MỞ ĐẦU Hàng năm có đến hàng trăm công trình nghiên cứu về thiosemicacbazon và các phức chất của chúng đƣợc công bố bởi các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc. Các nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại chuyển tiếp, nghiên cứu cấu tạo của phức chất bằng các phƣơng pháp hóa lý khác nhau và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng. Ngoài hoạt tính sinh học các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại chuyển tiếp còn đƣợc sự quan tâm nghiên cứu bởi do sự phong phú về cấu tạo và khả năng tạo phức khác nhau của chúng. Các nghiên cứu về hoạt tính sinh học đều hƣớng tới việc tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học 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 các tế bào lành để dùng làm thuốc chữa bệnh cho ngƣời và động vật nuôi.
Để đóng góp một phần nhỏ vào lĩnh vực này, tôi đã chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học phức chất của Zn(II) với một số thiosemicacbazon” Nội dung nghiên cứu với các nhiệm vụ sau: 1. Tổng hợp các phối tử: Thiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Hthacpyr) N(4)-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Hmthacpyr) N(4)-allylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Hathacpyr) N(4)-phenylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Hpthacpyr). Tổng hợp các phức chất của Zn(II) với các phối tử tổng hợp đƣợc. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của các hợp chất tổng hợp đƣợc bằng các phƣơng pháp vật lý: phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phƣơng pháp phổ khối lƣợng, phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H, 13C phƣơng pháp phân tích cấu trúc nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.
Thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của một số hợp chất tổng hợp trên. 1 z Chúng tôi hy vọng rằng các kết quả thu đƣợc sẽ góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon. 2 z CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về kẽm 1.
Giới thiệu chung [5] Kẽm có ký hiệu là Zn, nằm ở ô thứ 30 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và tồn tại trong tự nhiên với 5 đồng vị bền gồm: 64Zn (48,6%), 66Zn (28%), 67Zn (4%), 68Zn (19%) và 70Zn (0,6%). Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng sphalerit, một loại kẽm sunfua. Những mỏ khai thác lớn nhất nằm ở Úc, Canada và Hoa Kỳ.
Kẽm có rất nhiều ứng dụng trong đời sống nhƣ kẽm làm lớp phủ chống ăn mòn trên thép, làm pin kẽm và hợp kim nhƣ đồng thau. Nhiều hợp chất kẽm cũng đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ kẽm clorua (chất khử mùi), kẽm pyrithion (dầu gội đầu trị gàu), kẽm sunfua (sơn huỳnh quang) và kẽm metyl hay kẽm đietyl sử dụng trong thí nghiệm hóa hữu cơ. Kẽm còn là một nguyên tố vi lƣợng thiết yếu quan trọng về mặt sinh vật học. Cây cối thƣờng chứa một lƣợng kẽm đến 10-4%, nhƣng trong những loại cây đặc biệt, lƣợng kẽm lớn hơn nhiều.
Nhƣ cây plantago chứa 0,02% kẽm, còn các hoa quả tím chứa 0,05% kẽm. Ngƣời ta đã biết rằng một lƣợng ít kẽm cần thiết cho sự sinh trƣởng và sinh hoa quả của rất nhiều cây cối. Đối với động vật, những thí nghiệm với chuột cũng cho thấy nhƣ thế. Một số hợp chất của kẽm đƣợc dùng trong y học nhƣ ZnO dùng làm thuốc giảm đau dây thần kinh, chữa eczema, chữa ngứa.
ZnSO4 đƣợc dùng làm thuốc gây nôn, thuốc sát trùng, dung dịch 0,1- 0,5% làm thuốc nhỏ mắt chữa đau kết mạc. Khả năng tạo phức của kẽm [3, 5] Kẽm có cấu hình electron là [Ar]3d104s2, trạng thái oxi hóa phổ biến nhất là +2. Cũng giống nhƣ các kim loại nhóm d khác, kẽm có khă năng tạo phức với hầu hết các phối tử: tạo phức ít bền với các phối tử axetat, clorua, florua, thioxianat, tatrat; tạo phức bền với oxalat, xitrat, sunfosalixylat, axetylaxeton, etylenđiamin, amoniac, EDTA. Đặc biệt Zn(II) tạo đƣợc hợp chất phức có màu với nhiều thuốc 3 z thử hữu cơ đƣợc ứng dụng trong hoá phân tích nhƣ: Zn(II) tạo với thuốc thử PAN phức màu đỏ hồng- bền, với murexit phức màu xanh tím, với ericromđen T phức màu đỏ vàng, với đithizon phức màu đỏ mận [3].
