Tổng hợp và nghiên cứu tính chất phức chất của ion zn2+, cu2+ tạo với hợp chất thiên nhiên quercetin

Phức chất của nhiều kim loại chuyển tiếp có những ứng dụng rất tốt như xúc tác, chất chống oxi hóa, chất kháng khuẩn, chất kháng nấm, chất ức chế sự phát triển của tế bào ung thư...Đặc b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHAN THẾ TRUNG

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT CỦA ION Zn2+, Cu2+TẠO VỚI HỢP CHẤT

THIÊN NHIÊN QUERCETIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Nghệ An – 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

PHAN THẾ TRUNG

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT PHỨC CHẤT CỦA ION Zn2+, Cu2+TẠO VỚI HỢP CHẤT

THIÊN NHIÊN QUERCETIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Học Vô Cơ

Mã số: 8.44.01.13

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Nguyễn Hoa Du

Nghệ An - 2019

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ quí báu từ quý thầy cô trong suốt quá trình nghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp của em tại trường Đại Học Vinh

Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn

Hoa Du vì sự hướng dẫn nhiệt tình, tận tâm và chu đáo của thầy Nhờ sự trợ

giúp và động viên của thầy đã giúp em vượt qua mọi khó khăn, trở ngại để hoàn thành luận văn của mình

Xin chân thành cảm ơn NCS Lê Thế Tâm đã giúp đỡ trong suốt quá trình

làm thực nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Sư phạm Tự nhiên, trường Đại học Vinh, quý thầy cô giáo trong bộ môn Hóa vô cơ, cán bộ các phòng thí nghiệm hóa học trường Đại học Vinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho

em có cơ hội học tập, nâng cao kiến thức chuyên môn, hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ở bên cổ vũ, động viên, luôn sát cánh và ủng hộ trong suốt thời gian qua, giúp em hoàn thành nhiệm vụ học tập và hoàn thành tốt luận văn

Vinh, ngày 22 tháng 7 năm 2019 Tác giả

Phan Thế Trung

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu: 2

5 Phương pháp nghiên cứu: 3

6 Cấu trúc của luận văn 3

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Đồng, kẽm 4

1.1.1 Kim loại đồng, kẽm 4

1.1.2 Hợp chất và phức chất của đồng, kẽm 5

1.1.3 Vai trò sinh học của đồng, kẽm [20] 11

1.2 Quercetin 13

1.2.1 Nguồn gốc, cấu tạo và tính chất vật lí 13

1.2.2 Tính chất hóa học và hoạt tính sinh học 14

1.2.3 Ứng dụng của quercetin 16

1.2.4 Điều chế quercetin 17

1.3 Phức chất của kim loại với flavonoid và hoạt tính sinh học 18

1.4 Các phương pháp tổng hợp phức chất 23

1.4.1 Tổng hợp phức chất từ kim loại và phối tử [3] 23

1.4.2 Tổng hợp phức chất từ các hợp chất đơn giản của kim loại với phối tử [3] 24

1.4.3 Tổng hợp phức chất nhờ phản ứng thay thế phối tử [1], [3], [10], [12],

[13] 28

1.4.4 Tổng hợp phức chất nhờ phản ứng oxi hóa- khử phức chất [3] 29

1.4.5 Dung môi trong tổng hợp phức chất [3] 30

1.5 Các thiết bị và phép đo 30

1.5.1 Phương pháp phổ UV-Vis [3], [4] 30

1.5.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [3], [4] 31

1.5.3 Phương pháp phổ khối lượng (ESI-MS) [3], [4] 32

1.5.4 Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa trên khả năng bẫy các gốc tự do [17] 34

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 36

2.1 Hóa chất và thiết bị thí nghiệm 36

2.1.1 Hóa chất 36

2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 36

2.2 Quy trình tổng hợp phức chất của Zn2+ với quercetin 37

2.3 Quy trình tổng hợp phức chất của Cu2+ với quercetin 37

2.4 Quy trình phân tích kim loại 38

2.5 Các phép đo 39

2.5.1 Đo phổ UV-Vis 39

2.5.2 Đo phổ hồng ngoại (IR) 39

2.5.3 Đo phổ khối lượng (ESI-MS) 39

2.5.4 Phương pháp xác định hoạt tính chống oxi hóa dựa trên khả năng bẫy gốc tự do DPPH 39

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Tổng hợp phức chất của Zn2+ với phối tử quercetin 40

3.2 Tổng hợp phức chất của Cu2+với quercetin 41

3.3 Khảo sát thành phần của phức chất thu được 42

3.3.1 Kết quả đo phổ khối 42

3.3.2 Phổ IR của phối tử và các mẫu phức 45

3.3.3 Kết quả đo phổ Uv-vis 47

3.3.4 Kết quả phân tích khối lượng kim loại 51

3.4 Khảo sát cấu trúc của phức chất thu được 52

3.5 Khảo sát hoạt tính sinh học của phức chất thu được về khả năng bắt giữ gốc tự do [16], [21], [26], [27] 53

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh DMSO Dimetylsunfoxit Dimetylsunfoxit EtOH Ethanol Ethanol ESI-MS Quang phổ khối ion hóa Electrospray Ionisation Mass Spectrometry IR Phổ hồng ngoại InfraRed Spectroscopy THF Tetrahydrofuran Tetrahydrofuran Q quercetin quercetin UV-VIS Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Ultra violet - Visible Gly Glyxin Glyxin DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Phổ khối -MS của phức Cu(II)/ 42

