Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất Pd(II) với thiosemicacbazon axetophenon

Nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với NiII [1, 31] và ZnII [14] bằng các phương pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đưa ra kết luận rằng l

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN ĐÌNH TÂN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT Pd(II) VỚI THIOSEMICACBAZON AXETOPHENON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Đình Tân

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT Pd(II) VỚI THIOSEMICACBAZON AXETOPHENON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

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 Thuận Thành số 2- Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp

đỡ và động viên em trong suốt khóa học

Em xin chân thành cảm ơn NCS Nguyễn Thị Bích Hường Khoa Hóa Trường ĐHKH Tự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình thực nghiệm

Hà nội, tháng 12 năm 2014 Tác giả luận văn

Nguyễn Đình Tân

MỤC LỤC

Trang

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 thiosemicacbazit và thiosemicacbazon………

4 1.2 Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng……… 7

1.3 Giới thiệu về pladi……… 9

1.3.1 Pladi……… 9

1.3.2 Khả năng tạo phức……… 10

1.4 Các phương pháp nghiên cứu phức chất……… 10

1.4.1 Phương pháp phổ khối lượng……… 10

1.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại……… 12

1.4.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân……… 14

1.4.4 Phổ hấp thụ electron (UV- Vis)………

1.4.4.1 Các kiểu chuyển mức electron trong phân tử phức chất……

20 21

a Chuyển mức trong nội bộ phối tử ……… 21

b Sự chuyển mức chuyển điện tích……… 21

c Sự chuyển d – d……… 22

1.4.4.2 Sự tách các số hạng năng lượng của ion trung tâm

trong các trường đối xứng khác nhau………

22 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM……… 24

2.1 Hóa chất và dụng cụ………

2.2 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực nghiệm………

24 24

2.2.1 Tổng hợp phối tử……… 24

a.Tổng hợp thiosemicacbazon axetophenon (Hthacp) 25

b.Tổng hợp phối tử 4-metyl thiosemicacbazon axetophenon (Hmthacp) c. Tổng hợp phối tử 4-allyl thiosemicacbazon axetophenon (Hathacp)

25 25

2.2.2 Tổng hợp phức chất……… 26

a Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hthacp: Pd(thacp)2 27

b Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hmthacp: Pd(mthacp)2 27

c Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hathacp: Pd(athacp)2 28

2.3 Điều kiện ghi phổ……… 28

2.4 Phân tích nguyên tố……… 28

2.5 Thăm dò hoạt tính sinh học của các phối tử, các phức chất……… 29

2.5.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định……… 29

2.5.2. Các chủng vi sinh vật kiểm định……… 29

2.5.3. Môi trường thử nghiệm……… 30

2.5.4. Mẫu kháng sinh chuẩn………. 30

2.5.5. Cách tiến hành……… 30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… 32

3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất……… 32

3.2 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng ……… 32

3.2.1 Phổ khối lượng của Pd(thacp)2 32

3.2.2 Phổ khối lượng của Pd(mthacp)2……… 33

3.2.3 Phổ khối lượng của Pd(athacp)2……… 35

3.3 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………… 36

3.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử và phức chất……… 41

3.4.1 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử Hthacp, Hmthacp và Hathacp trong dung môi DMSO………

41 3.4.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phức chất Pd(thacp) 2 , Pd(mthacp) 2 và Pd(athacp) 2 trong dung môi DMSO………

49 3.5 Nghiên cứu phối tử và phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ electron… 56 3.6 Kết quả thử hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất……… 59

KẾT LUẬN……… 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 64

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit 13 1.2 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hth 18 1.3 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hmth 19 1.4 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hmth 19 1.5 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hath 19 1.6 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hath 19 1.7 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của acp 20 1.8 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa acp 20 1.9 Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng khác nhau 23 2.1 Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng 26 2.2 Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan 27 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất 32 3.2 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng Pd(thacp)2 33 3.3 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng Pd(mthacp)2 34 3.4 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng Pd(athacp)2 35 3.5 Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ của Hthacp, Pd(thacp)2, Hmthacp,

Pd(mthacp)2, Hathacp và Pd(athacp)2

40

3.6 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR của các phối tử 48 3.7 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C-NMR của các phối tử 48 3.8 Các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ proton của các phức chất trong

dung môi DMSO

53

3.9 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của các phức chất trong

dung môi DMSO

54

3.10 Các cực đại hấp thụ trên phổ UV – Vis của các phối tử và các phức chất 58

2.2 Sơ đồ tổng hợp các phức chất giữa Pd(II) với các phối tử

N(4) - thiosemicacbazon

26

3.10 Phổ cộng hưởng từ proton của thiosemicacbazit (Hth) 42 3.11 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hthacp 43 3.12 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hthacp 43 3.13 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hmthacp 44 3.14 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hmthacp 44 3.15 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hathacp 45 3.16 Phổ cộng hưởng từ C13 của phối tử Hathacp 45

