekkepler, petrol kuyusu-sondaj çamuru, boyalar, kağıt işleme, farmasotikler, şampuanlar, tekstildir [8]. Poli(etilen glikol) (PEG) Ürün : Molekül kütlesi yönünden farklılaşan etilen oksidin suda-çözünebilir sentetik bir polimeridir. PEG, genellikle 20,000 g/mol e kadar bir molekül kütlesine sahiptir, ancak PEG 100,000 g/mol lük bir molekül kütlesine kadar sınıflandırmaya tabi tutulur. Etilen oksit polimerleri 100,000 g/mol ve daha üzeri molekül kütlelerine sahiptir. Genel üretim metodu: Etilen oksit, su ile sürekli katlım üzerinden PEG oluşturmak üzere reaksiyon verir. Etilen glikol, etilen oksit ile reaksiyona girerek dietilen glikolü verir, sonraki etilen oksitin katılımları trietilen glikolü verir, etilen oksitin sürekli katılımı PEG elde edilinceye kadar yüksek kondenzasyon ürünleri verir. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, kaplamalar, kozmetikler, deterjanlar, yiyecekler, mürekkepler, medikal uygulamalar, boyalar, kağıttır [8].

51 25 Poli(etilenimin) (PEI) Ürün : Oldukça higroskopik, suda-çözünebilir bir alkilen imin sentetik polimeridir. Genel üretim metodu: Monomerin katılma polimerizasyonu ile elde edilir. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, iyon değiştirici reçineler, kağıt üretimi, tekstil, fotoğraf, su kirlilik kontrolüdür [8]. Poli(vinil alkol) (PVA) Ürün : Suda-çözünebilir, lineer polihidroksil sentetik polimeridir. Genel üretim metodu: Poli(vinil asetat) ın hidrolizi ile elde edilir. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, bağlayıcılar, seramikler, tutkallar, kozmetikler, filmler, ambalajlar, kağıt ve çelik üretimidir [8]. Poli(N-vinilpirolidon) (PNVP) Ürün : Suda-çözünebilir bir polimerdir. Genel üretim metodu: N-vinil-2-pirolidonun polimerizasyonu ile elde edilir. Kullanım alanları : Yapıştırıcılar, kozmetikler, kağıt üretimi, içecekler, deterjan, taşbaskı, medikal uygulamalar, farmasotikler, fotoğraf ve tekstildir [8].

52 26 Nişasta Ürün : Doğal olarak meydana gelen α-glikozit yapılı bir glikol polimeri, bir karbonhidrattır. Nişastalar bileşim yönünden amiloz ve amilopektin bileşenlerinden oldukça farklıdır. Genel üretim metodu: Doğal halden nişasta eldesi için çeşitli ayırma metotları kullanılır. Çeşitli çözücülerdeki bulamaç işlemleri kullanılarak nişasta elde edilir ve sonrasında yıkanır ve kurutulur. Kullanım alanları : Yiyecekler, kağıt, tekstil, yapıştırıcılardır [8] Biyoaktif Polimerler Biyoaktif polimerler, medikal uygulamalarda gün geçtikçe önem kazanmaktadır [11]. Bu polimerler; diş materyali, kalp kapakçığı ve kan damarı olarak kullanılmaktadır [12-14]. Ayrıca ilaç salım sistemlerinde ve doku tamirinde cerrahi materyal olarak yararlanılmaktadır. Biyoaktif polimerlere; N-vinilimidazol, maleik anhidrit ve N- izopropil akrilamid polimerleri örnek olarak verilebilir N-Vinilimidazol ve polimerleri N-Vinilimidazol; kaynama sıcaklığı o C, molekül kütlesi 94,12 g/mol, yoğunluğu 1,038 g/cm 3 olan bir maddedir. Su, benzen, toluen, aseton ve kloroform gibi çözücülerde çözünür. N-Vinilimidazol (NVIM), imidazol halkası içeren ilginç bir monomerdir. Proteinlerin yapısında bulunur ve onların katalitik aktivitesini kısmen etkiler. NVIM elektron zengini bir monomerdir. Bununla birlikte maleik anhidritle bir yük-transfer kompleksi oluşturarak bifonksiyonel alternatif kopolimerler verir [15].

53 27 N-Vinilimidazol un yüksek sıcaklıkta, başlatıcı etkisiyle polimerizasyonu gerçekleşir. Poli(N-vinilimidazol) (PNVIM), beyaz veya hafif sarımsı, sert film teşkil eden toz yapılı bir polimerdir. PNVIM için en iyi çözücü N,N-dimetil sülfoksit (DMSO) dur. PNVIM özellikle organik çözücülerde ve sudaki iyi çözünürlüğü, hem hidrofilik, hem de hidrofobik maddelerin her ikisiyle de güçlü kompleksleşmesi, kimyasal kararlılığı gibi kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı oldukça çok kullanılan bir polimerdir. İmidazol halkası içeren polimerler ve türevleri, antimikrobiyal aktivite gösterdiğinden kullanışlı biyometaryaller olarak bilinmektedir. Bazı imidazol-5- (4H)on bileşikleri sentezlenerek antibakteriyal aktiviteleri incelenmiştir [16]. Selüloz ile graft edilen N-vinilimidazol polimeri, enzim immobilizasyonunda destek olarak kullanılmıştır [17]. PNVIM hidrojelleri sentezlenerek metal iyonunu bağlama özelliği çalışılmıştır [18] Maleik Anhidrit Kopolimerleri Bilim adamları, ilk olarak polimer modifikasyonu sayılabilecek kopolimerizasyon, graft kopolimerizasyon ve polimerleri karıştırma yöntemlerini geliştirdiler. Bu işlemler polimer üzerinde değişiklikler oluşturdu ve polimere istenilen özellikleri kazandırdı [19]. Kopolimerizasyonda kullanılan en önemli çok fonksiyonlu monomerlerden biri, maleik anhidrit (MA) tir. MA yı en çok üreten ülke, Amerika Birleşik Devletleri dir (ABD). Maleik anhidrit ve türevleri en çok reçine üretiminde kullanılmaktadır yılında ABD de üretilen MA nın %68 i doymamış poliester reçineleri ve kopolimerlerin üretiminde kullanıldı [20]. MA dan zor koşullarda ve düşük molekül kütleli polimer elde edilir, buna rağmen MA özellikle vinil ve allil türevleri ile çok kolay kopolimerize olur ve elde edilen kopolimerin polarite, sertlik, T g gibi fiziksel özelliklerinde değişiklik oluşur, ayrıca polimere bir fonksiyonel grup eklenir. Bu

54 28 fonksiyonel grup (anhidrit grubu) yapıştırıcılık, boyanabilirlik, darbeye ve ısıya dayanıklılık gibi özelliklerini değiştirerek, polimerin istenen yerlerde kullanılabilmesini sağlar. Örneğin, stiren kopolimerinin ısıya dayanıklılığını arttırmak için en önemli yol, stiren monomerini MA ile kopolimerize etmektir. MA nın en büyük özelliği, radikal polimerleşmede kompleks oluşturmasıdır. Kompleks oluşturucular polimerleşme eğilimi düşük monomerlerin polimerleşmesini sağlayıcı maddeler olarak kullanılırlar. MA genellikle bu kompleks üzerinden kopolimer oluşturur ve bu oluşan kompleks yük-transfer kompleksi olarak adlandırılır [3]. Bu şekilde birçok kopolimer sentezlenmiş ve çeşitli özellikleri incelenmiştir. Bu özellikler, akrilamid-ma kopolimerinin ısısal bozunma kinetiği ve metil metakrilat MA kopolimerinin oluşum mekanizmasıdır [21, 22]. Bu kopolimerlerdeki MA, polimerleşme sırasında monomer gibi davranarak polimer zincirine dahil olur. Böylece elde edilen kopolimer ya da terpolimere anhidrit grupları üzerinden başka bir monomer aşılama işlemi yapılabilir. MA yı diğer kompleks oluşturuculardan ayıran en üstün özelliği budur. Maleik anhidrit ile elde edilen kopolimerler, örneğin divinileter-ma gibi kopolimerler kontrollü salınım reaktifleridir [19]. Stiren-MA, kopolimerleri ise ilaç sanayi, paketleme maddelerinde kaplama maddesi ve dispers edici olarak, deterjan ve yağ katkı maddesi olarak ve yavaş salınım formülasyonlarında kullanılır Maleik anhidrit in rastgele kopolimerizasyonu Maleik anhidrit in başka bir monomer ile reaksiyona girmesi sonucunda oluşan polimerlerin çoğu rastgele kopolimerdir. Reaktivite oranları MA nın vinil monomerlerle kolaylıkla reaksiyona girdiğini göstermektedir (Çizelge 2.2) [23]. MA ile polimerizasyon reaksiyonuna girmiş olan önemli monomerler; stiren gibi vinil sübstitüe aromatik monomerleri, vinil halojenürler, vinil esterler, akrilik asit, akrilik ve metakrilik esterler, akrilik amidler, akrilonitril, allil, vinil ketonlar ve vinil sülfonik gibi vinil monomerleridir [19]. Oluşan polimerler hidrofobik, yapışkanlık ve diğer polimerlere bağlanabilme ve çapraz bağ oluşturabilme özelliklerine sahiptirler.

55 29 MA nın vinil sübstitüe monomerler ile kopolimerizasyonu, serbest radikal başlatıcılar ve γ (gama) ışınları kullanılarak basınç etkisinde yapılır. Değişik kopolimerizasyon yöntemlerinin kinetiği ve kopolimerizasyona etkileyen faktörler üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Literatürde sadece MA-stiren monomer çiftlerinin vinil monomerleriyle ve MA-vinil asetat monomer çiftlerinin esterlerle radikal başlatıcılar varlığında terpolimerizasyon reaksiyonlarına rastlanmıştır. Rastgele terpolimerizasyon: MA nın homopolimerizasyon eğiliminden daha az, elektron veren monomerler ile 1:1 alternatif kopolimer verme eğiliminin daha çok olmasından dolayı zordur. Stiren içeren terpolimerizasyon reaksiyonlarında hekzadien, diallileter, divinilbenzen ve α, β-doymamış asitlerin esterleri gibi çapraz bağlı polimerler elde etmek için kullanılır. MA, vinil asetat ve vinil klorürlerle terpolimerizasyona girdiğinde, oluşan terpolimerlere yapışkanlık, kararlılık ve viskozite özellikleri sağladığı görülmüştür. Çizelge 2.2. MA-monomer reaktivite oranları Monomer r 1 r 2 Sıcaklık ( o C) Asetik asit, vinilesteri 0,055 0, Asetik asit, alil esteri 0,180 0, Akrilik asit 0,300 0, Akrilonitril 0,000 6, Bütilvinileter 0,045 0, Metil metakrilat 0,030 3, Stiren 0,018 0, r 1 : MA nın reaktivite oranı r 2 : Monomerin reaktivite oranı Maleik anhidrit in alternatif kopolimerizasyonu MA, elektron alıcı monomer olarak, elektron verici alkil ve halojen sübstitüe monomerlerle 1:1 oranında ışınla, serbest radikal veya iyonik başlatıcılarla alternatif kopolimerleri elde edilir [19]. Elektron veren monomerler olarak: allil eter, aril, siklik ve siklik olmayan vinil eterler, vinil ester, vinil aromatik monomerleri olabilir. 1-Metil vinil eter, 1-hepten, 2-metil-1-büten gibi optikçe aktif monomerler, MA ile

56 30 kopolimerizasyon sonucunda optikçe aktif kopolimerler oluşturur. MA nın divinil eter ile polimerizasyonunda çözünebilir kopolimer elde edilir. Siklik ve uzun zincirli olefinler (konjuge ve konjuge olmayan siklodienler dahil) daha yavaş polimerize olurlar. 1,4-Dioksan ve THF gibi polar çözücülerde radikal oluşumunun daha fazla olması nedeni ile polimerizasyon verimi daha iyi olur. Basınç altında yürüyen reaksiyonlarda basınç arttıkça molekül kütlesinin de arttığı belirlenmiştir. Vinil aromatik-ma kopolimerleri hakkında çok sayıda patent mevcuttur. Örneğin, stiren ve MA, benzoil peroksit (BPO) gibi başlatıcılarla alternatif kopolimer elde etmenin en iyi örneklerinden biridir. Polimerizasyon reaksiyonları ekzotermiktir, başlatıcı ve sıcaklık ile reaksiyon kontrol edilebilir. Fazla miktarda stiren kullanılmış ise bir miktar polistiren (PS) oluşur. PS, peroksit oluşum reaksiyonunu hızlandırır [24]. Çözücü, stiren ve MA dan hidrojen absorpsiyonunun, başlama kademesinde rolü vardır. Kopolimerizasyon reaksiyonunda iyi çözücülerde viskoz bir kopolimer çözeltisi, zayıf çözücülerde ince toz haline gelen kopolimer elde edilir. 80 o C de stiren-ma kopolimeri alternatiftir. 80 o C üzerinde daha çok rastgele olmaya başlar. Stiren-MA kopolimerleri aromatik çözücülerde çöktürmeye ticari olarak elde edilir [25]. Stiren-MA kopolimerizasyon hızı, sistem heterojenleşince ve maleik asit etkisi ile artar. Stiren-MA çifti benzen ve asetonda 3 saat, civa-kuvartz ampulları ile fotokimyasal olarak polimerize edilebilmiştir. Naftalin, siklohekzan ve dihidrofuran gibi elektron verenlerin; kopolimerizasyon hızı, aktivasyon enerjisi, molekül kütlesi ve kopolimer bileşimi üzerinde önemli etkileri olabilir. Büyük sayıda α, β-sübstitüe stiren monomerlerinin MA ile verdiği alternatif kopolimerler mevcuttur. Ayrıca vinil aromatik monomerler olarak, akrilik ve vinil heterosiklik monomerler MA ile kopolimerize olurlar. N-Vinil monomerler MA ile 65 o C de AIBN radikalik başlatıcısı ile monomer karışımı oranı ne olursa olsun alternatif polimerler verir.

57 31 Maleik anhidrit kopolimerleri ARCO ve MONSANTO firmaları tarafından değişik adlarla üretilir. Bu firmalar maleik anhidrit kopolimerlerini değişik maleik anhidrit/monomer oranlarında veya değişik MA türevleri içeren kopolimerler şeklinde üretirler. Bu kopolimerlerin en önemlileri stiren-ma kopolimerleri SMA [26] ve etilen-ma kopolimerleri EMA dır. MA kopolimerleri genel olarak otomotiv, optik ve tıp, ev eşyası, kağıt ve tekstil sanayisi, ambalajlama maddeleri, deterjan ve yağ katkı maddesi ve yavaş geri kazanma formülasyonlarında kullanılır Maleik anhidrit in graft kopolimerizasyonu Maleik anhidrit ve/veya kopolimerlerinin doymuş ve doymamış polimerlerle aşılanması; polarite, boyanabilme ve hidrofiliklik gibi fizikokimyasal özellikleri geliştirilmek için yapılır [19]. Aşılı anhidrit grupları, ısı dayanıklılığını artırmak ve çapraz bağ yapma fonksiyonu sağlayan özellikler vermek için kullanılabilir. Plastik kimyasında MA nın aşılanması; vulkanizyon, oksijene dayanıklı maddeler elde etmek için yapılır. MA nın aşılanması için Diels-Alder ve serbest radikal reaksiyonları tekniği araştırılmıştır. MA ve MA-stiren karışımı; PS, polietilen (PE), polipropilen (PP), poli(vinil klorür) (PVC) ile serbest radikal, iyonik ve radyasyon başlama teknikleri ile graft yapılır. Stiren varlığı graftingi kolaylaştırır. Isısal ve peroksit başlatıcılarla MA, doğal veya sentetik plastiğe (poliizopren) aşılanır. Başlama mekanizmasına bağlı olarak polimer iki yapıya sahip olabilir. MA ile graft olmuş PP nin sertliği, uzama ve çekme gerilimleri artar. Magnezyum oksit (MgO), metal içeren çapraz bağlı polimerlere kolaylıkla vulkanize olur. Bu çapraz bağlı maddeler, yüksek sıcaklıkta yumuşarlar ve termal olarak kararlıdırlar [27].

58 Poli(N-İzopropil akrilamid) Poli(N-İzopropil akrilamid) Poli(NIPAm) e, literatürde ilk olarak, N-izopropil akrilamid (NIPAm) monomerinin sentezi ve polimerizasyonu ile rastlanmıştır. O zamandan beri poli(nipam) nın tek zincir, mikrojel, lateks, membran ve fiber formları; kimya, fizik, biyoloji, teknoloji, eczacılık ve fotoğrafçılıkta kullanılmaktadır. Poli(NIPAm) ın termal özellikleri polimer zincirine; akrilamid, metakrilik asit gibi hidrofilik grupların ya da metakrilatlar gibi hidrofobik grupların takılması ile modifiye edilir. Modifiye poli(nipam) polimerlerinin, ilaç salımı, enzim ve hücre immobilizasyonu, atık su arıtımı, petrol geri kazanımı, film teknolojisi, yapay kaslarda çeşitli uygulamaları çalışılmaktadır. Poli(NIPAm) ın homopolimerleri ve kopolimerleri; spektroskopik, kalorimetrik ve diğer tekniklerle çalışılmaktadır. Poli(NIPAm) ın sentezlenmesinde kullanılan en yaygın yöntem organik ortamda (kloroform, metanol, benzen, tetrahidrofuran, N,N-dimetil formamid, 1,4-dioksan vb) gerçekleştitilen serbest radikal polimerizasyonları ve sulu ortamlarda gerçekleştirilen redoks polimerizasyonlarıdır. Başlatıcı olarak BPO ve AIBN kullanılmaktadır. Polimerizasyon sıcaklığı, o C arasında değişmektedir. Çizelge 2.3 de serbest radikal ve redoks sentezleri için kullanılan çözücüler ve başlatıcılar verilmiştir [28]. Çizelge 2.3. NIPAm polimerizasyonunda kullanılan başlatıcı ve çözücüler Serbest Radikal Sentezi Redoks Sentezi Çözücü Başlatıcı Başlatıcı Hızlandırıcı Metanol AIBN APS Sodyum meta bisülfit Benzen AIBN APS TEMED Benzen/Aseton AIBN KPS Sodyum meta bisülfit THF AIBN KPS TEMED Benzen AIBN Benzen/THF AIBN 1,4-Dioksan AIBN Benzen BPO APS: Amonyum persülfat KPS: Potasyum persülfat TEMED: N,N,N',N'-tetrametiletilendiamin Poli(NIPAm) ın molekül kütlesi, titrasyon, viskozimetrik yöntemler ve jel geçirgenlik kromatografisi (GPC) yöntemi ile belirlenir. GPC analizleri üzerine

59 33 çeşitli tartışmalar vardır. Bazı araştırmacılar bu polimerin molekül kütlesine GPC yöntemi ile karar verilemeyeceğini iddia etmektedir. Nedeni, analiz öncesinde filtrasyon problemi ile karşılaşılmış olmasıdır. Polimer zincirlerinin güçlü bir şekilde birbirine dolandığı ve önemli sayıda zincirin GPC kolonuna girmeden önce filtrede yakalandığı varsayılmaktadır. Bazı araştırmacılar da GPC sonuçlarını polimerin ortalama kütlesini ve işlevselliğini göstermek amacıyla kullanırlar [29]. Literatür THF fazlı GPC ile elde edilen molekül kütlesi dağılımlarının, uç grup titrasyonu gibi düşük molekül kütlesi aralığında kullanılan yöntemlere uyduğunu göstermektedir [6]. Diğer taraftan yüksek molekül kütleli polimerlerin tespitinde viskozite yönteminin kullanılması ile daha belirgin sonuçların elde edildiği bulunmuştur. Önceki çalışmalarda sıcaklık duyarlı NIPAm ve akrilik asit graft kopolimerinin aynı zamanda ph duyarlılık gösterdiği bulunmuştur. Bu kopolimer matriskleri mukozal ilaç salımında, özellikle topikal ve oral salımda kullanışlı olmaktadır [30]. Karboksil uç gruplu lineer poli(nipam) ve lineer NIPAM, N-akrilosüksinimid (NHS) kopolimeri sentezlenmiştir [31]. Karboksik uç grup NHS ile esterleştirilmiş ve polimerdeki süksinimid grupları enzim konjugasyonunda kullanılmıştır. Poli(NIPAm) sulu çözeltisinde gösterdiği faz geçiş özelliğinden dolayı şişme durumundan büzüşme durumuna geçer. Bu spesifik özelliği sayesinde ilaç salınımda akıllı sistem olarak kullanılır. Poli(NIPAm), farklı katyonik polimerlerle kopolimerleştirilerek DNA salınımda taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesinde kullanılmaktadır [32] Bakteriler Bakteriler tek hücreli prokaryotik mikroorganizmalardır. Prokaryotik mikrorganizmaların tanımı: Genetik materyalleri, DNA, sitoplazmaya dağılmış durumda olan canlılardır. Büyüklükleri 0,1-10 µm arasında değişir milyon yıldan daha uzun bir süredir dünyada var oldukları bilinmektedir. Hava, toprak, su ile canlı dokularında yaşarlar ve biyolojik olarak hayatın devam etmesi için çok

60 34 önemlidirler. Siyanobakteriler (cyanobacteria) fotosentez yapabilirler ve dünyada bilinen ilk yaşam formunu oluşturmuşlardır. Bazı bakteri türleri hastalıklara neden olabilirler [33]. Bakteri kelimesi Yunanca bakteria çubuk, kamış kökünden gelir. Bunun nedeni bulunan ilk bakteri türlerinin çubuk şeklinde olmalarıdır. Bakterilerin türlerinin bilimsel isimleri iki kelimeden oluşur. İlk kelime türün ait olduğu cinsin ismidir. İkinci kelime ise, türünü tanımlar. Bakterinin bölümleri Şekil 2.10 da verilmiştir. Şekil Bakterinin bölümleri Bakterilerin sınıflandırılması Bakterilerin şekillerine göre sınıflandırılması Bakteriler çeşitli şekillerde bulunabilirler [33]. Şekil 2.11 de farklı şekillerdeki bakteriler verilmiştir.

