Tổng hợp và nghiên cứu phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu phức chất của NIII với dẫn xuất N4 thiosemicacbazon benzanđehit, cung cấp kiến thức chuyên sâu về hóa học.

• Tác giả: Phùng Thị Thu Hường
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Trịnh Ngọc Châu
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Và Nghiên Cứu Phức Chất Của Ni(II) Với Một Số Dẫn Xuất Thế N(4) – Thiosemicacbazon Benzanđehit
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
• 1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
• 1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicabazit
• 1.1.3. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon
• 1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NIKEN
• 1.2.1. Giới thiệu chung
• 1.2.2. Khả năng tạo phức
• 1.3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG
• 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT
• 1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
• 1.4.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton và cộng hưởng từ cacbon 13
• 1.4.3. Phương pháp phổ khối lượng
• 1.5. THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỐI TỬ CÁC PHỨC CHẤT
• 1.5.1. Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.1.1. Tổng hợp phối tử
• 2.1.2. Tổng hợp các phức chất
• 2.2. CÁC ĐIỀU KIỆN GHI PHỔ
• 2.3. PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG Ni TRONG PHỨC CHẤT
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI TRONG PHỨC CHẤT
• 3.2. NGHIÊN CỨU CÁC PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI
• 3.3. NGHIÊN CỨU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG TỪ PROTON VÀ PHỔ CỘNG HƯỞNG NHÂN 13C PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT
• 3.3.1. Phổ cộng hưởng từ proton của các phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz, Hpthbz
• 3.3.2. Phổ cộng hưởng từ nhân 13C của các phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz
• 3.3.3. Phổ cộng hưởng từ proton 1H của các phức chất Ni(thbz)2, Ni(mthbz)2, Ni(athbz)2, Ni(pthbz)2
• 3.3.4. Phổ cộng hưởng từ nhân 13C của các phức chất Ni(thbz)2, Ni(mthbz)2, Ni(athbz)2 và Ni(pthbz)2
• 3.4. NGHIÊN CỨU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG CÁC PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT Ni(thbz)2, Ni(mthbz)2, Ni(athbz)2 và Ni(pthbz)2
• 3.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG SINH CỦA PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phức chất Ni II với thiosemicacbazon

Nghiên cứu về phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon và các dẫn xuất của nó đã thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực hóa học vô cơ. Các phức chất này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong y học và công nghiệp. Thiosemicacbazon là một nhóm hợp chất có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại, trong đó có Ni(II). Việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của các phức chất này giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa lý và hoạt tính sinh học của chúng.

1.1. Đặc điểm của thiosemicacbazon và ứng dụng

Thiosemicacbazon là một hợp chất hữu cơ có khả năng tạo phức với các ion kim loại. Chúng có cấu trúc đặc trưng và thường được sử dụng trong các nghiên cứu về hoạt tính sinh học. Các dẫn xuất của thiosemicacbazon đã được chứng minh có khả năng kháng khuẩn và chống ung thư, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong y học.

1.2. Tính chất hóa lý của phức chất Ni II với thiosemicacbazon

Phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon có tính chất hóa lý đặc biệt, bao gồm khả năng hòa tan trong nước và tính ổn định trong môi trường axit. Các nghiên cứu cho thấy rằng cấu trúc của phức chất này có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp và loại thiosemicacbazon được sử dụng.

II. Thách thức trong nghiên cứu phức chất Ni II với thiosemicacbazon

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về phức chất Ni(II), nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc tổng hợp và phân tích chúng. Một trong những vấn đề chính là sự ổn định của phức chất trong các điều kiện khác nhau. Ngoài ra, việc xác định cấu trúc và tính chất của phức chất cũng gặp khó khăn do sự tương tác phức tạp giữa các nguyên tử trong phân tử.

2.1. Khó khăn trong quá trình tổng hợp

Quá trình tổng hợp phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon thường gặp khó khăn do điều kiện phản ứng không ổn định. Nhiệt độ, pH và nồng độ của các chất phản ứng đều ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng của phức chất tạo thành.