Phức chất ở dạng cation và anion đều đặc trƣng với Zn(II). Số phối trí đặc trƣng của Zn(II) là 4, trong đó ion Zn(II) ở trạng thái lai hóa sp3. Zn(II) có khả năng tạo nhiều phức chất có số phối trí 4 với nhiều phối tử vô cơ nhƣ NH3, X- (X là halogen), CN-… và các hợp chất vòng càng, bền với các phối tử hữu cơ nhƣ axetylaxeton, đioxanat, aminoaxit… Trong đó, liên kết giữa ion trung tâm với các phối tử cũng đƣợc thực hiện qua nguyên tử O và N. Các phức chất của Zn(II) với số phối trí 6 ít gặp hơn, ví dụ [Zn(H2O)6](NO3)2, [Zn(H2O)6](BrO3)2.
Tuy nhiên, một số công trình nghiên cứu, tổng hợp phức chất của Zn(II) với thiosemicacbazon [10, 14, 23, 38]. Phức chất tạo thành thƣờng có 2, 3 vòng càng và có cấu hình vuông phẳng hay bát diện.1: Phức vuông phẳng của Hình 1.2: Phức chất bát diện Zn(II) với N(4) naphtalen thiosemicac- của Zn(II) với thiosemicacbazon bazon 2-cacboxyanđehit thiophen glucozơ 4 z Hình 1.3: Phức bát diện của Zn(II) với N(4)- 1-(4-fluorophenyl)-piperazinyl thiosemicacbazon 2-axetylpyriđin 1. Giới thiệu chung về thiosemicacbazon 1. Giới thiệu chung Thiosemicacbazon là sản phẩm của phản ứng ngƣng tụ giữa thiosemicacbazit hay sản phẩm thế của nó với các hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất theo sơ đồ sau: (a) (b) Hình 1.4: Sơ đồ cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong môi trường trung tính (a) và trong môi trường axit (b) 5 z Phản ứng tiến hành trong môi trƣờng axit theo cơ chế AN.
Vì trong số các nguyên tử N có thiosemicacbazit cũng nhƣ dẫn xuất thế N(4) của nó chỉ có nguyên tử N(1) là mang điện tích âm nên trong điều kiện bình thƣờng, phản ứng ngƣng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hiđrazin [8]. Phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp Hoá học phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon bắt đầu phát triển mạnh sau khi Domagk nhận thấy hoạt tính kháng khuẩn của một số thiosemicacbazon. Để làm sáng tỏ cơ chế tác dụng ấy của thiosemicacbazon ngƣời ta đã tổng hợp các phức chất của chúng với các kim loại và tiến hành thử khả năng kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp đƣợc [12, 18, 20, 24, 35]. Phức chất của thiosemicacbazon sở dĩ cũng đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều bởi tính đa dạng của các hợp chất cacbonyl.
Nó cho phép thay đổi trong một giới hạn rất rộng bản chất các nhóm chức cũng nhƣ cấu tạo hình học thiosemicacbazon. Các thiosemicacbazon có khuynh hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí cực đại. Các thiosemicacbazon không có các nhóm tạo vòng ở phần hợp chất cacbonyl thì thƣờng thể hiện nhƣ những phối tử 2 càng [7, 10, 29]. dạng thion dạng thiol tạo phức Hình 1.5: Sơ đồ mô hình tạo phức của thiosemicacbazon hai càng NH S N O S N C Pt H H C N S O N S NH Phức chất của Pt(II) với N(4)-phenyl Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon furanđehit thiosemicacbazon axetophenon Hình 1.6: Phức chất của thiosemicacbazon hai càng 6 z 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-hiđrazin (N(1)) qua hai hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thƣờng có khuynh hƣớng thể hiện nhƣ một phối tử ba càng với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S.
