tieeu luận sinh viên nghiên cứu khoa học môn hóa

Gầnđây phức chất của PtII chứa các phối tử có nguồn gốc thiên nhiên như safrol,metyleugenoxyaxetat, metyleugenol đang được chú trọng nghiên cứu với hi vọng tạo ra cácphức chất có hoạt tí

MỤC LỤC

Tóm tắt công trình 5

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8

1.1.Tình hình tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của platin(II) có chứa olefin 8

1.1.1 Tình hình tổng hợp các phức chất monoolefin của platin(II) 8

1.1.2 Tổng hợp phức chất hai nhân dạng [Pt2Cl4(olefin)2] 8

1.1.3 Các phương pháp tổng hợp phức chất Pt(II) chứa olefin và amin 9

1.2 Bản chất liên kết và tính chất phổ của các phức chất platin- olefin 10

1.2.1 Bản chất liên kết của platin(II)  olefin 10

1.2.2 Tính chất phổ của các phức chất chứa olefin của platin(II) 11

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 13

2.1.TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 14

2.1.1 Tổng hợp các phối tử 14

2.1.2 Tổng hợp các phức chất đầu 15

2.2 NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA PHỨC CHẤT P1 VỚI DẪN XUẤT CỦA QUINOLIN 15

2.2.1 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P1 với quinolin (Qui) 15

2.2.2 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P1 với axit quinaldic (HAQ) 16 2.3 NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA PHỨC CHẤT P3 VỚI DẪN XUẤT CỦA QUINOLIN 16

2.3.1 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P3 với quinolin (Qui) 16

2.3.2 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P3 với axit quinaldic (HAQ) .17 2.4 THU HỒI PLATIN 17

2.5 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CỦA PHỨC CHẤT 17

2.6 KHẢO SÁT CẤU TRÚC PHỨC CHẤT 18

2.6.1 Khảo sát phổ hồng ngoại (IR) 18

2.6.2 Khảo sát phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1HNMR) 18

2.6.3 Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể: 18

2.6.4 Thử hoạt tính sinh học của các phức chất tổng hợp được 18

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 18

3.1 TÌM ĐIỀU KIỆN TỔNG HỢP CÁC PHỨC CHẤT 18

3.2 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CỦA PHỨC CHẤT 21

3.3 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC PHỨC CHẤT NGHIÊN CỨU 21

3.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 21

3.3.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton (1H NMR) 23

3.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể 27

3.4 Kết thử hoạt tính kháng tế bào ung thư 29

KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Tập thể tác giả xin được cảm ơn GS Luc Van Meervelt (Đại học Leuven Vương

quốc Bỉ) đã giúp đo nhiễu xạ tia X đơn tinh thể

Hà Nội, tháng 4 năm 2015 Các tác giả

Tóm tắt công trình

Phức chất của platin(II) có rất nhiều ứng dụng đặc biệt là ứng dụng trong y học Gầnđây phức chất của Pt(II) chứa các phối tử có nguồn gốc thiên nhiên như safrol,metyleugenoxyaxetat, metyleugenol đang được chú trọng nghiên cứu với hi vọng tạo ra cácphức chất có hoạt tính cao và dễ được cơ thể dung nạp

Trong đề tài này, một số phức chất của Pt(II) chứa arylolefin thiên nhiên có nguồn gốc

từ tinh dầu hương nhu là eugenol (viết tắt là Eug), propyleugenoxiaxetat (viết tắt là Preug) vàamin là quinolin (Qui), quinalic (QA) đã được tổng hợp Cấu trúc và tính chất của chúng đãđược nghiên cứu làm cơ sở để tìm kiếm các chất có hoạt tính kháng tế bào ung thư đồng thờigóp phần làm phong phú thêm lý thuyết về phức chất nói chung và phức chất của platin(II) vớiolefin nói riêng

Chúng tôi đã tiến hành tổng hợp được bảy phức chất:

trong đó có bốn phức chất P4, P5, P6, P7 chưa được công bố trong các tài liệu

Sau khi tìm được những điều kiện phản ứng thích hợp và tách được các phức chấtsạch, chúng tôi tiến hành xác định cấu trúc của chúng bằng các phương pháp vật lý và hóa

lý như: xác định hàm lượng nước kết tinh và Pt, phổ IR, phổ 1HNMR, đặc biệt với P4 cònđược xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể

Bằng việc phân tích chi tiết phổ 1H NMR và X-ray đơn tinh thể đã rút ra được nhiềunét tinh tế trong cấu trúc của các phức chất tổng hợp được như: Preug trong P4 và P5 chỉphối trí với Pt(II) qua liên kết C=C của nhánh allyl, còn Eug trong P6 và P7 không chỉ phốitrí với Pt(II) qua liên kết C=C của nhánh allyl mà còn qua nguyên tử C5 của vòng benzen.Axit quinaldic trong P5 và P7 bị tách nguyên tử H của nhóm OH và phối trí với Pt(II) qua

cả N và O P4 có cấu hình trans, cấu trúc vuông phẳng và kết tinh ở hệ ba nghiêng, thuộc

nhóm không gian P-1

Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của P4 và P5 trên 4 dòng tế bào ung thưgan (Hep-G2), biểu mô (KB), phổi (LU) và ung thư vú (MCF7) cho thấy phức chất P5 cóhoạt tính kháng tế bào ung thư với hai dòng tế bào KB và Hep-G2, phức chất P4 có hoạttính kháng tế bào ung thư cao trên cả 4 dòng với giá trị IC50 từ 2,81 ÷ 4,62 μgg/ml rất đáng

MỞ ĐẦU

Trong y học đã có ba thế hệ thuốc với hoạt chất là phức chất của platin được sửdụng rộng rãi trong việc điều trị nhiều bệnh ung thư khác nhau ở người với tên thươngphẩm là Cisplatin, Cacboplatin và Oxaliplatin Tuy nhiên, do nhược điểm của chúng là độctính còn cao và chưa đáp ứng được sự gia tăng của các thể loại ung thư khác nhau nên việcnghiên cứu tổng hợp các phức chất mới của Pt(II), đặc biệt là các phức chất chứa phối tử làcác hợp chất thiên nhiên đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong vàngoài nước [1, 3]

Bên cạnh đó, nhiều hợp chất chứa khung quinolin đã được ứng dụng làm thuốcchữa trị ung thư, kháng khuẩn, kháng nấm, chống lao phổi [4] Một số nghiên cứu gần đây

cho thấy, các phức chất của Pt(II) có cấu hình cis, trans, khép vòng hay không khép vòng

mà trong phân tử phức có chứa quinolin hoặc dẫn xuất của nó đều có hoạt tính kháng tếbào ung thư [5, 6]

Ở Việt Nam, có nhiều loại cây cho tinh dầu với hàm lượng arylolefin rất lớn như:tinh dầu hương nhu chứa 70% eugenol Một số dẫn xuất của eugenol như metyleugenol,ankyl eugenoxyaxetat (ankyl là etyl, propyl ) đã được biết đến với hoạt tính sinh học nhưdẫn dụ ruồi vàng hại cam, kích thích sinh trưởng ở thực vật [7] Trong những năm gần đây,phức chất của platin(II) chứa các phối tử arylolefin này đang được chú trọng nghiên cứu

[6, 8] Từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “Tổng hợp, cấu trúc và hoạt tính kháng

tế bào ung thư của một số phức chất platin(II) chứa dẫn xuất của quinolin và arylolefin thiên nhiên”.

Để thực hiện đề tài, chúng tôi đặt ra nhiệm vụ như sau:

1 Tổng quan tài liệu liên quan tới đề tài

2 Tổng hợp phối từ eugenol, propyleugnoxyaxeta từ tinh dầu hương nhu và các hóachất cần thiết khác

3 Tổng hợp các phức chất chìa khóa là K[PtCl3(Preug)] (P1), K[PtCl3(Eug)] (P2),[Pt2Cl2(Eug-1H)2] (P3)

4 Nghiên cứu tương tác của P1 và P3 với quinolin và axit quinaldic

5 Sử dụng các phương pháp vật lí, hóa lí để xác định thành phần, cấu trúc của cácphức chất tổng hợp được

6 Thăm dò hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư của một số phức chấttổng hợp được

là muối Xayze - tên dược sỹ đã tìm ra nó.

Phương pháp tổng hợp muối Xayze được mô tả trong các tài liệu [11,32] theo sơ đồsau:

Na2[PtCl6] + 2C2H5OH  H[Pt(C2H4)Cl3].H2O + CH3CHO + 2NaCl + HCl

Theo [17] Anderson đã dùng Stiren (C8H8) để thế etilen của muối Xayze tạo raK[Pt(C8H8)Cl3] Muối này có tính ổn định có thể so sánh được với muối Xayze

1.1.2 Tổng hợp phức chất hai nhân dạng [Pt 2 Cl 4 (olefin) 2 ]

Trong quá trình nghiên cứu về phức chất platin tại khoa Hóa học- ĐHSPHN, tác giả[20] đã tổng hợp được phức chất khép vòng hai nhân dạng [Pt2Cl2(saf-1H)2] theo sơ đồsau:

