Tổng hợp, thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của một số kim loại chuyển tiếp với 4 dimethylaminobenzaldehydeN(4)morpholinylthiosemicarbazone (Luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Trần Thị Bích Trâm

TỔNG HỢP, THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CÁC PHỨC CHẤT
CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP
VỚI 4- DIMETHYLAMINOBENZALDEHYDEN(4)-MORPHOLINYLTHIOSEMICARBAZONE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Trần Thị Bích Trâm

TỔNG HỢP, THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CÁC PHỨC CHẤT
CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP
VỚI 4-DIMETHYLAMINOBENZALDEHYDEN(4)-MORPHOLINYLTHIOSEMICARBAZONE

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số:

60 44 01 13
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. DƯƠNG BÁ VŨ
Thành phố Hồ Chí Minh - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực, là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Bá Vũ và chưa
được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được
chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và đã được phép công bố.

Tác giả

Trần Thị Bích Trâm


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến:
Quý thầy cô của trường Đại học Sư phạm TP.HCM, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên TP.HCM, trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tận tình giảng dạy và tạo mọi
điều kiện để các học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa học.
Thầy Dương Bá Vũ là người đã trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt rất nhiều kiến thức
cần thiết, giúp đỡ tôi rất nhiều, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn.
Thạc sĩ Trần Bửu Đăng là người đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong suốt quá trình thực
nghiệm đến khi hoàn tất luận văn.
Các thành viên của lớp Cao học Hóa vô cơ khóa 26 cũng đã giúp đỡ tôi rất nhiều
trong học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Trường THPT Nguyễn Huệ, thị xã Lagi, tỉnh Bình
Thuận đã tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa học. Tôi cũng xin cảm ơn gia đình,

người thân, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên để tôi có thể hoàn thành được luận văn
này.
Tác giả

Trần Thị Bích Trâm


MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các bảng
Danh mục các hình ảnh
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu thiosemicarbazone ................................................................................... 2
1.1.1. Cấu tạo chung của thiosemicarbazone ............................................................ 2
1.1.2. Ứng dụng của thiosemicarbazone ................................................................... 7
1.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng chính đến hoạt tính sinh học của
thiosemicarbazone ........................................................................................ 11
1.2. Phức chất chứa phối tử thiosemicarbazone và hoạt tính của phức chất
chứa phối tử thiosemicarbazone. .......................................................................... 13
1.2.1. Khả năng phối trí của kim loại với thiosemicarbazone ................................. 14
1.2.2. Một số công trình nghiên cứu về phức chất chứa phối tử
thiosemicarbazone ........................................................................................ 16
1.3. Định hướng nghiên cứu về phức chất của thiosemicarbazone hiện nay ................ 19
1.4. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 21
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................................. 22
2.1. Hóa chất và dụng cụ ............................................................................................... 22
2.2. Tổng hợp hỗn hợp 4-dimethylaminobenzaldehyde-N(4)morpholinylthiosemicarbazone (4-DMT) ............................................................. 24
2.3. Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp 4-DMT bằng phương pháp

quy hoạch thực nghiệm trực giao ......................................................................... 26


2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi ethanol đến hiệu suất
tạo thành sản phẩm thioketone cao nhất. ..................................................... 27
2.3.2. Quy hoạch thực nghiệm trực giao với 3 yếu tố ảnh hưởng
đến phần trăm số mol thioketone trong hỗn hợp 4-DMT ............................ 27
2.4. Tổng hợp phức chất kẽm, nickel, đồng .................................................................. 30
2.4.1. Tổng hợp phức chất [Zn(4-DMT)2(H2O)2] ................................................... 30
2.4.2. Tổng hợp phức chất [Cu(4-DMT’)2(H2O)2] .................................................. 30
2.4.3. Tổng hợp phức chất [Ni(4-DMT)2(H2O)2] .................................................... 31
2.5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 31
2.5.1. Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp trực giao ................................... 31
2.5.2. Phương pháp tổng hợp .................................................................................. 31
2.5.3. Phương pháp nghiên cứu thành phần và cấu trúc của phối tử
và phức chất ................................................................................................. 32
2.6. Thăm dò khả năng ức chế tế bào ung thư ............................................................... 32
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 34
3.1. Phân tích kết quả của 4-DMT ................................................................................. 34
3.1.1. Một số đặc điểm hóa lý và điều kiện tổng hợp của 4-DMT.......................... 34
3.1.2. Phân tích kết quả phổ FT-IR của 4-DMT ..................................................... 35
3.1.3. Phân tích kết quả phổ UV-Vis của 4-DMT ................................................... 36
3.1.4. Phân tích kết quả phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR của 4-DMT ............... 37
3.1.5. Phân tích phổ ESI MS của 4-DMT ............................................................... 42
3.2. Tìm mô hình đáp ứng bề mặt cho hàm mục tiêu .................................................... 43
3.3. Phân tích kết quả của phức chất [Zn(4-DMT)2(H2O)2], [Cu(4-DMT’)2(H2O)2],
[Ni(4-DMT)2(H2O)2] ............................................................................................ 50
3.3.1. Một số đặc điểm của phức chất ..................................................................... 50

3.3.2. Xác định điều kiện tổng hợp phức chất ......................................................... 51
3.3.3. Phân tích phổ NMR của các phức chất ......................................................... 52
3.3.4. Phân tích kết quả phổ IR ............................................................................... 58
3.3.5. Phân tích kết quả phổ UV-Vis....................................................................... 60
3.3.6. Phân tích phổ ESI MS ................................................................................... 61
3.4. Thăm dò hoạt tính ức chế tế bào u của phối tử 4-DMT và các phức Zn(II),
Cu(II), Ni(II) tương ứng........................................................................................ 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 66
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐƯỢC CÔNG BỐ ........................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 70
PHỤ LỤC


CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
1

H – NMR : Phổ cộng hưởng từ proton

13

C – NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C

A549

: Ung thư phổi

COSY

: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều

DMF

: Dimethylformamide

DMSO

: Dimethyl sulfoxide

ESI MS

: Phổ khối lượng ion hóa bằng dòng electron

FT-IR

: Phổ hấp thụ hồng ngoại

HCT116

: Ung thư đường ruột

HMBC

: Phổ cộng hưởng từ proton hai chiều proton-carbon, ba nối

HSQC

: Phổ cộng hưởng từ proton hai chiều proton-carbon, một nối

Hep-G2

: Ung thư biểu mô tế bào gan

HuCCA-1 : Ung thư đường mật của con người
IC50

: Nồng độ hợp chất có thể giết chết 50% tế bào

UV-Vis

: Phổ hấp thụ electron

s

: Mũi đơn (singlet)

d

: Mũi đôi (doublet)

t

: Mũi ba (triplet)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi ethanol đến phần trăm
dạng thioketone trong hỗn hợp 4-DMT ....................................................... 27
Bảng 2.2. Các mức và khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng ............................ 28
Bảng 2.3. Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 1 ........................................... 28
Bảng 2.4. Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 ........................................... 29

Bảng 3.1. Một số đặc điểm hóa lý ban đầu của CMT, MT và 4-DMT ......................... 34
Bảng 3.2. Tín hiệu các dao động đặc trưng của các nhóm chức chính của 4-DMT ..... 35
Bảng 3.3. Các chuyển mức chủ yếu trên phổ UV-Vis của 4-DMT .............................. 36
Bảng 3.4. Đặc điểm proton và carbon trên phổ NMR của 4-DMT ............................... 41
Bảng 3.5. Một số đặc điểm hóa lý cơ bản của phức chất .............................................. 50
Bảng 3.6. Điều kiện tổng hợp phức chất ....................................................................... 52
Bảng 3.7. Độ chuyển dịch proton của các phức chất
của hai dạng thioketone và thiol .................................................................. 54
Bảng 3.8. Độ chuyển dịch carbon của các phức chất
của hai dạng thioketone và thiol .................................................................. 55
Bảng 3.9. Tần số dao động đặc trưng các nhóm chức chính
của phối tử và phức chất .............................................................................. 58
Bảng 3.10. Các đặc trưng chủ yếu trên phổ UV-Vis của 4-DMT và phức chất ........... 60
Bảng 3.11. Các mảnh ion cơ bản trên phổ ESI MS của phức chất ............................... 62
Bảng 3.12. Các đồng vị có thể xuất hiện trong mẫu phức chất ..................................... 62


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo chung của thiosemicarbazone ...................................... 2
Hình 1.2. Sơ đồ cân bằng giữa hai dạng thioketone và thiol trong dung dịch ........... 3
Hình 1.3. Sơ đồ cân bằng thioketone và thiol của 2-hydroxyacetophenone-N(4)cyclohexylthiosemicarbazone ................................................................... 3
Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc tổng quát sự chuyển dịch cân bằng thioketone – thiol
của thiosemicarbazone .............................................................................. 4
Hình 1.5. Công thức cấu tạo của (E)-2-((3-hydroxynaphthalene-2-yl) methylene)N-(pyridine-2- yl)hydrazine- carbothioamide (H2L) ................................ 5
Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc của phối tự H2PTP: dạng cân bằng thioketone và thiol...... 5
Hình 1.7. Sơ đồ sự chuyển dịch cân bằng của PNBTSC ........................................... 6
Hình 1.8. Công thức cấu tạo của 2-acetylpyridine-morpholylthiosemicarbazone ..... 8
Hình 1.9. Các công thức của: 2-formylpyridine thiosemicarbazone (a),
pyrazine carboxaldehyde thiosemicarbazone (b),
1-formylisoquinoline thiosemicarbazone (c) .......................................... 10

Hình 1.10. Một số thiosemicarbazone chứa isoquinoline và pyridine ..................... 12
Hình 1.11. Một số thiosemicarbazone chứa dẫn xuất của quinoline ........................ 13
Hình 1.12. Cách phối trí thông thường của thiosemicarbazone ............................... 14
Hình 1.13. Dạng phối trí khi tạo phức của hỗn hợp cân bằng
thioketone và thiol trong dung dịch ........................................................ 15
Hình 1.14. Ion kim loại phối trí với thiosemicarbazone ở vị trí N(1) ...................... 15
Hình 1.15. Kiểu phối trí chelate vòng bốn cạnh ....................................................... 16
Hình 1.16 . Khả năng phối trí khi có mặt dị tố O (a) và N (b) ................................. 16
Hình 1.17. Dung lượng phối trí 3 của thiosemicarbazone ....................................... 16
Hình 1.18. Phức kẽm của pyridine-2-carbaldehyde thiosemicarbazone (a)
và (1E)-1-pyridine-2-ylethan-1-one thiosemicarbazone (b) ................... 18
Hình 1.19. Các phức chất của đồng được ứng dụng trong y học ............................. 19
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp 4-DMT qua ba giai đoạn ................................................ 24
Hình 3.1. Phổ FT-IR của 4-DMT ............................................................................. 35


