Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học Tổng Hợp, Nghiên Cứu Cấu Tạo Và Thăm Dò Hoạt Tính Sinh Học Các Phức Chất Của Zn(Ii), Cu(Ii) Với Thiosemicacbazon Benzanđehit Và Dẫn Xuất Thế N(4) – Phenyl Của Nó.pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ QUYÊN TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC CHẤT CỦA Zn(II), Cu(II) VỚI THIOSEMICACBAZON BENZANDEHIT V[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN THỊ QUYÊN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC CHẤT CỦA Zn(II), Cu(II) VỚI THIOSEMICACBAZON BENZANDEHIT VÀ

DẪN XUẤT THẾ N(4) – PHENYL CỦA NÓ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Quyên

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC CHẤT CỦA Zn(II), Cu(II) VỚI THIOSEMICACBAZON BENZANDEHIT VÀ

DẪN XUẤT THẾ N(4) – PHENYL CỦA NÓ

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã Số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS Trịnh Ngọc Châu

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Ngọc Châu,

đã giao đề tài và đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Vô cơ

- Khoa Hóa học, BGH, Phòng sau Đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, các thầy cô, anh chị em trong trường THPT Hoàng Quốc Việt - Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp

đỡ và động viên em trong suốt khóa học

Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Quyên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ 3

1.1.1 Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon 3

1.1.2 Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon 4

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG 9

1.3 GIỚI THIỆU VỀ KẼM VÀ ĐỒNG 12

1.3.1 Giới thiệu chung 12

1.3.2 Khả năng tạo phức 13

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT 15

1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 15

1.4.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 17

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng 20

1.4.4 Phương pháp phổ hấp thụ electron (UV - Vis) 21

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 26

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 26

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu 26

2.1.2 Hóa chất 26

2.1.3 Kỹ thuật thực nghiệm 27

2.2 TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT 30

2.2.1 Tổng hợp các phối tử Hthbz, Hpthbz 30

2.2.2 Tổng hợp các phức chất 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất 34

3.2 Phổ hồng ngoại của các phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức chất của chúng với Zn(II) và Cu(II) .34

3.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử Hthbz và Hpthbz 39

3.4 Phổ cộng hưởng từ proton của các phức chất Zn(thbz) 2 và Zn(pthbz)2 46

3.5 Phổ khối lượng của các phức chất M(thbz) 2 và M(pthbz)2 (M: Zn(II) và Cu(II)) 48

3.6 Phổ hấp thụ electron của các các phối tử và các phức chất Cu(thbz) 2 và Cu(pthbz)2

53

3.7 Kết quả nghiên cứu hoạt tính kháng sinh của các phối tử và các phức chất 56

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit 16 1.2 Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng khác

nhau

24

2.1 Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng 31 2.2 Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan chúng 33 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất 34 3.2 Một số dải hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các

phối tử Hthbz, Hpthbz và phức chất của chúng với Zn(II), Cu(II)

37

3.3 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hth 40 3.4 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hth 40 3.5 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hpth 41 3.6 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hpth 41 3.7 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của bz 41 3.8 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa bz 41 3.9 Quy kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H, 13C – NMR của các

phối tử Hthbz và Hpthbz

45

3.10 Quy kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của các phức

chất Zn(thbz)2 và Zn(pthbz)2

48

3.11 Khối lượng mol của các phức chất trong dãy M(thbz)2 và M(pthbz)2

theo công thức phân tử giả tưởng và thực nghiệm

50

3.12 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

trên phổ khối lượng của phức chất Zn(thbz)2

51

3.13 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

trên phổ khối lượng của phức chất Cu(thbz)2

52

3.14 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử 52

trên phổ khối lượng của phức chất Cu(pthbz)2 3.15 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

trên phổ khối lượng của phức chất Cu(pthbz)2

53

3.16 Các cực đại hấp thụ trên phổ UV-Vis của phối tử và phức chất 55 3.17 Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Một số phức chất của thiosemicacbazon hai càng 6 1.2 Một số phức chất của thiosemicacbazon 4 càng và 5 càng 8 1.3 Phức chất của thiosemicacbazon một càng 8 1.4 Cấu trúc tinh thể của hai phức chất Zn(II), Cu(II) với

1-phenyl-3-metyl-4benzoyl-5pyrazon

14

1.5 Phức chất của Zn(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon 14 3.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hthbz 35 3.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Zn(thbz)2 35 3.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Cu(thbz)2 35 3.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthbz 36 3.5 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Zn(pthbz)2 36 3.6 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Cu(pthbz)2 36 3.7 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth) 37 3.8 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth) 37 3.9 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của N(4) – phenyl

thiosemicacbazit (Hpth)