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường hoặc đun nóng

Đặc biệt khi cho K[PtCl3(metyleugenol)] tác dụng với đimetylamin, tác giả [22]không thu được [PtCl2(metyleugenol)(Me2NH)] mà lại thu được phức chất hai nhân vớihiệu suất tới 90% theo sơ đồ sau :

+2 Me 2 NH -2Me 2 NH 2 Cl -2KCl Pt

Cl

Cl Pt

OCH3

H3CO

H3CO OCH3

Pt Cl Cl

Cl

2K+

-H 3 CO OCH3

Tác giả [20,21] cũng tổng hợp được phức chất hai nhân khép vòng chứa safrol, metyleugenol và metyl eugenoxyaxetat khi khuấy phức chất mono tương ứng như trên trong dung môi thích hợp nhiều giờ

Năm 2011, thạc sĩ Lê Thị Dinh đã nghiên cứu tổng hợp phức chất khép vòng hainhân chứa eugenol theo nhiều hướng khác nhau và tìm ra điều kiện tổng hợp với hiệu suấtcao nhất là 40% như sau:

Dung môi : etanol – nước (1 : 4) với tác nhân AgNO3

Nhiệt độ phản ứng : nhiệt độ phòng

Thời gian phản ứng: 3h

Cách thu sản phẩm : Chiết nhiều lần bằng dung môi clorofom

1.1.3 Các phương pháp tổng hợp phức chất Pt(II) chứa olefin và amin

Các phức platin(II) có chứa olefin và amin được nghiên cứu đầu tiên bởi giáo sưGhelman và viện sỹ Trernhiaep, họ đã điều chế được [Pt(C2H4)(Am)Cl2] với Am = NH3,

propylamin và các đồng phân trans-[Pt(C2H4)(NH3)Br2]; [Pt(C8H8)(NH3)Cl2] Các đồng phân cis và trans của phức kiểu [Pt(stiren)(Py)Cl2] cũng đã được nghiên cứu [15]

Phức chất kiểu trans-[Pt(Am)(Olefin)Cl2] được các tác giả [18] tổng hợp và nghiên

cứu động học của phản ứng thế etilen bằng olefin khác theo hai cách sau:

Cách 1: theo sơ đồ sau:

K[Pt(C2H4)Cl3] + CH2=CHR  K[Pt(CH2=CHR)Cl3] + C2H4

K[Pt(CH2=CHR)Cl3] + ZC6H4NH2  trans-[Pt(CH2=CHR)(ZC6H4NH2)Cl2] + KCl Cách 2: theo sơ đồ sau:

K[Pt(C2H4)Cl3] + ZC6H4NH2  [Pt(C2H4)(ZC6H4NH2)Cl2] + KCl

[Pt(C2H4)(ZC6H4NH2)Cl2]+CH2=CHRtrans[Pt(CH2=CHR)(ZC6H4NH2)Cl2]+C2H4 Trong phức chất [PtCl(arylolefin-1H)]2, arylolefin đã liên kết với platin qua C=C củanhánh allyl và nguyên tử C5 nên dễ dàng tạo ra sản phẩm dạng [Pt(arylolefin-1H)Cl(Am)]khi cho tương tác với amin Vài năm gần đây, các tác giả [20, 21, 23] đã tổng hợp thànhcông nhiều phức chất dạng [Pt(arylolefin-1H)Cl(Am)] sạch, hiệu suất cao

Phương trình phản ứng:

[PtCl(arylolefin-1H)]2 + 2Am 2 [PtCl(arylolefin-1H)(Am)]

Trong đó, Am là anilin, piperiđin, o-toluđin, metylamin, pyriđin ; arylolefin làsafol, metyleugenol, axit eugenolxiaxetic

1.2 Bản chất liên kết và tính chất phổ của các phức chất platin- olefin.

1.2.1 Bản chất liên kết của platin(II)  olefin

Nhiều câu hỏi được đặt ra sau khi tổng hợp được muối Xayze (1827) và các phứcchất platin- olefin đơn giản, đó là platin và olefin đã liên kết với nhau như thế nào? Kiểucấu trúc nào là phù hợp nhất cho các phức đã tổng hợp được? Câu trả lời đúng được đưa rasau khi Chatt và Duncanson [18] mở rộng những khái niệm của Dawar dựa trên thuyếtobitan phân tử và áp dụng các tính toán lượng tử cho vấn đề liên kết trong phức kim loạicùng với các chứng cớ về phổ IR và phương pháp nhiễu xạ tia X [15]

