thiết kế tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và hgii

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.25 MB, 156 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

1
MỞ ĐẦU

Glutathione (GSH), cysteine (Cys) và homocysteine (Hcy) là những hợp chất
thiol đóng vai trị quan trọng trong các q trình sinh học. Mức độ bất thường của các
biothiol có liên quan đến nhiều loại bệnh như tổn thương gan, tổn thương da,
Alzheimer, Parkinson, tim mạch, tiểu đường và HIV.

Thủy ngân là một trong những chất gây ô nhiễm nguy hiểm và phổ biến, phát
thải thông qua các hoạt động tự nhiên hoặc các hoạt động của con người, gây ảnh
hưởng nghiêm trọng về sức khỏe con người bằng cách phá hoại hệ thống thần kinh
trung ương và tuyến nội tiết, dẫn đến sự rối loạn về nhận thức và vận động.

Vì vậy, việc xác định biothiol trong tế bào, hàm lượng thủy ngân trong các
nguồn nước là rất quan trọng trong sự chẩn đoán sớm các bệnh liên quan, bảo vệ môi
trường sống và hiện đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngồi
nước. Có nhiều phương pháp đã được áp dụng phát hiện các biothiol và ion Hg(II)
như phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), phương pháp phổ khối lượng
(MS), phương pháp sắc ký khí (GC), phương pháp phân tích điện hóa, phương pháp
quang phổ hấp thụ phân tử (MAS) - phương pháp phân tích UV-Vis, phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và phương pháp huỳnh quang… Trong đó,
phương pháp huỳnh quang có nhiều ưu điểm hơn, đó là khơng địi hỏi thiết bị máy
móc đắt tiền, dễ thực hiện, ít tốn kém, và áp dụng phân tích cho nhiều đối tượng,
đặc biệt có thể phân tích các chất trong tế bào sống.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

hiện ion Fe(III), F-, Cs+ và Cu(II) dựa trên calix[4]arene; chemosensor chứa vòng 
1,2,3-triazole phát hiện Al(III) và chemosensor phát hiện ion Hg(II) từ dẫn xuất của
chất phát huỳnh quang rhodamine.

Để xác định các biothiol, các nghiên cứu đã thiết kế sensor huỳnh quang dựa
trên các phản ứng đặc trưng của biothiol như phản ứng tạo vòng với aldehyde, phản
ứng cộng Michael, phản ứng ghép nối peptide, phản ứng sắp xếp nhóm thế ở nhân
thơm, phản ứng phân tách sulfonamide ester hoặc sulfonate ester, phản ứng phân
tách disulfides. Ngoài việc sử dụng phản ứng đặc trưng của biothiol, phản ứng trao
đổi phức (phức của chất huỳnh quang với ion Cu(II)…) cũng được sử dụng.

Các nghiên cứu về sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II) đã dựa trên các
phản ứng đặc trưng của ion Hg(II) như phản ứng tách loại lưu huỳnh và đóng vịng
guanidine, phản ứng chuyển đổi nhóm thiocarbonyl thành nhóm carbonyl, phản ứng
tách loại thiol,…và dựa trên phản ứng tạo phức giữa ion Hg(II) với các phối tử
-O,-N,-S trong vòng hoặc ở mạch hở.

Đến nay, nhiều chất phát huỳnh quang khác nhau đã được sử sụng để phát
triển các sensor huỳnh quang. Tuy nhiên, từ những đặc tính huỳnh quang vượt trội,
nên các dẫn xuất của cyanine và coumarin đã được sử dụng khá nhiều trong nghiên
cứu phát triển các sensor huỳnh quang, trong đó có các sensor huỳnh quang phát
hiện ion Hg(II), cũng như biothiol.

Mặc dù có nhiều nỗ lực phát triển các sensor huỳnh quang để xác định các
biothiol và ion Hg(II) nhưng đa phần các sensor này vẫn tồn tại một số hạn chế như
sử dụng một lượng lớn dung mơi hữu cơ, giới hạn phát hiện cịn cao, có bước sóng
phát xạ ngắn gây ảnh hưởng đến tế bào, và phản ứng giữa sensor với chất phân tích
xảy ra chậm.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Với sự phát triển và hỗ trợ mạnh của công nghệ thơng tin, vì thế, hố tính
tốn đã trở thành cơng cụ quan trọng trong nghiên cứu hố học nói chung và nghiên
cứu sensor huỳnh quang nói riêng. Nhiều tính chất lý, hố đã được dự đốn chính

xác, cũng như được làm sáng tỏ từ q trình tính tốn.

Sự kết hợp hóa tính tốn với nghiên cứu thực nghiệm là hướng nghiên cứu
hiện đại. Bởi vì, tính toán lý thuyết nhằm định hướng cho thực nghiệm về thiết kế,
tổng hợp và dự đốn đặc tính của sensor; thực nghiệm kiểm chứng, khẳng định
những kết quả tính tốn, trong một số trường hợp, kết quả thực nghiệm cũng định
hướng cho tính toán trong việc nghiên cứu bản chất, cũng như giải thích rõ hơn cơ
chế phản ứng. Sự kết hợp linh hoạt này giúp giảm thiểu thời gian thực nghiệm, tiết
kiệm hóa chất và tăng khả năng thành công của nghiên cứu. Tuy nhiên, hiện vẫn
cịn rất ít sensor huỳnh quang nghiên cứu theo hướng này được công bố.

Trước những thực trạng trên, chúng tôi thực hiện đề tài: "Thiết kế, tổng hợp 
một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định 
biothiol và Hg(II) ".

Nhiệm vụ của luận án:

- Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng sensor L từ dẫn xuất 
của cyanine dựa trên phản ứng tạo phức và phản ứng trao đổi phức, nhằm phát hiện
các biothiol và ion Hg(II).

- Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng sensor AMC từ dẫn 
xuất của coumarin phát hiện các biothiol, dựa trên phản ứng cộng Michael.

Những đóng góp mới của luận án:

- Sensor L mới được thiết kế từ dẫn xuất cyanine đã được công bố, phát 
hiện chọn lọc ion Hg(II) dựa trên phản ứng tạo phức, hoạt động theo kiểu bật-tắt
(ON-OFF); phức chất của Hg(II) với L (Hg2L2)phát hiện chọn lọc Cys dựa trên

phản ứng trao đổi phức, hoạt động theo kiểu tắt-bật (OFF-ON). Giới phát hiện và
giới hạn định lượng ion Hg(II) bằng L tương ứng là 11,8 μg/L và 39,3 μg/L hay 
0,059 μM và 0,19 μM; giới phát hiện và giới hạn định lượng Cys bằng Hg2L2

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

- Sensor AMC mới được thiết kế từ dẫn xuất coumarin đã được công bố, 
phát hiện chọn lọc Cys dựa trên phản ứng cộng Michael, hoạt động theo kiểu dựa
trên sự biến đổi tỷ lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng. Giới phát hiện và giới
hạn định lượng Cys được xác định tương ứng là 0,5 μM và 1,65 μM.

- Sensor L và sensor AMC được nghiên cứu bằng sự kết hợp linh hoạt 
nghiên cứu tính tốn hóa lượng tử với nghiên cứu thực nghiệm.

Những đóng góp mới của luận án đã được công bố tại: 
- Dyes and Pigments, 2016, 131, pp. 301-306.

- Chemistry Letters, 2017, 46, pp. 135-138.
- Dyes and Pigments, 2018, 152, pp. 118-126.

- Vietnam Journal of Chemistry, International Edition, 2017, 55, pp.700-707.
- Hue Univerity Journal of Science: Natural Science, 2018, Vol.127, No. 1A,
pp. 51-59.

Cấu trúc của luận án gồm các phần sau: 
- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan tài liệu

- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Những kết luận chính của luận án
- Định hướng nghiên cứu tiếp theo

- Danh mục các cơng trình liên quan đến luận án
- Tài liệu tham khảo

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

5
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan nghiên cứu về sensor huỳnh quang 
1.1.1. Tình hình nghiên cứu sensor huỳnh quang

Trong hóa học phân tích, phương pháp huỳnh quang có ưu điểm hơn các
phương pháp quang học khác, đó là độ nhạy cao. Điều này là do sự phát xạ tín hiệu
huỳnh quang tỉ lệ thuận với nồng độ của chất phân tích; trong khi ở phương pháp
trắc quang nồng độ của chất tỉ lệ thuận với độ hấp thụ, mà độ hấp thụ lại liên quan
đến tỉ lệ giữa cường độ đo trước và sau khi chùm ánh sáng đi qua mẫu. Do đó, đối
với huỳnh quang, sự tăng cường độ của chùm tia tới sẽ dẫn đến sự phát ra tín hiệu
huỳnh quang mạnh, trong khi đó điều này khơng xảy ra ở phương pháp đo độ hấp
thụ. Các kỹ thuật đo huỳnh quang có thể xác định nồng độ nhỏ hơn một triệu lần so
với phương pháp đo độ hấp thụ. Năm 1992, Anthony W. Czarnik lần đầu tiên đưa ra
khái niệm chemodosimeter như là phân tử phi sinh học và đề xuất cách tiếp cận mới
trong lĩnh vực sensor quang học để nhận dạng chất phân tích. Ơng và nnc đã trình 
bày một chemodosimeter phát hiện ion Cu(II) dựa trên phản ứng mở vòng dẫn xuất
rhodamine-B [17].

Thời gian đầu, các cơng trình nghiên cứu về chemosensor và chemodosimeter
(gọi chung là sensor huỳnh quang) chủ yếu được thiết kế để xác định ion kim loại,
sau đó chúng được phát triển để xác định các anion. Trong thời gian gần đây, các nhà
khoa học đã thiết kế được những chemosensor và chemodosimeter để xác định các
phân tử, đặc biệt là phân tử sinh học. Đến nay, trên thế giới hầu như tuần nào cũng
có sensor huỳnh quang mới được công bố [138]. Điều này là do các sensor huỳnh
quang thường nhạy, dễ thực hiện và ít tốn kém [120] so với các phương pháp truyền
thống như phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao, phương pháp phổ khối lượng,
phương pháp sắc ký khí, phương pháp phân tích điện hóa, phương pháp quang phổ
hấp thụ phân tử - phương pháp phân tích UV-Vis, phương pháp quang phổ hấp thụ
nguyên tử (AAS) trong việc phân tích các chất.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

tượng khác nhau. Những nghiên cứu đã cơng bố có thể phát hiện chọn lọc các ion
kim loại như Hg(II), Cu(II), Fe(II), Fe(III), Al(III),…[63], [74], [75], [78], [82],
[120]. Một số sensor huỳnh quang có thể phát hiện các ion kim loại trong tế bào
sống như ion Fe(III) trong tế bào gan [82], ion Cu(II) trong tế bào HepG2 [63], ion
Hg(II) trong tế bào PC3 [78],… Ngoài ra, các sensor huỳnh quang cịn có thể phát
hiện các anion như bisulfite [111], sulfite [47], acetate, benzoate, cyanide, fluoride
[26],…So với ion kim loại và anion, tuy việc phát triển chemosensor và
chemodosimeter ứng dụng trong phân tích phân tử, đặc biệt là phân tử sinh học bắt
đầu muộn hơn, nhưng số lượng các cơng trình đặc biệt tăng lên trong thời gian gần
đây, kết quả nghiên cứu về chemosensor và chemodosimete cho thấy các sensor
huỳnh quang này phát hiện nhanh, nhạy, chọn lọc các biothiol [33], [35], [45], [60],
[65], [89], [90], [93], [141], [144], [169], [177], [178],[180], [181],[185], [187].

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

chemodosimeter từ dẫn xuất của fluorescein phát hiện chọn lọc ion Hg(II) dựa trên

phản ứng tạo phức và phản ứng đặc trưng của ion Hg(II), tất cả hoạt động kiểu
tắt-bật (OFF-ON) huỳnh quang theo các cơ chế khác nhau.

1.1.2. Nguyên lý hoạt động của sensor huỳnh quang

Năm 2010, tác giả Dương Tuấn Quang và Jong Seung Kim trình bày nguyên
lý hoạt động của chemosensor và chemodosimeter [120] được mô tả ở Hình 1.1.
Theo các tác giả, khi chemosensor tương tác với chất phân tích, đã xảy sự phối trí
giữa chemosensor với chất phân tích, kết quả tạo thành một cấu trúc phát tín hiệu duy
nhất (Hình 1.1a), hoặc hình thành một cấu trúc phát tín hiệu và một cấu trúc khơng
phát tín hiệu (Hình 1.1b). Các phản ứng này là thuận nghịch. Trong khi đó, khi
chemodosimeter tương tác với chất phân tích gây ra phản ứng khơng thuận nghịch,
trong đó chất phân tích liên kết cộng hóa trị với một hay nhiều nguyên tử hình thành
một cấu trúc phát tín hiệu và một cấu trúc khơng phát tín hiệu, các cấu trúc này khác
về mặt hóa học so với chemodosimeter ban đầu. Chất phân tích có thể liên kết với
một trong hai cấu trúc trên (Hình 1.1c và 1.1d).

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

thay đổi tín hiệu huỳnh quang trước và sau khi phản ứng với chất phân tích. Nếu
sensor huỳnh quang phản ứng thuận nghịch với chất phân tích được gọi là
chemosensor. Trái lại, sensor huỳnh quang phản ứng không thuận nghịch với chất
phân tích được gọi là chemodosimeter.

1.1.3. Cấu tạo của sensor huỳnh quang

Hình 1.2 trình bày cấu tạo thơng thường của một sensor huỳnh quang. Theo
đó, gồm ba thành phần chính “ﬂuorophore-spacer-receptor”. Trong đó, fluorophore
là tiểu phần liên quan đến sự thay đổi tín hiệu huỳnh quang; receptor là tiểu phần
phản ứng hoặc tạo liên kết với chất phân tích; spacer là tiểu phần cầu nối và truyền

dẫn tín hiệu giữa receptor và fluorophore [138]. Các sensor loại này thường hoạt
động theo cơ chế PET, FRET. Một ví dụ về sensor huỳnh quang có cấu tạo đầy đủ
ba thành phần (Hình 1.3), được Nguyễn Khoa Hiền và nnc báo cáo dùng để phát 
hiện ion Hg(II) [43].

Hình 1.2. Cấu tạo của một sensor huỳnh quang [138]

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

nhiều fluorophore hoặc nhiều receptor theo kiểu fluorophore-[spacer-receptor]n,
[fluorophore-spacer]n-receptor hoặc [fluorophore]n-spacer-[receptor]n…[117],
[183]. Ngoài ra, một số sensor huỳnh quang có thể chỉ được cấu tạo bởi
fluorophore-receptor [188], các sensor loại này thường hoạt động theo cơ chế ICT.
1.1.4. Nguyên tắc thiết kế các sensor huỳnh quang

Để thiết kế các sensor huỳnh quang phù hợp vào việc ứng dụng phân tích các
chất thì tính chất huỳnh quang của nó (bao gồm cả hiệu suất lượng tử huỳnh quang,
bước sóng và thời gian sống) phải thay đổi sau khi tương tác với chất phân tích. Do
đó, cần khảo sát tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất huỳnh quang. Những yếu
tố đó chủ yếu dựa trên các nguyên tắc sau (chi tiết được trình bày ở Phụ lục 1) [51],
[146], [172]: Mức độ liên hợp của hệ thống electron π; Ảnh hưởng của nhóm thế;
Sự chuyển điện tích nội phân tử (ICT); Sự chuyển điện tích nội phân tử xoắn
(TICT); Sự chuyển electron do cảm ứng ánh sáng (PET); Sự chuyển proton nội
phân tử ở trạng thái kích thích (ESIPT); Sự chuyển năng lượng cộng hưởng
Forster (FRET).

1.2. Vai trò của các biothiol trong tế bào và các phương pháp phát hiện 
1.2.1. Các biothiol và vai trò của chúng

Các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm sulfhydryl hay nhóm thiol (nhóm -SH)

được gọi là các hợp chất thiol, trước đây thường gọi là mecaptan. Biothiol là các
phân tử thiol sinh học, trong đó quan trọng nhất gồm cysteine (Cys), glutathione
(GSH) và homocysteine (Hcy) (Hình 1.4). Các biothiol đóng vai trị quan trọng
trong các quá trình sinh học. Quá trình trao đổi chất và vận chuyển các hợp chất
biothiol trong các hệ thống sinh học có liên quan chặt chẽ đến một loạt các enzyme
và protein quan trọng. Sự thiếu hụt hoặc quá mức nồng độ nội sinh các biothiol dẫn
đến thay đổi các điều kiện bệnh lý khác nhau. Sự dao động này còn thể hiện trạng
thái chức năng của các enzymn tương ứng và có liên quan đến các bệnh lý [13],
[24], [75], [96], [162].

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

protein bậc ba và bậc bốn thơng qua hình thành disulfide trong điều kiện sinh lý
[114]. Sự thiếu hụt Cys có thể gây ra các bệnh lý như tăng trưởng chậm, hôn mê,
tổn thương gan, tổn thương da và phá hủy sắc tố tóc [18]; GSH đóng vai trị quan
trọng trong việc duy trì mơi trường oxy hóa trong các tế bào sống [52], [122] [177].
GSH có tác dụng bảo vệ tế bào chống lại các chất bài tiết, cũng như các chất độc hại
tự nhiên như các gốc tự do và hydroperoxide. Sự suy giảm nồng độ GSH có liên
quan đến một số bệnh ở người như bệnh ung thư, thối hóa thần kinh và bệnh tim
mạch [5]; Nồng độ Hcy trong huyết thanh cao là yếu tố dẫn đến nguy cơ cao mắc
bệnh Alzheimer, bệnh tim mạch, viêm đại tràng, dị tật bẩm sinh và bệnh suy giảm
trí nhớ ở người cao tuổi [124], [134], [147].

(H) (C) (N) (S) (O)

Hình 1.4. Hình học bền của Cys (a), Hcy (b) và GSH (c) ở mức lý thuyết 
B3LYP/LanL2DZ

1.2.2. Phương pháp phát hiện các biothiol

Do tầm quan trọng của các phân tử thiol sinh học, việc nghiên cứu các
phương pháp mới để phát hiện các biothiol đã và đang được các nhà khoa học quan
tâm. Có rất nhiều phương phân tích khác nhau đã được sử dụng để phát hiện các
biothiol, chẳng hạn như sắc ký lỏng hiệu năng cao, phổ khối lượng [36], sắc ký khí

(a) (b)

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

[14], phân tích điện hóa [44], [103] và phân tích UV-Vis [4], [57]. Ngoại trừ,
phương pháp UV-Vis sử dụng máy móc thiết bị đơn giản, rẻ tiền và dễ thực hiện,
song thường kém nhạy hơn; các phương pháp cịn lại thường dùng máy móc thiết bị
hiện đại, đắt tiền và thực hiện bởi những chuyên gia được đào tạo, có kinh nghiệm.
Trong khi đó, phương pháp phân tích huỳnh quang thường sử dụng máy móc thiết
bị rẻ tiền, đơn giản, dễ thực hiện, đặc biệt có thể tầm sốt các chất này trong các tế
bào sống [120].

1.3. Nguồn ô nhiễm, độc tính, phương pháp phát hiện ion Hg(II) 
1.3.1. Nguồn ô nhiễm, độc tính của ion Hg(II)

Trong số các kim loại nặng độc hại, thủy ngân là mối quan tâm lớn trong
các kim loại nặng độc hại và phong phú nhất trong lớp vỏ của Trái Đất [132].
Thủy ngân (Hg) tồn tại trong môi trường gồm các dạng nguyên tố, vô cơ và hữu
cơ. Thủy ngân nguyên tố và thủy ngân vô cơ thải vào môi trường chủ yếu từ khai
thác mỏ, luyện kim, hoạt động công nghiệp và q trình đốt cháy nhiên liệu hóa
thạch. Thủy ngân hữu cơ trong môi trường chủ yếu là do quá trình vi sinh vật
phân giải thủy ngân vô cơ ở trầm tích biển thành methylmercury [6]. Ngoài ra,
thủy ngân còn phát thải vào môi trường từ các nguồn khác như hỗn hống nha
khoa, mỹ phẩm và dược phẩm [56].

Ở nồng độ mức ppb, các ion thủy ngân có thể gây ra những tác động tiêu
cực đến môi trường, động vật, thực vật và con người. Đối với con người, thủy
ngân có thể gây ra những thay đổi trong cấu trúc của ADN và gây hại cho não,
viêm nướu, viêm miệng, hệ tiêu hóa và rối loạn thần kinh, thậm chí tử vong. Nó
cũng được cho là có liên quan với sẩy thai và dị tật bẩm sinh [6].

1.3.2. Phương pháp phát hiện ion Hg (II)

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

hiện, song thường kém nhạy hơn. Để phát hiện ion Hg(II) ở mức nồng độ ppb
bằng quang phổ hấp thụ phân tử thường phải kết hợp với các phương pháp làm
giàu như tách chiết [145], hoặc động học xúc tác,… [123].

1.4. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol

1.4.1. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng tạo vòng 
với các aldehyde

Phản ứng tạo vòng giữa Cys/Hcy với aldehyde tạo thành thiazolidines/
thiazinanes (Hình 1.5) đã được sử dụng để thiết kế các sensor huỳnh quang phát
hiện Cys/Hcy trong sự có mặt của GSH.

