1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN KHÂM ANH

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ
HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT Cu(I), Cu(II)
VỚI THIOSEMICACBAZON MENTON

LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC

Vinh, 2014


2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN KHÂM ANH

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ
HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT Cu(I), Cu(II)
VỚI THIOSEMICACBAZON MENTON
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60.440.113

LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:
PSG. TS. PHAN THỊ HỒNG TUYẾT

Mục lục ……………………………………………………………….…………..2
Danh mục các kí hiệu, chữ viết tắt ………...…….. ……………………………...4
Danh mục các bảng ……………………………………………………………….5
Danh mục các hình vẽ …………………………………………………………...6
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN…………………………………………………… 10
I.1. Thiosemicacbazon: cấu tạo, tính chất, khả năng tạo phức ………………….10
I.1.1. Cấu tạo, tính chất…………………………………………………………..10
I.1.2. Khả năng tạo phức…………………………………………………………13
I.1.3. Hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon…………………………………18
I.2. Menton……………………………………………………………………….21
I.2.1. Giới thiệu chung…………………………………………………………...21
I.2.2. Điều chế……………………………………………………………………21
I.2.3. Tính chất hóa học………………………………………………… ..……..22
I.2.4. Ứng dụng…………………………………………………………………..23
I.3. Khả năng tạo phức của Cu(I), Cu(II) và hoạt tính sinh học…………………23
I.3.1. Giới thiệu chung…………………………………………………………...23
I.3.2. Khả năng tạo phức của Cu(I)……………………………………………...25
I.3.3. Khả năng tạo phức của Cu(II)…………………………………………….26
I.3.4. Hoạt tính sinh học của đồng và phức đồng………………………………..27
I.4. Tình hình nghiên cứu phức chất của các kim loại chuyển tiếp với phối
tử thiosemicacbazon…………………………………………………………….28
I.5. Các phương pháp nghiên cứu………………………………………………..34
I.5.1. Phương pháp phổ MS……………………………………………………...34
I.5.2. Phương pháp hồng ngoại (IR)…………………...………………………...36
I.5.3. Phương pháp phổ hấp thụ electron (UV-VIS)……………………………..38
I.5.4. Phương pháp thử hoạt tính sinh học……………………………………….40


5


7

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Hoạt tính kháng khuẩn của Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc và phức chất
của chúng………………………………………………………….…19
Bảng 1.2: Hoạt tính kháng vi sinh vật của thiosemicacbazon và phức chất
Pt của chúng…………………………………………………………20
Bảng 1.3: Khả năng tạo phức của Cu(II)………………………………………...26
Bảng 1.4:Hoạt tính kháng khuẩn của Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc và phức chất Cu(II)
của chúng……………………………………………………………….28
Bảng 1.5: Các dải hấp thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit…………..37
Bảng 3.1: Kết quả MS và thành phần phức chất………………………………...44
Bảng 3.2: Kết quả qui kết một số tần số đặc trưng trên phổ hồng ngoại của
Hthiomen và các phức chất Cu(I), Cu(II)…………...………………..52
Bảng 3.3 . Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các phối tử
thiosemicacbazon menton và các phức chất Cu(I), Cu(II) của nó…...57

DANH MỤC CÁC HÌNH


8

Trang
Hình 1.1: Cấu trúc phân tử thiosemicacbazit………………………….………..10
Hình 1.2: Cân bằng tauteme của thiosemicacbazit …………………………….10
Hình 1.3: Phản ứng ngưng tụ của thiosemicacbazit với hợp chất cacbonyl….…11
Hình 1.4: Hợp chất cacbonyl phản ứng với thiosemicacbazon ở giai đoạn 1......11
Hình 1.5: Hợp chất cacbonyl phản ứng với thiosemicacbazon ở giai đoạn 2......12



