TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP V ỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ CURC UMIN

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

NGÔ THỊ LIÊN

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT
KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ
CURCUMIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2017
i


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

NGÔ THỊ LIÊN

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT
KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ
CURCUMIN
Chuyên ngành

: Hóa Vô Cơ

Mã số

: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM CHIẾN THẮNG
GS. TS. TRIỆU THỊ NGUYỆT

Hà Nội – Năm 2017
ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ................................................................................... 2
1.1 Giới thiê ̣u về curcumin ................................................................................... 2
1.2 Giới thiệu về phức chất curcuminat kim loại .................................................. 4
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 6
2.1 Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 6
2.2 Mục đích, nội dung nghiên cứu ...................................................................... 6
2.3 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 7
2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ............................................................ 7
2.3.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ................................... 8
2.3.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS) .......................................................... 9
2.3.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể ................................................ 10
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM ........................................................................... 14
3.1 Dụng cụ và hóa chất ..................................................................................... 14
3.1.1 Dụng cụ.................................................................................................. 14
3.1.2 Hóa chất ................................................................................................. 14
3.2 Tinh chế curcumin ........................................................................................ 14

3.3 Tổng hợp phố i tử .......................................................................................... 14
3.3.1 Tổng hợp phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ...................................... 14
3.3.2 Tổng hợp phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) ................................... 15
3.4 Tổng hợp phức chất ...................................................................................... 15
3.4.1 Phức chất với phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin .......................................... 15

iii
i


3.4.2 Phức chất với phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin ....................................... 16
3.5 Các điều kiện thực nghiệm ........................................................................... 16
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 19
4.1 Nghiên cứu phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’-đibenzoylcurcumin
(HL2) .................................................................................................................. 19
4.2 Nghiên cứu phức chất của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’đibenzoylcurcumin (HL2) với kim loại chuyển tiếp ............................................ 30
4.2.1 Nghiên cứu phức chất Fe(III) ................................................................. 30
4.2.2 Nghiên cứu phức chất Co(II), Ni(II) và Cu(II) ........................................ 34
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 42
PHU ̣ LỤC............................................................................................................. 46

iiiv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Kết quả tổng hợp phức chất 4,4’-điaxetylcurcuminat kim loại ................ 16
Bảng 3.2 Tính tan của các phức chất trong một số dung môi ................................. 16
Bảng 3.3 Kết quả tổng hợp phức chất 4,4’-đibenzoylcurcuminat kim loại ............. 17
Bảng 3.4 Tính tan của các phức chất trong một số dung môi ................................. 17

Bảng 4.1 Một số dải hấp thụ đặc trưng trong phổ IR của curcumin và phối tử ....... 21
Bảng 4.2 Quy gán các tín hiệu trên phổ 1H NMR của curcumin, HL1 và HL2......... 24
Bảng 4.3 Quy gán các tín hiệu trên phổ 13C NMR của HL1 và HL2 ........................ 27
Bảng 4.4 Một số độ dài liên kết (Å) và góc liên kết (o) trong phối tử HL1 và HL2 .. 29
Bảng 4.5 Quy gán các tín hiệu trên phổ khối lượng ESI+ của phức chất [Fe(L1)3] .. 31
Bảng 4.6 Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ IR của phức chất [Fe(L1)3] và [Fe(L2)3]
so với phối tử......................................................................................................... 32
Bảng 4.7 Một số độ dài liên kết (Å) và góc liên kết (o) trong phức chất [Fe(L1)3] .. 34
Bảng 4.9 Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ IR của phối tử và phức chất ........... 37
Bảng 4.10 Một số độ dài liên kết (Å) và góc liên kết (o) trong các phức chất
[M(L1)2(CH3OH)2] (M = Co, Ni) và [Cu(L1)2] . 2CH3OH ...................................... 39

v
iii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hın
̀ h 1.1 Công thức cấu tạo của curcumin ............................................................... 2
Hı̀nh 1.2 Cân bằng tautome hóa và quá trı̀nh tách proton của curcumin trong dung
dich
̣ ......................................................................................................................... 3
Hın
̀ h 1.3 Cấu trúc của curcumin .............................................................................. 3
Hı̀nh 1.4 Liên kết phối trí giữa curcumin và ion kim loại ......................................... 4
Hı̀nh 2.1 Công thức cấu tạo dự kiến của phối tử (a) 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và
(b) 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) ........................................................................... 6
Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát cho việc xác định cấu trúc phân tử bằng phương pháp nhiễu
xạ tia X đơn tinh thể .............................................................................................. 12
Hình 4.1 Phổ IR của curcumin ............................................................................... 20

Hình 4.2 Phổ IR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ................................................. 20
2
Hın
̀ h 4.3 Phổ IR của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL ) .............................................. 21

Hı̀nh 4.4 Quy tắc đánh số khung cacbon cho phổ NMR của (a) curcumin, (b) HL1 và
(c) HL2 .................................................................................................................. 22
Hình 4.5 Phổ 1H NMR của curcumin ..................................................................... 23
Hình 4.6 Phổ 1H NMR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ....................................... 23
Hı̀nh 4.7 Phổ 1H NMR của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) .................................... 24
Hình 4.8 Phổ 13C NMR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ...................................... 25
Hình 4.8 Phổ 13C NMR của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) ...................................... 26
Hình 4.9 Phổ 13C NMR của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) ................................... 26
Hı̀nh 4.10 Cân bằng giữa hai dạng cấu trúc bất đối xứng xeto-enol ....................... 27
1
Hın
̀ h 4.11 Cấu trúc của 4,4’-điaxetylcurcumin (HL )............................................. 28
2
Hın
̀ h 4.12 Cấu trúc của 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL ). ......................................... 28

