BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hóa phân tích

Tên đề tài:

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ
THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC Co2+ VỚI
5-BROMOSALICYLALDEHYDE
THIOSEMICARBAZONE

Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Lê Ngọc Tứ
Sinh viên thực hiện: Đào Nhật Khoa

Thành phố Hồ Chí Minh – 05/2013


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thử hoạt tính sinh học
của phức Co2+ với 5-bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone” được hoàn thành nhờ
sự hướng dẫn, quan tâm, ủng hộ hết lòng của các thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Ngọc Tứ đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em
trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Con xin cảm ơn gia đình đã luôn bên con, hỗ trợ, ủng hộ con về mọi mặt.
Em xin cảm ơn toàn thể quý thầy cô tổ Hóa phân tích, tổ Hóa Hữu cơ đã nhiệt
tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận.
Em xin cảm ơn thầy cô và các bạn sinh viên khoa Sinh, phòng Vi sinh- Sinh hóa
đã giúp đỡ em trong thời gian làm khóa luận.

2.1.1. Một số tính chất của nguyên tố coban .................................................... 18
2.1.2. Tính chất hóa học của coban ................................................................... 18
2.1.3. Ứng dụng ................................................................................................... 20

2.2. Đại cương về 5-bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone .................... 20
2.2.1. Danh pháp ................................................................................................. 20
2.2.2. Tính chất và ứng dụng của 5-BSAT ........................................................ 21


2.2.3. Một số ứng dụng của thiosemicarbazone ............................................... 24

PHẦN THỰC NGHIỆM ....................................................................... 27
CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THỬ HOẠT TÍNH
SINH HỌC 5-BSAT, PHỨC Co(II)-5-BSAT ....................................................... 27
3.1. Tổng hợp 5-BSAT, phức Co(II)-5-BSAT ................................................ 27
3.1.1. Hóa chất và dụng cụ ................................................................................. 27
3.1.2. Tổng hợp 5-BSAT ..................................................................................... 27
3.1.3. Tổng hợp Co(II)-5-BSAT ......................................................................... 28

3.2. Nghiên cứu cấu trúc...................................................................................28
3.2.1. Nhiệt độ nóng chảy ................................................................................... 28
3.2.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)......................................................................... 28
3.2.3. Phổ khối lượng (MS) ................................................................................. 29
3.2.4. Phổ hồng ngoại (IR) .................................................................................. 29
3.2.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) ................................................. 29

3.3. Thử hoạt tính sinh học ..............................................................................29
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ .........................................................................................32
4.1. Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc 5-BSAT .............................................. 32
4.1.2. Phổ IR ........................................................................................................ 32

• MS: phổ khối lượng ( Mass spectroscopy).
• XRD: phổ nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction spectroscopy)
• δ : độ dịch chuyển hóa học.


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Một số tính chất của nguyên tố coban .......................................................... 18
Bảng 3.1. Đường kính tiêu chuẩn cho vi khuẩn E.coli ................................................. 31
Bảng 4.1. Độ dịch chuyển hóa học proton vòng thơm của 5-BSAT, Co(II)-5-BSAT . 45
Bảng 4.2. Khả năng kháng vi khuẩn E.Coli của 5-BSAT, Co(II)-5-BSAT ................. 47
Bảng 4.3. Một số tính chất của 5-BSAT, Co(II)-5-BSAT ............................................ 48
Bảng 4.4. Tần số các dải hấp thụ trên phổ IR của 5-BSAT, Co(II)-5-BSAT ............... 49
Bảng 4.5. Tín hiệu proton trên phổ 1H-NMR của 5-BSAT, Co(II)-5-BSAT ............... 49