3.17 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(thacp)2 50 3.18 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Pd(thacp)2 50 3.19 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(mthacp)2 51 3.20 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Pd(mthacp)2 51 3.21 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(athacp)2 52 3.22 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Pd(athacp)2 52 3.23 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(thacp)2 trong DMSO 56 3.24 Phổ UV- Vis của phối tử Hthacp và phức chất Pd(thacp)2 57 3.25 Phổ UV- Vis của phối tử Hmthacp và phức chất Pd(mthacp)2 57 3.26 Phổ UV- Vis của phối tử Hathacp và phức chất pd(athacp)2 58 3.27 Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm 61

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Hath: N(4)-allyl thiosemicacbazit

Hthacp: Thiosemicacbazon axetophenon

Hmthacp: 4-metyl thiosemicacbazon

axetophenon

C

CH 3

N N H

C

NHCH3 S

C

CH3

N N H

C

NH2

S

N H

C NH

S

3 H5

Hathacp: 4-allyl thiosemicacbazon

axetophenon

C

CH3

N N H

C NHC3H5

S

MỞ ĐẦU

Phức chất đã và đang là đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đối với y học trong việc chống lại một số dòng vi khuẩn, virut Trong số đó, phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, có khả năng tạo hệ vòng lớn có cấu tạo gần giống với cấu trúc của các hợp chất trong cơ thể sống được quan tâm hơn cả Một trong số các phối tử kiểu này là thiosemicacbazon và các dẫn xuất của nó Các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này rất phong phú vì thiosemicacbazon rất đa dạng về thành phần, cấu trúc và kiểu phản ứng Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, kể cả hoạt tính chống ung thư của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng đăng trên các tạp chí Hóa học, Dược học và Y- sinh học v.v

Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các

thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các kim loại khác nhau, nghiên cứu cấu tạo và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng

Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh học - y học khác như không độc, không gây hiệu ứng phụ để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và vật nuôi

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 của phức chất Pd(II) với thiosemicacbazon axetophenon ”

Nội dung chính của luận văn là:

- Tổng hợp ba phối tử thiosemicacbazon axetophenon , N(4) - metyl thiosemicacbazon axetophenon và N(4) - allyl thiosemicacbazon axetophenon

- Tổng hợp 3 phức chất của 3 phối tử trên với Pd(II)

- Nghiên cứu cấu tạo của các phức chất bằng các phương pháp phổ khác nhau

- Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của một số chất đại diện Chúng tôi hi vọng rằng, các kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon và hoạt tính sinh học của chúng

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

1.1.1 Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon

Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, núng chảy ở 181-183oC Kết quả nghiờn cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phõn tử cú cấu trỳc như sau:

a cb 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

Khi thay thế một nguyờn tử hiđro trong nhúm N(4)H2 bằng cỏc gốc hiđrocacbon khỏc nhau thỡ thu được cỏc dẫn xuất thế của thiosemicacbazit Vớ dụ: 4-phenyl thiosemicacbazit,4-etyl thiosemicacbazit, 4-metyl thiosemicacbazit, 4- allyl thiosemicacbazit…

Khi thiosemicacbazit hoặc dẫn xuất thế của nú ngưng tụ với cỏc hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành cỏc thiosemicacbazon tương ứng theo sơ đồ 1.1 (R’’: H, CH3,

S

N HR'' N

C

R R' O

C

R R'

C R

Sơ đồ 1.1: Cơ chế phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon

Phản ứng này xảy ra rất dễ dàng trong mụi trường axit theo cơ chế AN Trong điều kiện thường, phản ứng ngưng tụ chỉ xảy ra ở nhúm N(1)H hiđrazin [4] vỡ trong

số các nguyên tử N của thiosemicacbazit cũng như dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên

từ nhóm amin sang nguyên tử S và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại

H NH2

NH2N C

S NH2

NH2N C S N

H2

NH2N C S N

N C

S NH2M

M

M cis

trans D¹ng thion D¹ng thiol

phøc chÊt d¹ng cis

(cÊu h×nh trans) (cÊu h×nh cis)

phøc chÊt d¹ng trans

Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit

Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác

Nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với Ni(II) [1, 31] và Zn(II) [14] bằng các phương pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đưa ra kết luận rằng liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại được thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi tạo phức phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis Kết luận này cũng được khẳng định khi các tác giả [13,16] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một

số ion kim loại như Pt(II), Pd(II), Co(II)

