Luận văn thạc sĩ hus tổng hợp nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của phức chất platinii và palađiii với phối tử benzimidazolin 2 ylidene

Nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của phức chất platinii và palađiii với phối tử benzimidazolin 2 ylidene trong luận văn thạc sĩ HUS.

• Tác giả: Đinh Thị Hồng Ngọc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa học vô cơ
• Đề tài: Tổng Hợp, Nghiên Cứu Cấu Trúc Và Hoạt Tính Sinh Học Của Phức Chất Platin (II) Và Paladi (II) Với Phối Tử Benzimidazolin-2-Ylidene
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về carbene dị vòng nitơ (NHC) và phức chất kim loại chuyển tiếp của NHC
• 1.1.1. Carbene dị vòng nitơ (NHC)
• 1.1.2. Phức chất kim loại chuyển tiếp của NHC
• 1.1.3. Đánh giá khả năng cho điện tử của các phối tử qua đầu dò là phức chất palađi(II) N,N-diisopropyl benzimidazolin-2-ylidene (iPr2-bimy) (thông số HEP)
• 1.2. Giới thiệu chung về thiosemicacbazon
• 1.3. Phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp
• 1.4. Giới thiệu chung về platin và palađi
• 1.5. Một số phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc phối tử và phức chất
• 1.5.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân
• 1.5.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 1.5.3. Phương pháp xác định tính độc tế bào ung thư (cytotoxic assay) đối với tế bào nuôi cấy dạng đơn lớp
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Tổng hợp phối tử thiosemicacbazon
• 2.3. Tổng hợp phức chất
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp phức chất hỗn hợp của NHC và thiosemicacbazon của palađi(II) và platin(II)
• 3.2. Nghiên cứu xác định cấu trúc của các phức chất
• 3.2.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H, 13C NMR, HMBC) của các phức chất
• 3.2.2. Cấu trúc của các phức chất rắn
• 3.2.3. Xác định khả năng cho điện tử của một số thiosemicacbazon qua thông số HEP2
• 3.2.4. Kết quả thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu cấu trúc phức chất platin và palađi

Nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của phức chất platin và palađi với benzimidazolin-2-ylidene đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực hóa học vô cơ. Các phức chất này không chỉ có cấu trúc độc đáo mà còn thể hiện nhiều hoạt tính sinh học tiềm năng. Việc hiểu rõ cấu trúc của chúng sẽ giúp tối ưu hóa các ứng dụng trong y học và công nghiệp.

1.1. Giới thiệu về platin và palađi trong hóa học

Platin và palađi là hai kim loại chuyển tiếp quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ xúc tác đến y học. Chúng có khả năng tạo phức chất với nhiều loại phối tử, trong đó có benzimidazolin-2-ylidene, tạo ra các hợp chất có hoạt tính sinh học cao.

1.2. Tầm quan trọng của benzimidazolin 2 ylidene

Benzimidazolin-2-ylidene là một trong những phối tử carbene dị vòng nitơ (NHC) có khả năng cho điện tử mạnh. Sự kết hợp giữa benzimidazolin-2-ylidene với platin và palađi mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các hợp chất có hoạt tính sinh học.

II. Thách thức trong nghiên cứu cấu trúc phức chất platin và palađi

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu cấu trúc của phức chất platin và palađi với benzimidazolin-2-ylidene gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của phức chất, khả năng tương tác với các phân tử sinh học và phương pháp phân tích cấu trúc là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ ổn định của phức chất platin và palađi

Độ ổn định của phức chất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học. Các phức chất platin và palađi thường có độ bền khác nhau, điều này phụ thuộc vào cấu trúc và loại phối tử. Việc nghiên cứu độ ổn định sẽ giúp tối ưu hóa các ứng dụng trong y học.

2.2. Khả năng tương tác với phân tử sinh học

Khả năng tương tác của phức chất với các phân tử sinh học là một trong những yếu tố quyết định đến hoạt tính sinh học của chúng. Nghiên cứu này cần được thực hiện để đánh giá khả năng gây độc tế bào và hiệu quả điều trị của các phức chất.

III. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc phức chất platin và palađi

Để nghiên cứu cấu trúc của phức chất platin và palađi với benzimidazolin-2-ylidene, nhiều phương pháp hiện đại đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp xác định cấu trúc mà còn đánh giá hoạt tính sinh học của các phức chất.

3.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một trong những công cụ quan trọng để xác định cấu trúc của phức chất. NMR cung cấp thông tin chi tiết về môi trường hóa học của các nguyên tử trong phân tử, từ đó giúp xác định cấu trúc chính xác của phức chất.

