Nghiên cứu quy trình tổng hợp và khảo sát một số đặc trưng của vật liệu phức hợp sắt polymaltose (IPC) từ muối sắt Fe2(SO4)3 7h2o

Thuộc nhóm cacbohydrat, polymaltose có khả năng phản ứng với sắt tạo ra phức sắt tan trong nước đáp ứng được các nhu cầu chữa bệnh gồm độc tính thấp, dễ kết hợp với máu và có độ ổn định

Nguyễn Thị Dung K35C - Húa

Tr-ờng đại học s- phạm hà nội 2

muối sắt fe2(SO4)3 7H2O

Khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học Th.S Nguyễn thị hạnh

Hà Nội - 2013

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ths Nguyễn Thị Hạnh, người đã giành nhiều thời gian quý báu của mình để tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Quốc Hương, TS Vũ Duy Hiển, TS Phan Thị Ngọc Bích, KS Phạm Văn Lâm và KS Quản Thị Thu Trang

đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được tìm tòi, học hỏi, tham gia nghiên cứu, đồng thời cũng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Quang, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Hóa học - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2

đã luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực tập tại Viện Hóa Học - Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các anh, các chị, các bạn cùng thực tập, nghiên cứu trong phòng hóa Vô cơ đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực tập

Hà Nội, tháng 5, năm 2013

Sinh viên

Nguyễn Thị Dung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Thiếu máu do thiếu sắt 4

1.1.1 Vai trò của sắt với sự sống 4

1.1.2 Nhu cầu chất sắt trong cơ thể con người 6

1.1.3 Nguyên nhân gây thiếu sắt 6

1.1.4 Hậu quả khi thiếu sắt 7

1.1.5 Một số loại hợp chất chứa sắt dùng điều trị thiếu máu do thiếu sắt………… 8

1.2 Giới thiệu chung về muối sắt (III) sunfat: Fe2(SO4)3.7H2O 9

1.2.1 Tính chất của muối sắt (III) sunfat: Fe2(SO4)3.7H2O 9

1.2.2 Ứng dụng của muối sắt (III) sunfat: 9

1.2.3 Các phương pháp điều chế 10

1.3 Polymaltose 11

1.4 Cấu trúc và đặc trưng của phức chất sắt - polymaltose 13

1.4.1 Giới thiệu chung về phức chất sắt - polymaltose 13

1.4.2 Cấu trúc 14

1.4.3 Các đặc trưng của phức hợp sắt – polymaltose 15

1.4.4 Phương pháp tổng hợp phức IPC 16

1.5 Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu 16

1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3, 4] 16

1.5.2 Phổ hồng ngoại FT- IR [3, 4] 19

1.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quyét 21

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22

1.1 Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ và thiết bị 22

1.1.1 Hóa chất 22

1.1.2 Dụng cụ 22

1.1.3 Thiết bị 22

1.2 Chế tạo phức chất sắt - polymaltose 23

2.2.1 Thực nghiệm 23

2.3 Xác định các đặc trưng của sản phẩm 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Độ dẫn điện, pH của phức IPC 26

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH 27

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 34

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của dung môi và quá trình rửa 35

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

IPC (Iron Polymaltose Complex): Phức sắt-polymaltose

XRD: Phổ nhiễu xạ tia X

FT-IR: Phổ hồng ngoại

M3: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng metanol ở 250C

M4: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng etanol ở 700C

M5: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng etanol ở 250C

M6: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng metanol 700C

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Giá trị pH và độ dẫn điện của một số dung dịch phức IPC 26Bảng 2: Giá trị pH và độ dẫn điện của một số dung dịch muối sắt 26

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Dạng tồn tại của sắt trong hemoglobin 5

Hình 2: Công thức cấu tạo của polymaltose 12

Hình 3: Polymaltose 12

Hình 4: Một số dược phẩm điều trị thiếu máu do thiếu sắt 13

có thành phần chính là phức sắt - cacbohydrat 13

Hình 5: Mô hình giả định của phức sắt-cacbohydrat 15

Hình 6: Máy đo nhiễu xạ tia X 17

Hình 8: Dung dịch phức IPC sau khi hòa tan 27

Hình 9: Phổ hồng ngoại FT- IR của polymaltose 28

Hình 10: Phổ hồng ngoại FT- IR của phức IPC ở pH bằng 9 (250C) 28

Hình 11: Phổ hồng ngoại FT- IR của phức IPC ở pH bằng 10 (250C) 29

Hình 12: Phổ hồng ngoại FT- IR của phức IPC ở pH bằng 11 (250C) 29

Hình 13: Giản đồ XRD của polymaltose ban đầu 30

Hình 14: Giản đồ XRD của mẫu IPC ở pH bằng 7 (250C) 31

Hình 15: Giản đồ XRD của mẫu IPC ở pH bằng 8 (250C) 31

Hình 16: Giản đồ XRD của mẫu IPC ở pH bằng 9 (250C) 32

Hình 17: Giản đồ XRD của mẫu IPC ở pH bằng 10 (250C) 32

Hình 18: Giản đồ XRD của mẫu IPC ở pH bằng 11 (250C) 33

Hình 19: Giản đồ XRD của phức IPC ở 500C (pH=11) 34

Hình 20: Giản đồ XRD của phức IPC ở 700C (pH=11) 35

Hình 21: Phổ FT- IR (trái) và XRD (phải) của phức IPC kết tủa bằng metanol ở 250C 36

