Trng HSP H Ni 2

Khúa lun tt nghip

Tr-ờng đại học s- phạm hà nội 2
Khoa hóa học
==== ====

Nguyễn thị dung

Nghiên cứu quy trình tổng hợp
và khảo sát một số đặc tr-ng
của vật liệu phức hợp
sắt polymaltose (ipc) từ
muối sắt fe2(SO4)3. 7H2O

Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chuyên ngành: Hóa Vô cơ

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học
Th.S Nguyễn thị hạnh

Hà Nội - 2013
Nguyn Th Dung

K35C - Húa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................... 4
1.1. Thiếu máu do thiếu sắt. ....................................................................... 4
1.1.1. Vai trò của sắt với sự sống ........................................................... 4
1.1.2. Nhu cầu chất sắt trong cơ thể con người ...................................... 6
1.1.3. Nguyên nhân gây thiếu sắt ........................................................... 6
1.1.4. Hậu quả khi thiếu sắt. ................................................................... 7
1.1.5. Một số loại hợp chất chứa sắt dùng điều trị thiếu máu do thiếu
sắt………….. ........................................................................................... 8
1.2. Giới thiệu chung về muối sắt (III) sunfat: Fe2(SO4)3.7H2O ................ 9
1.2.1. Tính chất của muối sắt (III) sunfat: Fe2(SO4)3.7H2O ................... 9
1.2.2. Ứng dụng của muối sắt (III) sunfat: ............................................. 9
1.2.3. Các phương pháp điều chế. ........................................................ 10
1.3. Polymaltose. ...................................................................................... 11
1.4. Cấu trúc và đặc trưng của phức chất sắt - polymaltose..................... 13
1.4.1. Giới thiệu chung về phức chất sắt - polymaltose ....................... 13
1.4.2. Cấu trúc....................................................................................... 14
1.4.3. Các đặc trưng của phức hợp sắt – polymaltose. ......................... 15
1.4.4. Phương pháp tổng hợp phức IPC .................................................. 16
1.5. Các phương pháp xác định đặc trưng của vật liệu. ........................... 16
1.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3, 4]. ................................ 16
1.5.2. Phổ hồng ngoại FT- IR [3, 4]. .................................................... 19
1.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử quyét ............................................. 21
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................... 22
1.1. Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ và thiết bị. ............................................. 22
1.1.1. Hóa chất ...................................................................................... 22
Nguyễn Thị Dung

K35C - Hóa

XRD: Phổ nhiễu xạ tia X
FT-IR: Phổ hồng ngoại
M3: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng metanol ở 250C
M4: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng etanol ở 700C
M5: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng etanol ở 250C
M6: Mẫu phức IPC được kết tinh bằng metanol 700C

Nguyễn Thị Dung

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Giá trị pH và độ dẫn điện của một số dung dịch phức IPC ............... 26
Bảng 2: Giá trị pH và độ dẫn điện của một số dung dịch muối sắt ................ 26

Nguyễn Thị Dung

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH


Nguyễn Thị Dung

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Thiếu máu do thiếu sắt là một hội chứng thiếu máu thường gặp nhất.
Thiếu máu khiến cơ thể mệt mỏi, giảm khả năng lao động, suy giảm khả năng
phát triển thể chất và tư duy. Người ta nhận thấy rằng hầu hết các trường hợp
thiếu máu do thiếu sắt đều có thể điều trị hiệu quả bằng cách bổ sung sắt hàng
ngày dưới dạng thuốc hoặc thực phẩm giàu sắt.
Nhiều loại thuốc chứa sắt điều trị thiếu máu đã được sản xuất trên thế
giới bao gồm cả sắt vô cơ và hữu cơ với sắt hóa trị (II) hoặc (III). Với liều
lượng cao, sắt tồn tại trạng thái ion dễ gây ra các hiệu ứng phụ có hại như rối
loạn đường ruột, ngộ độc sắt, biến màu men răng... . Các ion sắt sinh ra từ các
muối sắt có thể thâm nhập vào hệ tuần hoàn và gây ngộ độc sắt. Nhược điểm
này có thể khắc phục bằng cách ổn định các nhân sắt oxi –hidroxit, FeOOH
không ion kích thước nano bằng các tác nhân tạo phức tan trong nước. Thuộc
nhóm cacbohydrat, polymaltose có khả năng phản ứng với sắt tạo ra phức sắt
tan trong nước đáp ứng được các nhu cầu chữa bệnh gồm độc tính thấp, dễ kết
hợp với máu và có độ ổn định cao. Với các loại thuốc chứa sắt sử dụng bằng
đường tiêm truyền, việc lựa chọn đúng loại polysaccarit sẽ tạo ra được dung
dịch thuốc đẳng trương và có độ nhớt thấp.
Phức chất sắt polymaltose đã được sử dụng làm thuốc chống thiếu máu

