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

BIỆN THỊ TUYẾN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO
VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
CÁC PHỨC CHẤT Ni(II) VỚI THIOSEMICACBAZON
P – ĐIMETYL AMINOBENZANĐEHIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2013


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

Biện Thị Tuyến

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO
VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
CÁC PHỨC CHẤT Ni(II) VỚI THIOSEMICACBAZON
P – ĐIMETYL AMINOBENZANĐEHIT

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã Số: 60 44 25
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


H - NMR: Phổ cộng hƣởng từ proton

13

C - NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C

IR, FT-IR: Phổ hấp thụ hồng ngoại
UV-Vis: Phổ hấp thụ electron
MS: Phổ khối lƣợng
ESI - MS: Phổ khối lƣợng ion hóa bằng phun electron
IC50: nồng độ ức chế 50%
EDTA: axit etylenđiamintetraaxetic

Hth: thiosemicacbazit

Hmth: N(4)-metyl thiosemicacbazit

Hpth: N(4)-phenyl thiosemicacbazit

Hthpmb: thiosemicacbazon p-đimetyl
amino benzanđehit


Hmthpmb: N(4)-metyl thiosemicacbazon
p-đimetyl amino benzanđehit

Hpthpmb: N(4)-phenyl thiosemicacbazon
p-đimetyl amino benzanđehit




1.3.1. Niken…………………………………………………………………..

9

1.3.2. Khả năng tạo phức…………………………………………………….

10

1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu phức chất…………………………………….

11

1.4.1. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng…………………………………………..

11

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

12

1.4.3. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân…………………………….

15

1.4.4. Phƣơng pháp phổ hấp thụ electron……………………………………..

21

1.4.4.1. Các kiểu chuyển mức electron trong phân tử phức chất………

24

c. Phức chất vuông phẳng………………………………….......

25

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM…………………………………………………...

26

2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực nghiệm…………………………..

26

2.1.1. Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………….

26

2.1.2. Hóa chất………………………………………………………………..

26


2.1.3. Kỹ thuật thực nghiệm………………………………………………….

27

2.1.3.1. Các điều kiện ghi phổ………………………………………….

27

2.2. Tổng hợp phối tử và phức chất……………………………………………….

30

2.2.1. Tổng hợp phối tử………………………………………………………

30

2.2.2. Tổng hợp phức chất…………………………………………………...

32

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

34

3.1. Phân tích hàm lƣợng kim loại trong phức chất……………………………….

34

3.2. Phổ khối lƣợng của các phức chất……………………………………………

34

3.3. Nghiên cứu phức chất bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………….

37

3.4. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử và phức chất……….


Tên bảng

Trang

1.1.

Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit

13

1.2.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của Hth

19

1.3.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 1H - NMR của Hmth

19

1.4.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của Hmth

19

1.5.



Các thiosemicacbazon tổng hợp đƣợc

32

2.2.

Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan chúng

33

3.1.

Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất

34

3.2.

Khối lƣợng mol của các phức chất theo công thức phân tử giả định

36

và thực nghiệm
3.3.

Cƣờng độ tƣơng đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

36


Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C-NMR của các phối tử

51

3.9.

Các tín hiệu trong phổ cộng hƣởng từ proton của các phức chất

57


3.10. Các cực đại hấp thụ trên phổ UV-Vis của các phối tử và phức chất

61

3.11. Kết quả thủ hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

62


DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1.

Sự tách mức năng lƣợng của các obitan d và sự sắp xếp electron của


1.6

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của N(4)-phenyl thiosemicacbazit

20

1.7

Phổ cộng hƣởng từ proton (chuẩn) p-đimetylamino benzanđehit

20

1.8

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của p-đimetylamino benzanđehit

20

3.1

Phổ khối lƣợng của phức chất Ni(thpmb)2

34

3.2

Phổ khối lƣợng của phức chất Ni(mthpmb)2

35


3.8

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hpthpmb

41

3.9

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Ni(pthpmb)2

41

3.10 Phổ cộng hƣởng từ proton của thiosemicacbazit

44

3.11 Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hthpmb

45

3.12 Phổ cộng hƣởng từ proton (mô phỏng) của phối tử Hthpmb

45

13

3.13 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hthpmb

46

13
3.21 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hpthpmb

50

13

3.22 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C (mô phỏng) của phối tử Hpthpmb

