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

NGÔ THỊ LIÊN

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT
KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ
CURCUMIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2017
i


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

NGÔ THỊ LIÊN

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT
KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ
CURCUMIN
Chuyên ngành

: Hóa Vô Cơ

Mã số


3.3 Tổng hợp phố i tử .......................................................................................... 14
3.3.1 Tổng hợp phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ...................................... 14
3.3.2 Tổng hợp phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) ................................... 15
3.4 Tổng hợp phức chất ...................................................................................... 15
3.4.1 Phức chất với phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin .......................................... 15

iii
i


3.4.2 Phức chất với phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin ....................................... 16
3.5 Các điều kiện thực nghiệm ........................................................................... 16
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 19
4.1 Nghiên cứu phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’-đibenzoylcurcumin
(HL2) .................................................................................................................. 19
4.2 Nghiên cứu phức chất của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’đibenzoylcurcumin (HL2) với kim loại chuyển tiếp ............................................ 30
4.2.1 Nghiên cứu phức chất Fe(III) ................................................................. 30
4.2.2 Nghiên cứu phức chất Co(II), Ni(II) và Cu(II) ........................................ 34
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 42
PHU ̣ LỤC............................................................................................................. 46

iiiv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Kết quả tổng hợp phức chất 4,4’-điaxetylcurcuminat kim loại ................ 16
Bảng 3.2 Tính tan của các phức chất trong một số dung môi ................................. 16
Bảng 3.3 Kết quả tổng hợp phức chất 4,4’-đibenzoylcurcuminat kim loại ............. 17
Bảng 3.4 Tính tan của các phức chất trong một số dung môi ................................. 17

Hình 4.2 Phổ IR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ................................................. 20
2
Hın
̀ h 4.3 Phổ IR của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL ) .............................................. 21

Hı̀nh 4.4 Quy tắc đánh số khung cacbon cho phổ NMR của (a) curcumin, (b) HL1 và
(c) HL2 .................................................................................................................. 22
Hình 4.5 Phổ 1H NMR của curcumin ..................................................................... 23
Hình 4.6 Phổ 1H NMR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ....................................... 23
Hı̀nh 4.7 Phổ 1H NMR của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) .................................... 24
Hình 4.8 Phổ 13C NMR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ...................................... 25
Hình 4.8 Phổ 13C NMR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ...................................... 26
Hình 4.9 Phổ 13C NMR của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) ................................... 26
Hı̀nh 4.10 Cân bằng giữa hai dạng cấu trúc bất đối xứng xeto-enol ....................... 27
1
Hın
̀ h 4.11 Cấu trúc của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL )............................................. 28
2
Hın
̀ h 4.12 Cấu trúc của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL ). ......................................... 28

Hình 4.13 Cấu tạo của phối tử (a) HL1 và (b) HL2 ................................................. 29
Hình 4.14 Phổ khối lượng ESI+của phức chất [Fe(L1)3] ......................................... 31
Hình 4.15 Phổ IR của phức chất [Fe(L1)3] ............................................................. 32
Hình 4.16 Phổ IR của phức chất [Fe(L2)3] ............................................................. 32

viiv


1

phức chất đã giúp đỡ tận tình, đóng góp nhiều ý kiến quí báu để bản luận văn này
hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và người thân đã tạo mọi điều
kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này.

Hà Nội, ngày 16 tháng 11 năm 2017
Học viên

Ngô Thị Liên

viii
vi


MỞ ĐẦU
Hàng ngàn năm qua, củ nghê ̣ (thuô ̣c ho ̣ gừng) đươ ̣c sử du ̣ng ở nhiề u nước
nhiê ̣t đới châu Á trong đó có Viê ̣t Nam như một phương thuốc chữa các bệnh về dạ
dày và gan. Củ nghê ̣ cũng đươ ̣c dùng để chữa lành các vết loét do những tính chất
kháng khuẩn cơ bản của nó. Bên ca ̣nh đó, bô ̣t nghê ̣là mô ̣t chấ t ta ̣o màu tự nhiên dùng
phổ biế n cho thức ăn hoă ̣c chấ t nhuô ̣m. Trong những năm gần đây, việc tổng hợp,
nghiên cứu cucumin, tinh chấ t tách chiế t đươ ̣c từ củ nghê,̣ ngày càng thu hút nhiều
nhà khoa học trên thế giới do những ứng du ̣ng tiề m năng trong điề u tri ̣ ung thư và
mô ̣t số bê ̣nh như như Alzheimer, Parkinson, bênh
̣ phổ i, bênh
̣ tim ma ̣ch, tiể u đường,
tăng cholesterol máu… Phức chấ t kim loa ̣i của curcumin và dẫn xuấ t cũng là đố i
tươ ̣ng nghiên cứu đươ ̣c quan tâm đă ̣c biê ̣t do sự tăng cường hoa ̣t tı́nh sinh ho ̣c và đô ̣c
tın
́ h ức chấ t tế bào ung thư so với phố i tử hữu cơ và các tın
́ h chấ t hóa lý vươ ̣t trô ̣i mà