Hình 3.2. Công thức cấu tạo của 4-DMT ................................................................. 36
Hình 3.3. Phổ UV-vis của 4-DMT ........................................................................... 36
Hình 3.4. Quy ước đánh số proton và carbon ........................................................... 37
Hình 3.5. Một số tương quan chính giữa H và C trên HMBC ................................. 37
Hình 3.6. Phổ 1H-NMR vùng trường thấp (a), vùng trường cao (b)
và 13C-NMR (c) của 4-DMT ................................................................... 38
Hình 3.7. Phổ 1H-1H-COSY vùng trường thấp (a) và trường cao (b)
của 4-DMT .............................................................................................. 39
Hình 3.8. Cân bằng giữa các dạng cấu hình của morpholine ................................... 40
Hình 3.9. Một số tương quan chính trên HMBC (a) và HSQC (b)
của 4- DMT ở vùng trường cao ............................................................. 40
Hình 3.10. Một số tương quan chính trên HMBC (a) và HSQC (b)
của 4- DMT ở vùng trường thấp. ........................................................... 41
Hình 3.11. Phổ ESI MS của 4-DMT ........................................................................ 42

Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol và thời gian lên phần trăm số mol của dạng
thioketone / hỗn hợp thioketone và thiol ................................................ 49
Hình 3.13. Công thức cấu tạo đề nghị của các phức chất ở dạng thioketone........... 50
Hình 3.14. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp phức [Zn(4-DMT)2(H2O)2]
ở vùng trường thấp (a) và vùng trường cao (b) ....................................... 53
Hình 3.15. Cơ chế đề nghị quá trình đóng vòng của phối tử 4-DMT
dưới xúc tác ion Cu2+/ ethanol /O2 .......................................................... 56
Hình 3.16. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp phức [Cu(4-DMT’)2(H2O)2]....................... 57
Hình 3.17. Phổ IR của phối tử 4-DMT và các phức chất ......................................... 59
Hình 3.18. Phổ UV-Vis của phối tử 4-DMT và các phức chất ................................ 61
Hình 3.19. Phổ MS của phức [Cu(4-DMT’)2(H2O)2]............................................... 63
Hình 3.20. Biểu đồ so sánh chỉ số IC50 của phối tử và phức chất với cisplatin ....... 65


1
MỞ ĐẦU
Hiện nay các hợp chất thiosemicarbazone và phức chất của chúng với ion kim loại
chuyển tiếp vẫn nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước.
Nguyên nhân của sự quan tâm ấy chính là hoạt tính sinh học đa dạng của chúng. Các
hoạt tính bao gồm: kháng khuẩn, kháng oxi hóa, ức chế sự phát triển của tế bào u…Vì
vậy, với hai loại chất vừa nêu thì các nhà khoa học đã và vẫn đang quan tâm từ việc thiết
kế phân tử đến tổng hợp chất, khảo sát hoạt tính cũng như nghiên cứu cơ chế tác động
sinh học của chúng.
Trong xu hướng đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: Tổng hợp, thăm dò hoạt
tính sinh học các phức chất của một số kim loại chuyển tiếp với 4dimethylaminobenzaldehyde-N(4)-morpholinylthiosemicarbazone với mong muốn
nghiên cứu được vài phức chất mới với một số thông tin cơ bản về tính chất, đặc tính
phổ và hoạt tính sinh học của chúng.


2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu thiosemicarbazone
1.1.1. Cấu tạo chung của thiosemicarbazone
Thiosemicarbazone là dẫn xuất của thioure được tạo thành bằng cách ngưng tụ
thiosemicarbazide hoặc dẫn xuất thế N(4) - thiosemicarbazide với một aldehyde hoặc
ketone phù hợp. Theo IUPAC, tên của dẫn xuất thế N(4) thiosemicarbazone được thành
lập bằng cách thêm “thiosemicarbazone” vào sau tên của aldehyde hay ketone tham gia
ngưng tụ và cách đánh số khung thiosemicarbazone cũng tuân theo hệ thống đánh số
quy ước cho hợp chất này. Thiosemicarbazone có công thức cấu tạo (I), và khi ở N(4)
xuất hiện nhóm thế thì nó lại có cấu tạo (II) (hình 1.1) [64].

Hình 1.1. Công thức cấu tạo chung của thiosemicarbazone
Trong đó R1, R2, R3, R4 có thể là H, ankyl, aryl, hay hệ thống vòng ….
+ Dạng đồng phân E và Z: Sự hiện diện của C=N làm cho thiosemicarbazone tồn tại
hai dạng đồng phân hình học E và Z. Xét tính ổn định nhiệt động lực học, dạng đồng
phân E sẽ chiếm ưu thế trong hỗn hợp. Cấu trúc khung sườn của C=N-NH-CS-N thường
đồng phẳng với nguyên tử S nằm ở vị trí trans của azomethine [64].
+ Dạng đồng phân thioketone-thiol
Sự có mặt của NH-C=S trong thiosemicarbazone có thể tạo ra hai dạng đồng phân
thioketone-thiol trong hỗn hợp. Trong dung dịch thiosemicarbazone tồn tại như một hỗn
hợp cân bằng của thioketone (hình 1.2 (III)) và thiol (hình 1.2 (IV)) [64].


3

Hình 1.2. Sơ đồ cân bằng giữa hai dạng thioketone và thiol trong dung dịch
Quá trình thiol hóa xảy ra là do hiệu ứng cộng hưởng trải dài trên khung sườn
thiosemicacbazone làm cho electron bất định xứ được giải tỏa mạnh trên toàn bộ hệ liên
hợp [64]. Mặc dù dạng thioketone chiếm ưu thế hơn khi tồn tại trạng thái rắn [89], tuy
nhiên trong dung dịch thì vẫn có thể tồn đồng thời cả hai dạng thioketone và thiol [5],

[30], [33], [57], [64]. Affan và cộng sự [6] năm 2012 đã tổng hợp và mô tả đặc tính của
2-hydroxyacetophenone-N (4)–cyclohexylthiosemicarbazone (hình 1.3). Kết quả cho
thấy các phối tử trên đều tồn tại dạng thioketone khi ở dạng rắn và dạng cân bằng
thioketone-thiol khi ở trong dung dịch.

