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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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.