50

3.23 Phổ cộng hƣởng từ proton của phức chất Ni(thpmb)2

55

3.24 Phổ cộng hƣởng từ proton của phức chất Ni(mthpmb)2

56

3.25 Phổ cộng hƣởng từ proton của phức chất Ni(pthpmb)2

56

3.26 Phổ UV- Vis của phối tử Hthpmb và phức chất Ni(thpmb)2

59

3.27 Phổ UV- Vis của phối tử Hmthpmb và phức chất Ni(mthpmb)2

60

có hoạt tính cao đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác nhƣ không
độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành... để dùng làm thuốc
chữa bệnh cho ngƣời và vật nuôi.
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu
cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của các phức chất Ni(II) với
thiosemicacbazon p-đimetyl aminobenzanđehit” với hy vọng những kết quả thu
đƣợc sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của

1


thiosemicacbazon nói chung và hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và
phức chất của chúng nói riêng.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181-183oC. Kết
quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc nhƣ sau:
(1)

H2N

Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iÖn tÝch
(2)

(1)

-0.154
0.138
-0.306

Trong đó các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng. Ở
trạng thái rắn, phân tử thiosemicacbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí
trans so với nhóm NH2) [1].
Khi thay thế một nguyên tử hiđro trong nhóm N(4)H2 bằng các gốc
hiđrocacbon khác nhau ta thu đƣợc các dẫn xuất thế của thiosemicacbazit. Ví dụ:
N(4) - phenyl thiosemicacbazit, N(4) - allyl thiosemicacbazit, N(4) - etyl
thiosemicacbazit, N(4) - metyl thiosemicacbazit …
Khi thiosemicacbazit hoặc dẫn xuất thế của nó ngƣng tụ với các hợp chất
cacbonyl sẽ tạo thành các thiosemicacbazon tƣơng ứng theo sơ đồ 1.1 (R’’: H, CH3,
C2H5, C3H5, C6H5...).
R

+

C





H2N

R'

N
H

R'

H
+

+

O

R

N

N
H

C

NHR''

H2O

R'

C

N

N
H

NH2
N
H2N

H2N

NH

N

C

C

D¹ng thion

HS

C

C

H2N

S

N

M



cis

H2N

S
trans

Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit

Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đƣa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo
phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác. Nghiên cứu phức chất
của thiosemicacbazit với Ni(II) [18] và Zn(II) [19] bằng các phƣơng pháp từ hoá,
phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đƣa ra kết luận rằng
liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại đƣợc thực hiện trực
tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi tạo phức phân tử
thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis. Kết luận này cũng đƣợc khẳng định khi các

4


tác giả [18, 21] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một số ion kim loại nhƣ
Pt(II), Pd(II), Co(II).
Nhƣ vậy, thiosemicacbazit có xu hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí bằng
hai và liên kết đƣợc thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí
này cần phải tiêu tốn năng lƣợng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans
sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ N(2) sang nguyên tử S. Năng lƣợng
này đƣợc bù trừ bởi năng lƣợng dƣ ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng
đóng vòng [1]. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp, do khó khăn về lập thể,
thiosemicacbazit đóng vai trò nhƣ một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình

[1, 4, 6]. Mô hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng đã đƣợc các tác
giả [1, 4] xác định nhƣ sau:
D

D
M

M

hoÆc

S

N

S

N

N

N
NH2

NH2

H

a)



N
C

2 H2O

+

C
C

S

R'

N

SH
N

C
NHR''

Sơ đồ 1.4: Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng

Các phối tử bốn càng loại này có bộ
nguyên tử cho N, N, S, S nằm trên cùng một
mặt phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí

N

vai trò của phối tử một càng [26]. Ví dụ nhƣ

6

(I)