Hình 1.3. Sơ đồ cân bằng thioketone và thiol của 2-hydroxyacetophenone-N(4)cyclohexylthiosemicarbazone
Cân bằng thioketone-thiol có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong quá trình tổng
hợp thiosemicarbazone như pH của môi trường, nhiệt độ, bản chất của các chất tham
gia, dung môi [64]. Những dung môi có tính phân cực khác nhau cũng ảnh hưởng nhiều
đến khả năng tự động chuyển dịch của thioketone–thiol trong hỗn hợp [63], [28], [50],
[75], [21], [62], [86]. Theo [27] nhìn chung dung môi có tính phân cực càng cao, thì khả
năng chuyển dạng cân bằng sang thioketone sẽ chiếm ưu thế.


4

Thiol

Thioketone

Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc tổng quát sự chuyển dịch cân bằng thioketone – thiol của
thiosemicarbazone
Năm 2013, Yousef và cộng sự đã tổng hợp phối tử (E)-2-((3-hydroxynaphthalen2-yl)methylene)-N-(pyridine-2-yl)hydrazine-carbothioamide (H2L) (hình 1.5). Tác giả
đã dùng các phương pháp phân tích phổ đặc trưng để phân tích cấu trúc của phối tử trên,
kết quả đạt được trên phổ NMR trong dung môi d6-DMSO, có tín hiệu của proton S-H
tại δ=15,25 ppm (s, 1H), carbon có δ=172 ppm của C-SH. Tuy nhiên khi quan sát trên
phổ IR, không thấy có sự xuất hiện của liên kết S-H. Chứng tỏ rằng phối tử đã có sự tồn
tại của hai dạng thioketone và thiol trong dung dịch, ở trạng thái rắn hầu như chuyển về
dạng thioketone. Khi khảo sát phức chất của H2L với một số kim loại Cr(III), Fe(III),
Co(II), Ni(II), Hg(II) và U(VI), nhóm tác giả nhận thấy, phức chất Cr(HL)Cl2(H2O),

UO2(HL)(OAc)(H2O), [Ni(HL)Cl(H2O) và Co(HL)2(H2O)2 trên phổ IR đều có sự xuất
hiện của liên kết C=S (υ=765-775 ppm) và S-H (υ=2357-2363 ppm). Phổ NMR, có sự
biến mất của proton S-H, chứng tỏ dạng thiol đã tham gia tạo phức với ion kim loại. Tuy
nhiên phức Hg(HL)2 và Fe(HL)2Cl(H2O) chỉ có liên kết C=S, đã vắng mặt liên kết S-H
khi ở dạng rắn.


5

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của (E)-2-((3-hydroxynaphthalene-2-yl) methylene)-N(pyridine-2- yl)hydrazine- carbothioamide (H2L)
Nhóm tác giả tiến hành thử nghiệm các phức trên để phân tách DNA của dòng tế bào
Cymphs Thymes như tác nhân khử. Từ đó cho thấy các phức chất ở dạng thioketone hay
thiol thì khả năng ức chế tốt sự phát triển của sinh vật gây bệnh bằng cách cắt đứt hệ
gen của chúng [93].
Theo một công trình khác của tác giả năm 2012, khi tổng hợp phối tử (Z)-2-(4(pyridine-2-yl)thiosemicarbazido)propanoic acid (H2PTP) (hình 1.6), quan sát dữ liệu
trên các phổ IR, NMR, đơn tinh thể đều cho thấy sự tồn tại của hai dạng thioketone và
thiol trong phối tử. Tuy nhiên khi tạo phức với một số ion kim loại, kết quả thu được đã
vắng mặt liên kết S-H trên các phức, chứng tỏ cả hai dạng đều tham gia phối trí với ion
kim loại ở nguyên tử S [92].

Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc của phối tự H2PTP: dạng cân bằng thioketone và thiol
Trong hầu hết các phức chất của thiosemicarbazone thường thì chỉ chú ý đến phối
tử dạng thioketone. Tuy nhiên theo [64] đã quan sát thấy sự hình thành hỗn hợp
thioketone và thiol khi tạo phức với Cr(III), Fe(III), Co(III). Tùy thuộc vị trí phối trí và
loại phức chất với các kim loại có thể là cation, anion hay trung hòa mà có thể tồn tại
dạng thioketone hay cả hỗn hợp thioketone-thiol. Ngoài ra, cân bằng thioketone-thiol
của phức chất phụ thuộc khá nhiều vào pH và nhiệt độ của môi trường. Một số loại phức


6

có dạng [ML2X2] với M = Co(II); Ni(II), Cu(II), Fe(II); X là phối tử monoanionic khi
ấy L sẽ tồn tại dạng thioketone [54]. Trong quá trình tạo phức với ion kim loại trung tâm
thường kèm theo quá trình oxi hóa ion kim loại trung tâm, như trong trường hợp phức
hợp cobalt salicylaldehyde thiosemicarbazone là phức Co(III) mặc dù các vật liệu ban
đầu là muối Co(II) [54]. Dạng thioketone-thiol của p-Nitrobenzaldehyde
thiosemicarbazone (PNBTSC) (hình 1.7) và phức chất của nó với MCl2 (M= Cu(II),
Hg(II)) đã xác định cấu trúc hình học thông qua các dữ liệu phân tích phổ IR, UV-Vis,
sử dụng phần mềm Hyperchem 7.5 để xác định tổng năng lượng, nhiệt hình thành,
momen lưỡng cực, các thông số vật lý quan trọng như năng lượng của HOMO và
LUMO, khoảng cách, độ cứng, năng lượng ion hóa, ái lực điện tử.