2.2. Vấn đề trong phân tích cấu trúc

Việc phân tích cấu trúc của phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon thường sử dụng các phương pháp như phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ. Tuy nhiên, do sự tương tác phức tạp giữa các nguyên tử, việc xác định chính xác cấu trúc của phức chất vẫn là một thách thức lớn.

III. Phương pháp tổng hợp phức chất Ni II với thiosemicacbazon hiệu quả

Để tổng hợp phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp mà còn nâng cao hiệu suất và chất lượng của phức chất. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất.

3.1. Phương pháp tổng hợp truyền thống

Phương pháp tổng hợp truyền thống thường sử dụng các phản ứng hóa học đơn giản để tạo ra phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon. Phương pháp này dễ thực hiện nhưng có thể không đạt hiệu suất cao trong một số trường hợp.

3.2. Phương pháp tổng hợp hiện đại

Các phương pháp tổng hợp hiện đại như phương pháp siêu âm hoặc phương pháp điện hóa đã được áp dụng để tạo ra phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon. Những phương pháp này giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu thời gian tổng hợp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phức chất Ni II với thiosemicacbazon

Phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Chúng không chỉ được sử dụng trong nghiên cứu hóa học mà còn có tiềm năng trong y học và công nghiệp. Việc hiểu rõ về ứng dụng của các phức chất này sẽ giúp mở rộng khả năng sử dụng của chúng trong thực tiễn.

4.1. Ứng dụng trong y học

Các phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon đã được nghiên cứu và chứng minh có hoạt tính sinh học cao. Chúng có khả năng kháng khuẩn và chống ung thư, mở ra nhiều cơ hội trong việc phát triển thuốc mới.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp, phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon được sử dụng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học. Chúng cũng có thể được ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và xử lý chất thải.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu phức chất Ni II với thiosemicacbazon

Nghiên cứu về phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon đã mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực hóa học vô cơ. Mặc dù còn nhiều thách thức, nhưng tiềm năng ứng dụng của các phức chất này là rất lớn. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng của phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon.

5.1. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu về phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon sẽ tiếp tục được mở rộng. Các nhà nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp mới và khảo sát hoạt tính sinh học của các phức chất này.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong y học

Tiềm năng ứng dụng của phức chất Ni(II) với thiosemicacbazon trong y học là rất lớn. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ giúp tìm ra những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, đáp ứng nhu cầu điều trị bệnh trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kể từ dấu mốc lịch sử năm 1969 khi phức chất Cis-platin được phát hiện có khả năng ức chế mạnh mẽ sự phát triển của khối u, hướng nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ chứa nitơ và lưu huỳnh đã trở thành tâm điểm của hóa học vô cơ và dược học hiện đại. Trong số các phối tử đa năng, thiosemicacbazon nổi bật nhờ khả năng phối trí linh hoạt và hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định, kháng khuẩn lao cũng như kìm hãm tế bào ung thư với hiệu suất kìm hãm khối u thực nghiệm từng ghi nhận đạt từ 36,8% đến 43,99% ở các phức chất đồng và molipđen. Tuy nhiên, việc thiết kế, tổng hợp có hệ thống các phức chất của Niken(II) với dẫn xuất thiosemicacbazon thế ở vị trí N(4) gắn nhân thơm benzanđehit vẫn cần những dữ liệu thực nghiệm toàn diện để làm sáng tỏ bản chất liên kết hóa học.

Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hóa vô cơ (Mã số: 604425) được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội với mục tiêu trọng tâm: tổng hợp thành công 4 phối tử thiosemicacbazon thế N(4) từ benzanđehit và 4 phức chất tương ứng của ion Niken(II); đồng thời xác định cấu tạo hóa học, cơ chế phối trí và hình học không gian của các phức chất thông qua hệ thống phương pháp vật lý – hóa lý hiện đại. Nghiên cứu cung cấp hệ thống dữ liệu phổ phong phú trong dải tần số 400–4000 cm⁻¹ trên phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 500 MHz và phổ khối lượng ESI-MS, tạo tiền đề khoa học vững chắc cho việc ứng dụng các hợp chất phối trí mới trong lĩnh vực y sinh và vật liệu xúc tác.

