I. Tổng Quan Về Phức Chất Niken II Giới Thiệu Chung
Phức chất là đối tượng nghiên cứu quan trọng do ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong y học chống lại vi khuẩn và virus. Sau phát hiện về khả năng ức chế ung thư của cis-platin năm 1969, nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức kim loại chuyển tiếp. Các phức kim loại chuyển tiếp với phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, tạo vòng lớn, cấu trúc gần giống hợp chất trong cơ thể sống được quan tâm. Thiosemicarbazit và dẫn xuất là một trong số đó. Nghiên cứu phức thiosemicarbazon với kim loại chuyển tiếp thu hút nhiều nhà hóa học, dược học, sinh-y học. Đề tài nghiên cứu đa dạng vì thiosemicarbazon rất đa dạng về thành phần, cấu trúc và kiểu phản ứng. Hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, kể cả chống ung thư của thiosemicarbazon và phức của chúng đăng trên các tạp chí hóa học, dược học, Y-sinh học như Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganica Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry. Nghiên cứu hiện nay tập trung tổng hợp mới thiosemicarbazon và phức của chúng với kim loại khác nhau, nghiên cứu cấu trúc sản phẩm và khảo sát hoạt tính sinh học.
1.1. Giới thiệu về Thiosemicarbazit và Dẫn Xuất
Thiosemicarbazit là chất kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181-183°C. Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc đặc biệt. Nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng. Ở trạng thái rắn, phân tử thiosemicarbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm NH2). Khi thay thế một nguyên tử hidro trong nhóm N(4)H2 bằng các gốc hidrocarbon khác nhau thu được các dẫn xuất thế N(4) của thiosemicarbazit. Ví dụ: N(4)-phenyl thiosemicarbazit, N(4)-etyl thiosemicarbazit. Trong đó dẫn xuất N(4)-phenyl thiosemicarbazit là chất rắn kết tinh màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy 138-141°C.
1.2. Tổng quan về Thiosemicarbazon
Khi thiosemicarbazit hoặc dẫn xuất thế của nó ngưng tụ với hợp chất carbonyl sẽ tạo thành thiosemicarbazon tương ứng. Phản ứng tiến hành trong môi trường axit theo cơ chế AN. Trong điều kiện thường, phản ứng ngưng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hidrazin vì trong số các nguyên tử N của thiosemicarbazit cũng như dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên tử N(1) có mật độ điện tích âm lớn nhất. Phản ứng này tạo ra sự đa dạng về cấu trúc và tính chất của thiosemicarbazon.
II. Phức Chất Niken II và Bài Toán Ổn Định Cấu Trúc
Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicarbazit và thiosemicarbazon được quan tâm bởi ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn. Jensen là người đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu phức chất của thiosemicarbazit. Ông tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicarbazit với Cu(II) và chứng minh rằng trong các hợp chất này, thiosemicarbazit phối trí hai càng qua nguyên tử S và N(1). Trong quá trình tạo phức, phân tử thiosemicarbazit có sự chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự chuyển nguyên tử H từ nhóm imin sang nguyên tử S và nguyên tử H này lại bị thay thế bởi kim loại.
2.1. Nghiên cứu về cấu trúc phức Niken với Thiosemicarbazit
Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo phức của thiosemicarbazit với các kim loại chuyển tiếp khác. Nghiên cứu phức chất của thiosemicarbazit với Ni(II) và Zn(II) bằng các phương pháp từ hóa, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả đưa ra kết luận rằng liên kết giữa phân tử thiosemicarbazit với nguyên tử kim loại được thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi tạo phức phân tử thiosemicarbazit tồn tại ở cấu hình cis.
2.2. Sự ảnh hưởng của cấu trúc phân tử Thiosemicarbazit lên phức Niken
Như vậy, thiosemicarbazit có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí này cần tiêu tốn năng lượng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ N(2) sang nguyên tử S. Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng đóng vòng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về lập thể, thiosemicarbazit đóng vai trò như một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình trans, khi đó liên kết được thực hiện qua nguyên tử S. Một số ví dụ điển hình về kiểu phối trí này là phức của thiosemicarbazit với Ag(I).
III. Phương Pháp Tổng Hợp Phức Chất Niken II Hiệu Quả
Sự đa dạng của các hợp chất carbonyl làm cho các thiosemicarbazon phong phú về số lượng và tính chất. Cũng như thiosemicarbazit, các thiosemicarbazon và các dẫn xuất của chúng có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại. Nếu phần hợp chất carbonyl không chứa nguyên tử có khả năng tạo phức thì thiosemicarbazon đóng vai trò như phối tử hai càng giống như thiosemicarbazit. Ví dụ: các thiosemicarbazon của benzaldehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal, menton.
3.1. Quy trình cơ bản điều chế Phức Niken II
Nếu ở phần hợp chất carbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối trí (D) và nguyên tử này được nối với nguyên tử N(1) qua hai hoặc ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức, thiosemicarbazon này thường có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng 3 với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S. Ví dụ: thiosemicarbazon hay dẫn xuất thiosemicarbazon của salixylandehit, isatin, axetylaxeton, pyruvic. Các phối tử này có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vòng 5 hoặc 6 cạnh bền.
