ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS HUỲNH ĐĂNG CHÍNH



1.2. Vai trò sinh học của lysine……………………………………………..

7

1.3. Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine…………………..

9

1.4. Tổng hợp phức chất của kim loại sinh học với amino axit thiết yếu….

12

CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………

17

2.1. Thực nghiệm…………………………………………………………………...

17

2.1.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm………………………………………..

17

2.1.2. Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH…………..

17

2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo phức…………………

2.2.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………………………………….

25

2.2.6. Phƣơng pháp phổ 13C – NMR………………………………………….

26

2.2.7. Phƣơng pháp phân tích nhiệt……………………………………….......

27

2.2.8. Phƣơng pháp mô phỏng Gaussian………………………………….......

27

CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….......

29

3.1. Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH……........

29

3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tạo phức………………………

33

3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ………………………………………………..



3.3.5. Kết quả phổ 13C – NMR………………………………………………..

43

3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt…………………………………………………

45

3.3.7. Kết quả phƣơng pháp mô phỏng Gaussian……………………………..

49

3.4. Kết quả nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày…………………………………………………………….

51

KẾT LUẬN………………………………………………………………………......

53

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN……………..

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….

55


Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của phức chất kim loại – lysine tới bò sữa…………

11

Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái………………………….

12

Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+ = 1:2…………

28

Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và hệ Mn+: H2Lys+ = 1:3……………...

31

Bảng 3.3. Logarit hằng số bền của các phức chất…………………………..

32

Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất……...

36

Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ MS của ZnLys2…………………………..

38

Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ MS của CuLys2…………………………..


Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine ……………………………………...

8

Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)]…………………………

15

Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]………

15

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất………………………………………

19

Hình 3.1. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+……………………

25

Hình 3.2. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng…………..

32

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng………………..

33

Hình 3.4. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng………….



Hình 3.12. Kết quả phổ UV – Vis……………………………………………….......

40

Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất……………………………..

42

Hình 3.14. Phổ 13C – NMR của HLys……………………………………………….

44

Hình 3.15. Phổ 13C – NMR của ZnLys2……………………………………………..

44

Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2……………………………………..

45

Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3…………………………………......

46

Hình 3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2……………………………………..

46

Hình 3.19. Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2…………………………………….

Những năm gần đây, trong lĩnh vực hóa sinh thƣờng có nhiều bài viết đề cập
tới tầm quan trọng của các ion kim loại đối với sinh vật. Nghiên cứu mới nhất về
vấn đề này là tập trung vào quá trình tổng hợp và phân loại các hợp chất sinh học có
chứa ion kim loại do ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực y dƣợc, dinh dƣỡng và
khoa học nông nghiệp [25-26, 28-29].
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của
hợp chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các
khoáng chất cần thiết, bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm. Các khoáng chất
thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lƣợng, hỗ trợ sự phát
triển của các mô tế bào và tham gia vào việc điều tiết các quá trình của cơ thể.
Do cơ thể động vật rất khó hấp thu các dạng khoáng vô cơ và các sản phẩm
từ tự nhiên thì lại có hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp. Trong khi đó dạng phức chất hữu
cơ lại đƣợc cơ thể hấp thu dễ dàng. Kết hợp với khả năng tạo phức tốt của amino
axit (lysine) với kim loại chuyển tiếp, chúng tôi hi vọng tạo ra các phức chất của
lysine với các kim loại sinh học, nhằm tạo ra các khoáng chất an toàn về mặt sinh
học áp dụng trong lĩnh vực chăn nuôi.
Ở Việt Nam, hiện nay gần nhƣ chƣa sản xuất đƣợc các sản phẩm thức ăn bổ
sung kim loại và amino axit dạng phức chất mà phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài với
giá thành cao và không chủ động đƣợc nguồn sản phẩm.
Với các lý do trên, đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng
của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học” đƣợc lựa chọn với mục đích:
• Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền
của các phức chất.
• Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng)
đến quá trình tổng hợp phức chất.
• Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại
sinh học nhƣ: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III).