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 của Werner và lý thuyết trường phối tử dành cho ion kim loại chuyển tiếp khối d, cụ thể là ion Ni²⁺ có cấu hình electron [Ar]3d⁸. Khung lý thuyết vận dụng sâu cơ chế hỗ biến thion – thiol của nhóm chức thiosemicacbazon và sự chuyển đổi cấu hình hình học từ dạng trans sang dạng cis trong quá trình tạo phức. Khi tham gia liên kết, phối tử chuyển dịch proton từ vị trí nhóm imin sang nguyên tử lưu huỳnh, tạo điều kiện cho nguyên tử Niken(II) thay thế proton này và liên kết đồng thời với nguyên tử nitơ azomethin.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào cơ chế phối trí hai càng (bidentate) tạo vòng chelate 5 cạnh bền vững qua bộ nguyên tử cho là nitơ N(1) và lưu huỳnh S. Khung phân tích lý thuyết làm rõ 4 khái niệm then chốt: dung lượng phối trí cực đại của phối tử hữu cơ, hiệu ứng chelate đóng vòng, sự dịch chuyển hóa học trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân và hiệu ứng phân tách trường tinh thể ảnh hưởng đến cấu hình vuông phẳng nghịch từ hoặc bát diện thuận từ của ion trung tâm Niken(II).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thiết lập cỡ mẫu bao gồm 4 hệ phối tử đại diện: thiosemicacbazon benzanđehit (Hthbz), 4-metyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hmthbz), 4-allyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hathbz), 4-phenyl thiosemicacbazon benzanđehit (Hpthbz) và 4 phức chất Niken(II) tương ứng là Ni(thbz)₂, Ni(mthbz)₂, Ni(athbz)₂, Ni(pthbz)₂. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc biến đổi cấu trúc có chủ đích tại vị trí N(4) với các nhóm thế mang bản chất điện tử khác nhau (từ nhóm đẩy electron như metyl đến các nhóm hút electron như phenyl, allyl) nhằm khảo sát quy luật dịch chuyển phổ và độ bền phức chất. Mỗi quy trình tổng hợp và phép đo được lặp lại tối thiểu 3 lần nhằm bảo đảm tính tái lặp và độ tin cậy của số liệu thực nghiệm.

Quy trình phân tích sử dụng phối hợp các kỹ thuật hiện đại:

• Phương pháp chuẩn độ Complexon (EDTA) với chỉ thị Murexit ở pH = 8 sau khi vô cơ hóa mẫu (cỡ mẫu 0,03–0,05 g) bằng hỗn hợp H₂SO₄ đặc và H₂O₂ 30% nhằm định lượng chính xác hàm lượng Niken.
• Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (FT-IR) trong dải 4000–400 cm⁻¹ (ép viên KBr) để xác định các nhóm chức tham gia phối trí.
• Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (¹H-NMR và ¹³C-NMR) đo trên máy Bruker 500 MHz tại nhiệt độ 300K trong dung môi d6-DMSO, kết hợp phần mềm mô phỏng ChemBioDraw Ultra 11.0 nhằm giải mã cấu trúc phân tử.
• Phương pháp phổ khối lượng phun mù electron (ESI-MS) thực hiện trên hệ thiết bị LC-MSD-Trap-SL ở chế độ đo ion dương (positive mode), vùng quét m/z 50–2000, áp suất phun 30 psi, nhiệt độ khí làm khô 325°C và tốc độ dòng khí 8 L/phút để xác định khối lượng phân tử và sơ đồ phân mảnh ion.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tổng hợp và khảo sát cấu trúc của 4 hệ phức chất đã đem lại những phát hiện thực nghiệm mang tính nhất quán cao:

Thứ nhất, kết quả phân tích định lượng hàm lượng kim loại bằng phương pháp chuẩn độ complexon hoàn toàn phù hợp với công thức phân tử giả định với sai số thực nghiệm tuyệt đối dưới 0,56%. Cụ thể, phức Ni(thbz)₂ có hàm lượng Niken thực nghiệm đạt 13,45% (lý thuyết: 14,01%); phức Ni(mthbz)₂ đạt 13,50% (lý thuyết: 13,12%); phức Ni(athbz)₂ đạt 11,49% (lý thuyết: 11,74%); và phức Ni(pthbz)₂ đạt 10,63% (lý thuyết: 10,25%).

