Luận văn thạc sĩ tổng hợp nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của một số kim loại chuyển tiếp với n4 metylthiosemicacbazon 2 axetyl pyriđin

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cấu tạo và hoạt tính sinh học các phức chất kim loại chuyển tiếp với N4 metylthiosemicarbazon 2 axetyl pyridin.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Cương
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Ngọc Châu
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp, Nghiên Cứu Cấu Tạo Và Thăm Dò Hoạt Tính Sinh Học Các Phức Chất Của Một Số Kim Loại Chuyển Tiếp Với N(4) - Metylthiosemicacbazon 2 - Axetylpyriđin
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
• 1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
• 1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
• 1.3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT
• 2.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)
• 2.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton 1H
• 2.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C
• 2.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
• 2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.5.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.2. Kỹ thuật thực nghiệm
• 2.5.3. Các điều kiện ghi phổ
• 2.5.4. Thăm dò khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và các phức chất
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT
• 3.1. Tổng hợp phối tử
• 3.2. Tổng hợp các phức chất
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG
• 4.2. NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI
• 4.3. NGHIÊN CỨU PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 1H VÀ 13C
• 4.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của phối tử Hmthapyr
• 4.3.2. Phổ cộng hưởng từ proton 1H của các phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2
• 4.4. KẾT QUẢ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỐI TỬ VÀ CÁC PHỨC CHẤT
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn thạc sĩ nghiên cứu cấu tạo phức chất

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo của các phức chất từ một số kim loại chuyển tiếp với N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin. Các phức chất này không chỉ có cấu trúc đa dạng mà còn thể hiện hoạt tính sinh học đáng chú ý. Việc nghiên cứu này nhằm mục đích tìm kiếm các hợp chất có tiềm năng ứng dụng trong y dược học.

1.1. Giới thiệu về thiosemicacbazon và ứng dụng của nó

Thiosemicacbazon là một loại phối tử hữu cơ có khả năng tạo phức chất với nhiều kim loại chuyển tiếp. Các phức chất này có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, hóa học phân tích và xúc tác. Nghiên cứu về thiosemicacbazon đã chỉ ra rằng chúng có thể ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và có khả năng kháng khuẩn.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu cấu tạo phức chất

Nghiên cứu cấu tạo phức chất giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của các hợp chất này trong cơ thể sống. Việc xác định cấu trúc phân tử và cách thức phối trí của các phối tử với kim loại là rất quan trọng để phát triển các loại thuốc mới có hiệu quả cao và ít tác dụng phụ.

II. Thách thức trong nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất từ thiosemicacbazon gặp phải một số thách thức. Các yếu tố như độ ổn định của phức chất, khả năng hòa tan trong dung môi sinh học và tính chọn lọc đối với các tế bào mục tiêu đều ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.

2.1. Độ ổn định của phức chất trong môi trường sinh học

Độ ổn định của phức chất là yếu tố quyết định đến khả năng hoạt động sinh học của chúng. Các phức chất không ổn định có thể phân hủy trước khi phát huy tác dụng, do đó cần thiết phải nghiên cứu các điều kiện tối ưu để bảo đảm tính ổn định của chúng trong môi trường sinh học.

2.2. Khả năng hòa tan và tính chọn lọc của phức chất

Khả năng hòa tan trong dung môi sinh học là yếu tố quan trọng để đảm bảo phức chất có thể được hấp thu và phân phối trong cơ thể. Tính chọn lọc của phức chất đối với các tế bào mục tiêu cũng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả điều trị mà không gây hại cho các tế bào lành.

III. Phương pháp nghiên cứu cấu tạo phức chất hiệu quả

Để nghiên cứu cấu tạo của các phức chất, nhiều phương pháp hiện đại đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định cấu trúc mà còn cung cấp thông tin về cách thức phối trí của các phối tử với kim loại.

3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR trong nghiên cứu

Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) là một trong những công cụ quan trọng để xác định cấu trúc của các phức chất. Phương pháp này cho phép nhận diện các nhóm chức và liên kết trong phân tử, từ đó giúp xác định cách thức phối trí của phối tử với kim loại.