1


thứ tƣ sau O, Si và Al) và có vai trò sinh học rất lớn thông qua các phức chất sinh
học quan trọng nhƣ : hemoglobin, mioglobin, transferin, feritin…thực hiện chức
năng giữ và vận chuyển oxi.
Sắt chiếm khoảng 0,02% khối lƣợng của thực vật và khoảng 0,01% khối
lƣợng của động vật. Khi thiếu sắt cơ thể mắc bệnh thiếu máu, sức khỏe suy giảm, da
xanh, thai nhi nếu thiếu sắt có thể dẫn đến dị dạng ống thần kinh…. Nhu cầu về sắt
của ngƣời vào khoảng 15 mg/ngƣời/ngày. Tuy nhiên, lƣợng sắt trong thức ăn phải
vào khoảng 150 mg, vì cơ thể chỉ có thể đồng hóa đƣợc 10% sắt trong thực phẩm.
Những thực phẩm giàu sắt là nƣớc mận ép, nho khô, hồ đào, bánh mì đen, gan động
vật…

3


* Vai trò sinh học của đồng [5-6, 30].
Đồng là nguyên tố kim loại kém hoạt động, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB,
chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Đồng có cấu hình electron
[Ar]3d104s1. Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hoá +1, +2, +3, trong đó mức
oxi hóa +2 là bền nhất. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là: 63Cu (70,13%)
và 65Cu (29,87%).

Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng
Tuy hàm lƣợng của đồng trong cơ thể sinh vật rất nhỏ, khoảng 10-4%, nhƣng
có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống. Cho đến nay ngƣời ta đã xác định
đƣợc 25 loại protein và enzim chứa đồng. Chúng có mặt trong các cơ thể sống dƣới
các dạng khác nhau và có vai trò rất khác nhau. Đồng đóng vai trò quan trọng trong
tổng hợp sắc tố da, mắt, tóc, tham gia vào quá trình hình thành xƣơng và tổng hợp
các tế bào máu. Đồng cũng tạo thành một nhóm các protein có khả năng hấp thụ
thuận nghịch oxi giống hemoglobin và mioglobin. Đại diện nhóm này có thể kể đến
hemoxianin. Protein này đƣợc tìm thấy ở một số loài nhuyễn thể, có phân tử khối

trung chủ yếu trong các mô xƣơng, gan, thận, dịch dạ dày, đặc biệt là trong ti lạp thể
của tế bào. Nguồn thực phẩm giàu mangan có thể kể đến là chè, củ cải đỏ, cà rốt,
khoai tây, hạt tiêu, gan động vật…
* Vai trò sinh học của kẽm [5-6, 11, 30]
Kẽm là nguyên tố kim loại thuộc chu kì 4, nhóm IIB, số thứ tự là 30, với cấu
hình electron là [Ar]3d104s2. Nhờ sự hoàn chỉnh của lớp electron sát lớp ngoài cùng
3d10 mà kẽm thể hiện mức oxi hoá duy nhất là +2. Trong tự nhiên kẽm có 5 đồng vị
bền là: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn, trong đó 64Zn chiếm tỉ lệ 50,9%.

5


Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm
Cùng với sắt và đồng, kẽm là một trong ba kim loại quan trọng hàng đầu đối
với sự sống. Kẽm giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, tổng hợp
protein và axit nucleic. Đến nay ngƣời ta đã xác định đƣợc 300 enzim chứa kẽm
gồm các ancol dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptidaza, proteaza…
Ngoài vai trò là trung tâm hoạt động của các enzim, kẽm còn đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra những cấu trúc đặc trƣng của các protein và mạch xoắn của
các phân tử AND, trong đó kẽm thƣờng liên kết với các nguyên tử S của cystein và
N của histidin.
Trong cơ thể, kẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ dày.... Khi thiếu kẽm trẻ con sẽ
biếng ăn, chậm lớn, xƣơng ròn, tóc mọc chậm. Nhu cầu về kẽm phụ thuộc vào lứa
tuổi và giới tính, lƣợng kẽm hàng ngày đối với trẻ con là 5 – 10 mg, ngƣời lớn 12 –
15 mg, phụ nữ mang thai 20 – 40 mg thậm chí là 50 mg. Các thức ăn giàu kẽm phổ
biến nhƣ: thịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh…

6



Hemoglobin

Đồng

Kẽm

Mangan

Xitocrom oxiđaza

Vận chuyển O2

Lysyl oxiđaza

Oxi hóa lysine

Ceruloplasmin

Liên kết với Fe

Superoxide dismutalaza

Cạnh tranh với các peoxit tự do

Cacboanhyđraza

Chuyển hóa CO2

Cacboxypeptiđaza


7


– Lysine và L – Lysine, trong đó cơ thể sinh vật sống chỉ hấp thụ đƣợc lysine dạng
L.