Hình 4.13 Cấu tạo của phối tử (a) HL1 và (b) HL2 ................................................. 29
Hình 4.14 Phổ khối lượng ESI+của phức chất [Fe(L1)3] ......................................... 31
Hình 4.15 Phổ IR của phức chất [Fe(L1)3] ............................................................. 32
Hình 4.16 Phổ IR của phức chất [Fe(L2)3] ............................................................. 32

viiv


1

Hın
̀ h 4.17 Cấu trúc phức chất [Fe(L )3]. ................................................................ 33

Hình 4.18 Phổ IR của phức chất [Co(L1)2] ............................................................. 35
Hình 4.19 Phổ IR của phức chất [Ni(L1)2] ............................................................. 35
Hình 4.20 Phổ IR của phức chất [Cu(L1)2] ............................................................. 35
Hình 4.21 Phổ IR của phức chất [Co(L2)2] ............................................................. 36
Hình 4.22 Phổ IR của phức chất [Ni(L2)2] ............................................................. 36
Hình 4.23 Phổ IR của phức chất [Cu(L2)2] ............................................................. 36
1
Hın
̀ h 4.24 Cấu trúc phức chất [M(L )2(MeOH)2] (M = Co, Ni) .............................. 38
1
Hın
̀ h 4.25 Cấu trúc phức chất [Cu(L )2] . 2CH3OH ................................................ 38

vii
v


LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Chiến Thắng và GS. TS.
Triệu Thị Nguyệt đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Em cũng xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Hùng Huy đã động viên,
khích lệ và tạo điều kiện để em có thể hoàn thành luận văn này.
Em xin cảm ơn các thầy cô giáo và các cô chú kĩ thuật viên trong Bộ môn Hóa
Vô Cơ đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình làm thực nghiệm.
Tôi cũng xin cảm ơn em Phạm Thu Thùy, các anh, chị và các bạn trong phòng

phức chất đã giúp đỡ tận tình, đóng góp nhiều ý kiến quí báu để bản luận văn này
hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và người thân đã tạo mọi điều
kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này.

Hà Nội, ngày 16 tháng 11 năm 2017
Học viên

Ngô Thị Liên

viii
vi


MỞ ĐẦU
Hàng ngàn năm qua, củ nghê ̣ (thuô ̣c ho ̣ gừng) đươ ̣c sử du ̣ng ở nhiề u nước
nhiê ̣t đới châu Á trong đó có Viê ̣t Nam như một phương thuốc chữa các bệnh về dạ
dày và gan. Củ nghê ̣ cũng đươ ̣c dùng để chữa lành các vết loét do những tính chất
kháng khuẩn cơ bản của nó. Bên ca ̣nh đó, bô ̣t nghê ̣là mô ̣t chấ t ta ̣o màu tự nhiên dùng
phổ biế n cho thức ăn hoă ̣c chấ t nhuô ̣m. Trong những năm gần đây, việc tổng hợp,
nghiên cứu cucumin, tinh chấ t tách chiế t đươ ̣c từ củ nghê,̣ ngày càng thu hút nhiều
nhà khoa học trên thế giới do những ứng du ̣ng tiề m năng trong điề u tri ̣ ung thư và
mô ̣t số bê ̣nh như như Alzheimer, Parkinson, bênh
̣ phổ i, bênh
̣ tim ma ̣ch, tiể u đường,
tăng cholesterol máu… Phức chấ t kim loa ̣i của curcumin và dẫn xuấ t cũng là đố i
tươ ̣ng nghiên cứu đươ ̣c quan tâm đă ̣c biê ̣t do sự tăng cường hoa ̣t tı́nh sinh ho ̣c và đô ̣c
tın
́ h ức chấ t tế bào ung thư so với phố i tử hữu cơ và các tın
́ h chấ t hóa lý vươ ̣t trô ̣i mà

phố i tử hữu cơ không có đươ ̣c.
Mă ̣c dù là đố i tươ ̣ng nghiên cứu với nhiề u ứng du ̣ng tiề m năng trong thực tiễn,
hiêṇ nay ở Viê ̣t Nam, phức chấ t kim loa ̣i của curcumin và dẫn xuấ t vẫn chưa đươ ̣c
quan tâm đúng mức. Vı̀ lý do này, chúng tôi lựa chọn hướng nghiên cứu:
“Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc một số phức chất kim loại chuyển tiếp với
phối tử dẫn xuất từ curcumin”
Hi vọng rằng các kết quả thu được trong luận văn này sẽ đóng góp phần nhỏ
vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất của curcumin với kim loại chuyển tiếp.

1


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Giới thiêụ về curcumin
Curcumin hay (1E,6E)-1,7-bis(4-hyđroxy-3-metoxyphenyl)hepta-1,6-đien3,5-đion là hợp chất hữu cơ có công thức cấ u ta ̣o như trong Hın
̀ h 1.1 dưới đây.