Hình 1.7. Sơ đồ sự chuyển dịch cân bằng của PNBTSC
Năng lượng khá thấp, sự gần bằng nhau về năng lượng của các dạng thioketone và thiol
trong phối tử thể hiện khả năng đồng tồn tại của cả hai dạng. Khoảng cách năng lượng
giữa HOMO và LUMO là khá lớn đã chứng minh sự ổn định và độ bền của phân tử
trong cả ba dạng. Khi kết hợp với quang phổ IR của phối tử thấy được sự tồn tại của liên
kết S-H và C=S trên phổ đồ. Khi xét đến độ hoạt động sinh học, các dạng thioketone và
thiol của phối tử đều có khả năng thâm nhập màng tế bào tốt và có hoạt tính sinh học
đáng kể [81].
Tuy nhiên khi phân tích phổ IR, UV-Vis của phức Cu(II) cho thấy không có sự tồn
tại của liên kết S-H. Khi phân tích phổ 1H-NMR cũng cho thấy sự vắng mặt của tín hiệu
proton thiol ở 4 ppm trong phức Hg(II). Điều đó chứng tỏ đã chuyển thành dạng
thioketone gần như hoàn toàn khi tạo phức. Khi khảo sát hoạt tính sinh học của phức
Cu(II), Hg(II) trên cho thấy khả năng ức chế sự tăng trưởng với một số dòng
Staphylococcus, Bacillus và Klebsiella [81].
Như vậy việc phân tích kết quả phổ 1H-NMR cho thấy sự tồn tại của hai dạng
thioketone-thiol trong dung dịch, tuy nhiên khi xét nhiễu xạ đơn tinh thể thì dạng
thioketone sẽ tồn tại chủ yếu khi ở trạng thái rắn [83].

7
1.1.2. Ứng dụng của thiosemicarbazone
Hiện nay thiosemicarbazone đang nhận được nhiều sự chú ý một cách rộng rãi bởi
khả năng kháng thể của nó, chống độc tố, kháng khuẩn hoặc kháng virus. Đặc biệt rất
quan tâm đến sự tương tác của nó với các ion kim loại khi xét đến hoạt tính của
thiosemicarbazone [58].
1.1.2.1. Trong lĩnh vực hóa phân tích
Thiosemicarbazone có khả năng tạo phức màu với các ion kim loại, nên được ứng
dụng trong việc xác định vết các kim loại trong các mẫu sinh học và dược phẩm, trong
khai thác kim loại, ức chế ăn mòn, … [45], [82]. Trong ngành dược phẩm, khi tách các
ion Cu(II), Co(II) và Fe(II) trong dược phẩm có thể được xác định bằng phương pháp
sắc ký cột và dung môi giải ly với 2-acetylpyridine-4-phenyl-3-thiosemicarbazone để
tạo thành phức chất

như

thuốc

thử

[39].

Reddy đã

dùng

N-ethyl-3-

carbazolecarboxaldehyde thiosemicarbazone tạo phức màu xanh (pH=3) với Cu(II), để
xác

định

hàm

lượng

của

Cu(II)

trong

mẫu

dược

phẩm

[65],

[67].

Và benzildithiosemicarbazone được sử dụng để xác định cả Cu(II) và Pd(II) bằng
phương pháp phổ chiết suất (pH=1-7 cho Cu(II); 2,5 cho Pd(II)) trong mẫu dược phẩm
hay môi trường [66]. Phenanthraquinone monophenyl thiosemicarbazone hình thành
phức màu đỏ (1:2) với Cd(II), tương tác với chất hoạt động bề mặt acid oleic ở pH= 6,5
và nổi trên bề mặt của hệ phản ứng, được sử dụng để phát hiện dấu vết của Cd trong
mẫu tóc người và vùng nước tự nhiên [4]. Mặt khác các dẫn xuất của Ferrocene khi tạo
phức với thiosemicarbazone đã được ứng dụng để phân tích cấu trúc chất rắn bằng

phương pháp đo thời gian phân hủy positron (positron annihilation lifetime- PAL) [64].
Ngoài ra một số dẫn xuất của thiosemicarbbazone như 2-acetylpyridine-4-phenyl
thiosemicarbazone,

2-acetylpyridine-4-phenylisometyl

thiosemicarbazone

và 2-

acetylpyridine-4-phenylisoetyl thiosemicarbazone được dùng để ức chế quá trình ăn
mòn của nhôm trong dung dịch HCl [53].
1.1.2.2. Hoạt tính kháng động vật đơn bào
Hoạt tính sinh học của thiosemicarbanzone đã được nghiên cứu trong một khoảng
thời gian khá lâu. Từ những ngày đầu của thế kỷ 20, đã những báo cáo đầu tiên về các
ứng dụng y tế như thuốc chống lại bệnh lao và bệnh phong [11]. Hợp chất p-


8
acetamidobenzaldehyde thiosemicarbazone được sử dụng rộng rãi để chống lại vi trùng
M. tuberculosis, điều trị bệnh lao ở châu Phi và Nam Mỹ [19].
Theo Fernando R. Pavan và cộng sự (2010), cho thấy hoạt tính của 2acetylpyridinethiosemicarbazones chống lại M. tuberculosis tăng lên khi nhóm thế N(4)
được thế theo thứ tự: H chất 2-acetylpyridine-morpholylthiosemicarbazone (hình 1.8) có hoạt tính cao nhất với
giá trị IC50 ≤ 3,9 μg/mL [56].

