tổng hợp, nghiên cứu phức chất của lantan, europi, gadolini với l-lơxin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM





NGUYỄN THỊ THU HUYỀN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT CỦA
LANTAN, EUROPI, GADOLINI VỚI L-LƠXIN VÀ
BƢỚC ĐẦU THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA CHÚNG





LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC



Thái Nguyên – Năm 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN THỊ THU HUYỀN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT CỦA
LANTAN, EUROPI, GADOLINI VỚI L-LƠXIN VÀ
BƢỚC ĐẦU THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA CHÚNG


Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60.44.25


LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC


Hƣớng dẫn khoa học: GS. TS. NGUYỄN TRỌNG UYỂN

Thái Nguyên – Năm 2011
i

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Trọng Uyển,
người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu
và hoàn thành luận văn thạc sỹ này.

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa sau Đại học, Khoa
Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo và các cán bộ phòng thí
nghiệm Khoa Hóa học, trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp
đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn Sở GD và ĐT Lào Cai, Ban Giám hiệu và
các thầy cô giáo trường THPT số 1 TP Lào Cai đã động viên và tạo mọi điều
kiện thuận lợi để em hoàn thành quá trình học tập và làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi
trong quá trình học tập và nghiên cứu của mình.
Thái Nguyên, tháng 8 năm 2011











Tác giả
Nguyễn Thị Thu Huyền
ii

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC

Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn ……………………………………………………………………i
Mục lục ……………………………………………………………………….ii
Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt……………………………………… v
Danh mục các bảng………………………………………………………… vi
Danh mục các hình………………………………………………………… vii
Mở đầu……………………………………………………………………… 1
Chương 1: Tổng quan tài liệu…………………………………………………2
1.1. Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng……2
1.1.1. Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm …………………………………….2
1.1.2. Sơ lược về các nguyên tố La, Eu, Gd………………………………… 3
1.1.3. Khả năng tạo phức của NTĐH…………………………………………5
1.2. Giới thiệu về amino axit và L – lơxin……………………………………7
1.2.1. Amino axit…………………………………………………………… 7
1.2.2.L – lơxin ……………………………………………………………… 9
1.3. Khả năng tạo phức của các amino axit và L – lơxin với các NTĐH……10
1.4. Hoạt tính sinh học của L – lơxin, NTĐH và phức chất của NTĐH với
amino axit……………………………………………………………………12
1.5. Giới thiệu về cây đậu tương, protein, proteaza ……………………… 15
1.5.1. Vài nét về cây đậu tương…………………………………………… 15
1.5.2. Giới thiệu về protein và proteaza…………………………………… 16
1.6. Một số phương pháp nghiên cứu phức rắn…………………………… 17
1.6.1. Phương pháp phân tích nhiệt………………………………………….17
1.6.2. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)………………………… 18
1.6.3. Phương pháp đo độ dẫn điện………………………………………….20
iii

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và kĩ thuật thực nghiệm………………22
2.1. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… 22
2.2. Kĩ thuật thực nghiệm……………………………………………………22
2.2.1. Dụng cụ và máy móc………………………………………………….22
2.2.2. Hóa chất……………………………………………………………….22
2.2.2.1. Dung dịch DTPA 10
-3
M 22
2.2.2.2. Dung dịch asenazo (III) 0,1 % 23
2.2.2.3. Dung dịch đệm axetat pH = 4,2 23
2.2.2.5. Các hóa chất khác 23
Chương 3: Thực nghiệm và kết quả 24
3.1. Tổng hợp phức rắn của La, Eu, Gd với L-lơxin 24
3.2. Nghiên cứu phức rắn của La, Eu, Gd với L-lơxin 24
3.2.1. Xác định hàm lượng của La, Eu, Gd trong các phức chất 24
3.2.2. Xác định hàm lượng cacbon, nitơ 26
3.2.3. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt 26
3.2.4. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 31
3.2.5. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp đo độ dẫn điện 38
3.3. Thăm dò hoạt tính sinh học 39
3.3.1. Thăm dò sự ảnh hưởng của hàm lượng phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2

O
đến sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt đậu tương 39
3.3.1.1. Phương pháp thí nghiệm 39
3.3.1.2. Ảnh hưởng của phức chất đến sự nảy mầm của hạt đậu tương 40
3.3.1.3. Ảnh hưởng của phức chất đến sự phát triển mầm của hạt đậu tương 40
3.3.1.4. So sánh ảnh hưởng của phức chất, ion kim loại và phối tử đến sự nảy
mầm của hạt đậu tương 42
3.3.1.5. So sánh ảnh hưởng của phức chất, ion kim loại và phối tử đến sự phát
triển mầm của hạt đậu tương 43
iv

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

3.3.2. Thăm dò sự ảnh hưởng của phức chất đến một số chỉ tiêu sinh hóa có
trong mầm hạt đậu tương 44
3.3.2.1. Ảnh hưởng của phức chất đến protein của mầm hạt đậu tương 46
3.3.2.2. Ảnh hưởng của phức chất đến hoạt độ proteaza của mầm hạt đậu tương 48
Kết luận…………………………………………………………………… 50
Tài liệu tham khảo 51

v

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

dicet: β-dixetonat
DTA: Differential thermal analysis (phân tích nhiệt vi phân)
DTPA: Axit dietylentriaminpentaaxetic
EDTA: Axit etylendiamintetraaxetic
Hleu: Lơxin
Ln: Lantanit
Ln
3+
: Ion lantanit
NTA: Axit nitrylotriaxetic
NTĐH: Nguyên tố đất hiếm
T: Thermogram
TGA: Thermogravimetry or Thermogravimetry analysis
(phân tích trọng lượng nhiệt).