40

3.10 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của N(4) – phenyl

thiosemicacbazit (Hpth)

41

3.11 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của benzanđehit (bz) 41 3.12 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của benzanđehit (bz) 41 3.13 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hthbz 42 3.14 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hthbz 42 3.15 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hpthbz 43 3.16 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hpthbz 43 3.17 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Zn(thbz)2 46 3.18 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Zn(pthbz)2 47 3.19 Phổ khối lượng của phức chất Zn(thbz)2 49

3.20 Phổ khối lượng của phức chất Cu(thbz)2 49 3.21 Phổ khối lượng của phức chất Zn(pthbz)2 50 3.22 Phổ khối lượng của phức chất Cu(pthbz)2 50 3.23 Phổ hấp thụ electron của Hthbz và Cu(thbz)2 54 3.24 Phổ hấp thụ electron của Hpthbz và Cu(pthbz)2 54

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

1H - NMR: Phổ cộng hưởng từ proton

13C - NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C

IR, FT-IR: Phổ hấp thụ hồng ngoại

MS: Phổ khối lượng

ESI - MS: Phổ khối lượng ion hóa bằng phun electron

IC50: nồng độ ức chế 50%

MIC: nồng độ ức chế tối thiểu

MBC: nồng độ diệt hết khuẩn tối thiểu

Hth: thiosemicacbazit

Hpth: N(4)-phenyl thiosemicacbazit

H2N

NH C

NH S

bz: benzanđehit

Hthbz: thiosemicacbazon benzanđehit

1

MỞ ĐẦU

Việc nghiên cứu về phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon

và dẫn xuất của chúng đang thu hút nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt trong lĩnh vực hóa học, y sinh…Sau khi người ta phát hiện ra phức chất Cis platin [Pt(NH3)2Cl2] (năm 1960) có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư thì rất nhiều nhà hóa học và dược học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất của các kim loại chuyển tiếp Trong phức chất của kim loại chuyển tiếp thì phức chất của chúng với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng tạo nên sự phong phú về số lượng, đa dạng về cấu trúc và tính chất, đặc biệt là có khả năng tạo hệ vòng lớn có cấu trúc gần giống cấu trúc của các hợp chất trong cơ thể sống được quan tâm nhiều hơn cả Điển hình cho loại phối tử như vậy là thiosemicacbazit và các dẫn xuất của nó Các phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon có hoạt tính sinh học mạnh mẽ [6], [9], [17] Ngoài ra chúng còn dùng để tách và định lượng các ion kim loại trong hoá học phân tích Bên cạnh đó, phức của thiosemicacbazon cũng được sử dụng để làm tăng tính bám dính lên bề mặt của kim loại trong lĩnh vực mạ điện hoặc làm tác nhân ức chế quá trình ăn mòn, phá huỷ bề mặt kim loại trong thực tế

Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học,

kể cả hoạt tính chống ung thư của các phức chất thiosemicacbazon được đăng trên các tạp chí Hóa học, Dược học, Y sinh học v.v như Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganic Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry, Toxicology and Applied Pharmacology, Bioinorganic & Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic Biochemistry v.v

Các công trình nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại, nghiên cứu cấu tạo của các phức chất tạo thành bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng Mục tiêu của các nghiên cứu này là tìm kiếm các hợp chất

có hoạt tính sinh học cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác như không độc, không gây hiệu ứng phụ để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và

2

vật nuôi v.v Ngoài ra, nhiều nhà khoa học còn hy vọng rằng khi số lượng đủ lớn các thiosemicacbazon khác nhau và phức chất của chúng được tổng hợp và thử hoạt tính sinh học có thể cho phép rút ra những kết luận xác đáng về quan hệ cấu tạo - hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này Từ đó tiến tới việc thiết kế, tổng hợp định hướng các hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài:

“Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học

các phức chất của Zn(II), Cu(II) với thiosemicacbazon benzanđehit

và d ẫn xuất thế N(4) – phenyl của nó”

Bản luận văn tập trung giải quyết những vấn đề sau:

- Tổng hợp 02 phối tử là thiosemicacbazon là thiosemicacbazon benzanđehit, N(4) - phenyl thiosemicacbazon benzanđehit

- Tổng hợp các phức chất của 02 phối tử trên với Zn(II) và Cu(II) là các kim loại chuyển tiếp Phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất

- Nghiên cứu các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ khối lượng, phổ UV - Vis, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C để xác định công thức phân tử, cách phối trí của các phối tử và công thức cấu tạo của các phức chất

- Thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và phức chất nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao làm đối tượng nghiên cứu tiếp theo trong y và dược học

