Tổng hợp và nghiên cứu phức chất của Ni(II) với một số dẫn xuất thế n(4) thiosemicacbazon benzandehit

Tổng quan về Thiosemicacbazon Benzanđehit: Thiosemicacbazit và dẫn xuất của nó; Giới thiệu chung về Niken; Một số ứng dụng của Thiosemicacbazon và phức chất của chúng; Các phương pháp n

Synthesize and study complex substances of Ni(II) with some substitutive derivative N (4) -

thiosemicarbazone benzaldehyde

Phung Thi Thu Huong

Hanoi University of Science, VNU; Faculty of Chemistry

Major: Inorganic Chemistry; Code: 60 44 25

Supervisors: Asso.Prof.Dr Trinh Ngoc Chau

Date of Presenting Thesis: 2011

Abstract Tổng quan về Thiosemicacbazon Benzanđehit: Thiosemicacbazit và dẫn

xuất của nó; Giới thiệu chung về Niken; Một số ứng dụng của Thiosemicacbazon

và phức chất của chúng; Các phương pháp nghiên cứu phức chất; Thăm dò khẳ năng hoạt tính sinh học của các phức chất Tiến hành thực nghiệm: Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật thực nghiệm; Các điều kiện ghi phổ; Phân tích hàm lượng Ni trong phức chất Trình bày kết quả và thảo luận: Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất; Nghiên cứu các phối tử và phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại; Nghiên cứu các phối tử và phức chất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C; Nghiên cứu các phối tử và phức chất Ni(thbz)2, Ni(mthbz)2, Ni(athbz)2 và Ni(pthbz)2 bằng phương pháp phổ khối lượng; Kết quả nghiên cứu khả năng kháng sinh của phức chất

Keywords Hóa vô cơ; Phức chất; Kim loại; Phương pháp phổ; Dẫn xuất thế

Content

Qua nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố cho thấy phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp có ứng dụng rất lớn trong khoa học và trong đời sống, như : hoạt tính diệt nấm, diệt khuẩn của thiosemicacbazit và các dẫn xuất thiosemicacbazon của nó [1,3] Đặc biệt từ năm 1969, sau khi phát hiện phức chất cis-platin [Pt(NH3)2Cl2] có hoạt tính ức chế sự phát triển ung thư thì nhiều nhà hoá học và dược học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng Trong số các loại phức chất được nghiên

cứu, phức chất của thiosemicacbazon và dẫn xuất của thiosemicacbazon đóng vai trò quan trọng [3,10,16,27]

Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon, dẫn xuất của thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại khác nhau, nghiên cứu cấu tạo của phức chất sản phẩm bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng Trong một số công trình gần đây, ngoài hoạt tính sinh học người ta còn khảo sát một số tính chất khác của thiosemicacbazon như tính chất điện hoá, hoạt tính xúc tác, khả năng ức chế ăn mòn kim loại…

Xuất phát từ mục đích trên, tôi chọn đề tài: “nghiên cứu tổng hợp, cấu tạo của một số phức chất Ni (II) với dẫn xuất của thiosemicacbazon”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ

R

C

R'

S

NHR'' N

S

NHR'' N

C R R' O H H

N C S

NHR'' N

C R R'

OH H

N C S

NHR'' N

H C R R'

O

H2

 + 

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NIKEN

Niken được Baron Axel Frederik Constedt tách từ kupefenmickel vào năm 1751 và đặt tên cho nguyên tố này là niken ( kupernicket có nghĩa là loại đồng ma quái) Ni là kim loại mau trắng , tương đối cứng ở dạng bột có mau đen có thể cháy trong không khí

Khả năng tạo phức:

Ion Ni2+ có cấu hình e 1s22s22p63s23p6 3d8, bền trong môi trường nước, dung dịch

có màu xanh lục, bởi tạo phức aqua [ Ni(H2O)6]2+ Cũng như các ion kim loại nhóm d khác,

nó có khả năng tạo phức với hầu hết các phối tử như Cl

-, I-, CN-…Các phức chất này phổ biến có số phối trí bằng 4 và 6.Các phối tử trường mạnh tạo với Ni2+

những phức chất vuông phẳng nghịch từ như [Ni(Cl4)]2-, các phối tử trường yếu tạo phức tứ diện như [NiCl4]2- Các phối tử trường trung bình thường tạo với Ni2+ những phức chất có số phối trí

