Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức Co(II) với 4 metylthiosemicacbazon isatin

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ........................................................................................................ i
Lời cam đoan......................................................................................................... ii
Lời cảm ơn ............................................................................................................ iii
Mục lục ................................................................................................................. 1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .................................................................. 3
Danh mục các bảng, danh mục các hình ................................................................ 4
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 5
Chƣơng 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................ 7
1.1. Giới thiệu về coban ......................................................................................... 7
1.1.1. Lịch sử của coban ........................................................................................ 7
1.1.2. Tr ng thái t nhi n....................................................................................... 8
1.1.3. Thu c t nh của coban ................................................................................... 8
1.1.4. T nh chất hóa học của coban ........................................................................ 9
1.1.5. M t số thông tin khác của coban .................................................................. 9
1.1.6. Vai trò sinh học của coban ........................................................................... 10
1.2. Giới thiệu về isatin.......................................................................................... 11
1.2.1. M t vài t nh chất của isatin .......................................................................... 11
1.2.2. Điều chế, ứng dụng ...................................................................................... 12
1.3. Giới thiệu về thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ....................................... 13
1.4. Phức chất của thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ..................................... 15
1.5. M t số ứng dụng của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của
chúng ........................................................................................................ 20
1.6. Các phương pháp nghi n cứu cấu trúc và xác định ho t t nh sinh học ............. 25
1.6.1. Phương pháp phổ khối lượng ....................................................................... 25
1.6.1.1. Phổ khối lượng trong việc xác định cấu trúc ............................................. 25
1.6.1.2. Xác định cụm pic đồng vị trong phổ khối lượng theo phương pháp
tính toán .................................................................................................... 26
1.6.2. Phương pháp phổ c ng hưởng từ h t nhân ................................................... 26
1.6.3. Phương pháp đo đ dẫn điện dung dịch........................................................ 27

1


1.6.4. Chương trình phổ 1H-NMR mô phỏng ......................................................... 27
1.6.5. Phương pháp thử ho t t nh sinh học ............................................................. 28
1.6.5.1. Thử ho t t nh kháng vi sinh vật kiểm định ................................................ 28
1.6.5.2. Thử khả năng gây đ c tế bào..................................................................... 29
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM .... 30
2.1. Đối tượng nghi n cứu ..................................................................................... 30
2.2. Kĩ thuật th c nghiệm ...................................................................................... 30
2.3. Th c nghiệm................................................................................................... 30
2.3.1. Hóa chất ..................................................................................................... 30
2.3.2. Quá trình tổng hợp ...................................................................................... 30
2.3.2.1. Tổng hợp 4-metylthiosemicacbazon isatin ................................................ 30
2.3.2.2. Tổng hợp phức chất giữa 4-metylthiosemicacbazon isatin với Co(II) ........ 31
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 32
3.1. Phổi khối lượng và cấu trúc của phức chất ...................................................... 32
3.2. Đ dẫn điện của dung dịch phức chất.............................................................. 39
3.3. Ho t t nh sinh học của phối tử và phức chất .................................................... 40
3.3.1. Thử ho t t nh kháng vi sinh vật kiểm định ................................................... 40
3.3.2. Thử khả năng gây đ c tế bào ....................................................................... 41
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 44
PHỤ LỤC ............................................................................................................. P1

2


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu và viết tắt

Viết đầy đủ

H24methis

: 4-metylthiosemicacbazon isatin

[Co(H4methis)2]

: Phức tạo thành giữa 4-metylthiosemicacbazon
isatin với Co(II)

[Co(H4methis)(Cl2)(H2O)] :Phức tạo thành giữa 4-metylthiosemicacbazon
isatin với Co(II)
NMR

: Nuclear magnetic resonance
(Cộng hưởng từ hạt nhân)

MS

: Mass Spectrum (Phổ khối lượng)

DMSO

: Dimetylsunfoxit

DMF

: Dimetylfomamit

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của mẫu
Bảng 3.2: Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của mẫu
HIEN 11-4.0
Bảng 3.3: Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của mẫu
HIEN 12-7.0
Bảng 3.4: Độ dẫn điện của các dung dịch phức chất
Bảng 3.5: Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của phối tử và phức chất
Bảng 3.6: Kết quả thử khả năng gây độc tế bào của phối tử và phức chất

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Sự biến thiên nồng độ của

C

OH (1) và thiosemicacbazit (2) theo pH

Hình 3.1:

Phổ khối lượng của mẫu HIEN - LINGAND

Hình 3.2:

Sơ đồ phân mảnh của mẫu HIEN - LINGAND

Hình 3.3: Phổ khối lượng của mẫu HIEN 11 – 4.0
Hình 3.4: Sơ đồ phân mảnh của mẫu HIEN 11 – 4.0
Hình 3.5: Phổ khối lượng của mẫu HIEN12 – 7.0
Hình 3.6: Sơ đồ phân mảnh của mẫu HIEN12-7.0
Hình 3.7: Công thức cấu tạo của phức Co(H4methis)(Cl2)(H2O)
Hình 3.8: Công thức cấu tạo của phức Co(H4methis)2