Hình 1.5. Phản ứng giữa fluorophore có chứa aldehyde với Cys/Hcy tạo 
thành thiazolidines/thiazinanes [92]

Hình 1.6. Sensor 1 phát hiện Cys/ Hcy dựa trên phản ứng đóng vịng 
với aldehyde [108]

Năm 2004, Strongin và nnc đã thiết kế sensor 1 phát hiện chọn lọc Cys/Hcy

so với GSH (Hình 1.6). Sensor 1 được dùng để phát hiện Cys và Hcy trong huyết 
tương. Khi thêm Cys vào mẫu huyết tương có chứa 1 và một lượng dư GSH, phổ 
hấp thụ có sự chuyển dời đỏ từ bước sóng 480 nm về bước sóng 505 nm và giảm
cường độ huỳnh quang với sự gia tăng nồng độ Cys. Cường độ huỳnh quang của

Huỳnh quang yếu
Huỳnh quang mạnh

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

huyết tương chứa sensor 1 có quan hệ tuyến tính chặt chẽ với nồng độ Hcy trong 
phạm vi từ 2,9 µM đến 2,5 mM) [108].

Hình 1.7. Sensor 2 và 3 phát hiện Cys/Hcy dựa trên phản ứng đóng vịng 
với aldehyde [108]

Với cơ chế này, Barbas và nnc đã thiết kế sensor 2 và 3 (Hình 1.7) phát hiện 
Cys và Hcy. Cys phản ứng với sensor 2 và làm tăng cường độ huỳnh quang của 
dung dịch ở bước sóng 380 nm, hoạt động theo kiểu OFF-ON, phát hiện Cys ở
khoảng nồng độ từ 100 µM đến 5 mM trong sự có mặt của GSH. Ở trạng thái tự do,
sensor 3 có sự chuyển dịch điện tử nội phân tử (ICT) mạnh từ tiểu phần 
phenanthroimidazole giàu electron sang tiểu phần aldehyde thiếu hụt electron, phổ
huỳnh quang có bước sóng phát xạ cực đại ở 519 nm. Khi thêm Cys/Hcy vào dung
dịch chứa sensor 3, phổ huỳnh quang của sensor 3 có bước sóng cực đại chuyển từ 
519 nm về 394 nm (dịch chuyển mạnh đỉnh phát xạ phát 125 nm), hoạt động dựa
trên sự biến đổi tỷ lệ cường độ huỳnh quang. Điều này là do phản ứng giữa Cys/Hcy
với sensor 3 tạo vòng thiazolidine/thiazinane và loại bỏ nhóm -CHO, dẫn đến dập 
tắt ICT. Tỷ lệ cường độ huỳnh quang (I394nm/I519nm) có quan hệ tuyến tính tốt với

nồng độ Cys từ 6 µM đến 800 µM [163].

1.4.2. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng 
cộng Michael

Phản ứng cộng Michael giữa Cys/Hcy vào acrylate hình thành thioester với
vịng dị tố S, N chứa 7 hoặc 8 nguyên tử (1,4-thiazepane) đã được sử dụng từ năm

Huỳnh quang yếu Huỳnh quang mạnh

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

1966 trong tổng hợp hữu cơ (Hình 1.8). Đến năm 2011, phản ứng này được nhóm
Strongin ứng dụng rộng rãi để phát hiện Cys/Hcy, với việc sử dụng acrylic ester của
các fluorophore phổ biến như fluorescein, hydroxylated coumarin, naphthalimide và
cyanine. Trong sự hiện diện của Cys, Hcy hoặc GSH, một thioester được hình thành
bằng phản ứng cộng vào liên hợp acrylic este. Đối với Cys và Hcy, quá trình xảy ra
tiếp sau đó là giải phóng fluorophore tự do, ngược lại với GSH thì thioester được
hình thành thường bền. Sự khác biệt giữa Cys và Hcy thường được dựa trên thời
gian của phản ứng, trong đó Cys thường giải phóng fluorophore nhanh hơn so
với Hcy [92].

Hình 1.8. Các sensor phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng cộng 
 liên hợp với acrylic ester [108]

Trên cơ sở đó, các nnc đã thiết kế các sensor 4-6 từ dẫn xuất của fluorescein 
có chứa vịng spirocyclic (khơng màu và khơng phát huỳnh quang) để phát hiện Cys
(Hình 1.9). Khi bổ sung Cys vào dung dịch chứa sensor 4 hoặc 5, quá trình cộng 
vào liên hợp acrylic este xảy ra, tiếp theo là sự hình thành vịng dị tố và giải phóng
fluorophore tự do. Đó là một hợp chất với cấu trúc mở vòng spirolacton, phát huỳnh
quang mạnh mẽ ở bước sóng phát quang 518 nm, bước sóng kích thích 478 nm.

Sensor 4 thể hiện sự chọn lọc đối với Cys tốt hơn so với sensor 5, điều này có thể là 
do sensor 4 trải qua quá trình cộng - tách kép (có hai nhóm thioether với acrylic). 
Giới hạn phát hiện của sensor 4 đối với Cys là 77 nM [53].

Sau khi sensor 6 phản ứng với Cys, dung dịch trở nên có màu hồng (bước 
sóng hấp thụ cực đại 550 nm) và phát huỳnh quang mạnh mẽ (bước sóng phát xạ
621 nm), trong khi đó sự có mặt của các amino acids khác và GSH đã không gây ra
một sự thay đổi nào trong phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang. Điều này cho thấy
sensor 6 có thể sử dụng để phát hiện chọn lọc Cys [165].

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Hình 1.9. Sensor 4-6 phát hiện Cys dựa trên phản ứng cộng liên hợp 
với acrylic ester [53], [165]

1.4.3. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng ghép nối 
peptide (Native chemical ligation, NCL)

Hình 1.10. Cơ chế của quá trình Native chemical ligation [92]

4 5

6

λabs=478 nm λem =515 nm

λabs=550 nm λem =621 nm

Không màu và không phát huỳnh quang

Sự trao đổi giữa các dạng thioester

Chuyển đổi N→S acyl nội phân tử

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Trong phương pháp này (Hình 1.10), nhóm thiol (-SH) và cặp electron không
liên kết trên nguyên tử N trong tiểu phần cystein ở phần cuối của peptide B không 
được bảo vệ, tấn công vào nguyên tử C ở nối đôi trong tiểu phần thioester ở phần
cuối của peptide A không được bảo vệ, dẫn đến tạo thành một thioester trung gian 
C. Tiếp đến, thioester trung gian C trải qua quá trình chuyển đổi N→S acyl nội 
phân tử để tạo nên sản phẩm D với việc hình thành một liên kết peptide [92].

Dựa trên cơ chế này, sensor huỳnh quang 7 hoạt động dựa trên sự biến đổi tỷ 
lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng đã được thiết kế với fluorophore là sự kết
hợp giữa coumarin và benzopyrylium (Hình 1.11). Trong đó, nhóm phenyl thioester
là nhóm phản ứng với Cys/Hcy do phản ứng NCL của nó nhanh hơn nhiều so với
nhóm alkyl thioester.

Hình 1.11. Sensor 7 phát hiện Cys/ Hcy dựa trên quá trình NCL [27] 
Khi bổ sung Cys vào dung dịch 7 trong ethanol/phosphate (40/60, v/v, pH= 
7,4), dải hấp thụ ban đầu của sensor 7 tự do tại bước sóng 669 nm dần dần giảm, 
đồng thời xuất hiện và gia tăng một dải hấp hấp thụ mới ở bước sóng 423 nm. Màu
của dung dịch đổi dần từ màu xanh đậm đến màu vàng-xanh lá cây, cho phép sử
dụng để phát hiện Cys bằng mắt thường. Trong khi đó ở phổ huỳnh quang, dải phát

Dạng hở, λem=694 nm

Dạng hở, λem=694 nm Spirolactam λem=474 nm

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

xạ ở bước sóng 694 nm giảm dần, đồng thời xuất hiện và tăng dần một dải phát xạ
mới ở bước sóng 474 nm (ứng với đỉnh phát xạ của coumarin). Khoảng cách hai
đỉnh phát xạ lên đến 220 nm, thuận lợi trong sử dụng 7 như là một sensor hoạt động 
dựa trên sự biến đổi tỉ lệ phát xạ huỳnh quang để phát hiện Cys/Hcy. GSH chỉ gây
ra sự trao đổi thiol-thioester, dẫn đến khơng có sự thay đổi trong phổ huỳnh quang.

Sự có mặt của các amino acids và ion kim loại hầu như không làm thay đổi
đến phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của dung dịch 7. Kết quả, sensor 7 đã được sử 
dụng như một sensor huỳnh quang hoạt động dựa trên sự biến đổi tỷ lệ cường độ
huỳnh quang dùng để phát hiện Cys/Hcy ở tế bào HepG2 trong cơ thể sống [27].
1.4.4. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng sắp xếp lại 
nhóm thế ở nhân thơm

Phản ứng sắp xếp lại nhóm thế ở nhân thơm đã được nghiên cứu như là một
chiến lược trong thiết kế các sensor huỳnh quang dùng để phát hiện chọn lọc
Cys/Hcy trong sự có mặt của GSH. Ở cơ chế này, chất huỳnh quang chứa một nhóm
thế không ổn định (Leaving group, LG) phản ứng với thiol (Cys/Hcy) để tạo ra một
thioether theo cơ chế thế nucleophilic vào nhân thơm (SNAr). Tiếp đến, các nhóm
amino và thioether của Cys/Hcy xảy ra quá trình chuyển đổi để hình thành dẫn xuất
amine, thơng qua một trạng thái chuyển tiếp với vòng 5 hoặc 6 nguyên tử. Sự khác
biệt tính chất quang lý giữa chất phát quang ban đầu, sản phẩm thiother thế, amino
thế, cho phép phát hiện có chọn lọc GSH, Cys và Hcy (Hình 1.12).

Hình 1.12. Cơ chế các sensor phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng sắp 
xếp lại các nhóm thế ở nhân thơm [92]

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

Theo cơ chế này, các sensor 8-10 (Hình 1.13) đã được thiết kế dựa trên 
fluorophore là chất huỳnh quang boron-dipyrromethene (BODIPY).

Hình 1.13. Sensor 8-10 phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng sắp xếp lại 
các nhóm thế ở nhân thơm [93], [94]

Huỳnh quang mạnh
λem=588 nm

Huỳnh quang mạnh
λem=556 nm

Huỳnh quang yếu, λem=564 nm

8-S 8 8-N

9-M

9a. X=S 
9b. X=O

10

Khơng có huỳnh quang

Huỳnh quang mạnh
λem=588 nm

Huỳnh quang mạnh
λem=564 nm

Huỳnh quang mạnh

λabs=568 nm, λem=588 nm Huỳnh quang mạnh

λabs=443 nm, λem=530 nm

Khơng có huỳnh quang

(a) Sensor phát hiện chọn lọc GSH trong sự có mặt của Cys/Hcy

(b) Sensor phát hiện riêng biệt GSH, Cys và Hcy

(c) Sensor phát hiện đồng thời GSH, Cys và Hcy

Cys: nhanh
Hcy: chậm

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

Khi ở trạng thái tự do, trong dung dịch acetonitrile/HEPES (5/95, v/v, pH=
7,4), phổ huỳnh quang của sensor 8 phát xạ cực đại ở bước sóng 556 nm. Sensor 8 
phản ứng với GSH tạo ra thioether 8-S phát xạ mạnh mẽ ở bước sóng cực đại là 588 
nm. Tỷ lệ cường độ huỳnh quang tại các bước sóng phát xạ cực đại của 8-S và 
sensor 8 (I588nm/I556nm) có quan hệ tuyến tính chặt chẽ với nồng độ GSH (0 µM -60
µM). Sensor 8 có thể phát hiện định lượng GSH với giới hạn phát hiện là 0,086 µM. 
Ngược lại, sensor 8 phản ứng với Cys/Hcy tạo ra một amine 8-N với huỳnh quang 
hầu như khơng đáng kể ở bước sóng 564 nm. Điều này cho phép nó được sử dụng

để xác định GSH trong sự có mặt của Cys/Hcy trong tế bào sống [93].

Các sensor 9a và 9b được thiết kế dựa trên việc thay thế nhóm thế Cl của 
sensor 8 bằng nitrophenol hoặc nitrothiophenol. Quá trình này dẫn đến dập tắt 
huỳnh quang của lõi BODIPY thông qua quá trình PET. Các sensor này phản ứng
với Cys/Hcy để hình thành các dẫn xuất amine phát huỳnh quang mạnh mẽ ở bước
sóng 564 nm. Trong đó, phản ứng với Hcy mất nhiều thời gian hơn so với Cys.
Khác với Cys/Hcy, GSH phản ứng và thay thế nhóm nitrophenol, hoặc
nitrothiophenol của sensor, hình thành sản phẩm thế phát huỳnh quang mạnh mẽ ở
bước sóng 588 nm. Các kết quả này cho thấy có thể sử dụng các sensor 9a và 9b 
phát hiện riêng biệt GSH, Cys và Hcy [94].

Sensor 10 được thiết kế bằng cách gắn một nhóm rút electron imidazolium 
vào lõi BODIPY để tăng khả năng phản ứng thế nucleophilic ở vịng thơm. Nhờ đó,
phản ứng giữa sensor 10 với Cys và Hcy lần lượt xảy ra chỉ trong vòng 5 giây và 2 
phút, phát huỳnh quang mạnh với cường độ ổn định ở bước sóng 530 nm (bước
sóng kích thích 443 nm). Trong khi đó, GSH phản ứng và thay thế cả nhóm
imidazolium và nhóm nitrophenol/nitrothiophenol của sensor 10, hình thành sản 
phẩm dithioether phát huỳnh quang mạnh ở bước sóng 588 nm (bước sóng kích
thích 568 nm). Sensor 10 có thể sử dụng để phát hiện đồng thời GSH, Cys và Hcy 
bằng cách sử dụng các bước sóng kích thích khác nhau tương ứng là 568 nm
và 443 nm [94].

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

Các phản ứng phân tách sulfonamide hoặc sulfonate ester bởi thiol (Hình
1.14) cũng được sử dụng như là một chiến lược quan trọng trong thiết kế các sensor
huỳnh quang phát hiện các biothiol [12], [58], [64], [99], [100], [135]. Đối với các
sensor này, thông thường ban đầu khi ở dạng sulfonamide hoặc sulfonate ester
thường không màu, không phát huỳnh quang. Quá trình phân tách chúng bởi thiol

sẽ tạo ra các hợp chất màu và phát huỳnh quang mạnh mẽ.

Hình 1.14. Cơ chế hoạt động của sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa 
trên phản ứng phân tách sulfonamide hoặc sulfonate ester

Hình 1.15 trình bày sensor 11 đã được thiết kế dựa trên phản ứng phân tách 
sulfonate ester bởi thiol. Ở trạng thái tự do trong dung dịch đệm HEPES (10 mM,
pH=7,4), sensor 11a và 11b hầu như không phát huỳnh quang, với hiệu suất lượng 
tử huỳnh quang xác định được lần lượt là 0,0007 và 0,0003 (so với 0,85 của chất
chuẩn là X trong NaOH 0,1M). Phản ứng giữa sensor 11a và 11b với GSH, Cys 
hình thành X xảy ra khá nhanh, khoảng 10 phút. X phát xạ huỳnh quang mạnh mẽ ở 
bước sóng 560 nm, bước sóng kích thích 460nm. Hiệu suất lượng tử huỳnh quang
của các chất Xa, Xb (a: R=H, b: R= CH3) là khá lớn, lần lượt là 0,75 và 0,58. Giới

</div>
(21)<div class='page_container' data-page=21>

Hình 1.15. Sensor huỳnh quang 11 phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng 
phân tách sulfonate ester [99]

Hình 1.16. Sensor huỳnh quang 13 phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng 
phân tách sulfonamide [58]

1.4.6. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng phân tách 
disulfide bởi thiol

Hình 1.17. (A) Sự chuyển đổi thuận nghịch giữa thiol và disulfide; (B) glutathione 
(GSH) và glutathione disulfide (GSSG) [104]

Nhóm liên kết disulfide (-S-S-) là một nhóm chức năng có giá trị vơ cùng

13

Khơng có huỳnh quang

14

Huỳnh quang mạnh

</div>
(22)<div class='page_container' data-page=22>

quan trọng trong các q trình sinh, hóa ở cơ thể sống. Liên kết disulfide có trong
protein chủ yếu ở khơng gian bên ngồi tế bào; cịn bên trong các tế bào, hiếm khi
tìm thấy các liên kết disulfide, điều này là do chúng dễ bị phân tách bởi các thiol tự
do phong phú ở bên trong tế bào. Hình 1.17 mơ tả q trình oxy hóa GSH tạo thành
glutathione disulfide (GSSG). Ngược lại, GSSG có thể bị khử trở lại GSH với sự có
mặt của enzyme, điều này giúp duy trì cân bằng thế oxy hóa khử trong tế bào, rất
cần thiết cho sự phát triển và chức năng của tế bào [104].

Từ phản ứng phân tách disulfide bởi thiol trong thực tế, nhiều sensor huỳnh
quang đã được thiết kế để phát hiện các biothiol. Năm 2010, Xiaoqing Zhuang và
nhóm nghiên cứu đã thiết kế một sensor 15 (Hình 1.18) dựa trên dẫn xuất của 
naphthalimide có chứa nhóm chức disulfide, có thể phát hiện định lượng GSH ở
mức nồng độ sinh lý và đã áp dụng thành công trong sử dụng hình ảnh để phát hiện
thiol trong tế bào sống HeLa.

Hình 1.18. Sensor huỳnh quang 15 phát hiện GSH dựa trên phản ứng phân tách 
disulfide [8]

Ở trạng thái tự do, dung dịch 15 trong ethanol/nước (1/9, v/v), đệm PBS (20 
mM, pH= 7,4), phổ phát xạ huỳnh quang đạt cực đại ở bước sóng 485 nm (bước

sóng kích thích 400 nm). Khi tăng dần nồng độ GSH vào dung dịch 15, trong phổ 
huỳnh quang thu được có đỉnh phát xạ ở bước sóng 485 nm dần dần biến mất, thay
vào đó xuất hiện một đỉnh phát xạ mới ở bước sóng 533 nm và tăng dần theo nồng
độ GSH. Tỷ lệ cường độ huỳnh quang I533nm/I485nm quan hệ tuyến tính chặt chẽ với
nồng độ GSH trong khoảng nồng độ 0,5 mM đến 10 mM. Sensor 15 có thể phát 
hiện chọn lọc GSH trong sự hiện diện của chất khử sinh lý quan trọng là acid
ascorbic (Vc) và các amino acids khác không chứa nhóm thiol bao gồm: arginine

2 2

15

</div>
(23)<div class='page_container' data-page=23>

(Arg), alanine (Ala), tyrosine (tyr), lysine (Lys), histidine (His), aspartic (asp),
valine (val), leucine (Leu), tryptophane (Try), methionine (Met), proline (pro),
phenylalanine (Phe), serine (ser), threonine (Thr), glutamic (Glu) và glycine
(glyly) [8].

Murthy và nnc đã báo cáo sensor huỳnh quang 17 (Hình 1.19) dựa trên dẫn 
xuất của coumarin, có thể xác định được cân bằng thiol-disulfide trong nội bào. Ở
trạng thái khử, sensor 17 chứa hệ thống liên hợp π mở rộng với thiolate, có phổ hấp 
thụ cực đại ở bước sóng 448 nm. Sản phẩm phản ứng của 17 với thiol là 17-SR, có 
phổ hấp thụ cực đại ở bước sóng 380 nm. Do đó, tỷ lệ nồng độ giữa 17 với 17-SR 
có thể được ước lượng từ tỷ lệ phát xạ huỳnh quang ở 490 nm với 2 bước sóng kích
thích tương ứng là 448 và 372 nm (Fex448/Fex380). Dạng khử thiolate (17) có tỷ lệ 
phát xạ (Fex448/Fex380) bằng 5, trong khi đó đối với dạng oxy hố disulfide (17-SR) tỷ 
lệ này chỉ có 0,5. Sự thay đổi tỷ lệ huỳnh quang như trên của sensor 17 đã được áp 
dụng để đo lường “trạng thái oxy hóa động” của tồn bộ tế bào [71].

Hình 1.19. Sensor huỳnh quang 17 phát hiện tỷ lệ GSH/GSSH dựa trên phản ứng 
phân tách disulfide [71]

1.4.7. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng hình 
thành và phân hủy phức

Gần đây, một chiến lược đặc biệt hấp dẫn đã được nghiên cứu để thiết kế các
sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol, đó là sử dụng phức (thường là phức của
ion kim loại với một chất huỳnh quang) có khả năng tương tác thuận nghịch tạo
phức và phân hủy phức với các biothiol. So với các sensor dựa trên các phản ứng
đặc trưng với thiol, sensor dựa trên phản ứng tạo phức thường nhạy hơn. Hơn nữa,

Thiolate-hệ thống liên hợp π được mở rộng Disulfide -hệ thống liên hợp π bị giảm

Sự trao đổi thiol-disulfide
trong nội bào

17

λmax=448 nm

17-SR

</div>
(24)<div class='page_container' data-page=24>

quá trình tạo phức là có thể đảo ngược, vì vậy có thể sử dụng sensor lặp lại trong
nhiều chu kỳ.

Năm 2015, Juyoung Yoon và nnc đã công bố sensor 18 dựa trên dẫn xuất của 
bis-pyrene, trong đó hai hydroxypyrenes được nối với nhau thơng qua mối liên kết

2,2'-oxydiethanamino (Hình 1.20).

Hình 1.20. Sensor huỳnh quang 18 phát hiện GSH dựa trên phản ứng tạo 
phức với ion Cu(II)[174]

</div>
(25)<div class='page_container' data-page=25>

hạn phát hiện ở mức 0,16 µM. Phương pháp này đã được ứng dụng để phát hiện
GSH nội sinh trong tế bào và các mô sống, với nhiều ưu điểm như ít gây tổn
thương, giảm thiểu ảnh hưởng huỳnh quang nền và khả năng phát hiện hình ảnh các
mơ sâu [174].

