TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT Cu(I) VỚI PHỐI TỬ DITHIOCACBAZATE CHỨA PAH

• Tác giả: Đinh Thị Thảo
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Và Nghiên Cứu Phức Chất Cu(I) Với Phối Tử Dithiocacbazate Chứa PAH
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về hợp chất đa vòng thơm PAH
• 1.2. Đặc điểm chung của các PAH
• 1.3. Tính chất chung của antraxen
• 1.4. Tính chất chung của pyren
• 1.5. Hóa học phức chất của PAH
• 1.6. Giới thiệu về đithiocacbazat và phức chất của đithiocacbazat
• 1.6.1. Đithiocacbazit và đithiocacbazat
• 1.6.2. Hóa học phức chất của đithiocacbazat
• 1.7. Khả năng tạo phức của ion Cu(I)
• 1.8. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.8.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.8.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Dụng cụ và hóa chất
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.2.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR
• 2.2.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
• 2.2.4. Phương pháp phổ hấp thụ điện tử (UV-VIS)
• 2.2.5. Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 2.3. Tổng hợp phối tử
• 2.3.1. Tổng hợp phối tử H-RADTZ và H-RPDTZ
• 2.3.2. Tổng hợp phối tử H-MeADTZ
• 2.3.3. Tổng hợp phối tử H-AllADTZ
• 2.3.4. Tổng hợp phối tử H-BnADTZ
• 2.3.5. Tổng hợp phối tử H-MePDTZ
• 2.3.6. Tổng hợp phối tử H-AllPDTZ
• 2.3.7. Tổng hợp phối tử H-BnPDTZ
• 2.4. Tổng hợp phức chất
• 2.4.1. Tổng hợp phức chất CuMeADTZ
• 2.4.2. Tổng hợp phức chất CuAllADTZ
• 2.4.3. Tổng hợp phức chất CuBnADTZ
• 2.4.4. Tổng hợp phức chất CuMePDTZ
• 2.4.5. Tổng hợp phức chất CuAllPDTZ
• 2.4.6. Tổng hợp phức chất CuBnPDTZ
• 3. CHƯƠNG III: THẢO LUẬN VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. Tổng hợp phối tử và phức chất
• 3.1.1. Tổng hợp phối tử đithiocacbazat
• 3.1.2. Tổng hợp phức chất kim loại Cu(I)
• 3.2. Nghiên cứu phối tử và phức chất bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 3.2.1. Phổ IR của phối tử
• 3.2.2. Phổ IR của phức chất
• 3.3. Nghiên cứu phối tử và phức chất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR
• 3.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của phối tử H-RADTZ
• 3.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của phối tử H-RPDTZ
• 3.3.3. Nghiên cứu các phức chất Cu(I) với phối tử H-RADTZ bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR
• 3.3.4. Nghiên cứu các phức chất của Cu(I) với phối tử H-RPDTZ bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR
• 3.4. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng (ESI+MS)
• 3.5. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
• 3.6. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ UV-Vis
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Phức Chất Cu I Dithiocacbazate PAH 55

Nghiên cứu về phức chất Cu(I) với phối tử Dithiocacbazate chứa PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực Hóa học phối trí. Các phức chất này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi, từ kháng khuẩn, kháng nấm, diệt côn trùng đến chống lại tế bào ung thư và xúc tác hóa học. Đặc biệt, khả năng phối trí linh hoạt của Cu(I) với phối tử Dithiocacbazate thông qua nguyên tử N và S tạo ra nhiều phức chất đơn nhân và đa nhân có cấu trúc đa dạng. Ngoài ra, antraxen và pyren, hai loại PAH điển hình, mang lại những tính chất quang lý đặc biệt cho phức chất như khả năng hấp thụ ánh sáng và phát huỳnh quang mạnh. Các công trình nghiên cứu về loại phức chất này còn rất mới mẻ ở Việt Nam, mở ra nhiều cơ hội khám phá và ứng dụng tiềm năng. Theo tài liệu gốc, phức chất Cu(I) có khả năng tương tác tốt với các phân tử sinh học như protein và axit nucleic.

