Bleomycin (BLM) is an important natural antibiotic molecule that contains four domains and has an antitumor activity that has clinical use for more than 5 decades. Presented study was focused on carbohydrate and metal binding domain in BLM, studied in the first five chapters of the current study, with regard to targeting and potent properties. Metal binding domain play a key role in the activation of BLM initiating oxidative DNA degradation pathway. Analogues, model complexes and total synthesis of BLM showed that the coordination of bio-ligand BLM to the metal ion, results transient metal-oxo reactive species in the presence of molecular oxygen which are reported to be implicated in the drug's DNA strand scission and closely resembles to those of cytochrome P-450 enzymes cycle. The carbohydrate domain in BLM was confirmed to impact on recognition and targeting of tumor cells and efficiency of the drug. Considerable contribution to the efficacy cleavage of DNA and the breaking ratio of ds to ss was shown for this domain. Understanding precise function of the carbohydrate unit has remained to be explored due to insufficiency of models bearing divergent sugar groups in synthetic studies related to BLM. Bioligand models bearing altered-sugar units obtained from synthesis are needed to fairly comprehensive insight into carbohydrate domain of structure of BLM. New scalable biomimetic compounds through simple design of the interface of metal binding and carbohydrate domains in BLM can enhance DNA cleavage efficiency and antitumor activity considering the original drug. Throughout synthesis series, the protection and deprotection of hydroxyl functional groups have been carried out depending on selective required chemical modifications. The choice of the series of protective groups is one of significative parts to achieve effective synthesis of targeted carbohydrate molecules. The introduction of protecting groups used in this study was performed by diverse processes such as chloralose, isopropylidene, ether (-OCH3, O-[2′,3′-epoxypropane-1′-yl]), sulfonate ester considering to essential regio-selectivity, improved yield, easily affordable and accessible factors. The subsequent synthesis steps were finalized with 16 novel BLM bio-inspired models bearing two carbohydrate units along with a diamine. It was used two different synthesis strategies comprising multi-steps to obtain N,N,O,O donors based compounds comprising two units monosaccharides as mimetic interface of metal binding and carbohydrate domains in BLM. The synthesis steps of the first strategy through protecting groups were arranged to finalize with the ring opening reaction of epoxy-based carbohydrate and diamine backbones. As a result, 12 of final diastereomeric compounds were produced form fist synthesis pathway. The synthesis rank of second approach through protecting groups was established based on the final step with nucleophilic substitution reaction of tosyl-based carbohydrate derivatives and diazacycloalkane backbones yielding the rest 4 final compounds were prepared as non-diastereomers. The biomimetic compounds were obtained as a hybrid design of the metal binding and carbohydrate domain in BLM antitumor drug. Subsequently, the structures of the obtained compounds were characterized by FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, 2D-NMR (HSQC, HMBC and COSY) spectroscopic methods. Cytotoxicity studies of new BLM model compounds were conducted with regard to investigation of biological activities. Eight models among BLM biomimetic compounds