Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thử hoạt tính sinh học của một số phức của các nguyên tố chuyển tiếp với dẫn xuất thế n(4) của thiosemicacbazon

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA Tên đề tài: TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ PHỨC CỦA CÁC NGUYÊN TỐ CHUYỂ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN

CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Tên đề tài:

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO

VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ PHỨC CỦA CÁC NGUYÊN TỐ CHUYỂN TIẾP VỚI DẪN XUẤT

THẾ N(4) CỦA THIOSEMICACBAZON

Mã số đề tài: QG 12-04 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Trịnh Ngọc Châu

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG

1.1 Tên đề tài: Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thử hoạt tính sinh học của một

số phức của các nguyên tố chuyển tiếp với dẫn xuất thế N(4) của thiosemicacbazon

1.2 Mã số: QG 12 04

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Chức danh, học vị, họ và tên Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 PGS TS Trịnh Ngọc Châu Trường ĐHKHTN Chủ nhiệm đề tài

2 PGS TS Triệu Thị Nguyệt Trường ĐHKHTN Tham gia

3 GS TS Vũ Đăng Độ Trường ĐHKHTN Tham gia

4 NCS Nguyễn Thị Bích Hường Học Viện Hậu cần Tham gia

5 Một số học viên cao học - Tham gia

1.4 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

1.5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014

1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm…

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014

1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7 Tổng kinh phí đƣợc phê duyệt của đề tài: 180,0 triệu đồng

PHẦN II TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Các thiosemicacbazon là các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng tạo nên nhiều phức chất với kim loại chuyển tiếp rất phong phú về số lượng, đa dạng về cấu trúc và tính chất [1] Nhiều phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon có hoạt tính sinh học mạnh mẽ Sau năm 1960, người ta phát hiện ra phức chất Cis platin [Pt(NH3)2Cl2] có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư thì rất nhiều nhà khoa học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp, đặc biệt là các kim loại cùng nhóm với platin

Các công trình nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại, nghiên cứu cấu tạo của các phức chất tạo thành bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng [2,3] Mục tiêu của các nghiên cứu này là tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác như không độc, không gây hiệu ứng phụ để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và vật nuôi v.v Ngoài ra, người ta còn hy vọng rằng khi số lượng đủ lớn các thiosemicacbazon khác nhau và phức

chất của chúng được tổng hợp và thử hoạt tính sinh học có thể rút ra được những kết luận xác đáng về quan hệ giữa cấu tạo - hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này Từ đó, tiến tới việc thiết kế, tổng hợp định hướng các hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu

tạo và thử hoạt tính sinh học của một số phức của các nguyên tố chuyển tiếp với dẫn xuất thế N(4) của thiosemicacbazon”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

- Tổng hợp một số phối tử là thiosemicacbazon có nhóm thế no (metyl), không no (allyl) hay thơm (phenyl) ở vị trí N(4) với các hợp chất cacbonyl khác nhau là benzanđehit và axetophenon

- Tổng hợp các phức chất của các phối tử trên với Pd(II) và Ni(II) là hai kim loại thuộc nhóm VIIIB, cùng nhóm với platin Phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất

- Nghiên cứu các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp vật lý và hóa lý hiện đại

để xác định công thức phân tử, cách phối trí của các phối tử và công thức cấu tạo của các phức chất

- Thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư

và khả năng gây độc với tế bào thường của các phối tử và phức chất nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, ít độc hại, có thể dùng làm đối tượng nghiên cứu tiếp theo trong y và dược học

Chúng tôi cũng hy vọng rằng những kết quả thu được sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon và lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

-Thành phần, cấu tạo của phức chất tổng hợp được được xác định bằng các phương pháp chuẩn độ Complexon để xác định hàm lượng ion kim loại, phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C, phổ khối lượng

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

08101 của hãng Shimadzu trong khoảng từ 4000 - 400 cm-1 Mẫu được chế tạo theo phương pháp ép viên với KBr

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C được ghi trên máy Avance - 500 MHz (Bruker) ở 300 K, trong dung môi DMSO - d6 hoặc CDCl3, tần số ghi phổ cộng hưởng từ proton là 500 MHz, tần số ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C ở 125 MHz

- Phổ khối lượng (MS) được ghi trên máy Varian MS 320 3Q - Ion Trap theo phương pháp ESI tại Phòng cấu trúc, Viện Hoá học, Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Dung môi được sử dụng là DMF, điều kiện ghi mẫu: vùng đo m/z : 50 - 2000;

áp suất phun mù 30 psi; tốc độ khí làm khô 8 lit/ph; nhiệt độ làm khô 325oC; tốc độ khí 0,4 ml/ph; chế độ đo possitive

