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 N(4)- phenyl của nó

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 biệ

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

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

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã Số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS Trịnh Ngọc Châu

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

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

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

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

MIC: nồng độ ức chế tối thiểu

MBC: nồng độ diệt hết khuẩn tối thiểu

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

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

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:

b d

(1) (2)

(4)

Mật độ điện tích

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

(4)

o o o o

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)

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

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

Cấu tạo của một số phức chất với thiosemicacbazon hai càng đã được đưa ra trong các công trình [6], [9], [10], [23] và sau đây là ví dụ:

Phức chất của Zn(II) với isatin - 3 –

thiosemicacbazon

Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon axetophenon

Hình 1.1 Một số phức chất của thiosemicacbazon hai càng

Đôi khi, do khó khăn về mặt

lập thể mà thiosemicacbazon vẫn tồn

tại ở dạng thion trong phức chất Tác

giả [25] đã nghiên cứu và đưa ra

công thức cấu tạo của phức chất 3-

thiophen anđehit thiosemicacbazon

với Zn(II) Trong đó, chỉ N(1) tham

gia phối trí với Zn(II) như công thức

đưa ra trong hình trên

Nếu ở phần hợp chất

cacbonyl có thêm nguyên tử có khả

năng tham gia phối trí (D) và nguyên

tử này được nối với nguyên tử N -

hiđrazin (N(1)) qua hai hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường là ba càng với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S như trong Sơ đồ 1.4

Phức chất của 3- thiophen anđehit thiosemicacbazon với Zn(II)

N N

S

N H2M

M D

a')

Sơ đồ 1.4 Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon ba càng

Một số phối tử loại này là các

thiosemicacbazon của axit pyruvic,

2-hyđroxy axetophenon,

pyriđin-2-cacbanđehit, 1,2-naphthoquinon

Trong các phức chất với Cu2+, Co2+,

Ni2+, Pt2+ các phối tử loại này tạo

liên kết qua bộ nguyên tử cho là O, S,

Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon 1-metyl isatin

phức chất được hình thành với bộ nguyên tử cho là N, N, S, S và một nguyên tử N trong vòng pyriđin với công thức cấu tạo như Hình 1.2

Phức chất của Cu (II) với

Phức chất của Cu(II) với N(4)-phenyl

thiosemicacbazon 2 – benzoyl pyriđin

Phức chất của Pd(II) với N(4)-etyl thiosemicacbazon 2- hyđroxiaxetophenon

kiểu phối trí mà các phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon luôn luôn dành được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước Hiện nay, người ta tập trung vào nghiên cứu tổng hợp, cấu tạo, cũng như các ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các dẫn xuất thế có bản chất khác nhau ở nguyên tử N(4) như metyl, etyl, allyl và phenyl của các hợp chất cacbonyl khác nhau với mong muốn tìm được nhiều tính chất quí báu, nhất là hoạt tính sinh học để ứng dụng trong cuộc sống

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

Ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu công bố kết quả cho thấy thiosemicacbazon và các phức chất của chúng có nhiều tính chất quý báu và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi Domagk [1] Khi nghiên cứu các hợp chất thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một

số hợp chất thiosemicacbazon có hoạt tính kháng khuẩn Sau phát hiện của Domagk, hàng loạt tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu của mình về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng [10], [11], [15], [44] Nhiều tác giả cho rằng tất cả các thiosemicacbazon của dẫn xuất thế ở vị trí para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi trùng lao Trong

đó p-axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1) được xem là thuốc để chữa bệnh lao rất hiệu nghiệm [1]

Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin-3, N(4)-etyl sunfobenzanđehit (TB3) và pyriđin, cũng đang được sử dụng trong y học chữa bệnh lao Thiosemicacbazon isatin được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát trùng Thiosemicacbazon của monoguanyl hiđrazon có khả năng diệt khuẩn gam dương Phức chất của thiosemicacbazit với các muối clorua của mangan, niken,

coban đặc biệt là kẽm được dùng làm thuốc chống thương hàn, kiết lị, các bệnh đường ruột và diệt nấm [1] Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng được quan tâm nhiều còn do chúng có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư

Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, Pd… Tác giả [1], [6], [9] đã tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazit và một số thiosemicacbazon và thử hoạt tính sinh học của một số sản phẩm tổng hợp được Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth), thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức chất của chúng Kết quả thử khả năng ức chế sự phát triển khối u cho thấy cả hai phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đều có tác dụng làm giảm mật độ tế bào ung thư, giảm tổng số tế bào và từ đó đã làm giảm chỉ số phát triển của u Khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS của Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8%

