MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục 1 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 3 Danh mục các bảng, danh mục các hình 4 MỞ ĐẦU 5 Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 7 1.1. Giới thiệu về coban 7 1.1.1. Lịch sử của coban 7 1.1.2. Trạng thái tự nhiên 8 1.1.3. Thuộc tính của coban 8 1.1.4. Tính chất hóa học của coban 9 1.1.5. Một số thông tin khác của coban 9 1.1.6. Vai trò sinh học của coban 10 1.2. Giới thiệu về salixylandehit 11 1.2.1. Một vài tính chất của salixylandehit 11 1.2.2. Điều chế, ứng dụng 12 1.3. Giới thiệu về thiosemicacbazit và thiosemicacbazon 12 1.4. Phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon 15 1.5. Một số ứng dụng của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của chúng 19 1.6. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và xác định hoạt tính sinh học 24 1.6.1. Phương pháp phổ khối lượng 24 1.6.1.1. Phổ khối lượng trong việc xác định cấu trúc 24 1.6.1.2. Xác định cụm pic đồng vị trong phổ khối lượng theo phương pháp tính toán 25 1.6.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 25 1.6.3. Phương pháp đo độ dẫn điện dung dịch 26 1 1.6.4. Chương trình phổ 1 H-NMR mô phỏng 26 1.6.5. Phương pháp thử hoạt tính sinh học 27 1.6.5.1. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 27 1.6.5.2. Thử khả năng gây độc tế bào 28 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 29 2.1. Đối tượng nghiên cứu 29 2.2. Kĩ thuật thực nghiệm 29 2.3. Thực nghiệm 29 2.3.1. Hóa chất 29 2.3.2. Quá trình tổng hợp 30 2.3.2.1. Tổng hợp 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit 30 2.3.2.2. Tổng hợp phức chất giữa 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(II) 30 2.3.2.3. Tổng hợp phức chất giữa 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(III) 31 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1. Phổi khối lượng và cấu trúc của phức chất 32 3.2. Phổ cộng hưởng từ proton và cấu trúc của phức chất 41 3.3. Độ dẫn điện của dung dịch phức chất 43 3.4. Hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất 45 3.4.1. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 45 3.4.2. Thử khả năng gây độc tế bào 46 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC P1 2 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu và viết tắt Viết đầy đủ H 2 4methsa : 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit [Co(H4methsa) 2 ] : Phức tạo thành giữa 4- metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(II) [Co(H4methsa)(H 2 O) 3 ]NO 3 :Phức tạo thành giữa 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(II) [Co(H4methsa)Cl 3 ] : Phức tạo thành giữa 4- metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(III) NMR : Nuclear magnetic resonance (Cộng hưởng từ hạt nhân) MS : Mass Spectrum (Phổ khối lượng) DMSO : Dimetylsunfoxit DMF : Dimetylfomamit 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của mẫu HANG-MAUPHOITU Bảng 3.2: Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của mẫu HANG-MAU4 Bảng 3.3: Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của mẫu HANG-MAU9 Bảng 3.4: Độ dẫn điện của các dung dịch phức chất Bảng 3.5: Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của phối tử và phức chất Bảng 3.6: Kết quả thử khả năng gây độc tế bào của phối tử và phức chất DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sự biến thiên nồng độ của C OH (1) và thiosemicacbazit (2) theo pH Hình 3.1: Phổ khối lượng của mẫu HANG-MAUPHOITU Hình 3.2: Sơ đồ phân mảnh của mẫu HANG-MAUPHOITU Hình 3.3: Phổ khối lượng của mẫu HANG-MAU4 Hình 3.4: Sơ đồ phân mảnh