3.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR

Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) cung cấp thông tin chi tiết về môi trường hóa học của các nguyên tử trong phân tử. Thông qua NMR, có thể xác định được cấu trúc và cách thức liên kết của các phức chất, từ đó hỗ trợ cho việc nghiên cứu hoạt tính sinh học.

IV. Kết quả nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất

Kết quả nghiên cứu cho thấy các phức chất từ N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin có hoạt tính sinh học đáng kể. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng một số phức chất có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm mạnh mẽ, mở ra hướng đi mới trong việc phát triển thuốc điều trị.

4.1. Kết quả thăm dò khả năng kháng khuẩn

Các thí nghiệm thăm dò khả năng kháng khuẩn cho thấy một số phức chất có hiệu quả ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của các phức chất trong điều trị nhiễm khuẩn.

4.2. Kết quả thăm dò khả năng kháng nấm

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng một số phức chất có khả năng kháng nấm tốt, mở ra cơ hội cho việc phát triển các loại thuốc chống nấm mới. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh gia tăng kháng thuốc hiện nay.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về các phức chất từ N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực hóa học và y học. Các kết quả đạt được không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong việc phát triển thuốc mới.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phức chất có hoạt tính sinh học mạnh mẽ, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn và kháng nấm. Những phát hiện này khẳng định tiềm năng ứng dụng của chúng trong y dược học.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa cấu trúc của các phức chất nhằm nâng cao hoạt tính sinh học. Đồng thời, việc khám phá thêm các ứng dụng mới trong lĩnh vực y học và công nghệ cũng cần được chú trọng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về các phức chất của kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ đa chức, đặc biệt là thiosemicacbazit và dẫn xuất thiosemicacbazon, đã thu hút sự quan tâm lớn của cộng đồng khoa học. Các phức chất này không chỉ đa dạng về cấu trúc mà còn có hoạt tính sinh học mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực y dược học. Từ khi phát hiện hoạt tính ức chế ung thư của phức chất cis-platin vào năm 1969, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học của các phức chất kim loại chuyển tiếp với phối tử hữu cơ đa chức.

Luận văn này tập trung vào tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của một số kim loại chuyển tiếp như Pd(II), Ni(II) và Zn(II) với phối tử N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Hmthapyr). Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trong giai đoạn 2014-2015. Mục tiêu chính là xác định cấu trúc, công thức phân tử và đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phức chất tổng hợp nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, ít độc hại, có tiềm năng ứng dụng trong y học và dược học.

Kết quả nghiên cứu không chỉ đóng góp dữ liệu khoa học cho lĩnh vực hóa vô cơ mà còn mở ra hướng phát triển các hợp chất sinh học mới, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị bệnh và phát triển thuốc mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

• Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon: Là các phối tử hữu cơ đa chức, có khả năng tạo phức với các kim loại chuyển tiếp qua nguyên tử lưu huỳnh (S) và nitơ (N). Phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở dạng cấu hình trans, khi tạo phức chuyển sang dạng cis, tạo thành các phức chất đa dạng về số càng phối trí (1-4 càng).
• Cấu trúc và tính chất của Pd(II), Ni(II), Zn(II): Các ion kim loại này có khả năng tạo phức với số phối trí phổ biến là 4 (vuông phẳng) hoặc 6 (bát diện), phù hợp với cấu hình electron và tính chất hóa học của từng kim loại.
• Phương pháp phổ học: Sử dụng phổ hấp thụ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) và cacbon (13C-NMR), phổ khối lượng (MS) để xác định cấu trúc, công thức phân tử và cách phối trí của phối tử trong phức chất.
• Hoạt tính sinh học: Đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm dựa trên chỉ số MIC (nồng độ ức chế tối thiểu) và IC50 (nồng độ ức chế 50%) nhằm xác định hiệu quả sinh học của các hợp chất.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Các phức chất được tổng hợp trong phòng thí nghiệm Hóa vô cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội. Dữ liệu phổ học được thu thập tại Viện Hóa học và Viện Công nghệ Sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
• Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp phối tử N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin theo tỉ lệ mol 1:1 trong môi trường axit và metanol, hiệu suất đạt 90%. Tổng hợp phức chất với Pd(II), Ni(II), Zn(II) theo tỉ lệ mol kim loại: phối tử là 1:2, hiệu suất 50-60%.
• Phân tích cấu trúc: Sử dụng phổ IR để xác định các nhóm chức và sự thay đổi khi tạo phức; phổ 1H-NMR và 13C-NMR để xác định cấu trúc phối tử và phức chất; phổ khối lượng ESI-MS để xác định công thức phân tử và đồng vị.
• Đánh giá hoạt tính sinh học: Thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm trên các chủng vi khuẩn Gram dương, Gram âm và nấm men bằng phương pháp pha loãng đa nồng độ, đo MIC và IC50.
• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và phân tích cấu trúc trong 6 tháng đầu, đánh giá hoạt tính sinh học trong 6 tháng tiếp theo, hoàn thiện luận văn trong 3 tháng cuối năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Xác định công thức phân tử phức chất: Phổ khối lượng cho thấy các phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 có khối lượng ion phân tử lần lượt là 521, 473 và 479, phù hợp với công thức C18H22N8S2Pd, C18H22N8S2Ni và C18H22N8S2Zn. Cụm pic đồng vị trên phổ khối lượng phù hợp với tính toán lý thuyết, khẳng định cấu trúc phức chất.
• Phổ hấp thụ hồng ngoại: Dải hấp thụ đặc trưng của nhóm C=S dịch chuyển từ 837 cm-1 ở phối tử sang 827, 822 và 793 cm-1 ở các phức chất, chứng tỏ sự phối trí qua nguyên tử lưu huỳnh. Dải NH thay đổi rõ rệt, cho thấy sự thiol hóa và liên kết với ion kim loại. Các dải CNN và NN cũng dịch chuyển, xác nhận phối trí qua nguyên tử nitơ.
• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Các tín hiệu 1H và 13C-NMR của phối tử và phức chất cho thấy sự thay đổi hóa học rõ rệt ở các nhóm liên quan đến vị trí phối trí, hỗ trợ mô hình cấu trúc phức chất.
• Hoạt tính sinh học: Các phức chất thể hiện khả năng kháng khuẩn và kháng nấm vượt trội so với phối tử tự do, với giá trị MIC và IC50 thấp hơn khoảng 20-30%, đặc biệt hiệu quả trên các chủng Staphylococcus aureus và Candida albicans.

Thảo luận kết quả

Sự dịch chuyển các dải hấp thụ IR và tín hiệu NMR khi tạo phức cho thấy phối tử Hmthapyr liên kết với Pd(II), Ni(II), Zn(II) qua nguyên tử S và N(1), phù hợp với mô hình phối trí hai càng. Hiệu suất tổng hợp và độ tan của phức chất trong dung môi hữu cơ cũng phản ánh tính ổn định và cấu trúc bền vững của phức chất. Hoạt tính sinh học tăng lên so với phối tử tự do có thể do sự thay đổi cấu trúc phân tử, tăng khả năng thâm nhập tế bào và tương tác với các mục tiêu sinh học. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về phức chất thiosemicacbazon với kim loại chuyển tiếp, khẳng định tiềm năng ứng dụng trong phát triển thuốc kháng khuẩn và kháng nấm mới. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh giá trị MIC và IC50 giữa phối tử và các phức chất, cũng như bảng tổng hợp các dải hấp thụ IR và tín hiệu NMR đặc trưng.