Hình 3.2 Phổ khối +MS của phức Cu(II)/Q 43

Hình 3.3 Phổ khối -MS của phức Zn(II)/Q 44

Hình 3.4 Phổ khối +MS của phức Zn(II)/Q 44

Hình 3.5 Phổ IR của quercetin 45

Hình 3.6 Phổ IR của phức Cu(II)/Q 46

Hình 3.7 Phổ IR của phức Zn(II)/Q 46

Hình 3.8 Phổ UV-VIS của Q/EtOH 47

Hình 3.9 Phổ UV-VIS của Cu(II)/Q (1/2), không NH3 48

Hình 3.10 Phổ UV-VIS của Cu(II)/Q (1/2) 48

Hình 3.11 Phổ UV-VIS của Zn(II)/Q (1/2), không NH3 50

Hình 3.12 Phổ UV-VIS của Zn(II)/Q (1/2) 50

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tần số dao động hóa trị của một số nhóm chức 32

Bảng 1.2 Tần số dao động của nhóm OH alcohol, phenol 32

Bảng 3.1 Tần số dao động của phối tử quercetin 45

Bảng 3.2 Tần số dao động của một số nhóm đặc trưng 47

Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả UV-VIS của Q/EtOH, Cu(II)/Q 49

Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả UV-VIS của Q/EtOH, Zn(II)/Q 51

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hóa học phức chất ngày càng phát triển nhanh chóng với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực hóa học, sinh hóa, y sinh,… cho thấy tầm quan trọng to lớn của nó đối với đời sống và sản xuất Phức chất của nhiều kim loại chuyển tiếp có những ứng dụng rất tốt như xúc tác, chất chống oxi hóa, chất kháng khuẩn, chất kháng nấm, chất ức chế sự phát triển của tế bào ung thư Đặc biệt phức của các kim loại sinh học là nguyên tố chuyển tiếp với phối tử thiên nhiên đang trở thành một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng, thu hút một lượng lớn các nhà

khoa học tham gia

Phức chất của các flavonoid với một số ion kim loại sinh học đã được nghiên cứu, cho thấy chúng có hoạt tính kháng viêm, chống oxi hóa và ức chế tế bào khối u tốt hơn phối tử tự do

Quercetin là một trong những flavonoid quan trọng, có công dụng chống ôxy hóa, giúp bồi bổ tim, phòng ngừa tai biến mạch máu não, phòng ngừa khối

u, kháng khuẩn, kháng tụ cầu, Do có các nhóm chức C=O và Ar-OH nên nó có khả năng tạo phức chelat tốt với nhiều ion kim loại chuyển tiếp

Đồng, kẽm là hai trong các kim loại chuyển tiếp sinh học: Đồng có vài trò tạo enzym chuyển electron, tạo enzym vận chuyển và hoạt hóa oxi; kẽm có trong thành phần của hơn 80 loại enzym khác nhau trong cơ thể, đặc biệt có trong hệ thống enzym vận chuyển, thủy phân, đồng hóa, xúc tác phản ứng gắn kết các chuổi trong phân tử AND, xúc tác phản ứng oxi hóa cung cấp năng lượng Ngoài ra kẽm còn hoạt hóa nhiều enzym khác như amylase, pencreatinase,

Từ những thực tế ở trên, chúng tôi chọn đề tài “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất phức chất của ion Zn2+, Cu2+ tạo với hợp chất thiên nhiên quercetin” làm luận văn tốt nghiệp cao học thạc sĩ, chuyên ngành Hóa vô cơ

2 Mục đích nghiên cứu:

a) Mục đích chung: Tổng hợp được phức chất rắn của Zn(II), Cu(II) với

quercetin và đặc trưng thành phần, tính chất của các phức chất

b) Mục đích cụ thể:

- Tổng hợp được 02 phức chất

- Đặc trưng thành phần hóa học của các phức chất

- Đặc trưng các tính chất phổ của các phức chất (phổ IR, MS, UV-Vis)

- Thử hoạt tính sinh học của phức chất về khẵ năng bắt giử gốc tự do

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

a) Đối tượng nghiên cứu

b) Phạm vi nghiên cứu:

với phối tử quercetin

- Xác định thành phần, cấu trúc của phức

- Thử hoạt tính sinh học của phức chất về khẵ năng bắt giử gốc tự do

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về quercetin và phức chất của nó với các ion kim loại

- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của phản ứng tổng hợp phức, phản ứng tổng hợp

- Tiến hành nghiên cứu thành phần, cấu trúc của phức chất đã tổng hợp được bằng các phương pháp khác nhau

- Thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất đã tổng hợp được của quercetin với

Zn2+, Cu2+

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu tổng quan tài liệu khoa học về đối tượng của đề tài trên các tạp chí khoa học, sách, chuyên khoa liên quan

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

trực tiếp và bằng phương pháp thế phối tử

+ Các phương pháp phổ để nghiên cứu đặc trưng của mẫu nghiên cứu: Vis, IR, ESI-MS

UV-* UV-Vis: để xác định sự tương tác tạo phức trong dung dịch; để đặc trưng phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu phức rắn khi hòa tan trong dung môi thích hợp

* IR: để xác định các nhóm chức đã tham gia phản ứng tạo phức, đặc trưng về IR của phức

* ESI-MS: để xác định thành phần hóa học của phức chất

6 Cấu trúc của luận văn

Đồng (copper) là nguyên tố thuộc ô thứ 29, chu kỳ 4, nhóm IB của bảng

tuần hoàn các nguyên tố hóa học, nguyên tử khối 63,545

Cấu hình electron [Ar]3d104s1, năng lượng ion hóa I1= 7,72 eV; I2=20,29

sơ đồ thế oxi hóa-khử sau:

Qua sơ đồ oxi hóa -khử cho thấy trạng thái kim loại là bền nhất đối với Cu, các trạng thái oxi hóa đều không bền về mặt nhiệt động, dễ chuyển sang trạng thái số oxi hóa không Sơ đồ oxi hóa còn cho thấy sự tạo phức và kết hợp với

hợp chất ít tan làm tăng độ bền của các trạng thái oxi hóa dương

Những hợp chất với số oxi hóa cao của Cu đều có màu vì trong đó có

orbital d chưa đầy electron

1.1.1.2 Kim loại kẽm[11]

Kẽm là nguyên tố kim loại, đứng đầu tiên trong nhóm IIB của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Nếu định nghĩa kim loại chuyển tiếp là nguyên tố

mà nguyên tử của nó ở trạng thái trung hòa hoặc ở một trạng thái oxi hóa nào đó

có orbital d hay f chưa điền đủ electron thì Zn không phải là kim loại chuyển tiếp Thật vậy Zn khác với kim loại chuyển tiếp về một số tính chất như Zn là

đối mạnh, có số oxi hóa duy nhất trong hợp chất là +2 Nhưng kẽm giống với kim loại chuyển tiếp ở chỗ có khả năng tạo nên nhiều phức chất, như với amoniac, amin, ion halogenua, ion xianua Tuy nhiên ngay trong phức chất với

CN-, khả năng tạo liên kết pi giữa kim loại với phối tử vẫn kém các kim loại

Ion Cu2+ là chất tạo phức mạnh Những ion phức quen thuộc của Cu2+ là [CuX3]- (trong đó X = F, Cl, Br), [Cu(NH3)4]2+, [Cu(C2O4)]2-, [Cu(en)2]2+ (trong

[Cu(NH3)4]2+ và xanh chàm đậm của [Cu(en)2]2+gây nên bởi sự tăng cường độ

cường độ màu có liên quan với hệ số hấp thụ của phức chất Sự tăng hệ số hấp thụ xảy ra nếu sự thay đổi thành phần và cấu tạo của phức chất làm mất sự ngăn

có tâm đối xứng nên bước chuyển electron không bị cấm Ngoài ra liên kết

có sự chuyển điện tích từ phối tử đến cation kim loại mà sự chuyển này cũng

loại bỏ sự ngăn cấm chuyển dời electron làm tăng mạnh cường độ màu

Nguyễn Phương Chi, Nguyễn Văn Tuyến [2] đã tổng hợp và nghiên cứu phức chất của Cu(II) với phối tử 4N-phenylthiosemicarbazon isatin có thành

mạnh hơn nhiều so với phối tử tự do

Cấu trúc phức chất:

Natalia Alvarezl và cộng sự [25] cho rằng phức [Cu(L-dipeptide)(phen)],

[Cu(diimine)(phosfine)Cl] đều có hoạt tính sinh học gây độc tế bào, có ý nghĩa

trong việc điều trị bệnh ung thư

Lê Văn Huỳnh [9], cho rằng phức chất của đồng với glyxin (gly) có thành

trans-Cu(gly)2.H2O

Cấu trúc của hai dạng đó là

Nhiều phức đồng (II) thể hiện hoạt động gây độc tế bào thông qua quá trình apoptosis của tế bào hoặc ức chế enzyme Loại phức này được ứng dụng chính trong việc giảm kích thước khối u, làm chậm di căn trong quá trình điều trị bệnh ung thư Chelate curcuminoids cho thấy có tác dụng giảm đáng kể khối lượng khối u rắn ở chuột, trong khi phức của các dẫn xuất pyridine-2-carbohydrazide

ức chế sự biểu hiện của c-Src, một tyrosinekinase không có tác dụng trung gian,

gây độc tế bào, chống lại dòng tế bào ung thư,

Các phức Cu(II) với nhiều phối tử thơm liên kết thông qua các nguyên tử

N, S hoặc O đã được tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học Sau đây là một

số phức chất đồng (II) thể hiện hoạt tính sinh học [19]:

được chứng minh là có tác dụng thể hiện hoạt tính metalloprotease

chống ung thư

trans-Cu(gly) 2 H 2 O (nước hiđrat) cis-Cu(gly) 2 H 2 O (nước hiđrat)

- Phức [(LH)2CuCl3]+, với phối tử L là 6-(2-chlorobenzyl amino)purine, có

hoạt tính tiềm năng chống ung thư, ức chế sự tăng trưởng của tế bào ung thư

[(5-bromo-2-hydroxyphenyl)methylidene] amino-N-(pyrimidin-2-yl)benzene sunfonamides,

có hoạt tính kháng khuẩn

1.1.2.2 Hợp chất và phức chất của kẽm

Kẽm thể hiện một trạng thái oxi hóa duy nhất trong các hợp chất và phức

Các hợp chất của kẽm như oxit (ZnO), hiđroxit [Zn(OH)2], các muối kẽm như ZnCl2, ZnSO4, Zn(NO3)2,

Đa số các muối đơn giản của kẽm không màu (trừ ZnSe có màu vàng,

ZnTe có màu đỏ)

đồng Những ion phức thường gặp là [ZnX4]2- (trong đó X là Cl-, Br-,I-, CN-), [Zn(NH3)4]2+, [Zn(NH3)6]2+

Phức của kẽm với một số phối tử sinh học

Lê Văn Huỳnh [9] cho rằng phức kẽm với glyxin, có thành phần

Nguyễn Thị Bích Hường, Trịnh Ngọc Châu [7], đã tổng hợp phức chất Zn(II) với thiosemicacbazon 2-axetylpyriđin, kết quả nghiên cứu cho thấy phức

chất tổng hợp được có hoạt tính kháng khuẩn giảm xuống so với phối tử tự do Phối tử:

Phức chất:

Nguyễn Thị Bích Hường và cộng sự [8] đã tổng hợp phức chất của Zn(II) với N(4)-phenylthiosemicacbazon 2-axetylpyridin Cấu trúc của phối tử

