Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA GLUTAMAT MOLYPDAT NEODIM" doc

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA GLUTAMAT MOLYPDAT NEODIM PREPARING AND SURVEYING THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF NEODYMIUM GLUTMATE MOLYPDATE PHẠM VĂN HAI Đại học Đà

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA GLUTAMAT MOLYPDAT NEODIM

PREPARING AND SURVEYING THE BIOLOGICAL ACTIVITY

OF NEODYMIUM GLUTMATE MOLYPDATE

PHẠM VĂN HAI

Đại học Đà Nẵng

TRƯƠNG NHƯ TẠO

Cty Công nghiệp Hóa chất Đà Nẵng

TÓM TẮT

Ảnh hưởng của các yếu tố như tỉ lệ mol Nd 3+

: H2Glu : MoO42-, thời gian, nhiệt độ, pH dung dịch đến hiệu suất phản ứng đã được nghiên cứu Kết quả thu được phức chất đa phối tử với thành phần Nd(HGlu)(MoO4).2H2O có hoạt tính sinh học Ở nồng độ 100 ppm sẽ có tác dụng kích thích tốt nhất cho sự phát triển của cây giá đỗ

ABSTRAST

This paper investigates the influence of some factors such as molar ratio of Nd3+:H2Glu:MoO42, term, temperature, pH of solution on the reaction performance The obtained results multi-ligands complex substances that component is Nd(HGlu)(MoO4).2H2O This complex substances has been obtained through the biological activity Stimulating the growth of green peas produces the best result when the concentration is 100ppm

1 MỞ ĐẦU

Nghiên cứu tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học để tổng hợp và ứng dụng chúng trong lĩnh vực y dược và làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng ngày càng được nhiều nhà khoa học quan tâm Hoạt tính sinh học của một số phức chất đất hiếm với aminoaxit đã được nghiên cứu trong các công trình [2, 3]

Sự tạo phức giữa Neodim (Nd) với Axit L-Glutamic (H2Glu) đã được nghiên cứu [1] Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu điều chế phức Glutamat Molypdat Neodim và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng

2 PHẦN THỰC NGHIỆM

Tiến hành thực nghiệm bằng cách tạo kết tủa Nd(OH)3 với dung dịch NH3 dư từ dung dịch ban đầu Nd(NO3)3 đã được xác định nồng độ, rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất để làm sạch NH3 có trong kết tủa Tính toán lượng dung dịch axit L-Glutamic và Natri Molypdat theo

tỉ lệ mol cần thiết so với Nd3+

rồi cho vào cốc thuỷ tinh có chứa kết tủa Sau một thời gian nhất định, lấy mẫu để chuẩn độ lượng Nd3+

còn lại sau phản ứng bằng DTPA, với chất chỉ thị Arsenazo(III), trong môi trường đệm pH = 4,2 Từ đó tính được hiệu suất của phản ứng, cấu trúc của phức tổng hợp được khảo sát bằng phương pháp hồng ngoại và phân tích nhiệt DTA Hoạt tính sinh học của phức chất được thăm dò bằng cách khảo sát ảnh hưởng của phức chất đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh và sự phát triển của giá đỗ

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Nd 3+ : MoO 4 2

đến hiệu suất tạo phức

Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ Nd3+: MoO42

đến hiệu suất tạo phức Glutamat Molypdat Neodim được tiến hành trong điều kiện [1] tỉ lệ Nd3+ : H2Glu = 1:2, nhiệt

độ phản ứng được cố định ở 60o

C, Ph = 6, thời gian phản ứng 4 giờ, tỉ lệ mol MoO42: Nd3+ được thay đổi từ 0,5 đến 2,5 Kết quả khảo sát được trình bày trên Hình 1

Từ hình 1 cho thấy, hiệu suất phản ứng tạo phức phụ thuộc tỉ lệ mol giữa các chất tham gia phản ứng, trong đó các nồng độ Nd3+ và MoO42 có tỉ lệ 1:1 cho hiệu suất phản ứng cao nhất Chúng tôi chọn tỉ lệ này để khảo sát tiếp ảnh hường của tỉ lệ nồng độ Nd3+: H2Glu đến sự tạo phức