3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể

Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể là phương pháp mạnh mẽ để xác định cấu trúc 3D của các phức chất. Phương pháp này cho phép xác định vị trí của các nguyên tử trong phân tử, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc và tính chất của phức chất.

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

Nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất platin và palađi với benzimidazolin-2-ylidene đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các phức chất này thể hiện khả năng gây độc tế bào mạnh mẽ đối với một số dòng tế bào ung thư, mở ra triển vọng trong việc phát triển thuốc chống ung thư.

4.1. Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào

Các thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào được thực hiện trên nhiều dòng tế bào khác nhau. Kết quả cho thấy một số phức chất có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư hiệu quả, điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư.

4.2. Đánh giá hiệu quả điều trị

Đánh giá hiệu quả điều trị của các phức chất platin và palađi cho thấy chúng có thể là những ứng viên tiềm năng trong việc phát triển thuốc chống ung thư. Các nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện để xác định cơ chế hoạt động và tối ưu hóa cấu trúc của các phức chất này.

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

Nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của phức chất platin và palađi với benzimidazolin-2-ylidene đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực hóa học vô cơ và y học. Những kết quả đạt được không chỉ có giá trị khoa học mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong điều trị ung thư.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy phức chất platin và palađi với benzimidazolin-2-ylidene có hoạt tính sinh học mạnh mẽ. Việc hiểu rõ cấu trúc và tính chất của chúng sẽ giúp phát triển các hợp chất mới có hiệu quả cao hơn trong điều trị ung thư.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc của các phức chất, đánh giá khả năng tương tác với các phân tử sinh học và phát triển các ứng dụng mới trong y học. Sự kết hợp giữa hóa học vô cơ và sinh học sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển thuốc.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ung thư vẫn là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên toàn cầu, thúc đẩy các nhà khoa học không ngừng tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học vượt trội nhằm thay thế hoặc bổ trợ cho các phác đồ hóa trị truyền thống. Mặc dù các loại thuốc chứa kim loại như cisplatin hay oxaliplatin đã mang lại bước đột phá trong điều trị với tỷ lệ đáp ứng lâm sàng cao, song hạn chế về độc tính trên mô lành và hiện tượng kháng thuốc sau khoảng 6 đến 12 tháng sử dụng đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc thiết kế các phức chất kim loại chuyển tiếp thế hệ mới. Trong bối cảnh đó, sự kết hợp giữa carbene dị vòng nitơ và các dẫn xuất thiosemicarbazone mở ra một hướng tiếp cận giàu tiềm năng.

Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Hóa học vô cơ tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, thực hiện dưới sự hỗ trợ kinh phí từ Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mã số 104, đã tập trung giải quyết vấn đề này. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là tổng hợp và xác định cấu trúc phân tử của 7 phức chất hỗn hợp mới chứa ion trung tâm palađi(II) và platin(II) kết hợp với phối tử 1,3-diisopropyl benzimidazolin-2-ylidene cùng các dẫn xuất thiosemicarbazone hai càng.

Phạm vi thực nghiệm được triển khai từ năm 2018 đến tháng 12 năm 2019 tại Hà Nội. Ý nghĩa khoa học của công trình được lượng hóa cụ thể khi lần đầu tiên xây dựng thang thông số điện tử mở rộng cho 6 phối tử thiosemicarbazone khác nhau, đồng thời xác lập hoạt tính ức chế mạnh mẽ đối với dòng tế bào ung thư vú MCF-7 với giá trị nồng độ ức chế tối thiểu 50% sinh trưởng đạt mức thấp từ 1,19 micromol/Lít, tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các dòng thuốc kháng ung thư gốc cơ kim.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết hóa học cơ kim hiện đại về phối tử carbene dị vòng nitơ, khởi nguồn từ phát hiện mang tính lịch sử vào năm 1991 khi phân lập thành công hệ carbene tự do đầu tiên. Carbene dị vòng nitơ sở hữu khả năng cho điện tử sigma cực mạnh từ nguyên tử cacbon hóa trị hai, đồng thời có thể điều chỉnh linh hoạt hiệu ứng lập thể và mật độ điện tử thông qua việc biến đổi các nhóm thế trên khung vòng azole.

