Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất Pd(II) với thiosemicacbazon axetophenon

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

NGUYỄN ĐÌNH TÂN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ
HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT Pd(II)
VỚI THIOSEMICACBAZON AXETOPHENON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2014


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

Nguyễn Đình Tân

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ THĂM DÒ
HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT Pd(II)
VỚI THIOSEMICACBAZON AXETOPHENON

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã Số: 60 440113
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 Thuận Thành số 2- Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp
đỡ và động viên em trong suốt khóa học.
Em xin chân thành cảm ơn NCS. Nguyễn Thị Bích Hường Khoa Hóa Trường
ĐHKH Tự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt
quá trình thực nghiệm.

Hà nội, tháng 12 năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Đình Tân


MỤC LỤC

Trang
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 thiosemicacbazit

4

và thiosemicacbazon…………………………………………………
1.2. Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng……………

7

1.3. Giới thiệu về pladi…………………………………………………………….

9

1.3.1. Pladi……………………………………………………………………

9

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

10

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

10

1.4.1. Phương pháp phổ khối lượng………………………………………….

10

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

12

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

14

1.4.4. . Phổ hấp thụ electron (UV- Vis)……………………………………..

20

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

21

a. Chuyển mức trong nội bộ phối tử ………………………..

21

b. Sự chuyển mức chuyển điện tích…………………………

21

c. Sự chuyển d – d…………………………………………..

22

1.4.4.2. Sự tách các số hạng năng lượng của ion trung tâm

22

trong các trường đối xứng khác nhau…………………………..
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM…………………………………………………...

24

2.1. Hóa chất và dụng cụ…………………………………………………………..

24

2.2. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực nghiệm…………………………...

24

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

24

a.Tổng hợp thiosemicacbazon axetophenon (Hthacp).............................

25

b.Tổng hợp phối tử 4-metyl thiosemicacbazon axetophenon (Hmthacp)

25

c. Tổng hợp phối tử 4-allyl thiosemicacbazon axetophenon (Hathacp)..

25

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

26


a. Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hthacp: Pd(thacp)2....................

27

b. Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hmthacp: Pd(mthacp)2.............

27

c. Tổng hợp phức chất của Pd(II) với Hathacp: Pd(athacp)2.................

28

2.3. Điều kiện ghi phổ……………………………………………………………..

28

2.4. Phân tích nguyên tố…………………………………………………………..

28

2.5. Thăm dò hoạt tính sinh học của các phối tử, các phức chất…………………..

29

2.5.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định……………………………

29

2.5.2. Các chủng vi sinh vật kiểm định…………………………………

29

2.5.3. Môi trường thử nghiệm…………………………………………

30

2.5.4. Mẫu kháng sinh chuẩn………………………………………….

30

2.5.5. Cách tiến hành…………………………………………………..

30

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

32

3.1. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong phức chất……………………....

32

3.2. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng …………………..

32

3.2.1. Phổ khối lượng của Pd(thacp)2..............................................

32

3.2.2. Phổ khối lượng của Pd(mthacp)2…………………………...

33

3.2.3. Phổ khối lượng của Pd(athacp)2……………………………

35

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

36

1

13

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

13

3.4.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân H và C của các phối tử Hthacp,

41
41

Hmthacp và Hathacp trong dung môi DMSO…………………………………….
3.4.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phức chất Pd(thacp)2,

49

Pd(mthacp)2 và Pd(athacp)2 trong dung môi DMSO……………………………...
3.5. Nghiên cứu phối tử và phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ electron….

56

3.6. Kết quả thử hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất……………………..

59

KẾT LUẬN………………………………………………………………………..

63

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………

64


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

1.1.

Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit

13

1.2.

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

18

1.3.

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

19

1.4.

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

19

1.5.

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của Hath

19

1.6.

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của Hath

19

1.7.

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H - NMR của acp

20

1.8.

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của acp

20

1.9.

Bảng tách các số hạng năng lượng trong các trường đối xứng khác nhau

23

2.1.