Hình 22: Phổ FT- IR (trái) và XRD (phải) của phức IPC kết tủa bằng metanol ở 700C 36

Hình 23: Phổ FT-IR (trái) và XRD (phải) của phức IPC kết tủa bằng etanol ở 700C 37

Hình 24: Phổ FT-IR (trái) và XRD (phải) của phức IPC kết tủa bằng etanol ở 250C 37

Hình 25: Ảnh SEM của các mẫu polymaltose và phức IPC 39 Hình26: Phổ hấp thụ electron của các mẫu IPC M3 (1), M4 (2), M5(3), M6(4)

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thiếu máu do thiếu sắt là một hội chứng thiếu máu thường gặp nhất Thiếu máu khiến cơ thể mệt mỏi, giảm khả năng lao động, suy giảm khả năng phát triển thể chất và tư duy Người ta nhận thấy rằng hầu hết các trường hợp thiếu máu do thiếu sắt đều có thể điều trị hiệu quả bằng cách bổ sung sắt hàng ngày dưới dạng thuốc hoặc thực phẩm giàu sắt

Nhiều loại thuốc chứa sắt điều trị thiếu máu đã được sản xuất trên thế giới bao gồm cả sắt vô cơ và hữu cơ với sắt hóa trị (II) hoặc (III) Với liều lượng cao, sắt tồn tại trạng thái ion dễ gây ra các hiệu ứng phụ có hại như rối loạn đường ruột, ngộ độc sắt, biến màu men răng Các ion sắt sinh ra từ các muối sắt có thể thâm nhập vào hệ tuần hoàn và gây ngộ độc sắt Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách ổn định các nhân sắt oxi –hidroxit, FeOOH không ion kích thước nano bằng các tác nhân tạo phức tan trong nước Thuộc nhóm cacbohydrat, polymaltose có khả năng phản ứng với sắt tạo ra phức sắt tan trong nước đáp ứng được các nhu cầu chữa bệnh gồm độc tính thấp, dễ kết hợp với máu và có độ ổn định cao Với các loại thuốc chứa sắt sử dụng bằng đường tiêm truyền, việc lựa chọn đúng loại polysaccarit sẽ tạo ra được dung dịch thuốc đẳng trương và có độ nhớt thấp

Phức chất sắt polymaltose đã được sử dụng làm thuốc chống thiếu máu

ở cả dạng viên nén và dạng dung dịch, được ghi nhận là hiệu quả trong việc tăng nồng độ haemoglobin trong máu mà chưa có trường hợp sốc phản vệ nào xảy ra Hiện nay trên thị trường Việt Nam, các loại thuốc chống thiếu máu sắt đều là hàng nhập khẩu Từ thực tế trên, việc nghiên cứu tổng hợp một loại hợp chất thích hợp có khả năng dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu phục vụ nhu cầu trong nước là vấn đề mang tính thực tiễn cao

Việc ứng dụng các phức sắt làm thuốc chống thiếu máu sắt đã được biết đến từ khá lâu nhưng kết quả nghiên cứu hình dạng, cấu trúc của các phức này còn chưa được công bố nhiều Trong khi đó, nhu cầu sử dụng IPC làm thực phẩm chức năng bổ sung sắt và nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu do thiếu sắt cho trẻ em, người già, phụ nữ nói chung và phụ nữ mang thai nói riêng là rất lớn

Năm 2009, Phòng Hóa Vô cơ, Viện Hóa Học đã thực hiện đề tài cấp cơ

sở “Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt - polymaltose (IPC) định hướng dùng làm thực phẩm chức năng và nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu ”.Trên cơ sở các kết quả đã đạt được , với mục tiêu tạo ra sản phẩm IPC

có tính ứng dụng cao, tôi chọn đề tài : “Nghiên cứu quy trình tổng hợp và

khảo sát một số đặc trưng của vật liệu phức hợp sắt- polymaltose (IPC) từ muối sắt Fe 2 (SO 4 ) 3 7H 2 O”

1 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu phức IPC đạt chuẩn dược phẩm

và hướng đến quy mô sản xuất đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu cho thực phẩm chức năng bổ sung sắt và thuốc chống thiếu máu