4


MỞ ĐẦU
Nguy n tử kim lo i chuyển tiếp có nhiều obitan hoá trị, trong đó có nhiều
obitan trống và có đ âm điện lớn hơn kim lo i kiềm, kim lo i kiềm thổ cho n n rất
có khả năng nhận cặp electron và là chất t o phức tốt, v dụ như: Fe, Co, Ni…[10].
Tổng hợp các phức chất là m t phần quan trọng của hóa học nói chung và của
hóa học các hợp chất phối tr nói ri ng. Như đã biết, việc điều chế những phức chất
đầu ti n và nghi n cứu về chúng đã dẫn đến s phát triển những khái niệm và lý
thuyết quan trọng trong hóa học của các phức chất [11].
Phức chất có ứng dụng rất nhiều trong th c tế, đặc biệt là phức của kim lo i
chuyển tiếp. Trong lĩnh v c sinh hoá và y học những nghi n cứu mới đây cho thấy
rằng phức chất có vai trò quan trọng đối với s sống. Chúng tham gia vào các quá
trình t ch luỹ và chuyển hoá các chất, chuyển hoá năng lượng, tham gia các phản
ứng oxi hoá - khử, hình thành và phá vỡ các li n kết hoá học…[1], [2].
Ho t t nh kháng nấm, kháng khuẩn, kháng vi rút cũng như khả năng ức chế s
phát triển khối u của thiosemicacbazon và dẫn xuất của chúng đã nhận được s
quan tâm đáng kể bởi các nhà nghi n cứu. Cấu trúc của thiosemicacbazit cho phép
nó có khả năng t o phức tốt và khả năng này được tăng l n khi ngưng tụ với hợp
chất cacbonyl th ch hợp có trung tâm nhường electron m nh làm cho
thiosemicacbazon t o thành có thể đóng vai trò như m t phối tử ba càng. Nhiều

công trình cho thấy ho t t nh sinh học của thiosemicacbazon tăng l n đáng kể khi
t o phức [14], [25].
Đã có nhiều kết quả nghi n cứu và công bố về phức chất của nhóm
thiosemicacbazon với các kim lo i chuyển tiếp như Pt, Pd, Cu, Ni, Fe(III)… [1],
[2], [4], [5], [12], [13], [14], [15], [19], [23], [24], [28], [36]. Nhằm làm phong phú
th m lĩnh v c nghi n cứu phức chất của coban với các phối tử có ho t t nh sinh học
thu c họ thiosemicacbazon n n chúng tôi chọn đề tài nghi n cứu là:
“Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức
giữa 4-metylthiosemicacbazon isatin với Co(II) ”
N i dung đề tài tập trung vào những phần ch nh sau:
- Tổng hợp phức chất 4-metylthiosemicacbazon isatin với Co(II)
- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt đ , nồng đ , pH, thời gian t o phức.

5


- Khảo sát tỉ lệ giữa ion kim lo i với phối tử.
- Sử dụng phổ khối lượng của các phức tổng hợp được như m t công cụ quan
trọng để xác định cấu trúc phức.
- Sử dụng phần mềm hoá học để khảo sát cấu trúc của phối tử (về mặt l
thuyết) nhằm hỗ trợ cho việc phân t ch cấu trúc phức từ dữ kiện th c nghiệm.
- Tiến hành thử ho t t nh sinh học để thăm dò khả năng kháng nấm, kháng
khuẩn cũng như khả năng ức chế tế bào ung thư của các phức chất.
Chúng tôi hi vọng rằng, các kết quả nghi n cứu của đề tài này sẽ làm phong
phú th m lĩnh v c nghi n cứu phức chất của coban với các phối tử có ho t t nh sinh
học thu c họ thiosemicacbazon và bước đầu sử dụng các hợp chất này vào lĩnh v c
y học.

6

Chƣơng 1

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1 1 GIỚI THIỆU VỀ COBAN
1.1.1. Lịch sử của coban
Coban đã được biết đến từ thời cổ đ i thông qua những hợp chất t o cho thủy
tinh có màu xanh dương đậm.
Georg Brandt (1694-1768) là nhà khoa học đã phát hiện ra coban. Thời điểm
phát hiện vào khoảng thời gian (1730 - 1737). Ông đã chứng minh rằng coban là
nguồn gốc t o ra màu xanh dương trong thủy tinh, mà trước đây được người ta cho
là do bitmut (Bismuth) (được phát hiện cùng với coban).

Thủy tinh có màu xanh coban
Trong suốt thế kỷ 19, coban xanh dương được sản xuất t i nhà máy
Blaafarveværket (Na Uy), sản lượng coban sản xuất t i đây chiếm 70-80% sản
lượng thế giới.
Vào năm 1938, John Livingood và Glenn Seaborg đã phát hiện đồng vị Co-60.
T n gọi coban (cobalt) có xuất xứ từ tiếng Đức kobalt hoặc kobold, nghĩa là
linh hồn của quỷ dữ. T n này do những người thợ mỏ đặt ra vì nó mang t nh đ c
h i, gây ô nhiễm môi trường, và làm giảm giá trị những kim lo i khác, như niken.
Những nguồn khác thì l i cho rằng t n gọi phát sinh từ những người thợ mỏ b c vì
họ tin rằng coban được đặt ra bởi kobolds là những người đã từng đánh cắp b c.
M t vài nguồn khác cho rằng t n gọi có xuất xứ từ tiếng Hy L p kobalos, nghĩa là
'mỏ', và có thể có nguồn gốc chung với kobold, goblin, và cobalt [10].

7


1.1.2 Tr ng th i t nhi n

Coban không thể tìm thấy như là m t kim lo i t do, mà nói chung là ở trong
các d ng quặng. Người ta ít khi khai thác coban ri ng rẽ, mà có xu hướng lấy coban
như là m t sản phẩm phụ trong ho t đ ng khai thác niken và đồng. Những quặng
coban chính là cobaltite, erythrite, glaucodot, và skutterudite. Những quốc gia sản
xuất nhiều coban nhất thế giới là C ng hòa dân chủ Côngô, Trung Quốc, Zambia,
Nga, và Úc. Coban còn được tìm thấy ở Phần Lan, Azerbaijan, và Kazakhstan. Nó
còn được sản xuất ở thành phố Cobalt, tỉnh Ontario, ở Canada ở d ng sản phẩm phụ
của ho t đ ng khai thác b c.