displayed antitumor activity properties on all tested cancerous cell lines (A549, MDA-MB-231, Caco-2 and HepG2). The second part of thesis included studies 01 April 2013-28 December 2014 at Minnesota University, the last six chapters of the current thesis. High-valent iron-(IV)-oxo reactive intermediates in the cycles of mononuclear non-heme oxygenase enzymes are capable of dealing out a number of biologic processes including C-H bond activation (hydroxylation, halogenation, desaturation), epoxidation, decarboxylation etc. at ambient temperatures and atmospheric pressure. Therefore, biomimetic synthetic strategy along with reactivity and mechanism studies provide to understand steric and electronic nature related to reactivity in active centers of metalloenzymes. Iron(IV)-oxo complexes of ligand derivatives in equatorial array bearing diazacycloalkane along with two pyridyl donors (LXPy2) (X=6,7,8) were investigated. Hereby, systematically ring size effect along with minor geometric changes of equatorial diazacycloalkane ligand structure impacted reactivity of iron(IV)-oxo core. Addition to [Fe(IV)(O)(LXPy2)] series TPA ligand supported iron(IV)-oxo intermediate was re-investigated. In chapter 6, iron(IV)-oxo formation kinetics were performed depending on factors such as temperature, solvent, oxidant type and amount. In chapter 7, [Fe(IV)(O)(LXPy2)] (X=7,8) complexes were compared in OAT (oxygen atom transfer) reactions along with olefin epoxidation with regard to kinetics and yield experiments. Until this study, few cases of non-heme iron(IV)-oxo were reported for olefin epoxidation, [Fe(IV)(O)(L7Py2)] intermediate was added to reported those. In chapter 8, using ring size effect among non-heme iron(IV)-oxo complexes, alcohol mechanism was investigated through Hammett correlations studies alongside KIE effect using benzyl alcohol para-substituted series by [Fe(IV)(O)(LXPy2)] (X=7,8) complexes. There was a breaking point on the Hammett plot obtained as a rare case. In chapter 9, The combined kinetic studies of ring size effect on [Fe(IV)(O)(LXPy2)] (X=7,8) complexes were carried out in C-H bond activation of substrates possessing low BDE at low temperature and substrates having high BDE at milder temperatures. By chapter 10, axial ligand substitution properties and effects of iron(IV)-oxo intermediate in sixth position where was trans to Fe=O bond through PyO and H2O neutral ligands of [Fe(IV)(O)(LXPy2)] series were investigated. The effect of electron donating axial ligand enhanced efficiency of HAT reactions mediated by [Fe(IV)(O)(L7Py2)] and a remarkable increase in the oxidation reaction rate of [Fe(IV)(O)(L7Py2)] complex with cyclohexane was found. In the last chapter, 11, new chemistry of an old intermediate, [Fe(IV)(O)(TPA)], at room temperature was found to be a competent for strong C-H bond activation such as cyclohexane. The strong C-H bond activation capacity of by [Fe(IV)(O)(TPA)] species unveiled first time in this study, although the intermediate was used in many studies. The oxidant dependent formation of [Fe(IV)(O)(TPA)] also exhibited significant dichotomic reactivity revealing HAT reaction vs aromatic hydroxylation., Bleomisin (BLM), dört birimden oluşan ve 50 yılı aşkın süredir klinik kullanımı olan antitümör aktivitesine sahip önemli doğal bir antibiyotik moleküldür. Sunulan tezde, ilk beş bölümünde, BLM'deki karbohidrat ve metal bağlama alanlarının sahip olduğu hedefleme özelliği ve antitümör etkinliği göz önünde bulundurulup çalışılmıştır. Metal bağlama alanı, oksidatif DNA bozunmasını