Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp với phối tử thiosemicacbazon

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu tổng hợp phức chất kim loại chuyển tiếp với phối tử thiosemicacbazon, khám phá ứng dụng và tiềm năng.

• Tác giả: Vũ Thị Điệp
• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Hùng Huy
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hoá Vô cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Và Nghiên Cứu Một Số Phức Chất Kim Loại Chuyển Tiếp Với Phối Tử Thiosemicacbazon
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ THIOSEMICACBAZON
• 1.1.1. Giới thiệu về phối tử thiosemicacbazon
• 1.1.2. Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng
• 1.2. GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC CỦA CÁC KIM LOẠI ĐÓ VỚI PHỐI TỬ THIOSEMICACBAZON
• 1.2.1. Giới thiệu về các kim loại Ni, Pd, Cu, Zn
• 1.2.2. Khả năng tạo phức của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon
• 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT
• 1.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 1.3.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H
• 1.3.3. Phương pháp đo nhiễu xạ tia X
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
• 2.2. TỔNG HỢP PHỐI TỬ HL1, H2L, HL2
• 2.3. TỔNG HỢP PHỨC CHẤT
• 2.3.1. Tổng hợp phức chất của HL1
• 2.3.2. Tổng hợp phức chất của H2L
• 2.3.3. Tổng hợp phức chất của HL2
• 2.4. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY ĐO ÁP DỤNG CHO VIỆC ĐO MẪU PHỨC CHẤT
• 2.4.1. Phương pháp phổ hồng ngoại
• 2.4.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ 1H NMR
• 2.4.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. NGHIÊN CỨU PHỐI TỬ HL1 VÀ PHỨC CHẤT CÁC ION KIM LOẠI Ni(II), Cu(II), Pd(II)
• 3.1.1. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại
• 3.1.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ 1H NMR
• 3.1.3. Nghiên cứu phức chất [CuL12] bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 3.2. NGHIÊN CỨU PHỐI TỬ H2L VÀ PHỨC CHẤT CÁC ION KIM LOẠI Ni(II), Pd(II), Cu(II), Zn(II)
• 3.2.1. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại
• 3.2.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ 1H NMR
• 3.2.3. Nghiên cứu phức chất [CuL]2 bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 3.2.4. Nghiên cứu phức chất [PdL]3 bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 3.3. NGHIÊN CỨU PHỐI TỬ HL2 VÀ PHỨC CHẤT CÁC ION KIM LOẠI Ni(II), Pd(II), Cu(II), Zn(II)
• 3.3.1. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại
• 3.3.2. Nghiên cứu bằng phương pháp phổ 1H NMR
• 3.3.3. Nghiên cứu phức chất [Cu2L22(CH3COO)2] bằng phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể tia X
• 3.3.4. Nghiên cứu phức chất [Zn2L22(CH3COO)2] bằng phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể tia X
• 3.3.5. Nghiên cứu phức chất [PdL2Cl] bằng phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể tia X
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon

Nghiên cứu về phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Thiosemicacbazon là một loại phối tử linh hoạt, có khả năng tạo phức với nhiều kim loại chuyển tiếp như Ni, Cu, Pd, và Zn. Các phức chất này không chỉ có cấu trúc đa dạng mà còn mang lại nhiều ứng dụng trong y học và công nghệ hóa học. Việc tổng hợp và nghiên cứu các phức chất này giúp mở rộng hiểu biết về tính chất hóa học và hoạt tính sinh học của chúng.

1.1. Giới thiệu về thiosemicacbazon và ứng dụng của nó

Thiosemicacbazon có công thức chung và có khả năng thay thế các nhóm chức khác nhau. Các nghiên cứu cho thấy rằng thiosemicacbazon có hoạt tính sinh học cao, đặc biệt là trong việc điều trị bệnh lao và ung thư. Các phức chất của thiosemicacbazon với kim loại chuyển tiếp đã được chứng minh có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu dược phẩm.

1.2. Tính chất hóa học của thiosemicacbazon

Thiosemicacbazon tồn tại ở dạng thion và thiol trong dung dịch. Khi tạo phức chất, thiosemicacbazon thường chuyển sang dạng thiol, tạo ra các vòng chelat với kim loại. Cấu trúc và tính chất của các phức chất này phụ thuộc vào các nhóm thế và cấu hình của thiosemicacbazon.

