MỞ ĐẦU Phức chất của benzamiđin với các kim loại chuyển tiếp là một lĩnh vực nghiên cứu mới, có nhiều triển vọng và có ý nghĩa lớn về mặt nghiên cứu cơ bản cũng như tiềm năng ứng dụng thực tiễn của chúng. Nhiều phức chất benzamiđin có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn cao. Đặc biệt những nghiên cứu về benzamidin ba càng nhằm phục vụ cho lĩnh vực phát triển thuốc chứa đồng vị phóng xạ, và hiện nay tại Việt Nam chưa được nghiên cứu nhiều. Với mục đích góp phần vào hướng nghiên cứu mới này chúng tôi tập trung nghiên cứu về sự tạo phức của benzamiđin ba càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp là Ni2+, Pd2+.
Công việc của đề tài là tổng hợp phối tử benzamiđin ba càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit, sau đó tổng hợp và nghiên cứu phức chất của chúng. Với mục đích này, bản luận văn bao gồm những nội dung chính sau: 1. Tổng hợp phối tử H2L được chia làm hai phần chính: - Tổng hợp benzimidoyl clorua - Tổng hợp các dẫn xuất 4,4-diankylthiosemicacbazit 2. Tổng hợp phức chất của Pd(II) và Ni(II) với phối tử H2L 3.
Nghiên cứu cấu trúc của H2L, phức chất của Pd(II) và Ni(II) với H2L bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân ( 1H- NMR), phổ khối lượng và phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Giới thiệu về các phối tử benzamiđin 1. Giới thiệu chung Benzamiđin (hình 1.1a) là hợp chất có công thức cấu tạo như sau: Hình 1. Công thức cấu tạo của benzamiđin và benzamiđin hai càng Các dẫn xuất của benzamiđin được tạo thành khi thay thế nguyên tử hidro liên kết với hai nguyên tử nitơ bằng các nhóm thế khác nhau.
Ví dụ như khi thế nguyên tử hiđro trong nhóm imin của benzamiđin bằng nhóm diankylaminothiocacbonyl sẽ tạo nên dẫn xuất diankylaminothiocacbonyl benzamiđin (hình 1. Những hợp chất này là phối tử tạo phức chất vòng càng được sử dụng rất rộng rãi và thường được biết đến với tên ngắn gọn là các benzamiđin hai càng [7]. Giới thiệu về các benzamiđin hai càng Benzamiđin hai càng là tên gọi chung cho những hợp chất như trong hình 1.1b hay các dẫn xuất của nó khi thay thế nguyên tử hidro của nhóm amin bằng một nhóm thế R3 khác, thường R3 là gốc ankyl hay aryl. Các benzamiđin hai càng thường được tổng hợp thông qua hợp chất trung gian là benzimidoyl clorua [7].
Benzamidin hai càng là những phối tử vòng càng tạo phức chất rất tốt với đa số kim loại chuyển tiếp thông qua hai nguyên tử cho là lưu huỳnh và nitơ. Phản ứng tổng hợp benzamiđin hai càng Trong dung dịch, benzamiđin hai càng tồn tại ở một số dạng tautome nằm cân bằng với nhau, trong đó proton có thể định cư trên các nguyên tử N của khung benzamiđin hay trên nguyên tử S của nhóm thioure trong hình 1. Một số dạng tautome của benzamiđin trong dung dịch Các phức chất của benzamiđin hai càng Với cấu trúc mô tả ở trên, khi tạo phức chất các benzamiđin có xu hướng liên kết với ion trung tâm thông qua các nguyên tử cho S và N tạo nên vòng chelat 6 cạnh. Sự tạo vòng càng sáu cạnh thường đi kèm với quá trình tách proton của khung benzamiđin và phối tử có điện tích -1.
Tuy nhiên điện tích âm này không định cư trên một nguyên tử nào mà được giải tỏa đều trên năm nguyên tử phi kim của vòng chelat. Điều này làm tăng độ bền của các phức chất được tạo thành. Trên thực tế, người ta đã biết phức chất của benzamidin với gần hết các kim loại ở cuối dãy kim loại chuyển tiếp thứ nhất và thứ hai [13]. Phức chất của benzamiđin với các kim loại ở đầu dãy, thuộc nhóm IIIB, IVB, VB và các đất hiếm hầu như chưa được nghiên cứu.