başlatan BLM'nin aktivasyonunda önemli bir rol oynar. BLM'nin analogları, model kompleksleri ve total sentezi, biyo-ligand BLM'nin metal iyonu ile koordinasyonunun, moleküler oksijen varlığında ilacın DNA iplikçik bölünmesinde rol oynayan ve sitokrom P-450 enzim döngüsündekine benzer olan reaktif metal-okso ara-ürün türler ile sonuçlandığını göstermiştir. BLM’deki karbohidrat alanının, tümör hücrelerine hedeflenmesini ve tanınmasını, ayrıca BLM’nin bu bölgedeki etkinliğini etkilediği doğrulanmıştır. Bu birimin DNA'nın bölünme etkinliği ile çift (ds) ve tek (ss) kırılma oranına önemli ölçüde katkı sağladığı gösterilmiştir. BLM ile ilgili sentetik çalışmalarda farklı şeker gruplarını içeren modellerin yetersizliğinden dolayı karbohidrat biriminin kesin işlevinin anlaşılması hala araştırma konusudur. BLM karbohidrat alanı hakkında daha kapsamlı veri için farklı şeker birimlerini taşıyan sentetik biyo-ligand modellerine ihtiyaç vardır. DNA bölünme verimliliği ve antitümör aktivitesi BLM ilacına kıyasla daha yüksek ilacın metal bağlama ve karbohidrat alanlarının ara yüzünün basit tasarımı yoluyla ölçeklenebilir biyomimetik bileşiklerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Sentez serileri boyunca, seçici olarak gerekli kimyasal modifikasyonlarla hidroksil fonksiyonel gruplarının korunması ve korumanın kaldırılması gerçekleştirilmiştir. Seri halinde kullanılan koruyucu grupların seçimi, hedeflenen karbohidrat moleküllerinin yüksek verimde sentezlenmesinde önemli rol oynamaktadır. Bu çalışmada kloraloz, izopropiliden, eter (-OCH3, O-[2′,3′-epoksipropan-1′-il]), sülfonat esteri gibi çeşitli koruma gruplarının oluşturulması prosesleri yoluyla seçicilik, yüksek verim, kolay satın alınabilirlik ve erişilebilirlik temel faktörler göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmiştir. Sonraki sentez basamaklarında diamin iskeleti ile birlikte iki karbohidrat birimi taşıyan 16 yeni BLM biyomimetik modelleri elde edilmiştir. BLM metal bağlama ve karbohidrat alanlarının mimetik ara yüzü olarak iki birim monosakkarit içeren N,N,O,O donörleri taşıyan bileşikleri elde etmek için çok basamaklı iki sentez stratejisi kullanılmıştır. Koruma gruplarından faydalanarak birinci sentez stratejisinin basamakları, epoksi türevli karbohidrat molekülleri ile diamin yapılarının halka açılma reaksiyonu ile gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, birinci sentez yaklaşımından 12 final bileşiği diastereomerik karışım halinde sentezlenmiştir. İkinci sentez yaklaşımı dizisinde, koruma grupları aracılığıyla oluşturulan tosil bağlı karbohidrat türevlerinin son basamakta sikloazaalkan omurgaları ile nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonlarına dayanarak diastereomer olmayan tek izomer halinde 4 final bileşiği hazırlanmıştır. Böylelikle, BLM antitümör ilacının metal bağlama ve karbohidrat alanının hibrit bir tasarımı olarak biyomimetik bileşikler elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen bu bileşiklerin yapıları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, 2D-NMR (HSQC, HMBC ve COSY) spektroskopi yöntemleriyle aydınlatılmıştır. Yeni BLM model bileşiklerin biyolojik aktivitelerin araştırılmasına yönelik olarak sitotoksisite çalışmaları yapılmıştır. BLM biyomimetik bileşikleri arasındaki sekiz model, test edilen tüm kanserli hücre hatlarında antitümör aktivite özellikleri sergilemiştir (A549, MDA-MB-231, Caco-2 ve HepG2). Tezin ikinci bölümü, 01 Nisan 2013- 28 Aralık 2014 tarihleri arasında Minnesota Üniversitesinde gerçekleştirilen çalışmaları içermekte olup sunulan tezin