6 , có cấu hình bát diện, thuận từ như [ Ni(H2O6)]2+, [ Ni(NH3)6]2+

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT:

Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại:

Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton và cộng hưởng từ cacbon 13:

Phương pháp phổ khối lượng:

1.4 THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỐI TỬ CÁC PHỨC CHẤT:

Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định:

a Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được thực hiện dựa trên phương pháp pha loãng đa nồng độ Đây là phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định và nấm nhằm đánh giá mức độ kháng khuẩn mạnh yếu của các mẫu thử thông qua các giá trị thể

hiện hoạt tính là MIC (Minimum inhibitor concentration - nồng độ ức chế tối thiểu), IC50

(50% inhibitor concentration - nồng độ ức chế 50%), MBC (Minimum bactericidal

concentration - nồng độ diệt khuẩn tối thiểu)

b Các chủng vi sinh vật kiểm định

Phương phỏp thử hoạt tính gây độc tế bào:

a Thiết bị nghiên cứu

Tủ ấm CO2 (INNOVA CO-170); Tủ cấy sinh học an toàn cấp II; Máy li tâm (Universal 320R); Kính hiển vi ngược (Zeizz); Tủ lạnh sâu -250

C,-800C; Buồng đếm tế bào (Fisher, Hoa kỳ); Máy quang phổ (Genios Tecan); Bình nitơ lỏng bảo quản tế bào và các dụng cụ thí nghiệm thông thường khác

b Các dòng tế bào

Các dòng tế bào ung thư ở người được cung cấp bởi ATCC gồm: KB (Human

epidermic carcinoma), ung thư biểu mô, là dòng luôn luôn được sử dụng trong các phép thử

độ độc tế bào; Hep G2 (Hepatocellular carcinoma) - ung thư gan; LU (Human lung

carcinoma) - ung thư phổi và MCF-7 (Human breast carcinoma) - ung thư vú

c Phương pháp thử độc tế bào

Phương pháp thử độ độc tế bào là phép thử nhằm sàng lọc, phát hiện các chất có

khả năng kìm hãm sự phát triển hoặc diệt tế bào ung thư ở điều kiện in vitro

Các dòng tế bào ung thư nghiên cứu được nuôi cấy trong các môi trường nuôi cấy phù hợp có bổ xung thêm 10% huyết thanh phôi bò (FBS) và các thành phần cần thiết khác

ở điều kiện tiêu chuẩn (5% CO2; 37oC; độ ẩm 98%; vô trùng tuyệt đối) Tùy thuộc vào đặc

tính của từng dòng tế bào khác nhau, thời gian cấy chuyển cũng khác nhau Tế bào phát triển ở pha log sẽ được sử dụng để thử độc tính

Thử độc tế bào: Mẫu thử được pha loãng theo dãy nồng độ là 128 g/ml; 32g/ml;

8g/ml; 2g/ml; 0,5g/ml Bổ sung 200l dung dịch tế bào ở pha log nồng độ 3 x 104

tế bào/ml vào mỗi giếng (đĩa 96 giếng) trong môi trường RPMI 1640 cho các dòng tế bào Hep-G2, MCF-7, KB; môi trường DMEM cho LU-1 Giếng điều khiển có 200 l dung dịch tế bào 3x104

tế bào/ml ủ ở 370C/ 5% CO2 Sau 3 ngày thêm 50 l MTT (1mg/ml pha trong môi trường nuôi cấy không huyết thanh) và ủ tiếp ở 370C/4 giờ; loại bỏ môi trường, thêm 100 l DMSO lắc đều đọc kết quả ở bước sóng 540 nm trên máy spectrophotometter Genios TECAN

Phần trăm kìm hãm sự phát triển của tế bào (Growth inhibition) = (OD điều khiển –

OD mẫu) / OD điều khiển Giá trị IC50 được tính dựa trên kết quả số liệu phần trăm kìm hãm sự phát triển của tế bào bằng phần mềm máy tính table curve