Trong những phức chất đã được xác định cấu trúc, benzamiđin có xu hướng tạo phức chất vuông phẳng. Benzamiđin ba càng Các benzamiđin đa càng sẽ tạo thành khi cho bezimidoyl clorua phản ứng với các phối tử amino hai càng (hoặc nhiều càng hơn) như aminophenol, aminometylpyridin… (hình 1. Tuy nhiên, những phản ứng như vậy rất dễ dẫn đến sự đóng vòng nội phân tử hay quá trình nhựa hóa và thường không thu được sản phẩm như mong muốn. Đến cuối năm 2008, những benzamiđin ba càng đầu tiên dẫn xuất từ 2-aminophenol (1), 2-(aminometyl)pyriđin (2) và axit antranilic (3) mới được công bố.
Một năm sau đó các benzamiđin ba càng dẫn xuất từ benzoylhidrazin (4) và thiosemicacbazit (5) tiếp tục được công bố. Benzamiđin ba càng dẫn xuất từ 2-aminophenol (1), 2-(aminometyl)piriđin (2), axit antranilic (3), benzoylhiđrazin (4) và thiosemicacbazit (5) Benzamiđinba càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit H2LE5 : R1=R2 = Et, NR3R4 = NC4H8 H2LE7 : R1=R2 = Et, NR3R4 = NC6H12 H2LM5 : NR1R2 = Morpholin, NR3R4 = NC4H8 H2LM7 : NR1R2 = Morpholin, NR3R4 = NC6H12 Hình 1. Sơ đồ tổng hợp benzamiđin ba càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit Các phối tử benzamiđin ba càng dẫn xuất từ thiosimicacbazit được điều chế từ phản ứng giữa N-[N’,N’-diankylamino (thiocacbonyl)] benzimidoyl clorua với 4,4-diankyl thiosemicacbazit trong môi trường aceton khô. Sản phẩm thu được có thể tách trực tiếp từ hỗn hợp phản ứng, dưới dạng tinh thể đều không màu, tinh khiết [15,18].
Như vậy, bộ khung của các phối tử loại này gồm 2 hợp phần: hợp phần thiosemicacbazit và hợp phần thiourea. Chính sự ảnh hưởng qua lại giữa hai hợp phần này tạo nên các hoạt tính sinh học tốt của chúng [15,18]. Bằng cách thay thế 4 các nhóm ankyl thế R1, R2 ở phần thiourea hoặc các gốc R 3, R4 ở phần thiosemicacbazit, rất nhiều phối tử benzamiđin 3 càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit khác nhau đã được tổng hợp và nghiên cứu. Và các nghiên cứu gần đây [18,21] cho thấy các phối tử benzamiđin ba càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit (H 2L) có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư vú ở người rất mạnh.
Trong dung dịch, các phối tử benzamiđin ba càng cũng tồn tại ở một số dạng tautome nằm cân bằng với nhau, trong đó 2 proton có thể định cư trên các nguyên tử N hay trên nguyên tử S. Các dạng tautome hóa của H2L Tuy nhiên, ở thể rắn, người ta chưa phát hiện được sự tồn tại dạng tautome (B, D, E, F) trong đó proton liên kết với nguyên tử S. Cho đến nay, chỉ hai dạng tautome A và C đã được phân lập và nghiên cứu cấu trúc đơn tinh thể. Vị trí liên kết của 2 proton sẽ quyết định phối tử đó là thiosemicacbazit hay thiosemicacbazon.
Ở dạng tautome A (hình 1.6), nguyên tử N của hợp phần thiosemicacbazit liên kết đơn với nguyên tử cacbon của với hợp phần thioure nên trên nguyên tử N đó vẫn còn 1 proton. Do vậy, khi ở dạng tautome này, phối tử được coi là dẫn xuất thiosemicacbazit. Ngược lại, nếu phối tử tồn tại dạng C (hình 1.6) sẽ được coi là dẫn xuất thiosemicacbazon, vì trong đó nguyên tử N của hợp phần thiosemicacbazit liên kết đôi với nguyên tử cacbon của hợp phần thioure và trên nguyên tử N đó không còn proton nữa. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào các phức chất Pd(II) với của 4 phối tử benzamiđin ba càng dẫn xuất từ thiosemicacbazit: 5 Hình 1.
Phối tử H2LE5 Hình 1. Phối tử H2LE7 Hình 1. Phối tử H2LM5 Hình 1. Phối tử H2LM7 1.