Quặng coban
Coban trong t nhi n bao gồm 1 đồng vị ổn định là 59Co. Coban có 22 đồng vị
phóng x . Những đồng vị phóng x ổn định nhất là 60Co có chu kỳ bán rã là 5,2714
năm, 57Co có chu kỳ bán rã là 271,79 ngày, 56Co có chu kỳ bán rã là 77,27 ngày, và
58

Co có chu kỳ bán rã 70,86 ngày. Tất cả đồng vị phóng x còn l i có chu kỳ bán rã

t hơn 18 giờ và phần lớn những đồng vị này có chu kỳ bán rã t hơn 1 giây. Nguy n
tố này cũng có 4 đồng phân phóng x , tất cả các đồng phân này đều có chu kỳ bán
rã t hơn 15 phút. Các đồng vị của coban có trọng lượng nguy n tử từ 50 amu (50Co)
đến 73 amu [6], [10].
1.1.3. Thuộc tính của coban
Coban là kim lo i màu trắng b c, có từ t nh m nh, nhiệt đ Curie vào khoảng
1388 K. Coban và niken là hai thành phần đặc trưng trong thép thiên th ch. Trong
cơ thể đ ng vật tồn t i m t lượng nhỏ các muối coban. Đồng vị phóng x nhân t o
Coban-60 được sử dụng làm tác nhân kiểm tra phóng x và điều trị ung thư. Đ
thấm từ của coban bằng 2/3 của sắt. Coban kim lo i thông thường biểu hiện ở d ng
hỗn hợp của hai cấu trúc tinh thể lục phương đặc kh t và lập phương tâm mặt với
nhiệt đ chuyển tiếp khoảng 722 K. Tr ng thái ôxi hóa phổ biến của nó là +2 và +3,
rất t hợp chất trong đó coban có hóa trị +1 tồn t i [10].

8


C c mảnh coban điện phân
1.1.4 Tính chất hóa học của coban
Coban nằm ở nhóm VIIIB, chu kỳ IV trong bảng hệ thống tuần hoàn
Mendeleep, thu c nhóm các nguy n tố họ d. Cấu hình electron: [Ar]3d74s2.
Về mặt hóa học, coban là kim lo i có ho t t nh hóa học trung bình. Nó bền
trong kh quyển ở nhiệt đ thường. Ở nhiệt đ cao nó bị oxi hóa thành Co3O4. Ở
trên 9000C sản phẩm l i là CoO. Cũng có thể điều chế CoO bằng cách cho hơi nước
tác dụng với kim lo i nóng đỏ. Khi đun nóng coban cũng tác dụng với các phi kim
khác như: B, C, P, S..., nhưng không tác dụng với H2và N2.
Thế khử của cặp Co2+/Co bằng -0,28V, do đó coban có thể tan chậm trong các
axit không có t nh oxi hóa, giải phóng hiđro [6].
Co + 2HCl  CoCl2 + H2
Co + H2SO4(l)  CoSO4 + H2
Khi tác dụng với HNO3 dù loãng hay đặc, coban đều chỉ t o thành Co2+:
3Co + 8HNO3(l)  3Co(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Co + 4HNO3(đ)  Co(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
1.1.5. Một số thông tin khác của coban
Tổng qu t
Số hiệu nguy n tử

27

Phân lo i

kim lo i chuyển tiếp

Nhóm, chu kì, khối

VIIIB, 4, d

Khối lượng ri ng; đ cứng

8900 kg/m3; 5,0

Bề ngoài

kim lo i màu sáng nhẹ ánh kim

9


Tính chất nguy n tử
Khối lượng nguy n tử

58,9331195 đvC

Bán k nh nguy n tử

125 pm

Bán k nh c ng hoá trị

126 pm

Cấu hình electron

[Ar] 3d74s2
2, 8, 15, 2

Electron trên vỏ điện tử

Tr ng thái oxi hoá (oxit)

2,3 (lưỡng t nh)

Cấu trúc tinh thể

hình lục giác
Tính chất vật lý

Tr ng thái vật chất

rắn

Điểm nóng chảy

1768 K (2723 0F)

Điểm sôi

3200 K (5301 0F)

Nhiệt bay hơi

377 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy

16,06 kJ/mol

Vận tốc âm thanh

4720 m/s t i 293,15 K
Thông tin khác

Đ âm điện

1,88 (thang Pauling)

Nhiệt dung ri ng

421 J/(kg.K)

Đ dẫn điện

1,603x107 /Ω.m

Đ dẫn nhiệt

100W/(m.K)

Năng lượng ion hoá

1. 760,4 kJ/mol
2. 1648 kJ/mol
3. 3232 kJ/mol

1.1.6 Vai trò sinh học của coban
Nhiều sinh vật sống (kể cả người) phải cần đến m t lượng nhỏ coban trong
cơ thể để tồn t i. Cho vào đất m t lượng nhỏ coban từ 0,13-0,30 mg/kg sẽ làm tăng
sức khoẻ của những đ ng vật ăn cỏ. Coban là thành phần trung tâm của vitamin
cobalamin, hoặc vitamin B-12.

10


Ứng dụng trong y học
Đồng vị Co-60 (60Co) là kim lo i phóng x dùng trong x trị. Nó t o ra hai tia
gamma với năng lượng lần lượt là: 1,17 MeV và 1,33 MeV. Nguồn Co-60 có đường
k nh khoảng 2 cm và được t o ra bằng cách t o m t vùng nửa tối, làm cho góc của
vùng bức x bị mờ đi. Kim lo i này có đặc t nh t o ra bụi mịn, gây ra vấn đề về bảo
vệ bức x . Nguồn Co-60 hữu dụng trong vòng khoảng 5 năm, nhưng ngay cả sau
thời điểm này, mức đ phóng x vẫn rất cao. Vì vậy máy móc dùng coban đã không
còn được sử dụng r ng rãi ở các nước phương Tây. Hiện nay, người ta sử dụng phổ
biến máy gia tốc h t tuyến t nh thay cho máy móc dùng coban trước đây.
Cảnh b o
B t kim lo i coban dễ bùng cháy khi tiếp xúc với lửa. Các hợp chất của coban
phải được xử lý cẩn thận do có đ c t nh nhẹ.
60

