Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp, nghiên cứu các phức chất của Fe(II) và Co(II) với một số dẫn xuất của thiosemicacbazon
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.66 MB, 75 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Văn Luận
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT
CỦA Fe(II) VÀ Co(II) VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT
CỦA THIOSEMICACBAZON
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Văn Luận
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT
CỦA Fe(II) VÀ Co(II) VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT
CỦA THIOSEMICACBAZON
Chuyên ngành
Mã Số
: Hóa vô cơ
: 60440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. Trịnh Ngọc Châu
Hà Nội 2014
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Ngọc
Châu, đã giao đề tài và đã trực tiếp hướng dẫn em trong su ốt quá trình thực
hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Vô
cơ Khoa Hóa học, Ban giám hiệu, Phòng sau Đại học, Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Viện Hóa học,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
để em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, các thầy cô,
anh chị em trong Trường THPT Thuận Thành số 1 Bắc Ninh, Trường THPT
Thuận Thành số 2 Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp đỡ và động viên em trong
suốt khóa học.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Luận
CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
H NMR: Phổ cộng hưởng từ proton
C NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C
IR, FTIR: Phổ hấp thụ hồng ngoại
UVVis: Phổ hấp thụ electron
MS: Phổ khối lượng
ESI MS: Phổ khối lượng ion hóa bằng phun electron
IC50: nồng độ ức chế 50%
1
13
HOOC
EDTA: axit etylenđiamintetraaxetic
N
CH2
C
N
N
NH
C
HOOC
Hthbz: thiosemicacbazon benzandehit
H
Hpthbz: N(4)phenyl thiosemicacbazon
benzandehit
CH2
C
H
COOH
COOH
NH2
S
N
NH
C
NH
S
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...................................................................................3
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ................................................3
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon...............................................................3
1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon.......................4
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA
CHÚNG …………………………………………………………………………………….9
1.3. GIỚI THIỆU VỀ S
ẮT, COBAN VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT VÀ COBAN .13
1.3.1. S
ắt và coban kim loại ........................................................................................13
1.3.2. H
ợp chất Fe(II), Co(II) và k h
ả năng tạo phức .................................................14
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT..........................................15
1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại............................................................15
1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ electron (UV – Vis)...............................................18
1.4.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân.....................................................22
1.4.4. Phương pháp phổ khối lượng .........................................................................25
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM...........................................................................27
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................27
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................27
2.1.2. Hóa chất.............................................................................................................27
2.2. TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT..............................................................28
2.2.1. Tổng hợp các phối tử Hthbz, Hpthbz...............................................................28
2.2.2. Tổng hợp các phức chất...................................................................................32
2.3. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ……………………………………………………35
2.3.1.
Các
điều
kiện
ghi
phổ.........................................................................................35
2.3.2. Xác định hàm lượng kim loại trong phức chất
………………………………..35
2.3.3. Thăm dò khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và các phức chất…..37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................39
3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất M(thbz)2, M(pthbz)2 (M:
Fe, Co)..............................................................................................................................39
3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức chất của
chúng với Fe(II) và Co(II)...............................................................................................39
3.3. Phổ hấp thụ electron của phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức chất Co(thbz)2,
Co(pthbz)2........................................................................................................................45
3.4. Phổ khối lượng của các phức chất M(thbz)2, M(pthbz)2 (M: Fe(II), Co(II)).........48
3.5. K
ết quả nghiên cứu hoạt tính kháng sinh của các phối tử Hthbz, Hpthbz và các
phức chất Co(thbz)2, M(pthbz)2 (M: Fe, Co)...................................................................54
KẾT LUẬN............................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................57
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT
1.1.
