Tài liệu Tổng hợp và nghiên cứu một số phức chất của niken(ii) với các dẫn xuất của n(4)-phenyl thiosemicacbazit

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT (1) H 2N (2) NH (4) C N H S N(4)- phenyl thiosemicacbazit (Hpth) H3C (4) C NH N (1) N (2) (I) (II) C H S N(4)-phenyl thiosemicacbazon axetophenon (Hpthac) H3C (4) C N (I) NH N (1) N (2) H (II) C S N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2- metyl pyriđin xeton (Hpthpri) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG STT Số bảng 1 Bảng 1.1 Chương I Trang Các dải hấp thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit 11 Chương II 2 3 Bảng 2.1 Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng Ký hiệu các phức chất, màu sắc và dung môi hòa tan Bảng 2.2 chúng 19 20 Chương III 4 Bảng 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất 22 Cường độ tương đối của các pic đồng vị thuộc cụm pic ion 5 Bảng 3.2 23 phân tử trong phổ khối lượng của Ni(pth)2 Cường độ tương đối của các pic đồng vị thuộc cụm pic ion 6 7 8 9 10 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 phân tử trong phổ khối lượng của Ni(pthac)2 Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử và phức chất tương 24 ứng Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR chuẩn của 30 N(4)-phenyl thiosemicacbazit Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR chuẩn của 31 axetonphenon Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR chuẩn của 31 2-metyl pyriđin xeton Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR của các phối 11 Bảng 3.8 12 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR lý thuyết của Bảng 3.9 Hpthac 13 Bảng 3.10 24 34 tử tự do 36 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR thực nghiệm 36 của Hpthac Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR lý thuyết của 14 Bảng 3.11 Hpthpri Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 http://www.lrc-tnu.edu.vn Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR thực nghiệm 15 Bảng 3.12 của Hpthpri Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H – NMR 16 Bảng 3.13 của phức chất Ni(pth)2 và Ni(pthac)2 37 39 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C-NMR chuẩn của 17 Bảng 3.14 Hpth 40 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C-NMR chuẩn của 18 Bảng 3.15 axetophenon 40 19 Bảng 3.16 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C-NMR chuẩn 41 của 2-metyl pyriđin xeton Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C – NMR của các 20 Bảng 3.17 phối tử tự do 43 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C – NMR lý thuyết 21 Bảng 3.18 44 của phối tử Hpthac Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C – NMR thực 22 Bảng 3.19 nghiệm của phối tử Hpthac 44 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C – NMR lý thuyết 23 Bảng 3.20 của phối tử Hpthpri 45 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C – NMR thực 24 Bảng 3.21 nghiệm của phối tử Hpthpri 45 25 Bảng 3.22 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C – NMR của 47 phức chất Ni(pth)2 và Ni(pthac)2 Kết quả thử hoạt tính kháng VSVKĐ của các phối tử và 26 Bảng 3.23 50 phức chất tương ứng Kết quả thử nồng độ tối thiểu gây chết hoàn toàn vi sinh 27 Bảng 3.24 51 vật (MBC) của Ni(pthac)2 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của phức chất 28 Bảng 3.25 Ni(pthac)2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1 Phổ khối lượng của phức chất Ni(pth)2 22 Hình 3.2 Phổ khối lượng của phức chất Ni(pthac)2 23 Hình 3.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpth 25 Hình 3.