Sự dịch chuyển electron từ obitan π liên kết đến obitan σ của kim loại, cũngnhư sự tăng mật độ electron của obitan π * phản liên kết sẽ làm yếu liên kết π tronganken Trong tất cả các trường hợp trừ anion muối Xayze người ta đều thấy có sự tăng rõrệt độ dài liên kết C=C

Hình 1: Cấu trúc của muối Xayze

a) Mặt phẳng C 2 H 4 vuông góc với hướng liên kết b) Độ dài liên kết

(b)(a)

Khi nghiên cứu phổ IR của các phức kiểu K[Pt(olefin)Cl3] và trans –[Pt(olefin)LCl],

(olefin= etilen, propilen, allylalcohol, trans-2-buten, styren; L= amoniac, pyriđin, pyriđin

thế ) ở vùng 550 đến 330cm-1, các tác giả Fritz và Sellman [18] đã quy kết hai vân hấp thụ

ở vùng 400 đến 375 cm-1 và 494 đến 467 cm-1là dao động hóa trị của liên kết Pt- (C2H4)

hầu như chỉ hai liên kết Độ chuyển dịch hóa học và hằng số tách đối với các protonetilenic ở phức chất (1) được liệt kê ở Bảng 1:

2 2

1

K+(X = p-CH3O, p-CH3, H, p-Cl, m- NO2, p-NO2)

Bảng 1 : Tín hiệu các proton trong nhóm etilen của các phức chất (1)

c) Phổ nhiễu xạ tia X đơn tinh thể

Khác với phương pháp nhiễu xạ tia X thông thường, phương pháp nhiễu xạ tia X đơntinh thể không những cho biết cấu trúc tinh thể mà còn cho biết cấu trúc của các phân tử có trongtinh thể, tức là cho biết chính xác vị trí từng nguyên tử trong không gian và các liên kết giữachúng Vì vậy, đó là phương pháp tuyệt vời để nghiên cứu cấu trúc các hợp chất phức chất phứctạp, đặc biệt là đối với những phức chất của các kim loại thuận từ không xác định được bằngphương pháp cộng hưởng từ hạt nhân

Khi cho K[PtCl3(Saf)] phản ứng với piperidin tác giả công trình [2] không thu được

phức trans-[PtCl2(Saf)(Pip)] như dự định, mà thu được một hợp chất lạ Việc phối hợp các

phương pháp IR, NMR và MS đã xác định được công thức cấu tạo của chất lạ đó là[PtCl(Saf-1H)(Pip)] Nhờ phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể đã khẳng định Saf-1Hphối trí với Pt(II) qua C=C anken của nhánh allyl theo kiểu liên kết ba tâm và qua C5 củavòng benzen, trong đó nhóm CH2=CH- của Saf ở vị trí cis so với phối tử piperidin (Hình3)

Hình 3.

Cấu trúc

[Pt2Cl2(Eug-1H)2] (P3)

Qui

HQA Qui

Preug: propyl eugenoxyaxetat

8 9

8 9

Propyleugenoxyaxetat (Preug)

H

Hcis Htrans

7b OCH7a 2COOCH11 12 132CH2CH3

Amin

N

14 15 16 17

18 19

Axit quinaldic (HAQ)

Hình 4: Sơ đồ tổng hợp các phức chất

Bảng 2: Cấu tạo và một số tính chất của các amin dùng làm phối tử.

Tên Công thức cấu tạo D (g/

ml)

Tonc/Tos(oC)

Tính tanH2O Etano

l

Axeton

ClorofomAxit quinaldic

(HAQ)

11 12 13 14 15 16

Na2[PtCl6] + C2H5OH → H[PtCl3(C2H4)] + 2NaCl + CH3CHO + HCl

OH OCH3

OCH3

1.NaOH 2.ClCH2COOH 3.HCl

OCH2COOCH2CH2CH3OCH3

H[PtCl3(C2H4)] + KCl → K[PtCl3(C2H4)] + HCl

K[PtCl3(C2H4)] + Preug   axeton K[PtCl3(Preug)] + C2H4↑

K[PtCl3(C2H4)] + Eug  axeton K[PtCl3(Eug)] + C2H4↑

2K[PtCl3(Eug)] + 2AgNO3 → [Pt2Cl2(Eug-1H)2] + 2KCl + 2AgCl+ 2HNO3

2.2 NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA PHỨC CHẤT P1 VỚI DẪN XUẤT CỦA QUINOLIN

2.2.1 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P1 với quinolin (Qui)