Như vậy, thiosemicacbazit có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N(1) Để thực hiện kiểu phối trí này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ nguyên tử 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 Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về lập thể, thiosemicacbazit cũng thể hiện là 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 Ag(I) [23]

Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các thiosemicacbazon phong phú cả về số lượng và tính chất Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon

và các dẫn xuất của chúng luôn có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại

Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa các nguyên tử có khả năng tạo phức thì thiosemicacbazon là phối tử hai càng giống như thiosemicacbazit Đó là các thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal, menton …

N

NHR

S H

M

dạng thion dạng thiol tạo phức

Sơ đồ 1.3: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R (H, CH 3 , C 3 H 5 , C 6 H 5 …))

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(1) qua hai hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức, thiosemicacbazon này thường có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng 3 với bộ nguyên tử cho: D, N(1), S Ví dụ: thiosemicacbazon hay dẫn xuất thế N(4) - thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa hay H2pthsa), isatin (H2this hay H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpy hay

H2pthpy) Trong các phức chất của chúng với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+ , các phối tử này có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vòng 5 hoặc 6 cạnh bền [1,3,6] Mô hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng [1,3] như sau:

N N S

M D

a)

N N S

H

M D

C NHR''

S

R C C R'

N

N

SH NHR

Trong một số ít trường hợp, do khó

khăn về lập thể các thiosemicacbazon mới thể

hiện vai trò của phối tử một càng [24,25] Ví

dụ như phức chất của Cu(II) với 4-phenyl

S N

N N N

-( I) ( II )

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

Các phức chất của thiosemicacbazon được quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý nghĩa khoa học mà còn vì các hợp chất này còn nhiều khả năng ứng dụng trong thực tiễn

Trong các ứng dụng thực tế, người ta đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi Domagk Sau phát hiện của Domagk, hàng loạt tác giả khác [10,11,17,32] cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng Tác giả [35] cho rằng tất cả các thiosemicacbazon có dẫn xuất thế para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi trùng lao Trong đó, p-axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1) được xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu nghiệm nhất hiện nay

Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin-3, 4-etylsunfobenzanđehit (TB3) và pyriđin-4, cũng đang được sử dụng để 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 (+)

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 Phức chất của đồng(II) với thiosemicacbazit có khả năng

ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [22]

Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất với một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, Mo Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),

NH C C

thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức chất của chúng với Cu(II), Mo(III) và Mo(V) Kết quả thử hoạt tính sinh học cho thấy các phức chất đều có khả năng kháng khuẩn mạnh hơn các phối tử tương ứng

và cả hai phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đều có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS với chỉ

số tương ứng là 43,99% và 36,8%

Tiếp sau đó, các tác giả [3, 6] đã tổng hợp và nghiên cứu phức chất của Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon Kết quả cho thấy, các phức chất của Pt(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon furanđehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư gan, ung thư màng tim, ung thư màng tử cung Phức chất của Pt(II) với 4-metyl thiosemicacbazon isatin, 4-metyl thiosemicacbazon furanđehit đều có khả năng ức chế tế bào ung thư màng tim và ung thư biểu mô ở người

Tác giả [7] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicacbazon mà hợp chất cacbonyl có nguồn gốc

từ tự nhiên như octanal, campho, xitronenlal, mentonua Trong số đó, phức chất Cu(II) của các phối tử thiosemicacbazon xitronenal và thiosemicacbazon menton đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thư gan và phổi

Ngoài ứng dụng trong y, dược học, gần đây người ta còn phát hiện ra nhiều khả năng ứng dụng mới của thiosemicacbazon và phức chất của chúng trong các lĩnh vực xúc tác, chống ăn mòn kim loại, phân tích hóa học v.v… Sivadasan Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác gồm phức chất của thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền polistiren [15] Đây là những chất xúc tác dị thể được sử dụng trong phản ứng tạo nhựa epoxit từ xiclohexen và stiren Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck) [19]

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 4-metyl thiosemicacbazon, 4-phenyl thiosemicacbazon của 2-axetylpyriđin đối với

thép nhẹ (98%Fe) Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của chất đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67% [12,20]

Các thiosemicacbazon cũng được sử dụng trong hóa học phân tích để tách cũng như xác định hàm lượng của nhiều kim loại Ví dụ: phương pháp trắc quang