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Ni(pth)2 25 Hình 3.5 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthac 26 Hình 3.6 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Ni(pthac)2 26 Hình 3.7 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthpri 27 Hình 3.8 Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Ni(pthpri)2 27 Hình 3.9 Phổ 1H-NMR chuẩn của N(4)-phenyl thiosemicacbazit (Hpth) 30 Hình 3.10 Phổ 1H-NMR chuẩn của axetophenon 31 Hình 3.11 Phổ 1H-NMR chuẩn của 2-metyl pyriđin xeton 31 Hình 3.12 Phổ 1H-NMR của phối tử Hpth 32 Hình 3.13 Phổ 1H-NMR của phối tử Hpthac 33 Hình 3.14 Phổ 1H-NMR của phối tử Hpthpri 33 Hình 3.15 Phổ lý thuyết của Hpthac theo phương pháp ChemBioDraw Ultra 11.0 Hình 3.16 Phổ 1H-NMR thực nghiệm của phối tử Hpthac Hình 3.17 36 36 Phổ lý thuyết của Hpthpri theo phương pháp ChemBioDraw Ultrab 11.0 37 Hình 3.18 Phổ 1H-NMR thực nghiệm của phối tử Hpthpri 37 Hình 3.19 Phổ 1H-NMR của phức chất Ni(pth)2 38 Hình 3.20 Phổ 1H-NMR của phức chất Ni(pthac)2 38 Hình 3.21 Phổ 13C-NMR chuẩn của N(4)-phenyl thiosemicacbazit (Hpth) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.22 Phổ 13C-NMR chuẩn của axetophenon 40 Hình 3.23 Phổ 13C-NMR chuẩn của 2-metyl pyriđin xeton 41 Hình 3.24 Phổ 13C-NMR của phối tử Hpth 41 Hình 3.25 Phổ 13C-NMR của phối tử Hpthac 42 Hình 3.26 Phổ 13C-NMR của phối tử Hpthpri 42 Hình 3.27 Phổ 13C - NMR lý thuyết của phối tử Hpthac theo phương pháp ChemBioDraw Ultra 11.0 Hình 3.28 Phổ 13C - NMR thực nghiệm của phối tử Hpthac Hình 3.29 Phổ 13C - NMR lý thuyết của phối tử Hpthpri theo phương pháp ChemBioDraw Ultra 11.0 44 44 45 Hình 3.30 Phổ 13C - NMR thực nghiệm của phối tử Hpthpri 45 Hình 3.31 Phổ 13C-NMR của phức chất Ni(pth)2 46 Hình 3.32 Phổ 13C-NMR của phức chất Ni(pthac)2 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Thị Thanh – Tổng hợp và nghiên cứu một số phức chất cyar Niken (II) với các dẫn xuất của N(4)-phenyl thosemicacbazit MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................3 1.1. Thiosemicacbazit và dẫn xuất của nó ..................................................................3 1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ............................................................3 1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ........................................................................................................4 1.2. Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng .......................7 1.3. Giới thiệu về niken ...............................................................................................9 1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu phức chất ............................................................10 1.4.1. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại.............................................................10 1.4.2. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân ....................................................11 1.4.3. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng ..........................................................................12 1.5. Thăm dò hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất .......................................14 1.5.1. Phƣơng pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định …….……………...14 1.5.1.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định…………………………….…..…..14 1.5.1.2. Các chủng vi sinh vật kiểm định……………………............……………..14 1.5.1.3. Môi trƣờng nuôi cấy……………………….................………...………….15 1.5.1.4. Cách tiến hành…………….................………………………………...…..15 1.5.2. Phƣơng pháp thử hoạt tính gây độc tế bào …………............………….........15 1.5.2.1. Thiết bị nghiên cứu…….................………………………………..…...…15 1.5.2.2. Các dòng tế bào….................………………………………………...……16 1.5.2.3. Phƣơng pháp thử.................…….................…………………………...….16 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................17 2.1. Hóa chất, dụng cụ ...............................................................................................17 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực nghiệm ............................................18 2.2.1. Tổng hợp phối tử .............................................................................................18 2.2.2. Tổng hợp phức chất.........................................................................................19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Thị Thanh – Tổng hợp và nghiên cứu một số phức chất cyar Niken (II) với các dẫn xuất của N(4)-phenyl thosemicacbazit 2.3. Điều kiện ghi phổ ...............................................................................................21 2.4. Phân tích hàm lƣợng niken.................................................................................21 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................22 3.1. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất ..............................22 3.2. Nghiên cứu các phức chất bằng phƣơng pháp phổ khối lƣợng..........................22 3.2.1. Phổ khối lƣợng của phức Ni(pth)2 ..................................................................22 3.2.2. Phổ khối lƣợng của phức Ni(pthac)2……………………...........……...…….23 3.3. Nghiên cứu các phối tử và phức chất bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………………………………………………………………………………..24 3.4. Nghiên cứu các phối tử và phức chất bằng phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ proton... ....................................................................................................................30 3.4.1. Phổ cộng hƣởng từ proton của các phối tử Hpth, Hpthac và Hpthpri tự do...30 3.4.2. Phổ cộng hƣởng từ ptoton của các phức chất Ni(pth)2 và Ni(pthac)2……….38 3.5. Nghiên cứu các phối tử và phức chất bằng phƣơng pháp cộng hƣởng từ 13C...40 3.5.1. Phổ cộng hƣởng từ 13C của các phối tử Hpth, Hpthac và Hpthpri tự do ........40 3.5.2. Phổ cộng hƣởng từ 13C của các phức chất Ni(pth)2 và Ni(pthac)2 ..................46 3.6. Kết quả thăm dò hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất ...........................49 3.6.1. Kết quả thử hoạt tính kháng VSVKĐ của các phối tử và phức chất ..............49 3.6.2. Kết quả thử nồng độ gây chết hoàn toàn VSVKĐ của phức chất ...................50 3.6.3. Kết quả thử khả năng gây độc tế bào của phức chất .......................................51 KẾT LUẬN ..............................................................................................................52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU Phức chất đã và đang là đối tƣợng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đối với y học trong việc chống lại một số dòng vi khuẩn, virut. Từ khi phát hiện hoạt tính ức chế sự phát triển ung thƣ của phức chất cis-platin [Pt(NH3)2Cl2] vào năm 1969, nhiều nhà hóa học và dƣợc học đã chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất kim loại chuyển tiếp. Trong số đó, phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, có khả năng tạo hệ vòng lớn có cấu trúc gần giống với cấu trúc của các hợp chất trong cơ thể sống đƣợc quan tâm hơn cả. Một trong số các phối tử kiểu này là thiosemicacbazit và dẫn xuất thiosemicacbazon của nó. Việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp đang thu hút nhiều nhà hóa học, dƣợc học, sinh - y học trên thế giới. Các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này rất phong phú vì thiosemicacbazon rất đa dạng về thành phần, cấu trúc và kiểu phản ứng. Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, kể cả hoạt tính chống ung thƣ của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng đăng trên các tạp chí Hóa học, Dƣợc học, Y- sinh học v.v... nhƣ Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganic Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry, Toxicology and Applied Pharmacology, Bioinorganic & Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic Biochemistry v.v... Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các kim loại khác nhau, nghiên cứu cấu trúc của các sản phẩm và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng. Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm đƣợc các hợp chất có hoạt tính cao đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác nhƣ không độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành ... để dùng làm thuốc chữa bệnh cho ngƣời và vật nuôi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp và nghiên cứu một số phức chất của niken(II) với các dẫn xuất của N(4)-phenyl thiosemicacbazit” Với hy vọng những kết quả thu đƣợc sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu các dẫn xuất của thiosemicacbazit nói chung và hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazit và phức chất của chúng nói riêng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ 1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181-183oC. Kết quả nghiên cứu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc nhƣ sau: (1) Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iÖn tÝch H2N (2) d NH a C c H2N d=122.5 S b N(1) = (2) N = C(4) = N = S = o a=118.8 o b=119.7 o c=121.5 o -0.051 0.026 -0.154 0.138 -0.306 (4) Trong đó các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng. Ở trạng thái rắn, phân tử thiosemicacbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm NH2) [1]. Khi thay thế một nguyên tử hiđro trong nhóm N(4)H2 bằng các gốc hiđrocacbon khác nhau ta thu đƣợc các dẫn xuất thế N(4) của thiosemicacbazit. Ví dụ: N(4)-phenyl thiosemicacbazit, N(4)-etyl thiosemicacbazit, N(4)-metyl thiosemicacbazit … Trong đó dẫn xuất N(4)-phenyl thiosemicacbazit là chất rắn kết tinh màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy 138 - 141oC. Khi thiosemicacbazit hoặc dẫn xuất thế của nó ngƣng tụ với các hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành các thiosemicacbazon tƣơng ứng theo sơ đồ 1.1 (R’’: H, CH3, C2H5, C6H5...). R  + C  H2N R' N H C R' NHR'' S C N O H N H C NHR'' S R R C R' H + + O R N N H C NHR'' S H2O R' C N N H OH H C NHR'' S Sơ đồ 1.1: Cơ chế phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Phản ứng tiến hành trong môi trƣờng axit theo cơ chế AN. Trong điều kiện thƣờng, phản ứng ngƣng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hiđrazin [4] vì trong số các nguyên tử N của thiosemicacbazit cũng nhƣ dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên tử N(1) có mật độ điện tích âm lớn nhất. 1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon Jensen là ngƣời đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazit [1]. Ông đã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với Cu(II) và đã chứng minh rằng trong các hợp chất này thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử S và N(1). Trong quá trình tạo phức, phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự chuyển nguyên tử H từ nhóm imin sang nguyên tử S và nguyên tử H này lại bị thay thế bởi kim loại. NH2 NH2 N N M C C H2N H2N NH C H2N H2N N S C S HS NH2 NH2 S NH2 S NH2 cis M C N M D¹ng thion N C D¹ng thiol H2N H2N S trans Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đƣa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác. Nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với Ni(II) [13,31] và Zn(II) [14] bằng các phƣơng pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đƣa ra kết luận rằng liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại đƣợc thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi tạo phức phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis. Kết luận này cũng đƣợc khẳng định khi các tác giả [13,16] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một số ion kim loại nhƣ Pt(II), Pd(II), Co(II). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Nhƣ vậy, thiosemicacbazit có xu hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí bằng hai và liên kết đƣợc thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí này cần phải tiêu tốn năng lƣợng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ N(2) sang nguyên tử S. Năng lƣợng này đƣợc bù trừ bởi năng lƣợng dƣ ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng đóng vòng. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp, do khó khăn về lập thể, thiosemicacbazit đóng vai trò nhƣ một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình trans, khi đó liên kết đƣợc thực hiện qua nguyên tử S. Một số ví dụ điển hình về kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Ag(I) [23]. Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các thiosemicacbazon phong phú cả về số lƣợng và tính chất. Cũng nhƣ thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon và các dẫn xuất của chúng có khuynh hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí cực đại. Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa nguyên tử có khả năng tạo phức thì thiosemicacbazon đóng vai trò nhƣ phối tử hai càng giống nhƣ thiosemicacbazit. Ví dụ: các thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal, menton … M N NHR N NHR N C H N C dạng thion N SH S S N dạng thiol C H NHR tạo phức Sơ đồ 1.3: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R (H, CH3, C2H5, C6H5…)) Nếu ở phần hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối trí (D) và nguyên tử này đƣợc nối với nguyên tử N(1) qua hai hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức, thiosemicacbazon này thƣờng có khuynh hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí bằng 3 với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S. Ví dụ: thiosemicacbazon hay dẫn xuất thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa hay H2pthsa), isatin (H2this hay H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpy hay H2pthpy)... Trong phức chất của chúng với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+..., các phối tử này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vòng 5 hoặc 6 cạnh bền [1,3,6]. Mô hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng đã đƣợc các tác giả [1,3] xác định nhƣ sau: D D M M hoÆc S N S N N N NH2 NH2 H a) a') Các thiosemicacbazon bốn càng thƣờng đƣợc điều chế bằng cách ngƣng tụ hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl. NHR N R O C + C R' NHR'' H2N 2 N H O R C SH N C + C S 2 H2O C R' N SH N C NHR'' Sơ đồ 1.4: Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S nằm trên cùng một mặt phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng xích đạo của phức chất tạo thành. Trong một số ít trƣờng hợp, do khó khăn về lập thể các thiosemicacbazon mới thể hiện vai trò của phối tử một càng [24,25]. Ví dụ nhƣ phức chất của Cu(II) với N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2- N N HN Cu ClO4N HN S benzoylpyridin [24] có cấu tạo nhƣ hình bên. Trong đó, phối tử thứ hai là phối tử 1 càng còn phối tử thứ NH S + N N (I) (II) nhất là phối tử 3 càng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÖNG Các phức chất của thiosemicacbazon đƣợc quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý nghĩa khoa học mà các hợp chất này còn có nhiều khả năng ứng dụng trong thực tiễn. Gần đây, Sivadasan Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác gồm phức chất của thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền polistiren [15]. Đây là những chất xúc tác dị thể đƣợc sử dụng trong phản ứng tạo nhựa epoxy từ xyclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck) [18]. Một số thiosemicacbazon cũng đã đƣợc sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn mòn kim loại. Offiong O. E. đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của N(4)-metylthiosemicacbazon, N(4)-phenylthiosemicacbazon của 2-axetylpyriđin đối với thép nhẹ (98% Fe). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của chất đầu là 74,59%, còn chất sau đạt 80,67% [12,20]. Các thiosemicacbazon cũng đƣợc sử dụng trong hóa học phân tích để tách cũng nhƣ xác định hàm lƣợng của nhiều kim loại. Ví dụ: phƣơng pháp trắc quang đã đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại hạt dựa trên khả năng tạo phức của chúng với 1-phenyl-1,2propanđion-2-oximthiosemicacbazon [29], xác định hàm lƣợng Zn(II) trong cơ thể ngƣời và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinon monophenyl thiosemicacbazon [35]… Nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [36] đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và xác định hàm lƣợng các ion kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Hg và Cd. Bên cạnh đó, nhiều tác giả đã chế tạo đƣợc các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các thiosemicacbazon nhƣ: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở benzil (bisthiosemicacbazon) [37]; điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylandehit thiosemicacbazon [38]; điện cực chọn lọc ion Al3+ trên cơ sở glyoxal(bisthiosemicacbazon) [39]…Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 khoảng nồng độ làm việc rộng, và thời gian sử dụng dài. Đây là một hƣớng mới trong nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon. Ngoài các ứng dụng trên, ngƣời ta còn đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng. Hiện nay, ngƣời ta nghiên cứu các phức chất trên cơ sở thiosemicacbazon với mong muốn tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, ít độc hại để dùng trong y dƣợc. Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon đƣợc phát hiện đầu tiên bởi Domagk. Khi nghiên cứu các thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một số hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn [3]. Sau phát hiện của Domagk, hàng loạt tác giả khác [10,11,17,32] cũng đƣa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng nhƣ phức chất của chúng. Tác giả [35] cho rằng tất cả các thiosemicacbazon của dẫn xuất thế para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi trùng lao. Trong đó p-axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1) đƣợc xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu nghiệm nhất hiện nay. H3C C NH CH N O NH C S NH2 (TB1) Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin-3, 4-etylsunfobenzanđehit (TB3) và pyriđin-4, cũng đang đƣợc sử dụng để chữa bệnh lao. Thiosemicacbazon isatin đƣợc dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát trùng. Thiosemicacbazon của monoguanyl hiđrazon có khả năng diệt khuẩn gam (+)....Phức chất của thiosemicacbazit với các muối clorua của mangan, niken, coban đặc biệt là kẽm đƣợc dùng làm thuốc chống thƣơng hàn, kiết lị, các bệnh đƣờng ruột và diệt nấm [1]. Phức chất của đồng (II) với thiosemicacbazit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thƣ [28]. Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với một số kim loại chuyển tiếp nhƣ Cu, Ni, Mo ... Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth), thiosemicacbazon Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên salixylanđehit (H2thsa), http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức chất của chúng. Kết quả thử khả năng ức chế sự phát triển khối u cho thấy cả hai phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đem thử đều có tác dụng làm giảm mật độ tế bào ung thƣ, giảm tổng số tế bào và từ đó đã làm giảm chỉ số phát triển của u. Khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thƣ SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS của Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8%. Tiếp sau đó, các tác giả [3,6] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất của Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon. Kết quả cho thấy, các phức chất của Pt(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon furanđehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thƣ gan, ung thƣ màng tim, ung thƣ màng tử cung. Phức chất của Pt(II) với 4-metyl thiosemicacbazon isatin, 4-metyl thiosemicacbazon furanđehit đều có khả năng ức chế tế bào ung thƣ màng tim và ung thƣ biểu mô ở ngƣời. Tác giả [7] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicacbazon mà hợp chất cacbonyl có nguồn gốc từ tự nhiên nhƣ octanal, campho, xitronenlal, mentonua. Trong số đó, phức chất Cu(II) của các phối tử thiosemicacbazon xitronenal và thiosemicacbazon menton đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thƣ gan và phổi. 1.3. GIỚI THIỆU VỀ NIKEN Niken thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Niken là kim loại có màu trắng, tƣơng đối cứng, ở dạng bột có màu đen, có thể tự cháy trong không khí. Trong các hợp chất, niken có số oxi hoá là +2, +3 trong đó trạng thái oxi hoá +3 rất kém bền. Trong tự nhiên, niken tồn tại các đồng vị khác nhau với tỷ lệ số nguyên tử tƣơng ứng nhƣ sau [2]. 58 Ni : 67,76% 60 Ni : 26,16% 61 Ni : 1,25% 62 Ni : 3,67% 64 Ni : 1,16% Ion Ni2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d8, có khả năng tạo phức lớn, bền trong môi trƣờng nƣớc, cho dung dịch màu lục sáng tạo nên bởi phức aqua [Ni(H2O)6]2+. Các phức chất của Ni(II) đã đƣợc biết từ rất lâu với số phối trí đặc trƣng là 4 và 6. Các phối tử trƣờng mạnh thƣờng tạo với Ni2+ những phức chất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 vuông phẳng nghịch từ nhƣ [Ni(CN)4]2–. Các phối tử trƣờng yếu tạo phức chất tứ diện nhƣ [NiCl4]2–... còn với phối tử thuộc trƣờng trung bình thƣờng tạo với Ni2+ những phức bát diện, thuận từ nhƣ [Ni(H2O)6]2+, [Ni(NH3)6]2+...