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Một số thông số vật lí của các nguyên tố lantan, europi, gadolini 4
Bảng 3.1: Hàm lượng % La, Eu, Gd trong phức chất 25
Bảng 3.2 : Hàm lượng cacbon và nitơ trong phức chất 26
Bảng 3.3: Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất 30
Bảng 3.4: Các tần số hấp thụ đặc trưng (cm
-1
) của L-lơxin và các phức chất 32
Bảng 3.5: Độ dẫn điện riêng χ (Ω
-1
.cm
-1

) của các dung dịch phức chất ở nhiệt
độ 25
0
C

0,5
0
C 38
Bảng 3.6: Độ dẫn điện mol phân tử μ (Ω
-1
.cm
2
. mol
-1
) của các dung dịch phức
chất ở nhiệt độ 25
0
C

0,5
0
C 39
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3

].4H
2
O đến sự
nảy mầm của hạt đậu tương 40
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ phức chất H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O đến
sự phát triển mầm của hạt đậu tương 41
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O, La
3+
,
và HLeu đến sự nảy mầm của hạt đậu tương 43

Bảng 3.10: Kết quả so sánh ảnh hưởng của phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O,
La
3+
và HLeu đến sự phát triển mầm của hạt đậu tương 43
Bảng 3.11: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào khối lượng protein 45
Bảng 3.12: Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ tyrosin 46
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của phức chất H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O đến hàm
lượng protein của mầm hạt đậu tương 47
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của phức chất H
3

[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O đến hàm
lượng proteaza của hạt đậu tương 49


vii

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 3.1 : Giản đồ phân tích nhiệt của phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O 27
Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt của phức H

3
[Eu(Leu)
3
(NO
3
)
3
].3H
2
O 28
Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt của phức H
3
[Gd(Leu)
3
(NO
3
)
3
].3H
2
O 29
Hình 3.4: Phổ hấp thụ hồng ngoại của L-lơxin 33
Hình 3.5: Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3

].4H
2
O 34
Hình 3.6: Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức H
3
[Eu(Leu)
3
(NO
3
)
3
].3H
2
O 35
Hình 3.7: Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức H
3
[Gd(Leu)
3
(NO
3
)
3
].3H
2
O 36
Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ phức chất H
3
[La(Leu)
3
(NO

3
)
3
].4H
2
O
đến sự phát triển mầm hạt đậu tương 42
Hình 3.9: Ảnh hưởng của phức H
3
[La(Leu)
3
(NO
3
)
3
].4H
2
O, La
3+
và HLeu đến
sự phát triển mầm của hạt đậu tương 44
Hình 3.10: Đường chuẩn xác định protein 45
Hình 3.11: Đường chuẩn xác định proteaza 46



Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

1
MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của ngành hóa học,
hóa học phức chất của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) đã có những đóng góp
to lớn và quan trọng cho nhiều ngành khoa học.
NTĐH cũng như phức chất của chúng với các amino axit được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp,
công nghệ sinh học , y dược . . .
Các amino axit là hợp chất tạp chức có khả năng tạo phức tốt với nhiều
ion kim loại. Dạng L(-α) của các amino axit có hoạt tính sinh học và có vai
trò quan trọng trong sự sống. Các ion đất hiếm cũng có hoạt tính sinh học và
với hàm lượng rất nhỏ là không độc đối với cơ thể sinh vật. Qua các tài liệu
tham khảo chúng tôi thấy phức chất của các NTĐH với các phối tử khác nhau
thì có những hoạt tính sinh học khác nhau.
Phức chất của các NTĐH với phối tử là các amino axit rất đa dạng
và phong phú như: phức chất của NTĐH với L-proline, L-phenylalanin,
L-tyrosin, L-tryptophan… Tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên
cứu về phức chất của một số NTĐH với L-lơxin.
Với những nhận định trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: ‘‘ Tổng hợp,
nghiên cứu phức chất của Lantan, Europi, Gadolini với L-lơxin và bước
đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng ’’.








Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

2

Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Sơ lƣợc về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng
1.1.1. Sơ lƣợc về các nguyên tố đất hiếm
Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) bao gồm scandi (
21
Sc), ytri (
39
Y),
lantan (
57
La) và các nguyên tố họ lantanit. Họ lantanit gồm 14 nguyên tố: xeri
(
58
Ce), praseodim (
59
Pr), neodim (
60
Nd), prometi (
61
Pm), samari (
62
Sm),
europi (
63
Eu), gadolini (
64
Gd), tecbi (
65

Tb), dysprosi (
66
Dy), honmi (
67
Ho),
ecbi (
68
Er), tuli (
69
Tm), ytecbi (
70
Yb), lutexi (
71
Lu) [1].
Cấu hình electron chung của các nguyên tử nguyên tố họ lantanit là:
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
4p

6
4d
10
4f
n
5s
2
5p
6
5d
m
6s
2

Trong đó:
n: là số electron được điền vào phân lớp 4f; n = 0 ÷ 14
m: là số electron được điền vào phân lớp 5d; m = 0 hoặc 1
Dựa theo đặc điểm xây dựng phân lớp 4f, các lantanit được chia thành
hai phân nhóm:
Phân nhóm nhẹ (phân nhóm xeri):
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd
4f
2
4f
3
4f
4
4f
5
4f

6
4f
7
4f
7
5d
1

Phân nhóm nặng (phân nhóm tecbi):
Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
4f
9
4f
10
4f
11
4f
12
4f
13
4f
14
4f
14
5d
1

Do các obitan 4f và 5d có mức năng lượng gần nhau nên khi bị kích
thích thì một (ít khi hai) electron ở phân lớp 4f sẽ chuyển sang phân lớp 5d
tạo ra cấu hình 5d

1
6s
2
. Ba electron này dễ bị tách ra khỏi nguyên tử để tạo
thành ion mang điện tích 3+.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

3
Số oxi hóa bền và đặc trưng của đa số các lantanit là +3. Tuy nhiên,
một số nguyên tố đất hiếm có mức oxi hóa thay đổi như: Ce, Pr, và Tb ngoài
mức oxi hóa +3 còn có mức oxi hóa +4. Các nguyên tố đất hiếm này có thể
chuyển 1 hoặc 2 electron từ phân lớp 4f sang phân lớp 5d để tạo mức oxi hóa
+3 hoặc +4. Một số nguyên tố khác như: Eu, Tm, Yb khi mất 2 electron ở
phân lớp 6s có mức oxi hóa là +2. Tuy nhiên, các mức oxi hóa +4 hoặc +2
đều kém bền và có xu hướng chuyển về mức oxi hóa +3. Chính vì vậy mà các
oxit đất hiếm có công thức chung là Ln
2
O
3
(trừ CeO
2
, Tb
4
O
7
, Pr
6
O
11

), các
hidroxit có công thức Ln(OH)
3
(trừ Ce(OH)
4
).
Chính sự khác nhau về cấu trúc nguyên tử của các nguyên tố trong họ
lantanit chỉ thể hiện ở lớp thứ ba từ ngoài vào, mà lớp này ít ảnh hưởng đến
tính chất hóa học của các nguyên tố nên các lantanit có tính chất hóa học rất
giống nhau.
Ngoài những tính chất giống nhau, các lantanit cũng có những tính chất
không giống nhau, từ Ce đến Lu một số tính chất biến đổi đều đặn và một số
tính chất biến đổi tuần hoàn.
Sự biến đổi tuần tự tính chất được giải thích bởi sự co lantanit. Sự co
lantanit là sự giảm bán kính nguyên tử của chúng theo chiều tăng số thứ tự.
Còn sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các lantanit được giải thích bằng việc
điền electron vào các obitan 4f [13].
1.1.2. Sơ lƣợc về các nguyên tố La, Eu, Gd
Lantan, europi, gadolini là những NTĐH thuộc phân nhóm nhẹ.
Một số thông số vật lí về ba nguyên tố trên được trình bày ở bảng 1.1.





Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Bảng 1.1: Một số thông số vật lí của các nguyên tố
lantan, europi, gadolini [13]

Nguyên tố
Thông số vật lí
La
Eu
Gd
Khối lượng nguyên tử (đvc)
138,9055
151,965
157,25
Khối lượng riêng (g/cm
3
)
6,146
5,244
7,901
Nhiệt độ nóng chảy (
0
C)
920
822
1313
Nhiệt độ sôi (
0
C)
3464
1529
3273
Trạng thái oxi hóa
+3
+2, +3

+3
Bán kính nguyên tử (A
0
)
1,877
2,042
1,082
Bán kính ion (A
0
)
1,061
0,950
0,938
Cấu trúc tinh thể
Lục phương
Lập phương
tâm khối
Lục phương
Màu sắc
Không màu
Vàng nhạt
Không màu

- Lantan (La) là kim loại dẻo, dễ uốn và mềm có thể cắt bằng dao. Nó
là một trong những kim loại đất hiếm hoạt động hóa học mạnh nhất. La phản
ứng trực tiếp với C, N, B, Se, Si, P, S và các halogen. La bị oxi hóa nhanh khi
để ở ngoài không khí. La phản ứng chậm với nước lạnh nhưng nước nóng thì
phân hủy nó nhanh hơn nhiều.
Lantan được tìm thấy trong một số khoáng vật đất hiếm (monazit và
bastnasit), thường trong tổ hợp với xeri và các NTĐH khác