9

Hình 1.24: Công thức cấu tạo của isatin beta thiosemicacbazon…………….…30
Hình 1.25: Công thức cấu tạo phức vuông phẳng của Ni(thsa)A (A = H2O,
NH3, Py, C6H5NH2)………………………………………………...31
Hình 1.26: Công thức cấu tạo phức bát diện Ni(H2thsa)(NO3)2 …………….….31
Hình 1.27: Phức của Ni(II) với thiosemicacbazon menthone……………….…..32
Hình 1.28: Tổng hợp phức Cu(II), Ni(II) với thiosemicacbazon menthone…....32
Hình 1.29: Cấu trúc của các phức chất [Hg(FTSZ)Cl]2 và [Hg(TTSZH)Cl2]….34
Hình 1.30: Sơ đồ chuyển mức năng lượng lượng của phối tử………………….38
Hình 3.1. Phổ ESI-MS possitive của Hthiomen………………………………..44
Hình 3.2. Sơ đồ phân mảnh của Hthiomen……………………………………..45
Hình 3.3. Phổ MS của phức chất Cu(I) với Hthiomen…………………………46
Hình 3.4: Sơ đồ phân mảnh của phức chất Cu(I) với Hthiomen……………….47
Hình 3.5. Phổ MS của phức Cu(II) với Hthiomen...............................................48
Hình 3.6: Sơ đồ phân mảnh của phức chất [Cu(thiomen)2].................................49
Hình 3.7. Phổ IR của Hthiomen………………………………………………..50
Hình 3.8. Phổ IR của phức Cu(II)- thiomen…………………………………….51
Hình 3.9: Phổ IR của phức Cu(I)-thiomen………………………………………51
Hình 3.10. Phổ UV-VIS Hthiomen……………………………………………..54
Hình 3.11. Phổ UV-VIS của phức chất Cu(I)-thiomen........................................54
Hình 3.12. Phổ UV-VIS của phức chất Cu(II)-thiomen.......................................55
Hình 3.13. Cấu tạo phức Cu(I)-thiomen, Cu(II)- thiomen………………………56
Hình 3.14. Sơ đồ phản ứng tổng hợp phức Cu(I)-thiomen………………….…..56
Hình 3.15. Sơ đồ phản ứng tổng hợp phức Cu(II)- thiomen……………………56


10

11

- Tổng hợp phối tử thiosemicacbazon menton từ thiosemicacbazit và
menton
- Tổng hợp các phức chất:
+ Phức chất Cu(I) với thiosemicacbazon menton.
+ Phức chất Cu(II) với thiosemicacbazon menton.
- Nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất Cu(I),
Cu(II) với thiosemicacbazon menton.
+ Xác định thành phần, cấu trúc của phối tử và phức chất bằng các
phương pháp: phổ hồng ngoại, phổ khối lượng, phổ hấp thụ electron.
+ Thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon menton và phức
chất của chúng với Cu(I), Cu(II): Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định trên 8
chủng vi sinh vật.


12

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
I.1. Thiosemicacbazon: Cấu tạo, tính chất, khả năng tạo phức và hoạt tính
sinh học
I.1.1. Cấu tạo, tính chất
Thiosemicacbazon là loại hợp chất hữu cơ được tạo thành do phản ứng
ngưng tụ của thiosemicacbazit với hợp chất cacbonyl.
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, ít tan trong nước, nhiệt độ nóng
chảy từ 181 - 1830C.
Công thức phân tử: CH5N3S
Công thức cấu tạo: NH2-NH-(C=S)-NH2
hay:



SH
NH

2

H 2N

N

C

NH

2

D ¹ n g th io l

Hình 1.2. Cân bằng tauteme của thiosemicacbazit
Trong phân tử thiosemicacbazit liên kết C=S có độ bội bé hơn 2, các liên kết
C-N(2), C-N(3) có độ bội lớn hơn 1 còn các liên kết khác có độ bội gần bằng 1,


13

điều này được gây ra bởi sự liên hợp giữa cặp electron không liên kết của nguyên
tử N(2), N(3) liên hợp với liên kết bội C=S (liên hợp π-p).
Ở trạng thái rắn, trong phân tử thiosemicacbazit nguyên tử S và nhóm -NH 2
nằm ở vị trí trans với nhau qua liên kết C-N(2), nguyên nhân của hiện tượng này
là do có liên kết hiđro nội phân tử giữa N(3)-H…N(1).