1.1. Giới thiệu về Hợp chất Đa Vòng Thơm PAH Tổng quan

Hợp chất đa vòng thơm (PAH) là hợp chất hữu cơ chứa các vòng thơm liên kết với nhau, không chứa dị tố. Được sinh ra từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn của nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, gỗ. PAH được chia làm 2 nhóm: phân tử nhỏ (ít hơn hoặc bằng 6 vòng thơm) và phân tử lớn (nhiều hơn 6 vòng thơm). PAH tan kém trong nước do tương tác liên phân tử π-π lớn, nhưng khi gắn các nhóm thế hữu cơ, độ tan tăng lên. PAH kém bền, dễ bị oxi hóa do hệ liên hợp π kéo dài, làm khoảng cách HOMO-LUMO rút ngắn. Tuy nhiên, PAH có nhiều tính chất đặc biệt như hấp thụ quang, khả năng oxi hóa, huỳnh quang cao, thu hút sự chú ý của các nhà khoa học.

1.2. Vai trò của Antraxen và Pyren trong Phức chất Cu I

Antraxen và Pyren là những PAH điển hình, đóng vai trò quan trọng trong phức chất Cu(I). Antraxen có cấu trúc ba vòng benzen ngưng tụ, bền nhiệt, có khả năng phát huỳnh quang. Khi gắn các nhóm thế hữu cơ, tính chất quang của antraxen thay đổi đáng kể. Pyren (C16H10) có khả năng phát quang đa dạng, thời gian phát quang kéo dài. Những nghiên cứu gần đây cho thấy pyren còn được sử dụng trong các thiết bị điốt phát quang hữu cơ OLED. Tính chất quang học nổi bật như hiệu suất lượng tử huỳnh quang cao, thời gian tồn tại huỳnh quang dài.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Phức Chất Cu I PAH Hiện Nay 58

Mặc dù có tiềm năng lớn, việc nghiên cứu phức chất Cu(I) với Dithiocacbazate chứa PAH vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Tính chất phức tạp của các phối tử PAH, độ tan kém của một số hợp chất, và sự nhạy cảm của phức chất với môi trường có thể gây khó khăn trong quá trình tổng hợp và đặc trưng hóa. Bên cạnh đó, việc kiểm soát cấu trúc và tính chất của phức chất, đặc biệt là khả năng phát quang, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế tương tác giữa các thành phần. Việc tìm kiếm các ứng dụng thực tế cho phức chất Cu(I) trong các lĩnh vực như y học và vật liệu cũng cần nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơn. Theo tài liệu gốc, sự phát xạ lân quang của Pyren rất nhạy với oxi.

2.1. Độ Tan Hạn Chế của Phức Chất chứa PAH

Độ tan kém của một số phức chất chứa PAH là một thách thức lớn. Tương tác liên phân tử π-π mạnh giữa các vòng thơm làm giảm khả năng hòa tan trong nhiều dung môi. Để khắc phục, cần gắn thêm các nhóm thế hữu cơ vào phân tử PAH để tăng độ tan, hoặc sử dụng các dung môi đặc biệt. Tuy nhiên, việc thay đổi cấu trúc PAH có thể ảnh hưởng đến tính chất của phức chất.

2.2. Ổn Định và Độ Bền của Phức Chất Cu I Dithiocacbazate

Phức chất Cu(I) dễ bị oxi hóa, đặc biệt trong môi trường có không khí. Điều này ảnh hưởng đến độ bền và tính ổn định của phức chất. Để tăng độ bền, cần thực hiện tổng hợp và bảo quản trong điều kiện trơ, sử dụng các chất khử để duy trì trạng thái oxi hóa +1 của Cu(I), và nghiên cứu các phương pháp bảo vệ phức chất khỏi tác động của môi trường.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Phức Chất Cu I Dithiocacbazate PAH 60

Tổng hợp phức chất Cu(I) với phối tử Dithiocacbazate chứa PAH đòi hỏi quy trình cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và độ tinh khiết. Phương pháp phổ biến bao gồm phản ứng giữa muối Cu(I) với phối tử Dithiocacbazate đã được gắn với PAH, thường được thực hiện trong dung môi hữu cơ dưới điều kiện trơ. Việc lựa chọn dung môi, nhiệt độ, và thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn đến kết quả. Các phương pháp đặc trưng hóa như phổ IR, NMR, UV-Vis, và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của phức chất. Việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp là rất quan trọng để thu được phức chất với các tính chất mong muốn. Theo tài liệu gốc, phản ứng giữa uranyl axetat dihydrat (VI) với axit antraxen‐9‐cacboxylic với tỷ lệ phối tử và uranyl axetat được thay đổi trong các dung môi khác nhau.