II. Thách thức trong nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nghiên cứu về phức chất kim loại với thiosemicacbazon cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự ổn định của các phức chất trong môi trường khác nhau. Ngoài ra, việc xác định cấu trúc và tính chất của các phức chất này cũng đòi hỏi các phương pháp phân tích hiện đại.

2.1. Vấn đề ổn định của phức chất

Nhiều phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon có thể không ổn định trong điều kiện môi trường khác nhau. Sự phân hủy hoặc biến đổi cấu trúc có thể xảy ra, ảnh hưởng đến tính chất hóa học và hoạt tính sinh học của chúng.

2.2. Khó khăn trong việc xác định cấu trúc

Việc xác định cấu trúc của các phức chất thường yêu cầu các kỹ thuật phức tạp như phổ hồng ngoại, phổ NMR và nhiễu xạ tia X. Những phương pháp này cần thiết để hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của phức chất, nhưng cũng đòi hỏi thiết bị và kỹ thuật cao.

III. Phương pháp nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp

Để nghiên cứu các phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp tổng hợp phức chất mà còn phân tích cấu trúc và tính chất của chúng.

3.1. Phương pháp tổng hợp phức chất

Phương pháp tổng hợp phức chất thường bao gồm việc cho thiosemicacbazon phản ứng với các ion kim loại trong điều kiện kiểm soát. Các yếu tố như nhiệt độ, pH và thời gian phản ứng đều ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của phức chất.

3.2. Phương pháp phân tích cấu trúc

Các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại và phổ NMR được sử dụng để xác định cấu trúc của phức chất. Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể cũng là một công cụ quan trọng để xác định cấu trúc 3D của phức chất, giúp hiểu rõ hơn về cách mà thiosemicacbazon tương tác với kim loại.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phức chất kim loại chuyển tiếp

Các phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon có nhiều ứng dụng thực tiễn trong y học và công nghệ. Chúng không chỉ được sử dụng trong điều trị bệnh mà còn trong các lĩnh vực khác như xúc tác và phân tích hóa học.

4.1. Ứng dụng trong y học

Nhiều phức chất của thiosemicacbazon đã được nghiên cứu và chứng minh có khả năng điều trị bệnh ung thư và các bệnh truyền nhiễm. Các phức chất này có thể hoạt động như các tác nhân chống ung thư, mở ra hướng đi mới trong phát triển thuốc.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ hóa học

Phức chất thiosemicacbazon cũng được sử dụng trong các phản ứng xúc tác, giúp tăng cường hiệu suất của các phản ứng hóa học. Chúng có thể được áp dụng trong sản xuất vật liệu mới và trong các quy trình công nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp

Nghiên cứu về phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon đang mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học và y học. Các kết quả nghiên cứu hiện tại cho thấy tiềm năng lớn của các phức chất này trong việc phát triển các liệu pháp điều trị mới.

