Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh hoạt của các phức chất Pd(II), Ni(II) với một số dẫn xuất thiosemicacbazon

NGUYỄN THỊ BÍCH HƯỜNG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỨC CHẤT PdII, NiII VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT THIOSEMICACBAZON LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2012

NGUYỄN THỊ BÍCH HƯỜNG

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỨC CHẤT Pd(II), Ni(II) VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT THIOSEMICACBAZON

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2012

Nguyễn Thị Bích Hường

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỨC CHẤT Pd(II), Ni(II) VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT THIOSEMICACBAZON

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã Số: 62 44 25 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS Trịnh Ngọc Châu

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 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 PALAðI VÀ NIKEN 14

1.3.1 Giới thiệu chung 14

1.3.2 Khả năng tạo phức 14

1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT 17

1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 17

1.4.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 19

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng 26

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 31

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 31

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu 31

2.1.2 Hóa chất 31

2.1.3 Kỹ thuật thực nghiệm 32

2.1.3.1 Các ñiều kiện ghi phổ 32

2.1.3.2 Các phần mềm hỗ trợ giải phổ 32

2.1.3.3 Xác ñịnh hàm lượng kim loại trong phức chất 34

2.1.3.4 Thăm dò hoạt tính sinh học của các phối tử và các phức chất [48], [103], [105] 35

2.2 TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT 38

2.2.1 Tổng hợp phối tử 38

2.2.2 Tổng hợp các phức chất 41

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG KIM LOẠI CỦA CÁC PHỨC CHẤT 44 3.2 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CỦA CÁC PHỨC CHẤT Pd(II) VÀ Ni(II) VỚI CÁC PHỐI TỬ H2L1 (H2thpyr, H2mthpyr, H2athpyr và H2pthpyr) 45 3.2.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử H2thpyr, H2mthpyr, H2athpyr,

H2pthpyr và các phức chất của chúng với Pd(II) và Ni(II) 45 3.2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử H2thpyr,

H2mthpyr, H2athpyr và H2pthpyr 49 3.2.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phức chất M(thpyr)NH3, M(mthpyr)NH3, M(athpyr)NH3 và M(pthpyr)NH3 (M: Pd(II), Ni(II)) 56 3.2.4 Phổ khối lượng của các phức chất M(thpyr)NH3, M(mthpyr)NH3,

M(athpyr)NH3 và M(pthpyr)NH3 (M: Pd(II), Ni(II)) 62 3.3 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CÁC PHỨC CHẤT CỦA Pd(II) VÀ Ni(II) VỚI CÁC PHỐI TỬ HL2 (Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz) 64 3.3.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz, Hpthbz

và phức chất của chúng với Pd(II) và Ni(II) 64 3.3.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz 67 3.3.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phức chất M(thbz)2, M(mthbz)2, M(athbz)2 và M(pthbz)2 (M: Pd(II), Ni(II)) 73 3.3.4 Phổ khối lượng của các phức chất M(thbz)2, M(mthbz)2, M(athbz)2 và M(pthbz)2 (M: Pd(II), Ni(II)) 78 3.4 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CÁC PHỨC CHẤT CỦA Pd(II) VÀ Ni(II) VỚI CÁC PHỐI TỬ HL3 (Hthacp, Hmthacp, Hathacp và Hpthacp) 82 3.4.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử Hthacp, Hmthacp, Hathacp, Hpthacp và phức chất của chúng với Pd(II) và Ni(II) 82 3.4.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử Hthacp, Hmthacp, Hathacp và Hpthacp 84

3.4.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các phức chất M(thacp)2, M(mthacp)2,

M(athacp)2 và M(pthacp)2 (M: Pd(II), Ni(II)) 89

3.4.4 Phổ khối lượng của các phức chất M(thacp)2, M(mthacp)2, M(athacp)2 và M(pthacp)2 (M: Pd(II), Ni(II)) 101

3.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỐI TỬ VÀ CÁC PHỨC CHẤT 110

3.5.1 Hoạt tính kháng sinh của các phối tử và các phức chất 110

3.5.3 Khả năng gây ñộc tế bào thường của phức chất 114

KẾT LUẬN 116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ðà CÔNG BỐ LIÊN QUAN ðẾN LUẬN ÁN 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

PHỤ LỤC………135

IR, FT-IR: Phổ hấp thụ hồng ngoại

MS: Phổ khối lượng

ESI - MS: Phổ khối lượng ion hóa bằng phun electron

IC50: nồng ñộ ức chế 50%

MIC: nồng ñộ ức chế tối thiểu

MBC: nồng ñộ diệt hết khuẩn tối thiểu

EDTA: axit etylenñiamintetraaxetic HOOC

N HOOC

H2C

H2mthpyr: N(4)-metyl thiosemicacbazon axit

Hthacp: thiosemicacbazon axetophenon

Hmthacp: N(4)-metyl thiosemicacbazon

HL2: dãy các thiosemicacbazon benzanñehit: Hthbz, Hmthbz, Hathbz, Hpthbz

HL3: dãy các thiosemicacbazon axetophenon: Hthacp, Hmthacp, Hathacp, Hpthacp

1.1 Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit 18 1.2 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hth 23 1.3 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hmth 24 1.4 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hmth 24 1.5 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hpth 24 1.6 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa Hpth 24 1.7 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của bz 25 1.8 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMRcủa bz 25 1.9 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của acp 25 1.10 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của acp 25 1.11 Các tín hiệu trong phổ 1H - NMR của pyr 26 1.12 Các tín trong phổ 13C - NMR của pyr 26 2.1 Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng 40 2.2 Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan chúng 43 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất 44 3.2 Một số dải hấp thụ ñặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các

phối tử H2thpyr, H2mthpyr, H2athpyr, H2pthpyr và phức chất của

chúng với Pd(II), Ni(II)

48

3.3 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của các phối

tử trong dãy H2L1: H2thpyr, H2mthpyr, H2athpyr và H2pthpyr

55

3.4 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của các phối

tử trong dãy H2L1: H2thpyr, H2mthpyr, H2athpyr và H2pthpyr

55

3.5 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của các phức

chất M(thpyr)NH3, M(mthpyr)NH3, M(athpyr)NH3 và

M(pthpyr)NH3 (M: Pd(II), Ni(II))

59, 60

M(pthpyr)NH3 (M: Pd(II), Ni(II))

3.7 Khối lượng mol của các phức chất dãy M(L1)NH3 theo công thức

phân tử giả ñịnh và thực nghiệm

63

3.8 Cường ñộ tương ñối các pic ñồng vị trong cụm pic ion phân tử của

trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất Pd(thpyr)NH3

63

3.9 Một số dải hấp thụ ñặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các

phối tử Hthbz, Hmthbz, Hathbz, Hpthbz và phức chất của chúng với

Pd(II), Ni(II)

