I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tính Chất Hóa Học tại ĐHQGHN
Nghiên cứu các phức chất của thiosemicarbazon với các kim loại chuyển tiếp đang thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà hóa học, dược học và sinh học trong và ngoài nước. Các đề tài trong lĩnh vực này rất phong phú do sự đa dạng về thành phần, cấu tạo, kiểu phản ứng và khả năng ứng dụng của các thiosemicarbazon. Hàng năm có rất nhiều công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, đặc biệt là hoạt tính chống ung thư của các phức chất thiosemicarbazon và dẫn xuất của chúng đã được công bố. Ngày nay, các công trình nghiên cứu về phối tử thiosemicarbazon vẫn đang phát triển nhằm tìm kiếm ra các hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Ngoài các hoạt tính sinh học, người ta còn khảo sát một số ứng dụng khác của thiosemicarbazon trong lĩnh vực công nghệ hóa như tính chất điện hóa, hoạt tính xúc tác, khả năng ức chế ăn mòn kim loại…
1.1. Giới thiệu về Phối Tử Thiosemicarbazon
Thiosemicarbazon 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). Phương pháp tổng hợp thiosemicarbazon chủ yếu là cho thiosemicarbazit ngưng tụ với một xeton hoặc một andehit. Khả năng hoạt động và hoạt tính sinh học của thiosemicarbazon nằm ở các nhóm thế 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 thiosemicarbazon bằng các phương pháp. Các nghiên cứu cho thấy cấu trúc, hóa lập thể, liên kết hóa học trong các hợp chất của thiosemicarbazon có liên quan trực tiếp đến khả năng hoạt động và các 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.
1.2. Ứng Dụng của Thiosemicarbazon và Phức Chất
Các phức chất của thiosemicarbazon 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 thiosemicarbazon và phức chất của chúng có tiềm năng lớn. Domagk là người đầu tiên phát hiện ra các hoạt tính sinh học của thiosemicarbazon. Sau đó hàng loạt các tác giả cũng đưa ra các kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicarbazon và phức của chúng. Phát hiện đầu tiên có ý nghĩa của thiosemicarbazon phải kể đến là hoạt tính diệt vi trùng lao. Hiện nay p-axetaminobenzadehit thiosemicarbazon (thiatetazon – TB1) được xem là thuốc điều trị bệnh lao đặc nhiệm nhất hiện nay.
II. Kim Loại Chuyển Tiếp và Khả Năng Tạo Phức tại ĐHQGHN
Niken thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB; Paladi 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 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.
2.1. Giới Thiệu Kim Loại Niken Paladi Đồng Kẽm
Trong liên kết tạo phức Pd(II) có khả năng tạo phức chất với hầu hết các 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.
2.2. Khả Năng Tạo Phức của Kim Loại Chuyển Tiếp
Kim loại chuyển tiếp có phân lớp d đang được điền dần các electron (ở đây chỉ xét các nguyên tố phân nhóm d), chúng có nhiều trạng thái oxi hóa và có các trạng thái oxi hóa cao, dễ tham gia hình thành liên kết cộng hóa trị với các nguyên tố khác bằng cách góp chung electron hoặc nhận các cặp electron để tạo cấu hình bền vững; đôi khi còn có các trường hợp cho đi cặp electron làm tăng độ bền trong hợp chất. Chính vì thế chúng có khả năng dễ dàng tham gia vào tạo các hợp chất phức bền vững với các phối tử hữu cơ. Hóa học phức chất của thiosemicarbazon với các kim loại chuyển tiếp được mở đầu bằng phát hiện hoạt tính kháng khuẩn trong bệnh Lao của thiosemicarbazon do Domagk phát hiện ra vào năm 1946.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Phối Tử và Phức Chất tại ĐHQGHN
Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại, năng lượng phân tử tăng lên 8-40 KJ/mol, đây chính là khoảng năng lượng tương ứng với tần số của dao động biến dạng và dao động quay của các liên kết trong hợp chất công hóa trị. Sự hấp thụ xảy ra khi tần số của tia tới bằng với tần số dao động riêng của một liên kết nào đó trong phân tử. Tần số dao động riêng của các liên kết trong phân tử được tính theo công thức. Như vậy mỗi liên kết có một tần số dao động riêng xác định, phụ thuộc vào bản chất các nguyên tố tham gia tạo liên kết phối trí với các kim, các dải hấp thụ của các nhóm đang xét dịch chuyển về vị trí và thay đổi về cường độ. Từ đó ta thu được một số thông tin về mô hình tạo phức của phối tử.