Trong bài báo cáo này, chúng tôi tập trung trình bày kết quả nghiên cứu quy trình thích hợp điều chế phức sắt polymaltose và nghiên cứu các đặc trưng của sản phẩm gồm trạng thái tồn tại của sắt trong phức IPC và các ảnh hưởng của các điều kiện thí nghiệm đến đặc trưng của phức IPC :

- Nghiên cứu quy trình chế tạo vật liệu IPC từ muối sắt Fe2(SO4)3.7H2O

- Xác định thành phần và nồng độ chất phản ứng để tạo thành phức IPC với tỉ

lệ nhân sắt ß- FeOOH trên vỏ polymaltose thích hợp

- Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành và chất lượng phức IPC

- Xác định ảnh hưởng của độ pH đến quá trình hình thành và chất lượng phức

IPC

3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Góp phần tạo ra một loại vật liệu, định hướng ứng dụng trong việc dùng làm thực phẩm chức năng và nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu do thiếu sắt

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Thiếu máu do thiếu sắt

1.1.1 Vai trò của sắt với sự sống

Sắt có vai trò rất cần thiết với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi khuẩn Nó chủ yếu liên kết ổn định bên trong các protein kim loại Vì trong dạng tự do nó sinh ra các gốc tự do độc lập với các tế bào Sắt liên kết chặt chẽ với mọi phân tử sinh học vì thế nó sẽ gắn với các màng tế bào Phần lớn sắt trong cơ thể được phân tán theo đường máu, đặc biệt là trong sắc tố hemoglobin của hồng cầu, chiếm khoảng 70% tổng số chất sắt của cơ thể Ngoài ra khoảng 3-5% chất sắt được phân tán ở loại hemoglobin khác ở trong bắp thịt gọi là mioglobin Sắt trong các hemoglobin và mioglobin có thể gắn với oxi phân tử rồi chuyển chúng vào trong máu và dự trữ ở trong cơ Sắt là một vi chất quan trọng tham gia vào quá trình tạo máu và một phần cấu trúc của bộ não

Sắt cần thiết cho nhiều chức năng sống:

 Chức năng hô hấp: Tạo nên hemoglobin (Hb) để vận chuyển oxi từ phổi tới các cơ quan Trong cơ thể con nguười có khoảng 5-6g chất sắt, liên kết với nhiều protein khác nhau Khoảng 2/3 lượng sắt nằm trong huyết cầu tố

và protein trong hồng cầu Sắt tham gia vào quá trình tổng hợp hồng cầu và là thành phần của huyết cầu tố, Hb có trong tế bào hồng cầu và làm hồng cầu có màu đỏ, giúp chuyên chở dưỡng khí đi nuôi các tế bào và loại bỏ các thán khí

ra khỏi cơ thể

* Hemoglobin (viết tắt là Hb) là sắt chứa oxy vận chuyển các protein

có gắn kim loại trong các tế bào hồng cầu của tất cả các vật có xương sống cũng như các mô của động vật không xương sống Hemoglobin có trong

tế bào hồng cầu và làm hồng cầu có màu đỏ, đóng vai trò trong sự hô hấp, chuyển đổi khí oxi và khí cacbonic nhờ tác động biến đổi của các nguyên tử

sắt trong cấu tạo Hemoglobin trong máu vận chuyển oxy từ các cơ quan hô hấp (phổi hoặc mang) với phần còn lại của cơ thể (ví dụ như các mô), nơi nó giải phóng oxy để đốt cháy các chất dinh dưỡng để cung cấp năng lượng cho các chức năng của cơ thể, và thu thập khí cacbonic sinh ra để đưa nó trở lại cơ quan hô hấp để được phân ra khỏi cơ thể Hemoglobin là một protein màu, phức tạp có nhóm ngoại là hem Hb là thành phần chủ yếu của hồng cầu, chiếm 28% và tương ứng với 14,6g trong 100ml máu Trọng lượng phân tử của Hb là 64458

Hemoglobin cũng được tìm thấy bên ngoài tế bào hồng cầu và dòng tiền thân của họ Các tế bào khác có chứa hemoglobin bao gồm các tế bào thần kinh trong chất đen, các đại thực bào, tế bào phế nang, và các tế bào có

trong thận Trong các mô, hemoglobin có một chức năng như một chất chống

oxy hóa và một bộ điều chỉnh của sự trao đổi chất sắt [14]

Hình 1: Dạng tồn tại của sắt trong hemoglobin

 Sắt bị oxi hóa và khử dễ dàng, nó tham gia vào cấu tạo của nhiều enzim Đặc biệt trong chuỗi hô hấp, sắt đóng vai trò vận chuyển điện tích

Sắt còn giúp chuyển hóa beta- carotene thành sinh tố A, tạo ra chất collagene để liên kết các tế bào với nhau