đã được sử dụng để xác định hàm lượng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại hạt dựa trên khả năng tạo phức của chúng với 1-phenyl-1,2-propanđion-2-oximthiosemicacbazon [29], xác định hàm lượng Zn(II) trong cơ thể người và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinon monophenyl thiosemicacbazon [35]… Nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [36] đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và xác định hàm lượng các ion kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Hg và Cd Bên cạnh

đó, 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 benzil (bisthiosemicacbazon) [37]; điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylandehit thiosemicacbazon [38]; điện cực chọn lọc ion Al3+ trên cơ sở glyoxal (bisthiosemicacbazon) [39]…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 ứng dụng của thiosemicacbazon

1.3 GIỚI THIỆU VỀ PALAĐI

1.3.1 Giới thiệu chung

Palađi là kim loại thuộc họ platin - một trong số những kim loại quí, màu xám nhạt, tương đối mềm, nhẹ nhất, dễ nóng chảy nhất và có khả năng phản ứng cao nhất trong số các kim loại họ platin Trong các hợp chất, palađi thể hiện số oxi hoá + 2, + 4 Trong đó, trạng thái oxi hoá + 4 như PdO2, K2[PdCl6] có tính oxi hoá mạnh, không bền Trong tự nhiên, nguyên tố palađi tồn tại một số đồng vị có % về khối lượng tương đối đồng đều

102

Pd : 0,96% 104Pd : 10,97% 105Pd : 22,21%

106

Pd : 27,30% 108Pd : 26,93% 110Pd : 11,83%

1.3.2 Khả năng tạo phức

Ion Pd2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s24p64d8, bền trong môi trường nước, dung dịch loãng có màu vàng, dung dịch đặc hơn có màu vàng sẫm đến nâu Cũng như các ion kim loại nhóm d khác, nó có khả năng tạo phức với hầu hết các phối tử cho electron như Cl–, I–, CN–, SCN– Các phức chất này phổ biến

có số phối trí bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như [PdCl4]2–, [PdI4]2– [6]

Pd Cl

Trong một số phức chất ion Pd2+ cũng thể hiện số phối trí 5, 6 có nghĩa là có

sự tương tác yếu giữa ion trung tâm với các phối tử phía trên và phía dưới mặt phẳng phân tử Ví dụ như ion phức [Pd(ĐMG)2OH]– (ĐMG: đimetylglioxim) có số phối trí 5 với cấu trúc tháp đáy vuông hình thành khi palađi đimetylglioximat tan trong môi trường kiềm hay phức chất [Pd(o-C6H4AsMe2)2]I2 có cấu trúc bát diện biến dạng kiểu tứ phương với số phối trí 6

Paladi (II) có khả năng tạo phức chất

vòng càng với đimetylglioxim trong dung dịch

NH3 loãng Phản ứng tạo phức này được dùng

để định tính và định lượng Pd(II)

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT

1.4.1 Phương pháp phổ khối lượng

Phương pháp phổ khối là phương pháp khá 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 chính xác phân tử khối của các hợp chất

Phức chất của Pd(II) với đimetylglioxim

Pd

Cơ sở của phương pháp phổ khối lượng đối với các chất hữu cơ là sự bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phần tử mang năng lượng cao để biến chúng thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành các mảnh ion, các gốc Tuỳ thuộc vào cấu tạo và tính chất của chất nghiên cứu mà người ta chọn phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá thích hợp

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 Tuy nhiên, trong số các phương pháp trên, phương pháp bụi electron phù hợp nhất

và được sử dụng để nghiên cứu các phức chất của kim loại Ưu điểm của phương pháp này là năng lượng ion hoá thấp do đó không phá vỡ hết các liên kết phối trí giữa kim loại và phối tử Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thông tin khác nhau như khối lượng phân tử chất nghiên cứu, các mảnh ion phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị Từ các thông tin này có thể xác định được công thức phân tử của phức chất

Khi trong phức chất nghiên cứu chứa nguyên tử của các nguyên tố có nhiều đồng vị thì pic ion phân tử sẽ tồn tại dưới dạng một cụm pic của các pic đồng vị Cường độ tương đối giữa các pic trong cụm pic đồng vị cho ta thông tin để xác nhận thành phần phân tử của hợp chất nghiên cứu Muốn vậy, người ta đưa ra công thức phân tử giả định của hợp chất nghiên cứu, tính toán lý thuyết cường độ tương đối của các pic đồng vị Sau đó so sánh với cường độ của các pic trong phổ thực nghiệm để đánh giá sự tương quan giữa lý thuyết và thực nghiệm, từ đó có thể khẳng định công thức phân tử phức chất giả định là hợp lý hay không Việc tính toán lý thuyết được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm Isotope Distribution Calculator