NH2

S

(cacbonyl)

- H 2 O R'

C

N

NH

R''

C

NH2

S

(thiosemicacbazit)

(thiosemicacbazon)

Hình 1.3. Phản ứng ngưng tụ của thiosemicacbazit với hợp chất cacbonyl
Phản ứng chỉ xảy ra với nhóm - NH 2 hiđrazin của thiosemicacbazit trong môi
trường etanol- nước có axit làm xúc tác. Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn, ta có
thể mô tả cơ chế của phản ứng như sau:


+

HNH - NH

+

HNH - NH

C

S

+

C

NH2

-H

C

NH - NH

C

NH2

OH

C

NH2

-H2O

C

+

C

NH2

S

2

S
NH - NH

NH - NH

NH - NH

C

NH2

+OH

trình sau làm giảm hiệu suất phản ứng:
S

S
H2N

H
N

C

NH2

+ H+

+

H 3N

H
N

C

NH2

Sự biến đổi nồng độ các chất trong [1] giai đoạn 1 theo pH có thể biểu diễn
bằng hình 1.6



tại ở cấu hình cis và đóng vai trò như một phối tử hai càng, như vậy có xu hướng
thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S
và N(1) của nhóm hidrazin. Để thực hiện sự phối trí kiểu này cần phải tiêu tốn
năng lượng cho quá trình di chuyển nguyên tử H của nhóm N (2)H sang nguyên tử
S. Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư do việc tạo thêm một liên kết
và hiệu ứng đóng vòng.
Tuy nhiên trong một số ít các trường hợp do khó khăn về mặt 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. Ví dụ điển hình về kiểu
phối trí này ta có thể liệt kê là phức thiosemicacbazit của Cu (II), Co(II) [4,6]
Phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon bắt đầu
phát triển mạnh sau khi Domagk nhận thấy hoạt tính kháng khuẩn của một số
thiosemicacbazon [9,11,14]. Để làm sáng tỏ cơ chế tác dụng ấy của
thiosemicacbazon người ta đã tổng hợp các phức chất của chúng với các kim loại
và tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp được.
Cũng theo [9,11,14,1] phức chất của thiosemicacbazon được quan tâm
nghiên cứu nhiều bởi tính đa dạng của các hợp chất cacbonyl. Nó cho phép thay
đổi trong một giới hạn rất rộng bản chất các nhóm chức cũng như cấu tạo hình
học thiosemicacbazon.
Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có khuynh hướng thể hiện
dung lượng phối trí cực đại. Tuy nhiên, tuỳ vào phần hợp chất cacbonyl mà
thiosemicacbazon có thể là phối tử 1 càng, 2 càng, 3 càng hay 4 càng.
Phối tử 1 càng
Trong một số ít trường hợp, do khó khăn về hoá lập thể, các
thiosemicacbazon mới thể hiện như phối tử một càng. Ví dụ như phức chất của
Cu (II) với 4-phenyl thiosemicacbazon 2 benzoylpiridin trong đó phối tử thứ nhất
đóng vai trò như phối tử hai càng còn phối tử thứ hai là phối tử 3 càng được thể
hiện cụ thể qua hình dưới đây:



thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal,
menton…

Hình 1.9. Sơ đồ tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R: H, CH3, C2H5,
C6H5….)
Trong công trình nghiên cứu của mình, các tác giả [17,4] đã đưa ra cấu tạo
của phức 2 càng giữa Pt(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon furaldehit và phức
giữa Pd(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon 2-axetyl piridin như sau:
NH
C

N

S

C

N
Pt

H
O

C

NH

O

S

NH

N

C
NH

Hình 1.10. Sơ đồ tạo phức phối tử hai càng


18

Phối tử 3 càng
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-hidrazin (N (1)) qua hai hay ba
nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường có khuynh hướng thể
hiện như một phối tử ba càng với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S.
Một số phối tử loại này là các thiosemicacbazon hay dẫn xuất
thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa hay H2phthsa), isatin (H2this hay
H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpy hay H2pthpy)
….Trong phức chất của chúng với các ion kim loại Cu 2+, Co2+, Ni2+, Pt2+….phối tử
này tạo liên kết với bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành vòng 5
hoặc 6 cạnh [1,3,6]. Mô hình tạo phức của các phối tử thiosemicacbazon ba càng
và các ví dụ cụ thể đã được các tác giả [1,17] xác định như sau:

Hình 1.11. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng và công thức cấu tạo
của phức chất giữa thiosemicacbazon và một số kim loại chuyển tiếp.
a, a') Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng.
b. Phức vuông phẳng Ni(thac).H2O.
c. Phức vuông phẳng Pt(Hthsa)Cl.