Ngoài ra sắt còn tham gia vào thành phần của một số enzim oxy hóa khử như catalase, cytochrome (những chất xúc tác sinh học quan trọng trong

cơ thể) Nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra năng lượng oxi hóa, vận chuyển oxi, hô hấp của ti lạp thể và bất hoạt các gốc oxi có hại

Sắt còn chức năng dự trữ oxi cho cơ bắp, vô hiệu hóa một số thành phần lạ xâm nhập vào trong cơ thể, tham gia tổng hợp các hoóc môn tuyến tiền liệt

1.1.2 Nhu cầu chất sắt trong cơ thể con người

Trong cơ thể, nhu cầu sắt hằng ngày bình thường để tạo hồng cầu là

20 -25mg sắt Tuy nhiên hầu hết lượng sắt cần thiết để sản xuất hồng cầu đều được tái sử dụng từ quá trình phân hủy hồng cầu già Do đó chỉ cần 1mg sắt/ngày là đủ bù lại lượng sắt mất đi qua đường phân, nước tiểu,mồ hôi và tế bào biểu mô bong ra

Nhu cầu sắt trong cơ thể có thể tăng lên trong một số trường hợp mất máu qua các chu kỳ kinh nguyệt của phụ nữ, có thai, cho con bú và trẻ em tuổi dậy thì

1.1.3 Nguyên nhân gây thiếu sắt

Xét theo nhu cầu dinh dưỡng của thế giới, người ta xác định rằng thiếu sắt là trường hợp thường xảy ra, có 4 trường hợp thiếu hay gặp:

+ Thiếu từ nguồn đưa vào: Thiếu sắt và thiếu máu có liên hệ với nhau, thiếu sắt chiếm từ 5 – 10% dân số trên thế giới, nhất là trong các nước đang phát triển, vì ở đó người dân còn thiếu nhiều yếu tố, điều kiện còn khó khăn Tuy nhiên, trong các nước khác, thức ăn cũng không cung cấp đủ nhu cầu về sắt cho phụ nữ có thai và cho con bú, trẻ em, những người ăn ít thịt, người ăn chay, người hay uống rượu, và thậm chí những người lao động nặng thiếu sắt + Thiếu máu do mất máu: Xảy ra ở phụ nữ mất do kinh nguyệt, hoặc sau khi chảy máu Trong trường hợp chảy máu cấp, hay chảy máu ít nhưng âm ỉ

kéo dài, trĩ, bệnh tiêu hóa, thoát vị hành, tổn thương tử cung, u sơ, mang dụng

cụ tránh thai, hoặc ký sinh trùng bệnh tiêu hóa cũng làm mất một lượng sắt trong cơ thể Tất cả đều phải tăng nhu cầu cho phù hợp

+ Thiếu do hấp thu: Do cắt dạ dày, một số bệnh đường ruột và thức ăn giàu chất ngăn cản sự hấp thu sắt Ví dụ như trong thức ăn có chứa phosphat, phytate có thể làm giảm hấp thu sắt

+ Thiếu do rối loạn chức năng: Xảy ra do rối loạn tổng hợp hemoglobin,

do thiếu folat, sơ gan vì rượu và thiếu máu do viêm

1.1.4 Hậu quả khi thiếu sắt

Hậu quả của thiếu sắt là thiếu máu, thường gây ra các triệu chứng:

Suy nhược, mệt mỏi khi gắng sức hoặc da xanh xao

Khó thở khi gắng sức, hồi hộp, đôi khi tim có tiếng thổi nhưng chúng không cố định

Sức đề kháng với nhiễm trùng rất kém, có thai sẽ dễ bị sinh non hoặc

hư thai

+ Hậu quả ở phụ nữ mang thai thiếu sắt: Khi mang thai thiếu sắt người

mẹ sẽ luôn ở tình trạng mệt mỏi, choáng váng, hoa mắt, chóng mặt, học tập kém tập trung, giảm năng suất lao động, dễ mắc các bệnh nhiễm khuẩn Phụ

nữ mang thai bị thiếu máu làm mức tăng cân kém, thai kém phát triển, dễ dẫn đến xảy thai, đẻ non, bị băng huyết khi sinh nở, con sinh ra cũng bị thiếu máu + Hậu quả ở phụ nữ thiếu sắt: Phụ nữ thiếu máu thường mệt mỏi, giảm sức khỏe, giảm trí nhớ, giảm khả năng lao động: đặc biệt sẽ thiếu máu trầm trọng khi có thai Thiếu máu thường diễn ra lặng lẽ, không có triệu trứng Nhẹ thì hay mệt mỏi, yếu, cáu gắt, hơi thở ngắn, móng tay yếu và trắng Nặng thì có thể đưa tới tim to và suy tim ứ huyết…