của mẫu HANG-MAU4 Hình 3.5: Phổ khối lượng của mẫu HANG-MAU1 Hình 3.6: Phổ khối lượng của mẫu HANG-MAU3 Hình 3.7: Phổ khối lượng của mẫu HANG-MAU9 Hình 3.8: Sơ đồ phân mảnh của mẫu HANG-MAU9 Hình 3.9: Phổ 1 H-NMR mô phỏng của phối tử Hình 3.10: Phổ 1 H-NMR của mẫu HANG-MAU4 Hình 3.11: Công thức cấu tạo của phức [Co(H4methsa) 2 ], [Co(H4methsa) (H 2 O) 3 ]NO 3 và phức [Co(H4methsa)Cl 3 ] 4 MỞ ĐẦU Nguyên tử kim loại chuyển tiếp có nhiều obitan hoá trị, trong đó có nhiều obitan trống và có độ âm điện lớn hơn kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ cho nên rất có khả năng nhận cặp electron và là chất tạo phức tốt, ví dụ như: Fe, Co, Ni…[10]. Tổng hợp các phức chất là một phần quan trọng của hóa học nói chung và của hóa học các hợp chất phối trí nói riêng. Như đã biết, việc điều chế những phức chất đầu tiên và nghiên cứu về chúng đã dẫn đến sự phát triển những khái niệm và lý thuyết quan trọng trong hóa học của các phức chất [11]. Phức chất có ứng dụng rất nhiều trong thực tế, đặc biệt là phức của kim loại chuyển tiếp. Trong lĩnh vực sinh hoá và y học những nghiên cứu mới đây cho thấy rằng phức chất có vai trò quan trọng đối với sự sống. Chúng tham gia vào các quá trình tích luỹ và chuyển hoá các chất, chuyển hoá năng lượng, tham gia các phản ứng oxi hoá - khử, hình thành và phá vỡ các liên kết hoá học…[1], [2]. Hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng vi rút cũng như khả năng ức chế sự phát triển khối u của thiosemicacbazon và dẫn xuất của chúng đã nhận được sự quan tâm đáng kể bởi các nhà nghiên cứu. Cấu trúc của thiosemicacbazit cho phép nó có khả năng tạo phức tốt và khả năng này được tăng lên khi ngưng tụ với hợp chất cacbonyl thích hợp có trung tâm nhường electron mạnh làm cho thiosemicacbazon tạo thành có thể đóng vai trò như một phối tử ba càng. Nhiều công trình cho thấy hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon tăng lên đáng kể khi tạo phức [14], [25]. Đã có nhiều kết quả nghiên cứu và công bố về phức chất của nhóm thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp như Pt, Pd, Cu, Ni, Fe(III)… [1], [2], [4], [5], [12], [13], [14], [15], [19], [23], [24], [28], [36]. Nhằm làm phong phú thêm lĩnh vực nghiên cứu phức chất của coban với các phối tử có hoạt tính sinh học thuộc họ thiosemicacbazon nên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức giữa 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(II) và Co(III) ” Nội dung đề tài tập trung vào những phần chính sau: - Tổng hợp phức chất 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(II) và Co(III). 5 - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ, pH, thời gian tạo phức. - Khảo sát tỉ lệ giữa ion kim loại với phối tử. - Sử dụng phổ khối lượng của các phức tổng hợp được như một công cụ quan trọng để xác định cấu trúc phức. - Sử dụng phần mềm hoá học để khảo sát cấu trúc của phối tử (về mặt lí thuyết) nhằm hỗ trợ cho việc phân tích cấu trúc phức từ dữ kiện thực nghiệm. - Sử dụng phổ cộng hưởng từ proton và độ dẫn điện dung dịch của các phức tổng hợp được để khẳng định lại cấu trúc phức. - Tiến hành thử hoạt tính sinh học để thăm dò khả năng kháng nấm, kháng khuẩn cũng như khả năng ức chế tế bào ung thư của các phức chất. Chúng tôi hi vọng rằng, các kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ làm phong phú thêm lĩnh vực nghiên cứu phức chất của coban với các phối tử có hoạt tính sinh học thuộc họ thiosemicacbazon và bước đầu sử dụng các hợp chất này vào lĩnh vực y học. 6 Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. GIỚI THIỆU VỀ COBAN 1.1.1. Lịch sử