Năm 2016, Zhiqiang Zhang và nnc đã báo cáo một sensor huỳnh quang, 
2-hydroxy-1-naphthaldehyde azine (19), được thiết kế và tổng hợp để phát hiện cả ion 
Cu(II) và các biothiol dựa trên cơ chế phản ứng trao đổi phức (Hình 1.21).

Hình 1.21. Sensor huỳnh quang 19 phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng 
tạo phức với ion Cu(II) [59]

Sensor 19 phản ứng tạo phức với ion Cu(II) theo tỷ lệ mol 1:1, đi kèm với 
việc dập tắt hoàn toàn huỳnh quang của dung dịch 19 trong DMF/EPES (20 mM, 
pH=7,4, 3/7, v/v). Sự thay đổi tín hiệu huỳnh quang của dung dịch 19 ở bước sóng 
phát xạ cực đại 513 nm quan hệ tuyến tính chặt chẽ với nồng độ ion Cu(II) trong
khoảng 0 µM đến 35 µM. Giới hạn phát hiện ion Cu(II) là 15 nM. Các ion kim loại
khác bao gồm Fe(III), Hg(II), Cd(II), Pb(II), Zn(II), Ni(II), Co(II), Mn(II), Cr(III),
Ag(I), Ca(II), Mg(II), Ba(II), Li(I), K(I), Na(I), không ảnh hưởng đến việc xác định
ion Cu(II) bởi 19. Phức 19-Cu(II) phản ứng với các biothiol, bao gồm Hcy, Cys và 
GSH, dựa trên phương pháp trao đổi phức, tạo ra sự phục hồi nhanh chóng của phổ
huỳnh quang và phổ UV-Vis. Kết quả khảo sát cho thấy, phức 19-Cu(II) có thể sử 
dụng như là một sensor huỳnh quang theo kiểu OFF-ON để phát hiện chọn lọc các

biothiol trong sự hiện diện của các amino acids bao gồm Leu, Ala, Arg, Asn, Asp,
Gln, Glu, Gly, His, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Try and Val. Giới hạn phát
hiện của phức 19-Cu(II) đối với Hcy, Cys và GSH lần lượt là 1,5 μM, 1,0 μM và 0,8

</div>
(26)<div class='page_container' data-page=26>

μM, điều này cho thấy 19-Cu(II) đủ nhạy để xác định thiol trong các hệ thống sinh 
học. Khả năng sử dụng 19-Cu(II) để phát hiện các biothiol trong tế bào ung thư phổi 
ở người A549 đã được kiểm chức bằng phương pháp phân tích hình ảnh hiển vi
huỳnh quang [59].

1.4.8. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên các cơ chế khác 
Ngoài các chiến lược đã trình bày, một số ít sensor huỳnh quang dùng để
phát hiện các biothiol đã được thiết kế dựa trên các cơ chế khác như như liên kết
hydrogen, tương tác tĩnh điện,... [66], [106], [107], [116], [164], [168], [175], [176].
1.5. Sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II)

Để thiết kế các sensor huỳnh quang phát hiện chọn lọc ion Hg(II), các phản
ứng đặc trưng của nó đã được nghiên cứu sử dụng, nhất là các phản ứng mà sự hiện
diện của các ion kim loại khác không xảy ra.

1.5.1. Sensor huỳnh quang dựa trên các phản ứng tạo phức với ion Hg(II) bởi 
các phối tử -N, -S, -O trong vịng và mạch hở

Ion Hg(II) có khả năng tạo phức mạnh với nhiều phối tử, đặc biệt là với O,
-S và -N, nên các hợp chất vòng chứa các nguyên tố này đã được ứng dụng để thiết
kế các sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II). Nhiều sensor huỳnh quang phân
tích ion Hg(II) đã được công bố [49], [72], [98] dựa trên các phản ứng tạo phức
giữa ion Hg(II) và các phối tử -N, -S, -O trong vòng và mạch hở.

</div>
(27)<div class='page_container' data-page=27>

O
N R1

N N

O
N R1

N N+

O
-Hg2+
Fluorescence-OFF
(a)
O
N
N N
O
NH
O
N
NH
NH2
47
(b)
O

N
N N
O
N
N
HO
48
Fluorescence-ON

Hình 1.22. Sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II) dựa trên phản ứng mở vịng 
spirolactam của rhodamine [25], [80]

Ngồi những sensor huỳnh quang nói trên, những công bố gần đây về các
sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II) dựa trên tạo phức với các phối tử -N, -O
và -S ở mạch hở cho thấy, giới hạn phát hiện của các sensor ngày một được cải
thiện. Tuy đa số các sensor kiểu này đã cơng bố có giới hạn phát hiện ion Hg(II) ở
mức nồng độ trên 100 ppb [98], [101], [152], [153], [173], song đã có một số sensor
công bố phát hiện được ở mức nồng độ dưới 10 ppb [49], [50], [118], [128]. Tuy
nhiên, điểm hạn chế của các sensor này là phải sử dụng một lượng lớn các dung môi
hữu cơ [49], [50], [98], [101], [102], [118], [152], [153], [173].

1.5.2. Sensor huỳnh quang dựa trên các phản ứng đặc trưng của ion Hg(II) 
Ion Hg(II) có ái lực mạnh với lưu huỳnh và oxi nên các cơng trình nghiên
cứu đã thiết kế các sensor dựa trên các fluorophore chứa lưu huỳnh hoặc oxi. Dưới
tác dụng của ion Hg(II) đã gây ra các phản ứng đặc trưng như phản ứng tách loại
lưu huỳnh và đóng vịng guanidine, phản ứng chuyển đổi nhóm thiocarbonyl thành
nhóm carbonyl, phản ứng tách loại thiol.

Theo các tài liệu thu thập được, đến nay có nhiều sensor huỳnh quang phát
hiện ion Hg(II) dựa trên các fluorophore là naphthamide, coumarin,

benzothiadiazole, Nile Blue và tricarbocyanine, hoạt động theo phản ứng dẫn xuất
thiourea với amin tạo thành guanidine khi có mặt ion Hg(II) đã được cơng bố [38],

</div>
(28)<div class='page_container' data-page=28>

[83], [85], [86], [91], [97], [136], [143], [161], [190]. Tùy thuộc vào việc sử dụng
fluorophore, các sensor huỳnh quang được thiết kế theo kiểu này, dưới tác dụng của
ion Hg(II) đã thúc đẩy quá trình tách loại lưu huỳnh và đóng vịng guanidine, dẫn
đến có sự thay đổi màu huỳnh quang hoặc quá trình tách loại lưu huỳnh và đóng
vịng guanidine đã làm xuất hiện quá trình PET từ tiểu phần aniline đến
fluorophore, dẫn đến dập tắt huỳnh quang hoặc sự tách loại lưu huỳnh và đóng
vịng guanidine đã làm giảm khả năng cho electron của các nhóm -NH trong tiểu
phần thiourea, đồng thời tăng khả năng cho electron của các nhóm amin trong
tiểu phần benzoindole, tạo nên sự gia tăng mức độ liên hợp hệ thống electron π,
kết quả các sensor này hoạt động theo kiểu OFF-ON. Sự hiện diện các ion kim
loại khác, bao gồm Co(II), Cu(II), Ni(II), Pb(II), Zn(II), Cd(II), Mn(II), Sn(II),
Ca(II), K(I), Na(I), Mg(II), Fe(III), không làm thay đổi đáng kể tín hiệu huỳnh
quang dung dịch của các sensor trên. Tuy nhiên, các phản ứng xảy ra trong dung
dịch với lượng lớn dung môi hữu cơ. Giới hạn phát hiện ion Hg(II) trong khoảng
0,6 µM đến 8,0 µM. Đó là những hạn chế khi áp dụng các sensor này vào phân tích
các mẫu trong thực tế, đặc biệt là trong các đối tượng sinh học.

Ngoài phản ứng đóng vịng guanidine, ion Hg(II) cịn thúc đẩy các phản ứng
như: tách loại lưu huỳnh tạo hợp chất dị vòng, tách loại thiol từ thioether, chuyển
đổi nhóm thiocarbonyl thành nhóm carbonyl,... Dựa trên các phản ứng này, một số
sensor huỳnh quang được thiết kế để ứng dụng trong việc phát hiện ion Hg(II) [19],
[20], [64], [172], [184].

1.6. Sensor huỳnh quang phát hiện biothiol và ion Hg(II) dựa trên 
fluorophore là cyanine và coumarin

1.6.1. Sensor huỳnh quang phát hiện biothiol và ion Hg(II) dựa trên 
fluorophore là cyanine

Các dẫn xuất cyanine bao gồm 3 dạng: streptocyanines hoặc cyanine mạch
hở R2N+=CH[CH=CH]n-NR2 (I); hemicyanines Aryl=N+=CH[CH=CH]n-NR2 (II);
và cyanine mạch vòng Aryl=N+=CH[CH=CH]

</div>
(29)<div class='page_container' data-page=29>

electron là ion amoni. Chúng được biết đến là những hợp chất màu, phát huỳnh
quang mạnh mẽ, được sử dụng nhiều để phát triển các sensor huỳnh quang, trong đó
có các sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II) và biothiol [11], [40], [61], [88],
[126], [170], [179], [182], [186].

Hình 1.23. Các dạng dẫn xuất cyanine

Hình 1.24. Các sensor phát hiện Hg2+/MeHg+ dựa trên fluorophore là cyanine, sử 
dụng phản ứng desulfurization và tạo vòng guanidine bởi xúc tác Hg2+/MeHg+[186]

</div>
(30)<div class='page_container' data-page=30>

Hình 1.25. Sensor phát hiện ion Hg(II) dựa trên fluorophore là cyanine, sử dụng 
3,9-dithia-6-monoazaundecane làm receptor tạo phức với Hg(II) [11]

Năm 2008, Tang và nhóm nghiên cứu thiết kế sensor 25 dựa trên fluorophore 
là tricarbocyanine, một dẫn xuất cyanine gắn với receptor là
3,9-dithia-6-monoazaundecane có khả năng tạo phức với ion Hg(II) (Hình 1.25). Ở trạng thái tự
do, quá trình PET từ tiểu phần 3,9-dithia-6-monoazaundecane đến tiểu phần
tricarbocyanine làm cho sensor 25 không phát huỳnh quang. Sau khi sensor 25 phản

ứng tạo phức với ion Hg(II), ngăn chặn quá trình PET, dẫn đến phức phát huỳnh
quang mạnh mẽ ở bước sóng 783 nm (bước sóng kích thích 685 nm). Sensor 25 có 
thể sử dụng để phát hiện chọn lọc ion Hg(II) theo kiểu tắt-bật huỳnh quang với giới
hạn phát hiện là 13,9 nM, trong đệm pH=7,4 [11].

Sensor 26 đã được Zeng và nhóm nghiên cứu công bố dùng để phát hiện 
Hg(II) ion dựa trên fluorophore là cyanine, sử dụng phản ứng tạo phức với các
nguyên tử N, O và Se có mặt trong sensor 26 (Hình 1.26). Sự hình thành phức đã 
dập tắt quá trình ICT trong sensor, dẫn đến phổ hấp thụ dịch chuyển về bước sóng
ngắn hơn (từ 542 nm về 412 nm), đồng thời làm dập tắt huỳnh quang (bước sóng
phát quang 590 nm). Sensor 26 có thể phát hiện ion Hg(II) với giới hạn phát hiện là 
50 nM, trong dung dịch ethanol/nước (1/1, v/v) [182].

</div>
(31)<div class='page_container' data-page=31>

Hình 1.27. Các sensor phát hiện biothiol dựa trên fluorophore là cyanine, sử dụng 
các phản ứng phân cắt receptor bởi biothiols [61], [88], [126], [170], [179]

</div>
(32)<div class='page_container' data-page=32>

nồng độ 5 mM; phát hiện các thiol thuộc về protein như thioredoxin, glutathione
reductase và metallothionein ở mức nồng độ 10 µM. Cả hai sensor này đều có thời
gian phản ứng nhanh, khoảng pH làm việc rộng (4-8,6), phát xạ ở vùng hồng ngoại
gần, có thể sử dụng để phát hiện biothiol trong tế bào đại thực bào chuột RAW
264.7 và mô gan của chuột [126]. Sensor 32 phản ứng với GSH và làm gia tăng 
mạnh mẽ cường độ huỳnh quang ở bước sóng 805 nm. Trong khi đó, sensor 32 
phản ứng với Cys làm gia tăng mạnh mẽ cường độ huỳnh quang ở bước sóng 775
nm; ngược lại, sự có mặt của Hcy không làm thay đổi đáng kể cường độ huỳnh
quang (trong cùng một bước sóng kích thích là 710 nm). Kết quả là, sensor 32 có 
thể phát hiện đồng thời GSH và Cys trong cùng một bước sóng kích thích là 710

nm, kể cả sự hiện diện của Hcy. Sensor 32 đã được ứng dụng để phát hiện GSH và 
Cys trong tế bào Hela. Hạn chế của sensor này là thời gian phản ứng chậm, lên đến
2 giờ [170].

1.6.2. Sensor huỳnh quang phát hiện biothiol và ion Hg(II) dựa trên 
fluorophore là coumarin

Coumarin có cấu tạo gồm một dị vòng pyrone gắn liền với một vòng benzen.
Trong đó, nhóm cacbonyl ở vị trí tạo nên cấu trúc tran-stilbene, các liên kết đôi 
được cố định bởi cấu trúc lactone. Điều này tránh được quá trình chuyển đổi 
tran-cis của các liên kết đơi dưới bức xạ của tia cực tím, dẫn đến coumarine và các dẫn 
xuất của nó là những hợp chất phát huỳnh quang mạnh mẽ, được sử dụng nhiều để
phát triển các sensor huỳnh quang, trong đó có cả các sensor huỳnh quang phát hiện
ion Hg(II) và biothiol [46].

</div>
(33)<div class='page_container' data-page=33>

Năm 2018, Xiaohong Cheng và nhóm nghiên cứu đã thiết kế sensor 33 và 
34, sử dụng dẫn xuất của coumarin làm fluorophore, phát hiện chọn lọc ion Hg(II) 
dựa trên phản ứng đặc trưng của ion Hg(II), phản ứng loại bỏ nhóm bảo vệ
dithioacetals (Hình 1.28). Sensor 33 có thể phát hiện chọn lọc ion Hg(II) theo kiểu 
bật-tắt huỳnh quang, với bước sóng kích thích 380 nm, bước sóng phát quang 470
nm, trong dung dịch HEPES/DMSO (9:1, v/v), pH=7,4. Sensor 34 phản ứng với ion 
Hg(II) làm phổ huỳnh quang chuyển dịch từ bước sóng 440 về 500 nm. Sensor 34 
có thể phát hiện chọn lọc ion Hg(II) theo kiểu biến đổi tỷ lệ cường độ huỳnh quang
ở hai bước sóng 500 và 440nm, với giới hạn phát hiện ion Hg(II) là 90 nM trong
dung dịch HEPES/DMSO (9:1, v/v), pH=7,4 [166].

Từ một tính chất đặc trưng khác của ion Hg(II) đó là thúc đẩy phản ứng tách
loại lưu huỳnh và đóng vịng oxadiazole, Kun Huang và nnc đã thiết kế sensor 35 từ

dẫn xuất của coumarin (Hình 1.29). Ở trạng thái ban đầu, sensor 35 có cấu trúc 
vịng spirolactam nên khơng phát huỳnh quang. Ion Hg(II) phản ứng với sensor 35 
dẫn đến tách loại lưu huỳnh và đóng vịng oxadiazole, tạo sản phẩm mở vòng
spirolactam và phát huỳnh quang mạnh mẽ. Sensor 35 có thể phát hiện chọn lọc ion 
Hg(II) theo kiểu tắt-bật huỳnh quang trong dung dịch CH3CN/H2O (1/1, v/v), với
khoảng pH từ 5 đến 9, thời gian phản ứng 3 phút. Sensor 35 có thể phát sử dụng để 
phát hiện Hg(II) trong tế bào HeLa ở nồng độ 9 µM [79].

Hình 1.29. Sensor phát hiện Hg(II) có fluorophore là dẫn xuất coumarin và dựa 
trên vài trò thúc đẩy phản ứng tách loại lưu huỳnh và đóng vịng oxadiazole [79]

</div>
(34)<div class='page_container' data-page=34>

pyrazolone đã dẫn đến sensor 36 không phát huỳnh quang. Phản ứng cộng Michael 
của Cys/GSH vào β-carbon (nối đôi C=C) của sensor 36 đã ngăn chặn quá trình 
ICT, dẫn đến tạo sản phẩm phát huỳnh quang mạnh mẽ. Sensor 36 có thể phát hiện 
Cys và GSH trong dung dịch đệm PBS (10 mM, pH 7,4, chứa 0,05% DMSO). Mặc
dù sensor 36 đã được sử dụng thành công để phát hiện biothiol trong tế bào ung thư 
CRL-2638, nhưng khả năng sử dụng sensor 36 để phát hiện định lượng biothiol là 
rất khó, vì để đạt được cường độ huỳnh quang cực đại, lượng biothiol sử dụng phải
gấp 500 lần so với lượng phản ứng [7].

Hình 1.30. Sensor phát hiện biothiol từ dẫn xuất coumarin và dựa trên phản ứng 
cộng Michael của Cys/GSH vào nối đơi C=C [7]

Yan-Fei Kang và nhóm nghiên cứu đã công bố sensor 37, sử dụng dẫn xuất 
của coumarin làm fluorophore. Phản ứng cộng Michael giữa Cys vào acrylate trong
sensor 37 đã tạo nên thioester và giải phóng fluorophore tự do, làm cho cường độ 
huỳnh quang gia tăng mạnh mẽ (Hình 1.31).

Hình 1.31. Sensor phát hiện Cys từ dẫn xuất coumarin và dựa trên phản ứng 
cộng Michael của Cys vào acrylate hình thành thioester [171]

</div>
(35)<div class='page_container' data-page=35>

acetonitrile). Giới hạn phát hiện Cys là 60 nM. Sensor 37 có thể phát hiện Cys trong 
tế bào HeLa bằng phương pháp ảnh huỳnh quang [171].

Hình 1.32. Sensor phát hiện biothiol từ dẫn xuất coumarin và dựa trên phản ứng 
cộng Michael [54]

Các sensor 38-43 cũng sử dụng fluorophore là dẫn xuất của coumarin và dựa 
trên phản ứng cộng Michael giữa biothiol vào nối đơi (Hình 1.32). Phản ứng cộng
Michael của biothiol vào các sensor này dẫn đến phá vỡ hệ thống liên hợp electron
π, ngăn chặn quá trình ICT, dẫn đến tạo các sản phẩm cộng với sự gia tăng mạnh
mẽ cường độ huỳnh quang. Kết quả các sensor này có thể phát hiện các biothiol
theo kiểu tắt-bật huỳnh quang [54]. Trong đó, sensor 38 hoạt động trong điều kiện 
dung dịch đệm DMSO–HEPES (1/2, v/v; 0,10 M, pH=7,4) [54]. Sensor 39 hoạt 
động trong điều kiện dung dịch đệm PBS (pH =7,4, chứa 1% DMF), có thể phát
hiện Cys trong nước tiểu của người ở mức nồng độ 19,2 nM, cũng như phát hiện
Cys trong máu người ở mức nồng độ 302 mg/L [191]. Sensor 40 có thể phát hiện 
GSH ở nồng độ 0,5 nM trong đệm pH=7,4, cũng như có thể sử dụng để phát hiện
GSH trong tế bào sống do khả năng xâm nhập tốt vào màng tế bào, phản ứng nhanh
với GSH ở mức nồng độ trong tế bào bình thường của con người [178]. Sensor 41 
có thể phát hiện chọn lọc các biothiol trong dung dịch đệm DMSO/HEPES (4/1,
v/v, pH =7,4); có khả năng phát hiện GSH trong tế bào sống bằng phương pháp
hình ảnh huỳnh quang, sử dụng kính hiển vi quét laser đồng tiêu [37]. Sensor 42 có 
thể phát hiện GSH trong dung dịch DMF/HEPES (3/1, v/v, pH=7,4) với giới hạn
phát hiện 0,18 mM; nó cũng có thể phát hiện GSH di động trong tế bào sống [139]. Cả

</div>
(36)<div class='page_container' data-page=36>

tuy nhiên, chỉ có Cys là làm gia tăng mạnh mẽ cường độ huỳnh quang (gấp 21 lần so với Hcy
và GSH). Do đó, sensor 43 có thể phát hiện Cys trong sự hiện diện của Hcy và GSH, cùng 
các amino acids không chứa thiol khác. Giới hạn xác định Cys bởi sensor 43 là 30 nM [67].

1.7. Tổng quan ứng dụng hóa học tính toán trong nghiên cứu các sensor 
huỳnh quang

1.7.1. Ứng dụng hóa tính tốn trong nghiên cứu khoa học

Với sự phát triển ngày càng cao các kỹ thuật hóa học tính toán trong một
thập kỷ qua, hóa học tính tốn đã trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên
cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất quang phổ của các phân tử hữu cơ, cũng
như giải thích các dữ liệu thực nghiệm phát sinh từ kết quả nghiên cứu. Nhờ đó, các
nghiên cứu lý thuyết về thiết kế mơ hình tổng hợp các loại vật liệu, dược liệu ngày
càng phổ biến; nhiều đặc tính vật lý, hóa học của các hệ thống hóa học và sinh học
cũng có thể dự đốn được bằng các kỹ thuật tính tốn khác nhau [51].