(curcuminoit).
Do thành phầ n cấ u ta ̣o có chứa hơ ̣p phầ n β-đixeton, curcumin có thể tồ n ta ̣i ở
hai da ̣ng tautome β-đixeton 1a và xeto-enol 1b trong cân bằ ng tautome hóa (Hın
̀ h
1.2). Cân bằ ng tautome hóa phu ̣ thuô ̣c vào đô ̣ phân cực của dung môi và pH của môi
trường. Trong dung môi không phân cực, da ̣ng xeto-enol 1b đươ ̣c bề n hóa bởi liên
kế t hiđro nô ̣i phân tử là da ̣ng tồ n ta ̣i chın
́ h. Da ̣ng β-đixeton 1a chiế m ưu thế trong
dung môi phân cực [3]. Sư ̣ phu ̣ thuô ̣c của cấ u trúc vào pH của môi trường thể hiêṇ
bản chấ t axit Brönsted yế u của curcumin. Các giá tri pK
̣ a cho ba quá trı̀nh tách proton

2


ứng với ba proton linh đô ̣ng của phân tử (mô ̣t proton enol và hai proton phenol) đươ ̣c
đưa ra dựa trên nghiên cứu sử du ̣ng phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân và phổ hấ p thu ̣
electron (Hı̀nh 1.2) [15].

Hı̀nh 1.2 Cân bằng tautome hóa và quá trı̀nh tách proton của curcumin trong
dung di ̣ch [15].
Cấ u trúc tinh thể của curcumin đã đươ ̣c xác đinh
̣ bằ ng phương pháp nhiễu xa ̣
tia X trên đơn tinh thể [11, 13, 18-19, 26]. Kế t quả đã chı̉ ra rằ ng: ở tra ̣ng thái rắ n,
curcumin tồ n ta ̣i ở da ̣ng xeto-enol 1b với liên kế t hiđro nô ̣i phân tử (Hı̀nh 1.3).

Hı̀nh 1.3 Cấu trúc của curcumin [13]. Các đường đứt nét biểu diễn các liên kết
hiđro nội phân tử.

3



đô ̣c tıń h tế bào cao hơn curcumin. Cu ̣ thể như: phức chất hỗn hơ ̣p curcumin và 4,4’bipyriđin với Zn2+ hiệu quả hơn curcumin trong ức chế tế bào ung thư [17, 16]. Phức
chất curcumin-terpyridyl La3+ có quang đô ̣c tı́nh (photocytotoxicity) cao với dòng tế
bào Hela [7]. Phức chất curcumin-bipyriđin với Pd2+ ức chế sự phát triển của tế bào
ung thư tiền liệt tuyến ở người [28].
Mô ̣t trong ứng du ̣ng khác trong y ho ̣c cũng đang đươ ̣c quan tâm là khả năng
phát huỳnh quang của các phức chất kim loại chuyển tiếp với curcumin ứng du ̣ng
trong viê ̣c xác định vị trí tế bào bi ̣ bê ̣nh. Các phức chất đấ t hiếm curcumin và dẫn
xuấ t của 1,10-phenantrolin hấp thụ hai photon ở trong khoảng bước sóng từ 700 đến
800 nm và có thể được sử dụng cho việc chụp ảnh dòng tế bào ung thư vú MCF-7
[25]. Phức chất [Re(CO)3(cucumin)H2O] với khả năng phát huỳnh quang và ái lực
với các mảnh β-amyloi, là tác nhân tiềm năng trong việc chu ̣p chiế u mô của các bệnh
nhân Alzheimer [27].