+ Hậu quả ở trẻ em thiếu sắt: Trẻ thiếu máu do thiếu sắt sẽ để lại những hậu quả lâu dài Trẻ thường có da xanh, nhợt nhạt, gầy yếu Thiếu máu

nặng các em có hiện tượng hoa mắt, chóng mặt và khó thở khi làm việc gắng sức Thiếu máu làm trẻ nhanh bị mệt, hay ngủ gật, kém tập trung đẫn đến tiếp thu bài kém, chỉ số thông minh thấp hơn trẻ khỏe mạnh Trẻ 2 tuổi thiếu máu

có thể ảnh hưởng tới sự điều khiển chân tay và mất thăng bằng, chậm nói, e

dè mất tự tin Hệ thần kinh trung ương dễ kích thích, cáu gắt, mệt mỏi, rối loạn dẫn truyền thần kinh dẫn đến phản xạ chậm, khả năng phát triển thể chất

và tư duy giảm…

+ Hậu quả ở người cao tuổi thiếu sắt: Sức đề kháng do khi thiếu sắt các tế bào bạch cầu chống lại vi khuẩn bảo vệ cơ thể bị giảm đi, hệ miễn dịch giảm từ 28-50% ở người từ 60 tuổi trở lên Não bộ của người cao tuổi bị thiếu sắt cũng bị suy thoái tương tự não bộ của người bị mắc bệnh giảm trí nhớ, hoạt động thể lực suy yếu, tăng nguy cơ biến chứng và phát triển các bệnh mãn tính như suy thận, suy tim hay tiểu đường

+ Hậu quả ở nam giới thiếu sắt: Thiếu máu dinh dưỡng làm giảm khả năng lao động, sức lao động giảm, giảm trí nhớ, giảm khả năng sáng tạo, trí tuệ giảm sút và có thể mắc bệnh trầm cảm Thiếu máu có thể dẫn đến rụng tóc, hói đầu…

1.1.5 Một số loại hợp chất chứa sắt dùng điều trị thiếu máu do thiếu sắt

Thiếu máu là tình trạng phổ biến khi mang thai, trong đó thiếu máu do thiếu sắt chiếm tới 95% Tác hại của việc thiếu máu thiếu sắt khi mang thai là: Trẻ sinh ra nhẹ cân, dễ bị bệnh tật, làm mẹ yếu sức và tăng nguy cơ tử vong cho trẻ Hiện nay, trên thị trường đã có nhiều loại thuốc được sản xuất để phòng chống bệnh thiếu máu do thiếu sắt Một số loại thuốc được sản xuất trong nước như Hemovit, Feryfol, Adofex, Nycoplus Ferro-Retart…Các loại thuốc này có tác dụng tốt trong điều trị thiếu máu do thiếu sắt tuy nhiên cũng thể hiện nhiều tác dụng phụ bao gồm kích ứng tiêu hóa và đau dạ dày với

buồn nôn và nôn Những tác dụng phụ thường liên quan đến lượng sắt ăn vào Táo bón và tiêu chảy có thể xảy ra, trong một số trường hợp có thể làm hẹp thực quản

1.2 Giới thiệu chung về muối sắt (III) sunfat: Fe 2 (SO 4 ) 3 7H 2 O

1.2.1 Tính chất của muối sắt (III) sunfat: Fe 2 (SO 4 ) 3 7H 2 O

 Tính chất của muối: Phản ứng trao đổi

Fe2(SO4)3 + 6NaOH  2Fe(OH)3↓ +3Na2SO4

 Tính oxi hóa (thể hiện khi tác dụng với chất khử như Cu, Fe…)

Fe + Fe2(SO4)3  3FeSO4

Cu + Fe2(SO4)3  CuSO4 + 2FeSO4

 Tác dụng với các kim loại mạnh hơn

Mg + Fe2(SO4)3  2FeSO4 + MgSO4

1.2.2 Ứng dụng của muối sắt (III) sunfat:

Fe2(SO4)3 có trong phèn sắt - amoni, tức muối kép sắt (III) amoni sunfat (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O (viết gọn là (NH4)Fe(SO4)2.12H2O) được dùng để làm trong nước

1.2.3 Các phương pháp điều chế

1.2.3.1 Thành phẩm hạng tinh khiết phân tích (tkpt) có thể điều chế

theo phương pháp sau:

Fe(NO3)3 +3NH4OH → 3NH4NO3 + Fe(OH)3

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O Lấy dung dịch 50g Fe(NO3)3.7H2O (tinh khiết) trong 50ml, cho thêm 65-70ml NH4OH trọng lượng riêng 0,91 Dùng nước nóng rửa gạn nhanh kết tủa Fe(OH)3 đến khi loại sạch NO3- (thử với dung dịch diphenylamin 1% trong H2SO4 nước rửa phải không có màu xanh)