65

3.10 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của các phối

tử trong dãy HL2: Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz

71

3.11 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của các phối

tử trong dãy HL2: Hthbz, Hmthbz, Hathbz và Hpthbz

3.14 Khối lượng mol của các phức chất trong dãy M(L2)2 theo công thức

phân tử giả ñịnh và thực nghiệm

78

3.15 Cường ñộ tương ñối của các pic ñồng vị trong cụm pic ion phân tử

trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất Pd(thbz)2

79

3.16 Một số dải hấp thụ ñặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các

phối tử Hthacp, Hmthacp, Hathacp, Hpthacp và phức chất của

chúng với Pd(II), Ni(II)

84

3.17 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong 1H - NMR của các phối tử 88

3.18 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ C - NMR của các phối

tử trong dãy HL3: Hthacp, Hmthacp, Hathacp và Hpthacp trong

dung môi CDCl3

89

3.19 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của các phức

chất M(thacp)2, M(mthacp)2, M(athacp)2 và M(pthacp)2 (M: Pd(II),

Ni(II)) trong dung môi CDCl3

92, 93

3.20 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của các phức

chất M(thacp)2, M(mthacp)2, M(athacp)2 và M(pthacp)2 (M: Pd(II),

Ni(II)) trong dung môi CDCl3

94

3.21 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của phức

chất Ni(thacp)2, Pd(thacp)2, Pd(mthacp)2, Pd(athacp)2 trong dung

môi DMSO

100

3.22 Qui kết các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của phức

chất Pd(thacp)2 , Pd(mthacp)2 , Pd(athacp)2, Hpthacp và Pd(pthacp)2

trong DMSO

101

3.23 Khối lượng mol của các phức chất trong dãy M(L3)2 theo công thức

phân tử giả ñịnh và thực nghiệm

102

3.24 Cường ñộ tương ñối của các pic ñồng vị trong cụm pic ion phân tử

trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất Ni(thacp)2

102

3.25 Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm ñịnh 111,

112 3.26 Giá trị IC50, MIC và MBC(µM) của một số phối tử và phức chất 113 3.27 Kết quả nghiên cứu hoạt tính gây ñộc tế bào của phức chất 114 3.28 Kết quả nghiên cứu khả năng gây ñộc trên tế bào gan chuột của

phức chất

115

1.1 Một số phức chất của thiosemicacbazon hai càng 6 1.2 Một số phức chất của thiosemicacbazon ba càng 7 1.3 Phức chất của thiosemicacbazon 4 càng và 5 càng 8 1.4 Phức chất của thiosemicacbazon một càng 8 1.5 Mô hình tạo phức của Pd(II) và Ni(II) với ñimetylglyoxim 15 1.6 Cấu trúc tinh thể của hai phức chất Pd(II) và Ni (II) với

(amino)(photphin)cacben (a,b) bis (xyano metanit) palañi (c)

16

1.7 Phức chất của Pd(II), Ni(II) với một số thiosemicacbazon 16 1.8 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth) 23 1.9 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

3.8 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử H2thpyr 51 3.9 Phổ cộng hưởng từ proton của H2pthpyr mô phỏng (a) và thực

CDCl3

86

3.35 Dạng phóng to của phổ cộng hưởng từ proton của phức chất

Pd(thacp)2 trong dung môi DMSO

95

3.36 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phức chất Pd(thacp)2 trong

dung môi DMSO

3.39 Dạng phóng to của phổ cộng hưởng từ proton của phức chất

Pd(pthacp)2 trong dung môi DMSO

98

3.40 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hpthacp trong dung môi

DMSO

98

3.41 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phức chất Pd(pthacp)2 trong

dung môi DMSO

99

3.42 Phổ khối lượng của phức chất Ni(thacp)2 102

MỞ ðẦU

Nghiên cứu về phức chất là hướng luôn dành ñược sự quan tâm của nhiều nhà hóa học, dược học và sinh - y học Các thiosemicacbazon là các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng tạo nên nhiều phức chất với kim loại chuyển tiếp rất phong phú về

số lượng, ña dạng về cấu trúc và tính chất Nhiều phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và dẫn xuất của nó là thiosemicacbazon còn có hoạt tính sinh học mạnh mẽ Từ rất sớm, người ta ñã phát hiện hoạt tính diệt nấm, diệt khuẩn của thiosemicacbazit và các thiosemicacbazon [1, tr 13 - 14] Sau năm 1960, người

ta phát hiện ra phức chất Cis platin [Pt(NH3)2Cl2] có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư thì rất nhiều nhà hóa học và dược học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp, ñặc biệt là các kim loại nhóm VIIIB, cùng nhóm với platin [4, tr 34 - 45], [7,

tr 50 - 55], [9], [10], [18], [86], [98]

Phức chất thiosemicacbazon còn ñược dùng ñể phát hiện, tách và ñịnh lượng các ion kim loại trong hoá học phân tích Khả năng tạo phức của thiosemicacbazon cũng ñược sử dụng ñể làm tăng tính bám dính lên bề mặt của kim loại trong lĩnh vực mạ ñiện hoặc làm tác nhân ức chế quá trình ăn mòn, phá huỷ bề mặt kim loại trong thực tế

Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học,

kể cả hoạt tính chống ung thư của các phức chất thiosemicacbazon ñược ñăng trên các tạp chí Hóa học, Dược 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 công trình nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại, nghiên cứu cấu tạo của các phức chất tạo thành bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng Mục tiêu của các nghiên cứu này là tìm kiếm các hợp chất

có hoạt tính sinh học cao, ñồng thời ñáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác

như không ñộc, không gây hiệu ứng phụ ñể dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và vật nuôi v.v Ngoài ra, nhiều nhà khoa học còn hy vọng rằng khi số lượng ñủ lớn các thiosemicacbazon khác nhau và phức chất của chúng ñược tổng hợp và thử hoạt tính sinh học có thể cho phép rút ra những kết luận xác ñáng về quan hệ cấu tạo - hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này Từ ñó tiến tới việc thiết kế, tổng hợp ñịnh hướng các hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn ñề tài:

“Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của các phức chất

Pd(II), Ni(II) với một số dẫn xuất thiosemicacbazon ”

Bản luận án tập trung giải quyết những vấn ñề sau:

- Tổng hợp một số phối tử là thiosemicacbazon không và có nhóm thế no (metyl), không no (allyl) hay thơm (phenyl) ở vị trí N(4) với các hợp chất cacbonyl khác nhau là axit pyruvic, benzanñehit và axetophenon

- Tổng hợp các phức chất của các phối tử trên với Pd(II) và Ni(II) là hai kim loại thuộc nhóm VIIIB, cùng nhóm với platin Phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất

- Nghiên cứu các hợp chất tổng hợp ñược bằng các phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ khối lượng, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C ñể xác ñịnh 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, khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và khả năng gây ñộc với tế bào thường của các phối tử và phức chất nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, ít ñộc hại, có thể dùng làm ñối tượng nghiên cứu tiếp theo trong y và dược học

Chúng tôi cũng hy vọng rằng những kết quả thu ñược sẽ ñóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon và lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này

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 ñộ nóng chảy 181-183oC,

có công thức cấu tạo:

b d

(4)

o o o o

Thiosemicacbazit hay các dẫn xuất của nó ngưng tụ với các hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất thiosemicacbazon theo sơ ñồ:

