Nghiên Cứu Cấu Tạo và Hoạt Tính Sinh Học của Các Phức Chất Thiosemicacbazit

• Trường học: Trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Cấu Tạo và Hoạt Tính Sinh Học của Các Phức Chất Thiosemicacbazit với Kim Loại Chuyển Tiếp
• Loại tài liệu: luận án phó tiến sĩ khoa học hóa học

• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN I: THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
• 1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
• 1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit
• 1.3. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon
• 1.4. Các phương pháp phổ hấp thụ nghiên cứu cấu tạo của phức chất
• 1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 1.4.2. Xác định cấu tạo của phức chất dựa trên các dữ kiện hồng ngoại
• 1.4.3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của một số phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
• 1.4.4. Phương pháp phổ hấp thu electron
• 1.4.5. Các kiểu chuyển mức electron trong phân tử phức chất
• 1.4.6. Sự tách các số hạng năng lượng của ion trung tâm trong các trường đối xứng khác nhau
• 1.4.7. Phổ hấp thu electron của các phức chất Cu(II), Ni(II), Co(II)
• 1.4.8. Phản ứng trên khuôn
• 1.4.9. Hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và các phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp
• 1.5. Vài nét về molipden và vai trò của molipden trong sự sống
• 1.5.1. Phức chất của molipden
• 1.5.2. Vai trò của molipden trong sự sống
• 2. PHẦN II: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Kỹ thuật thực nghiệm
• 2.4. Các phương pháp phân tích
• 3. PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp các phức chất của Ni(II), Cu(II), Co(III) và Co(II) với các thiosemicacbazon
• 3.1.1. Tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazon salixilanđehit với Ni(II), Cu(II), Co(II) và Co(II)
• 3.1.2. Tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazon isatin với Ni(II), Cu(II), Co và Co(II)
• 3.1.3. Tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazon axetylaxeton với Ni(II), Cu(II), Co(II) và Co(II)
• 3.2. Nghiên cứu phổ hấp thu electron của các phức chất Ni(II), Cu(II), Co(II) và Co(II) với các thiosemicacbazon
• 3.2.1. Phổ hấp thu electron của các phức chất của Ni(II) với các thiosemicacbazon
• 3.2.2. Phổ hấp thụ electron của các phức chất của Co(III) với các thiosemicacbazon
• 3.2.3. Phổ hấp thu electron của các phức chất của Co(II) với các thiosemicacbazon
• 3.2.4. Phổ hấp thụ electron của các phức chất của Cu(II) với các thiosemicacbazon
• 3.2.5. Nhận xét về phổ hấp thụ electron của các phức chất
• 3.3. Nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của các phức chất của các thiosemicacbazon với Ni(II), Cu(II), Co(III) và Co(II)
• 3.3.1. Phổ hấp thu electron của các phức chất H>thsa
• 3.3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của H;thsa tự do
• 3.3.3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất của Hạthsa với Ni(II), Cu(II), Co(II) và Co(II)
• 3.3.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phức chất H;this
• 3.3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hythis tự do
• 3.3.6. Phổ hấp thu hồng ngoại của các phức chất của H>this với Ni(II), Cu(II), Co(II) và Co(II)
• 3.3.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phức chất H;thac
• 3.3.8. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hathac tự do
• 3.3.9. Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phức chất của H›thac với Ni(II), Cu(II), Co(II) và Co(II)
• 3.3.10. Nhận xét về phổ hấp thu hồng ngoại của các phức chất
• 3.4. Tổng hợp và nghiên cứu phức chất của molipden với thiosemicacbazit và dẫn xuất của nó
• 3.4.1. Phức chất của Mo(III) với thiosemicacbazit
• 3.4.2. Tổng hợp phức chất Mo(Hth)3Cl
• 3.4.3. Nghiên cứu phức chất Mo(Hth)3Cl bằng phương pháp phổ hấp thụ electron
• 3.4.4. Nghiên cứu phức chất Mo(Hth)3Cl bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 3.4.5. Nghiên cứu phức chất Mo(Hth)3Cl bằng phương pháp đo độ dẫn điện
• 3.4.6. Phức chất của Mo(V) với thiosemicacbazit
• 3.4.7. Tổng hợp phức chất Mo0.4(th)2H2O
• 3.4.8. Nghiên cứu phức chất Mo0.4(th)2H2O bằng phương pháp phổ hấp thụ electron
• 3.4.9. Nghiên cứu phức chất Mo0x(th)2H2O bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 3.4.10. Phức chất của Mo(VI) với các dẫn xuất salixilandehit và axetylaxeton của thiosemicacbazit
• 3.4.11. Tổng hợp các phức chất đầu MoOs(sal) và MoOs(ac)H2O
• 3.4.12. Nghiên cứu sản phẩm ngưng tụ giữa MoO2(sal)2 và thiosemicacbazit
• 3.4.13. Nghiên cứu sản phẩm ngưng tụ giữa MoOs(ac)H2O và thiosemicacbazit
• 3.4.14. Nhận xét về các phức chất molipden với thiosemicacbazit
• 3.5. Thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon và các phức chất của chúng với đồng và molipden
• 3.5.1. Hoạt tính kháng khuẩn
• 3.5.2. Thăm dò khả năng ức chế sự phát triển ung thư của các phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl
• 3.6. Một số chỉ tiêu nghiên cứu và cách xác định
• 3.6.1. Thử độc tính của phức chất (xác định liều LD50) và chọn liều điều trị an toàn
• 3.6.2. Gây ung thư cho chuột
• 3.6.3. Kết quả thử nghiệm và nhận xét
• 4. PHẦN IV: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Về Phức Chất Thiosemicacbazit và Kim Loại Chuyển Tiếp

Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và dẫn xuất của nó, đặc biệt là thiosemicacbazon, đã thu hút sự quan tâm lớn trong nghiên cứu hóa học vô cơ và hóa sinh học. Các phức chất này thể hiện nhiều kiểu liên kết và hoạt tính sinh học tiềm năng, mở ra các ứng dụng trong dược phẩm, y học và nông nghiệp. Nghiên cứu của Trịnh Ngọc Châu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu này, đặc biệt là việc tìm hiểu cấu trúc và tính chất của chúng. Thiosemicacbazit có khả năng phối trí linh hoạt, tạo thành các phức chất có cấu trúc và tính chất đa dạng. Sự có mặt của các nguyên tử cho khác nhau như N và S trong phân tử thiosemicacbazit cho phép tạo thành các phức chất vòng càng phức tạp với nhiều kim loại chuyển tiếp. Điều này mở ra khả năng điều chỉnh tính chất của phức chất thông qua việc lựa chọn kim loại và phối tử phù hợp.

Sự quan tâm đến phức chất thiosemicacbazit không chỉ giới hạn ở cấu trúc mà còn liên quan đến hoạt tính sinh học của chúng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và chống ung thư của các phức chất này, tạo ra tiềm năng lớn trong việc phát triển các loại thuốc mới. Nghiên cứu này tiếp tục khám phá tiềm năng đó, tập trung vào cấu trúc và tính chất của các phức chất này.

1.1. Cấu Trúc Phân Tử và Tính Chất Vật Lý Hóa Học Thiosemicacbazit

Thiosemicacbazit là một hợp chất kết tinh màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy đặc trưng (181-183°C). Cấu trúc của nó cho thấy các nguyên tử N, C và S hầu như nằm trên một mặt phẳng. Liên kết C-S có độ bội nhỏ hơn hai, trong khi các liên kết C-N có độ bội lớn hơn một. Trong trạng thái rắn, nguyên tử lưu huỳnh và nhóm NH2 nằm ở vị trí trans so với nhau. Phân tích cấu trúc ron ghen cho thấy điện tích hiệu dụng trên một số nguyên tử như sau: S(-0.49), N(-0.19), N(-0.08), N(-0.21) và C(+0.32). Các dữ kiện này giúp hiểu rõ hơn về khả năng phối trí và tương tác của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp.