Trong phổ khối lượng, ngoài việc khai thác thông tin từ pic ion phân tử người ta còn khai thác thông tin từ các mảnh ion phân tử Dựa trên các mảnh ion phân tử nhận được từ khối phổ có thể đưa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh

của phân tử nghiên cứu Hiện nay, có rất ít công trình công bố về sơ đồ phân mảnh dựa trên việc nghiên cứu khối phổ của phức chất

1.4.2 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

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 dao động quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị Sự hấp thụ xảy ra khi tần số 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 [7]:

vị trí và sự thay đổi về cường độ chúng ta sẽ thu được một số thông tin về mô hình tạo phức của phối tử

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 các tính toán lý thuyết để đưa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn Vì vậy, việc quy kết các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất của chúng còn chủ yếu dựa vào phương pháp gần đúng dao động nhóm Hiện nay, sự quy kết các dải hấp thụ trong phổ của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon vẫn chưa hoàn toàn thống nhất

Tài liệu [1] đã tổng quan khá hệ thống các nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit và qui kết các dải hấp thụ chính như ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit

2500 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 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 N = C 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 xung 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, nếu là axit cacboxylic xuất hiện thêm dải hấp thụ của nhóm OH quanh 2500 - 3500 cm-1, tuy nhiên vùng này cũng có dải hấp thụ đặc trưng cho dao động nhóm NH Khi đó, chúng ta cần xét đến đặc điểm của dải hấp thụ đó: OH xuất hiện với pic rộng và tù còn NH xuất hiện với pic rộng nhưng nhọn Dải dao động của nhóm OH ở khoảng 3200 - 3500 cm-1thường bị biến mất khi chuyển vào phức chất, đây là bằng chứng cho sự tạo phối trí giữa nguyên tử O của nhóm OH với ion kim loại trung tâm

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 N=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, 4], 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

1.4.3 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 các 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 Phổ cộnghưởng từ hạt nhân 1

H 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

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 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 [2, 7]

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 đơterri 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 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:

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 [14, 15] 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 [7] 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 [11, 13, 35] 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; và 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 [26] 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 và proton của

OH ở khoảng 12 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 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 Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C, tín hiệu cộng hưởng của cacbon nhóm

CS thay đổi không đáng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất, thường trong khoảng 175 ppm Tín hiệu cộng hưởng của cacbon nhóm C = N lại thay đổi nhiều, khi chuyển từ phối tử vào phức chất Trong phối tử, cacbon nhóm này cộng hưởng trong khoảng 140 ppm còn trong phức chất cacbon này cộng hưởng ở khoảng 150 ppm Cacbon trong vòng benzen thường cộng hưởng trong khoảng 110 - 130 ppm trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của thiosemicacbazon và thường thay đổi

không đáng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất Tín hiệu cộng hưởng của cacbon gốc metyl thường xuất hiện trong khoảng 30 ppm, cacbon gốc allyl cộng hưởng trong khoảng khá rộng từ 40 - 140 ppm

Sau đây là phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C (chuẩn) của các hợp chất đầu được sử dụng để tổng hợp phối tử trong luận văn này Phổ chuẩn và sự gán ghép các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C (chuẩn) của các chất đầu này được chúng tôi tham khảo trên trang web: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/, đây là trang web về thư viện phổ chuẩn của Viện Khoa học - Công nghệ Nhật bản (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan) Phổ chuẩn của các hợp chất trong thư viện này gồm: phổ 1H-NMR, 13C-NMR, MS, FT-IR, Raman, ESR Theo con số thống kê tính đến tháng 5 năm 2011, trong thư viện này đã xây dựng được: 34000 phổ chuẩn trong đó đã xây dựng được phổ của cộng hưởng từ proton của 15400hợp chất, phổ của cộng hưởng từ hạt nhân 13C của 13600 hợp chất Các phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C được xây dựng bởi T.Yamaji, T.Saito, K.Hayamizu, M.Yanagisawa

và O.Yamamoto

(chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth)

Bảng 1.2 Các tín hiệu cộng hưởng trong

Vị trí, ppm Qui kết

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

của N(4)-metyl thiosemicacbazit (Hmth)

Bảng 1.3 Các tín hiệu cộng hưởng trong

Vị trí, ppm Quy kết 8,55 N(2)H 7,81 N(4)H 4,42 N(1)H 2

1 H2N

2 H

3 C N4H2S

H2N (1) H

N(2) C

S H

N(4) CH3

Hình 1.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C

(chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

Bảng 1.4 Các tín hiệu cộng hưởng trong

Vị trí, ppm Qui kết

Hình 1.4 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

của N(4)-allyl thiosemicacbazit (Hath)