của coban Coban đã được biết đến từ thời cổ đại thông qua những hợp chất tạo cho thủy tinh có màu xanh dương đậm. Georg Brandt (1694-1768) là nhà khoa học đã phát hiện ra coban. Thời điểm phát hiện vào khoảng thời gian (1730 - 1737). Ông đã chứng minh rằng coban là nguồn gốc tạo ra màu xanh dương trong thủy tinh, mà trước đây được người ta cho là do bitmut (Bismuth) (được phát hiện cùng với coban). Thủy tinh có màu xanh coban Trong suốt thế kỷ 19, coban xanh dương được sản xuất tại nhà máy Blaafarveværket (Na Uy), sản lượng coban sản xuất tại đây chiếm 70-80% sản lượng thế giới. Vào năm 1938, John Livingood và Glenn Seaborg đã phát hiện đồng vị Co-60. Tên gọi coban (cobalt) có xuất xứ từ tiếng Đức kobalt hoặc kobold, nghĩa là linh hồn của quỷ dữ. Tên này do những người thợ mỏ đặt ra vì nó mang tính độc hại, gây ô nhiễm môi trường, và làm giảm giá trị những kim loại khác, như niken. Những nguồn khác thì lại cho rằng tên gọi phát sinh từ những người thợ mỏ bạc vì họ tin rằng coban được đặt ra bởi kobolds là những người đã từng đánh cắp bạc. Một vài nguồn khác cho rằng tên gọi có xuất xứ từ tiếng Hy Lạp kobalos, nghĩa là 'mỏ', và có thể có nguồn gốc chung với kobold, goblin, và cobalt [10]. 7 1.1.2. Trạng thái tự nhiên Coban không thể tìm thấy như là một kim loại tự do, mà nói chung là ở trong các dạng quặng. Người ta ít khi khai thác coban riêng rẽ, mà có xu hướng lấy coban như là một sản phẩm phụ trong hoạt động khai thác niken và đồng. Những quặng coban chính là cobaltite, erythrite, glaucodot, và skutterudite. Những quốc gia sản xuất nhiều coban nhất thế giới là Cộng hòa dân chủ Côngô, Trung Quốc, Zambia, Nga, và Úc. Coban còn được tìm thấy ở Phần Lan, Azerbaijan, và Kazakhstan. Nó còn được sản xuất ở thành phố Cobalt, tỉnh Ontario, ở Canada ở dạng sản phẩm phụ của hoạt động khai thác bạc. Quặng coban Coban trong tự nhiên bao gồm 1 đồng vị ổn định là 59 Co. Coban có 22 đồng vị phóng xạ. Những đồng vị phóng xạ ổn định nhất là 60 Co có chu kỳ bán rã là 5,2714 năm, 57 Co có chu kỳ bán rã là 271,79 ngày, 56 Co có chu kỳ bán rã là 77,27 ngày, và 58 Co có chu kỳ bán rã 70,86 ngày. Tất cả đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã ít hơn 18 giờ và phần lớn những đồng vị này có chu kỳ bán rã ít hơn 1 giây. Nguyên tố này cũng có 4 đồng phân phóng xạ, tất cả các đồng phân này đều có chu kỳ bán rã ít hơn 15 phút. Các đồng vị của coban có trọng lượng nguyên tử từ 50 amu ( 50 Co) đến 73 amu [6], [10]. 1.1.3. Thuộc tính của coban Coban là kim loại màu trắng bạc, có từ tính mạnh, nhiệt độ Curie vào khoảng 1388 K. Coban và niken là hai thành phần đặc trưng trong thép thiên thạch. Trong cơ thể động vật tồn tại một lượng nhỏ các muối coban. Đồng vị phóng xạ nhân tạo Coban-60 được sử dụng làm tác nhân kiểm tra phóng xạ và điều trị ung thư. Độ thấm từ của coban bằng 2/3 của sắt. Coban kim loại thông thường biểu hiện ở dạng hỗn hợp của hai cấu trúc tinh thể lục phương đặc khít và lập phương tâm mặt với nhiệt độ chuyển tiếp khoảng 722 K. Trạng thái ôxi hóa phổ biến của nó là +2 và +3, rất ít hợp chất trong đó coban có hóa trị +1 tồn tại [10]. 