1.2. Vai Trò Sinh Học và Ứng Dụng Tiềm Năng của Phức Chất Kim Loại

Phức chất của thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học, từ enzyme xúc tác đến vận chuyển oxy. Nghiên cứu của Domagk đã chứng minh hoạt tính kháng khuẩn của một số thiosemicacbazon, mở ra hướng nghiên cứu mới về ứng dụng dược phẩm. Sự đa dạng của các hợp chất carbonyl cho phép điều chỉnh cấu trúc và tính chất của thiosemicacbazon, tạo điều kiện để tổng hợp các phức chất có tính chất mong muốn. Do đó, các phức chất này được ứng dụng trong y học và nông nghiệp.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Cấu Tạo Phức Chất Kim Loại Chuyển Tiếp

Mặc dù có tiềm năng lớn, việc nghiên cứu cấu tạo và hoạt tính sinh học của phức chất thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Việc xác định chính xác cấu trúc của phức chất, đặc biệt là vị trí liên kết của phối tử và hình học phân tử, đòi hỏi các phương pháp phân tích phức tạp như phổ hồng ngoại IR, phổ UV-Vis và phương pháp nhiễu xạ tia X.

Sự đa dạng của các thiosemicacbazon và khả năng phối trí khác nhau của chúng cũng gây khó khăn trong việc dự đoán và điều khiển cấu trúc của phức chất. Việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của các phức chất trong các hệ thống sinh học, bao gồm tương tác thuốc - protein và ảnh hưởng đến độc tính tế bào, cũng là một thách thức lớn. Nghiên cứu cần tập trung vào các yếu tố này.

2.1. Các Phương Pháp Phân Tích Cấu Trúc Phức Chất Thiosemicacbazit

Việc xác định cấu trúc của phức chất thiosemicacbazit đòi hỏi sự kết hợp của nhiều phương pháp phân tích khác nhau. Phổ hồng ngoại IR cung cấp thông tin về các dao động phân tử và sự thay đổi trong liên kết hóa học khi phối tử liên kết với kim loại. Phổ UV-Vis cho phép nghiên cứu các chuyển mức electron và sự hấp thụ ánh sáng của phức chất, cung cấp thông tin về cấu trúc điện tử và năng lượng. Phương pháp nhiễu xạ tia X là một công cụ mạnh mẽ để xác định cấu trúc tinh thể của phức chất, cho phép xác định vị trí chính xác của các nguyên tử và hình học phân tử. Các thông tin này rất quan trọng để hiểu rõ cấu trúc và tính chất của phức chất.

2.2. Khó Khăn Trong Dự Đoán và Điều Khiển Cấu Trúc Phức Chất

Sự đa dạng của các thiosemicacbazon và khả năng phối trí khác nhau của chúng tạo ra thách thức trong việc dự đoán và điều khiển cấu trúc của phức chất. Các yếu tố như bản chất của kim loại, tỷ lệ phối tử, điều kiện phản ứng và hiệu ứng lập thể có thể ảnh hưởng đến cấu trúc cuối cùng của phức chất. Do đó, cần có sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố này để có thể thiết kế và tổng hợp các phức chất có cấu trúc mong muốn.

2.3. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của phức chất

Để hiểu rõ hơn về tiềm năng ứng dụng của các phức chất này, nghiên cứu cần tập trung vào cơ chế hoạt động của chúng trong các hệ thống sinh học, bao gồm tương tác thuốc - protein và ảnh hưởng đến độc tính tế bào.

