Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của một số kim loại chuyển tiếp với N(4) - metylthiosemicacbazon 2- axetyl pyriđin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------©-----------

NGUYỄN HỮU CƯƠNG

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO
VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC
CHẤT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI
N(4) - METYLTHIOSEMICACBAZON
2 - AXETYLPYRIĐIN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------©-----------

NGUYỄN HỮU CƯƠNG

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO
VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC PHỨC
CHẤT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI
N(4) - METYLTHIOSEMICACBAZON
2 - AXETYLPYRIĐIN

Chuyên ngành: Hóa Vô cơ
Mã số: 60 44 01 13

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Trịnh Ngọc Châu

Hà Nội – 2015


LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Hóa vô cơ – Khoa Hóa học –
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội.
Trong suốt quá trình học tập – nghiên cứu và thực hiện luận văn của mình,
em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình của các cơ quan, tổ chức và cá
nhân.
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả các quý thầy cô, các kỹ thuật viên trong
Khoa Hóa học, trong trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà
Nội; trong Viện Hóa học và Viện Công nghệ Sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam.
Đặc biệt, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thầy PGS. TS Trịnh Ngọc Châu đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn trong suốt quá
trình thực hiện luận văn. Trân trọng cảm ơn tiến sỹ Nguyễn Thị Bích Hường đã đọc
và góp ý sâu sắc.
Xin được cảm ơn và chia sẻ niềm vui này tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp, anh
chị em Lớp Cao học Hóa K23 và gia đình – những người luôn ở bên cạnh, khích lệ
và động viên.
Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng do thời gian và năng lực có hạn nên
chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những đóng
góp quý báu tận tình từ các quý thầy cô giáo, các nhà khoa học và bạn đọc để bản
luận văn này được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 05 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Cương


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN …………………………………………………………………..
MỤC LỤC ……………………………………………………………………...
DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………………..
DANH MỤC CÁC HÌNH ………………………………………………………
CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT …………………………………………………
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN …………………………………………………. 3
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ ……………… 3
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ..........................

3

1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các
thiosemicacbazit và thiosemicacbazon ....................................

8

1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC
CHẤT CỦA CHÚNG ……………………………………......................

11

1.3. GIỚI THIỆU VỀ PALAĐI, NIKEN VÀ KẼM ……………………. 15
1.3.1. Giới thiệu chung ...........................................................

15

1.3.2. Khả năng tạo phức của palađi, niken và kẽm ................. 16
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT ……………

19

1.4.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR) .…………… 19
1.4.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ proton 1H …………... 21
1.4.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C………...

22

1.4.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ................................

23

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ……………………………………………...

25

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT THỰC
NGHIỆM …………………………………………………………

25


2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ………………………………..

25

2.1.2. Hóa chất ………………………………………………….. 25
2.1.3. Kỹ thuật thực nghiệm ....................................................
2.1.3.1. Các điều kiện ghi phổ .....................................

26
26

2.1.3.3. Thăm dò khả năng kháng khuẩn, kháng nấm
của các phối tử và các phức chất …………………….

26

2.2. TỔNG HỢP PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT ………………………… 28
2.2.1. Tổng hợp phối tử ………………………………………… 28
2.2.2. Tổng hợp các phức chất ....................................................

29

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………………………………... 32
3.1. NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ
KHỐI LƯỢNG …………………………………………………………. 32
3.2. NGHIÊN CỨU CÁC PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ
HẤP THỤ HỒNG NGOẠI ……………………………………………...

