Tổng hợp, nghiên cứu các phức chất của Fe(II) và Co(II) với một số dẫn xuất của Thiosemicacbazon

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



Nguyễn Văn Luận






TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT
CỦA Fe(II) VÀ Co(II) VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA
THIOSEMICACBAZON





LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC




Hà Nội - 2014

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



Nguyễn Văn Luận






TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT
CỦA Fe(II) VÀ Co(II) VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA
THIOSEMICACBAZON

Chuyên ngành : Hóa vô cơ
Mã Số : 60440113


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. Trịnh Ngọc Châu

Hà Nội - 2014


LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Ngọc
Châu, đã giao đề tài và đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện
luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Vô cơ
- Khoa Hóa học, Ban giám hiệu, Phòng sau Đại học, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành
luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, các thầy cô,
anh chị em trong Trường THPT Thuận Thành số 1- Bắc Ninh, Trường THPT
Thuận Thành số 2- Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp đỡ và động viên em trong suốt
khóa học.

Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả luận văn




Nguyễn Văn Luận

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN


1
H - NMR: Phổ cộng hưởng từ proton
13
C - NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C
IR, FT-IR: Phổ hấp thụ hồng ngoại
UV-Vis: Phổ hấp thụ electron
MS: Phổ khối lượng
ESI - MS: Phổ khối lượng ion hóa bằng phun electron
IC
50
: nồng độ ức chế 50%

EDTA: axit etylenđiamintetraaxetic
HOOC
HOOC
N
CH

2
CH
2
N
COOH
COOH

Hthbz: thiosemicacbazon benzandehit
C
H
N
NH
C
S
NH
2

Hpthbz: N(4)-phenyl thiosemicacbazon
benzandehit
C
H
N
NH
C
S
NH

MỤC LỤC


MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 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 các thiosemicacbazon 4
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA
CHÚNG …………………………………………………………………………………….9
1.3. GIỚI THIỆU VỀ SẮT, COBAN VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT VÀ COBAN . 13

1.3.1. Sắt và coban kim loại 13

1.3.2. Hợp chất Fe(II), Co(II) và khả năng tạo phức 14

1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT 15

1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 15

1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ electron (UV – Vis) 18

1.4.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 22

1.4.4. Phương pháp phổ khối lượng 25

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 27

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1.1. Phương pháp nghiên cứu 27

2.1.2. Hóa chất 27

2.2. TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT 28

2.2.1. Tổng hợp các phối tử Hthbz, Hpthbz 28

2.2.2. Tổng hợp các phức chất 32
2.3. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ……………………………………………………35
2.3.1. Các điều kiện ghi phổ 35
2.3.2. Xác định hàm lượng kim loại trong phức chất ……………………………… 35


2.3.3. Thăm dò khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và các phức chất… 37


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất M(thbz)2, M(pthbz)2 (M: Fe,
Co). 39

3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức chất của chúng
với Fe(II) và Co(II). 39

3.3. Phổ hấp thụ electron của phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức chất Co(thbz)
2
,
Co(pthbz)
2
45

3.4. Phổ khối lượng của các phức chất M(thbz)
2
, M(pthbz)
2
(M: Fe(II), Co(II)) 48

3.5. Kết quả nghiên cứu hoạt tính kháng sinh của các phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức
chất Co(thbz)
2
, M(pthbz)
2
(M: Fe, Co) 54

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Tên bảng Trang

1.1. Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit 16
1.2 Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng khác
nhau
21
2.1 Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng 29
2.2 Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan chúng 34
3.1 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất 39
3.2 Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ của Hthbz, Fe(thbz)

2,
Co(thbz)
2
, Hpthbz, Fe(pthbz)
2,
Co(pthbz)
2

43
3.3
Các cực đại hấp thụ trên phổ UV-Vis của phối tử và các phức chất
47
3.4 Khối lượng mol của các phức chất theo công thức phân tử
giả định và thực nghiệm
50
3.5
Cng  tng i ca các pic ng v trong cm pic ion phân t
trên ph khi lng và theo lý thuyt ca phc cht Fe(thbz)
2
51
3.6
Cng  tng i ca các pic ng v trong cm pic ion phân t
trên ph khi lng và theo lý thuyt ca phc cht Co(thbz)
2
52
3.7
Cng  tng i ca các pic ng v trong cm pic ion phân t
trên ph khi lng và theo lý thuyt ca phc cht Fe(pthbz)
2