Hình 1.8. Công thức cấu tạo của 2-acetylpyridine-morpholylthiosemicarbazone
Trong những năm 60, các đặc tính chống virus đã được phát hiện, một lượng lớn
nghiên cứu đã thực hiện thành công trong việc điều trị bệnh đậu mùa [25], chống sốt rét
[84]. Loài Plasmodium ký sinh trùng gây sốt rét ở người là một trong những loại ký sinh

trùng được nghiên cứu nhiều nhất trên thế giới [80]. Năm 2010, P. Chellan và cộng sự
báo cáo hoạt động chống sốt rét, chống lại các chủng Plasmodium falciparum của các
phối

tử

tự

do

như

3,4-dichloroacetophenone

thiosemicarbazone

và

3,4-

dichloropropiophenone thiosemicarbazone và các phức Pd(II) của chúng một cách đáng
kể đặc biệt là phức chất của nó [18]. Kang và cộng sự đã đánh giá một loạt các isatin-βthiosemicarbazone cho hoạt động chống Herpes simplex virus loại 1 (HSV-1) và loại 2
(HSV-2). Họ đã kết luận rằng nhóm thiourea trong thiosemicarbazone và nhóm NH
trong isatin có tính quyết định cho hoạt động chống virus của nó [34]. Dẫn xuất vitamin
A (retinoid) của thiosemicarbazone được tìm thấy như là một chất kháng virus varicellazoster ở người rất tốt bởi Kesel [38]. Karakucuk-iyidogan và cộng sự đã tổng hợp các
phức Pd(II) và Pt(II) của thiophene-2-carboxaldehydes thiosemicarbazone và thử
nghiệm hoạt động chống virus của chúng. Họ nhận thấy rằng phức chất Pd(II) có hoạt
tính tốt hơn để chống lại Cytomegalovirus [36]. Tác nhân ức chế, ngăn chặn sự phát
triển và lây lan vi khuẩn hoặc giết chết vi khuẩn bằng cách thay đổi màng tế bào, ức chế

9
sự sao chép acid nucleic mà không gây hại cho con người đó là mục tiêu chính khi tạo
ra hợp chất kháng khuẩn. Refat và cộng sự (2009) đã báo cáo về hoạt tính kháng khuẩn
của

một

số

phối

thiosemicarbazide

tử

như

(OCET)

(1E)-1-(1-(2-oxo-2H-chromen-3-yl)
và

ethylidene)

(1E)-1-(1-(6-bromo-2-oxo-2H-chromen-3-yl)

ethylidene) thiosemicarbazide (BOCET) và phức chất của nó với kim loại trong việc
chống lại Bacillus subtili, Staphylococcus aureus, Escherichia coli và Pseudomonas
aeruginosa [68]. Zahinos và cộng sự (2011) thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của 2acetyl-2-thiazoline thiosemicarbazone và phức chất của nó với các ion kim loại, chẳng

hạn như Co(III), Ni(II), Zn(II) và Cd(II) chống lại S. epidermidis, S. aureus,
Enterococcus faecalis, E. coli và B. subtilis. Trong số các phối tử tự do và phức kim loại
của nó, phức Cd(II) cho thấy hoạt động nhiều hơn [88]. Shebl và cộng sự (2010) nghiên
cứu các hoạt tính kháng khuẩn của thiosemicarbazone, semicarbazone của các phối tử
thiocarbohydrazone có nguồn gốc từ 4,6-diacetylresorcinol và phức chất kim loại của
chúng chống lại vi khuẩn Rhizobium [78]. Cùng thời điểm đó Mahalingam và cộng sự
(2010) báo cáo về hoạt động kháng khuẩn của các phối tử tự do, như salicylaldehyde 4phenyl thiosemicarbazone, 2-hydroxy-1-nafthaldehyde thiosemicarbazone và 2hydroxy-1-naphthaldehyde 4 -phenyl thiosemicarbazone chống lại E. coli, S. aureus, S.
Epidermidis,

Klebsiella

pneumoniae

và

Shigella

sonnei

[48].

Ngoài

ra

thiosemicarbazone cũng là hợp chất có tác dụng ức chế sự phát triển và lan truyền
trypanosome và hiệu ứng sinh học, được biết đến như là hoạt động chống vi khuẩn.
Trypanosome là các đơn nguyên đơn cực tiểu đơn bào có nhiều trong tự nhiên và ký
sinh trùng trên côn trùng, thực vật, chim, động vật thủy sản và động vật có vú khác.
Perez-Rebolledo và cộng sự [59] đã kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn của

thiosemicarbazone trên các mẫu N4 -methyl-4-nitroacetophenone, N4 - dimethyl-4nitroacetophenone, N4 -piperidyl-4-nitroacetophenone và phức Cu(II) của nó. Hoạt tính
antitrypanosomal các phức Sb(III) của các thiosemicarbazones có nguồn gốc pyridine
chống lại các epimastigote và trypomastigote các dạng của Trypanosoma Cruzi cũng đã
được công bố [43]. Hầu hết các phức chất trên đều có hoạt tính ức chế mạnh đối với
Trypanosoma Cruzi hơn là thuốc benzemidazole và nifurtimox.