61 35 Çubuk şeklinde olanlar (Basillus) Çubuk biçimdeki bakteriler silindirik veya buna yakın bir görünüme sahip olduklarından boyları enlerinden daha uzundur (Şekil 2.11). Ancak, bu formları cins ve türlere göre değişebileceği gibi, aynı tür mikroorganizma kültürünün çeşitli üreme fazlarında da farklılıklar meydana gelebilir. Şekil Farklı şekillerdeki bakteriler Yuvarlak şeklinde olanlar (Coccus) Yuvarlak biçimdeki bakterilerdendir (Şekil 2.11). Çapları, ortalama, 0,8-1,0 µm arasında değişmesine karşın, daha küçük (0,4-0,8 µm) veya daha büyük (1,2-2,0 µm) olanları da bulunmaktadır.

62 36 Coccus bakterileri kendi aralarında gruplara ayrılırlar: Monokok bakteriler (Coccus) Grup halinde olmayan coccus bakterilerini içerir. Diplokok bakteriler (Diplococci) İki coccus bakterisinin oluşturduğu grupları içerir (Şekil 2.11). Stafilakok bakteriler (Staphylococci) Coccus bakterilerinin üzüm salkımı şeklinde dizilmeleri sonucu oluşan grupları içerir. Streptokok bakteriler (Streptococci) Bir zincir şeklinde dizilen coccus bakteri gruplarını içerir (Şekil 2.11). Spiral şeklinde olanlar (Spirullum) Uzun bir eksen etrafında helezoni tarzda sarılmış bir vücuda sahip, bükülebilir ve uzun eksen etrafında dönerek hareket edebilirler. Virgül şeklinde olanlar (Vibrio) Kamçıları ile birlikte virgül şeklini anımsatırlar. Bakterilerin boyanmalarına göre sınıflandırılması Gram boyası ile boyandığında mavi-mor renk veren bakterilere gram-pozitif, pembekırmızı renk veren bakterilere ise gram-negatif bakteriler denir. Farklı renklerin ortaya çıkması, hücre çeperinin özelliklerinden kaynaklanır. Gram-pozitif bakteriler

63 37 kalın, peptidoglikandan oluşmuş tek katmanlı bir çepere sahipken, gram-negatif bakterilerde iki ince katmanlı (İlk tabaka karbonhidrat ve proteinlerden, ikinci tabaka ise yine peptidoglikandan oluşmak üzere) hücre çeperi bulunmaktadır. Ayrıca grampozitif bakterilerde hücre duvarı yapısına teikoik asit de katılır. Şekil 2.12 de bakterilerin hücre yapılarından kesitler ve iki tip hücre yapısı arasındaki farklılıklar verilmiştir. Şekil Gram-pozitif ve gram-negatif bakterilerin hücre yapıları Peptidoglikan Peptidoglikan, uzun paralel polisakkarit zincirlerine kovalent çapraz bağlarla bağlanmış kısa peptit zincirlerinden meydana gelen büyük moleküllerdir. Bu makromoleküllerin en önemli özellikleri, sadece prokaryotik hücrelerde, yani hücre içerisinde çeperle çevrelenmiş organelleri bulunmayan organizmalarda bulunmasıdır. Bakteriler bu gruba dahildir.

64 38 Bakterilerin solunumlarına göre sınıflandırılması Anaerob bakteriler Bakteriler organik besinleri parçalayarak enerjilerini elde ederken genellikle oksijen kullanmazlar. Bunlar havasız yerlerde de yaşayarak çoğalırlar. Aerob bakteriler Bazı bakteri grupları (Escherichia coli, Zatürree ve Yoğurt bakterisi gibi) ancak oksijenli ortamda yaşayabilir. Bunlarda mitokondri olmadığı için solunum hücre zarının iç kısmındaki kıvrımlarda (mezozom) gerçekleştirilir Mantarlar Mantarlar kök, gövde, yaprak, çiçek ve klorofile sahip olmayan ökaryotik, heterotrofik çok hücreli organizmalardır [33]. Ökaryotik mikroorganizmaların tanımı: Genetik materyalleri, DNA, çekirdek zarı ile çevrili canlılardır. Mantarlar kendi besinlerini kendileri üretmedikleri için heterotrofik olarak tanımlanırlar. Şekil 2.13 de mantarın bölümleri verilmiştir. Klorofilin bulunmaması nedeniyle fotosentez olayına rastlanamaz. Çok hücreli ve büyük olmaları, üreme tarzları, çekirdek etrafında bir zarın bulunması, çok kromozoma sahip olması ve hücre içi organellerin (mitokondrium, golgi cisimi, endoplasmik retikulum) bulunmaları gibi nedenlerle prokaryotiklerden ayrılırlar. Mantarlar doğada (kara ve sularda) çok yaygın bir yaşam spektrumu gösterirler. Büyük bir çoğunluğu saprofitik bir yaşantıya sahip olup kendilerine gerekli gıda maddelerini cansız materyallerden ve basit organiklerden temin ederler. Bir kısım mantarlar da, insan ve hayvanların yanı sıra, bitki, balık, algler gibi canlılar üzerinde parazitik, sembiyotik veya komensal bir yaşam içinde bulunurlar.

65 39 Hücre duvarları, ağırlıklı olarak kitin yapıdadır. Ayrıca hücre zarı yapısında, hayvanlardaki kolesterol yerine, ergosterol adı verilen özel bir bileşik bulunur. Şekil Mantarın bölümleri Antimikrobiyal Maddelerin Genel Özellikleri Bir antimikrobiyal maddede olması gereken başlıca özellik Selektif toksisite dir [33]. Selektif toksisite (seçici toksisite) kavramı ilk kez Poul Ehrlich tarafından ortaya atılmıştır. Kemoterapide kullanılan antimikrobiyal madde düşük konsantrasyonlarda bile etkili olmalı ya da çok az toksik olmalıdır. Böyle bir etkinin ortaya çıkabilmesi için; antimikrobiyal maddenin hedef olarak memeli hücrelerinden çok mikroorganizma hücrelerini seçmesi gereklidir. Bakteriler prokaryotik hücrelerdir, hayvan hücreleri ise ökaryotiktir. Prokaryotik hücrede var olan ancak ökaryotik hücrede bulunmayan bir molekülü hedefleyen antimikrobiyal maddeler (Penisilin, sefalosporin, sülfonamid) yüksek derecede seçici toksisiteye sahiptir. Oysa ökaryotik hücre yapısı gösteren ve dolayısı ile yapısal olarak memeli hücrelerine benzeyen

66 40 mantar ve protozonlara etkili antimikrobiyal maddeler için seçici toksisiteden söz etmek hatalı olur. Virüslere etkili ilaçların seçici toksisitesinden de hiç söz edilemez. Virüsler konak hücreye tutunduklarında, konağa zarar vermeden virüsü etkilemek olanaksızdır. Bu nedenle viral infeksiyonların çoğunluğu antimikrobiyal maddelerle tedavi edilemez. İnfeksiyon vücudun doğal savunma mekanizmaları ile sonlandırılırlar. Antimikrobiyal maddeler genellikle etkili olabildikleri mikroorganizma cins sayısının az ya da çok oluşuna bağlı olarak, dar veya geniş spektrumlu şeklinde tanımlanır. Geniş spektrumlu antimikrobiyal maddeler çok sayıda cins ve türden mikroorganizmaya etkili olduğu halde, dar spektrumlu antimikrobiyal maddelerin etkilediği mikroorganizma cins ve türlerinin sayısı sınırlıdır. Örneğin vankomisin gibi bazı antimikrobiyal maddeler sadece gram-pozitif bakterilere etkilidir, yani bunlar dar spektrumludur. Bir infeksiyona neden olan mikroorganizma üzerine etkili, en dar spektrumlu maddeler tedavide ideal antimikrobiyal madde olarak kabul edilirler. Çünkü geniş spektrumlu antimikrobiyal maddeler konağın doğal bağışıklığında önemli rol oynayan ve ekolojik dengeyi sağlayan normal mikroorganizma florasını bozar. Ancak, birkaç patojenin birlikte etken olduğu mikst infeksiyonlarda (İki ya da daha fazla bakteri tipinin bulunduğu enfeksiyon) ya da mikrobiyoloji laboratuvarı sonuçlarının beklenemeyeceği acil durumlarda genellikle geniş spektrumlu antimikrobiyal maddeler (karbenem, kinolon) kullanılır. Bazı bakteri ve mantar türleri tarafından oluşturulan, diğer mikroorganizmalar için mikrobisid veya mikrobiyostatik etki gösteren maddelere antibiyotik adı verilir. Mikrobisid madde mikroorganizmaları öldürücü, mikrobiyostatik madde ise mikroorganizmalarin üremesini durdurucu gösteren maddelerdir. Örneğin bakterileri öldürücü olanlar bakterisid, üremesini durduranlar bakteriyostatik etkili olarak tanımlanır. Antibiyotiklerle benzer özelliklere sahip olan, tek fark olarak kimyasal

67 41 yolla sentez edilen, yani tümüyle sentetik olan maddelere ise kemoterapotik adı verilir Antimikrobiyal maddelerin sınıflandırılması Antimikrobiyal maddelerin sınıflandırılmasında, genellikle onların hücrede aktivite gösterdikleri yer esas alınır. Böyle bir sınıflandırma hangi antimikrobiyal maddenin hangi bakteri ve mantar türüne etkili olabileceği hakkında kesin bir bilgi sağlayamaz. Ancak antimikrobiyal aktivitenin moleküler temelinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olur. Bakteri hücrelerinde antibiyotiklerin etkilediği başlıca bölgeler Şekil de verilmiştir. Şekil Bakteri hücre membranı Şekil Bakteri hücre duvarı

68 42 Şekil Bakterinin sitoplazmasında bulunan ribozomlar Şekil Bakterinin yapısında bulunan nükleik asitler Antimikrobiyal maddeler bakteriler üzerine dört farklı yoldan etki edebilir: Bakterinin hücre duvarı sentezinin önlenmesi, Hücre membranının (Sitoplazma zarı) bozulması, Protein sentezinin önlenmesi, Nükleik asit sentezinin önlenmesi, Ara metabolizmanın önlenmesidir.

69 43 Hücre duvarı sentezinin önlenmesi Hücre duvarının yapısında peptidoglikan maddesi bulunmaktadır. Antibiyotikler, Peptidoglikan ın oluşmasında rol oynayan Transpeptidaz ve Karboksipeptidaz enzimlerinin (Bu enzimler, sitoplazmik membranın dış yüzünde bulunur ve penisilini bağlarlar) işlevlerinin bloke ederler. Bu şekilde aktivite gösteren antibiyotikler, Beta Laktam halkası içeren antibiyotiklerdir. Penisinlinler sitoplazmik membranın dış yüzeyinde bulunan enzimlere bağlanarak enzimlerin salınmasına, hücre duvar sentezinin önlenmesine ve bakterinin ölümüne sebep olur. Bu antibiyotiklere bakterisid adı verilir. Hücre membranının (sitoplazmik zar) bozulması Antibiyotikler sitoplazmik zarı, eritirler veya geçirgenliğini bozarlar. Bu antibiyotiklerin gösterdiği etkiye bakterisid etki denir. Yarı geçirgen özelliği bozulan hücre membranından düzensiz iyon alış verişi olur ve hücre zarar görür. Bu antibiyotiklere örnek olarak Polimisin, Colistin ve Nistatin verilebilir. Protein sentezinin önlenmesi Antibiyotikler, hücrede proteinlerin sentezlendiği yer olan ribozomların belirli bölgelerini hedef alırlar. İlaç belirli bölgelerle birleşerek protein sentezini önler. Aminoglikozit yapısı içeren antibiyotikler benzer şekilde bakterinin protein sentezini önlerler. Nükleik asid sentezinin önlenmesi Antibiyotikler, DNA ya bağlı RNA polimerazı (enzim) bloke ederek mrna oluşmasını engellerler. Bir kısım ilaçlar da DNA Gyrase ı (enzim) bloke ederek, DNA sentezini önlerler. Bu antibiyotiklere örnek olarak Rifampin, Kinolonlar verilebilir. Bu etkiyi gösteren antibiyotiklere bakteriostatik denir.

70 44 Antimikrobiyal maddeler mantarlar üzerine dört farklı yoldan etki edebilir (Şekil 2.19): Hücre membranın yapısının bozulması (1), P α-demetilaz Ergosterol biyosentezini önleme (2), DNA replikasyonunun engellemesi (3), β-(1,3)-glukan sentetaz enziminin engellenmesidir (4). Şekil Antimikrobiyal maddelerin mantar hücresinde etkili olduğu bölgeler

71 45 3. DENEYSEL KISIM 3.1. Deneylerde Kullanılan Kimyasal Maddeler, Aletler ve Cihazlar Kullanılan kimyasal maddeler Maleik anhidrit (MA) : M w = 98,06 g/mol, e.n.=52-54 o C, 99,0 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. N-Vinilimidazol (NVIM) : M w = 94,12 g/mol, k.n.= o C, d= 1,038 g/cm 3, 99,0 saflıktadır. Sigma-Aldrich (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. N-İzopropil akrilamid (NIPAm) : M w = 113,16, k.n.=89-92 o C, e.n.= o C, 97,0 saflıktadır. Sigma- Aldrich (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. 2,2-Azobisizobütironitril (AIBN) : M w = 164,21, e.n.= o C, d= 1,110 g/cm 3, 98,0 saflıktadır. Acros (Belçika) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. 1,4-Dioksan : M w = 88,11 g/mol, e.n.=10-12 o C, k.n.= o C, d= 1,034 g/cm 3, 99,0 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. Toluen : M w = 92,14 g/mol, k.n.= 110,6 o C, e.n.= -95 o C, d= 0,866-0,868 g/cm 3, 99,0 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı.

72 46 Metanol : M w = 32,04 g/mol, d= 0,791-0,793 g/l, 99,7 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. n-hekzan : M w = 96,00, k.n.=69 o C, e.n.= -95 o C, 99,0 saflıktadır. Sigma- Aldrich (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. Benzen : M w = 78,11 g/mol ve 99,5 saflıktadır. Sigma-Aldrich (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. Dietil eter : Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. N,N-Dimetil sülfoksit (DMSO) : M w = 78,13 g/mol ve 99,5 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. N,N-Dimetil formamid (DMF) : M w = 73,10 g/mol, k.n.= 153 o C, e.n.= -61 o C, d= 0,940 g/cm 3 ve 99,0 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. Diklormetan : M w = 84,93 g/mol, k.n.= 40 o C, e.n.= -95 o C, d= 1,330 g/cm 3 ve 99,5 saflıktadır. Merck (Almanya) firmasından temin edildi ve herhangi bir saflaştırma işlemine tabii tutulmadı. Deiyonize su Staphylococcus aureus ATCC : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi.

73 47 Bacillus subtilis ATCC Eschericia coli ATCC Klebsiella pneumoniae ATCC Streptococcucs faecalis RSKK 500 Pseudomonas aeruginosa ATCC Candida albicans ATCC Mueller-Hinton Besiyeri Tryptic Soy Besiyeri Sabouraud Dextrose Besiyeri Eritromicin Gentamicin Ketokonazol Penisilin G Ampilisin : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : G.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümünden temin edildi. : Nobel İlaç Sanayi ve Ticaret A.Ş. den temin edildi. : Nobel İlaç Sanayi ve Ticaret A.Ş. den temin edildi. : Kurtsan İlaç Sanayi ve Ticaret A.Ş. den temin edildi. : Eczacıbaşı İlaç Sanayi ve Ticaret A.Ş. den temin edildi. : Roche İlaç Sanayi ve Ticaret A.Ş. den temin edildi.

74 Aletler, cihazlar ve teknikler Deney düzeneği Deneyde iki boyunlu 250 ml lik cam balon, geri soğutucu, manyetik ısıtıcı-karıştırıcı, termometre ve gliserin banyosu kullanıldı. İki boyunlu balona: geri soğutucu ve azot gazı bağlanarak gliserin banyosu içinde 6, 12, 24 ve 48 saat boyunca manyetik ısıtıcıkarıştırıcı ile karıştırılarak sabit sıcaklıkta (±1) polimerler hazırlandı. Kullanılan ısıtıcı-karıştırıcı 150-1,000 devir/dakika karıştırma hızı aralığında çalışabilen manyetik ısıtıcı-karıştırıcıdır. Gliserin banyosu kullanılarak sıcaklığın sabit kalması sağlandı. Gliserin banyosu içine bırakılan bir termometre ile sıcaklık ölçülerek, deney süresince sıcaklık kontrol altında tutuldu. Polimerlerin hazırlandığı deney düzeneği Resim 3.1 de verildi. Resim 3.1. Polimerlerin hazırlandığı deney düzeneği

75 49 Vakum etüvü Sentezlenen homopolimerler, kopolimerler ve terpolimerler 100 mbar a kadar düşük basınçlara inebilen Heraeus D-6450 Hanau Model vakum etüvünde kurutuldu. İnkübatör Antimikrobiyal aktivite deneylerinde kullanılan bakteriler ve bakteri-polimer karışımları Nüve EN 055 Model inkübatörde 37 o C de 24 saat süreyle inkübe edildi. Buharlı Sterilizatör (Otoklav) Antimikrobiyal aktivite deneylerinde kullanılan malzemeler Nüve OT 4060 Ameliyathane Tipi Model Dik Tip Buharlı Sterilizatör sterilize edildi. Fourier transform infrared spektrometrisi (FTIR) Sentezlenen homopolimerler, kopolimerler ve terpolimerlerin IR leri saf KBr içinde disk hazırlanarak 25 o C de Mattson-1000 Model spektrometre kullanılarak alındı. Ultraviyole-görünür bölge spektrofotometresi (UV-VİS) Örneklerin optik özelliklerini incelemek amacıyla UV-Görünür bölge spektrumları, DMSO ve deiyonize H 2 O içerisinde 0,5 mg/10 ml derişiminde çözeltileri hazırlanarak Unicam UV2-100 Model UV-VIS Spektrofotometre ve Epson FX-870 Model yazıcı ile alındı. Altın kaplama cihazı Polimerlerin taramalı elektron mikroskobunda yüzey yapılarının incelenebilmesi için çelik staplara yapıştırılan örneklerin yüzeyi Polaron SC502 Sputter Coater Model altın kaplama cihazında 3 dakika süreyle altın kaplandı.

76 50 Taramalı elektron mikroskobu (SEM) Altın ile kaplanan örneklerin yüzey mikrografları değişik büyütmelerde, 10,000 büyütme kapasitesine sahip olan JEOL JSM-6060LV Model taramalı elektron mikroskobunda alındı. Termogravimetrik analiz (TGA) Örneklerin termal bozunma ve kütle kayiplari, 25-1,000 o C sıcaklık aralığında ve N 2 atmosferinde, 10 o C/dk ısıtma hızında Shimadzu DTG-60/60H Model Simültane Diferansiyel Termal Gravimetre cihazı ile incelendi. Diferansiyal termal analiz (DTA) Örneklerin termal bozunmaları, o C sıcaklık aralığında ve N 2 (g) atmosferinde, 10 o C/dk ısıtma hızında Shimadzu DTG-60/60H Model Simültane diferansiyel termal gravimetre cihazı ile incelendi. Diferansiyal taramalı kalorimetresi (DSC) Örneklerin termal geçişlerini incelemek amacıyla N 2 (g) atmosferinde 10 o C/dk ısıtma hızında, o C sıcaklık aralığında Shimadzu DSC-60 Model diferansiyel taramalı kalorimetre cihazı kullanıldı. 1 H NMR spektrometresi Örneklerin 1 H NMR spektrumları, DMSO-d 6 içerisinde 0,5 mg/10 ml derişiminde çözeltileri hazırlanarak 27 o C de Bruker Avance DPX400 Model NMR Spektrometre kullanılarak alındı.