Giới thiệu về kim loại 1. Giới thiệu về Paladi 1. Tính chất chung Paladi là kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm VIIIB, chu kì 5. Cấu hình electron là [Kr]4d105s0 [6].
Cấu hình electron của Pd như vậy là do sự chênh lệch mức năng lượng giữa 4d và 5s nhỏ hơn giữa 3d và 4s và điều này cũng tuân theo quy luật là các obitan có số lượng tử chính càng lớn thì mức năng lượng sẽ càng gần nhau. Trong tự nhiên, Pd thường tồn tại dưới dạng tự sinh, hợp kim tự sinh hay các quặng sunfua, asenua [4]. Pd2+ là một axít mềm, điều này cho phép dự đoán Pd 2+ sẽ tạo phức tốt với các phối tử chứa bazơ mềm như S, N. Các mức oxi hóa có thể có của palađi là 0 trong ([Pd(PPh 3)3]), +1 trong ([Pd2(PMe3)6]2+), +2 trong ([Pd(CN)4]2-), +3 trong (Pd2(hpp)4Cl2), +4 trong ([PdCl6]2-), các mức oxi hóa thường gặp là +2 và +4, trong đó mức +2 bền nhất, các hợp chất đơn giản và phức chất của Pd(II) đều bền.
Các hợp chất đơn giản của Pd(IV) có tính oxi hóa mạnh, dễ chuyển hóa thành hợp chất Pd(II). Các phức chất của Pd(IV) bền hơn so với hợp chất Pd(IV) đơn giản tuy nhiên số lượng của chúng tương đối ít [4]. Khả năng tạo phức chất của Pd(II) Pd(II) có khuynh hướng vượt trội đối với sự tạo thành các phức chất vuông phẳng do tính chất đặc biệt của cấu hình electron d 8. Không những Pd(II) mà cả những nguyên tố nằm cùng nhóm như Ni(II), Pt(II) cũng thể hiện khuynh hướng 6 này.
Tuy nhiên, khuynh hướng đó ở Pd(II) mạnh hơn cả Ni(II), bởi lẽ lực trường phối tử tăng lên nhiều khi chuyển từ nguyên tử trung tâm Ni(II) sang Pd(II) [6]. Sự tách mức năng lượng của các obitan d và sự sắp xếp electron của ion Pd2+(d8) trong trường đối xứng bát diện, bát diện lệch và vuông phẳng Đối với phức chất vuông phẳng của Pd(II), 8 electron được xếp trên 4 obitan dxz, dyz, dxy và d. Trạng thái này có năng lượng thấp hơn nhiều so với trạng thái 2 z trong phức chất bát diện lệch (hình 1. Các phức chất vuông phẳng của Pd (II) không có xu hướng kết hợp thêm phối tử thứ năm, trong khi nguyên tố Ni(II) cùng nhóm lại có xu hướng này.
Điều này dẫn đến cơ chế của phản ứng thế phối tử của các phức chất Pd(II) là S N1 trong khi cơ chế tương ứng ở phức chất Ni(II) là SN2. Trong lý thuyết chung về cấu tạo phức chất, liên kết giữa phối tử với ion trung tâm không thuần túy là cộng hóa trị (thuyết VB) hay thuần túy ion (thuyết trường tinh thể) mà nó là một sự tổ hợp phức tạp của liên kết ion và liên kết cộng hóa trị. Một số phức chất điển hình của Pd(II) 7 a. Phức chất bát diện: PdX2- (X = Cl, Br) , K2[Pd(CN)6], Pd(diars)2I2.
6 Với “diars” là tên viết tắt của o-phenylenbis(đimetylasin): b. Phức chất lưỡng chóp tam giác: [Pd(diars)2Cl]+ c.Phức chất vuông phẳng:[Pd(NH3)4]2+, PdCl2- , [Pd(CN)4]2-. Giới thiệu về Niken 1. Tính chất chung Niken là kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm 10 (nhóm VIII B theo Bảng tuần hoàn cũ), chu kì 4, nằm ở ô 28.
Cấu hình electron là [Ar]3d84s2. Trong tự nhiên, Ni(II) chủ yếu nằm trong các hợp chất với asen, antimon, lưu huỳnh và với sắt trong quặng limonit (Fe,Ni)O(OH) [4], Ni2+ là một axit có độ mềm trung gian. Năng lượng ion hóa của niken: I1 = 7,5 eV, I2 = 16,4 eV, I3 = 35,16 eV.