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM Tổng hợp phối tử:

Các phối tử được tổng hợp theo sơ đồ chung như sau:

R C R

O

Trong dung môi thích hợp

NH2 N

H

S

R: H hoặc CH 3 , C 6 H 5

Trong nước

Sơ đồ chung tổng hợp các phối tử thiosemicacbazon và phối tử 4-metyl

thiosemicacbazon

a Tổng hợp thiosemicacbazon benzanđehit (Hthbz)

b Tổng hợp 4-metyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hmthbz)

R

R

S

c Tổng hợp 4-phenyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hmthbz)

d Tổng hợp 4- allyl thiosemicacbazon benzanđehit(Hathbz)

Sau khi lọc rửa xong và làm khô trong bình hút ẩm, thử sơ bộ độ tan của các

phối tử ta thu đƣợc bảng sau:

STT Tên phối tử Ký hiệu Màu sắc Dung môi hoà

tan

1 Thiosemicacbazon benzanđehit Hthbz trắng rượu, axeton,

DMF, DMSO

2 4-metyl thiosemicacbazon

benzanđehit

Hmthbz trắng rượu, axeton,

DMF, DMSO

3 4-phenyl thiosemicacbazon

benzanđehit

Hpthbz trắng rượu, axeton,

DMF, DMSO

4 Tổng hợp 4- allyl

thiosemicacbazon benzanđehit

Hathbz Trắng rượu, axeton,

DMF, DMSO

Tổng hợp các phức chất:

Các phức chất được tổng hợp theo sơ đồ sau:

R

R

S

(R: H, CH3, C6H5)

Trong dung môi thích hợp

Trong nước, dung dịch NH3

a Tổng hợp phức chất của Ni (II) với thiosemicacbazon benzanđehit: Ni(thbz) 2

b Tổng hợp phức chất của Ni (II) với 4-metyl thiosemicacbazon benzanđehit: Ni(mthbz) 2

c Tổng hợp phức chất của Ni (II) với 4-phenyl thiosemicacbazon benzanđehit: Ni(pthbz) 2

d Tổng hợp phức chất của Ni (II) với 4-allylthiosemicacbazon benzandehit: Ni(athbz) 2

Dung dịch NiCl2

Phức chất của Ni(II) với các phối tử

pH:8-9

Các phức chất thu đƣợc đem thử sơ bộ tính tan đƣợc kê trong bảng sau: STT Phối tử Phức chất Màu sắc Dung môi hoà tan

2.2 CÁC ĐIỀU KIỆN GHI PHỔ

Phổ hấp thụ hồng ngoại IR của chất được ghi trên máy quang phổ FR/IR 08101 trong vùng 4000-400cm-1

của hãng Shimadzu tại Viện hoá học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Mẫu được chế tạo bằng phương pháp ép viên với KBr

Phổ cộng hưởng từ H-NHM và C-NMR của phức chất được ghi trên máy Brucker-500MHz ở 300K trong dung dịch d6-DMSO tại Viện Hoá học

Phổ khối lượng được ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL tại Phòng cấu trúc viện hoá học Các mẫu phân tích trong luận văn được đo trong điều kiện như sau: vùng đo m/z:

50-2000, áp suất phun mù 30psi, tốc độ khí làm khô 8 lít/phút, nhiệt độ làm khô 3250C; tốc độ thổi khí 0,4ml/phút, chế độ đo positive

2.3 PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG Ni TRONG PHỨC CHẤT

Để xác định hàm lượng của Ni trong phức chất tôi vô cơ hóa mẫu sau đó sử dụng phương pháp complexon

Quy trình cụ thể như sau: Cân một lượng chính xác m0 gam mẫu trong khoảng 0,03

 0,05g chuyển vào bình Kendan Thấm ướt mẫu bằng vài giọt H2SO4 đặc rồi đun trên bếp điện cho tới khi mẫu tan hết Để ngội một ít rồi nhỏ vào đó 2ml dung dịch H2O2 30% tiếp tục đun cho tới khi có khói trắng thoát ra Lặp lại công đoạn như vậy cho tới khi thu được dung dịch trong suốt có màu xanh nhạt đối với phức của Pd (II)