77 51 13 C NMR spektrometresi Örneklerin 13 C NMR spektrumları, DMSO-d 6 içerisinde 0,5 mg/10 ml derişiminde çözeltileri hazırlanarak 27 o C de Bruker Avance DPX400 Model NMR Spektrometre kullanılarak alındı. Elementel analiz Polimer bileşimi hakkında bilgi edinmek amacı ile örneklerin element analizi LECO, CHNS-932 Model element analizi cihazı ile yapıldı. X-ışını difraksiyonu (XRD) Sentezlenen örneklerin toz X-ışını kırınımı analizleri 5 o 2θ 50 o aralığında CuKα (λ=0,15418 nm) radyasyon kaynağı kullanılarak Bruker AXS D8 Discover Model cihazı kullanılarak kaydedildi Polimerlerin Sentezi Toluen ortamında gerçekleştirilen Poli(N-Vinilimidazol) (PNVIM) sentezleri Homopolimer eldesi toluen çözücü ortamında, yüksek saflıktaki azot atmosferinde ve 60 o C de 6, 12, 24 ve 48 saat süreyle gerçekleştirildi. Başlatıcı olarak 2,2- azobisizobütironitril (AIBN) kullanıldı. İki boyunlu boş balon geri soğutucuya takılarak 60 o C deki manyetik ısıtıcıkarıştırıcı üzerinde bulunan gliserin banyosuna daldırıldı. Balondan 10 dakika azot gazı geçirilerek içerisinden oksijen uzaklaştırıldı. Bu süre sonunda 4,00 ml NVIM monomeri ve ardından 20,00 ml toluen iki boyunlu cam balona alındı. NVIM monomeri toluende çözüldükten sonra 0,02 g AIBN ve 20,00 ml toluen ilave edildi.

78 52 Ortamdan 15 dakika azot gazı geçirildikten sonra uygun reaksiyon sıcaklığı olan 60 o C de 6, 12, 24 ve 48 saatlik sürelerde polimerleşme reaksiyonları gerçekleştirildi. Polimerizasyonlar sonunda karışımlar behere alındı. Karışımlardan toluen uzaklaştırıldı ve homopolimerler 80,00 ml n-hekzan ile çöktürüldü. Çökmenin tamamlanması için karışımlar santrifüj tüplerine alındı. Santrifüjde 4,000 devir/dakika hızda, 2 dakika santrifüjlendi ve çöken homopolimerler ayrıldı. Polimerleşmeye katılmayan NVIM i uzaklaştırmak için tüpler içindeki homopolimerler, iki kez sırasıyla 25,00 ml benzen ve 25,00 ml dietil eter ile yıkanıp tekrar santrifüjlendi. Bu süre sonunda 24 saat 40 o C de vakum etüvünde kurutuldu. Hazırlanan homopolimerlerde kullanılan NVIM, AIBN, toluen, benzen ve dietil eter miktarları ile reaksiyon süreleri Çizelge 3.1 de verilmiştir. Çizelge 3.1. PNVIM in toluen ortamındaki sentez koşulları Deney No NVIM Miktarı (ml) AIBN Miktarı (g) Toluen Miktarı (ml) Benzen Miktarı (ml) Dietil eter Miktarı (ml) 1 4,00 0,02 40,00 50,00 50, ,00 0,02 40,00 50,00 50, ,00 0,02 40,00 50,00 50, ,00 0,02 40,00 50,00 50,00 48 Reaksiyon Süresi (saat) Benzen ortamında gerçekleştirilen PNVIM sentezleri PNVIM homopolimerinin sentezinde çözücü olarak toluen yerine benzen kullanılarak deneyler Bölüm de yer alan toluen çözücü sistemindeki gibi yapıldı. Hazırlanan homopolimerde kullanılan NVIM, AIBN, benzen ve dietil eter miktarları ile reaksiyon süreleri Çizelge 3.2 de verilmiştir. Çizelge 3.2. PNVIM in benzen ortamındaki sentez koşulları Deney No NVIM Miktarı (ml) AIBN Miktarı (g) Benzen Miktarı (ml) Dietil eter Miktarı (ml) 5 4,00 0,02 90,00 50, ,00 0,02 90,00 50, ,00 0,02 90,00 50, ,00 0,02 90,00 50,00 48 Reaksiyon Süresi (saat)

79 ,4-Dioksan ortamında gerçekleştirilen PNVIM sentezleri PNVIM homopolimerinin sentezinde çözücü olarak toluen yerine 1,4-dioksan kullanılarak deneyler Bölüm deki toluen çözücü sistemindeki gibi yapıldı. Hazırlanan homopolimerde kullanılan NVIM, AIBN, 1,4-Dioksan, benzen ve dietil eter miktarları ile reaksiyon süreleri Çizelge 3.3 de verilmiştir. Çizelge 3.3. PNVIM in 1,4-dioksan ortamındaki sentez koşulları Deney No NVIM Miktarı (ml) AIBN Miktarı (g) 1,4-Dioksan Miktarı (ml) Benzen Miktarı (ml) Dietil eter Miktarı (ml) 9 4,00 0,02 40,00 50,00 50, ,00 0,02 40,00 50,00 50, ,00 0,02 40,00 50,00 50, ,00 0,02 40,00 50,00 50,00 48 Reaksiyon Süresi (saat) ,4-Dioksan ortamında gerçekleştirilen Poli(N-Vinilimidazol-co-maleik anhidrit) [Poli(NVIM-co-MA)] sentezleri N-Vinilimidazol NVIM) ve maleik anhidrit (MA) kopolimerizasyonu, aynı oranlarda monomer kullanılarak 1,4-dioksan içerisinde, yüksek saflıktaki azot atmosferinde ve 65 o C de 6, 12, 24 ve 48 saat süreyle gerçekleştirildi. Başlatıcı olarak AIBN kullanıldı. İki boyunlu boş balon geri soğutucuya takılarak 65 o C deki manyetik ısıtıcıkarıştırıcı üzerinde bulunan gliserin banyosuna daldırıldı. Balondan 10 dakika azot gazı geçirilerek içerisinden oksijen uzaklaştırıldı. Bu süre sonunda 2,00 g MA monomeri ve ardından 10,00 ml 1,4-dioksan iki boyunlu cam balona alındı. MA monomeri 1,4-dioksanda çözüldükten sonra 2,00 ml NVIM monomeri ve 10,00 ml 1,4-dioksan ilave edildi. Daha sonra 0,02 g AIBN (başlatıcı olarak) ve 10,00 ml 1,4- dioksan daha ilave edildi. Ortamdan 15 dakika boyunca azot gazı geçirildikten sonra uygun reaksiyon sıcaklığı olan 65 o C de 6, 12, 24 ve 48 saatlik sürelerde polimerleşme reaksiyonları gerçekleştirildi.

80 54 Polimerizasyonlar sonunda karışımlar behere alındı. Karışımlardan 1,4-dioksan uzaklaştırıldı ve kopolimerler 80,00 ml metanol ile çöktürüldü. Çökmenin tamamlanması için karışımlar santrifüj tüplerine alındı. Santrifüjde 4,000 devir/dakika hızda, 2 dakika santrifüjlendi ve çöken kopolimerler ayrıldı. Polimerleşmeye katılmayan MA ve NVIM i uzaklaştırmak için tüpler içindeki kopolimerler iki kez sırasıyla 25,00 ml benzen ve 25,00 ml dietil eter ile yıkanıp tekrar santrifüjlendi. Bu süre sonunda 24 saat 40 o C de vakum etüvünde kurutuldu. Hazırlanan kopolimerlerde kullanılan NVIM, MA, AIBN, 1,4-dioksan, benzen ve dietil eter miktarları ile reaksiyon süreleri Çizelge 3.4 de verilmiştir. Çizelge 3.4. Poli(NVIM-co-MA) nın 1,4-dioksan ortamındaki sentez koşulları Deney No MA Miktarı (g) NVIM Miktarı (ml) AIBN Miktarı (g) 1,4-Dioksan Miktarı (ml) Metanol Miktarı (ml) 13 2,00 2,00 0,02 30,00 80, ,00 2,00 0,02 30,00 80, ,00 2,00 0,02 30,00 80, ,00 2,00 0,02 30,00 80,00 48 Reaksiyon Süresi (saat) Metanol ortamında gerçekleştirilen Poli(NVIM-co-MA) sentezleri Poli(N-vinilimidazol-co-maleik anhidrit) kopolimeri sentezinde çözücü olarak 1,4- dioksan yerine metanol kullanılarak deneyler Bölüm deki 1,4-dioksan çözücü sistemindeki gibi yapıldı. Hazırlanan kopolimerde kullanılan MA, NVIM, AIBN, metanol, benzen ve dietil eter miktarları ile reaksiyon süreleri Çizelge 3.5 de verilmiştir. Çizelge 3.5. Poli(NVIM-co-MA) nın metanol ortamındaki sentez koşulları Deney No MA Miktarı (g) NVIM Miktarı (g) AIBN Miktarı (g) Metanol Miktarı (ml) Benzen Miktarı (ml) Dietil eter Miktarı (ml) 17 2,00 2,00 0,02 30,00 50,00 50, ,00 2,00 0,02 30,00 50,00 50, ,00 2,00 0,02 30,00 50,00 50, ,00 2,00 0,02 30,00 50,00 50,00 48 Reaksiyon Süresi

81 ,4-Dioksan ortamında gerçekleştirilen Poli(N-Vinilimidazol-co-maleik anhidrit-co-n-izopropil akrilamit) [Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm)] sentezi NVIM, MA ve N-izopropil akrilamid (NIPAm) terpolimerizasyonu, aynı oranlarda monomer kullanılarak 1,4-dioksan içerisinde, yüksek saflıktaki azot atmosferinde ve 65 o C de 6, 12, 24 ve 48 saat süreyle gerçekleştirildi. Başlatıcı olarak AIBN kullanıldı. İki boyunlu boş balon geri soğutucuya takılarak 65 o C deki manyetik ısıtıcıkarıştırıcı üzerinde bulunan gliserin banyosuna daldırıldı. Balondan 10 dakika azot gazı geçirilerek içerisinden oksijen uzaklaştırıldı. Bu süre sonunda 1. aşamada; 2,00 g MA monomeri ve ardından 10,00 ml 1,4-dioksan iki boyunlu cam balona alındı. 2. aşamada; MA monomeri 1,4-dioksanda çözüldükten sonra 1,00 ml NVIM monomeri ve 10,00 ml 1,4-dioksan ilave edildi. 3. aşamada; 1,00 g NIPAm monomeri ve 1,4- dioksan ilave edildi. Son aşamada; 0,02 g AIBN (başlatıcı olarak) ve 10,00 ml 1,4- dioksan daha ilave edildi. Ortamdan 15 dakika boyunca azot gazı geçirildikten sonra uygun reaksiyon sıcaklığı olan 65 o C de 6, 12, 24 ve 48 saatlik sürelerde polimerleşme reaksiyonları gerçekleştirildi. Polimerizasyonlar sonunda karışımlar behere alındı. Karışımlardan 1,4-dioksan uzaklaştırıldı ve terpolimerler 80,00 ml metanol ile çöktürüldü. Çökmenin tamamlanması için karışımlar santrifüj tüplerine alındı. Santrifüjde 4,000 devir/dakika hızda, 2 dakika santrifüjlendi ve çöken terpolimerler ayrıldı. Polimerleşmeye katılmayan MA, NVIM ve NIPAm ı uzaklaştırmak için tüpler içindeki terpolimerler iki kez sırasıyla 25,00 ml benzen ve 25,00 ml dietil eter ile yıkanıp tekrar santrifüjlendi. Bu süre sonunda 24 saat 40 o C de vakum etüvünde kurutuldu. Hazırlanan terpolimerlerde kullanılan NVIM, MA, NIPAm, AIBN, 1,4- dioksan, benzen ve dietil eter miktarları ile reaksiyon süreleri Çizelge 3.6 da verilmiştir.

82 56 Çizelge 3.6. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın 1,4-dioksan ortamındaki sentez koşulları Dene y No MA Miktarı (g) NVIM Miktarı (ml) NIPAm Miktarı (g) AIBN Miktarı (g) 1,4-Dioksan Miktarı (ml) Metanol Miktarı (ml) 21 2,00 1,00 1,00 0,02 30,00 80, ,00 1,00 1,00 0,02 30,00 80, ,00 1,00 1,00 0,02 30,00 80, ,00 1,00 1,00 0,02 30,00 80,00 48 Reaksiyon Süresi 3.3. Çözünürlük Testleri Polimerlerin çözünürlük testleri, 25 0 C de çeşitli çözücü ortamlarında yapıldı. Polimerlerin farklı çözücülerdeki çözünürlükleri Çizelge 3.7 de verilmiştir. Kullanılan çözücülerin özellikleri Bölüm de verildi. Çizelge de, çözünenler için (+), çözünmeyenler için (-) ve kısmen çözünenler için (±) işaretleri kullanıldı. Çizelge 3.7. Polimerlerin farklı çözücülerdeki çözünürlükleri Deney Polimer DMSO DMF H 2O 1,4-Dioksan Metanol CH 2Cl 2 No * 1 PNVIM ± 2 PNVIM ± 3 PNVIM ± 4 PNVIM ± 5 PNVIM ± 6 PNVIM ± 7 PNVIM ± 8 PNVIM ± 9 PNVIM ± 10 PNVIM ± 11 PNVIM ± 12 PNVIM ± 13 Poli(NVIM-co-MA) ± 14 Poli(NVIM-co-MA) ± 15 Poli(NVIM-co-MA) ± 16 Poli(NVIM-co-MA) ± 17 Poli(NVIM-co-MA) ± 18 Poli(NVIM-co-MA) ± 19 Poli(NVIM-co-MA) ± 20 Poli(NVIM-co-MA) ± 21 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ± 22 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm ± 23 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm ± 24 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm ± *Deiyonize H 2O

83 Polimerlerin Verimi Polimerlerin yüzde verimi, Eş. 3.1 kullanılarak hesaplanmıştır. E po lim er % verim = 100 (3.1) T madde Eşitlikte E polimer, elde edilen polimer miktarı; T madde, başlangıçta reaksiyona giren maddelerin toplam miktarıdır Poli(NVIM-co-MA) Kopolimerinin Kompozisyonunun Belirlenmesi Sentezlenen kopolimerlerin monomer oranları elementel analiz, 1 H NMR spektrumu ve FTIR spektrumlarından elde edilen değerlerden yararlanılarak hesaplanabilir Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin kompozisyonunun elementel analiz ile belirlenmesi Sentezlenen kopolimerlerin C, H, ve N içerikleri CHNS-932 model LECO Elementel Analiz cihazı kullanılarak belirlendi. NVIM ve MA monomer birimlerinin mol oranları elementel analiz verileri sonucu elde edilen N içeriği ile aşağıdaki Eş. 3.2 kullanılarak hesaplanmıştır [34]. m 1 = M 2 /[(A N /B)- M/100] (3.2) Eşitlikte m 1, NVIM in mol oranı; M 2, MA nın molekül kütlesi; A N, Azot un atom kütlesi; B ise kopolimerlerdeki % azot içeriğidir. M= M 1 -M 2 (M 1, NVIM in molekül kütlesidir). m 1 +m 2 = 1 dir (m 2 = MA nın mol oranı).

84 Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin kompozisyonunun 1 H NMR spektrumu ile belirlenmesi Sentezlenen kopolimerlerin monomer oranları bilinen NMR [35] metodu ile tayin edilebilir. 1 H NMR spektrumundaki NVIM ve MA birimlerinin sırasıyla metin (-CH) ve anhidrit gruplarının integrallerinden yararlanılır. Poli(NVIM-co-MA) nın 1 H NMR spektrumdaki veriler kullanılarak monomer birimleri (m 1 ve m 2 ) aşağıdaki Eş. 3.3 ve 3.4 ile hesaplanabilir. Am 1 (imidazol halkasının CH grubu)/a toplam = n 1 m 1 /(a 1 m 1 +b 2 m 2 ) (3.3) Am 2 (Anhidrit birimlerinin CH grubu)/a toplam = n 2 m 2 /(a 1 m 1 +b 2 m 2 ) (3.4) Eşitliklerde A toplam, kopolimerdeki karbon atomlarının toplam alanı; n 1 ve n 2 monomerlerin fonksiyonel gruplarındaki proton(ların) sayıları; a ve b monomer birimlerindeki protonların sayılarıdır. Eş. 3.3 ve 3.4 yeniden düzenlenirse aşağıdaki Eş. 3.5 elde edilir. m 1 /m 2 = n 2 Am 1 (halkanın veya zincirin CH grubu-ch)/n 1 Am 2 (Anhidrit birimlerinin CH grubu) (3.5) Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin kompozisyonunun FTIR spektrumu ile belirlenmesi Sentezlenen kopolimerlerin NVIM ve MA içeriği FTIR spektrumları ile karakterize edilebilmektedir [36]. Kopolimer kompozisyonu şu veriler kullanılarak hesaplanabilir: 654 cm -1 deki band (NVIM birimlerindeki imidazol halkası için), 1780 cm -1 deki band (MA biriminin

85 59 anhidrit gruplarındaki C=O gerilme bandı) ve standart band olarak 1416 cm -1 de en az değişen absorpsiyon bandıdır. Kopolimerdeki monomer birimlerinin molar oranları (m 1 ve m 2 ) aşağıdaki Eş. 3.6 ve 3.7 ile hesaplanabilir. m 1 = [( A 654 /M 1 )/ ( A 654 /M 1 + A 1780 /M 2 )]x100 (3.6) m 2 = [( A 1780 /M 2 )/ ( A 654 /M 1 + A 1780 /M 2 )]x100 (3.7) Eşitlikteki M 1 ve M 2 sırasıyla NVIM ve MA monomerlerin mol kütleleridir. m 1 /m 2 = ( A 654 /M 1 )/( A 1780 /M 2 ) dir. ( A i, standart bandın en az değişen absorpsiyon banda oranıdır) 3.6. Polimerlerdeki Kristal Düzlemler Arasındaki Uzaklıkların ve Kristal Oranlarının Hesaplanması Polimerlerdeki kristal düzlemler arasındaki uzaklıklar (d aralıkları) Bragg eşitliği olarak bilinen ve Bölüm de verilen Eş. 2.1 kullanılarak hesaplanmıştır. Polimerlerin kristal oranları aşağıda verilen Eş. 3.8 ile hesaplanmıştır. X k I I + I k = (3.8) k a Eşitlikte, X k, polimerlerdeki kristal oranı; I k, kristal bölgelerin alanı; I a, amorf bölgelerin alanıdır.

86 Sentezlenen Polimerlerin Antimikrobiyal Aktivitelerinin İncelenmesi Antimikrobiyal aktivite çalışmaları Polimerlerin antimikrobiyal aktivitelerinin incelenmesinde aşağıda verilen mikroorganizmalar, standart maddeler ve besiyerler kullanılmıştır. Polimerlerin antimikrobiyal aktiviteleri standart maddeler kullanılarak karşılaştırma yapılmıştır. Mikroorganizmalar Sentezlenen bileşiklerin antibakteriyal etkilerini incelemek üzere; gram-pozitif mikroorganizmalardan Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis ve Streptococcucs faecalis ile gram-negatif mikroorganizmalardan Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae ve Pseudomonas aeruginosa ve antifungal etkilerini incelemek üzere Candida albicans kullanılmıştır. Staphylococcus aureus: Staphylococcus aureus, Micrococaceae familyasından kök şeklinde bir bakteridir. Gram-pozitif, sporsuz, hareketsiz ve kapsülsüzdür (Resim 3.2) [37]. Doğada oldukca yaygın olarak tozda, toprakta, eşya üzerinde, insan ve hayvan derisinde ve ağızda bulunur. Oksijenli ortamda (aerob), belli miktarda oksijenli (mikroaerofil) ve tamamen oksijensiz ortamda üreyebilirler. Optimal olarak 37 o C de ve ph 7,4 de ürerler. Oldukça dayanaklıdır, diğer bakterilerin çoğu 60 o C de 30 dakika bekletilmekle oldukleri halde stafilokoklar bir saat sonra bile canlı kalabilirler. Sporsuz olmalarına rağmen kuruluğa karşı da dayanıklıdırlar. Staphylococcus aureus un neden oldugu hastalıklar; abseler, fronkul, sikozis, kan çıbanı (carbuncle), panaris, hidroadenit, blefarit (göz kapağı iltihabı), hordeolum (arpacık), farenjit, peritonsiller abse, sepsis, endokardit, perikardit, plevra ampiyeni, osteomyelit, periostit, septik artrit, bursit tromboflebit, otitis media, menejit, sinuzit, prostatit, perinefritik abse ve besin zehirlenmesidir. Tedavisinde yüksek dozda Penisilin ve Ofloksazin kullanılmaktadır.