Hı̀nh 1.1 Công thức cấu tạo của curcumin.
Curcumin đươ ̣c biế t đế n là thành phần chính trong ho ̣ hơ ̣p chấ t hữu cơ đươ ̣c
chiế t tách từ củ nghệ. Curcumin tồ n ta ̣i ở dạng bột màu vàng với điểm nóng chảy
183°C, hầu như không tan trong nước, tan tốt trong dung môi phân cư ̣c như DMSO,
metanol, etanol, axetonitrin, điclometan, clorofom, etylaxetat …[15].
Curcumin được phân lâ ̣p lần đầu tiên vào năm 1815 bởi Vogel và Pelletie [29],
và phải hơn mô ̣t thế kı̉ sau đó, cấ u ta ̣o của hơ ̣p chấ t này lầ n đầ u tiên đươ ̣c mô tả bởi
Lampe và Milobedesk vào năm 1910 [10]. Năm 1918, Lampe và cô ̣ng sư ̣ đã tổ ng hơ ̣p
thành công curcumin từ cacbometoxy feruloyl clorua và etyl axetoaxetat [8]. Quy
trình tổng hợp đơn giản hơn với hiê ̣u suấ t cao hơn, sử du ̣ng axetyl axeton, B2O3,
anđehit thơm thế , triankyl borat và n-butylamin, đươ ̣c công bố bởi Pabon [12]. Hiêṇ
nay, đây là hai phương pháp chın
́ h trong tổ ng hơ ̣p các chấ t thuô ̣c ho ̣ curcumin

(curcuminoit).
Do thành phầ n cấ u ta ̣o có chứa hơ ̣p phầ n β-đixeton, curcumin có thể tồ n ta ̣i ở
hai da ̣ng tautome β-đixeton 1a và xeto-enol 1b trong cân bằ ng tautome hóa (Hın
̀ h
1.2). Cân bằ ng tautome hóa phu ̣ thuô ̣c vào đô ̣ phân cực của dung môi và pH của môi
trường. Trong dung môi không phân cực, da ̣ng xeto-enol 1b đươ ̣c bề n hóa bởi liên
kế t hiđro nô ̣i phân tử là da ̣ng tồ n ta ̣i chın
́ h. Da ̣ng β-đixeton 1a chiế m ưu thế trong
dung môi phân cực [3]. Sư ̣ phu ̣ thuô ̣c của cấ u trúc vào pH của môi trường thể hiêṇ
bản chấ t axit Brönsted yế u của curcumin. Các giá tri pK
̣ a cho ba quá trı̀nh tách proton

2


ứng với ba proton linh đô ̣ng của phân tử (mô ̣t proton enol và hai proton phenol) đươ ̣c
đưa ra dựa trên nghiên cứu sử du ̣ng phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân và phổ hấ p thu ̣
electron (Hı̀nh 1.2) [15].

Hı̀nh 1.2 Cân bằng tautome hóa và quá trı̀nh tách proton của curcumin trong
dung di ̣ch [15].
Cấ u trúc tinh thể của curcumin đã đươ ̣c xác đinh
̣ bằ ng phương pháp nhiễu xa ̣
tia X trên đơn tinh thể [11, 13, 18-19, 26]. Kế t quả đã chı̉ ra rằ ng: ở tra ̣ng thái rắ n,
curcumin tồ n ta ̣i ở da ̣ng xeto-enol 1b với liên kế t hiđro nô ̣i phân tử (Hı̀nh 1.3).

Hı̀nh 1.3 Cấu trúc của curcumin [13]. Các đường đứt nét biểu diễn các liên kết
hiđro nội phân tử.

3

Cho đến những năm 1970, các nghiên cứu trên curcumin chủ yế u tâ ̣p trung
vào cấu trúc hóa học, tổng hợp toàn phầ n, mô ̣t số tın
́ h chấ t sinh hóa và hoạt tính chống
oxi hóa. Sau công trın
̀ h của Aggarwal và cô ̣ng sư ̣ [23] về khả năng chố ng ung thư
của curcumin, ho ̣ hơ ̣p chấ t này thu hút đươ ̣c sư ̣ quan tâm của nhiề u nhà khoa ho ̣c trên
thế giới. Các nghiên cứu chuyên sâu còn cho thấ y tiề m năng sử du ̣ng curcumin trong
điề u tri ̣ mô ̣t số bê ̣nh như Alzheimer, Parkinson, bê ̣nh phổ i, bênh
̣ tim mạch, tiể u
đường, tăng cholesterol máu…
1.2 Giới thiệu về phức chất curcuminat kim loại
Curcumin ta ̣o thành phức chấ t bề n với nhiề u ion kim loa ̣i. Trong các phức chấ t
này, curcumin đóng vai trò phối tử hai càng mang mô ̣t điê ̣n tı́ch âm với bô ̣ nguyên tử
cho O, O của hơ ̣p phầ n β-đixeton (Hın
̀ h 1.4).