3.1. Tổng hợp Phối Tử Dithiocacbazate Chứa PAH

Việc tổng hợp phối tử Dithiocacbazate đã được gắn với PAH là bước quan trọng. Phản ứng Schiff base thường được sử dụng để gắn nhóm Dithiocacbazate vào vòng PAH. Các nhóm thế trên vòng PAH có thể được điều chỉnh để thay đổi tính chất của phối tử. Việc lựa chọn và tối ưu hóa các điều kiện phản ứng là cần thiết để đạt hiệu suất cao.

3.2. Phản Ứng Tạo Phức Giữa Cu I và Phối Tử

Phản ứng giữa muối Cu(I) và phối tử Dithiocacbazate-PAH thường được thực hiện trong môi trường trơ để tránh oxi hóa Cu(I). Các dung môi như acetonitrile, dichloromethane, hoặc tetrahydrofuran thường được sử dụng. Nhiệt độ và thời gian phản ứng cần được kiểm soát để tối ưu hóa hiệu suất và tránh các phản ứng phụ. Việc sử dụng các chất khử có thể giúp duy trì trạng thái oxi hóa +1 của Cu(I).

IV. Đặc Trưng Hóa Cấu Trúc và Tính Chất Phức Chất 60

Việc đặc trưng hóa phức chất Cu(I) với Dithiocacbazate chứa PAH là bước quan trọng để xác định cấu trúc và tính chất của chúng. Các phương pháp phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ hấp thụ điện tử (UV-Vis), và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể cung cấp thông tin chi tiết về thành phần, cấu trúc, và tính chất quang lý của phức chất. Phân tích các dữ liệu phổ cho phép xác định kiểu phối trí của phối tử Dithiocacbazate với Cu(I), sự tương tác giữa PAH và Cu(I), và các tính chất khác như độ bền nhiệt và khả năng phát quang. Tài liệu gốc đề cập đến phổ hấp thụ UV-Vis đặc trưng cho hệ liên hợp π-π trong phân tử.

4.1. Sử Dụng Phổ IR và NMR để Phân Tích Cấu Trúc Phức Chất

Phổ IR cung cấp thông tin về các nhóm chức trong phức chất, giúp xác định sự có mặt của các liên kết đặc trưng của phối tử Dithiocacbazate và PAH. Phổ NMR cung cấp thông tin về môi trường hóa học của các nguyên tử trong phức chất, giúp xác định kiểu phối trí và sự thay đổi cấu trúc sau khi tạo phức. Phân tích phổ IR và NMR kết hợp giúp xác định cấu trúc của phức chất một cách chính xác.

4.2. Nhiễu Xạ Tia X Xác Định Cấu Trúc Tinh Thể Phức Chất

Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể là phương pháp mạnh mẽ để xác định cấu trúc tinh thể của phức chất. Phương pháp này cung cấp thông tin chi tiết về vị trí của các nguyên tử trong phức chất, độ dài liên kết, góc liên kết, và các tương tác giữa các phân tử trong tinh thể. Dữ liệu nhiễu xạ tia X giúp xác định cấu trúc ba chiều của phức chất và hiểu rõ hơn về tính chất của chúng.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng của Phức Chất Cu I Dithiocacbazate PAH 57

Phức chất Cu(I) với phối tử Dithiocacbazate chứa PAH có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Khả năng phát quang của phức chất có thể được sử dụng trong các thiết bị phát quang, cảm biến huỳnh quang, và vật liệu hiển thị. Tính chất xúc tác của Cu(I) có thể được khai thác trong các phản ứng hữu cơ. Khả năng tương tác với các phân tử sinh học mở ra cơ hội ứng dụng trong y học, như phát triển các chất kháng khuẩn, kháng ung thư, và các tác nhân chẩn đoán. Nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng của phức chất này có thể mang lại những đột phá quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Tài liệu gốc đề cập đến khả năng phát quang của pyren được dùng để phát hiện các oligomer trong khảo sát cấu trúc DNA.