D – Lysine

L – Lysine

Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine

Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine
Lysine giữ vai trò sống còn trong tổng hợp protein là chìa khóa trong sản
xuất enzim, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cƣờng sức đề kháng, chống
bệnh tật, đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh rộp miệng hay mụn
rộp sinh dục. Thiếu lysine trong thức ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo máu, hạ thấp
số lƣợng hồng cầu và hemoglobin, phá vỡ quá trình cân bằng protein, gây ra hàng
loạt biến đổi ở gan và phổi. Đặc biệt đối với động vật còn non và trẻ em khi bị thiếu
lysine sẽ xảy ra hiện tƣợng chậm lớn, trí tuệ kém phát triển.
Lysine là một amino axit cần thiết và đòi hỏi phải luôn có sẵn trong thức ăn
để đáp ứng nhu cầu dinh dƣỡng của cơ thể. Nhu cầu tối thiểu về lysine đối với trẻ

8


em là 103 mg/ kg, nữ trƣởng thành là 0,50 g/ ngày và 0,8 g/ ngày đối với nam
trƣởng thành. Đối với động vật việc bổ sung lysine vào thức ăn là rất cần thiết. Các
thực phẩm giàu lysine là: thịt, cá, sữa, lòng đỏ trứng, lạc, đậu tƣơng, bột đậu nành…
1.3. Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine [17-18, 20].

Phức chất

Muối sunfat

Cu

35

8

6

11

Mn

94

36

51

23

Fe

298

78


bổ sung các phức chất của amino axit thiết yếu với kim loại vào thức ăn cho gia súc.
Nhóm tác giả Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson [20] đã
đánh giá về những ảnh hƣởng của các phức kim loại – lysine đến sản lƣợng sữa và
năng suất sinh sản của giống bò thƣơng mại Holstein – Friesian. Năm trăm năm
mƣơi con bò Holstein Friesian trong một trang trại chăn nuôi bò sữa thƣơng mại
đƣợc xếp thành hai nhóm. Nhóm I (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên), nhóm II (cung

10


cấp thức ăn thƣờng xuyên + 360 mg kẽm – lysine + 200 mg mangan – lysine + 125
mg đồng – lysine). Nghiên cứu trên đƣợc thực hiện trong 35 ngày trƣớc khi bò đẻ.
Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của phức chất kim loại - lysine tới bò sữa

Kết quả

Nhóm I

Nhóm II

Sản lƣợng sữa (kg/ngày)

16,6

17,5

Trƣờng hợp niêm vú (%)

29,9

đƣợc hấp thu cũng cao hơn so với những con bò mà khẩu phần ăn của chúng không
đƣợc bổ sung phức chất kim loại – lysine.
Tác giả [18] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái: chọn ngẫu
nhiên 40 con lợn nái và chia đều thành 2 nhóm. Nhóm A (cung cấp thức ăn thƣờng
xuyên), nhóm B (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên + 0,2% sắt – glixin/ tổng lƣợng
thức ăn). Thực hiện chế độ thức ăn nhƣ trên trong vòng bốn tuần trƣớc khi đẻ cho
đến hai tuần sau khi đẻ. Số lƣợng lợn con sinh ra, trọng lƣợng sơ sinh, số lợn con
sinh ra còn sống và trọng lƣợng lúc cai sữa đƣợc trình bày trong bảng 1.4.