Tác giả [6] đưa ra kết luận về các phức chất của platin với N(4)-phenyl thiosemicacbazon isatin, N(4)-phenyl thiosemicacbazon salixilanđehit, N(4)-phenyl thiosemicacbazon điaxetyl-monoxim có độc tính khá mạnh đối với nấm và khuẩn Các phức chất của platin với N(4)-phenyl thiosemicacbazon isatin, N(4)-phenyl thiosemicacbazon furanđehit có độc tính mạnh đối với tế bào ung thư gan, ung thư màng tim, ung thư màng tử cung

Tác giả[11], [15], [17] đã nghiên cứu về phức của thiosemicacbazon với Cu(II) và Zn(II) Trong đó có một chelat đồng là đồng của pyridin 2-cacbandehit thiosemicarbazon (NSC 689.534) và được đánh giá là tốt nhất về khả năng ức chế

sự tăng trưởng của khối u

Ngoài ra, các nghiên cứu về ứng dụng của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng trên các lĩnh vực khác nhau cũng đã được tiến hành Các nghiên cứu

về hoạt tính xúc tác cho thấy các phức chất của palađi(II), niken(II) với

thiosemicacbazon cũng có thể làm xúc tác tốt cho phản ứng nối mạch anken, phản

ứng Heck [32], [36], phản ứng amin hóa [37]

Một số thiosemicacbazon cũng đã được sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn

mòn kim loại Offiong O.E đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của N(4)-metyl và N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-axetyl pyriđin đối với thép mềm

(thép chứa ít cacbon) Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của chất

đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67% Nói chung, sự ức chế ăn mòn tăng lên theo

nồng độ các thiosemicacbazon

Khả năng tạo phức tốt của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon còn

được ứng dụng trong lĩnh vực hóa học phân tích để tách cũng như xác định hàm

lượng của nhiều kim loại khác nhau Phương pháp trắc quang đã được sử dụng để

xác định hàm lượng của Cu(II), Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại hạt, dựa

trên khả năng tạo phức của chúng với N(1)-phenyl thiosemicacbazon

1,2-propanđion-2-oxim và xác định Zn(II) trong thức ăn, nhờ phức chất của nó với

N-etyl-3-cacbazolecacboxanđehit-3-thiosemicacbazon, Ramachandraiah C và nhóm

nghiên cứu đã phát triển phương pháp định lượng ion niken(II) dựa trên khả năng

tạo phức bền của N-etyl-3-cacbazolecacboxanđehit-3-thiosemicacbazon với niken

Phức chất này sau đó được chiết gần như hoàn toàn bằng n-butanol Hàm lượng của

ion kim loại trong pha hữu cơ sau đó được xác định bằng phương pháp trắc quang ở

bước sóng 400 nm Định luật Beer đúng trong khoảng nồng độ từ 1,2 - 5,6 µg/ml

Kết quả phân tích theo phương pháp trắc quang với các ion M2+ nêu trên hoàn toàn

phù hợp với kết quả phân tích bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử đối với

nhiều mẫu hợp kim khác nhau Hàm lượng niken trong các mẫu sinh học, mẫu

khoáng, mẫu nước công nghiệp cũng có thể phân tích theo phương pháp trắc quang

với chất tạo màu là N(4)-phenyl-3-thiosemicarbazon pyridoxal Murthy R đã sử

dụng thiosemicacbazon o-hiđroxi axetophenon trong việc xác định palađi bằng

phương pháp trắc quang Hợp chất

5,5-đimetylxyclohexan-1,2,3-trion-1,2-đioxim-3-thiosemicacbazon được sử dụng để phân tích hàm lượng ion đồng trong nhiều

mẫu thực phẩm khác nhau bằng phương pháp điện hóa Kết quả cho thấy phương

pháp này hoàn toàn phù hợp với phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, giới hạn phân tích có thể đạt mức 0,49 µg/ml Nhiều công trình nghiªn cøu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và xác định hàm lượng các ion kim loại như V, Pt

Nhiều tác giả đã chế tạo được các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các thiosemicacbazon như: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở bis (thiosemicacbazon) benzil, điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở thiosemicacbazon salixilanđehit Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh, khoảng nồng độ làm việc rộng và thời gian sử dụng dài Đây là một hướng mới trong nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon

1.3 GIỚI THIỆU VỀ KẼM VÀ ĐỒNG

1.3.1 Giới thiệu chung

Kẽm là một trong những nguyên tố có tầm quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, khoa học và đã được nghiên cứu từ lâu