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 4.1. Trạng thái, màu sắc của 5-BSAT ................................................................. 32
Hình 4.2. Phổ IR của 5-BSAT ..................................................................................... 33
Hình 4.3. Phổ 1H-NMR của 5-BSAT ........................................................................... 36
Hình 4.4. Phổ 1H-NMR của 5-BSAT (giãn rộng) ........................................................ 37
Hình 4.5. Trạng thái, màu sắc của Co(II)-5-BSAT ..................................................... 38
Hình 4.6. Phổ XRD của Co(II)-5-BSAT ..................................................................... 38
Hình 4.7. Phổ MS của Co(II)-5-BSAT ........................................................................ 39
Hình 4.8. Phổ IR của Co(II)-5-BSAT .......................................................................... 41
Hình 4.9. Phổ 1H-NMR của Co(II)-5-BSAT ............................................................... 43
Hình 4.10. Phổ 1H-NMR của Co(II)-5-BSAT (giãn rộng) .......................................... 44
Hình 4.11. Cấu trúc bát diện của Co(II)-5-BSAT ......................................................... 46
Hình 4.12. Vòng kháng khuẩn của dung dịch 5-BSAT ............................................... 47
Hình 4.13. Vòng kháng khuẩn của dung dịch Co(II)-5-BSAT .................................... 47


• 5-BSAT tạo phức với nhiều ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch và đã
được nghiên cứu trong phân tích trắc quang.
• Các phức rắn Cu(II)-5-BSAT, Ni(II)-5-BSAT đã được tổng hợp và nghiên cứu
cấu trúc.
• Thiosemicarbazide và các dẫn xuất thiosemicarbazone thường có hoạt tính
sinh học cao.
Các vấn đề chính được nghiên cứu trong đề tài:
• Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc: 5-BSAT, phức rắn Co(II)-5-BSAT.
• Thử hoạt tính sinh học của 5-BSAT, phức Co(II)-5-BSAT.


PHẦN TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỨC CHẤT
1.1. Khái niệm về phức chất [5, 6]
Khi các nguyên tố hoá học riêng biệt kết hợp với nhau thì tạo thành các hợp chất đơn
giản, hay các hợp chất bậc nhất, ví dụ các oxit (K 2 O, Al 2 O 3 , ZnO,...), các halogenua
(BaCl 2 , KBr, CaF 2 ,...). Những hợp chất đơn giản lại có thể kết hợp với nhau tạo thành hợp
chất bậc cao, ví dụ Cu(NH 3 ) 4 Br 2 (CuCl 2 .4NH 3 ); K 3 Fe(CN) 6 [Fe(CN) 3 .3KCN]... Gọi chúng
là các hợp chất phân tử để nhấn mạnh rằng ở đây không phải là các nguyên tử hay các gốc,
mà là các phân tử kết hợp với nhau. Cấu tạo của chúng không được giải thích thỏa đáng
trong khuôn khổ của thuyết hóa trị cổ điển. Có một vấn đề đặt ra là trong số các hợp chất
phân tử thì hợp chất nào được gọi là hợp chất phức (phức chất).
Theo A. Werner, tác giả của thuyết phối trí thì “phức chất là hợp chất phân tử bền
trong dung dịch nước, không phân huỷ hoặc chỉ phân huỷ rất ít ra các hợp phần tạo thành
hợp chất đó”. Trong lịch sử phát triển của hoá học phức chất đã có nhiều định nghĩa về phức
chất của các tác giả khác nhau. Tác giả của các định nghĩa này thường thiên về việc nhấn
mạnh tính chất này hay tính chất khác của phức chất, đôi khi dựa trên dấu hiệu về thành
phần hoặc về bản chất của lực tạo phức.

cation, sau đó gọi tên anion không kể ion nào trong chúng là ion phức.
• Khi gọi tên ion phức, trước tiên gọi tên của phối tử, sau đó gọi tên của nguyên
tử (ion) trung tâm.
Đối với phức cation và phức trung hòa, gọi tên kim loại, tiếp theo ghi số oxi hóa của
ion trung tâm bằng số La mã trong dấu ngoặc đơn. Nếu là phức anion thì thêm đuôi at vào
tên kim loại.