Thứ hai, phổ FT-IR chứng minh rõ rệt quá trình thiol hóa của phối tử khi tạo phức. Trong khi các phối tử tự do tồn tại ở dạng thion với dao động hóa trị C=S xuất hiện ở 870–942 cm⁻¹, thì trên phổ của các phức chất dải này giảm cường độ và dịch chuyển mạnh về vùng tần số thấp hơn từ 848–897 cm⁻¹ (mức dịch chuyển từ 22 đến 62 cm⁻¹). Đồng thời, xuất hiện dải hấp thụ mới đặc trưng cho liên kết N(2)=C trong khoảng 1566–1606 cm⁻¹ (như ở Ni(thbz)₂ là 1606 cm⁻¹ và Ni(mthbz)₂ là 1599 cm⁻¹).

Thứ ba, sự tham gia phối trí của nguyên tử nitơ azomethin N(1) được khẳng định qua việc dải hấp thụ dao động C=N(1) dịch chuyển từ vùng 1540–1592 cm⁻¹ ở phối tử tự do xuống vùng 1513–1544 cm⁻¹ trong phức chất. Song song đó, dải dao động N-N cũng giảm từ mức 1032–1063 cm⁻¹ xuống còn 1017–1057 cm⁻¹ do mật độ điện tử trên nguyên tử nitơ bị san sẻ khi hình thành liên kết phối trí với ion Niken(II).

Thứ tư, phổ ¹H-NMR ghi nhận sự biến mất hoàn toàn của tín hiệu proton nhóm N(2)H (vốn xuất hiện ở vùng trường rất thấp 11,41–11,81 ppm trên phổ của phối tử tự do), chứng minh proton này đã bị tách ra trong quá trình tạo phức chelate. Tín hiệu của proton liên kết azomethin HC=N dịch chuyển từ 10,02 ppm (ở anđehit ban đầu) về vùng 8,05–8,18 ppm trên phối tử và tiếp tục biến đổi tinh vi khi phối trí với tâm kim loại.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng ion Niken(II) đóng vai trò chất định hướng không gian, làm cho khung thiosemicacbazon chuyển từ cấu hình trans tự do sang cấu hình cis khi tạo phức, tạo nên vòng càng 5 cạnh vững chắc chứa bộ nguyên tử phối trí là N và S. Toàn bộ dữ liệu phân tích định lượng và thông số phổ có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua bảng so sánh sai số thực nghiệm – lý thuyết và biểu đồ phổ hấp thụ đa lớp (stacked spectra). Việc xếp chồng các đường cong phổ FT-IR và ¹H-NMR giữa phối tử tự do và phức chất giúp làm nổi bật trực quan bước nhảy dịch chuyển số sóng của các liên kết C=S, C=N và sự biến mất của pic proton N(2)H.

So với các công trình nghiên cứu trên các ion platin(II) hay palađi(II) đã công bố, phức chất của Niken(II) với dẫn xuất thiosemicacbazon benzanđehit thể hiện độ chọn lọc cấu hình vuông phẳng đồng nhất với tỉ lệ kim loại : phối tử là 1:2. Sự khác biệt về nhóm thế ở vị trí N(4) (metyl, allyl, phenyl) tạo ra các hiệu ứng chuyển dịch hóa học có quy luật: nhóm phenyl hút electron làm tăng độ dịch chuyển hóa học của proton N(4)H lên mức 10,10 ppm, trong khi nhóm metyl đẩy electron duy trì tín hiệu này ở mức 8,49 ppm. Điều này mở ra khả năng tinh chỉnh hoạt tính hóa sinh của phức chất thông qua việc biến tính nhóm thế N(4).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát triển sâu rộng các kết quả đạt được từ luận văn, 4 giải pháp khoa học và công nghệ được đề xuất thực hiện:

Thứ nhất, tối ưu hóa quy trình tổng hợp hóa học xanh đối với hệ phức chất Niken(II). Nhóm nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm vô cơ cần ứng dụng kỹ thuật hỗ trợ vi sóng hoặc siêu âm trong khung thời gian 3–6 tháng tới nhằm rút ngắn thời gian phản ứng từ 120 phút xuống dưới 15 phút, đồng thời nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm vượt ngưỡng 90% và cắt giảm khoảng 25–30% lượng dung môi hữu cơ tiêu thụ.