38

3.3. NGHIÊN CỨU PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 1H VÀ 13C ....................
3.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và

13

43

C của phối tử

Hmthapyr ...................................................................................... 43
3.3.2. Phổ cộng hưởng từ proton 1H của các phức chất
Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 .......................... 50
3.4. KẾT QUẢ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỐI TỬ
VÀ CÁC PHỨC CHẤT ……………………

53

KẾT LUẬN ……………………………………………………………………. 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………. 57
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………

64


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1-

Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của
thiosemicacbazit ………………………………………….......... 20

Bảng 2.1-

Các phức chất, màu sắc và dung môi hòa tan chúng ………….. 31

Bảng 3.1-

Khối lượng phân tử giả định và khối lượng phân tử trên phổ
khối lượng của các phức chất ...................................................... 34

Bảng 3.2-

Một số dải dao động trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử
Hmthapyr và các phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và
Zn(mthapyr)2 ……………………………………………...........

Bảng 3.3-

41

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H
chuẩn của N(4)– metylthiosemicacbazit và 2-axetylpyriđin …... 45

Bảng 3.4-

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C
chuẩn của N(4)– metylthiosemicacbazit và 2-axetylpyriđin …..

Bảng 3.5-

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H
của phối tử Hmthapyr ………………………………………….

Bảng 3.6-

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân

13

50

C

của phối tử Hmthapyr ………………………………………….
Bảng 3.7-

46

50

Các tín hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H
của phức chất Pd(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 ............................. 53

Bảng 3.8-

Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của phối tử
và phức chất tương ứng ………………………………………..

55


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1:

Sự tách mức năng lượng và sự sắp xếp electron của ion Ni2+
(d8)trong các trường đối xứng ………………………………. 17

Hình 1.2:

Phức vuông phẳng của niken(II) 2 - oximino - 3
thiosemicacbazon - 2, 3 - butanđion ………………………..

Hình 1.3:

19

Phức bát diện của Zn(II) với bis (4-phenylthiosemicacbazon)
axetylaxeton …………………………………………………

19

Hình 3.1:

Phổ khối lượng phức chất Pd(mthapyr)2 …………………….

32

Hình 3.2:

Phổ khối lượng phức chất Ni(mthapyr)2 …………………….

33

Hình 3.3:

Phổ khối lượng phức chất Zn(mthapyr)2 ……………………. 33

Hình 3.4:

Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hmthapyr ……………... 38

Hình 3.5:

Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Pd(mthapyr)2 .............

39

Hình 3.6:

Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Ni(mthapyr)2 .............

39

Hình 3.7:

Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Zn(mthapyr)2 ............

40

Hình 3.8:

Phổ 1H-NMR chuẩn của N(4) - metylthiosemicacbazit
(Hmth) ………………………………………………………. 43

Hình 3.9:

Phổ 13C-NMR chuẩn của N(4) - metylthiosemicacbazit
(Hmth) ………………………………………………………. 44

Hình 3.10:

Phổ 1H-NMR chuẩn của 2 - axetylpyriđin (apyr) …………...

44

Hình 3.11:

Phổ 13C- NMR chuẩn của 2 - axetylpyriđin (apyr) ……….....

45

Hình 3.12:

Phổ cộng hưởng từ proton 1H của phối tử Hmthapyr ……….

47

Hình 3.13:

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hmthapyr ……

48

Hình 3.14:

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H của phức chất Pd(mthapyr)2

51

Hình 3.15:

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H của phức chất Zn(mthapyr)2

52


CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

1

H - NMR

13

C - NMR

: Phổ cộng hưởng từ proton (1H)
: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C

IR, FT-IR

: Phổ hấp thụ hồng ngoại

MS

: Phổ khối lượng

IC50

: Nồng độ ức chế 50%

MIC

: Nồng độ ức chế tối thiểu

Hth

: Thiosemicacbazit

Hmth

: N(4) – metylthiosemicacbazit

apyr

: 2 – axetylpyriđin

Hmthapyr

: N(4) - metylthiosemicacbazon 2 – axetylpyriđin

DMSO

:

EDTA

: Axit etylenđiamintetraaxetic

Đimethylsulfoxide


MỞ ĐẦU
Các thiosemicacbazon là các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, tạo nên
nhiều phức chất với các kim loại chuyển tiếp rất phong phú về số lượng, đa dạng về
cấu trúc và tính chất. Nhiều phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit
và dẫn xuất của nó là thiosemicacbazon còn có hoạt tính sinh học mạnh mẽ.
Từ khi phát hiện hoạt tính ức chế sự phát triển ung thư của phức chất cis platin [Pt(NH3)2Cl2] vào năm 1969, nhiều nhà hóa học và dược học đã chuyển sang
nghiên cứu hoạt tính sinh học của các phức chất kim loại chuyển tiếp. Trong số đó,
phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều
càng, có khả năng tạo hệ vòng lớn có cấu trúc gần giống với cấu trúc của các hợp
chất trong cơ thể sống được quan tâm hơn cả. Một trong số các phối tử kiểu này là
thiosemicacbazit và dẫn xuất thiosemicacbazon của nó.
Việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại
chuyển tiếp đang thu hút nhiều nhà hóa học, dược học, sinh - y học trên thế giới.
Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các
thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các kim loại khác nhau, nghiên cứu
cấu trúc của các sản phẩm và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng.
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 về các yêu cầu sinh - y học khác
như không độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành, ... để dùng
làm thuốc chữa bệnh cho người và vật nuôi.
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài:

“Tổng hợp, nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của
một số kim loại chuyển tiếp với N(4) - metyl thiosemicacbazon 2- axetyl pyriđin”
Đề tài có các nhiệm vụ nghiên cứu sau:

-1-


1. Tổng hợp phối tử N(4) - metylthiosemicacbazon 2- axetylpyriđin.
2. Tổng hợp các phức chất của N(4) - metylthiosemicacbazon 2 - axetylpyriđin với
Pd(II), Ni(II) và Zn(II).
3. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được bằng các
phương pháp: Phương pháp phổ hồng ngoại, phương pháp phổ cộng hưởng
từ hạt nhân 1H và 13C và phương pháp phổ khối lượng để xác định công thức
phân tử, cách phối trí của phối tử và công thức cấu tạo của các phức chất.
4. Thăm dò khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của các hợp chất tổng hợp được
nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao làm đối tượng nghiên
cứu tiếp theo trong y dược học.
Chúng tôi hy vọng những kết quả thu được sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ
liệu cho lĩnh vực nghiên cứu các dẫn xuất của thiosemicacbazit nói chung,
hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazit và phức chất của chúng nói
riêng.

-2-


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181 - 183oC, khối
lượng mol phân tử là 91 g/mol. Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử

có cấu trúc như sau:
(1)

Gãc liªn kÕt

H2N
(2)

d
a
H2N

(1)

NH

C

c

b

S

o
a=118.8
o
b=119.7
o
c=121.5 o

d=122.5

(4)

Trong đó:
Góc liên kết

Mật độ điện tích
N(1) = - 0,051

a = 118,80

N(2) = 0,026

0

b = 119,7

C

c = 121,50

= - 0,154

N(4) = 0,138

0

d = 122,5

S

= - 0,306

Các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng. Do có sự
chuyển proton từ N(2) sang S, liên kết C = S có độ bội nhỏ hơn 2, liên kết C – N(2)
và C – N(4) đều có độ bội lớn hơn 1, các liên kết khác có độ bội gần bằng 1. Chính
sự liên hợp này góp phần làm cho thiosemicacbazit có thể liên kết phối trí mạnh với
ion kim loại qua lưu huỳnh trong sự tạo thành phức chất. Ở trạng thái rắn, phân tử

-3-

MËt ®é
N
(2)
N
C(4)
N
S

=
=
=
=
=


thiosemicacbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm
NH2) [1, 4, 8].