Bảng 1.5 Các tín hiệu cộng hưởng trong

(chuẩn) của N(4)-allyl thiosemicacbazit(Hath)

Bảng 1.6 Các tín hiệu cộng hưởng trong

5 CH3

NH2

N H C S

NH

CH2 CH CH2

1 2 3

4

5 6 7

NH2

NH C S

NH

CH2 CH CH2

1 2 3 4

5 6 7

Hình 1.7 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C

Bảng 1.8 Các tín hiệu cộng hưởng trong

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

1.4.4.1 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

1.4.4.2 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 - obital được mổ 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 1.9 sau đây

Khi tương tác giữa trường phối tử và electron của ion trung tâm lớn hơn tương tác giữa các electron đó với nhau thì trường phối tử được gọi là trường mạnh, ngược lại trường phối tử đó được gọi là trường yếu

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

Bảng 1.9 Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng khác nhau

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ

● 4-metyl thiosemicacbazit (PA, Merck)

● 4-allyl thiosemicacbazit (PA, Merck)

● Thiosemicacbazit (PA, Merck)

● Hợp chất cacbonyl: axetophenon (PA,

Merck)

● Etanol (PA, Trung Quốc)

● PdCl2 (PA, Trung Quốc)

● Dung dịch amoniac loãng

● Dung dịch axit HCl loãng

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

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp các phối tử thiosemicacbazon

(R là H, CH 3 hoặc C 3 H 5 )

a, Tổng hợp thiosemicacbazon axetophenon (Hthacp)

Hoà tan 0,91 g (0,01 mol) thiosemicacbazit trong 30 ml nước đã được axit hoá bằng dung dịch HCl sao cho môi trường có pH bằng 1 - 2 Sau đó đổ từ từ dung dịch này vào 30 ml dung dịch etanol có chứa 1- 2 ml (0,01 mol) axetophenon Hỗn hợp này được khuấy ở nhiệt độ phòng trên máy khuấy từ trong 2 giờ Khi đó từ dung dịch sẽ tách ra kết tủa màu trắng mịn Lọc kết tủa trên phễu lọc đáy thuỷ tinh xốp, rửa bằng nước, hỗn hợp etanol - nước, cuối cùng bằng etanol Làm khô chất rắn thu được đến khối lượng không đổi với hiệu suất tổng hợp 80%, từ việc lọc rửa trong bình hút ẩm đến khô để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

b, Tổng hợp phối tử 4-metyl thiosemicacbazon axetophenon (Hmthacp)

Phối tử Hmthacp được tổng hợp bằng cách khuấy đều hỗn hợp gồm 30 ml dung dịch nước chứa 1,05 g (0,01 mol) 4-metyl thiosemicacbazit, có pH bằng 1 - 2

và 20 ml dung dịch etanol có chứa 1- 2 ml (0,01 mol) axetophenon trên máy khuấy

từ ở nhiệt độ phòng cho tới khi thấy các kết tủa trắng tách ra thì khuấy thêm 2 giờ nữa để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn Lọc kết tủa thu được trên phễu lọc thuỷ tinh xốp, rửa nhiều lần bằng nước cất, hỗn hợp etanol - nước, etanol Làm khô chất rắn thu được đến khối lượng không đổi với hiệu suất tổng hợp 80%, từ việc lọc rửa trong bình hút ẩm đến khô để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

c, Tổng hợp phối tử 4-allyl thiosemicacbazon axetophenon (Hathacp)

Phối tử Hathacp được tổng hợp bằng cách khuấy đều hỗn hợp gồm 30 ml dung dịch nước chứa 1,31 g (0,01 mol) 4-allyl thiosemicacbazit, có pH bằng 1 - 2

và 20 ml dung dịch etanol có chứa 1- 2 ml (0,01 mol) axetophenon trên máy khuấy

từ ở nhiệt độ phòng cho tới khi thấy các kết tủa trắng tách ra thì khuấy thêm 2 giờ nữa để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn Lọc kết tủa thu được trên phễu lọc thuỷ tinh xốp, rửa nhiều lần bằng nước cất, hỗn hợp etanol-nước- etanol Làm khô chất rắn thu được đến khối lượng không đổi với hiệu suất tổng hợp 80%, từ việc lọc rửa trong bình hút ẩm đến khô để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