Một số phối tử loại này là các thiosemicacbazon hay dẫn xuất thiosemicacbazon của salixylanđehit, isatin, axit pyruvic, axetylaxeton ….Trong phức chất của chúng với các ion kim loại Cu2+, Ni2+, Pt2+….phối tử này tạo liên kết với bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành vòng 5 hoặc 6 cạnh [4, 7, 13]. Mô hình tạo phức của các phối tử thiosemicacbazon ba càng và các ví dụ cụ thể đã đƣợc các tác giả [1] xác định nhƣ sau: D D M M hoÆc N S N S N N NH2 H NH2 a) a') Phức chất vuông phẳng của Pt(II) Phức vuông phẳng của Cu(II) với thiosemicacbazon salixylanđehit với thiosemicacbazon isatin Hình 1.7: Mô hình tạo phức 3 càng và một số phức chất 3 càng của thiosemicacbazon Tƣơng tự hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối trí (D), các thiosemicacbazon axetypyriđin, 2 - benzoylpyriđin…[13, 22, 40] trong cấu trúc phân tử của hợp chất cacbonyl trong vòng pyriđin có một nguyên tử N có khả năng tham gia phối trí, khi tham gia tạo phức phối tử này có khuynh hƣớng thể hiện 7 z nhƣ một phối tử ba càng với bộ nguyên tử N, N(1), S. Trong các công trình nghiên cứu [27, 28, 36, 39] tác giả đã tổng hợp một số kim loại nhƣ Zn(II), Co(III), Co(II), Mn(II), Fe(III), Ga(III) với thiosemicacbazon 2-axetylpyriđin. Kết quả cho thấy có sự hình thành phức có vòng 3 càng qua các vị trí N,N,S.
Phức chất vuông phẳng của Ga(III) với Phức chất vuông phẳng của Zn(II)) với N(4)-đimetylthiosemicacbazon N(4)-pyriđinthiosemicacbazon 2 - axetylpyriđin 2 – axetylpyriđin Hình 1.8: Phức chất 3 càng của thiosemicacbazon 2 – axetylpyriđin Các thiosemicacbazon bốn càng thƣờng đƣợc điều chế bằng cách ngƣng tụ hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl: các phối tử 4 càng loại này có bộ nguyên tử cho là: N, N, S, S và cũng thƣờng có cấu tạo phẳng, do đó chúng chiếm bốn vị trí trên mặt phẳng xích đạo.9: Sơ đồ tạo thiosemicacbazon 4 càng 8 z Nhƣ vậy, tuỳ thuộc vào số lƣợng nhóm tạo vòng trong các phân tử thiosemicacbazon ngƣời ta có thể chia chúng thành các loại phối tử 2 càng, 3 càng và 4 càng hay 5 càng [11, 23] các thiosemicacbazon có khuynh hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí cực đại. Phức của Zn(II) với glyoxal- Phức chất của Co(II) với bis(N(4)- bis(4-metylthiosemicarbazone) phenylthiosemicacbazon)-2,6 - điaxetylpyriđin Hình 1.10: Phức chất 4 càng và 5 càng của thiosemicacbazon Trong một số ít trƣờng hợp do khó khăn về mặt lập thể hay do những nguyên nhân khác, các thiosemicacbazon thể hiện là phối tử 1 càng N(1) hay S [30, 31]. Phức chất của Pd(II) với Phức chất của Cu(II) với N(4)-phenyl N(4)-etylthiosemicacbazon thiosemicacbazon 2 – benzoylpyriđin 2-hyđroxiaxetophenon Hình 1.11: Phức chất của thiosemicacbazon một càng 9 z 1. Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức của chúng Thiosemicacbazon cũng nhƣ phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp luôn nhận đƣợc sự quan tâm đặc biệt bởi hoạt tính sinh học của no.
Hiện nay ngƣời ta có xu hƣớng nghiên cứu các phức chất trên cơ sở thiosemicacbazon với mong muốn tìm kiếm đƣợc hợp chất có hoạt tính sinh học cao, ít độc hại để sử dụng trong y dƣợc. Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon đƣợc phát hiện đầu tiên bởi Domagk.