87 61 Resim 3.2. Staphylococcus aureus un resmi Bacillus subtilis: Sporları çok yaygın olup toz, toprak, gübre, bitki ve hayvanlar ile süt ve sularda bulunan bu bakteri, çomakçık şeklindedir (Resim 3.3) [37]. Grampozitif olan bu bakteri hareketli olup kapsülü yoktur. Aerob olan Bacillus subtilis adi besiyerinde ve oda ısısında üreyebilirler. Bakterisaprofit olmakla birlikte doğrudan doğruya doku ve özellikle göz çevresine girmesi sonucunda panoftalmi, iridosiklit gibi göz yanılgılari meydana getirebilir. Fare peritonundan verildiğinde bazen ölüme yol açabilmektedir. Tedavide Penisilin G, Ampisilin, Metisilin vesefalotin kullanılmaktadır. Resim 3.3. Bacillus subtilis in resmi Streptococcus faecalis: Streptococcaceae familyasından olan Streptococcus faecalis, yuvarlak ve kısa zincirler şeklindedir (Resim 3.4). Sporsuz ve haraketsizlerdir. Gram-pozitif bakterilerdir. Anaerob bakteriler olup optimal üreme ısıları 37 o C dir. İnsan ve bazı hayvanların bağırsak, ağız ve bazen deri normal florasında bulunurlar.

88 62 Uygun koşullarda insanlarda çeşitli hastalıklara yol açabilirler. Enfeksiyonları: endokardit, idrar yolları enfeksiyonları, yara, kolesistit, nadiren menenjit, hastane kaynaklı pnömoni ve septimesidir. Tedavide Penisilin kullanılmaktadır [37]. Resim 3.4. Strepococcus faecalis in resmi Escherichia coli: Enterobacteriaceae familyasindan olan Escherichia coli, çomakçık şeklindedir (Resim 3.5) [37]. Genellikle hareketli olmakla birlikte hareketleri yavaştır. Gram-negatif bakterilerdir ve etrafinda kapsül bulunmaktadır. Anaerob bakteriler olup optimal üreme ısıları 37 o C dir. Escherichia Coli, normal bağırsak florasında bulunur ve burada diğer flora bakterileri ve organizma ile bir denge halinde kaldığı sürece hastalık yapmaz. Bu denge bozulduğu anda ortaya çıkabilecek enfeksiyonlar; sistit, piyelit, pyelonefrit, appedisit, peritonit, septisemi, endokardit, yaşlılarda ve çocuklarda epidemik diyaredir. Koli basilinin oluşturduğu hastalıklarda Ampisilin, Kloramfenikol, Tetrasiklin, Polimiksinler, Sülfonamidler, Aminoglikozitler ve Ofloksazin den yararlanılmaktadır. Resim 3.5. Escherichia coli nin resmi

89 63 Klebsiella pneumoniae: Klebsielleae familyasından olan Klebsiella pneumoniae; hareketsiz, sprosuz genellikle kapsüllü gram-negatif ve kısa zincir oluşturan çomakçıklardır (Resim 3.6). İnsan ve hayvan bağırsak florasında Escherichia Coli ye göre çok daha az yoğunlukta bulunmaktadır. Optimal 37 o C de ve ph 7 de ürerler. Ayrıca insanların % 5 nin bağırsak ve üst solunum florasında bulunurlar. Bakteriyel pnömonilerin yaklaşık %2 si Klebsiella pneumoniae tarafından meydana getirilir. idrar yolları enfeksiyonlarına neden olurlar. Bu bakterinin oluşturduğu hastalıklarda, son zamanlarda betalaktaminlerden Azlocillin ve Piperacillin ile tedavi sağlanmaktadır [37]. Resim 3.6. Klebsiella pneumoniae nın bir akciğer irinindeki resmi Pseudomonas aeruginosa: Enterobacteriaceae familyasından olan Pseudomonas aeruginosa; aerob, hareketli, sporsuz, kapsülsüz çomakçılardır (Resim 3.7) [37]. Gram-negatif olan bu bakteriler, besiyerlerinde kolaylıkla optimal o C de ve hafif alkali ortamda kolayca ürerler. Isıya dayanıksızdırlar. Doğada yaygın olarak sularda, toprakta, insan ve memeli hayvanların bağırsağında bulunabilen Pseudomonas Eeruginosa nın neden olduğu hastalıklar; sepsis, sistit, piyelit, pyelonefrit, menejit, konjunktivit, keratit, dakriyosistit, blefarit, panoftalmi, bronşit, bronkopnömoni, asteomiyelit, psedomembranoz kolittir. Tedavide en çok Gentamicin (özellikle idrar yolları enfeksiyonları), Karbenisilin, Azlosilin, Mezlosilin, Tikarsilin, Piperasilin, Tobramisin ve Polimiksin dir.

90 64 Resim 3.7. Pseudomonas aeruginosa nın resmi Candida albicans: Candida Albicans mayaya benzeyen, oval şeklinde bir mantardır ve tomurcuklanma gösterir (Resim 3.8) [37]. Solunum sistemi, sindirim sistemi ve kadınların genital sistemi mukozalarının normal florasında bulunur. Buralarda veya diğer bölgelerde, patolojik şartlar sonucu olarak bulunabilirler ve nadiren de sistematik, ilerleyici bir hastalık yaparlar. Ağızda pamukçuk, kadın genital sistemi mukozalarının normal florasında bulunur. Buralarda veya diğer bölgelerde, patolojik şartlar sonucu olarak bulunabilirler ve nadiren de sistematik, ilerleyici bir hastalık yaparlar. Ağızda pamukçuk, deride kızarıklık, sulanma ve kesecikler, ellerde şişlikler, tırnaklarda kalınlaşmalar ve oluklar meydana getirirler. Tedavide Amfoterisin B, Ketokonazol, Flukonazol, ağızdaki pamukçuklar icin %1 lik jansiyan moru, vajinit için p-hidroksibenzoik asit esterleri ya da sodyum propiyonat kullanılmaktadır. Resim 3.8. Candida albicans ın resmi

91 65 Standart madde olarak kullanılan ilaçlar Standart madde olarak kullanılan ilaçların seçiminde, sentezlenen polimerlerin yapıları ve antibiyotiklerin etki ettiği bakteriler dikkate alınmıştır. Eritromicin: Eritromicin bir makrolit antibiyotiğidir (Şekil 3.1). Antimikrobik spekturumu Penisilin e benzediği için, çoğunlukla penisilin alerjisi olan bireylerde kullanılır. Eritromicin in en yaygın kullanım alanı cilt, yumuşak dokular, ağız ve solunum yollarında gram-pozitif bakterilerin yaptığı hafif ve orta derecedeki infeksiyonlardır. Ayrıca akut sinuzit, akne, difteri, pnömoni, boğmaca gibi infeksiyonlarda en tercih edilen ilaçtır [38]. Protein sentezine müdahale ederek etki eder. Bunu, bakteri ribozomlarının 50S altünitelerine bağlanarak yapar. Genellikle bakteriyostatik etkiye sahiptirler (sadece beta-hemolitik streptokok ve streptokok pnömonia'ya karşı bakterisid etkisi vardır). Anaerob bakterilere karşı etkisizdir. Vücuda alınan Eritromicin karaciğerde metabolize edilir. Şekil 3.1. Eritromicin in kimyasal yapısı

92 66 Gentamicin: Gentamicin, aminoglikozit türü bir antibiyotiktir (Şekil 3.2). Birçok bakteriyal infeksiyonların ve bir kısım gram-negatif bakterilerin sebep olduğu infeksiyonlarda tedavi edici olarak kullanılır. Gentamisin Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis veya Legionella pneumophila nın sebep olduğu bakteriyal infeksiyonlarda kullanılmazlar. Bu ilacın toksisitesi sebebiyle genellikle daha az toksik diğer antibiyotiklere cevap vermeyen ağır komplikasyonlu infeksiyonların tedavisi için kullanılır. Kullanış yerleri, gram-negatif bakterilere bağlı olarak karıniçi ve pelvis-içi organlarda, akciğerlerde, kemik ve yumuşak dokularda gelişen infeksiyonların veya komplikasyonlu idrar yolu infeksiyonların tedavisidir. Ayrıca ağır infeksiyonların tedavisinde yüksek dozda Ampilisin ve Penisilin G ile kombine olarak kullanılır [38]. Protein sentezine müdahale ederek etki eder. Bunu, bakteri ribozomlarının 30S altünitelerine geri dönüşümsüz olarak bağlanarak yapar. Şekil 3.2. Gentamicin in kimyasal yapısı Penicilin G: Penicilin G, bir beta-laktam antibiyotiğidir (Şekil 3.3). Güçlü bakterisid etkisinin yanı sıra toksisitesi nisbeten düşüktür. Gram-pozitif coccus ve Gram-negatif bacil lere karşı etkilidir [38].

93 67 Şekil 3.3 Penisilin G nin kimyasal yapısı Ampisilin: Ampisilin, bir beta-laktam antibiyotiğidir (Şekil 3.4). Güçlü bakterisid etkisinin yanı sıra toksisitesi nisbeten düşüktür. Gram-pozitif coccus ve Gram-negatif bacil lere karşı etkilidir [38]. Şekil 3.4. Ampisilin in kimyasal yapısı Ketokonazol: Ketokonazol, bir antifungal antibiyotiktir (Şekil 3.5). Ayrıca imidazol türevi olan bir antifungal ilaçlardandır. Lokal olarak kullanılır. Mantar infeksiyonlarına karşın etkin bir ilaç olmasına karşın antibakteriyal etkisi çok zayıftır. Dermatofitlerin ve Candida türlerine karşı etkilidir [38]. Mantarların üreme döneminde olanlara etkilidir. Bu nedenle tedavi kısa olursa tekrar kaçınılmaz olur. Ketokonazol, mantar hücrelerinin sitoplazmik membranındaki ana sterol bileşiği olan ergosterol un sentezini inhibe ederler. Vücuda alınan Ketokonazol karaciğerde metabolize edilir.

94 68 Şekil 3.5. Ketokonazol un kimyasal yapısı Mueller Hinton besiyeri Genel üretici bir besiyeridir. Bundan önce açıklanan besiyerlerinden izole edilen mikroorganizmaların antibiyotik hassasiyet testleri (Antibiyogram) bu besiyeri üzerinde gerçekleştirilir. Besiyerinin şeffaf olması koloni büyüklüklerinin-inhibisyon zonlarının net olarak ölçülmesini sağlar [39-41]. Çizelge 3.8 de bakteriler ve Mueller Hinton besiyer deki çoğalma özellikleri verilmiştir. Çizelge 3.8. Bakterilerin Mueller Hinton besiyer deki çoğalma özellikleri Bakteriler Escherichia coli ATCC Staphylococcus aureus ATCC Pseudomonas aeruginosa ATCC Enterococcus faecalis ATCC Bacillus subtilis ATCC 6633 Streptococcus pyogenes ATCC Streptococcus pneumoniae ATCC 6301 Listeria monocytogenes ATCC Çoğalma İyi/çok iyi İyi/çok iyi İyi/çok iyi İyi/çok iyi İyi/çok iyi İyi Az/iyi Az Sabouraud Dextrose besiyeri In vitro (canlı hücre dışında) yapılan standart mikrobiyolojik analizlerde, maya ve küflerin geliştirilmesinde katı besiyeri olarak kullanılır. Sabouraud Dextrose besiyeri, Candida albicans ın üremesi için uygun bir besiyerdir.

95 Disk difüzyon yöntemi Antimikrobiyallerin aktivite tayin etmede birçok yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemler içinde en güvenilir sonuç veren Disk difüzyon yöntemi dir. Polimerlerin antimikrobiyal aktivitelerini incelemek amacıyla Disk difüzyon yöntemi kullanılmıştır. Disk difüzyon yönteminde bakteriler için Mueller Hinton besiyeri, Candida albicans için Sabouraud Dextrose besiyeri kullanılmıştır. Disk difüzyon yöntemi için polimerler 2 mg tartıldı ve 2 ml DMSO da çözüldü. Bakterilerin bir gecelik taze kültürlerinden Tryptic Soy besiyerine yapılan pasajları 37 o C de 4 saat inkübasyona bırakıldı. Süre sonunda bulanıklıklar McFarland 0,5 e göre ayarlandı. Otoklavda steril edilen Mueller Hinton plaklarına eküviyonla yayıldı. Yüzey kuruyunca steril standart boş diskler üzerine yerleştirildi. Disklerin belirli bölgelerinde delikler açıldı. Açılan deliklere otomatik pipet ile 1 ml hazırlanan polimer çözeltilerinden damlatıldı. 37 o C de 24 saat inkübasyondan sonra zon çapları mm olarak ölçüldü (Şekil 3.6) [42]. Mueller Hinton Besiyer in içeriği: %0,60 (g/ml) et özütü, %1,75 (g/ml) kazein hidrolizatı, %0,15 (m/v) nişasta, %40,00 (g/ml) besiyerdir. Disk-difüzyon yöntemi için standar maddeler olan Eritromicin, Gentamicin, Penisilin G ve Ampisilin 2 mg tartıldı ve 2 ml DMSO da çözüldü. Bakterilerin bir gecelik taze kültürlerinden Tryptic Soy besiyerine yapılan pasajları 37 o C de 4 saat inkübasyona bırakıldı. Süre sonunda bulanıklıklar McFarland 0,5 e göre ayarlandı. Otoklavda steril edilen Mueller Hinton plaklarına eküviyonla yayıldı. Yüzey kuruyunca steril standart boş diskler üzerine yerleştirildi. Disklerin belirli bölgelerinde delikler açıldı. Açılan deliklere otomatik pipet ile 1 ml hazırlanan polimer çözeltilerinden damlatıldı. 37 o C de 24 saat inkübasyondan sonra zon çapları mm olarak ölçüldü.

96 70 Mueller-Hinton besiyerinin hazırlanması Yöntem Besiyerin otoklavda sterilizesi Besiyerin petri kabına alınması Petriye bakteri ekimi Polimerlerin DMSO da çözeltileri hazırlanır Polimerin petriye enjektesi Petrilerin 37 0 C ve 24 saat süresince inkübe edilmesi Şekil 3.6. Disk difüzyon yönteminin şematik gösterimi

97 71 Disk difüzyon yöntemi için polimerler 2 mg tartıldı ve 2 ml DMSO da çözüldü. C. albicans ın bir gecelik taze kültürlerinden Tryptic Soy besiyerine yapılan pasajları 35 o C de 4 saat inkübasyona bırakıldı. Süre sonunda bulanıklıklar McFarland 0,5 e göre ayarlandı. Otoklavda steril edilen Sabouraud Dextrose besiyer plaklarına eküviyonla yayıldı. Yüzey kuruyunca steril standart boş diskler üzerine yerleştirildi. Disklerin belirli bölgelerinde delikler açıldı. Açılan deliklere otomatik pipet ile 1 ml hazırlanan polimer çözeltilerinden damlatıldı. 37 o C de 24 saat inkübasyondan sonra zon çapları mm olarak ölçüldü. Sabouraud Dextrose Besiyeri nin içeriği: %10,00 (g/ml) maya ekstraktı, %2,00 (g/ml) pepton, %2,00 (g/ml) dekstroz,%3,00 (g/ml) besiyerdir. Disk difüzyon yöntemi için Ketokonazol 2 mg tartıldı ve 2 ml DMSO da çözüldü. C. albicans ın bir gecelik taze kültürlerinden Tryptic Soy besiyerine yapılan pasajları 35 o C de 4 saat inkübasyona bırakıldı. Süre sonunda bulanıklıklar McFarland 0,5 e göre ayarlandı. Otoklavda steril edilen Sabouraud Dextrose besiyer plaklarına eküviyonla yayıldı. Yüzey kuruyunca steril standart boş diskler üzerine yerleştirildi. Disklerin belirli bölgelerinde delikler açıldı. Açılan deliklere otomatik pipet ile 1 ml hazırlanan polimer çözeltilerinden damlatıldı. 37 o C de 24 saat inkübasyondan sonra zon çapları mm olarak ölçüldü.

98 72 4. SONUÇLARIN DEĞERLERLENDİRİLMESİ VE TARTIŞMA 4.1. Polimerlerin Sentezi PNVIM sentezi PNVIM homopolimerleri radikalik polimerizasyon tekniği ile sentezlendi. NVIM monomerleri organik çözücü ortamlarında (toluen, benzen ve 1,4- dioksan), radikal başlatıcı olarak AIBN kullanılarak homopolimerler elde edildi. Deneylerde monomer oranları sabit miktarda tutularak belirlenen sürelerde sentezler gerçekleştirildi. Şekil 4.1 de PNVIM in reaksiyon şeması verilmiştir. Şekil 4.1. PNVIM in sentez şeması Poli(NVIM-co-MA) sentezi Poli(NVIM-co-MA) kopolimerleri radikalik polimerizasyon tekniği ile sentezlendi. NVIM ve MA monomerleri organik çözücü ortamlarında (1,4- dioksan ve metanol), radikal başlatıcı olarak AIBN kullanılarak kopolimerler elde edildi. Deneylerde monomer oranları sabit miktarda tutularak belirlenen sürelerde sentezler gerçekleştirilmiştir. Şekil 4.2 de Poli(NVIM-co-MA) nın reaksiyon şeması verilmiştir.

99 73 Şekil 4.2. Poli(NVIM-co-MA) nın reaksiyon şeması Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) sentezi Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) terpolimeri radikalik polimerizasyon tekniği ile sentezlendi. NVIM, MA ve NIPAm monomerleri 1,4-dioksan ortamında, radikal başlatıcı olarak AIBN kullanılarak terpolimer elde edildi. Deneylerde monomer oranları sabit miktarda tutularak belirlenen sürelerde sentezler gerçekleştirildi. Şekil 4.3 de Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın reaksiyon şeması verilmiştir.

100 74 Şekil 4.3. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın reaksiyon şeması 4.2. Polimerlerin Verimi ve Çözücünün Etkisi Farklı organik çözücüler kullanılarak polimerizasyon ve polimer verimi üzerine çözücünün etkisi araştırıldı. Çözücünün polar, apolar, protik veya aprotik olması polimerleşme mekanizmasını ve polimer verimini etkilemektedir. Ayrıca çözücünün polar ve protik olması durumunda reaksiyon ortamına vereceği donör sayısı da önemlidir. Çözücülerin donör sayısı (DN) ve elektron verme özelliği, zincir büyüme basamağında monomerin hızını ve reaktivitesini etkilemektedir.

101 75 PNVIM sentezi üç faklı organik çözücü ortamında sentezlendi. Çözücü olarak polar, toluen (DN=3); polar ve protik, 1,4-dioksan (DN=18) ve apolar benzen (DN=0) seçildi. Bu ortamlarda elde edilen homopolimerlerin verimi Çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1. Farklı çözücü ortamında sentezlenen PNVIM in verimleri Polimerler Sentez Ortamı Sentez Süresi (saat) Verim (%) Toluen 6 69,70 Toluen 12 79,86 Toluen 24 92,34 Toluen 48 95,88 Benzen 6 24,00 PNVIM Benzen 12 38,10 Benzen 24 47,20 Benzen 48 53,36 1,4-Dioksan 6 57,02 1,4-Dioksan 12 63,15 1,4-Dioksan 24 69,70 1,4-Dioksan 48 82,00 Çizelge 4.1 den görüldüğü gibi, homopolimerler toluen ortamında en yüksek verimle 1,4-dioksan ortamında daha düşük verimle elde edildi. Benzen ortamında ise en düşük verimle elde edildi. Polar ve protik bir çözücü olan 1,4-dioksan ortamında toluene göre daha düşük verimle PNVIM elde edilmesinin nedeni çözücü ile NVIM birimleri arasında yük transfer kompleksinin oluşmasından kaynaklanmaktadır. Bu durumum zincir büyüme basamağında gerçekleşecek reaksiyonları etkilediği ve homopolimer verimini azalttığı söylenebilir. Bu sonuçlar çözücünün cinsinin polimerizasyona olan etkisini göstermektedir. Poli(NVIM-co-MA) sentezi iki farklı organik çözücü ortamında yapıldı. Çözücü olarak polar ve protik 1,4-dioksan (DN= 18) ve metanol (DN= 19) seçildi. Bu ortamlarda elde edilen kopolimerlerin verimi Çizelge 4.2 de verildi.