1.7.2. Ứng dụng hóa học tính toán trong nghiên cứu cấu trúc và thuộc tính 
electron của các chất

Venkatachalam S, Karunathana R, Kannappan V đã công bố những kết quả
thu được khi sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ 3 thông số của Becke
(B3LYP) với bộ hàm cơ sở 6-311++G(d,p) để nghiên cứu cấu trúc phân tử
benzothiazole-một hợp chất đã được sử dụng làm fluorophore cho nhiều sensor
huỳnh quang và các thuộc tính electron của nó. Kết quả cho thấy, các giá trị tính
tốn khá tương đồng với các dữ liệu thực nghiệm [150]. Những tính toán này đã
được áp dụng đối với các phức, trong đó có phức của ion Hg(II) và ion Cu(II) với
flurbiprofen và thu được kết quả tốt khi đối chiếu với dữ liệu thực nghiệm, kể cả về

cấu trúc và các thuộc tính electron [133]. Ngồi ra, các phương pháp phân tích
nguyên tử trong phân tử (AIM) và orbital liên kết thích hợp (NBO) đã được sử dụng
kết hợp và cho các kết quả tốt trong nghiên cứu thuộc tính electron và bản chất các
liên kết trong phân tử [21].

</div>
(37)<div class='page_container' data-page=37>

bước chuyển electron khả dĩ trong phân tử với các cường độ tương ứng. Vikas
Padalkar và nnc đã sử dụng phương pháp TD-DFT để nghiên cứu huỳnh quang theo 
cơ chế ESIPT của 2-(1,3-benzothiazol-2-yl)-5-(N,N-diethylamino) phenol với 
benzoxazole và benzimidazole tương tự. Các bước sóng hấp thụ và phát xạ phù hợp
tốt với những bước sóng đã được dự báo khi sử dụng phương pháp
TD-B3LYP/6-31G (d) [149].

Ngoài phổ hấp thụ, thì phương pháp TD-DFT cũng cho phép tính tốn phổ
huỳnh quang của các chất. Hình 1.33 trình bày giản đồ tính tốn năng lượng hấp thụ
(Evert-abso), năng lượng phát xạ huỳnh quang (Evert-fluo) giữa trạng thái cơ bản (GS) và
trạng thái kích thích (EES). Trong đó: EGS là năng lượng ở trạng thái cơ bản; EEES là 
năng lượng ở trạng thái kích thích; EZPVE là năng lượng dao động điểm khơng; E0-0
là năng lượng kích thích; RGS là cấu hình bền ở trạng thái cơ bản; REES là cấu hình 
bền ở trạng thái kích thích.

Hình 1.33. Giản đồ tính tốn năng lượng hấp thụ, năng lượng phát xạ huỳnh quang 
giữa trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích [15]

Sự khác nhau giữa năng lượng trạng thái EES với trạng thái GS tại vị trí hình
học tối ưu của trạng thái GS là năng lượng hấp thụ (thẳng đứng):

Evert-abso = EEES(RGS) – EGS(RGS) (1.1) 
Sự khác nhau giữa năng lượng trạng thái EES với trạng thái GS tại vị trí hình

Dạng hình học

E
GS
RGS
REES
GS
EES
E
ve
rt
-a
b
so
E
v
er

t-flu
o
E
0
-0
E
E

ES EZPVE (REES)

EZPVE (RGS)

ng lư

ợ

</div>
(38)<div class='page_container' data-page=38>

học tối ưu của trạng thái EES là năng lượng phát xạ huỳnh quang (thẳng đứng):
Evert-fluo = EEES(REES) – EGS(REES) (1.2) 
Như vậy, phổ huỳnh quang được tính tốn qua các bước sau: (1) Tối ưu hóa
cấu trúc phân tử ở trạng thái cơ bản (GS); (2) Tính TD -DFTcủa trạng thái cơ bản;
(3) Tối ưu hóa cấu trúc phân tử (singlet) ở trạng thái kích thích (EES) S1, S2; (4)
Tính TD -DFT của trạng thái S1, S2.

Từ kết quả, xây dựng giản đồ năng lượng của trạng thái GS và EES (S1 và
S2) và tính tốn năng lượng hấp thụ và phát xạ huỳnh quang.

1.7.3. Ứng dụng hóa học tính tốn trong nghiên cứu các phản ứng

Trong quá trình tổng hợp sensor huỳnh quang, các phản ứng hữu cơ có thể
xảy ra theo nhiều hướng, tạo các sản phẩm khác nhau. Tính tốn lượng tử trên các
chất thu được các giá trị nhiệt động enthanpy (ΔH), năng lượng tự do Gibbs (ΔG). 
Sử dụng lý thuyết nhiệt động học, sẽ tính được các giá trị biến thiên ΔH và ΔG của 
phản ứng, từ đó dự đốn được khả năng xảy ra phản ứng và sản phẩm nào chiếm ưu
thế về mặt nhiệt động, từ đó định hướng cho thực nghiệm. Điều này rất có ý nghĩa,
trong việc tối ưu kinh phí về hóa chất, đo đạc và giảm thiểu thời gian nghiên cứu.

Năm 2015, khi nghiên cứu chemosensor DA phát hiện đồng thời ion 
Hg(II), ion Cu(II) và ion Ag(I), từ kết quả tính toán theo thuyết phiếm hàm mật
độ, Nguyễn Khoa Hiền và nnc [42] đã xác định được thông số nhiệt động của các 
phản ứng hình thành DA có thể có từ dẫn xuất của 4-N,N-dimethylamino 
cinnamaldehyde với aminothiourea, qua đó đã đánh giá so sánh độ bền của các sản
phẩm phản ứng bằng lý thuyết nhiệt động học.

</div>
(39)<div class='page_container' data-page=39>

39
CHƯƠNG 2

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

- Thiết kế sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol và ion Hg(II) dựa trên
fluorophore là dẫn xuất của cyanine: sử dụng phản ứng tạo phức giữa ion Hg(II) với
dẫn xuất cyanine để phát hiện chọn lọc ion Hg(II); phức chất của Hg(II) sau khi
hình thành có thể phản ứng với biothiol và phản ứng này được sử dụng để phát hiện
chọn lọc biothiol.

- Thiết kế sensor huỳnh quang dựa trên fluorophore là dẫn xuất của
coumarin, sử dụng phản ứng đặc trưng của biothiol - phản ứng cộng Michael để
phát hiện chọn lọc biothiol.

2.2. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng sensor huỳnh quang
L từ dẫn xuất của cyanine để phát hiện chọn lọc các biothiol và ion Hg(II):

+ Nghiên cứu lý thuyết về thiết kế, tổng hợp và đặc trưng của sensor L. 
+ Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của sensor L. 
+ Nghiên cứu lý thuyết về ứng dụng của sensor L phát hiện ion Hg(II). 
+ Nghiên cứu sử dụng phức (tạo bởi ion Hg(II) với sensor L) phát hiện các 
biothiol. Trong đó, nghiên cứu lý thuyết được tiến hành trước để định hướng cho
việc nghiên cứu ứng dụng của phức tiếp theo.

- Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của sensor AMC từ 
dẫn xuất của coumarin để phát hiện chọn lọc các biothiol:

+ Nghiên cứu lý thuyết về thiết kế, tổng hợp sensor AMC và phản ứng của 
sensor AMC với các biothiol.

+ Nghiên cứu thực nghiệm về tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của
sensor AMC.

+ Nghiên cứu lý thuyết về đặc tính và ứng dụng của sensor AMC. 
2.3. Phương pháp nghiên cứu

</div>
(40)<div class='page_container' data-page=40>

2.3.1.1. Cơ sở phương pháp hóa học tính tốn [1]

Hóa học tính tốn là một ngành học mà ở đó sử dụng phương pháp tốn học,
máy tính và kết hợp các định luật vật lý để nghiên cứu các vấn đề hóa học.

Với hệ lượng tử, phương trình Schrưdinger có dạng:
Ĥ Ψ(x) = E.Ψ(x)

Trong đó, Ĥ=Ĥ(x,t): tốn tử Hamilton, Ψ= Ψ(x,t): hàm trạng thái, E: năng

lượng của hệ.

Trong hóa học, năng lượng E là đại lượng quan trọng nhất. Thông qua năng 
lượng E, cũng như sự biến thiên của năng lượng theo tọa độ, áp dụng các nguyên lí 
của nhiệt động học và động học sẽ xác định được chiều hướng phản ứng, cơ chế
phản ứng, … Tuy nhiên, phương trình (2.1) cho hệ từ hai electron trở lên khơng thể
giải chính xác về mặt toán học. Để khắc phục trở ngại này, rất nhiều các phương
pháp tính tốn gần đúng đã được đề xuất, trong đó sự gần đúng Born-Oppenheimer
là sự gần đúng đầu tiên và “chính xác” trong nhiều sự gần đúng để làm đơn giản
việc giải phương trình Schrödinger.

Phát triển lý thuyết để cải thiện sự gần đúng là nhiệm vụ của hóa học lượng
tử. Việc cải thiện chất lượng của Ψ(x) và E luôn được tiếp tục bằng các phương 
pháp tính tốn hồn thiện hơn để đạt được những trị số có độ chính xác cao hơn.
Các phương pháp tính tốn dựa trên nhiều mơ hình lý thuyết khác nhau, thường
được gọi là mô hình hóa học. Các mơ hình hóa học được đặc trưng bởi phương
pháp lý thuyết và hệ hàm cơ sở. Các phần mềm tính tốn thường chứa một hệ thống
từ thấp đến cao các thủ tục tính tốn, bộ hàm cơ sở, cùng với các phương pháp hóa
học lượng tử khác nhau, còn được gọi là mức lý thuyết. Một số phương pháp gần
đúng thường được áp dụng như: phương pháp Hartree-Fock (HF), phương pháp
Roothaan, phương pháp nhiễu loạn Moller-Plesset (MPn), phương pháp tương tác
cấu hình, phương pháp chùm tương tác và phương pháp lý thuyết hàm mật độ,…

Trên cơ sở các phương pháp gần đúng, hai phương pháp phổ biến trong hóa
học tính tốn bao gồm phương pháp orbital phân tử (MO) và phương pháp phiếm
hàm mật độ (DFT). Phương pháp MO dựa trên cơ sở mơ tả electron trong các hàm
sóng orbital, trong khi phương pháp DFT dựa trên cơ sở mật độ electron.

</div>
(41)<div class='page_container' data-page=41>

Phương pháp MO bán kinh nghiệm (semi-empirical methods) dựa trên quan
điểm thuần kinh nghiệm của Hückel, nhưng nhiều thông số thực nghiệm đã được
thay thế bằng tính tốn. Phương pháp này chỉ dừng lại cho một số khá giới hạn các
đại lượng và tính chất hóa học, độ chính xác khơng cao, nhưng vì tính đơn giản nên
có thể áp dụng cho hệ chứa nhiều phân tử và khi máy tính khơng đủ mạnh.

Khác với phương pháp bán kinh nghiệm, phương pháp tính từ đầu (ab initio 
method) không sử dụng các thông số thực nghiệm, thay vào đó, các tính tốn chủ
yếu dựa vào các định luật cơ học lượng tử và một số hằng số vật lý như vận tốc ánh
sáng, khối lượng, điện tích của electron và hạt nhân, hằng số Planck,... Nhờ sự phát
triển vượt bậc của ngành cơng nghệ máy tính, các phương pháp tính lượng tử phức
tạp hơn ngày càng được triển khai và đạt độ chính xác ngày càng cao. Tuy nhiên,
trên thực tế, sức tính của máy tính vẫn cịn là trở ngại trong việc áp dụng cho các
phân tử lớn (>100 nguyên tử).

Trước những thực thế khó khăn của phương pháp hàm sóng, phương pháp
DFT đã phát triển nhanh chóng và được áp dụng rộng rãi. Phương pháp DFT dựa
trên mật độ electron thay vì hàm sóng Ψ(r) để tính năng lượng E 
của hệ. Các phép tính DFT được thực hiện nhanh hơn nhiều (>102 -105 lần) so với 
phương pháp MO cho cùng một hệ phân tử. Tuy vậy, độ chính xác về năng lượng
cũng không thua kém và cũng có đủ tính chất các loại phổ khác nhau. Nhờ tính
nhanh, nên DFT được áp dụng ngày càng rộng rãi và chủ yếu cho các phân tử có số
lượng ngun tử lớn (phương pháp MO khơng thể thực hiện được).

2.3.1.2. Bộ hàm cơ cở [22], [30], [41], [151], [156]

Bộ hàm cơ sở là hàm toán học biễu diễn các orbital phân tử (MO). Một bộ
hàm cơ sở có thể xem là giới hạn khơng gian có mặt của electron trong phân tử. Bộ
hàm cơ sở càng lớn thì electron càng ít bị giới hạn về khơng gian, bởi vậy nó càng
mơ tả chính xác hành trạng của electron. Việc chọn bộ hàm cơ sở cho hệ nghiên cứu

nhằm tìm lời giải gần đúng tốt nhất cho phương trình Schrưdinger ngồi việc cải
thiện phương pháp tính tốn.

</div>
(42)<div class='page_container' data-page=42>

thường đặt trên các nhân nguyên tử và có những nét tương tự về tốn học như các
orbital nguyên tử (AO) nhưng mang tính tổng quát hơn. Nếu bộ hàm cơ sở gồm n 
hàm cơ sở Ψ1, Ψ2, Ψ3,… Ψn thì một MO Ψi có dạng:

Ψ1 = c1iΨ1 +c2iΨ2 +…. + cniΨn

Trong đó, cμi: hệ số khai triển obitan phân tử ( = 1, 2, 3, …. N)

Ψμi: các hàm cơ sở chuẩn hóa

Biểu thức (2.2) được gọi là biểu thức tổ hợp tuyến tính các orbital nguyên tử
(LCAO). Các hàm này được xây dựng dựa trên các hàm sóng s, p, d,… đã được giải 
đúng trong trường hợp nguyên tử hiđro và những hệ tương tự hiđro. Với những hệ
có nhiều hơn một electron thì áp dụng thêm các cách tính gần đúng. Có 2 loại bộ
hàm cơ sở thường gặp là bộ hàm kiểu Slater - STO (Slater type orbital) và kiểu
Gaussian - GTO (Gaussian type orbital). Một số bộ hàm cơ sở thường được sử dụng
trong tính tốn như: bộ hàm cơ sở tối thiểu (minimal basis set); bộ hàm cơ sở hóa trị
tách (split valence basis set); bộ hàm cơ sở double zeta (double zeta basis set); bộ
hàm cơ sở phân cực (polarized basis set); bộ hàm cơ sở khuếch tán (diffusion basis
set); bộ hàm cơ sở tương quan electron của Dunning (Dunning’s correlation
consistent basis set); hệ hàm cơ sở cho các nguyên tử có hạt nhân lớn.

Đối với những nguyên tử có hạt nhân lớn (những nguyên tử ở chu kỳ IV trở
lên) thì các electron gần hạt nhân được xét một cách gần đúng qua các thế lõi hiệu
dụng (ECP). Trong trường hợp này, bộ hàm cơ sở LanL2DZ (cho các nguyên tố H,

Li – Ba, La – Bi), LanL2MB (cho các nguyên tố H - Ba, La - Bi) thường được sử
dụng. Trong đó, bộ hàm cơ sở LanL (Los Alamos National Laboratory) hay còn gọi
là LanL2DZ (LanL Lanl-2-double zeta) được phát triển bởi Hay và Wadt, đã được
sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, đặc biệt đối với các hợp chất có chứa nguyên tử
có hạt nhân lớn.

2.3.1.3. Phương pháp phiếm hàm mật độ [9], [32], [81], [115], [160]

</div>
(43)<div class='page_container' data-page=43>

hàm sóng Ψ(r) của electron với 3N biến khơng gian (vì N electron có 3N biến tọa 
độ khơng gian), chỉ cần tìm hàm mật độ electron của hệ với 3 biến
không gian. Từ hàm mật độ tìm được có thể suy ra mọi tính chất lượng tử của hệ. 
a. Lý thuyết Hohenburg-Kohn (HK)

Năm 1964, Hohenburg và Kohn đã chứng minh hai định lý:

Định lý 1: Mật độ electron xác định thế ngoài với một hằng số cộng không
đáng kể hay năng lượng là phiếm hàm của mật độ.

Định lý 2: Đối với một mật độ thử có trị dương bất kỳ, và có
thì:

Trong đó, là năng lượng của hệ ứng với mật độ thử , Eo năng

lượng ở trạng thái cơ bản.

Định lý Honhenburg-Kohn cho thấy mật độ electron i(r)tại điểm (r) trong 
không gian là đủ để đặc trưng cho trạng thái năng lượng thấp nhất (năng lượng
trạng thái cơ bản) của hệ. Định lý này rất quan trọng vì nó chỉ ra rằng chúng ta

không cần giải quyết tất cả các hàm sóng của tất cả các electron, do đó nó đã giảm
lượng tính tốn từ 3N chiều khơng gian của N electron xuống còn 3 chiều của mật
độ electron cho cả hệ. Mặt khác, định lí 1 cho thấy, mật độ electron xác định duy
nhất 1 toán tử Hamilton. Điều này đúng khi toán tử Hamilton, xác định bởi thế
ngoài và tổng số electron, bằng tích phân mật độ electron trên tồn khơng gian. Về
ngun tắc, khi biết mật độ electron sẽ xác định được duy nhất một tốn tử
Hamilton và do đó sẽ tính được hàm sóng Ψ ở tất cả các trạng thái và xác định được 
tính chất của hệ. Định lý này có thể phát biểu một cách tổng quát là: năng lượng là
phiếm hàm của mật độ.

Vì năng lượng là phiếm hàm của mật độ electron nên các thành
phần động năng (T), tương tác hút electron - hạt nhân (Ven), tương tác đẩy electron -

electron (Vee) cũng được xác định một cách tương tự, khi đó, năng lượng của hệ

được tính bởi cơng thức:

Do và là những phiếm hàm của mật độ, nên khó đạt được
sự gần đúng tốt, vì thế cần có phương pháp kế cận để giải quyết những tồn tại này.

(2.3)

</div>
(44)<div class='page_container' data-page=44>

44
b. Lý thuyết Kohn-Sham (KS)

Để giải quyết những tồn tại của lý thuyết Hohenberg-Kohn, Kohn-Sham giả
định đưa các orbital (không tương tác) vào bài toán DFT theo cách mà động năng
có thể được tính đơn giản, chính xác, một phần hiệu chỉnh nhỏ được xử lý bổ sung
sau. Ý tưởng cơ bản của Kohn-Sham là có thể thay bài toán nhiều electron bằng một
tập hợp tương đương chính xác các phương trình tự hợp 1 electron. Ưu điểm của

phương pháp KS là bao hàm đầy đủ hiệu ứng trao đổi - tương quan của electron.
Khi đó, năng lượng ở trạng thái cơ bản của hệ có N electron đã được ghép đơi theo
KS được xác định bởi công thức sau:

Áp dụng nguyên lý biến phân cho năng lượng electron toàn phần thu được
các phương trình Kohn – Sham có dạng:

hay viết theo cách khác:

với là thế năng hiệu dụng:

Trong các biểu thức trên:

là hàm khơng gian 1 electron, cịn gọi là orbital Kohn - Sham; là
mật độ electron trạng thái cơ bản tại vị trí ; là năng lượng obitan Kohn – Sham.

Số hạng thứ nhất biểu thị toán tử động năng của các electron; Số hạng thứ
hai biểu thị toán tử năng lượng hút hạt nhân - electron, tổng này được lấy qua tất cả
các hạt nhân theo chỉ số I, từ 1 đến M, nguyên tử số là ZI; Số hạng thứ ba biểu thị

toán tử năng lượng tương tác Coulomb giữa hai mật độ electron toàn phần
, , tại , tương ứng.

(2.5)

(2.6)

</div>
(45)<div class='page_container' data-page=45>

là năng lượng trao đổi - tương quan của hệ. Năng lượng này là một

phiếm hàm của mật độ electron.

là thế trao đổi - tương quan, là đạo hàm của phiếm hàm năng lượng trao
đổi tương quan:

Như vậy, nếu biết được thì thu được (theo 2.9), khi đó sẽ tìm được
(theo 2.8), và giải được phương trình Kohn - Sham (theo 2.6 hoặc 2.7) thu
được các orbital Kohn - Sham và cho phép tính mật độ electron theo biểu thức:

Từ mật độ electron mới thu được tiếp tục tính , …, cứ như thế cho
đến khi mật độ mới hội tụ với mật độ tại bước trước thì quá trình lặp được kết thúc.
Đây được gọi là phương pháp trường tự hợp (SCF).

Như vậy, vấn đề chính của phương pháp DFT là xây dựng các phiếm hàm
trao đổi - tương quang . Các mô hình gần đúng phổ biến hiện nay như: sự
gần đúng mật độ electron cục bộ (local density approximation, LDA), mật độ spin
cục bộ (local spin density approximation, LSDA), gradient tổng quát (generalized
gradient approximation, GGA), hoặc là phương pháp hỗn hợp - phương pháp tính
bổ sung năng lượng trao đổi Hartree-Fock (HF) vào phiếm hàm năng lượng trao đổi
- tương quan DFT thuần khiết.

Trong các phương pháp hỗn hợp, phương pháp B3LYP là phương pháp chứa
phiếm hàm hỗn hợp B3 (phiếm hàm ba thông số của Becke) và sử dụng phiếm hàm
tương quan được đề xuất bởi Lee, Yang và Parr (LYP). Hiện nay, phương pháp hỗn
hợp B3LYP là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất cho các
phép tính phân tử vì cho kết quả tính tốn khá chính xác trên một phạm vi rộng các
hợp chất, đặc biệt là đối với các phân tử hữu cơ. Phương pháp B3LYP trong phần
mềm Gaussian 03 đã được sử dụng và thu được kết quả tốt trong nghiên cứu cấu
trúc và thuộc tính electron của các chất hữu cơ, trong đó có các sensor huỳnh quang
và phức chất của chúng.