(a)

(b)

Sơ ñồ 1.1 Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong trường

hợp cộng bình thường (a) và trong môi trường axit (b)

Phản ứng này xảy ra trong môi trường axit, theo cơ chế AN Trong hai nhóm

NH2 của phân tử thiosemicacbazit, chỉ có nguyên tử N(1) là mang ñiện tích âm nên chỉ có nhóm N(1)H2 tham gia ngưng tụ với hợp chất cacbonyl Phản ứng này dễ xảy

ra ñến mức thường ñược ứng dụng ñể nhận biết và phát hiện các hợp chất cacbonyl [5]

1.1.2 Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon

Jensen là người ñầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazit [1, tr 13 - 14] Ông ñã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với ñồng(II), niken(II), coban(II) và ñã chứng minh rằng trong các hợp chất này, thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ của nhóm hiñrazin (N(1)H2) Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có

sự chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis, ñồng 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 Sự tạo phức xảy ra theo sơ ñồ:

Sơ ñồ 1.2 Sự tạo phức của thiosemicacbazit

Sau công trình của Jensen, nhiều tác giả khác cũng ñã ñưa ra kết quả nghiên cứu của mình về sự tạo phức của thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp 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 [25], [28], [100] cũng ñưa ra kết luận liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với ion kim loại ñược thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N - hiñrazin

cấu hình dạng trans cấu hình dạng cis

Phức dạng cis

Phức dạng trans

(N(1)), ñồng thời trong phức chất, phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis Kết luận này cũng ñược khẳng ñịnh khi các tác giả nghiên cứu phức của niken(II), palañi(II) và platin(II) với thiosemicacbazit [23], [25], [106], [123] Chẳng hạn, trong phức chất 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 [23] Trong ña số các trường hợp, thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis và ñóng vai trò như một phối tử hai càng [23], [25] Tuy nhiên, trong một

số trường hợp, do khó khăn về hoá lập thể, thiosemicacbazit ñóng vai trò như một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình trans, khi ñó liên kết ñược thực hiện qua nguyên tử S Một số ví dụ ñiển hình về kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Ag(I), Cu(II), Fe(II) hay Co(II) [8], [24], [68], [114]

Tóm lại, thiosemicacbazit thường có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết ñược thực hiện qua nguyên tử S và N của nhóm hiñrazin ðể 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 ñược bù trừ bởi năng lượng dư ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng ñóng vòng [1, tr 13]

Phức chất của các thiosemicacbazon dành ñược sự quan tâm chú ý nhiều từ khi Domagk phát hiện ra hoạt tính sinh học mạnh mẽ của một số thiosemicacbazon

Do sự ña 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 2 càng, 3 càng hay 4 càng [39], [56], [63], [75], [79], [91], [113] Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực ñại Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa thêm những nguyên tử cho electron khác thì liên kết giữa phối tử và ion kim loại ñược thực hiện qua các nguyên tử cho là N(1), S của phần khung thiosemicacbazit và lúc ñó thiosemicacbazon là phối tử hai càng [4, tr 7 - 8], [7, tr 50 - 55], [26], [44], [97], [110], [119] Sự tạo phức xảy ra theo sơ ñồ:

dạng thion dạng thiol tạo phức

Sơ ựồ 1.3 Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon hai càng

Cấu tạo của một số phức chất với thiosemicacbazon hai càng ựã ựược ựưa ra trong các công trình [4, tr 45 - 94],[7, tr 56 - 142], [46], [53], [97] và sau ựây là hai

Pt

O C

Hình 1.1 Một số phức chất của thiosemicacbazon hai càng

đôi khi, do khó khăn về mặt

lập thể mà thiosemicacbazon vẫn tồn

tại ở dạng thion trong phức chất Tác

giả [88] ựã nghiên cứu và ựưa ra

công thức cấu tạo của phức chất giữa

các dẫn xuất N(4) của

thiosemicacbazon

5-nitrothiophen-2-cacboxanựehit với Pd(II) Trong ựó,

cả N(1) và S ựều tham gia phối trắ với Pd(II) như công thức ựưa ra trong hình trên

Nếu ở phần hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối trắ (D) và nguyên tử này ựược nối với nguyên tử N-hiựrazin (N(1)) qua hai hay ba

Phức chất của p-toluựin thiosemicacbazon nitrophen-2-cacboxanựehit với Pd(II)

5-nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường là ba càng với bộ 5-nguyên

tử cho là D, N(1), S như trong Sơ ñồ 1.4

M D

a')

Sơ ñồ 1.4 Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon ba càng

Một số phối tử loại này là các thiosemicacbazon của axit pyruvic, 2-hyñroxy axetophenon, pyriñin-2-cacbanñehit, 1,2-naphthoquinon 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 [12], [21], [51], [73], [78], [79], [80], [92]

Phức chất của Pd(II) với thiosemicacbazon

Các phối tử 4 càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S, có cấu tạo phẳng, và do ñó chúng chiếm bốn vị trí trên mặt phẳng xích ñạo của phức chất tạo thành [15], [41] Nếu phần cacbonyl cũng chứa nguyên tử cho thì thiosemicacbazon tạo thành có thể là phối tử 5 càng Tác giả [115] ñã tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo phức chất giữa Mn(II) với bis(N(4)-phenyl thiosemicacbazon) 2,6- ñiaxetylpyriñin bằng các phương pháp phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, EPR… và ñã chỉ ra phức chất ñược hình thành với bộ nguyên tử cho là N, N, S, S và một nguyên

tử N trong vòng pyriñin với công thức cấu tạo như Hình 1.3

Phức chất của Pd (II) với

Như vậy, khi tạo phức với các ion kim loại, các thiosemicacbazon có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí cực ñại và ñóng 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 ña dạng về kiểu phối trí mà các phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon luôn luôn dành ñược 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… [13], [32], [39], [82], [89], [90], [104] của các hợp chất cacbonyl khác nhau với mong muốn tìm ñược nhiều tính chất quí báu, nhất là hoạt tính sinh học ñể ứng dụng trong cuộc sống

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG

Các phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon ñược quan tâm rất nhiều không chỉ với ý nghĩa khoa học mà còn vì ở các hợp chất này còn tiềm ẩn nhiều khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau Người ta ñặc biệt chú ý tới khả năng ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng với kim loại chuyển tiếp vào lĩnh vực y, dược học do hoạt tính sinh học cao của chúng [9], [10], [35], [54], [60], [66], [83] Những nghiên cứu trên lĩnh vực này một mặt nhằm tìm kiếm các chất có khả năng sử dụng làm thuốc chữa bệnh cho người và gia súc, mặt khác còn nhằm tìm hiểu cơ chế tác dụng diệt khuẩn, diệt nấm của chúng, từ ñó có thể biết ñược mối quan hệ cấu tạo - hoạt tính sinh học ñể tiến tới thiết kế tổng, hợp ñịnh hướng các hợp chất có hoạt tính sinh học như mong muốn trên cơ sở thiosemicacbazon

Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon ñược phát hiện ñầu tiên bởi Domagk [1, tr 13 - 14] Khi nghiên cứu các hợp chất thiosemicacbazon, ông ñã nhận thấy một số hợp chất thiosemicacbazon có hoạt tính kháng khuẩn Sau phát hiện của Domagk, hàng loạt tác giả khác cũng ñưa ra kết quả nghiên cứu của mình

về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng [13], [14], [30], [96] Nhiều tác giả cho rằng tất cả các thiosemicacbazon

của dẫn xuất thế ở vị trí para của benzanñehit ñều có khả năng diệt vi trùng lao Trong ñó p-axetaminobenzanñehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1) ñược xem

là thuốc ñể chữa bệnh lao rất hiệu nghiệm [1, tr 31]

Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriñin-3, N(4)-etyl sunfobenzanñehit (TB3) và pyriñin, cũng ñang ñược sử dụng trong y học chữa bệnh lao

Thiosemicacbazon isatin ñược dùng ñể chữa bệnh cúm, ñậu mùa và làm thuốc sát trùng Thiosemicacbazon của monoguanyl hiñrazon có khả năng diệt khuẩn gam dương Phức chất của thiosemicacbazit với các muối clorua của mangan, niken, coban ñặc biệt là kẽm ñược dùng làm thuốc chống thương hàn, kiết lị, các bệnh ñường ruột và diệt nấm [1, tr 31 - 32]

Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng ñược quan tâm nhiều còn do chúng có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư [19], [32], [34], [36], [37], [52], [97], [102], [109] Các tác giả [96] ñã nghiên cứu hoạt tính chống ung thư của một số thiosemicacbazon: thiosemicacbazon 1-benzoyl isoquinolin, thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin, thiosemicacbazon papaveranñin, N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin, N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-fomyl quinolin, thiosemicacbazon 2-benzoyl quinolin trên các dòng tế bào gây bệnh HuCCA-1, Hep-G2 (dòng tế bào gây ung thư gan) và A549 (dòng tế bào gây ung thư phổi) và MOLT-3 (dòng tế bào gây ung thư bạch cầu) Các nghiên cứu ñã chỉ ra rằng các thiosemicacbazon ñược nghiên cứu ñều có hoạt tính ức chế với các dòng tế bào ung thư ñem thử Trong ñó hoạt tính chống lại dòng

tế bào MOLT-3 của thiosemicacbazon isoquinolin mạnh gấp 30 lần so với thiosemicacbazon papaveralñin, nhóm thế metoxy ñã làm giảm tác dụng gây ñộc tế bào Thiosemicarbazon 2-benzoyl pyriñin có hoạt tính cao hơn so với thiosemicarbazon isoquinolin Trong số các chất ñược nghiên cứu thì N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-benzoylpyriñin có hoạt tính mạnh nhất, giá trị IC50 lần lượt với các dòng ung thư HuCCA-1, HepG2, A549 và MOLT-3 là 0,03; 4,75; 0,04 và 0,004

µg/ml Hoạt tính ức chế của các chất này cao hơn của chất so sánh là Doxorubixin trên hai dòng tế bào: HuCCA-1 và A549 Nhóm tác giả này cũng ñã nghiên cứu và chỉ ra rằng thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin có tính chống lại dòng vi khuẩn gây bệnh sốt rét, giá trị IC50 từ 10-7 ñến 10-6 M, trong khi các thiosemicacbazon quinolin cũng có hoạt tính tương tự, IC50 từ 10-6 ñến 10-5 M Thiosemicacbazon papaveranñin, thiosemicacbazon 1-benzoyl isoquinolin và N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-fomyl quinolin ñã ñược chứng minh có thể dùng làm thuốc chống sốt rét với IC50 khoảng 10-5 M

Nhiều nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phối tử và phức chất thiosemicacbazon ñã ñược nghiên cứu [35], [38], [69], [100], [101] Các tác giả [14], [30], [81], [82] ñã nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất của Pd(II), Sb(III), Fe(III) và Cu(II) với thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin (L1), N(4)-metyl thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin (L2), N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin (L3) trên dòng tế bào gây bệnh bạch cầu ở người (HL - 60) Kết quả cho thấy hoạt tính sinh học của phức Sb(III) với phối tử L2, L3 cao hơn ñáng kể so với các phối tử tương ứng Kết quả nghiên cứu với phức Pd(II) và phối tử cho thấy cả phối tử và phức chất Pd(II) ñều có khả năng chống lại các dòng tế bào ung thư ở người như MCF - 7 (dòng tế bào gây ung thư vú ở người), TK - 10 (dòng tế bào gây ung thư thận ở người), UACC - 62 (khối u ác tính ở người), trong số các phức chất

ñó thì phức của palañi với N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-benzoyl pyriñin có giá trị GI50 (nồng ñộ ức chế tế bào phát triển một nửa) thấp nhất trong 3 dòng tế bào mà các tác giả ñã nghiên cứu Giá trị GI50 của phức chất Pd(II) với các phối tử L1, L2 và

L3 lần lượt là 6,4; 24,3 và 22,2 µM

Tác giả [58], [126] ñã nghiên cứu khả năng chống lại tế bào ung thư vú MCF

- 7 với thiosemicacbazon 1,2-naphthoquinon-2 (NQTS) và các phức chất của chúng với Cu(II), Pd(II) và Ni(II) ở các nồng ñộ thử khác nhau theo phương pháp ñiện di Kết quả cho thấy các phức chất ñều có khả năng gây ñộc với dòng tế bào ñem thử, với giá trị IC50 nằm trong khoảng từ 2 ñến 14 µM Trong số ñó thì phức Ni(II) thể hiện hoạt tính sinh học mạnh nhất, IC50 = 2,25 µM

Ở Việt Nam, nhiều nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các

thiosemicacbazon, phức chất của chúng ñã ñược tiến hành Tác giả [1, tr 39 - 115],

[4, tr 34 - 97], [7, tr 50 - 142] ñã tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazit và

một số thiosemicacbazon và thử hoạt tính sinh học của một số sản phẩm tổng hợp

ñược Tác giả [1, tr 114] ñã kết luận rằng phức chất của Cu(II), Mo(III) và Mo(V)

với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon salixilanñehit, axetyl axeton có khả năng

kháng khuẩn mạnh hơn các phối tử tự do tương ứng ðặc biệt hai chất Cu(Hthis)Cl

và Mo(Hthis)3Cl3 ñều có tác dụng ức chế ñáng kể tới sự phát triển của tế bào ung

thư báng nước SARCOMA - TG180 trên chuột nhắt trắng SWISS Các phức chất

chủ yếu kìm hãm ở giai ñoạn chuẩn bị tách ñôi tế bào Tác giả [4, tr 95 - 97] ñưa ra

kết luận về các phức chất của platin với phenyl thiosemicacbazon isatin,

N(4)-phenyl thiosemicacbazon salixilanñehit, N(4)-N(4)-phenyl thiosemicacbazon

ñiaxetyl-monoxim có ñộc tính khá mạnh ñối với nấm và khuẩn Các phức chất của platin với