102 76 Çizelge 4.2. Farklı çözücü ortamında sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) nın verimleri Polimerler Poli(NVIM-co-MA) Sentez Ortamı Sentez Süresi (saat) Verim (%) 1,4-Dioksan 6 68,00 1,4-Dioksan 12 78,90 1,4-Dioksan 24 90,10 1,4-Dioksan 48 94,25 Metanol 6 36,78 Metanol 12 55,90 Metanol 24 67,00 Metanol 48 73,12 Çizelge 4.2 den görüldüğü gibi, kopolimerler en yüksek verimle 1,4-dioksan ortamında elde edildi. Metanol ortamında ise daha düşük verimle elde edildi. 1,4- dioksan da yüksek verimle elde edilmesinin sebebi; MA monomerinin metanol ortamına göre daha iyi çözündüğü söylenebilir. Ayrıca polimerizasyon sıcaklığı olan 65 o C, metanol ün kaynama sıcaklığının üzerindedir. 1,4-dioksan ve metanol ile oluşturulan kopolimerleşme tepkimesinde 1,4-dioksan ın sıvı fazdaki mol kesri, metanol ün sıvı fazdaki mol kesrinden daha fazladır. Çözelti fazında 1,4-dioksan miktarı daha fazla olduğundan MA monomeri daha iyi çözünmüş ve polimer verimi artmıştır. Çözelti fazında azalan metanol miktarı nedeniyle daha az MA monomeri çözündüğünden polimer verimi azalmıştır. 1,4-dioksan ile yapılan deneyler tam homojenlik sağladığı halde, metanol ile yapılan deneylerde heterojen bir faz gözlenmiştir. Bu da yukarıdaki açıklamayı desteklemektedir. Bu durum polimer verimini etkileyen önemli bir faktördür. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) sentezi 1,4-dioksan ortamında yapıldı. Yüksek verimlerle terpolimerler elde edildi (Çizelge 4.3). Yüksek verimle terpolimer elde edilmesinin nedeni MA ve NIPAm birimlerinin 1,4-dioksan ortamında iyi çözünmesinden kaynaklanmaktadır. Terpolimer sentezinde çözücü olarak 1,4-dioksan kullanıldı. Polimerdeki tekrarlanan monomer birimlerinin değişmesiyle antimikrobiyal aktivitedeki değişimlerin incelenmesi amaçlandı.

103 77 Çizelge ,4-Dioksan ortamında sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın verimleri Polimerler Sentez Ortamı Sentez Süresi (saat) Verim (%) 1,4-Dioksan 6 63,45 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 1,4-Dioksan 12 75,00 1,4-Dioksan 24 83,00 1,4-Dioksan 48 91,14 Polimer sentezlerinde 6, 12, 24 ve 48 saat süreleri seçilmiştir. Bu süreler sonunda en yüksek polimer verimi 48 saatte gerçekleşen polimerizasyonda elde edilmiştir. Bu durum zincir reaksiyonları ile gerçekleşen polimerizasyon olayı ile uyumludur. Zincir reaksiyonlarında hem zincir uzunluğu hemde zincir sayısı arttığından polimer verimi artmaktadır. Polimer eldesinde reaksiyon süresinin arttırılması antimikrobiyal aktiviteyi etkileyen bir faktördür. Bu yüzden deneyde kullanılan çözücüyü ve reaksiyon sürelerini belirlerken antimikrobiyal aktivitenin nasıl bir değişim göstereceği dikkate alınmıştır Polimerlerdeki Hidrojen Bağı Etkisi PNVIM in sudaki çözünürlüğü PNVIM homopolimeri, M derişimlerde hazırlanan çözeltilerinde suda tamamen çözünmüştür. Literatürlerde yapılan çalışmalarda molekül kütlesi g/mol olarak verilen örneklerin çözünürlükleriyle ilgili olarak ya hiç çözünmediği veya çok düşük oranda çözündüğü verilmektedir [43]. Bu sonuçlarla sentezlenen homopolimer karşılaştırıldığında; molekül kütlesinin g/mol den küçük ve çapraz bağ oranında bahsedilen polimerden düşük olduğu söylenebilir.

104 Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) da hidrojen bağı etkisi Tüm suda çözünen polimerler polielektrolit davranış sergilemektedir. Anhidrit birimi içeren kopolimerler diğer suda çözünen polimer sistemlerinden farklıdır. Bunun nedeni çözeltilerinde oluşan anhidrit hidrolizi ile makromoleküllerin yan zincirleri ve karboksil grupları arasında güçlü hidrojen bağları oluşturmalarıdır. Polimerlerin sulu ortamdaki serbest karboksil grubu sayısı arttıkça suda çözünme artmaktadır. Bu ekzotermik olay yan zincirde bulunan anhidrit birimlerinin hidrolizi ve iki serbest karboksil gruplarının oluşumuyla ilgilidir. Polifonksiyonel polimerlerin molekül içi ve moleküller arası yapısal karakteristik özellkilerinden biri de yapısal düzenlilik ve bağ esnekliğidir. Polar moleküllerin hidrojen bağı sayısı arttıkça kristal yapı önem kazanmaktadır [44]. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) da hem molekül içi hem de moleküller arası hidrojen bağları (H-bağları) bulunmaktadır (Şekil 4.4).

105 79 Şekil 4.4. Terpolimerdeki molekül içi ve moleküller arası H-bağları Poli(NVIM-co-MA) kopolimeri ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) terpolimeri için kristal yapı oluşturma ihtimali, yapılarındaki anhidrit birimlerinin sulu çözeltide hidroliz olarak serbest karboksil grupları oluşturması nedeniyle daha fazladır (Şekil 4.5). Bu durum sudaki çözünürlüğü arttırmaktadır. Çözünürlük deney sonuçlarından

106 80 anlaşıldığı gibi Hem kopolimer hem de terpolimer suda yüksek derişimlerde çözünmektedir. Şekil 4.5. Poli(NVIM-co-MA) daki H-bağları Kopolimerin ve terpolimerin sulu çözeltilerinde anhidrit hidrolizinin gerçekleştiği yukarıda belirtilmiştir. Polimerler 40 o C de ısıtıldıklarında yapılarındaki su molekülleri uzaklaşmakta ve serbest karboksil grupları tekrar anhidrit birimlerine dönüşmektedir (Şekil 4.5) [44]. Polimerlerin sudaki çözünürlüklerinin yüksek olması ve moleküller arası hidrojen bağları oluşturmaları, ilaç salınım deneylerinde ve gen taşıyıcı olarak kullanılmalarını sağlamaktadır [44, 45]. Hazırlanan kopolimer ve terpolimerlerde Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) da aynı özellikleri taşıdığından ilaç salınım deneylerinde ve gen taşıyıcı olarak kullanılabilir FTIR Analizleri Sentezlenen PNVIM, Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) lerin FTIR spektrumları Şekil 4.6 da verilmiştir.

107 Şekil 4.6. Polimerlerin FTIR spektrumları 81

108 82 Çözücü olarak toluen kullanılarak sentezlenen PNVIM homopolimerinin FTIR spektrumunda aşağıdaki değerlerde bandlar gözlendi: C-H (halkadaki) gerilmesi, 3106 cm -1 ; C-H ve CH 2 (ana zincirdeki) gerilmesi, 2959 cm -1 ; C=C (halkadaki) gerilmesi, 1648 cm -1 ; C-C ve C-N gerilmesi, 1498 cm -1 ; Halka gerilmesi, 1416 cm -1 ; C-H (halkadaki) düzlem içi eğilme ve C-N (halkadaki) gerilmesi, 1283 ve 1261 cm -1 ; C-H (halkadaki) düzlem içi eğilme, 1109 cm -1 ; C-H (halkadaki) düzlem içi eğilme ve halka gerilmesi, 1082 cm -1 ; C-H (ana zincirdeki) düzlem içi eğilme ve C-C gerilmesi 1024 cm -1 ; Halka gerilmesi ve düzlem içi eğilmesi, 911 cm -1 ; C-H düzlem dışı eğilme ve halkanın düzlem içi eğilmesi, 742 cm -1 ; C-N gerilmesi ve halkanın düzlem dışı eğilmesi, 662 cm -1 ve Halkanın düzlem dışı eğilmesi, 636 cm -1 dir (Şekil 4.6). Şekil 4.6 da görülen bandlar homopolimerleşmenin gerçekleştiğini ve PNVIM in oluştuğunu göstermektedir. 1,4-Dioksan ortamında sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) nın FTIR spektrumunda aşağıdaki değerlerde bandlar gözlendi: C-H (halkadaki) gerilmesi, 3142 cm -1 ; C-H ve CH 2 (ana zincirdeki) gerilmesi, 2954 cm -1 ; C=O (anhidrit birimlerindeki) asimetrik gerilme, 1860 cm -1 ; C=O (anhidrit birimlerindeki) simetrik gerilme, 1780 cm -1 ; C=O (anhidrit birimlerindeki) gerilmesi, 1650 cm -1 ; C-C ve C=N gerilmesi, 1437 cm -1 ; C-H (halkadaki) düzlem içi eğilme ve C-N (halkadaki) gerilmesi, 1276 cm -1 ;

109 83 C-O-C (anhidrit birimlerindeki) 1206 cm -1 ; O=C-O-C=O (halkadaki) gerilme, 962 cm -1 ; C-N gerilmesi, cm -1 ve CH-CH (anhidrit birimlerindeki) düzlem içi eğilme, cm -1 dir (Şekil 4.6). Şekil 4.6 da görülen ve 1860 ve 1780 cm -1 deki C=O grupları, 1206 cm -1 deki C-O- C bandı, 962 cm -1 deki O=C-O-C=O bandı ve parmak izi bölgesindeki cm - 1 deki CH-CH bandı MA nın kopolimer yapısına katıldığını ve kopolimerleşmenin olduğunu göstermektedir [9, 43, 44]. PNVIM homopolimeri ile Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin FTIR spektrumları karşılaştırıldığında birbirlerinden farklı olduğu gözlenmiştir (Şekil 4.6). MA nın kopolimer yapısına girmesiyle yeni pikler gözlenmiş ve NVIM e ait piklerde yüksek dalga sayısına kayma gözlenmiştir. Homopolimerdeki NVIM oranına göre kopolimerdeki NVIM oranının azalması ile NVIM e ait piklerin şiddetinde azalma gözlenmiştir. Ayrıca poli(nvim-co-ma) kopolimerinin FTIR spektrumundaki karakteristik absorpsiyon bandlarından yararlanılarak ve Eş. 3.6 ve 3.7 kullanılarak monomer yüzdeleri; m 1 = 52,81 ve m 2 = 47,19 bulundu. Bulunan değerler elementel analiz sonuçlarından hesaplanan monomer yüzdeleri sonuçlarına yakındır. Bu sonuçlar elementel analiz ile FTIR spektrumlarının birbiri ile uyumlu olduğunu göstermektedir. 1,4-Dioksanda sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın FTIR spektrumlarında aşağıdaki değerlerde bandlar gözlendi: İkincil amit N-H geniş bandının gerilmesi, 3304 ve 3108 cm -1 ; İzopropil gruplarındaki ve C-H, CH 2 ve CH 3 gerilmesi ve imidazole ait (ana zincirdeki) C-H ve CH 2 gerilmesi, 2973 ve 2874 cm -1 ; C=O (anhidrit birimlerindeki) asimetrik gerilme, 1850 cm -1 ;

110 84 C=O (anhidrit birimlerindeki) simetrik gerilme, kompleksleşmiş C=O (anhidrit birimlerindeki) gerilmesi, cm -1 ; Amit (I) C=O gerilmesi, 1649 cm -1 ; Amit (II) C=O gerilmesi, 1545 cm -1 ; CH 2 makaslama titreşimi ve CH 3 antisimetrik titreşimi, 1455 cm -1 ; CH 3 (izopropil grubunun) titreşimi, 1366 cm -1 ; CH 2 eğilmesi, 1340 ve 1315 cm -1 ; C-O-C (anhidrit birimlerindeki) ve C-N gerilmesi, 1164 cm -1 ; N-H (-NH.O=C) eğilmesi, 1085 cm -1 ; C-C (ana zincirdeki) gerilmesi, 910 cm -1 ; N-H titreşimi, 745 cm -1 ve C-H (anhidrit birimlerindeki) eğilmesi, cm -1 dir (Şekil 4.6). Terpolimere ait FTIR spektrumlarında, NVIM, MA ve NIPAm monomerlerine ait piklerin yanı sıra molekül içi ve moleküller arası etkileşimlerin oluştuğunu gösteren piklerinde bulunması bize yapı hakkında ve polimerleşme mekanizmasıyla ilgili bilgiler vermektedir. Şekil 4.6 da görülen 3304 ve 3108 cm -1 deki N-H bandı, 3304 ve 3108 cm -1 deki C- H, CH 2 ve CH 3 grupları, 1850 ve 1714 cm -1 deki C=O grupları, 1649 cm -1 deki amit (I) C=O bandı ve 1545 cm -1 deki amit (II) C=O bandı, 1164 cm -1 deki C-O-C bandı ve parmak izi bölgesindeki cm -1 deki CH-CH bandı MA ve NIPAm ın terpolimer yapısına katıldığını ve terpolimerleşmenin olduğunu göstermektedir. Terpolimerin yapısında bulunan MA ve NIPAm monomerleri arasında H-bağı oluşabileceğinden FTIR spektrumunda belli bölgelerde pikler beklenmektedir cm -1 de görülen N-H eğilmesi, -NH.O=C kompleksinin oluştuğunu göstermektedir (Şekil 4.7). Bu pikin yanında 3385 cm -1 de geniş N-H bandı, 1649 cm -1 de amit (I) bandı, 1545 cm -1 de amit (II) bandına ait pikler gözlenmiştir.

111 85 Şekil 4.7. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın yapısındaki moleküller arası H-bağları Şekil 4.7 den görüldüğü gibi, bu bandlar makromoleküllerin NIPAm ve MA birimleri arasında moleküller arası H-bağı içeren bölümlerin oluştuğunu göstermektedir. Terpolimerin, kopolimerin ve homopolimerin FTIR spektrumları karşılaştırıldığında yapılarının birbirinden oldukça farklı olduğu görülmektedir (Şekil 4.6). Her bir spektrumda monomerlere at pikler gözlenmiştir. Ayrıca kopolimer ve terpolimer yapısında bulunan MA ve NIPAm monomerleri, karakteristik piklerin yerlerini etkilemektedir. Bu sonuçlar PNVIM, poli(nvim-co-ma) ve poli(nvim-co-ma-co- NIPAm) ın radikalik polimerizasyonla elde edildiğini göstermektedir UV-Görünür Bölge Spektrum Sonuçları Toluen ortamında sentezlenen PNVIM; 1,4-dioksan ortamında sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DMSO ve deiyonize H 2 O içerisinde 0,5 mg/10 ml lik derişimlerde çözeltileri hazırlanarak UV-görünür bölge spektrumları alındı ve polimerlerin elektronik geçişleri incelendi.

112 86 Polimerlerin UV-Görünür bölge spektrumlarında keskin bandlar gözlendi (Şekil 4.8, 9). Polimerlerin yapısı ve λ max değerleri Çizelge 4.4 de verilmiştir. Çizelge 4.4. Polimerlerin DMSO ve deiyonize H 2 O çözeltilerindeki λ max (nm) değerleri DMSO Deiyonize H 2 O Polimer λ max1 (nm) λ max2 (nm) λ max1 (nm) λ max1 (nm) PNVIM Poli(NVIM-co-MA) Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) Şekil 4.8. Polimerlerin DMSO çözeltisindeki UV-görünür bölge spektrumları

113 87 Şekil 4.9. Polimerlerin deiyonize H 2 O çözeltisindeki UV-görünür bölge spektrumları Polimer sentezinde çözücü cinsinin polimer verimini nasıl etkilediği Bölüm 4.2 de tartışılmıştı. Çözücü cinsi polimer veriminin yanı sıra polimerin yapısını ve polimerdeki elektronik geçişleri de etkilemektedir. UV-Görünür bölge spektrumlarının alındığı çözücü ortamı da polimerdeki elektronik geçişlerin ve absorpsiyon λ max değerlerinin değişmesine neden olmaktadır. Kullanılan çözücünün polar, apolar, protik ve aprotik olması sonucunda ortama vereceği donör sayısı farklı olacaktır. Bunun sonucunda polimerin λ max değerleri üzerinde batokromik (kırmızıya kayma) ya da hipsokromik (maviye kayma) etkiye neden olmaktadır. Homopolimerde tek bir band gözlenmiştir. Bu band, polimer yapısındaki imidazol halkalarındaki C=C ve C=N gruplarının π π* geçişlerine karşılık gelmektedir.

114 88 Spektrumların alındığı çözücü ortamı değiştikçe homopolimerin λ max değerleri de değişmiştir (Çizelge 4.4). Homopolimerin λ max değeri DMSO da 256 nm iken deiyonize H 2 O da 216 nm dir. DMSO da hazırlanan çözeltilerin λ max değerleri deiyonize H 2 O da hazırlananlara göre 40 nm daha yüksek dalga boyunda gözlenmiştir. Kopolimerin absorpsiyon spektrumlarında iki pik görülmektedir (Şekil 4.8, 9). İlk band, polimer yapısındaki imidazol halkalarındaki C=C ve C=N gruplarının π π* geçişlerine karşılık gelirken, ikinci band polimer yapısındaki anhidrit birimlerindeki C=O gruplarının n π* geçişlerine karşılık gelmektedir. Kopolimerin karakteristik pikinin absorpsiyon değeri λ max2 dir. DMSO daki absorpsiyon değerleri λ max1 = 254 nm ve λ max2 = 363 nm dir. Deiyonize H 2 O daki absorpsiyon değerleri λ max1 = 220 nm ve λ max2 = 354 nm dir. DMSO da hazırlanan kopolimer çözeltilerinin λ max değerleri deiyonize H 2 O da hazırlananlara göre 9 nm daha yüksek dalga boyunda gözlenmiştir. Çizelge 4.4 den görüldüğü gibi, Poli(NVIM-co-MA) da homopolimerden farklı olarak iki absorpsiyon bandı görülmektedir. Ayrıca Poli(NVIM-co-MA) nın λ max değerleri PNVIM in λ max değerlerine göre daha yüksek dalga boyuna kaymıştır (Şekil 4.8, 9). Bu durum MA monomerinin kopolimer yapısında bulunduğunu göstermektedir. Genel olarak MA monomerleri kopolimer yapısına girdiği zaman λ max değerleri yüksek dalga boyuna kayar ve batokromik etkiye olur [46]. Terpolimerin absorpsiyon spektrumlarında iki pik görülmektedir (Şekil 4.8, 4.9). İlk band, polimer yapısındaki imidazol halkalarındaki C=C ve C=N gruplarının π π* geçişlerine karşılık gelirken, ikinci band polimer yapısındaki anhidrit ve N-izopropil akrilamid birimlerindeki C=O gruplarının n π* geçişlerine karşılık gelmektedir.

115 89 Terpolimerin karakteristik pikinin absorpsiyon değeri λ max2 dir. DMSO daki absorpsiyon değerleri λ max1 = 256 nm ve λ max2 = 347 nm dir. Deiyonize H 2 O daki absorpsiyon değerleri λ max1 = 223 nm ve λ max2 = 332 nm dir. DMSO da hazırlanan terpolimer çözeltisinin λ max değeri deiyonize H 2 O da hazırlanana göre 15 nm daha yüksek dalga boyunda gözlenmiştir (Çizelge 4.4). Polimerlere ait karakteristik piklerin DMSO da, deiyonize sudakine göre daha yüksek dalga boyunda gözlenmesinin nedeni: DMSO nun donör sayısının H 2 O ya göre yüksek olmasıdır. DMSO çözelti ortamına elektron vererek λ max değerleri üzerinde batokromik etkiye neden olmuştur. Çizelge 4.4 den görüldüğü gibi, Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın λ max değeri Poli(NVIM-co-MA) nın λ max değerlerine göre daha düşük dalga boyuna kaymıştır (Şekil 4.8, 9). Bu sonuç: (1) MA ve NIPAm monomerlerinin terpolimer yapısına katıldığını, (2) NIPAm monomerinin terpolimer yapısına katıldığında MA oranının kopolimerdekine göre azaldığını göstermektedir. NIPAm monomerinin terpolimer yapısına katıldığında MA oranın kopolimerdekine göre azaldığını göstermektedir. MA oranı azaldığı için terpolimerin λ max değeri, kopolimerinkine göre daha düşük dalga boyuna kaymıştır. Terpolimer yapısındaki N-H ile C=O grupları arasında oluşan moleküller arası H-bağ etkileşimi λ max değerleri üzerinde etkilidir (daha düşük dalga boyuna kayma etkisi) (Şekil 4.8, 9). Moleküller arası etkileşim λ max değerleri üzerinde hipsokromik etkiye neden olmuştur. Sonuçlar FTIR analizleri ile uyumlu bulunmuştur.