Thứ hai, mở rộng thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro quy mô đa chủng. Viện Hóa học phối hợp cùng các đơn vị sinh học thực nghiệm tiến hành sàng lọc hoạt tính kháng vi sinh vật (xác định các giá trị MIC, IC50, MBC) trên 6 chủng vi khuẩn, nấm kiểm định và đánh giá độc tính tế bào trên 4 dòng ung thư người (KB, Hep-G2, LU-1, MCF-7) trong thời gian 6–12 tháng nhằm xác lập mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính (QSAR).

Thứ ba, nuôi tinh thể đơn và giải cấu trúc tinh thể tia X (X-ray Single Crystal Diffraction). Các nghiên cứu sinh chuyên ngành cần tập trung kết tinh đơn tinh thể của phức Ni(pthbz)₂ và Ni(mthbz)₂ trong hệ dung môi phân cực để xác định chính xác độ dài liên kết Ni-N (khoảng 1,92–1,98 Å), khoảng cách Ni-S (khoảng 2,15–2,22 Å) và các góc liên kết trong mặt phẳng phối trí.

Thứ tư, nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng phức chất làm chất ức chế ăn mòn kim loại và xúc tác phản ứng ghép mạch hữu cơ. Các kỹ sư vật liệu tại các viện chuyên ngành cần tiến hành đo điện hóa trên thép mềm (chứa khoảng 98% Fe) trong môi trường axit nhằm nâng cao hiệu quả ức chế ăn mòn bề mặt đạt trên 80–85% theo định hướng ứng dụng công nghiệp trong lộ trình 12–18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa vô cơ, Hóa phân tích: Tài liệu cung cấp quy trình chuẩn mực về kỹ thuật tổng hợp hữu cơ – vô cơ, phương pháp chuẩn độ complexon chính xác và cẩm nang chi tiết trong việc phân tích, quy gán phổ FT-IR, ¹H-NMR, ¹³C-NMR và ESI-MS cho hợp chất phối trí.
• Giảng viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học khối khoa học tự nhiên: Nguồn tham khảo giá trị cho các bài giảng chuyên đề hóa học phức chất, thuyết trường phối tử và hóa học các hợp chất dị nguyên tố nitơ – lưu huỳnh với hơn 40 tài liệu trích dẫn chuyên sâu.
• Chuyên viên R&D tại các viện nghiên cứu dược liệu và hóa dược: Cung cấp cơ sở dữ liệu về cấu trúc hóa học của khung thiosemicacbazon thế N(4), hỗ trợ việc thiết kế các tiền chất mang hoạt tính kháng khuẩn, diệt nấm và kìm hãm tế bào ung thư.
• Kỹ sư công nghệ hóa chất và luyện kim: Cung cấp định hướng ứng dụng các phức chất kim loại chuyển tiếp làm chất ức chế ăn mòn kim loại trong môi trường xâm thực và xúc tác đồng thể/dị thể cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ.

Câu hỏi thường gặp

Phản ứng tổng hợp phức chất Niken(II) với thiosemicacbazon cần môi trường pH bao nhiêu?

Phản ứng tổng hợp phức chất Ni(II) yêu cầu môi trường kiềm nhẹ với pH duy trì trong khoảng 8–10 (tối ưu ở mức 9–10) bằng dung dịch NH₃ loãng. Môi trường này thúc đẩy sự tách proton của nhóm N(2)H chuyển sang dạng thiolat, tạo điều kiện thuận lợi để ion Ni²⁺ phối trí đồng thời với nguyên tử lưu huỳnh và nitơ azomethin.

Phối tử thiosemicacbazon benzanđehit thể hiện dung lượng phối trí mấy càng?

Trong các phức chất nghiên cứu, phối tử đóng vai trò là phối tử hai càng (bidentate) đơn âm (L⁻). Phối tử tạo liên kết với ion Ni²⁺ qua bộ nguyên tử cho là N(1) và S, hình thành vòng càng chelate 5 cạnh bền vững với tỉ lệ mol kim loại : phối tử là 1:2, tạo nên phức chất trung hòa điện tích NiL₂.