Hı̀nh 1.4 Liên kết phối trí giữa curcumin và ion kim loại
Tuy phức chất của các kim loại chuyển tiếp với curcumin đã được quan tâm
và nghiên cứu từ lâu, nhưng số lươ ̣ng công trı̀nh tâ ̣p trung vào nghiên cứu cấ u trúc
của các hơ ̣p chấ t này còn rấ t ha ̣n chế . Mô ̣t trong những nguyên nhân có le ̃ là do đô ̣
tan thấ p của curcuminat kim loa ̣i [15]. Cho tới nay các công bố về cấ u trúc của
curcuminat kim loa ̣i chủ yế u tâ ̣p trung vào phức chấ t hỗn hơ ̣p phố i tử [1, 6-7, 20-21]
hoă ̣c phức chấ t với dẫn xuấ t 4,4’-ankoxy của curcumin [30-31].
Hiê ̣n nay, các nghiên cứu về phức chấ t kim loa ̣i của curcumin đề u hướng tới
khả năng ứng dụng phức chấ t sản phẩ m trong các lĩnh vực y dược, hóa sinh. Mô ̣t số
nghiên cứu cho thấ y rằ ng: phức chất kim loại với curcumin có hoa ̣t tı́nh sinh ho ̣c và

4

đô ̣c tıń h tế bào cao hơn curcumin. Cu ̣ thể như: phức chất hỗn hơ ̣p curcumin và 4,4’bipyriđin với Zn2+ hiệu quả hơn curcumin trong ức chế tế bào ung thư [17, 16]. Phức
chất curcumin-terpyridyl La3+ có quang đô ̣c tı́nh (photocytotoxicity) cao với dòng tế
bào Hela [7]. Phức chất curcumin-bipyriđin với Pd2+ ức chế sự phát triển của tế bào
ung thư tiền liệt tuyến ở người [28].
Mô ̣t trong ứng du ̣ng khác trong y ho ̣c cũng đang đươ ̣c quan tâm là khả năng
phát huỳnh quang của các phức chất kim loại chuyển tiếp với curcumin ứng du ̣ng
trong viê ̣c xác định vị trí tế bào bi ̣ bê ̣nh. Các phức chất đấ t hiếm curcumin và dẫn
xuấ t của 1,10-phenantrolin hấp thụ hai photon ở trong khoảng bước sóng từ 700 đến
800 nm và có thể được sử dụng cho việc chụp ảnh dòng tế bào ung thư vú MCF-7
[25]. Phức chất [Re(CO)3(cucumin)H2O] với khả năng phát huỳnh quang và ái lực
với các mảnh β-amyloi, là tác nhân tiềm năng trong việc chu ̣p chiế u mô của các bệnh
nhân Alzheimer [27].

5


CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Như đã nêu ở phầ n Tổ ng quan, mă ̣c dù có rấ t nhiề u nghiên cứu liên quan tới
phức chấ t kim loa ̣i chuyể n tiế p của curcumin nhưng cấ u trúc của các hơ ̣p chấ t này
hầ u như chưa đươ ̣c nghiên cứu. Hạn chế này do đô ̣ tan thấ p của các phức chấ t, bắt
nguồn từ viê ̣c nhóm OHphenol của curcumin tách proton, tham gia phố i trı́ với ion kim
loa ̣i và ta ̣o nên các phức chất ở dạng polime. Do đó, trong nghiên cứu này nhóm
OHphenol của curcumin đươ ̣c ‘khóa’ bằ ng cách este hóa với anhyđrit axetic hoặc
benzoyl clorua. Sản phẩ m 4,4’-điaxetylcurcumin (Hı̀nh 2.1 a) và 4,4’đibenzoylcurcumin (Hình 2.1 b) đươ ̣c sử du ̣ng làm phố i tử cho các phản ứng ta ̣o phức
tiế p theo với mô ̣t số ion kim loa ̣i chuyể n tiế p daỹ thứ nhấ t như Fe3+, Co2+, Ni2+ và
Cu2+.

(a)

(b)

Hı̀nh 2.1 Công thức cấu tạo dự kiến của phối tử (a) 4,4’-điaxetylcurcumin (HL 1) và
(b) 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2).
2.2 Mục đích, nội dung nghiên cứu
Với mục đích hướng vào việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất kim
loại chuyển tiếp với dẫn xuất của curcumin, cụ thể là 4,4’-điaxetylcurcumin và 4,4’đibenzoylcurcumin, đề tài gồm những nội dung chính sau:
1. Tổng hợp hai phố i tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’-đibenzoylcurcumin
(HL2).

6


2. Xác đinh
̣ thành phầ n phân tử và cấ u trúc của phố i tử bằng phương pháp phổ
hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và đă ̣c biê ̣t là phương pháp nhiễu xạ
tia X đơn tinh thể.
3. Tổng hợp phức chất của phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’đibenzoylcurcumin (HL2) với một số́ ion kim loại chuyển tiếp daỹ thứ nhấ t
như Fe3+, Co2+, Ni2+ và Cu2+.
4. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc phức chất thu được bằng phương pháp phổ
hồng ngoại, phổ khối lượng và phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý phổ biến dùng để
nghiên cứu phức chất. Việc khai thác các dữ kiện thu được từ phổ hồng ngoại có thể
cung cấp nhiều thông tin cho phép xác định một cách định tính sự tạo thành phức chất
giữa phối tử và ion trung tâm. Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép xác định kiểu
phối trí và độ bền liên kết của kim loại – phối tử.