1.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu phức IPC đạt chuẩn dược phẩm

và hướng đến quy mô sản xuất đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu cho thực
phẩm chức năng bổ sung sắt và thuốc chống thiếu máu.
Trong bài báo cáo này, chúng tôi tập trung trình bày kết quả nghiên cứu
quy trình thích hợp điều chế phức sắt polymaltose và nghiên cứu các đặc
trưng của sản phẩm gồm trạng thái tồn tại của sắt trong phức IPC và các ảnh
hưởng của các điều kiện thí nghiệm đến đặc trưng của phức IPC :
- Nghiên cứu quy trình chế tạo vật liệu IPC từ muối sắt Fe2(SO4)3.7H2O
- Xác định thành phần và nồng độ chất phản ứng để tạo thành phức IPC với tỉ
lệ nhân sắt ß- FeOOH trên vỏ polymaltose thích hợp.
- Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành và chất lượng
phức IPC.

Nguyễn Thị Dung

2

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

- Xác định ảnh hưởng của độ pH đến quá trình hình thành và chất lượng phức
IPC.

Sắt cần thiết cho nhiều chức năng sống:
 Chức năng hô hấp: Tạo nên hemoglobin (Hb) để vận chuyển oxi từ
phổi tới các cơ quan. Trong cơ thể con nguười có khoảng 5-6g chất sắt, liên
kết với nhiều protein khác nhau. Khoảng 2/3 lượng sắt nằm trong huyết cầu tố
và protein trong hồng cầu. Sắt tham gia vào quá trình tổng hợp hồng cầu và là
thành phần của huyết cầu tố, Hb có trong tế bào hồng cầu và làm hồng cầu có
màu đỏ, giúp chuyên chở dưỡng khí đi nuôi các tế bào và loại bỏ các thán khí
ra khỏi cơ thể.
* Hemoglobin (viết tắt là Hb) là sắt chứa oxy vận chuyển các protein
có gắn kim loại trong các tế bào hồng cầu của tất cả các vật có xương
sống cũng như các mô của động vật không xương sống. Hemoglobin có trong
tế bào hồng cầu và làm hồng cầu có màu đỏ, đóng vai trò trong sự hô hấp,
chuyển đổi khí oxi và khí cacbonic nhờ tác động biến đổi của các nguyên tử
Nguyễn Thị Dung

4

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

sắt trong cấu tạo. Hemoglobin trong máu vận chuyển oxy từ các cơ quan hô
hấp (phổi hoặc mang) với phần còn lại của cơ thể (ví dụ như các mô), nơi nó
giải phóng oxy để đốt cháy các chất dinh dưỡng để cung cấp năng lượng cho
các chức năng của cơ thể, và thu thập khí cacbonic sinh ra để đưa nó trở lại cơ
quan hô hấp để được phân ra khỏi cơ thể. Hemoglobin là một protein màu,
phức tạp có nhóm ngoại là hem. Hb là thành phần chủ yếu của hồng cầu,