1.2
Tên bảng
Trang
Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit
16
Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng 21
2.1
2.2
3.1
3.2
khác nhau
Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng
Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan chúng
Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất
Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ của Hthbz, Fe(thbz)2,
29
34
39
43
Co(thbz)2, Hpthbz, Fe(pthbz)2, Co(pthbz)2
3.3
Các cực đại hấp thụ trên phổ UVVis của phối tử và các phức
47
3.4
chất
Khối lượng mol của các phức chất theo công thức phân tử
50
3.5
giả định và thực nghiệm
Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion
51
phân tử trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất
3.6
Fe(thbz)2
Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion
52
phân tử trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất
3.7
Co(thbz)2
Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion
phân tử trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất
Fe(pthbz)2
52
3.8
Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân
53
tử trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất
3.9
Co(pthbz)2
Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định
54
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT
1.1
1.2
1.3
1.4
Tên hình
Trang
Phức chất của Zn(II) với isatin 3 – thiosemicacbazon
6
6
Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon axetophenon
Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon 1metyl isatin
7
Phức chất của Cu (II) với bis(thiosemicacbazon) thiophen 2,3
8
1.5
đicacboxanđehit
Phức chất của Mn(II) với bis(N(4)phenyl thiosemicacbazon)2,6
8
1.6
điaxetylpyriđin
Phức chất của Cu(II) với N(4)phenyl thiosemicacbazon 2 –
9
1.7
benzoyl pyriđin
Phức chất của Pd(II) với N(4)etyl thiosemicacbazon 2
9
2.1.
2.2
2.3
2.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.1
hyđroxiaxetophenon
Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hthbz
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hthbz
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H của phối tử Hpthbz
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hpthbz
Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hthbz
Phổ hấp thụ hồng ngoại của Fe(thbz)2
Phổ hấp thụ hồng ngoại của Co(thbz)2
Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hpthbz
Phổ hấp thụ hồng ngoại của Fe(pthbz)2
Phổ hấp thụ hồng ngoại của Co(pthbz)2
Phổ hấp thụ electron của Hthbz và Co(thbz)2
Phổ hấp thụ electron của Hpthbz và Co(pthbz)2
Phổ khối lượng của phức chất Fe(thbz)2
Phổ khối lượng của phức chất Co(thbz)2
30
31
31
32
40
41
41
42
42
43
46
46
48
49
0
3.1
Phổ khối lượng của phức chất Fe(pthbz)2
49
1
3.1
Phổ khối lượng của phức chất Co(pthbz)2
50
2
MỞ ĐẦU
Phức chất đã và đang là đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi
những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đối với y học
trong việc chống lại một số dòng vi khuẩn, virut. Từ khi phát hiện hoạt tính ức
chế sự phát triển ung thư của phức chất cis platin [Pt(NH 3)2Cl2] vào năm 1969,
nhiều nhà hóa học và dược học đã chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học
của các phức chất kim loại chuyển tiếp. Trong số đó, phức chất của các kim loại
chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, có khả năng tạo hệ
vòng lớn có cấu trúc gần giống với cấu trúc của các hợp chất trong cơ thể sống
được quan tâm hơn cả. Một trong số các phối tử kiểu này là thiosemicacbazon và
các dẫn xuất của nó.
Việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại
chuyển tiếp đang thu hút nhiều nhà hóa học, dư ợc học, sinh y học trên thế giới.
Các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này rất phong phú vì thiosemicacbazon rất đa
dạng về thành phần, cấu trúc và kiểu phản ứng. Ngày nay, hàng năm có hàng
trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, kể cả hoạt tính chống ung thư của
các thiosemicacbazon và phức chất của chúng đăng trên các tạp chí Hóa học, D
ược học, Y sinh học v.v... như Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganic
Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry, Toxicology and Applied
Pharmacology, Bioinorganic & Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic
Biochemistry v.v...
Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các
thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các kim loại khác nhau, nghiên cứu
cấu trúc của các sản phẩm và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng.
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
Trang 1
như không độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành... để
dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và vật nuôi.
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên
cứu các phức chất của Fe(II) và Co(II) với một số dẫn xuất của
thiosemicacbazon” Bản luận văn tập trung giải quyết những vấn đề sau:
Tổng hợp 02 phối tử là thiosemicacbazon benzanđehit và N(4) phenyl
thiosemicacbazon benzanđehit.
Tổng hợp các phức chất của 02 phối tử trên với Fe(II) và Co(II). Phân tích hàm
lượng kim loại trong các phức chất.