Khi phân tử vật chất hấp thụ năng lượng điện tử có thể dẫn đến các quá trình
thay đổi trong phân tử như quá trình quay, dao động, kích thích điện tử... Mỗi quá
trình như vậy đều đòi hỏi một năng lượng nhất định đặc trưng cho nó, có nghĩa là đòi
hỏi một bức xạ điện từ có tần số đặc trưng để kích thích. Trong đó, bức xạ hồng ngoại
đặc trưng cho sự kích thích quá trình dao động của các nhóm nguyên tử trong phân
tử. Mỗi một liên kết trong phân tử đều hấp thụ một bức xạ có tần số đặc trưng để thay
đổi trạng thái dao động của mình, tần số đặc trưng này không những phụ thuộc vào
bản chất liên kết mà còn phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo phân tử và các nguyên tử,
nhóm nguyên tử xung quanh.
Có hai kiểu dao động chính của phân tử là dao động hoá trị (làm thay đổi chiều
dài liên kết nhưng không thay đổi góc liên kết) và dao động biến dạng (làm thay đổi
góc liên kết còn độ dài liên kết không thay đổi). Đối với những phân tử gồm n nguyên
tử, người ta xác định là phải có 3n-6 (đối với phân tử không thẳng hàng) và 3n-5 (đối

7


với phân tử thẳng hàng) dao động chuẩn. Sự xuất hiện của một dao động trong phổ
hấp thụ hồng ngoại cần phải thoả mãn các điều kiện của quy tắc lọc lựa: năng lượng
của bức xạ phải trùng với năng lượng của dao động và sự hấp thụ của năng lượng
phải đi kèm với sự biến đổi của momen lưỡng cực của phân tử. Sự biến đổi momen
lưỡng cực càng lớn thì cường độ của các dải hấp thụ càng lớn. Vì vậy, những phân
tử có các yếu tố đối xứng thường cho phổ đơn giản hơn những phân tử không chứa
yếu tố đối xứng.
Khi tạo thành phức chất, các dải hấp thụ đặc trưng của các liên kết trong phối
tử thường bị dịch chuyển so với vị trí của nó trong phổ của phối tử tự do vì quá trình
tạo phức là quá trình chuyển electron từ phối tử đến các obitan trống của ion kim loại
để tạo liên kết phối trí nên làm giảm mật độ điện tử trên phân tử phối tử. Từ sự thay
đổi của các dải hấp thụ đặc trưng khi chuyển từ phổ của phối tử tự do sang phổ của
phức chất có thể thu được các dữ kiện về vị trí phối trí, dạng hình học, cũng như bản

chất của liên kết kim loại – phối tử trong phức chất.
2.3.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân là một trong những phương pháp
hiện đại nhất nhằm xác định cấu trúc của các hợp chất hóa học. So với phương pháp
phổ hồng ngoại, phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân cung cấp những thông tin
chính xác và cụ thể hơn.
Nhiều hạt nhân có spin – gọi là spin hạt nhân khác không. Theo cơ học lượng
tử, khi đặt các hạt nhân này trong từ trường sẽ có sự tách các trạng thái năng lượng.
Khi không có năng lượng kích thích, hạt nhân ở trạng thái cơ bản – có năng lượng
thấp nhất. Khi được kích thích bởi sóng điện từ có tần số υ (cỡ tần số sóng radio), hạt
nhân chuyển lên mức năng lượng cao nhờ hấp thụ năng lượng. Sự hấp thụ năng lượng
được ghi lại như một vạch phổ được gọi là một tín hiệu cộng hưởng. Mỗi giá trị υ đặc
trưng cho mỗi loại hạt nhân và môi trường từ (lớp vỏ electron, hạt nhân lân cận…)
xung quanh nó. Dựa trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân có thể thu được các thông tin:
-

Độ dịch chuyển hóa học đặc trưng cho môi trường xung quanh hạt nhân từ.

8


-

Hằng số tương tác spin-spin.

-

Cường độ tín hiệu (tỉ lệ với số hạt nhân từ).
Bằng cách xác định sự dịch chuyển tín hiệu cộng hưởng của nhóm chức chứa

proton trước và sau phản ứng có thể chứng minh nhóm chức đó đã tham gia liên kết
hay không. Để chứng minh quá trình tạo phức xảy ra cũng như việc xác định cấu trúc
của phức chất trước hết phải qui kết chính xác các pic trên phổ cộng hưởng từ hạt
nhân, đồng thời có sự so sánh rõ ràng tín hiệu phổ của phức chất và phối tử tự do.
2.3.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là sử dụng các phương
pháp khác nhau để chuyển chất nghiên cứu thành các ion phân tử hoặc ion phân mảnh,
tạo ra các ion phân tử có điện tích +1, +2, và -1 nhưng xác suất tạo ra ion điện tích
+1 là lớn nhất. Các ion có khối lượng m và điện tích z. Tỉ số m/z được gọi là số khối.
Nhờ một thiết bị đặc biệt, các ion có cùng tỉ số m/z sẽ đến detectơ của máy ở cùng
một thời điểm. Các ion có tỉ số m/z khác nhau sẽ đến detectơ ở các thời điểm khác
nhau. Do đó detectơ có thể xác định được hàm lượng I của các mảnh ion. Từ đó dựng
lên đồ thị giữa I và m/z, khi đó đồ thị được gọi là phổ khối lượng.
Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thông tin: khối lượng các phân
tử, các mảnh phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị. Khai thác triệt để các thông tin này có thể
góp phần lớn trong việc xác định được chính xác cấu trúc phân tử.
+ Pic đồng vị: Hợp chất phức thường được cấu tạo từ các nguyên tố có nhiều
đồng vị khác nhau. Điểm nổi bật trong các hợp chất phối trí là các cụm pic đồng vị
đặc trưng cho sự có mặt của các kim loại trung tâm và phối tử. Cường độ các pic
đồng vị trong cụm tỉ lệ với xác suất có mặt của các dạng đồng vị. Việc xác định được
tỉ lệ các pic trong cụm pic đồng vị cho phép qui kết được cụm pic đó với độ tin cậy
cao.
+ Sơ đồ phân mảnh: Dựa trên các mảnh phân tử nhận được từ khối phổ có thể
đưa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh của phân tử chất nghiên cứu. Hiện nay, có
rất ít công trình công bố về sự phân mảnh khối phổ của phức chất.