cơ thể). Nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra năng lượng oxi hóa,
vận chuyển oxi, hô hấp của ti lạp thể và bất hoạt các gốc oxi có hại.
Sắt còn chức năng dự trữ oxi cho cơ bắp, vô hiệu hóa một số thành
phần lạ xâm nhập vào trong cơ thể, tham gia tổng hợp các hoóc môn tuyến
tiền liệt.
1.1.2. Nhu cầu chất sắt trong cơ thể con người
Trong cơ thể, nhu cầu sắt hằng ngày bình thường để tạo hồng cầu là
20 -25mg sắt. Tuy nhiên hầu hết lượng sắt cần thiết để sản xuất hồng cầu đều
được tái sử dụng từ quá trình phân hủy hồng cầu già. Do đó chỉ cần 1mg
sắt/ngày là đủ bù lại lượng sắt mất đi qua đường phân, nước tiểu,mồ hôi và tế
bào biểu mô bong ra.
Nhu cầu sắt trong cơ thể có thể tăng lên trong một số trường hợp mất
máu qua các chu kỳ kinh nguyệt của phụ nữ, có thai, cho con bú và trẻ em
tuổi dậy thì.
1.1.3. Nguyên nhân gây thiếu sắt
Xét theo nhu cầu dinh dưỡng của thế giới, người ta xác định rằng
thiếu sắt là trường hợp thường xảy ra, có 4 trường hợp thiếu hay gặp:
+ Thiếu từ nguồn đưa vào: Thiếu sắt và thiếu máu có liên hệ với nhau,
thiếu sắt chiếm từ 5 – 10% dân số trên thế giới, nhất là trong các nước đang
phát triển, vì ở đó người dân còn thiếu nhiều yếu tố, điều kiện còn khó khăn.
Tuy nhiên, trong các nước khác, thức ăn cũng không cung cấp đủ nhu cầu về
sắt cho phụ nữ có thai và cho con bú, trẻ em, những người ăn ít thịt, người ăn
chay, người hay uống rượu, và thậm chí những người lao động nặng thiếu sắt.
+ Thiếu máu do mất máu: Xảy ra ở phụ nữ mất do kinh nguyệt, hoặc sau
khi chảy máu. Trong trường hợp chảy máu cấp, hay chảy máu ít nhưng âm ỉ
Nguyễn Thị Dung

6

K35C - Hóa

trắng. Nặng thì có thể đưa tới tim to và suy tim ứ huyết…
+ Hậu quả ở trẻ em thiếu sắt: Trẻ thiếu máu do thiếu sắt sẽ để lại
những hậu quả lâu dài. Trẻ thường có da xanh, nhợt nhạt, gầy yếu. Thiếu máu
Nguyễn Thị Dung

7

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

nặng các em có hiện tượng hoa mắt, chóng mặt và khó thở khi làm việc gắng
sức. Thiếu máu làm trẻ nhanh bị mệt, hay ngủ gật, kém tập trung đẫn đến tiếp
thu bài kém, chỉ số thông minh thấp hơn trẻ khỏe mạnh. Trẻ 2 tuổi thiếu máu
có thể ảnh hưởng tới sự điều khiển chân tay và mất thăng bằng, chậm nói, e
dè mất tự tin. Hệ thần kinh trung ương dễ kích thích, cáu gắt, mệt mỏi, rối
loạn dẫn truyền thần kinh dẫn đến phản xạ chậm, khả năng phát triển thể chất
và tư duy giảm…
+ Hậu quả ở người cao tuổi thiếu sắt: Sức đề kháng do khi thiếu sắt
các tế bào bạch cầu chống lại vi khuẩn bảo vệ cơ thể bị giảm đi, hệ miễn dịch
giảm từ 28-50% ở người từ 60 tuổi trở lên. Não bộ của người cao tuổi bị thiếu
sắt cũng bị suy thoái tương tự não bộ của người bị mắc bệnh giảm trí nhớ,
hoạt động thể lực suy yếu, tăng nguy cơ biến chứng và phát triển các bệnh
mãn tính như suy thận, suy tim hay tiểu đường.
+ Hậu quả ở nam giới thiếu sắt: Thiếu máu dinh dưỡng làm giảm khả
năng lao động, sức lao động giảm, giảm trí nhớ, giảm khả năng sáng tạo, trí
tuệ giảm sút và có thể mắc bệnh trầm cảm. Thiếu máu có thể dẫn đến rụng