Khi thay thế một nguyên tử hiđro trong nhóm N(4)H2 bằng các gốc
hiđrocacbon khác nhau ta thu được các dẫn xuất thế của thiosemicacbazit. Ví dụ:
N(4) – phenyl thiosemicacbazit, N(4) – etyl thiosemicacbazit, N(4) – metyl
thiosemicacbazit, N(4) – allyl thiosemicacbazit, …
Thiosemicacbazit là phối tử có tính bazơ, khi ở pH cao, có thể tồn tại cân
bằng tautome [1]:

Khi thiosemicacbazit hoặc dẫn xuất thế của nó ngưng tụ với các hợp chất
cacbonyl sẽ tạo thành các thiosemicacbazon theo sơ đồ 1.1 dưới đây.

(a)

-4-


(b)
Sơ đồ 1.1. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon trong
trường hợp cộng bình thường (a) và trong môi trường axit (b)
Phản ứng tiến hành trong môi trường axit theo cơ chế AN. Trong điều kiện
thường, phản ứng ngưng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hiđrazin [5] vì trong số các
nguyên tử N của thiosemicacbazit cũng như dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên tử N(1)
có mật độ điện tích âm lớn nhất.
Hợp chất thiosemicacbazit hay dẫn xuất của nó phản ứng với hợp chất
cacbonyl qua 2 giai đoạn: cộng nucleophin và tách nước (ngưng tụ).

Giai đoạn (1) của phản ứng là giai đoạn cộng nucleophin:

-5-

Giai đoạn này được xúc tác bởi axit vì: axit hoạt hoá nhóm cacbonyl bằng
cách proton hoá nhóm này.

Như vậy, sự có mặt của axit trong môi trường phản ứng sẽ làm cho tốc độ
phản ứng tăng lên nhưng đến một mức nào đó, tốc độ phản ứng sẽ giảm do sự
proton hoá thiosemicacbazit làm giảm nồng độ của tác nhân nucleophin:

-6-


Giai đoạn (2) của phản ứng xảy ra như sau:

Tốc độ phản ứng của hợp chất cacbonyl với thiosemicacbazit phụ thuộc hiệu
ứng không gian của nhóm thế nối với nhóm cacbonyl.
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 [26, 38]. Mặt
khác, thiosemicacbazon lại có khả năng phối trí với nhiều kim loại tạo ra những
phức chất có ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, phân tích, y học [26]. Vì vậy, ngày
càng có nhiều nhà khoa học trong nước cũng như trên thế giới quan tâm nghiên cứu
để tổng hợp các thiosemicacbazon mới và nghiên cứu khả năng ứng dụng của chúng
trong các lĩnh vực khác nhau.

-7-


1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazit và
thiosemicacbazon.
Theo Jensen, trong phức chất của thiosemicacbazit với Cu(II), Ni(II), Co(II),
phối tử này phối trí hai càng qua nguyên tử S và N của nhóm hiđrazin N(1)H2. Trong
quá trình tạo phức, phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển từ cấu hình 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 [16]. Do đó sự tạo thành
phức của thiosemicacbazit phải xảy ra theo sơ đồ 1.2:
NH2

NH2

N

N
M

C

C
H2N

H2N

H2N
NH

N

C

C
S

HS

H2N

S

M
NH2

NH2

S

NH2

S

NH2

cis

C

N
M

D¹ng thion

N

C

D¹ng thiol
H2N

H2N

S
trans

Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit
Nhiều tác giả khác cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo phức của
thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác. Nghiên cứu phức chất của
thiosemicacbazit với Ni(II) [9, 25] và Zn(II) [25] bằng các phương pháp từ hoá, phổ
hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đưa ra kết luận rằng liên
kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại được thực hiện trực tiếp
qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi tạo phức phân tử thiosemicacbazit
tồn tại ở cấu hình cis. Kết luận này cũng được khẳng định khi các tác giả [12, 14,
23, 26] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một số ion kim loại như Pt(II),
Pd(II), Co(II).