3.2. Phối tử bốn càng trong phức Niken II Đặc điểm và tính chất
Các thiosemicarbazon bốn càng thường được điều chế bằng cách ngưng tụ hai phân tử thiosemicarbazit với một phân tử diecarbonyl. Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S nằm trên cùng một mặt phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng xích đạo của phức chất tạo thành. Trong một số ít trường hợp, do khó khăn về lập thể các thiosemicarbazon mới thể hiện vai trò của phối tử một càng.
IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Phức Chất Niken II Tổng Hợp
Các phức chất của thiosemicarbazon được quan tâm vì ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn. Gần đây, Sivadasan Chettian và cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác gồm phức chất của thiosemicarbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền polistiren. Đây là những chất xúc tác dị thể được sử dụng trong phản ứng tạo nhựa epoxi từ xyclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicarbazon cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck).
4.1. Ứng dụng Phức Niken II trong chống ăn mòn kim loại
Một số thiosemicarbazon cũng đã được sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn mòn kim loại. đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của N(4)-metylthiosemicarbazon, N(4)-phenylthiosemicarbazon của 2-axetylpyriđin đối với thép nhẹ (98% Fe). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của chất đầu là 74,59%, còn chất sau đạt 80,67%.
4.2. Ứng dụng Phức Niken II trong phân tích hoá học
Các thiosemicarbazon cũng được sử dụng trong hóa học phân tích để tách cũng như xác định hàm lượng của nhiều kim loại. Ví dụ: phương pháp trắc quang đã được sử dụng để xác định hàm lượng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại hạt dựa trên khả năng tạo phức của chúng với 1-phenyl-1,2-propanđion-2-oximthiosemicarbazon, xác định hàm lượng Zn(II) trong cơ thể người và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinone monophenyl thiosemicarbazon.
V. Phức Chất Niken II và Nghiên Cứu Hoạt Tính Sinh Học
Nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đã sử dụng các thiosemicarbazon để tách và xác định hàm lượng các ion kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Hg và Cd. Bên cạnh đó, nhiều tác giả đã chế tạo được các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các thiosemicarbazon như: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở benzil (bisthiosemicarbazon); điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylandehit thiosemicarbazon; điện cực chọn lọc ion Al3+ trên cơ sở glyoxal(bisthiosemicarbazon). Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh, khoảng nồng độ làm việc rộng, và thời gian sử dụng dài.
5.1. Tiềm năng ứng dụng phức Niken II trong y dược
Ngoài các ứng dụng trên, người ta còn đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh học của các thiosemicarbazon và phức chất của chúng. Hiện nay, người ta nghiên cứu các phức chất trên cơ sở thiosemicarbazon với mong muốn tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, ít độc hại để dùng trong y dược. Hoạt tính sinh học của các thiosemicarbazon được phát hiện đầu tiên bởi Domagk. Khi nghiên cứu các thiosemicarbazon, ông nhận thấy một số hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn.
5.2. Nghiên cứu về tính chất dược học của phức Niken II
Sau phát hiện của Domagk, nhiều tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicarbazit, thiosemicarbazon cũng như phức chất của chúng. Tác giả cho rằng tất cả các thiosemicarbazon của dẫn xuất thế para của benzaldehit đều có khả năng diệt vi trùng lao. Trong đó p-axetaminobenzaldehit thiosemicarbazon (Thiazeatzone - TB1) được xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu nghiệm nhất hiện nay. Ngoài TB1, các thiosemicarbazon của pyriđin-3, 4-etylsunfobenzaldehit (TB3) và pyriđin-4, cũng đang được sử dụng để chữa bệnh lao. Thiosemicarbazon isatin được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát trùng. Thiosemicarbazon của monoguanxyl hidrazon có khả năng diệt khuẩn gam (+). Phức chất của thiosemicarbazit với các muối clorua của mangan, niken, coban đặc biệt là kẽm được dùng làm thuốc chống thương hàn, kiết lị, các bệnh đường ruột và diệt nấm.
VI. Tổng Kết Nghiên Cứu Phức Chất Niken II và Hướng Phát Triển
Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các thiosemicarbazon và phức chất của chúng với một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, Mo . Tác giả đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicarbazit (Hth), thiosemicarbazon salixylandehit (H2thsa), thiosemicarbazon isatin (H2this) và phức chất của chúng. Kết quả thử khả năng ức chế sự phát triển khối u cho thấy cả hai phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đem thử đều có tác dụng làm giảm mật độ tế bào ung thư, giảm tổng số tế bào và từ đó đã làm giảm chỉ số phát triển của u.
6.1. Tiềm năng ứng dụng trong ức chế tế bào ung thư
Khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư SARC0MA-T180 trên chuột trắng SWISS của Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8%. Tiếp sau đó, các tác giả đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất của Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicarbazon. Kết quả cho thấy, các phức chất của Pt(II) với 4-phenyl thiosemicarbazon isatin, thiosemicarbazon furandehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư gan, ung thư màng tim, ung thư màng tử cung.
6.2. Hướng nghiên cứu phức chất Niken II trong tương lai
Phức chất của Pt(II) với 4-metyl thiosemicarbazon isatin, 4-metyl thiosemicarbazon furandehit đều có khả năng ức chế tế bào ung thư màng tim và ung thư biểu mô ở người. Tác giả đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicarbazon mà hợp chất carbonyl có nguồn gốc từ tự nhiên như octanal, campho, xitronelal, mentonua. Trong số đó, phức chất Cu(II) của các phối tử thiosemicarbazon xitronenal và thiosemicarbazon menton đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thư gan và phổi.