Co là nguồn phát ra tia gamma m nh n n tiếp xúc với nó sẽ dẫn đến nguy cơ

ung thư. Nuốt 60Co sẽ khiến coban thâm nhập vào mô tế bào và quá trình thải ra rất
chậm ch p. 60Co là yếu tố rủi ro gây tranh cãi về vấn đề h t nhân vì nguồn nơtron sẽ
chuyển hóa 59Co thành đồng vị này. M t số mô hình vũ kh h t nhân có chủ ý gia
tăng lượng 60Co phát tán dưới hình thức bụi phóng x nguy n tử – n n có khi người

ta gọi đó là bom bẩn hoặc bom coban. M t nhà khoa học hàng đầu đã d đoán rằng
lo i bom này có khả năng hủy diệt tất cả s sống tr n Trái Đất. Nếu nguy n nhân
bắt nguồn không phải là m t cu c chiến tranh h t nhân, thì cũng do việc xử lý
không phù hợp (hoặc tr m cắp) các b phận của máy x trị y học. Tuy nhi n, tia
gamma phát ra từ

60

Co hiện đang được sử dụng để diệt vi khuẩn và tăng sức đề

kháng tr n rau quả [6], [10].
1 2 GIỚI THIỆU VỀ ISATIN
1.2.1. Một vài tính chất của isatin
Isatin (hay tên UIPAC là 1H-indo-2,3-đion) - m t dẫn xuất của Indol, là chất rắn màu đỏ da cam, nhiệt
đ nóng chảy 198-2040C. Isatin không tan trong nước, tan nhiều trong rượu và benzen, có công thức
cấu t o như sau:

O
N

O

H

11


Isatin có thể được axyl hoá tr n dị tố nitơ và tham gia các phản ứng ngưng tụ tr n
nhóm cacbonyl [21].
Isatin có thể tham gia phản ứng thế với các halogen trong dung dịch nước với s có

mặt của axit làm chất xúc tác.
O
N

O

Br

0

+ Br2

O

10-15 C
- HBr

N

H

O

H

1 2 2 Điều chế, ứng dụng

Isatin có thể được tổng hợp từ s đóng vòng sản phẩm ngưng tụ của cloran
hydrat, anilin và hydroxylamin trong axit sunfuric (phương pháp Sandmeyer).
Đây là phương pháp mang l i hiệu suất cao nhất

OH
NH2

Cl3C

NH

O

OH
HO

NH 2

H2SO4

O

N

N

OH

H

O

Ngoài ra, isatin còn có thể được điều chế từ indol tương ứng cho hiệu suất cao bằng
hỗn hợp của InCl3 và IBX trong axetonitrin ở 800C.

Năm 1941 Erdman và Laurent thu được hợp chất này như là sản phẩm của s
oxi hoá thuốc nhu m Inđigo bởi axit nitric và axit cromic. Hợp chất này cũng tìm
thấy nhiều trong các cây trồng.
Phương trình phản ứng minh ho :
OO

N
H

N
H

O
O
HNO 3 hay CrO 3

2
N
H

O

Isatin được sử dụng làm thuốc thử phân t ch hữu cơ và tác nhân tổng hợp hữu cơ,
đặc biệt trong phản ứng Pfitzinger (m t trong các phương pháp tổng hợp vòng
quinolin) [21]. Ngoài ra, isatin còn có nhiều ho t t nh quý cũng như có khả năng
phối tr với nhiều kim lo i t o những phức chất có nhiều ứng dụng trong các lĩnh
v c như phân t ch, y học, xúc tác

12

1.3. GIỚI THIỆU VỀ THIOSEMICACBAZIT VÀ
THIOSEMICACBAZON
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt đ nóng chảy 181  1830C,
có công thức cấu t o như sau:

Các nguy n tử N(1), N(2), N(3), C và S hầu như nằm tr n m t mặt phẳng. Liên
kết C=S có đ b i nhỏ hơn 2, li n kết C-N(1) và C-N(2) có đ b i lớn hơn 1, còn các
li n kết khác có đ b i gần bằng m t.
Thiosemicacbazit có khả năng ngưng tụ với các hợp chất cacbonyl để t o
thành thiosemicacbazon.
R

R
C

O +

H2N

NH

R'

C

NH2

C

- H2O

N

NH

R'

S

C

NH2

S

Phản ứng này được th c hiện trong môi trường etanol - nước có axit axetic
làm xúc tác.
Hợp chất cacbonyl phản ứng với thiosemicacbazit qua 2 giai đo n như sau:
R
C

O +

H2N

NH

R'

C

R

(1)

NH2

C
R'

S

R

NH

NH

OH

C

NH2

S

R
C

NH

NH

R' OH

C

NH2

(2)

C

N

NH

R'

S

C

NH2 + H2O

S

Giai đo n (1) của phản ứng là giai đo n c ng nucleophin:
R

R
C
R'

O + H2N

NH

C

NH2

chậm

C
R' O-

S

13

NH2 NH

C
S

NH2

R

R
C

NH2 NH

R' O-

C

nhanh

NH2

C

NH

NH

C

R' OH

S

NH2

S

Giai đo n này được xúc tác bằng axit axetic vì axit ho t hoá nhóm cacbonyl
bằng cách proton hoá nhóm này.
R

R
C

O +

H+

C

R'

OH

R'

R

R
C

OH

+ H2N

NH

R'

C

NH2

C

NH2 NH

R' OH

S

R

C

NH2

S

R
C

NH2 NH

R' OH

C

NH2

C

-H+

NH

NH

R' OH

S

C

NH2

S

Như vậy, s có mặt của axit trong môi trường sẽ làm cho tốc đ của phản
ứng tăng l n. Tuy nhi n, nếu cứ tăng nồng đ của axit thì đến mức nào đó tốc đ
phản ứng sẽ giảm đi vì khi ấy nồng đ của tác nhân nucleophin bị giảm đi do s
proton hoá thiosemicacbazit.
H2N

NH

C

H3N

NH2 + H+

NH

C

NH2

S

S

S biến thi n nồng đ của các chất phản ứng theo pH trong giai đo n (1) có
thể biểu diễn bằng hình 1.1.