 Cho 1,0 mmol P1 vào cốc chứa 5 ml etanol, chất rắn không tan

Nhỏ từ từ dung dịch chứa phối tử vào hỗn hợp P1, khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng,thấy xuất hiện kết tủa trắng Sau 2 giờ lọc bỏ KCl thu được dung dịch màu vàng tươi, thêmvào dung dịch thu được 5 ml nước Sau 24 giờ thu được các tinh thể hình kim màu vàngtươi Thu lấy tinh thể, rửa bằng etanol lạnh

Kí hiệu sản phẩm là P4 Hiệu suất phản ứng 90%

2.2.2 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P1 với axit quinaldic (HAQ)

 Cho 1,0 mmol P1 vào cốc chứa 5 ml nước, chất rắn không tan

Nhỏ từ từ dung dịch chứa phối tử vào hỗn hợp chứa P1, khuấy ở nhiệt độ phòng.Sau 2 giờ chiết lấy phần clorofom thu được dung dịch màu vàng tươi, thêm vào dung dịch5ml etanol Sau 24 giờ thu được các tinh thể hình kim màu vàng tươi Thu lấy tinh thể, rửabằng etanol lạnh

Kí hiệu sản phẩm là P5, hiệu suất 88%

2.3 NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC CỦA PHỨC CHẤT P3 VỚI DẪN XUẤT CỦA QUINOLIN

2.3.1 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P3 với quinolin (Qui)

 Cho 1,0 mmol P3 trong 2 ml axeton , chất rắn không tan

Nhỏ từ từ dung dịch chứa phối tử vào hỗn hợp chứa 1,0 mmol P3, thấy P3 tan dầnsau 10 phút lọc thu dung dịch sạch Bay hơi chậm dung dịch ở nhiệt độ phòng, sau 5 giờlọc, rửa bằng etanol thu được các tinh thể hình khối màu trắng ngà

Kí hiệu sản phẩm là P6, hiệu suất 92%

2.3.2 Nghiên cứu tương tác của phức chất phức chất P3 với axit quinaldic (HAQ)

 Cho 1,0 mmol P3 trong 5 ml nước, chất rắn không tan

Nhỏ từ từ dung dịch chứa phối tử vào hỗn hợp chứa P3, khuấy hỗn hợp ở nhiệt độphòng Sau 5 giờ lọc, rửa kết tủa bằng nước, etanol thu được chất bột màu đỏ

Kí hiệu sản phẩm là P7, hiệu suất 85%

2.4 THU HỒI PLATIN

Platin là kim loại quí và đắt tiền nên chúng tôi phải thu hồi lại Thu hồi platin từgiấy lọc, nước lọc và phức chất rắn chứa platin Quá trình thu hồi này được chúng tôi tiếnhành theo phương pháp mô tả trong các tài liệu[9]

2.5 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CỦA PHỨC CHẤT

Các phức chất được xác định hàm lượng nước kết tinh, platin và kali theo phương pháptrọng lượng tại tổ bộ môn hóa học Vô cơ- khoa Hóa Học- Đại học Sư Phạm Hà Nội

Cách tiến hành xác định hàm lượng nước kết tinh: Cân chén đã sấy khô ở 50- 550C, ghikhối lượng m1 Sấy mẫu và chén trong 2-3 giờ, ở 600C, làm nguội trong bình hút ẩm, cân, ghim2 Sấy ở 1050C trong 3 giờ, làm nguội trong bình hút ẩm, cân ghi m3.

2.6.1 Khảo sát phổ hồng ngoại (IR)

Phổ hấp thụ hồng ngoại của tất cả các phức chất nghiên cứu được đo tại Viện Hóahọc thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam bằng kỹ thuật tạo mẫu ép viênKBr trong vùng 4000 ÷ 400 cm-1

Phổ IR của các phức chất được trình bày ở phần phụ lục Các vân hấp thụ chính trênphổ IR của các phức chất nghiên cứu được liệt kê ở các Bảng 3

2.6.2 Khảo sát phổ cộng hưởng từ hạt nhân ( 1 HNMR)

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các phức chất được ghi trên máy BruckerADVANCE 500 MHz tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ ViệtNam, chất chuẩn là TMS

2.6.3 Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể:

Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của phức chất P4 được đo trên máy Bruker SMART

6000 ở 100 K tại Trường Đại học Leuven, Vương quốc Bỉ

2.6.4 Thử hoạt tính sinh học của các phức chất tổng hợp được

Sau khi tổng hợp và xác định cấu trúc của phức chất, chúng tôi tiến hành thử hoạttính sinh học của các chất tại Viện Hóa Học thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học và Công NghệViệt Nam Đối tượng thử là dòng tế bào ung thư gan (Hep-G2), ung thư biểu mô (KB), ungthư phổi (Lu) và ung thư vú (MCF7)