5.1. Ứng Dụng trong Phát Quang và Cảm Biến

Khả năng phát quang của phức chất Cu(I)-Dithiocacbazate-PAH có thể được sử dụng trong các thiết bị phát quang hữu cơ (OLED), vật liệu hiển thị, và cảm biến huỳnh quang. Sự thay đổi tính chất phát quang khi tương tác với các chất phân tích có thể được sử dụng để phát triển các cảm biến chọn lọc và nhạy.

5.2. Triển Vọng trong Xúc Tác Hóa Học và Y Học

Cu(I) là một trung tâm kim loại có hoạt tính xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ. Phức chất Cu(I)-Dithiocacbazate-PAH có thể được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng như phản ứng ghép đôi, phản ứng vòng hóa, và phản ứng oxi hóa. Khả năng tương tác với các phân tử sinh học mở ra cơ hội ứng dụng trong y học, như phát triển các chất kháng khuẩn, kháng ung thư, và các tác nhân chẩn đoán. Các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm sử dụng trong các hệ thống phân phối thuốc và các vật liệu sinh học.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Phức Chất Cu I PAH 53

Nghiên cứu về phức chất Cu(I) với phối tử Dithiocacbazate chứa PAH đã đạt được nhiều tiến bộ, nhưng vẫn còn nhiều tiềm năng chưa được khám phá. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả, đặc trưng hóa cấu trúc và tính chất, và khám phá các ứng dụng mới là những hướng nghiên cứu quan trọng trong tương lai. Sự kết hợp giữa hóa học phối trí, hóa học vật liệu, và sinh học có thể mang lại những kết quả đột phá trong lĩnh vực này. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tương tác giữa phức chất và môi trường sẽ giúp tối ưu hóa tính chất và ứng dụng của chúng. Theo tài liệu gốc, các phức chất loại này chứa các phối tử có nhân antraxen và pyren vẫn còn rất nhiều tiềm năng nghiên cứu.

6.1. Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Phức Chất cho Ứng Dụng

Việc điều chỉnh cấu trúc của phức chất Cu(I)-Dithiocacbazate-PAH thông qua thay đổi phối tử Dithiocacbazate và PAH có thể tối ưu hóa tính chất của chúng cho các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, thay đổi nhóm thế trên vòng PAH có thể ảnh hưởng đến khả năng phát quang, độ tan, và khả năng tương tác với các phân tử khác.

6.2. Nghiên Cứu Tương Tác Phức Chất với Môi Trường

Nghiên cứu về tương tác giữa phức chất Cu(I)-Dithiocacbazate-PAH và môi trường là cần thiết để hiểu rõ hơn về độ bền, tính ổn định, và khả năng hoạt động của chúng trong các điều kiện khác nhau. Các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, pH, và sự có mặt của các chất khác có thể ảnh hưởng đến tính chất của phức chất. Nghiên cứu sâu hơn về các tương tác này sẽ giúp phát triển các phương pháp bảo vệ và ổn định phức chất, mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng.

Tổng quan nghiên cứu

Hợp chất đa vòng thơm (PAH) là nhóm hợp chất hữu cơ có cấu trúc gồm nhiều vòng thơm liên kết với nhau, nổi bật với các dẫn xuất như antraxen và pyren. PAH có tính chất quang học đặc biệt như khả năng hấp thụ ánh sáng và phát huỳnh quang mạnh, được ứng dụng rộng rãi trong vật liệu phát quang, thiết bị điện tử và cảm biến sinh học. Tuy nhiên, PAH thường có độ tan kém và dễ bị oxi hóa, gây khó khăn trong nghiên cứu và ứng dụng. Đặc biệt, phối tử đithiocacbazat chứa nhân PAH như antraxen và pyren có khả năng tạo phức chất đa dạng với các ion kim loại chuyển tiếp, trong đó phức chất Cu(I) được quan tâm do tính linh hoạt trong phối trí và khả năng tương tác sinh học.