-8-


Như vậy, thiosemicacbazit có xu hướng thể hiện dung lượng phối trí bằng
hai và liên kết được thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí
này cần phải tiêu tốn năng lượng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans
sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ N(2) sang nguyên tử S. Năng lượng
này được bù trừ bởi năng lượng dư ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng
đóng vòng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, do khó khăn về 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. Một số ví dụ điển hình về
kiểu phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Ag(I) [29].
Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các thiosemicacbazon phong
phú cả về số lượng và tính chất. Cũng như thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon
và các dẫn xuất của chúng có khuynh hướng thể hiện dung lượng phối trí cực đại.
Nếu phần hợp chất cacbonyl không chứa nguyên tử có khả năng tạo phức thì
thiosemicacbazon đóng vai trò như phối tử hai càng giống như thiosemicacbazit. Ví
dụ: các thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal,
menton …
M
N

NHR
N

NHR
N

C

H

N
C

dạng thion

N
SH

S

S

N

dạng thiol

H

C
NHR

tạo phức

Sơ đồ 1.3: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R: CH3, C2H5,C6H5…)
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(1) qua hai hay ba nguyên tử trung
gian thì khi tạo phức, thiosemicacbazon này thường có khuynh hướng thể hiện dung
lượng phối trí bằng 3 với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S. Ví dụ: thiosemicacbazon
hay dẫn xuất thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa hay H2pthsa), isatin

-9-


(H2this hay H2pthis), axetyl axeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpyr hay
H2pthpyr)... Trong phức chất của chúng với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+..., các phối tử
này có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vòng 5 hoặc 6 cạnh
bền [1, 4, 6]. Mô hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng đã được các
tác giả [1, 4] xác định như sau:

D

D
M

M

hoÆc

S

N

S

N

N

N
NH2

NH2

H

a)

a')

Sơ đồ 1.4: Mô hình tạo phức của thiosemicacbazon 3 càng
Các thiosemicacbazon bốn càng thường được điều chế bằng cách ngưng tụ
hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl.
NHR
N
R

O
+
C

R'

NHR''

H2N

C

2

N
H

O

R

C
SH

N
C

+

C

2 H2O

C

S

R'

N

SH
N

C
NHR''

Sơ đồ 1.5: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 4 càng
Các phối tử bốn càng loại này có bộ nguyên tử cho N, N, S, S nằm trên cùng
một mặt phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí phối trí trên mặt phẳng xích đạo của
phức chất tạo thành.
Trong một số ít trường hợp, do khó khăn về lập thể các thiosemicacbazon
mới thể hiện vai trò của phối tử một càng [30, 31]. Ví dụ như phức chất của Cu(II)

- 10 -


với N(4) - phenyl thiosemicacbazon 2-benzoylpyriđin [26] có cấu tạo như hình bên.
Trong đó, phối tử thứ hai đóng vai trò là phối tử 1 càng còn phối tử thứ nhất là phối
tử 3 càng.

N
N
HN

NH

S
Cu

ClO4-

+

N
HN

S

N
N

(I)

(II)

Tóm lại, 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.
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT
CỦA CHÚNG
Các phức chất của thiosemicacbazon được quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý
nghĩa khoa học mà các hợp chất này còn nhiều khả năng ứng dụng trong thực tiễn.
Gần đây, Sivadasan Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác
gồm phức chất của thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền
polistiren [19]. Đây là những chất xúc tác dị thể được sử dụng trong phản ứng tạo
nhựa epoxy từ xyclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon
cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck)
[20].