III. Phương Pháp Tổng Hợp và Đặc Trưng Phức Chất Thiosemicacbazit

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp phức chất của Ni(II), Cu(II), Co(III) và Co(II) với các thiosemicacbazon khác nhau như salixilanđehit, isatin và axetylaxeton. Các phương pháp tổng hợp được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao và độ tinh khiết cao. Các phức chất được đặc trưng bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phổ hồng ngoại IR, phổ UV-Vis và phân tích nguyên tố.

Việc tổng hợp phức chất của Mo ở các mức oxi hóa khác nhau cũng được nghiên cứu, sử dụng các kết quả quang phổ để xác định cấu trúc của sản phẩm. Nghiên cứu này đặc biệt quan trọng do vai trò của Mo trong cơ thể sống và thiếu hụt nghiên cứu về phức chất Mo với thiosemicacbazit.

3.1. Tổng Hợp Phức Chất của Ni II Cu II Co III Co II với Thiosemicacbazon

Việc tổng hợp phức chất của Ni(II), Cu(II), Co(III) và Co(II) với các thiosemicacbazon của salixilanđehit, isatin và axetylaxeton được thực hiện bằng cách phản ứng giữa muối kim loại và phối tử trong dung môi phù hợp. Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ phối tử được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất. Các phức chất được cô lập bằng cách lọc hoặc kết tinh, sau đó được rửa sạch và sấy khô.

3.2. Nghiên Cứu Phổ Hấp Thụ Electron UV Vis của Phức Chất Kim Loại

Phổ hấp thụ electron (UV-Vis) được sử dụng để nghiên cứu các chuyển mức electron trong phân tử phức chất. Các dải hấp thụ trong phổ UV-Vis cung cấp thông tin về cấu trúc điện tử, năng lượng và bản chất của liên kết kim loại-phối tử. Sự thay đổi trong phổ UV-Vis khi phối tử liên kết với kim loại có thể được sử dụng để xác định vị trí liên kết và cấu trúc của phức chất.

3.3. Nghiên Cứu Phổ Hấp Thụ Hồng Ngoại IR của Phức Chất Kim Loại

Phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) cung cấp thông tin chi tiết về các dao động của phân tử và sự thay đổi trong liên kết hóa học khi thiosemicacbazit phối trí với các ion kim loại. Nghiên cứu phổ IR giúp xác định cách phối trí của phối tử và sự hình thành các liên kết mới. Các dải hấp thụ đặc trưng cho các nhóm chức năng như C=S, N-H và C-N được theo dõi để đánh giá sự thay đổi trong cấu trúc phân tử.

IV. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Phức Chất Thiosemicacbazit Trong Y Học

Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng là thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon và các phức chất của chúng với đồng và molipden. Nghiên cứu tập trung vào hoạt tính kháng khuẩn và khả năng ức chế sự phát triển ung thư của các phức chất. Các kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng của các phức chất này trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển các loại thuốc mới.

Đánh giá độc tính tế bào của các phức chất cũng được thực hiện để đảm bảo an toàn khi sử dụng trong các ứng dụng y học. Nghiên cứu này mở ra con đường tiếp cận với hóa sinh vô cơ và phát triển các liệu pháp điều trị mới.

4.1. Đánh Giá Hoạt Tính Kháng Khuẩn của Phức Chất Thiosemicacbazit

Hoạt tính kháng khuẩn của thiosemicacbazit, một số thiosemicacbazon và các phức chất đại diện được đánh giá bằng cách sử dụng các chủng vi khuẩn khác nhau. Các kết quả cho thấy một số phức chất có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các loại thuốc kháng sinh mới.

4.2. Nghiên Cứu Khả Năng Ức Chế Sự Phát Triển Ung Thư

Khả năng ức chế sự phát triển của ung thư của các phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)2Cl2 được thăm dò bằng cách sử dụng các dòng tế bào ung thư khác nhau. Các kết quả cho thấy một số phức chất có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các liệu pháp điều trị ung thư mới.