8 Các mảnh coban điện phân 1.1.4. Tính chất hóa học của coban Coban nằm ở nhóm VIIIB, chu kỳ IV trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep, thuộc nhóm các nguyên tố họ d. Cấu hình electron: [Ar]3d 7 4s 2 . Về mặt hóa học, coban là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình. Nó bền trong khí quyển ở nhiệt độ thường. Ở nhiệt độ cao nó bị oxi hóa thành Co 3 O 4 . Ở trên 900 0 C sản phẩm lại là CoO. Cũng có thể điều chế CoO bằng cách cho hơi nước tác dụng với kim loại nóng đỏ. Khi đun nóng coban cũng tác dụng với các phi kim khác như: B, C, P, S , nhưng không tác dụng với H 2 và N 2 . Thế khử của cặp Co 2+ /Co bằng -0,28V, do đó coban có thể tan chậm trong các axit không có tính oxi hóa, giải phóng hiđro [6]. Co + 2HCl → CoCl 2 + H 2 Co + H 2 SO 4 (l) → CoSO 4 + H 2 Khi tác dụng với HNO 3 dù loãng hay đặc, coban đều chỉ tạo thành Co 2+ : 3Co + 8HNO 3 (l) → 3Co(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O Co + 4HNO 3 (đ) → Co(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O 1.1.5. Một số thông tin khác của coban Tổng quát Số hiệu nguyên tử 27 Phân loại kim loại chuyển tiếp Nhóm, chu kì, khối VIIIB, 4, d Khối lượng riêng; độ cứng 8900 kg/m 3 ; 5,0 Bề ngoài kim loại màu sáng nhẹ ánh kim Tính chất nguyên tử Khối lượng nguyên tử 58,9331195 đvC Bán kính nguyên tử 125 pm 9 Bán kính cộng hoá trị 126 pm Cấu hình electron [Ar] 3d 7 4s 2 Electron trên vỏ điện tử 2, 8, 15, 2 Trạng thái oxi hoá (oxit) 2,3 (lưỡng tính) Cấu trúc tinh thể hình lục giác Tính chất vật lý Trạng thái vật chất rắn Điểm nóng chảy 1768 K (2723 0 F) Điểm sôi 3200 K (5301 0 F) Nhiệt bay hơi 377 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 16,06 kJ/mol Vận tốc âm thanh 4720 m/s tại 293,15 K Thông tin khác Độ âm điện 1,88 (thang Pauling) Nhiệt dung riêng 421 J/(kg.K) Độ dẫn điện 1,603x10 7 /Ω.m Độ dẫn nhiệt 100W/(m.K) Năng lượng ion hoá 1. 760,4 kJ/mol 2. 1648 kJ/mol 3. 3232 kJ/mol 1.1.6. Vai trò sinh học của coban Nhiều sinh vật sống (kể cả người) phải cần đến một lượng nhỏ coban trong cơ thể để tồn tại. Cho vào đất một lượng nhỏ coban từ 0,13-0,30 mg/kg sẽ làm tăng sức khoẻ của những động vật ăn cỏ. Coban là thành phần trung tâm của vitamin cobalamin, hoặc vitamin B-12. Ứng dụng trong y học Đồng vị Co-60 ( 60 Co) là kim loại phóng xạ dùng trong xạ trị. Nó tạo ra hai tia gamma với năng lượng lần lượt là: 1,17 MeV và 1,33 MeV. Nguồn Co-60 có đường kính khoảng 2 cm và được tạo ra bằng cách tạo một vùng nửa tối, làm cho góc của vùng bức xạ bị mờ đi. Kim loại này có đặc tính tạo ra bụi mịn, gây ra vấn đề về bảo vệ bức xạ. Nguồn Co-60 hữu dụng trong vòng khoảng 5 năm, nhưng ngay cả sau thời điểm này, mức độ phóng xạ vẫn rất cao. Vì vậy máy móc dùng coban đã không 10 [...]... được coi là có hoạt tính Các mẫu chiết tinh có giá trị: IC50 ≤ 5 µ g / ml được coi là có hoạt tính 28 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Trong luận văn này chúng tôi nghiên cứu phức tạo thành giữa Co(II), Co(III) với phối tử 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit - Phối tử 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit được tổng hợp từ phản ứng ngưng tụ giữa 4-metylthiosemicacbazit... khỉ Phức chất của Cu(II), Ni(II) với xitronenlal và menton thiosemicacbazon ( M(thiocitro)2; M(thiomen)2) có khả năng ức chế tế bào ung thư gan và phổi [20] Các thiosemicacbazon và phức chất của chúng có nhiều hoạt tính sinh học quí Tuy nhiên, để đưa chúng vào chữa trị bệnh cho con người thì ngoài hoạt tính sinh học chúng còn phải đảm bảo một độ tan tối thiểu nào đó Đa số thiosemicacbazon và các phức. .. 