116 H NMR sonuçları Polimer yapılarındaki H atomları numaralandırılarak Şekil 4.10 da verilmiştir. Şekil Polimer yapılarındaki H atomlarının numaralandırılmış gösterimi Polimerlerin 1 H NMR spektrumları Şekil 4.11 de verilmiştir. PNVIM in DMSO-d 6 içerisinde alınan 1 H NMR spektrumu incelendiğinde (δ): Ana zincirdeki metilen (-CH 2 ) protonları 1,99-2,04 ppm arasında çoklu ve 2H (1) olarak, Ana zincirdeki metin (-CH) protonu 2,48-3,62 ppm arasında ve 1H (2) olarak, Ana zincirdeki metin (-CH) protonu 3,09 ppm ve 1H (2) olarak, İmidazol halkasının metin (-CH) protonları 6,47-7,36-ppm arasında ve 3H (3, 4, 5) olarak gözlenmiştir (Şekil 4.11).

117 Şekil Polimerlerin DMSO-d 6 çözeltisindeki 1 H NMR spektrumları 91

118 92 Şekil 4.11 de görülen bu karakteristik pikler homopolimerleşmenin gerçekleştiğini göstermektedir. Poli(NVIM-co-MA) ın DMSO-d 6 içerisinde alınan incelendiğinde (δ): 1 H NMR spektrumu Ana zincirdeki metilen (-CH 2 ) protonları 2,09-2,21 ppm arasında çoklu ve 2H (1) olarak, Ana zincirdeki metin (-CH) protonu 2,56-4,02 ppm arasında ve 1H (2) olarak, Ana zincirdeki metin (-CH) protonu 3,20 ppm ve 1H (2) olarak, Ana zincirde bulunan metin (-CH) protonları (anhidrit birimleri için) 4,18-4,45 ppm arasında ve 2H (6, 7) olarak, İmidazol halkasının metin (-CH) protonları 6,86-8,30 ppm arasında ve 3H (3, 4, 5) olarak gözlenmiştir (Şekil 4.11). Poli(NVIM-co-MA) nın 1 H NMR spektrumunda NVIM monomerine ait piklerin yanında 4,08-4,45 ppm arasında görülen metin (-CH) protonları MA monomerinin kopolimer yapısına katıldığını göstermektedir. MA monomeri kopolimer yapısına katılmasıyla NVIM monomerine ait pikleri düşük alana kaydırmıştır. Sentezlenen kopolimerlerin monomer oranları bilinen NMR [35] metodu ile tayin edildi. 1 H NMR spektrumundaki NVIM ve MA birimlerinin sırasıyla metin (-CH) ve anhidrit gruplarının integrallerinden yararlanılmıştır. Poli(NVIM-co-MA) nın 1 H NMR spektrumdaki veriler kullanılarak monomer oranları (m 1 ve m 2 ) Eş. 3.5 ile hesaplanarak m 1 = 52,63 ve m 2 = 47,37 bulunmuştur. Bulunan monomer oranları FTIR spektrumu ve elementel analiz sonuçlarına çok yakındır. Bu sonuçlar FTIR ve 1 H NMR spektrumları ile elementel analiz sonuçlarının uyumlu olduğunu göstermektedir. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DMSO-d 6 içerisinde alınan 1 H NMR spektrumu incelendiğinde (δ):

119 93 İzopropil grubunun metil (-CH 3 ) protonları 0,78-1,39 ppm ve 6H (12, 13) olarak, Ana zincirdeki metilen (-CH 2 ) protonları (N-izopropil akrilamit için) 1,39-1,78 ppm arasında ve 2H (9) olarak, Ana zincirdeki metin (-CH) protonları (N-izopropil akrilamid ve imidazol halkası için) 2,31-2,89 ppm arasında çoklu ve 2H (1, 8) olarak, Ana zincirdeki metin (-CH) protonu 3,20-4,22 ppm arasında ve 1H (2) olarak, İzopropil grubunun metin (-CH) protonu 3,88 ppm ve 1H (11) olarak, Ana zincirde bulunan metin (-CH) protonları (anhidrit birimleri için) 4,30-4,55 ppm arasında ve 2H (6, 7) olarak, İmidazol halkasının metin (-CH) protonları ve amitin (-NH) protonları 7,43-9,52 ppm arasında ve 4H (3, 4, 5, 10) olarak gözlenmiştir (Şekil 4.11). Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın 1 H NMR spektrumu incelendiğinde NVIM, MA ve NIPAm monomerlerine ait karakteristik pikler gözlenmiştir. 0,78-1,39 ppm arasında metil (-CH 3 ) protonları, 1,39-1,78 ppm arasında metilen (-CH 2 ) protonları, 3,88 ppm de metin (-CH) protonu NIPAm ın terpolimer yapısına katıldığını göstermektedir. Şekil 4.11 de görülen 1 H NMR spektrumlarındaki; 2,31-2,89 ppm arasında metin (- CH) protonları, 3,20-4,22 ppm arasında metin (-CH) protonu, 7,43-9,52 ppm arasında metin (-CH) protonları ve amid (-NH) protonları; terpolimer yapısına hem NVIM hem de NIPAm monomerinin katıldığını göstermektedir. 4,70-4,95 ppm arasında görülen metin (-CH) protonları MA monomerinin terpolimer yapısında bulunduğunu doğrulamaktadır. Sonuçlar FTIR ve UV-görünür bölge sonuçları ile uyumludur C NMR sonuçları Polimer yapılarındaki C atomları numaralandırılarak Şekil 4.12 de verilmiştir.

120 94 Şekil Polimer yapısındaki C atomlarının numarandırılmış gösterimi Polimerlerin 13 C NMR spektrumları Şekil 4.13 de verilmiştir. PNVIM in DMSO-d 6 içerisinde alınan 13 C NMR spektrumu incelendiğinde (δ): Ana zincirdeki metilen (-CH 2 ) karbonları (1) 27,12 ppm, Ana zincirdeki metin (-CH) karbonu 38,40-40,12 ppm (2), Ana zincirdeki metin (-CH) karbonu (2) 61,76 ppm ve İmidazol halkasının metin (-CH) karbonları (3, 4, 5) 112,04-142,85 ppm arasında gözlenmiştir (Şekil 4.13). PNVIM in spektrumunda gözlenen pikler homopolimerleşmenin gerçekleştiğini göstermektedir.

121 Şekil Polimerlerin DMSO-d 6 çözeltisindeki 13 C NMR spektrumları 95

122 96 Poli(NVIM-co-MA) ın DMSO-d 6 içerisinde alınan incelendiğinde (δ): 13 C NMR spektrumu Ana zincirdeki metilen (-CH 2 ) karbonları (1) 29,84 ppm, Ana zincirdeki metin (-CH) karbonu 35,20-36,03 (2) ppm, Ana zincirdeki anhidrit birimlerine ait metilen (-CH 2 ) ve metin (-CH) karbonları (6, 7) 43,40 ppm, Ana zincirdeki metin (-CH) karbonu (2) 63,10 ppm, İmidazol halkasının metin (-CH) karbonları 115,01-141,34 (3, 4, 5) ppm arasında, Anhidrit birimlerindeki C=O karbonları 173,60 (8, 9) ppm de gözlenmiştir (Şekil 4.13). Poli(NVIM-co-MA) ın spektrumunda NVIM birimlerine ait piklerin yanı sıra ana zincirde bulunan metin (-CH) karbonu (anhidrit birimleri için) için 83,34 ppm de gözlenen pik kopolimer yapısında MA birimlerinin de bulunduğunu göstermektedir. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DMSO-d 6 içerisinde alınan 13 C NMR spektrumu incelendiğinde (δ): N-izopropil akrilamid in N-H bağlı C=O karbonu ve anhidrit birimlerinin C=O karbonları (8, 9, 12) için 177,20 ppm, Ana zincirdeki metilen (-CH 2 ) karbonları (2) 30,00 ppm, Ana zincirdeki metin (-CH) karbonu 37,50-39,22 ppm, N-izopropil akrilamid in ana zincire dahil olan metin (-CH) karbonu (13) 42,34 ppm, Ana zincirdeki anhidrit birimlerine ait metilen (-CH 2 ) ve metin (-CH) karbonları (6, 7) 44,10 ppm, N-izopropil akrilamid in ana zincire dahil olan metilen (-CH 2 ) karbonu (11) 33,70 ppm, Ana zincirdeki metin (-CH) karbonu (2) 63,50 ppm ve 1H olarak,

123 97 imidazol halkasının metin (-CH) karbonları (3, 4, 5) 117,00-143,00 ppm arasında gözlenmiştir (Şekil 4.13). Terpolimerin spektrumunda NVIM, MA ve NIPAm birimlerine ait karakteristik pikler gözlenmiştir. Bu durum terpolimerleşmenin gerçekleştiğini göstermektedir. Sonuçlar FTIR, UV-görünür bölge, 1 H NMR sonuçları ile uyumludur Termal Analiz Termogravimetrik analiz (TGA) Polimerlerin TGA termogramlarından elde edilen bozunma sıcaklıkları Çizelge 4.5 de verilmiştir. TGA termogramları Şekil 4.14 de gösterilmiştir. Çizelge 4.5. Polimerlerin bozunma sıcaklıkları ve kütle kayıpları Polimer T b ( o C) T m ( o C) T s ( o C) Polimerdeki Kütle Kaybı (%) PNVIM 400,10 462,21 489,21 47,22 Poli(NVIM-co-MA) 108,20 202,70 307,30 353,17 460,88 550,30 80,72 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 207,72 305,36 371,32 65,54 T b : Başlangıç bozunma sıcaklığı T m : Maksimum bozunma sıcaklığı T s : Bozunmanın tamamlandığı sıcaklık 403,12 440,23 506,70 TGA yı etkileyen faktörler: Monomerin polarlığı, büyüklüğü, steril engeller, yük transfer komplekslerinin oluşumudur. TGA termogramlarından (1) Polimer yapısı, (2) Kopolimerdeki MA ve terpolimerdeki MA ve NIPAm monomerlerinin oranları, (3) Polimer yapısına MA ve NIPAm monomerleri katıldıkça termal geçişleri ve kararlılığı nasıl etkilediği, (4) Polimerlerdeki kütle kaybının sıcaklıkla değişimi,

124 98 (5) Polimer yapısında meydana gelebilecek molekül içi ve moleküller arası etkileşimler hakkında bilgi edinmek amaçlanmıştır. Şekil Polimerlerin TGA termogramları PNVIM in TGA termogramında tek bir bozunma basamağı gözlenmiştir (Şekil 4.14). Bozunma sıcaklıkları sırasıyla 400,10 o C, 462,21 o C ve 489,32 o C dir. Polimerdeki kütle kaybı %47,22 dir. Bu değerler, homopolimerdeki zincir yapısının düzenliliğini ve zincirler arası Van der Waals etkileşimlerinin fazla olduğunu göstermektedir. Elde edilen veriler FTIR ve UV-görünür bölge spektrum sonuçları ile uyumludur.

125 99 Poli(NVIM-co-MA) nın TGA termogramında iki basamakta bozunma gözlenmiştir (Şekil 4.14). 1. basamaktaki bozunma sıcaklıkları 108,20 o C, 202,70 o C ve 307,30 o C dir. 2. basamaktaki bozunma sıcaklıkları 353,17, o C 460,88 o C ve 550,30 o C dir. Polimerdeki toplam kütle kaybı %80,72 dir. 1. basamakta görülen bozunmada polimer içindeki absorplanmış su, çözücü ve monomer gibi küçük mol kütleli bileşenler uzaklaşmaktadır. 2. basamakta görülen bozunmada ise polimer yapısı bozulmaktadır. PNVIM ile Poli(NVIM-co-MA) nın termogramları karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Kopolimer homopolimere göre daha düşük sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda kopolimerin termal kararlılığı homopolimere göre azalmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen MA monomeridir. MA monomeri içeren kopolimerlerin bozunma sıcaklıkları homopolimerlerine göre düşük olduğu literatürde verilmiştir [3, 35, 46, 47]. Polimer zincirlerinde sübstitüe grup olarak bulunan anhidrit birimleri bağ esnekliğini arttırır. Bunun sonucunda polimer daha düşük sıcaklıklarda bozunmaya başlar. Anhidrit birimleri ile imidazol birimleri arasında oluşan spesifik makromoleküler etkileşimlerden dolayı kopolimerin bozunma sıcaklıkları homopolimere göre azalmaktadır. Bu yapının oluşumu ile ilgili olarak FTIR spektrumunda band gözlenmiştir. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın TGA termogramında iki basamakta bozunma gözlenmiştir (Şekil 4.14). 1. basamaktaki bozunma sıcaklıkları 207,72 o C, 305,36 o C ve 371,32 o C dir. 2. basamaktaki bozunma sıcaklıkları 403,12 o C, 440,23 o C ve 506,70 o C dir. Polimerdeki toplam kütle kaybı %65,54 tür. Bozunmalar kopolimer yapısındaki gibidir. 1. basamakta görülen bozunmada polimer içindeki absorplanmış su, çözücü ve monomer gibi küçük mol kütleli bileşenler uzaklaşmaktadır. 2. basamakta görülen bozunma ise polimerin parçalanmasından kaynaklanmaktadır.

126 100 Terpolimerin yapısında bulunan C=O ve N-H grupları arasında oluşan molekül içi ve moleküller arası H-bağı etkileşimleri bozunma sıcaklıklarını etkilemektedir. Elde edilen veriler FTIR ve UV-görünür bölge spektrum sonuçları ile uyumludur. PNVIM ile Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın termogramları karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Terpolimer homopolimere göre daha düşük sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda terpolimerin termal kararlılığı homopolimere göre azalmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen MA ve NIPAm monomerleridir. MA monomeri içeren terpolimerlerin bozunma sıcaklıkları homopolimerlerine göre düşüktür [3, 46, 47]. Poli(NVIM-co-MA) ile Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın termogramları karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Terpolimer kopolimere göre daha yüksek sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda terpolimerin termal kararlılığı kopolimere göre artmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen C=O ve N-H grupları arasındaki moleküller arası hidrojen bağ etkileşimidir. Oluşan H- bağları termal kararlılığı arttırmıştır [44] Diferansiyal termal analiz (DTA) Polimerlerin DTA eğrilerinden elde edilen endotermik geçişlere karşılık gelen bozunma sıcaklıkları Çizelge 4.6 da verilmiştir. Çizelge 4.6. Polimerlerin DTA eğrilerinden elde edilen bozunma sıcaklıkları Polimer T d1 ( o C) H (J/mg) T d2 ( o C) H (J/mg) PNVIM 442,13 0, Poli(NVIM-co-MA) 317,70 0,06 321,19 0,18 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 400,89 0, Td 1 : Depolimerleşme sıcaklığı 1 Td 2 : Depolimerleşme sıcaklığı 2 DTA termal bir tekniktir ve bu teknik ısı etkisi sonucu oluşan fiziksel ve kimyasal değişimlerle ilgilidir. Sıcaklığın veya zamanın bir fonksiyonu olarak polimer belli bir hızda ısıtıldığında kaydedilir. Isı veya entalpi değişimleri, endotermik veya ekzotermik, faz geçişlerine kristal yapının çökmesine dehidrasyon reaksiyonlarına dissosiyasyon reaksiyonlarına, bozunma reaksiyonlarına ve kimyasal reaksiyonlarına

127 101 sebep olmaktadır. Faz geçişleri, dehidrasyon, indirgenme ve bazı bozunma reaksiyonları endotermik etkiye sebep olmaktadır. Kristalizasyon, yükseltgenme ve bazı bozunma reaksiyonları ekzotermik etkiye sebep olmaktadır. Bir DTA pikinin altındaki alan entalpi değişimi olabilir ve bu durum polimerin ısı kapasitesini etkilemez. Şekil Polimerlerin DTA eğrileri PNVIM in DTA eğrisinde tek bir bozunma basamağı gözlenmiştir (Şekil 4.15). Bu endotermik geçişe karşılık gelen bozunma sıcaklığı 442,13 o C dir. Bu değerler homopolimerdeki zincir yapısının düzenliliğini ve zincirler arası Van der Waals etkileşimlerinin fazla olduğunu göstermektedir. Elde edilen veriler FTIR ve UVgörünür bölge spektrum ve TGA sonuçları ile uyumludur.

128 102 Hazırladığımız homopolimerin DTA eğrisinde ekzotermik geçiş gözlenmemiştir. Literatürde belirtilen PNVIM ve molekül kütlesi g/ mol olan örneğin sudaki çözünürlüğü çok düşüktür [43]. Bu örnek için DTA eğrisinde ekzotermik geçiş gözlenmiştir. Literatürlerde DTA eğrilerinde ekzotermik pik çapraz bağlanmaya işarettir. Bu pikin gözlenmemesi çapraz bağ olmadığına ya da çok düşük oranda olduğunu gösterir. Buna göre, elde edilen homopolimerin molekül kütlesi, çapraz bağ oranı düşük ve sudaki çözünürlüğü yüksektir [43]. Poli(NVIM-co-MA) nın DTA eğrisinde iki basamakta bozunma gözlenmiştir (Şekil 4.15). Bu endotermik geçişlere karşılık gelen 1. bozunma sıcaklığı 317,70 o C, 2. bozunma sıcaklığı 321,19 o C dır. PNVIM ile Poli(NVIM-co-MA) nın DTA eğrileri karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Kopolimerin bozunmaya başladığı sıcaklık homopolimere göre daha düşüktür. Bu durumda kopolimerin termal kararlılığı homopolimere göre azalmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen MA monomeridir. MA monomeri kopolimerdeki bağ esnekliğini artırmaktadır. Bunun sonucunda MA monomeri içeren kopolimerlerin bozunma sıcaklıkları homopolimerlerine göre düşük çıkmıştır [3, 46]. Anhidrit birimleri ile imidazol birimleri arasında oluşan spesifik makromoleküler etkileşimlerden dolayı kopolimerin bozunma sıcaklıklarının homopolimere göre azaldığı söylenebilir. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DTA eğrisinde tek basamakta bozunma gözlenmiştir (Şekil 4.15). Bu endotermik geçişlere karşılık gelen bozunma sıcaklığı 400,89 o C dir. Terpolimerin yapısında bulunan C=O ve N-H grupları arasında oluşan molekül içi ve moleküller arası H-bağ etkileşimleri bozunma sıcaklıklarını etkilemektedir. PNVIM ile Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın termogramları karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Terpolimer homopolimere göre daha düşük sıcaklıklarda

129 103 bozunmaya başlamıştır. Bu durumda terpolimerin termal kararlılığı homopolimere göre azalmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen MA ve NIPAm monomerleridir. MA terpolimer yapısına girdikçe bağ esnekliğini artmış bunun sonucunda termal kararlılık azalmıştır. MA monomeri içeren terpolimerlerin bozunma sıcaklıkları homopolimerlerine göre düşüktür [15]. Poli(NVIM-co-MA) ile Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DTA eğrileri karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Terpolimer kopolimere göre daha yüksek sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda terpolimerin termal kararlılığı kopolimere göre artmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen C=O ve N-H grupları arasındaki moleküller arası H-bağı etkileşimidir. Oluşan H-bağlarının termal kararlılığı arttırdığı söylenebilir. Bu sonuçlar, FTIR ve UV-görünür bölge spektrum ve TGA sonuçları ile uyumludur Diferansiyal tarama kalorimetresi (DSC) Polimerlerin DSC eğrilerinden elde edilen T g ve T e sıcaklıkları Çizelge 4.7 de verilmektedir. DSC eğrileri Şekil 4.16 de verildi. Çizelge 4.7. Polimerlerin T g ve T e değerleri Polimer T g ( o C) H (mj) T e ( o C) H (mj) PNVIM 148, ,00 440, ,00 Poli(NVIM-co-MA) 101,98 14,76 309,70 112,50 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 120,10 850,00 400,19 247,60 T g : Camsı geçiş sıcaklığı T e : Kristal erime sıcaklığı TGA termogramlarından olduğu gibi DSC eğrileri de termal özellikler, kopolimer ve terpolimer bileşim-termal davranışı hakkında bilgi vermektedir. PNVIM in DSC eğrisinde T g = 148,44 o C, T e = 440,32 o C olarak gözlenmiştir (Şekil 4.16). Bu değerler homopolimerdeki zincir yapısının düzenliliğini ve zincirler arası Van der Waals etkileşimlerinin fazla olduğunu göstermektedir. Önceki yapılan çalışmada PNVIM in T g değeri 174,80 o C, molekül kütlesi g/mol dür. Elde edilen homopolimerin T g değeri literatürdekinden düşüktür [43]. Polimer yapısındaki