Bên cạnh đó, khung lý thuyết về hoạt tính sinh học của phối tử thiosemicarbazone và phức chất kim loại chuyển tiếp đóng vai trò chủ đạo. Các hợp chất thiosemicarbazone chứa hệ thống cho nhận nguyên tử nitơ và lưu huỳnh có khả năng tạo phức càng vòng chelate bền vững với ion kim loại mềm như palađi(II) và platin(II). Một số hợp chất tiêu biểu như triapine hoặc dẫn xuất DpC hiện đã bước vào thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 nhờ khả năng can thiệp chọn lọc vào quá trình tổng hợp axit nucleic của tế bào ác tính.

Đặc biệt, mô hình thông số điện tử Huynh mở rộng được áp dụng để đánh giá định lượng khả năng cho điện tử của phối tử hai càng. Bằng cách sử dụng đầu dò phức chất palađi(II) liên kết với phối tử 1,3-diisopropyl benzimidazolin-2-ylidene, độ chuyển dịch hóa học của cacbon carbene trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân phản ánh trực tiếp hiệu ứng trường phối tử và mật độ điện tích truyền vào tâm kim loại.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng 100% hóa chất đạt độ tinh khiết phân tích cao, bao gồm 6 phối tử thiosemicarbazone được điều chế qua phản ứng ngưng tụ giữa các hợp chất cacbonyl với thiosemicarbazit tương ứng theo tỷ lệ mol 1:1, cùng 2 tiền chất đime kim loại được tổng hợp từ benzimidazolin. Quy trình tổng hợp 7 phức chất hỗn hợp được kiểm soát nghiêm ngặt qua phản ứng hồi lưu ở nhiệt độ 60 đến 70 độ C trong 12 giờ hoặc phản ứng loại bromua bằng bạc triflat trong 2 giờ, sau đó tinh chế qua sắc ký cột với hệ dung môi hữu cơ chuyên biệt.

Các phương pháp phân tích vật lý hiện đại được lựa chọn nhằm giải đoán chính xác cấu trúc hóa học:

• Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều: Ghi phổ một chiều và hai chiều trên máy đo độ phân giải 500 MHz tại nhiệt độ phòng 300 Kelvin trong dung môi đơteri cloroform, cho phép nhận diện tương quan liên kết giữa proton và cacbon cách nhau từ 1 đến 4 liên kết.
• Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể: Thực hiện trên thiết bị phân tích tinh thể chuyên dụng ở nhiệt độ siêu lạnh 100 Kelvin với bức xạ Mo-Kalpha có bước sóng 0,71073 Angstrom, cung cấp dữ liệu cấu trúc ba chiều tuyệt đối về độ dài và góc liên kết.
• Phương pháp thử độc tính tế bào in vitro: Sử dụng phép thử chuẩn Sulforhodamine B do Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ công nhận, tiến hành nuôi cấy dạng đơn lớp trên đĩa 96 giếng trong 72 giờ tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Dữ liệu mật độ quang đo ở bước sóng 515 đến 540 nanomet được xử lý qua phần mềm chuyên dụng để xác định đường cong ức chế sinh trưởng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã tổng hợp thành công 6 phối tử thiosemicarbazone với hiệu suất dao động từ 75% đến 85% và 7 phức chất hỗn hợp của palađi(II) và platin(II) với hiệu suất tinh chế đạt từ 50% đến 79%. Cấu trúc của các hợp chất được khẳng định đồng nhất qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton và cacbon. Trên phổ proton, sự biến mất hoàn toàn của tín hiệu proton nhóm hydrazin ở vùng 11,5 ppm chứng minh quá trình thiol hóa đã diễn ra, đưa phối tử thiosemicarbazone về dạng anion đơn điện tích mang tính phối trí hai càng.

Phân tích nhiễu xạ tia X đơn tinh thể trên 2 phức chất đại diện đã xác lập cấu trúc không gian dạng vuông phẳng biến dạng nhẹ. Góc liên kết giữa nguyên tử brom, tâm palađi và nguyên tử lưu huỳnh đạt xấp xỉ 173,1 độ, trong khi góc liên kết giữa nguyên tử nitơ hydrazin, tâm palađi và cacbon carbene đạt 175,8 độ. Khoảng cách liên kết giữa palađi và lưu huỳnh đo được là 2,25 Angstrom, giữa palađi và nitơ là 2,09 Angstrom, và giữa palađi và cacbon carbene là 1,97 Angstrom. Mặt phẳng chứa vòng benzimidazolin tạo với mặt phẳng phối trí vuông phẳng một góc xấp xỉ 87,8 độ.