N(4)-phenyl thiosemicacbazon isatin, N(4)-phenyl thiosemicacbazon furanñehit có

ñộc tính mạnh ñối với tế bào ung thư gan, ung thư màng tim, ung thư màng tử cung

Ngoài ra, các nghiên cứu về ứng dụng của các thiosemicacbazon và phức

chất của chúng trên các lĩnh vực khác nhau cũng ñã ñược tiến hành Các nghiên cứu

về hoạt tính xúc tác cho thấy các phức chất của palañi(II) với thiosemicacbazon

cũng có thể làm xúc tác tốt cho phản ứng nối mạch anken, phản ứng Heck [33],

[63], [64], [85], [108]

Một số thiosemicacbazon cũng ñã ñược sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn

mòn kim loại Offiong O.E ñã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của N(4)-metyl và N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-axetyl pyriñin ñối với thép mềm

(thép chứa ít cacbon) Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực ñại của chất

ñầu là 74,59% còn chất sau ñạt 80,67% Nói chung, sự ức chế ăn mòn tăng lên theo

nồng ñộ các thiosemicacbazon [40], [107]

Khả năng tạo phức tốt của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon còn

ñược ứng dụng trong lĩnh vực hóa học phân tích ñể tách cũng như xác ñịnh hàm

lượng của nhiều kim loại khác nhau [50], [61], [93], [95], [120] Phương pháp trắc

quang ñã ñược sử dụng ñể xác ñịnh 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 1,2-propanñion-2-oxim [61] và xác ñịnh Zn(II) trong thức ăn, nhờ phức chất của nó với N-etyl-3-cacbazolecacboxanñehit-3-thiosemicacbazon [50]… Ramachandraiah C và nhóm nghiên cứu ñã phát triển phương pháp ñịnh lượng ion niken(II) dựa trên khả năng tạo phức bền của N-etyl-3-cacbazolecacboxanñehit-3-thiosemicacbazon với niken Phức chất này sau ñó ñược chiết gần như hoàn toàn bằng n-butanol Hàm lượng của ion kim loại trong pha hữu

cơ sau ñó ñược xác ñịnh bằng phương pháp trắc quang ở bước sóng 400 nm ðịnh luật Beer ñúng trong khoảng nồng ñộ từ 1,2 - 5,6 µg/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 [95] ñối 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)-phenyl-3-thiosemicarbazon pyridoxal [76] Murthy R ñã sử dụng thiosemicacbazon o-hiñroxi axetophenon trong việc xác ñịnh palañi bằng phương pháp trắc quang [94]… Hợp chất 5,5-ñimetylxyclohexan-1,2,3-trion-1,2-ñioxim-3-thiosemicacbazon ñược sử dụng ñể phân tích hàm lượng ion ñồng trong nhiều mẫu thực phẩm khác nhau bằng phương pháp ñiện hóa 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 ñạt mức 0,49 µg/ml [65] Nhiều công trình nghiªn cøu trong lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ñã sử dụng các thiosemicacbazon ñể tách và xác ñịnh hàm lượng các ion kim loại như V, Pt [70], [71]

Nhiều tác giả ñã chế tạo ñược các ñiện cực chọn lọc ion trên cơ sở các thiosemicacbazon như: ñiện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở bis (thiosemicacbazon) benzil [55]; ñiện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở thiosemicacbazon salixilanñehit [77]… Các ñiện cực này có thời gian phục hồi nhanh, khoảng nồng ñộ làm việc rộng và thời gian sử dụng dài ðây là một hướng mới trong nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon

1.3 GIỚI THIỆU VỀ PALAðI VÀ NIKEN

1.3.1 Giới thiệu chung

Cả palañi và niken ñều thuộc nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn các nguyên

tố hóa học và thuộc hai chu kỳ liên tiếp 4 và 5 [3, tr 153 - 207]

Palañi có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s24p64d85s2, là kim loại thuộc chu kỳ 5, nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn Menñeleep Palañi là kim loại quí, màu xám nhạt, tương ñối mềm, nhẹ nhất, dễ nóng chảy nhất và có khả năng phản ứng nhất trong các kim loại họ platin Trong các hợp chất, palañi thể hiện

số oxi hoá +2, +4 trong ñó trạng thái oxi hoá +4 như PdO2, K2[PdCl6] có tính oxi hoá mạnh, không bền Trong tự nhiên, nguyên tố palañi tồn tại một số ñồng vị, nhưng khác với niken các ñồng vị của palañi có hàm lượng khá ñồng ñều trong ñó ñồng vị có nguyên tử khối là 106 ñvC chiếm nhiều nhất 102Pd: 0,96%, 104Pd: 10,97%, 105Pd : 22,21%, 106Pd : 27,30%, 108Pd : 26,93%, 110Pd : 11,83%

Niken có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d84s2,là kim loại thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn Menñeleep Niken kim loại có màu trắng, tương ñối cứng, dạng bột màu ñen, tự cháy trong không khí

Trong các hợp chất, niken có số oxi hoá là +2 và +3, trong ñó trạng thái oxi hoá +3 rất kém bền Trong tự nhiên, niken tồn tại một số ñồng vị khác nhau, trong

ñó ñồng vị có nguyên tử khối là 58 ñvC chiếm nhiều nhất 58Ni : 67,76%, 60Ni : 26,16%, 61Ni : 1,25%, 62Ni : 3,67%, 64Ni : 1,16%

Tuy có khả năng tồn tại ở một số mức oxi hóa khác nhau nhưng khả năng tạo phức của các ion M2+ (M: Pd, Ni) vẫn phổ biến nhất Ion Pd2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s24p64d8, bền trong môi trường nước, dung dịch loãng có màu

vàng, dung dịch ñặc hơn có màu vàng sẫm ñến nâu Cũng như các ion kim loại nhóm d khác, nó có khả năng tạo phức với hầu hết các phối tử cho electron như Cl–,

I–, CN–, SCN– Các phức chất này phổ biến có số phối trí bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như [PdCl4]2–, [PdI4]2– Cấu hình vuông phẳng còn phổ biến trong các hợp chất của Pd dưới dạng rắn như PdCl2 [3, tr 215 - 216], [20]

Pd Cl

tử trường mạnh thường tạo với Ni2+ những phức chất vuông phẳng nghịch từ như [Ni(CN)4]2– Các phối tử trường yếu tạo phức chất tứ diện như [NiCl4]2– còn với phối tử thuộc trường trung bình thường tạo với Ni2+ những phức chất có số phối trí

6, có cấu hình bát diện, thuận từ như [Ni(H2O)6]2+, [Ni(NH3)6]2+ [3, tr 174 - 186]

Các phức chất của Pd2+, Ni2+ với số phối trí

4 rất phổ biến là các phức chất vòng càng Cả

Pd(II) và Ni(II) ñều có khả năng tạo phức chất

vòng càng, hình vuông với ñimetylglioxim trong

dung dịch NH3 loãng Phản ứng tạo phức này

thường ñược dùng ñể ñịnh tính và ñịnh lượng

Ni(II) và Pd(II) Mô hình tạo phức của chúng như

Hình 1.5 [3, tr 187 - 216]