Luận văn tập trung vào tổng hợp và nghiên cứu phức chất Cu(I) với phối tử đithiocacbazat chứa PAH, nhằm làm rõ cấu trúc và tính chất của các phức chất này. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2021-2022 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Mục tiêu chính là tổng hợp các phối tử đithiocacbazat chứa antraxen và pyren, sau đó tạo phức chất với Cu(I) và phân tích cấu trúc bằng các phương pháp phổ hiện đại và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Kết quả nghiên cứu góp phần mở rộng hiểu biết về hóa học phối trí của Cu(I) với phối tử bazơ Schiff chứa PAH, đồng thời tạo nền tảng cho ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu phát quang và sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hóa học phối trí của đithiocacbazat: Phối tử đithiocacbazat có cấu trúc N2S2, phối trí linh hoạt qua nguyên tử nitơ (N) và lưu huỳnh (S), có khả năng tạo phức với nhiều kim loại chuyển tiếp. Sự tautomer hóa giữa dạng thion và thiol ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất phức chất.

• Tính chất quang học của PAH: Antraxen và pyren là PAH điển hình với hệ liên hợp π mở rộng, có phổ hấp thụ UV-Vis đặc trưng và khả năng phát huỳnh quang mạnh. Việc gắn các nhóm thế dị tố lên nhân PAH làm thay đổi tính chất quang học và khả năng tạo phức.

• Cấu trúc và hình học phức chất Cu(I): Ion Cu(I) có số phối trí từ 3 đến 8, hình học đa dạng (tứ diện lệch, vuông phẳng...), phối trí qua nguyên tử N và S của phối tử đithiocacbazat. Tương tác Cu(I)-Cu(I) và các tương tác π-π giữa vòng thơm ảnh hưởng đến sự ổn định và tính chất của phức chất.

Các khái niệm chính bao gồm: phối tử bazơ Schiff, tautomer hóa, phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR), phổ khối lượng (MS), phổ hấp thụ điện tử (UV-Vis), và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các mẫu phối tử đithiocacbazat chứa antraxen và pyren tổng hợp trong phòng thí nghiệm, cùng các phức chất Cu(I) được tạo thành từ phối tử này.

• Phương pháp tổng hợp: Phối tử được tổng hợp qua phản ứng ngưng tụ giữa antrađehit hoặc pyrencacbanđehit với đithiocacbazit trong điều kiện tối và tủ hút để tránh phân hủy PAH. Phức chất Cu(I) được tổng hợp bằng phản ứng phối trí với Cu(PPh3)2NO3 trong dung môi etanol hoặc axeton, có hoặc không sử dụng bazơ (trietylamin) để thúc đẩy tách proton.

• Phương pháp phân tích:

  • Phổ IR để xác định các nhóm chức và sự phối trí của kim loại.
  • Phổ 1H-NMR và 31P-NMR để nghiên cứu cấu trúc phối tử và phức chất.
  • Phổ khối lượng ESI+ để xác định thành phần phân tử.
  • Phổ UV-Vis để khảo sát tính chất quang học.
  • Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể để xác định cấu trúc tinh thể và hình học phức chất.

• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu thực hiện trên khoảng 6 phối tử và 12 phức chất Cu(I) tương ứng, trong thời gian từ đầu 2021 đến cuối 2022. Mẫu được chọn theo phương pháp thuận tiện, đảm bảo tính đại diện cho các phối tử chứa nhân antraxen và pyren.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công phối tử đithiocacbazat chứa PAH: Các phối tử H-MeADTZ, H-AllADTZ, H-BnADTZ (chứa antraxen) và H-MePDTZ, H-AllPDTZ, H-BnPDTZ (chứa pyren) được tổng hợp với độ tinh khiết cao, kết tinh màu vàng hoặc vàng cam, tan tốt trong các dung môi hữu cơ như DCM, DMF, DMSO. Phổ IR cho thấy sự xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng của liên kết CH=N (1550-1591 cm⁻¹) và C=S (1302-1325 cm⁻¹), chứng minh sự hình thành phối tử.