9


Để phá vỡ phân tử thành các phân tử nhỏ cần sử dụng một số phương pháp

như: phương pháp EI (Electron Ionzation), phương pháp FAB (Fast Atomic
Bombardment). Trong phương pháp EI, phân tử bị bắn phá trực tiếp bằng chùm
electron, do năng lượng bắn phá lớn, các phân tử thường bị vỡ vụn khi tiếp xúc với
chùm electron. Phương pháp FAB đã khắc phục được nhược điểm này, do trong quá
trình bắn phá còn xảy ra cả quá trình tái kết hợp.
Hiện nay, trong nước có một phương pháp khối phổ mới đó là phương pháp
ESI (Electronspray Ionzation). Khác với phương pháp trước, phương pháp ESI bắn
phá mẫu ở dạng bụi lỏng. Phương pháp ESI gồm bốn bước cơ bản sau:
+ Bước 1: Ion hóa mẫu trong dung dịch. Bước này thực hiện sự chuyển đổi
pH để tạo ra sự ion hóa trong dung dịch mẫu.
+ Bước 2: Phun mù. Dựa trên hai tác động là sức căng bề mặt và độ nhớt của
dung môi hòa tan mẫu để điều chỉnh áp suất phun dung dịch mẫu.
+ Bước 3: Khử dung môi. Giai đoạn này, phụ thuộc vào nhiệt bay hơi của dung
môi để cung cấp khí khô và nóng cho phù hợp sự bay hơi của dung môi.
+ Bước 4: Tách ion ra khỏi dung dịch. Ion được tách ra có thể là một phân tử
mẫu liên kết với H+ hay Na+, K+, NH4+, nếu chúng có mặt trong dung dịch hoặc có
thể là một ion mẫu khi mất đi một proton.
2.3.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
Khi chiếu tia X đi qua một đơn tinh thể của một chất cần nghiên cứu, tia X bị
nhiễu xạ và tách thành nhiều tia X thứ cấp. Nếu đặt một phim chụp (hay một detectơ)
phía sau tinh thể, ta có thể ghi lại hình ảnh của các tia nhiễu xạ là những nốt sáng.
Hai thông tin thu được từ vết nhiễu xạ là vị trí và cường độ của tia nhiễu xạ. Từ những
thông tin này, bằng những tính toán toán học ta có thể xác định vị trí của từng nguyên
tử có trong một ô mạng cơ sở và từ đó xây dựng được cấu trúc phân tử của chất cần
nghiên cứu.
Vị trí của các vết nhiễu xạ được giải thích bằng mô hình phản xạ của Bragg.
Trong đó, ảnh nhiễu xạ là kết quả của sự giao thoa các tia X phản xạ trên các họ mặt

10

phẳng nút hkl. Mối liên hệ giữa vị trí của các vết nhiễu xạ và cấu trúc tinh thể, hay
cụ thể hơn là các thông số mạng của tinh thể được thể hiện qua phương trình Bragg:
2dhkl.sinθ = λ
trong đó:

dhkl là khoảng cách giữa hai mặt liên tiếp trong họ mặt phẳng hkl.
θ là góc nhiễu xạ Bragg.
λ là bước sóng của tia X.

Cường độ của vết nhiễu xạ từ họ mặt phẳng hkl được biễu diễn thông qua thừa
số cấu trúc F(hkl) và tỉ lệ thuận với bình phương biên độ hàm sóng tổ hợp từ các sóng
nhiễu xạ tại các nguyên tử trong ô mạng cơ sở. Trong trường hợp tổng quát, nếu ta
có N nguyên tử trong ô mạng cơ sở, nguyên tử thứ j chiếm vị trí (xj, yj, zj). Biên độ
hàm sóng tổ hợp được tính theo công thức:
F(hkl) = A(hkl) 2 +B(hkl) 2
N

A(hkl) =  f j .cos2π(hx j +ky j +lz j )

với

j=1
N

B(hkl) =  f j .sin2π(hx j +ky j +lz j )
j=1

Trong đó fj là thừa số nhiễu xạ nguyên tử có giá trị phụ thuộc vào số electron
xung quanh hạt nhân hay nói cách khác phụ thuộc vào điện tích hạt nhân. Các nguyên

tố khác nhau sẽ có thừa số fj khác nhau.
Nói cách khác, nếu ta biết được bản chất của từng nguyên tử (loại nguyên tử
C, N hay Fe...) và vị trí của chúng trong ô mạng cơ sở, ta sẽ tính toán được thừa số
cấu trúc F(hkl) cho mọi vết nhiễu xạ. Cấu trúc phân tử của một chất chính là “mô
hình” cho các giá trị F(hkl) c tính toán phù hợp nhất với các giá trị F(hkl) o xác định
bằng thực nghiệm. Giá trị F(hkl) o tỉ lệ với căn bậc hai của cường độ ảnh nhiễu xạ đo
được trên phim chụp.
Quy trình chung của phương pháp nhiễu xạ tia X trên đơn tinh thể được đưa
ra trong Hình 2.2.

11


Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát cho việc xác định cấu trúc phân tử bằng phương pháp
nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
Để đánh giá độ sai lệch giữa cấu trúc lí thuyết tính toán được với số liệu thực
nghiệm người ta sử dụng các phương pháp thống kê. Dộ sai lệch R1 được tính bằng
công thức:

 F -F
R=
F
o

1

c

hkl

o

hkl

trong đó:

Fo là cường độ ảnh nhiễu xạ thực nghiệm
Fc là cường độ ảnh nhiễu xạ tính tự cấu trúc đã xác định

Đối với các phân tử nhỏ (dưới 100 nguyên tử) giá trị độ sai lệch R1 được chấp
nhận trong khoảng dưới 10%.
Vì rất nhiều chất, từ đơn giản như kim loại đến phức tạp như phân tử sinh học,
đều có thể tạo thành đơn tinh thể nên phương pháp nhiễu xạ tia X đóng vai trò quan
trọng trong sự phát triển của nhiều ngành khoa học như hóa học, sinh học, dược học…

12


Trong lĩnh vực hóa học phức chất nói chung và hóa học phức chất của dẫn xuất
cucumin nói riêng, nhiễu xạ tia X trên đơn tinh thể luôn là phương pháp nghiên cứu
hàng đầu.

13


CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM
3.1 Dụng cụ và hóa chất
3.1.1 Dụng cụ
- Cố c thủy tinh chiụ nhiêṭ dung tıć h 50ml, 100ml
- Phễu lo ̣c thủy tinh xố p

- Cân phân tı́ch
- Bế p điên,
̣ tủ sấ y, bı̀nh hút ẩ m
- Máy khuấ y từ
- Máy lọc hút chân không
3.1.2 Hóa chất
- Curcumin thương phẩm.
- Anhyđrit axetic, benzoyl clorua, pyriđin, trietylamin.
- Dung môi: axeton, axetonitrin, clorofom, DMF, điclometan, etanol, metanol.
- Muối của kim loại chuyển tiếp: Fe(NO 3)3.9H2O, CoCl2.6H2O, NiCl2.6H2O,
CuCl2.2H2O.
Ngoa ̣i trừ curcumin có chấ t lươ ̣ng thương phẩ m, tất cả hóa chất khác đều là hóa chất
tinh khiết phân tích (P.A).
3.2 Tinh chế curcumin
Đun nóng hỗn hơ ̣p 5 g cucumin trong 150 ml metanol ở 50-60°C trong một
giờ. Lọc nóng hỗn hợp thu đươ ̣c, loa ̣i bỏ bã rắ n. Sau khi làm bay hơi dung môi khỏi
dich
̣ lo ̣c, và làm khô dưới chân không thu đươ ̣c curcumin tinh khiế t ở da ̣ng bô ̣t. Hiệu
suất: 65%.
3.3 Tổng hợp phố i tử
3.3.1 Tổng hợp phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1)
Phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin được tổ ng hơ ̣p theo quy trình do Foti và cộng
sự công bố [5]. Hòa tan 0,8 g curcumin (2,18 mmol) trong 200 ml CH2Cl2 chứa 2 ml

14


pyriđin và 2 ml anhyđrit axetic. Sau khi khuấy và đun hồi lưu trong vòng 7 giờ, hỗn
hơ ̣p phản ứng đươ ̣c xử lý với lươ ̣ng dư dung dich
̣ HCl 0,1M và pha hữu cơ đươ ̣c chiế t

với CH2Cl2. Làm bay hơi hoàn toàn CH2Cl2 khỏi pha hữu cơ dưới áp suấ t thấ p thu
đươ ̣c 0,74 g chấ t rắ n màu vàng. Hiệu suất 75%.
3.3.2 Tổng hợp phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2)
Phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin được tổ ng hơ ̣p theo quy trình do Singletary
và cộng sự công bố [24]. Hòa tan 0,8 g curcumin (2,18 mmol) trong 200 ml CH2Cl2
chứa 2 ml pyriđin và 2 ml benzoylclorua. Sau khi khuấy và đun hồi lưu trong vòng 7
giờ, hỗn hơ ̣p phản ứng đươ ̣c xử lý với lượng dư dung dich
̣ HCl 0,1M và pha hữu cơ
đươc̣ chiết với CH2Cl2. Làm bay hơi hoàn toàn CH2Cl2 khỏi pha hữu cơ dưới áp suấ t
thấ p thu đươ ̣c 0,9 g chấ t rắ n màu vàng. Hiệu suất 72%.
3.4 Tổng hợp phức chất
3.4.1 Phức chất với phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin
Thêm từ từ 135,6 mg HL1 (0,3 mmol) vào 2 ml dung dich
̣ MeOH chứa 0,1
mmol Fe3+ hoặc 0,15 mmol M2+ (M = Co, Ni, Cu). Hỗn hợp phản ứng đươ ̣c khuấy và
đun nóng ở nhiệt độ 50-60°C trong 30 phút. Sau khi thêm 0,3 mmol Et3N, hỗn hợp
phản ứng tiếp tục đươ ̣c khuấy và đun nóng ta ̣i nhiệt độ 50-60°C trong 2 giờ để phản
ứng xảy ra hoàn toàn. Lọc, rửa kết tủa bằng MeOH. Làm khô trong chân không.
Thông tin chi tiế t về quá trı̀nh tổ ng hơ ̣p và tı́nh tan của phức chấ t lần lượt được đưa
ra trong Bảng 3.1 và 3.2.
Đơn tinh thể của phức chấ t Fe(III) thu đươ ̣c khi làm bay hơi châ ̣m dung dich
̣
phức chấ t trong hỗn hơ ̣p dung môi CHCl3/EtOH (tı̉ lê ̣ thể tıć h 3:2).
Đơn tinh thể của phức chấ t Co(II) và Ni(II) thu đươ ̣c khi làm bay hơi châ ̣m
dung dich
̣ phức chấ t trong hỗn hơ ̣p dung môi CH2Cl2/MeOH (tı̉ lê ̣ thể tıć h 3:2).
Đơn tinh thể của phức chấ t Cu(II) thu đươ ̣c khi làm bay hơi châ ̣m dung dich
̣
phức chấ t trong DMF.