- Hính sinh học của các phối tử và phức chất tổng hợp được được xác định dựa trên việc thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và khả năng gây độc đối với tế bào thường Hoạt tính sinh học của các hợp chất được thử theo phương pháp pha loãng đa nồng độ để xác định các chỉ tiêu: MIC, IC50 và MBC

4 TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1 Tổng hợp các phối tử [4,5,6]

Các dẫn xuất thế N(4) của thiosemicacbazoe trong đề tài này được tổng hợp theo tỉ

lệ mol thiosemicacbazit : hợp chất cacbonyl = 1 : 1 theo sơ đồ chung dưới đây

R: CH3, C3H5, C6H5: Các hợp chất cacbonyl: C6H5CHO, C6H5(CO)CH3

Sơ đồ 1 Quy trình chung tổng hợp 6 phối tử thiosemicacbazon

Hoà tan 0,01 mol (1,05 g N(4)-metyl thiosemicacbazit, 1,31 g N(4)-allyl thiosemicacbazit hoặc 1,67 g N(4)-phenyl 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 20 ml dung dịch etanol đã hoà tan 0,01 mol (1 ml benzanđehit hay 1,2 ml axetophenon Hỗn hợp này được khuấy trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng sẽ thấy xuất hiện kết tủa màu trắng Tiếp tục khuấy thêm 2 giờ nữa ở nhiệt độ phòng để cho phản ứng xảy ra hoàn toàn Lọc kết tủa trên phễu lọc đáy thuỷ tinh xốp, rửa bằng nước, hỗn hợp etanol - nước và cuối cùng bằng etanol Sản phẩm được làm khô trong bình hút ẩm đến khối lượng không đổi để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo Hiệu suất đạt khoảng 90%

Kết quả tổng hợp các phối tử và màu sắc, dung môi hòa tan chúng được trình bày trong Bảng 1

thiosemicacbazit Hathbz trắng

etanol, CHCl3, DMF, DMSO…

3 thiosemicacbazit N(4)-phenyl Hpthbz trắng etanol, CHClDMSO… 3, DMF,

thiosemicacbazit Hmthacp trắng

etanol, CHCl3, DMF, DMSO…

5 thiosemicacbazit N(4)-allyl Hathacp trắng etanol, CHClDMSO… 3, DMF,

thiosemicacbazit Hpthacp trắng

etanol, CHCl3, DMF, DMSO…

4.2 Tổng hợp các phức chất [4,5,6]

Chúng tôi tổng hợp phức chất theo tỉ lệ mol giữa ion kim loại và phối tử là

1 : 2 Cách tổng hợp với mỗi kim loại được thực hiện như sau:

Sơ đồ 2 Quy trình chung tổng hợp 12 phức chất của thiosemicacbazon với

Pd(II) và Ni(II)

Hoà tan hoàn toàn 4 mmol phối tử HL1 hay HL2 (0,786 g Hmthbz, 0,876 g Hathbz, 1,020 g Hpthbz) hay 0,772 g Hthacp, 0,828 g Hmthacp, 0,932 g Hathacp, 1,076 g Hpthacp) trong 30 ml etanol nóng rồi đổ từ từ vào dung dịch của 2 mmol muối MCl2 (10 ml, 0,2M) (M: Pd, Ni) đã được điều chỉnh môi trường bằng NH3 đặc đến khi vừa đủ tạo thành phức amoniacat (pH: 9-10) Vừa đổ, vừa khuấy đều hỗn hợp trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng khi thấy xuất hiện kết tủa màu vàng cam của phức Pd(II) hoặc màu nâu của phức Ni(II) thì khuấy tiếp 2 giờ nữa Lọc, rửa kết tủa trên phễu lọc thuỷ tinh đáy xốp bằng nước, hỗn hợp etanol - nước và cuối cùng bằng etanol Làm khô chất rắn thu được trong bình hút ẩm đến khối lượng không đổi để tiến hành nghiên cứu phức chất Hiệu suất đạt khoảng 75%

Bảng 2 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất

STT Phức chất Màu sắc Khối

lượng thu được (g)

Hàm lượng ion kim loại Công thức phân tử

giả định

M LT(%) TN(%)

1 Pd(mthbz)2 vàng cam 1,15 21,63 21,35 PdC18H20N6S2 450

2 Pd(athbz)2 vàng cam 1,0 23,45 23,85 PdC22H24N6S2 542

3 Pd(pthbz)2 vàng cam 1,1 17,26 17,89 PdC28H24N6S2 614

4 Ni(mthbz)2 nâu 1,0 13,12 13,48 NiC18H20N6S2 442

5 Ni(athbz)2 nâu 1,0 11,74 11,43 NiC22H24N6S2 494

6 Ni(pthbz)2 nâu 1,0 10,25 10,59 NiC28H24N6S2 566

7 Pd(mthacp)2 vàng cam 1,2 20,46 20,96 PdC20H24N6S2 518

8 Pd(athacp)2 vàng cam 1,0 18,60 18,12 PdC24H28N6S2 570

9 Pd(pthacp)2 vàng cam 1,15 16,51 16,15 PdC30H28N6S2 642

10 Ni(mthacp)2 nâu 1,0 12,34 12,75 NiC20H24N6S2 470

11 Ni(athacp)2 nâu 1,0 11,11 10,86 NiC24H28N6S2 522

12 Ni(pthacp)2 nâu 1,0 9,76 9,45 NiC30H28N6S2 594

Kết quả tính toán hàm lượng của các kim loại trong phức thức theo công thức giả định và theo thực nghiệm khá phù hợp nhau Điều đó cho thấy công thức giả định của tất