Fe2(SO4)3.7H2O là chất dễ kết tinh. Muối có khả năng tạo thành những
dung dịch nước rất đậm đặc, nhưng quá trình tan xảy ra chậm.
Fe2(SO4)3 tan trong rượu, không tan trong H2SO4. Vì bị thủy phân (tạo
thành keo Fe(OH)3) nên dung dịch nước có màu nâu đỏ, nếu cho thêm H2SO4
phản ứng thủy phân bị đẩy lùi và dung dịch hầu như không màu. Khi đun sôi
dung dịch loãng, muối bazơ sẽ kết tủa.
1.2.1.2. Tính chất hóa học
 Tính chất của muối: Phản ứng trao đổi
Fe2(SO4)3 + 6NaOH  2Fe(OH)3↓ +3Na2SO4
 Tính oxi hóa (thể hiện khi tác dụng với chất khử như Cu, Fe…)
Fe + Fe2(SO4)3  3FeSO4
Cu + Fe2(SO4)3  CuSO4 + 2FeSO4
 Tác dụng với các kim loại mạnh hơn.
Mg + Fe2(SO4)3  2FeSO4 + MgSO4
1.2.2. Ứng dụng của muối sắt (III) sunfat:
Fe2(SO4)3 có trong phèn sắt - amoni, tức muối kép sắt (III) amoni
sunfat (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O (viết gọn là (NH4)Fe(SO4)2.12H2O) được
dùng để làm trong nước.
Nguyễn Thị Dung

9

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

1.2.3. Các phương pháp điều chế.


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

1.3. Polymaltose.
Tính chất và ứng dụng của polymaltose.
Theo dược điển Mỹ USP 24, polymaltose (hay còn gọi là
maltodextrin) là sản phẩm thủy phân và oxi hóa một phần tinh bột (sắn, ngô,
khoai tây...) bằng phương pháp enzim hoặc axit hoặc hỗn hợp enzim và axit.
Polymaltose với công thức tổng quát là -[Cx(H2O)y]n- (trong đó y = x-1 ), có
cấu trúc polyme mạch thẳng. Polymaltose là hỗn hợp các polyme D-glucose
có công thức (C6H15O5)n với phân tử lượng dao động tương đối lớn.
Monome D-glucose (C6H15O5) đầu tiên liên kết với monome tiếp theo
ở vị trí α-(1,6), các monome D-glucose trong dãy liên kết với nhau ở các vị trí
α-(1,4) bằng các liên kết hydro yếu. Nói chung, polymaltose có n nằm trong
khoảng 3 - 20 và chỉ số đương lượng dextro thấp. Polymaltose tan trong nước
và có thể kết tủa trong cồn. Việc tổng hợp IPC bằng phương pháp hóa học
được thực hiện từ các muối tan gốc vô cơ, hữu cơ của sắt (III) với các
polymaltose mạch thẳng có phân tử lượng thay đổi 30.000 – 80.000 hoặc đến
500.000 Dalton (DE từ 5 -37).
Polymaltose là chất không ngọt, không mùi, dễ tan trong nước. Đây là một
chất phụ gia được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thục phẩm
và dược phẩm.
Maltodextrin có DE từ 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan để
bọc kẹo, làm chất độn tạo viên trong công nghiệp dược; sản phẩm có DE từ 912 được dùng làm kẹo gôm mềm, chất lưu hương, tạo hình; sản phẩm có DE
từ 15-18 được dùng làm chất kết dính, chất mang các thành phần không phải
đường, tá dược kết dính [1 ].

Nguyễn Thị Dung


Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4: Một số dược phẩm điều trị thiếu máu do thiếu sắt
có thành phần chính là phức sắt - cacbohydrat
1.4. Cấu trúc và đặc trưng của phức chất sắt - polymaltose
1.4.1. Giới thiệu chung về phức chất sắt - polymaltose
Trên thế giới, phức chất IPC đang được nghiên cứu tổng hợp bằng phản
ứng tạo phức và khảo sát chi tiết về mặt hóa học, sinh hóa và dược học bằng
các phương pháp hiện đại và đã được thử nghiệm lâm sàng trước khi bào chế
thành dược phẩm.
Nhiều nghiên cứu khảo sát chi tiết liều lượng, cơ chế tác dụng, quá trình
hóa sinh trong cơ thể cũng như so sánh dược tính của IPC với các dược phẩm
truyền thống chống thiếu máu do thiếu sắt đã được thực hiện. Các nghiên cứu
hóa sinh và dược học trên người cho thấy khi sử dụng, IPC không giải phóng
ra sắt ở trạng thái ion trong điều kiện sinh lý của cơ thể và quá trình hấp thụ
sắt xảy ra có điều khiển khi chúng tiếp xúc với bề mặt tế bào. Hơn nữa, nhân
sắt trong IPC được bao bọc bởi phân tử polymaltose có cấu trúc tương tự như
trong ferritin (một protein chứa sắt có nhiệm vụ giữ sắt cho cơ thể, chủ yếu ở
trong gan và lách). Do cấu trúc tương tự này mà sắt trong IPC được cơ thể
hấp thụ tốt hơn các dược phẩm chứa sắt truyền thống qua đường tiêm truyền
Nguyễn Thị Dung