5.1. Tương lai của nghiên cứu

Với sự phát triển của công nghệ phân tích và tổng hợp, nghiên cứu về phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon hứa hẹn sẽ mang lại nhiều phát hiện mới. Các nhà khoa học sẽ tiếp tục khám phá các ứng dụng tiềm năng và cải thiện tính chất của các phức chất này.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phức chất mới với hoạt tính sinh học cao hơn, cũng như cải thiện quy trình tổng hợp để tăng hiệu suất và giảm chi phí. Điều này sẽ góp phần vào việc phát triển các sản phẩm dược phẩm hiệu quả hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Các hợp chất thiosemicacbazon và phức chất kim loại chuyển tiếp của chúng đang thu hút sự quan tâm đặc biệt trong hóa dược hiện đại khi hơn 60% các nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra tiềm năng kháng khuẩn và ức chế tế bào ung thư đạt từ 70% đến 85%. Vấn đề cốt lõi đặt ra là việc thiết kế các phối tử đa càng mới nhằm tăng cường độ bền nhiệt động, độ chọn lọc sinh học và làm sáng tỏ cơ chế phối trí không gian của các tâm hoạt tính.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là tổng hợp thành công 3 phối tử thiosemicacbazon chứa dị vòng hexametilen gồm benzandehit 4-hexametilenthiosemicacbazon, salicylandehit 4-hexametilenthiosemicacbazon và 2-acetylpyridin 4-hexametilenthiosemicacbazon. Từ các phối tử này, đề tài tiến hành tổng hợp 11 phức chất kim loại với các ion chuyển tiếp hóa trị hai gồm niken(II), đồng(II), kẽm(II) và paladi(II), đồng thời giải đoán cấu trúc phân tử bằng các phương pháp phổ học hiện đại.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa Vô cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội, hoàn thành và bảo vệ vào tháng 12 năm 2015. Kết quả đạt được mang ý nghĩa khoa học sâu sắc khi nâng cao hiệu suất tổng hợp phối tử lên 80% đến 90%, đồng thời cung cấp các thông số tinh thể học chính xác với hệ số sai lệch tin cậy R1 đều đạt dưới ngưỡng 10%, tạo tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng phức chất kim loại trong y sinh và công nghệ hóa chất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng thuyết phối trí hiện đại kết hợp nguyên lý axit - bazơ cứng mềm (HSAB) của Pearson. Thuyết HSAB giải thích khả năng tương tác chọn lọc giữa các ion kim loại có cấu hình spin thấp d8 như paladi(II) và d9 của đồng(II) với các nguyên tử cho electron mềm như lưu huỳnh (S) và các nguyên tử cho cứng như nitơ (N), oxy (O).

Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng lý thuyết trường phối tử và hiệu ứng Jan-Teller để luận giải sự biến dạng hình học từ cấu trúc bát diện sang cấu hình vuông phẳng của các phức chất đồng(II). Hiện tượng đồng phân hỗ biến thion - thiol đóng vai trò trọng tâm trong việc giải thích cơ chế deproton hóa của nhóm hydrazin khi phối tử chuyển sang dạng anion mang điện tích âm, tạo điều kiện hình thành các vòng chelat 5 cạnh bền vững cùng các cấu trúc đa nhân như dime hoặc trime.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu thực nghiệm gồm 3 phối tử hữu cơ chọn lọc và 11 phức chất kim loại chuyển tiếp tương ứng. Phương pháp chọn mẫu dựa trên nguyên tắc biến đổi cấu trúc nhóm thế carbonyl: từ andehit thơm đơn giản, andehit thơm có nhóm hydroxyl linh động đến xeton dị vòng pyridin nhằm khảo sát dung lượng phối trí 2 càng và 3 càng.

Quy trình phân tích cấu trúc được tiến hành đồng bộ qua ba kỹ thuật:

• Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (FT-IR) thực hiện trên máy IR Affinity-1S Shimadzu (dải đo từ 400 cm-1 đến 4000 cm-1) dạng viên nén KBr nhằm nhận diện các dải dao động đặc trưng của liên kết C=N, C-S và liên kết kim loại - phối tử.
• Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) đo trên hệ thiết bị Bruker với dung môi CDCl3 và DMSO-d6 giúp xác định vị trí proton, khảo sát độ dịch chuyển hóa học và chứng minh sự biến mất của proton nhóm NH.
• Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể (SC-XRD) trên máy Bruker D8 Quest nhằm xác định trực tiếp chiều dài liên kết (đơn vị Å), góc liên kết và không gian tinh thể.

Toàn bộ quá trình thực nghiệm tổng hợp, kết tinh lại trong hệ dung môi nhị phân và phân tích dữ liệu được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tổng hợp hữu cơ đã thu được 3 phối tử với độ tinh khiết cao và hiệu suất phản ứng vượt trội: phối tử benzandehit 4-hexametilenthiosemicacbazon đạt 90% (tinh thể trắng), phối tử salicylandehit 4-hexametilenthiosemicacbazon đạt 90% (tinh thể trắng) và phối tử 2-acetylpyridin 4-hexametilenthiosemicacbazon đạt 80% (tinh thể vàng đậm) sau thời gian hồi lưu từ 3 đến 4 giờ ở nhiệt độ 40 đến 50 độ C.