Đổ kết tủa ướt Fe(OH)3 vào bát sứ, thêm 17g H2SO4 và đun nóng trong 1-2 giờ, khuấy luôn cho đến khi tan hoàn toàn Lọc, thêm vào nước lọc một giọt H2SO4, cô cho đến khi chất lỏng sánh như nước đường đặc, cho thêm tinh thể mầm Fe2(SO4)3.7H2O và để kết tinh trong 1 ngày đêm Tách tinh thể

ra, bỏ vào kính đồng hồ và sấy khô ở 600C

1.2.3.2 Thành phẩm hạng tkpt có thể điều chế theo phương pháp khác 2FeSO4 + H2SO4 + 2HNO3  Fe2(SO4)3 + 2NO2 + 2H2O

Làm trong tủ hút:

Đun nóng đến 700Cdung dịch 85g Fe2(SO4)3.7H2O trong 110ml nước thêm dần 8ml H2SO4 và sau đó cho thêm 100ml HNO3 (tkpt, tlr 1,35) giữ nhiệt độ ở 95 – 1000C Dùng K3Fe(CN)6 để thử xem Fe2+ đã chuyển hoàn toàn thành Fe3+ chưa

Lọc dung dịch, cho thêm 4ml H2SO4 và cô cho đến khi tạo thành khối nhão sền sệt ở t0 1200C Để nguội đến 45- 500C tách tinh thể ra và sấy khô ở nhiệt độ không quá 650C Hiệu suất 80 -85%

1.3 Polymaltose

Tính chất và ứng dụng của polymaltose

Theo dược điển Mỹ USP 24, polymaltose (hay còn gọi là

maltodextrin) là sản phẩm thủy phân và oxi hóa một phần tinh bột (sắn, ngô, khoai tây ) bằng phương pháp enzim hoặc axit hoặc hỗn hợp enzim và axit Polymaltose với công thức tổng quát là -[Cx(H2O)y]n- (trong đó y = x-1 ), có cấu trúc polyme mạch thẳng Polymaltose là hỗn hợp các polyme D-glucose

có công thức (C6H15O5)n với phân tử lượng dao động tương đối lớn

Monome D-glucose (C6H15O5) đầu tiên liên kết với monome tiếp theo

ở vị trí α-(1,6), các monome D-glucose trong dãy liên kết với nhau ở các vị trí α-(1,4) bằng các liên kết hydro yếu Nói chung, polymaltose có n nằm trong khoảng 3 - 20 và chỉ số đương lượng dextro thấp Polymaltose tan trong nước

và có thể kết tủa trong cồn Việc tổng hợp IPC bằng phương pháp hóa học được thực hiện từ các muối tan gốc vô cơ, hữu cơ của sắt (III) với các polymaltose mạch thẳng có phân tử lượng thay đổi 30.000 – 80.000 hoặc đến 500.000 Dalton (DE từ 5 -37)

Polymaltose là chất không ngọt, không mùi, dễ tan trong nước Đây là một chất phụ gia được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thục phẩm

và dược phẩm

Maltodextrin có DE từ 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan để bọc kẹo, làm chất độn tạo viên trong công nghiệp dược; sản phẩm có DE từ 9-

12 được dùng làm kẹo gôm mềm, chất lưu hương, tạo hình; sản phẩm có DE

từ 15-18 được dùng làm chất kết dính, chất mang các thành phần không phải đường, tá dược kết dính [1 ]

Hình 2: Công thức cấu tạo của polymaltose

Hình 3: Polymaltose Thuộc nhóm cacbohydrat, polymaltose có khả năng tạo phức với sắt Phức chất sắt polymaltose tan tốt trong nước và đã được sử dụng làm thuốc chống thiếu máu cả ở dạng viên nén và dạng dung dịch Thuốc sắt polymaltose chống thiếu máu được ghi nhận là hiệu quả trong việc tăng nồng

độ haemoglobin trong máu mà chưa có trường hợp sốc phản vệ nào xảy ra Một số thuốc chống thiếu máu mà thành phần chính là phức sắt polymaltose

có thể kể tên ở đây như Mighty-fer, Maltofer, Haem up, Ipec-plus, Ferofol, Hemovit, Ferobin, EUROFER…

Hình 4: Một số dược phẩm điều trị thiếu máu do thiếu sắt

có thành phần chính là phức sắt - cacbohydrat

1.4 Cấu trúc và đặc trưng của phức chất sắt - polymaltose

1.4.1 Giới thiệu chung về phức chất sắt - polymaltose

Trên thế giới, phức chất IPC đang được nghiên cứu tổng hợp bằng phản ứng tạo phức và khảo sát chi tiết về mặt hóa học, sinh hóa và dược học bằng các phương pháp hiện đại và đã được thử nghiệm lâm sàng trước khi bào chế thành dược phẩm