Chúng tôi cũng hy vọng rằng những kết quả thu được sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon và lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA Nể

1.1.1 Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon

Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt độ núng chảy 181-183oC,

cú cụng thức cấu tạo:

a c b d

(1) (2)

(4)

Mật độ điện tích

a=118.8 b=119.7 c=121.5 d=122.5

N = -0.051

N = 0.026

C = -0.154

N = 0.138

S = -0.306

(1) (2)

(4)

o o o o

Góc liên kết

S

NH

C

N

H2

N

H2

Trong đú cỏc nguyờn tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trờn cựng một mặt phẳng Ở trạng thỏi rắn, nguyờn tử S nằm ở vị trớ trans so với nhúm NH2 [1], [41] Khi thay thế một nguyờn tử hiđro của nhúm N(4)H2 bằng cỏc gốc hiđrocacbon ta thu được cỏc dẫn xuất của thiosemicacbazit Vớ dụ như: N(4)-metyl thiosemicacbazit, N(4)-allyl thiosemicacbazit, N(4)-phenyl thiosemicacbazit…

Thiosemicacbazit hay cỏc dẫn xuất của nú ngưng tụ với cỏc hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành cỏc hợp chất thiosemicacbazon theo sơ đồ:

(a)

(b)

Sơ đồ 1.1 Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong trường hợp cộng bỡnh thường (a) và trong mụi trường axit (b)

4

Phản ứng này xảy ra trong môi trường axit, theo cơ chế AN Trong hai nhóm

NH2 của phân tử thiosemicacbazit, chỉ có nguyên tử N(1) là mang điện tích âm nên chỉ có nhóm N(1)H2 tham gia ngưng tụ với nhóm cacbonyl Phản ứng này dễ xảy ra đến mức thường được ứng dụng để nhận biết và phát hiện các hợp chất cacbonyl [7]

1.1.2 Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon

Jensen là người đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazit [1] Ông đã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với đồng(II), niken(II), coban(II) và đã chứng minh rằng trong các hợp chất này, thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ của nhóm hiđrazin (N(1)H2) Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển

từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự di chuyển nguyên tử H từ nhóm imin sang nguyên tử lưu huỳnh và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại

Sự tạo phức xảy ra theo sơ đồ:

Sơ đồ 1.2 Sự tạo phức của thiosemicacbazit

Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đã đưa ra kết quả nghiên cứu của mình

về sự tạo phức của thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp khác Khi nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với niken(II) và kẽm(II) bằng phương pháp từ hoá, phương pháp phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại các tác giả [27], [31] cũng đưa ra kết luận liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với ion kim loại được thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N - hiđrazin (N(1)), đồng thời trong

Cấu hình dạng trans Cấu hình dạng cis

của phối tử của phối tử

Phức dạng cis

Phức dạng trans

5

phức chất, phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis Kết luận này cũng được

khẳng định khi các tác giả nghiên cứu phức của niken(II), palađi(II) với

thiosemicacbazit [20], [43] Chẳng hạn, trong phức chất Ni(th)2(H2O)2(NO3)2

(th:thiosemicacbazit), thiosemicacbazit tạo liên kết phối trí với ion kim loại qua hai

nguyên tử cho là N, S và phức chất này có cấu hình bát diện Trong đa số các

trường hợp, thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis và đóng vai trò như một phối tử

hai càng Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về hoá lập thể,

thiosemicacbazit đóng vai trò như một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình

trans, khi đó liên kết được thực hiện qua nguyên tử S Một số ví dụ điển hình về

kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Pd(II) hay Zn(II) [16], [30]

Như vậy, thiosemicacbazit thường có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N của nhóm hiđrazin Để

thực hiện sự phối trí kiểu này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình chuyển

phân tử từ cấu hình trans sang cấu hình cis và di chuyển nguyên tử H từ N(2) sang

nguyên tử S Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư ra do việc tạo thêm

một liên kết và hiệu ứng đóng vòng [1]

Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các phức chất thiosemicacbazon trở nên phong phú cả về số lượng và tính chất Tuỳ thuộc vào số

lượng nhóm cho electron có trong phân tử mà các thiosemicacbazon có thể là phối

tử 1 càng, 2 càng, 3 càng Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có

khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại Nếu phần hợp chất cacbonyl

không chứa thêm những nguyên tử cho electron khác thì liên kết giữa phối tử và ion kim

loại được thực hiện qua các nguyên tử cho là N(1), S của phần khung thiosemicacbazit và

lúc đó thiosemicacbazon là phối tử hai càng [6], [9] Sự tạo phức xảy ra theo sơ đồ:

dạng thion dạng thiol tạo phức

Sơ đồ 1.3 Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon hai càng