Nghiên cứu các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ hấp thụ
hồng ngoại, phổ khối lượng, phổ UV Vis, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và
13
C để xác định công thức phân tử, cách phối trí của các phối tử và công thức cấu
tạo của các phức chất.
Thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và phức chất nhằm tìm
kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao làm đối tượng nghiên cứu tiếp theo
trong y và dược học.
Chúng tôi hy vọng rằng những kết quả thu được sẽ đóng góp một phần
nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon nói chung,
hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng nói riêng.
Trang 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 181
183oC, có công thức cấu tạo:
(1)
H2N
Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iÖn tÝch
(2)
d NH
a
C c
H2N
(4)
b
S
(1)
N = -0.051
(2)
N = 0.026
C(4) = -0.154
N = 0.138
S = -0.306
o
a=118.8
o
b=119.7
o
c=121.5 o
d=122.5
Trong đó các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng.
Ở trạng thái rắn, nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm NH 2. Khi thay thế
một nguyên tử hiđro của nhóm N(4)H2 bằng các gốc hiđrocacbon ta thu được các
dẫn xuất của thiosemicacbazit. Ví dụ như: N(4)metyl thiosemicacbazit, N(4)allyl
thiosemicacbazit, N(4)phenyl thiosemicacbazit…
Thiosemicacbazit hay các dẫn xuất của nó ngưng tụ với các hợp chất
cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất thiosemicacbazon theo sơ đồ:
R'
R'
+
C
O
+
H2N
H
N
R''
C
NHR
R''
S
R'
C
R''
N
H
N
C
H
+
N
O
H
H
N
C
NHR
S
R'
C
S
NHR
H2O
Trang 3
R''
C
N
OH H
H
N
C
S
NHR
Sơ đồ 1.1. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon
trong trường hợp cộng bình thường
R'
R'
+
C
O
+
H
+
R''
R''
OH
R'
R''
..
+ NH2
C+
C+
R'
H
N
OH
C NHR
S
R''
C
N
OH H
H
N
R'
C NHR
S
C
H 2O
R''
N
H
N
C NHR
S
Sơ đồ 1.2. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong
trong môi trường axit
Phản ứng này xảy ra trong môi trường axit, theo cơ chế A N. Trong hai
nhóm NH2 của phân tử thiosemicacbazit, chỉ có nguyên tử N(1) là mang điện tích
âm nên chỉ có nhóm N(1)H2 tham gia ngưng tụ với nhóm cacbonyl. Phản ứng này
dễ xảy ra đến mức thường được ứng dụng để nhận biết và phát hiện các hợp
chất cacbonyl [7].
1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon
Jensen là người đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của
thiosemicacbazit. Ông đã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit
với Cu(II), Ni(II), Co(II) và đã chứng minh rằng trong các hợp chất này,
thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ của nhóm
hiđrazin (N(1)H2). Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển
từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự di chuyển nguyên tử H từ
nhóm imin sang nguyên tử lưu huỳnh và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại.
Trang 4
H 2N
NH2
N
N
M
C
H 2N
H 2N
H 2N
N
NH
SH
S
NH 2
Phức dạng cis
M
C
C
H 2N
C
S
S
S
NH 2
NH 2
N
Cấu hình dạng trans Cấu hình dạng cis
của phối tử của phối tử
NH2
C
M
C
H2N
N
S
H 2N
Phức dạng trans
của phối tử
Sơ đồ 1.3. Sự tạo phức của thiosemicacbazit
Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đã đưa ra kết quả nghiên cứu của
mình về sự tạo phức của thiosemicacbazit với kim loại chuyển ti ếp khác. Khi
nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với niken(II) và kẽm(II) bằng phương
pháp từ hoá, phương pháp phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại... các
tác giả [15, 25, 29] cũng đưa ra kết luận liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit
với ion kim loại được thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N
hiđrazin (N(1)), đồng thời trong phức chất, phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu
hình cis. Kết luận này cũng được khẳng định khi các tác giả nghiên cứu phức của
niken(II), palađi(II) với thiosemicacbazit [18, 42]. Chẳng hạn, trong phức ch ất
Ni(th)2(H2O)2(NO3)2 (th:thiosemicacbazit), thiosemicacbazit tạo liên kết phối trí
với ion kim loại qua hai nguyên tử cho là N, S và phức chất này có cấu hình bát
diện. Trong đa số các trường hợp, thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis và đóng
vai trò như một phối tử hai càng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó
khăn về hoá 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. Một
số ví dụ điển hình về kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Pd(II)
hay Zn(II) [15, 28].