Nhiều nghiên cứu khảo sát chi tiết liều lượng, cơ chế tác dụng, quá trình hóa sinh trong cơ thể cũng như so sánh dược tính của IPC với các dược phẩm truyền thống chống thiếu máu do thiếu sắt đã được thực hiện Các nghiên cứu hóa sinh và dược học trên người cho thấy khi sử dụng, IPC không giải phóng

ra sắt ở trạng thái ion trong điều kiện sinh lý của cơ thể và quá trình hấp thụ sắt xảy ra có điều khiển khi chúng tiếp xúc với bề mặt tế bào Hơn nữa, nhân sắt trong IPC được bao bọc bởi phân tử polymaltose có cấu trúc tương tự như trong ferritin (một protein chứa sắt có nhiệm vụ giữ sắt cho cơ thể, chủ yếu ở trong gan và lách) Do cấu trúc tương tự này mà sắt trong IPC được cơ thể hấp thụ tốt hơn các dược phẩm chứa sắt truyền thống qua đường tiêm truyền

và qua dịch thể ở dạ dày và ruột Mặt khác, nhân sắt trong IPC không bị oxy hóa do không chứa các hợp chất Fe (II) Do vậy quá trình hấp thụ sắt xảy ra

có điều khiển và phù hợp với sinh lý, làm giảm nguy cơ quá thừa sắt, không gây độc tế bào và ngăn chặn một số những rối loạn trong cơ thể như tai biến trên tim mạch và quá trình hình thành các chất có thể gây ung thư Sử dụng IPC cũng tránh được hiện tượng kích thích trong hệ tiêu hóa và hiện tượng táo bón như thường xảy ra với các chất chứa sắt khác Ngoài ra, IPC không có mùi khó chịu và không làm nhuộm màu men răng

Ở Việt Nam, những nghiên cứu về phức hợp IPC còn chưa được quan tâm nhiều Trong khi đó, nhu cầu sử dụng IPC làm thực phẩm chức năng bổ sung sắt và nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu do thiếu sắt cho trẻ

em, người già, phụ nữ nói chung và phụ nữ mang thai nói riêng là rất lớn Hiện tại, chỉ có Công ty Dược phẩm 2-9 (thành phố Hồ Chí Minh) đã bào chế

và đưa ra thị trường sản phẩm Soluhema chứa IPC nhưng từ nguồn nguyên liệu nhập khẩu Công ty cổ phần thực phẩm Minh Dương (Hà Nội) sản xuất tinh bột có mức độ biến tính khác nhau với sản lượng khá lớn

1.4.2 Cấu trúc

Các cacbohydrat, đặc biệt là polymaltose là tác nhân tạo phức thích hợp

để ổn định các hạt sắt oxi-hydroxit kích thước nano trong dung dịch keo Các cacbohydrat có nhiều nhóm hydroxyl được sắp xếp một cách thích hợp có khả năng liên kết tạo phức vòng càng với bề mặt các hạt sắt oxi-hydroxit Với cacbohydrat trung tính, sự tạo phức với sắt thuận lợi ở pH cao, bởi vì các nhóm hydroxyl phân ly H+ do đó mang điện tích âm và sẽ liên kết chặt chẽ hơn với nhân sắt Sự tạo phức vòng càng với nhân sắt lại dẫn tới sự phân ly H+ của các nhóm hydroxyl xung quanh, do đó càng giúp tăng độ bền của phức [5, 6]

Hầu hết các tài liệu đều khẳng định sắt trong IPC có mức oxi hóa (III)

và tồn tại ở trạng thái keo và không ion (polynuclear and non - ionic iron)

Keo sắt tập hợp ở trạng thái đa nhân và được bao bọc bên ngoài bởi các phân

tử polymaltose mạch thẳng Bản chất của trạng thái không ion của keo sắt đa nhân vẫn chưa được nghiên cứu và lý giải đầy đủ Nhiều nghiên cứu cho rằng sắt không tạo phức trực tiếp với polymaltose bằng liên kết của sắt (III) với các nhóm OH- hoặc oxi của polymaltose mà tồn tại ở dạng keo hydroxit Fe(OH)3 Một số khác cho rằng đó là keo oxyhydroxide FeO(OH).nH2O hoặc

Fe2O3.nH2O Cũng có nghiên cứu coi đó hỗn hợp của các dạng keo nói trên

do các keo này dễ chuyển hóa sang nhau, đặc biệt trong môi trường có chứa các phân tử polyme như polymaltose