Hình 1.1: Sự biến thiên nồng độ của

C

14

OH (1) và thiosemicacbazit (2) theo pH


Giai đo n (2) của phản ứng xảy ra như sau:
R

R
C

'

R

NH

NH

OH

C

NH2

+

+ H

C

NH

NH

R' OH
2

S

R

C

NH2

S

R
C

NH

NH

R' OH
2

C

NH2

C

-H2O

NH

R'

S

R

NH

C

NH2

S

R
C

NH

R'

NH

C
S

NH2

-H+

C

N

NH

R'

C

NH2

S

Tốc đ của phản ứng giữa hợp chất cacbonyl với thiosemicacbazit cũng phụ
thu c hiệu ứng không gian của nhóm thế nối với nhóm cacbonyl.
Ở tr ng thái rắn, trong phân tử thiosemicacbazit cũng như phân tử
thiosemicacbazon, nguy n tử S và N(3) nằm ở vị tr trans với nhau qua li n kết
C-N(2). Nguy n nhân của hiện tượng này là do có s

xuất hiện li n kết hiđro

N(1) H…N(3) [12].
Với s đa d ng về t nh chất và phong phú về số lượng của các hợp chất
cacbonyl, có thể tổng hợp được rất nhiều thiosemicacbazon khác nhau. Mặt khác,
thiosemicacbazon l i có nhiều ho t t nh sinh học qu cũng như có khả năng phối tr
với nhiều kim lo i t o ra những phức chất có nhiều ứng dụng trong các lĩnh v c như
xúc tác; phân tích; y học [3], [4], [29]. Vì vậy, ngày càng có nhiều nhà khoa học
quan tâm nghi n cứu tổng hợp các thiosemicacbazon mới.

1.4. PHỨC CHẤT CỦA THIOSEMICACBAZIT VÀ THIOSEMICACBAZON
Jensen - nhà hoá học nổi tiếng trong lĩnh v c hợp chất phối tr người Đức
[25], là người đầu ti n đã tổng hợp và nghi n cứu các phức chất của Cu(II), Ni(II),
Co(II) với thiosemicacbazit. Ông chứng minh rằng trong các hợp chất này,
thiosemicacbazit phối tr 2 càng qua nguy n tử S và N trong nhóm hiđrazin. Trong
quá trình t o phức, phân tử thiosemicacbazit chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình
cis, đồng thời xảy ra s di chuyển nguy n tử H của nhóm imin sang nguy n tử S.

15


H
H

N

H

N

N(1)

H (2)

(3) H
N

(3) H

C

N

SH

(2) C

H

N
H

S

(1) H

Nguy n tử H này bị thay thế bởi kim lo i, do đó t o thành hợp chất n i phức
theo sơ đồ:
N

H2

H2

N

N

N

S

C

M
H2N

C

S

NH2

Sau công trình của Jensen là hàng lo t các thông báo về s t o phức của
thiosemicacbazit với các kim lo i chuyển tiếp khác, tuy nhi n mãi đến năm 60 của thế kỷ
này, việc nghi n cứu phức chất của kim lo i chuyển tiếp mới trở thành hệ thống.
Trong công trình [31] tác giả đã nghi n cứu s t o phức của Cu(II) và Ni(II)
với pyruvaldehyde bis{N(3)-methyl-, bis{N(3)-ethyl-, bis{N(3)-dimethyl- and
bis{piperidylthiosemicarbazone}. Các ion này t o phức với phối tử theo tỉ lệ 1:1.
Công thức

Màu sắc

[Cu(Pu3M)]

Nâu đỏ

[Cu(Pu3E)]

Nâu đỏ

[Cu(Pu3DM)]

Đỏ

[Cu(Pupip)]

Nâu đỏ

[Ni(Pu3M)]

Đen

[Ni(Pu3E)]

Xanh thẩm

[Ni(Pu3DM)]

Xanh thẩm

[Ni(Pupip)]

Xanh thẩm

Công thức cấu t o của phối tử:

16

Trong

công

trình

[41]

Isatin-3-thiosemicarbazone

(1H-indole-3-

thiosemicarbazone) được nghi n cứu r ng rãi vì chúng có các ho t t nh sinh học
quan trọng, từ 1-methylisatin-3-thiosemicarbazone được tìm thấy là có ho t t nh
trong điều trị bệnh đậu mùa. Thuốc thiosemicarbazone có thể ngăn chặn s phát
triển của virus. Vì vậy phức của kim lo i với thiosemicarbazone được tiếp tục
nghi n cứu r ng rãi hơn. Gần đây m t số bài báo khoa học đã công bố tổng hợp và
ước lượng ho t t nh chống vius HIV của dẫn xuất isatin--thiosemicarbazone. Phức
t o thành giữa 5-fluoro-isatin-3-(N-benzylthiosemicarbazone) (H2FLB) và Zn(II)
được tổng hợp.
Cấu trúc của phức Zn(HFLB)2.