Các hợp chất cacbonyl và thiosemicacbazon tương ứng

26

2.2.

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

27

3.1.

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

32

3.2.

Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng Pd(thacp)2

33

3.3.

Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng Pd(mthacp)2

34

3.4.

Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng Pd(athacp)2

35

3.5.

Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ của Hthacp, Pd(thacp)2, Hmthacp,

40

Pd(mthacp)2, Hathacp và Pd(athacp)2
3.6.

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 1H-NMR của các phối tử

48

3.7.

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

48

3.8.

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

53

dung môi DMSO
3.9.

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C - NMR của các phức chất trong

54

dung môi DMSO
3.10. Các cực đại hấp thụ trên phổ UV – Vis của các phối tử và các phức chất

58

3.11. Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học

62

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình
13

Trang

1.1

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân C (chuẩn) của thiosemicacbazit (Hth)

18

1.2

Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

19

(Hmth)

1.3

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

19

1.4

Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) của N(4)-allyl thiosemicacbazit

19

(Hath)

1.5

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của N(4)-allyl thiosemicacbazit (Hath)

19

1.6

Phổ cộng hưởng từ proton (chuẩn) axetophenon (acp)

20

1.7

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) axetophenon (acp)

20

2.1

Sơ đồ tổng hợp các phối tử thiosemicacbazon

24

2.2

Sơ đồ tổng hợp các phức chất giữa Pd(II) với các phối tử

26

N(4) - thiosemicacbazon
3.1

Phổ khối lượng của phức chất Pd(thacp)2

32

3.2

Phổ khối lượng của Pd(mthacp)2

34

3.3

Phổ khối lượng của phức chất Pd(athacp)2

35

3.4

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hthacp

37

3.5

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Pd(thacp)2

37

3.6

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hmthacp

37

3.7

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Pd(mthacp)2

38

3.8

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hathacp

38

3.9

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Pd(athacp)2

39

3.10 Phổ cộng hưởng từ proton của thiosemicacbazit (Hth)

42

3.11 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hthacp

43

13

3.12 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân C của phối tử Hthacp

43

3.13 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hmthacp

44

13

3.14 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân C của phối tử Hmthacp

44

3.15 Phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hathacp

45

3.16 Phổ cộng hưởng từ C13 của phối tử Hathacp

45


3.17 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(thacp)2
13

50

3.18 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân C của phối tử Pd(thacp)2

50

3.19 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(mthacp)2

51

3.20 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Pd(mthacp)2

51

3.21 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(athacp)2

52

3.22 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Pd(athacp)2

52

3.23 Phổ cộng hưởng từ proton của phức chất Pd(thacp)2 trong DMSO

56

3.24 Phổ UV- Vis của phối tử Hthacp và phức chất Pd(thacp)2

57

3.25 Phổ UV- Vis của phối tử Hmthacp và phức chất Pd(mthacp)2

57

3.26 Phổ UV- Vis của phối tử Hathacp và phức chất pd(athacp)2

58

3.27 Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm

61


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 13C

IR, FT-IR: Phổ hấp thụ hồng ngoại

MS: Phổ khối lượng
ESI - MS: Phổ khối lượng ion hóa bằng phun electron
IC50: nồng độ ức chế 50%
COOH

HOOC

EDTA: axit etylenđiamintetraaxetic

N

H2
C

H2
C

N

HOOC

COOH

Hth: thiosemicacbazit

Hmth: N(4)-metyl thiosemicacbazit

Hath: N(4)-allyl thiosemicacbazit

NH2

NH
N

H

CH 3
C

C3H5

C
S

N

Hthacp: Thiosemicacbazon axetophenon

NH 2
N

C

H

Hmthacp: 4-metyl thiosemicacbazon
axetophenon

CH3
C

S

N

NHCH3
N

H

C
S


Hathacp: 4-allyl thiosemicacbazon
axetophenon

CH 3
C

N

NHC 3 H 5
N

H

C
S

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. 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 tạo 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. 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 và Y- sinh học 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 tạo và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng.
Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm các hợp chất có
hoạt tính cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh học - y học khác như
không độc, không gây hiệu ứng phụ... để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và
vật nuôi.
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên

cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất Pd(II) với
thiosemicacbazon axetophenon ”
Nội dung chính của luận văn là:
-