Về mặt điện tử học, thang đo thông số điện tử cho thấy tín hiệu cộng hưởng cacbon carbene dịch chuyển trong khoảng 164,0 đến 167,6 ppm. Khả năng cho điện tử của phối tử tăng dần theo thứ tự: dẫn xuất mesitaldehit < dẫn xuất aceton < dẫn xuất phenyl-aceton < dẫn xuất metyl-aceton < dẫn xuất benzaldehit < dẫn xuất metyl-benzaldehit. Đáng chú ý, kết quả thử nghiệm sinh học trên dòng tế bào ung thư vú MCF-7 cho thấy cả 6 phức chất palađi(II) đều thể hiện độc tính tế bào mạnh mẽ với giá trị nồng độ ức chế 50% nằm trong khoảng 1,19 đến 15,6 micromol/Lít, trong đó phức chất chứa phối tử benzaldehit đạt hiệu quả ức chế trên 79% ở nồng độ 20 micromol/Lít.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu thực nghiệm chứng minh sự tác động tương hỗ rõ nét giữa hiệu ứng cảm ứng và hiệu ứng liên hợp lên mật độ điện tích tại tâm kim loại. Khi thay đổi nhóm thế tại vị trí nitơ số 4 từ nguyên tử hydro sang nhóm metyl, hiệu ứng cảm ứng dương làm tăng độ chuyển dịch hóa học của cacbon carbene thêm khoảng 0,5 đến 0,6 ppm. Ngược lại, sự xuất hiện của nhóm thế phenyl cồng kềnh tạo ra sự cạnh tranh giữa hiệu ứng hút điện tử cảm ứng âm và hiệu ứng đẩy điện tử liên hợp dương, dẫn đến giá trị thông số điện tử nằm ở mức trung gian.

Khi so sánh với các phức chất palađi chứa carbene đơn thuần trong các công bố quốc tế gần đây, việc phối trí bổ sung khung thiosemicarbazone hai càng giúp nâng cao hoạt tính ức chế tế bào ung thư lên gấp 2 đến 5 lần. Hiện tượng này bắt nguồn từ ái lực sinh học mạnh mẽ của nguyên tử lưu huỳnh phối trí kết hợp với khả năng thâm nhập màng tế bào của vòng dị vòng carbene ưa dầu.

Các dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua hệ thống sơ đồ và biểu đồ khoa học:

• Biểu đồ nhiệt mô tả phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều HMBC làm nổi bật tương quan cách ba liên kết giữa proton nhóm isopropyl và cacbon carbene tại độ chuyển dịch 167,1 ppm.
• Bảng đối sánh cấu trúc không gian thể hiện độ dài liên kết cacbon - lưu huỳnh rút ngắn còn khoảng 1,75 Angstrom so với liên kết đơn tiêu chuẩn 1,82 Angstrom, minh chứng cho liên kết đôi hóa một phần sau khi tạo phức.
• Đồ thị đường cong ức chế sinh trưởng tế bào dạng sigmoid mô tả sự suy giảm mật độ quang ở 4 mức nồng độ pha loãng, chỉ ra tính chọn lọc cao của phức chất tương đương với chất đối chứng dương ellipticine.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đề xuất 4 định hướng chiến lược nhằm hoàn thiện và ứng dụng dòng phức chất mới vào thực tiễn dược học:

• Mở rộng đánh giá hoạt tính sinh học trên các dòng tế bào ung thư kháng thuốc: Triển khai thử nghiệm sàng lọc in vitro trên các dòng tế bào ung thư biểu mô buồng trứng kháng cisplatin, ung thư gan HepG2 và ung thư phổi với mục tiêu xác định giá trị nồng độ ức chế 50% đạt dưới ngưỡng 1,0 micromol/Lít trong giai đoạn 12 tháng tới do các phòng thí nghiệm sinh học phân tử chủ trì.
• Biến tính cấu trúc khung carbene nhằm tăng độ tan sinh lý: Tổng hợp các dẫn xuất carbene dị vòng nitơ thế thêm các nhóm chức ưa nước như axit cacboxylic, gốc sunfonat hoặc chuỗi polyethylene glycol nhằm cải thiện độ tan trong môi trường nước đẳng trương lên trên 20%, khắc phục hiện tượng kết tụ khi phân tán trong huyết tương.
• Nghiên cứu cơ chế tác động nội bào và tương tác phân tử: Thực hiện các xét nghiệm sinh hóa chuyên sâu nhằm làm rõ con đường gây chết tế bào theo chương trình thông qua việc ức chế enzym khử ribonucleotid hoặc phá vỡ điện thế màng ti thể, sử dụng kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu để theo dõi đường đi của phức chất trong vòng 24 tháng.
• Tối ưu hóa quy trình tổng hợp quy mô bán công nghiệp: Nâng quy mô phản ứng từ mức miligram trong phòng thí nghiệm lên mẻ 50 đến 100 gam, tối ưu hóa quá trình thu hồi muối bạc và dung môi hữu cơ nhằm nâng hiệu suất tổng đạt trên 85%, giảm thiểu phát thải hóa chất độc hại theo định hướng hóa học xanh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên môn giá trị cho nhiều nhóm chuyên gia và người học trong lĩnh vực khoa học tự nhiên:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa vô cơ và Hóa cơ kim: Tiếp cận quy trình tổng hợp phức chất kim loại chuyển tiếp quý hiếm, kỹ thuật xử lý phản ứng nhạy không khí và phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân hiện đại.
• Các nhà nghiên cứu và phát triển thuốc trong ngành Hóa dược: Sử dụng các dữ liệu về cấu trúc và hoạt tính sinh học của hệ phối tử thiosemicarbazone để định hướng thiết kế các phân tử thuốc kháng ung thư thế hệ mới có độc tính chọn lọc.
• Kỹ sư phân tích cấu trúc và chuyên viên phòng thí nghiệm quang phổ: Tham khảo phương pháp giải mã cấu trúc tinh thể ba chiều qua nhiễu xạ tia X và cách quy gán tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều trên các hợp chất cơ kim phức tạp.
• Giảng viên đại học và sinh viên ngành Hóa học định hướng Y Sinh: Sử dụng tài liệu làm bài giảng chuyên đề về phối tử carbene dị vòng nitơ, các thông số đánh giá mật độ điện tử và phương pháp thử nghiệm sinh học in vitro đạt chuẩn quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

Phức chất chứa carbene dị vòng nitơ có ưu điểm gì vượt trội so với các loại thuốc platin truyền thống?

Phức chất chứa carbene dị vòng nitơ sở hữu liên kết kim loại - cacbon cực kỳ bền vững, hạn chế sự phân hủy sớm trong huyết tương trước khi tiếp cận khối u. Nhờ khung dị vòng mang tính ưa dầu, phức chất dễ dàng thâm nhập qua lớp màng kép photpholipid của tế bào ung thư, giúp tăng hoạt tính gây độc tế bào từ 2 đến 20 lần so với các dẫn xuất thông thường.

Thông số điện tử Huynh mở rộng được xác định dựa trên nguyên tắc vật lý nào?

Thông số này dựa trên độ chuyển dịch hóa học của nguyên tử cacbon carbene trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon-13 trong phức chất palađi(II). Khi phối tử hai càng phối trí cho mật độ điện tử càng mạnh vào tâm kim loại, tín hiệu cacbon carbene sẽ chuyển dịch về phía trường thấp với giá trị ppm càng cao, cho phép định lượng hóa độ mạnh yếu của liên kết hóa học.

Dấu hiệu thực nghiệm nào chứng minh phối tử thiosemicarbazone đã tạo liên kết với tâm kim loại?

Quá trình tạo phức được khẳng định qua sự biến mất của tín hiệu proton nhóm hydrazin ở vùng 11,0 đến 11,5 ppm trên phổ proton do hiện tượng thiol hóa. Đồng thời, dữ liệu nhiễu xạ tia X chỉ ra độ dài liên kết cacbon - lưu huỳnh rút ngắn xuống khoảng 1,75 Angstrom, nằm giữa liên kết đơn và liên kết đôi, chứng minh sự phối trí đồng thời qua lưu huỳnh và nitơ.

Phương pháp thử nghiệm Sulforhodamine B có độ tin cậy ra sao trong đánh giá hoạt tính kháng ung thư?

Phương pháp Sulforhodamine B là quy trình chuẩn được Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ phê duyệt. Thuốc nhuộm liên kết tĩnh điện với protein tổng số trong tế bào cố định, mật độ quang đo được ở bước sóng 515 đến 540 nanomet tỷ lệ thuận tuyệt đối với số lượng tế bào sống, đảm bảo độ lặp lại cao qua 3 lần thí nghiệm độc lập.

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn khung benzimidazolin-2-ylidene làm phối tử carbene nền tảng?