- Europi (Eu) là kim loại hoạt động nhất trong số các NTĐH, nó bị oxi
hóa nhanh chóng trong không khí, và tương tự như canxi trong phản ứng của
nó với nước. Eu tự bắt cháy trong không khí ở khoảng từ 150
0
C tới 180
0
C. Eu
có độ cứng chỉ khoảng như chì và rất dễ uốn.
Europi không được tìm thấy ở dạng tự do trong thiên nhiên, tuy nhiên

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

5
nó có nhiều trong khoáng vật, với nguồn quan trọng nhất là bastnasit và
monazit. Eu cũng được nhận dạng là có trong quang phổ mặt trời và một số
ngôi sao.
- Gadolini (Gd) là một kim loại đất hiếm mềm dễ uốn. Nó kết tinh ở
dạng α đóng kín lục phương khi ở điều kiện gần nhiệt độ phòng, nhưng khi bị
nung nóng tới 1508K hay cao hơn thì nó chuyển sang dạng

là cấu trúc lập
phương tâm khối. Không giống như các NTĐH khác, Gd tương đối ổn định
trong không khí khô. Tuy nhiên nó bị xỉn nhanh trong không khí ẩm, tạo
thành 1 lớp oxit dễ bong ra làm cho kim loại này tiếp tục bị ăn mòn. Gd phản
ứng chậm với nước và bị hòa tan trong axit loãng.
Gadolini không được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên, nhưng nó có
trong nhiều khoáng vật hiếm như monazit và bastnasit. Gd chỉ xuất hiện ở
dạng dấu vết trong khoáng vật gadolinit. Ngày nay, Gd được điều chế bằng
các kĩ thuật trao đổi ion và chiết dung môi hay bằng khử florua khan của nó
với canxi kim loại [18].

1.1.3. Khả năng tạo phức của NTĐH
Khả năng tạo phức của các NTĐH kém hơn so với các nguyên tố họ d
[22]. Nguyên nhân là do các electron phân lớp 4f bị chắn mạnh bởi các
electron ở lớp ngoài cùng và các ion Ln
3+
có kích thước lớn làm giảm lực hút
tĩnh điện giữa chúng với các phối tử. Khả năng tạo phức của các NTĐH chỉ
tương đương với các kim loại kiềm thổ.
Các ion Ln
3+
có thể tạo với các phối tử vô cơ như Cl
-
, CN
-
, NH
3
, NO
3
-
,
SO
4
2-
… những phức chất không bền. Trong dung dịch loãng các phức chất
này phân ly hoàn toàn, trong dung dịch đặc chúng kết tinh ở dạng muối kép.
Với các phối tử hữu cơ, đặc biệt là các phối tử có dung lượng phối trí
lớn và điện tích âm lớn như axit xitric, axit tactric, amino axit … thì các ion
Ln
3+
có thể tạo những phức chất rất bền.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

6
Phức chất của các NTĐH có đặc điểm là số phối trí cao và thay đổi.
Trước đây một số tác giả cho rằng số phối trí của ion đất hiếm là 6, nhưng
hiện nay nhiều tài liệu đã chỉ ra rằng số phối trí có thể là 7, 8, 9, 10, 11, 12.
Ví dụ: Theo các tài liệu tham khảo [21], [23]:
Số phối trí 8 trong phức chất [Ln(dicet)
4
]
-
, Ln(NTA)
2
3-

Số phối trí 9 trong phức chất Nd(NTA).3H
2
O, NH
4
Y(C
2
O
4
)
2
.H
2
O
Số phối trí 10 trong phức chất HLnEDTA.4H

2
O
Số phối trí 11 trong phức chất Ln(Leu)
4
(NO
3
)
3

Số phối trí 12 trong Ln
2
(SO
4
)
3
.9H
2
O.
Một trong các nguyên nhân làm cho phức chất của các NTĐH có số
phối trí cao và thay đổi là do bán kính ion Ln
3+
lớn, ngoài ra còn liên quan
đến đặc điểm của phối tử hữu cơ, sự ảnh hưởng của yếu tố này sẽ không đáng
kể nếu phức chất không mang bản chất ion.
Lực liên kết trong các phức chất giữa ion Ln
3+
với phối tử chủ yếu là
lực hút tĩnh điện. Các NTĐH hầu như không tham gia tạo liên kết cộng hóa trị
với các phối tử vô cơ, kể cả các phối tử hoạt động như: S
2

O
3
2-
, CN
-
, NO
3
-
…
nếu có thì độ bền phức chất tạo thành cũng rất bé. Bản chất liên kết ion trong
phức chất được giải thích bằng các obitan 4f của NTĐH chưa được lấp đầy và
được chắn bởi các electron 5s và 5p, do đó phối tử không có khả năng phân
bố lên các obitan 4f còn trống nữa.
Trong dãy lantanit, khả năng tạo phức của chúng tăng dần từ La đến
Lu. Điều này là do cấu trúc nguyên tử của chúng, từ La đến Lu bán kính ion
giảm dần, điện tích hạt nhân tăng dần nên lực hút tĩnh điện giữa Ln
3+
và phối
tử tăng dần, vì vậy độ bền phức chất tăng theo.
Độ bền của phức chất NTĐH với các phối tử hữu cơ còn được giải
thích theo 2 yếu tố sau:
- Do hiệu ứng vòng càng (hiệu ứng chelat) có bản chất entropi (quá trình

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

7
tạo phức chelat làm tăng entropi). Phức vòng 5 hoặc 6 cạnh bền nhất.
- Do liên kết giữa ion đất hiếm với phối tử chủ yếu mang bản chất ion
nên điện tích phối tử càng lớn, tương tác giữa ion đất hiếm và phối tử càng
mạnh, phức tạo thành càng bền [ 25].