Hình 5: Mô hình giả định của phức sắt-cacbohydrat

1.4.3 Các đặc trưng của phức hợp sắt – polymaltose

1.4.3.1 Độ dẫn điện

Nhân sắt akaganeite (FeOOH) trong phức chất IPC tồn tại ở trạng thái không phân ly thành các ion, do vậy dung dịch IPC có độ dẫn điện thấp Tính không ion này là một ưu điểm vượt trội của phức IPC so với các dung dịch muối sắt vô cơ khác cho mục đích bào chế thuốc chống thiếu máu

1.4.3.2 Phổ hấp thụ electron

Với phức bát diện của Fe(III) với oxy ở trạng thái spin cao trong phức hợp IPC, người ta có thể dự đoán được một số dải hấp thụ đặc trưng Do vậy, từ phổ hấp thụ electron, có thể nhận biết nhân sắt trong phức hợp IPC tồn tại dưới dạng sắt oxi-hydroxit, akaganeite FeOOH [7, 8, 9, 10]

1.4.4 Phương pháp tổng hợp phức IPC

Nguyên tắc của phương pháp tổng hợp phức IPC hoặc phức sắt với các tinh bột biến tính là cho muối/hiđroxit sắt (II) hoặc sắt (III) phản ứng với polymaltose/tinh bột trong môi trường kiềm (NaOH, KOH, Na2CO3…) ở các nhiệt độ khác nhau Phức chất tạo thành tan tốt trong nước được trung hòa về

pH trung tính và tinh chế bằng phương pháp kết tinh với dung môi hữu cơ thích hợp để thu được sản phẩm rắn hoặc bằng phương pháp điện thẩm tách

để thu được dung dịch phức sạch

1.5 Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu

1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3, 4]

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh

thể của chất rắn do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại và

cực tiểu nhiễu xạ Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn là nhiễu xạ tia X)

được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu Xét về bản chất vật lý, nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và

sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử

Phương pháp XRD được dùng nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu, xác định các pha tinh thể, xác định hàm lượng và kích thước hạt với độ tin cậy cao

Nguyên lý của phương pháp là xác định cấu trúc tinh thể dựa vào hình ảnh khác nhau của kích thước tinh thể trên phổ nhiễu xạ Mạng tinh thể nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định Khoảng cách giữa các nút mạng vào khoảng angstron (A0) xấp xỉ với bước sóng của tia Rơnghen

Một chùm electron đã được gia tốc, có năng lượng cao, đang chuyển động nhanh, bị hãm đột ngột bằng một vật cản, một phần năng lượng của chúng chuyển thành bức xạ sóng điện từ ( tia X) gọi là bức xạ hãm

Khi một chùm tia X có bước sóng λ và cường độ I đi qua vật liệu, nếu tia tới thay đổi phương truyền và thay đổi năng lượng gọi là tán xạ không đàn hồi Khi tia tới thay đổi phương truyền nhưng không thay đổi năng lượng gọi

là tán xạ đàn hồi Trường hợp vật liệu đang nghiên cứu có cấu trúc tinh thể thì hiện tượng tán xạ đàn hồi của tia X sẽ đưa đến hiện tượng nhiễu xạ tia X Cấu trúc hóa học và bản chất của nhân sắt trong phức hợp IPC được xác định bằng phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X Nhiễu xạ tia X được xem là phương pháp phù hợp nhất để xác định các dạng cấu trúc đặc thù của hợp chất sắt đa hình dựa trên sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử trong khoảng rộng

Hình 6: Máy đo nhiễu xạ tia X

Kỹ thuật nhiễu xạ tia X được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp bột hay phương pháp Debye Trong kỹ thuật này, mẫu được tạo thành bột với mục đích có nhiều tinh thể có tính định hướng ngẫu nhiên để chắc chắn rằng

có một số lớn hạt có định hướng thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg

Nguyên lý phương pháp nhiễu xạ bột

Nhiễu xạ bột (Powder X-ray diffraction) là phương pháp sử dụng với các mẫu là đa tinh thể, phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để xác định cấu trúc tinh thể, bằng cách sử dụng một chùm tia X song song hẹp, đơn sắc, chiếu vào mẫu Người ta sẽ quay mẫu và quay đầu thu chùm nhiễu xạ trên đường tròn đồng tâm, ghi lại cường độ chùm tia phản xạ và ghi phổ nhiễu

xạ bậc 1 (n = 1)

Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào 2 lần góc nhiễu xạ (2θ) Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút khác, người ta chiếu tia X tới dưới góc rất hẹp (để tăng chiều dài tia X tương tác với màng mỏng, giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu

Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ phần pha, cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện

Khoảng cách d giữa các mặt mạng tinh thể liên hệ với góc nhiễu xạ cực đại và chiều dài bước sóng tia X theo phương trình Vulff – Bragg:

nλ = 2d.sin θ Trong đó:

- n: bậc nhiễu xạ, n có giá trị nguyên n = 1, 2, 3

- λ: chiều dài bước sóng tia X

- d: khoảng cách giữa hai mặt tinh thể