5


CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Như đã nêu ở phầ n Tổ ng quan, mă ̣c dù có rấ t nhiề u nghiên cứu liên quan tới
phức chấ t kim loa ̣i chuyể n tiế p của curcumin nhưng cấ u trúc của các hơ ̣p chấ t này
hầ u như chưa đươ ̣c nghiên cứu. Hạn chế này do đô ̣ tan thấ p của các phức chấ t, bắt
nguồn từ viê ̣c nhóm OHphenol của curcumin tách proton, tham gia phố i trı́ với ion kim
loa ̣i và ta ̣o nên các phức chất ở dạng polime. Do đó, trong nghiên cứu này nhóm
OHphenol của curcumin đươ ̣c ‘khóa’ bằ ng cách este hóa với anhyđrit axetic hoặc
benzoyl clorua. Sản phẩ m 4,4’-điaxetylcurcumin (Hı̀nh 2.1 a) và 4,4’đibenzoylcurcumin (Hình 2.1 b) đươ ̣c sử du ̣ng làm phố i tử cho các phản ứng ta ̣o phức
tiế p theo với mô ̣t số ion kim loa ̣i chuyể n tiế p daỹ thứ nhấ t như Fe3+, Co2+, Ni2+ và
Cu2+.


Khi phân tử vật chất hấp thụ năng lượng điện tử có thể dẫn đến các quá trình
thay đổi trong phân tử như quá trình quay, dao động, kích thích điện tử... Mỗi quá
trình như vậy đều đòi hỏi một năng lượng nhất định đặc trưng cho nó, có nghĩa là đòi
hỏi một bức xạ điện từ có tần số đặc trưng để kích thích. Trong đó, bức xạ hồng ngoại
đặc trưng cho sự kích thích quá trình dao động của các nhóm nguyên tử trong phân
tử. Mỗi một liên kết trong phân tử đều hấp thụ một bức xạ có tần số đặc trưng để thay
đổi trạng thái dao động của mình, tần số đặc trưng này không những phụ thuộc vào
bản chất liên kết mà còn phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo phân tử và các nguyên tử,
nhóm nguyên tử xung quanh.
Có hai kiểu dao động chính của phân tử là dao động hoá trị (làm thay đổi chiều
dài liên kết nhưng không thay đổi góc liên kết) và dao động biến dạng (làm thay đổi
góc liên kết còn độ dài liên kết không thay đổi). Đối với những phân tử gồm n nguyên
tử, người ta xác định là phải có 3n-6 (đối với phân tử không thẳng hàng) và 3n-5 (đối

7


với phân tử thẳng hàng) dao động chuẩn. Sự xuất hiện của một dao động trong phổ
hấp thụ hồng ngoại cần phải thoả mãn các điều kiện của quy tắc lọc lựa: năng lượng
của bức xạ phải trùng với năng lượng của dao động và sự hấp thụ của năng lượng
phải đi kèm với sự biến đổi của momen lưỡng cực của phân tử. Sự biến đổi momen
lưỡng cực càng lớn thì cường độ của các dải hấp thụ càng lớn. Vì vậy, những phân
tử có các yếu tố đối xứng thường cho phổ đơn giản hơn những phân tử không chứa
yếu tố đối xứng.
Khi tạo thành phức chất, các dải hấp thụ đặc trưng của các liên kết trong phối
tử thường bị dịch chuyển so với vị trí của nó trong phổ của phối tử tự do vì quá trình
tạo phức là quá trình chuyển electron từ phối tử đến các obitan trống của ion kim loại
để tạo liên kết phối trí nên làm giảm mật độ điện tử trên phân tử phối tử. Từ sự thay
đổi của các dải hấp thụ đặc trưng khi chuyển từ phổ của phối tử tự do sang phổ của
phức chất có thể thu được các dữ kiện về vị trí phối trí, dạng hình học, cũng như bản