Để nguội dung dịch thu được, sau đó chuyển vào cốc và pha loãng thành 50ml Hút 10ml dung dịch Ni(II) vào bình nón 250 ml theemit chỉ thị murexit, điều chỉnh môi trường bằng dung dịch NH3 loãng tới khi pH=8 (dung dịch có màu vàng nhạt) rồi chuẩn độ bằng EDTA có nồng độ C mol/lit tới khi dung dịch chuyển sang màu tím (hết V ml EDTA ) Hàm lượng của Ni trong mẫu được tính theo công thức sau:

1000

10

50 58













m V C

Trong đó giá trị 0,316 chính là hàm lượng % theo khối lượng của Pd trong phức

chất của nó với đimetyl glioxim

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI TRONG PHỨC CHẤT:

Sau khi tiến hành phân tích hàm lượng ion kim loại trong phức chất và bằng cách tính toán theo công thức đã chỉ ra chúng tôi thu được bảng 3.1

Bảng 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất

STT Phức chất Hàm lượng ion kim loại Công thức giả định

1 Ni(thbz)2 14,01 13,45 NiC16H16N6S2

2 Ni(mthbz)2 13,12 13,50 NiC18H20N6S2

3 Ni(athbz)2 11,74 11,49 NiC22H24N6S2

4 Ni(pthbz)2 10,25 10,63 NiC28H24N6S2

Kết quả phân tích hàm lượng của các kim loại trong phức thức theo công thức giả định và theo thực tế khá phù hợp nhau Để khẳng định công thức giả định của các phức chất cũng như công thức cấu tạo của các phức chất chúng tôi tiếp tục nghiên cứu phối tử và phức chất bằng các phương pháp hóa học hiện đại khác

3.2 NGHIÊN CƯU CÁC PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI

.Cấu tạo của benzanđehit và thiosemicacbazon benzanđehit với 2 dạng tồn tại được trình bày dưới đây:

benzanđehit

R: H, CH3, C2H3, C6H5

Bảng 3.2 Một số dải hấp thụ đặc trưng trong phổ của các phối tử Hthbz, Hmthbz,

Hathbz, Hpthbz và phức chất tương ứng

-1

)

(NH) (N(2)=C) (C=N(1)) (CNN) (NN) (C=S)

Ni(thbz)2 3429, 3272, 3172 1606 1513 1440 1043 848

Ni(mthbz)2 3415, 3222, 3086 1599 1527 1414 1017 880

Qua phân tích phổ hồng ngoại ta có thể thấy mô hình tạo phức của phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz với Ni(II) hình trên:

R: H, CH3, C3H5; C6H5

3.3 NGHIÊN CƯU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG TỪ PROTON VÀ PHỔ CỘNG HƯỞNG NHÂN 13

C PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT BẰNG 3.3.1 Phổ cộng hưởng từ proton của các phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz, Hpthbz

Bảng 3.16 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ nhân 13 C của các phối tử

Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz

C trong

vòng benzen

134,14;129,76;

128,59; 127,24

134,29;

129,75;

128,65;

135,05;

134,16;

129,75;

139,03; 133,97; 129,98; 128,59; 127,99; 127,58;

127,19 128,59 125,80; 125,27

Từ sự phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các phối tử Hthbz, Hmthbz, Hpthbz và Hathbz chúng tôi đưa ra mô hình chung của các phối tử như sau:

C

N

NHR

S

CH3

R H, ,C6 H5, C3H5

(1) (2)

(4)

3.3.3 Phổ cộng hưởng từ proton 1 H của các phức chất Ni(thbz) 2 , Ni(mthbz) 2 , Ni(athbz) 2 , Ni(pthbz) 2

Bảng 3.17:Các tín hiệu cộng hưởng từ proton củacác phức chất

Quy kết

N (4)

H CH=N

( 1)

H (ortho -vòng I)

H (ortho -vòng II)

H (para -vòng I)

H (met

a vòng -I)

H (met

a vòng -II)

H (para -vòng II)