- 11 -


Một số thiosemicacbazon cũng đã được sử dụng làm chất ức chế quá trình ăn
mòn kim loại. Offiong O.E. đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của

4

- metyl thiosemicacbazon, 4 - phenyl thiosemicacbazon của 2 – axetyl pyriđin đối
với thép nhẹ (98%Fe). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của
chất đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67% [15, 24].
Ngoài khả năng tạo phức tốt, các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon còn
có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực phân tích cũng như xác định hàm lượng của nhiều

kim loại khác nhau. R.Murthy đã sử dụng thiosemicacbazon o-hidroxi axetophenon
trong việc xác định làm lượng Pd bằng phương pháp trắc quang. Với phương pháp
này có thể xác định hàm lượng Pd trong khoảng nồng độ 0,042-10,6g/l [38].
Pd(II) cũng được xác định bằng phương pháp chiết - trắc quang dựa trên cơ
sở sự tạo phức của nó với 4 - phenyl thiosemicacbazon thiophenanđehit, phức này
có thể chiết vào clorofom trong môi trường axit H2SO4 sau khi lắc khoảng 10 phút.
Khi đó có thể xác định hàm lượng Pd trong khoảng nồng độ 0,04 - 6g/l [44] (thoả
mãn định luật Beer). Phương pháp trắc quang cũng được sử dụng để xác định hàm
lượng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và trong dầu của một số loại hạt dựa vào
khả năng tạo phức của chúng với 1 – phenyl - 1, 2 – propandion – 2 - oxim
thiosemicacbazon [35].
Bên cạnh đó, Sivadasan Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc
tác gồm phức chất của thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền
polistiren[19]. Đây là những chất xúc tác dị thể được sử dụng trong phản ứng tạo
nhựa epoxy từ cyclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon
cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch anken (phản ứng Heck)
[20].
Các thiosemicacbazon cũng được sử dụng trong hóa học phân tích để tách
cũng như xác định hàm lượng của nhiều kim loại. Ví dụ: phương pháp trắc quang
đã được sử dụng để xác định hàm lượng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và dầu
của một số loại hạt dựa trên khả năng tạo phức của chúng với 1- phenyl - 1, 2 –

- 12 -


propanđion – 2 - oximthiosemicacbazon [28], xác định hàm lượng Zn(II) trong cơ
thể người và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinon
monophenyl thiosemicacbazon [35]… Nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [14] đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và
xác định hàm lượng các ion kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Hg và Cd. Bên cạnh

đó, nhiều tác giả đã chế tạo được các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các
thiosemicacbazon như: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở benzil
(bisthiosemicacbazon) [39]; điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylandehit
thiosemicacbazon [38]; điện cực chọn lọc ion Al3+ trên cơ sở glyoxal
(bisthiosemicacbazon) [45]…Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh, khoảng
nồng độ làm việc rộng, và thời gian sử dụng dài. Đây là một hướng mới trong
nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon.
Ngoài các ứng dụng trên, người ta còn đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh
học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng. Hiện nay, người ta nghiên
cứu các phức chất trên cơ sở thiosemicacbazon với mong muốn tìm kiếm các hợp
chất có hoạt tính sinh học cao, ít độc hại dùng trong y dược.
Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon được phát hiện đầu tiên bởi
Domagk. Khi nghiên cứu các thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một số hợp chất
có hoạt tính kháng khuẩn [3]. Sau phát hiện của Domagk, hàng loạt tác giả khác
[11, 13, 23, 42] cũng đưa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của
thiosemicacbazit, thiosemicacbazon cũng như phức chất của chúng. Tác giả [37]
cho rằng tất cả các thiosemicacbazon của dẫn xuất thế para của benzanđehit đều có
khả năng diệt vi trùng lao. Trong đó p-axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon
(thiacetazon - TB1) được xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu nghiệm nhất hiện nay.