Tổng hợp ba phối tử

thiosemicacbazon axetophenon , N(4) - metyl

thiosemicacbazon axetophenon và N(4) - allyl thiosemicacbazon axetophenon.
- Tổng hợp 3 phức chất của 3 phối tử trên với Pd(II).
- Nghiên cứu cấu tạo của các phức chất bằng các phương pháp phổ khác
nhau.

1


- Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của một số chất đại diện.
Chúng tôi hi vọng rằng, các kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ đóng góp
một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazon và
hoạt tính sinh học của chúng.

2


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

Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iÖn tÝch

H2N
(2)

d NH

a
C c
H2N

S

b

N(1) =
(2)
N =
C(4) =
N =
S =

o
a=118.8
o
b=119.7
o
c=121.5 o

d=122.5

-0.051
0.026
-0.154
0.138
-0.306

(4)

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



+



H2N

R'

N
H

C

NHR''

R'

S

C

N

O

H

N
H

C

NHR''

S

R

R
C
R'

H
+

+

O

R

N

N
H

C

NHR''

H2O

R'

C

N

OH H

S

N
H

C

NHR''

S

Sơ đồ 1.1: Cơ chế phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon
Phản ứng này xảy ra rất dễ dàng trong môi trường axit theo cơ chế AN. Trong
điều kiện thường, phản ứng ngưng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hiđrazin [4] vì trong
3


số các nguyên tử N của thiosemicacbazit cũng như dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên
tử N(1) có mật độ điện tích âm lớn nhất.
1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazit và
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) và
đã chứng minh rằng trong các hợp chất này thiosemicacbazit phối trí hai càng qua
nguyên tử S và N(1). Trong quá trình tạo phức, phân tử thiosemicacbazit có sự
chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự chuyển nguyên tử H
từ nhóm amin sang nguyên tử S và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại.
NH2

NH2

N

N
M

C

C
H2N

H2N

H2N
NH

N

C

C
S

HS

H2N

M

S

S

NH2

cis

phøc chÊt d¹ng cis
S

NH2

NH2

NH2
C

N
M

D¹ng thion

D¹ng thiol

(cÊu h×nh trans)

(cÊu h×nh cis)

N

C
H2N

H2N

S
trans

phøc chÊt d¹ng trans

Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit
Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo
phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác.
Nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit với Ni(II) [1, 31] và Zn(II) [14]
bằng các phương pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác
giả cũng đưa ra kết luận rằng liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử
kim loại được thực hiện trực tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi
tạo phức phân tử thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis. Kết luận này cũng được
khẳng định khi các tác giả [13,16] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một
số ion kim loại như Pt(II), Pd(II), Co(II).

4


Như vậy, thiosemicacbazit có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng
hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí
này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans
sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ nguyên tử 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. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về lập thể,
thiosemicacbazit cũng thể hiện là 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 Ag(I) [23].
Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các thiosemicacbazon phong
phú cả về số lượng và tính chất. Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon

và các dẫn xuất của chúng luôn có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực
đại.
Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa các nguyên tử có khả năng tạo
phức thì thiosemicacbazon là phối tử hai càng giống như thiosemicacbazit. Đó là
các thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal,
menton …
M
N

NHR
N

NHR
N

C

H

N
C

dạng thion

N
SH

S

S

N

dạng thiol

H

C
NHR

tạo phức

Sơ đồ 1.3: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R (H, CH3, C3H5, C6H5…))
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(1) qua hai hay ba nguyên tử trung
gian thì khi tạo phức, thiosemicacbazon này thường có khuynh hướng thể hiện dung
lượng phối trí bằng 3 với bộ nguyên tử cho: D, N(1), S. Ví dụ: thiosemicacbazon hay
dẫn xuất thế N(4) - thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa hay H2pthsa), isatin
(H2this hay H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpy hay

5


H2pthpy)... Trong các phức chất của chúng với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+..., các phối tử
này có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vòng 5 hoặc 6 cạnh
bền [1,3,6]. Mô hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng [1,3] như sau:
D

D
M

M

hoÆc

S

N

S

N

N

N
NH2

NH2

H

a)

a')

Các thiosemicacbazon bốn càng thường được điều chế bằng cách ngưng tụ
hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl.
NHR
N

R

O

H2N

C
+
C
R'

2

N
H

O

NHR''

R

C
SH

N
C

2 H2O

+

C
C

S

R'

N

SH
N

C
NHR''

Sơ đồ 1.4: Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng
Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S nằm trên cùng
một mặt phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng xích đạo của
phức chất tạo thành.
Trong một số ít trường hợp, do khó
khăn về lập thể các thiosemicacbazon mới thể

N
N

hiện vai trò của phối tử một càng [24,25]. Ví

HN

NH

S
Cu

C l O 4-

+

N

dụ như phức chất của Cu(II) với 4-phenyl

HN

S

N
N

thiosemicacbazon 2-benzoylpyridin [24] có
cấu tạo như hình bên. Trong đó, phối tử thứ
nhất là một càng còn phối tử thứ hai là 3
càng.

6

(I)

(II)


1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT
CỦA CHÚNG
Các phức chất của thiosemicacbazon được quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý
nghĩa khoa học mà còn vì các hợp chất này còn nhiều khả năng ứng dụng trong thực
tiễn.
Trong các ứng dụng thực tế, người ta đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh
học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng. Hoạt tính sinh học của các
thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi Domagk. Sau phát hiện của Domagk,
hàng loạt tác giả khác [10,11,17,32] cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính
sinh học của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng.
Tác giả [35] cho rằng tất cả các thiosemicacbazon có dẫn xuất thế para của
benzanđehit đều có khả năng diệt vi trùng lao. Trong đó, p-axetaminobenzanđehit
thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1) được xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu
nghiệm nhất hiện nay.
H3C

C

NH

CH N

O

NH C
S

NH2

(TB1)

Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin-3, 4-etylsunfobenzanđehit
(TB3) và pyriđin-4, cũng đang được sử dụng để 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 (+)....
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. Phức chất của đồng(II) với thiosemicacbazit có khả năng
ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [22].
Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các
thiosemicacbazon và phức chất với một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, Mo ...
Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),

7


thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức
chất của chúng với Cu(II), Mo(III) và Mo(V). Kết quả thử hoạt tính sinh học cho
thấy các phức chất đều có khả năng kháng khuẩn mạnh hơn các phối tử tương ứng
và cả hai phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đều có khả năng ức chế sự phát
triển của các tế bào ung thư SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS với chỉ
số tương ứng là 43,99% và 36,8%.
Tiếp sau đó, các tác giả [3, 6] đã tổng hợp và nghiên cứu phức chất của
Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon. Kết quả cho thấy, các
phức chất của Pt(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon
furanđehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư gan, ung thư màng
tim, ung thư màng tử cung. Phức chất của Pt(II) với 4-metyl thiosemicacbazon

isatin, 4-metyl thiosemicacbazon furanđehit đều có khả năng ức chế tế bào ung thư
màng tim và ung thư biểu mô ở người.
Tác giả [7] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa
Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicacbazon mà hợp chất cacbonyl có nguồn gốc
từ tự nhiên như octanal, campho, xitronenlal, mentonua. Trong số đó, phức chất
Cu(II) của các phối tử thiosemicacbazon xitronenal và thiosemicacbazon menton
đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thư gan và phổi.
Ngoài ứng dụng trong y, dược học, gần đây người ta còn phát hiện ra nhiều
khả năng ứng dụng mới của thiosemicacbazon và phức chất của chúng trong các
lĩnh vực xúc tác, chống ăn mòn kim loại, phân tích hóa học v.v… Sivadasan
Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác gồm phức chất của
thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền polistiren [15]. Đây là
những chất xúc tác dị thể được sử dụng trong phản ứng tạo nhựa epoxit từ
xiclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon cũng có thể làm
xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck) [19].
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 4metyl thiosemicacbazon, 4-phenyl thiosemicacbazon của 2-axetylpyriđin đối với

8


thép nhẹ (98%Fe). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của chất
đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67% [12,20].
Các thiosemicacbazon cũng được sử dụng trong hóa học phân tích để tách
cũng như xác định hàm lượng của nhiều kim loại. Ví dụ: phương pháp trắc quang
đã được sử dụng để xác định hàm lượng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và dầu
của một số loại hạt dựa trên khả năng tạo phức của chúng với 1-phenyl-1,2propanđion-2-oximthiosemicacbazon [29], xác định hàm lượng Zn(II) trong cơ thể
người và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinon
monophenyl thiosemicacbazon [35]… Nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [36] đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và

xác định hàm lượng các ion kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Hg và Cd. Bên cạnh
đó, nhiều tác giả đã chế tạo được các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các
thiosemicacbazon như: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở benzil
(bisthiosemicacbazon) [37]; điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylandehit
thiosemicacbazon [38]; điện cực chọn lọc ion Al3+ trên cơ sở glyoxal
(bisthiosemicacbazon) [39]…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 ứng dụng của thiosemicacbazon.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ PALAĐI
1.3.1. Giới thiệu chung
Palađi là kim loại thuộc họ platin - một trong số những kim loại quí, màu
xám nhạt, tương đối mềm, nhẹ nhất, dễ nóng chảy nhất và có khả năng phản ứng
cao nhất trong số các kim loại họ platin. Trong các hợp chất, palađi thể hiện số oxi
hoá + 2, + 4. Trong đó, trạng thái oxi hoá + 4 như PdO2, K2[PdCl6] có tính oxi hoá
mạnh, không bền. Trong tự nhiên, nguyên tố palađi tồn tại một số đồng vị có % về
khối lượng tương đối đồng đều.
102

Pd : 0,96%

104

Pd : 10,97%

105

Pd : 22,21%

106

Pd : 27,30%

108

Pd : 26,93%

110

Pd : 11,83%

9


1.3.2. Khả năng tạo phức
Ion Pd2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s24p64d8, bền trong môi
trường nước, dung dịch loãng có màu vàng, dung dịch đặc hơn có màu vàng sẫm
đến nâu. Cũng như các ion kim loại nhóm d khác, nó có khả năng tạo phức với hầu
hết các phối tử cho electron như Cl–, I–, CN–, SCN–... Các phức chất này phổ biến
có số phối trí bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như [PdCl4]2–, [PdI4]2–... [6].
Cl

Cl

Cl
Pd

Pd

Pd
Cl

Cl

Cl

Cấu hình vuông phẳng còn phổ biến trong các hợp chất của Pd dưới dạng rắn
như PdCl2.
Trong một số phức chất ion Pd2+ cũng thể hiện số phối trí 5, 6 có nghĩa là có
sự tương tác yếu giữa ion trung tâm với các phối tử phía trên và phía dưới mặt
phẳng phân tử. Ví dụ như ion phức [Pd(ĐMG)2OH]– (ĐMG: đimetylglioxim) có số
phối trí 5 với cấu trúc tháp đáy vuông hình thành khi palađi đimetylglioximat tan
trong môi trường kiềm hay phức chất [Pd(o-C6H4AsMe2)2]I2 có cấu trúc bát diện
biến dạng kiểu tứ phương với số phối trí 6.
Paladi (II) có khả năng tạo phức chất
vòng càng với đimetylglioxim trong dung dịch

Pd

NH3 loãng. Phản ứng tạo phức này được dùng
để định tính và định lượng Pd(II).
Phức chất của Pd(II) với
đimetylglioxim
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT
1.4.1. Phương pháp phổ khối lượng
Phương pháp phổ khối là phương pháp khá hiện đại và quan trọng trong việc
xác định một cách định tính và định lượng thành phần cũng như cấu trúc của các
hợp chất hoá học. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có độ nhạy cao, cho
phép xác định chính xác phân tử khối của các hợp chất.

10

Cơ sở của phương pháp phổ khối lượng đối với các chất hữu cơ là sự bắn phá
các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phần tử mang năng lượng cao để
biến chúng thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành các
mảnh ion, các gốc. Tuỳ thuộc vào cấu tạo và tính chất của chất nghiên cứu mà
người ta chọn phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá thích hợp.
Hiện nay, trong phương pháp phổ khối người ta thường áp dụng các phương
pháp ion hoá khác nhau như: ion hoá hoá học (CI), ion hoá bằng phương pháp bụi
electron (ESI), bắn phá bằng nguyên tử tăng tốc (FAB), phun mù electron dùng khí
trợ giúp (PAESI). Các phương pháp này đều có những ưu và nhược điểm riêng.
Tuy nhiên, trong số các phương pháp trên, phương pháp bụi electron phù hợp nhất
và được sử dụng để nghiên cứu các phức chất của kim loại. Ưu điểm của phương
pháp này là năng lượng ion hoá thấp do đó không phá vỡ hết các liên kết phối trí
giữa kim loại và phối tử. Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thông tin
khác nhau như khối lượng phân tử chất nghiên cứu, các mảnh ion phân tử, tỉ lệ các
pic đồng vị. Từ các thông tin này có thể xác định được công thức phân tử của phức
chất.
Khi trong phức chất nghiên cứu chứa nguyên tử của các nguyên tố có nhiều
đồng vị thì pic ion phân tử sẽ tồn tại dưới dạng một cụm pic của các pic đồng vị.
Cường độ tương đối giữa các pic trong cụm pic đồng vị cho ta thông tin để xác nhận
thành phần phân tử của hợp chất nghiên cứu. Muốn vậy, người ta đưa ra công thức
phân tử giả định của hợp chất nghiên cứu, tính toán lý thuyết cường độ tương đối
của các pic đồng vị. Sau đó so sánh với cường độ của các pic trong phổ thực
nghiệm để đánh giá sự tương quan giữa lý thuyết và thực nghiệm, từ đó có thể
khẳng định công thức phân tử phức chất giả định là hợp lý hay không. Việc tính
toán lý thuyết được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm Isotope Distribution
Calculator.
Trong phổ khối lượng, ngoài việc khai thác thông tin từ pic ion phân tử
người ta còn khai thác thông tin từ các mảnh ion phân tử. Dựa trên các mảnh ion

phân tử nhận được từ khối phổ có thể đưa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh

11


của phân tử nghiên cứu. Hiện nay, có rất ít công trình công bố về sơ đồ phân mảnh
dựa trên việc nghiên cứu khối phổ của phức chất.
1.4.2. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
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 dao động quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị. Sự
hấp thụ xảy ra khi tần số của tia tới bằng với tần số dao động riêng của một liên kết
nào đó trong phân tử. Tần số dao động riêng của các liên kết trong phân tử được
tính theo công thức [7]:



1 k
2c 

trong đó
: khối lượng rút gọn, m1m2/(m1+m2)
k: hằng số lực tương tác, phụ thuộc bản chất liên kết
c: tốc độ ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s
tần số dao dộng riêng của liên kết
Như vậy 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 phối trí với các ion kim loại, các dải hấp thụ của nhóm
đang xét sẽ bị chuyển dịch về vị trí và thay đổi về cường độ. Từ sự dịch chuyển về
vị trí và sự thay đổi về cường độ chúng ta sẽ thu được một số thông tin về mô hình

tạo phức của phối tử.
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 các tính toán lý
thuyết để đưa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, việc quy kết
các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất của chúng còn chủ yếu dựa vào
phương pháp gần đúng dao động nhóm. Hiện nay, sự quy kết các dải hấp thụ trong
phổ của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon vẫn chưa hoàn toàn thống nhất.
12


Tài liệu [1] đã tổng quan khá hệ thống các nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của
thiosemicacbazit và qui kết các dải hấp thụ chính như ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit
i

cm1

Quy kết

i

cm1

Quy kết

1

3380

as(N4H2)

8

1545

(CN4)

2

3350

as(N1H2)

9

1490

(HNC,HNN)

3

3290

s(N4H2)

10

1420

as(CNN)

4

3210

s(N1H2)

11

1320

s(CNN)

5

1600

(NH)

12

1295

as(NNH)

6

1650

(HN4H)

13

1018

as(HN4C)

7

1628

(HN1H)

14

810

(CS)

Trong các tài liệu khác nhau [1, 4, 7], đều có chung nhận xét dải hấp thụ đặc
trưng cho dao động hoá trị của nhóm C = S thay đổi trong một khoảng rộng từ 830 805 cm1 và dải này có xu hướng giảm cường độ và chuyển dịch về phía số sóng
thấp hơn khi tham gia tạo phức. Các tác giả đã đề cập đến việc qui gán dải hấp thụ
đặc trưng cho nhóm CS trong phối tử tồn tại dưới dạng C = S, khi chuyển vào phức
chất dải này chuyển về khoảng 650 - 700 cm-1, dải hấp thụ đặc trưng cho dao động
hóa trị của nhóm C – S. Và trong các phức chất của thiosemicacbazon cũng không
thấy xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng cho dao động của nhóm SH ở khoảng 2700 2500 cm-1. Điều này được giải thích là sau sự thiol hóa của phối tử khi tạo phức
nguyên tử hiđro đã bị tách ra để ion kim loại liên kết với nguyên tử S. Một bằng
chứng nữa cho sự thiol hóa là sự xuất hiện thêm dải hấp thụ đặc trưng cho dao động
hóa trị nhóm N = C. Dải hấp thụ của dao động N = C và C = O cũng thay đổi trong

một khoảng tương đối rộng từ 1500 - 1700 cm-1, nhưng dải hấp thụ của dao động
C = N mạnh hơn nhiều so với C = O. Các dải hấp thụ đặc trưng cho dao động nhóm
C = O của anđehit, xeton hay axit cacboxylic đều dao động xung quanh 1700 cm-1.
Vì vậy, để phân biệt dải hấp thụ này người ta cần chú ý tới một số điểm sau: đối với
hợp chất có nhóm chức anđehit ngoài dao động nhóm C = O còn xuất hiện thêm dải

13


hấp thụ của nhóm C – H ở khoảng 2700 - 2800 cm-1, nếu là axit cacboxylic xuất
hiện thêm dải hấp thụ của nhóm OH quanh 2500 - 3500 cm-1, tuy nhiên vùng này
cũng có dải hấp thụ đặc trưng cho dao động nhóm NH. Khi đó, chúng ta cần xét đến
đặc điểm của dải hấp thụ đó: OH xuất hiện với pic rộng và tù còn NH xuất hiện với
pic rộng nhưng nhọn. Dải dao động của nhóm OH ở khoảng 3200 - 3500 cm-1
thường bị biến mất khi chuyển vào phức chất, đây là bằng chứng cho sự tạo phối trí
giữa nguyên tử O của nhóm OH với ion kim loại trung tâm.
Dải dao động của nhóm CNN hấp thụ ở khoảng 1400 - 1500 cm-1, dải dao
động của nhóm NN hấp thụ ở khoảng 1000 - 1100 cm-1, số sóng của các dải hấp thụ
này thường có xu hướng giảm khi chuyển từ phối tử vào phức chất do N(1) tham gia
tạo liên kết với ion kim loại trung tâm. Trong phức chất của thiosemicacbazon
salixylanđehit, isatin, axetyl axeton với các kim loại như Cu2+, Ni2+, Co3+... nhóm
NH2 đóng góp chủ yếu cùng với N=C tạo thành dải hấp thụ ở 1590 - 1620 cm–1 và
dải này thường thay đổi không đáng kể nếu nhóm NH2 không tham gia tạo phức [1].
Trong nhiều công trình, các tác giả cũng quan tâm đến dải hấp thụ đặc trưng
cho liên kết M – O, M – N, M – S. Theo tác giả [1, 4], các dải hấp thụ đặc trưng cho
loại liên kết này thường xuất hiện ở khoảng 100 - 600 cm-1 với cường độ yếu. Các
dải hấp thụ trong vùng này cũng được tác giả [1] gán cho dao động đặc trưng của
các liên kết giữa Ni, Co, Cu với các nguyên tử halogen, S, N và O.
1.4.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Một hạt nhân có spin (I) khác không khi được đặt trong một từ trường thì

nó có thể chiếm (2I+1) mức năng lượng khác nhau. Sự chênh lệch giữa các mức
năng lượng ấy phụ thuộc vào cường độ từ trường xung quanh hạt nhân đó. Từ
trường này là từ trường ngoài cộng với từ trường ngược chiều gây ra bởi sự chuyển
động của lớp vỏ điện tử xung quanh hạt nhân. Điều này dẫn tới các hạt nhân khác
nhau đặt trong từ trường ngoài sẽ cần các năng lượng kích thích khác nhau để thực
hiện sự chuyển mức năng lượng. Trong phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, năng
lượng kích thích các hạt nhân gây ra bởi một từ trường biến đổi có tần số vùng tần
số sóng vô tuyến. Bằng các thay đổi tần số của từ trường kích thích, có thể thu được
14


các tín hiệu cộng hưởng của các hạt nhân từ khác nhau trong phân tử và có thể xác
định một cách cụ thể cấu trúc của các hợp chất hoá học. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1

H và 13C được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau để xác định cấu tạo hóa học

của hợp chất hữu cơ cũng như các hợp chất của thiosemicacbazon và phức chất của
chúng.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton cho biết được số loại proton có trong
phân tử. Chất chuẩn trong phổ cộng hưởng từ proton thường sử dụng là TMS (tetra
methyl silan) và độ dịch chuyển hóa học của proton trong TMS được qui ước là 0
ppm. Sự tương tác của các proton xung quanh sẽ gây ra sự tách vạch cho trường
hợp phổ bậc nhất tuân theo quy tắc (n+1): singlet, doublet, triplet, quartet...
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C cho các tín hiệu của các loại C. Trong phổ
cộng hưởng từ hạt nhân 13C ở những dạng thường như 13C - CPD hay DEPT, tương
tác spin - spin C – C hay C – H đã được khử, nên không có sự tách vạch như trong
phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton [2, 7].
Dung môi dùng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân không được chứa những
hạt nhân có tín hiệu che lấp tín hiệu chính. Thường được sử dụng là các dung môi

đã bị đơterri hóa như CCl4, CDCl3, CD2Cl2, CD3OD, CD3COCD3, D2O, DMSO d6... Tuy nhiên, không thể đơterri hóa tuyệt đối nên thường còn chứa một lượng nhỏ
proton, đồng thời cũng có thể chứa cả vết H2O, do hút ẩm. Vì vậy, trên phổ cộng
hưởng từ proton, cùng với những tín hiệu của chất nghiên cứu thường có những tín
hiệu của proton còn sót của dung môi và của nước. Trên phổ cộng hưởng từ hạt
nhân 13C luôn có tín hiệu của cacbon của dung môi. Dung môi thường được dùng
trong ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân của thiosemicacbazon và phức chất của nó là
DMSO hoặc CDCl3. Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân người ta quan tâm nhiều
đến độ chuyển dịch hóa học của các proton hay cacbon. Độ chuyển dịch hóa học
phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
Thứ nhất là sự chắn tại chỗ hay sự chắn màn electron tại chỗ. Hạt nhân
được chắn màn càng nhiều thì tín hiệu cộng hưởng của nó càng dịch chuyển về phía
trường mạnh. Sự chắn tại chỗ lại phụ thuộc trước hết vào mật độ electron xung

15