(2.9)

</div>
(46)<div class='page_container' data-page=46>

2.3.1.4. Phương pháp phiếm hàm mật độ phụ thuộc thời gian [16]

Phương pháp DFT giải quyết bài toán lượng tử ở trạng thái dừng, tại đó trạng
thái của hệ lượng tử không phụ thuộc vào thời gian, hàm mật độ chỉ phụ thuộc vào
các biến không gian ρ(x,y,z, t) hay ρ(r,t). Phương pháp phiếm hàm mật độ phụ thuộc 
thời gian (TD-DFT) là mở rộng của phương pháp DFT để giải quyết các bài toán
mà tại đó trạng thái lượng tử của hệ phụ thuộc vào biến thời gian, khi đó hàm mật
độ phụ thuộc vào cả biến không gian và thời gian ρ(r,t).

Về mặt lý thuyết các hệ lượng tử phụ thuộc thời gian có thể giải xấp xỉ bằng
cách đi tìm hàm sóng Ψ(r) từ phương trình Schrodinger. Tuy nhiên, do ưu thế vượt 
trội của phương pháp DFT, nên trong các nghiên cứu, phương pháp TD-DFT được
ứng dụng phổ biến để khảo sát hệ ở trạng thái kích thích cũng như các trạng thái
lượng tử phụ thuộc thời gian.

2.3.1.5. Phương pháp nguyên tử trong phân tử (AIM) [77]

Phương pháp AIM là lý thuyết lượng tử về nguyên tử trong phân tử. Phân tử
được hình dung là tập hợp của các nguyên tử được gắn kết thông qua tương tác hút
của các hạt nhân nguyên tử mang điện dương với các electron liên kết phân bố xung
quanh. Ý tưởng cơ bản của AIM là dựa hàm mật độ ρ(r) để suy ra các đặc tính hóa 
học của phân tử như độ bền liên kết, loại liên kết, liên kết vòng,… một cách đơn
giản và thuyết phục.

Cụ thể, mật độ electron ρ(r) dùng để xác định độ bền liên kết. Nhìn chung,

giá trị ρ(r) càng lớn thì liên kết càng bền và ngược lại. Giá trị Laplacian của mật ðộ 
electron (2ρ(r)) thể hiện loại liên kết. Liên kết là cộng hóa trị nếu 2ρ(r)< 0, và

nếu 2ρ(r)> 0 thì có thể là liên kết ion, liên kết hiđro hoặc tương tác Van Der

Waals. Đại lượng2ρ(r) là tổng các trị riêng của ma trận Hessian mật độ electron 

(2ρ(r) = 1 + 2 + 3). Tất cả các trị riêng 1, 2 và 3 đều khác 0 và dấu của chúng

</div>
(47)<div class='page_container' data-page=47>

2.3.1.6. Phương pháp obitan liên kết thích hợp (NBO) [87], [157] 
a. Obitan phân tử khu trú (LMO)

Theo góc nhìn cổ điển, những liên kết trong phân tử do xác suất tìm thấy
electron gia tăng giữa những hạt nhân tham gia liên kết, chính là đóng góp của
những AO nguyên chất. Những MO chính tắc khơng phản ánh khái niệm của nhóm
chức và cũng không cho phép nhận ra dễ dàng thuộc tính của liên kết trong hệ. Điều
này địi hỏi phải có giới hạn cho những MO chính tắc.

LMO là những obitan bị giới hạn về mặt không gian với một thể tích tương
đối nhỏ, thể hiện rõ nguyên tử nào hình thành liên kết và những LMO nào có thuộc
tính gần như nhau trong cùng một đơn vị cấu trúc trong những phân tử khác nhau.
b. Obitan liên kết thích hợp (NBO)

Khái niệm orbital thích hợp được sử dụng cho việc phân bố electron trong
AO và MO, do đó điện tích ngun tử và liên kết phân tử được xác định. Ý tưởng
về phân tích dựa trên các AO thích hợp (NAO) và NBO được Weilhold và nnc đưa 
ra nhằm sử dụng ma trận mật độ 1 electron để định nghĩa hình dạng của orbital
trong môi trường phân tử và liên kết trong phân tử từ mật độ electron giữa các

nguyên tử.

Các NBO là một trong chuỗi các orbital khu trú thích hợp bao gồm: AO →
NAO → NHO → NBO → LMO → MO. Trong đó, NHO là orbital lai hóa thích
hợp. Các NBO tối ưu có thể nhận được khi tìm kiếm những orbital riêng chiếm cao
nhất trong mỗi vùng liên kết giữa hai nguyên tử A và B, ký hiệu θiA-B, với số chiếm

ni(AB). Những NBO “kiểu Lewis”, ký hiệu ΩAB, có số chiếm cao nhất (ni(AB)=2) tương

ứng với những cặp electron khu trú của giản đồ cấu trúc Lewis, hay còn gọi là các
NBO donor (donor of natural bond orbital), ký hiệu NBO(i). Các NBO “khơng
Lewis”, có số chiếm thấp nhất (nj(AB)=0) (orbital trống), hay còn gọi là các NBO

acceptor (acceptor of natural bond orbital), ký hiệu NBO(j).

Năng lượng ổn định cho tương tác donor→acceptor (NBO(i)→NBO(j)) được
ước tính bởi lý thuyết nhiễu loạn bậc 2 theo công thức sau:

E(2) = -n

</div>
(48)<div class='page_container' data-page=48>

Trong đó, ni là số chiếm (orbital occupancy) trên NBO(i), εi và εj tương ứng

là năng lượng orbital của NBO(i) và NBO(j), Fi,j là phần tử ma trận Fock NBO khơng

chéo hóa (off-diagonal NBO Fock matrix element).

Bộ NBO “kiểu Lewis” gồm: orbital một lõi - một tâm (ký hiệu CR), cặp
electron riêng (ký hiệu LP) và orbital liên kết hai tâm (ký hiệu BD). Bộ NBO

“không Lewis” gồm: orbital không liên kết - không bị chiếm (ký hiệu LP*), orbital 
vỏ hóa trị thêm vào (ký hiệu RY*) và orbital phản liên kết (ký hiệu BD*).

Phân tích NBO rất hữu ích trong việc nghiên cứu sự thay đổi và bản chất hóa
học, nhất là tính chất electron trong các hợp chất.

2.3.1.7. Các phương pháp phân tích quang học 
a. Phương pháp trắc quang

Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích định lượng dựa vào hiệu
ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ. Vùng bức xạ
được sử dụng trong phương pháp này là vùng tử ngoại gần hay khả kiến ứng với
bước sóng khoảng từ 200 nm đến 800 nm.

Cơ sở của phương pháp trắc quang là dựa vào định luật Bouger - Lam
bert - Beer:

A = - lgT = lg (Io/It) = εlC với T = It/Io

Trong đó:

I0: cường độ ánh sáng ban đầu, It: cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung

dịch, C: nồng độ dung dịch, đo bằng mol/L, l: bề dày của cuvet đựng dung dịch, đo 
bằng cm, ε: được gọi là hệ số hấp thụ phân tử.

Các đại lượng hay sử dụng biểu thức (2.12) chính là cơ sở cho phương pháp
phân tích định lượng. Tuy nhiên, quan hệ giữa cường độ ánh sáng và nồng độ của
dung dịch thông qua hàm logarit, để thuận tiện cho sử dụng, chúng ta thường sử
dụng các đại lượng sau: Độ truyền quang T là tỉ lệ giữa cường độ chùm sáng đơn

sắc sau khi đi qua dung dịch It với cường độ chùm sáng đơn sắc chiếu vào I0, lúc đó

T = It/I0 = 10-εlC (2.13). Nếu l = 1 cm thì T gọi là hệ số truyền quang. Trên các máy

</div>
(49)<div class='page_container' data-page=49>

D (Dentisity) hay độ hấp thụ A (Absorption) hay độ tắt E (Extinction) được định 
nghĩa theo biểu thức sau: D = A = E = - lg T = lg(I0 /It) = ε.l.C

Với các dung dịch chứa chất hấp thụ xác định, đựng trong các cuvet có kích
thước như nhau thì ε và l là không đổi, khi này có thể biểu diễn: D = A = K.C 
(2.15). Hay nói cách khác, sự phụ thuộc giữa mật độ quang và nồng độ dung dịch là
tuyến tính, đó chính là cơ sở của phương pháp phân tích định lượng trắc quang phân
tử. Như vậy, nguyên tắc chung của phương pháp đo quang để xác định một chất X
nào đó, ta chuyển nó thành một chất có khả năng hấp thụ ánh sáng.

b. Phương pháp phổ huỳnh quang [55], [146]

Phương pháp phát quang dựa trên phép đo cường độ bức xạ do chất phân tích
phát ra dưới tác dụng của năng lượng bức xạ điện từ chiếu vào nó. Cơ sở của
phương pháp này là dựa vào định luật huỳnh quang định lượng: trong khoảng nồng
độ C đủ bé (ɛlC≤ 0,01), cường độ bức xạ huỳnh quang tỷ lệ thuận với nồng độ chất 
phân tích (C), hệ số hấp thụ phân tử mol (ɛ) và cường độ ánh sáng tới I0 theo biểu

thức: iF = 2,303. K.I0.ɛ.l.C (2.16).

Khi hấp thụ bức xạ (với năng lượng đủ lớn), electron chuyển đổi từ trạng thái
cơ bản lên trạng thái kích thích, ứng với mức năng lượng cao hơn. Đó là quá trình
chuyển electron từ các MO bị chiếm ở trạng thái cơ bản lên các MO không bị chiếm
và sau đó, phân tử ở trạng thái kích thích.

(2.14)

</div>
(50)<div class='page_container' data-page=50>

Sau khi hấp thụ năng lượng bức xạ và ở trạng thái kích thích, trong một
khoảng thời gian ngắn, từ 10-8 giây đến 10-3 giây, phân tử sẽ giải phóng năng lượng 
kích thích và trở về lại trạng thái cơ bản dưới nhiều con đường khác nhau (Hình 2.1)
như: huỳnh quang; chuyển đổi nội bộ hay dao động phục hồi (internal conversion,
IC), đó là chuyển trực tiếp về trạng thái cơ bản nhưng không kèm phát huỳnh
quang; chuyển ngang (intersystem crossing, ISC), kèm theo sau đó là q trình lân
quang (phosphorescence) hoặc huỳnh quang trì hỗn (delayed fluorescence);
chuyển điện tích nội phân tử (intramolecular charge transfer); chuyển đổi cấu hình
(conformational change); hoặc là các quá trình xảy ra từ tương tác giữa trạng thái
kích thích với các phân tử khác như chuyển dịch electron, chuyển dịch proton,
chuyển dịch năng lượng, hình thành các dạng eximer, exciplex... Những con đường
giải phóng năng lượng kích thích khác có thể cạnh tranh với quá trình phát huỳnh
quang khi chúng xảy ra cùng thời điểm và có cùng thời gian sống (lifetime) của
trạng thái kích thích. Một số q trình trên cũng có thể dẫn đến hình thành một số dạng
trung gian có thể phát huỳnh quang và ảnh hưởng đến phổ huỳnh quang của chất ban đầu.
Hình 2.2 trình bày các quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái electron có
thể có, bao gồm: hấp thụ photon, chuyển đổi nội (dao động phục hồi), huỳnh quang,
chuyển ngang, lân quang và huỳnh quang trì hoãn. Các trạng thái singlet được ký
hiệu là S0 (trạng thái cơ bản), S1, S2... (cho các trạng thái kích thích). Các trạng thái
kích thích triplet được ký hiệu là T1, T2...

</div>
(51)<div class='page_container' data-page=51>

Khi phân tử bị kích thích có thể hấp thụ năng lượng của các dải bức xạ ở các
bước sóng khác nhau như λ1, λ2..., tương ứng với các bước chuyển S0→S1 và

S0→S2, sau đó xảy ra các quá trình phục hồi dao động về trạng thái S1, rồi phát
huỳnh quang bức xạ ở bước sóng λ3 để trở về trạng thái cơ bản S0. Như vậy, phổ
huỳnh quang không phụ thuộc vào bước sóng kích thích, hay nói chính xác hơn chỉ
phụ thuộc vào sự khác biệt năng lượng giữa trạng thái cơ bản S0 và trạng thái kích
thích S1. Thơng thường, phổ huỳnh quang chuyển về vùng bước sóng dài hơn so với
phổ hấp thụ do mất mát năng lượng.

Bên cạnh đó cũng có các quá trình khác cạnh tranh với quá trình phát huỳnh
quang, bao gồm: quá trình phục hồi dao động từ S1→S0 mà không phát xạ huỳnh
quang; hay quá trình chuyển ngang giữa trạng thái S1→T1, rồi sau đó phát lân quang
ở bước sóng λ4 để trở về trạng thái cơ bản S0.

Quá trình dao động phục hồi là quá trình chuyển đổi không phát xạ giữa hai
trạng thái electron cùng độ bội spin, hướng đến mức dao động nhỏ nhất, trong đó
năng lượng dư thừa thường được chuyển giao từ phân tử kích thích sang dung mơi
xung quanh thơng qua q trình va chạm.

Q trình chuyển ngang là q trình chuyển đổi khơng phát xạ huỳnh quang
giữa hai trạng thái electron có độ bội spin khác nhau, ví dụ từ trạng thái S1→T1.
Quá trình này đủ nhanh (10-10 giây đến 10-8 giây) để cạnh tranh với các quá trình 
khác như huỳnh quang và quá trình phục hồi dao động.

Quá trình chuyển đổi từ trạng thái T1 về trạng thái S0 (về nguyên tắc quá
cũng bị cấm do khác biệt độ bội spin, nhưng cũng có thể xảy ra thơng qua ghép nối
spin-orbit) và giải phóng năng lượng kích có thể khơng kèm theo bức xạ (chuyển
ngang sau đó là quá trình phục hồi dao động), hoặc kèm theo bức xạ (gọi là
lân quang).

</div>
(52)<div class='page_container' data-page=52>

2.3.1.8. Các phần mềm tính tốn và phương pháp áp dụng 
a. Phần mềm tính tốn sử dụng

Tối ưu hóa hình học và tính năng lượng điểm đơn của các phân tử được thực
hiện bởi phần mềm Gaussian 03 [32]. Phân tích NBO được thực hiện bởi chương
trình NBO 3.1 tích hợp trong Gaussian 03 [32]. Phân tích AIM được thực hiện bởi
phần mềm AIM2000 [31]. Tất cả các tính tốn lý thuyết được thực hiện trên một hệ
điều hành siêu máy tính với bộ vi xử lý 32 cores và bộ nhớ 72-gigabyte tại Phịng
thí nghiệm Hóa học tính tốn và Mơ phỏng, Trường Đại học Quy Nhơn, Việt Nam.
b. Phương pháp tính tốn áp dụng

Việc xác định cấu trúc hình học bền, năng lượng điểm đơn của các monome
và các phức được thực hiện bởi phương pháp phiếm hàm mật độ ba thông số
B3LYP với bộ hàm cơ sở LanL2DZ [9], [41], [81], [137], [152]. Tính tần số dao
động điều hòa ở cùng mức lý thuyết cũng được tiến hành sau tối ưu hình học để
đảm bảo rằng tất cả các cấu trúc tối ưu là cực tiểu năng lượng trên bề mặt thế năng
và để ước tính năng lượng điểm khơng (ZPE). Các thông số năng lượng tương tác
được hiệu chỉnh ZPE gồm biến thiên entanpi và biến thiên năng lượng tự do Gibbs
của các phản ứng được tính tốn dựa trên sự khác biệt giữa tổng năng lượng của các
sản phẩm và tổng năng lượng các chất tham gia [32].

Các tính tốn ở trạng thái kích thích và các yếu tố phụ thuộc thời gian được
thực hiện bởi phương pháp TD-DFT ở cùng mức lý thuyết với tối ưu hình học [14].
Các phân tích AIM và NBO được tiến hành ở cùng mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ
[21], [31], [69], [77], [87], [157]. Độ tin cậy của mức lý thuyết áp dụng được kiểm
chứng trên hệ nghiên cứu thông qua so sánh với các dữ liệu thực nghiệm thu được
trong quá trình nghiên cứu.

2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 
2.3.2.1. Hóa chất

</div>
(53)<div class='page_container' data-page=53>

Bảng 2.1. Các hóa chất chính sử dụng trong luận án

Hóa chất Nguồn sử dụng

2-Methylbenzothiazole (C8H7NS): Aldrich
4-diethylamino-2-hydroxybenzaldehyde:

(C11H15NO2)

Aldrich

Axit bromoacetic: BrCH2COOH (C2H3BrO2) Aldrich
4-metyl-7-hydroxylcouramin (C8H10O3): Aldrich

Acryloyl clorua (C3H2OCl): CH2=CHCOCl Aldrich
Các muối perchlorate hoặc chloride các ion kim loại: Zn(II),

Co(III), Cu(II), Cd(II), Pb(II), Fe(II), Ca(II), Na(I), K(I),
Hg(II), K(I), Na(I).

Các amino axit: Cys, GSH, Hcy, Alanine, Aspartic,
Arginine, Glycine, Glutamic, Isoleucine, Leucine, Lysine,
Methionine, Threonine, Serine, Tyrosine,
Tyrosine,Tryptophan, Valine, Histidine.

Aldrich

MgSO4, NaOH Merck

Dung môi hữu cơ: ethanol, ethylether, triethylamin,
4-dimethylaminopyridin, 1,2-dicloetan

Merck

2.3.2.2. Xác định đặc trưng cấu trúc của sensor

Đặc trưng cấu trúc của các chất được khẳng định bởi kết quả phân tích các
phổ, bao gồm: phổ 1H-NMR, phổ 13C-NMR, phổ MS. Phổ 1H-NMR và phổ 13
C-NMR được thực hiện trên thiết bị cộng hưởng từ hạt nhân tần số 400 MHz
Bruker-400. Phổ MS được thực hiện trên thiết bị Waters GCT Premier.

</div>
(54)<div class='page_container' data-page=54>

54
2.3.2.3. Xác định đặc tính, ứng dụng của sensor 
a. Phương pháp quang phổ huỳnh quang

Các phép đo quang phổ huỳnh quang được tiến hành trên thiết bị Shimadzu
RF-5301 PC series fluorescence spectrometer, tại Trung tâm Kiểm nghiệm Thuốc -
Mỹ phẩm - Thực phẩm Thừa Thiên Huế. Các dung dịch đo sau khi được chuẩn bị
theo các điều kiện thí nghiệm khác nhau được cho vào cuvet thạch anh có chiều dài
quang học 1 cm để tiến hành đo ở nhiệt độ phòng, 25 oC.

Các thí nghiệm về sensor L được tiến hành ở bước sóng kích thích 540 nm, 
bước sóng phát huỳnh quang 585 nm, độ rộng khe kích thích 5 nm, khe phát xạ 5
nm (Slit Width EX 5 nm, EM 5 nm).

Các thí nghiệm về sensor AMC được tiến hành ở bước sóng kích thích 320 
nm, bước sóng phát huỳnh quang 450 nm, độ rộng khe kích thích 5 nm, khe phát xạ

5 nm (Slit Width EX 5 nm, EM 5 nm).

* Xác định hiệu suất lượng tử huỳnh quang

Hiệu suất lượng tử huỳnh quang của chất nghiên cứu được xác định bằng
phương pháp so sánh với chất huỳnh quang chuẩn theo phương trình sau [129]:

Trong đó: ΦX và ΦSD tương ứng là hiệu suất lượng tử huỳnh quang của chất

nghiên cứu và chất chuẩn; nX và nSD tương ứng là chỉ số khúc xạ trong dung môi của

chất nghiên cứu và chất chuẩn; bX và bSD tương ứng là hệ số góc của phương trình

quan hệ tuyến tính (Y= a + bX) giữa cường độ huỳnh quang tích phân Y (diện tích)
với mật độ quang X của chất nghiên cứu và chất chuẩn.

b. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử

Các phép đo quang phổ hấp thụ phân tử được tiến hành trên thiết bị
Shimadzu UV-1800 UV-vis spectrophotometer, tại Viện Nghiên cứu Khoa học
Miền Trung - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Các dung dịch đo sau khi được chuẩn bị theo các điều kiện thí nghiệm khác
nhau được cho vào cuvet thuỷ tinh có chiều dài quang học 1 cm để tiến hành đo ở
nhiệt độ phòng, 25 oC. Dung dịch so sánh là nước cất.

</div>
(55)<div class='page_container' data-page=55>

c. Phương pháp xác định giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng [105]

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) của phương pháp
phân tích (trắc quang và huỳnh quang) được xác định dựa trên đường chuẩn ở dãy
nồng độ bé (dãy nồng độ gần với LOD, LOQ). LOD và LOQ được xác định dựa
vào công thức sau:

LOD = 3 SD/a (2.18)

LOQ = 10 SD/a (2.19)

Trong đó: a là độ dốc của đường chuẩn, được xác định từ đường chuẩn ở dãy
nồng độ bé; SD là độ lệch chuẩn của giá trị b (intercept), hệ số chặn của đường
chuẩn, cũng được xác định từ đường chuẩn ở dãy nồng độ bé, được làm nhiều lần
để tính SD của giá trị b.