proton trước và sau phản ứng có thể chứng minh nhóm chức đó đã tham gia liên kết
hay không. Để chứng minh quá trình tạo phức xảy ra cũng như việc xác định cấu trúc
của phức chất trước hết phải qui kết chính xác các pic trên phổ cộng hưởng từ hạt
nhân, đồng thời có sự so sánh rõ ràng tín hiệu phổ của phức chất và phối tử tự do.
2.3.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là sử dụng các phương
pháp khác nhau để chuyển chất nghiên cứu thành các ion phân tử hoặc ion phân mảnh,
tạo ra các ion phân tử có điện tích +1, +2, và -1 nhưng xác suất tạo ra ion điện tích
+1 là lớn nhất. Các ion có khối lượng m và điện tích z. Tỉ số m/z được gọi là số khối.
Nhờ một thiết bị đặc biệt, các ion có cùng tỉ số m/z sẽ đến detectơ của máy ở cùng
một thời điểm. Các ion có tỉ số m/z khác nhau sẽ đến detectơ ở các thời điểm khác
nhau. Do đó detectơ có thể xác định được hàm lượng I của các mảnh ion. Từ đó dựng
lên đồ thị giữa I và m/z, khi đó đồ thị được gọi là phổ khối lượng.
Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thông tin: khối lượng các phân
tử, các mảnh phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị. Khai thác triệt để các thông tin này có thể
góp phần lớn trong việc xác định được chính xác cấu trúc phân tử.
+ Pic đồng vị: Hợp chất phức thường được cấu tạo từ các nguyên tố có nhiều
đồng vị khác nhau. Điểm nổi bật trong các hợp chất phối trí là các cụm pic đồng vị
đặc trưng cho sự có mặt của các kim loại trung tâm và phối tử. Cường độ các pic
đồng vị trong cụm tỉ lệ với xác suất có mặt của các dạng đồng vị. Việc xác định được
tỉ lệ các pic trong cụm pic đồng vị cho phép qui kết được cụm pic đó với độ tin cậy
cao.
+ Sơ đồ phân mảnh: Dựa trên các mảnh phân tử nhận được từ khối phổ có thể
đưa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh của phân tử chất nghiên cứu. Hiện nay, có
rất ít công trình công bố về sự phân mảnh khối phổ của phức chất.

9


Để phá vỡ phân tử thành các phân tử nhỏ cần sử dụng một số phương pháp


phẳng nút hkl. Mối liên hệ giữa vị trí của các vết nhiễu xạ và cấu trúc tinh thể, hay
cụ thể hơn là các thông số mạng của tinh thể được thể hiện qua phương trình Bragg:
2dhkl.sinθ = λ
trong đó:

dhkl là khoảng cách giữa hai mặt liên tiếp trong họ mặt phẳng hkl.
θ là góc nhiễu xạ Bragg.
λ là bước sóng của tia X.

Cường độ của vết nhiễu xạ từ họ mặt phẳng hkl được biễu diễn thông qua thừa
số cấu trúc F(hkl) và tỉ lệ thuận với bình phương biên độ hàm sóng tổ hợp từ các sóng
nhiễu xạ tại các nguyên tử trong ô mạng cơ sở. Trong trường hợp tổng quát, nếu ta
có N nguyên tử trong ô mạng cơ sở, nguyên tử thứ j chiếm vị trí (xj, yj, zj). Biên độ
hàm sóng tổ hợp được tính theo công thức:
F(hkl) = A(hkl) 2 +B(hkl) 2
N

A(hkl) =  f j .cos2π(hx j +ky j +lz j )

với

j=1
N

B(hkl) =  f j .sin2π(hx j +ky j +lz j )
j=1

Trong đó fj là thừa số nhiễu xạ nguyên tử có giá trị phụ thuộc vào số electron
xung quanh hạt nhân hay nói cách khác phụ thuộc vào điện tích hạt nhân. Các nguyên

o

hkl

trong đó:

Fo là cường độ ảnh nhiễu xạ thực nghiệm
Fc là cường độ ảnh nhiễu xạ tính tự cấu trúc đã xác định

Đối với các phân tử nhỏ (dưới 100 nguyên tử) giá trị độ sai lệch R1 được chấp
nhận trong khoảng dưới 10%.
Vì rất nhiều chất, từ đơn giản như kim loại đến phức tạp như phân tử sinh học,
đều có thể tạo thành đơn tinh thể nên phương pháp nhiễu xạ tia X đóng vai trò quan
trọng trong sự phát triển của nhiều ngành khoa học như hóa học, sinh học, dược học…

12


Trong lĩnh vực hóa học phức chất nói chung và hóa học phức chất của dẫn xuất
cucumin nói riêng, nhiễu xạ tia X trên đơn tinh thể luôn là phương pháp nghiên cứu
hàng đầu.

13


CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM
3.1 Dụng cụ và hóa chất
3.1.1 Dụng cụ
- Cố c thủy tinh chiụ nhiêṭ dung tıć h 50ml, 100ml
- Phễu lo ̣c thủy tinh xố p