11


Bảng 1.4. Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái
Kết quả

Nhóm A

Nhóm B

Số lợn nái ban đầu

20

20

Số lợn con sinh ra

214

220

Những con lợn nái có thức ăn đƣợc bổ sung thêm phức chất sắt – glixin
(nhóm B) cho khả năng sinh sản cao, trọng lƣợng lợn con sinh ra lớn hơn và sức đề
kháng của chúng cũng tốt hơn so với nhóm lợn nái có khẩu phần ăn không đƣợc bổ
sung sắt – glixin (nhóm A).
Lĩnh vực nghiên cứu những ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu
với kim loại để bổ sung vào sữa, thức ăn cho con ngƣời và động vật còn đƣợc công
bố bởi các nhóm nghiên cứu của tác giả E.J. Underwood [15], nhóm nghiên cứu của
các tác giả [16, 17, 19, 21, 27]…
Việc sử dụng các phức chất của kim loại với các amino axit thiết yếu nhƣ
chất phụ gia bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi, đem lại năng suất cao, nhiều lợi
ích kinh tế. Do đó lĩnh vực tổng hợp các loại phức chất này ngày càng đƣợc quan
tâm và phát triển hơn.
1.4. Tổng hợp phức chất của các kim loại sinh học với amino axit thiết yếu
[6, 7, 17]
Mangan, đồng và sắt là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm d, do sự có
mặt của lớp vỏ electron chƣa đầy đủ nên các nguyên tố này có khả năng tạo thành
phức chất. Thành phần và hình dạng của phân tử phức chất phụ thuộc vào nhiều yếu

12


tố: bản chất ion trung tâm, bản chất phối tử, điều kiện phản ứng nhƣ nhiệt độ, pH
dung dịch…
- Mn2+ có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết các phối tử thông thƣờng
nhƣng hằng số bền của các phức chất đó thƣờng nhỏ hơn so với hằng số bền của các
phức chất các kim loại hóa trị II khác (Fe, Co, Ni) vì rằng: ion Mn2+ có bán kính lớn
nhất so với các ion cùng điện tích của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đồng
thời năng lƣợng làm bền bởi trƣờng tinh thể bằng không. Hơn nữa Mn2+ với cấu
hình d5 khá bền vững làm cho nó không có dạng phối trí nào đặc biệt chiếm ƣu thế
trong phức chất của Mn(II), các phức chất có thể là tứ diện ([MnBr4]2-), vuông

amino axit.
Trong dung dịch L – Lysine tồn tại ở dạng ion lƣỡng cực:

Anion H2NCHRCOO- (R = NH2-(CH2)4) chứa 3 nhóm cho electron (N, O- và
=O), trong đó oxi xeton ít khi liên kết với ion kim loại cùng với 2 nhóm cho kia.
Vấn đề là ở chỗ khi phối trí nhƣ vậy thì sẽ tạo thành vòng 4 cạnh không bền. Trong
các phức chất ion kim loại liên kết với gốc cacboxyl hoặc với nhóm amin, hoặc với
cả 2 nhóm đó và trong trƣờng hợp sau cùng thì sẽ tạo thành vòng chelat 5 cạnh bền
vững (các liên kết mang đặc tính của liên kết cộng hóa trị và liên kết ion).

Trên thế giới, đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu của các nhà khoa
học ở các quốc gia khác nhau về lĩnh vực tổng hợp và phân tích cấu trúc của phức
chất kim loại với amino axit [22 - 26, 28 - 29, 32]… Từ đó cho thấy sự đa dạng
trong các phƣơng pháp tổng hợp và sự phong phú về cấu trúc của phức chất amino
axit.
Nhóm tác giả Noori.K. Fayad, Taghreed Hashim. Al- Noor, Atheer. A.
Mahmood, Ibtihaj Kadhim Malih [26] đã tiến hành tổng hợp các phức chất của

14


Mn(II), Cu(II), Fe(II), Co(II), Ni(II) và Cd(II) với đồng thời 2 phối tử là L – valine
và 1,10phenanthroline) theo quy trình sau:

Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)] [26]

Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl) 2]
(M: Fe(III), Cr(III), Co(II)) [25]
Tác giả Csoergh.I (Thụy Điển) [14] đã tổng hợp đƣợc phức rắn của Honmi
với

16