Hệ benzimidazolin-2-ylidene mang hai nhóm thế isopropyl đối xứng có độ bền nhiệt và độ bền hóa học vượt trội. Cấu trúc này vừa bảo vệ tâm kim loại khỏi sự tấn công của các tác nhân khử sinh học, vừa tạo góc xoay không gian 87,8 độ vuông góc với mặt phẳng phối trí, giúp ổn định cấu trúc tinh thể rắn và tối ưu hóa khả năng tương tác với phân tử đích.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công 6 phối tử thiosemicarbazone và 7 phức chất hỗn hợp mới của palađi(II) và platin(II) với hiệu suất phân lập đạt từ 50% đến 85%.
• Đã giải đoán chính xác cấu trúc tinh thể và cấu hình không gian vuông phẳng thông qua kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều cùng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể tại nhiệt độ 100 Kelvin.
• Đã định lượng hóa thành công thang khả năng cho điện tử của các phối tử hai càng thông qua thông số điện tử Huynh mở rộng với độ nhạy cao tại cả vị trí cis và trans.
• Đã chứng minh hoạt tính ức chế mạnh mẽ của các phức chất palađi(II) đối với dòng tế bào ung thư vú MCF-7 với giá trị nồng độ ức chế 50% tối ưu đạt mức 1,19 micromol/Lít.
• Đã đóng góp dữ liệu thực nghiệm quan trọng vào thư viện hợp chất cơ kim có hoạt tính sinh học, mở ra triển vọng phát triển các dòng dược chất chống ung thư tiềm năng trong giai đoạn nghiên cứu tiền lâm sàng tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về carbene dị vòng nitơ (NHC) và phức chất kim loại chuyển tiếp của NHC 1. Carbene dị vòng nitơ (NHC) Carbene là tác nhân trung hòa về điện với nguyên tử carbon hóa trị II (Hình 1. Khi nguyên tử carbon hóa trị 2 đó nằm trong hệ vòng có chứa dị tố là nitơ thì carbene được gọi là carbene dị vòng nitơ (Hình 1.

Về mặt lịch sử, carbene dị vòng nitơ mới được phân lập lần đầu bởi nhóm nghiên cứu của Arduengo vào năm 1991 trong một nghiên cứu được thực hiện đơn giản bởi đam mê khám phá trong khoa học. Theo đó, khi khử hóa 1,3-diadamantylimidazolin iodua với NaH với sự có mặt của chất xúc tác anion DMSO thu được chất rắn không màu 1,3- diadamantyl-2,3-dihydro-1-H-imidazol-2-ylidene theo sơ đồ 1.1: Cấu trúc điện tử của carbene và carbene dị vòng nitơ.1: Tổng hợp carbene dị vòng nitơ. Sau nghiên cứu của Arduengo, cũng như nhiều hướng nghiên cứu khác, NHC gần như bị lãng quên khi có rất ít nghiên cứu được công bố theo hướng này (Hình 1. Tuy nhiên, trong một thập kỷ gần đây, các nghiên cứu về NHC và phức chất của chúng lại được quan tâm trở lại và trở thành một trong những hướng nghiên cứu được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm khi các phức chất này được phát hiện có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xúc tác, hợp chất 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phát quang, hợp chất có hoạt tính sinh học,.

Thực tế, NHC đã và đang trở thành một hệ phối tử có vài trò quan trọng nhất trong hóa học phức chất và cơ kim. Sự thành công này có thể được giải thích bởi khả năng điều chỉnh một cách rất linh hoạt về tính chất điện tử và hiệu ứng không gian của chúng thông qua việc lựa chọn phù hợp các nhóm thế hay phần khung carbene của NHC (Hình 1.2: Sự tăng trưởng của các nghiên cứu về NHC theo SciFinder® [27].3: Sự thay đổi nhóm thế và vòng azole trong NHC. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Tổng kết lại, carbene dị vòng nitơ là các phối tử có khả năng cho điện tử mạnh có thể điều chỉnh tính chất của điện tử và hiệu ứng không gian của NHC một cách dễ dàng bằng cách thay đổi nhóm thế ˗R và vòng azole. Phức chất kim loại chuyển tiếp của NHC Các carbene dị vòng nitơ rất kém bền khi ở trạng thái tự do và do vậy rất khó phân lập, bảo quản trong điều kiện thường.

Tuy nhiên, sau khi tạo phức với kim loại chuyển tiếp, các carbene được bền hóa, do đó phức chất của NHC tương đối bền và có thể dễ dàng xử lý trong điều kiện thường. Có nhiều phương pháp tổng hợp phức chất kim loại chuyển tiếp của NHC, trong đó có ba phương pháp quan trọng là phản ứng của muối azoli trong bazơ với một số kim loại thích hợp, phản ứng chuyển từ NHC tự do và phương pháp qua phức chất của bạc với NHC [33][35][52]. Ở cả ba phương pháp này, phức chất của NHC với kim loại chuyển tiếp đều được phối trí qua nguyên tử Ccarbene.2: Phương pháp điều chế phức chất kim loại với NHC. Các phức chất kim loại với phối tử NHC đang được nghiên cứu rộng rãi nhờ các ứng dụng của nó trong thực tiễn như xúc tác, hợp chất phát quang cùng với những ứng dụng trong y học.