Trang 5
Như vậy, thiosemicacbazit thường có xu hướng thể hiện dung lượng phối
trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N của nhóm hiđrazin.
Để thực hiện sự phối trí kiểu này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình
chuyển phân tử từ cấu hình trans sang cấu hình cis và di chuyển 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 [1].
Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các phức chất
thiosemicacbazon trở nên phong phú cả về số lượng và tính chất. Tuỳ thuộc vào
số lượng nhóm cho electron có trong phân tử mà các thiosemicacbazon có thể là
phối tử 1 càng, 2 càng, 3 càng... Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon
có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại.
Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa thêm những nguyên tử cho electron
khác thì liên kết giữa phối tử và ion kim loại được thực hiện qua các nguyên tử cho là
N(1), S của phần khung thiosemicacbazit và lúc đó thiosemicacbazon là phối tử hai càng
[6, 9]. Sự tạo phức xảy ra theo sơ đồ:
M
N
NHR
N
H
N
NHR
N
C
C
S
N
N
SH
S
C
NHR
dạng thion dạng thiol t ạo ph ức
Sơ đồ 1.4. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon hai càng
Cấu tạo của một số phức chất với thiosemicacbazon hai càng đã được đưa
ra trong các công trình [10, 21] và sau đây là ví dụ:
Trang 6
H
N
O
H2N
C
H 2N
N
S
Zn
N
N
H
S
N
C
N
N
C
C
Cu
S
N
CH3
C
NH2
H3C
N
S
N
C
NH2
O
Hình 1.1 Phức chất của Zn(II) với
Hình 1.2 Phức chất của Cu(II) với
isatin 3 – thiosemicacbazon
thiosemicacbazon axetophenon
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 hiđrazin (N(1)) qua hai
hay ba nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường là ba càng với bộ
nguyên tử cho là D, N(1), S như trong Sơ đồ 1.4.
D
D
D
D
M
M
N
N
M
hoÆc
hoÆc
hoặc
SS
N
N
a)
a)
NH
NH
2
2
N
H
N
N
H
M
S
S
N
a') a')
NH2NH
2
Sơ đồ 1.5. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon ba càng
Một số phối tử loại này là các thiosemicacbazon của axit pyruvic, 2
hyđroxy axetophenon, pyriđin2cacbanđehit, 1,2naphthoquinon.... Trong các phức
chất với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+... các phối tử loại này tạo liên kết qua bộ nguyên tử
cho là O, S, N(1) cùng với sự hình thành vòng 4, 5 hoặc 6 cạnh [27, 31, 34].
Trang 7
CH 3
N
O
Cl
Cu
N
S
N
C
NH 2
Hình 1.3 Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon 1metyl isatin
Các thiosemicacbazon bốn càng có thể được điều chế bằng cách ngưng tụ
hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử hợp chất đicacbonyl như Sơ đồ 1.5.