10
1.1.2.3. Hoạt tính kháng u
Một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất của hợp chất thiosemicarbazone đang được
phát triển mạnh mẽ là sử dụng chúng kháng ung thư. Những năm đầu của thế kỷ 20, kết
quả hoạt tính kháng ung thư đầu tiên được xuất bản, 3-aminopyridine-2- carboxaldehyde
thiosemicarbazone có khả năng chống lại một số loại ung thư [52], [47]. Hoạt động
kháng ung thư của chúng rất hữu hiệu và phụ thuộc rất nhiều vào loại tế bào của khối u.
Sự chọn lọc trong quá trình tiêu diệt khối u làm cho đặc tính này của thiosemicarbazone
thật sự rất thú vị và thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu [24]. Gần đây, hiệu quả
được biết đến nhất liên quan đến thuốc kháng ung thư theo thứ tự phát hiện là men khử
ribonucleotide (ribonucleotide reductase) (RR) [16], sản xuất các loại các oxy hoạt tính
(ROS) [77], ức chế topoisomerase II [29], gián đoạn mitochondria [95], và gần đây hơn,
ức chế protein kháng thuốc (MDR1) [46], [91].
Những năm 60 của thế kỉ 20, đã có bước đột phá trong hiệu quả chống ung thư của
thiosemicarbazones. Tác dụng của 2-formylpyridine thiosemicarbazone(hình 1.9 (a))
chống bệnh ung thư máu được báo cáo lần đầu tiên bởi Brockman và cộng sự năm 1956
[15]. Gần mười năm sau đó, năm 1965, French và các cộng sự [24] đã xây dựng giả
thuyết về loại phản ứng của các phân tử thiosemicarbazone dị vòng α(N): các phân tử
hoạt động có cùng tính chất tridentate, cho phép chúng tạo những vòng càng hiệu quả
và có hoạt tính tốt hơn nếu được gắn vào các hệ thống vòng thơm. Dựa trên nguyên tắc
này, những nhà nghiên cứu đã dự đoán hoạt tính của pyrazine carboxaldehyde
thiosemicarbazone (hình 1.9 (b)) và 1-formylisoquinoline thiosemicarbazone (hình 1.9
(c)).

Hình 1.9. Các công thức của: 2-formylpyridine thiosemicarbazone (a),
pyrazine carboxaldehyde thiosemicarbazone (b),
1-formylisoquinoline thiosemicarbazone (c)


11
Giả thuyết đầu tiên về phản ứng của các hợp chất này, dựa vào hằng số tạo thành
cao của các phức chất kim loại của chúng, là khả năng tách sắt từ môi trường tế bào.
Các yêu cầu đối với hoạt tính đã được xác định với một hệ thống vòng càng NNS, cùng
với sự hiện diện của phân mảnh vòng thơm gắn với phân tử hydrazine của
thiosemicarbazide. Sartorelli và cộng sự [74] đã quan sát thấy rằng các hợp chất này bị
tác động bởi sự kết hợp của 3H thymidine vào DNA, đề xuất đầu tiên về sự ức chế men
khử ribonucleotide như là cơ chế hoạt động của các phân tử này. Men khử
Ribonucleotidelà một enzyme chứa sắt, thúc đẩy sự khử ribose thành deoxyribose thông
qua một cơ chế gốc tự do được kích hoạt bởi một gốc tự do tyrosyl. Sự ức chế enzym
này dẫn đến sự khóa pha tổng hợp của chu trình tế bào và cuối cùng tế bào chết do
apoptosis (sự rụng tế bào). Những nhà nghiên cứu cũng đã gián tiếp chứng minh rằng
các loại chất hoạt động là phức Fe(II) của 1-formylisoquinoline thiosemicarbazone. Trên
thực tế, người ta phát hiện ra rằng phức sắt và phức đồng có hoạt tính mạnh mẽ hơn
nhiều so với phối tử tự do [8].
Các dẫn xuất di-2-pyridylketone thiosemicarbazone có hoạt tính kháng ung thư đã
được thử nghiệm trên chuột thí nghiệm, trong đó di-2-pyridylketone-4,4-dimethyl-3thiosemicarbazone đã giảm sau 7 tuần điều trị [90]. Sau phát hiện này, các tác giả [13]
đã nghiên cứu hoạt tính của các phức Mn(II), Co(III), Ni(II), Cu(II) và Zn(II) các phối
tử này, cho thấy có hoạt tính tương đương với phối tử tự do. Các hợp chất này cực kỳ
hứa hẹn cho sự phát triển của thuốc chống ung thư.
1.1.3. Những yếu tố ảnh hưởng chính đến hoạt tính sinh học của
thiosemicarbazone
Thiosemicarbazone có khả năng ức chế tế bào ung thư trong cơ thể người theo cơ
chế đã được đề nghị: liên kết với các nucleotide thông qua hệ liên hợp N-N-CS, ngăn

chặn quá trình dịch mã và tổ hợp DNA của tế bào ung thư [7], [20], [44]. Altun và cộng
sự đã sử dụng phương pháp Electron-Topological Method (ETM) để tìm ra đặc điểm
quy định độc tính trong cấu trúc của thiosenicarbazone trên dòng HSV-1. Tác giả cho
rằng độc tính của thiosemicarbazone chủ yếu nằm trên nhóm C=N(1) quy định khả năng
gây độc tế bào. Khi nhóm C=N(1) bị khử thành CH-N(1)H thì hoạt tính hoàn toàn không
còn. Nhóm N(4)-aminyl càng kém ưa nước thì độc tính càng cao [7]. Theo Jonathan. R