2-axetylpyriđin (Ac-2Mtsc), 4-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Ac-4Mtsc) và 4-phenylthiosemicacbazon 21 2-axetylpyriđin (Ac-4Ptsc) với các kim loại nhóm platin cũng đã được nghiên cứu [40] Kết quả thử hoạt tính sinh học cho thấy khả năng kháng khuẩn của chúng tăng theo dãy: Phức của Ac-4Mtsc > phức của Ac-4Ptsc > phức của Ac-2Mtsc Trong khi đó trật tự xét theo kim loại là: Phức của Ru(III) > Pt(II)... là có hoạt tính trong điều trị bệnh đậu mùa Thuốc thiosemicarbazone có thể ngăn chặn sự phát triển của virus Vì vậy phức của kim loại với thiosemicarbazone được tiếp tục nghiên cứu rộng rãi hơn Gần đây một số bài báo khoa học đã công bố tổng hợp và ước lượng hoạt tính chống vius HIV của dẫn xuất isatin-β-thiosemicarbazone Phức tạo thành giữa 5-fluoro-isatin-3-(N-benzylthiosemicarbazone) (H 2FLB) và Zn(II)... nhân, đo độ dẫn điện mol và thử hoạt tính sinh học 31 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phối tử 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit được tạo thành khi thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa 4-metylthiosemicacbazit với salixylandehit Sản phẩm tạo thành là những tinh thể màu trắng, ánh kim Khi tạo phức với Co(II) thu được tinh thể màu xanh rêu; với Co(III) thu được tinh thể màu nâu Các phức này bền trong không... ra những phức chất có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như xúc tác; phân tích; y học [3], [4], [29] Vì vậy, ngày càng có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp các thiosemicacbazon mới 14 1.4 PHỨC CHẤT CỦA THIOSEMICACBAZIT VÀ THIOSEMICACBAZON Jensen - nhà hoá học nổi tiếng trong lĩnh vực hợp chất phối trí người Đức [25], là người đầu tiên đã tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của Cu(II),... cho phép dự đoán độ chuyển dịch hoá học của tất cả các H và C Trước tiên chương trình này sẽ nhận dạng những phần cấu trúc chính của phân tử Chẳng hạn, benzen sẽ được nhận dạng là phần cấu trúc chính của trinitrotoluen Mỗi cấu trúc sẽ tương ứng với 1 độ chuyển 26 dịch hoá học Nếu cấu trúc vòng nào đó không có trong cơ sở dữ liệu thì ChemNMR sẽ sử dụng những vòng gắn vào (thậm chí nó còn phá vỡ vòng)... giả đã nghiên cứu sự tạo phức của Co với 4-phenylthiosemicacbazon isatin Cụ thể: NH C N N S H N O Cl Co N H O N S N C HN [Co(H4phthis)2]Cl Trong công trình [20] tác giả đã nghiên cứu quá trình tổng hợp thiosemicacbazon từ các anđehit và xeton có nguồn gốc tự nhiên là xitronenlal, menton và các phức của chúng Đây là một nhóm chất hứa hẹn có hoạt tính phong phú và có khả năng sử dụng trong y – dược học. .. thành hợp chất nội phức theo sơ đồ: N H2N C H2 N S H2 M N N S C NH2 Sau công trình của Jensen là hàng loạt các thông báo về sự tạo phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác, tuy nhiên mãi đến năm 60 của thế kỷ này, việc nghiên cứu phức chất của kim loại chuyển tiếp mới trở thành hệ thống Trong công trình [31] tác giả đã nghiên cứu sự tạo phức của Cu(II) và Ni(II) với pyruvaldehyde... 4-phenylthiosemicacbazon salixyanđehit (H24phthsa), thiosemicacbazon axetylaxeton (H2thac)… Cấu trúc chi tiết của phức chất đã được thiết lập dựa trên các phương pháp khác nhau như phổ khối lượng, phổ cộng hưởng từ proton, phổ hồng ngoại… và đã thử hoạt tính sinh học của các phức tổng hợp được Các cấu trúc phức như sau: O H N Cl Pt S N N C Pt(H4phthis)Cl O HC O Cl Pt Pt S N N NH HC C S N NH2 H N H . vực nghiên cứu phức chất của coban với các phối tử có hoạt tính sinh học thuộc họ thiosemicacbazon nên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là: Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh. giữa 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(III) 31 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1. Phổi khối lượng và cấu trúc của phức chất 32 3.2. Phổ cộng hưởng từ proton và cấu trúc của phức. tính sinh học của phức giữa 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit với Co(II) và Co(III) ” Nội dung đề tài tập trung vào những phần chính sau: - Tổng hợp phức chất 4-metylthiosemicacbazon salixylandehit