[2]. 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT 1.4.1. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại, năng lƣợng phân tử tăng lên 8 – 40 kJ/mol. Đây chính là khoảng năng lƣợng tƣơng ứng với tần số của dao động biến dạng và dao động quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị. Sự hấp thụ xảy ra khi tần số của tia tới bằng với tần số dao động riêng của một liên kết nào đó trong phân tử. Tần số dao động riêng của các liên kết trong phân tử đƣợc tính theo công thức:   1 k 2C  trong đó μ: khối lƣợng rút gọn, μ = m1m2/(m1+m2) k: hằng số lực tƣơng tác, phụ thuộc bản chất liên kết C: tốc độ ánh sáng trong chân không C = 3.1010 cm/s : tần số dao dộng riêng của liên kết Nhƣ vậy mỗi liên kết có một tần số dao động riêng xác định, phụ thuộc vào bản chất các nguyên tố tham gia liên kết và môi trƣờng mà liên kết đó tồn tại. Khi tham gia tạo liên kết phối trí với các ion kim loại, các dải hấp thụ của nhóm đang xét sẽ bị chuyển dịch về vị trí và thay đổi về cƣờng độ. Từ sự dịch chuyển về vị trí và sự thay đổi về cƣờng độ chúng ta sẽ thu đƣợc một số thông tin về mô hình tạo phức của phối tử. Phổ hấp thụ hồng ngoại đã đƣợc sớm sử dụng trong việc nghiên cứu các thiosemicacbazon cũng nhƣ phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp. Tuy nhiên, do cấu tạo phức tạp của hợp chất thiosemicacbazon mà các tính toán lý thuyết để đƣa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, việc quy kết các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất của chúng còn chủ yếu dựa vào phƣơng pháp gần đúng dao động nhóm. Tài liệu [1] đã tổng quan khá hệ thống các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit và qui kết các dải hấp thụ chính nhƣ ở bảng 1.1. Bảng 1.1: Các dải hấp thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit i cm1 Quy kết i cm1 Quy kết 1 3380 as(N4H2) 8 1545 (CN4) 2 3350 as(N1H2) 9 1490 (HNC,HNN) 3 3290 s(N4H2) 10 1420 as(CNN) 4 3210 s(N1H2) 11 1320 s(CNN) 5 1600 (NH) 12 1295 as(NNH) 6 1650 (HN4H) 13 1018 as(HN4C) 7 1628 (HN1H) 14 810 (CS) Trong các tài liệu khác nhau [1,3,5,19], đều có chung nhận xét dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động hoá trị của nhóm C = S thay đổi trong một khoảng rộng từ 750 - 900 cm1 và dải này có xu hƣớng giảm cƣờng độ và dịch chuyển về phía tần số thấp hơn khi tham gia tạo phức. Đặc biệt [5] cho rằng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các hợp chất chứa lƣu huỳnh có thể gán dải ở 1050 – 1200 cm-1 cho dao động hóa trị của nhóm C = S. Dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động của nhóm CNN thƣờng xuất hiện trong khoảng từ 1300 đến 1500 cm1 trong các phức chất của thiosemicacbazon salixylanđehit, isatin, axetyl axeton với Cu2+, Ni2+, Co3+... 1.4.2. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân là một trong những phƣơng pháp hiện đại nhất đƣợc ứng dụng để xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Một hạt nhân có spin (I) khác không khi đƣợc đặt trong từ trƣờng thì nó có thể chiếm (2I+1) mức năng lƣợng khác nhau. Sự chênh lệch giữa các mức năng lƣợng này phụ thuộc vào cƣờng độ từ trƣờng xung quanh hạt nhân đó. Từ trƣờng này là từ trƣờng ngoài cộng với từ trƣờng ngƣợc chiều gây ra bởi sự chuyển động của lớp vỏ điện tử xung quanh hạt nhân. Nhƣ vậy, hiệu mức năng lƣợng của hạt nhân từ không những phụ thuộc vào từ truờng ngoài mà còn phụ thuộc vào chính Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 lớp vỏ điện tử xung quanh hạt nhân ấy. Điều này dẫn tới các hạt nhân khác nhau đặt trong từ trƣờng ngoài sẽ cần các năng lƣợng khác nhau để thay đổi mức năng lƣợng của mình. Trong phƣơng pháp cộng hƣởng từ hạt nhân, năng lƣợng kích thích các hạt nhân gây ra bởi một từ trƣờng biến đổi có tần số tƣơng đƣơng với tần số sóng vô tuyến. Bằng cách thay đổi