2. Tổng hợp phức chất Cu(I) với phối tử đithiocacbazat: Phức chất CuMeADTZ, CuAllADTZ, CuBnADTZ, CuMePDTZ, CuAllPDTZ, CuBnPDTZ được tạo thành với tỉ lệ mol 1:1, kết tinh trong dung môi etanol hoặc hỗn hợp CH3OH/CH2Cl2. Phổ IR của phức chất không còn tín hiệu NH (3049-3146 cm⁻¹), cho thấy phối tử đã deproton hóa khi tạo phức. Dải hấp thụ C=N và C=S dịch chuyển về tần số thấp hơn, xác nhận sự phối trí qua nguyên tử N và S.

3. Cấu trúc tinh thể và hình học phức chất: Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể cho thấy phức chất Cu(I) có hình học tứ diện lệch quanh tâm kim loại, với sự biến dạng tăng theo kích thước nhóm thế trên phối tử. Tương tác π-π giữa các vòng thơm PAH góp phần ổn định cấu trúc phức chất. Các phức chất có màu sắc từ vàng đến cam, phù hợp với tính chất quang học của PAH.

4. Tính chất quang học: Phổ UV-Vis của phối tử và phức chất cho thấy dải hấp thụ đặc trưng của hệ liên hợp π-π trong vùng 300-400 nm (antraxen) và 310-340 nm (pyren). Phức chất Cu(I) có sự dịch chuyển dải hấp thụ và thay đổi hệ số hấp thụ mol, phản ánh sự tương tác giữa Cu(I) và phối tử. Các phức chất có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang và cảm biến sinh học.

Thảo luận kết quả

Sự thành công trong tổng hợp phối tử đithiocacbazat chứa PAH và phức chất Cu(I) khẳng định tính khả thi của phương pháp tổng hợp trong điều kiện thiếu sáng và tủ hút nhằm bảo vệ cấu trúc PAH. Việc deproton hóa phối tử khi tạo phức là cơ chế phổ biến, giúp tăng cường liên kết phối trí qua nguyên tử N và S, tương tự các nghiên cứu trước đây về phức chất đithiocacbazat với kim loại chuyển tiếp.

Cấu trúc tứ diện lệch của phức chất Cu(I) phù hợp với đặc điểm phối trí của ion Cu+ có số phối trí 4, đồng thời tương tác π-π giữa các vòng thơm PAH góp phần ổn định cấu trúc và ảnh hưởng đến tính chất quang học. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả này bổ sung thêm dữ liệu về phức chất Cu(I) với phối tử bazơ Schiff chứa PAH, đặc biệt là các phối tử có nhóm thế metyl, allyl và benzyl.

Phổ UV-Vis và IR cho thấy sự thay đổi rõ rệt khi tạo phức, minh chứng cho sự phối trí thành công và ảnh hưởng của kim loại đến hệ liên hợp π. Các phức chất này có thể được ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu phát quang, cảm biến sinh học và xúc tác, mở ra hướng nghiên cứu mới tại Việt Nam trong lĩnh vực hóa học phối trí và vật liệu chức năng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phổ IR, phổ UV-Vis so sánh phối tử và phức chất, bảng tổng hợp dải hấp thụ đặc trưng, cùng hình ảnh cấu trúc tinh thể từ nhiễu xạ tia X để minh họa rõ ràng các phát hiện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng nghiên cứu phối tử đithiocacbazat chứa PAH với các nhóm thế khác nhau: Thực hiện tổng hợp phối tử với các nhóm thế có tính điện tử và kích thước khác biệt để khảo sát ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất phức chất. Thời gian thực hiện 1-2 năm, do các nhóm nghiên cứu hóa vô cơ và vật liệu chức năng đảm nhận.

2. Nghiên cứu ứng dụng phức chất Cu(I) trong vật liệu phát quang và cảm biến sinh học: Thử nghiệm tính phát quang, độ nhạy và chọn lọc của phức chất trong các môi trường sinh học và hóa học. Mục tiêu nâng cao hiệu suất phát quang và khả năng nhận biết ion kim loại. Thời gian 1 năm, phối hợp giữa khoa Hóa học và Khoa Sinh học.

3. Phát triển quy trình tổng hợp phức chất Cu(I) quy mô lớn và ổn định: Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp, tăng năng suất và độ tinh khiết sản phẩm để phục vụ nghiên cứu ứng dụng và sản xuất. Thời gian 6-12 tháng, do phòng thí nghiệm hóa vô cơ thực hiện.