Sau khi lọc rửa xong và làm khô trong bình hút ẩm, thử sơ bộ độ tan của các phối tử ta thu được một số kết quả như được liệt kê trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng

thiosemicacbazit Hmth Hmthacp

trắng mịn

etanol, axeton, DMF…

thiosemicacbazit Hath Hathacp

trắng mịn

etanol, axeton, DMF…

a Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hthacp: Pd(thacp) 2

Phức chất Pd(thacp)2, được tổng hợp bằng cách khuấy đều hỗn hợp của 10

ml dung dịch muối PdCl2 0,2M (0,002 mol) đã được điều chỉnh môi trường bằng dung dịch NH3 (pH = 9 - 10) và 30 ml etanol nóng có hoà tan 0,772 g Hthacp (0,004 mol) Khi đó từ dung dịch thấy tách ra kết tủa màu da cam đối với phức của

Pd(thacp)2, tiếp tục khuấy hỗn hợp này trong vòng 1 giờ Sau đó tiến hành lọc trên phễu lọc đáy thuỷ tinh xốp và rửa bằng nước, hỗn hợp etanol - nước, etanol và cuối cùng bằng đietylete Chất rắn được làm khô trong bình hút ẩm đến khối lượng không đổi với hiệu suất tổng hợp 70% để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

b Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hmthacp: Pd(mthacp) 2

Hoà tan hoàn toàn 0,828 g (0,004 mol) Hmthacp trong 30 ml etanol nóng rồi

đổ từ từ vào dung dịch của 10 ml muối PdCl2 0,2M (0,002 mol) đã được điều chỉnh môi trường bằng NH3 đặc (pH: 9 - 10) Vừa đổ vừa khuấy đều hỗn hợp trên máy khuấy từ ở 40oC cho tới khi thấy xuất hiện kết tủa màu da cam phức của Pd(mthacp)2 thì khuấy tiếp 1 giờ nữa ở nhiệt độ phòng Lọc rửa kết tủa trên phễu lọc đáy thuỷ tinh xốp bằng nước, hỗn hợp etanol - nước, etanol và cuối cùng bằng đietylete Chất rắn được làm khô trong bình hút ẩm đến khối lượng không đổi với hiệu suất tổng hợp 70% để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

c Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hathacp: Pd(athacp) 2

Hoà tan hoàn toàn 0,932 g (0,004 mol) Hathacp trong 30 ml etanol nóng rồi

đổ từ từ vào dung dịch của 10 ml muối PdCl2 0,2M (0,002 mol) đã được điều chỉnh môi trường bằng NH3 đặc (pH: 9 - 10) Vừa đổ vừa khuấy đều hỗn hợp trên máy khuấy từ ở 40oC cho tới khi thấy xuất hiện kết tủa màu da cam phức của

Pd(athacp) 2 thì khuấy tiếp 1 giờ nữa ở nhiệt độ phòng Lọc rửa kết tủa trên phễu lọc đáy thuỷ tinh xốp bằng nước, hỗn hợp etanol - nước, etanol và cuối cùng bằng đietylete Chất rắn được làm khô trong bình hút ẩm đến khối lượng không đổi với hiệu suất tổng hợp 70% để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo

Bảng 2.2 Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan

1 Hthacp Pd(thacp)2 Vàng cam axeton, DMF, CHCl3…

2 Hmthacp Pd(mthacp)2 Vàng cam axeton, DMF, CHCl3…

3 Hathacp Pd(athacp)2 Vàng cam axeton, DMF, CHCl3…

2.3 ĐIỀU KIỆN GHI PHỔ

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

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

Phổ cộng hưởng từ (1H-NMR, 13C-NMR) của các chất được ghi trên máy Bruker- 500MHz ở 300K, trong dung môi d6-DMSO, tại Viện Hoá học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Phổ khối lượng (MS) của các phức chất được ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL tại Phòng cấu trúc, Viện Hoá học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Các mẫu phân tích được đo trong điều kiện: vùng đo m/z : 50 - 2000; áp suất phun mù 30 psi; tốc độ khí làm khô 8 lít/phút; to làm khô 325oC; tốc độ thổi khí 0,4ml/phút; chế độ đo possitive

2.4 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG PALAĐI TRONG PHỨC CHẤT

Để xác định hàm lượng của palađi trong phức chất chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích trọng lượng bằng cách kết tủa palađi(II) bằng đimetylglyoxim

+ Qui trình cụ thể:

Cân một lượng chính xác mo gam mẫu trong khoảng 0,03 đến 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 2ml dung dịch H2O230%, 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 vàng nhạt đối với phức của Pd(II)