Dấu hiệu phổ FT-IR nào chứng minh sự tạo phức qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ?

Sự tạo phức được khẳng định qua hai dấu hiệu rõ nét: dải dao động hóa trị C=S ở 870–942 cm⁻¹ dịch chuyển về số sóng thấp hơn từ 848–897 cm⁻¹ đi kèm sự xuất hiện của liên kết mới N(2)=C ở 1566–1606 cm⁻¹; đồng thời dải dao động C=N(1) giảm từ 1540–1592 cm⁻¹ xuống 1513–1544 cm⁻¹ do mật độ điện tử bị dịch chuyển về phía tâm kim loại.

Vì sao tín hiệu proton N(2)H trên phổ NMR lại biến mất sau khi tạo phức?

Trên phổ ¹H-NMR của phối tử tự do, proton N(2)H xuất hiện ở vùng trường rất thấp từ 11,41 đến 11,81 ppm. Khi phản ứng với ion Ni²⁺ trong môi trường bazơ ở 40°C, proton này bị khử proton hóa hoàn toàn để hình thành liên kết cộng hóa trị Ni-S, dẫn đến sự biến mất hoàn toàn của pic cộng hưởng tương ứng trên phổ phức chất.

Phức chất thiosemicacbazon của Niken có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực nào khác ngoài y sinh?

Ngoài tiềm năng ức chế vi khuẩn và tế bào ung thư, phức chất thiosemicacbazon còn được ứng dụng hiệu quả làm chất ức chế ăn mòn kim loại cho thép nhẹ trong môi trường axit với hiệu suất bảo vệ đạt từ 74,59% đến 80,67%, đồng thời đóng vai trò xúc tác trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ như phản ứng Heck và epoxy hóa anken.

Kết luận

• Luận văn đã tổng hợp thành công và có hệ thống 4 phối tử thế N(4)-thiosemicacbazon benzanđehit cùng 4 phức chất tương ứng của Niken(II) với độ sạch cao và hiệu suất ổn định.
• Xác lập đầy đủ thành phần nguyên tố và công thức phân tử của các phức chất Ni(thbz)₂, Ni(mthbz)₂, Ni(athbz)₂, Ni(pthbz)₂ thông qua phương pháp chuẩn độ complexon với sai số định lượng dưới 0,56%.
• Làm sáng tỏ cơ chế phối trí hai càng (N, S) tạo vòng chelate 5 cạnh phẳng dựa trên hệ thống phổ thực nghiệm FT-IR, ¹H-NMR, ¹³C-NMR và ESI-MS.
• Đóng góp vào ngân hàng dữ liệu hóa học phối trí Việt Nam hệ thống thông số phổ chuẩn của các dẫn xuất thiosemicacbazon thế tại vị trí N(4).
• Mở ra triển vọng ứng dụng thực tiễn trong tổng hợp dược chất kháng u và vật liệu ức chế ăn mòn với lộ trình nghiên cứu mở rộng trong 12–24 tháng tới.

Quý độc giả, giảng viên và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn văn tài liệu luận văn để ứng dụng trực tiếp các quy trình thực nghiệm và phương pháp giải phổ vào các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về hóa học phức chất và hóa dược.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Qua nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố cho thấy phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp có ứng dụng rất lớn trong khoa học và trong đời sống, như : hoạt tính diệt nấm, diệt khuẩn của thiosemicacbazit và các dẫn xuất thiosemicacbazon của nó [1,3]. Đặc biệt từ năm 1969, sau khi phát hiện phức chất cis-platin [Pt(NH3)2Cl2] có hoạt tính ức chế sự phát triển ung thư thì nhiều nhà hoá học và dược học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng. Trong số các loại phức chất được nghiên cứu, phức chất của thiosemicacbazon và dẫn xuất của thiosemicacbazon đóng vai trò quan trọng [3,10,16,27]. Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, đặc biệt là hoạt tính chống ung thư của các phức chất thiosemicacbazon và dẫn xuất của chúng được đăng trên các tạp chí Hoá học, Dược học, Y-sinh học….như Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganic Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry, Toxicology and Applied Pharmacology, Bioinorganic and Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic Biochemistry… Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon, dẫn xuất của thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại khác nhau, nghiên cứu cấu tạo của phức chất sản phẩm bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng.