12
và cộng sự, hoạt tính của thiosemicarbazone phụ thuộc chủ yếu vào tính “ưa lipit”
(lipophilicity) hay còn gọi tính kị nước vì thuốc di chuyển qua màng sinh học theo cơ
chế thụ động [20]. Theo nghiên cứu của Houssou năm 2013, khi sử dụng các dẫn xuất
thiosemicarbazone để kháng lại dòng tế bào trypanosoma brucei brucei. Hoạt tính tăng
lên khi di chuyển nguyên tử halogen (Cl hoặc Br) từ vị trí ortho đến vị trí para của vòng
benzene của acetophenone-thiosemicarbazone. Qua đó cho thấy sự có mặt của các nhóm
thế kị nước ở vị trí para là có lợi cho hoạt tính này. Việc thay thế nhóm metyl của
acetophenone-thiosemicarbazone bằng hydrogen đã làm giảm hoạt tính. Khi vòng
phenyl của acetophenone-thiosemicarbazone được thay thế bằng naphthyl, thì hoạt tính
sẽ tăng lên đáng kể [23]. Theo [76], các thiosemicabazone chứa hợp phần quinoline có
tính kị nước thấp hơn các hợp phần là các dẫn xuất của benzene. Có thể sắp xếp tính kị
nước của N(4)-aminyl theo thứ tự tăng dần theo hoạt tính: 2H<2CH3C2H5Năm 2010, nhóm tác giả [61] đã công bố một loạt dẫn xuất benzoyl
thiosemicarbazone của isoquinoline và pyridine (hình 1.10) có khả năng chống một số
dòng tế bào ung thư như HuCCA-1, Hep-G2, A549 và MOLT-3.

1. R = OMe
2. R = H

3. R = H

4. R = Ph

5. R1 = H; R2=Ph
6. R1 = Ph; R2=H

Hình 1.10. Một số thiosemicarbazone chứa isoquinoline và pyridine
Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học cho rằng hợp chất khi gắn nhóm thế phenyl
vào N(4) hoạt động nhất với chỉ số IC50 = 0,004 μg/mL, nhạy gấp hàng ngàn lần so với
N(3), cao hơn nhiều so với 1 và 2. Nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng hiệu ứng không
gian của nhóm phenyl kị nước đóng góp quan trọng trong việc thay đổi hoạt tính của


13
loại hợp chất hữu cơ này. Mặt khác, theo [64] các dẫn xuất của thiosemicarbazone được
tổng hợp từ quionline có khả năng chống lại dòng tế bào ung thư HCT116 (hình 1.11).

Hình 1.11. Một số thiosemicarbazone chứa dẫn xuất của quinoline
Năm 2012 nhóm tác giả Amoussatou Sakirigui và cộng sự đã kết hợp citral có
trong tinh dầu của loài cymbopogoncitratusis với thiosemicarbazide. Trong số 5 chất
được khảo sát, so với 4 hợp chất còn lại không có nhóm thế hay nhóm thế nhỏ ở N(4)
thì chỉ có citral 4-phenyl-3-thiosemicarbazone có hoạt tính đáng kể nhất (IC50= 1,96
μM). Đây còn là bằng chứng cho thấy sự ảnh hưởng quan trọng của nhóm thế N(4) đối
với khả năng hoạt động của thiosemicarbazone [72].
Kết luận: Khi nhóm thế ở thiosemicarbazone là aldehyde hay ketone có chứa nhân
thơm thì hoạt tính sinh học cao. Nhóm thế ở vị trí N (4) càng cồng kềnh, chứa nhiều dị
tố sẽ làm tăng hoạt tính sinh học của thiosemicarbazone [14], [64].
1.2. Phức chất chứa phối tử thiosemicarbazone và hoạt tính của phức chất chứa
phối tử thiosemicarbazone.
Đã có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến sự tạo phức chất với kim loại với
thiosemicarbazone nhằm hy vọng mong muốn có được hợp chất có hoạt tính sinh học

tốt hơn so với thiosemicarbazone tự do.
Trong dung dịch, thiosemicarbazone luôn tồn tại cân bằng thioketone-thiol, khi tạo
phức với các ion kim loại, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng (đặc biệt là pH) mà phức
chất có thể tồn tại dạng phức trung hòa, cation, anion. Trong hầu hết các nghiên cứu cho
thấy khi tạo phức tồn tại dạng thioketone là chủ yếu, tuy nhiên vẫn có báo cáo cho rằng,
có sự tồn tại đồng thời cả hai dạng khi tạo thành phức chất.


14
1.2.1. Khả năng phối trí của kim loại với thiosemicarbazone
Trong bộ khung của thiosemicarbazone chứa 2 nguyên tử nitrogen và một nguyên
tử sunlfur là những nguyên tử còn cặp electron tự do có khả năng tham gia phối trí với
ion kim loại. Với dung lượng phối trí là 2, thiosemicarbazone đóng vai trò như một phối
tử vòng càng. Nguyên tử N(1) của nhóm azomethine và sulfur (S) của thioketone hay
thiol tham gia tạo phức vòng càng, thường xảy ra khi phối tử này tạo thành anion bằng
cách giải phóng proton của nhóm NH(2) nhờ quá trình tautomer hóa. Quá trình này tiêu
tốn nhiều năng lượng, song nó được bù đắp bởi sự hình thành thêm một liên kết và hiệu
ứng chelate. Hiệu ứng đóng vòng này giúp hệ liên hợp trải dài hơn, kết quả làm bền hóa
phức tạo thành. Do đó, trong cầu phối trí của ion kim loại chuyển tiếp, thường có sự
phối trí cơ bản sau (hình 1.12):

Hình 1.12. Cách phối trí thông thường của thiosemicarbazone
Trong dung dịch thiosemicarbazones có thể tồn tại dưới dạng hỗn hợp cân bằng
tautomer thioketone dạng (I) và thiol dạng (II). Dạng thioketone khi phối trí với ion kim
loại tạo phức có dạng (III) và thiol có dạng (IV) (hình 1.13) [64].