Hình 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Nd 3+ :MoO 4

2-đến hiệu suất phản ứng tạo phức

3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu đến hiệu suất phản ứng tạo phức

Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của

tỉ lệ Nd3+: H2Glu đến sự tạo phức cũng được

tiến hành như trên, với tỉ lệ Nd3+:MoO42

= 1:1, thời gian phản ứng là 4 giờ, Ph = 6, nhiệt

độ 600

C, tỉ lệ Nd3+: H2Glu được thay đổi từ

1:0,5 đến 1:2,5 Kết quả nghiên cứu được

trình bày trên Hình 2

Kết quả thí nghiệm với tỉ lệ giữa Nd3+

và MoO42

thay đổi thể hiện trên Hình 2 cho

thấy tỉ lệ mol Nd3+: H2Glu = 1:1 cho hiệu

suất phản ứng cao nhất

Từ các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ các chất tham gia đến sự tạo phức ở phần

1 và 2 có thể thấy rằng tỉ lệ nồng độ tối ưu cho phản ứng tạo phức đa phối tử glutamat molypdat neodim là Nd3+: H2Glu : MoO42= 1:1:1 và tỉ lệ này được chọn để khảo sát tiếp ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và Ph đến sự tạo phức

3.3 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của phản ứng tạo phức

Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng tạo phức giữa axit L-Glutamic và Molypdat với Neodim được tiến hành trong điều kiện tỉ lệ mol Nd3+

:

H2Glu : MoO42 = 1:1:1; Ph = 6; nhiệt độ 600C; thời gian phản ứng được thay đổi từ 1 đến 9 giờ Kết quả thực nghiệm được trình bày ở Hình 3

Từ Hình 3 cho thấy, trong cùng điều kiện về nhiệt độ,

Ph, tỉ lệ giữa các chất tham gia phản ứng thì hiệu suất tăng theo thời gian phản ứng và đến khoảng 2 giờ thì đạt thời gian tối ưu cho phản ứng tạo phức Chúng tôi chọn thời gian 2 giờ để khảo sát tiếp các thí nghiệm sau

Hình 3: Ảnh hưởng của thời gian đến

hiệu suất của phản ứng tạo phức

Hình 2 : Ảnh hưởng của tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu đến hiệu suất phản ứng tạo phức

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của phản ứng tạo phức

Thí nghiệm được tiến hành trong các điều kiện Ph=6, tỉ lệ Nd3+ : H2Glu : MoO42

= 1:1:1, thời gian phản ứng 2 giờ, nhiệt độ của phản ứng được thay đổi từ 400C đến 800C Kết quả khảo sát được trình bày trên Hình 4

Kết quả trên Hình 4 cho thấy trong

khoảng nhiệt độ khảo sát, nhiệt độ từ 60-700C

cho phản ứng với hiệu suất cao nhất, khi tăng

nhiệt độ quá 700C thì hiệu suất thu nhận phức

lại giảm, điều này có thể được giải thích là

trong vùng nhiệt độ cao đã xảy ra sự phân

huỷ phức Do đó chúng tôi chọn 650C là nhiệt

độ tối ưu để thực hiện các thí nghiệm tiếp

theo

Hình 4 : Ảnh hưởng của nhiệt độ

đến hiệu suất tạo phức

3.5 Ảnh hưởng của Ph đến hiệu suất của phản ứng tạo phức

Nghiên cứu ảnh hưởng của Ph đến hiệu suất tạo phức giữa Neodim với axit L-Glutamic

và Molypdat được tiến hành ở nhiệt độ 650C, tỉ lệ Nd3+

: H2Glu: MoO42

= 1:1:1, thời gian phản ứng 2 giờ, Ph của phản ứng được thay đổi từ 3,2 đến 7,2 Kết quả thực nghiệm được trình bày trên Hình 5

Từ Hình 5 có thể thấy rằng trong khoảng Ph khảo sát, Ph càng cao thì lượng Nd3+ tham gia phản ứng càng nhiều và ứng với Ph = 7,2 phản ứng tạo phức đạt hiệu suất khá cao Tuy nhiên, sản phẩm phức rắn ở Ph này rất khó kết tinh, không tạo tinh thể đẹp và khi tiến hành cô dung dịch sau phản ứng thì xuất hiện kết tủa màu trắng đục Với Ph>6 thì “hiệu suất” tăng lên rất nhanh, điều này được giải thích là ở khoảng Ph cao có sự tạo thành một lượng lớn phức hiđroxo của Neodim và sản phẩm phản ứng là một hỗn hợp của nhiều phức chất