130 104 çapraz bağ oranı artıkça T g değeri artmaktadır. Bu sonuçlara göre elde edilen homopolimerde çapraz bağ oranı çok düşüktür. Elde edilen veriler FTIR ve UVgörünür bölge spektrum TGA ve DSC sonuçları ile uyumludur. Şekil Polimerlerin DSC eğrileri Poli(NVIM-co-MA) nın DSC eğrisinde T g =101,98 o C ve T e =309,70 o C olarak gözlenmiştir (Şekil 4.16). PNVIM ile Poli(NVIM-co-MA) nın DSC eğrileri karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Kopolimer homopolimere göre daha düşük sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda kopolimerin termal kararlılığı homopolimere göre

131 105 azalmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen MA monomeridir. MA kopolimer yapısına girmesiyle polimer zincirlerindeki sübstitüe grupların bağ esnekliği artmıştır. Zincir esnekliğinin hem T g hem de T e değeri üzerinde büyük etkisi bulunmaktadır. Zincir esnekliği anhidrit grupları ile -(CH 2 )- parçalarının uzunluğu büyüdükçe artmaktadır. Bu sonuçlara göre kopolimer yapısına MA monomerlerinin katılmasıyla T g ve T e değerleri homopolimerinkine göre azalmıştır [3, 46]. Anhidrit birimleri ile imidazol birimleri arasında oluşan spesifik makromoleküler etkileşimlerden dolayı T g ve T e değerleri homopolimere göre azaldığı söylenebilir. Elde edilen veriler FTIR ve UV-görünür bölge spektrum TGA ve DSC sonuçları ile uyumludur. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DSC eğrisinde T g = 120,10 o C, T e = 400,70 o C olarak gözlenmiştir (Şekil 4.16). Terpolimer yapısına kopolimer yapısından farklı olarak amid gruplarının girmesiyle zincirdeki sübstitüe grupların bağ esnekliği azalmıştır. Ayrıca anhidrit grupları ile amid grupları arasında molekül içi ve moleküller arası H-bağ etkileşimleri oluşmaktadır. Bağ esnekliğinin azalması ve oluşan hidrojen bağları, terpolimerin T g ve T e değerlerinin kopolimere göre artmasına neden olmuştur. PNVIM ile Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DSC eğrileri karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Terpolimer homopolimere göre daha düşük sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda terpolimerin termal kararlılığı homopolimere göre azalmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen MA ve NIPAm monomerleridir. MA kopolimer yapısına girmesiyle polimer zincirlerindeki sübstitüe grupların bağ esnekliği artmıştır. MA monomeri içeren terpolimerlerin bozunma sıcaklıkları homopolimerlerine göre düşük bulunmuştur [3]. Poli(NVIM-co-MA) ile Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın DSC eğrileri karşılaştırıldığında farklılıklar gözlenmiştir. Terpolimer kopolimere göre daha yüksek sıcaklıklarda bozunmaya başlamıştır. Bu durumda terpolimerin termal

132 106 kararlılığı kopolimere göre artmıştır. Burada termal geçişleri etkileyen C=O ve N-H grupları arasındaki moleküller arası hidrojen bağ etkileşimidir. Oluşan H-bağları termal kararlılığı arttırdığı söylenebilir Elementel Analiz Polimerlerin hesaplanan C, H ve N oranı ile elementel analiz sonuçlarından elde edilen C, H ve N oranı Çizelge 4.8 de verilmiştir. Çizelge 4.8. Polimerlerin hesaplanan ve elementel analiz sonuçlarından bulunan C, H ve N oranları Hesaplanan Bulunan Polimer %C %H %N %C %H %N PNVIM 63,83 6,40 29,80 58,35 7,29 26,92 Poli(NVIM-co-MA) 60,67 4,49 15,73 57,66 7,68 4,72 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 61,85 6,53 14,43 57,87 6,28 11,12 Elementel analiz sonuçlarından polimer yapısındaki C, H ve N içeriği yanı sıra kopolimer bileşimi hakkında da bilgi edinilir. Kopolimer bileşimi Bölüm 3.4 de verilen Eş. 3.2 ile hesaplanabilir. Buradan hesaplanan değerler monomer mol yüzdelerine eşittir. Çizelge 4.8 den görüldüğü gibi, homopolimerin yapısında bulunan C, H ve N yüzdeleri için hesaplanan değerler ile, analiz sonucu bulunan deneysel değerleri birbirine yakındır. Bu sonuca göre PNVIM elde edilmiştir. Kopolimerin yapısında bulunan C, H ve N yüzdeleri için hesaplanan değerler ile, analiz sonucu bulunan deneysel değerleri birbirine yakındır. Bu sonuca göre Poli(NVIM-co-MA) elde edilmiştir. Eş. 3.2 den hesaplandığında NVIM in oranı m 1 = 53,26, MA nın oranı m 2 = tür. Kopolimerdeki monomer oranları FTIR spektrumundaki absorbans bandlarından ve 1 H NMR spektrumundaki integral alanlarından da hesaplanmıştır. Bu sonuçlar

133 107 elementel analiz sonuçlarına çok yakın değerlerde bulunmuştur. Monomer oranlarının (m 1 /m 2 ) bire yakın olması ve anhidrit birimleri ile imidazol birimleri arasında oluşan spesifik makromoleküler etkileşimler kopolimer yapısını etkilemiştir. Anhidrit birimlerindeki C=O grubu ile imidazol halkasındaki C=N grubu arasında kompleks oluşmaktadır. Oluşan kompleks zincir büyümesinde düzenleyici bir rol oynarak, monomerlerin ---NVIM-MA-NVIM-MA--- şeklinde dizilmesini sağlamaktadır. Böylece kopolimer yapısının alternatif kopolimer yapısında olduğu söylenebilir. Terpolimerin yapısında bulunan C, H ve N yüzdeleri için hesaplanan değerler ile, analiz sonucu bulunan deneysel değerleri birbirine yakındır. Bu sonuca göre Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) terpolimeri elde edilmiştir Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Sonuçları Polimerlerin yüzey yapılarını tanımlamak amacıyla taramalı elektron mikroskobu analizi yapıldı. Çizelge 4.9 da polimerlerin SEM mikrograflarından gözlenen morfojik yapıları verilmiştir. Çizelge 4.9. Polimerlerin SEM mikrograflarından gözlenen morfolojik yapıları Polimer PNVIM Polimer Sentezinde Kullanılan Çözücü Toluen Polimer Yüzeyi (x1,000 büyütme) Sık istiflenmiş, düzgün ve homojen bir yapı PNVIM 1,4-Dioksan Yumaklar halinde bir yapı Poli(NVIM-co-MA) 1,4-Dioksan Boşluklu bir yapı Poli(NVIM-co-MA) Metanol Tabakalı bir yapı Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 1,4-Dioksan Genelde pürüzsüz ve düzgün yapı, yer yer boşluklu bir yapı PNVIM, Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın SEM mikrogramları 500, 1,000, 2,000 ve 5,000 büyültme ile alındı ve birbiriyle karşılaştırıldı (Resim 4.1-3).

134 108 Toluen de sentezlenen (a) 1,4-Dioksan da sentezlenen (b) Resim 4.1. PNVIM in x1,000 büyütmede elde edilen SEM mikrografları (a) Toluen de sentezlenen (b) 1,4-Dioksan da sentezlenen

135 109 Homopolimerin SEM mikrografları incelendiğinde; toluen ortamında sentezlenende sık istiflenmiş, düzgün, pürüzsüz ve homojen bir yapı göze çarpmaktadır (Resim 4.1). PNVIM in yapısının sık istiflenmiş ve homojen olması termal kararlılığının yüksek olması ile uyumludur. 1,4-Dioksan ortamında elde edilen homopolimer ise yumaklar halinde gözlenmiştir (Resim 4.1). Metanol de sentezlenen (a) 1,4-Dioksan da sentezlenen (b) Resim 4.2. Poli(NVIM-co-MA) nın x1,000 büyütmelerde elde edilen SEM mikrografları (a) Metanol de sentezlenen (b) 1,4-Dioksan da

136 110 1,4-Dioksan ortamında sentezlenen kopolimerin SEM mikrografları incelendiğinde; boşluklu bir yapıya sahiptir (Resim 4.2). Metanol ortamında sentezlenen homopolimer ise tabakalı bir yapıda olduğu görülmüştür (Resim 4.2). Poli(NVIM-co-MA) kopolimer ile toluen de sentezlenen PNVIM in SEM mikrografları karşılaştırıldığında; homopolimerdeki pürüzsüz yapının bozulduğu, boşlukların oluştuğu görülmektedir. Bu sonuçlar kopolimerin termal kararlılığının homopolimere göre düşük olmasını da açıklamaktadır. Kopolimer yapısına MA monomerlerinin katılmasıyla boşluklu yapıların oluştuğu söylenebilir. Boşluklu yapıya sahip olan polimerlerin termal kararlılığının az olması beklenir. Bu sonuçlara ek olarak çözücünün cinsi, homopolimerlerin ve kopolimerlerin yüzey morfolojilerinin farklı olmasında etkili olmuştur. Resim 4.3. Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın x1,000 büyütmede elde edilen SEM mikrografı

137 111 Terpolimerin SEM mikrografları incelendiğinde; sık istiflenmiş, düzgün, pürüzsüz ve homojen bir yapının yanı sıra yer yer çatlaklı bir yapıya sahip olduğu görülmektedir (Resim 4.3). Poli(NVIM-co-MA-NIPAm) ve PNVIM in SEM mikrografları karşılaştırıldığında homopolimerdeki pürüzsüz ve düzgün yapı ile benzerlikler göstermektedir. Bunun yanı sıra gözlenen çatlaklıklar homopolimer yapısından ayrılmaktadır. Terpolimer yapısında gözlenen çatlaklıklarda termal kararlılığın azalmasına neden olabilir. Terpolimerdeki C=O ile N-H grupları arasında oluşan moleküller arası H-bağ etkileşimi termal kararlılığı arttırmaktadır. Yapıda bulunan MA ve NIPAm monomerleri termal kararlılığı azaltmaktadır. Bu sonuçlar sebebiyle homopolimere göre termal kararlılığın azaldığı söylenebilir. Poli(NVIM-co-MA-NIPAm) ve Poli(NVIM-co-MA) nın SEM mikrografları karşılaştırıldığında kopolimerdeki boşluklu yapı yerine genelde sık istiflenmiş düzgün bir yapı görülmektedir. Terpolimer yapısında gözlenen bu sık istiflenmiş ve düzgün yapı termal kararlılıkta kopolimere göre artışa neden olduğu söylenebilir. Terpolimerdeki C=O ile N-H grupları arasında oluşan moleküller arası H-bağ etkileşimi termal kararlılığı arttırmaktadır. Yapıda bulunan MA ve NIPAm monomerleri termal kararlılığı azaltmasına rağmen oluşan H-bağı etkileşimi baskındır. Bu sonuçlar sebebiyle kopolimere göre termal kararlılığın arttığı söylenebilir. PNVIM, Poli(NVIM-co-MA) ve Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) SEM mikrografları karşılaştırıldığında farklı yapılar görülmektedir. Bu durumda homopolimer, kopolimer ve terpolimer yapılarının oluştuğu söylenebilir. Sonuçlar TGA, DSC ve DTA sonuçları uyumludur.

138 XRD Analizi Sonuçları Sentezlenen polimerlerin difraktogramlardan elde edilen yansıma açıları (2θ), kristal düzlemler arasındaki uzaklıklar (d aralıkları) ve kristal oranları (X c ) Çizelge 4.10 da gösterilmiştir. Çizelge Polimerlerin difraktogramlardan elde edilen yansıma açıları (2θ) ve kristal düzlemler arasındaki uzaklıklar (d aralıkları) ve kristal oranları (X c ) Polimer 2θ d (nm) Kristal oranı (X c ) 8,72 1,01 43,00 10,00 0,88 15,84 0,56 16,80 0,53 PNVIM 22,80 0,39 23,52 0,38 25,36 0,29 27,28 0,32 30,48 0,29 31,76 0,28 PNVIM 17,20 0,51 9,00 25,67 0,41 Poli(NVIM-co-MA) 10,40 0,85 4,00 19,54 0,45 Poli(NVIM-co-MA) 18,37 0,48 10,00 Poli(NVIM-co-MAco-NIPAm) 27,84 0,32 Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) 28,89 0,31 20,00 Toluen ve 1,4-dioksan ortamında sentezlenen PNVIM homopolimerlerinin, 1,4- dioksan ve metanol de sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) kopolimerlerinin ve Poli(NVIM-co-MA-NIPAM) terpolimerinin XRD difraktogramları Şekil 4.17 de verilmiştir. Toluen ortamında sentezlenen PNVIM homopolimerinin difraktogramında tespit edilen 2θ değeri 31,76 ve d değeri 0,28 nm iken 1,4-dioksan ortamında elde edilen PNVIM in 2θ değeri 25,67 ve d değeri 0,41 nm dir (Çizelge 4.10). Şekil 4.17 de görülen diğer kristal piklerin 2θ değerleri okunarak Çizelge 4.10 da verilmiş ve kristal oranları hesaplanmıştır. Toluen ortamında sentezlenen homopolimerin kristal

139 113 oranı %43,00 iken, 1,4-dioksan da elde edilen homopolimerin kristal oranı %9,00 dur. 1,4-Dioksan polar bir çözücüdür. 1,4-Dioksan, homopolimerde yer alan imidazol birimlerindeki azot üzerindeki elektron çifti ile etkileşerek homopolimerin serbestçe düzenlenmesini engeller.

140 Şekil Polimerlerin XRD difraktogramları 114

141 115 Daha az polar olan toluen ortamında ise homopolimerin düzenlenmesi üzerinde çözücünün fazlaca bir etkisi yoktur. Bu nedenle toluen ortamında daha fazla kristal elde edilmesinde Van der Waals etkileşimlerinin rol aldığı söylenebilir. Sentezlenen homopolimerlerin 2θ ve d değerleri karşılaştırıldığında toluen ortamında sentezlenen polimerin 2θ ve d değerleri metanol ortamında elde edilen polimerin değerlerinden büyüktür. Bu sonuç, toluen de sentezlenen polimerlerde tabakalar arası mesafenin azaldığını ve daha düzenli bir yapı oluştuğunu göstermektedir. d değerlerinin birbirine yakın olması kristal oranının yüksek olmasını gerektirir. Farklı çözücü ortamlarında sentezlenen homopolimerlerin SEM fotoğraflarında da önemli ölçüde farklılık gözlenmiştir (Şekil 4.17). 1,4-dioksan ortamında sentezlenen homopolimerin düzgün zincirler halinde olmadığı, yumaklar halinde olduğu görülmüştür. Toluen ortamında sentezlenen polimerlerde ise polimer zincirlerinin düzenli yerleştiği SEM fotoğraflarından (Resim 4.1) gözlendi. Toluen ortamında sentezlenende kristal oranının yüksek olması, SEM fotoğraflarından da görülmektedir. 1,4-Dioksan ortamında elde edilen Poli(NVIM-co-MA) kopolimerinin difraktogramında 2θ değeri 19,54 ve d değeri 0,45 nm dir. Metanolde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA) da sırasıyla 2θ değeri 18,37 ve d değeri 0,48 nm dir (Şekil 4.17). Kopolimerlerin kristal oranları sırasıyla metanol de sentezlenende %4,00 ve 1,4- dioksan da sentezlenende ise %10,00 bulunmuştur.

142 116 İki ayrı çözücü ortamında sentezlenen kopolimer örnekleri için 2θ ve d değerleri karşılaştırıldığında birbirine yakın sonuçlar elde edilmiştir. Ancak homopolimere göre daha büyük d değerleri bulunmuştur. Bunu, kopolimer yapısındaki esnek C-O-C (anhidrit birimindeki) bağlarının hareket etme kabiliyetinin artmasına bağlanabilir. Kopolimer için çözücü yapısı daha etkin durumdadır. 1,4-Dioksan ortamında sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) terpolimerinin difraktogramında 2θ değeri 27,84 ve d değeri 0,32 nm dir. Terpolimerinde kristal oranı %20,00 bulunmuştur (Çizelge 4.10). Terpolimerin 2θ ve d değerleri, homopolimer ve kopolimere ait değerler arasında gözlenmiştir. Bu da beklenen bir durumdur. Polimer yapısına amid gruplarının eklenmesi C-O-C (anhidrit birimindeki) bağlarının oluşturduğu esnekliği kısmen azaltmaktadır. Homopolimerler, kopolimerler ve terpolimerin kristal oranları karşılaştırıldığında sıralama homopolimer (toluen)> terpolimer (1,4-dioksan)> kopolimer (1,4-dioksan)> homopolimer (1,4-dioksan)> kopolimer (metanol) şeklinde bulunmuştur. Polimer yapısına MA monomeri girmesiyle bağ esnekliği artmıştır. Bunun sonucunda kopolimerin kristal oranı homopolimere göre azalmıştır. NIPAm ve MA monomerleri arasında molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağları oluşmaktadır. Bu, yapıda kristal oranını arttırıcı bir faktördür. Bu yüzden terpolimerin kristal oranı kopolimere göre yüksek bulunmuştur. Fakat yapıya MA monomeri katıldığı için bağ esnekliği artmış bunun sonucunda homopolimere göre terpolimerin kristal oranı azalmıştır.

143 Polimerlerin Antimikrobiyal Aktivite Sonuçları Polimerlerin antimikrobiyal aktivitelerini incelemek için gram-pozitif bakteri olarak S. aureus, B. subtilis, S. faecalis; gram-negatif bakteri olarak E. coli, K. pneumoniae, P. aeruginosa; mantar olarak C. albicans ile çalışılmıştır. Çalışılan mikroorganizmalar aşağıda sıralanan nedenler göz önüne alınarak seçilmiştir: Yaygın olarak görülen hastalıklara neden olmaları, Antibiyotiklere karşı yüksek direnç göstermeleri, Uygulanan tedavilere cevap vermeyip yüksek oranda ölümlere sebep olmalarıdır. Polimerlerin antimikrobiyal aktivitelerinin etkinliğini karşılaştırmak amacıyla Eritromicin, Gentamicin, Penisilin G, Ampisilin ve Ketokonazol standart madde olarak kullanılmıştır. Bu standart madde olarak kullanılan ilaçlarla çalışılmasının nedeni; Geniş bir spektrumda mikroorganizmalara karşı etkin olmaları, Sentezlenen polimer yapısı ile benzer yapıda olmaları ve Çalışılan bakterilere karşı aktivitelerinin yüksek olmalarıdır. Genel olarak yapılan çalışmalar ve uygulamalarda polimer ve bakteri arasındaki etkileşimler şu şekilde olmaktadır: Bakterinin hücre duvarı seviyesinde, bakteri ve polimer arasında elektrostatik etkileşim olmaktadır. Bu şekilde bir etkileşim olduğunda polimer biosidal aktivite gösterir. Biosidal aktivite, bakterinin doğrudan polimer etkileşimi sonucu parçalanmasıdır.

144 118 Polimer, hücre duvarının yapısında bulunan teikoik asit ile etkileşime girmektedir (Teikoik asidin yapısında negatif yüklü fosfat köprüleri bulunmaktadır). Bu etkileşim sonucunda polimer; bakteri hücresinin çevresine tutunur ve iyon değişim kanallarını bloke ederek, bölünmeyi engeller ve hücrenin ölümüne sebep olur. Literatürde polimerlerin bakterilere karşı gösterdikleri antimikrobiyal aktivitenin mekanizması 5 basamakta özetlenmiştir [46]. Polimerin bakteri hücresinin yüzeyine adsorpsiyonu, Polimerin hücre duvarından difüzyonu, Polimerin hücre zarına bağlanma, Bakteri hücre zarının bozulması, Hücre içeriğinin çökmesi ve hücrenin ölümüdür. Bir polimerin bakteri ile olan etkileşimini aydınlatmak için bakterinin kapsül, ve hücre duvarı yapılarının iyi bilinmesi gerekmektedir Bakterinin yüzeyindeki tabakalar Kapsül Yüzey tabakasının bu tipi yüksek molekül kütleli polisakkaritlerden oluşmaktadır. Bu tabaka hücre duvarından daha dayanıklı olduğu için kapsül adını alır. Kapsül, antijenik ajanların tanınmasını ve fagositoz direncini sağlar. Kapsül üretimi, bakterinin genetik materyali (DNA) ile kontrol edilmektedir. Bu yüzden bakterilerin DNA yapılarındaki farklılıklara bağlı olarak kapsüllerinde farklılıklar görülmektedir.