NH2
R
2
O
C
N
C
R'
S
H 2N
O
H
C
NH2
N
R
C
N
SH
C
2H 2O
C
R'
N
SH
N
C
NH 2
Sơ đồ 1.6. Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng
Trang 8
Các phối tử 4 càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S, có cấu tạo
phẳng, và do đó chúng chiếm bốn vị trí trên mặt phẳng xích đạo của phức chất
tạo thành [11]. Nếu phần cacbonyl cũng chứa nguyên tử cho thì thiosemicacbazon
tạo thành có thể là phối tử 5 càng. Tác giả [39] đã tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo
phức chất giữa Mn(II) với bis(N(4) phenyl thiosemicacbazon) 2,6
điaxetylpyriđin bằng các phương pháp phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng
ngoại, EPR… và đã chỉ ra phức chất được hình thành với bộ nguyên tử cho là N,
N, S, S và một nguyên tử N trong vòng pyriđin với công thức cấu tạo:
H 3C
C
N
N
N
CH3
C
N
N
Mn
C
HN
S
S
C
N
H
Hình 1.4 Phức chất của Cu (II) với
Hình 1.5 Phức chất của Mn(II) với
bis(thiosemicacbazon) thiophen 2,3
bis(N(4)phenyl thiosemicacbazon)2,6
đicacboxanđehit
điaxetylpyriđin
Cũng giống như thiosemicacbazit, trong một số ít trường hợp các
thiosemicacbazon cũng có thể đóng vai trò là phối tử 1 càng với nguyên tử cho là
N(1) hay S [24, 28],. Chẳng hạn:
H 3C
C
N
S
HN
Cu
HN
N
S
C2H5
HN
N
HO
C
N
H
C2H5
S
O
N
S
NH
C
Pd
NH
C
C
N
N
N
N
C
H 3C
Hình 1.6 Phức chất của Cu(II) với
Hình 1.7 Phức chất của Pd(II) với N(4)
N(4)phenyl thiosemicacbazon 2 –
etyl thiosemicacbazon 2
benzoyl pyriđin
hyđroxiaxetophenon
Như vậy, khi tạo phức với các ion kim loại, các thiosemicacbazon có xu
hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại và đóng vai trò là phối tử 2 càng hay
3, 4, 5 càng, tạo nên các phức chất chứa vòng 4, 5 hay 6… cạnh. Chính sự đa
dạng về kiểu phối trí mà các phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
luôn luôn dành được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước.
Hiện nay, người ta tập trung vào nghiên cứu tổng hợp, cấu tạo, cũng như các
ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các dẫn xuất thế có
bản chất khác nhau ở nguyên tử N(4) như metyl, etyl, allyl và phenyl của các hợp
chất cacbonyl khác nhau với mong muốn tìm được nhiều tính chất quí báu, nhất
là hoạt tính sinh học để ứng dụng trong cuộc sống.
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC
CHẤT CỦA CHÚNG
Ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu công bố kết quả cho thấy
thiosemicacbazon và các phức chất của chúng có nhiều tính chất quý báu và được
ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi
Domagk. Khi nghiên cứu các hợp chất thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một
số hợp chất thiosemicacbazon có hoạt tính kháng khuẩn. Sau phát hiện của
Domagk, hàng loạt tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu của mình về
hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất
của chúng [23, 44]. Nhiều tác giả cho rằng tất cả các thiosemicacbazon của dẫn
xuất thế ở vị trí para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi trùng lao. Trong đó
paxetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon TB1) được xem là thuốc
để chữa bệnh lao rất hiệu nghiệm [1].
H 3C
C
NH
O
CH
N
NH
C
NH 2 (TB1)
S
Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin3, N(4)etyl sunfobenzanđehit
(TB3) và pyriđin, cũng đang được sử dụng trong y học chữa bệnh lao.
Thiosemicacbazon isatin được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát
trùng. Thiosemicacbazon của monoguanyl hiđrazon có khả năng diệt khuẩn gam
dương. Phức chất của thiosemicacbazit 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 [1]. Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và
phức chất của chúng được quan tâm nhiều còn do chúng có khả năng ức chế sự
phát triển của các tế bào ung thư.
Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các
thiosemicacbazon và phức chất của một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni,
Pd… Tác giả [1, 6, 9] đã tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazit và một số
thiosemicacbazon và thử hoạt tính sinh học của một số sản phẩm tổng hợp được.
Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),
thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon 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 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.
Khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư SARCOMARTG180 trên chuột
trắng SWISS của Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8%.
Tác giả [6] đưa ra kết luận về các phức chất của platin với N(4)phenyl
thiosemicacbazon isatin, N(4)phenyl thiosemicacbazon salixilanđehit, N(4)phenyl
thiosemicacbazon điaxetylmonoxim có độc tính khá mạnh đối với nấm và khuẩn.