Từ phân tích trên, để tránh sự tạo thành phức hiđroxo của Neodim, chúng tôi chọn

Ph=6 là Ph tối ưu cho phản ứng tạo phức của Nd3+ với axit L-Glutamic và Molypdat

3.6 Dự đoán cấu trúc phức rắn của neodim với axit L-Glutamic và Molypdat

Từ các kết quả đã khảo sát ở trên, chúng tôi tiến hành tổng hợp phức rắn của Neodim với axit L-Glutamic và Molypdat rồi đo phổ hồng ngoại và phân tích nhiệt Kết quả nghiên cứu được trình bày dưới đây:

3.6.1 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại

Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit L-Glutamic (H2Glu) và phức Glutamat Molypdat Neodim (Nd-Glu-Mo) được ghi trên máy Impact 410-Nicolet (Mỹ) trong vùng 4000 – 400cm1 Kết quả được chỉ ra trên Hình 6, Hình 7 và Bảng 1

Hình 5 : Ảnh hưởng của pH đến

hiệu suất tạo phức

Bảng 1: Các tần số hấp thụ chính của các hợp chất

3 NH

as

3 NH

s

ν

2084,83

Trong phổ hồng ngoại của axit L-Glutamic, dải hấp thụ ở 3060,35cm1 được qui cho dao động hóa trị của nhóm NH3+, giá trị νNH3nằm ở vùng tần số thấp hơn nhiều so với giá trị

2

NH

ν (3400cm1) bình thường quan sát được là do sự tương tác giữa nhóm NH3+ và nhóm

COO có mặt trong ion lưỡng cực L-Glutamic Các dải hấp thụ ở 1644,64 cm1 và 1419,19cm1 được gán tương ứng cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm

COO Các dải hấp thụ ở 2084,83cm1

và 1512,67cm1 được qui cho dao động hóa trị và dao động biến dạng tương ứng của nhóm NH3+

Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất khác với phổ của axit L-Glutamic tự do về hình dạng cũng như vị trí của các dải hấp thụ đặc trưng Điều này cho thấy sự tạo phức đã xảy

ra giữa ion Nd3+

với axit L-Glutamic và Molypdat

Trên phổ hồng ngoại của phức Glutamat Molypdat Neodim có sự dịch chuyển lớn tại nhóm NH3+ từ 3060,35cm1 (trong phổ của axit L-Glutamic) đến 3426,17cm1 ứng với dao động hoá trị của nhóm NH2 bão hòa, chứng tỏ có sự phối trí giữa Nd và NH2 gây ra sự chuyển dịch này Hơn nữa, sự mất đi hoàn toàn cực đại hấp thụ ở 2084,83cm1

ứng với dao động hóa trị nhóm NH3+ (trong phổ của axit L-Glutamic), đồng thời xuất hiện vân hấp thụ ở 1547,99cm1 ứng với dao động biến dạng của nhóm NH2 cũng là một bằng chứng của sự tạo phức đã xảy ra

Các dải hấp thụ ở 1644,64cm1

và 1419,19cm1 đặc trưng cho dao động hoá trị bất đối xứng và đối xứng tương ứng của nhóm COO trên phổ của axit L-Glutamic tự do dịch chuyển về vùng tần số thấp hơn (1619,05cm1

và 1414,75cm1) trên phổ của phức chất chứng

tỏ nhóm cacboxyl của axit L-Glutamic đã phối trí với ion Nd3+

Các dải hấp thụ ở các tần số 929,18cm1

; 852,20cm1; 760,41cm1 và 698,23cm1 được gán cho các dao động của nhóm Molypdat MoO4, trong đó dải hấp thụ ở 929,18cm1 ứng với dao động hoá trị của liên kết Mo=O, các dải 852,2cm1

và 760,41cm1 ứng với dao động hoá trị bất đối xứng của liên kết MoO và dải hấp thụ ở 698,23cm1

tương ứng với dao động biến dạng liên kết MoO

Hình 6 : Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit L-Glutamic

Hình 7 : Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức Glutamat Molypdat Neodim