Trong công trình [2], tác giả đã trình bày cách thức tổng hợp cũng như xác
định cấu trúc của m t số phức giữa thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa),
thiosemicacbazon isatin (H2this), thiosemicacbazon axetylaxeton (H2thac) với các
ion kim lo i như Cu2+, Co3+, Ni2+…. H2thsa, H2this, H2thac, đều là các phối tử 3
càng, chúng luôn có xu hướng thể hiện dung lượng phối tr c c đ i bằng 3. Li n kết

17

phối tr được th c hiện qua các nguy n tử S, N của nhóm hiđrazin và O của nhóm
OH trong các hợp chất cacbonyl. Khi tham gia t o phức, các thiosemicacbazon có
thể là phối tử trung hoà hoặc phối tử mang 2 điện t ch âm tương ứng với d ng thion
và thiol của hợp chất. Khi là phối tử 1 điện tích âm H2thsa, H2this ở d ng thiol còn
H2thac ở d ng thion.
Trong công trình [12], tác giả đã nghi n cứu s t o phức của Pt(II) với nhiều
thiosemicacbazon khác nhau như 4-phenylthiosemicacbazon isatin (H24phthis),
thiosemicacbazon salixyanđehit (H2thsa), 4-phenylthiosemicacbazon salixyanđehit
(H24phthsa), thiosemicacbazon axetylaxeton (H2thac)… Cấu trúc chi tiết của phức
chất đã được thiết lập d a tr n các phương pháp khác nhau như phổ khối lượng, phổ
c ng hưởng từ proton, phổ hồng ngo i… và đã thử ho t t nh sinh học của các phức
tổng hợp được. Các cấu trúc phức như sau:
O

H
N

Cl
Pt
S

N
N

C

Pt(H4phthis)Cl

O

HC

O

Cl

Pt

Pt
S

N
N

NH

HC

C

S

N

N
NH2

H

H

C
HN

Pt(H4phthsa)Cl

Pt(Hthsa)Cl

H3C
C
H

Cl

O

Cl

Pt

C
C

N

H3C

S
N

H
Pt(Hthac)Cl

18

C
NH2


Trong công trình [1], [14] tác giả đã nghi n cứu s t o phức của Co với
4-phenylthiosemicacbazon isatin. Cụ thể:

NH
C

N
N

S
H
N

O

Cl
Co

N
H

O
N

S
N

C
HN

[Co(H4phthis)2]Cl

Trong công trình [20] tác giả đã nghi n cứu quá trình tổng hợp
thiosemicacbazon từ các anđehit và xeton có nguồn gốc t nhi n là xitronenlal,
menton và các phức của chúng. Đây là m t nhóm chất hứa hẹn có ho t t nh phong
phú và có khả năng sử dụng trong y – dược học. Cụ thể là phức của Cu(II) và Ni(II)
với xitronenlal và menton thiosemicacbazon:
H3C

CH3

H2N
N

CH3

S

N
M
CH3

N

S
N
NH2

H3C

CH3

M(thiocitro)2

(MC22H40N6S2)

19

(M=Cu, Ni)


H3C

CH3

H2N
N

CH3

S

N
M
CH3

N

S
N
NH2

H3C

CH3

(MC22H40N6S2)

M(thiomen)2

(M=Cu, Ni)

Trong công trình [19] tác giả đã nghi n cứu s t o phức của Fe(II) và Fe(III)
với thiosemicacbazon điaxetylmonoxim. Các phức này có khả năng ức chế m nh tế
bào ung thư gan. Cấu trúc phức:
O

O

H
O

S
H
O

N

Fe

O

H3C

C

C

C
C

H3C

N

OH2

HN

H2O

N

O
Fe

CH3

Cl

S

H3C

C

NH2
[Fe(H2thdi)SO4H2O]

N

Cl
N

S
C
H2N

[Fe(Hthdi)Cl2H2O]

1.5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZIT, THIOSEMICACBAZON

VÀ PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG
Với s

phong phú và đa d ng về số lượng của thiosemicacbazit,

thiosemicacbazon và phức chất của chúng nên được sử dụng trong nhiều lĩnh v c
khác nhau.
Năm 1999, Sivadasan Chettian và các c ng s đã tổng hợp những chất xúc
tác gồm phức chất của thiosemicacbazon với m t số kim lo i chuyển tiếp tr n nền
polistiren [26]. Đây là những chất xúc tác dị thể cho hiệu suất cao, chúng được sử
dụng trong phản ứng t o nh a epoxy từ cyclohexen và stiren.

20


Năm 1995, Offiong đã nghi n cứu tác dụng chống ăn mòn của
4-phenylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (2AP4PTSC) và 4-etylthiosemicacbazon
2-axetylpyriđin (2AP4ETSC) đối với thép nhẹ (98%Fe) [27]. Kết quả cho thấy hiệu
quả ức chế c c đ i của 2AP4PTSC đ t 80,67% còn của 2AP4ETSC đ t 74,59%.
Nói chung, s ức chế ăn mòn tăng l n theo nồng đ của thiosemicacbazon.
Thiosemicacbazit, thiosemicacbazon có khả năng t o được nhiều phức chất.
Khả năng này được ứng dụng trong lĩnh v c phân t ch để tách cũng như xác định
hàm lượng của nhiều kim lo i khác nhau.
R.Murthy đã sử dụng thiosemicacbazon hiđroxi axetophenon trong việc xác
định hàm lượng Pd bằng phương pháp trắc quang. Bằng phương pháp này có thể
xác định được Pd trong khoảng nồng đ 0,042 -10,600  g/l [37]. Kim lo i này cũng
được xác định bằng phương pháp chiết-trắc quang d a tr n cơ sở t o phức của nó
với 4-phenylthiosemicacbazon thiophenanđehit, phức này có thể chiết vào cloroform từ
môi trường axit H2SO4 sau khi lắc khoảng 10 phút. Định luật Beer được tuân theo
trong khoảng nồng đ của Pd từ 0,04 – 6,00  g/l [33].

Thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của chúng có nhiều t nh
chất qu , được sử dụng r ng rãi trong th c tế. Tuy nhi n, t nh chất đáng chú ý nhất
là ho t t nh sinh học của chúng. Ch nh điều này đã thu hút s quan tâm đặc biệt của
các nhà khoa học, nhằm ứng dụng vào lĩnh v c y học, nhất là khả năng ức chế tế
bào ung thư.
Năm 1950 Hamre và các c ng s phát hiện ra rằng khi cho chu t uống các
dẫn xuất này thì có khả năng chống được s lây bệnh neurovaccinial [22]. Đây là
nghi n cứu đầu ti n về ho t t nh chống virut của thiosemicacbazon. Kể từ đó, ngày
càng có nhiều công trình công bố li n quan đến lo i hợp chất này.
Các nhà khoa học Ấn Đ

đã thử lâm sàng dẫn xuất thiosemicacbazon

N-metyl isatin-  (methisazon). Nghi n cứu này được xem như là bằng chứng về
ho t t nh chống vi rút hữu hiệu của thiosemicacbazon tr n cơ thể của con người
[30].
Có những thiosemicacbazon đã được dùng làm dược phẩm như:
thiosemicacbazon p-axetaminobenzanđehit (thiocetazon-TB1), thiosemicacbazon
4-etylsunfobenzanđehit, thiosemicacbazon của pyriđin 3 và pyriđin 4 được dùng để
chữa bệnh lao. Cho đến nay TB1 vẫn là thuốc hiệu nghiệm đối với bệnh này.

21


H3C

C

H
N

NH

O

C

NH2

S

Thiosemicacbazon isatin được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm
thuốc sát trùng, thiosemicacbazon của quinon monoguanyl hiđrazon có khả năng
diệt khuẩn gam dương.
H2N

C

H
N

N

N

NH

NH

C

NH2

S

Ngoài ra, nhiều thiosemicacbazon còn có tác dụng đặc biệt trong quá trình
điều trị vi m nhiễm.
Để tìm hiểu cơ chế tác dụng kháng khuẩn của các thiosemicacbazon, nhiều
tác giả đã tiến hành các th nghiệm khác nhau. Domagk và các c ng s của ông đã
so sánh khả năng kháng khuẩn của thiosemicacbazon với thiosemicacbazit và thấy
khả năng kháng khuẩn của thiosemicacbazon m nh hơn rất nhiều. Từ đó ông cho
rằng khả năng kháng khuẩn của thiosemicacbazon là của toàn b phân tử chứ không
phải của các thành phần do phân tử thuỷ phân sinh ra và th c tế thiosemicacbazon
rất bền.
Thiosemicacbazon của 2-axetylpyriđin và m t số phức kim lo i của chúng đã
được nghi n cứu. Các tác giả nhận thấy rằng chúng có khả năng kháng sốt rét,
kháng khuẩn, kháng vi rút [39], [40].
Offiong cùng c ng s

đã nghi n cứu ho t t nh sinh học của

4-phenylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Ac-4Ptsc) cũng như các phức t o
thành từ phối tử này với m t số kim lo i chuyển tiếp. Kết quả cho thấy chúng có
khả năng ức chế s phát triển của vi khuẩn ngay cả ở nồng đ thấp. Trong đó phức
Cu(II) thể hiện ho t t nh m nh nhất, có khả năng kháng Proteus, KlebsiellaEnterobacter, Salmonella typhi, S. aureus, Shigella, Pseudomonas, E. coli và
Streptococcus. Đối với phức của Ni(II) thì hầu hết các lo i khuẩn tr n bị ức chế
như nhau. Tuy nhi n tác đ ng đối với Shigella và Pseudomonas bởi các phức của
Ni(II) chưa được phát hiện.
Phức chất của 2-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Ac-2Mtsc),
4-metylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (Ac-4Mtsc) và 4-phenylthiosemicacbazon

22


2-axetylpyriđin (Ac-4Ptsc) với các kim lo i nhóm platin cũng đã được nghi n cứu
[40]. Kết quả thử ho t t nh sinh học cho thấy khả năng kháng khuẩn của chúng tăng
theo dãy:
Phức của Ac-4Mtsc > phức của Ac-4Ptsc > phức của Ac-2Mtsc. Trong khi
đó trật t xét theo kim lo i là:
Phức của Ru(III) > Pt(II) > Ir(III) > Pd(II) > Rh(III)
I.H. Hall và các c ng s

nhận thấy rằng phức của Cu(II), Co(II) với

thiosemicacbazon 2-furanđehit có đ c t nh m nh chống l i s phát triển của các tế
bào ung thư ở người như ung thư biểu mô tử cung, ung thư buồng trứng, ung thư
phổi...và s phát triển bệnh b ch cầu [29]. Các tác giả cho rằng các phức này đã ức
chế các quá trình tổng hợp trong s chuyển hoá axit nucleic dẫn đến s giảm lượng
đeoxynucleotit chuyển hoá thành ADN. Khi ủ các tế bào bệnh b ch cầu L1210 với
các phức này ở nồng đ 100  M trong 24 giờ thì sẽ gây n n s phân mảnh ADN và
làm chết tế bào.
Năm 2000, D. Horton và O. Varela đã tổng hợp phức của Cu(II), Pt(II),
Pd(II) với 3-deoxyl 1,2-bis (thiosemicacbazon) của D-glucoza [32].

HC

N

C

N

S

NH2

M
C

N

S

CH2 N

C

NH2

M = Cu, Pt, Pd

CHOH
CHOH

CH2OH
Các phối tử cũng như các phức này đã được thử ho t t nh chống vi rút bệnh
b i liệt lo i 1 ở tế bào ung thư tiền thận khỉ. Kết quả cho thấy phối tử này không có
khả năng ức chế, nhưng các phức Cu, Pt và Pd của nó thì có khả năng ức chế vi rút
trên với các giá trị EC50 tương ứng là 5,8; 10,5 và 14,4  g / ml .
Ở Việt Nam, trong công trình [2], [3], [4], [5], [12], [13], [14], [20] các tác

giả đã công bố khả năng kháng khuẩn cũng như khả năng ức chế tế bào ung thư của
m t số thiosemicacbazon và phức chất kim lo i của chúng.

23


Hai phức Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đem thử nghiệm đều có tác dụng làm
giảm thể t ch khối u, giảm mật đ tế bào ung thư, giảm tổng số tế bào và từ đó đã
làm giảm chỉ số phát triển của u.
Khả năng ức chế s phát triển tế bào ung thư SARCOMAR-TG 180 trên
chu t nhắt trắng SWISS của Cu(Hthis)Cl là 43,99 %, của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8 %.
Chỉ số gián phân của các lô điều trị đều thấp hơn lô đối chứng, chứng tỏ các
phức chất đã ức chế quá trình phân bào của tế bào ung thư. Cả 2 chế phẩm đều làm
tăng tỉ lệ của Anaphen. Như vậy, các phức chất chủ yếu ức chế ở giai đo n chuẩn bị
tách đôi tế bào. Có lẽ ở đây các phức chất đã làm cho các băng co rút ở vùng x ch
đ o của tế bào không đ t tới s phát triển hoàn thiện, gây khó khăn cho việc phân
đôi tế bào. Khả năng ức chế tế bào ung thư SARCOMAR-TG 180 của Cu(Hthis)Cl
là 22,24 % còn của Mo(Hth)3Cl3 là 3,42 % [2], [3].
Trong công trình [12] tác giả đã công bố khả năng ức chế tế bào ung thư của
m t số phức thiosemicacbazon với Pt(II): ung thư gan, ung thư màng tử cung, ung
thư màng tim, tiền ung thư thận khỉ.
Phức chất của Cu(II), Ni(II) với xitronenlal và menton thiosemicacbazon
( M(thiocitro)2; M(thiomen)2) có khả năng ức chế tế bào ung thư gan và phổi [20].
Các thiosemicacbazon và phức chất của chúng có nhiều ho t t nh sinh học
qu . Tuy nhi n, để đưa chúng vào chữa trị bệnh cho con người thì ngoài ho t t nh
sinh học chúng còn phải đảm bảo m t đ

tan tối thiểu nào đó. Đa số

thiosemicacbazon và các phức chất của chúng đều kém tan trong nước, điều đó làm

ảnh hưởng phần nào đến việc bào chế các thuốc đi từ lo i hợp chất này. Tuy nhi n,
cũng có nhiều công trình nghi n cứu nhằm làm tăng đ tan của chúng l n để đưa
chúng vào cơ thể con người dưới d ng dung dịch và tăng tác dụng của thuốc. Chẳng
h n, đ

tan trong nước của thiosemicacbazon 3-aminopyriđin-2-cacboxanđehit

(3-AP) là 0,1 mg/ml và tăng nồng đ không đáng kể bằng cách thay đổi pH hoặc
chất ho t đ ng bề mặt. Để đ t được nồng đ như mong muốn (> 4mg/ml), m t
lượng 5-10 mg đã được pha trong 1ml dung dịch gồm 70 % polietilenglicol và 30 %
etanol. Tuy nhiên, 3-AP sẽ kết tủa trở l i khi pha loãng và để tránh được hiện tượng
kết tủa này các tác giả đã axit hoá dung dịch bằng axit citric [34], [35].

24


1.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ XÁC ĐỊNH HOẠT
TÍNH SINH HỌC
1.6.1. Phƣơng ph p phổ khối lƣợng
1.6.1.1. Phổ khối lượng trong việc xác định cấu trúc
Trong việc nhận d ng m t hợp chất, có thể nói thông tin quan trọng nhất là
khối lượng phân tử. Phổ khối lượng là phương pháp phân t ch duy nhất cung cấp
thông tin này m t cách ch nh xác tới 4 số sau dấu phẩy (với máy phân giải cao). Ở
thế ion hoá 9-14 eV thì không có m t ion nào có số khối lớn hơn ion phân tử được
t o thành. Vì vậy, khối lượng của ion nặng nhất, không kể đến s đóng góp của
đồng vị sẽ cho ta khối lượng phân tử qui tròn với máy khối phổ phân giải thấp và
khối lượng phân tử ch nh xác với máy khối phổ phân giải cao.
M t số đặc điểm trong phổ khối lượng của các hợp chất có thể d đoán từ
các qui luật sau đây [8], [9], [17], [18]:
- Xác suất cắt m ch t i nguy n tử cacbon m ch nhánh thì: bậc 3 > bậc 2 >

bậc 1. Điện t ch dương có xu hướng bị giữ t i C m ch nhánh.
- Nếu phân tử chứa li n kết đôi thì s cắt m ch thường xảy ra ở vị trí  .
- Hợp chất vòng thường chứa các pic có số khối đặc trưng cho vòng.
- M t chất có pic mẹ m nh thì phân tử thường chứa vòng. Vòng càng bền thì
cường đ pic càng lớn. Thường dùng để tìm vòng benzen.
- Các vòng bão hoà cắt m nh nhánh ở C . Trong quá trình phá vỡ vòng, xác
suất của s mất đi 2 nguy n tử C trong vòng lớn hơn rất nhiều so với xác suất mất
đi m t nguy n tử.
- Nếu vòng có nối đôi gắn với m ch nhánh thì s cắt m ch l i xảy ra ở vị tr
 t nh tới vòng.

- Ở hợp chất dị nguy n tố thì s cắt m ch xảy ra ở li n kết  t nh từ dị
nguy n tố đó.
- Ở hợp chất chứa nhóm cacbonyl thì s gãy thường xảy ra t i nhóm này và
điện t ch dương thường tồn t i ở phần cacbonyl.
- S có mặt của Cl, Br, S, Si được suy ra từ đặc điểm hàm lượng đồng vị
khác thường của chúng. Các nguy n tố này và các nguy n tố khác như: P, F, I cũng
có thể được phát hiện từ các ch nh lệch về khối lượng khác thường sinh ra từ m t
vài ion mảnh trong phổ.

25