1.2. Giới thiệu về amino axit và L – lơxin
1.2.1. Amino axit
Amino axit là những hợp chất hữu cơ tạp chức, trong phân tử chứa
đồng thời nhóm amino (-NH
2
) và nhóm cacboxyl (-COOH) [2].
Một số amino axit còn chứa thêm nhóm -OH, -SH và vòng thơm hoặc
dị vòng thơm trong phân tử. Ví dụ [15]:
L-Xystein

L-Serin

L-Phenylalanin

Có nhiều cách phân loại amino axit:
- Dựa vào cấu tạo, các amino axit được chia làm hai loại: amino axit
mạch không vòng và amino axit thơm. Đối với các amino axit mạch không
vòng, tùy theo vị trí của nhóm amino so với nhóm cacboxyl trong mạch
cacbon người ta phân biệt α, β, γ, δ – amino axit.
Các α – amino axit là những hợp phần của protein, chúng tham gia vào
các quá trình sinh hóa quan trọng nhất [4]. Chúng có dạng:


α – amino axit
- Dựa vào đặc tính axit, bazơ, các amino axit được chia thành ba nhóm:
HS – CH
2
– CH – COOH

NH

2

HO – CH
2
– CH – COOH

NH
2

C
6
H
5
– CH
2
– CH – COOH

NH
2

R – CH – COOH

NH
2


Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

8
nhóm trung tính, nhóm axit (các amino axit đicacboxylic) và nhóm bazơ (các

amino axit điamin). Hầu hết các amino axit đều là những chất hoạt động
quang học, có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng.
Amino axit được điều chế chủ yếu bằng ba phương pháp: lên men, thủy
phân và tổng hợp [16].
Do trong phân tử các amino axit có cả nhóm amino lẫn nhóm cacboxyl
nên chúng có tính chất lưỡng tính. Ở trạng thái rắn, các phân tử amino axit
đều tồn tại ở dạng ion lưỡng cực:


Trong nước có cân bằng giữa dạng ion lưỡng cực và phân tử không
mang điện:


Tùy thuộc vào giá trị pH của môi trường mà ion lưỡng cực có thể
chuyển thành ion mang điện âm hoặc dương. Giá trị pH của môi trường mà ở
đó amino axit không bị dịch chuyển dưới tác dụng của điện trường được gọi
là điểm đẳng điện của amino axit đó, kí hiệu là pI. Các amino axit khác nhau
thì có giá trị pI khác nhau, cụ thể:
Amino axit có tính axit: pI = 3 ÷ 3,2
Amino axit trung tính: pI = 5,6 ÷ 7
Amino axit có tính bazơ: pI = 9,7 ÷ 10,8
Với các amino axit trung tính có nhóm R không mang điện thì pI được
xác định bằng trung bình cộng các giá trị pK
b
của nhóm amino và pK
a
của
nhóm cacboxyl.
Tùy thuộc vào pH của môi trường mà các amino axit tồn tại ở các dạng
khác nhau, cụ thể là:

H
3
N
+
– CH – COO
-

R
H
3
N
+
– CH – COO
-

H
2
N – CH - COOH

R
R

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

9
Trong môi trường axit:


Trong môi trường bazơ:

Hầu hết các α – amino axit đều tan tốt trong dung môi phân cực như
amoniac, nước,…, tan kém trong dung môi không phân cực hoặc ít phân cực.
1.2.2. L – lơxin
Dựa vào khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực, lơxin được
chia làm ba loại: L-lơxin, D-lơxin và D,L-lơxin. Trong đó chỉ có L-lơxin là có
hoạt tính sinh học.
Lơxin là một α – amino axit mạch thẳng. Công thức phân tử là
C
6
H
13
NO
2
.
Công thức cấu tạo:


Kí hiệu là Hleu .
Khối lượng mol phân tử: 131,18 g.
Lơxin là chất rắn kết tinh màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy tương đối
cao (337
0
C). Lơxin tan trong nước, dung dịch kiềm và dung dịch axit, không
tan trong dung môi không phân cực như bezen, ete…
Trong nước, lơxin tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực:



Điểm đẳng điện của L-lơxin trong nước: pI = 5,98.