Pd(II) và Ni(II) còn có thể tạo phức chất

vòng càng với bộ nguyên tử cho là C và P Các tác giả [42], [125] ñã tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc của phức chất Pd, Ni (II) với (amino)(photphin)cacben Tác giả [42] ñã tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất bis (xyano metanit) niken (palañi) và chỉ ra trong phức chất phối tử ñóng vai trò là phối tử hai càng với bộ nguyên tử cho là C và P như trong Hình 1.6

Hình 1.5 Mô hình tạo phức của Pd(II), Ni(II) với ñimetylglyoxim

(a)

Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể của hai phức chất Pd (II), Ni (II) với (amino)(photphin)cacben

(a,b), bis (xyano metanit) palañi (c)

Các nghiên cứu [14], [53], [57], [67], [74], [112] chỉ ra rằng trong các phức chất với nhiều thiosemicacbazon Pd(II), Ni(II) thường thể hiện số phối trí 4, liên kết ñược thực hiện qua bộ nguyên tử cho là N, S và có thể cả một nguyên tử cho của hợp chất cacbonyl nếu có Trong một số trường hợp Ni(II) còn thể hiện số phối trí

6 với cấu hình bát diện [58], [78], [127] Dưới ñây là hai ví dụ về phức số phối trí 4, vuông phẳng của Pd(II) và số phối trí 6, bát diện của Ni(II)

Phức chất của Pd(II) với

thiosemicacbazon pyriñin-2-cacbanñehit

Phức chất của Ni(II) với thiosemicacbazon 1,2- naphthoquinon

Hình 1.7 Phức của Pd(II), Ni(II) với một số thiosemicacbazon

Tóm lại, Pd(II) và Ni(II) ñều có khả năng tạo phức chất tứ diện hay vuông phẳng với số phối trí phổ biến là 4 Ngoài ra, Ni(II) còn có khả năng tạo phức chất với cấu hình bát diện với số phối trí 6 ðiều này hoàn toàn phù hợp với ñặc ñiểm

cấu hình electron của các ion kim loại này Do sự ña dạng về khả năng phối trí và ñặc biệt cùng ở nhóm VIIIB với platin mà cả Pd(II) và Ni(II) ñã và ñang dành ñược

sự quan tâm của nhiều nhà khoa học nghiên cứu về phức chất trong và ngoài nước 1.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT

1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

Khi chiếu vào mẫu thử chùm bước xạ, phân tử sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại, năng lượng phân tử tăng lên 8 - 40 kJ/mol ðây chính là khoảng năng lượng tương ứng với tần số của dao ñộng biến dạng và quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị Sự hấp thụ xảy ra khi tần số của bức xạ của tia tới bằng với tần số dao ñộng riêng của một liên kết nào ñó trong phân tử Tần số dao ñộng riêng của các liên kết trong phân tử ñược tính theo công thức:

Như vậy, trong phổ hấp thụ hồng ngoại mỗi liên kết có một tần số dao ñộng riêng xác ñịnh, phụ thuộc vào bản chất các nguyên tố tham gia liên kết và môi trường mà liên kết ñó tồn tại Khi tham gia tạo liên kết mới, do ảnh hưởng của các nhóm khác trong phân tử, các dải hấp thụ của nhóm ñang xét sẽ bị chuyển dịch về

vị trí hay thay ñổi về cường ñộ Từ sự thay ñổi về cường ñộ và hướng cũng như ñộ dịch chuyển về vị trí chúng ta sẽ thu ñược một số thông tin về mô hình tạo phức của phối tử ñã cho Phổ hấp thụ hồng ngoại ñã ñược sớm sử dụng trong việc nghiên cứu các thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp Tuy nhiên, do cấu tạo phức tạp của hợp chất thiosemicacbazon mà việc tính toán lý thuyết ñể ñưa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn Chính vì vậy, sự quy kết các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất loại này còn chủ yếu dựa vào phương pháp gần ñúng dao ñộng nhóm Hiện nay, còn một số ý kiến khác nhau về

sự quy kết các dải hấp thụ trong phổ của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon Tuy nhiên, sự quy kết dựa theo tài liệu [1, tr 15 - 17] ñược nhiều tài liệu trích dẫn hơn cả Theo ñó các dải hấp thụ chính trong phổ của thiosemicacbazit ban ñầu ñược quy kết như sau:

Bảng 1.1 Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit [1, tr 17]

tử hiñro ñã bị tách ra ñể ion kim loại trung tâm liên kết với nguyên tử S [19] Một bằng chứng nữa cho sự thiol hóa là sự xuất hiện thêm dải hấp thụ ñặc trưng cho dao ñộng hóa trị nhóm N = C [38], [69], [98] Dải hấp thụ của dao ñộng C = N và C = O cũng thay ñổi trong một khoảng tương ñối rộng từ 1500 - 1700 cm-1, nhưng dải hấp thụ của dao ñộng C = N mạnh hơn nhiều so với C = O Các dải hấp thụ ñặc trưng cho dao ñộng nhóm C = O của anñehit, xeton hay axit cacboxylic ñều dao ñộng quanh 1700 cm-1 Vì vậy, ñể phân biệt dải hấp thụ này người ta cần chú ý tới một số

ñiểm sau: ñối với hợp chất có nhóm chức anñehit ngoài dao ñộng nhóm C = O còn xuất hiện thêm dải hấp thụ của nhóm C – H ở khoảng 2700 - 2800 cm-1, nếu là axit cacboxylic xuất hiện thêm dải hấp thụ của nhóm OH quanh 2500 - 3500 cm-1, tuy nhiên vùng này cũng có dải hấp thụ ñặc trưng cho dao ñộng nhóm NH [122] Khi

ñó, chúng ta cần xét ñến ñặc ñiểm của dải hấp thụ ñó: OH xuất hiện với pic rộng và

tù còn NH xuất hiện với pic rộng nhưng nhọn Dải dao ñộng của nhóm OH ở khoảng 3200 - 3500 cm-1 thường bị biến mất khi chuyển vào phức chất, ñây là bằng chứng cho sự tạo phối trí giữa nguyên tử O của nhóm OH với ion kim loại trung tâm [43], [61]

Dải dao ñộng của nhóm CNN hấp thụ ở khoảng 1400 - 1500 cm-1, dải dao ñộng của nhóm NN hấp thụ ở khoảng 1000 - 1100 cm-1, số sóng của các dải hấp thụ này thường có xu hướng giảm khi chuyển từ phối tử vào phức chất do N(1) tham gia tạo liên kết với ion kim loại trung tâm [21], [32], [69] Trong phức chất của thiosemicacbazon salixylanñehit, isatin, axetyl axeton với các kim loại như Cu2+,

Ni2+, Co3+ nhóm NH2 ñóng góp chủ yếu cùng với νN=C tạo thành dải hấp thụ ở

1590 - 1620 cm–1 và dải này thường thay ñổi không ñáng kể nếu nhóm NH2 không tham gia tạo phức [1, tr 16 - 17]