52
3.8 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử
trên phổ khối lượng và theo lý thuyết của phức chất Co(pthbz)
2

53
3.9 Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 54


DANH MỤC CÁC HÌNH

TT Tên hình Trang

1.1 Phức chất của Zn(II) với isatin - 3 – thiosemicacbazon 6
1.2
Phc cht ca Cu(II) vi thiosemicacbazon axetophenon
6
1.3 Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon 1-metyl isatin 7
1.4 Phức chất của Cu (II) với bis(thiosemicacbazon) thiophen -2,3-
đicacboxanđehit
8
1.5 Phức chất của Mn(II) với bis(N(4)-phenyl thiosemicacbazon)-2,6 -
điaxetylpyriđin
8
1.6 Phức chất của Cu(II) với N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2 – benzoyl
pyriđin
9
1.7 Phức chất của Pd(II) với N(4)-etyl thiosemicacbazon 2-
hyđroxiaxetophenon
9

2.1. Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hthbz 30
2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C của phối tử Hthbz 31
2.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1
H của phối tử Hpthbz

31
2.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C của phối tử Hpthbz 32
3.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hthbz 40
3.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Fe(thbz)
2
41
3.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Co(thbz)
2
41
3.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hpthbz 42
3.5 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Fe(pthbz)
2
42
3.6
Ph hp th hng ngoi ca Co(pthbz)
2
43
3.7 Phổ hấp thụ electron của Hthbz và Co(thbz)
2
46

3.8 Phổ hấp thụ electron của Hpthbz và Co(pthbz)
2
46
3.9 Phổ khối lượng của phức chất Fe(thbz)
2
48
3.10

Phổ khối lượng của phức chất Co(thbz)
2
49
3.11

Phổ khối lượng của phức chất Fe(pthbz)
2
49
3.12

Phổ khối lượng của phức chất Co(pthbz)
2
50
Trang 1

MỞ ĐẦU

Phức chất đã và đang là đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi
những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đối với y học
trong việc chống lại một số dòng vi khuẩn, virut. Từ khi phát hiện hoạt tính ức chế
sự phát triển ung thư của phức chất cis - platin [Pt(NH
3

)
2
Cl
2
] vào năm 1969, nhiều
nhà hóa học và dược học đã chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các
phức chất kim loại chuyển tiếp. Trong số đó, phức chất của các kim loại chuyển tiếp
với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, có khả năng tạo hệ vòng lớn có cấu
trúc gần giống với cấu trúc của các hợp chất trong cơ thể sống được quan tâm hơn cả.
Một trong số các phối tử kiểu này là thiosemicacbazon và các dẫn xuất của nó.
Việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại
chuyển tiếp đang thu hút nhiều nhà hóa học, dược học, sinh - y học trên thế giới.
Các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này rất phong phú vì thiosemicacbazon rất đa
dạng về thành phần, cấu trúc và kiểu phản ứng. Ngày nay, hàng năm có hàng trăm
công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, kể cả hoạt tính chống ung thư của các
thiosemicacbazon và phức chất của chúng đăng trên các tạp chí Hóa học, Dược học,
Y- sinh học v.v như Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganic
Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry, Toxicology and Applied
Pharmacology, Bioinorganic & Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic
Biochemistry v.v
Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các
thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các kim loại khác nhau, nghiên cứu
cấu trúc của các sản phẩm và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng.
Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm được các hợp chất
có hoạt tính cao đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác như không
độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành để dùng làm thuốc
chữa bệnh cho người và vật nuôi.
Trang 2

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu

các phức chất của Fe(II) và Co(II) với một số dẫn xuất của thiosemicacbazon”
Bản luận văn tập trung giải quyết những vấn đề sau:
- Tổng hợp 02 phối tử là thiosemicacbazon benzanđehit và N(4) - phenyl
thiosemicacbazon benzanđehit.
- Tổng hợp các phức chất của 02 phối tử trên với Fe(II) và Co(II). Phân tích hàm
lượng kim loại trong các phức chất.
- Nghiên cứu các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ hấp thụ hồng
ngoại, phổ khối lượng, phổ UV - Vis, phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1
H và
13
C để xác
định công thức phân tử, cách phối trí của các phối tử và công thức cấu tạo của các
phức chất.
- Thử khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử và phức chất nhằm tìm
kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao làm đối tượng nghiên cứu tiếp theo
trong y và dược học.
Chúng tôi hy vọng rằng những kết quả thu được sẽ đóng góp một phần nhỏ
dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon nói chung, hoạt
tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng nói riêng.