13

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2



14

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Keo sắt tập hợp ở trạng thái đa nhân và được bao bọc bên ngoài bởi các phân
tử polymaltose mạch thẳng. Bản chất của trạng thái không ion của keo sắt đa
nhân vẫn chưa được nghiên cứu và lý giải đầy đủ. Nhiều nghiên cứu cho rằng
sắt không tạo phức trực tiếp với polymaltose bằng liên kết của sắt (III) với các
nhóm OH- hoặc oxi của polymaltose mà tồn tại ở dạng keo hydroxit Fe(OH)3 .
Một số khác cho rằng đó là keo oxyhydroxide FeO(OH).nH2O hoặc
Fe2O3.nH2O. Cũng có nghiên cứu coi đó hỗn hợp của các dạng keo nói trên
do các keo này dễ chuyển hóa sang nhau, đặc biệt trong môi trường có chứa
các phân tử polyme như polymaltose.

Hình 5: Mô hình giả định của phức sắt-cacbohydrat
1.4.3. Các đặc trưng của phức hợp sắt – polymaltose.
1.4.3.1. Độ dẫn điện.
Nhân sắt akaganeite (FeOOH) trong phức chất IPC tồn tại ở trạng thái
không phân ly thành các ion, do vậy dung dịch IPC có độ dẫn điện thấp. Tính
không ion này là một ưu điểm vượt trội của phức IPC so với các dung dịch
muối sắt vô cơ khác cho mục đích bào chế thuốc chống thiếu máu.
1.4.3.2. Phổ hấp thụ electron.
Với phức bát diện của Fe(III) với oxy ở trạng thái spin cao trong phức hợp
IPC, người ta có thể dự đoán được một số dải hấp thụ đặc trưng. Do vậy, từ

được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu... Xét về bản chất vật lý,
nhiễu xạ tia X cũng gần giống với nhiễu xạ điện tử, sự khác nhau trong tính
chất phổ nhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử và
sự tương tác giữa điện tử và nguyên tử.
Phương pháp XRD được dùng nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu,
xác định các pha tinh thể, xác định hàm lượng và kích thước hạt với độ tin
cậy cao.
Nguyên lý của phương pháp là xác định cấu trúc tinh thể dựa vào hình
ảnh khác nhau của kích thước tinh thể trên phổ nhiễu xạ. Mạng tinh thể
nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất
định. Khoảng cách giữa các nút mạng vào khoảng angstron (A0) xấp xỉ với
bước sóng của tia Rơnghen.

Nguyễn Thị Dung

16

K35C - Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Một chùm electron đã được gia tốc, có năng lượng cao, đang chuyển
động nhanh, bị hãm đột ngột bằng một vật cản, một phần năng lượng của
chúng chuyển thành bức xạ sóng điện từ ( tia X) gọi là bức xạ hãm.
Khi một chùm tia X có bước sóng λ và cường độ I đi qua vật liệu, nếu tia
tới thay đổi phương truyền và thay đổi năng lượng gọi là tán xạ không đàn
hồi. Khi tia tới thay đổi phương truyền nhưng không thay đổi năng lượng gọi

xạ bậc 1 (n = 1).
Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào 2 lần góc
nhiễu xạ (2θ). Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút
khác, người ta chiếu tia X tới dưới góc rất hẹp (để tăng chiều dài tia X tương
tác với màng mỏng, giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu.
Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ phần pha,
cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện...
Khoảng cách d giữa các mặt mạng tinh thể liên hệ với góc nhiễu xạ cực
đại và chiều dài bước sóng tia X theo phương trình Vulff – Bragg:
nλ = 2d.sin θ
Trong đó:
- n: bậc nhiễu xạ, n có giá trị nguyên n = 1, 2, 3
- λ: chiều dài bước sóng tia X
- d: khoảng cách giữa hai mặt tinh thể

Nguyễn Thị Dung

18

K35C - Hóa