Đề xuất và khuyến nghị

• Mở rộng nghiên cứu tổng hợp: Tiến hành tổng hợp các phức chất với các kim loại chuyển tiếp khác như Co(II), Cu(II) để đánh giá mở rộng hoạt tính sinh học, mục tiêu tăng hiệu quả kháng khuẩn trên 30% trong vòng 12 tháng, do nhóm nghiên cứu hóa vô cơ thực hiện.
• Nghiên cứu cơ chế tác động sinh học: Áp dụng các phương pháp sinh học phân tử để xác định cơ chế ức chế vi khuẩn và nấm của các phức chất, nhằm tối ưu hóa cấu trúc phối tử, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng, phối hợp với Viện Công nghệ Sinh học.
• Phát triển dạng bào chế thuốc: Nghiên cứu công thức bào chế dạng thuốc phù hợp, đảm bảo tính ổn định và sinh khả dụng cao, hướng tới ứng dụng lâm sàng, thời gian 24 tháng, phối hợp với các đơn vị dược học.
• Đánh giá độc tính và an toàn: Thực hiện các thử nghiệm độc tính cấp và mãn tính trên mô hình động vật để đảm bảo an toàn khi sử dụng, mục tiêu giảm thiểu tác dụng phụ dưới 5%, trong vòng 24 tháng.
• Xây dựng cơ sở dữ liệu khoa học: Tổng hợp và công bố các kết quả nghiên cứu trên các tạp chí quốc tế uy tín, đồng thời phát triển cơ sở dữ liệu về phức chất thiosemicacbazon phục vụ nghiên cứu và ứng dụng, hoàn thành trong 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Nhà nghiên cứu hóa học vô cơ và hữu cơ: Có thể ứng dụng phương pháp tổng hợp và phân tích cấu trúc phức chất, mở rộng nghiên cứu về phối tử đa chức và phức chất kim loại chuyển tiếp.
• Chuyên gia dược học và y sinh học: Tìm hiểu về hoạt tính sinh học của phức chất, phát triển thuốc kháng khuẩn, kháng nấm mới dựa trên các hợp chất hữu cơ phối trí kim loại.
• Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh: Là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phổ học và đánh giá hoạt tính sinh học trong luận văn thạc sĩ chuyên ngành hóa vô cơ.
• Doanh nghiệp dược phẩm và công nghệ sinh học: Có thể khai thác kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm thuốc mới, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị các bệnh nhiễm khuẩn và nấm, nâng cao hiệu quả và giảm tác dụng phụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon có ưu điểm gì?
   Phức chất này có cấu trúc đa dạng, ổn định, và thể hiện hoạt tính sinh học mạnh mẽ như kháng khuẩn, kháng nấm, thậm chí ức chế tế bào ung thư, nhờ khả năng phối trí qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ.

2. Phương pháp phổ nào được sử dụng để xác định cấu trúc phức chất?
   Phổ hấp thụ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR), cacbon (13C-NMR) và phổ khối lượng (MS) là các phương pháp chính giúp xác định cấu trúc, công thức phân tử và vị trí phối trí của phối tử trong phức chất.

3. Hoạt tính sinh học của các phức chất được đánh giá như thế nào?
   Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm được đánh giá qua chỉ số MIC và IC50 trên các chủng vi khuẩn Gram dương, Gram âm và nấm men, sử dụng phương pháp pha loãng đa nồng độ và đo độ đục tế bào.

4. Tại sao phức chất có hoạt tính sinh học cao hơn phối tử tự do?
   Phức chất có cấu trúc bền vững hơn, khả năng thâm nhập tế bào tốt hơn và tương tác hiệu quả với các mục tiêu sinh học, dẫn đến tăng hiệu quả ức chế vi sinh vật so với phối tử tự do.

5. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là gì?
   Nghiên cứu mở ra hướng phát triển thuốc kháng khuẩn, kháng nấm mới ít độc hại, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc tổng hợp và ứng dụng các phức chất kim loại trong y học và công nghiệp dược phẩm.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công phối tử N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin và các phức chất với Pd(II), Ni(II), Zn(II) với hiệu suất từ 50-90%.
• Xác định cấu trúc phức chất qua phổ IR, NMR và MS, khẳng định phối trí qua nguyên tử S và N(1).
• Phức chất thể hiện hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm vượt trội so với phối tử tự do, có tiềm năng ứng dụng trong y dược.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu tổng hợp, đánh giá cơ chế tác động và phát triển dạng bào chế thuốc.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp khai thác kết quả để phát triển sản phẩm thuốc mới, nâng cao hiệu quả điều trị.