Những năm gần đây, các kết cấu khởi động tên lửa cũng được mạ kẽm, kẽm còn được dùng để sản xuất pin khô, làm chất màu vô cơ, trong sản xuất giấy, da cừu Kẽm có lượng đáng kể trong thực vật và động vật Cơ thể con người chứa kẽm đến 0,001% Kẽm có trong enzim cacbanhidraza là chất xúc tác cho quá trình thủy phân của cacbonic trong máu và do đó đảm bảo tốc độ cần thiết của quá trình hô hấp, trao đổi khí Kẽm có trong insulin là hóc môn có vai trò điều chỉnh độ đường trong máu

Kẽm thuộc nhóm IIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđeleep,

có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s2 Kẽm có màu trắng xanh, óng ánh Trong các hợp chất, kẽm thể hiện số oxi hoá +2 Trong tự nhiên, nguyên tố kẽm tồn tại một số đồng vị, có nguyên tử khối là 64 đvC chiếm nhiều nhất, trong đó: 64Zn chiếm 48,6 %, 66Zn chiếm 27,9 %, 67Zn chiếm 4,1 %, 68Zn chiếm 18,8 % và 70Zn chiếm 0,6 %

Kim loại đồng có một lượng lớn trong thực vật, động vật Trong cơ thể người đồng có trong thành phần của một số protein, enzim và tập trung chủ yếu ở trong

gan Đồng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực sinh học và nông nghiệp Đồng có tác dụng lớn đến quá trình tổng hợp protein, tham gia vào quá trình đồng hóa nitrat, quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit Ngoài ra đồng còn có tác dụng chống hạn, chống rét và tăng khả năng giữ nước của mô trong cơ thể

Đồng thuộc nhóm IB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđeleep, có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s1 Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hoá +1, +2, +3 Trong tự nhiên, nguyên tố đồng tồn tại một số đồng vị, có nguyên tử khối là 63 đvC chiếm nhiều nhất, trong đó: 63Cu chiếm 69,15 %, 65Cu chiếm 30,85 %

1.3.2 Khả năng tạo phức

Các ion kim loại này đều có khả năng tạo phức lớn Số phối trí của các ion Zn(II) và Cu(II) thường phụ thuộc vào bản chất của phối tử tham gia phối trí và bản chất của ion kết hợp với ion phức [5] Ví dụ: Zn(II) và Cu(II) đều có thể tham gia tạo phức với số phối trí 3, 4, 6 Trong đó phức chất với số phối trí 6 của Zn(II) bền hơn của Cu(II) và phức chất với số phối trí 6 của Cu(II) thì kém bền Bên cạnh đó

số phối trí còn phụ thuộc vào nhiệt độ

Ion Cu(II) với cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d9 có thể tạo phức chất bát diện nhưng thường không bền và có xu hướng chuyển về phức chất hình vuông cho thuận lợi về mặt năng lượng Ví dụ như đối với các phối tử trường mạnh như

NH3 hay đietilenđiamin (en) dễ thay thế những phân tử H2O trong ion phức bát diện [Cu(H2O)]62+ màu xanh lam, tạo thành những ion phức hình vuông [Cu(NH3)4]2+, [Cu(en)2]2+ [4]

Ion Zn(II) với cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d10 cũng có khả năng tạo nên rất nhiều phức như Cu(II) nhưng khả năng tạo phức kém hơn Cu(II) và tạo thành các phức chất không màu

Zn(II) và Cu(II) còn có thể tạo phức chất hai càng như trong Hình 1.4 [39]

Phức chất của Cu(II)

Tóm lại, Zn(II) và Cu(II) đều có khả năng tạo phức chất tứ diện hay vuông phẳng với số phối trí phổ biến là 4 Ngoài ra, Zn(II) còn có khả năng tạo phức chất với cấu hình bát diện với số phối trí 6 Điều này hoàn toàn phù hợp với đặc điểm cấu hình electron của các ion kim loại này Do sự đa dạng về khả năng phối trí Zn(II) và Cu(II) đã và đang dành được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học nghiên cứu về phức chất trong và ngoài nước

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT

1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

Khi chiếu vào mẫu thử chùm bước xạ, phân tử sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại, năng lượng phân tử tăng lên 8 - 40 kJ/mol Đây chính là khoảng năng lượng tương ứng với tần số của dao động biến dạng và quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị Sự hấp thụ xảy ra khi tần số của bức xạ của tia tới bằng với tần số dao động riêng của một liên kết nào đó trong phân tử Tần số dao động riêng của các liên kết trong phân tử được tính theo công thức:

Như vậy, trong phổ hấp thụ hồng ngoại mỗi liên kết có một tần số dao động riêng xác định, phụ thuộc vào bản chất các nguyên tố tham gia liên kết và môi trường mà liên kết đó tồn tại Khi tham gia tạo liên kết mới, do ảnh hưởng của các nhóm khác trong phân tử, các dải hấp thụ của nhóm đang xét sẽ bị chuyển dịch về

vị trí hay thay đổi về cường độ Từ sự thay đổi về cường độ và hướng cũng như độ dịch chuyển về vị trí chúng ta sẽ thu được một số thông tin về mô hình tạo phức của phối tử đã cho Phổ hấp thụ hồng ngoại đã được sớm sử dụng trong việc nghiên cứu các thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp Tuy nhiên, do cấu tạo phức tạp của hợp chất thiosemicacbazon mà việc tính toán lý

thuyết để đưa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn Chính vì vậy, sự quy kết các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất loại này còn chủ yếu dựa vào phương pháp gần đúng dao động nhóm Hiện nay, còn một số ý kiến khác nhau về

sự quy kết các dải hấp thụ trong phổ của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon Tuy nhiên, sự quy kết dựa theo tài liệu [1] được nhiều tài liệu trích dẫn hơn cả Theo đó các dải hấp thụ chính trong phổ của thiosemicacbazit ban đầu được quy kết

cm-1, dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C – S Và trong các phức chất của thiosemicacbazon cũng không thấy xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng cho dao động của nhóm SH ở khoảng 2500 - 2700 cm-1 Điều này được giải thích là sau sự thiol hóa của phối tử khi tạo phức nguyên tử hiđro đã bị tách ra để ion kim loại trung tâm liên kết với nguyên tử S Một bằng chứng nữa cho sự thiol hóa là sự xuất

hiện thêm dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm N = C Dải hấp thụ của dao động C = N và C = O cũng thay đổi trong một khoảng tương đối rộng từ 1500 -

1700 cm-1, nhưng dải hấp thụ của dao động C = N mạnh hơn nhiều so với C = O Các dải hấp thụ đặc trưng cho dao động nhóm C = O của anđehit, xeton hay axit cacboxylic đều dao động quanh 1700 cm-1 Vì vậy, để phân biệt dải hấp thụ này người ta cần chú ý tới một số điểm sau: đối với hợp chất có nhóm chức anđehit ngoài dao động nhóm C = O còn xuất hiện thêm dải hấp thụ của nhóm C – H ở khoảng 2700 - 2800 cm-1

Dải dao động của nhóm CNN hấp thụ ở khoảng 1400 - 1500 cm-1, dải dao động của nhóm NN hấp thụ ở khoảng 1000 - 1100 cm-1, số sóng của các dải hấp thụ này thường có xu hướng giảm khi chuyển từ phối tử vào phức chất do N(1) tham gia tạo liên kết với ion kim loại trung tâm Trong phức chất của thiosemicacbazon salixylanđehit, isatin, axetyl axeton với các kim loại như Cu2+, Ni2+, Co3+ nhóm

NH2 đóng góp chủ yếu cùng với νN=C tạo thành dải hấp thụ ở 1590 - 1620 cm–1 và dải này thường thay đổi không đáng kể nếu nhóm NH2 không tham gia tạo phức [1]

Trong nhiều công trình, các tác giả cũng quan tâm đến dải hấp thụ đặc trưng cho liên kết M – O, M – N, M – S Theo tác giả [1] các dải hấp thụ đặc trưng cho loại liên kết này thường xuất hiện ở khoảng 100 - 600 cm-1 với cường độ yếu Các dải hấp thụ trong vùng này cũng được tác giả [1] gán cho dao động đặc trưng của các liên kết giữa Ni, Co, Cu với các nguyên tử halogen, S, N và O

1.4.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Một hạt nhân có spin (I) khác không khi được đặt trong một từ trường thì nó

có thể chiếm (2I+1) mức năng lượng khác nhau Sự chênh lệch giữa các mức năng lượng ấy phụ thuộc vào cường độ từ trường xung quanh hạt nhân đó Từ trường này

là từ trường ngoài cộng với từ trường ngược chiều gây ra bởi sự chuyển động của lớp vỏ điện tử xung quanh hạt nhân Điều này dẫn tới các hạt nhân khác nhau đặt trong từ trường ngoài sẽ cần các năng lượng kích thích khác nhau để thực hiện sự chuyển mức năng lượng Trong phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, năng lượng kích thích các hạt nhân gây ra bởi một từ trường biến đổi có tần số vùng tần số sóng

vô tuyến Bằng cách thay đổi tần số của từ trường kích thích, có thể thu được các tín hiệu cộng hưởng của các hạt nhân từ khác nhau trong phân tử và có thể xác định một cách cụ thể cấu trúc của các hợp chất hoá học [3] Phổ cộnghưởng từ hạt nhân

