Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức Fe(III) với 4 phenylthiosemicacbazon salixylandehit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
-------------------

NGÔ KIM NHÂN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC
VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC Fe(III)
VỚI 4-PHENYLTHIOSEMICACBAZON SALIXYLANDEHIT
Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ
Mã số

: 60 44 0113

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. DƯƠNG TUẤN QUANG

Huế, năm 2016
i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung
thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được
công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Ngô Kim Nhân

ii


Lời Cảm Ơn
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS.
Dương Tuấn Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo khoa Hóa học
trường Đại học Sư phạm Huế, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn này.
Huế, ngày 20 tháng 9 năm 2016
Tác giả luận văn

Ngô Kim Nhân

iii
iii


MỤC LỤC
Trang phụ bìa ............................................................................................................. i
Lời Cam Đoan ...........................................................................................................ii
Lời Cảm Ơn ............................................................................................................. iii
Mục lục ....................................................................................................................... 1
Danh mục các chữ viết tắt ........................................................................................ 3

Danh mục các bảng ................................................................................................... 4
Danh mục các sơ đồ................................................................................................... 5
Danh mục các hình .................................................................................................... 6
Chương 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 9
1.1. Giới thiệu về sắt ............................................................................................... 9
1.1.1. Trạng thái tự nhiên .................................................................................... 9
1.1.2. Một số ứng dụng và vai trò sinh học của sắt ............................................ 9
1.1.3. Một số tính chất lý-hoá của sắt ............................................................... 10

1.1.3.1. Tính chất vật lý ............................................................................10
1.1.3.2. Tính chất hoá học ........................................................................10
1.1.4. Một số phát minh phức Sắt(III) .............................................................. 11
1.2. Giới thiệu về salixylandehit ........................................................................... 12
1.2.1. Một vài tính chất của salixylandehit ....................................................... 12
1.2.2. Điều chế, ứng dụng ................................................................................. 13
1.3. Thiosemicacbazit và Thiosemicacbazon ........................................................ 13
1.4. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các Thiosemicacbazit ...................... 15
1.5. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với Thiosemicacbazon .......................... 16
1.6. Ứng dụng của thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của chúng ...... 22
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 26
2.1. Phương pháp phổ khối lượng ......................................................................... 26
2.1.1. Phổ khối lượng trong việc xác định cấu trúc .......................................... 26
2.1.2. Xác định cụm pic đồng vị trong phổ khối lượng theo phương pháp tính toán .... 27
2.2. Phương pháp đo độ dẫn điện dung dịch ......................................................... 28
2.3. Phương pháp thử hoạt tính sinh học............................................................... 28

1


2.3.1. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ............................................. 28

2.3.2. Thử khả năng gây độc tế bào .................................................................. 29
2.3.3. Tính kết quả ............................................................................................ 29
Chương 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM........ 30
3.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 30
3.2. Kỹ thuật thực nghiệm ..................................................................................... 30
3.3. Thực nghiệm .................................................................................................. 30
3.3.1. Tổng hợp 4-phenylthiosemicacbazon salixylandehit.............................. 30
3.3.2. Tổng hợp phức chất giữa 4-phenylthiosemicacbazon salixylandehit
với Fe(III) ......................................................................................................... 30
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 33
4.1. Phổ khối lượng và cấu trúc của phối tử ......................................................... 33
4.2. Phổ khối lượng và cấu trúc của phức chất ..................................................... 37
4.2.1. Mẫu phức NHAN12-7.0 ......................................................................... 37
4.2.2. Mẫu phức NHAN11-4.5 ......................................................................... 40
4.2. Độ dẫn điện của dung dịch phức chất ............................................................ 42
4.3. Hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất .................................................. 43
4.3.1. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ............................................. 43
4.3.2. Thử khả năng gây độc tế bào .................................................................. 45
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 47
PHỤ LỤC .................................................................................................................P1

2


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu và viết tắt

Viết đầy đủ

H24phthsa

: 4-Phenylthiosemicacbazon salixylandehit

[Fe(H4phthsa)Cl2H2O]

: Phức tạo thành giữa 4-phenylthiosemicacbazon
Salixylandehit với Fe(III)

[Fe(H4phthsa)Cl3]

: Phức tạo thành giữa 4-phenylthiosemicacbazon
Salixylandehit với Fe(III)

MS

: Mass Spectrum (Phổ khối lượng)

