Synthesis and testing of a photoantimicrobial dye

Opinnäytetyö tehtiin Tampereen teknillisen yliopiston kemian ja biotekniikan laboratoriossa loppuvuodesta 2018. Opinnäytetyön tavoitteena oli valmistaa mahdollisimman paljon ftalosyaniini pohjaista antimikrobista väriainetta. Tarkoituksena oli useiden välireaktioiden kautta valmistaa ftalosyaniini pohjaista antimikrobiallista väriainetta ja tutkia valmistettujen aineiden rakennetta ja puhtautta. Käytössä olleita menetelmiä olivat massa-, UV-VIS- ja NMR-spektroskopia, sekä ohutlevy kromatografia. Uusien antimikrobisten aineiden kehitys on hyvin tärkeää. Useat perinteiset antimikrobiset aineet kuten antibiootit menettävät tehokkuuttaan antibioottiresistenssin kasvaessa. Työssä valmistettiin ftalosyaniini pohjaista valoaktiivista antimikrobista väriainetta erilaisten orgaanisten synteesireaktioiden kautta. Ftalosyaniineja tutkitaan mahdollisina uusina antimikrobisina aineina niiden hyvän singlettihapen tuoton takia. Niitä käytetään nykyään myös esimerkiksi syövän valoaktiivisessa hoidossa. Reaktioketju koostui viidestä reaktiosta. Reaktioita suoritettiin yhteensä 29 kappaletta. Reaktioiden onnistumista ja lopputuotteiden puhtautta sekä rakennetta tutkittiin edellä mainituilla menetelmillä reaktioketjun eri vaiheissa. Työssä valmistettiin yhteensä 11,5 grammaa tuotteita joista 1,13 grammaa oli lopputuotetta. Reaktioketjun kolmannessa vaiheessa synteesissä esiintyi ongelmia käytettävän reagenssin vaihtuessa. Reaktiosta saatu lopputuotteen määrä väheni yli 50% ja tuotteen puhdistaminen vaikeutui. Menetelmää testattiin muuttamalla eri parametreja kuten reaktion lähtöaineita ja lämpötilaa, mutta saantoa ei saatu riittävän korkealle tasolle. Lopulta siirryttiin käyttämään toista aiemmin käytössä ollutta menetelmää, jolla saatiin lupaavia tuloksia. Kolmatta reaktiota tulisi jatkossa suorittaa ja tutkia lisää. Työssä valmistetun väriaineen on aikaisemmin todettu olevan tehokkaasti antimikrobinen ja vesiliukoinen. Tulevaisuudessa on tärkeää tutkia väriaineelle sopivia mahdollisia käyttökohteita ja käyttöturvallisuutta.This thesis was done at the Laboratory of Chemistry and Biotechnology in the Tampere University of Technology in 2018. The objective of this thesis was to synthesise as much as possible of a phthalocyanine based antimicrobial dye. The purpose was through a multistep synthetic chain to synthesise a phthalocyanine based antimicrobial dye and to study the structure and purity of the synthesised products. Several methods were used to achieve this, including mass, UV-VIS, and NMR spectroscopy and thin layer chromatography. The development of new antimicrobial materials is vital. Many of the conventional antimicrobial materials such as antibiotics are losing their effectiveness to the growth of antimicrobial resistance. In this thesis a phthalocyanine-based light-activated antimicrobial dye was synthetized with a five-step synthetic chain. The potential of phthalocyanines as possible new antibacterial materials has been studied because of the good quantum yields of the singlet oxygen they produce. Phthalocyanines are also currently used in photodynamic cancer therapy. Combined 29 reactions were examined in this thesis. The completion of the reactions and the purity of the products were studied with many different techniques in different steps of the synthetic chain. All abovementioned testing methods were used. A combined amount of 11,5 grams of products was synthesized. 1,13 grams of this consisted of the final product, the dye. A number of difficulties were encountered in the third step of the synthetic chain when the catalyst used in the reaction ran out and a new one had to be purchased. With a new batch of catalyst, the yield of the reaction dropped by over 50% and the purification of the product became more difficult. Different parameters of the reaction such as the starting materials and temperature were experimented with, but the yield did not reach acceptable levels. In the end a different method that had been in use for this reaction was taken into use and it provided promising results. Further experimentation is needed to study this step of the reaction. The synthesised dye has previously been proven to be effective against microbes and it is water soluble. In the future different practical uses and the safety of using the dye need to be investigated