2.3.2.4. Quy trình thực nghiệm tổng hợp các sensor

Quy trình thực nghiệm tổng hợp các sensor đã được nghiên cứu dựa trên kết
quả dự đốn từ tính tốn lý thuyết và kết quả thực nghiệm cơng bố trước đây về các
phản ứng tương tự [2], [3], [29]. Các điều kiện để tổng hợp sensor như dung môi,
nhiệt độ, thời gian phản ứng... đã được khảo sát lại và chọn lựa để tiến hành phản
ứng một cách dễ dàng, thuận tiện và cho hiệu suất tương đối lớn. Trong nghiên cứu
này, do không chú trọng đến hiệu suất phản ứng, nên các điều kiện đã lựa chọn
chưa hoàn toàn là điều kiện tối ưu.

a. Quy trình thực nghiệm tổng hợp sensor L

Sơ đồ tổng hợp sensor L được minh họa ở Hình 2.3. Theo đó, q trình tổng 
hợp sensor L gồm 2 giai đoạn: giai đoạn I tổng hợp CBZT, giai đoạn II tổng hợp 
sensor L. 
N

S
N
S
-O
2C

BrCH2COOH

N
S
-O
2C
N
HO
OHC N
HO
L
CBZT
BZT
+ +

* Tổng hợp CBZT

2-methylbenzothiazole (3,0 g, 0,02 mol) và acid bromoacetic (4,18 g, 0,03

Ethanol, 8h, ở 80oC Ethanol, 10h, ở 80oC,

xt: piperidine

</div>
(56)<div class='page_container' data-page=56>

mol) được hòa tan trong 50 mL ethanol tuyệt đối. Hỗn hợp phản ứng được đun hồi
lưu trong 8 giờ. Sau đó để nguội đến nhiệt độ phịng và thu được kết tủa. Rửa sạch
kết tủa nhiều lần với ethanol trong mơi trường kiềm, sau đó làm khơ thu được chất
rắn CBZT (khoảng 4,0 g với hiệu suất 75%).

* Tổng hợp sensor L

CBZT (290 mg, 1 mmol) và 4-diethylamino-2-hydroxybenzaldehyde (190 
mg, 1 mmol) được hòa tan trong 30 mL ethanol tuyệt đối. Thêm 1 giọt piperidine,
dung dịch phản ứng chuyển sang màu đỏ. Đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng trong 10
giờ, sau đó làm nguội đến nhiệt độ phịng. Lọc lấy kết tủa, rửa sạch nhiều lần bởi
diethyl ether và sau đó làm khơ thu được sản phẩm L (khoảng 3,0 g, với hiệu suất 
khoảng 38%).

b. Quy trình thực nghiệm tổng hợp sensor AMC

Sơ đồ tổng hợp AMC được minh họa ở Hình 2. 4 và được tóm tắt như sau:

O O

O
O

O OH

AMC

Hình 3.24. Sơ đồ tổng hợp sensor AMC

Hòa tan 4-methyl-7-hydroxylcoumarin (1,7 g, 9,4 mmol) và Et3N (7,9 mL,
56,4 mmol) trong CH2Cl2 (20 mL), thêm một lượng nhỏ chất xúc tác
4-dimethylaminopyridine, thu được dung dịch. Làm lạnh và giữ dung dịch phản ứng ở
nhiệt độ 0 °C. Thêm từ từ (trong khoảng thời gian 1 giờ) vào dung dịch phản ứng
từng giọt dung dịch acryloyl chloride (1,9 mL, 23,5 mmol) trong CH2Cl2 (20 mL).
Sau đó, khuấy dung dịch phản ứng 2 giờ ở nhiệt độ phòng. Thêm nước vào dung
dịch thu được để hòa tan các muối amine. Tiếp tục rửa sạch pha hữu cơ thu được
bằng nước, sau đó làm khơ pha hữu cơ bằng muối MgSO4 khan. Làm bay hơi dung
môi hữu cơ trên máy cô quay chân không. Sản phẩm sau đó được tinh chế bằng
cách kết tinh lại trong ethanol, thu được chất rắn kết tinh màu trắng, khối lượng
khoảng 1 gam, hiệu suất khoảng 45%.

+ CH2=CHCOCl

CH2Cl2, 2h, ở nhiệt độ phòng,

</div>
(57)<div class='page_container' data-page=57>

57
CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng sensor L từ dẫn xuất của 
cyanine phát hiện các biothiol và ion Hg(II) dựa trên phản ứng tạo phức

3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết về thiết kế, tổng hợp và đặc trưng của sensor L 
3.1.1.1. Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp sensor L

Phương pháp phiếm hàm mật độ ba thông số của Becke (B3LYP) là một

trong những phương pháp sử dụng rộng rãi nhất cho các phép tính phân tử vì cho
kết quả tính tốn khá chính xác trên một phạm vi rộng các hợp chất, đặc biệt là các
phân tử hợp chất hữu cơ [115], [160]. Kết quả nghiên cứu của nhiều cơng trình [42],
[43], [73], [119], [121] cho thấy, bộ hàm cơ sở LanL2DZ áp dụng tốt cho các ion
kim loại nặng, đặc biệt là ion Hg(II). Vì vậy, có thể áp dụng mức lý thuyết
B3LYP/LanL2DZ cho hệ nghiên cứu với kết quả đáng tin cậy.

Các dẫn xuất cyanine bao gồm các dạng R2N+=CH[CH=CH]n-NR2,
Aryl=N+=CH[CH=CH]

n-NR2, Aryl=N+=CH[CH=CH]n-N=Aryl, các dạng này đều
có cấu trúc donor - hệ liên hợp π - acceptor. Trong đó, donor (nhóm đẩy electron) là
một nhóm amino; acceptor (nhóm rút electron) là ion amoni. Chúng được biết đến
là những hợp chất màu, phát huỳnh quang mạnh mẽ, và gần đây đã được nghiên cứu
sử dụng làm thuốc nhuộm huỳnh quang trong chụp ảnh y sinh học [40].

</div>
(58)<div class='page_container' data-page=58>

Quá trình thiết kế và tổng hợp sensor L được trình bày ở Hình 3.1.

S N

-O2C

BrCH2COOH N

S
-O
2C
N
HO
OHC N
HO
L
CBZT
BZT
(I) (II)

Hình 3.1. Sơ đồ thiết kế và tổng hợp sensor L

Trong đó fluorophore là cyanine, receptor là nhóm -COO-, là nhóm có ái lực 
mạnh với ion Hg(II); phản ứng tổng hợp sensor L thực hiện qua hai giai đoạn: giai 
đoạn (I) và giai đoạn (II).

a. Khảo sát các phản ứng của giai đoạn (I)

Phản ứng hình thành CBZT từ BZT và acid bromoacetic được trình bày ở 
Hình 3.2 và 3.3. Để xem xét khả năng xảy ra của các phản ứng, hình học bền của
BZT, acid bromoacetic, CBZT-1, CBZT-2, CBZT-3, CBZT-4, CBZT-5, CBZT ở 
mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ được trình bày ở Hình 3.4. Tọa độ XYZ các
nguyên tử trong phân tử này, ion Br-, OH-, nước, C

2H5OH được trình bày từ Phụ lục
2 đến Phụ lục 13. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs của các phản ứng được tính ở

mức lý thuyết và liệt kê ở Bảng 3.1 và 3.2.

Kết quả tính tốn ở Bảng 3.1 và 3.2 cho thấy, phản ứng giữa BZT với acid 
bromoacetic để hình thành CBZT-3 và phản ứng giữa CBZT-3 và dung dịch kiềm 
để hình thành CBZT là thuận lợi về mặt nhiệt động do biến thiên năng lượng tự do 
Gibbs (∆G298) của phản ứng (3) và phản ứng (8) là âm nhất.

Một phản ứng hóa học xảy ra cần phải đáp ứng điều kiện về nhiệt động học
(như là điều kiện cần) và điều kiện về động học (như là điều kiện đủ) để tốc độ phản
ứng đủ lớn. Về ngun tắc, trong hóa tính tốn hồn tồn có thể xác định được hằng
số tốc độ phản ứng theo thuyết trạng thái chuyển tiếp dựa trên entropi, entanpi và
năng lượng tự do hoạt hóa. Để tính tốn các thơng số này cần phải xác định trạng
thái chuyển tiếp và tiến trình của phản ứng [32]. Tuy nhiên, mục tiêu của nghiên
cứu này là kết hợp linh hoạt giữa tính tốn và thực nghiệm, nên chỉ dừng lại ở mức
dự đoán khả năng phản ứng và hướng sản phẩm dựa trên các thơng số nhiệt động,

</div>
(59)<div class='page_container' data-page=59>

sau đó tiến hành thực nghiệm dựa trên dự đốn của tính toán. Sự kết hợp linh hoạt
này sẽ giảm tải khối lượng công việc tính tốn hoặc thực nghiệm, tùy vào trường
hợp cụ thể, sẽ tiến nhanh đến mục đích cuối cùng.

S
N

BrCH2COOH Br

-S
N+

COOH
CBZT-1
(1)
S
N

BrCH2COOH HBr

S
N+
COO
-BZT CBZT-2
(2)
S
N

BrCH2COOH

S
N+
COOH...Br
-BZT CBZT-3
(3)
S
N

BrCH2COOH

S
N+

COOH
BZT CBZT-4
(4)
Br
-S
N

BrCH2COOH

S
N
COOH
BZT CBZT-5
Br
(5)
BZT

Hình 3.2. Các sản phẩm có thể có từ phản ứng giữa BZT với acid bromoacetic

CH3CH2OH
Br
-S
N+
COO
-CBZT
S
N+
COOH...Br

-CH3CH2OH2+

H2O
Br
-S
N+
COO
-CBZT
(7)
S
N+
COOH...Br
-CBZT-3

H3O+

OH
-Br
-S
N+
COO
-CBZT
(8)
S
N+
COOH...Br
-CBZT-3
H2O
(6)
CBZT-3

</div>
(60)<div class='page_container' data-page=60>

(H) (C) (N) (S) (O) (Br)

Hình 3.4. Hình học bền của BZT và các sản phẩm phản ứng với acid bromoacetic 
ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bảng 3.1. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs của các phản ứng giữa BZT với acid 
bromoacetic ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ (kcal.mol-1)

Phản ứng (1) (2) (3) (4) (5)

ΔG298 (ethanol, kcal.mol-1) -12,9 6,8 -19,4 -11,9 -7,7

ΔG298 (acetonitril, kcal.mol-1) -15,2 6,0 -20,9 -13,3 -9,3

ΔG298 (chloroform, kcal.mol-1) 7,4 10,6 -17,6 -11,5 -5,9

ΔG298 (nước, kcal.mol-1) -17,3 6,0 -20,6 -12,9 -9,1

(BZT) (CBZT-1) (CBZT-2)

(CBZT-3) (CBZT-4) (CBZT-5)

</div>
(61)<div class='page_container' data-page=61>

Bảng 3.2. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs của các phản ứng từ CBZT-3 
thành CBZT ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ (kcal.mol-1)

Phản ứng (6) (7) (8)

ΔG298 (ethanol, kcal.mol-1)

24,7 29,0 -52,1

ΔG298 (nước, kcal.mol-1)

21,0 25,2 -51,6

b. Khảo sát các phản ứng của giai đoạn (II)

Phản ứng hình thành L từ CBZT với DHB có thể tạo ra 4 sản phẩm (Hình 
3.5). Biến thiên năng lượng tự do Gibbs của các phản ứng ở mức lý thuyết
B3LYP/LanL2DZ đã được tập hợp ở Bảng 3.3. Hình học bền của DHB, L-1, L-2, 
L-3, L ở cùng mức lý thuyết được trình thể hiện ở Hình 3.6. Tọa độ XYZ các 
nguyên tử trong phân tử này được đính kèm từ Phụ lục 14 đến Phụ lục 18.

Kết quả tính toán ở Bảng 3.3 cho thấy, biến thiên năng lượng tự do Gibbs
(∆G298) của phản ứng (12) là âm. Theo đó, phản ứng giữa CBZT với DHB theo

hướng hình thành sản phẩm L là thuận lợi về mặt nhiệt động.

N+
S
COO
-N+
S
COO
-N
HO

OHC N
HO
CBZT
(9)
N+
S
COO
-L-1
(11)
HO
N
L-3

H2O

H2O
N+

COO

-N (10)

L-2

H2O

HO
N+

S
COO
-(12)
N
L

H2O

DHB

</div>
(62)<div class='page_container' data-page=62>

(H) (C) (N) (S) (O)

Hình 3.6. Hình học bền của DHB và các sản phẩm phản ứng của DHB với CBZT 
ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bảng 3.3. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs của các phản ứng giữa CBZT 
với DHB ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ (kcal.mol-1)

Phản ứng (9) (10) (11) (12)

ΔG298 (ethanol, Kcal.mol-1)

5,0 3,0 7,1 -2,6

ΔG298 (acetonitril, Kcal.mol-1)

6,4 4,5 8,5 -1,1

ΔG298 (chloroform, Kcal.mol-1)

7,1 1,4 7,6 -12,5

ΔG298 (nước, Kcal.mol-1)

3,6 3,0 6,3 -2,9

(L-2)

(DHB) (L-1)

(L-3)

</div>
(63)<div class='page_container' data-page=63>

3.1.1.2. Nghiên cứu lý thuyết đặc tính của sensor L 
a. Cấu trúc phân tử của sensor L

Bảng 3.4 trình bày độ dài liên kết, trị số góc liên kết và góc nhị diện trong
phân tử L ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ.

Bảng 3.4. Các thơng số hình học của L ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ (đơn vị độ 
dài liên kết là angstrom (Å), đơn vị góc là độ ())

Liên kết Độ dài

liên kết

Liên kết Độ dài

liên kết

Liên kết Độ dài

liên kết

C1–C2 1,408 C14–O46 1,356 O25–H33 1,961

C1–C6 1,399 C15–C16 1,418 C15–H34 1,082

C2–C3 1,413 C16–C17 1,448 C17–H35 1,082

C3–C4 1,405 C16–N19 1,388 C20–H36 1,102

C4–C5 1,407 C17–C18 1,380 C20–H37 1,098

C5–C6 1,411 N19–C20 1,490 C21–H38 1,097

C5–N7 1,424 N19–C22 1,479 C21–H39 1,096

C6–S9 1,820 C20–C21 1,536 C21–H40 1,096

N7–C8 1,371 C22–C23 1,546 C22–H41 1,095

N7–C11 1,491 C24–O25 1,295 C22–H42 1,092

C8–S9 1,823 C24–O26 1,267 C23–H43 1,098

C10–C12 1,397 C2–H28 1,087 C23–H45 1,095

C11–C24 1,583 C3–H29 1,086 O25–H47 1,522

C12–C13 1,419 C4–H30 1,087 O46–H47 1,027

C13–C14 1,453 C11–H31 1,094 C18–H48 1,088

C13–C18 1,432 C11–H32 1,092 C10–H49 1,087

C14–C15 1,405 C12–H33 1,085 - -

</div>
(64)<div class='page_container' data-page=64>

Góc liên kết Độ lớn góc Góc liên kết Độ lớn góc Góc liên kết Độ lớn 
góc 
C3–C4–C5 117,8 C12–C13–C18 123,8 H38–C21–H39 107,5
C3–C4–H30 122,2 C14–C13–C18 116,9 H38–C21–H40 107,5
C5–C4–H30 119,9 C13–C14–C15 120,0 H39–C21–H40 108,7
C4–C5–C6 120,7 C13–C14–O46 124,5 N19–C22–C23 113,7
C4–C5–N7 126,1 C15–C14–O46 115,5 N19–C22–H41 108,7
C6–C5–N7 113,2 C14–C15–C16 122,3 N19–C22–H42 108,6
C1–C6–C5 121,6 C14–C15–H34 115,5 C23–C22–H41 110,2
C1–C6–S9 127,7 C16–C15–H34 122,2 C23–C22–H42 109,5
C5–C6–S9 110,7 C15–C16–C17 117,5 H41–C22–H42 106,0
C5–N7–C8 115,1 C15–C16–N19 121,9 C22–C23–H43 110,1
C8–N7–C11 124,4 C16–C17–C18 120,4 C22–C23–H45 111,3
N7–C8–S9 111,0 C16–C17–H35 120,7 H43–C23–H44 108,1
N7–C8–C10 129,1 C18–C17–H35 118,9 H43–C23–H45 108,1

S9–C8–C10 119,9 C13–C18–C17 122,8 H44–C23–H45 108,1
C6–S9–C8 89,6 C13–C18–H48 118,6 C11–C24–O25 115,9
C8–C10–H49 116,0 C16–N19–C20 119,0 O25–C24–O26 128,6
C12–C10–H49 121,0 C16–N19–C22 120,2 C14–O46–H47 122,3

N7–C11–C24 114,5 C20–N19–C22 120,3 - -

Góc nhị diện Độ lớn 
góc

Góc nhị diện Độ lớn

</div>
(65)<div class='page_container' data-page=65>

Góc nhị diện Độ lớn 
góc

Góc nhị diện Độ lớn

góc 
H29–C3–C4–C5 -179,4 H32–C11–C24–O25 21,1 C22–N19–C20–H36 109,1

C3–C4–C5–C6 2,2 C10–C12–C13–C14 179,8 C16–N19–C22–C23 80,5 
C3–C4–C5–N7 -177,6 C10–C12–C13–C18 -0,2 C16–N19–C22–H41 -42,6

H30–C4–C5–N7 7,0 H33–C12–C13–C18 -177,4 C20–N19–C22–C23 -90,8 
C4–C5–C6–C1 -2,3 C12–C13–C14–C15 -178,6 C20–N19–C22–H41 146,1 
N7–C5–C6–C1 177,6 C18–C13–C14–C15 1,5 N19–C20–C21–H38 -179,4 
N7–C5–C6–S9 -3,5 C18–C13–C14–O46 -177,8 N19–C20–C21–H39 -61,0 
C4–C5–N7–C11 15,9 C12–C13–C18–H48 -1,3 H36–C20–C21–H38 57,3 
C6–C5–N7–C8 6,5 C14–C13–C18–C17 -1,6 H36–C20–C21–H39 175,6 
C6–C5–N7–C11 -163,9 C14–C13–C18–H48 178,7 H36–C20–C21–H40 -61,3 
C1–C6–S9–C8 179,0 C13–C14–C15–C16 0,1 H37–C20–C21–H38 -58,2 
C5–C6–S9–C8 0,1 C13–C14–C15–H34 -179,2 H37–C20–C21–H39 60,1 
C5–N7–C8–S9 -6,2 O46–C14–C15–C16 179,5 H37–C20–C21–H40 -176,8 
C5–N7–C8–C10 173,9 O46–C14–C15–H34 0,1 N19–C22–C23–H43 -178,9 
C11–N7–C8–S9 163,7 C13–C14–O46–H47 2,9 N19–C22–C23–H44 61,4 
C11–N7–C8–C10 -16,2 C15–C14–O46–H47 -176,4 N19–C22–C23–H45 -59,0 
C5–N7–C11–C24 -85,8 C14–C15–C16–C17 -1,7 H41–C22–C23–H43 -56,6 
C5–N7–C11–H31 32,8 C14–C15–C16–N19 178,2 H41–C22–C23–H44 -176,3 
C5–N7–C11–H32 150,1 H34–C15–C16–C17 177,6 H41–C22–C23–H45 63,3 
C8–N7–C11–C24 104,7 H34–C15–C16–N19 -2,4 H42–C22–C23–H43 59,5 
C8–N7–C11–H31 -136,7 C15–C16–C17–C18 1,7 H42–C22–C23–H44 -60,2 
C8–N7–C11–H32 -19,4 C15–C16–C17–H35 -178,2 H42–C22–C23–H45 179,4

</div>
(66)<div class='page_container' data-page=66>

Å). Điều này chứng tỏ có sự hình thành liên kết đôi C10 và C12 trong L. Điều đáng 
chú ý có sự hình thành liên kết O25-H47 với độ dài là 1,522 Å, dài hơn so với DHB 
tự do (1,005 Å) và trong L (1,027 Å) tương ứng, đây được cho là sự hình thành liên 
kết hidro nội phân tử giữa O25 và H47 trong L. Sự hình thành liên kết hidro nội 
phân tử có thể gây ra quá trình tạo L là thuận lợi về mặt nhiệt động như đã phân tích ở 
trên. Các góc liên kết N7-C11-C24, N7-C8-C10, C12-C13-C14 trong L tương ứng 
là 114,5o; 129,1o và 119,3o, trong khi các góc này trong acid bromoacetic 
(Br-C2-C3), BZT (N7-C8-C10) và DHB (C2-C1-C7) tương ứng là 116,0o; 125,6o và

121,9o. Sự hình thành liên kết đôi giữa nguyên tử C10 và nguyên tử C12 trong L đã 
dẫn đến giá trị các góc liên kết C8-C10-C12, C10-12-13 trong L lần lượt là 122,7o
và 129,4o, gần với góc liên kết của cacbon ở trạng thái lai hóa sp2.

Hai tiểu phần BZT và DHB không cùng nằm trong một mặt phẳng, chúng 
tạo một góc nhị diện N7-C8-C10-C12 là -22o. Các góc nhị diện N7-C11-C24-O25, 
N7-C11-C24-O26 trong L lần lượt là -101,4o và 79,4o, khác nhiều so với góc nhị 
diện Br-C2-C3-O4, Br-C2-C3-O5 trong acid bromoacetic tương ứng là -179,9o và 
-0,3o. Điều này được giải thích có thể sự hình thành liên kết hidro nội phân tử giữa 
nguyên tử O25 và nguyên tử H47 trong L.

b. Phân tích phổ UV-Vis của sensor L

Hình 3.7. Phổ UV-Vis của L trong pha khí ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 
(excitation energy: năng lượng kích thích, oscillator strength: cường độ dao động)

</div>
(67)<div class='page_container' data-page=67>

Phổ UV-Vis của sensor L đã được xác định bằng phương pháp TD-DFT ở 
mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ. Dữ liệu thu được cho thấy rằng phổ UV-Vis của
phân tử L đạt cực đại ở bước sóng 452,6 nm với cường độ dao động khá lớn 0,57 
(Hình 3.7).