Từ các kết quả nghiên cứu và phân tích nêu trên có thể thấy phức chất đa phối tử của

Nd3+ với axit L-Glutamic và Molypdat thu đƣợc có thành phần là Nd(Hglu)(MoO4) Trong

đó, axit L-Glutamic và Molypdat liên kết với ion Nd3+

qua các nguyên tử nitơ và oxi

3.6.2 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt

Giản đồ phân tích nhiệt của phức Glutamat Molypdat Neodim đƣợc ghi trên máy Shimadzu TA50 (Nhật Bản) Tốc độ nâng nhiệt là 100C trong 1 phút ngoài không khí, ở khoảng nhiệt độ 30-7000C Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày ở Hình 8, Hình 9

Hình 8: Giản đồ DTA của phức Hình 9: Giản đồ TGA của phức

Giản đồ phân tích nhiệt của phức (Nd-Gu-Mo) cho thấy trên đường cong DTA có một hiệu ứng thu nhiệt ở 52,510C và một hiệu ứng tỏa nhiệt ở 349,980C Giản đồ TGA của phức chỉ ra rằng quá trình phân hủy phức Nd-Glu-Mo có thể chia thành 2 giai đoạn Giai đoạn đầu tiên hoàn tất tại 1000C ứng với việc giảm 7,59% khối lượng Khối lượng giảm nầy phù hợp với giá trị lý thuyết của 7,408% khối lượng tương ứng với 2 phân tử nước tách ra Giai đoạn thứ hai kết thúc ở 7000

C ứng với 11,069% khối lượng giảm xuống khi nhiệt độ lên đến 4250C

và từ 4250C đến 7000C ghi nhận sự mất đi 7,184% khối lượng Giai đoạn thứ hai này tương ứng với sự phân hủy dần dần của ion Hglu Sau 2 giai đoạn, khối lượng còn lại là 74,157% tương ứng với khối lượng tổng cọng (74,068%) của ½ Nd2O3 , 4 C và MoO3 [4]

Từ các kết quả thu được ở hai phương pháp phân tích trên đây, ta có thể dự đoán công thức của phức chất tổng hợp từ Nd3+

, axit L-Glutamic và Natri Molypdat là Nd(Hglu)(MoO4).2H2O

7 Thăm dò hoạt tính sinh học của phức Glutamat Molypdat Neodim

Việc thăm dò hoạt tính sinh học của phức Glutamat Molypdat Neodim Nd(Hglu)(MoO4).2H2O được tiến hành bằng cách khảo sát ảnh hưởng của phức đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh và sự phát triển của giá đỗ

7.1 Ảnh hưởng của nồng độ phức (Nd-Glu-Mo) đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh

Phương pháp thí nghiệm : Chọn mỗi mẫu 25 hạt đỗ xanh có kích thước hạt tương đối đồng đều (khối lượng 2,535  0,001 gam) Ngâm mẫu 4 giờ trong nước rồi chuyển vào các cốc 250ml có lót dưới và đậy trên bằng giấy lọc Hằng ngày tưới mẫu 3 lần, mỗi lần tưới trong 10 phút bằng các dung dịch phức có nồng độ 50ppm, 75ppm, 100ppm, 125ppm, 150ppm và 175ppm Mẫu so sánh được tưới bằng nước cất Các dung dịch tưới được thu hồi

để tưới lại lần sau Quan sát sự nảy mầm và sau 12 giờ và 24 giờ từ khi chuyển hạt vào cốc, tiến hành đếm số hạt đỗ xanh đã nảy mầm trên tổng số 25 hạt ở mỗi mẫu và tính tỉ lệ nảy mầm đến thời điểm quan sát Kết quả khảo sát được trình bày trên Hình 10

Kết quả trên Hình 10 cho thấy phức (Nd-Glu-Mo) có tác dụng kích thích sự nảy mầm hạt đỗ xanh, qua thời gian 12 giờ và 24 giờ