4. Khảo sát tính bền vững và hoạt tính sinh học của phức chất Cu(I): Đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng ung thư và độc tính của phức chất trên các dòng tế bào và vi sinh vật. Mục tiêu phát triển dược liệu hoặc vật liệu y sinh mới. Thời gian 1-2 năm, phối hợp với các trung tâm nghiên cứu y sinh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Hóa vô cơ và Hóa vật liệu: Luận văn cung cấp phương pháp tổng hợp phối tử và phức chất, kỹ thuật phân tích phổ hiện đại, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng thực nghiệm.

2. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học phối trí và vật liệu phát quang: Tài liệu tham khảo về cấu trúc và tính chất phức chất Cu(I) với phối tử bazơ Schiff chứa PAH, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu mới.

3. Chuyên gia phát triển vật liệu cảm biến và thiết bị điện tử hữu cơ: Kết quả nghiên cứu về tính chất quang học và cấu trúc phức chất có thể ứng dụng trong thiết kế vật liệu phát quang và cảm biến sinh học.

4. Doanh nghiệp và phòng thí nghiệm sản xuất vật liệu chức năng và dược phẩm: Thông tin về quy trình tổng hợp và tính chất phức chất Cu(I) hỗ trợ phát triển sản phẩm mới trong lĩnh vực vật liệu nano, xúc tác và y học.

Câu hỏi thường gặp

1. Phối tử đithiocacbazat chứa PAH có đặc điểm gì nổi bật?
   Phối tử này có cấu trúc N2S2 với nhân PAH như antraxen hoặc pyren, mang tính chất quang học đặc biệt và khả năng phối trí linh hoạt qua nguyên tử N và S, tạo phức chất đa dạng với kim loại chuyển tiếp.

2. Tại sao cần thực hiện tổng hợp trong điều kiện thiếu sáng và tủ hút?
   PAH dễ bị phân hủy dưới ánh sáng và oxi hóa, nên tổng hợp trong điều kiện thiếu sáng và tủ hút giúp bảo vệ cấu trúc PAH, đảm bảo độ tinh khiết và hiệu quả phản ứng.

3. Phương pháp nào được sử dụng để xác định cấu trúc phức chất Cu(I)?
   Phổ IR, 1H-NMR, 31P-NMR, phổ khối lượng ESI+ và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể được sử dụng để xác định cấu trúc hóa học, hình học và thành phần phân tử của phức chất.

4. Phức chất Cu(I) với phối tử đithiocacbazat có ứng dụng gì?
   Chúng có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang, cảm biến sinh học, xúc tác hóa học và có thể phát triển thành dược liệu kháng khuẩn, kháng ung thư.

5. Làm thế nào để tối ưu hóa quy trình tổng hợp phức chất Cu(I)?
   Cần điều chỉnh tỉ lệ mol, nhiệt độ, dung môi và sử dụng bazơ phù hợp để tăng năng suất, độ tinh khiết và ổn định sản phẩm, đồng thời giảm thiểu phân hủy phối tử và phức chất.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công 6 phối tử đithiocacbazat chứa nhân antraxen và pyren với độ tinh khiết cao, tan tốt trong dung môi hữu cơ.
• Phức chất Cu(I) với phối tử này được tạo thành với tỉ lệ mol 1:1, có cấu trúc tứ diện lệch và tương tác π-π ổn định.
• Phổ IR, 1H-NMR, MS và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể xác nhận sự phối trí qua nguyên tử N và S, cùng sự deproton hóa phối tử khi tạo phức.
• Tính chất quang học của phức chất có sự thay đổi rõ rệt so với phối tử, mở ra tiềm năng ứng dụng trong vật liệu phát quang và cảm biến sinh học.
• Nghiên cứu đặt nền tảng cho các hướng phát triển tiếp theo về tổng hợp, ứng dụng vật liệu và hoạt tính sinh học của phức chất Cu(I) chứa PAH.

Tiếp theo, cần triển khai nghiên cứu ứng dụng và tối ưu quy trình tổng hợp quy mô lớn. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm phối hợp phát triển để khai thác tiềm năng của phức chất này.