Để nguội dung dịch thu được, sau đó chuyển vào cốc và pha loãng thành 50ml Chỉnh môi trường bằng dung dịch NH3 loãng cho tới khi pH = 2 - 4 Thêm vào đó từng giọt dung dịch đimetyl glyoxim (1,5% trong etanol) tới khi không thấy kết tủa mới xuất hiện, thêm tiếp 5ml nữa để đảm bảo dư đimetyl glyoxim Kết tủa được để lắng qua đêm sau đó lọc bằng phễu lọc thuỷ tinh xốp (có khối lượng ban đầu m1 gam (sau khi sấy ở 120o trong 10 giờ)) Sau đó sấy phễu chất ở 120o (trong

10 giờ) Cân tổng khối lượng phễu lọc và kết tủa (m2 gam) Từ đây ta tính được lượng Pd có trong mẫu ban đầu lần lượt theo công thức:

2.5.1 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được thực hiện dựa trên phương pháp: Đánh giá hoạt tính kháng sinh bằng phương pháp khuếch tán

Nguyên tắc: Mẫu thử (có chứa hoạt chất thử) được đặt lên lớp thạch dinh dưỡng đã cấy VSV kiểm định, hoạt chất từ mẫu thử khuếch tán vào môi trường thạch sẽ ức chế sự phát triển của VSV kiểm định tạo thành vòng vô khuẩn (vụ nấm)

2.5.2 Các chủng vi sinh vật kiểm định

Bao gồm những vi khuẩn và nấm kiểm định gây bệnh ở người:

* Vi khuẩn Gram (-):

- Escherichia coli ATCC 25922(E coli): Vi khuẩn gram (-), gây một số bệnh về

đường tiêu hoá như viêm dạ dày, viêm đại tràng, viêm ruột, viêm lỵ trực khuẩn

- Salmonella typhy DT 220(S typhi): Vi khuẩn gram (-), vi khuẩn gây bệnh thương

hàn, nhiễm trùng đường ruột ở người và động vật

- Shigella flexneri DT 112(S flexneri): Gây bệnh bệnh lỵ trực trùng ở trẻ em

* Vi khuẩn Gram (+):

- Bacillus cereus ATCC 9946 (B cereus): Là trực khuẩn gram (+), sinh bào tử,

thường không gây bệnh

- Staphylococcus aureus ATTC 1228 (S Aureus): Cầu khuẩn gram (+), gây mủ

các vết thương, vết bỏng, gây viêm họng, nhiễm trùng có mủ trên da và các cơ quan nội tạng

- Bacillus subtilis ATCC 10241(B pumillus): là trực khuẩn cỏ khô hoặc trực

khuẩn cỏ có khả năng tạo bào tử, có khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường

khắc nghiệt

- Vi nấm : Aspergillus sp VSSH1402 (Asp.sp)

2.5.3 Môi trường thử nghiệm

a Môi trường canh thang nuôi cấy VK kiểm định:

NaCl 0,5% ; Pepton 0,5% ; cao thịt 0,3% ; nước vđ 100ml

b Môi trường thạch thường :

NaCl 0,5% ; Pepton 0,5% ; cao thịt 0,3% ; thạch 1,6% ; nước vđ 100ml

c Môi trường Sabouraud:

Pepton 1%; glucose 2%; thạch 1,6 %, nước vừa đủ 100 ml

2.5.4 Mẫu kháng sinh chuẩn

Streptomycin : 20 IU/ml đối với vi khuẩn Gr(-)

Benzathin penicillin: 20 IU/ml đối với vi khuẩn Gr(+)

Kháng sinh chống nấm itraconazol 400 μg/ml pha trong methanol

2.5.5 Cách tiến hành

- Các khoanh giấy lọc vô trùng và đã được sấy khô được tẩm 3 lần với dung

dịch mẫu thử (kháng sinh chuẩn), sau mỗi lần tẩm các khoanh giấy lọc có chứa

mẫu thử (hoặc chuẩn) đều được sấy trên nhiệt độ < 60oC đến khô hết dung môi

- Chuẩn bị môi trường và cấy VSV kiểm định:

VSV kiểm định được cấy vào môi trường canh thang, rồi nuôi cấy cho phát

triển trong tủ ấm 37oC trong thời gian 18-24 giờ đến nồng độ 107 tế bào/ml (kiểm

tra bằng pha loãng và dãy dịch chuẩn) (Nấm mốc được nuôi trên môi trường

Sabouraud thạch nghiêng ở 28 oC trong 5 ngày, rồi sử dụng dung dịch xà phòng

0,2% vô trùng lấy đính bào tử với nồng độ 105 bào tử/ml) Môi trường thạch

thường (cũng như Sabouraud cho vi nấm) vô trùng (tiệt trùng 118oC/30 phút) được

làm lạnh về 45-500C và được cấy giống VSV kiểm định vào với tỷ lệ 2,5 ml/ 100