Các phối tử trong ion phức được gọi tên theo thứ tự và qui ước sau:
• Các phối tử anion có đuôi là o theo thứ tự H- (hyđro), O2- (oxo), OHhyđroxo), các anion đơn giản F- (floro), Cl- (cloro), Br- (bromo), I- (iodo); các
anion nhiều nguyên tử CN- (cyano), SO 3 2- (sunfito); các anion hữu cơ theo trật
tự bảng chữ cái CH 3 COO- (acetato), CH 3 COCNH- (acetamido),…
• Các phối tử trung hòa và cation: H 2 O, NH 3 , các phối tử vô cơ, các phối tử hữu
cơ theo trật tự bảng chữ cái. Các phối tử trung hòa gọi tên giống như các phân
tử tương ứng, trừ H 2 O (aqua), NH 3 gọi là ammin, CO liên kết trực tiếp với
kim loại trung tâm là cacbonyl.
• Số lượng phối tử theo tiếng Hi Lạp: mono (thường bỏ), di, tri, tetra, penta,…
Nếu phối tử là các phân tử hữu cơ phức tạp thì thêm các tiếp đầu ngữ: bis, tris,
tetrakis,…và tên gọi của phối tử này được ghi trong dấu ngoặc đơn.

1.3. Cấu tạo của phức chất [5, 6]
1.3.1. Tính chất của phức chất
Tính chất của phức chất được quyết định bởi 2 yếu tố:
Sự sắp xếp không gian các nhóm phối trí quanh ion kim loại, nói cách khác là cấu
tạo của phức chất.
Tính chất của liên kết hoá học giữa các nhóm phối trí riêng biệt với ion kim loại
(độ dài, độ bền của liên kết, mức độ ion hoặc cộng hoá trị của nó).
Thông thường, khi thiếu những dữ kiện về bản chất của liên kết hoá học người ta
vẫn có thể rút ra được những kết luận đúng về cấu tạo của phức chất. Thật vậy, các thuyết
về cấu tạo của phức chất đã có từ rất lâu trước khi xuất hiện các lý thuyết về liên kết hoá

kim loại ở trạng thái oxi hóa cao, hoặc phức chất halogenua của các ion M2+ thuộc dãy
d thứ nhất. Ví dụ: [FeCl4]–, [CoCl4]2–, [CoBr4]2–, [CoI4]2–, [Co(NCS)4]2–, [Co(CO)4]2–
v.v... Cấu hình vuông phẳng đặc biệt đặc trưng cho các kim loại Pt(II), Pd(II), Au(III),
Rh(I), Ir(I) và thường hay gặp đối với Ni(II) và Cu(II). Còn đối với đa số các ion khác
thì sự phối trí này ít gặp. Các phức chất vuông phẳng của Pt(II) và Pd(II) có rất nhiều và
tồn tại dưới dạng các đồng phân hình học.
Các phức chất với số phối trí 5 tuy gặp thường xuyên hơn các phức chất với số phối
trí 3, nhưng vẫn tương đối ít gặp. Hai dạng hình học thường gặp đối với sự phối trí này là
hình lưỡng chóp tam phương và hình chóp đáy vuông.
Phức chất với số phối trí 6 là thường gặp nhất, có dạng hình học là bát diện. Ví dụ
[Co(NH 3 ) 6 ]3+ , [Ti(OH 2 ) 6 ]3+, [Mo(CO) 6 ], [Fe(CN) 6 ]4–, [RhCl 6 ]3–.