định (2 dòng vi khuẩn Gram(+): B.subtillis, S.aureus; 2 dòng vi khuẩn Gram (-): E.coli, P.aeruginosa; 2 dòng nấm mốc : A.niger, F.oxysporum và 2 dòng nấm men: S.cerevisiae, C.albicans) tại nồng độ thử nghiệm (50μg/ml), nhưng phối tử

tự do kháng được 01 vi khuẩn Gram(-): E.coli và 01 vi khuẩn Gram(+): S.aureus

với giá trị MIC là 50μg/ml

1.1.3 Vai trò sinh học của đồng, kẽm [20]

Cơ thể con người có một hệ thống phức tạp để quản lý và điều chỉnh lượng kim loại vi lượng quan trọng lưu thông trong máu và được lưu trữ trong các tế bào Các kim loại dinh dưỡng từ chế độ ăn uống của chúng ta được hấp thụ vào máu để duy trì một nồng độ nhất định cho nhu cầu của cơ thể Máu vận chuyển kim loại đến các tế bào nếu nồng độ tế bào không đủ, hoặc bài tiết nếu lượng máu và tế bào đủ hoặc quá tải Khi hệ thống này không hoạt động đúng, mức độ

và tỷ lệ bất thường của kim loại vi lượng sẽ xuất hiện Một trong những mất cân bằng kim loại vi lượng phổ biến nhất là đồng tăng và kẽm bị suy giảm Tỷ lệ giữa đồng và kẽm quan trọng hơn về mặt lâm sàng so với nồng độ của một trong hai kim loại vi lượng này

Có 2-4 gram Zn phân bố khắp cơ thể người Hầu hết kẽm có trong não, cơ, xương, thận và gan, với nồng độ cao nhất ở tuyến tiền liệt và các bộ phận của mắt Nó là nguyên tố kim loại chuyển tiếp phổ biến thứ hai sau sắt trong các sinh vật và là kim loại duy nhất xuất hiện trong tất cả các loại enzyme

Đồng cũng là một chất dinh dưỡng quan trọng trong chế độ ăn uống Mặc

dù đồng là kim loại vi lượng dồi dào thứ ba trong cơ thể (sau sắt và kẽm), tổng lượng đồng trong cơ thể chỉ là 75 - 100 miligam Đồng có mặt trong mọi mô của

cơ thể, nhưng được lưu trữ chủ yếu ở gan, với số lượng ít hơn được tìm thấy trong não, tim, thận và cơ

Vai trò sinh học của Zn [20]

Kẽm có liên quan đến nhiều khía cạnh của quá trình chuyển hóa tế bào Người ta ước tính rằng khoảng 10% protein của con người có khả năng liên kết với kẽm, có hàng trăm chất vận chuyển và lưu thông kẽm Kẽm cần thiết cho hoạt động xúc tác của hơn 200 enzyme Sự phổ biến của kẽm trong các enzym

có thể là nhờ nó có tính acid Lewis vừa phải nhờ sự bù trừ yếu tố bán kính và điện tích, không có tính oxy hóa – khử trong môi trường sinh hóa Ion kẽm có khả năng tạo phức tốt và linh hoạt phối trí với nhiều nguyên tử cho khác nhau, chủ yếu là O và N Nó đóng vai trò trong chức năng miễn dịch, chữa lành vết thương, tổng hợp protein, hô hấp, tổng hợp DNA và phân chia tế bào Kẽm hỗ trợ tăng trưởng và phát triển bình thường trong quá trình mang thai, tuổi thơ và tuổi trưởng thành Nó được cho là góp phần bảo vệ chống lão hóa nhanh và giúp đẩy nhanh quá trình chữa lành sau chấn thương Các ion kẽm là chất chống vi khuẩn hiệu quả ngay cả ở nồng độ thấp Viêm dạ dày và ruột bị suy giảm mạnh nhờ ăn kẽm và tác dụng này có thể là do tác dụng kháng khuẩn trực tiếp của các ion kẽm trong đường tiêu hóa, hoặc do sự hấp thụ kẽm và giải phóng lại từ các

tế bào miễn dịch, hoặc cả hai Các tế bào trong tuyến nước bọt, tuyến tiền liệt,

hệ thống miễn dịch và ruột sử dụng tín hiệu kẽm như một cách để giao tiếp với các tế bào khác Nó cũng có thể là một chất độc thần kinh, cho thấy cân bằng nội

môi kẽm đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động bình thường của não và hệ thần kinh trung ương

Vai trò sinh học của đồng [20]

Đồng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của chúng ta, phần lớn là do nó cho phép nhiều enzyme quan trọng hoạt động tốt Đồng rất cần thiết để duy trì sức khỏe của da, mạch máu, biểu mô và mô liên kết trên toàn

cơ thể Đồng đóng vai trò trong việc sản xuất huyết sắc tố, myelin, melanin và

nó cũng giữ cho tuyến giáp hoạt động bình thường Đồng có thể hoạt động như một chất chống oxy hóa Các gốc tự do tạo thành một cách tự nhiên trong cơ thể

và có thể gây hại thành tế bào, tương tác với vật liệu di truyền và gây ra một số vấn đề sức khỏe và bệnh tật Đồng tiêu diệt hoặc trung hòa các gốc tự do nên có thể làm giảm hoặc ngăn ngừa một số thiệt hại mà chúng gây ra cho cơ thể Khi đồng hoạt động như một chất chống oxy hóa, nó sẽ thúc đẩy sự phá hủy gốc tự

do và có thể góp phần làm giảm sự phát triển của bệnh Alzheimer Duy trì cân bằng chế độ ăn uống hợp lý cung cấp lượng đồng cần thiết, cân đối cùng với các khoáng chất khác như kẽm và mangan là điều rất quan trọng

Câu tạo: Quercetin có công thức phân tử C15H10O7 (M=302,222)

CTCT

Tính chất vật lí

tan tốt hơn trong ethanol, methanol, ether, acetone, pyridine, acid acetic Ở nhiệt

độ thường 100 ml ethanol hòa tan 0,345 gam quercetin, khi đun sôi 100 ml ethanol hòa tan 4,348 gam quercetin Do đó có thể sử dụng phương pháp kết tinh lại để làm sạch quercetin

1.2.2 Tính chất hóa học và hoạt tính sinh học

Tính chất hóa học

Do đặc điểm cấu tạo hóa học của quercetin có nhiều nhóm hyđroxyl phenolic, nhóm cacbonyl và vòng benzen nên chúng có khả năng phản ứng rất lớn Tính chất hóa học của các nhóm hyđroxyl phenolic còn phụ thuộc vào hệ đôi liên hợp và vị trí tương ứng của nhóm OH:

- Tính oxi hóa: dưới tác dụng của các chất oxi hóa như: bạc nitrat, persunfat, gốc tự do, hay enzym polyphenoloxydase quercetin sẽ bị oxi hóa

tự do khác tạo thành liên kết mới C-C, C-O hoặc O-O Sự tăng nhóm hyđroxyl trong phân tử làm cho các hợp chất phenol trở nên nhạy cảm hơn với sự oxi hóa

và với các phản ứng bẻ gãy vòng

Trong môi trường acid (pH =2), quercetin bị oxi hóa bởi hiđropeoxit tạo quinon

- Tính acid: quercetin có tính acid yếu nên dễ dàng tác dụng với dung dịch kiềm hay dung dịch amoniac tạo thành muối tan trong nước, cho dung dịch màu vàng

- Sự tạo thành liên kết hiđro: Khi không có gì trở ngại về mặt không gian, liên kết hiđro được hình thành giữa các nhóm OH tự do trong cùng phân tử (nội phân tử) hoặc giữa các phân tử với nhau Điều này làm ảnh hưởng nhiều đến tính chất li hóa học của quercetin như : độ hòa tan, điểm nóng chảy, điểm sôi, khả năng phản ứng, cấu trúc phân tử, đặc tính phổ,

- Phản ứng hinoza: Đây là phản ứng khử, có sự tham gia của kim loại như sắt, magie, kẽm và acid clohydric Phản ứng khử quercetin bằng kim loại magie trong môi trường HCl tạo thành dẫn chất màu cyanidin chlorid Người ta dùng phản ứng này để định lượng, định tính quercetin bằng phương pháp so màu Ngoài ra quercetin còn có một số phản ứng khác như: phản ứng mở vòng, phản ứng ether hóa, phản ứng thế, phản ứng điazo và azo hóa

- Phản ứng tạo phức kim loại: Khả năng tạo chelat với kim loại nặng là một trong những tính chất quan trọng của quercetin, liên quan đến hoạt tính sinh học của nó

Hyoung-Ryun Park và cộng sự [18] đã nghiên cứu sự tạo thành phức chất của quercetin với các ion kim loại Cu2+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Zn2+, Mg2+ và Ca2+

UV-Vis của quercetin khi thêm M(II) chứng tỏ có sự tạo phức xảy ra Cường độ huỳnh quang tăng dần theo sự chuẩn độ kim loại Số liệu thực nghiệm và tính toán lý thuyết đã cho rằng Cu2+, Ni2+, Co2+ và Mn2+ phối trí giữa C(3)OH và

Quercetin tạo thành phức 1: 1 với các cation kim loại khác nhau Cu2+, Ni2+,

Alina Bravo and Juan R Anacona [14] đã điều chế được hai kiều phức khi cho quercetin (L) phản ứng với ion kim loại trong EtOH Các hợp chất

nguyên không thay đổi, chứng tỏ O này không tạo phức Từ tình và phổ EPR mẫu bột cho thấy dạng mono me trong pha rắn và bản chất thuận từ của phức

khuẩn của phức được thử với 5 dòng vi khuẩn và so sánh với penicillin, phức

Taiane Souza de Castilho và cộng sự [28] đã tiến hành thí nghiệm dựa trên tương tác giữa quercetin và lượng dư clorua kim loại đã cho phép xác định hằng

chuẩn độ cũng như bằng phương pháp biến thiên liên tục (phương pháp Job) Hiệu ứng tạo phức đã được quan sát định lượng qua sự chuyển màu trong môi trường phản ứng (vàng → vàng neon) và có sự dịch chuyển bathochromic trong phổ hấp thụ của quercetin khi có mặt kim loại Kết quả cho thấy có sự tăng tương tác theo dãy: Mg2+<Ca2+<Al3+< Ni2+

1.2.3 Ứng dụng của quercetin

Từ rất nhiều năm trước đây, người ta đã công nhận vai trò của quercetin trong việc bồi bổ sức khỏe, ngăn ngừa lão hóa Ngày nay các nhà khoa học đã khám phá thêm nhiều lợi ích tuyệt vời của quercetin , đặc biệt là trong điều trị các bệnh lý về mắt như đục thủy tinh thể, thoái hóa điểm vàng

- Tăng sức đề kháng, giảm tính thẩm thấu mao mạch, phục hồi tính đàn hồi cho mao mạch bị tổn thương, bảo vệ các mạch máu và liên kết các mô trong cơ thể, giúp làm giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và đột quỵ Về cơ chế tác dụng: Adrenalin có tác dụng tăng cường sức đề kháng cho mao mạch

Trong tình trạng hiện nay, khi con người phải đối mặt với ngày càng nhiều

sự tấn công của các yếu tố gây hại sinh ra từ sự ô nhiễm môi trường tự nhiên và

xã hội, chất lượng dinh dưỡng không đảm bảo và mất cân đối thì việc bổ sung các thành phần chống ôxy hóa từ bên ngoài (qua các loại thực phẩm, thuốc, thực phẩm chức năng ) là liệu pháp hữu hiệu giúp cân bằng hệ thống chống ôxy hóa của cơ thể Đưa các chất này vào cơ thể làm cắt đứt dây chuyền phản ứng ôxy hóa, giúp hạn chế sinh ra các gốc tự do từ đó ngăn ngừa các quá trình bệnh lý Với tác dụng phong phú, toàn diện, quercetin ngày càng được chú ý và được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất ra các sản phẩm dược phẩm hoặc thực phẩm chức năng giàu quercetin giúp tăng cường sức khỏe

1.2.4 Điều chế quercetin

Quercetin tồn tại tự nhiên ở dạng tự do (gọi là aglycon) hoặc dạng liên kết, thường gặp là rutin Ở nước ta và một số nước châu Á khác, quercetin được thu

nhận chủ yếu từ rutin trong nụ hoa khô của cây Hòe (Sophora japonica L.)

Flavonoid có nhiều ở cây Hòe, trong đó hàm lượng rutin là lớn nhất (6 đến 38% trong nụ) [5]

- Bước 1: Tách chiết thu lấy rutin từ hoa và nụ hoa hòe và tinh chế để có rutin sạch

- Bước 2: Thủy phân rutin trong môi trường axit thu được quercetin thô

- Bước 3: Tinh chế để thu quercetin sạch

1.3 Phức chất của kim loại với flavonoid và hoạt tính sinh học

Các flavonoid có thể tạo chelat khác nhau với nhiều kim loại Trong nhiều flavonoid, có 3 vị trí cấu trúc có thể phối trí chelat:

a) Giữa các nhóm 5-hydroxy và 4-carbonyl

b) Giữa các nhóm 3-hydroxy và 4-carbonyl

c) Giữa các nhóm 3’, 4’-hydroxy trong vòng B

Các phức chất kim loại – flavonoid có hoạt tính bắt giữ gốc tự do cao hơn

so với flavonoid Chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính chống oxy hóa

Marzena Symonowicz, Mateusz Kolanek [23] cho rằng sự tạo phức của các kim loại có thể là yếu tố chính trong việc ngăn cản sự sinh ra các gốc gây hại các phân tử sinh học Hơn nữa, việc sử dụng các chất tạo chelat tự nhiên như các flavonoid tốt hơn so với các phối tử tổng hợp do độc tính của chúng

H+

Quercetin Rutin

Flavonoid có thể tạo chelat với các ion kim loại ngăn cản chúng tham gia hình thành các gốc tự do, và bảo vệ chống lại stress oxy hóa Do đó, các flavonoid có tính antioxidant về tổng thể là sự kết hợp của phản ứng trực tiếp với các gốc tự do và đặc tính tạo chelat đáp ứng với sự tạo ra các tiểu phân oxy hoạt động

Nhiều dữ liệu thực nghiệm cho thấy rằng chelat có hiệu quả cao hơn trong việc làm sạch các gốc tự do so với các flavonoid tự do Kostyuk và cộng sự nhận thấy rằng phức rutin và epicatechin với sắt (II), sắt (III), đồng (II) và kẽm (II) có hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các gốc tự do so với flavonoid tự do Những phức chất này có sự tăng hiệu quả bảo vệ các tế bào hồng cầu chống lại amiăng Moridani và cộng sự nhận thấy rằng phức flavonoid của sắt (III) hiệu quả hơn nhiều so với flavonoid tự do trong việc bảo vệ tế bào gan chống lại tình trạng thiếu oxy ở chuột trong phòng thí nghiệm Sử dụng gốc tự do tổng hợp1,1-diphenyl-2- picrylohydrazyl (DPPH), de Souza, và Bravo cùng các cộng sự của

họ đã chứng minh rằng đặc tính chống oxy hóa của các phức quercetin, rutin, catechin và galangin có hiệu quả hơn các flavonoid tự do Hoạt tính sinh học của quercetin ảnh hưởng đến sự hiện diện của các ion kim loại Các nhóm hydroxyl

có trong cấu trúc của quercetin có khả năng tạo phức với các ion kim loại khác nhau Quercetin tạo chelate với các ion kim loại thông qua nhóm phenolic 3' hoặc 4' Bukhari, Zhou và các cộng sự cho rằng hoạt tính chống oxy hóa của flavonoid phụ thuộc vào số lượng và vị trí của các nhóm hydroxyl trong cấu trúc flavonoid Các kết quả tương tự đã thu được đối với phức của coban(II) -quercetin và nhôm (III) -quercetin Các phức chất quercetin với các kim loại đất hiếm hóa trị ba có thể liên kết với DNA do đó thay đổi quá trình phiên mã của

nó, vì vậy ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư Afanasev thấy rằng phức chất của rutin với sắt (II) và đồng (II) hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các gốc tự

do so với rutin tự do trong các thí nghiệm in vitro và ex vivo

Chen và cộng sự [23] đã tìm thấy các phức chelate của biochanin methoxy-5,7-dihydroxy-isoflavone) với các ion đồng (II) và niken (II) Những phức này có hoạt tính chống vi rút, chống ung thư và chống oxy hóa Jurd và cộng sự đã thông báo rằng trong trường hợp isoflavone, các vị trí có thể xảy ra chelat nhất với kim loại là các nhóm 4-carbonyl và 5-hydroxy Dowling và cộng

A-(4'-sự cho thấy chelate đồng isoflavone có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn isoflavone tự do trong khi chelate sắt isoflavone cho thấy hoạt động chống oxy hóa yếu hơn so với isoflavone tự do Hơn nữa, phức naringenin đồng có hoạt tính chống viêm và chống oxy hóa cao hơn naringenin tự do Sự tăng hoạt tính sinh học của phức có thể liên quan đến cầu phối trí cụ thể trong phân tử naringenin Người ta thường chấp nhận rằng khả năng của flavonoid tạo chelate với kim loại là rất quan trọng đối với hoạt tính antioxidant của chúng

Các phức chất flavonoid có tác động làm giảm khả dụng sinh học của kim loại độc hại Ví dụ, sự quá tải của nhôm dẫn đến rối loạn thần kinh Quercetin tạo phức với nhôm (III) làm giảm lượng nhôm dư thừa trong chế độ ăn uống Do

đó, chúng dường như là một thuốc giải độc thích hợp trong ngộ độc kim loại nặng in vivo Quercetin như một phối tử hoạt tính sinh học, có thể là một chất đào thải thích hợp cho molypden (VI) Phức của nó có thể được sử dụng trong trường hợp thiếu molypden thay vì dùng muối molypden gây ra tác dụng độc hại

M M Kasprzak, A.Erxleben và J Ochocki [24] cho rằng sự phối trí kim loại với pentahydroxyflavone quercetin, flavonoid phổ biến nhất, có thể xảy ra qua nhóm 3-hydroxyl và 4-carbonyl của vòng C (ký hiệu là vị trí 3-4), vị trí 4-carbonyl-5-hydroxyl của A và Vòng C (vị trí 4-5) hoặc thông qua nửa catechol của vòng B (vị trí 3 '- 4') Vị trí liên kết ưa thích phụ thuộc vào flavonoid, ion kim loại và giá trị pH Loại thứ hai có liên quan đến tính chất in vivo của flavonoid là thành phần dinh dưỡng hoặc dược phẩm (ví dụ: điều kiện acid mạnh ở dạ dày so với pH máu; pH acid trong lysosome; nhiễm toan bệnh lý

trong khối u và mô viêm) Flavonoid dưới dạng polyphenol là các acid yếu, có thể tách proton làm ảnh hưởng mạnh đến sự phối trí của các ion kim loại.Nhiều nghiên cứu có kết quả khác nhau về tỷ lượng kim loại/ligand và vị trí liên kết, tuy nhiên, do sự thay đổi trong điều kiện thí nghiệm trong các nghiên cứu khác

lực mạnh nhất đối với nhóm ortho-dihydroxyl của quercetin Bodini và cộng sự

acid, trong khi Dimitric Markovic và cộng sự lại thông báo về sự tạo thành phức

Fe liên kết với nhóm catechol với tỷ lệ kim loại/phối tử 1: 1 ở pH cao hơn Tuy nhiên, các hệ dung môi khác nhau đã được sử dụng trong hai nghiên cứu Sự hình thành phức fisetin Fe 1: 2 với phối trí qua vị trí 3-4 trong dung dịch acid cũng được Dimitric Markovic và cộng sự công bố Cornard và Merlin đã báo

lượng kim loại/phối tử 2: 1 Ngược lại, Dimitric Markovic và cộng sự đã thông

xuất bởi Rygula và cộng sự để cùng tồn tại với phức 1: 1 trong dung dịch acid Mặt khác, Rygula cho rằng nhóm ortho-dihydroxyl của vòng B không phải là vị

flavonoid mà không có các nhóm 3- và 5-hydroxy, chẳng hạn như 3',4'-

quercetin và chỉ ra rằng vị trí tạo chelat ở trạng thái rắn và trong dung dịch có thể khác nhau

Bên cạnh các phức tỷ lệ 1: 1, 1: 2 và 2: 1, các tỷ lệ khác giữa kim loại / phối tử về nguyên tắc là có thể, bao gồm 1: 3, 2: 2, 2: 3 và 3: 1 Tuy nhiên, với

lý do không gian, các phức chất có nhiều hơn hai phối tử flavonoid thường bị hạn chế ở các ion kim loại hiếm Cần lưu ý rằng liên kết đồng thời của hai ion kim loại với vị trí 3-4 và 4-5 là không thuận lợi vì lực đẩy không gian

Maitera ON và cộng sự [22] đã tổng hợp các phức chất Ni-flavonoid, flavonoid và Zn-flavonoid, trong đó flavonoid là các hợp chất flavonoid chiết được từ thực vật, gồm Ocimum gratissimum, Moringa oleifera, Cassia tora, Telfairia occidentalis, Vernonia Sử dụng FTIR, UV-Vis, các tác giả đã chứng minh sự tạo phức xảy ra qua nhóm C=O thể hiện ở sự dịch chuyển hấp thụ IR đến tần số thấp hơn so với phối tử tự do Phức chất được tạo thành trong vùng acid yếu với pH từ 3,5 đến 4,6 Độ dẫn điện thay đổi theo thứ tự: Ni-flavonoid

Cu-˂Cu-flavonoid ˂Zn-flavonoid

Yuanzhen Liu và Mingquan Guo [29] nghiên cứu một cách có hệ thống ảnh hưởng của số lượng electron d của các ion kim loại chuyển tiếp đầu tiên (Fe, Co,

Ni, Cu và Zn) đối với sự hình thành và độ bền của các phức flavonoid kim loại,

tính chất của các phức này Số liệu ESI-MS cho thấy tất cả các ion kim loại

khác nhau với quercetin, trong khi số lượng flavonoid giảm dần cùng với sự giảm bán kính ion kim loại Quercetin tạo thành các phức chất khác nhau với các ion kim loại hóa trị hai nói trên thông qua các nhóm 5-OH và 4-carbonyl của

nó; độ bền của phức phụ thuộc nhiều vào cả ion kim loại và flavonoid Còn đối

phức giảm theo thứ tự sau: Cu2+> Ni2+> Co2+> Fe2+> Zn2+ Với tỷ lệ flavonoid: kim loại là 2: 1, các phức được hình thành giữa quercetin và các ion kim loại

oxi hóa phối tử trước khi tạo phức

1.4 Các phương pháp tổng hợp phức chất

Các phương pháp tổng hợp phức chất có thể được phân loại theo một số

cách khác nhau:

- Phân chia theo môi trường phản ứng: tổng hợp trong dung môi nước,

trong dung môi khác nước, trong điều kiện không có dung môi

- Phân chia theo các loại phức chất: tổng hợp phức axido, phức amin, phức

cơ kim,

- Phân chia theo phản ứng tổng hợp: Phương pháp tổng hợp trực tiếp từ

kim loại và phối tử, phương pháp thế phối tử, phương pháp oxi hóa khử,

1.4.1 Tổng hợp phức chất từ kim loại và phối tử [3]

Phương pháp tổng hợp phức chất trực tiếp từ kim loại và phối tử không phổ biến cho nhiều kim loại, nhiều phức chất, nhưng nó có ý nghĩa quan trọng không những trong phòng thí nghiệm mà cả trong sản xuất Bản chất của phương pháp

là dựa vào khả năng tạo phức đặc thù của một số kim loại với một số phối tử

1.4.2 Tổng hợp phức chất từ các hợp chất đơn giản của kim loại với phối tử

[3]

Ở các hợp chất đơn giản của kim loại như oxit, hiđroxit, muối, nguyên tử kim loại ở trạng thái oxi hóa khác không Người ta thường sử dụng chúng để cung cấp các nguyên tử trung tâm cho phức chất mà trạng thái oxi hóa của kim

loại được giữ nguyên hoặc có thể thay đổi

Tổng hợp phức axido Độ bền của các phức chất mà phối tử là các gốc acid,

phụ thuộc vào bản chất của ion kim loại và phối tử, các ion kim loại có bán kính nhỏ và điện tích lớn dễ tạo phức axido Các gốc axit có kích thước nhỏ hoặc độ

chất, và phức chất bền hơn so với NO3-, SO42-, CO32-

Thông thường để điều chế phức axido người ta cho muối của kim loại tác dụng với lượng dư gốc acid ở pH thích hợp Trong dung dịch nước, các cation kim loại bị hiđrat hóa tạo thành các phức aqua Thí dụ, nhiều muối khan của các kim loại chuyển tiếp không màu, khi hòa tan vào nước thì tạo dung dịch có màu

Đó là do chúng đã tạo phức aqua với nước, phổ biến là phức bát diện kiểu

[Ni(H2O)6]2+ lục xanh, [Cu(H2O)6]2+ xanh lam, [Cr(H2O)6]2+ tím

nước ra và phối trí với ion kim loại:

[M(H2O)6]n+ + xA-⇄[MAx]n-x + 6H2O

Tổng hợp phức ammiacat và phức chất aminat Các phức này được điều

chế bằng cách cho phối tử tương ứng (amoniac, amin) tác dụng với dung dịch

Khi cho NH3 vào dung dịch muối, ban đầu tạo ra kết tủa của hiđroxit kim loại, nhưng ngay sau đó, khi lượng NH3 tăng lên, kết tủa đó bị hòa tan thành

phức ammiacat:

Tương tự như amoniac, các amin mà ở đó nguyên tử nitơ còn cặp electron chưa liên kết cũng tạo ra được rất nhiều phức chất với nhiều ion kim loại chuyển

tiếp và không chuyển tiếp

Tổng hợp phức chất với phối tử khép vòng Để tổng hợp phức chất với phối

tử khép vòng cần chú ý hai vấn đề sau: Bản chất của nguyên tử cho (O, N, C,

S, ) và cỡ vòng do chúng tạo ra với kim loại

Phức vòng 3 cạch thường hiếm gặp, vòng 4 cạnh cũng ít gặp, trong khi đó

phức vòng 5, 6 cạnh lại rất phổ biến

Phối tử 3 nguyên tử cho (phối tử dung lượng 3), có thể thuộc loại dễ uốn

như đietilentriamin (đien) hoặc bis (3-đimetylaassinylpropyl)metylasin (triars)

Mỗi phối tử loại này có thể tạo ra hai vòng khi phối trí, ví dụ:

(CH3)2AsCH2CH2As(CH3)CH2CH2As(CH3)2 (triars)

Phối tử dung lượng 4 mạch hở (4 nguyên tử cho), ví dụ:

Phối tử dung lượng 4 loại bazơ có khả năng tạo phức với nhiều kim loại, chúng có cấu tạo rất đa dạng, nhưng điểm chủ yếu là nhóm imin N=CH được hộ

X= N, P, As Z=(CH 2 ) 2 hoặc (CH 2 ) 3

Y = NR 2 , PR 2 , AsR 2

trợ bởi nhóm -O- hoặc -S- ở vị trí  để tạo được dạng vòng 6 cạnh với mật độ

electron cao:

Phối tử dung lượng 4 loại acid Ví dụ acid tactric (acid nho) và acid xitric (acid chanh) là hai acid có trong tự nhiên và cũng là các acid có khả năng tạo

phức với nhiều kim loại

HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH acid tactric

acid xitric (limolic)

Acid xitric và acid tactric khi tạo phức có thể phối trí ở nhóm COOH, OH,

Phối tử dung lượng 5,6 (5, 6 nguyên tử cho) Phối tử dung lượng 6 được sử

năng tạo phức bền với hầu hết các kim loại chỉ trừ kim loại kiềm

Khi tạo phức 4 proton của EDTA bị thay thế bởi ion kim loại, do đó hằng

số bền của phức phụ thuộc vào pH, nên khi tổng hợp phức cần chọn giá trị pH thích hợp, thường sử dụng môi trường đệm amoni đối với kim loại mà phức với