Các phức chất của platin với N(4)phenyl thiosemicacbazon isatin, N(4)phenyl
thiosemicacbazon furanđehit có độc tính mạnh đối với tế bào ung thư gan, ung
thư màng tim, ung thư màng tử cung.
Tác giả [14, 16] đã nghiên cứu về phức của thiosemicacbazon với Cu(II) và
Zn(II). Trong đó có một chelat đồng là đồng của pyridin 2cacbandehit
thiosemicarbazon (NSC 689.534) và được đánh giá là tốt nhất về khả năng ức
chế sự tăng trưởng của khối u.
Ngoài ra, các nghiên cứu về ứng dụng của các thiosemicacbazon và phức
chất của chúng trên các lĩnh vực khác nhau cũng đã được tiến hành. Các nghiên
cứu về hoạt tính xúc tác cho thấy các phức chất của palađi(II), niken(II) với
thiosemicacbazon cũng có thể làm xúc tác tốt cho phản ứng nối mạch anken,
phản ứng Heck [30, 35], phản ứng amin hóa [36].
Một số thiosemicacbazon cũng đã được sử dụng làm chất ức chế quá trình
ăn mòn kim loại. Offiong O.E. đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của
N(4)metyl và N(4)phenyl thiosemicacbazon 2axetyl pyriđin đối với thép mềm
(thép chứa ít cacbon). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của
chất đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67%. Nói chung, sự ức chế ăn mòn tăng
lên theo nồng độ các thiosemicacbazon.
Khả năng tạo phức tốt của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon còn
được ứng dụng trong lĩnh vực hóa học phân tích để tách cũng như xác định hàm
lượng của nhiều kim loại khác nhau. Phương pháp trắc quang đã được sử dụng
để xác định hàm lượng của Cu(II), Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại
hạt, dựa trên khả năng tạo phức của chúng với N(1)phenyl thiosemicacbazon
1,2propanđion2oxim và xác định Zn(II) trong thức ăn, nhờ phức chất của nó với
Netyl3cacbazolecacboxanđehit3thiosemicacbazon, Ramachandraiah C. và
nhóm nghiên cứu đã phát triển phương pháp định lượng ion niken(II) dựa trên
khả năng tạo phức bền của Netyl3cacbazolecacboxanđehit3thiosemicacbazon
với niken. Phức chất này sau đó được chiết gần như hoàn toàn bằng nbutanol
[17, 43]. Hàm lượng của ion kim loại trong pha hữu cơ sau đó được xác định
bằng phương pháp trắc quang ở bước sóng 400 nm. Định luật Beer đúng trong
khoảng nồng độ từ 1,2 5,6 g/ml. Kết quả phân tích theo phương pháp trắc
quang với các ion M2+ nêu trên hoàn toàn phù hợp với kết quả phân tích bằng
phương pháp phổ phát xạ nguyên tử đối với nhiều mẫu hợp kim khác nhau. Hàm
lượng niken trong các mẫu sinh học, mẫu khoáng, mẫu nước công nghiệp cũng
có thể phân tích theo phương pháp trắc quang với chất tạo màu là N(4)phenyl3
thiosemicarbazon pyridoxal . Murthy R. đã sử dụng thiosemicacbazon ohiđroxi
axetophenon trong việc xác định palađi bằng phương pháp trắc quang. Hợp chất
5,5đimetylxyclohexan1,2,3trion1,2đioxim3thiosemicacbazon được sử dụng
để phân tích hàm lượng ion đồng trong nhiều mẫu thực phẩm khác nhau bằng
phương pháp điện hóa [32, 33]. Kết quả cho thấy phương pháp này hoàn toàn
phù hợp với phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử, giới hạn phân tích có thể đạt
mức 0,49 μg/ml. Nhiều công trình nghiªn cøu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu
năng cao (HPLC) đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và xác định hàm lượng
các ion kim loại như V, Pt....[1]
Nhiều tác giả đã chế tạo được các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các
thiosemicacbazon như: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở bis
(thiosemicacbazon) benzil, điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở
thiosemicacbazon salixilanđehit. Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh,
khoảng nồng độ làm việc rộng và thời gian sử dụng dài. Đây là một hướng mới
trong nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ SẮT, COBAN VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT,
COBAN
1.3.1. Sắt và coban kim loại
Sắt thuộc nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc chu kì 4 với
cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d64s2. Sắt là kim loại có ánh kim màu trắng
xám. Trong tự nhiên sắt có 4 đồng vị bền 54Fe; 56Fe (91,68%); 57Fe và 58Fe, tỉ khối
lớn (d = 7,91 g/cm3), nhiệt nóng chảy và nhiệt độ sôi cao (T nc = 1536oC, Ts =
2880oC), sắt dễ dát mỏng [5].