Trong môi trường axit pH < pI, L-lơxin tồn tại dưới dạng H
2
Leu
+
:
CH
3
NH
2
CH
3
NH
3
+

CH
3
– CH – CH
2
– CH – COOH

CH
3
– CH – CH
2
– CH – COO
-

R
H

3
N
+
– CH – COOH
R
H
3
N
+
– CH – COO
-

NH
2

CH
3

CH
3
– CH – CH
2
– CH – COOH


Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

10

Hay: Hleu + H
+


H
2
Leu
+

Trong môi trường axit, L-lơxin phân ly như sau:
H
2
Leu
+


H
+
+ Hleu K
1
(-COOH)
Hleu

H
+
+ Leu
-
K
2

(-NH
3
+
)
Ở 25
0
C , các giá trị pK của L-lơxin: pK
1
= 2,36; pK
2
= 9,6 [3].
1.3. Khả năng tạo phức của các amino axit và L – lơxin với các NTĐH
Vì trong phân tử các amino axit chứa đồng thời nhóm chức amino và
nhóm chức cacboxyl nên chúng có khả năng tạo phức với rất nhiều ion kim
loại trong đó có ion đất hiếm [17]. Các phức chất do chúng tạo nên rất phong
phú và đa dạng như: phức rắn, phức trong dung dịch, phức đơn phối tử, phức
đa phối tử.
Có nhiều quan điểm khác nhau về sự tạo phức của amino axit với
các NTĐH:
Từ cấu tạo của các α – amino axit trung tính cho thấy sự phối trí của
các ion kim loại với nguyên tử nitơ dẫn đến sự tạo thành hợp chất vòng chủ
yếu xảy ra ở pH > pI.
Theo Moeller, tương tác giữa các NTĐH với các α – amino axit xảy ra
theo phản ứng:





Theo E.O Zviaginxer, sự tạo thành các hợp chất vòng như trên chỉ

xảy ra khi kiềm hóa dung dịch, không xảy ra trong môi trường axit hoặc
CH
3
NH
3
+
CH
3
NH
3
+

CH
3
– CH – CH
2
– CH – COO
-
+H
+

CH
3
– CH – CH
2
– CH – COOH


|
O

||
3C – OH + Ln
3+

R – CH – NH
2



R – CH – NH
2

O
||
C
|
O
-

–
Ln
3+

+ 3H
+

3

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

11
trung tính. Tuy nhiên, ở pH > 9 lại xảy ra sự phân hủy phức thành các
đất hiếm hidroxit.
Theo Buxep.A.E, trong môi trường kiềm, các amino axit tạo thành với
các NTĐH các hợp chất vòng nhờ nguyên tử nitơ của nhóm amino, đồng thời
thành phần của phức thay đổi phụ thuộc vào tỉ lệ các cấu tử. Ví dụ:
Phức chất tạo bởi các NTĐH với glyxin, thành phần phức thay đổi từ:

O
-
– C = O O
-
– C = O
Ln
3+
; Ln
3+

NH
2
– CH
2
NH
2
– CH
2 2

O
-
– C = O

Ln
3+

NH
2
– CH
2 3


Nhiều tác giả đã tổng hợp được các phức rắn của một số NTĐH với các
amino axit:
- Tác giả Csoeregh I (Thụy Điển) đã tổng hợp được phức rắn của
honmi với axit L – aspactic ứng với công thức phân tử Ho(L – Asp)Cl
2
.6H
2
O.
- Một số tác giả ở Ấn Độ đã tổng hợp được 14 phức rắn của các đất
hiếm nitrat và axetat với lơxin. Các phức tổng hợp được có công thức chung
là [Ln(Leu)
4
X
3
](Ln : La, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Y; Leu : lơxin; X : ion nitrat
hoặc ion axetat). Nghiên cứu quang phổ hồng ngoại của các phức này cho
thấy lơxin hoạt động như một phối tử trung hòa liên kết với các ion đất hiếm
trong sự có mặt của các ion nitrat hoặc axetat. Liên kết giữa lơxin và các ion
đất hiếm được thực hiện qua nguyên tử nitơ của nhóm amino và nguyên tử
oxi của nhóm cacboxyl, còn liên kết giữa các ion nitrat hoặc ion axetat với
các ion đất hiếm là qua nguyên tử oxi của mỗi loại ion đó [23].

Như vậy việc nghiên cứu phức chất của các NTĐH với các amino axit
đã được nhiều nhà khoa học quan tâm.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

12
1.4. Hoạt tính sinh học của L – lơxin, NTĐH và phức chất của NTĐH với
amino axit
L – lơxin là một trong số các amino axit không thể thay thế, rất cần
thiết đối với người và động vật. Nó là hợp phần của protein và tham gia vào
những quá trình sinh học quan trọng nhất trong cơ thể, là nguyên liệu để tổng
hợp protein và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác nhau.
Các NTĐH từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp như luyện kim, dầu mỏ, thủy tinh, gốm, sứ, và vật liệu. Ngày nay
chúng đã và đang được sử dụng trong một số lĩnh vực mới như nông nghiệp,
công nghệ, sinh học và y dược.
Hoạt tính sinh học của các phức chất nói chung được phát hiện từ đầu
thế kỷ XIX. Phức chất của các amino axit được ứng dụng nhiều trong y học
và nông nghiệp. Phân bón có thành phần phức vòng của các kim loại chuyển
tiếp cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các loại phân vô cơ, hữu cơ truyền
thống vì chúng có một số đặc tính quý báu như dễ hấp thụ, bền ở khoảng pH
rộng, không bị vi khuẩn phá hủy trong thời gian dài, có thể loại được tác
nhân gây độc hại, bổ sung các nguyên tố cần thiết cho cây, tăng năng suất,
chống rụng lá,…
Trong nông nghiệp hiện nay, việc tăng năng suất và phẩm chất cây
trồng là một yêu cầu bức thiết. Một trong những phương pháp đang được
nhiều nước, nhiều ngành khoa học quan tâm nghiên cứu là phương pháp sử
dụng các dạng phân hóa học (đa lượng và vi lượng) trong quá trình gieo trồng
với nhiều loại cây trồng khác nhau. Vấn đề này đã được ứng dụng rộng rãi và
thu được những kết quả bất ngờ trên toàn thế giới.