145 119 Hücre duvarı Bakterilerin Gram boyamalarına göre sınıflandırılmasında hücre duvarı temel alınır. Gram-pozitif bakterilerde peptidoglikan ince tabakalar şeklindedir (Şekil 4.18). Şekil Gram-pozitif ve gram-negatif bakterilerdeki hücre duvarının yapıları Gram-negatif bakterilerde ise peptidoglikan ince tabaka şeklinde olup giriş ve çıkış membranlarının arasında yer almaktadır (Şekil 4.19). Bu bölgeler periplazmik boşluk olarak adlandırılır. Hücre duvarının yapısını oluşturan önemli yapılar şunlardır:

146 120 Peptidoglikan Peptidoglikan, N-asetilmuramik asid (NAM) and N-asetilglukozamin (NAG) in alternatif polimeridir. Bu alternatif polimerin uzun zincirlerinde bulunan NAM a L- alanine, D-glutamic acid, L-lysine, D-alanine tetrapeptidleri bağlanmış olabilir (Şekil 4.19). Gram-pozitif hücreler, gram-negatif hücrelere göre daha yüksek oranda çapraz bağlı peptidoglikan yapısına sahiptir. Şekil Peptidoglikan ın yapısı Peptidoglikan, antimikrobiyal aktivite gösterecek maddenin ile etkileşime girdiği yapıdır. Örneğin penisilin grubu antibiyotikler, peptidoglikan yapısına bağlanarak bu yapının sentezini engeller. Böylece hücre duvarının oluşumu engellendiğinden bakteri hücresine su dolarak patlamasına neden olur. Lipoteikoik asitler Lipoteikoik asit (LTA) sadece gram-pozitif bakterilerde bulunur. Bu polisakkaritler peptidoglikan tabakaların arasına girerek sitoplazmik membrana doğru uzanırlar ve

147 121 hücre yüzeyinin üstünde görünürler (Şekil 4.18). Bu yapılar antijenlerin tanınmasında görev almaktadırlar. Lipopolisakkaritler Lipopolisakkaritler (LPS) sadece gram-negatif bakterilerde bulunurlar. LPS, çıkış membranına bağlıdır. Polisakkarit birimleri hücre yüzeyinin üstünde görünürler ve antijenlerin tanınmasında görev alırlar PNVIM homopolimerlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçları Polimerlerin yapısal farklılıklarından dolayı mikroorganizmalara karşı biyolojik aktivite gösterdikleri bilinmektedir. Polimerlerin bu özellikleri üzerinde; kimyasal yapıları, monomer bileşimleri, molekül kütlesinin büyüklüğü, zincir uzunluğu, konfigürasyonları etkili olmaktadır. Bu etkiler göz önüne alınarak farklı çözücü ortamlarında ve değişen sentez sürelerinde PNVIM, poli(nvim-co-ma) ve poli(nvim-co-ma-nipam) sentezlenmiştir. Sentezlenen polimerlerin DMSO da çözeltileri hazırlanarak gram-pozitif bakterilere, gram-negatif bakterlere ve mantara karşı antimikrobiyal aktiviteleri Disk difüzyon yöntemi ile belirlenmiştir. Polimerlerin antimikrobiyal aktiviteleri standart madde olarak kullanılan ilaçların aktiviteleri ile karşılaştırıldı. Polimerler ve ilaçların disk difüzyon yöntemi ile elde inhibasyon zon çapları Çizelge da verilmiştir. İmidazol halkası içeren polimerlerin antimikrobiyal aktivite gösterdiği bilinmektedir. Bunun sebebi olarak DNA da bulunan bazların yapısında imidazol halkasının bulunması gösterilmektedir. Ayrıca imidazol halkası içeren polimerler çeşitli proteinlerin yapısına da benzemektedir. İmidazol birimlerinin bu özelliği göz önüne alınarak PNVIM homopolimerleri sentezlenmiştir. Sentez sırasında hem çözücü ortamı hem de sentez süresi değiştirilmiştir.

148 122 Çizelge Homopolimerlerin gram-pozitif, gram-negatif bakterilere ve mantara karşı antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm) Polimer No S. aureus B. subtilis S. faecalis E. coli K. pneumoniae P. aeruginosa C. albicans Eritromicin Gentamicin Penisilin G Ampisilin Ketokonazol Çizelge 4.11 den görüldüğü gibi PNVIM homopolimerleri gram-negatif bakteri ve mantara göre gram-pozitif bakterilere karşı daha yüksek antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Bu sonuç, polimer yapısına imidazol birimlerinin girmesiyle beklenen bir durumdur. Çözücü ortamının değişmesi ve sentez süresinin 6 dan 48 saate çıkarılmasıyla elde edilen polimerlerin verimi ve zincir uzunlukları değişmiştir. Polimer verimi arttıkça ortamda bulunan imidazol birimlerinin sayısı artacaktır. Ayrıca zincir uzunluğu arttıkça -CH 2 -CH- birimlerinin sayısı artacağından antimikrobiyal aktivitenin artması beklenmiştir. Toluen ortamında sentezlenen polimerlerin (1-4) gram-pozitif bakteriler içinde en yüksek aktiviteleri S. Faecalis e, gram-negatif bakteriler arasında ise K. Pneumoniae ya karşı elde edilmiştir (Resim 4.4). Polimerlerin gram-pozitif bakterilere karşı olan aktivitelerin gram-negatiflerinkine göre fazladır. Bu beklenen bir durumdur. Bunun sebebi, gram-negatif bakterilerde hücre duvarına ek olarak kapsül yapısı bulunmaktadır. Polimerin antimikrobiyal aktivite gösterebilmesi için

149 123 önce kapsülü daha sonra hücre duvarının sentezini önlemesi gerekmektedir. Grampozitif bakterilerde sadece hücre duvarı bulunduğundan inhibasyon zon çapları yüksek bulunmuştur. Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen PNVIM in S. Faecalis e karşı aktiviteleri Polimerlerin genel olarak mantara karşı aktivitesi bakterilere göre düşüktür. Bu beklenen bir durumdur. Mantarlar ökaryotik hücre yapısına sahipken, bakteriler prokaryotik hücrelerdir. Bakterilerin DNA yapısı sitoplazmaya dağılmış halde bulunurken, mantarlarda bu yapı çekirdek zarı içerisindedir. Bu durum mantarların antimikrobiyal aktivite gösterecek maddelere karşı dirençli duruma getirmektedir. İlaçlar ile homopolimerlerin (1-4) inhibasyon zon çapları karşılaştırılmıştır. İlaçların genel olarak antimikrobiyal aktiviteleri polimerlere göre yüksektir (Resim 4.5-8). Fakat Penisilin G nin S. Faecalis e karşı aktivitesi polimerlerinkine göre düşüktür. Bu sonuçlara göre S. Faecalis e karşı geliştirilecek bir ilaç yapısında PNVIM in kullanılması uygundur. 1,4-Dioksan ve benzen ortamında sentezlenen polimer sırasıyla 5-8 ve 9-12 nolu polimerlerdir. Çizelge 4.11 den görüldüğü gibi antimikrobiyal aktivite toluen

150 124 ortamında sentezlenen polimere göre düşüktür. Bu sonuçlar üzerinde polimerin zincir uzunluğu, verimi ve bakterinin türü etkili olmuştur. Resim 4.5. Gentamicin ve Eritromicin in S. Aureus a karşı aktiviteleri Resim 4.6. Gentamicin ve Eritromicin in E. coli ye karşı aktiviteleri

151 125 Resim 4.7. Ampisilin ve Penisilin G nin S. Faecelis e karşı aktiviteleri Resim 4.8. Ketokonazol un C. Albicans a karşı aktivitesi Poli(NVIM-co-MA) kopolimerlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçları İmidazol halkası içeren polimerler gibi anhidrit birimleri içeren polimerlerde antimikrobiyal aktivite göstermektedir. Burada aktiviteyi yine ana zincirde bulunan

152 126 metilen (-CH 2 ) ve metin (-CH) ile C=O grupları sağlamaktadır. İmidazol halkası ve anhidrit birimleri içeren polimerler çeşitli proteinlerin yapısına benzemektedir. İmidazol ve anhidrit birimlerinin bu özelliği göz önüne alınarak poli(nvim-co-ma) kopolimeri sentezlenmiştir. Sentez sırasında hem çözücü ortamı hem de sentez süresi değiştirilmiştir. Çizelge Kopolimerlerin gram-pozitif, gram-negatif bakterilere ve mantara karşı antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm) Polimer No S. aureus B. subtilis S. faecalis E. coli K. pneumoniae P. aeruginosa C. albicans Eritromicin Gentamicin Penisilin G Ampisilin Ketokonazol Çizelge 4.12 den görüldüğü gibi poli(nvim-co-ma) kopolimerleri gram-pozitif bakterilere karşı antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Bu yapıya imidazol birimlerinin girmesiyle beklenen bir durumdur. Çözücü ortamının değişmesi ve sentez süresinin 6 dan 48 saate çıkarılmasıyla elde edilen polimerlerin verimi ve zincir uzunlukları değişmiştir. Polimer verimi arttıkça ortamda bulunan imidazol ve anhidrit birimlerinin sayısı artacaktır. Ayrıca zincir uzunluğu arttıkça -CH 2 -CH- birimlerinin sayısı artacağından antimikrobiyal aktivitenin artması beklenmiştir. 1,4-Dioksan ortamında sentezlenen polimerlerin (13-16) gram-pozitif bakteriler içinde en yüksek aktiviteleri S. Faecalis e, gram-negatif bakteriler arasında ise E. Coli ye karşı elde edilmiştir (Resim 4.9). Polimerlerin gram-pozitif bakterilere karşı

153 127 olan aktivitelerin gram-negatiflerinkine göre fazladır. Bu beklenen bir durumdur. Bunun sebebi gram-negatif bakterilerde hücre duvarına ek olarak kapsül yapısı bulunmaktadır. Polimerin antimikrobiyal aktivte gösterebilmesi için önce kapsülü daha sonra hücre duvarının sentezini önlemesi gerekmektedir. Gram-pozitif bakterilerde sadece hücre duvarı bulunduğundan inhibasyon zon çapları yüksek bulunmuştur. Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-coMA) nın S. Faecalis e karşı aktiviteleri Polimerlerin genel olarak mantara karşı aktivitesi bakterilere göre düşüktür. Bu beklenen bir durumdur. Mantarlar ökaryotik hücre yapısına sahipken, bakteriler prokaryotik hücrelerdir. Bakterilerin DNA yapısı sitoplazmaya dağılmış halde bulunurken, mantarlarda bu yapı çekirdek zarı içerisindedir. Bu durum mantarların antimikrobiyal aktivite gösterecek maddelere karşı dirençli olmasını sağlamaktadır. Standart maddeler ile kopolimerlerin (13-16) inhibasyon zon çapları karşılaştırılmıştır. Buradaki sonuçlar homopolimerden elde edilen sonuçlardan farklıdır. Standart maddelerin genel olarak antimikrobiyal aktiviteleri polimere göre düşüktür. Polimerin sentez süresi arttıkça inhibasyon zon çapları standart maddelere göre artmıştır.

154 128 Eritromicin, Gentamicin, Penisilin G ve Ampilisin maddelerinin kopolimerlere göre antimikrobiyal aktivitesi oldukça düşüktür. B. Subtilis a karşı Eritromicin in zon çapı 7 mm iken kopolimerinki 26 mm dir. S. Faecalis e karşı Gentamicin in zon çapı 8 mm iken kopolimerinki 25 mm dir. Bu sonuçlara dayanarak B. Subtilis ve S. Faecalis in neden olduğu hastalıkların tedavisinde geliştirilecek bir ilaçta poli(nvim-co-ma) nın kullanılması uygundur. Literatürlerdeki bazı sonuçlarda ise standart maddelerin zon çapları kopolimerinkinden büyüktür. S. Aureus a karşı Ampilisin in zon çapı 29 mm iken kopolimerinki 27 mmdir. Metanol ortamında sentezlenen kopolimerler nolu polimerlerdir. Çizelge 4.12 den görüldüğü gibi antimikrobiyal aktivite 1,4-dioksan ortamında sentezlenen polimere göre düşüktür. Bu sonuçlar üzerinde polimerin zincir uzunluğu, verimi ve bakterinin türü etkili olmuştur. Poli(NVIM-co-MA) ile PNVIM in antimikrobiyal aktiviteleri karşılaştırılmıştır. Kopolimerlerin zon çapları ve bunlara bağlı olarak aktiviteleri homopolimerlerinkinden yüksek bulunmuştur. Polimer yapısında imidazol birimlerinin yanı sıra anhidrit birimlerinin olması aktiviteyi arttırmıştır. Kopolimrin tekrarlanan birimlerinde iki farklı monomer bulunması zincir uzunluğunun artmasında etkili olmaktadır. Ayrıca imidazol birimleri ile anhidrit birimleri arasında meydana gelen kompleks polimer yapısının proteinlere benzemesine neden olmaktadır. Polimerlerin sentez süresinin 6 dan 48 saate çıkarılmasıyla yapıya girecek MA birimlerinin sayısı da artmaktadır. Buna bağlı olarak aktivitede artış gözlenmiştir (Çizelge 4.12).

155 Poli(NVIM-co-MA-coNIPAm) terpolimerlerinin antimikrobiyal aktivite sonuçları İmidazol halkası içeren polimerler gibi anhidrit ve N-izopropil akrilamid birimleri içeren polimerlerde antimikrobiyal aktivite göstermektedir. Burada aktiviteyi yine ana zincirde bulunan metilen (-CH 2 ) ve metin (-CH) ile C=O ve NH-C=O grupları sağlamaktadır. İmidazol halkası ile anhidrit ve N-izopropil akrilamid birimleri içeren polimerler çeşitli proteinlerin yapısına benzemektedir. İmidazol ve anhidrit ve N-izopropil akrilamid birimlerinin bu özelliği göz önüne alınarak poli(nvim-co-ma-nipam) terpolimeri sentezlenmiştir. Deney sırasında sentez süresi değiştirilmiştir. Çizelge Terpolimerlerin gram-pozitif, gram-negatif bakterilere ve mantara karşı antimikrobiyal sonuçları (İnhibasyon zon çapları, mm) Polimer No S. aureus B. subtilis S. faecalis E. coli K. pneumoniae P. aeruginosa C. albicans Eritromicin Gentamicin Penisilin G Ampisilin Ketokonazol Çizelge 4.13 den görüldüğü gibi poli(nvim-co-ma-co-nipam) terpolimerleri gram-pozitif bakterilere karşı antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Bu yapıya imidazol birimlerinin girmesi nedeniyle beklenen bir durumdur. Sentez süresinin 6 dan 48 saate çıkarılmasıyla elde edilen polimerlerin verimi ve zincir uzunlukları değişmiştir. Polimer verimi arttıkça ortamda bulunan imidazol, anhidrit ve N-izopropil akrilamid birimlerinin sayısı artacaktır. Ayrıca zincir uzunluğu arttıkça -CH 2 -CH- birimlerinin sayısı artacağından antimikrobiyal aktivitenin artması da beklenen bir durumdur (Resim 4.10).

156 130 1,4-Dioksan ortamında sentezlenen terpolimerlerin (21-24) gram-pozitif bakteriler içinde en yüksek aktiviteleri S. Faecalis e, gram-negatif bakteriler arasında ise K. pneumoniae ye karşı elde edilmiştir (Resim 4.10). Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın S. aureus a karşı aktiviteleri Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın E. coli ye karşı aktiviteleri

157 131 Polimerlerin gram-pozitif bakterilere karşı olan aktivitelerin gram-negatiflerinkine göre fazladır (Resim 4.11). Bu da beklenen bir durumdur. Bunun sebebi gram-negatif bakterilerde hücre duvarına ek olarak kapsül yapısı bulunmaktadır. Polimerin antimikrobiyal aktivite gösterebilmesi için önce kapsülü daha sonra hücre duvarının sentezini önlemesi gerekmektedir. Gram-pozitif bakterilerde sadece hücre duvarı bulunduğundan inhibasyon zon çapları yüksek bulunmuştur. Polimerin antifungal aktivitesi Ketokonazol standart maddesi ile karşılaştırılmıştur. Ketokonazol ile çalışılmasının nedeni yapısında imidazol birimleri içermesidir. Terpolimerlerin genel olarak mantara karşı aktiviteleri homopolimer ve kopolimerlerden farklı olarak yüksek çıkmıştır (Resim 4.12). Bu durumda mantarın hücre yapısında bulunan ergosterol sentezinin önlendiği anlamına gelmektedir. Ayrıca standart madde seçiminde polimer yapısına benzerliğin dikkate alınmış olması dikkatli bir seçimin yapıldığını göstermiştir. C. albicans ın neden olduğu hastalıkların tedavisinde geliştirilecek bir ilaçta poli(nvim-co-ma-co-nipam) nın kullanılması uygundur. Resim , 12, 24 ve 48 saat sürelerde sentezlenen Poli(NVIM-co-MA-co-NIPAm) ın C. albicans a karşı aktiviteleri

158 132 Standart maddeler ile terpolimerlerin (21-24) inhibasyon zon çapları karşılaştırılmıştır. Buradaki sonuçlar homo ve kopolimerden elde edilen sonuçlardan farklıdır. Standart maddelerin genel olarak antimikrobiyal aktiviteleri polimere göre düşüktür. Ayrıca polimerin sentez süresi arttıkça inhibasyon zon çapları standart maddelere göre artmıştır. Eritromicin Gentamicin, Penisilin G, Ampilisin ve Ketokonazol maddelerinin kopolimerlere göre antimikrobiyal aktivtesi oldukça düşüktür. S. Faecalis e karşı Eritromicin in zon çapı 6 mm iken terpolimerinki 30 mm dir. S. Faecalis e karşı Penisilin G nin zon çapı 12 mm iken kopolimerinki 35 mm dir. Bu sonuçlara dayanarak başta S. Faecalis in ve diğer bakterilerin neden olduğu hastalıkların tedavisinde geliştirilecek bir ilaçta poli(nvim-co-ma-co-nipam) nın kullanılması uygundur Polimerlerin mikroorganizmalarla olan etkileşimlerinin gösterilmesi Beta-laktam grubu antibiyotiklerden olan Penisilin G, hücre duvarının yapısında bulunan peptidoglikan sentezinin önlenmektedir. Penisilin G nin yapısında olduğu gibi terpolimerin yapısında da amit grubu bulunmaktadır. Bu grubun varlığı sebebiyle terpolimerin bakterisid etki gösterdiği söylenebilir. Polimerlerin bakterisid etkilerinin şematik gösterimi Şekil 4.20 de verilmiştir. Şekil Polimerlerin bakterisid etkilerinin şematik gösterimi

159 133 Şekil 4.20 den görüldüğü gibi, polimer porlardan geçerek peptidoglikan sentezinde görev alan Transpeptidaz ve Karboksipeptidaz enzimlerine bağlanmıştır. Böylece enzimlerin salınmasına ve hücre duvarı sentezinin önlenmesine neden olmuştur. Hücre duvarının oluşması önlendiğinden bakteri içerisine hızlı şekilde sıvı girişi olmuş ve bakteri hücresi patlamıştır. Böylece polimer direkt olarak bakteriyi yok ettiğinden bakterisid etki göstermiştir. Ribozomlar hücrede proteinlerin sentezlendiği yerlerdir. Aminoglikozit türü bir ilaç olan Gentamicin, bakteri ribozomlarındaki protein sentezini önler. Bu şekilde bakterinin gelişimini önledikleri için bakteriostatik etki gösterirler. Terpolimerlerin antibakteriyel aktiviteleri Gentamicin den yüksek bulunmuştur. Gentamicin de olduğu gibi terpolimerinde aynı etkiyi bakterilere karşı gösterdiği söylenebilir. Şekil 4.21 de polimerin bakteriostatik etkisi verilmiştir. Şekil 4.21 den görüldüğü gibi polimer porlardan geçerek sitoplazmik membrana ulaşmıştır. Polimer mrna nın 30S alt birimine bağlanarak üç şekilde etkiye neden olmuştur. Protein sentezinin önlenmesi 1., protein sentezinin yarıda kalması 2. ve deforme olmuş protein yapısının oluşması 3. etkidir.

160 134 (a) (b) Şekil Polimerlerin bakteriostatik etkilerinin şematik gösterimi (a) Polimerin porlardan geçerek sitoplazmik membrana ulaşması (b) Polimerlerin protein sentezine olan etkileri Normal mantar hücre membranları için gerekli olan ergosterol membran geçirgenliğini ve membran enzimlerinin aktivitesini düzenler. Terpolimer imidazol birimleri içerdiğinden yapısı ketokonazol standart maddesine benzemektedir. Ketokonazol maddesi mantar hücresindeki ergosterol sentezini önleyerek antifungal etki göstermektedir. Bu sonuçlardan yola çıkılarak terpolimerin antifungal etkisi Şekil 4.22 de gösterilmiştir. Şekil 4.22 den görüldüğü gibi, polimer hücre membranından geçerek ergosterol ün sentezini önlemiştir.