cả các phức chất đưa ra là hợp lý

4.3 Nghiên cứu cấu tạo của các phối tử và phức chất

4.3.1 Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

Trên phổ hồng ngoại của cả các phối tử và các phức chất đều xuất hiện dải hấp thụ rộng ở vùng 3200 - 3400 cm-1, dải hấp thụ đặc trưng của nhóm NH Mặt khác dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết SH ở vùng 2570 cm-1 cũng không xuất hiện mà

thấy xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C = S là do sự thiol hoá của phần khung thiosemicacbazon và S tham gia liên kết trực tiếp với ion kim loại Cũng chính do sự thiol hóa nên trên phổ của các phức chất xuất hiện thêm giải hấp thụ đặc trưng cho dao động của N(2) = C

Bảng 3 Một số dải hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử và

phức chất của chúng với Pd(II), Ni(II)

4.3.2 Nghiên cứu bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H và 13 C

Trên phổ cộng hưởng từ proton của các phức chất không thấy xuất hiện tín hiệu cộng hưởng của proton nhóm N(2)H và proton nhóm SH Như vậy, sau khi thiol hóa, nguyên tử hiđro lại bị tách ra để một vị trí liên kết giữa ion kim loại với phối tử đã được hình thành qua nguyên tử S Trong phổ cộng hưởng từ 13C của các phức chất Pd(athbz)2 và Ni(athbz)2 tín hiệu cộng hưởng của C nhóm CS cộng hưởng với cường độ rất thấp ở khoảng 172 ppm

Một vị trí liên kết giữa phối tử và ion kim loại nữa đã được tạo thành thông qua nguyên tử N(1) Điều này có thể thấy rõ khi so sánh phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của

và

các phối tử với phổ của các phức chất tương ứng Khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất C nhóm CH = N(1) chuyển dịch về vùng trường thấp hơn, có độ chuyển dịch hóa học cao hơn Sở dĩ có sự thay đổi này là do khi tạo liên kết phối trí với ion kim loại làm mật độ điện tích trên nguyên tử N(1) bị giảm đáng kể, dẫn đến mật độ điện tích bao quanh nguyên

tử C nhóm CHN cũng giảm và nó chuyển dịch về vùng trường thấp hơn tức là có độ chuyển dịch hóa học cao hơn Trong phức chất Pd(mthbz)2 cacbon của nhóm C = N(1) cộng hưởng ở 155,921 ppm trong khi ở phối tử Hmthbz là 141,709 ppm

Như vậy, phức chất đã được tạo thành Liên kết phối trí giữa phối tử và ion kim loại trung tâm được thực hiện qua các nguyên tử S và N(1) Các tín hiệu cộng hưởng của các proton và cacbon khác thay đổi không đáng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất và được liệt kê trong các Bảng 3.5 và 3.6 Các phức chất của Pd(II), Ni(II) với các phối tử dãy HL1 đã được tạo thành Các phối tử dãy HL1 và HL2 đều đóng vai trò là phối tử hai càng với bộ nguyên tử cho là S, N(1)

Kết quả nghiên cứu phức chất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu phổ hồng ngoại của các phức chất ở trên

Hình 1 Phổ 1 H- NMR của phối tử Hathbz

Hình 2 Phổ 1 H- NMR của phức chất Pd(athbz) 2

Bảng 4 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1 H - NMR của các phối tử HL 1 và các phức chất M(mthbz) 2 , M(athbz) 2 và M(pthbz) 2

J7a-6,J7a-5,

J7b-6, J7b-5

H5a,

H5b (HC5)

H5 (HC5)

J5-4

Hmthbz

11,45

1 (s, 1)

8,491 (d, 1) 4,0

8,045 (s, 1)

7,795;

7,791 (d, 2) 8,0;7,0

3,018 (d, 3) 4,5 Pd(mthbz)2 -

7,120 (d, 1) 4,5

7,498 (s, 1)

7,605 (d, 2) 7,0

-

7,454 (t, 1) 7,0; 7,5

7,351 (t, 2) 8,0 7,5

2,730 (d, 3) 5,0 Ni(mthbz)2 -

7,073 (q, 1) 4,0;4,5 4,5

7,366

2,652 (d, 3) 4,5

Hathbz 11,504 (s,

1)