đều cho tỉ lệ nảy mầm cao hơn so với đối

chứng Ở thời điểm 12 giờ, phức với nồng độ

150 và 175ppm cho tỉ lệ nảy mầm cao nhất,

tuy vậy tỉ lệ này chỉ mới đạt 80% Đến sau 24

giờ, có nhiều mẫu đạt tỉ lệ nảy mầm 100%,

trong đó nồng độ thấp nhất cũng là nồng độ

tối ưu được chọn là 100ppm Như vậy, trong

khoảng nồng độ khảo sát từ 50-175ppm, hiệu

lực kích thích sự nảy mầm tăng lên theo nồng

độ áp dụng và đạt hiệu quả cao ở nồng độ

100ppm

Hình 10: Ảnh hưởng của nồng độ phức chất

đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh

7.2 Ảnh hưởng của nồng độ phức (Nd-Glu-Mo) đến sự phát triển của giá đỗ

Các mẫu thí nghiệm sau khi nảy mầm được tiếp tục tưới, quan sát sự phát triển và sau 4 ngày cân khối lượng và đo chiều dài thân cây giá Kết quả thí nghiệm được trình bày trên Hình 11

Từ Hình 11 có thể thấy, về khả năng kích thích sự tăng trưởng chiều dài bình quân

và tổng khối lượng của cây giá đỗ thì nồng

độ của phức chất (Nd-Glu-Mo) bắt đầu có tác dụng kích thích là 50ppm,

hiệu lực kích thích tăng theo nồng độ của phức chất nhưng ở khoảng nồng độ cao thì phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển của cây giá Kết quả nghiên cứu cho thấy phức Glutamat Molypdat Neodim có tác dụng kích thích sự phát triển của giá đỗ tốt nhất ở nồng độ 100ppm

4 KẾT LUẬN

1 Đã khảo sát và tìm được điều kiện tối ưu để tổng hợp phức chất của Neodim với axit L-Glutamic và Molypdat, với điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ là 650C; thời gian 2 giờ;

pH = 6; tỉ lệ Nd/H2Glu/Molypdat là 1:1:1

2 Đã tổng hợp được phức chất rắn của Neodim với axit L-Glutamic và Molypdat

3 Bằng phương pháp phân tích nhiệt và quang phổ hấp thụ hồng ngoại cho phép dự đoán công thức cấu tạo của phức chất tổng hợp được là Nd(HGlu)(MoO4).2H2O

4 Đã phát hiện được hoạt tính sinh học của phức chất Nd(HGlu)(MoO4).2H2O đối với sự nảy mầm và sự phát triển của giá đỗ Kết quả nghiên cứu cho thấy phức Nd(HGlu)(MoO4).2H2O có tác dụng kích thích cho sự phát triển của giá đỗ, nồng độ phức chất tối ưu cho sự phát triển ở khoảng 100ppm, nếu ở nồng độ cao hơn giá trị này phức chất sẽ có tác dụng ức chế đến sự phát triển của giá đỗ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Văn Hai Nghiên cứu sự tạo phức rắn của Neodim với axit L-Glutamic Tạp chí

Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 6 (23), 2007

[2] Nguyễn Trọng Uyển, Nguyễn Đình Bảng, Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của một

số phức chất Aspartat - đất hiếm nhẹ Tạp chí Hóa học, T.31 (4), Tr 12-14, 1993

[3] Nguyễn Trọng Uyển, Đào Văn Chung, Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Văn Tý Hoạt tính sinh

học của một số phức chất đât hiếm L-phenylalanin Tạp chí Hóa học, T.40 (1), Tr

33-36, 2002

[4] CHEN, Pei; ZHAO, Feng-Qi; LUO, Yang; HU, Rong-Zu; GAO, Sheng-Li; ZHENG, Yu-Mei; DENG, Min-Zhi; GAO, Yin Thermal Decomposition Behavior and Non-isothermal Decomposition Reaction of Copper (II) Salt of

4-Hydroxy-3,5-dinitropyridine Oxide and Its Application in Solid Rocket Propellant Chinese Journal of

Chemistry, 22, 1056-1063, 2004

Hình 11: Ảnh hưởng của nồng độ phức chất

đến chiều cao thân và khối lượng của giá đỗ