(II)


phức chất của Cu(II) với N(4) - phenyl thiosemicacbazon 2-benzoylpyriđin [26] có
cấu tạo nhƣ hình trên. Trong đó, phối tử thứ hai đóng vai trò là phối tử 1 càng còn
phối tử thứ nhất là phối tử 3 càng.
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA
CHÚNG

Các phức chất của thiosemicacbazon đƣợc quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý
nghĩa khoa học mà các hợp chất này còn nhiều khả năng ứng dụng trong thực tiễn.
Các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh học của
các thiosemicacbazon và phức chất của chúng. Hiện nay, ngƣời ta nghiên cứu các
phức chất trên cơ sở thiosemicacbazon với mong muốn tìm kiếm các hợp chất có
hoạt tính sinh học cao, ít độc hại dùng trong y dƣợc.
Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon đƣợc phát hiện đầu tiên bởi
Domagk. Khi nghiên cứu các thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một số hợp chất
có hoạt tính kháng khuẩn [4]. Sau phát hiện của Domagk, một số tác giả khác [9,
22] cũng đƣa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit,
thiosemicacbazon cũng nhƣ phức chất của chúng. Tác giả [36] cho rằng tất cả các
thiosemicacbazon của dẫn xuất thế para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi
trùng lao. Trong đó p-axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1)
đƣợc xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu nghiệm nhất hiện nay.
H3C

Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),
thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức
chất của chúng. Kết quả thử khả năng ức chế sự phát triển khối u cho thấy cả hai
phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đều có tác dụng làm giảm mật độ tế bào ung
thƣ, giảm tổng số tế bào và từ đó đã làm giảm chỉ số phát triển của u. Khả năng ức
chế sự phát triển tế bào ung thƣ SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS của
Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8%.
Tiếp sau đó, các tác giả [4, 6] đã tổng hợp và nghiên cứu phức chất của
Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon. Kết quả cho thấy, các
phức chất của Pt(II) với N(4) - phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon
furanđehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thƣ gan, ung thƣ màng
tim, ung thƣ màng tử cung. Phức chất của Pt(II) với N(4) - metyl thiosemicacbazon
isatin, N(4) - metyl thiosemicacbazon furanđehit đều có khả năng ức chế tế bào ung
thƣ màng tim và ung thƣ biểu mô ở ngƣời.
Tác giả [8] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa
Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicacbazon mà hợp chất cacbonyl có nguồn gốc
từ tự nhiên nhƣ octanal, campho, xitronenlal, mentonua. Trong số đó, phức chất
Cu(II) của các phối tử thiosemicacbazon xitronenal và thiosemicacbazon menton
đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thƣ gan và phổi.
Gần đây, Sivadasan Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác
gồm phức chất của thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền
polistiren [20]. Đây là những chất xúc tác dị thể đƣợc sử dụng trong phản ứng tạo
nhựa epoxy từ xyclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon
cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck)
[23].

8


Một số thiosemicacbazon cũng đã đƣợc sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn


trên

cơ

sở

glyoxal(bisthiosemicacbazon) [36]… Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh,
khoảng nồng độ làm việc rộng và thời gian sử dụng dài. Đây là một hƣớng mới
trong nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ NIKEN
1.3.1. Niken
Niken là kim loại chuyển tiếp thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB trong bảng hệ
thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Niken là kim loại có màu trắng, tƣơng đối
cứng, ở dạng bột có màu đen, có thể tự cháy trong không khí. Trong các hợp chất,
niken có số oxi hoá là +2, +3 trong đó trạng thái oxi hoá +3 rất kém bền. Trong tự
nhiên, niken tồn tại các đồng vị khác nhau, trong đó đồng vị Niken có nguyên tử
khối 58 đ.v.C chiếm tỉ lệ số nguyên tử nhiều nhất.