Phức chất với số phối trí lớn hơn 6 thường ít gặp.
1.3.3. Đồng phân lập thể
Có nhiều loại đồng phân như: đồng phân hình học, đồng phân quang học, đồng
phân hiđrat hóa, đồng phân ion hóa, đồng phân liên kết, đồng phân phối trí.
Thường gặp đối với các phức chất là hiện tượng đồng phân hình học và đồng phân
quang học. Nhiều đồng phân hình học và đồng phân quang học của các kim loại Co, Pt
và Cr đã được Vecne dự đoán, tổng hợp và nghiên cứu để làm cơ sở xác minh thuyết
phối trí của mình.
1.3.3.1. Đồng phân hình học
Đồng phân hình học là những (phức) chất có cùng công thức phân tử, nhưng khác
nhau ở sự phân bố các phối tử quanh ion trung tâm trong cầu nội phức.
Hiện tượng đồng phân hình học không được tìm thấy ở các phức chất tứ diện, trừ
trường hợp của những phối tử phức tạp, cực kỳ đặc biệt. Ngược lại, trong phức chất vuông
phẳng và phức bát diện nhiều kiểu đồng phân hình học đã được tìm thấy và được nghiên
cứu kỹ.
1.3.3.2. Đồng phân quang học
Hiện tượng đồng phân quang học sinh ra khi phân tử hay ion không có mặt phẳng đối

chất riêng biệt. Thoạt đầu người ta sử dụng chúng để nghiên cứu các chất tinh thể, sau đó là
nghiên cứu các dung dịch, bằng cách tách ra các thông số thuộc về các phức chất riêng rẽ
trong dung dịch nghiên cứu. Những nghiên cứu bằng phương pháp vật lý cho phép thu được
những số liệu về thành phần và cấu tạo của cầu nội phức; về đối xứng của các phức chất; về
sự phân bố điện tích, kiểu và tính chất của liên kết, cho phép giải mã cấu trúc của các phức
chất tinh thể v.v… Các phương pháp vật lý gồm các phương pháp nhiễu xạ (nhiễu xạ tia X,
nhiễu xạ electron, nhiễu xạ nơtron), các phương pháp phổ trong một dải rộng các độ dài
sóng (từ vùng tử ngoại đến vùng tần số vô tuyến), các phương pháp đo độ cảm từ v.v… Các
phương pháp phổ với các dải riêng biệt cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu các phức
chất trong dung dịch.
Đa số các phương pháp vật lý không phá huỷ đối tượng nghiên cứu và không làm
thay đổi trạng thái của nó (phương pháp nhiễu xạ, phương pháp phổ). Nhưng có những
phương pháp dẫn đến sự phá huỷ mẫu nghiên cứu, ví dụ phương pháp nhiệt và phương pháp
nhiệt trọng lượng. Phương pháp này thường được sử dụng khi kết hợp với các phương pháp
nhận biết sản phẩm của quá trình phân huỷ.

1.4. Tổng hợp phức chất [5]


Tổng hợp các phức chất là một phần quan trọng của hóa học nói chung và của hóa
học các hợp chất phối trí nói riêng. Như đã biết, việc điều chế những phức chất đầu tiên và
nghiên cứu về chúng đã dẫn đến sự phát triển những khái niệm và lý thuyết quan trọng
trong hóa học của các phức chất.
Khi sử dụng một phản ứng nào đó để tổng hợp phức chất thì điều kiện cần là phản
ứng đó phải có khả năng tiến hành về mặt nhiệt động học. Khi đó biến thiên thế đẳng áp đẳng nhiệt (năng lượng tự do Gibbs) ΔG phải âm, nghĩa là hằng số cân bằng phải lớn hơn
đơn vị:
ΔG = –RTlnK + RTSnilnai
Ở đây K là hằng số cân bằng, ni là hệ số hợp thức, ai là hoạt độ của chất thứ i
trong hệ. Khi tất cả các chất đều ở trạng thái chuẩn (ai = 1) thì ΔG = ΔGo = –RTlnK.
Từ phương trình, ta thấy rằng có thể chọn điều kiện tổng hợp bằng cách thay đổi