DMSO

: Dimetylsunfoxit

DMF

: Dimetylfomamit

3


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1. Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của
H24phthsa ................................................................................................. 34
Bảng 4.2. Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của phức
[Fe(H4phthsa)Cl2H2O] ............................................................................ 38
Bảng 4.3. Tỉ lệ các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử và ion mảnh của phức
[Fe(H4phthsa)Cl3].................................................................................... 41
Bảng 4.4. Độ dẫn điện của các dung dịch phức chất ............................................... 43
Bảng 4.5. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của phối tử và phức chất .. 44
Bảng 4.6. Kết quả thử khả năng gây độc tế bào của phối tử và phức chất ............... 45

4


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Sự tạo thành hợp chất thiosemicacbazon .............................................. 14
Sơ đồ 1.2. Sự tạo thành phối tử 4-phenylthiosemicacbazon salixylandehit ........... 14
Sơ đồ 1.3. Sự tạo phức của thiosemicacbazit ......................................................... 15
Sơ đồ 1.4. Sơ đồ tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R: H, CH3, C2H5, C6H5….) ...... 17
Sơ đồ 1.5. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng và công thức cấu tạo
của phức chất giữa thiosemicacbazon và một số kim loại chuyển tiếp ......... 18
Sơ đồ 1.6. Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng ............................................... 18
Sơ đồ 3.1. Quy trình tạo phức ................................................................................. 31
Sơ đồ 4.1. Sơ đồ phân mảnh của H24phthsa ........................................................... 36
Sơ đồ 4.2. Sơ đồ phân mảnh của phức [Fe(H4phthsa)Cl2H2O] – Mẫu NHAN12-7.0 .... 39
Sơ đồ 4.3. Sơ đồ phân mảnh của phức [Fe(H4phthsa)Cl3] – Mẫu NHAN11-4.5......... 42

5


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 4.1. Phổ khối lượng của phối tử H24phthsa – Mẫu NHAN-LIGAND ........... 33
Hình 4.2. Phổ khối lượng của phức [Fe(H4phthsa)Cl2H2O] – Mẫu NHAN12-7.0 ...... 37
Hình 4.3. Phổ khối lượng của phức [Fe(H4phthsa)Cl3] – Mẫu NHAN11-4.5 ........ 40
Hình 4.4. Công thức cấu tạo của phức [Fe(H4phthsa)Cl 2H2 O]
và [Fe(H4phthsa)Cl3] .............................................................................. 43

6


MỞ ĐẦU
Hóa học phức chất là một lĩnh vực rộng lớn. Với tiềm năng ứng dụng không
chỉ trong hoá học mà còn cả trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nông nghiệp,
y học, đời sống...hiện nay, tổng hợp và nghiên cứu phức chất là một trong những
hướng phát triển cơ bản của Hóa học Vô cơ hiện đại.
Đã từ lâu hoạt tính diệt nấm, diệt khuẩn của thiosemicacbazit và các dẫn xuất
thiosemicacbazon đã được biết đến và do vậy một trong số chúng đã được dùng làm
thuốc chữa bệnh. Sau khi phát hiện ra phức chất cis-platin [Pt(NH3)2Cl2] có hoạt
tính ức chế sự phát triển ung thư thì nhiều nhà hoá học và dược học chuyển sang
nghiên cứu các thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng với kim loại nhóm
VIIIB nhằm tìm ra những hợp chất có khả năng chống ung thư mới.
Hiện nay, việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim
loại chuyển tiếp đang là lĩnh vực thu hút nhiều nhà hoá học, dược học, sinh – y học
trong và ngoài nước.
Các đề tài trong lĩnh vực này rất phong phú bởi sự đa dạng về thành phần, cấu
tạo, kiểu phản ứng và khả năng ứng dụng của các thiosemicacbazon đặc biệt là hoạt
tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng virus cũng như khả năng ức chế sự phát triển
khối u.
Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các
thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các ion kim loại khác nhau, nghiên
cứu cấu tạo của phức chất bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát hoạt tính

sinh học của chúng. Trong một số công trình gần đây, người ta còn khảo sát một số
ứng dụng khác của thiosemicacbazon như tính chất điện hoá, hoạt tính xúc tác, khả
năng ức chế ăn mòn kim loại…
Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm được các hợp chất có
hoạt tính cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh – y học khác như không
độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho các tế bào lành để dùng làm thuốc
chữa bệnh cho người và động vật nuôi.

7


Để đóng góp một phần nhỏ vào lĩnh vực này, tôi chọn đề tài: “Tổng hợp,
nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức Fe(III) với 4-phenyl
thiosemicacbazon salixylandehit”.
Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
- Tổng hợp phức chất của Fe(III) với 4-phenylthiosemicacbazon salixylandehit
+ Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH tạo phức.
+ Khảo sát tỉ lệ giữa kim loại với phối tử.
- Nghiên cứu cấu trúc và một số tính chất của các hợp chất tổng hợp được
bằng phương pháp phổ hồng ngoại.
- Sử dụng phổ khối lượng như một công cụ quan trọng để khẳng định cấu trúc
phức.
- Đo độ dẫn điện, ghi phổ khối lượng để xác định cấu trúc phức.
- Tiến hành thử hoạt tính 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 dựa trên việc xác
định nồng độ ức chế tối thiểu MIC và giá trị IC50.

8

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ SẮT
1.1.1. Trạng thái tự nhiên
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên Trái Đất (sau Al). đứng
hàng thứ tư về hàm lượng (sau O, Si và Al), chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái
Đất [7].
Ký hiệu: Fe là từ viết tắt của ferrum, tên Latinh của sắt.
Sắt có 4 đồng vị tự nhiên ổn định là:
58

54

Fe (5,8%), 56Fe (91,7%), 57Fe (2,2%),

Fe (0,3%) [20].
Sắt được tách ra từ các mỏ quặng sắt và rất khó tìm thấy nó ở dạng tự do. Để

thu được sắt tự do, các tạp chất phải được loại bỏ bằng phương pháp khử hóa học.
Các loại quặng sắt quan trọng gồm:
Quặng hematit đỏ chứa Fe2O3 khan.
Quặng hematit nâu chứa Fe2O3.nH2O.
Quặng manhetit chứa Fe 3 O4, là quặng giàu sắt nhất, nhưng hiếm có trong
tự nhiên.
Quặng xiđerit chứa FeCO3.
Quặng pirit sắt chứa FeS2 [20].
Ngoài ra, khoảng 5% các thiên thạch chứa hỗn hợp sắt-niken. Trung bình
trong 20 thiên thạc từ không gian vũ trụ rơi xuống Trái Đất, có một thiên thạch sắt.
Thiên thạch sắt thường chứa đến 90% Fe; 8,5%Ni và 0,5% Co [6].
Sắt là thành phần của hemoglobin và sắt còn dự trữ dưới dạng Feritin (là phức
hợp giữa Fe và protein). Trong động vật, sắt nằm dưới dạng chehutuza và nó là

thành phần chính tạo máu động vật [23].
1.1.2. Một số ứng dụng và vai trò sinh học của sắt
Trong tất cả các kim loại khai thác được thì sắt là có giá trị quan trọng. Hầu hết
các ngành kĩ thuật hiện đại đều có liên quan tới việc sử dụng sắt và hợp kim của sắt.
Trong công nghiệp, các hợp kim của sắt đóng vai trò chủ chốt trong các lĩnh
vực: quốc phòng, xây dựng, giao thông vận tải, chế tạo máy, sản xuất dụng cụ và đồ
dùng hàng ngày... Ví dụ như: FeSO4 được dùng để chống sâu bọ có hại cho thực
9


vật, sản xuất mực viết, thuốc nhuộm vải; FeCl3 được dùng làm chất keo tụ khi làm
sạch nước, làm xúc tác cho quá trình tổng hợp hữu cơ...
Sắt có vai trò rất cần thiết đối với mọi cơ thể sống, ngoại trừ một số vi khuẩn.
Hầu hết lượng sắt có trong cơ thể đều tồn tại trong các tế bào máu, kết hợp với
protein tạo thành hemoglobin. Hemoglobin mang oxi tới các tế bào của cơ thể. Do
vậy khi thiếu Fe, hàm lượng hemoglobin bị giảm gây nên bệnh, bệnh này là bệnh
thiếu máu do thiếu hụt sắt. Cơ thể thiếu sắt sẽ bị thiếu máu nhất là đối với phụ nữ và
trẻ em. Việc thừa sắt cũng gây ảnh hưởng xấu cho tim, gan, khớp và các cơ quan
khác, nếu tích trữ quá nhiều có thể gây nguy cơ ung thư.
Sắt là nguyên tố quan trọng cho sự sống và công nghiệp. Vì vậy người ta tìm
nhiều biện pháp để tách và làm giàu nguyên tố này [20].
1.1.3. Một số tính chất lý-hoá của sắt
1.1.3.1. Tính chất vật lý
Sắt đơn chất là kim loại dẻo, màu trắng xám, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, dễ rèn,
dát và gia công cơ học khác. Tính chất cơ học phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết của
nó và hàm lượng của các nguyên tố khác ngoài sắt.
Một số đại lượng vật lí quan trọng:
Khối lượng riêng: 7,87 g/cm3.
Nhiệt độ nóng chảy: 1539,50C.
Nhiệt độ sôi: 28800C.

Nhiệt độ thăng hoa: 418 KJ/mol.
Độ âm điện: 1,83.
Độ dẫn điện: 10 (Hg = 1).
Năng lượng ion hóa: I1 = 7,9 eV; I2 = 16,18 eV, I3 = 30,63 eV [8].
1.1.3.2. Tính chất hoá học
Sắt là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, số oxi hóa thường gặp là +2,
+3. Trong không khí khô, sắt bị thụ động nhưng trong không khí ẩm, sắt dễ bị oxi
hóa và bị phủ một lớp sắt hiđrat màu nâu, xốp nên không bảo vệ được sắt khỏi bị
oxi hóa tiếp tục. Khi đun nóng, sắt tác dụng với hầu hết các phi kim. Sắt tạo thành
hai dạng hợp chất là Fe(II) và Fe(III).

10


Muối sắt (II) được tạo thành khi hòa tan sắt vào trong các dung dịch axit trừ
axit nitric. Muối của Fe2+ với axit mạnh như clorua, sunfat dễ tan trong nước còn
muối của các axit yếu như sunfua, cacbonat khó tan. Khi tan trong nước, muối Fe2+
ở dạng [Fe(H2O)6]2+ màu lục nhạt.
Ion Fe3+ và hợp chất của nó rất phổ biến. Hợp chất Fe(III) có tính oxi hóa. Khi
tác dụng với các chất khử, các hợp chất Fe(III) sẽ bị khử thành hợp chất Fe(II) hoặc
sắt tự do. Trong các phản ứng hóa học này, ion Fe3+ có khả năng nhận 1 hoặc 3
electron, tùy thuộc vào chất khử mạnh hay yếu:
Fe3+ + 1e → Fe2+
Fe3+ + 3e → Fe
Đa số muối Fe(III) dễ tan trong nước cho dung dịch chứa ion bát diện
[Fe(H2O)6]3+ có màu tím nhạt. Muối Fe(III) bị thủy phân mạnh nên dung dịch có
màu vàng nâu. Muối Fe(III) có thể được điều chế trực tiếp từ phản ứng của sắt với
các chất oxi hóa mạnh như Cl2, HNO3, H2SO4 đặc nóng, hoặc phản ứng của các hợp
chất Fe(III) với axit [8].
1.1.4. Một số phát minh phức Sắt(III)

Sắt là một kim loại chuyển tiếp có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3d 64s2,
Fe3+ là 3d5. Sự tồn tại một lượng lớn obitan d trống làm cho sắt có khả năng tạo
nhiều phức bền.
Đa số các phức chất của sắt đều ở dạng bát diện. Chẳng hạn M3[Fe(CN)6],
M3[(Fe(SCN)6], M3[Fe(F6)]… Một số rất ít có hình tứ diện như M[FeCl4] với M là
kim loại kiềm thổ. Những phức chất bát diện thường có spin cao, trừ những phức
tạo nên với phối tử trường mạnh có spin thấp như [Fe(CN)6]3-, [Fe(phen)3]3+ (ở đây
phen là o-phenantrolin) [16].
Phức chất của sắt được tổng hợp đầu tiên là xanh Beclin vào năm 1704 có
thành phần là KCN.Fe(CN)2.Fe(CN)3, được Đixbac (người điều chế sơn màu cho
các họa sĩ ở Beclin) tổng hợp được có màu xanh prutxơ. Đến nay nhiều phức chất
sắt đã được nghiên cứu tổng hợp.
Kali ferixianua (K3[Fe(CN)6]) là một thuốc thử thông dụng trong phòng thí
nghiệm, là chất ở dạng tinh thể đơn tà màu đỏ, thường được gọi là muối đỏ máu.

11


Đây là một trong những phức chất bền nhất của Fe(III), có tính oxi hóa mạnh nhất
trong môi trường kiềm.
Ion Fe3+ trong dung dịch tác dụng với ion thioxianat SCN- tạo nên một số phức
chất thioxianato màu đỏ đậm, thường sử dụng phản ứng đó để định tính và định
lượng ion Fe3+ ngay cả trong dung dịch rất loãng.
Kali trisoxalatoferit K3[Fe(C2O4)3].3H2O là chất dạng tinh thể đơn tà màu lục,
tan trong nước. Dưới tác dụng của ánh sáng nó biến thành muối sắt (II) và giải
phóng khí CO2:

Tính chất quang học đó được ứng dụng để san in các bản vẽ.
Một số hợp chất của Fe cũng có tầm đặc biệt quan trọng đối với sự sống. Nồng
độ sắt trong cơ thể cao nhất so với các kim loại chuyển tiếp khác. Cơ thể người đòi

hỏi một lượng sắt lớn cho quá trình hoạt động sống bình thường. Tùy thuộc vào bản
chất của phối tử mà phức chất đi vào cơ thể ở mức oxi hóa +2 (Hemoglobin - một
hợp chất phức của sắt có tầm đặc biệt quan trọng đối với sự sống và myoglobin ),
+3 (katalaza và oxiadaza), có mức oxi hóa trung gian (xitocrom) [11].
Riêng phức của Fe(III) với phối tử thuộc họ thiosemicacbazit và
thiosemicacbazon, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên
cứu tổng hợp. Sau đây có thể nêu một vài hợp chất phức giữa thiosemicacbazon với
Fe(III) đã được tổng hợp, nghiên cứu như [Fe(HFPT)2]Cl3 (HFPT: 2-focmylpiriđin
thiosemicacbazon), [Fe(HAPT)(APT)]Cl2 (HAPT: 2-axetylpiriđin thiosemicacbazon
[30], [Fe(Pranthas)2][FeCl4] (Hpranthas: 2-axetylpiriđin-N(4), N(4)-(butan-1,4-điyl)
thiosemicacbazon) [31], [Fe(C7H7N4S)2]X.nH2O (C7H7N4S là piriđin-2-cacbanđehit
thiosemicacbazonat, X: Cl,ClO4, NO3, PF6). [24].
1.2. GIỚI THIỆU VỀ SALIXYLANDEHIT
1.2.1. Một vài tính chất của salixylandehit
Salixylandehit (tên IUPAC là 2 - hydroxybenzandehit) là hợp chất hóa học
với công thức phân tử C7H6O2. Cùng với 3-hydroxybenzandehit và 4hydroxybenzandehit, nó là một trong ba đồng phân của hydroxybenzandehit. Công
thức cấu tạo:

12


Là chất lỏng nhờn không màu, có mùi hạnh nhân đắng ở nồng độ cao hơn và
có một hương thơm đặc trưng ở nồng độ thấp hơn. Nhiệt độ nóng chảy 1-20C, nhiệt
độ sôi 196-1970C, ít tan trong nước, tan nhiều trong rượu và ete.
Salixylandehit thể hiện đầy đủ tính chất hóa học của hợp chất cacbonyl ở
nhóm –CHO [15], [22].
1.2.2. Điều chế, ứng dụng
Nó có thể được điều chế từ phenol và chloroform bằng cách nung nóng với
natri hydroxit hoặc kali hydroxit trong một phản ứng Reimer-Tiemann:

Vì nó có mùi thơm nên được sử dụng trong công nghệ sản xuất nước hoa
[14], [19].
1.3. THIOSEMICACBAZIT VÀ THIOSEMICACBAZON
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 181  1830C,
có công thức cấu tạo như sau:

Các nguyên tử N(1), N(2), N(3), C và S hầu như nằm trên một mặt phẳng. Liên
kết C=S có độ bội nhỏ hơn 2, liên kết C-N(1) và C-N(2) có độ bội lớn hơn 1, còn các
liên kết khác có độ bội gần bằng 1.
Ở trạng thái rắn, trong phân tử thiosemicacbazit cũng như phân tử
thiosemicacbazon, nguyên tử S và N(3) nằm ở vị trí trans với nhau qua liên kết CN(2). Nguyên nhân của hiện tượng này là do có sự xuất hiện liên kết hiđro
N(1)H…N(3).
13


Khi thay thế một nguyên tử hiđro nhóm N(1)H2 bằng các gốc R khác nhau ta
thu được các dẫn xuất của thiosemicacbazit. Ví dụ như 4-phenyl thiosemicacbazit,
4-etyl thiosemicacbazit, 4-metyl thiosemicacbazit,…
Khi phân tử thiosemicacbazit hay sản phẩm thế của nó ngưng tụ với các hợp
chất cacbonyl sẽ tạo thành các hợp chất thiosemicacbazon theo sơ đồ 1.1: (R’’: H,
CH3, C2H5, C6H5….):

Sơ đồ 1.1. Sự tạo thành hợp chất thiosemicacbazon
Phản ứng tiến hành trong môi trường axit theo cơ chế AN. Vì thế trong số các
nguyên tử N có thiosemicacbazit cũng như dẫn xuất thế N(1) của nó chỉ có nguyên
tử N(3) là mang điện tích âm nên trong điều kiện bình thường, phản ứng ngưng tụ
chỉ xảy ra ở nhóm N(3)H2 hiđrazin [4].
Phối tử 4-phenylthiosemicacbazon salixylandehit được tổng hợp do phản ứng
ngưng tụ giữa 4-phenylthiosemicacbazit và salixylandehit theo sơ đồ 1.2:

Sơ đồ 1.2. Sự tạo thành phối tử 4-phenylthiosemicacbazon salixylandehit

14


Với sự đa dạng về tính 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 lại có nhiều hoạt tính sinh học quí cũng như có khả năng phối trí
với nhiều kim loại tạo ra những phức chất có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như
xúc tác [18], [39], [40], [41]; phân tích [27]; y học [10], [23], [24], [25], [32]. Vì
vậy, ngày càng có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp các
thiosemicacbazon mới.
1.4.

PHỨC CHẤT

CỦA

KIM LOẠI CHUYỂN

TIẾP

VỚI CÁC

THIOSEMICACBAZIT
Jesen là người đầu tiên nghiên cứu và tổng hợp các phức chất của
thiosemicacbazit [26]. Trong phức chất của thiosemicacbazit với Cu(II) ông đã chỉ
ra rằng:
Trong các hợp chất này thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử S và
N của nhóm hiđrazin (N(3)H2).

Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển cấu hình từ
trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra sự chuyển nguyên tử H từ nhóm imin
(-N(2)H) sang nguyên tử S và nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại. Do đó sự tạo
thành phức phải xảy ra theo sơ đồ 1.3:

Sơ đồ 1.3. Sự tạo phức của thiosemicacbazit
Cũng trong nghiên cứu phức chất của Ni(II), Cu(II), Pt(II), Pd(II), Co(II) [13],
[16], [31] và Zn(II) [14] với thiosemicacbazit bằng các phương pháp từ hoá, phổ

15


hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đưa ra kết luận: liên kết
giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại được thực hiện trực tiếp qua
nguyên tử S và nguyên tử N của nhóm N(3)H2; đồng thời khi tạo phức phân tử
thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis.
Theo các tài liệu [8], [13], [23], trong đa số các trường hợp thiosemicacbazit
tồn tại ở cấu hình cis và đóng vai trò như một phối tử hai càng, như vậy có xu
hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng hai và liên kết được thực hiện qua nguyên
tử S và N(3) của nhóm hidrazin. Để thực hiện sự phối trí kiểu này cần phải tiêu tốn
năng lượng cho quá trình di chuyển nguyên tử H của nhóm N(2)H sang nguyên tử S.
Năng lượng này được bù trừ bởi năng lượng dư do việc tạo thêm một liên kết và
hiệu ứng đóng vòng.
Tuy nhiên trong một số ít các trường hợp do khó khăn về mặt lập thể,
thiosemicacbazit đóng vai trò như một phối tử một càng và giữ nguyên cấu hình
trans, khi đó liên kết được thực hiện qua nguyên tử S. Ví dụ điển hình về kiểu phối
trí này ta có thể liệt kê là phức thiosemicacbazit của Ag(I), Cu (II), Co(II) [13], [16].
Sau công trình của Jensen là hàng loạt các thông báo về sự tạo phức của
thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác, tuy nhiên mãi đến năm 60 của thế
kỷ này, việc nghiên cứu phức chất của kim loại chuyển tiếp mới trở thành hệ thống.

1.5.

PHỨC

CHẤT

CỦA

KIM

LOẠI

CHUYỂN

TIẾP

VỚI

THIOSEMICACBAZON
Hoá học phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazon bắt
đầu phát triển mạnh sau khi Domagk nhận thấy hoạt tính kháng khuẩn của một số
thiosemicacbazon [41]. Để làm sáng tỏ cơ chế tác dụng ấy của thiosemicacbazon
người ta đã tổng hợp các phức chất của chúng với các kim loại và tiến hành thử hoạt
tính kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp được.
Phức chất của thiosemicacbazon sở dĩ cũng được quan tâm nghiên cứu nhiều
bởi tính đa dạng của các hợp chất cacbonyl. Nó cho phép thay đổi trong một giới
hạn rất rộng bản chất các nhóm chức cũng như cấu tạo hình học thiosemicacbazon.
Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có khuynh hướng thể hiện
dung lượng phối trí cực đại.
Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa nguyên tố có khả năng tham gia tạo

16


phức thì phối tử đóng vai trò như phối tử hai càng giống thiosemicacbazit. Ví dụ:
thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal, menton…
M

N

N

NHR
N

C

N

H

C

S

S

N

NHR

N

C

SH

NHR

dang thiol

dang thion

phuc chat

Sơ đồ 1.4. Sơ đồ tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng
(R: H, CH3, C2H5, C6H5….)
Trong công trình nghiên cứu của mình, các tác giả [13], [25], [33] đã đưa ra
cấu tạo của phức 2 càng giữa Pt(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon furaldehit và
phức giữa Pd(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon 2-axetyl piridin như sau:
NH
C

C

N

S

N
Pt

H
O

C

NH

O

S

C

C

S
N

N

CH 3

N

S

N
N

C

N

C

Pt

CH 3

H

N

N

C
NH

NH

Nếu ở phần hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối
trí (D) và nguyên tử này được nối với nguyên tử N-hiđrazin (N(3)) qua hai hay ba
nguyên tử trung gian thì khi tạo phức phối tử này thường có khuynh hướng thể hiện
như một phối tử ba càng với bộ nguyên tử cho là D, N(3), S. Một số phối tử loại này
là các thiosemicacbazon hay dẫn xuất thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa
hay H2phthsa), isatin (H2this hay H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac),
pyruvic (H2thpy hay H2pthpy)…
Trong phức chất của chúng với các ion kim loại Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+…phối
tử này tạo liên kết với bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành vòng 5

hoặc 6 cạnh [4], [6], [13]. Mô hình tạo phức của các phối tử thiosemicacbazon ba
càng và các ví dụ cụ thể đã được các tác giả [4], [13] xác định như sau:

17


D

D
M

M

hoÆc

S

N

S

N

N

N
NH2

NH2

H

a)

a')

H3C

NH

OH2

O

Cl

O
HC
C

Pt

S

N

C
H3C

N

N

C
N

NH2

Cu
S

S

N

H

Cl

O

Ni

H

N

C

NH2

NH2

d)

c)

b)

C

Sơ đồ 1.5. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng và công thức cấu tạo
của phức chất giữa thiosemicacbazon và một số kim loại chuyển tiếp
a, a’. Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng
b. Phức vuông phẳng Ni(thac)H2O
c. Phức vuông phẳng Pt(Hthsa)Cl
d. Phức vuông phẳng Cu(Hthis)Cl
Các thiosemicacbazon bốn càng được điều chế bằng cách ngưng tụ hai phân tử
thiosemicacbazit với một phân tử hợp chất đicacbonyl.
NH2
N
R

O

H2N

+
R'

O

S
N

H

R

N

SH

R'

N

SH

- 2 H2O
NH2

N
NH2

Sơ đồ 1.6. Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng
Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho là N, N, S, S và cũng
thường có cấu tạo phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng
xích đạo của phức chất tạo thành.
Một cách khác nữa để tổng hợp các phức chất chứa phối tử bốn càng trên cơ

18


sở thiosemicacbazit là ngưng tụ 2 phân tử hợp chất cacbonyl với một
thiosemicacbazit khi có mặt ion kim loại - phản ứng trên khuôn. Trong phản ứng
loại này, cả hai nhóm NH2 của thiosemicacbazit đều tham gia phản ứng ngưng tụ.
Trong môi trường kiềm, khi có mặt Ni2+, Cu2+ thiosemicacbazon
salixylandehit có khả năng ngưng tụ với salixiandehit theo nitơ có nhóm amit để tạo
thành phối tử bốn càng mà ở điều kiện thường phản ứng ngưng tụ phân tử
salixylandehit thứ hai này không xảy ra. Công thức chung của các phức chất tạo
thành được mô tả dưới đây:
O

O

M
HC

N

N
N

CH

C
SR

M:

M=

VO2+,

Ni2+, Cu 2+ ; R = CH 3, C2H 5 , H...

Nói chung, trong đa số các trường hợp, phần khung thiosemicacbazon đều
tham gia phối trí qua hai nguyên tử cho là S và N(1) để tạo thành vòng 5 cạnh như
mô hình dưới đây:
M

M
S

N

hoÆc

S

N
N

N
H

NH2

NH2

Trong đa số các trường hợp, các thiosemicacbazon luôn có xu hướng thể hiện
số phối trí cực đại. Tuỳ vào phần hợp chất cacbonyl mà thiosemicacbazon có thể là
phối tử 1 càng, 2 càng, 3 càng hay 4 càng. Trong một số ít trường hợp, do khó khăn
về hoá lập thể, các thiosemicacbazon mới thể hiện như phối tử một càng [24], [25].
Trong

công

trình

[42]

3-thiosemicabazonisatin

(1H-indole-3-

thiosemicarbazone) được nghiên cứu rộng rãi vì chúng có các hoạt tính sinh học
quan trọng, từ 1-methylisatin-3-thiosemicarbazone được tìm thấy là có hoạt tính
trong điều trị bệnh đậu mùa. Thuốc thiosemicarbazone có thể ngăn chặn sự phát
triển của virus.

19


Vì vậy phức của kim loại với thiosemicarbazone được tiếp tục nghiên cứu
rộng rãi hơn. Gần đây một số bài báo khoa học đã công bố tổng hợp và ước
lượng hoạt tính chống vius HIV của dẫn xuất isatin--thiosemicarbazone. Phức
tạo thành giữa 5-fluoro-isatin-3-(N-benzylthiosemicarbazone) (H2FLB) và
Zn(II) được tổng hợp.
Trong công trình [13], tác giả đã nghiên cứu sự tạo 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 dựa trên các phương pháp khác nhau như phổ khối lượng, phổ
cộng hưởng từ proton, phổ hồng ngoại… và đã thử hoạt tính sinh học của các phức
tổng hợp được. Các cấu trúc phức như sau:

20


Trong công trình [1], [13] tác giả đã nghiên cứu sự tạo phức của Co với 4phenylthiosemicacbazon isatin. Cụ thể:

[Co(H4phthis)2]Cl

Trong công trình [19] tác giả đã nghiên cứu quá trình tổng hợp
thiosemicacbazon từ các anđehit và xeton có nguồn gốc tự nhiên là xitronenlal,
menton và các phức của chúng. Đây là một nhóm chất hứa hẹn có hoạt tính 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:

21


Trong công trình [18] tác giả đã nghiên cứu sự tạo phức của Fe(II) và Fe(III)
với thiosemicacbazon điaxetylmonoxim. Các phức này có khả năng ức chế mạnh tế
bào ung thư gan. Cấu trúc phức:

Ở Việt Nam, trong công trình [2], [3], [4], [5], [11], [12], [13], [19] các tác giả
đã công bố khả năng kháng khuẩn cũng như khả năng ức chế tế bào ung thư của
một số thiosemicacbazon và phức chất kim loại của chúng.

1.6. ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZIT, THIOSEMICACBAZON VÀ
PHỨC CHẤT CỦA CHÚNG
Thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của chúng có cấu tạo phân
tử đa dạng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực 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 độ 0,042 -10,600  g/l [32]. Kim loại này cũng
được xác định bằng phương pháp chiết-trắc quang dựa trên cơ sở tạo 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 độ của Pd từ 0,04 – 6,00  g/l [30].
Năm 1995, Offiong đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn của 4phenylthiosemicacbazon 2-axetylpyriđin (2AP4PTSC) và 4-etylthiosemicacbazon
2-axetylpyriđin (2AP4ETSC) đối với thép nhẹ (98%Fe) [18]. Kết quả cho thấy hiệu
quả ức chế cực đại của 2AP4PTSC đạt 80,67% còn của 2AP4ETSC đạt 74,59%.
Nói chung, sự ức chế ăn mòn tăng lên theo nồng độ của thiosemicacbazon.

22