R'

N

SH

- 2 H2 O

H

NH2

N
NH2

Hình 1.12. Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng
Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho là N, N, S, S và cũng
thường có cấu tạo phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng
xích đạo của phức chất tạo thành.
Một cách khác nữa để tổng hợp các phức chất chứa phối tử bốn càng trên
cơ sở thiosemicacbazit là ngưng tụ 2 phân tử hợp chất cacbonyl với một
thiosemicacbazit khi có mặt ion kim loại - phản ứng trên khuôn. Trong phản ứng
loại này, cả hai nhóm NH2 của thiosemicacbazit đều tham gia phản ứng ngưng tụ.
Trong môi trường kiềm, khi có mặt Ni2+, Cu2+ thiosemicacbazon
salixilandehit có khả năng ngưng tụ với salixiandehi để tạo thành phối tử bốn
càng H3thsasal mà ở điều kiện thường phản ứng ngưng tụ phân tử salixilandehit
thứ hai này không xảy ra. Công thức chung của các phức chất tạo thành được mô
tả dưới đây:
O



20

Nói chung, trong đa số các trường hợp, phần khung thiosemicacbazon đều
tham gia phối trí qua hai nguyên tử cho là S và N để tạo thành vòng 5 cạnh như
mô hình dưới đây:

Hình 1.14. Mô hình tạo thành vòng 5 cạnh của phần khung thiosemicacbazon
Tuy nhiên, trong trường hợp tạo thành phức chất hỗn hợp với các phối tử
khác, tuỳ thuộc vào kích thước không gian của phần hợp chất cacbonyl mà
thiosemicacbazon có thể tạo thành các phức chất chứa vòng 4 hoặc 5 cạnh.
I.1.3. Hoạt tính sinh học của thiosemicacbazon
Thiosemicacbazon và phức chất của chúng là những chất có nhiều tính chất
quí báu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhất là trong y học.
Có những thiosemicacbazon đã được dùng làm thuốc. Như thiosemicacbazon paxetamino benzanđehit( thiaxetazon-TB1) dùng làm thuốc chữa bệnh lao. Đến
nay TB1 vẫn là một trong số thuốc hiệu nghiệm nhất đối với bệnh này.
H3C

C

HN

C

N

H

S

Bên cạnh đó, các thiosemicacbazon cũng có tác dụng tốt trong quá trình
chữa bệnh viêm nhiễm.[21]


21

Domark và các cộng sự của ông đã so sánh khả năng kháng khuẩn của các
thiosemicacbazon với các thiosemicacbazit và từ đó ông kết luận rằng tác dụng
chữa bệnh của các thiosemicacbazon không phải do chúng diệt các vi trùng mà
trung hòa các độc tố do vi trùng tiết ra. Chính vì thế mà tác dụng kháng khuẩn
trong cơ thể sống của chúng lớn hơn nhiều trong ống nghiệm.
Trong công trình [26], Martelli đã công bố kết quả về việc tổng hợp 4-metyl
thiosemicacbazon 2-axetyl piridin (Ac-4Mtsc) và 2-metyl thiosemicacbazon 2axetyl piridin (Ac-Mtsc) và các phức chất của chúng. Hai phối tử này có khả năng
chống lại nhiều loại nấm khác nhau. Hoạt tính này tăng khi chúng tạo phức với
các ion kim loại như kẽm, niken, đồng. Chẳng hạn, Ac-4Mtsc có nồng độ ức chế
tối thiểu MIC đối với Aspergillus Fumigatus là 600 μg/ml, Mic của Ac-2Mtsc là
800 μg/ml trong khi đó của Cu(Ac-2Mtsc)SO4 là 300 μg/ml… Phức đồng có hoạt
tính mạnh nhất rồi đến phức niken và yếu nhất là phức kẽm. các phức chất này có
khả năng chống lại những tác nhân gây ra bệnh có khả năng lây lan lớn ở vùng
nhiệt đới. các phối tử Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc và phức kim loại của chúng cũng
được thử hoạt tính kháng khuẩn. các tác giả nhận thấy rằng đa số các phức chất
thể hiện hoạt tính mạnh hơn so với các phối tử tương ứng, điều này có thể thấy rõ
qua bảng 1.1, bảng 1.2.
Bảng 1.1:. Hoạt tính kháng khuẩn của Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc và phức chất của
chúng.[26].
Hợp chất
Ac-4Mtsc
Cu(Ac-4Mtsc)Cl2
Cu(Ac-4Mtsc)(NO3)2
Cu(Ac-4Mtsc)(Oac)2