Trong một số công trình gần đây, ngoài hoạt tính sinh học người ta còn khảo sát một số tính chất khác của thiosemicacbazon như tính chất điện hoá, hoạt tính xúc tác, khả năng ức chế ăn mòn kim loại… Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm được các hợp chất có hoạt tính cao đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh – y học khác như không độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho các tế bào lành để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và động vật nuôi. Hiện nay đề tài nghiên cứu về phức chất của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon vẫn đang là lĩnh vực thu hút nhiều nhà hoá học, dược học, sinh – y học trong và ngoài nước. Xuất phát từ mục đích trên, tôi chọn đề tài: “nghiên cứu tổng hợp, cấu tạo của một số phức chất Ni (II) với dẫn xuất của thiosemicacbazon” 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LuËn v¨n tèt nghiÖp HÓA VÔ CƠ CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ 1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon Thiosemicacbazit là chất rắn kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181-1830C.

Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc như sau: (1) H2N Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iÖn tÝch (2) (1) N = -0.306 b (4) Trong đó các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S cùng nằm trên một mặt phẳng. Ở trạng thái rắn, phân tử thiosemicacbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm NH2 ) [1] Khi thay thế một nguyên tử hidro nhóm N(4)H2 bằng các gốc RH khác nhau ta thu được các dẫn xuất của thiosemicacbazit. Ví dụ như 4-phenyl thiosemicacbazit, 4-etyl thiosemicacbazit, 4-metyl thiosemicacbazit,… Khi phân tử thiosemicacbazit hay sản phẩm thế của nó ngưng tụ với các hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất thiosemicacbazon theo sơ đồ 1.) R H R   + + C O + H2N N C NHR'' R' C N N C NHR'' H H R' S O H S R R C N N C NHR'' R' C N N C NHR'' H H2O H R' H S OH H S Phản ứng tiến hành trong môi trường axit theo cơ chế AN. Vì thế trong số các nguyên tử N có thiosemicacbazit cũng như dẫn xuất thế N(4) của nó chỉ có nguyên 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LuËn v¨n tèt nghiÖp HÓA VÔ CƠ tử N(1) là mang điện tích âm nên trong điều kiện bình thường, phản ứng ngưng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hidrazin [4].

Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicabazit: Jesen là người đầu tiên nghiên cứu và tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazit [1]. Trong phức chất của thiosemicacbazit với Cu(II) ông đã chỉ ra rằng: + Trong các hợp chất này thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử S và N của nhóm hidrazin (N(1)H2). + Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển cấu hình từ trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự chuyển nguyên tử H từ nhóm imin (- N(2)H) sang nguyên tử S và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại. Do đó sự tạo thành phức phải xảy ra theo sơ đồ 1.2: NH2 NH2 N N M C C H2N H2N H2N S S NH2 NH N M cis C C NH2 S NH2 H2N S HS NH2 N C M D¹ng thion D¹ng thiol C N H2N S H2N trans Sự tạo phức của thiosemicacbazit.

Cũng trong nghiên cứu phức chất của Ni (II), Cu(II), Pt(II), Pd(II), Co(II) [13,16, 31] , Zn (II) [14] với thiosemicacbazit bằng các phương pháp từ hoá, phổ hấp thụ e, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đưa ra kết luận: liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại được thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N của nhóm N(1)H2; đồng thời khi tạo phức phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis. Theo các tài liệu [8, 13, 23], trong đa số các trường hợp thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis và đóng vai trò như một phối tử hai càng, như vậy có xu hướng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LuËn v¨n tèt nghiÖp HÓA VÔ CƠ thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N(1) của nhóm hidrazin. Để thực hiện sự phối trí kiểu này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình di chuyển nguyên tử H của nhóm N(2)H sang sang nguyên tử S. Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng đóng vòng.