Phân tích phổ IR chỉ ra rằng 100% các phức chất đều xảy ra quá trình thiol hóa khi dải dao động hóa trị v(C=S) ở 885,33 cm-1 của phối tử tự do biến mất và thay thế bằng dải v(C-S) ở vùng 750,31 cm-1 đến 752,24 cm-1 (giảm hơn 130 cm-1). Dải dao động v(C=N) dịch chuyển từ 1544,98 cm-1 xuống 1493,87 - 1496,83 cm-1, chứng minh nguyên tử nitơ azomethin đã tham gia liên kết phối trí với tâm kim loại.

Trên phổ 1H-NMR, tín hiệu proton nhóm 2NH ở 8,73 ppm của phối tử ban đầu hoàn toàn biến mất trong phổ của phức chất niken(II) và paladi(II). Tương tự, tín hiệu proton nhóm hydroxyl phenol ở 11,37 ppm cũng biến mất, khẳng định sự tách loại proton để tạo phức anion chelat.

Kết quả nhiễu xạ tia X đơn tinh thể xác định phức chất đồng(II) với phối tử benzandehit kết tinh trong hệ đơn tà P21/n với Z = 4 phân tử trên một ô mạng cơ sở. Chiều dài liên kết Cu-S đạt 2,389 Å và góc liên kết N-Cu-S đạt 84,0 độ, tạo cấu hình vuông phẳng biến dạng nhẹ. Đặc biệt, phức chất paladi(II) với phối tử salicylandehit tạo thành cấu trúc trime vòng 6 cạnh bền vững giữa 3 nguyên tử Pd và 3 nguyên tử S.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm được hệ thống hóa rõ nét qua các bảng đối chiếu số sóng dao động và biểu đồ phân bố dịch chuyển hóa học. Sự suy giảm số sóng của liên kết C=N (giảm khoảng 48 đến 51 cm-1) được giải thích do sự chuyển dịch mật độ electron pi từ phối tử về phía obitan d còn trống của ion kim loại, làm giảm bậc liên kết.

Khi so sánh với các nghiên cứu tiền nhiệm về dẫn xuất thiosemicacbazon mạch hở, việc đưa vòng 4-hexametilen vào cấu trúc phân tử đã làm tăng đáng kể tính kỵ nước và độ bền nhiệt của phức chất. Sự hình thành các liên kết dπ - dπ giữa ion kim loại spin thấp d8 của Pd(II) hoặc d9 của Cu(II) với nguyên tử lưu huỳnh giúp củng cố năng lượng bền vững của mạng lưới tinh thể, giải thích lý do các phức chất này có khả năng kết tinh hoàn hảo với tỷ lệ sai lệch R1 luôn dưới 10%.

Đề xuất và khuyến nghị

Khảo sát hoạt tính sinh học in vitro và in vivo: Triển khai thử nghiệm độc tính tế bào trên các dòng tế bào ung thư người (ung thư biểu mô, ung thư gan HepG2 và ung thư phổi A549) đối với 11 phức chất đã tổng hợp. Đặt mục tiêu xác định giá trị nồng độ ức chế tối thiểu IC50 đạt dưới mức 10 micromol/L trong lộ trình 12 tháng do nhóm nghiên cứu phối hợp với các viện chuyên ngành sinh dược thực hiện.

Mở rộng tổng hợp phức chất kim loại quý: Mở rộng nghiên cứu sang các ion kim loại chuyển tiếp chu kỳ cao hơn như bạch kim(II), ruteni(III) và vàng(III) nhằm phát triển các phức chất mang hoạt tính chống khối u thế hệ mới có thể thay thế Cisplatin, thực hiện trong khung thời gian 18 tháng tại các phòng thí nghiệm trọng điểm.

Ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại: Thử nghiệm đánh giá hiệu quả ức chế ăn mòn của các phức chất trên bề mặt thép nhẹ (chứa 98% Fe) trong môi trường axit clohiđric nồng độ 1M. Mục tiêu đề ra là đạt hiệu suất bảo vệ bề mặt kim loại trên 85% trong thời gian 9 tháng do các kỹ sư vật liệu tiến hành.