Trong cơng trình nghiên cứu [110], nnc đã tổng hợp chất 
bis{4-[(E)-2-(benzo[d]thiazol-2- yl)vinyl]phenyl} acrylonitrile (BZTVPA), có cấu trúc tương tự 
sensor L (gồm hai phần benzothiazole liên kết với nhau thơng qua nhóm cầu nối 
bis(4-vinylphenyl)acrylonitrile). Kết quả nghiên cứu cho thấy, hợp chất này có phổ
UV-Vis đạt cực đại ở bước sóng 405 nm và phát xạ huỳnh quang ở bước sóng 495
nm trong dung môi tetrahydrofuran.

Như vậy, kết quả này dẫn đến kỳ vọng đặc tính huỳnh quang của sensor L 
tương tự BZTVPA.

c. Phân tích đặc tính huỳnh quang của sensor L

Năng lượng kích thích và các MO biên của sensor L được xác định bằng 
phương pháp TD-DFT ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và thể hiện ở Bảng 3.5,
Hình 3.8. Giản đồ năng lượng các MO biên của L được trình bày ở Hình 3.9.

Hình 3.8 cho thấy, mật độ electron ở các MO từ MO-93 đến MO-100 chủ
yếu tập trung ở tiểu phần BZT, DHB và khu vực liên kết C10-C12.

Trạng thái kích thích và tính chất quang lý của các sensor dựa vào quy tắc
chuyển dịch electron. Sự chuyển dịch bị cấm nếu như khơng có sự xen phủ của các
MO đầu và cuối trong bước chuyển. Một thông số quan trọng trong việc đánh giá
quá trình chuyển đổi đó là cường độ dao động (f). Thông thường một quá trình 
chuyển đổi với f > 0,01 là được phép, ngược lại f < 0,01 là không được phép; quy 
tắc này cũng áp dụng tương tự đối với quá trình phát xạ [130].

</div>
(68)<div class='page_container' data-page=68>

được đóng góp chủ yếu bởi MO-90→MO-97 (44,35%), MO-91→MO-97 (41,32%).
Do đó, ln tồn tại MO có chứa electron nằm giữa hai MO trong mỗi bước chuyển,
nên ở các trạng thái kích thích trên sẽ xảy ra quá trình PET. Vì vậy, các bước
chuyển này không dẫn tới huỳnh quang trong L.

Các bước chuyển trạng thái S0→S1, S0→S2, tương ứng tại các bước sóng là
489,8 nm và 452,6 nm, có cường độ dao động lớn, đều có sự đóng góp khá lớn của
bước chuyển electron giữa hai MO liên tiếp là MO-96 lên MO-97 (tương ứng là
35,80% và 28,66%). Do đây là các MO liên tiếp, nên khơng có q trình PET nào

can thiệp đến bước các chuyển trạng thái này. Kết quả này dẫn đến một kỳ vọng
rằng phân tử L là hợp chất phát huỳnh quang.

Bước chuyển trạng thái S0→S4 tuy có cường độ dao động khá lớn, nhưng
chủ yếu được đóng góp bởi sự chuyển đổi electron giữa các MO không liên tiếp, cụ
thể được đóng góp chủ yếu bởi MO-93→MO-97 (49,94%). Do đó, tồn tại MO có
chứa electron nằm giữa hai MO trong bước chuyển, nên ở trạng thái kích thích trên
sẽ xảy ra q trình PET. Vì vậy, bước chuyển này khơng dẫn tới huỳnh quang trong
sensor L.

Bảng 3.5. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến 
q trình kích thích chính của L ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển

MO Năng lượng

(eV)

Bước sóng
(nm)

f Tỷ lệ %

đóng góp

S0→S1 95→97 2,53 489,8 0,2566 56,44

96→97 35,80

S0→S2 93→97 2,74 452,6 0,5626 29,22

95→97 28,63

96→97 28,66

S0→S3 92→97 2,86 432,9 0,0097 5,90

93→97 8,83

94→97 77,56

S0→S4 92→97 3,00 413,2 0,5815 5,42

</div>
(69)<div class='page_container' data-page=69>

Bước
chuyển

MO Năng lượng

(eV)

Bước sóng
(nm)

f Tỷ lệ %

đóng góp

94→97 10,62

95→97 9,35

96→97 11,07

S0→S5 92→97 3,05 406,0 0,0060 86,61

93→97 7,68

S0→S6 90→97 3,92 316,7 0,0051 44,35

91→97 41,32

96→97 8,40

Hình 3.8. Các MO biên của L ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

MO-100 (-4,1 eV) MO-99 (-4,2 Ev)

MO-98 (-4,6 eV) MO-97 (-5,8 eV)

MO-95 (-8,1 eV) MO-96 (-7,4 eV)

</div>
(70)<div class='page_container' data-page=70>

Hình 3.9. Giản đồ năng lượng các MO biên của L (các mức năng lượng là tương 
đối, không theo tỉ lệ)

Việc nghiên cứu tính tốn lý thuyết cho thấy: sensor L có thể tổng hợp được 
với cấu trúc cyanine từ BZT, DHB và acid bromoacetic; L hấp thụ cực đại tại bước 
sóng 452,6 nm và kỳ vọng là chất phát huỳnh quang. Để kiểm định và khẳng định
những kết quả tính tốn này, chúng tơi tiếp tục nghiên cứu phần thực nghiệm.
3.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của sensor L 
3.1.2.1. Thực nghiệm tổng hợp L

Sensor L được tổng hợp qua 2 giai đoạn (như đã trình bày ở Chương 2). Sau 
khi tổng hợp, cấu trúc của CBZT và L được xác định bởi các phổ:

Cấu trúc của sản phẩm CBZT đã được khẳng định bởi phổ 1H-NMR và phổ 
FAB-MS. Kết quả phổ 1H-NMR (300 MHz, DMS) δ: 8,51 (t, J = 8,5 Hz, 1H), 8,32
(d, J = 8,5 Hz, 1H), 7,87 (dt, J = 30,3; 7,7 Hz, 2H), 5,80 (d, J = 5,1 Hz, 2H), 3,35-
3,13 (m, 3H); phổ khối FAB-MS: m/z = 208,04. Phổ 1H-NMR và phổ FAB-MS 
được trình bày ở Phụ lục 19, 20.

- 9,2 
- 8,8 
- 8,1 
- 7,4 
- 5,8

- 4,6 
- 4,2 
- 4,1

93 
94 
95 
96

</div>
(71)<div class='page_container' data-page=71>

Cấu trúc L đã được khẳng định bởi phổ 1H-NMR, 13C-NMR, FAB-MS. Kết 
quả phổ 1H -NMR (300 MHz, MeOD) δ: 8,16 (d, J = 13,8 Hz, 1H), 7,99 (d, J = 8,1 
Hz, 1H), 7,78 (d, J = 8,4 Hz, 1H), 7,73 – 7,64 (m, 1H), 7,62 – 7,53 (m, 2H), 7,36 (d,
J = 14,0 Hz, 1H), 6,37 (d, J = 9,2 Hz, 1H), 6,13 (s, 1H), 5,12 (s, 2H), 3,50 (dd, J =
13,0; 6,7 Hz, 4H), 1,32 - 1,16 (m, 6H). Kết quả phổ 13C-NMR (300 MHz, MeOD) 
δ: 173,44; 163,43; 155,85; 148,25; 142,99; 134,56; 127,43; 124,00; 115,49; 112,72;
107,62; 104,04; 97,55; 50,33; 45,81; 46,79; 12,83. Kết quả phổ khối FAB-MS: m/z

= 383,14. Phổ 1H-NMR, 13C-NMR và FAB-MS được trình bày ở Phụ lục 21, 22, 23. 
3.1.2.2. Khảo sát thực nghiệm ứng dụng sensor L phát hiện ion Hg(II)

a. Khảo sát phổ UV-Vis và phổ huỳnh quang của sensor L

Kết quả khảo sát thực nghiệm phổ UV-Vis và phổ huỳnh quang của dung
dịch L được thể hiện ở Hình 3.10. Theo đó, phổ hấp thụ của L đạt cực đại ở bước 
sóng 540 nm trong C2H5OH/H2O (1/9, v/v) ở pH =7,4 (giá trị tính tốn trong pha khí
là 452,6 nm). Như dự đoán trong nghiên cứu lý thuyết, L là một hợp chất phát 
huỳnh quang màu đỏ, với hiệu suất lượng tử huỳnh quang là 0,175 (so với 0,85 của
chất chuẩn tham khảo là là rhodamine B trong NaOH 0,1 N). Phổ huỳnh quang của
L đạt cực đại ở bước sóng 585 nm, ứng với bước sóng kích thích 540 nm.

Hình 3.10. Phổ hấp thụ UV-Vis và phổ huỳnh quang của L: (a) Phổ UV-Vis, L (5,0 
μM) trong C2H5OH/H2O (1/9, v/v), pH =7,4; (b) Phổ huỳnh quang, L (5,0 μM) trong

C2H5OH/H2O (1/9, v/v), pH =7,4, bước sóng kích thích 540 nm

</div>
(72)<div class='page_container' data-page=72>

b. Khảo sát phổ chuẩn độ UV-Vis và phổ huỳnh quang của sensor L phát 
hiện ion Hg(II)

Hình 3.11 mơ tả phổ chuẩn độ UV-Vis và phổ huỳnh quang của dung dịch L 
với ion Hg(II).

Trong phổ UV-Vis (Hình 3.11a), khi tăng dần nồng độ ion Hg(II) vào dung
dịch L, một đỉnh hấp thụ mới xuất hiện và tăng dần ở bước sóng 460 nm, bên cạnh 
đó, cường độ hấp thụ ở bước sóng 540 nm giảm dần. Đi kèm với quá trình này, màu
của dung dịch chuyển dần từ màu hồng (λmax=540 nm) sang màu vàng cam
(λmax=460nm). Mặt khác, một điểm isosbestic xuất hiện và quan sát thấy ở bước
sóng 490 nm. Điều này chỉ ra rằng có một sự chuyển đổi nồng độ của chất hấp thụ
trong dung dịch, cụ thể giữa L và Hg2L2 - sản phẩm của phản ứng giữa L với Hg(II).

Trong phổ huỳnh quang (Hình 3.11b), cường độ huỳnh quang của dung dịch
L giảm dần khi tăng nồng độ ion Hg(II) và dập tắt gần như hoàn toàn khi thêm một 
đương lượng dung dịch ion Hg(II) vào dung dịch L (khoảng 95%).

c. Khảo sát phản ứng giữa sensor L với ion Hg(II)

Hình 3.12 biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ huỳnh quang của dung dịch
L với nồng độ ion Hg(II). Theo đó, cường độ huỳnh quang dung dịch L giảm mạnh

Hg2+ Hg2+

(b)

Hình 3.11. Phổ chuẩn độ UV-Vis và phổ huỳnh quang của L bởi ion Hg(II): 
(a) Phổ UV-Vis, L (5,0 μM) trong C2H5OH/H2O (1/9, v/v), pH =7,4, Hg(ClO4)2

(0-5,0 μM); (b) Phổ huỳnh quang, L (5,0 μM) trong C2H5OH/H2O (1/9, v/v),

</div>
(73)<div class='page_container' data-page=73>

khi nồng độ ion Hg(II) tăng từ 0 đến 5,0 M; và sau đó giảm không đáng kể khi tiếp
tục tăng nồng độ ion Hg(II). Điều này đưa đến kết luận rằng L phản ứng với ion 
Hg(II) theo tỷ lệ mol 1:1.

d. Khảo sát ảnh hưởng của các ion kim loại cạnh tranh

Để đánh giá tính chọn lọc của sensor L với ion Hg(II) trong sự có mặt các 
ion kim loại khác, một thí nghiệm khác cũng được tiến hành và mơ tả ở Hình 3.13.

Hình 3.12. Đồ thị xác định quan hệ tỷ lượng phản ứng giữa ion Hg(II) với L 
(L (5,0 M) trong C2H5OH/H2O (1/9, v/v) ở pH =7,4, bước sóng huỳnh

quang 585 nm, bước sóng kích thích 540 nm

</div>
(74)<div class='page_container' data-page=74>

Kết quả cho thấy, khi thêm Hg(II) với nồng độ gấp 5 lần so với nồng độ L 
vào dung dịch L, ở phổ hấp thụ thu được (Hình 3.13a), mật độ quang tại bước sóng 
560 nm (bước sóng đặc trưng của sensor L) giảm cịn khơng đáng kể (0,02) so với 
ban đầu (0,12), mật độ quang tại bước sóng 460 nm (bước sóng đặc trưng của
Hg2L2) tăng lên đáng kể (0,06) so với ban đầu (0,01); còn ở phổ huỳnh quang (Hình 
3.13b), cường độ huỳnh quang hầu như bị dập tắt hồn tồn. Trong khi đó, khi thêm
riêng lẻ từng ion kim loại Cd(II), Fe(II), Co(III), Cu(II), Zn(II), Pb(II), Ca(II), Na(I),
K(I) với nồng độ gấp 5 lần so với L vào dung dịch L, khơng có bất kỳ sự thay đổi 
đáng kể nào trong phổ UV-Vis cũng như phổ huỳnh quang. Một thí nghiệm khác,

khi thêm hỗn hợp tất cả các ion kim loại trên (nồng độ mỗi kim loại gấp 5 lần
sensor L) vào dung dịch chứa sensor L và Hg(II) (nồng độ gấp 5 lần sensor L), 
cũng không có bất kỳ sự thay đổi đáng kể nào trong phổ UV-Vis cũng như phổ
huỳnh quang so với dung dịch chứa sensor L và Hg(II). Những thí nghiệm này cho 
thấy L có thể phát hiện chọn lọc ion Hg(II) trong sự hiện diện của các ion kim loại 
kể trên và có thể sử dụng L làm một sensor trắc quang hoặc sensor huỳnh quang để 
phát hiện ion Hg(II) trong sự hiện diện các ion kim loại cạnh tranh đã được khảo sát.

Sự có mặt của các ion kim loại khảo sát không ảnh hưởng đến việc xác định
Hg(II) bằng sensor L có thể do các nguyên nhân sau: (1) các ion kim loại khảo sát 
không phản ứng với sensor L; (2) các ion kim loại khảo sát phản ứng với sensor L 
cho sản phẩm (ví dụ phức kim loại cạnh tranh với sensor L) nhưng không làm thay 
đổi phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của sensor L; kèm theo đó là sản phẩm này (ví 
dụ phức kim loại cạnh tranh với sensor L) phản ứng với Hg(II) sẽ tạo phức Hg2L2
và giải phóng ion kim loại tự do. Bất kể nguyên nhân nào sự có mặt của các ion kim
loại khảo sát cũng không ảnh hưởng đến việc xác định Hg(II) bằng sensor L. Vì 
vậy, luận án này không nghiên cứu vấn đề này.

e. Khảo sát sử dụng sensor L phát hiện định lượng ion Hg(II)

</div>
(75)<div class='page_container' data-page=75>

mật độ quang của dung dịch L(ΔA540) quan hệ tuyến tính với nồng độ ion Hg(II) bởi

phương trình: ΔA540= (0,01 ± 0,01) + (0,0011 ± 0,0000) × [Hg(II)] với R=0,999

(N=9, P<0,0001). Điều này cho thấy rằng, có thể sử dụng L như là một sensor trắc 
quang để phát hiện định lượng ion Hg(II).

Trong khoảng nồng độ ion Hg(II) từ 0 đến 400 μg/L (Hình 3.14b), có một sự

tương quan tuyến tính tốt giữa biến thiên cường độ huỳnh quang (∆I585) của dung

dịch L với nồng độ ion Hg(II), thể hiện qua phương trình: ∆I585= (-1,0 ± 0,4) + (0,3

± 0,0) × [Hg(II)], với R=0,999 (N=9, P<0,0001). Điều này cũng cho thấy rằng có thể
sử dụng L như một sensor huỳnh quang để phát hiện định lượng ion Hg(II).

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) ion Hg(II) đã được
xác định bằng phương pháp đường chuẩn độ ở nồng độ bé (Hình 3.15; các số liệu
thực nghiệm được đính kèm ở Bảng 1. PL52 và Bảng 2. PL53) bằng phương pháp
trắc quang tương ứng là 15,3 μg/L và 51,2 μg/L hay 0,076 μM và 0,25 μM và
phương pháp huỳnh quang tương ứng là 11,8 μg/L và 39,3 μg/L hay 0,059
μM và 0,19 μM.

Độ chính xác của phương pháp phát hiện ion Hg(II) bằng L đã được đánh giá 
thông qua độ lặp lại và độ thu hồi (Rev). Kết quả khảo sát độ lặp lại (nồng độ ion

ến

thi

ên

ật độ qu

ang

ến

iên

ờng độ huỳnh

g (

a.u)

Hình 3.14. Biến thiên mật độ quang tại 540 nm (a) và biến thiên cường độ 
huỳnh quang tại 585 nm (b) của dung dịch L (3,0 μM) trong C2H5OH/H2O (1/9,

</div>
(76)<div class='page_container' data-page=76>

Hg(II) là 200 ppb, n=10) có độ lệch chuẩn tương đối RSD=8,7%, nhỏ hơn 0,5RSDH
=10,2 (RSDH là độ lệch chuẩn tương đối tính theo hàm Horwitz). Độ thu hồi trong
khoảng từ 91,0% đến 109,0%, thỏa mãn điều kiện <0,5RSDH. Điều này
cho thấy có thể sử dụng L để xác định ion Hg(II) với kết quả đáng tin cậy [105].

Hình 3.15. Đồ thị xác định LOD và LOQ ion Hg(II) bằng sensor L:

L (3,0 μM), trong C2H5OH/H2O (1/9, v/v), pH=7,4, (a): bước sóng kích thích

540 nm, (b): bước sóng huỳnh quang 585 nm

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: Sensor L đã được tổng hợp 
như định hướng từ tính tốn; sensor L hấp thụ cực đại tại bước sóng 540 nm và là 
chất phát huỳnh quang (=0,175), kết quả này phù hợp với dự đốn từ tính tốn;
sensor L phản ứng với Hg(II) theo tỉ lệ mol 1:1 và dẫn đến dập tắt huỳnh quang; 
sensor L phát hiện được ion Hg(II) trong sự có mặt các ion kim loại cạnh tranh. 
Nhằm làm sáng tỏ về khả năng ứng dụng của sensor L, chúng tôi tiếp tục nghiên 
cứu về lý thuyết nội dung này.

3.1.3. Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng sensor L phát hiện ion Hg(II) 
3.1.3.1. Nghiên cứu cấu trúc phân tử phức Hg2L2

Kết quả tính tốn sự hình thành phức giữa ion Hg(II) và L theo tỷ lệ mol 1:1 
ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ cho thấy, có một cấu trúc hình học bền được
tìm thấy là Hg2L2 và được thể hiện ở Hình 3.16 (tọa độ XYZ các nguyên tử trong

Hg2L2, các thơng số hình học của Hg2L2 được đính kèm ở Phụ lục 24 và 25).

0 30 60 90 120 150 180

0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
(a)
B
iế
n
t
h
iê
n
m
ậ
t
đ
ộ
q
u
a
n
g

[Hg2+], ug/L

0 30 60 90 120 150 180 210

10
20
30
40
50
60
(b)
B
iế
n
t
h
iê
n
c
ư
ờ
n
g
đ
ộ
h
u
ỳn
h
q
u
a
n
g

(
a
.u
.)

</div>
(77)<div class='page_container' data-page=77>

Phản ứng giữa L với ion Hg(II) để hình thành Hg2L2 là thuận lợi về mặt nhiệt

động, với các giá trị biến thiên enthalpy (∆H298) và năng lượng tự do Gibbs (∆G298)

của các phản ứng tính tốn được trong pha khí tương ứng là -436,1 kcal mol-1 và 
-410,2 kcal mol-1. Trong phức Hg2L2, khoảng cách giữa các nguyên tử O25Hg93,
O71Hg93 và S55Hg93 lần lượt là 2,25, 2,38, 2,75 (tương tự cho O26Hg94,
O72Hg94 và S9Hg94), trong khi đó tổng bán kính Van der Waals của nguyên tử
O và Hg, S và Hg lần lượt là 3,07, 3,37. Các khoảng cách này nhỏ hơn đáng kể so
với tổng bán kính Van der Waals của các nguyên tử liên quan. Vì vậy, những dữ
liệu này chứng tỏ có sự hình thành các liên kết giữa O25Hg93, O71Hg93,
S55Hg93, O26Hg94, O72Hg94 và S9Hg94 trong Hg2L2 với số phối trí là 3.

(H) (C) (N) (S) (O) (Hg)

Hình 3.16. Hình học bền của phức Hg2L2 ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

</div>
(78)<div class='page_container' data-page=78>

Để khẳng định cấu trúc của phức Hg2L2, phân tích AIM đã được tiến hành ở
cùng mức lý thuyết với quá trình tối ưu hóa cấu trúc phân tử phức. Kết quả trình
bày ở Bảng 3.6. và Hình 3.17.