Viciu đã tổng hợp phức chất carbene [Pd(IPr)Cl2]2 và nghiên cứu khả năng xúc tác của nó trong các phản ứng của amin có aryl clorua và 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Kết quả cho thấy phản ứng không bị ảnh hưởng bởi oxy và nước và vì vậy có thể thực hiện phản ứng amin hóa trong không khí và trong các dung môi không pha loãng. Boubakri và cộng sự đã tổng hợp thành công chuỗi các phức chất của palađi với phối tử NHC như ([PdCl2(NHC)2], [PdCl2(L1)(NHC)] [PdCl2(L2)(NHC)] (Hình 1.4) với L1, L2 lần lượt là pyridine và triphenylphosphine và nghiên cứu khả năng xúc tác của nó cho các phản ứng Sonogashira và Suzuki– Miyaura giữa arylhalides, phenylacetylene, và axit phenylboronic. Các phức chất này là một trong những xúc tác palađi đầu tiên được báo cáo có hiệu quả cao trong xúc tác của các phản ứng Sonogashira với chất nền arylchloride [17].4: Phức chất ([PdCl2(L)(NHC)], L = NHC, pyridine và triphenylphosphine.

Giáo sư Mike Organ tại Đại học York, cùng với các đồng nghiệp đã phát triển một hệ xúc tác của NHC với kim loại palađi(II) bằng cách cho PdCl2 phản ứng với một phối tử NHC cồng kềnh (IPr) và một phối tử 3-chloropyridine (Hình 1. Đây là một trong những chất xúc tác ổn định trong không khí và nước, nó có hoạt tính xúc tác mạnh cho các phản ứng như phản ứng Negishi Couplings, Suzuki Couplings, Buchwald-Hartwig Aminations, Kumada Couplings, Tandem Methodology,. Hiện nay, hệ phức chất này đã được thương mại hóa với tên gọi là PEPSI (Pyridine-Enhanced Precatalyst Preparation Stabilization and Initiation). Ngoài ứng dụng làm xúc tác, phức chất NHC cũng được chú ý mở rộng nghiên cứu về hoạt tính sinh học và tính chất phát quang.

Một nghiên cứu rất đáng chú ý là công trình gần đây của Che và cộng sự [48]. Trong đó, một dãy phức chất phát quang của platin(II) với phối tử hỗn hợp carbene dị vòng nitơ và phối tử ba càng đã được tổng hợp và thử hoạt tính chống ung thư. Kết quả nghiên cứu cho thấy 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các phức chất này đều có độc tính cao, ví dụ như phức chất [(6-phenyl-2,2’- bipyridine)PtII(N,N’-nBu2NHC)]PF6 (Hình 1.6) cho giá trị IC50 (liều lượng cần thiết để ức chế 50% sự tăng trưởng của tế bào) là 0.077 μM cho các dòng tế bào Hela và HepG2, ít gây độc đối với dòng tế bào lành tính của người (CCD-19Lu) với giá trị IC50=11.6 μM, cao hơn 232 lần so với tế bào Hela. Một điểm rất đáng chú ý của nghiên cứu này là sự kết hợp giữa tính chất phát quang và hoạt tính sinh học của phức chất platin(II).

Do phức chất [(6-phenyl-2,2’-bipyridine)PtII(N,N’- n Bu2NHC)]PF6 phát quang mạnh nên có thể theo dõi sự phân bố của thuốc trong cơ thể chuột bằng kính hiển vi huỳnh quang. Kết quả cho thấy phức chất đã xâm nhập qua màng tế bào ung thư và tập trung ở tế bào chất, gây ức chế sự hoạt động của ti thể và làm chết tế bào [34].5: Phức chất PEPSI.6: Phức chất [(6-phenyl-2,2’-bipyridine)PtII(N,N’-nBu2NHC)]PF6. Trong các nghiên cứu khác, các phức chất NHC của Au(I) và Au(III) đã được chứng minh là chất chống ung thư tiềm năng, đối với nhiều dẫn xuất có tác dụng chống đông máu mạnh, các hoạt động chống vi trùng và ức chế enzim thioredoxin liên quan đến ung thư. Phức chất Ag(I) với NHC đã được nghiên cứu nhằm phát triển thuốc kháng khuẩn và chống ung thư với kết quả rất hứa hẹn.