Chuẩn hóa quy trình nuôi tinh thể đơn: Tối ưu hóa điều kiện kết tinh lại bằng kỹ thuật khuếch tán dung môi phân cực chậm (hệ diclometan - metanol và DMF - metanol) ở nhiệt độ phòng, nâng tỷ lệ tạo đơn tinh thể đạt tiêu chuẩn đo SC-XRD lên trên 95% trong 3 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Hóa Vô cơ: Luận văn cung cấp quy trình thực nghiệm chuẩn mực về tổng hợp phối tử thiosemicacbazon biến tính và phương pháp luận chi tiết để phân tích cấu trúc phức chất đa nhân.

Chuyên gia phát triển thuốc và sinh dược học: Cung cấp cơ sở dữ liệu tinh thể học chính xác, độ dài liên kết và cấu hình lập thể làm tài liệu tham khảo cho việc mô phỏng gắn kết phân tử (molecular docking) trong thiết kế dược phẩm kháng u và kháng khuẩn.

Kỹ sư hóa chất và vật liệu chống ăn mòn: Tham khảo cơ chế tạo màng bảo vệ của phối tử chứa lưu huỳnh và nitơ để phát triển các phụ gia ức chế ăn mòn kim loại hiệu quả cao trong công nghiệp luyện kim.

Cán bộ kiểm nghiệm và phân tích cấu trúc vật liệu: Ứng dụng phương pháp kết hợp ba kỹ thuật phổ FT-IR, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể để giải đoán cấu trúc cho các hợp chất cơ kim phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

Phối tử thiosemicacbazon tồn tại ở những dạng cấu trúc nào trong thực nghiệm? Trong trạng thái tinh thể rắn, phối tử tồn tại chủ yếu ở dạng thion với liên kết đôi C=S. Khi hòa tan trong dung dịch phản ứng có mặt ion kim loại, phối tử nhanh chóng chuyển đổi hỗ biến sang dạng thiol mang nhóm C-S-H và sau đó tách loại proton để tạo liên kết phối trí bền vững.

Dấu hiệu nào trên phổ IR chứng minh sự tạo phức qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ? Dấu hiệu rõ nhất là dải hấp thụ dao động v(C=S) ở mức 885,33 cm-1 biến mất và xuất hiện dải dao động v(C-S) ở vùng 750,31 - 752,24 cm-1. Đồng thời dải v(C=N) dịch chuyển về số sóng thấp hơn từ 48 đến 51 cm-1 do mật độ electron bị giải tỏa về phía tâm kim loại.

Tại sao phức chất đồng(II) với phối tử benzandehit lại có cấu trúc vuông phẳng? Ion Cu(II) mang cấu hình điện tử d9 chịu ảnh hưởng mạnh của hiệu ứng Jan-Teller. Khi tạo phức với phối tử trường mạnh chứa nguyên tử cho lưu huỳnh và nitơ, sự biến dạng bát diện kéo dài dẫn đến sự phân tách mức năng lượng, ưu tiên hình thành cấu hình vuông phẳng bền vững về mặt nhiệt động.

Các phức chất tổng hợp được có thể ứng dụng trong lĩnh vực nào khác ngoài y học? Bên cạnh hoạt tính sinh học, phức chất thiosemicacbazon còn được sử dụng làm chất xúc tác đồng thể và dị thể cho phản ứng ghép mạch Heck, làm vật liệu chế tạo màng điện cực chọn lọc ion kim loại nặng và làm chất ức chế ăn mòn bảo vệ bề mặt thép với hiệu quả đạt trên 74% đến 80%.

Vai trò quyết định của phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể là gì? Phương pháp SC-XRD là công cụ trực tiếp và chính xác nhất giúp xác định tọa độ không gian 3 chiều của từng nguyên tử, khoảng cách liên kết Cu-S (2,389 Å), góc liên kết N-Cu-S (84,0 độ) và xác nhận sự hình thành các dạng cấu trúc dime hoặc trime mà các phương pháp phổ nghiệm khác không thể khẳng định tuyệt đối.

Kết luận

• Tổng hợp thành công 3 phối tử thiosemicacbazon mới chứa dị vòng 4-hexametilen với hiệu suất cao từ 80% đến 90%.
• Chế tạo thành công 11 phức chất kim loại chuyển tiếp của Ni(II), Cu(II), Zn(II) và Pd(II) với độ sạch và độ ổn định cao.
• Chứng minh toàn diện cơ chế thiol hóa và sự tạo phức qua các tâm phối trí nitơ azomethin, lưu huỳnh thiolat và oxy phenol.
• Xác định chính xác cấu trúc tinh thể của các phức chất tiêu biểu bằng phương pháp SC-XRD với độ tin cậy R1 dưới 10%.
• Phát hiện cấu trúc trime độc đáo chứa vòng 6 cạnh bền vững giữa 3 nguyên tử Pd và 3 nguyên tử S.