3.1. Phương Pháp Phổ Hấp Thụ Hồng Ngoại IR
Phổ hồng ngoại sớm đã được sử dụng trong việc nghiên cứu các thiosemicarbazon cũng như phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp. Tuy nhiên, do cấu tạo phức tạp của các hợp chất thiosemicarbazon mà các tính toán lý thuyết để đưa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn. Vì vậy việc quy kết các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất của chúng còn chủ yếu dựa vào phương pháp gần đúng dao động nhóm. Hiện nay, sự quy kết các dải hấp thụ trong phổ của các...
3.2. Phương Pháp Phổ Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân NMR
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một kỹ thuật phân tích mạnh mẽ được sử dụng để xác định cấu trúc và động học của phân tử. Nguyên tắc cơ bản của NMR dựa trên sự hấp thụ năng lượng tần số vô tuyến (RF) của các hạt nhân nguyên tử khi chúng được đặt trong một từ trường mạnh. Các hạt nhân có spin không bằng không (ví dụ: 1H, 13C, 15N, 19F, 31P) có thể hấp thụ năng lượng RF và chuyển từ trạng thái spin thấp sang trạng thái spin cao. Tần số hấp thụ phụ thuộc vào môi trường hóa học xung quanh hạt nhân, do đó cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử.
IV. Nghiên Cứu Phối Tử HL1 và Phức Chất Kim Loại tại ĐHQGHN
Nghiên cứu phối tử HL1 và phức chất các ion kim loại Ni(II), Cu(II), Pd(II). Nghiên cứu phức phức chất [CuL12] bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự hình thành phức chất và cấu trúc của chúng. Các phân tích phổ hồng ngoại và NMR cũng được thực hiện để xác định các đặc tính của phối tử và phức chất.
4.1. Tổng Hợp và Xác Định Cấu Trúc Phức Chất CuL12
Phức chất [CuL12] được tổng hợp từ phản ứng giữa phối tử HL1 và muối đồng (II). Cấu trúc của phức chất được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Kết quả cho thấy ion đồng (II) được phối trí bởi hai phối tử HL1, tạo thành một phức chất có cấu trúc tứ diện.
4.2. Phân Tích Phổ Hồng Ngoại và NMR của Phức Chất CuL12
Phổ hồng ngoại của phức chất [CuL12] cho thấy sự thay đổi vị trí và cường độ của các dải hấp thụ đặc trưng của phối tử HL1, chứng tỏ sự phối trí của phối tử với ion đồng (II). Phổ NMR của phức chất cũng cung cấp thông tin về môi trường hóa học xung quanh các nguyên tử trong phức chất.
V. Nghiên Cứu Phối Tử H2L và Phức Chất Kim Loại tại ĐHQGHN
Nghiên cứu phối tử H2L và phức chất các ion kim loại Ni(II), Pd(II), Cu(II), Zn(II). Nghiên cứu phức phức chất [CuL]2 bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự hình thành phức chất và cấu trúc của chúng. Các phân tích phổ hồng ngoại và NMR cũng được thực hiện để xác định các đặc tính của phối tử và phức chất.
5.1. Tổng Hợp và Xác Định Cấu Trúc Phức Chất CuL 2
Phức chất [CuL]2 được tổng hợp từ phản ứng giữa phối tử H2L và muối đồng (II). Cấu trúc của phức chất được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Kết quả cho thấy ion đồng (II) được phối trí bởi hai phối tử H2L, tạo thành một phức chất có cấu trúc vuông phẳng.
5.2. Phân Tích Phổ Hồng Ngoại và NMR của Phức Chất CuL 2
Phổ hồng ngoại của phức chất [CuL]2 cho thấy sự thay đổi vị trí và cường độ của các dải hấp thụ đặc trưng của phối tử H2L, chứng tỏ sự phối trí của phối tử với ion đồng (II). Phổ NMR của phức chất cũng cung cấp thông tin về môi trường hóa học xung quanh các nguyên tử trong phức chất.
VI. Ứng Dụng và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Hóa Học tại ĐHQGHN
Các nghiên cứu về phức chất thiosemicarbazon và các kim loại chuyển tiếp có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm y học, dược học, công nghiệp và môi trường. Các phức chất này có thể được sử dụng làm thuốc chống ung thư, thuốc kháng khuẩn, chất xúc tác và vật liệu mới. Hướng phát triển của nghiên cứu hóa học tại ĐHQGHN tập trung vào việc tổng hợp và nghiên cứu các hợp chất mới có hoạt tính sinh học cao và ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau.
6.1. Ứng Dụng của Phức Chất Thiosemicarbazon trong Y Học
Các phức chất thiosemicarbazon có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư, bệnh nhiễm trùng và các bệnh khác. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hoạt tính chống ung thư của các phức chất này đối với nhiều loại tế bào ung thư khác nhau.
6.2. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Hóa Học Bền Vững
Nghiên cứu hóa học bền vững tập trung vào việc phát triển các quy trình và sản phẩm hóa học thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu này có thể giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của ngành công nghiệp hóa chất đối với môi trường.