8,670 (t, 1) 5,5;6,0

8,069 (s, 1)

7,805

5,918 (m, 1) (m, 2) 5,128 (m, 2) 4,222 -

Pd(athbz)2 -

7,376 (t, 1) 5,5;

5,5

7,465 (s, 1)

7,622 (d, 2)

7,448 (br, 1)

7,334 (t,2) 8,0; 7,5 - -

5,895 (m, 1)

5,197;

5,127 (dd, 1);

17,5;1,5 10,0;1,0

3,826 (m,1) 3,743 (m, 1) -

(s, 1)

7,424 (chập,4)

8,129 (d, 2) 6,5

- 7,424 (chập, 4) - - (m, 1) 5,878 5,216 (d, 1) 17,5

5,111

3,863 (s, 2) -

(d, 1) 10,5 Hpthbz

11,81

4 (s, 1)

10,101 (s, 1) 8,173 (s, 1)

7,907;

7,901 (d, 2) 8,0; 6,0

7,582 (d, 2) 8,0

7,434 (chập, 3)

7,373 (t, 2) 8,0;

8,0

7,209 (t, 1) 7,5;

7,721 (d, 2) 7,5

7,631 (d, 2) 8,0

7,526 (t, 1) 7,5

7,403 (t, 2) 8,0; 8,0

7,283 (t, 2) 8,0;8,0

6,968 (t, 1) 7,5;7,5

Ni(pthbz)2 - 9,790 (s, 1) 7,771 (s, 1) 8,164 (d, 2)

7,5

7,583 (d, 2) 8,0

7,488 (t, 1) 7,5; 7,5

7,423 (t, 2) 7,5; 7,5

7,314 (t, 2) 7,5;8,0

7,038 (t, 1) 7,5;7,5

Hathbz 177,234 142,008 134,160 128,586 127,226 129,753 - - - - 45,727 135,049 115,469 - Pd(athbz)2 - 155,876 132,142 129,948 127,229 130,721 - - - - 47,135 135,127 115,230 - Ni(athbz)2 - 153,502 132,402 130,829 128,343 131,937 - - - - 47,483 134,921 115,643 - Hpthbz 176,004 142,846 139,026 127,990 125,800 129,982 133,970 127,578 125,265 128,588 - - - - Pd(pthbz)2 167,866 158,767 141,044 128,479 121,812 131,338 131,866 127,382 119,143 130,285 - - - - Ni(pthbz)2 168,813 161,909 140,845 128,466 121,743 130,784 132,838 128,152 118,880 129,738 - - - -

Bảng 6 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1 H - NMR của các phối tử HL 2 và các phức chất M(mthacp) 2 , M(athacp) 2 và

M(pthacp) 2 (M: Pd(II), Ni(II)) trong dung môi CDCl 3

J7,9-6,10

J7,9-8

H8 (HC8)

J8-7,9

J8-6,10

H5 (HC5)

H6 (HC6)

H7a, H7b (HC7)

J7a-6, J7a-5, J7b-6,

J7b-5

H5 (HC5)

J5-4

H

3,260 (d, 3) 5,0

2,263 (s, 3) Pd(mthacp)2 - 4,728 (s, 1)

7,401 (t, 1) 6,5;6,5

7,532 (t, 2) 7,0; 7,0

3,5

1,811 (s, 3)

Hathacp 8,820 (s, 1)

7,694 (chập, 3) -

7,404

4,398 (m, 2)

5,971 (m, 1)

5,289(dd, 1) 17,0; 1,0 5,212(dd,1) 10,0; 1,5

5,921 (br, 1)

5,193

1,768 (s, 3) Ni(athacp)2 -

4,741 (t, 1) 5,0;

5,5

8,713

7,528 (t,2) 7,5;7,5

7,398 (t,1) 7,5; 7,5

(s, 2)

5,881 (m, 1)

5,204 (d, 1) 17,0 5,135 (d, 1) 10,0

- 1,782 (s, 3)

7,744 (br, 2)

7,688 (d, 2); 8,0 7,436 (chập,3)

7,396 (d, 2) 8,0

7,247 (t, 1);

7,319 (d, 2) 8,0

7,530 (t, 2) 7,5; 7,5

7,366 (t, 2) 7,5; 7,5

7,263 (t, 2) 7,5; 8,0

6,989 (t, 1) 7,5; 7,0

(s, 3)

Bảng 7 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13 C - NMR của các phối tử HL 2 và các phức chất M(thacp) 2 , M(mthacp) 2 ,

M(athacp) 2 và M(pthacp) 2 (M: Pd(II), Ni(II)) trong dung môi CDCl 3

Hợp chất

Vị trí, ppm C= S