Lộ trình tiếp theo dự kiến triển khai thử nghiệm hoạt tính kháng ung thư và kháng vi sinh vật in vitro trong thời gian 6 đến 12 tháng tới. Các nhóm nghiên cứu và đối tác quan tâm có thể khai thác các dữ liệu cấu trúc tinh thể trong luận văn để mở rộng ứng dụng trên các hệ vật liệu chức năng mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU VỀ THIOSEMICACBAZON 1. Giới thiệu về phối tử thiosemicacbazon Thiosemicacbazon có công thức chung ở dạng (1). Hai proton ở vị trí 4N có thể bị thay thế bởi các nhóm thế khác nhau và có công thức ở dạng (2) [23], [24], [35]: R1, R2 : H, ankyl, aryl hoặc là dị vòng R3, R4 : H, ankyl, aryl, dị vòng, hoặc là cả R3, R4 tạo thành một vòng Phương pháp tổng hợp thiosemicacbazon chủ yếu là cho thiosemicacbazit ngưng tụ với một xeton hoặc một andehit.

Khả năng hoạt động và hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon nằm ở các nhóm chức và các nhóm thế của nó. Nhằm tạo ra sự đa dạng cũng như các hoạt tính mong muốn các nhà khoa học đã tạo ra các dẫn xuất thiosemicacbazon bằng các phương pháp [24], [35]:  Thay thế nguyên tử S bằng O, Se, oxim hoặc nhóm imin.  Ankyl hóa trung tâm S.  Thay đổi các nhóm thế tại vị trí 4N.

 Thay đổi bản chất của các xeton hoặc andehit đem ngưng tụ, tỷ lệ các chất ngưng tụ. Các nghiên cứu cho thấy cấu trúc, hóa lập thể, liên kết hóa học trong các hợp chất của thiosemicacbazon có liên quan trực tiếp đến khả năng hoạt động và các 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hoạt tính sinh học của chúng. Điều đó là do sự quyết định trực tiếp đến cơ chế hoạt động sinh học trong các hệ sinh học. Ở dạng rắn thiosemicacbazon tồn tại ở dạng thion, nhưng trong dung dịch chúng có xu hướng tồn tại tautome cân bằng giữa dạng thion và thiol [1], [35]: Khi tạo phức chất hầu hết các thiosemicacbazon đều bị chuyển sang dạng thiol thông qua quá trình thiol hóa.

Trong các nghiên cứu thiosemicacbazon thường có cấu hình dạng E (trans), dạng Z (cis) được tìm thấy khi liên kết với nguyên tử kim loại do hiệu ứng vòng càng và sự chuyển vị electron trong vòng chelat. Thông thường, khi liên kết với nguyên tử kim loại trong phức chất, các phối trí được thực hiện qua nguyên tử S và các nguyên tử 1N trong nhóm hidrazin, tạo thành các vòng chelat năm cạnh. Vòng chelat 5 cạnh 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Ngoài ra để tăng thêm các liên kết phối trí với kim loại thì người ta tìm cách đưa thêm vào các nguyên tử cho ở các nhóm thế trong phối tử thiosemicacbazon (chủ yếu ở xeton hoặc andehit được đem ngưng tụ). Điều này đã mang tới nhiều lựa chọn khi chúng tham gia tạo phức.

Trong đó có một số trường hợp dẫn tới hình thành dạng dime hoặc polime, thậm chí còn tạo ra các phức đa nhân. Thiosemicacbazon là một phối tử linh động, nó có dạng trung hòa (HnL) và dạng anion (Ln-). Vì vậy khi hình thành liên kết phối trí của thiosemicacbazon với nguyên tử kim loại có kèm theo sự tách loại H+, chính điều này đã giải thích cho đặc tính axit của phối tử. Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng Các phức chất của thiosemicacbazon được quan tâm rất nhiều do ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng trong thực tiễn của nó.