Trong nhiều công trình, các tác giả cũng quan tâm ñến dải hấp thụ ñặc trưng cho liên kết M – O, M – N, M – S Theo tác giả [1, tr 60 - 80], [57], [ 62], các dải hấp thụ ñặc trưng cho loại liên kết này thường xuất hiện ở khoảng 100 - 600 cm-1 với cường ñộ yếu Các dải hấp thụ trong vùng này cũng ñược tác giả [1, tr 60 - 80] gán cho dao ñộng ñặc trưng của các liên kết giữa Ni, Co, Cu với các nguyên tử halogen, S, N và O

1.4.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Một hạt nhân có spin (I) khác không khi ñược ñặt trong một từ trường thì nó

có thể chiếm (2I+1) mức năng lượng khác nhau Sự chênh lệch giữa các mức năng lượng ấy phụ thuộc vào cường ñộ từ trường xung quanh hạt nhân ñó Từ trường này

là từ trường ngoài cộng với từ trường ngược chiều gây ra bởi sự chuyển ñộng của lớp vỏ ñiện tử xung quanh hạt nhân ðiều này dẫn tới các hạt nhân khác nhau ñặt

trong từ trường ngoài sẽ cần các năng lượng kích thích khác nhau ñể thực hiện sự chuyển mức năng lượng Trong phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, năng lượng kích thích các hạt nhân gây ra bởi một từ trường biến ñổi có tần số vùng tần số sóng

vô tuyến Bằng cách thay ñổi tần số của từ trường kích thích, có thể thu ñược các tín hiệu cộng hưởng của các hạt nhân từ khác nhau trong phân tử và có thể xác ñịnh một cách cụ thể cấu trúc của các hợp chất hoá học [2, tr 295 - 299] Phổ cộnghưởng từ hạt nhân 1H và 13C ñược sử dụng ñộc lập hoặc kết hợp với nhau ñể xác ñịnh cấu tạo hóa học của hợp chất hữu cơ cũng như các hợp chất của thiosemicacbazon và phức chất của chúng [4, tr 46 - 94], [7, tr 96 - 142]

Phổ cộng hưởng từ proton cho biết ñược số loại proton có trong phân tử Chất chuẩn trong phổ cộng hưởng từ proton thường sử dụng là TMS (tetra methyl silan) và ñộ dịch chuyển hóa học của proton trong TMS ñược qui ước là 0 ppm Sự tương tác của các proton xung quanh sẽ gây ra sự tách vạch cho trường hợp phổ bậc nhất tuân theo quy tắc (n+1): singlet, doublet, triplet, quartet

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C cho các tín hiệu của các loại C Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C ở những dạng thường như 13C - CPD hay DEPT, tương tác spin - spin C – C hay C – H ñã ñược khử, nên không có sự tách vạch như trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton [2, tr 321 - 330],[6, tr 68 - 98]

Dung môi dùng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân không ñược chứa những hạt nhân có tín hiệu che lấp tín hiệu chính Thường ñược sử dụng là các dung môi

ñã bị ñơterri hóa như CCl4, CDCl3, CD2Cl2, CD3OD, CD3COCD3, D2O, DMSO -

d6 Tuy nhiên, không thể ñơterri hóa tuyệt ñối nên thường còn chứa một lượng nhỏ proton, ñồng thời cũng có thể chứa cả vết H2O, do hút ẩm Vì vậy, trên phổ cộng hưởng từ proton, cùng với những tín hiệu của chất nghiên cứu thường có những tín hiệu của proton còn sót của dung môi và của nước Trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C luôn có tín hiệu của cacbon của dung môi Dung môi thường ñược dùng trong ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân của thiosemicacbazon và phức chất của nó là DMSO hoặc CDCl3 Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân người ta quan tâm nhiều

ñến ñộ chuyển dịch hóa học của các proton hay cacbon ðộ chuyển dịch hóa học phụ thuộc vào một số yếu tố sau [2, tr 301 - 311]:

Thứ nhất là sự chắn tại chỗ hay sự chắn màn electron tại chỗ Hạt nhân ñược chắn màn càng nhiều thì tín hiệu cộng hưởng của nó càng dịch chuyển về phía trường mạnh Sự chắn tại chỗ lại phụ thuộc trước hết vào mật ñộ electron xung quanh hạt nhân ñang xét, do ñó nó liên quan trực tiếp ñến ñộ âm ñiện của các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử ñính với hạt nhân ñó Các nhóm hút electron mạnh

có ñộ chuyển dịch hóa học cao ðiều này khá quan trọng trong việc giải thích về sự thay ñổi một số tín hiệu cộng hưởng của các proton hay cacbon khi chuyển từ thiosemicacbazit vào thiosemicacbazon và từ thiosemicacbazon vào phức chất tương ứng Sự thay ñổi tín hiệu cộng hưởng của proton ở vị trí N(2), N(4) khi tạo thành các thiosemicacbazon do sự hình thành mạch liên hợp –C = N – N(2)H – C = S nên mật ñộ electron trên N(2) nhiều hơn N(4) dẫn tới proton liên kết với N(2) có ñộ chuyển dịch hóa học cao hơn Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C thì cacbon nhóm C = O của hợp chất cacbonyl có ñộ chuyển dịch hóa học cao hơn cacbon này khi tồn tại trong nhóm C = N(1) của thiosemicacbazon [13], [16], [117] Sự chắn màn electron không những phụ thuộc vào mật ñộ electron mà còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của các ñám mây electron Vì vậy ñộ chuyển dịch hóa học của các proton thường biến ñổi từ 0 ñến 15 ppm còn ñộ chuyển dịch hóa học của

13C lại biến ñổi tới 240 ppm Không những ñộ chuyển dịch hóa học phụ thuộc vào

sự chắn tại chỗ mà nó còn phụ thuộc vào sự chắn từ xa Sự chắn từ xa còn ñược gọi

là sự chắn bất ñẳng hướng bởi vì ở hướng này thì bị chắn còn hướng kia thì lại không chắn

Thứ hai là các yếu tố ngoại phân tử bao gồm liên kết hiñro, sự trao ñổi proton, dung môi và nhiệt ñộ Liên kết hiñro gây ra sự biến ñổi ñáng kể của proton

ở các nhóm OH, NH và ñôi khi cả SH, vì vậy ñộ chuyển dịch của các proton nhóm

OH, NH biến ñổi trong một khoảng rộng, từ 2 - 15 ppm Proton liên kết với các dị

tố O, N không những có khả năng tạo liên kết hiñro mà còn có khả năng trao ñổi proton với các tiểu phân xung quanh Vị trí tín hiệu cộng hưởng của các proton liên

kết với cacbon thường ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ nhưng với các proton trong các nhóm OH, NH, SH lại phụ thuộc nhiều vào nhiệt ñộ Nhiệt ñộ tăng làm ñứt các liên kết hiñro, do ñó làm cho tín hiệu của các proton nhóm ñó chuyển dịch về phía trường yếu, ñộ chuyển dịch hóa học lớn Nhiệt ñộ ảnh hưởng tới tốc ñộ quay của các nhóm nguyên tử trong phân tử do ñó ảnh hưởng tới tốc ñộ chuyển ñổi giữa các cấu dạng [2, tr 311] Vì vậy, khi ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các phối tử và phức chất nên ghi trong những ñiều kiện nhất ñịnh và ñồng nhất ñể giảm tối ña sự ảnh hưởng này và cũng dễ dàng theo dõi sự biến ñối của các proton cũng như các cacbon khi chuyển từ phối tử vào phức chất