CH

3

=CH

2

Phức

chất

Ni(thbz) 2 7,12

(s,2)

(m,2)

(m,3)

7,42 (m,3 )

Ni(mthbz

) 2

7,07

(1)

7,79 (d,2)

(t,2)

5 (s,3 )

-

Ni(athbz)

2

7,42

(m,1

7,81 (m,2)

(m,3)

7,37 (m,3

(s,2)

) )

Ni(pthbz)

2

9,7

9(s,1

)

7,7 (s,2)

8,16 (d,2)

7,58 (d,2)

7,49 (t,1)

7,42 (t,2)

7,31 (t,2)

7,03 (t,1) -

-

Bảng 3.18 Bảng quy kết các pic trong phổ cộng hưởng từ nhân 13

C của các phức chất Ni(thbz) 2 , Ni(mthbz) 2 , Ni(pthbz) 2 , Ni(athbz) 2

Hợp chất

Vị trí, ppm

CS C = N C (vòng

benzen)

(CH3) Hthbz 177,98 142,21 134,14;129,76;

128,59; 127,24

Ni(thbz)2 176,27 152,69 132,49; 132,03;

130,69; 128,30

Hmthbz 177,78 141,71 134,29; 129,75;

128,65; 127,19

30,86

Ni(mthbz)2 172,41 159,04 132,98; 130,22;

129,41; 127,83

Hpthbz 176,00 142,85 139,03; 133,97;

129,98; 128,59;

127,99; 127,58;

125,80; 125,27

Ni(pthbz)2 168,81 161,91 140,85; 132,84;

130,78; 129,74;

128,47, 128,15;

121,74; 118,88

Hathbz 177,23 142,01 134,16; 129,75;

128,59; 127,23

135,05 115,47 45,73 -

Ni(athbz)2 - 153,50 132,40; 131,94;

130,83; 128,34

134,92 115,64 47,48 -

Từ sự phân tích phổ cộng hưởng từ nhânproton và 13C của các phức chất chúng tôi đưa ra mô hình tạo phức chung của các phức chất này như sau:

R: H;CH3; C3H5; C6H5

3.4 NGHIÊN CƯU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG CÁC PHỐI TỬ

VÀ PHỨC CHẤT Ni(thbz) 2 , Ni(mthbz) 2 , Ni(athbz) 2 và Ni(pthbz) 2

3.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG SINH CỦA PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT

Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định đối với 9 mẫu gồm 1 mẫu muối,

4 mẫu phối tử và 4 mẫu phức chất của 4 phối tử đó với Ni(II) trên 3 dòng vi khuẩn Gram (+), 3 dòng vi khuẩn Gram (-) và 1 dòng nấm kết quả được liệt kê trong bảng 3.23

Theo kết quả này thì muối được chúng tôi sử dụng để tạo phức đều không có hoạt tính kháng khuẩn, khả năng kháng khuẩn của các phối tử và phức chất hầu như chưa thể hiện ở các nồng độ đem thử trừ phối tử Hathbz, có hoạt tính đối với cầu khuẩn gram (+) Staphylococcus aureus (IC50 = 19,42 g/ml)

KẾT LUẬN:

1 Đã tổng hợp được 4 hợp chất thiosemicacbazon: thiosemicacbazon benzanđehit

(Hthbz), 4-metyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hmthbz), 4-phenyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hpthbz), 4-Allyl thiosemicacbazon Benzandehit (Hmthpy), và các phức chất tương ứng của chúng với Ni Kết quả phân tích hàm lượng kim loại, phân tích cộng hưởng

từ hạt nhân và phổ khối cho thấy các phức chất có thành phần ứng với công thức phân tử Ni(thbz)2, Ni(mthbz)2, Ni(pthbz)2, Ni(athbz)

Đã nghiên cứu các phức chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ proton Kết quả thu được cho thấy Hthbz, Hmthbz, Hpthbz là các phối tử hai càng liên kết với Ni qua N(1)

2 Đã nghiên cứu các phức chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ khối lượng

Kết quả cho thấy các phức chất tổng hợp được đều bền trong điều kiện ghi phổ Kết quả