Trang 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 181-183
o
C,
có công thức cấu tạo:
a
c
b
d
(1)
(2)
(4)
MËt ®é ®iÖn tÝch
a=118.8
b=119.7
c=121.5
d=122.5
N = -0.051
N = 0.026
C = -0.154
N = 0.138
S = -0.306
(1)
(2)
(4)
o
o

o
o
Gãc liªn kÕt
S
NH
C
NH
2
NH
2

Trong đó các nguyên tử N
(1)
, N
(2)
, N
(4)
, C, S nằm trên cùng một mặt phẳng. Ở
trạng thái rắn, nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm NH
2
. Khi thay thế một
nguyên tử hiđro của nhóm N
(4)
H
2
bằng các gốc hiđrocacbon ta thu được các dẫn
xuất của thiosemicacbazit. Ví dụ như: N(4)-metyl thiosemicacbazit, N(4)-allyl
thiosemicacbazit, N(4)-phenyl thiosemicacbazit…
Thiosemicacbazit hay các dẫn xuất của nó ngưng tụ với các hợp chất
cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất thiosemicacbazon theo sơ đồ:

Sơ đồ 1.1. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong
trường hợp cộng bình thường

Trang 4

Sơ đồ 1.2. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon
trong trong môi trường axit
Phản ứng này xảy ra trong môi trường axit, theo cơ chế A
N
. Trong hai nhóm
NH
2
của phân tử thiosemicacbazit, chỉ có nguyên tử N
(1)
là mang điện tích âm nên
chỉ có nhóm N
(1)
H
2
tham gia ngưng tụ với nhóm cacbonyl. Phản ứng này dễ xảy ra
đến mức thường được ứng dụng để nhận biết và phát hiện các hợp chất cacbonyl
[7].
1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon
Jensen là người đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của
thiosemicacbazit. Ông đã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với
Cu(II), Ni(II), Co(II) và đã chứng minh rằng trong các hợp chất này,
thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử lưu huỳnh và nitơ của nhóm
hiđrazin (N
(1)

H
2
). Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển
từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự di chuyển nguyên tử H từ
nhóm imin sang nguyên tử lưu huỳnh và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại.


Cấu hình dạng trans Cấu hình dạng cis
của phối tử của phối tử

Phức dạng cis
Phức dạng trans
Trang 5

Sơ đồ 1.3. Sự tạo phức của thiosemicacbazit
Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đã đưa ra kết quả nghiên cứu của mình
về sự tạo phức của thiosemicacbazit với kim loại chuyển tiếp khác. Khi nghiên cứu
phức chất của thiosemicacbazit với niken(II) và kẽm(II) bằng phương pháp từ hoá,
phương pháp phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại các tác giả [15, 25, 29]
cũng đưa ra kết luận liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với ion kim loại được
thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N - hiđrazin (N
(1)
), đồng thời trong
phức chất, phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis. Kết luận này cũng được
khẳng định khi các tác giả nghiên cứu phức của niken(II), palađi(II) với
thiosemicacbazit [18, 42]. Chẳng hạn, trong phức chất Ni(th)
2
(H
2
O)

2
(NO
3
)
2

(th:thiosemicacbazit), thiosemicacbazit tạo liên kết phối trí với ion kim loại qua hai
nguyên tử cho là N, S và phức chất này có cấu hình bát diện. Trong đa số các
trường hợp, thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis và đóng vai trò như một phối tử
hai càng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về hoá lập thể,
thiosemicacbazit đóng vai trò như một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình
trans, khi đó liên kết được thực hiện qua nguyên tử S. Một số ví dụ điển hình về
kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Pd(II) hay Zn(II) [15, 28].
Như vậy, thiosemicacbazit thường có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí
bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N của nhóm hiđrazin. Để
thực hiện sự phối trí kiểu này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình chuyển
phân tử từ cấu hình trans sang cấu hình cis và di chuyển nguyên tử H từ N
(2)
sang
nguyên tử S. Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư ra do việc tạo thêm
một liên kết và hiệu ứng đóng vòng [1].
Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các phức chất
thiosemicacbazon trở nên phong phú cả về số lượng và tính chất. Tuỳ thuộc vào số
lượng nhóm cho electron có trong phân tử mà các thiosemicacbazon có thể là phối
tử 1 càng, 2 càng, 3 càng Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có
khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại.
Trang 6

Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa thêm những nguyên tử cho electron
khác thì liên kết giữa phối tử và ion kim loại được thực hiện qua các nguyên tử cho là

N
(1)
, S của phần khung thiosemicacbazit và lúc đó thiosemicacbazon là phối tử hai càng
[6, 9]. Sự tạo phức xảy ra theo sơ đồ:

dạng thion dạng thiol tạo phức
Sơ đồ 1.4. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon hai càng
Cấu tạo của một số phức chất với thiosemicacbazon hai càng đã được đưa ra
trong các công trình [10, 21] và sau đây là ví dụ:


Hình 1.1 Phức chất của Zn(II) với isatin
- 3 – thiosemicacbazon
Hình 1.2 Phức chất của Cu(II) với
thiosemicacbazon axetophenon
Nếu ở phần hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối
trí (D) và nguyên tử này được nối với nguyên tử N - hiđrazin (N
(1)
) qua hai hay ba
nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường là ba càng với bộ nguyên
tử cho là D, N
(1)
, S như trong Sơ đồ 1.4.
Trang 7

N
N
S
N H
2

M
D
a)

hoặc
N
N
S
N H
2
H
M
D
a')

Sơ đồ 1.5. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon ba càng

Một số phối tử loại này là các thiosemicacbazon của axit pyruvic, 2-hyđroxy
axetophenon, pyriđin-2-cacbanđehit, 1,2-naphthoquinon Trong các phức chất với
Cu
2+
, Co
2+
, Ni
2+
, Pt
2+
các phối tử loại này tạo liên kết qua bộ nguyên tử cho là O,
S, N
(1)

cùng với sự hình thành vòng 4, 5 hoặc 6 cạnh [27, 31, 34].

Hình 1.3 Phức chất của Cu(II) với thiosemicacbazon 1-metyl isatin
Các thiosemicacbazon bốn càng có thể được điều chế bằng cách ngưng tụ hai
phân tử thiosemicacbazit với một phân tử hợp chất đicacbonyl như Sơ đồ 1.5.


Sơ đồ 1.6. Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng
Trang 8

Các phối tử 4 càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S, có cấu tạo
phẳng, và do đó chúng chiếm bốn vị trí trên mặt phẳng xích đạo của phức chất tạo
thành [11]. Nếu phần cacbonyl cũng chứa nguyên tử cho thì thiosemicacbazon tạo
thành có thể là phối tử 5 càng. Tác giả [39] đã tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo phức
chất giữa Mn(II) với bis(N(4) - phenyl thiosemicacbazon) 2,6 - điaxetylpyriđin bằng
các phương pháp phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, EPR… và đã chỉ ra
phức chất được hình thành với bộ nguyên tử cho là N, N, S, S và một nguyên tử N
trong vòng pyriđin với công thức cấu tạo:


Hình 1.4 Phức chất của Cu (II) với
bis(thiosemicacbazon) thiophen -2,3-
đicacboxanđehit
Hình 1.5 Phức chất của Mn(II) với
bis(N(4)-phenyl thiosemicacbazon)-2,6
-điaxetylpyriđin
Cũng giống như thiosemicacbazit, trong một số ít trường hợp các
thiosemicacbazon cũng có thể đóng vai trò là phối tử 1 càng với nguyên tử cho là
N
(1)

hay S [24, 28],. Chẳng hạn:
Trang 9



Hình 1.6 Phức chất của Cu(II) với
N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2 –
benzoyl pyriđin
Hình 1.7 Phức chất của Pd(II) với N(4)-
etyl thiosemicacbazon 2-
hyđroxiaxetophenon
Như vậy, khi tạo phức với các ion kim loại, các thiosemicacbazon có xu
hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại và đóng vai trò là phối tử 2 càng hay 3,
4, 5 càng, tạo nên các phức chất chứa vòng 4, 5 hay 6… cạnh. Chính sự đa dạng về
kiểu phối trí mà các phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon luôn luôn
dành được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Hiện nay,
người ta tập trung vào nghiên cứu tổng hợp, cấu tạo, cũng như các ứng dụng của
thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các dẫn xuất thế có bản chất khác
nhau ở nguyên tử N(4) như metyl, etyl, allyl và phenyl của các hợp chất cacbonyl
khác nhau với mong muốn tìm được nhiều tính chất quí báu, nhất là hoạt tính sinh
học để ứng dụng trong cuộc sống.
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC
CHẤT CỦA CHÚNG
Ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu công bố kết quả cho thấy
thiosemicacbazon và các phức chất của chúng có nhiều tính chất quý báu và được
ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Trang 10

Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi
Domagk. Khi nghiên cứu các hợp chất thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một số

hợp chất thiosemicacbazon có hoạt tính kháng khuẩn. Sau phát hiện của Domagk,
hàng loạt tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu của mình về hoạt tính sinh
học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng [23,
44]. Nhiều tác giả cho rằng tất cả các thiosemicacbazon của dẫn xuất thế ở vị trí
para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi trùng lao. Trong đó p-
axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1) được xem là thuốc để
chữa bệnh lao rất hiệu nghiệm [1].

Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin-3, N(4)-etyl sunfobenzanđehit
(TB3) và pyriđin, cũng đang được sử dụng trong y học chữa bệnh lao.
Thiosemicacbazon isatin được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát
trùng. Thiosemicacbazon của monoguanyl hiđrazon có khả năng diệt khuẩn gam
dương. Phức chất của thiosemicacbazit với các muối clorua của mangan, niken,
coban đặc biệt là kẽm được dùng làm thuốc chống thương hàn, kiết lị, các bệnh
đường ruột và diệt nấm [1]. Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức
chất của chúng được quan tâm nhiều còn do chúng có khả năng ức chế sự phát triển
của các tế bào ung thư.
Ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các
thiosemicacbazon và phức chất của một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, Pd…
Tác giả [1, 6, 9] đã tổng hợp các phức chất của thiosemicacbazit và một số
thiosemicacbazon và thử hoạt tính sinh học của một số sản phẩm tổng hợp được.
Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),
thiosemicacbazon salixylanđehit (H
2
thsa), thiosemicacbazon isatin (H
2
this) 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)
3

Cl
3
đều có tác dụng làm giảm mật độ tế bào ung
Trang 11

thư, 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 thư SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS của
Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)
3
Cl
3
là 36,8%.
Tác giả [6] đưa ra kết luận về các phức chất của platin với N(4)-phenyl
thiosemicacbazon isatin, N(4)-phenyl thiosemicacbazon salixilanđehit, N(4)-phenyl
thiosemicacbazon điaxetyl-monoxim có độc tính khá mạnh đối với nấm và khuẩn.
Các phức chất của platin với N(4)-phenyl thiosemicacbazon isatin, N(4)-phenyl
thiosemicacbazon furanđehit có độc tính mạnh đối với tế bào ung thư gan, ung thư
màng tim, ung thư màng tử cung.
Tác giả [14, 16] đã nghiên cứu về phức của thiosemicacbazon với Cu(II) và
Zn(II). Trong đó có một chelat đồng là đồng của pyridin 2-cacbandehit
thiosemicarbazon (NSC 689.534) và được đánh giá là tốt nhất về khả năng ức chế
sự tăng trưởng của khối u.
Ngoài ra, các nghiên cứu về ứng dụng của các thiosemicacbazon và phức
chất của chúng trên các lĩnh vực khác nhau cũng đã được tiến hành. Các nghiên cứu
về hoạt tính xúc tác cho thấy các phức chất của palađi(II), niken(II) với
thiosemicacbazon cũng có thể làm xúc tác tốt cho phản ứng nối mạch anken, phản
ứng Heck [30, 35], phản ứng amin hóa [36].
Một số thiosemicacbazon cũng đã được sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn
mòn kim loại. Offiong O.E. đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của
N(4)-metyl và N(4)-phenyl thiosemicacbazon 2-axetyl pyriđin đối với thép mềm

(thép chứa ít cacbon). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của chất
đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67%. Nói chung, sự ức chế ăn mòn tăng lên theo
nồng độ các thiosemicacbazon.
Khả năng tạo phức tốt của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon còn
được ứng dụng trong lĩnh vực hóa học phân tích để tách cũng như xác định hàm
lượng của nhiều kim loại khác nhau. Phương pháp trắc quang đã được sử dụng để
Trang 12

xác định hàm lượng của Cu(II), Ni(II) trong dầu ăn và dầu của một số loại hạt, dựa
trên khả năng tạo phức của chúng với N(1)-phenyl thiosemicacbazon 1,2-
propanđion-2-oxim và xác định Zn(II) trong thức ăn, nhờ phức chất của nó với N-
etyl-3-cacbazolecacboxanđehit-3-thiosemicacbazon, Ramachandraiah C. và nhóm
nghiên cứu đã phát triển phương pháp định lượng ion niken(II) dựa trên khả năng
tạo phức bền của N-etyl-3-cacbazolecacboxanđehit-3-thiosemicacbazon với niken.
Phức chất này sau đó được chiết gần như hoàn toàn bằng n-butanol [17, 43]. Hàm
lượng của ion kim loại trong pha hữu cơ sau đó được xác định bằng phương pháp
trắc quang ở bước sóng 400 nm. Định luật Beer đúng trong khoảng nồng độ từ 1,2 -
5,6 g/ml. Kết quả phân tích theo phương pháp trắc quang với các ion M
2+
nêu trên
hoàn toàn phù hợp với kết quả phân tích bằng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử
đối với nhiều mẫu hợp kim khác nhau. Hàm lượng niken trong các mẫu sinh học,
mẫu khoáng, mẫu nước công nghiệp cũng có thể phân tích theo phương pháp trắc
quang với chất tạo màu là N(4)-phenyl-3-thiosemicarbazon pyridoxal . Murthy R.
đã sử dụng thiosemicacbazon o-hiđroxi axetophenon trong việc xác định palađi
bằng phương pháp trắc quang. Hợp chất 5,5-đimetylxyclohexan-1,2,3-trion-1,2-
đioxim-3-thiosemicacbazon được sử dụng để phân tích hàm lượng ion đồng trong
nhiều mẫu thực phẩm khác nhau bằng phương pháp điện hóa [32, 33]. Kết quả cho
thấy phương pháp này hoàn toàn phù hợp với phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử,
giới hạn phân tích có thể đạt mức 0,49 μg/ml. Nhiều công trình nghiªn cøu trong

lĩnh vực sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đã sử dụng các thiosemicacbazon để
tách và xác định hàm lượng các ion kim loại như V, Pt [1]
Nhiều tác giả đã chế tạo được các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các
thiosemicacbazon như: điện cực chọn lọc ion Cu
2+
trên cơ sở bis
(thiosemicacbazon) benzil, điện cực chọn lọc ion Hg
2+
trên cơ sở thiosemicacbazon
salixilanđehit. 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 hướng mới trong nghiên cứu các ứng
dụng của thiosemicacbazon.
Trang 13

1.3. GIỚI THIỆU VỀ SẮT, COBAN VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT,
COBAN
1.3.1. Sắt và coban kim loại
Sắt thuộc nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc chu kì 4 với cấu
hình electron là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
6

4s
2
. Sắt là kim loại có ánh kim màu trắng xám.
Trong tự nhiên sắt có 4 đồng vị bền
54
Fe;
56
Fe (91,68%);
57
Fe và
58
Fe, tỉ khối lớn
(d = 7,91 g/cm
3
), nhiệt nóng chảy và nhiệt độ sôi cao (T
nc
= 1536
o
C, T
s
= 2880
o
C),
sắt dễ dát mỏng [5].
Sắt là kim loại có tính hoạt tính hóa học trung bình, có trạng thái oxi hóa đặc
trưng là +2 và +3.
Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, sắt không tác dụng rõ rệt ngay với
các phi kim điển hình như: O
2
, S, Cl

2
, Br
2
… vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng,
phản ứng xảy ra mãnh liệt. Ở trạng thái chia rất nhỏ sắt có thể cháy trong không khí
ở ngay nhiệt độ thường. Sắt tan tốt trong dung dịch HCl, dung dịch H
2
SO
4
loãng tạo
muối Fe(II), sắt bị thụ động hóa trong các dung dịch H
2
SO
4
đặc nguội, dung dịch
HNO
3
đặc nguội.
Coban cũng thuộc nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc chu kì
4 với cấu hình electron là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d

7
4s
2
. Coban là kim loại có ánh kim
màu trắng xám. Trong tự nhiên coban có duy nhất một đồng vị bền
59
Co, tỉ khối lớn
(d = 8,9 g/cm
3
), nhiệt nóng chảy và nhiệt độ sôi cao (T
nc
= 1495
o
C, T
s
= 3100
o
C).
Coban là kim loại có tính hoạt tính hóa học trung bình, ở điều kiện thường
nếu không có hơi ẩm, coban không tác dụng rõ rệt ngay với các phi kim điển hình
như: O
2
, S, Cl
2
, Br
2
… vì có màng oxit bảo vệ. Khi đun nóng, phản ứng xảy ra mãnh
liệt. Coban tan tốt trong dung dịch HCl, dung dịch H
2
SO

4
loãng tạo muối Co (II),
các dung dịch H
2
SO
4
đặc, dung dịch HNO
3
tạo muối Co (III) [5].
Trang 14

1.3.2. Hợp chất của Fe(II), Co(II) và khả năng tạo phức
Hợp chất sắt(II) tồn tại ở dạng: oxit FeO, hiđroxit, muối sắt(II). Muối của
axít mạnh như: clo, nitrat, sunfat…. dễ tan trong nước, còn các muối của axít yếu
như: sunfua, cacbonat…khó tan trong nước. Khi tan trong nước tồn tại dưới dạng
ion [Fe(H
2
O
6
)]
2+
màu lục nhạt.
Fe
2+
có cấu hình 3d
6
; bán kính ion là 0,74A
0
. Các ion Fe
2+

tạo nên nhiều
phức chất bát diện với số phối trí bằng 6. Ion Fe
2+
ít có khuynh hướng tạo nên phức
chất tứ diện hơn các ion Co
2+
, Ni
2+
và độ bền của phức sắt(II) cũng kém hơn so với
các phức Co
2+
, Ni
2+
. Chẳng hạn các muối sắt(II) có thể kết hợp với khí NH
3
tạo
muối phức amoniacat chứa ion bát diện [Fe(NH
3
)
6
]
2+
kém bền chỉ tồn tại ở trạng
thái rắn hay trong dung dịch bão hòa. Phức bát diện với phối tử xianua [Fe(CN)
6
]
4-

là phức chất bền nhất của sắt(II) có tính nghịch từ, có màu vàng.
Ngoài ra ion Fe

2+
còn tạo được phức chất bánh kẹp như: feroxen hay bis
xiclopentadienyl (Fe(C
5
H
5
)
2
) dạng tinh thể màu da cam, nóng chảy ở 137
0
C được
ứng dụng nhiều làm chất xúc tác trong tổng hợp vô cơ, hữu cơ và làm thuốc chữa
bệnh thiếu máu. Bên cạnh đó muối sắt(II) còn có khả năng tạo nên các muối nội
phức như: đimêtyl glyoximin sắt.

Không thể không nhắc đến một hợp chất màu đỏ hồng rất quan trọng đến sự
sống được tạo nên từ dị vòng pophirin với Fe
2+
- được gọi là Hem là hemoglobin -
hồng cầu có trong máu người và hầu hết động vật. Hemoglobin vận chuyển O
2
từ
phổi đến tế bào và chuyển ngược CO
2
từ tế bào ra phổi.
Trang 15

CoO không tan trong nước, tan dễ dàng trong dung dịch axit, tan được trong
kiềm mạnh, đặc, nóng. Co(OH)
2

là chất rắn, màu hồng trong không khí chuyển
chậm thành Co(OH)
3
màu nâu.
Muối Co(II) khan có màu khác với muối ở dạng tinh thể hidrat.
CoCl
2
.6H
2
O
0
49 C