ĐẠI CƯƠNG VỀ COBAN VÀ 5-BSAT
2.1. Đại cương về coban
2.1.1. Một số tính chất của nguyên tố coban [7]
Bảng 2.1. Một số tính chất của nguyên tố coban
Tổng quát

Tính chất vật lý

Tên, Ký hiệu, Số hiệu

coban, Co, 27

Trạng thái

rắn

Phân loại

kim loại chuyển tiếp

Điểm nóng chảy

1.768 K (2.723 °F)

Nhóm, chu kỳ, khối

9, 4, d

Điểm sôi


Bán kính nguyên tử

135 pm

Nhiệt dung riêng

421 J/(kgK)

Bán kính cộng hoá trị

126 pm

Độ dẫn điện (Hg = 1)

10

Cấu hình electron

[Ar]3d74s2

Độ dẫn nhiệt

100 W/(mK)

Coban là kim loại có ánh kim, có màu trắng xám, có từ tính mạnh, khá cứng và giòn.
Trong thiên nhiên, coban có duy nhất một đồng vị bền là 59Co. Đồng vị nhân tạo 56Co, 57Co,
Co có chu kì bán rã ngắn, 60Co phóng xạ γ với chu kì bán rã khoảng 5 năm. Coban có 2

58

Coban phản ứng với H 2 SO 4 đặc nóng tạo SO 2 . Coban tan trong HNO 3 loãng và bị thụ động
hóa bởi HNO 3 đặc, nguội.
2.1.2.2. Tính chất và khả năng tạo phức của ion Co2+
Co2+ có cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d7. Dung dịch Co2+ có màu hồng nhạt, có
phản ứng axit yếu, pH của dung dịch Co2+ 0,01M bằng 6,6. Khi kiềm hóa dung dịch Co2+
lúc đầu có kết tủa muối bazơ và sau đó là Co(OH) 2 (lgK s = -14,2) màu hồng bị oxi hóa
trong không khí thành Co(OH) 3 màu nâu, ít tan hơn nhiều (lgK s = -40,5).
Co2+ có bán kính bé (0,72 Å) nên tạo phức với nhiều phối tử vô cơ, hữu cơ; tạo phức
ít bền với axetat, sunfat, thiosunfat; các phức tương đối bền với amoniac, oxalat, xitrat,
pirophotphat; các phức khá bền với xianua, EDTA, trietylentetramin, etylenđiamin…
Co2+ chủ yếu tạo phức tứ diện có số phối trí 4 và phức bát diện có số phối trí 6.


Những ion phức tứ diện [CoCl 4 ]2-, [CoBr 4 ]2-, [CoI 4 ]2-, [Co(OH) 4 ]2-, [Co(SCN) 4 ]2-,…
không tùy thuộc vào lực trường của phối tử đều có spin cao vì có cấu hình electron (Π *d )4
(σ *d )3.
Những ion phức bát diện có spin cao như [Co(H 2 O) 6 ]2+, [Co(NH 3 ) 6 ]2+, [CoF 6 ]2+ có
cấu hình electron (Π *d )5 (σ *d )2. Những ion phức bát diện có spin thấp như [Co(CN) 6 ]2+ có
cấu hình electron (Π *d )6 (σ *d )1, cấu hình electron đó không đặc trưng cho Co(II), dễ mất đi
một electron ở obitan σ *d có năng lượng cao tạo thành cấu hình bền (Π *d )6 của ion phức bát
diện có spin thấp của Co(III).
Phức chất tứ diện của Co(II) thường có màu xanh lam, còn phức chất bát diện thường
có màu đỏ-hồng.
2.1.3. Ứng dụng
Hơn ¾ lượng coban được sản xuất dùng để chế tạo thép và hợp kim đặc biệt. Những
hợp kim của coban có từ tính, bền nhiệt và bền hóa học, có vai trò quan trọng đối với khoa
học và công nghệ.
Hợp kim rất bền hóa học là Vitalium chứa 65% Co, 25% Cr, 3% Ni và 4% Mo được
dùng làm vật liệu chế tạo những chi tiết của động cơ phản lực và tuôcbin khí vì nó chịu
được tác dụng của các khí gây ăn mòn ở 10000C.