Hành động tiếp theo là triển khai các đề xuất nghiên cứu mở rộng và xây dựng cơ sở dữ liệu khoa học nhằm thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của các phức chất này trong lĩnh vực y học và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ 1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181 - 183oC, khối lượng mol phân tử là 91 g/mol. Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc như sau: (1) H2N Gãc liªn kÕt MËt ®é (2) (1) NH N = d o (2) a=118.5 S = b (4) Trong đó: Góc liên kết Mật độ điện tích N(1) = - 0,051 a = 118,80 0 N(2) = 0,026 b = 119,7 C = - 0,154 c = 121,50 0 N(4) = 0,138 d = 122,5 S = - 0,306 Các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng.

Do có sự chuyển proton từ N(2) sang S, liên kết C = S có độ bội nhỏ hơn 2, liên kết C – N(2) và C – N(4) đều có độ bội lớn hơn 1, các liên kết khác có độ bội gần bằng 1. Chính sự liên hợp này góp phần làm cho thiosemicacbazit có thể liên kết phối trí mạnh với ion kim loại qua lưu huỳnh trong sự tạo thành phức chất. Ở trạng thái rắn, phân tử -3- TIEU LUAN MOI download : [e-mail] thiosemicacbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm NH2) [1, 4, 8]. Khi thay thế một nguyên tử hiđro trong nhóm N(4)H2 bằng các gốc hiđrocacbon khác nhau ta thu được các dẫn xuất thế của thiosemicacbazit.

Ví dụ: N(4) – phenyl thiosemicacbazit, N(4) – etyl thiosemicacbazit, N(4) – metyl thiosemicacbazit, N(4) – allyl thiosemicacbazit, … Thiosemicacbazit là phối tử có tính bazơ, khi ở pH cao, có thể tồn tại cân bằng tautome [1]: Khi thiosemicacbazit hoặc dẫn xuất thế của nó ngưng tụ với các hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành các thiosemicacbazon theo sơ đồ 1. (a) -4- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong trường hợp cộng bình thường (a) và trong môi trường axit (b) Phản ứng tiến hành trong môi trường axit theo cơ chế AN. Trong điều kiện thường, phản ứng ngưng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hiđrazin [5] vì trong số các nguyên tử N của thiosemicacbazit cũng như dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên tử N(1) có mật độ điện tích âm lớn nhất.

Hợp chất thiosemicacbazit hay dẫn xuất của nó phản ứng với hợp chất cacbonyl qua 2 giai đoạn: cộng nucleophin và tách nước (ngưng tụ). Giai đoạn (1) của phản ứng là giai đoạn cộng nucleophin: -5- TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Giai đoạn này được xúc tác bởi axit vì: axit hoạt hoá nhóm cacbonyl bằng cách proton hoá nhóm này. Như vậy, sự có mặt của axit trong môi trường phản ứng sẽ làm cho tốc độ phản ứng tăng lên nhưng đến một mức nào đó, tốc độ phản ứng sẽ giảm do sự proton hoá thiosemicacbazit làm giảm nồng độ của tác nhân nucleophin: -6- TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Giai đoạn (2) của phản ứng xảy ra như sau: Tốc độ phản ứng của hợp chất cacbonyl với thiosemicacbazit phụ thuộc hiệu ứng không gian của nhóm thế nối với nhóm cacbonyl. Với sự đa dạng về tính chất và phong phú về số lượng của các hợp chất cacbonyl có thể tổng hợp được rất nhiều thiosemicacbazon khác nhau [26, 38].

Mặt khác, thiosemicacbazon lại có khả năng phối trí với nhiều kim loại tạo ra những phức chất có ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, phân tích, y học [26]. Vì vậy, ngày càng có nhiều nhà khoa học trong nước cũng như trên thế giới quan tâm nghiên cứu để tổng hợp các thiosemicacbazon mới và nghiên cứu khả năng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác nhau. -7- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon.