H3C

C

NH

CH N

O

NH C
S

- 13 -

NH2

(TB1)


Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin - 3, 4 - etyl sunfobenzanđehit
(TB3) và pyriđin - 4, cũng đang được sử dụng để chữa bệnh lao. Thiosemicacbazon
isatin được dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát trùng.
Thiosemicacbazon của monoguanyl hiđrazon có khả năng diệt khuẩn Gram (+)....
Phức chất của thiosemicacbazit với các muối clorua của mangan, niken, coban đặc
biệt là kẽm được dùng làm thuốc chống thương hàn, kiết lị, các bệnh đường ruột và
diệt nấm [1]. Phức chất của đồng (II) với thiosemicacbazit có khả năng ức chế sự
phát triển của tế bào ung thư [30].
Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các
thiosemicacbazon và phức chất với một số kim loại chuyển tiếp như Cu, Ni, Mo ...
Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),
thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức
chất của chúng. Kết quả thử khả năng ức chế sự phát triển khối u cho thấy cả hai
phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đều có tác dụng làm giảm mật độ 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 sự phát triển tế bào ung thư SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS của
Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8% [1].
Tiếp sau đó, các tác giả [4, 6] đã tổng hợp và nghiên cứu phức chất của
Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon. Kết quả cho thấy, các
phức chất của Pt(II) với N(4) - phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon

furanđehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư gan, ung thư màng
tim, ung thư màng tử cung. Phức chất của Pt(II) với N(4) - metyl thiosemicacbazon
isatin, N(4) - metyl thiosemicacbazon furanđehit đều có khả năng ức chế tế bào ung
thư màng tim và ung thư biểu mô ở người.
Tác giả [8] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa
Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicacbazon mà hợp chất cacbonyl có nguồn gốc
từ tự nhiên như octanal, campho, xitronenlal, mentonua. Trong số đó, phức chất

- 14 -


Cu(II) của các phối tử thiosemicacbazon xitronenal và thiosemicacbazon menton
đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thư gan và phổi.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ PALAĐI, NIKEN VÀ KẼM
1.3.1. Giới thiệu chung
Palađi được William Hyde Wollaston phát hiện năm 1803. Nguyên tố này
được Wollaston đặt tên năm 1804 theo tên gọi của tiểu hành tinh Pallas, được phát
hiện hai năm trước đó
Palađi (tên tiếng La - tinh là Palladium), có số thứ tự là 46 trong bảng hệ
thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d10
4s24p64d85s2, thuộc chu kì 5, nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các
nguyên tố hoá học của Menđeleep. Palađi là một trong số những kim loại quí, màu
xám nhạt, tương đối mềm, nhẹ nhất, dễ nóng chảy nhất và có khả năng phản ứng
nhất trong các kim loại họ platin. Trong các hợp chất, palađi thể hiện số oxi hoá +2,
+4. Trong đó trạng thái oxi hoá +4 (PdO2, K2[PdCl6]) có tính oxi hoá mạnh, không
bền. Trong tự nhiên, nguyên tố palađi tồn tại một số đồng vị, tỷ lệ các đồng vị của
palađi tương đối đồng đều, trong đó 2 đồng vị 106Pd và 108Pd chiếm nhiều nhất.
102

106

Pd : 0,96%

104

Pd : 10,97%

105

Pd : 22,21%

Pd : 27,30%

108

Pd : 26,93%

110

Pd : 11,83%

Niken (tiếng La - tinh là Niccolum), có số thứ tự là 28 trong bảng hệ thống
tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p6 3d84s2,
thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học.
Niken là kim loại có màu trắng, tương đối cứng, ở dạng bột có màu đen, có thể tự
cháy trong không khí. Trong các hợp chất, niken có số oxi hoá là +2, +3 trong đó
trạng thái oxi hoá +3 rất kém bền. Trong tự nhiên, niken tồn tại các đồng vị khác
nhau với tỷ lệ số nguyên tử tương ứng như sau [3], trong đó
nhất.