1H và 13C được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau để xác định cấu tạo hóa học của hợp chất hữu cơ cũng như các hợp chất của thiosemicacbazon và phức chất của chúng [6], [9]

Phổ cộng hưởng từ proton cho biết được số loại proton có trong phân tử Chất chuẩn trong phổ cộng hưởng từ proton thường sử dụng là TMS (tetra methyl silan) và độ dịch chuyển hóa học của proton trong TMS được qui ước là 0 ppm Sự tương tác của các proton xung quanh sẽ gây ra sự tách vạch cho trường hợp phổ bậc nhất tuân theo quy tắc (n+1): singlet, doublet, triplet, quartet

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C cho các tín hiệu của các loại C Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C ở những dạng thường như 13C - CPD hay DEPT, tương tác spin - spin C – C hay C – H đã được khử, nên không có sự tách vạch như trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton [3], [8]

Dung môi dùng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân không được chứa những hạt nhân có tín hiệu che lấp tín hiệu chính Thường được sử dụng là các dung môi

đã bị đơterri hóa như CCl4, CDCl3, CD2Cl2, CD3OD, CD3COCD3, D2O, DMSO -

d6 Tuy nhiên, không thể đơteri hóa tuyệt đối nên thường còn chứa một lượng nhỏ proton, đồng thời cũng có thể chứa cả vết H2O, do hút ẩm Vì vậy, trên phổ cộng hưởng từ proton, cùng với những tín hiệu của chất nghiên cứu thường có những tín hiệu của proton còn sót của dung môi và của nước Trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C luôn có tín hiệu của cacbon của dung môi Dung môi thường được dùng trong ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân của thiosemicacbazon và phức chất của nó là DMSO - d6 hoặc CDCl3 Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân người ta quan tâm nhiều đến độ chuyển dịch hóa học của các proton hay cacbon Độ chuyển dịch hóa học phụ thuộc vào một số yếu tố sau [3]:

Thứ nhất là sự chắn tại chỗ hay sự chắn màn electron tại chỗ Hạt nhân được chắn màn càng nhiều thì tín hiệu cộng hưởng của nó càng dịch chuyển về phía

trường mạnh Sự chắn tại chỗ lại phụ thuộc trước hết vào mật độ electron xung quanh hạt nhân đang xét, do đó nó liên quan trực tiếp đến độ âm điện của các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử đính với hạt nhân đó Các nhóm hút electron mạnh

có độ chuyển dịch hóa học cao Điều này khá quan trọng trong việc giải thích về sự thay đổi một số tín hiệu cộng hưởng của các proton hay cacbon khi chuyển từ thiosemicacbazit vào thiosemicacbazon và từ thiosemicacbazon vào phức chất tương ứng Sự thay đổi tín hiệu cộng hưởng của proton ở vị trí N(2), N(4) khi tạo thành các thiosemicacbazon do sự hình thành mạch liên hợp –C = N – N(2)H – C = S nên mật độ electron trên N(2) nhiều hơn N(4) dẫn tới proton liên kết với N(2) có độ chuyển dịch hóa học cao hơn Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C thì cacbon nhóm C = O của hợp chất cacbonyl có độ chuyển dịch hóa học cao hơn cacbon này khi tồn tại trong nhóm C = N(1) của thiosemicacbazon [13], [16] Sự chắn màn electron không những phụ thuộc vào mật độ electron mà còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của các đám mây electron Vì vậy độ chuyển dịch hóa học của các proton thường biến đổi từ 0 đến 15 ppm còn độ chuyển dịch hóa học của 13C lại biến đổi tới 240 ppm Không những độ chuyển dịch hóa học phụ thuộc vào sự chắn tại chỗ mà nó còn phụ thuộc vào sự chắn từ xa Sự chắn từ xa còn được gọi là sự chắn bất đẳng hướng bởi vì ở hướng này thì bị chắn còn hướng kia thì lại không chắn

Thứ hai là các yếu tố ngoại phân tử bao gồm liên kết hiđro, sự trao đổi proton, dung môi và nhiệt độ Liên kết hiđro gây ra sự biến đổi đáng kể của proton

ở các nhóm OH, NH và đôi khi cả SH, vì vậy độ chuyển dịch của các proton nhóm

OH, NH biến đổi trong một khoảng rộng, từ 2 - 15 ppm Proton liên kết với các dị

tố O, N không những có khả năng tạo liên kết hiđro mà còn có khả năng trao đổi proton với các tiểu phân xung quanh Vị trí tín hiệu cộng hưởng của các proton liên kết với cacbon thường ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nhưng với các proton trong các nhóm OH, NH, SH lại phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Nhiệt độ tăng làm đứt các liên kết hiđro, do đó làm cho tín hiệu của các proton nhóm đó chuyển dịch về phía trường yếu, độ chuyển dịch hóa học lớn Nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ quay của

các nhóm nguyên tử trong phân tử do đó ảnh hưởng tới tốc độ chuyển đổi giữa các cấu dạng [3] Vì vậy, khi ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các phối tử và phức chất nên ghi trong những điều kiện nhất định và đồng nhất để giảm tối đa sự ảnh hưởng này và cũng dễ dàng theo dõi sự biến đối của các proton cũng như các cacbon khi chuyển từ phối tử vào phức chất