4.3. Đánh Giá Độc Tính Tế Bào và An Toàn Sinh Học

Độc tính tế bào của các phức chất được đánh giá bằng cách xác định liều LD50 (liều gây chết 50% tế bào). Các kết quả cho thấy một số phức chất có độc tính thấp, cho thấy tiềm năng sử dụng an toàn trong các ứng dụng y học. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu sâu hơn để đánh giá đầy đủ an toàn sinh học của các phức chất này.

V. Phức Chất Molipden Tổng Hợp Cấu Trúc và Phản Ứng Trên Khuôn

Nghiên cứu tập trung vào tổng hợp phức chất của Mo ở các mức oxi hóa khác nhau, đặc biệt là phức chất Mo(VI) có hệ vòng lớn với phối tử 4 càng trên cơ sở thiosemicacbazit bằng phản ứng trên khuôn. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại được sử dụng để xác định cấu trúc của sản phẩm.

Khả năng tổng hợp các phức chất này mở ra tiềm năng mới trong việc nghiên cứu các enzyme chứa molipden và phát triển các chất xúc tác mới.

5.1. Tổng Hợp Phức Chất MoO2 sal 2 và MoO2 ac 2H2O

Các phức chất MoO2(sal)2 và MoO2(ac)2H2O được tổng hợp bằng cách phản ứng giữa muối molipden và các dẫn xuất salixilandehit và axetylaxeton của thiosemicacbazit. Các điều kiện phản ứng được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao và độ tinh khiết cao. Các phức chất được đặc trưng bằng phổ hồng ngoại và phân tích nguyên tố.

5.2. Nghiên Cứu Sản Phẩm Ngưng Tụ giữa MoO2 sal 2 và Thiosemicacbazit

Nghiên cứu sản phẩm ngưng tụ giữa MoO2(sal)2 và thiosemicacbazit cho thấy khả năng tạo thành các phức chất vòng lớn với cấu trúc phức tạp. Phản ứng trên khuôn được cho là đóng vai trò quan trọng trong quá trình này, cho phép tổng hợp các phức chất có cấu trúc và tính chất độc đáo.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Phức Chất Kim Loại

Nghiên cứu này đã đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về cấu trúc, tính chất và hoạt tính sinh học của phức chất thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp. Các kết quả cho thấy tiềm năng lớn của các phức chất này trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các vật liệu nano dựa trên các phức chất này, nghiên cứu cơ chế hoạt động của chúng trong các hệ thống sinh học và ứng dụng trong các lĩnh vực khác như xúc tác và nông nghiệp.

6.1. Phát Triển Vật Liệu Nano Dựa Trên Phức Chất Thiosemicacbazit

Việc phát triển các vật liệu nano dựa trên phức chất thiosemicacbazit mở ra tiềm năng mới trong việc tạo ra các vật liệu có tính chất độc đáo và ứng dụng rộng rãi. Các nano phức chất có thể được sử dụng trong ứng dụng công nghệ, y học và xúc tác.

6.2. Nghiên Cứu Chi Tiết Cơ Chế Hoạt Động trong Hệ Thống Sinh Học

Việc nghiên cứu chi tiết cơ chế hoạt động của phức chất thiosemicacbazit trong các hệ thống sinh học là rất quan trọng để hiểu rõ tiềm năng ứng dụng của chúng trong y học và các lĩnh vực liên quan. Các nghiên cứu có thể tập trung vào tương tác thuốc - protein, ảnh hưởng đến độc tính tế bào và các quá trình sinh hóa khác.

6.3. Mở Rộng Ứng Dụng trong Xúc Tác và Nông Nghiệp

Các phức chất thiosemicacbazit có thể được sử dụng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng xúc tác khác nhau. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các chất xúc tác mới có hiệu suất cao và tính chọn lọc cao. Ngoài ra, các phức chất này cũng có thể được ứng dụng trong nông nghiệp để cải thiện năng suất cây trồng và bảo vệ thực vật.