Theo Jensen, trong phức chất của thiosemicacbazit với Cu(II), Ni(II), Co(II), phối tử này phối trí hai càng qua nguyên tử S và N của nhóm hiđrazin N(1)H2. 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 (-N(2)H) sang nguyên tử S và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại [16]. Do đó sự tạo thành phức của thiosemicacbazit phải xảy ra theo sơ đồ 1.2: NH2 NH2 N N M C C H2N H2N S NH2 H2N S NH N M cis C C NH2 S NH2 H2N S HS NH2 N C M D¹ng thion D¹ng thiol C N H2N S H2N trans Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit Nhiều tác giả khác cũng đưa 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) [9, 25] và Zn(II) [25] bằng các phương pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đưa ra kết luận rằng liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại được 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 được khẳng định khi các tác giả [12, 14, 23, 26] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một số ion kim loại như Pt(II), Pd(II), Co(II). -8- TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Như vậy, thiosemicacbazit có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí này cần phải tiêu tốn năng lượng 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 lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng đóng vòng.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về lập thể, thiosemicacbazit đóng vai trò như một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình trans, khi đó liên kết được thực hiện qua nguyên tử S. Một số ví dụ điển hình về kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Ag(I) [29]. Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các thiosemicacbazon phong phú cả về số lượng và tính chất. Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon và các dẫn xuất của chúng có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại.

Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa nguyên tử có khả năng tạo phức thì thiosemicacbazon đóng vai trò như phối tử hai càng giống như thiosemicacbazit. Ví dụ: các thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal, menton … M N NHR N NHR N S N C N C N C H S SH H NHR dạng thion dạng thiol tạo phức Sơ đồ 1.3: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R: 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 được nối với nguyên tử N(1) qua hai hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức, thiosemicacbazon này thường có khuynh hướng thể hiện dung lượng 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 -9- TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Trong phức chất của chúng với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+., các phối tử này có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vòng 5 hoặc 6 cạnh bền [1, 4, 6].

Mô hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng đã được các tác giả [1, 4] xác định như sau: D D M M hoÆc N S N S N N NH2 H NH2 a) a') Sơ đồ 1.4: Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng Các thiosemicacbazon bốn càng thường được điều chế bằng cách ngưng tụ hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl. NHR N C R R N SH O H2N NHR'' C C 2 + 2 H2O + N C C C H S R' R' O N SH N C NHR'' Sơ đồ 1.5: Sự tạo phức của 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 trường hợp, do khó khăn về lập thể các thiosemicacbazon mới thể hiện vai trò của phối tử một càng [30, 31]. Ví dụ như phức chất của Cu(II) - 10 - TIEU LUAN MOI download : [e-mail] với N(4) - phenyl thiosemicacbazon 2-benzoylpyriđin [26] có cấu tạo như hình bên.

Trong đó, phối tử thứ hai đóng vai trò là phối tử 1 càng còn phối tử thứ nhất là phối tử 3 càng. N N S NH HN Cu + ClO4- N HN S N N (I) (II) Tóm lại, trong đa số các trường hợp, các thiosemicacbazon luôn có xu hướng thể hiện số phối trí cực đại. Tuỳ vào phần hợp chất cacbonyl mà thiosemicacbazon có thể là phối tử 1 càng, 2 càng, 3 càng hay 4 càng. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG Các phức chất của thiosemicacbazon được quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý nghĩa khoa học mà các hợp chất này còn 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 [19]. Đây là những chất xúc tác dị thể được 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) [20]. - 11 - TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Một số thiosemicacbazon cũng đã được sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn mòn kim loại.

đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của 4 - metyl thiosemicacbazon, 4 - phenyl thiosemicacbazon của 2 – axetyl pyriđin 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% [15, 24]. Ngoài khả năng tạo phức tốt, các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon còn có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực phân tích cũng như xác định hàm lượng của nhiều kim loại khác nhau.Murthy đã sử dụng thiosemicacbazon o-hidroxi axetophenon trong việc xác định làm lượng Pd bằng phương pháp trắc quang. Với phương pháp này có thể xác định hàm lượng Pd trong khoảng nồng độ 0,042-10,6g/l [38].

Pd(II) cũng được xác định bằng phương pháp chiết - trắc quang dựa trên cơ sở sự tạo phức của nó với 4 - phenyl thiosemicacbazon thiophenanđehit, phức này có thể chiết vào clorofom trong môi trường axit H2SO4 sau khi lắc khoảng 10 phút. Khi đó có thể xác định hàm lượng Pd trong khoảng nồng độ 0,04 - 6g/l [44] (thoả mãn định luật Beer).