Các nghiên cứu [14], [24], [42] đã chỉ ra rằng, phân tử thiosemicacbazon và phức chất của chúng đều không có nhiều proton nên việc quy kết các pic trong phổ cộnghưởng từ hạt nhân tương đối dễ dàng Thông thường trong các hợp chất này, proton có mặt trong các nhóm OH, N(1)H, N(2)H, CH = N và SH; đôi lúc có thêm proton của các nhóm NH2, CH3, C6H5 và CH2 Tín hiệu cộng hưởng của proton nhóm CH3 thường xuất hiện với các pic sắc nét, độ chuyển dịch hóa học trong khoảng 1 - 3 ppm, proton gốc allyl cộng hưởng ở khoảng 4 - 5 ppm, trong đó tín hiệu cộng hưởng của hai proton nhóm = CH2 thường xuất hiện với hai pic doublet ở hai vị trí khác nhau Các tín hiệu cộng hưởng trong vòng benzen xuất hiện trong khoảng từ 6 - 8 ppm Proton của N(2)H cộng hưởng ở khoảng 11,5 ppm với pic singlet, proton ở liên kết đôi CH = N xuất hiện ở vùng gần 8,3 ppm Trong thiosemicacbazon, proton nhóm N(2)H cộng hưởng khoảng 11 ppm, nhưng khi chuyển vào phức chất thì tín hiệu cộng hưởng của proton này bị biến mất [12] Đây

là bằng chứng cho việc thiol hóa các thiosemicacbazon trong quá trình tạo phức Ngoài ra các công trình đã công bố cũng đã xác nhận rằng nhóm NH2 trong phân tử thiosemicacbazon không hoàn toàn quay tự do, điều này thể hiện ở chỗ trong một số trường hợp, xuất hiện hai tín hiệu gần nhau ở vùng gần 8 - 9 ppm, khi chuyển vào phức chất hai proton này thường cộng hưởng ở cùng một vị trí [14]

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng

Phổ khối lượng là phương pháp hiện đại và quan trọng trong việc xác định một cách định tính và định lượng thành phần cũng như cấu trúc của các hợp chất hoá học Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có độ nhạy cao, cho phép xác định phân tử khối của các hợp chất Cơ sở của phương pháp phổ khối lượng nghiên cứu các chất hữu cơ là sự bắn phá các phân tử hữu cơ trung hoà bằng các tác nhân

mang năng lượng cao để biến chúng thành các ion phân tử hoặc phá vỡ thành các ion mảnh, các gốc [3]

Hiện nay, trong phương pháp phổ khối người ta thường áp dụng các phương pháp ion hoá khác nhau như: ion hoá hoá học (CI), ion hoá bằng phương pháp bụi electron (ESI), bắn phá bằng nguyên tử tăng tốc (FAB), phun mù electron dùng khí trợ giúp (PAESI)… Các phương pháp này đều có những ưu và nhược điểm riêng Trong số các phương pháp trên, phương pháp bụi electron (ESI) thường được sử dụng để nghiên cứu các phức chất của kim loại vì đây là phương pháp bắn phá

“nhẹ” (50 eV) mà tác nhân là electron nên có khả năng duy trì được cấu trúc phân

tử phức chất và tạo được các mảnh đặc trưng Phương pháp ESI được tiến hành theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Giai đoạn tạo ion

Giai đoạn 2: Phân loại ion theo số khối, xác định số khối

Giai đoạn 3: Xác định tần suất (Abundance) của từng loại ion Chuyển sang chế độ ghi phổ

Trong 3 giai đoạn tiến hành thì giai đoạn 2 là giai đoạn phân loại ion theo số khối còn giai đoạn 3 là giai đoạn xác định “cường độ”, tức là số ion trong từng loại

Từ đó phổ ghi nhận được sẽ có hai đại lượng được hiển thị: số khối của từng pic và cường độ tương đối của từng pic Số khối của một pic cho biết cấu trúc của ion tương ứng còn cường độ tương đối (Intensity) của pic cho biết “độ bền” về mặt cấu trúc của ion đó

Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thông tin: khối lượng phân tử, khối lượng các mảnh vỡ từ phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị Từ các thông tin này có thể xác định được công thức phân tử và công thức cấu tạo của hợp chất

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

Khi chiếu bức xạ khả kiến và tử ngoại gần qua môi trường vật chất, các phân

tử sẽ hấp thụ năng lượng của chùm bức xạ một cách chọn lọc, dẫn tới sự chuyển mức năng lượng electron, cùng với những chuyển mức dao động và quay của phân

tử Tuy nhiên, trong phép gần đúng đơn giản nhất, khi xét phổ hấp thụ electron người ta thường bỏ qua những sự nhiễu loạn này

Trong trường hợp chung nhất, trong thành phần của phức chất có ion kim loại trung tâm, các phối tử và ion cầu ngoại Các phần tử này đều có khả năng hấp thụ ánh sáng, nghĩa là chúng đều có phổ riêng Do đó, phổ hấp thụ electron của một phức chất là tổ hợp của 3 phần:

- Phổ gây ra bởi sự chuyển mức electron trong ion trung tâm với cấu hình dn

- Phổ phối tử

- Phổ ion cầu ngoại

Tuy nhiên, trong thực tế, để đơn giản việc xét phổ của các phức chất trước hết xét phổ của ion trung tâm, phần đóng góp của các phối tử và ion cầu ngoại được xét thêm như những yếu tố bổ sung

Theo thuyết trường tinh thể, việc xét phổ hấp thụ electron của các phức chất kim loại chuyển tiếp được quy về việc xét sự hình thành các mức năng lượng của các ion với cấu hình dn trong các trường tĩnh điện đối xứng khác nhau gây bởi phối

tử Các đặc trưng của phổ (số lượng, vị trí và cường độ các dải hấp thụ) được quyết định bởi sơ đồ các mức năng lượng này và các quy tắc chọn lọc (quy tắc cấm spin

và quy tắc Laporte) Trong trường hợp cần giải thích cấu tạo tinh vi người ta sử dụng thuyết trường phối tử là sự kết hợp của thuyết trường tinh thể với thuyết MO

Các kiểu chuyển mức electron trong phân tử phức chất

a Chuyển mức trong nội bộ phối tử

Sự chuyển mức trong nội bộ phối tử gây ra phổ phối tử Phổ phối tử phụ thuộc vào bản chất phối tử và thường do các sự chuyển sau đây:

+ Sự chuyển n → σ* Các electron chuyển từ các obitan không liên kết lên các obitan σ* phản liên kết còn trống Sự chuyển mức này thường gặp trong các phối tử có cặp electron không liên kết như H2O, amin,

+ Sự chuyển n → π* Các electron chuyển từ các obitan không liên kết lên các obitan π* phản liên kết còn trống Sự chuyển này đặc trưng đối với các phối tử

có liên kết đôi và có cặp electron tự do như các phối tử chứa nhóm C = O, C = S và thường gây ra các cực đại hấp thụ trong vùng tử ngoại gần

+ Sự chuyển π → π* Các elecron chuyển từ các obitan π lên các obitan π* phản liên kết Sự chuyển mức này hấp thụ ánh sáng ở vùng trông thấy và tử ngoại gần, thường đặc trưng đối với các phối tử chứa liên kết đôi C = C, như olefin, vòng benzen

b Sự chuyển mức chuyển điện tích

+ Sự chuyển điện tích M → L Các electron chuyển từ các obitan phân tử về

cơ bản là những obitan d của kim loại, có năng lượng cao nhất, sang các obitan π* phản liên kết có năng lượng thấp nhất chủ yếu thuộc về phối tử Sự chuyển này thường rất đặc trưng đối với phức chất của các ion kim loại dễ bị oxy hóa như Ti2+,

V2+, Fe2+, Cu+, Co2+ và phối tử dễ bị khử

+ Sự chuyển điện tích L → M Các electron chuyển từ các obitan phân tử chủ yếu là của phối tử lên các obitan d còn trống của kim loại Sự chuyển này đặc trưng với các phức chất của các ion kim loại dễ bị khử như Hg2+, Ag+, Ti4+ và phối tử dễ bị oxi hóa như các phối tử chứa các nhóm I- , S2-

Do hấp thụ mạnh bức xạ vùng trông thấy và vùng tử ngoại gần, các dải chuyển điện tích nhiều khi che lấp cả các dải chuyển d - d

c Sự chuyển d - d

Dưới ảnh hưởng của trường phối tử các obitan d của kim loại bị tách thành các mức khác nhau Khi phân lớp d chứa từ 2 electron trở lên thì ảnh hưởng của trường phối tử cộng với tương tác lẫn nhau giữa các electron làm xuất hiện các số hạng năng lượng Sự chuyển electron giữa các số hạng năng lượng này được gọi là chuyển d - d

Sự tách các số hạng năng lượng của ion trung tâm trong các trường đối xứng khác nhau

Trong hệ nhiều electron, do tương tác giữa các electron làm phức tạp hình ảnh sắp xếp các mức năng lượng theo các trạng thái một electron Các trạng thái năng lượng có tính đến sự đẩy nhau của các electron và tương tác spin - obitan được

mô tả tương đối thỏa mãn theo sơ đồ Russel-Saunders, theo đó các số hạng năng lượng của cấu hình dⁿ như sau:

(Trong đó các số hạng 2 D, 3 F, 4 F, 5 D, 6 S là các trạng thái cơ bản

của các cấu hình tương ứng)

Trong trường phối tử các số hạng năng lượng của ion trung tâm bị tách thành các cấu tử Số mức năng lượng mà một số hạng tách ra phụ thuộc vào tính đối xứng của trường phối tử, nghĩa là phụ thuộc vào cách sắp xếp các phối tử quanh ion trung tâm Tính đối xứng của trường phối tử càng thấp, hình ảnh tách các mức năng lượng càng phức tạp Sự tách các số hạng năng lượng S, P, D, F trong các trường đối xứng khác nhau được đưa ra trong Bảng 1.2 sau đây

Bảng 1.2 Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng khác nhau

Khi có tính đến tương tác giữa các electron và biểu diễn sự phụ thuộc năng lượng của các trạng thái vào cường độ trường phối tử trên đồ thị ta thu được giản đồ các mức năng lương Giản đồ Tanabe-Sugano biểu diễn sự phụ thuộc của E/B vào

∆/B (B là hàng số Raca) trong trường đối xứng

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu

Để xác định công thức phân tử của các phức chất tổng hợp được trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất và phương pháp phổ khối lượng

Cấu tạo của các phức chất và cách phối trí của các phối tử tổng hợp được nghiên cứu bằng cách sử dụng các phương pháp phổ hiện đại như: phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C, phổ hấp thụ electron

Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và phức chất đều được nghiên cứu và đánh giá qua chỉ số IC50

2.1.2 Hóa chất

Các hóa chất được sử dụng trong tổng hợp đều là các hóa chất tinh khiết Một số hóa chất dùng làm dung môi hay chất chỉ thị được sử dụng đều là các hóa chất tinh khiết dùng trong phân tích của Trung Quốc Các dụng cụ thí nghiệm

và quá trình tổng hợp được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa sinh vô cơ, Bộ môn Hóa vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia

2.1.3 Kỹ thuật thực nghiệm

2.1.3.1 Các điều kiện ghi phổ

Phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) của các chất được ghi trên máy quang phổ FR/IR

08101 của hãng Shimadzu trong khoảng từ 4000 - 400 cm-1, tại Viện Hoá Học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Mẫu được chế tạo theo phương pháp ép viên với KBr

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C được ghi trên máy Avance - 500 MHz (Bruker) ở 300 K, trong dung môi DMSO - d6, tần số ghi phổ cộng hưởng từ proton

là 500 MHz, tần số ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C ở 125 MHz, tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Phổ khối lượng (MS) được ghi trên máy Varian MS 320 3Q - Ion Trap theo phương pháp ESI tại Phòng cấu trúc, Viện Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Dung môi được sử dụng là DMF, điều kiện ghi mẫu: vùng đo m/z : 50 - 2000; áp suất phun mù 30 psi; tốc độ khí làm khô 8 lit/ph; nhiệt độ làm khô 325oC; tốc độ khí 0,4 ml/ph; chế độ đo possitive

Phổ hấp thụ electron UV-Vis của chất được ghi trên thiết bị đo phổ hấp thụ UV-Vis -NIR tại viện Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Mẫu được chụp ở dạng bột mịn

Hoạt tính sinh học của các hợp chất được thử tại Phòng thử hoạt tính sinh học, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.1.3.2 Xác định hàm lượng kim loại trong phức chất

Để xác định hàm lượng ion kim loại trong các phức chất chúng tôi sử dụng phương pháp chuẩn độ complexon

a Phá mẫu phức kẽm hoặc đồng

Cân chính xác một lượng mo gam mẫu trong khoảng 0,03 ÷ 0,05 gam, chuyển vào bình Kendan Thấm ướt mẫu bằng vài giọt H2SO4 đặc rồi đun trên bếp điện cho tới khi mẫu tan hết Để nguội một ít, rồi nhỏ vào đó 2 ml dung dịch H2O230%, tiếp tục đun cho tới khi có khói trắng thoát ra Lặp lại công đoạn như vậy cho