với CH2Cl2. Làm bay hơi hoàn toàn CH2Cl2 khỏi pha hữu cơ dưới áp suấ t thấ p thu
đươ ̣c 0,74 g chấ t rắ n màu vàng. Hiệu suất 75%.
3.3.2 Tổng hợp phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2)
Phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin được tổ ng hơ ̣p theo quy trình do Singletary
và cộng sự công bố [24]. Hòa tan 0,8 g curcumin (2,18 mmol) trong 200 ml CH2Cl2
chứa 2 ml pyriđin và 2 ml benzoylclorua. Sau khi khuấy và đun hồi lưu trong vòng 7
giờ, hỗn hơ ̣p phản ứng đươ ̣c xử lý với lượng dư dung dich
̣ HCl 0,1M và pha hữu cơ
đươc̣ chiết với CH2Cl2. Làm bay hơi hoàn toàn CH2Cl2 khỏi pha hữu cơ dưới áp suấ t
thấ p thu đươ ̣c 0,9 g chấ t rắ n màu vàng. Hiệu suất 72%.
3.4 Tổng hợp phức chất
3.4.1 Phức chất với phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin
Thêm từ từ 135,6 mg HL1 (0,3 mmol) vào 2 ml dung dich
̣ MeOH chứa 0,1
mmol Fe3+ hoặc 0,15 mmol M2+ (M = Co, Ni, Cu). Hỗn hợp phản ứng đươ ̣c khuấy và
đun nóng ở nhiệt độ 50-60°C trong 30 phút. Sau khi thêm 0,3 mmol Et3N, hỗn hợp
phản ứng tiếp tục đươ ̣c khuấy và đun nóng ta ̣i nhiệt độ 50-60°C trong 2 giờ để phản
ứng xảy ra hoàn toàn. Lọc, rửa kết tủa bằng MeOH. Làm khô trong chân không.
Thông tin chi tiế t về quá trı̀nh tổ ng hơ ̣p và tı́nh tan của phức chấ t lần lượt được đưa
ra trong Bảng 3.1 và 3.2.
Đơn tinh thể của phức chấ t Fe(III) thu đươ ̣c khi làm bay hơi châ ̣m dung dich
̣
phức chấ t trong hỗn hơ ̣p dung môi CHCl3/EtOH (tı̉ lê ̣ thể tıć h 3:2).
Đơn tinh thể của phức chấ t Co(II) và Ni(II) thu đươ ̣c khi làm bay hơi châ ̣m
dung dich
̣ phức chấ t trong hỗn hơ ̣p dung môi CH2Cl2/MeOH (tı̉ lê ̣ thể tıć h 3:2).
Đơn tinh thể của phức chấ t Cu(II) thu đươ ̣c khi làm bay hơi châ ̣m dung dich
̣
phức chấ t trong DMF.


70

CoCl2 · 6H2O

tím

cam

nâu đỏ

76

NiCl2 · 6H2O

xanh

vàng

vàng nhạt

83

CuCl2 · 2H2O

xanh lam

nâu

nâu vàng



tan

[Ni(L1)2] không tan không tan không tan

tan

tan

tan

tan

[Cu(L1)2] không tan không tan không tan

tan

tan

tan

tan

3.4.2 Phức chất với phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin
Thêm từ từ 172,8 mg HL2 (0,3 mmol) vào 3 ml dung dich
̣ hỗn hợp
MeOH/CH2Cl2 chứa 0,1 mmol Fe3+ hoặc 0,15 mmol M2+ (M = Co, Ni, Cu). Hỗn hợp
phản ứng đươ ̣c khuấy và đun nóng ở nhiệt độ 50-60°C trong 30 phút. Sau khi thêm
0,3 mmol Et3N, hỗn hợp phản ứng tiếp tục đươ ̣c khuấy và đun hồi lưu trong 3 giờ để
phản ứng xảy ra hoàn toàn. Chất rắn thu được sau khi loại bỏ dung môi khỏi hỗn hợp


(%)

Fe(NO3)3 · 9H2O

vàng nâu

đen

đen

75

CoCl2 · 6H2O

tím

cam

đỏ cam

80

NiCl2 · 6H2O

xanh

vàng

vàng nhạt


CH3OH
không tan
không tan

không tan

không tan

C2H5OH
không
tan
không
tan

CH2Cl2

DMF

Axeton

CH3CN

tan

tan

ít tan

tan


tan

không

không

tan

tan

tan

tan

Dữ kiện nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của phố i tử và phức chất được đo trên máy
nhiễu xạ tia X Bruker D8 Quest tại Bộ môn Vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học
Khoa học Tự Nhiên, Đa ̣i ho ̣c Quố c gia Hà Nô ̣i. Đối âm cực Mo với bước sóng Kα (λ
= 0,71073 Å). Quá trình xử lý số liệu và hiệu chỉnh sự hấp thụ tia X bởi đơn tinh thể
được thực hiện bằng phần mềm chuẩn của máy đo. Cấu trúc được tính toán và tối ưu
hóa bằng phần mềm SHELXS-97 [22]. Vị trí các nguyên tử hydro được xác định theo

17