15


Bảng 3.1 Kết quả tổng hợp phức chất 4,4’-điaxetylcurcuminat kim loại.
Màu dung

Màu dung dich
̣

Màu kết

Hiệu suất

dich
̣ muối

phản ứng

tủa

(%)

Fe(NO3)3 · 9H2O

vàng nâu

đen

đen

70

CoCl2 · 6H2O

tím

cam

nâu đỏ

76

NiCl2 · 6H2O

xanh

vàng

vàng nhạt

83

CuCl2 · 2H2O

xanh lam

nâu

nâu vàng

74

Muối

Bảng 3.2 Tính tan của các phức chất trong một số dung môi.
H2O

CH3OH

C2H5OH

CH2Cl2 DMF Axeton CH3CN

[Fe(L1)3] không tan không tan không tan

tan

tan

tan

tan

[Co(L1)2] không tan không tan không tan

tan

tan

tan

tan

[Ni(L1)2] không tan không tan không tan

tan

tan

tan

tan

[Cu(L1)2] không tan không tan không tan

tan

tan

tan

tan

3.4.2 Phức chất với phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin
Thêm từ từ 172,8 mg HL2 (0,3 mmol) vào 3 ml dung dich
̣ hỗn hợp
MeOH/CH2Cl2 chứa 0,1 mmol Fe3+ hoặc 0,15 mmol M2+ (M = Co, Ni, Cu). Hỗn hợp
phản ứng đươ ̣c khuấy và đun nóng ở nhiệt độ 50-60°C trong 30 phút. Sau khi thêm
0,3 mmol Et3N, hỗn hợp phản ứng tiếp tục đươ ̣c khuấy và đun hồi lưu trong 3 giờ để
phản ứng xảy ra hoàn toàn. Chất rắn thu được sau khi loại bỏ dung môi khỏi hỗn hợp

phản ứng, được rửa lại nhiều lần bằng nước cất, và làm khô. Phức chất được kết tinh
lại trong hỗn hợp dung môi MeOH/CH2Cl2. Thông tin chi tiế t về quá trı̀nh tổ ng hơ ̣p
và tı́nh tan của phức chấ t lầ n lươ ̣t đươ ̣c đưa ra trong Bảng 3.3 và 3.4.
3.5 Các điều kiện thực nghiệm
Phổ hồng ngoại được ghi trên máy IR Affinity – 1S Shimadzu trong vùng 400
– 4000 cm-1 tại Bộ môn Vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên,
Đa ̣i ho ̣c Quốc gia Hà Nô ̣i. Mẫu được ép viên rắn với KBr.

16


Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C được ghi trên máy Bruker-500MHz ở
300K, dung môi CDCl3 tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam.
Bảng 3.3 Kết quả tổng hợp phức chất 4,4’-đibenzoylcurcuminat kim loại.
Màu dung

Màu dung dich
̣

Màu kết

Hiệu suất

dich
̣ muối

phản ứng

tủa

(%)

Fe(NO3)3 · 9H2O

vàng nâu

đen

đen

75

CoCl2 · 6H2O

tím

cam

đỏ cam

80

NiCl2 · 6H2O

xanh

vàng

vàng nhạt

78

CuCl2 · 2H2O

xanh lam

vàng nâu

xanh lá

76

Muối

Bảng 3.4 Tính tan của các phức chất trong một số dung môi.
H2O
[Fe(L2)3]
[Co(L2)2]
[Ni(L2)2]
[Cu(L2)2]

không
tan
không
tan
không
tan
không
tan

CH3OH
không tan
không tan

không tan

không tan

C2H5OH
không
tan
không
tan

CH2Cl2

DMF

Axeton

CH3CN

tan

tan

ít tan

tan

tan

tan

ít tan

tan

không

không

tan

tan

không

không

tan

tan

không

không

tan

tan

không

không

tan

tan

tan

tan

Dữ kiện nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của phố i tử và phức chất được đo trên máy
nhiễu xạ tia X Bruker D8 Quest tại Bộ môn Vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học
Khoa học Tự Nhiên, Đa ̣i ho ̣c Quố c gia Hà Nô ̣i. Đối âm cực Mo với bước sóng Kα (λ
= 0,71073 Å). Quá trình xử lý số liệu và hiệu chỉnh sự hấp thụ tia X bởi đơn tinh thể
được thực hiện bằng phần mềm chuẩn của máy đo. Cấu trúc được tính toán và tối ưu
hóa bằng phần mềm SHELXS-97 [22]. Vị trí các nguyên tử hydro được xác định theo

17