Luận văn Tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo một số phức chất của kim loại chuyển tiếp với dẫn xuất thế N⁽⁴⁾ của Thiosemicacbazon

Nội dung tài liệu: Luận văn Tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo một số phức chất của kim loại chuyển tiếp với dẫn xuất thế N⁽⁴⁾ của Thiosemicacbazon

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HUYỀN TæNG HîP Vµ NGHI£N CøU CÊU T¹O MéT Sè PHøC CHÊT CñA KIM LO¹I CHUYÓN TIÕP VíI DÉN XUÊT THÕ N(4) CñA THIOSEMICACBAZON Chuyên ngành : Hóa vô cơ Mã Số : 60.44.0113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRỊNH NGỌC CHÂU HÀ NỘI - 2014
2. LỜI CẢM ƠN Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới PGS.TS Trịnh Ngọc Châu Người thầy đã giao đề tài, chỉ đạo hướng dẫn tận tình, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm phức chất và Hóa Sinh vô cơ – Khoa Hóa học Trường KHKH Tự Nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình thực nghiệm. Cùng với sự biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn Gia đình cùng bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, 15 tháng 12 năm 2014 TÁC GIẢ Nguyễn Thị Huyền
3. MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ ...................................... 3 1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ..................................................... 3 1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ..... 4 1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG .................................................................................................... 6 1.3. GIỚI THIỆU VỀ CÁC NGUYÊN TỐ ĐỒNG VÀ COBAN ........................... 9 1.3.1. Giới thiệu về đồng ...................................................................................... 9 1.3.2. Giới thiệu về coban .................................................................................. 10 1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT ................................. 12 1.4.1. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại ...................................................... 12 1.4.2. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C .............................. 14 1.4.3. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng ................................................................... 18 1.5. THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỐI TỬ VÀ CÁC PHỨC CHẤT ................................................................................................... 19 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................. 21 2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ................................................................................ 21 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ......... 22 2.2.1. Tổng hợp phối tử ...................................................................................... 22 2.2.2. Tổng hợp phức chất .................................................................................. 23 2.3. CÁC ĐIỀU KIỆN GHI PHỔ .......................................................................... 26 2.4. PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG KIM LOẠI TRONG CÁC PHỨC CHẤT ..... 26 2.4.1. Qui trình phá mẫu ................................................................................... 26 2.4.2. Qui trình chuẩn độ kim loại trong các phức chất ................................. 27 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 28 3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HÀM LƢỢNG KIM LOẠI TRONG PHỨC CHẤT .. 28
4. 3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CỦA PHỐI TỬ BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHỔ CỘNG HƢỞNG TỪ HẠT NHÂN 1H VÀ 13C CỦA CÁC PHỐI TỬ ............. 28 3.2.1. Kết quả phân tích phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C của Hmthacp, Hpthacp ...................................................................................................... 28 3.2.2. Kết quả nghiên cứu phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H, 13C của Hpthact .... 35 3.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI CỦA CÁC PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT TƢƠNG ỨNG ............................................................. 38 3.3.1. Phổ hồng ngoại của phối tử Hmthacp và Hpthacp phức chất tƣơng ứng. 38 3.3.2. Kết quả nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthact và phức chất Cu(pthact)2, Co(pthact)2 ..................................................................... 44 3.4. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHỔ KHỐI LƢỢNG CỦA CÁC PHỨC CHẤT ... 48 3.4.1. Phổ khối lƣợng của Cu(mthacp)2 và Co(mthacp)2 ................................... 48 3.4.2. Phổ khối lƣợng của Cu(pthacp)2 và Co(pthacp)2 ..................................... 50 3.4.3. Phổ khối lƣợng của Cu(pthact)2 và Co(pthact)2 ....................................... 53 3.5. KẾT QUẢ THỬ HOẠT TÍNH KHÁNG SINH CỦA CÁC PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT ................................................................................................... 56 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 58
5. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các dải hấp thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit ..... 13 1 Bảng 1.2. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ H - NMR của Hmth ..................... 15 13 Bảng 1.3. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ C - NMR của Hmth .................... 15 1 Bảng 1.4. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ H - NMR của Hpth ...................... 16 13 Bảng 1.5. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ C - NMR của Hpth ..................... 16 1 Bảng 1.6. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ H - NMR của acp ......................... 16 13 Bảng 1.7. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ C - NMR của acp ....................... 17 Bảng 1.8. Các tín hiệu trong phổ ............................................................................ 17 13 Bảng 1.9. Các tín hiệu trong phổ C-NMR của 2-axetyl thiophen ...................... 17 Bảng 2.1. Một số đặc trƣng của các phối tử và dung môi hòa tan ......................... 23 Bảng 2.2. Ký hiệu các phức chất, màu sắc và dung môi hòa tan chúng ................ 25 Bảng 3.1. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất .................. 28 Bảng 3.2. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hmthacp và Hpthacp.............................................................................. 32 Bảng 3.3. Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của các phối tử Hmthacp và Hpthacp ............................................................................................. 35 Bảng 3.4. Các tín hiệu trong phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C của phối tử Hpthact ................................................................................................... 38 Bảng 3.5. Một số dải hấp thụ đặc trƣng trong phổ IR của Hmthacp, Hpthacp và phức chất tƣơng ứng của chúng với Cu(II), Co(II) ................................ 42 Bảng 3.6. Một số dải hấp thụ đặc trƣng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthact và các phức chất tƣơng ứng Cu(pthact)2, Co(pthact)2 .............. 46 Bảng 3.7. Cƣờng độ tƣơng đối của pic đồng vị trong phổ khối lƣợng của Cu(mthacp)2 ..... 49 Bảng 3.8. Cƣờng độ tƣơng đối của pic đồng vị trong phổ khối lƣợng của Co(mthacp)2 ...... 50 Bảng 3.9. Cƣờng độ tƣơng đối của pic đồng vị trong phổ khối lƣợng của Cu(pthacp)2 ..... 52 Bảng 3.10. Cƣờng độ tƣơng đối của pic đồng vị trong phổ khối lƣợng của Co(pthacp)2 .... 52 Bảng 3.11. Cƣờng độ tƣơng đối của pic đồng vị trong phổ khối lƣợng của Cu(pthact)2 .......... 54 Bảng 3.12. Cƣờng độ tƣơng đối của pic đồng vị trong phổ khối lƣợng của Co(pthact)2 ... 55 Bảng 3.13. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ................................ 56
6. DANH MỤC HÌNH 1 Hình 1.1. Phổ H - NMR (chuẩn) của N(4)-metylthiosemicacbazit (Hmth) ........ 15 13 Hình 1.2. Phổ C - NMR (chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit .................. 15 1 Hình 1.3. Phổ H - NMR (chuẩn) của N(4)-phenylthiosemicacbazit (Hpth) ....... 16 13 Hình 1.4. Phổ C - NMR (chuẩn) của N(4)-phenylthiosemicacbazit ................. 16 1 Hình 1.5. Phổ H - NMR (chuẩn) của axetophenon (acp) ................................... 16 13 Hình 1.6. Phổ C - NMR (chuẩn) của axetophenon ........................................... 17 1 Hình 1.7. Phổ H-NMR của 2-axetyl thiophen ................................................... 17 13 Hình 1.8. Phổ C-NMR của ................................................................................ 17 Hình 3.1. Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hmthacp................................. 30 Hình 3.2. Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hpthacp ................................. 30 13 Hình 3.3. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hmthacp ....................... 33 13 Hình 3.4. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hpthacp ........................ 34 Hình 3.5. Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hpthact ................................... 36 13 Hình 3.6. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hpthact .......................... 36 Hình 3.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hmthacp ..................................... 39 Hình 3.8. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Cu(mthacp)2 .......................... 40 Hình 3.9. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Co(mthacp)2 .......................... 40 Hình 3.10. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthacp ...................................... 41 Hình 3.11. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Cu(pthacp)2 ............................ 41 Hình 3.12. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Co(pthacp)2 ............................ 42 Hình 3.13. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hpthact .................................................... 45 Hình 3.14. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Cu(pthact)2 .............................................. 45 Hình 3.15. Phổ hấp thụ hồng ngoại của Co(pthact)2 .............................................. 46 Hình 3.16. Phổ khối lƣợng của phức chất Cu(mthacp)2 ........................................ 48 Hình 3.17. Phổ khối lƣợng của phức chất Co(mthacp)2 ........................................ 49 Hình 3.18. Phổ khối lƣợng của phức chất Cu(pthacp)2 ......................................... 50 Hình 3.19. Phổ khối lƣợng của phức chất Co(pthacp)2 ......................................... 51 Hình 3.21. Phổ khối lƣợng của phức chất Cu(pthact)2 .......................................... 53 Hình 3.20. Phổ khối lƣợng của phức chất Co(pthact)2 .......................................... 53
7. DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Mô tả cơ chế của phản ứng ngƣng tụ tạo thành thiosemicacbazon....... 3 Sơ đồ 1.2. Sự tạo phức của thiosemicacbazit .......................................................... 4 Sơ đồ 1.3. Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R ...................................... 5 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ chung tổng hợp các phối tử thiosemicacbazon .......................... 22 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ chung tổng hợp các phức chất của Cu(II) và Co(II) với các phối tử .... 23
8. MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại chuyển tiếp đang thu hút nhiều nhà hóa học, dƣợc học, sinh - y học trên thế giới. Các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này rất phong phú vì các thiosemicacbazon rất đa dạng về thành phần, cấu tạo và kiểu tạo phức. Từ rất sớm, ngƣời ta đã phát hiện hoạt tính diệt nấm, diệt khuẩn của thiosemicacbazit và các dẫn xuất thiosemicacbazon của nó [1, 3]. Đặc biệt là từ sau khi phát hiện ra phức chất của kim loại chuyển tiếp cis-platin [Pt(NH3)2Cl2] có hoạt tính ức chế sự phát triển ung thƣ vào năm 1969 thì nhiều nhà hóa học và dƣợc học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất của kim loại với các phối tử hữu cơ có hoạt tính sinh học. Trong số các phức chất đƣợc nghiên cứu, phức chất của các thiosemicacbazon đóng vai trò rất quan trọng [3], [10], [16], [27]. Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, đặc biệt là hoạt tính chống ung thƣ của các phức chất thiosemicacbazon và dẫn xuất của chúng đăng trên các tạp chí Hóa học, Dƣợc học, Y- sinh học v.v... Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các thiosemicacbazon, dẫn xuất của thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại, nghiên cứu cấu tạo của các phức chất sản phẩm bằng các phƣơng pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng. Trong một số công trình gần đây, ngoài hoạt tính sinh học ngƣời ta còn khảo sát một số ứng dụng khác của thiosemicacbazon nhƣ tính chất điện hóa, hoạt tính xúc tác, khả năng ức chế ăn mòn kim loại v.v... Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm đƣợc các hợp chất có hoạt tính cao đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác nhƣ ít độc, gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành để dùng làm thuốc chữa bệnh cho ngƣời và vật nuôi v.v... 1
9. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo một số phức chất của kim loại chuyển tiếp với dẫn xuất thế N(4) của thiosemicacbazon” Với hy vọng rằng những kết quả thu đƣợc sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon nói chung và hoạt tính sinh học của chúng nói riêng. 2
10. 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 181-1830C. Kết quả nghiên cứu bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc nhƣ sau: (1) H2N Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iÖn tÝch (2) NH N (1) = -0.051 d o (2) a=118.8 N = 0.026 o a b=119.7 C = -0.154 c o (4) C c=121.5 o N = 0.138 d=122.5 S = -0.306 H2N b S (4) 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 trên so với nhóm NH2) [1]. (4) Khi thay thế một nguyên tử hiđro của nhóm N H2 bằng các gốc hiđrocacbon khác nhau ta thu đƣợc các dẫn xuất N(4) của thiosemicacbazit. Ví dụ nhƣ: N(4)- phenylthiosemicacbazit, N(4)-etylthiosemicacbazit, N(4)-metylthiosemicacbazit Khi phân tử thiosemicacbazit hay sản phẩm thế của nó ngƣng tụ với các hợp chất cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất thiosemicacbazon theo sơ đồ 1.1 dƣới đây: (R’’: H, CH3, C2H5, C6H5 .). R H R +   + C O + H N N C NHR'' R' C N N C NHR'' 2 H H R' S O H S R R C N N C NHR'' R' C N N C NHR'' H H2O H R' S OH H S Sơ đồ 1.1. Mô tả cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon 3