Trong các ứng dụng thực tiễn, hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng có tiềm năng lớn. Domagk là người đầu tiên phát hiện ra các hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon. Sau đó hàng loạt các tác giả cũng đưa ra các kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon và phức của chúng. Phát hiện đầu tiên có ý nghĩa của thiosemicacbazon phải kể đến là hoạt tính diệt vi trùng lao.

Hiện nay p-axetaminnobenzadehit thiosemicacbazon (thiacetazon – TB1) được xem là thuốc điều trị bệnh lao đặc nghiệm nhất hiện nay. Ngoài ra còn có pyridin-3, 4-etylsunfobenzandehit (TB3), pyridin-4 andehit cũng được sử dụng 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trong điều trị bệnh lao. Isatin thiosemicacbazon được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát trùng v. Phức chất của thiosemicacbazon với các muối clorua của Mn, Ni, Co, Zn v.v…được dùng trong thuốc chống thương hàn, kiết lị, các bệnh về đường ruột, điều trị nấm.

Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [9], [20]. Ở Việt Nam các phức của thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp đã và đang tiếp tục được nghiên cứu. Thiosemicacbazit, thiosemicacbazon salixylandehit, thiosemicacbazon isatin cùng các phức chất của chúng với Cu(II), Mo(III), Mo(V), cho thấy chúng có khả năng kháng khuẩn. Đặc biệt hai phức chất ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư SARCOMAR – TG180 trên chuột trắng SWISS.

Phức chất của Pd(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon furandehit có khả năng gây ức chế ung thư màng tim và ung thư biểu mô ở người. Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon xitronenal, mentonua và thiosemicacbazon menton đều có khả năng ức chế ung thư gan và phổi. Ngoài các ứng dụng trong y, dược học, gần đây người ta còn phát hiện ra nhiều ứng dụng khác của thiosemicacbazon và phức của nó trong lĩnh vực xúc tác, ăn mòn kim loại, hóa phân tích v.Như phức của thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp trên nền polistiren được dùng làm xúc tác dị thể trong phản ứng tạo nhựa epoxit từ xiclohexen và stiren, phức thiosemicacbazon với Pd làm xúc tác cho phản ứng nối mạch anken (phản ứng Heck) [9], [10], [20], [35], [15]. 4-metyl thiosemicacbazon, 4-phenylthiosemicacbazon của 2-axetylpyridin có khả năng chống ăn mòn thép nhẹ (98% Fe) đạt cực đại 74,59 % và 80,67%.

Trong trắc quang thiosemicacbazon dùng để tách cũng như xác định hàm lượng của nhiều kim loại. Ví dụ, 1-phenyl-1, 2-propandion-2-oxim thiosemicacbazon xác định hàm lượng Cu(II), Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại hạt; xác định hàm lượng Zn(II) trong cơ thể người và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinon monophenyl thiosemicacbazon v.v…; nhiều công trình nghiên 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] cứu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu suất cao (HPLC) cũng dùng các thiosemicacbazon để tách và xác định hàm lượng các kim loại nặng độc như Hg, Cd v.v…; làm vật liệu chế tạo điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các thiosemicacbazon như điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở benzyl (bis thiosemicacbazon), điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylandehit thiosemicacbazon v.v…các điện cực này có nhiều tính năng ưu việt như khoảng phục hồi nhanh, khoảng nồng độ làm việc rộng, thời gian sử dụng dài [9]. Đây cũng là hướng mới trong nghiên cứu ứng dụng của thiosemicacbazon. GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VÀ KHẢ NĂNG TẠO PHỨC CỦA CÁC KIM LOẠI ĐÓ VỚI PHỐI TỬ THIOSEMICACBAZON 1.

Giới thiệu về các kim loại Ni, Pd, Cu, Zn. Niken thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB; Paradi thuộc chu kỳ 5, nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn. Trong hợp chất nó tồn tại ở hai trạng thái oxi hóa là +2, +3, trong đó trạng thái +3 kém bền hơn. Khói và bụi NiS có nguy cơ gây ung thư, Ni(CO)4 là khí rất độc, một số hợp chất của Ni có khả năng gây kích ứng da.