Sắt là kim loại có tính hoạt tính hóa học trung bình, có trạng thái oxi hóa
đặc trưng là +2 và +3.
Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, sắt không tác dụng rõ rệt ngay
với các phi kim điển hình như: O2, S, Cl2, Br2… vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun
nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt. Ở trạng thái chia rất nhỏ sắt có thể cháy trong
không khí ở ngay nhiệt độ thường. Sắt tan tốt trong dung dịch HCl, dung dịch
H2SO4 loãng tạo muối Fe(II), sắt bị thụ động hóa trong các dung dịch H 2SO4 đặc
nguội, dung dịch HNO3 đặc nguội.
Coban cũng thuộc nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc chu
kì 4 với cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d74s2. Coban là kim loại có ánh kim
màu trắng xám. Trong tự nhiên coban có duy nhất một đồng vị bền 59Co, tỉ khối
lớn (d = 8,9 g/cm3), nhiệt nóng chảy và nhiệt độ sôi cao (Tnc = 1495oC, Ts =
3100oC).
Coban là kim loại có tính hoạt tính hóa học trung bình, ở điều kiện thường
nếu không có hơi ẩm, coban không tác dụng rõ rệt ngay với các phi kim điển hình
như: O2, S, Cl2, Br2… vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng, phản ứng xảy ra
mãnh liệt. Coban tan tốt trong dung dịch HCl, dung dịch H 2SO4 loãng tạo muối Co
(II), các dung dịch H2SO4 đặc, dung dịch HNO3 tạo muối Co (III) [5].
1.3.2. Hợp chất của Fe(II), Co(II) và khả năng tạo phức
Hợp chất sắt(II) tồn tại ở dạng: oxit FeO, hiđroxit, muối sắt(II). Muối của
axít mạnh như: clo, nitrat, sunfat…. dễ tan trong nước, còn các muối của axít yếu
như: sunfua, cacbonat…khó tan trong nước. Khi tan trong nước tồn tại dưới dạng
ion [Fe(H2O6)]2+ màu lục nhạt.
Fe2+ có cấu hình 3d6; bán kính ion là 0,74A0. Các ion Fe2+ tạo nên nhiều
phức chất bát diện với số phối trí bằng 6. Ion Fe2+ ít có khuynh hướng tạo nên
phức chất tứ diện hơn các ion Co2+, Ni2+ và độ bền của phức sắt(II) cũng kém
hơn so với các phức Co2+, Ni2+. Chẳng hạn các muối sắt(II) có thể kết hợp với
khí NH3 tạo muối phức amoniacat chứa ion bát diện [Fe(NH3)6]2+ kém bền chỉ tồn
tại ở trạng thái rắn hay trong dung dịch bão hòa. Phức bát diện với phối tử xianua
[Fe(CN)6]4 là phức chất bền nhất của sắt(II) có tính nghịch từ, có màu vàng.
Ngoài ra ion Fe2+ còn tạo được phức chất bánh kẹp như: feroxen hay bis
xiclopentadienyl (Fe(C5H5)2) dạng tinh thể màu da cam, nóng chảy ở 1370C được
ứng dụng nhiều làm chất xúc tác trong tổng hợp vô cơ, hữu cơ và làm thuốc chữa
bệnh thiếu máu. Bên cạnh đó muối sắt(II) còn có khả năng tạo nên các muối nội
phức như: đimêtyl glyoximin sắt.