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật, đặc biệt là giai
đoạn nảy mầm của hạt có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển của cây
cũng như năng suất và phẩm chất của cây trồng.

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

13
Ở giai đoạn nảy mầm, hạt giống có nhiều biến đổi sinh hóa quan trọng
cho nên rất nhạy cảm với môi trường bên ngoài. Các thí nghiệm vào cuối thế
kỷ XX đã chứng tỏ rằng việc bón thêm một số nguyên tố vi lượng vào đất đã
có ảnh hưởng tốt đến sinh trưởng và thu hoạch của cây. Chính vì vậy việc
nghiên cứu tác động của các nguyên tố vi lượng lên quá trình sinh trưởng,
phát triển, năng suất và phẩm chất cây trồng đã được nhiều nhà khoa học
quan tâm nghiên cứu.
Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới đã
chứng minh được rằng các nguyên tố vi lượng như bo, mangan, kẽm,
molipden, đồng,… đã làm tăng năng suất và phẩm chất cây trồng. Nhờ vậy
mà các nước trên thế giới đã áp dụng vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp và
đạt hiệu quả kinh tế cao.
Ở Liên Xô cũ, các loại phân vi lượng như bo, mangan, molipden,
đồng,… hàng năm được sử dụng ở diện tích trên 5 triệu ha. Do dùng những
loại phân này nên không những diện tích cây trồng tăng rõ rệt mà phẩm chất
các loại sản phẩm cũng được cải thiện.
Ở Rumani, phân vi lượng được dùng cho cây ăn quả đặc biệt là cho táo
đã làm tăng mức doanh lợi từ 200 đến 350%.
Nhiều công trình nghiên cứu trong nước cũng cho thấy rằng các nguyên
tố vi lượng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển của cây và tăng năng
suất, phẩm chất cây trồng. Các kết quả nghiên cứu đã bước đầu có sức thuyết
phục trong sản suất nông nghiệp và đã cho những hiệu quả kinh tế đáng kể.
Các NTĐH cũng được coi như là các nguyên tố vi lượng. Các công

trình nghiên cứu cho thấy việc bón phân chứa các NTĐH cho cây trồng đã
cho những kết quả khả quan.
Tại Trung Quốc, một số công trình nghiên cứu sử dụng đất hiếm cho
trồng trọt đã chỉ rõ phân vi lượng của các NTĐH có ảnh hưởng rõ rệt đến hơn

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

14
20 loại cây trồng. Năng suất và chất lượng của cây trồng được nâng cao. Các
NTĐH không những ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của rễ và lá mà còn
kích thích quá trình nảy mầm và đâm chồi của cây [19]. Phân vi lượng chứa
các NTĐH bón cho một số loại cây trồng (lúa mì, mía, củ cải đường, lạc,
thuốc lá, cây ăn quả,…) năng suất tăng từ 5 ÷ 10%. Không những làm tăng
năng suất mà phân vi lượng chứa các NTĐH còn làm tăng chất lượng sản
phẩm của cây trồng. Hàm lượng đường của củ cải đường tăng 0,4%; dưa hấu
tăng 0,5 ÷ 1% và mía tăng 0,5%. Đối với lúa mì xử lý hạt giống bằng dung
dịch muối đất hiếm hàm lượng clorofin tăng lên 30% và không ảnh hưởng
xấu đến chất lượng của hạt [26]
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng các NTĐH và các chế phẩm của
chúng vào lĩnh vực nông nghiệp mới ở giai đoạn đầu nhưng cũng đạt được
các kết quả khá khả quan:
Đối với cây lúa: Sử dụng dung dịch nitrat tổng đất hiếm để hồ rễ mạ
trước khi cấy, năng suất tăng 6 ÷ 8%, kết hợp hồ rễ mạ và phun lên lá 36 ngày
sau khi cấy năng suất lúa tăng 14 ÷ 29% so với đối chứng [12].
Đối với cây lạc: việc phun dung dịch nitrat tổng đất hiếm hoặc La ở
giai đoạn sinh trưởng ban đầu làm giảm đáng kể chiều cao của cây, số cành
cây cấp 1 nhiều, tỉ lệ đậu quả cao hơn.
Bên cạnh các thành tựu đạt được trong các lĩnh vực đặc biệt là nông
nghiệp, một câu hỏi được đặt ra là các NTĐH có độc hại đối với con người
hay không? Kết quả của nhiều thí nghiệm đã chỉ rõ việc sử dụng một liều

lượng nhất định các NTĐH là an toàn cho người và động vật [20], [24].
Ngày nay vấn đề nghiên cứu tìm kiếm và tổng hợp các chất có hoạt tính
sinh học ít độc, có tác dụng chọn lọc cao đang thu hút sự quan tâm của nhiều
nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, số công trình đã nghiên cứu về vấn đề
này đã công bố còn chưa nhiều. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thăm dò hoạt tính