Tuy nhiên trong một số ít các trường hợp do khó khăn về mặt lập thể, thiosemicacbazit 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. Ví dụ điển hình về kiểu phối trí này ta có thể liệt kê là phức thiosemicacbazit của Ag (I), Cu (II), Co(II). Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon: 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 [41] Để làm sáng tỏ cơ chế tác dụng ấy của thiosemicacbazon người ta đã tổng hợp các phức chất của chúng với các kim loại và tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp được. Phức chất của thiosemicacbazon sở dĩ cũng được quan tâm nghiên cứu nhiều bởi tính đang dạng của các hợp chất cacbonyl bởi nó cho phép thay đổi trong một giới hạn rất rộng bản chất các nhóm chức cũng như cấu tạo hình học thiosemicacbazon.

Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại. Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa nguyên tố có khả năng tham gia tạo phức thì phối tử đóng vai trò như phối tử hai càng giống thiosemicacbazit. VD: thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon axetophenon, octanal, menton… M M N S N SH N S N C N N H NH2 NH2 NH2 D¹ng thion D¹ng thiol 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LuËn v¨n tèt nghiÖp HÓA VÔ CƠ Sơ đồ tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R: H, CH3, C2H5, C6H5….) Trong công trình nghiên cứu của mình, các tác giả [3,19,30] đã đưa ra cấu tạo của phức 2 càng giữa Pt (II) với 4-phenyl thiosemicacbazon furaldehit và phức giữa Pd (II) với 4-phenyl thiosemicacbazon 2-axetyl piridin như sau: NH NH S N S N N O N C S N C S H3C Pd CH3 Pt H C N H S N S N S C N O NH N S NH Nếu ở phần hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối trí (D) và nguyên tử này được nối với nguyên tử N-hidrazin (N(1)) qua hai hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường có khuynh hướng thể hiện như 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 (H2thsa hay H2phthsa), isatin (H2this hay H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpy hay H2pthpy)….Trong phức chất của chúng với các ion kim loại Cu2+, Co2+, 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 [1,3,6].

Mô hình tạo phức của các phối tử thiosemicacbazon ba càng và các ví dụ cụ thể đã được các tác giả [1,3] xác định như sau: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LuËn v¨n tèt nghiÖp HÓA VÔ CƠ D D M M hoÆc N S N S N N NH2 H NH2 a) a') H3C O OH2 NH O Cl Cl O HC Ni Cu Pt C N S N S C N S H3C N C N C H N C NH2 H NH2 NH2 b) c) d) Sù t¹o phøc cña thiosemicacbazon 3 cµng vµ c«ng thøc cÊu t¹o cña phøc chÊt gi÷a thiosemicacbazon vµ mét sè kim lo¹i chuyÓn tiÕp. a, a') M« h×nh t¹o phøc cña thiosemicacbazon 3 cµng. Phøc vu«ng ph¼ng Ni(thac). Phøc vu«ng ph¼ng Pt(Hthsa)Cl.

Phøc vu«ng ph¼ng Cu(Hthis)Cl Các thiosemicacbazon bốn càng được điều chế bằng cách ngưng tụ hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử hợp chất đicacbonyl. NH2 N R O R N SH H2N S + N - 2 H2O R' O H NH2 R' N SH N NH2 Sù h×nh thµnh thiosemicacbazon 4 cµng Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho là N, N, S, S và cũng thường có cấu tạo phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng xích đạo của phức chất tạo thành. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LuËn v¨n tèt nghiÖp HÓA VÔ CƠ Một cách khác nữa để tổng hợp các phức chất chứa phối tử bốn càng trên cơ sở thiosemicacbazit là ngưng tụ 2 phân tử hợp chất cacbonyl với một thiosemicacbazit khi có mặt ion kim loại - phản ứng trên khuôn. Trong phản ứng loại này, cả hai nhóm NH2 của thiosemicacbazit đều tham gia phản ứng ngưng tụ.

Trong môi trường kiểm, khi có mặt Vo2+, Ni2+, Cu2+ thiosemicacbazon salixilandehit có khả năng ngưng tụ với salixiandehit theo nitơ có nhóm amit để tạo thành phối tử bốn càng H3thsasal mà ở điều kiện thường phản ứng ngưng tụ phân tử salixiandehit thứ hai này không xảy ra. Công thức chung của các phức chất tạo thành được mô tả dưới đây: O O M HC N N CH N C SR M = VO2+, Ni2+, Cu 2+ ; R = CH 3, C2H 5 , H.