CoCl
2
.4H
2
O
0
58 C

CoCl
2
.2H
2
O
0
90 C

CoCl

2
.H
2
O
0
140 C

CoCl
2

(đỏ-hồng) (hồng) (tím xanh) (xanh lam) (xanh lam)
Ion Co
2+
có bán kính 0,72
o
A
, tạo nên nhiều phức chất bền. Co (II) tạo được
phức bát diện, phức tứ diện.
Những ion phức bát diện spin cao như [Co(H
2
O)
6
]
2+
, [Co(NH
3
)
6
]
2+

,[CoF
6
]
4-

có cấu hình electron
5 * 2
d d
( ) ( ) 
. Ion [Co(CN)
6
]
4-
có spin thấp và cấu hình electron
6 * 1
d d
( ) ( ) 
, đây là cấu hình electron không bền, dễ mất một electron ở obitan
*

có
năng lượng tương đối cao tạo thành cấu hình bền
6
d
( )
của ion phức bát diện spin
thấp [Co(CN)
6
]
3-

Những ion phức tứ diện [CoCl
4
]
2-
, [CoBr
4
]
2-
, [CoI
4
]
2-
, [Co(OH)
4
]
2-
,
[Co(SCN)
4
]
2-
không tùy thuộc vào lực trường của phối tử đều có spin cao vì có cấu
hình electron
4 * 3
d d
( ) ( ) 
. Đa số phức chất tứ diện của coban (II) đều có dạng muối
kép, chúng phân hủy khi pha loãng nước nên màu của dung dịch biến đổi [4,5].
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT

1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại [2, 4]
Khi chiếu vào mẫu thử chùm bước xạ, phân tử sẽ hấp thụ năng lượng và
chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn. Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng
hồng ngoại, năng lượng phân tử tăng lên 8 - 40 kJ/mol. Đây chính là khoảng năng
lượng tương ứng với tần số của dao động biến dạng và quay của các liên kết trong
hợp chất cộng hoá trị. Sự hấp thụ xảy ra khi tần số của bức xạ của tia tới bằng với
Trang 16

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 được tính theo công thức:
1 k
2 C
 
 

trong đó là khối lượng rút gọn, m
1
m
2
/(m
1
+m
2
), k là hằng số lực tương
tác, phụ thuộc bản chất liên kết, C là tốc độ ánh sáng (C = 3.10
10
cm/s) và
làtần số dao dộng riêng của liên kết [3 , 6].
Như vậy, trong phổ hấp thụ hồng ngoại mỗi liên kết có một tần số dao động
riêng xác định, phụ thuộc vào bản chất các nguyên tố tham gia liên kết và môi

trường mà liên kết đó tồn tại. Khi tham gia tạo liên kết mới, do ảnh hưởng của các
nhóm khác trong phân tử, các dải hấp thụ của nhóm đang xét sẽ bị chuyển dịch về
vị trí hay thay đổi về cường độ. Từ sự thay đổi về cường độ và hướng cũng như độ
dịch chuyển về vị trí chúng ta sẽ thu được một số thông tin về mô hình tạo phức của
phối tử đã cho. Phổ hấp thụ hồng ngoại đã được sớm sử dụng trong việc nghiên cứu
các thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp.
Tuy nhiên, do cấu tạo phức tạp của hợp chất thiosemicacbazon mà việc tính toán lý
thuyết để đưa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn. Chính vì vậy, sự quy
kết các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất loại này còn chủ yếu dựa vào
phương pháp gần đúng dao động nhóm. Hiện nay, còn một số ý kiến khác nhau về
sự quy kết các dải hấp thụ trong phổ của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon.
Tuy nhiên, sự quy kết dựa theo tài liệu [1] được nhiều tài liệu trích dẫn hơn cả.
Theo đó các dải hấp thụ chính trong phổ của thiosemicacbazit ban đầu được quy kết
như sau:
Bảng 1.1. Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit [1]

i
cm
1

Quy kết

i
cm
1
Quy kết

1

3380


as
(N
4
H
2
)

8
1545

(CN
4
)

2

3350

as
(N
1
H
2
)

9

1490


(HNC,HNN)