H
N

S

NH2

N

OH

S
(Z )-2-(5-bromo-2hydroxybenzylidene)hydrazinecarbothioamide

(E )-2-(5-bromo-2hydroxybenzylidene)hydrazinecarbothioamide

• Tên gọi gộp từ hai chất tạo thành là 5-bromosalicylaldehyde (5-bromo-2hydroxybenzaldehyde)

và

thiosemicarbazide:

5-bromosalicylaldehyde

thiosemicarbazone (5-BSAT).
2.2.2. Tính chất và ứng dụng của 5-BSAT [10]
5-bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone là chất rắn màu vàng nhạt, tan ít trong
nước và ethanol, tan rất tốt trong DMF, 1,4-dioxane tạo ra một dung dịch màu vàng chanh,
và nó không hòa tan trong các chất hữu cơ thông thường và nhanh chóng phân hủy trong

5-BSAT tạo được phức chất với nhiều ion kim loại nặng như Zn2+, Co2+, Cu2+, Cd2+,
Fe2+ ….nên 5-BSAT là một thuốc thử được sử dụng nhiều trong phân tích trắc quang.
Khi tạo phức, 5-BSAT thường là phối tử 2 càng hoặc 3 càng. Một số kiểu phối trí của
5-BSAT với ion kim loại chuyển tiếp như sau:
H
N

Br

NH2

N

Br

N

NH2

N
S

OH

S
OH

M

H


Br

NH2

M

Br

N

S

S
O

M

N
H2

N

N
O

M


Vào năm 2002, nhóm các nhà nghiên cứu G.Ramanjaneyulu, P.Raveendra Reddy,

of

Salicylaldehyde

thiosemicarbazones and its biological activity”, Journal of Chemistry, Vol. 39,
No. 4, P. 118-121, 2001.
• Nguyen Huu Tri, Duong Tuan Quang (2008), “Complexes of acetylacetone 4methyl-4-3- phenyl thiosemicarbazone: Structural investigation on the basis of
spectral methods”, Journal of Chemistry, Vol.46 (2A), P. 471 - 475.
Những năm gần đây, 5-BSAT bắt đầu được sử dụng trong phân tích trắc quang, ứng
dụng vào xác định đồng thời nhiều ion kim loại chuyển tiếp trong nước thải, giúp đánh giá
mức độ ô nhiễm nước:


• Khóa luận tốt nghiệp 2006-2011, Sinh viên Phạm Đình Thượng, ĐH Sư Phạm
TP.HCM, nghiên cứu đề tài “XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI Cu2+ VÀ Co2+
TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG KẾT HỢP
VỚI THUẬT TOÁN THÊM CHUẨN ĐIỂM H”.
• Khóa luận tốt nghiệp 2007-2011, Sinh viên Nguyễn Trần Quỳnh Phương, ĐH
Sư Phạm TP.HCM, nghiên cứu đề tài “XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI Ni2+ VÀ
Zn2+ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG KẾT
HỢP VỚI THUẬT TOÁN THÊM CHUẨN ĐIỂM H”.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu theo phương pháp trắc quang chỉ giúp ta xác định khả
năng tạo phức trong dung dịch, tỉ lệ ion kim loại và phối tử; chưa xác định được thành phần
phức, công thức phân tử, công thức cấu tạo…
Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức rắn của 5-BSAT với các ion kim loại
chuyển tiếp, cũng như ứng dụng của các phức đó trong lĩnh vực y học, sinh học là một
hướng nghiên cứu mới.
2.2.3. Một số ứng dụng của thiosemicarbazone [4]
Một số thiosemicarbazone 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 4-methyl