tần số của từ trƣờng kích thích, ta sẽ thu đƣợc các tín hiệu cộng hƣởng của các hạt nhân từ khác nhau trong phân tử và có thể xác định một cách cụ thể cấu trúc của các hợp chất hoá học. Các phân tử thiosemicacbazon và phức chất của chúng thƣờng không có nhiều proton và cacbon nên việc quy kết các pic trong phổ 1H hay 13C - NMR tƣơng đối dễ. Thông thƣờng, proton có mặt trong các nhóm OH, NH - hiđrazin, NH - amit, CH = N và SH; đôi lúc có thêm proton của các nhóm NH2, CH3, C6H5 và CH2. Trong phổ cộng hƣởng từ hạt nhân, proton của nhóm NH - hidrazin đƣợc gán cho tín hiệu cộng hƣởng ở khoảng 11,5 ppm, proton ở liên kết đôi HC=N ở vùng gần 8,3 ppm và proton của OH ở khoảng 10 ppm. Các tín hiệu cộng hƣởng của nguyên tử cacbon trong nhóm CS, CN thƣờng ở khoảng 175 và 140 ppm, cacbon trong vòng thơm thƣờng ở 110 – 140 ppm [3,25,26]. Hiện nay việc qui gán các tín hiệu cộng hƣởng trên phổ có thể đƣợc hỗ trợ thêm bằng tính toán lý thuyết với việc sử dụng phần mềm giải phổ ChembioDraw Ultra 11.0. Tuy nhiên phần mềm này lại bị hạn chế trong phần phân biệt và qui gán các tín hiệu cộng hƣởng của các proton NH. ChembioDraw Ultra 11.0 là phần mềm hoạt động trực tuyến bao gồm hai phần: Databases-chứa dữ liệu thực nghiệm và Predictor-mô phỏng thống kê về các loại phổ: HNMR, CNMR. Để lấy đƣợc phổ mô phỏng bằng NMR-Predictor hoặc phổ thực nghiệm từ NMR - Databases trƣớc hết phải xây dựng công thức cấu tạo của phân tử. Đối với các hợp chất hữu cơ thì ChembioDraw Ultra 11.0 cho các phổ mô phỏng khá chính xác dựa trên dữ kiện thống kê của hơn 1200000 giá trị độ dịch chuyển hóa học, 320000 giá trị hằng số tƣơng tác spin - spin đối với proton và 1700000 độ dịch chuyển hóa học đối với 13C. Phƣơng pháp mô phỏng này có tính Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 đến cả các tƣơng tác nội phân tử. Tuy nhiên do số lƣợng các nghiên cứu NMR về các hợp chất chứa kim loại chƣa nhiều, các giá trị về độ dịch chuyển hóa học, hằng số ghép và các thông số tƣơng tác nội bộ phân tử thống kê đƣợc còn hạn chế nên phƣơng pháp mô phỏng này ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu phức chất chƣa thu đƣợc độ chính xác cao. 1.4.3. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng Phƣơng pháp phổ khối là phƣơng pháp khá hiện đại và quan trọng trong việc xác định một cách định tính và định lƣợng thành phần cũng nhƣ cấu trúc của các hợp chất hoá học. Ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp này là có độ nhạy cao, cho phép xác định chính xác phân tử khối của các hợp chất. Cơ sở của phƣơng pháp phổ khối lƣợng đối với các chất hữu cơ là sự bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phần tử mang năng lƣợng cao để biến chúng thành các ion phân tử mang điện tích dƣơng hoặc phá vỡ thành các mảnh ion, các gốc. Tuỳ thuộc vào cấu tạo và tính chất của chất nghiên cứu mà ngƣời ta chọn phƣơng pháp bắn phá và năng lƣợng bắn phá thích hợp. Hiện nay, trong phƣơng pháp phổ khối ngƣời ta thƣờng áp dụng các phƣơng pháp ion hoá khác nhau nhƣ: ion hoá hoá học (CI), ion hoá bằng phƣơng pháp bụi electron (ESI), bắn phá bằng nguyên tử tăng tốc (FAB), phun mù electron dùng khí trợ giúp (PAESI). Các phƣơng pháp này đều có những ƣu và nhƣợc điểm riêng. Tuy nhiên, trong số các phƣơng pháp trên, phƣơng pháp bụi electron phù hợp nhất và đƣợc sử dụng để nghiên cứu các phức chất của kim loại. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là năng lƣợng ion hoá thấp do đó không phá vỡ hết các liên kết phối trí giữa kim loại và phối tử. Dựa vào phổ khối lƣợng có thể thu đƣợc các thông tin khác nhau nhƣ khối lƣợng phân tử chất nghiên cứu, các mảnh ion phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị. Từ các thông tin này có thể xác định đƣợc công thức phân tử của phức chất và cấu tạo của phức chất dựa vào việc giả thiết sơ đồ phân mảnh. Khi trong phức chất nghiên cứu chứa nguyên tử của các nguyên tố có nhiều đồng vị thì pic ion phân tử sẽ tồn tại dƣới dạng một cụm pic của các pic đồng vị. Cƣờng độ tƣơng đối giữa các pic trong cụm pic đồng vị tỉ lệ thuận với xác suất kết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn