TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC GIỮA ION Ni 2+ , Cd 2+ VỚI THUỐC THỬ 5 – BROMOSALICYLALDEHYDE THIOSEMICARBAZONE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA HỌC


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
Ngành: Hóa học phân tích

Tên đề tài:

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU
TRÚC VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH
HỌC CỦA PHỨC GIỮA ION Ni2+, Cd2+
VỚI THUỐC THỬ 5 –
BROMOSALICYLALDEHYDE
THIOSEMICARBAZONE

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Ngọc Tứ
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Lê Ngọc Sương

Thành phố Hồ Chí Minh – 2013


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thử hoạt tính
sinh

học

của

phức

giữa

ion

Ni2+,

Cd2+

với

thuốc

thử

5

–

bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone” được hồn thành nhờ sự giúp đỡ,
hướng dẫn, quan tâm, ủng hộ hết lịng của gia đình, q thầy cơ và bạn bè.
Con xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã ln bên cạnh giúp đỡ, ủng hộ,
khích lệ con.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Ngọc Tứ đã tận tình hướng
dẫn, khuyến khích, động viên và giúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn trong q
trình thực hiện khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy cơ tổ Hóa phân tích, Hóa
hữu cơ đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận
văn.

Em xin chân thành cảm ơn cô Nhung, cô Uyên đã giúp đỡ chúng em nhiệt
tình về dụng cụ, hố chất trong suốt thời gian làm khố luận.
Em xin chân thành cảm ơn cơ Oanh, thầy Hưng, thầy Vũ, cô Thúy, thầy
Công, cô Định đã giúp đỡ chúng em nhiệt tình về dụng cụ, hố chất, trang thiết
bị trong suốt thời gian làm khoá luận.
Và cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè đã đồng hành và luôn bên
em trong suốt thời gian qua, đặc biệt là các bạn Thanh, Khoa, Nhàn, Oanh, Lan,
Hiền, Trúc, Đức…
Do thời gian, điều kiện, cũng như kinh nghiệm của bản thân cịn hạn chế
nên khóa luận chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em xin chân
thành cám ơn những đóng góp, ý kiến chân thành của quý thầy cô cũng như các
bạn sinh viên để khóa luận được hồn thiện hơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Ngọc Sương


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VÀ KÍ HIỆU VIẾT TẮT .................................... 6
DANH MỤC BẢNG .................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH..................................................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................. 9
PHẦN TỔNG QUAN ................................................................................ 11
CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG PHỔ ..................................... 12
1.1. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................12
1.1.1.

Phát xạ điện từ ............................................................................12

1.1.2.

Sự tương tác giữa phân tử và sóng điện tử .................................12

1.2. Phổ hồng ngoại .......................................................................................13
1.2.2.

Sự hấp thụ năng lượng ...............................................................14

1.2.3.

Cường độ hấp thụ .......................................................................14

1.2.4.

Phổ hồng ngoại của một số chất tiêu biểu ..................................14

1.2.5.

Ưu điểm – Hạn chế.....................................................................16

1.2.6.

Ứng dụng ....................................................................................16

1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ...................................................................16
1.3.1.

Cơ sở vật lý ................................................................................17

1.3.2.

Phổ cộng hưởng từ proton (1H – NMR) .....................................21

1.3.3.

Phổ cộng hưởng từ cacbon 13 (13C – NMR) ..............................21

1.4. Phổ khối lượng ........................................................................................22
1.4.1.

Nguyên tắc chung .......................................................................22

1.4.2.

Phân loại các ion ........................................................................22

1.4.3.

Nguyên tắc phân mảnh ...............................................................23

1.5. Phổ tử ngoại ............................................................................................24
1.5.1.

Giới thiệu ....................................................................................24

1.5.2.

Các mức năng lượng của electron và sự chuyển mức năng lượng
....................................................................................................24

1.5.3.

Quy tắc chọn lọc .........................................................................25

1.5.4.

Ứng dụng ....................................................................................25

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỨC CHẤT ..................................... 26


2.1. Khái niệm về phức chất ..........................................................................26
2.2. Cấu tạo của phức chất .............................................................................26
2.2.1.

Chất tạo phức .............................................................................26

2.2.2.

Phối tử (Ligand) .........................................................................27

2.2.3.

Số phối trí ...................................................................................27

2.2.4.

Dung lượng phối trí của phối tử .................................................27

2.3. Liên kết hóa học trong phức chất ...........................................................27
2.3.1.

Thuyết liên kết hóa trị (Thuyết VB) ...........................................27

2.3.2.

Thuyết trường tinh thể ................................................................28

2.3.3.

Thuyết orbital phân tử (Thuyết MO) .........................................29

2.4. Ứng dụng của phức chất trong hóa học phân tích ..................................31

CHƯƠNG 3: ĐẠI CƯƠNG VỀ NIKEN, CADMI VÀ 5 – BSAT ........ 32
3.1. Đại cương về niken .................................................................................32
3.1.1.

Trạng thái tự nhiên .....................................................................32

3.1.2.

Tính chất .....................................................................................32

3.1.3.

Độc tính ......................................................................................34

3.1.4.

Ứng dụng ....................................................................................34

3.1.5.

Khả năng tạo phức......................................................................35

3.2. Đại cương về cadmi ................................................................................35
3.2.1.

Trạng thái tự nhiên .....................................................................35

3.2.2.

Tính chất .....................................................................................35

3.2.3.

Độc tính ......................................................................................38

3.2.4.

Ứng dụng ....................................................................................38

3.2.5.

Khả năng tạo phức......................................................................39

3.3. Thuốc thử 5 – bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone (5 – BSAT) ..39
3.3.1.

Danh pháp ..................................................................................39

3.3.2.

Điều chế......................................................................................40

3.3.4.

Tính chất và ứng dụng của thuốc thử .........................................40

PHẦN THỰC NGHIỆM .......................................................................... 41
CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP THUỐC THỬ 5 – BSAT, PHỨC RẮN Ni
(II) – 5-BSAT VÀ Cd (II) – 5-BSAT ............................... 42


4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ...................................................42
4.2. Các điều kiện ghi phổ .............................................................................42
4.3. Tổng hợp thuốc thử 5 – BSAT ...............................................................42
4.3.1.

Hóa chất......................................................................................42

4.3.1.

Dụng cụ thí nghiệm ....................................................................42

4.3.2.

Cách tiến hành ............................................................................42

4.3.3.

Hiệu suất phản ứng .....................................................................45

4.3.4.

Kết quả và thảo luận ...................................................................45

4.4. Tổng hợp phức rắn Ni (II) – 5-BSAT .....................................................47
4.4.1.

Hóa chất......................................................................................47

4.4.2.

Dụng cụ thí nghiệm ....................................................................48

4.4.1.

Cách tiến hành ............................................................................48

4.4.2.

Kết quả và thảo luận ...................................................................48

4.5. Tổng hợp phức rắn Cd (II) – 5-BSAT ....................................................51
4.5.1.

Hóa chất......................................................................................51

4.5.2.

Dụng cụ thí nghiệm ....................................................................52

4.5.1.

Cách tiến hành ............................................................................52

4.5.2.

Kết quả và thảo luận ...................................................................52

CHƯƠNG 5: THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỨC RẮN
Ni (II) – 5-BSAT VÀ Cd (II) – 5-BSAT .......................... 56
5.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ......................................................56
5.1.1.

Vật liệu .......................................................................................56

5.1.2.

Phương pháp nghiên cứu ............................................................57

5.2. Điều kiện thử hoạt tính ...........................................................................58
5.3. Mơi trường nghiên cứu ...........................................................................58
5.4. Cách tiến hành ........................................................................................58
5.2.1.

Chuẩn bị dụng cụ........................................................................58

5.2.2.

Chuẩn bị môi trường MPA.........................................................59

5.2.3.

Chuẩn bị hóa chất .......................................................................59

5.2.4.

Đổ mơi trường MPA ..................................................................59

5.2.5.

Cấy vi khuẩn và chất cần thử hoạt tính sinh học........................59

5.3. Kết quả ....................................................................................................59


PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .......................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 67
PHỤ LỤC ................................................................................................... 71


DANH MỤC CÁC TỪ VÀ KÍ HIỆU VIẾT TẮT
5 – BSAT: 5 – bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone
DMF: N,N – dimethylformamide
M: nguyên tử hoặc cation kim loại
HL: thuốc thử

L: ligand (phối tử)
IR: Infrared Spectroscopy (Quang phổ hồng ngoại)
NMR: Nuclear Magnetic Resonance (Cộng hưởng từ hạt nhân)
MS: Mass Spectrometry (Phổ khối lượng)
UV: Ultraviolet Spectroscopy (Phổ tử ngoại)
UV – Vis: Ultraviolet – Vissible Spectroscopy (Phổ tử ngoại – khả kiến)
MO: orbital phân tử
AO: orbital nguyên tử
nm: nanomet
ppm: parts per million (một phần triệu)
ppb: parts per billion (một phần tỉ)
ν: số sóng
δ: độ chuyển dịch hóa học
σ: hằng số chắn


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hấp thụ hồng ngoại của một số đơn vị cấu trúc ...................................14
Bảng 1.2. Hấp thụ hồng ngoại của hợp chất vô cơ và phức chất .........................15
Bảng 1.3. Hằng số nhóm thế.................................................................................18
Bảng 1.4. Số gia s cho vòng benzen thế ...............................................................19
Bảng 1.5. Số gia s cho các hợp chất etylen thế ....................................................19
Bảng 1.6. Độ chuyển dịch hóa học của proton liên kết với cacbon Csp2 và Csp .20
Bảng 1.7. Ký hiệu và cường độ của pic xuất hiện do tương tác spin – spin ........21
Bảng 1.8. Độ chuyển dịch hóa học của 13C (δ, ppm) ...........................................21
Bảng 1.9. Khả năng xuất hiện của một số đồng vị ...............................................22
Bảng 2.1. Một số dạng lai hóa thường gặp ...........................................................28
Bảng 3.1. Một số tính chất của nguyên tố Niken .................................................32
Bảng 3.2. Một số tính chất của nguyên tố Cadmi ................................................36
Bảng 5.1. Đường kính vơ khuẩn của các chất ......................................................62

Bảng 5.2. Khả năng kháng khuẩn của các phức ...................................................62


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Các dải bước sóng điện từ ....................................................................12
Hình 2.2. Trật tự các mức năng lượng ..................................................................24
Hình 3.1. Cơng thức cấu tạo của 5 – BSAT .........................................................39
Hình 4.1. Phổ FT – IR của thuốc thử 5 – BSAT ..................................................45
Hình 4.2. Phổ H – NMR của thuốc thử 5 – BSAT ...............................................46
Hình 4.3. Phức Ni (II) – 5-BSAT được tổng hợp .................................................48
Hình 4.4. Phổ FT – IR của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT ........................................49
Hình 4.5. Phổ H – NMR của phức Ni (II) – 5-BSAT ..........................................50
Hình 4.6. Phức Cd (II) – 5-BSAT được tổng hợp ................................................52
Hình 4.7. Phổ FT – IR của phức Cd (II) – 5-BSAT .............................................53
Hình 4.8. Phổ H – NMR của phức Cd (II) – 5-BSAT ..........................................54
Hình 5.1. Hình ảnh về các chủng khuẩn và đường kính kháng khuẩn .................57
Hình 5.2. Đường kính vơ khuẩn của Cd – 5-BSAT 1% với vi khuẩn Bacillus....60
Hình 5.3. Đường kính vơ khuẩn của Cd – 5-BSAT 2% với vi khuẩn Bacillus....60
Hình 5.4. Đường kính vơ khuẩn của Ni – 5-BSAT 1% với vi khuẩn Bacillus ....60
Hình 5.5. Đường kính vơ khuẩn của Ni – 5-BSAT 2% với vi khuẩn Bacillus ....60
Hình 5.6. Đường kính vơ khuẩn của Cd – 5-BSAT 1% với vi khuẩn E.Coli ......61
Hình 5.7. Đường kính vơ khuẩn của Cd – 5-BSAT 2% với vi khuẩn E.Coli ......61
Hình 5.8. Đường kính vơ khuẩn của Ni – 5-BSAT 1% với vi khuẩn E.Coli .......61
Hình 5.9. Đường kính vơ khuẩn của Ni – 5-BSAT 2% với vi khuẩn E.Coli .......61


LỜI MỞ ĐẦU
Việc nghiên cứu các phức chất của thisemicarbazone với các kim loại
chuyển tiếp đang là lĩnh vực thu hút nhiều nhà hoá học, dược học, sinh – y học
trong và ngoài nước. Các đề tài trong lĩnh vực này rất phong phú bởi sự đa dạng

về thành phần, cấu tạo, kiểu phản ứng và khả năng ứng dụng của các
thisemicarbazone.
Đã từ lâu hoạt tính diệt nấm, diệt khuẩn của thisemicarbazide và các dẫn
xuất thisemicarbazone đã được biết đến và do vậy một số trong chúng đã được
dùng làm thuốc chữa bệnh. Sau khi phát hiện ra phức chất cis-platin
[Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 ] có hoạt tính ức chế sự phát triển ung thư thì nhiều nhà hoá học và
dược học chuyển sang nghiên cứu các thisemicarbazone cũng như phức chất của
chúng với kim loại nhóm VIIIB nhằm tìm ra những hợp chất có khả năng chống
ung thư mới. [14, 15]
Ngày nay, mỗi năm có hàng trăm cơng trình nghiên cứu hoạt tính sinh học,
đặc biệt là hoạt tính chống ung thư của các phức chất thisemicarbazone và dẫn
xuất của chúng được đăng trên các tạp chí Hoá học, Dược học, Y – Sinh học như
Polyhedron, Inorganic Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry,
Bioinorganic and Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic Biochemistry…
Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các
thisemicarbazone và phức chất của chúng với các ion kim loại khác nhau, nghiên
cứu cấu tạo của phức chất bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính
sinh học của chúng. Trong một số cơng trình gần đây, ngồi hoạt tính sinh học
người ta còn khảo sát một số ứng dụng khác của thisemicarbazone như tính chất
điện hố, hoạt tính xúc tác, khả năng ức chế ăn mòn kim loại…
Đặc biệt trong hóa học phân tích, phức chất đóng một vai trị vơ cùng quan
trọng được dùng để phát hiện định tính các nguyên tố và xác định hàm lượng
cũng như để tách riêng các nguyên tố nhờ vào khả năng tạo nên các phức chất rất
bền.
Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu sự tạo phức nhưng phương pháp trắc
quang là một trong những phương pháp có nhiều triển vọng và phù hợp với điều
kiện phịng thí nghiệm ở nước ta. Nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực nghiên cứu và thực tế sản xuất vì cho hiệu quả cao, việc thực hiện đơn giản

và ít tốn kém. Người ta đã ứng dụng phương pháp này để nghiên cứu cấu trúc
các hợp chất hữu cơ, vô cơ và phức chất. Tuy nhiên ở nước ta việc sử dụng 5–
bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone (5 – BSAT) là thuốc thử có độ nhạy
cao khi tạo phức với các ion kim loại, có khoảng pH mà ở đó có sự cố định mật
độ quang của các dung dịch phức rộng làm thuốc thử sinh màu trong phương
pháp trắc quang cịn rất ít.
Cho đến nay có hàng trăm cơng trình khoa học trên thế giới đã công bố các
kết quả nghiên cứu về chức năng và ảnh hưởng của một số kim loại nặng đối với
sức khỏe con người. Các nguyên tố vi lượng như niken và cadmi là thành phần
rất cần thiết trong cơ thể. Niken có tác dụng kích thích hệ gan – tụy, rất có ích
cho người tiểu đường, giúp làm tăng hấp thu sắt. Niken có thể thay thế cho các
yếu tố vi lượng trong việc đảm bảo hoạt tính của nhiều enzym. Ngược lại, cadmi
khơng có bất cứ vai trị sinh lý gì với cơ thể và hoàn toàn gây hại với sức khỏe
con người và sinh vật. Thế nhưng, cadmi lại là một nguyên tố có
nhiều ứng dụng trong thực tế. Việc tổng hợp các phức của niken, cadmi với 5 –
bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone kết hợp với nghiên cứu cấu trúc và thử
tính hoạt tính đang mở ra nhiều hi vọng cho y học và phân tích.
Chính vì lý do đó, em xin được chọn đề tài:

“TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THỬ HOẠT
TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC GIỮA ION Ni2+, Cd2+ VỚI
THUỐC THỬ 5 – BROMOSALICYLALDEHYDE
THIOSEMICARBAZONE”
Đề tài xây dựng quy trình tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thử hoạt tính
sinh học của các phức rắn giữa ion Ni2+ và Cd2+ với 5 – bromosalicylaldehyde
thiosemicarbazone. Với đề tài này, em mong muốn sẽ góp thêm một vài ứng
dụng của các phức rắn này dùng cho các nhu cầu y – sinh học cũng như ứng
dụng trong việc định tính, định lượng của hóa học phân tích.

PHẦN
TỔNG
QUAN


CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG PHỔ
1.1. Cơ sở lý thuyết [2]
Khoảng 60 năm gần đây, các nhà hóa học đã phát triển những phương pháp
vật lý để kết hợp (thay thế) những phương pháp hóa học cổ điển trong việc xác
định cấu trúc. Những phương pháp vật lý này thường dựa trên những phép đo
quang phổ khác nhau. Ngoài việc cho kết quả nhanh chóng, các phương pháp
phổ cũng có độ nhạy cao, chỉ cần một lượng mẫu ít hơn nhiều lần so với phương
pháp hủy mẫu, kỹ thuật này khơng phá hủy mẫu nhờ đó chất mẫu được thu hồi.
1.1.1. Phát xạ điện từ
Các phép đo quang phổ dựa trên cơ sở lý thuyết về sự tương tác của sóng
điện từ với các phân tử. Q trình tương tác đó dẫn đến sự hấp thụ và phát xạ
năng lượng. Các quá trình hấp thụ và phát xạ này chịu ảnh hưởng của cấu trúc
phân tử, vì thế có thể sử dụng các phương pháp phổ để xác định cấu trúc.
Số sóng ν là đại lượng đặc trưng cho sóng điện từ. Số sóng là số dao động
trong một đơn vị độ dài). Số sóng liên hệ với bước sóng qua hệ thức:

ν =

1

λ

Đơn vị của số sóng thường là cm-1. Ưu điểm của việc sử dụng số sóng là có thể
biểu diễn những số đo nhỏ hơn tần số một cách thuận tiện, đồng thời tránh được
sai số.

Các sóng điện từ bao gồm những dải các bước sóng biến đổi trong một
khoảng rất rộng. Dải sóng được chia thành một số vùng khác nhau: vùng hồng
ngoại, vùng khả kiến, vùng tử ngoại…

Hình 2.1. Các dải bước sóng điện từ
1.1.2. Sự tương tác giữa phân tử và sóng điện tử
1.1.2.1. Năng lượng của phân tử
Năng lượng phân tử là tập hợp của 3 dạng năng lượng:


+ Năng lượng electron (E el ): sự chuyển dời electron từ orbital này sang
orbital khác.
+ Năng lượng dao động (E dđ ): các nguyên tử trong phân tử có thể dao
động xung quanh vị trí cân bằng của chúng.
+ Năng lượng quay (E qy ): liên quan đến sự quay nhanh chậm của phân tử
xung quanh những trục nào đó của phân tử.
1.1.2.2. Tương tác giữa phân tử và sóng điện từ
Khi phát xạ điện từ tác động vào phân tử, nó có thể bị khuếch tán hoặc bị
hấp thụ bởi phân tử. Năng lượng mà phân tử hấp thụ được là của sóng điện từ
cung cấp, có độ lớn thụ thuộc vào tần số của sóng điện từ:
E = hν
1.1.2.3. Phổ hấp thụ
∗ Định luật hấp thụ phát xạ
Sự hấp thụ phát xạ đơn sắc có thể biển diễn theo phương trình:
ln

I0
= kn
I

Trong đó:
+ I 0 : cường độ tia sáng tới.
+ I: cường độ tia ló.
+ k: hệ số tỷ lệ thụ thuộc vào bản chất chất hấp thụ và tần số của phát xạ.
∗ Cách biểu diễn phổ hấp thụ
Biểu diễn phổ hấp thụ là biểu diễn mối quan hệ giữa mức độ hấp thụ và tần
số (hoặc bước sóng, số sóng) của tia phát xạ. Đường cong thu được gọi là đường
cong hấp thụ hoặc phổ hấp thụ.
∗ Độ phân giải (R): khả năng tách biệt hai đỉnh hấp thụ có bước sóng là λ và
(λ + Δλ).
R=

1.2. Phổ hồng ngoại [2]
1.2.1. Năng lượng dao động

λ
∆λ


Khi chiếu tia hồng ngoại vào các phân tử ở trạng thái cơ bản, các tia này
cung cấp năng lượng cần thiết để làm thay đổi năng lượng dao động và năng
lượng quay của phân tử. Tần số dao động được xác định bằng phương trình:
v=

1 k
2π m

Trong đó:
+ k: hằng số lực (din/cm = 10-3N/m = 10-3kg/s2)
+ m: khối lượng rút gọn

1
1 1
=
+
m m1 m2
Năng lượng của chuyển động dao động thỏa mãn phương trình:
E = (v + ½)hν dđ
(v = 0, 1, 2, 3… là số lượng tử dao động)
1.2.2. Sự hấp thụ năng lượng
Theo tiên đề Bohr, tần số của phát xạ ứng với v = 1 sẽ là:
=
ν bx

EE ' - E0
=
h

ν - 12 hν dd

3h
2
dd

= ν dd
h

Tương tự như vậy, sự chuyển từ mức năng lượng không lên các mức 2, 3…
1.2.3. Cường độ hấp thụ
Nếu bước chuyển năng lượng của phân tử chỉ gồm có sự chuyển mức năng

lượng dao động đơn thuần, khi đó trên phổ chỉ xuất hiện một đỉnh hấp thụ hẹp
(một vạch). Tuy nhiên, năng lượng phát xạ kích thích được trạng thái dao động
thì nó cũng làm thay đổi các trạng thái quay. Kết quả mỗi vạch có tần số ν dđ của
phổ dao động bị biến đổi thành tập hợp của nhiều vạch nhỏ tạo thành một đám
vạch có tần số:
ν = ν dđ + ν quay
1.2.4. Phổ hồng ngoại của một số chất tiêu biểu
Bảng 1.1. Hấp thụ hồng ngoại của một số đơn vị cấu trúc
Đơn vị cấu trúc

Tần số hấp thụ

Đơn vị cấu trúc

Tần số hấp thụ

Dao động hóa trị (cm-1)
Liên kết đơn
− O–H ancol

3200 ÷ 3600

Liên kết đôi
>C=C<

1620 ÷ 1680


− O–H axit

2500 ÷ 3600

cacboxylic

>C=O andehit –
xeton
>C=O axit

1710 ÷ 1750

>N–H amin

3350 ÷ 3500

1700 ÷ 1725

C – H sp

3310 ÷ 3320

>C=O anhydrite

1800 ÷ 1850

C – H sp2

3000 ÷ 3100

axit

1740 ÷ 1790

C – H sp3

2850 ÷ 2950

>C=O clorua axit

1770 ÷ 1815

O – C sp2

� 1200

>C=O este

1730 ÷ 1750

O – C sp3

1025 ÷ 1200

>C=O amit

1680 ÷ 1700

cacboxylic

Liên kết ba
-C≡C-

2100 ÷ 2200

-C≡N

2240 ÷ 2280

Dao động biến dạng (cm-1)
Các anken
RCH 2 =CH 2
R 2 C=CH 2
cis RCH=CHR’

Vịng benzen thế
901,990
890

665 ÷ 730

Một nhóm thế
Hai nhóm thế
(ortho)

730 ÷ 770
690 ÷ 710
735 ÷ 770

trans RCH=CHR’

960 ÷ 980

Hai nhóm thế

750 ÷ 810

R 2 C=CHR’

790 ÷ 840

(meta)

680 ÷ 730

Hai nhóm thế
(para)

790 ÷ 840

Bảng 1.2. Hấp thụ hồng ngoại của hợp chất vơ cơ và phức chất [4]
Nhóm

Tần số

Ký hiệu

– SH

2600 – 2550

ν SH

– PH

2440 – 2350

ν PH

– C – OH

1150 – 1040

ν C-O

700 – 200

ν M-X

M–X
(X: C, O, N…)
–N=N–

1575

Ghi chú
Yếu hơn ν OH và ít bị ảnh
hưởng của liên kết hidro
Nhọn
ν M-X tăng khi đặc tính cộng
hóa trị của liên kết M – X tăng
Rất yếu hoặc không hoạt động

Khó quy kết vì cường độ thay
>C=N–

1690 – 1640

đổi rất nhiều và trùng với vùng
ν C=C , ν C=O

>C=S–

1200 – 1050

1.2.5. Ưu điểm – Hạn chế
1.2.5.1. Ưu điểm
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật
phân tích rất hiệu quả. Một ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng
ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng
hưởng từ…) là phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh,
khơng địi hỏi các phương pháp tính tốn phức tạp.
1.2.5.2. Hạn chế
Bằng phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng (trừ
trường hợp đặc biệt).
Nói chung phổ hồng ngoại khơng cung cấp thơng tin về các vị trí tương đối
của các nhóm chức khác nhau trên một phân tử.
Chỉ riêng phổ hồng ngoại thì đơi khi chưa thể biết đó là chất ngun chất
hay chất hỗn hợp vì có trường hợp 2 chất có phổ hồng ngoại giống nhau.
1.2.6. Ứng dụng
Trước khi ghi phổ hồng ngoại, đã có nhiều thơng tin về hợp chất hoặc hỗn

hợp cần nghiên cứu: trạng thái vật lý, độ tan, điểm nóng chảy, điểm cháy.
Nếu có thể thì cần biết chắc mẫu là nguyên chất hay hỗn hợp. Sau khi ghi
phổ hồng ngoại, nếu chất nghiên cứu là hợp chất hữu cơ thì trước tiên nghiên cứu
vùng dao động co giãn của H để xác định xem mẫu thuộc loại hợp chất vòng
thơm hay mạch thẳng hoặc cả hai. Sau đó nghiên cứu các vùng tần số nhóm để
xác định có hay khơng có các nhóm chức. Trong nhiều trường hợp việc đọc phổ
(giải phổ) và tìm các tần số đặc trưng không đủ để nhận biết một cách tồn diện
về chất nghiên cứu nhưng có lẽ là có thể suy đốn được kiểu hoặc loại hợp chất.
1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân [2, 10]
Cùng với phương pháp phân tích sắc ký, NMR là một trong những phương
pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong việc nghiên cứu cấu trúc.


1.3.1. Cơ sở vật lý
1.3.1.1. Điều kiện cộng hưởng
Chỉ những hạt nhân có momen từ mới có thể được tìm ra bằng phương pháp
phổ cộng hưởng từ hạt nhân.
1.3.1.2. Thông tin cần thu nhận
Độ chuyển dịch hóa học.
Hằng số tương tác spin – spin giữa các hạt nhân (còn gọi là hằng số tách).
Độ lớn hay cường độ tích phân của các tín hiệu.
1.3.1.3. Độ chuyển dịch hóa học
Đặt vào hạt nhân “trần” một từ trường H 0 để phá bỏ sự suy biến năng
lượng, sau đó cung cấp một bức xạ có tần số ν để gây ra sự chuyển mức năng
lượng của các proton có năng lượng thấp lên mức năng lượng cao (sự cộng
hưởng). Trong thực tế, các hạt nhân được bao quanh bởi một lớp vỏ electron tích
điện âm làm sinh ra một từ trường cảm ứng H’ ngược hướng với từ trường của
hạt nhân. Do đó hạt nhân chỉ chịu tác động của một từ trường H = H 0 – H’ < H 0 .
Vì thế cần phải tăng dần cường độ từ trường ngoài đến giá trị H n = H 0 + H’ để sự
cộng hưởng xảy ra và ghi nhận tín hiệu cộng hưởng đó.

Hiện tượng làm giảm cường độ từ trường ngoài tác động lên hạt nhân gây ra
bởi các electron xung quanh hạt nhân được gọi là hiện tượng chắn màn. Mật độ
electron càng dày, cường độ từ trường bên ngồi càng lớn thì cường độ từ trường
cảm ứng H’ càng lớn và ngược lại. Do đó có thể viết H’ = H 0 σ.
Khi đó cường độ từ trường ngoài cần sử dụng để xảy ra cộng hưởng của hạt
nhân trong chất chuẩn: H c = H 0 (1 + σ c ), với chất nghiên cứu: H nc = H 0 (1 + σ nc ).
Từ đó, ta có:
δ = (H c – H nc )/H o = σ c – σ nc
Trong đó:
+

δ: độ chuyển dịch hóa học, đại lượng khơng có thứ ngun.

+

σ: hằng số chắn đặc trưng cho ảnh hưởng che chắn của electron xung
quanh hạt nhân đối với từ trường ngoài tác động vào hạt nhân.
1.3.1.4. Mối quan hệ giữa độ chuyển dịch hóa học và cấu tạo phân tử

∗ Độ chuyển dịch hóa học của proton liên kết với Csp3
δ = δ o + ∑δ j


Bảng 1.3. Hằng số nhóm thế
-CH 3 δ o = 0,86
Vị trí
Nhóm thế
– CH

-CH 2 - δ o = 1,37

-CH< δ o = 1,50

α

β

α

β

α

β

0,00

0,05

0,00

-0,04

0,17

-0,01

0,68

0,03

–C–R

0,10

–C=C

0,85

0,2

0,63

0,00

–C≡C

0,94

0,32

0,70

0,13

– C6H5

1,49

0,38

1,22

0,29

1,28

0,38

–F

3,41

0,41

2,76

0,16

1,83

0,27

– Cl

2,20

0,63

2,05

0,24

1,98

0,31

– Br

1,83

0,83

1,97

0,46

1,94

0,41

–I

1,30

1,02

1,80

0,53

2,02

0,15

– OH

2,53

0,25

2,20

0,15

1,73

0,08

–O–C

2,38

0,25

2,04

0,13

1,35

0,32

– O – C6H5

2,87

0,47

2,61

0,38

2,20

0,50

– CHO

1,34

0,21

1,07

0,29

0,86

0,22

– C(O)R

1,23

0,20

1,12

0,24

0,86

0,22

– C(O)C 6 H 5

1,69

0,32

1,22

0,15

1,50

0,53

– COOH

1,22

0,23

0,90

0,23

0,87

0,32

– COOR

1,15

0,28

0,92

0,35

0,83

0,63

– COOC 6 H 5

1,22

0,23

0,90

0,23

0,83

0,63

– C(O) – N<

1,16

0,28

0,85

0,24

0,94

0,22

– OC(O)R

2,81

0,44

2,75

0,24

2,47

0,59

– NH – C(O)R

1,85

0,34

1,87

0,22

2,10

0,62

– NH 2

1,61

0,14

1,32

0,22

1,13

0,23

– NHR

1,61

0,14

1,22

0,08

– NO 2

3,43

0,65

3,08

0,58

2,31

–C≡N

1,12

0,45

1,08

0,33

1,00

– SH

1,14

0,45

1,23

0,26

0,31

–S–R

1,23

0,34

1,11

0,33

0,27

0,23


∗ Độ chuyển dịch hóa học của proton ở vịng thơm
δ = 7,27+ ∑s
Bảng 1.4. Số gia s cho vòng benzen thế
Nhóm thế

s (ppm)
ortho

meta

para

– NO 2

0,95

0,17

0,33

– CHO

0,58

0,21

– COCl

0,83

– COOH

Nhóm thế

s (ppm)
ortho

meta

para

– CH(CH 3 ) 2

-0,14

-0,09

-0,18

0,27

– C(CH 3 ) 3

0,01

-0,10

-0,24

0,16

0,30

– CH 2 OH

-0,10

-0,10

-0,10

0,80

0,14

0,20

– CH 2 NH 2

0,00

0,00

0,00

– COOCH 3

0,74

0,07

0,20

–F

-0,30

-0,02

-0,22

– COCH 3

0,64

0,09

0,30

– Cl

0,02

-0,06

-0,04

– CN

0,27

0,11

0,30

– Br

0,22

-0,13

-0,03

– C6H5

0,18

0,00

0,08

–I

0,40

-0,26

-0,03

– CCl 3

0,80

0,20

0,20

– OCH 3

-0,43

-0,09

-0,37

– CHCl 2

0,10

0,06

0,10

– OCOCH 3

-0,21

-0,02

…

– CH 2 Cl

0,00

0,01

0,00

– OH

-0,50

-0,14

-0,40

– CH 3

-0,17

-0,09

-0,18 – NH 2

-0,75

-0,24

-0,63

– CH 2 CH 3

-0,15

-0,06

-0,18 – SCH 3

-0,03

0,00

…

-0,26

-0,05

-0,60

-0,10

-0,62

– O – SO 2
–
– C6H4 –

…

– N(CH 3 ) 2

CH 3 –p
∗ Độ chuyển dịch hóa học của proton trong hệ olefin
δ = 5,25 + ∑s
Rcis
Rtrans

H

Rgem

Bảng 1.5. Số gia s cho các hợp chất etylen thế
Nhóm thế

s (ppm)

Nhóm thế

gem

cis

trans

–H

0,00

0,00

0,00

– Ankyl

0,45

-0,22

-0,28 – CONR 2

– CHO

s (ppm)
gem

cis

trans

1,02

0,95

1,17

1,37

0,98

0,46


–
Xicloankan
– CH 2 O –
– CH 2 I
– CH 2 S –
– CH 2 Cl

0,69

-0,25

-0,28 – COCl

0,64

-0,01

-0,02

– OR (R

1,11

1,46

1,01

1,22

-1,07

-1,21

1,21

-0,60

-1,00

thẳng)

0,71

-0,13

-0,22

– OR (R liên

hợp)

0,70

0,11

-0,04 – O – COR

2,11

-0,35

-0,64

– CH 2 N<

0,58

0,10

-0,08 Nhân thơm

1,38

0,36

-0,07

–C≡C–

0,47

0,38

0,12

– Cl

1,08

0,18

0,13

–C≡N

0,27

0,75

0,55

– Br

1,07

0,45

0,55

0,98

0,04

-0,21

0,80

-1,26

-1,21

1,17

-0,53

-0,99

(Br)

–C=C–
đơn lẻ
–C=C–
liên hợp
– C = O đơn
lẻ
– C = O liên
hợp
– COOH
đơn lẻ

– COOH
liên hợp

– NR 2 (R
thẳng)

1,26

0,08

-0,01

– NR 2 (R
liên hợp)

1,10

1,12

0,87

– SR

1,11

-0,29

-0,13

1,06

0,91

0,74

– SO 2

1,55

1,16

0,93

0,97

1,41

0,71

0,80

1,18

0,55

0,80

0,98

0,32

0,78

1,01

0,46

– COOR
đơn lẻ
– COOR
liên hợp

∗ Độ chuyển dịch hóa học của proton liên kết với cacbon Csp2 và Csp
Bảng 1.6. Độ chuyển dịch hóa học của proton liên kết với cacbon Csp2 và Csp
Proton

δ

Proton

δ

Proton

δ

R–CHO

9,4 – 10,0 >C=C=CH– 4,0 – 5,0 –CH=C–O

4,0 – 5,0

Ar–CHO

9,7 – 10,5 Ar – H

6,0 – 9,0 –C=CH–O

6,0 – 8,1

H – COOR

8,0 – 8,2

4,5 – 6,0 –CH=C–N

3,7 – 5,0

H – C(O)N<

8,0 – 8,2

5,8 – 6,7 –C=CH–N

5,7 – 8,0

–C=CH–
–C=CH–
CO

R–C≡C–H

–CH=C–

1,8 – 3,1

CO

6,5 – 8,0

1.3.2. Phổ cộng hưởng từ proton (1H – NMR)
Hiện tượng phân tách tín hiệu trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân gọi là hiện
tượng tách spin – spin. Khoảng cách giữa 2 đỉnh (pic) liền nhau trên một tín hiệu
đặc trưng cho độ mạnh của tương tác spin – spin và được biểu diễn qua hằng số
tương tác spin – spin, ký hiệu là J.
J AB = δ A - δ B .ν

Có thể dựa vào độ lớn của hằng số tương tác spin – spin J (hay còn gọi là
hằng số ghép) để đánh giá vị trí của các hạt nhân tham gia tương tác nhau.
Bảng 1.7. Ký hiệu và cường độ của pic xuất hiện do tương tác spin – spin
Số proton tương tác

Dạng vân phổ

Cường độ tương đối

0

Singlet (vân đơn)

1

1

Doublet (vân đôi)

1:1

2

Triplet (vân ba)

1:2:1

3

Quartet (vân bốn)

1 : 3 : 3 :1

4

Pentet (vân năm)

1:4:6:4:1

5

Sextet (vân sáu)

1 : 5 : 10 : 10 : 5 : 1

6

Septet (vân bảy)

1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1

1.3.3. Phổ cộng hưởng từ cacbon 13 (13C – NMR)
Để đơn giản, người ta thường đo phổ 13C – NMR xóa tương tác spin – spin
với 1H, khi đó ứng với mỗi nguyên tử cacbon chỉ cho 1 vạch phổ. Cường độ tín
hiệu thu nhận được không tỷ lệ với số lượng nguyên tử cacbon.
Độ chuyển dịch hóa học của 13C nằm trên một vùng rất rộng từ 0 ÷ 200ppm.
Bảng 1.8. Độ chuyển dịch hóa học của 13C (δ, ppm)
Dạng cấu trúc

Vùng phổ
(ppm)

Dạng cấu trúc

Vùng phổ
(ppm)

CH 3 – (sp3, bậc 1)

0 – 30

= C< (sp2, aren)

– CH 2 – (sp3, bậc 2)

15 – 55

– C ≡ C – (sp)

>CH – (sp3, bậc 3)

20 – 60

–C≡N

110 – 130

– C – Cl

20 – 80

– C(O)NR 2

160 – 170

110 – 160
65 – 85


– C – Br

10 – 65

– C(O)X (X = Cl, Br)

160 – 170

–C–I

0 – 40

– COOR

165 – 175

–C–O–

40 – 80

– COOH

170 – 185

– C – N<

25 – 70

– CHO

190 – 200

– C(O)R

195 – 220

= C< (sp2, anken)
RCH 2 OH

100 – 150
50 – 65

RCH 2 NH 2

35 – 50

1.4. Phổ khối lượng [2]
Phổ khối lượng MS (khối phổ) là một phương pháp phân tích mà trong đó
hợp chất nghiên cứu trước tiên được hóa hơi trong điều kiện chân khơng cao, sau
đó được ion hóa và phá thành các mảnh nhờ những va đập điện tử. Cấu tạo của
hợp chất nghiên cứu xác định thông qua việc nghiên cứu khối lượng và điện tích
các mảnh cùng với xác suất xuất hiện các mảnh đó.
1.4.1. Nguyên tắc chung
Các phân tử ở trạng thái khí khi va chạm với dịng electron có năng lượng
cao có khả năng tách ra 1 hay 2 electron và trở thành các ion có điện tích +1, +2
tương ứng. Các ion này được gọi là ion gốc hay ion phân tử. Q trình biến các
phân tử trung hịa thành các ion được gọi là q trình ion hóa.
Các ion phân tử va chạm với dòng electron và tiếp tục bị phá vỡ thành các
mảnh ion, các gốc hoặc các phân tử trung hịa. Q trình này được gọi là q
trình phân mảnh (fragmentation). Mỗi ion tạo thành có khối lượng m và điện tích
z xác định. Tỷ số m/z được gọi là số khối Z.
1.4.2. Phân loại các ion
Ion phân tử: là ion có số khối lớn nhất – bằng khối lượng phân tử của mẫu,

ký hiệu M+.
Ion đồng vị: khả năng xuất hiện của các đồng vị này thường được so sánh
với đồng vị phổ biến nhất được dẫn ra sau đây.
Bảng 1.9. Khả năng xuất hiện của một số đồng vị
Nguyên tố

Đồng vị thường gặp

Các đồng vị khác

(Khả năng xuất hiện, %)

(Khả năng xuất hiện, %)

Cacbon

12

C

(100)

13

(1,1)

Hidro

1

H

(100)

2

(0,016)

C

H


Nitơ

14

(100)

15

(0,36)

Oxi

16

(100)

17

(0,04)

Flo

19

(100)

Silic

28

(100)

Photpho

31

(100)

Lưu huỳnh

32

(100)

Clo

35

Brom

79

Iot

127

N
O
F
Si
P
S
Cl
Br
I

N

18

(0,2)

30

(3,31)

34

(4,39)

(100)

37

(32,4)

(100)

81

(97,5)

O

29

Si

33

S

(5,07)

(0,78)

O

Si

S
Cl
Br

(100)

Ion mảnh: sinh ra cùng với sự phá vỡ phân tử. Khi ion phân tử hay ion
mảnh bị phá vỡ, ln hình thành một ion dương và một tiểu phân trung hòa.
Ion giả bền (metastable ions).
1.4.3. Nguyên tắc phân mảnh
1.4.3.1. Sự phân mảnh do phân cắt một liên kết đơn
Liên kết đơn có thể bị phân cắt theo kiểu đồng ly hay dị ly. Khi xảy ra sự
phân cắt dị ly, liên kết α bị phá vỡ và cặp electron dùng chung chỉ thuộc về một
nguyên tử nào đó. Sự phân mảnh tạo ra một cation chẵn electron và một gốc tự
do.
1.4.3.2. Sự phân mảnh do phân cắt hai liên kết đơn
Phân cắt kiểu retro Diels – Alder: kiểu phân mảnh đặc trưng của các olefin
mạch vòng. Sự phân cắt phá vỡ đồng thời hai liên kết hệ vòng tạo thành hai
mảnh chưa no.
Chuyển vị McLafferty: sự phân cắt liên kết β kèm theo sự chuyển vị của
nguyên tử hidro ở vị trí γ so với nhóm cacbonyl, liên kết đơi olefin hay vịng
thơm để tạo thành một ion gốc và một phân tử trung hòa.
Các phản ứng tách loại: một số phản ứng phân mảnh có kèm theo sự tách
nguyên tử hidro cùng với nhóm hidroxyl, nhóm halogen hay nhóm axetat để tạo
thành các phân tử trung hịa như H 2 O, HX, HOOCCH 3 ...

1.5. Phổ tử ngoại [2]
1.5.1. Giới thiệu
Với các hợp chất có hệ liên hợp, sử dụng phổ UV hoặc phổ UV – Vis gây ra
từ sự chuyển mức năng lượng của các electron trong hệ liên hợp, có thể xác định
được chiều dài và đặc điểm của hệ. Phổ tử ngoại được chia thành các vùng:
+ Vùng tử ngoại xa (10 ÷ 200nm): hấp thụ vùng này thường khó đo và ít
có giá trị trong phân tích cấu trúc nên ít được khảo sát.
+ Vùng tử ngoại gần (200 ÷ 380nm): hầu hết các electron trên các obitan p
và d riêng rẽ hoặc tham gia tạo liên kết π, đặc biệt là hệ liên kết π liên
hợp đều có hấp thụ trong vùng nên đây là vùng rất có ý nghĩa trong việc
nghiên cứu cấu trúc.
+ Vùng khả kiến (380 ÷ 780nm): các hệ liên hợp đòi hỏi năng lượng
chuyển mức thấp và thường cho hấp thụ ở vùng khả kiến (vì thế hợp
chất này thường có màu).
1.5.2. Các mức năng lượng của electron và sự chuyển mức năng lượng
1.5.2.1. Các mức năng lượng
Trật tự các mức năng lượng thông thường là σ < π < n < π* < σ* và được
biểu diễn như hình.

Hình 2.2. Trật tự các mức năng lượng
1.5.2.2. Các trạng thái chuyển mức năng lượng của electron
Chuyển mức năng lượng giữa orbital liên kết và orbital phản liên kết: σ – σ*
(120 – 200nm) và π – π*.
Chuyển mức năng lượng giữa orbital không liên kết và orbital phản liên kết:
n – π* và n – σ*.