Ngoài ra cũng có những nghiên cứu chỉ ra rằng phức chất của NHC với Pd(II) hoặc các 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] kim loại chuyển tiếp khác cũng có tính chất sinh học quý, chứng minh tiềm năng trị liệu cao của chúng. Khả năng chống di căn của phức chất mono NHC và bis – NHC carbene của Pd(II) đã được Panda, Ghosh và các cộng sự công bố gần đây. Trong đó, Pd(II) – bis – NHC là một chất ức chế hiệu quả sự gia tăng các tế bào ung thư gấp 2- 20 lần so với DDP.7 : Cấu tạo của phức chất mono – NHC (1) và phức bis – NHC (2). Ngoài những ứng dụng trên, một trong những ứng dụng có giá trị khoa học cao là sử dụng phức chất Pd của như một đầu dò để đánh giá khả năng cho điện tử của các phối tử.

Đánh giá khả năng cho điện tử của các phối tử qua đầu dò là phức chất palađi(II) N,N-diisopropyl benzimidazolin-2-ylidene (iPr2-bimy) (thông số HEP) Khi nghiên cứu các phức chất của kim loại palađi với phối tử iPr2-bimy và phối tử L bất kì ở dạng trans-[PdBr2(iPr2-bimy)L], nhận thấy khả năng cho điện tử của phối tử L có ảnh hưởng nhất định tới liên kết của kim loại với Ccarbene trong iPr2- bimy (Hình 1. Khi phối tử L cho điện tử càng mạnh, tín hiện cộng hưởng 13 C của Ccarbene càng dịch chuyển về phía trường thấp. Đây chính là cơ sở phát triển của phương pháp xác định khả năng cho điện tử của phối tử với tên gọi HEP (Huynh’s Electronic Parameter).8: Nguyên tắc của thông số điện tử HEP. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Về mặt nguyên tắc, điều này có thể được giải thích như sau: (1) NHC tự do có tín hiệu cộng hưởng 13C NMR của Ccarbene lớn hơn 200 ppm.

(2) Khi tạo phức với kim loại, tín hiệu NMR của Ccarbene sẽ dịch chuyển về phía trường cao so với NHC tự do. Và ngược lại, một phối tử L cho điện tử yếu thì tín hiệu Ccarbene trong phức chất đó sẽ dịch chuyển về phía trường cao (độ chuyển dịch thấp). Áp dụng tính chất này, năm 2009, tác giả Huynh Han Vinh đã giới thiệu thông số điện tử Huynh (HEP) để đánh giá khả năng cho điện tử của các phối tử. Tuy không được ủng hộ khi mới được đề xuất nhưng do có nhiều điểm mạnh so với các phương pháp trước đó như TEP, LEP, … cách tiếp cận này đã từ từ được cộng đồng khoa học chấp nhận và dần trở nên phổ biến hơn.

Dựa trên cách tiếp cận này, nhiều phối tử Werner và phối tử cơ kim đã được đánh giá khả năng cho điện tử một cách thuận lợi. Một số ví dụ được đưa ra ở Hình 1.9: Thông số HEP của một số phối tử 1 càng. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Không chỉ dừng lại ở đó, phương pháp HEP có thể mở rộng thành HEP2 để đánh giá khả năng cho điện tử của các hệ phối tử hai càng. Theo đó, các phức chất có dạng [PdBr(iPr2-bimy)(L1L2)], với L1L2 là phối tử 2 càng.

Độ chuyển dịch hóa học 13C của Ccarbene sẽ là thước đo khả năng cho điện tử của phối tử L1L2. Phương pháp này đã đánh giá được khả năng cho đuện tử của một số hệ phối tử hai càng (Hình 1.10: Thông số HEP2 của một số phối tử 2 càng. Hiện các nghiên cứu để đánh giá khả năng cho điện tử của các phối tử một và hai càng theo phương pháp này vẫn đang được triển khai. Mục đích các nghiên cứu này là rộng thư viện phối tử được đánh giá khả năng cho điện tử đồng thời kiểm tra khả năng ứng dụng của phương pháp này trên các hệ phối tử khác nhau.

Giới thiệu chung về thiosemicacbazon 1. Thiosemicacbazon Thiosemicacbazon là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ giữa thiosemicarbazit hay sản phẩm thế của nó với các hợp chất cacbonyl (Sơ đồ 1. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.