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

15
sinh học của phức đất hiếm với L- Lơxin đã tổng hợp đối với sự nảy mầm,
phát triển mầm của hạt đậu tương và ảnh hưởng của phức chất đến một số chỉ
tiêu sinh hóa có trong mầm hạt đậu tương.
1.5. Giới thiệu về cây đậu tƣơng, protein, proteaza
1.5.1. Vài nét về cây đậu tƣơng
Đậu tương hay đậu nành, đỗ tương (tên khoa học là Glycine max) là
loại cây họ đậu.
Một vài đặc điểm của cây đậu tương:
- Rễ: Đậu tương là cây hai lá mầm có rễ cọc, rễ tập trung ở tầng đất mặt
30-40 cm, độ ăn lan khoảng 20-40 cm. Trên rễ có các nốt sần cố định đạm
Rhizobium japonicum. Nốt sần hữu hiệu là nốt sần khi cắt ra có màu hồng.
- Thân: đậu nành có màu xanh hoặc tím ít phân cành, có từ 14-15 lóng,
chiều cao cây trung bình từ 0,5-1,2 m.
- Lá: gồm có các dạng lá theo từng thời kì sinh trưởng, phát triển của
cây: Lá mầm, lá đơn và lá kép có ba lá chét.
- Hoa: hoa đậu nành thuộc hoa cánh bướm, mọc thành chùm trung bình
mỗi chùm có từ 7-8 hoa, hoa có màu tím hoặc trắng.
- Trái: thuộc loại quả nang tự khai, mỗi trái có từ 2-3, có khi có 4 hạt.
- Hạt: Hạt có hình tròn, bầu dục, tròn dẹt, màu vàng, vàng xanh,
nâu đen.
Đậu tương là loại cây trồng chiến lược của nhiều quốc gia trên thế giới.

Hạt đậu tương có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao (40% protein, 12-25%
lipit; 10-15% gluxit; chứa nhiều loại axit amin cần thiết (lysin, valin,
triptophan, metionin, xystein,…); có các muối khoáng Ca, Fe, Mg, K, Na, Sn,
P và nhiều loại vitamin A, B1, B2, C, D, E, K, ) và có giá trị kinh tế cao; hạt
được sử dụng trực tiếp làm thực phẩm cho con người; làm thức ăn cho gia
súc; là nguồn nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và là mặt hàng xuất khẩu

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên

16
có giá trị cao trên thế giới.
Cây đậu tương có thời gian sinh trưởng ngắn, hệ rễ có nốt sần mang vi
khuẩn cố định đạm nên cây đậu tương thường được trồng luân canh với lúa và
ngô để tăng vụ và cải tạo đất bạc màu.
Với những giá trị to lớn đó, cây đậu tương được trồng phổ biến ở nhiều
nơi từ vùng ôn đới tới vùng nhiệt đới, từ 550 vĩ Bắc đến 550 vĩ Nam, từ vùng
thấp hơn mực nước biển đến vùng cao trên 2000m so với mực nước biển với
diện tích khoảng 74,4 triệu ha. Trong đó, chúng được trồng nhiều nhất ở Mỹ,
Braxin, Argentina, Trung Quốc, Ấn Độ. Ở Việt Nam, cây đậu tương được
gieo trồng ở cả 7 vùng nông nghiệp trên cả nước [7].
Vì những đặc điểm trên nên chúng tôi chọn đậu tương làm thí nghiệm:
Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ phức chất, phối tử và cation kim loại đến
sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt đậu tương.
1.5.2. Giới thiệu về protein và proteaza
- Protein: là các polime có khối lượng phân tử lớn, chủ yếu bao gồm
các L-amino axit kết hợp với nhau qua liên kết peptit. Protein là thành phần
không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sinh vật nhưng lại có tính đặc thù
cao cho loài, từng cá thể của cùng một loài, từng cơ quan, mô của cùng một
cá thể. Protein rất đa dạng về cấu trúc và chức năng, là nền tảng về cấu trúc và
chức năng của cơ thể sống. Có thể kể đến một số chức năng quan trọng của

protein như: xúc tác, vận tải chuyển động, bảo vệ, truyền xung thần kinh, điều
hòa, kiến tạo chống đỡ cơ học, dự trữ năng lượng…
Tất cả các protein đều chứa các nguyên tố C, H, O,N, một số còn có
một lượng nhỏ S. Ngoài các nguyên tố trên, protein còn chứa một lượng rất ít
các nguyên tố khác như P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca, … [9].
- Enzim proteaza (peptit – hidrolaza 3.4) xúc tác quá trình thủy phân
liên kết peptit (-CO-NH-)
n
trong phân tử protein, polypeptit đến sản phẩm