9


58

Ni : 67,76%

60

Ni : 26,16%



Bát diện Oh

Bát diện lệch D4h

Vuông phẳng D4h

Hình 1.1. Sự tách mức năng lượng của các obitan d và sự sắp xếp electron của ion
Ni2+ (d8) trong các trường đối xứng Oh, D4h (bát diện lệch) và D4h vuông phẳng.
Từ hình 1.1, chúng ta thấy rằng đối với phức chất vuông phẳng, 8 electron đƣợc sắp
xếp trên 4 obitan dxz, dyz, dz2 và dxy trạng thái này có mức năng lƣợng thấp nhất nên

10


ion Ni2+ có xu hƣớng tạo phức chất vuông phẳng. Điều này phù hợp với thực tế là
Ni2+ tạo nhiều phức chất vuông phẳng nhất, đặc biệt là các phối tử hữu cơ hai càng
[3].
Ngoài ra, các phức chất của Ni(II) còn phổ biến với số phối trí 4 (tứ diện) và
số phối trí 6 (bát diện). Nhiều nghiên cứu cho thấy các phối tử trƣờng mạnh thƣờng
tạo với Ni2+ những phức chất vuông phẳng nghịch từ nhƣ [Ni(CN)4]2–. Các phối tử
trƣờng yếu tạo phức chất tứ diện nhƣ [NiCl4]2–... còn với phối tử thuộc trƣờng trung
bình thƣờng tạo với Ni2+ những phức bát diện, thuận từ nhƣ [Ni(H2O)6]2+,
[Ni(NH3)6]2+...[3].
Khi tạo phức với thiosemicacbazon, Ni2+ thƣờng thể hiện số phối trí 4, liên
kết đƣợc thực hiện qua bộ nguyên tử cho là N (1) và S [1, 4, 6, 8].
1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT
1.4.1. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng
Phƣơng pháp phổ khối là phƣơng pháp khá hiện đại và quan trọng trong việc
xác định một cách định tính và định lƣợng thành phần cũng nhƣ cấu trúc của các

toán lý thuyết đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm Isotope Distribution
Calculator.
Trong phổ khối lƣợng, ngoài việc khai thác thông tin từ pic ion phân tử
ngƣời ta còn khai thác thông tin từ các mảnh ion phân tử. Dựa trên các mảnh ion
phân tử nhận đƣợc từ khối phổ có thể đƣa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh
của phân tử nghiên cứu. Hiện nay, có rất ít công trình công bố về sơ đồ phân mảnh
dựa trên việc nghiên cứu khối phổ của phức chất.
1.4.2. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại, năng lƣợng phân tử tăng
lên 8 - 40 kJ/mol. Đây chính là khoảng năng lƣợng tƣơng ứng với tần số của dao
động biến dạng và dao động quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị. Sự
hấp thụ xảy ra khi tần số của tia tới bằng với tần số dao động riêng của một liên kết
nào đó trong phân tử. Tần số dao động riêng của các liên kết trong phân tử đƣợc
tính theo công thức [7]:



1 k
2c 

trong đó

12


: khối lƣợng rút gọn, m1m2/(m1+m2)
k: hằng số lực tƣơng tác, phụ thuộc bản chất liên kết
c: tốc độ ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s
tần số dao dộng riêng của liên kết
Nhƣ vậy mỗi liên kết có một tần số dao động riêng xác định, phụ thuộc vào


as(N4H2)

8

1545

(CN4)

2

3350

as(N1H2)

9

1490

(HNC,HNN)

3

3290

s(N4H2)

10

1420


(HN4H)

13

1018

as(HN4C)

7

1628

(HN1H)

14

810

(CS)

13


Trong các tài liệu khác nhau [1, 4, 7], đều có chung nhận xét dải hấp thụ đặc
trƣng cho dao động hoá trị của nhóm C = S thay đổi trong một khoảng rộng từ 830 805 cm1 và dải này có xu hƣớng giảm cƣờng độ và chuyển dịch về phía số sóng
thấp hơn khi tham gia tạo phức. Các tác giả đã đề cập đến việc qui gán dải hấp thụ
đặc trƣng cho nhóm CS trong phối tử tồn tại dƣới dạng C = S, khi chuyển vào phức
chất dải này chuyển về khoảng 650 - 700 cm-1, dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động
hóa trị của nhóm C – S. Và trong các phức chất của thiosemicacbazon cũng không