Các nghiên cứu [14], [17], [36], [67], [116], [122] ñã chỉ ra rằng, phân tử thiosemicacbazon và phức chất của chúng ñều không có nhiều proton nên việc quy kết các pic trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân tương ñối dễ dàng Thông thường trong các hợp chất này, proton có mặt trong các nhóm OH, N(1)H, N(2)H, CH = N và SH; ñôi lúc có thêm proton của các nhóm NH2, CH3, C6H5 và CH2 Tín hiệu cộng hưởng của proton nhóm CH3 thường xuất hiện với các pic sắc nét, ñộ chuyển dịch hóa học trong khoảng 1 - 3 ppm, proton gốc allyl cộng hưởng ở khoảng 4 - 5 ppm, trong ñó tín hiệu cộng hưởng của hai proton nhóm = CH2 thường xuất hiện với hai pic doublet ở hai vị trí khác nhau [83], [116] Các tín hiệu cộng hưởng trong vòng benzen xuất hiện trong khoảng từ 6 - 8 ppm Proton của N(2)H cộng hưởng ở khoảng 11,5 ppm với pic singlet, proton ở liên kết ñôi CH = N xuất hiện ở vùng gần 8,3 ppm và proton của OH ở khoảng 12 ppm [11] Trong thiosemicacbazon, proton nhóm N(2)H cộng hưởng khoảng 11 ppm, nhưng khi chuyển vào phức chất thì tín hiệu cộng hưởng của proton này bị biến mất [14], [127] ðây là bằng chứng cho việc thiol hóa các thiosemicacbazon trong quá trình tạo phức Ngoài ra các công trình ñã công bố cũng ñã xác nhận rằng nhóm NH2 trong phân tử thiosemicacbazon không hoàn toàn quay tự do, ñiều này thể hiện ở chỗ trong một số trường hợp, xuất hiện hai tín hiệu gần nhau ở vùng gần 8 - 9 ppm, khi chuyển vào phức chất hai proton này thường cộng hưởng ở cùng một vị trí [12], [14], [17] Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C, tín hiệu cộng hưởng của cacbon nhóm CS thay ñổi không

ñáng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất, thường trong khoảng 175 ppm Tín hiệu cộng hưởng của cacbon nhóm C = N lại thay ñổi nhiều, khi chuyển từ phối

tử vào phức chất [14], [27] Trong phối tử, cacbon nhóm này cộng hưởng trong khoảng 140 ppm còn trong phức chất cacbon này cộng hưởng ở khoảng 150 ppm Cacbon trong vòng benzen thường cộng hưởng trong khoảng 110 - 130 ppm trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của thiosemicacbazon và thường thay ñổi không ñáng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất [117], [118] Tín hiệu cộng hưởng của cacbon gốc metyl thường xuất hiện trong khoảng 30 ppm, cacbon gốc allyl cộng hưởng trong khoảng khá rộng từ 40 - 140 ppm [116]

Sau ñây là phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C (chuẩn) của các hợp chất ñầu ñược sử dụng ñể tổng hợp phối tử trong luận án này Phổ chuẩn và sự gán ghép các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C (chuẩn) của các chất ñầu này ñược chúng tôi tham khảo trên trang web về thư viện phổ chuẩn của Viện Khoa học - Công nghệ Nhật bản (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan): http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/ Phổ chuẩn của các hợp chất trong thư viện này gồm: phổ 1H-NMR, 13C-NMR, MS, FT-

IR, Raman, ESR Theo con số thống kê tính ñến tháng 5 năm 2011, trong thư viện này ñã xây dựng ñược: 34000 phổ chuẩn trong ñó ñã xây dựng ñược phổ của cộng hưởng từ proton của 15400 hợp chất, phổ của cộng hưởng từ hạt nhân 13C của

13600 hợp chất Các phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C ñược xây dựng bởi T.Yamaji, T.Saito, K.Hayamizu, M.Yanagisawa và O.Yamamoto

Hình 1.8 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C

(chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth)

Bảng 1.2 Các tín hiệu cộng hưởng trong

Hình 1.9 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

của N(4)-metyl thiosemicacbazit (Hmth)

Bảng 1.3 Các tín hiệu cộng hưởng trong

(chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

Bảng 1.4 Các tín hiệu cộng hưởng trong

phổ 13 C - NMR của Hmth

Vị trí, ppm Qui kết

Hình 1.11 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

của N(4)-phenyl thiosemicacbazit (Hpth)

Bảng 1.5 Các tín hiệu cộng hưởng trong

(chuẩn) của N(4)-phenyl thiosemicacbazit

Bảng 1.6 Các tín hiệu cộng hưởng trong

Hình 1.13 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

(chuẩn) của benzanñehit

Bảng 1.8 Các tín hiệu cộng hưởng trong

Hình 1.15 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

của axetophenon (acp)

Bảng 1.9 Các tín hiệu cộng hưởng trong

CH3

1' 2' 3'

4'

C O

H

1' 2' 3'

4'

C O

H

1' 2' 3'

2'

3'

4'

5' 6'

Hình 1.17 Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn)

của axit pyruvic (pyr)

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng

Phổ khối lượng là phương pháp hiện ñại và quan trọng trong việc xác ñịnh một cách ñịnh tính và ñịnh lượng thành phần cũng như cấu trúc của các hợp chất hoá học Ưu ñiểm nổi bật của phương pháp này là có ñộ nhạy cao, cho phép xác ñịnh phân tử khối của các hợp chất Cơ sở của phương pháp phổ khối lượng nghiên cứu các chất hữu cơ là sự bắn phá các phân tử hữu cơ trung hoà bằng các tác nhân mang năng lượng cao ñể biến chúng thành các ion phân tử hoặc phá vỡ thành các ion mảnh, các gốc [2, tr 380 - 401]

Hiện nay, trong phương pháp phổ khối người ta thường áp dụng các phương pháp ion hoá khác nhau như: ion hoá hoá học (CI), ion hoá bằng phương pháp bụi electron (ESI), bắn phá bằng nguyên tử tăng tốc (FAB), phun mù electron dùng khí trợ giúp (PAESI)… Các phương pháp này ñều có những ưu và nhược ñiểm riêng Trong số các phương pháp trên, phương pháp bụi electron (ESI) thường ñược sử dụng ñể nghiên cứu các phức chất của kim loại vì ñây là phương pháp bắn phá

“nhẹ” (50 eV) mà tác nhân là electron nên có khả năng duy trì ñược cấu trúc phân

C C

O

1'