son altı bölümünü oluşturmaktadır. Mononükleer hem-olmayan oksijenaz enzimlerinin döngülerindeki yüksek değerlikli demir-(IV)-okso reaktif ara-ürün bileşikleri, ortam sıcaklığı ve atmosfer basıncında C-H bağ aktivasyonu (hidroksilasyon, halojenasyon, desaturasyon), epoksidasyon, dekarboksilasyon vb. olmak üzere birçok biyolojik prosesi gerçekleştirme kapasitesine sahiptir. Bu nedenle, biyomimetik sentetik strateji ile birlikte yapılan reaktivite ve mekanizma çalışmaları, metalloenzimlerin aktif merkezlerindeki sterik ve elektronik özelliklerin reaktivite üzerindeki etkisinin anlaşılmasını sağlar. Ekvator düzlemde iki piridil donörü ile diazasikloalkan içeren ligand türevlerinin (LXPy2) (X=6,7,8) demir(IV)-okso kompleksleri araştırılmıştır. Böylece, ekvatoral diazasikloalkan ligand yapısındaki küçük geometrik değişikliklerle birlikte sistematik olarak oluşturulan halka büyüklüğü etkisi demir(IV)-okso ara-ürünün reaktivitesini etkilemiştir. [Fe(IV)(O)(LXPy2)] kompleks serisine ek olarak TPA ligand çevresine sahip demir(IV)-okso ara maddesi de yeniden araştırılmıştır. Bölüm 6'da sıcaklık, çözgen, oksidan türü ve miktarı gibi faktörlere bağlı olarak demir(IV)-okso oluşumları incelenmiştir. 7. bölümde, [Fe(IV)(O)(LXPy2)] (X=7,8) kompleksleri OAT (oksijen atomu transferi) reaksiyonları ile olefin epoksidasyonunda aktiviteleri reaksiyon kinetikleri ve oluşan ürünlerin verimleri araştırılarak karşılaştırılmıştır. Bu çalışmaya kadar, olefin epoksidasyonunu gerçekleştiren birkaç tane hem-olmayan demir(IV)-okso kompleksi bildirilmiş iken bu çalışma ile [Fe(IV)(O)(L7Py2)] ara maddesi de olefin epoksidasyonunda yer alan komplekslere eklenmiştir. Bölüm 8'de, hem-olmayan demir(IV)-okso bileşikleri üzerindeki ligand halka boyutu etkisi kullanılarak [Fe(IV)(O)(LXPy2) (X=7,8) komplekslerinin para-sübstitüye benzil alkol serileri ile reaksiyonlarının Hammett korelasyonlarının yanı sıra KIE (Kinetik İzotop Etki) çalışmaları ile alkol reaksiyon mekanizması incelenmiştir. Elde edilen Hammett korelasyonu grafiğinde nadir olarak görülen kırılma noktası elde edilmiştir. Bölüm 9'da [Fe(IV)(O)(LXPy2)] (X=7,8) kompleksleri üzerindeki ligand halka boyutu etkisi ile düşük sıcaklıkta düşük BDE'ye (Bağ Disasiasyon Enerjisi) sahip substratlar ile daha ılıman sıcaklıklarda yüksek BDE'ye sahip substratların C-H bağ aktivasyonu için kinetik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bölüm 10'da, [Fe(IV)(O)(LXPy2)] kompleksleri serisinde piridin N-oksit (NPyO) ve H2O nötr ligandlarının Fe=O bağına trans olan altıncı koordinasyon pozisyonunda aksiyal ligand olarak yer değiştirmesinin demir(IV)-oxo ara-ürünü üzerindeki özellikleri ve etkileri incelenmiştir. [Fe(IV)(O)(L7Py2)] bileşiği için altıncı koordinasyon pozisyonunda elektron verici aksiyal ligand etkisi ile birlikte HAT (Hidrojen Atom Transfer) reaksiyonlarında aktivitesi artmıştır. Bunun sonucu olarak, [Fe(IV)(O)(L7Py2)] kompleksinin siklohekzan ile oksidasyon reaksiyonu hızında [Fe(IV)(O)(L7Py2)] önemli ölçüde artış bulunmuştur. Son bölüm 11’de, daha önce rapor edilen [Fe(IV)(O)(TPA)] ara-ürünün, oda sıcaklığında, siklohekzan oksidasyonu gibi güçlü bir C-H bağı aktivasyonunu gerçekleştirme kapasitesi ile yeni kimyasal özelliği bulunmuştur. [Fe(IV)(O)(TPA)] bileşiği birçok çalışmada yer almasına rağmen güçlü C-H bağ aktivasyon kapasitesi daha önce belirlenememiş olup ilk kez bu çalışmada ortaya çıkarılmıştır. [Fe(IV)(O)(TPA)] ara-ürünü oluştuğu oksidan türüne bağlı olarak HAT reaksiyonuna karşı aromatik hidroksilasyon gerçekleştirebilen önemli ikili reaktivite özelliği sergilemiştir.