Nhưng trong một số nghiên cứu gần đây cho thấy Ni có trong một số hydrogenase và coenzym. Ta có thể thấy độc tính cũng như khả năng dược tính của Ni hết sức phức tạp. Hiện nay Ni là một nguyên tố tiềm năng trong hóa sinh. Paladi (Pd) là nguyên tố kim loại quý, có cấu hình 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s0.

Trong tự nhiên Pd tồn tại với các đồng vị 102Pd (0,96%), 104Pd (10,97%), 105Pd (22,21%), 106Pd (27,3%), 108Pd (26,93%), 110Pd (11,83%). Trong các hợp chất Pd thể hiện các trạng thái oxi hóa +2 và +4; trạng thái số oxi hóa +2 là đặc trưng hơn,còn trạng thái số oxi hóa +4 có tính oxi hóa cao dễ chuyển về trạng thái số oxi hóa +2. Trong liên kết tạo phức Pd(II) có khả năng tạo phức chất với hầu hết các 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phối tử cho electron. Các phức này phổ biến với số phối trí 4, cấu hình vuông phẳng.

Trong một số trường hợp nó cũng thể hiện số phối trí 5 và 6 với cấu hình tương ứng là tháp đáy vuông và bát diện biến dạng kiểu tứ phương. Về hoạt tính sinh học, PdCl2 đã từng được dùng để điều trị bệnh lao nhưng có nhiều tác dụng tiêu cực; các phức chất của Pd với các phối tử có tác dụng trong việc điều trị nhiều bệnh ung thư. Đồng (Cu) nằm trong chu kỳ 4, thuộc nhóm IB trong bảng hệ thống tuần hoàn. Nó có cấu hình 1s22s22p63s23p63d104s1, một cấu hình tương đối đặc biệt, phân lớp 3d được điền đầy trong khi phân lớp 4s chỉ mới có 1 electron độc thân.

Sở dĩ tồn tại cấu hình này là do phân lớp 3d bão hòa electron sẽ bền vững hơn khi chưa được điền đầy. Nó là nguyên tố phổ biến và được sử dụng sớm nhất trong lịch sử. Trong tự nhiên nó tồn tại ở các dạng đồng vị 63Cu (69,15%) và 65Cu (30,85%). Trong hợp chất nó có các trạng thái oxi hóa 0, +1, +2, +3, trong đó số oxi hóa +2 là đặc trưng, có khả năng tạo phức mạnh.

Số phối trí cực đại là 6 ứng với phức bát diện. Đối với phức bát diện ứng với cấu hình d9 có sự biến dạng theo hiệu ứng Jan-Teller, dẫn đến việc chuyển từ phức bát diện sang vuông phẳng thuận lợi về mặt năng lượng. Trên thực tế phức của Cu(II) không tồn tại dạng bát diện mà chỉ có dạng bát diện lệch và vuông phẳng. Trong sinh học, Cu là một nguyên tố rất quan trọng.

Đang có giả thiết Cu là một xúc tác của những quá trình oxi hóa nội bào. Kẽm (Zn) là nguyên tố thuộc chu kỳ 4, nhóm IIB, có cấu hình 1s22s22p63s23p63d104s2. Với cấu hình này đáng lẽ được xếp vào trong phân nhóm chính do có 2 electron ở phân lớp ngoài cùng, song do nó có nhiều đặc điểm giống các nguyên tố chuyển tiếp đặc biệt ở khả năng tạo phức nên người ta xếp nó vào nhóm các nguyên tố phân nhóm phụ. Trong tự nhiên, tồn tại đồng vị 64Zn (48,6%), 66 Zn (27,9%), 67 Zn (4.

Trong hợp chất Zn có số oxi hóa là +2. Khả năng tạo phức chất của Zn rất tốt với nhiều phối tử hữu có và vô cơ. Trong các quá trình sinh hóa, Zn là một nguyên tố quan trọng. Cây cối thường chứa một lượng Zn là 10-4%, Zn cần cho quá trình sinh trưởng và sinh hoa quả ở cây cối.

một số hợp chất của Zn dùng trong sinh học như ZnO, ZnSO4, Zn có một vai trò 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] quan trọng trong một số enzym (metallo enzym, enzym activator), trong chức năng sống liên quan tới sự tổng hợp DNA và RNA, là nguyên tố quan trọng trong tổ chức sống của tế bào.