Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của Zn(II), Cu(II) với thiosemicacbazon benzanđehit và dẫn xuất N(4)- phenyl của nó

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





NGUYỄN THỊ QUYÊN






TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ
HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC CHẤT CỦA Zn(II),
Cu(II) VỚI THIOSEMICACBAZON BENZANDEHIT VÀ
DẪN XUẤT THẾ N(4) – PHENYL CỦA NÓ




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC






Hà Nội – 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Nguyễn Thị Quyên




TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ
HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC CHẤT CỦA Zn(II),
Cu(II) VỚI THIOSEMICACBAZON BENZANDEHIT VÀ
DẪN XUẤT THẾ N(4) – PHENYL CỦA NÓ

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, BGH, 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 Hoàng Quốc Việt - Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp
đỡ và động viên em trong suốt khóa học.


Hà Nội, tháng 10 năm 2014
Tác giả luận văn




Nguyễn Thị Quyên


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 KẼM VÀ ĐỒNG 12
1.3.1. Giới thiệu chung 12
1.3.2. Khả năng tạo phức 13
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 cộng hưởng từ hạt nhân 17
1.4.3. Phương pháp phổ khối lượng 20
1.4.4. Phương pháp phổ hấp thụ electron (UV - Vis) 21
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 26

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 26
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu 26
2.1.2. Hóa chất 26
2.1.3. Kỹ thuật thực nghiệm 27
2.2. TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT 30
2.2.1. Tổng hợp các phối tử Hthbz, Hpthbz 30
2.2.2. Tổng hợp các phức chất 31
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất 34
3.2. Phổ hồng ngoại của các phối tử Hthbz, Hpthbz và các phức chất của chúng với
Zn(II) và Cu(II) 34
3.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1

H và
13
C của các phối tử Hthbz và Hpthbz 39
3.4. Phổ cộng hưởng từ proton của các phức chất Zn(thbz)
2
và Zn(pthbz)
2
46
3.5. Phổ khối lượng của các phức chất M(thbz)
2
và M(pthbz)
2
(M: Zn(II) và Cu(II)) 48

3.6. Ph
ổ hấp thụ electron của các các phối tử và các phức chất Cu(thbz)
2
và Cu(pthbz)
2
53
3.7. Kết quả nghiên cứu hoạt tính kháng sinh của các phối tử và các phức chất 56
KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59



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
24
2.1.

Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng 31
2.2. Các phức chất, màu sắc và một số dung môi hòa tan chúng 33
3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất 34
3.2. Một số dải hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các
phối tử Hthbz, Hpthbz và phức chất của chúng với Zn(II), Cu(II)
37
3.3 Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ
1
H - NMR của Hth 40
3.4. Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ
13
C - NMR

của Hth 40
3.5. Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ
1
H - NMR của Hpth 41
3.6. Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ
13
C - NMR

của Hpth 41
3.7. Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ

1
H - NMR của bz 41
3.8. Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ
13
C - NMR

của bz 41
3.9. Quy kết các tín hiệu cộng hưởng trong

phổ
1
H,
13
C – NMR của các
phối tử Hthbz và Hpthbz
45
3.10.

Quy kết các tín hiệu cộng hưởng trong

phổ
1
H - NMR của các phức
chất Zn(thbz)
2
và Zn(pthbz)
2

48
3.11.

Khối lượng mol của các phức chất trong dãy M(thbz)
2
và M(pthbz)
2

theo công thức phân tử giả tưởng và thực nghiệm
50
3.12.

Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử
trên phổ khối lượng của phức chất Zn(thbz)
2
51
3.13.

Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử
trên phổ khối lượng của phức chất Cu(thbz)
2

52
3.14 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử 52
trên phổ khối lượng của phức chất Cu(pthbz)
2

3.15 Cường độ tương đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử
trên phổ khối lượng của phức chất Cu(pthbz)
2

53

3.16.

Các cực đại hấp thụ trên phổ UV-Vis của phối tử và phức chất 55
3.17.

Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

56

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT Tên hình Trang

1.1. Một số phức chất của thiosemicacbazon hai càng 6
1.2. Một số phức chất của thiosemicacbazon 4 càng và 5 càng 8
1.3. Phức chất của thiosemicacbazon một càng 8
1.4. Cấu trúc tinh thể của hai phức chất Zn(II), Cu(II) với 1-phenyl-3-
metyl-4benzoyl-5pyrazon
14
1.5. Phức chất của Zn(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon 14
3.1. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hthbz 35
3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Zn(thbz)
2
35
3.3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Cu(thbz)
2
35
3.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hpthbz 36
3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Zn(pthbz)
2

36
3.6. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Cu(pthbz)
2
36
3.7. Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth) 37
3.8. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C (chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth) 37
3.9. Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của N(4) – phenyl
thiosemicacbazit (Hpth)
40
3.10.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C (chuẩn) của N(4) – phenyl
thiosemicacbazit (Hpth)
41
3.11.

Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của benzanđehit (bz) 41
3.12.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C của benzanđehit (bz) 41
3.13.

Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hthbz 42
3.14.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C của phối tử Hthbz 42
3.15.

Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hpthbz 43
3.16.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C của phối tử Hpthbz 43
3.17.

Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Zn(thbz)
2
46
3.18.

Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Zn(pthbz)
2
47
3.19 Phổ khối lượng của phức chất Zn(thbz)
2
49
3.20 Phổ khối lượng của phức chất Cu(thbz)
2
49
3.21 Phổ khối lượng của phức chất Zn(pthbz)
2

50
3.22 Phổ khối lượng của phức chất Cu(pthbz)
2
50
3.23 Phổ hấp thụ electron của Hthbz và Cu(thbz)
2
54
3.24 Phổ hấp thụ electron của Hpthbz và Cu(pthbz)
2
54

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
MS: Phổ khối lượng
ESI - MS: Phổ khối lượng ion hóa bằng phun electron
IC
50
: nồng độ ức chế 50%

MIC: nồng độ ức chế tối thiểu
MBC: nồng độ diệt hết khuẩn tối thiểu
Hth: thiosemicacbazit

Hpth: N(4)-phenyl thiosemicacbazit
H
2
N
NH
C
NH
S

bz: benzanđehit

Hthbz: thiosemicacbazon benzanđehit




1

MỞ ĐẦU
Việc nghiên cứu về phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazon
và dẫn xuất của chúng đang thu hút nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt trong
lĩnh vực hóa học, y sinh…Sau khi người ta phát hiện ra phức chất Cis platin
[Pt(NH
3
)
2
Cl
2
] (năm 1960) có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư

thì rất nhiều nhà hóa học và dược học chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học
của các phức chất của các kim loại chuyển tiếp. Trong phức chất của kim loại
chuyển tiếp thì phức chất của chúng với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng
tạo nên sự phong phú về số lượng, đa dạng về cấu trúc và tính chất, đặc biệt là có
khả năng tạo hệ vòng lớn có cấu trúc gần giống cấu trúc của các hợp chất trong cơ
thể sống được quan tâm nhiều hơn cả. Điển hình cho loại phối tử như vậy là
thiosemicacbazit và các dẫn xuất của nó. Các phức chất của kim loại chuyển tiếp
với thiosemicacbazit và thiosemicacbazon có hoạt tính sinh học mạnh mẽ [6], [9],
[17]. Ngoài ra chúng còn dùng để tách và định lượng các ion kim loại trong hoá
học phân tích. Bên cạnh đó, phức của thiosemicacbazon cũng được sử dụng để làm
tăng tính bám dính lên bề mặt của kim loại trong lĩnh vực mạ điện hoặc làm tác
nhân ức chế quá trình ăn mòn, phá huỷ bề mặt kim loại trong thực tế
Ngày nay, hàng năm có hàng trăm công trình nghiên cứu hoạt tính sinh học,
kể cả hoạt tính chống ung thư của các phức chất thiosemicacbazon được 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 công trình nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới
các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại, nghiên cứu cấu
tạo của các phức chất tạo thành bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt
tính sinh học của chúng. Mục tiêu của các nghiên cứu này là tìm kiếm các hợp chất
có hoạt tính sinh học cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác
như không độc, không gây hiệu ứng phụ để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và

2

vật nuôi v.v Ngoài ra, nhiều nhà khoa học còn hy vọng rằng khi số lượng đủ lớn
các thiosemicacbazon khác nhau và phức chất của chúng được tổng hợp và thử hoạt
tính sinh học có thể cho phép rút ra những kết luận xác đáng về quan hệ cấu tạo -

hoạt tính sinh học của các hợp chất loại này. Từ đó tiến tới việc thiết kế, tổng hợp
định hướng các hợp chất có hoạt tính sinh học mong muốn.
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
các phức chất của Zn(II), Cu(II) với thiosemicacbazon benzanđehit
và dẫn xuất thế N(4) – phenyl của nó”
Bản luận văn tập trung giải quyết những vấn đề sau:
- Tổng hợp 02 phối tử là thiosemicacbazon là thiosemicacbazon benzanđehit, N(4) -
phenyl thiosemicacbazon benzanđehit.
- Tổng hợp các phức chất của 02 phối tử trên với Zn(II) và Cu(II) là các kim loại
chuyển tiếp. 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 cũng 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 và lĩnh vực
nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và hoạt tính sinh học của các hợp chất loại
này.

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
[1], [41]. 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:

(a)

(b)
Sơ đồ 1.1. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong
trường hợp cộng bình thường (a) và trong môi trường axit (b)

4

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 [1]. Ông đã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit
với đồng(II), niken(II), coban(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.
Sự tạo phức xảy ra theo sơ đồ:


Sơ đồ 1.2. 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 [27], [31]
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
Cấu hình dạng trans Cấu hình dạng cis
của phối tử của phối tử

Phức dạng cis
Phức dạng trans

5

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 [20], [43]. 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) [16], [30].
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. 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 1.3. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon hai càng

6

Cấu tạo của một số phức chất với thiosemicacbazon hai càng đã được đưa ra
trong các công trình [6], [9], [10], [23] và sau đây là ví dụ:


Phức chất của Zn(II) với isatin - 3 –
thiosemicacbazon
Phức chất của Cu(II) với
thiosemicacbazon axetophenon
Hình 1.1. Một số phức chất của thiosemicacbazon hai càng
Đôi khi, do khó khăn về mặt
lập thể mà thiosemicacbazon vẫn tồn
tại ở dạng thion trong phức chất. Tác
giả [25] đã nghiên cứu và đưa ra
công thức cấu tạo của phức chất 3-
thiophen anđehit thiosemicacbazon
với Zn(II). Trong đó, chỉ N
(1)
tham
gia phối trí với Zn(II) như công thức
đưa ra trong hình trên.
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.

Phức chất của 3- thiophen anđehit
thiosemicacbazon với Zn(II)

7

N
N
S
N H
2
M
D
a)

hoặc
N
N
S
N H
2

H
M
D
a')

Sơ đồ 1.4. 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 [12], [21], [26].


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 1.5. Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng
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 [40] 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 của Cu(II) với
thiosemicacbazon 1-metyl isatin


8

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 như Hình 1.2.


Phức chất của Cu (II) với
bis(thiosemicacbazon) thiophen -2,3-
đicacboxanđehit
Phức chất của Mn(II) với bis(N(4)-
phenyl thiosemicacbazon)-2,6 -
điaxetylpyriđin
Hình 1.2. Phức chất của thiosemicacbazon 4 càng và 5 càng
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 [26], [28],. Chẳng hạn:

Phức chất của Cu(II) với N(4)-phenyl
thiosemicacbazon 2 – benzoyl pyriđin

Phức chất của Pd(II) với N(4)-etyl
thiosemicacbazon 2- hyđroxiaxetophenon
Hình 1.3. Phức chất của thiosemicacbazon một càng
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

9

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.
Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi
Domagk [1]. 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 [10], [11], [15], [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,

10

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
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[11], [15], [17] 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

11

thiosemicacbazon cũng có thể làm xúc tác tốt cho phản ứng nối mạch anken, phản
ứng Heck [32], [36], phản ứng amin hóa [37].
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
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. 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 µg/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. Kết quả cho thấy phương

12

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
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.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ KẼM VÀ ĐỒNG
1.3.1. Giới thiệu chung

Kẽm là một trong những nguyên tố có tầm quan trọng đối với nhiều ngành
công nghiệp, khoa học và đã được nghiên cứu từ lâu.
Những năm gần đây, các kết cấu khởi động tên lửa cũng được mạ kẽm, kẽm
còn được dùng để sản xuất pin khô, làm chất màu vô cơ, trong sản xuất giấy, da
cừu. Kẽm có lượng đáng kể trong thực vật và động vật. Cơ thể con người chứa kẽm
đến 0,001%. Kẽm có trong enzim cacbanhidraza là chất xúc tác cho quá trình thủy
phân của cacbonic trong máu và do đó đảm bảo tốc độ cần thiết của quá trình hô
hấp, trao đổi khí. Kẽm có trong insulin là hóc môn có vai trò điều chỉnh độ đường
trong máu.
Kẽm thuộc nhóm IIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđeleep,
có cấu hình electron 1s
2

2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
. Kẽm có màu trắng xanh, óng ánh.
Trong các hợp chất, kẽm thể hiện số oxi hoá +2. Trong tự nhiên, nguyên tố kẽm tồn
tại một số đồng vị, có nguyên tử khối là 64 đvC chiếm nhiều nhất, trong đó:
64
Zn
chiếm 48,6 %,
66
Zn chiếm 27,9 %,
67
Zn chiếm 4,1 %,
68
Zn chiếm 18,8 % và
70
Zn
chiếm 0,6 %.
Kim loại đồng có một lượng lớn trong thực vật, động vật. Trong cơ thể người
đồng có trong thành phần của một số protein, enzim và tập trung chủ yếu ở trong

13

gan. Đồng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực sinh học và nông nghiệp. Đồng có tác
dụng lớn đến quá trình tổng hợp protein, tham gia vào quá trình đồng hóa nitrat, quá
trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit. Ngoài ra đồng còn có tác dụng chống
hạn, chống rét và tăng khả năng giữ nước của mô trong cơ thể.
Đồng thuộc nhóm IB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđeleep, có
cấu hình electron 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
1
. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và
dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ.
Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hoá +1, +2, +3. Trong tự nhiên, nguyên tố
đồng tồn tại một số đồng vị, có nguyên tử khối là 63 đvC chiếm nhiều nhất, trong
đó:
63
Cu chiếm 69,15 %,
65
Cu chiếm 30,85 %.

1.3.2. Khả năng tạo phức
Các ion kim loại này đều có khả năng tạo phức lớn. Số phối trí của các ion
Zn(II) và Cu(II) thường phụ thuộc vào bản chất của phối tử tham gia phối trí và bản
chất của ion kết hợp với ion phức [5]. Ví dụ: Zn(II) và Cu(II) đều có thể tham gia
tạo phức với số phối trí 3, 4, 6. Trong đó phức chất với số phối trí 6 của Zn(II) bền
hơn của Cu(II) và phức chất với số phối trí 6 của Cu(II) thì kém bền. Bên cạnh đó
số phối trí còn phụ thuộc vào nhiệt độ .
Ion Cu(II) với cấu hình electron là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
9
có thể tạo phức chất
bát diện nhưng thường không bền và có xu hướng chuyển về phức chất hình vuông
cho thuận lợi về mặt năng lượng. Ví dụ như đối với các phối tử trường mạnh như
NH
3
hay đietilenđiamin (en) dễ thay thế những phân tử H
2
O trong ion phức bát diện
[Cu(H
2
O)]

6
2+
màu xanh lam, tạo thành những ion phức hình vuông [Cu(NH
3
)
4
]
2+
,
[Cu(en)
2
]
2+
[4].
Ion Zn(II) với cấu hình electron là 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
cũng có khả năng tạo
nên rất nhiều phức như Cu(II) nhưng khả năng tạo phức kém hơn Cu(II) và tạo
thành các phức chất không màu.
Zn(II) và Cu(II) còn có thể tạo phức chất hai càng như trong Hình 1.4 [39]

14


(a)

(b)
Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể của hai phức chất Zn (II), Cu (II) với
1-phenyl-3-metyl-4benzoyl-5pyrazon
Các nghiên cứu [12], [22], [38], [41] chỉ ra rằng trong các phức chất với
nhiều thiosemicacbazon Zn(II), Cu(II) thường thể hiện số phối trí 4, liên kết được
thực hiện qua bộ nguyên tử cho là N, S và có thể cả một nguyên tử cho của hợp chất
cacbonyl nếu có Trong một số trường hợp Zn(II) còn thể hiện số phối trí 6 với
cấu hình bát diện [2]. Dưới đây là ví dụ về phức số phối trí 4, vuông phẳng của
Cu(II) [29] và số phối trí 6, bát diện của Zn(II).


Phức chất của Cu(II)
2-benzoyl-
3-hydroxy-1-naphthyl amino-3-
phenyl-2-propen-1-on
Phức chất của Zn(II) với
thiosemicacbazon glucozơ
Hình 1.5. Phức của Zn(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon

15

Tóm lại, Zn(II) và Cu(II) đều có khả năng tạo phức chất tứ diện hay vuông
phẳng với số phối trí phổ biến là 4. Ngoài ra, Zn(II) còn có khả năng tạo phức chất
với cấu hình bát diện với số phối trí 6. Điều này hoàn toàn phù hợp với đặc điểm

cấu hình electron của các ion kim loại này. Do sự đa dạng về khả năng phối trí
Zn(II) và Cu(II) đã và đang dành được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học nghiên
cứu về phức chất trong và ngoài nước.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT
1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
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
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
ν =
π µ

trong đó µ là khối lượng rút gọn, µ = 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 ν là tần số
dao dộng riêng của liên kết [3], [8].

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