e
f
15.62
250
15.62
7.81
7.81
125
15.62
15.62
31.25
7.81
31.25
3.91
3.96
125
7.81
3.91
7.81
31.25
7.81
31.25
15.62
31.25
31.25
15.62
25.00
125
41.25
7.81

Ni(Ac-2Mtsc)SO4

21.25
15.62
7.81
-

12.50
25.00
12.50
62.50
3.91
-

62.50
62.50
250
62.50
62.50
125
-

62.50
62.50
62.50
-

31.25
31.25
62.50

Vi khuẩn
Hợp chất

H24Phthis
(H24Phthis)Cl
H2thsa
Pt(H2thsa)Cl
H2thac
Pt(Hthac)Cl
Hthbe
Pt(Hthbe)2
H4Phthbe
Pt(4Phthbe)2
H2thdi
Pt(thdi)
H24Phthdi
Pt(H4Phthdi)2
Hthfu
Pt(thfu)2
H4Phthfu
Pt(H4Phthfu)2

Nồng độ ức chế tối thiểu (μg/ml)
Vi khuẩn
Nấm mốc

Gram (+)

Nấm men


50
50
25
50
25
25
50
50
50
-

50
25
25
50
50
12,5
50
12.5
12.5
50
-

50
50
25
25
25
12.5
-

50
50
25
50
25
25
25
50
-

E: E. coli; P: P.aeruginosa; B: B. subtillis; A: Asp.niger; F: F. oxysporum;
C: C. albicans.
I.2. Menton
I.2.1. Giới thiệu chung
Công thức phân tử: C10H18O
Khối lượng mol phân tử: 154,25 g/mol
Khối lượng riêng: 0,895 g/cm3


23

Điểm nóng chảy: -6oc
Nhiệt độ sôi: 207oc
Menton là hợp chất hữu cơ tự nhiên có công thức phân tử C 10H18O có tên
gọi là 2-Isopropyl-5-methylcyclohexanone ( Menthone ), tồn tại bốn đồng phân

Hình 1.15. Cấu trúc phân tử menton
Menton thường được sử dụng trong nước hoa và mỹ phẩm nhằm tạo mùi
thơm đặc trưng của bạc hà.
I.2.2. Điều chế

phẩm nhằm tạo mùi thơm đặc trưng của bạc hà. Gần đây menton còn được dùng
để tạo các phối tử nhằm tổng hợp các phức chất phục vụ cho nghiên cứu trong các
ngành khoa học khác nhau, đặc biệt là tổng hợp phức chất của kim loại chuyển
tiếp dùng cho nghiên cứu trong y học, dược phẩm.
I.3. Khả năng tạo phức của Cu(I), Cu(II) và hoạt tính sinh học
I.3.1. Giới thiệu chung
Nguyên tố Cu có cấu hình electron: [Ar]3d104s1
Năng lượng ion hóa: I1 = 7,72 eV, I2 = 20,29 eV, I3 = 36,9 eV
Đồng là kim loại nặng, kết tinh ở dạng tinh thể lập phương tâm diện, màu đỏ,
có ánh kim có tính dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
Trong thiên nhiên đồng có 2 đồng vị bền là: 63Cu (70, 13%), 65Cu (29, 87%).
Đồng là kim loại kém hoạt động có khả năng thể hiện trạng thái oxi hóa +1,
+2, +3. Điều này được giải thích là do sự gần nhau về năng lượng của các obitan
3d và 4s. Trong đó trạng thái +2 là đặc trưng nhất được thể hiện qua sơ đồ oxi
hóa khử sau:

Cu3+

+ 1,8

Cu2+

+ 0,153

Cu+

+ 0,521

Cu