- 15 -

58

Ni chiếm tỷ lệ cao


58

Ni : 67,76%

60

Ni: 26,16%

61

Ni : 1,25%

62

Ni : 3,67%

64

Ni : 1,16%

Kẽm (tiếng La - tinh là Zincum), có số thứ tự là 30 trong bảng hệ thống tuần
hoàn các nguyên tố hóa học, thuộc chu kỳ 4, nhóm IIB trong bảng hệ thống tuần
hoàn các nguyên tố hoá học với cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s2. Kẽm là

kim loại có màu trắng xanh, có tính chất hóa học gần giống với magiê, vì ion của
chúng có kích thước giống nhau và có trạng thái oxi hóa thông thường duy nhất là
+2. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền,
trong đó có nguyên tử khối 64u chiếm nhiều nhất:
64

Zn: 48,60%

66

Zn: 27,90%

67

Zn: 4,10%

68

Zn:18,80%

70

Zn: 0,60%

Kẽm thuộc số nguyên tố quan trọng về mặt sinh vật học. Cây cối thường
chứa một lượng kẽm đến 10-4 %, nhưng trong những loại cây đặc biệt, lượng kẽm
lớn hơn nhiều. Như cây plantago chứa 0,02% kẽm, còn các hoa quả tím chứa 0,05%
kẽm. Người ta đã biết rằng một lượng ít kẽm cần thiết cho sự sinh trưởng và sinh
hoa quả của rất nhiều cây cối. Về phía động vật, những thí nghiệm với chuột cũng
cho thấy như thế. Một số hợp chất của kẽm được dùng trong y học như ZnO dùng

làm thuốc giảm đau dây thần kinh, chữa eczema, chữa ngứa... ZnSO4 được dùng
làm thuốc gây nôn, thuốc sát trùng, dung dịch 0,1- 0,5% làm thuốc nhỏ mắt chữa
đau kết mạc.
1.3.2. Khả năng tạo phức của palađi, niken và kẽm
1.3.2.1 Khả năng tạo phức của palađi
Ion Pd2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s24p64d8, bền trong môi
trường nước, dung dịch loãng có màu vàng, dung dịch đặc hơn có màu vàng sẫm
đến nâu. Cũng như các ion kim loại nhóm d khác, nó có khả năng tạo phức với hầu
hết các phối tử như Cl–, I–, CN–, SCN–... Các phức chất này có số phối trí phổ biến
bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như [PdCl4]2–, [PdI4]2–... .

- 16 -


Cấu hình vuông phẳng còn phổ biến trong các hợp chất của Pd dưới dạng rắn
như PdCl2. Song trong một số phức chất ion Pd2+ cũng thể hiện số phối trí 5, 6 có
nghĩa là có sự tương tác yếu giữa ion trung tâm với các phối tử phía trên và phía
dưới mặt phẳng hình vuông. Ví dụ như ion phức [Pd(ĐMG)2OH]– (ĐMG: đimetyl
glioxim) có số phối trí 5 với cấu trúc tháp đáy vuông hình thành khi palađi đimetyl
glioximat tan trong môi trường kiềm.
1.3.2.2 Khả năng tạo phức của niken:
Ion Ni2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d8, có khả năng tạo phức lớn,
bền trong môi trường nước, cho dung dịch màu lục sáng tạo nên bởi phức aqua
[Ni(H2O)6]2+.
Các phức chất của Ni(II) đã được biết từ rất lâu với số phối trí đặc trưng là 4
và 6. Các phối tử trường mạnh thường tạo với Ni2+ những phức chất vuông phẳng
nghịch từ như [Ni(CN)4]2–. Các phối tử trường yếu tạo phức chất tứ diện như
[NiCl4]2–... còn với phối tử thuộc trường trung bình thường tạo với Ni 2+ những phức
bát diện, thuận từ như [Ni(H2O)6]2+, [Ni(NH3)6]2+...[2]
dx2-y2

dxy

dz2

dxz, dyz

Tứ diện Td

Ion tự do

Bát diện Oh

Bát diện lệch D4h Vuông phẳng D4h

Hình 1.1: Sự tách mức năng lượng và sự sắp xếp electron của ion Ni2+ (d8)
trong các trường đối xứng.

- 17 -