Bảng 3.6. Mật độ electron (ρ(r), au) và Laplacian (2(ρ(r)), au) của Hg2L2 ở mức

lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Hình 3.17. Hình học topo của Hg2L2 tại các điểm tới hạn liên kết (Bond Critical 
Points, BCPs) và điểm tới hạn vòng (Ring Critical Point, RCPs): Điểm màu đỏ biểu

diễn điểm BCP, điểm màu vàng biểu diễn điểm RCP

Liên kết (r) 1 2 3 2(ρ(r)) CP

Hg93O25 0,064 -0,075 -0,071 0,400 -0,063 BCP

Hg93O71 0,043 -0,046 -0,044 0,308 -0,055 BCP

Hg93S55 0,041 -0,035 -0,034 0,164 -0,024 BCP

Hg94O26 0,065 -0,076 -0,073 0,407 -0,065 BCP

Hg94O72 0,042 -0,045 -0,043 0,302 -0,054 BCP

Hg94S9 0,041 -0,035 -0,034 0,164 -0,024 BCP

O26O71 0,009 -0,007 -0,004 0,041 -0,008 BCP

</div>
(79)<div class='page_container' data-page=79>

Kết quả phân tích AIM cũng chỉ ra rằng có sự tồn tại các điểm tới hạn liên
kết (BCPs) giữa các điểm tiếp xúc O25Hg93, O71Hg93, S55Hg93,
O26Hg94, O72Hg94, S9Hg94, và O26O71 trong phân tử Hg2L2. Thêm vào

đó, tất cả các giá trị2(ρ(r)) tại các điểm BCP trên là khá âm. Điều này chỉ ra rằng

tất cả các liên kết trên là liên kết cộng hóa trị. Ngồi ra, kết quả phân tích AIM cũng
đã phát hiện sự tồn tại các điểm tới hạn vòng RCPs giữa các tiếp xúc Hg93 O25
C24 O26 O71 Hg93; Hg94 O72 C70 O71 O26 Hg94; Hg93 S55
C54 N53 C57 C70 O71 Hg93; Hg94 S9 C8 N7 C11 C24 O26
Hg94. Nghĩa là có sự hiện diện cấu trúc vịng trong phức (Hình 3.17).

Phân tích NBO cũng được tiến hành cho các hợp chất L và Hg2L2 nhằm giải

thích tính chất huỳnh quang dựa vào bản chất electron của các liên kết, cụ thể
nghiên cứu tương tác cho-nhận giữa các liên kết. Kết quả phân tích NBO ở cùng
mức lý thuyết trình bày ở Bảng 3.7 cho thấy, trong phân tử L, hệ thống electron π 
liên hợp xuyên suốt trong cấu trúc cyanine với các giá trị năng lượng tương tác E(2)
khá lớn. Thêm vào đó, hệ thống electron π liên hợp này được tăng cường mật độ
electron từ cặp electron riêng của nguyên tử S9 và N19 với giá trị năng lượng tương
tác E(2) tương ứng là 28,43 kcal.mol-1 và 108,6 kcal.mol-1. Những phát hiện này một 
lần nữa khẳng định rằng L có cấu trúc D-hệ liên hợp π-A, do đó L là một hợp chất 
phát huỳnh quang như các dẫn xuất của cyanine.

</div>
(80)<div class='page_container' data-page=80>

electron không chia của N7 khơng cịn liên hợp vào hệ liên hợp π nên có sự
chuyển dịch electron (cấu trúc D-hệ liên hợp π-A bị phá vỡ) dẫn đến dập tắt
huỳnh quang của phức.

Donor NBO Acceptor NBO E(2) Donor NBO Acceptor NBO E(2)

L L

π(C1-C2) π*(C3-C4) 19,84 LP*(C16) π*(C14-C15) 50,44

π(C1-C2) π*(C5-C6) 22,18 LP*(C16) π*(C17-C18) 43,57

π(C3-C4) π*(C1-C2) 21,87 LP(N19) LP*(C16) 108,66

π(C3-C4) π*(C5-C6) 25,38 LP(O25) σ*(C11-C24) 10,70

π(C5-C6) π*(C1-C2) 20,04 LP(O25) σ*(C24-O26) 13,64

π(C5-C6) π*(C3-C4) 16,54 LP*(O25) π*(C24-O26) 87,77

π(N7-C8) π*(C5-C6) 13,56 LP(O26) σ*(C11-C24) 19,41

π(C10-C12) LP(C13) 29,26 LP(O26) σ*(C24-O25) 20,78

π(C10-C12) π*(N7-C8) 47,30 LP(O46) σ*(C13-C14) 10,48

π(C14-C15) LP(C13) 33,14 LP(O46) π*(C14-C15) 39,33

π(C14-C15) LP*(C16) 68,02 π*(C1-C2) π*(C3-C4) 249,67

π(C17-C18) LP(C13) 29,18 π*(C5-C6) π*(C1-C2) 140,48

π(C17-C18) LP*(C16) 43,21 π*(C5-C6) π*(C3-C4) 102,47

LP(S9) π*(C5-C6) 14,40 π*(N7-C8) π*(C5-C6) 23,48

LP(S9) π*(N7-C8) 28,43 π*(N7-C8) π*(C10-C12) 35,07

LP(C13) π*(C10-C12) 93,00 LP(O25) LP*(H47) 48,56

LP(C13) π*(C14-C15) 73,90 LP(O46) LP*(H47) 359,18

LP(C13) π*(C17-C18) 68,18 - - -

</div>
(81)<div class='page_container' data-page=81>

Donor NBO Acceptor NBO E(2) Donor NBO Acceptor NBO E(2)

Hg2L2 Hg2L2

π(C1-C6) π*(C2-C3) 14,83 LP(N7) π*(C8-C10) 17,97

π(C1-C6) π*(C4-C5) 21,67 LP(O25) σ*(C11-C24) 12,14

π(C2-C3) π*(C1-C6) 28,15 LP(O25) LP(C24) 141,27

π(C2-C3) π*(C4-C5) 23,48 LP(O26) σ*(C11-C24) 14,32

π(C4-C5) π*(C1-C6) 19,47 LP(O26) σ*(C24-O25) 19,69

π(C4-C5) π*(C2-C3) 18,61 LP(O26) LP*(C24) 175,19

π(C8-C10) π*(C12-C13) 16,19 LP(O97) π*(C17-C18) 33,04

σ(C10-H46) σ*(N7-C8) 10,31 π*(C1-C6) π*(C2-C3) 96,52

π(C12-C13) π*(C8-C10) 19,56 π*(C4-C5) π*(C2-C3) 110,00

π(C12-C13) π*(C14-C15) 16,22 σ*(C8-S9) σ*(C6-S9) 13,94

π(C12-C13) π*(C17-C18) 20,31 π*(C8-C10) π*(C12-C13) 53,05

π(C14-C15) π*(C12-C13) 16,93 π*(C12-C13) π*(C14-C15) 75,99

π(C14-C15) π*(C16-N19) 25,15 π*(C16-N19) π*(C14-C15) 34,50

π(C17-C18) π*(C12-C13) 13,68 π*(C16-N19) π*(C17-C18) 53,33

π(C17-C18) π*(C16-N19) 30,70 LP(O25) LP*(Hg93) 33,06

LP(N7) π*(C4-C5) 19,67 LP(S9) LP*(Hg94) 49,05

LP(N7) σ*(C8-S9) 12,36 LP(O26) LP*(Hg94) 8,76

</div>
(82)<div class='page_container' data-page=82>

3.1.3.2. Nghiên cứu phổ UV-Vis và đặc tính huỳnh quang của phức Hg2L2

Phổ UV-Vis, năng lượng kích thích và các MO biên của Hg2L2 được xác

định bằng phương pháp TD-DFT tại mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và thể hiện ở
Hình 3.18, 3.19 và Bảng 3.8. Giản đồ năng lượng các MO biên của Hg2L2 được

trình bày ở Hình 3.20.

Hình 3.18. Phổ UV-Vis của Hg2L2 trong pha khí ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bảng 3.8. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến 
q trình kích thích chính của Hg2L2 ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển

MO Năng lượng

(eV)

Bước sóng
(nm)

f Tỷ lệ % đóng góp

S0→S1 201→203 1,29 961,2 0,0838 4,63

202→203 30,06

202→204 59,58

S0→S2 201→203 1,37 903,4 0,5913 2,41

201→204 3,99

202→203 53,12

202→204 24,77

S0→S3 201→203 1,57 788,7 0,1063 38,83

201→204 39,46

S0→S4 201→203 1,59 778,5 0,0647 32,24

201→204 43,20

202→204 3,52

</div>
(83)<div class='page_container' data-page=83>

Bước
chuyển

MO Năng lượng

(eV)

Bước sóng
(nm)

f Tỷ lệ % đóng góp

S0→S5 197→203 1,93 642,3 0,0183 2,66

199→203 50,52

199→204 10,31

200→203 25,64

S0→S5 201→205 2,29

S0→S6 198→204 1,95 636,4 0,0121 2,30

199→203 19,80

199→204
200→204

2,57
27,67

MO206 (-4,81 eV) MO205 (-4,88 eV)

MO204(-6,17 eV) MO203(-6,23 eV) - LUMO

MO201(-7,61 eV) MO202(-7,60 eV) - HOMO

MO200(-8,12 eV) MO199(-8,17 eV)

</div>
(84)<div class='page_container' data-page=84>

Kết quả ở Hình 3.18 và Bảng 3.8 cho thấy, phổ hấp thụ của Hg2L2 đạt cực

đại ở bước sóng 903,4 nm với cường độ dao động lớn nhất là 0,59. So với kết quả
thực nghiệm trình bày ở Hình 3.11 và 3.13, phổ hấp thụ của Hg2L2 đạt cực đại ở

bước sóng 460 nn. Điều này có thể là do, việc giới hạn số trạng thái kích thích được

tính tốn (n=6) để đảm bảo sức máy trong tính tốn, đã khơng phát hiện hết các cực
đại hấp thụ ở các trạng thái kích thích lớn hơn (n>6). Theo kết quả tính tốn ở Bảng
3.8, với giới hạn này, phổ hấp thụ chỉ tính được đến bước sóng 636,4 nm. Vì vậy,
kết quả tính tốn khơng phát hiện được cực đại hấp thụ ở bước sóng 460 nm như
trong thực nghiệm.

Hình 3.19 cho thấy, trong tám MO của Hg2L2, có bốn MO là 201,

MO-202, MO-205 và MO-206 mật độ electron tập trung chủ yếu ở khu vực ion kim loại
trung tâm. Các MO còn lại bao gồm MO-199, M0-200, MO-203, MO-204 có mật
độ electron phân bố chủ yếu ở tiểu phần DHB và BZT, thuộc về fluorophore.

Kết quả tính tốn ở Bảng 3.8 và Hình 3.20 cho thấy, ở trạng thái kích thích,
bước chuyển có cường độ dao động lớn nhất là từ S0 lên S2, tiếp đến là từ S0 lên S3,
S0 lên S1, và S0 lên S4. Sự hình thành phức Hg2L2 đã dẫn đến sự chuyển dịch đáng
kể mật độ electron từ các phối tử L đến các ion kim loại Hg(II) trung tâm và thu hẹp 
khoảng cách năng lượng giữa HOMO và LUMO. Kết quả, ở trạng thái kích thích
chính (cường độ dao động lớn nhất và bằng 0,5913) từ S0→S2, với sự đóng góp chủ
yếu từ bước chuyển HOMO→LUMO (53,12%), có năng lượng kích thích rất nhỏ là
1,37 eV. Điều này dẫn đến bước sóng phát xạ huỳnh quang của phức sẽ chuyển về
vùng bước sóng dài, lớn hơn 900 nm. Vì vậy, trong thực tế không phát hiện được
huỳnh quang từ phức Hg2L2. Mặt khác, các trạng thái kích thích này đều xuất phát
từ các bước chuyển MO-201, MO-202 (mật độ electron tập trung ở khu vực ion kim
loại trung tâm) lên MO của fluorophore, những bước chuyển này không dẫn tới
huỳnh quang, do khoảng cách về không gian và điều này đã được nghiên cứu trong các
sensor hoạt động theo cơ chế FRET [48]. Các kết quả trên là nguyên nhân dẫn đến
dập tắt huỳnh quang trong phức Hg2L2.

</div>
(85)<div class='page_container' data-page=85>

trên khơng dẫn tới huỳnh quang trong Hg2L2 vì xảy ra q trình PET từ MO có mức

năng lượng nằm ở giữa của mỗi bước chuyển.

Những kết quả nghiên cứu trên cho thấy: Như kết quả thực nghiệm, phản
ứng giữa L và Hg(II) theo tỉ lệ mol 1:1. Trong tính tốn đã xác định được cấu trúc 
hình học bền của phức theo tỉ lệ mol 1:1 giữa L và Hg(II) là Hg2L2, sự hình thành

phức là thuận lợi về nhiệt động học, cấu trúc của phức đã được khẳng định bởi phân
tích AIM. Sự dập tắt huỳnh quang của phức trong phần thực nghiệm đã được làm sáng
tỏ bởi phương pháp TD-DFT, phân tích NBO. Theo đó, sự hình thành phức đã làm giảm
khoảng cách năng lượng giữa HOMO, LUMO và thay đổi cấu trúc D-hệ liên hợp π-A.

Hình 3.20. Giản đồ năng lượng các MO biên của L và Hg2L2

(các mức năng lượng là tương đối, không theo tỉ lệ) 
3.1.4. Nghiên cứu sử dụng phức Hg2L2 phát hiện các biothiol

3.1.4.1. Nghiên cứu tính tốn lý thuyết từ các phản ứng tạo phức

a. Nghiên cứu sử dụng phức Hg2L2 làm sensor huỳnh quang phát hiện các

biothiol từ hằng số bền

Để nghiên cứu sử dụng phức Hg2L2 như một sensor huỳnh quang phát hiện
các biothiol, hằng số bền của phức đã được xác định bằng phương pháp chuẩn độ
huỳnh quang. Trong phương pháp này, nồng độ của phối tử (L) được giữ cố định,

- 9,2 
- 8,8

- 8,1 
- 7,4 
- 5,8 
- 4,6 
- 4,2 
- 4,1 
93 
94 
95 
96 
97 
98 
99 
100 
- 8,17 
- 8,12 
- 7,61 
- 7,60 
- 6,23 
- 6,17 
- 4,88 
- 4,81 
199 
200 
201 
202 
203 
204 
205 
206

</div>
(86)<div class='page_container' data-page=86>

ion kim loại (M) được thêm dần vào dung dịch phối tử. Phối tử L là hợp chất phát 
huỳnh quang duy nhất, còn lại kim loại M và phức M2L2 là những chất không phát
huỳnh quang. Phổ huỳnh quang ghi nhận được là một hàm số theo biến số là nồng
độ phối tử. Giả định rằng mối quan hệ tuyến tính giữa cường độ huỳnh quang với
nồng độ luôn luôn được đáp ứng; và quá trình cân bằng tạo phức không bị ảnh
hưởng bởi proton trong dung dịch.

Quá trình cân bằng tạo phức M2L2 được biểu diễn như sau:

(3.1)
Mối quan hệ giữa hằng số phân ly (the equilibrium dissociation constant, Kd)

và hằng số liên kết (the equilibrium association, Ka) của phức được biểu diễn bởi

các công thức sau:

(3.2)
(3.3)
Nếu gọi F0 là cường độ huỳnh quang của phối tử (L) tự do tại nồng độ ban

đầu CL (bước sóng huỳnh quang cực đại), F0 tỷ lệ với nồng độ CL:

(3.4)
Trong đó, a là hằng số tỷ lệ thuận với hệ số hấp thụ phân tử (tại bước sóng 
kích thích) và hiệu suất lượng tử huỳnh quang của phối tử L.

F là cường độ huỳnh quang của phối tử tự do (L) tại nồng độ [L], F tỷ lệ với

nồng độ [L]:

Từ (3.4) và (3.5) ta có:

(3.6)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho phối tử và ion kim loại ta có:
(3.7)
(3.8)
Ở đây, CM là tổng nồng độ ion kim loại đã thêm vào dung dịch:

</div>
(87)<div class='page_container' data-page=87>

Từ (3.6), ta có: (3.10)

Từ (3.10) và (3.7), ta có: ] (3.11)

Từ (3.8), (3.9), và (3.11), ta có: (3.12)

Từ (3.2), (3.10), (3.11), và (3.12), ta có:

(3.13)

Từ (3.13), ta có:

Hay,

Sử dụng dung dịch có nồng độ phối tử L ban đầu CL = 5 (µM). Kết quả

chuẩn độ phổ huỳnh quang thu được ở Bảng 3.9. Vẽ đồ thị (đường cong (3.14) biểu

diễn mối liên hiện giữa nồng độ của ion kim loại thêm vào dung dịch (x) với y=F/F0

được trình bày Hình 3.21. Sử dụng phương pháp “đường cơng phi tuyến tính”
(non-linear curve fitness) để xác định được hằng số P1. Từ đó xác định Ka.

Bảng 3.9. Kết quả chuẩn độ phổ huỳnh quang xác định hằng số bền của Hg2L2

x 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

F 830 768 691 625 574 501 429 355

y 1,00 0,92 0,83 0,75 0,69 0,60 0,52 0,43

x 3,50 4,00 4,50 5,00 6,00 7,00 8,00 10,00

F 355 271 186 133 81 48 31 14

y 0,43 0,33 0,22 0,16 0,10 0,06 0,04 0,02

Kết quả tính tốn: P1 = 0,59877. Từ (3.15), ta có: Ka = 1017,45 (M-3). Từ (3.3),

ta có: Kd = 3,57 x 10-18 (M3).

Như vậy, hằng số cân bằng tạo phức Hg2L2 bằng 1017,45 M-3 (2Hg2+ + 2L = 
[Hg2L2]2+, Ka). Trong khi đó, hằng số cân bằng tạo phức Hg(RS)2 từ ion Hg(II) với
các biothiol RSH, (2Hg(II) + 2RSH = Hg(SR)2 + 2H+, Ka) đối với Cys, GSH, Hcy

tương ứng là 1020,1; 1020,2 và 1019,7 [148]. Vì vậy, phản ứng giữa Hg

2L2 với các

biothiol (Cys, GSH, Hcy) để tạo thành phức Hg(II) với các biothiol và giải phóng L 
(3.14)

</div>
(88)<div class='page_container' data-page=88>

tự do có thể xảy ra. Điều này mở ra khả năng sử dụng phức Hg2L2 như một sensor
huỳnh quang dùng để phát hiện các biothiol theo kiểu tắt-bật (OFF-ON) huỳnh quang.

b. Nghiên cứu sử dụng phức Hg2L2 làm sensor huỳnh quang phát hiện các

biothiol từ nhiệt động

Để xem xét khả năng sử dụng phức Hg2L2 để phát hiện các biothiol, nghiên

cứu về mặt nhiệt động của sự tương tác giữa ion Hg(II) với Cysteine (H2Cys) được
khảo sát. Các cấu trúc hình học bền của H2Cys và phức chất có thể của nó với ion
Hg(II) được xác định ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ, theo đó, có 6 cấu trúc hình
học bền của phức giữa ion Hg(II) và H2Cys đã được xác định (Hình 3.22). Các phản
ứng để tạo thành các phức được thể hiện trong Hình 3.23. Các biến thiên của
enthalpy (ΔH298) và biến thiên năng lượng Gibbs (ΔG298) của các phản ứng được

tính tốn và trình bày trong Bảng 3.10.

Kết quả cho thấy sự biến thiên của enthalpies (ΔH298) và năng lượng tự do

(ΔG298) của phản ứng (14) là âm nhất, với giá trị ΔH298 là -841,8 kcal.mol-1 và giá trị

ΔG298 là -821,6 kcal.mol-1. Theo đó, [Hg(Cys)2]2-(4 kiểu phối trí) là sản phẩm thích

hợp của phản ứng giữa ion Hg(II) và H2Cys.

Như đã trình bày ở trên, sự biến thiên của năng lượng tự do của phản ứng tạo
Hg2L2 từ ion Hg(II) và sensor L là -410,2 kcal.mol‾1. Do đó, phản ứng sau xảy ra

(vì có ΔG298 là -1232 kcal.mol-1):

Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn mối liên hiện giữa nồng độ của ion 
kim loại thêm vào dung dịch (x) với y=F/F0

Hg2L2 + 4 H2Cys

+ 80H-

</div>
(89)<div class='page_container' data-page=89>

Kết quả là, Hg2L2 có thể được sử dụng như một sensor huỳnh quang hoạt

động theo kiểu OFF-ON để phát hiện cysteine.

(H) (C) (N) (S) (O) (Hg)

+ Hg(II) + 4OH- Hg(Cys) 2- + 4 H20 (13)

2-+ 4 H20 (14)

Hg(II) + 4OH- Hg(Cys)
2

+ Hg(II) + 6OH- Hg(Cys)34- + 6 H20 (15)

3 H2Cys

H2Cys

+ Hg(II) + 8OH- Hg(Cys) 4- + 8 H20 (16)

4 H2Cys

+ Hg(II) + 2OH- + 2 H20 (17)

2 H2Cys Hg(HCys)2

+ Hg(II) + 3OH- + 3 H20 (18)

3 H2Cys Hg(HCys)2

(b)

(c)

-1

Hình 3.23. Các phản ứng tạo thành các phức giữa H2Cys với ion Hg(II)

Hình 3.22. Các cấu trúc hình học bền của H2Cys (a) và phức chất có thể của nó

với ion Hg (II): (b) [Hg(Cys)2]2- (2 kiểu phối trí), (c) [Hg(Cys)2]2-(4 kiểu phối

trí), (d) [Hg(Cys)3]4-, (e) [Hg(Cys)4]6-, (f) [Hg(HCys)2] (2 kiểu phối trí),

</div>
(90)<div class='page_container' data-page=90>

Bảng 3.10. Các biến thiên của enthalpy (ΔH298) và biến thiên năng lượng Gibbs

(ΔG298) của các phản ứng để tạo thành phức giữa ion Hg (II) với H2Cys ở mức lý

thuyết B3LYP/LanL2DZ (kcal.mol‾1)

Phản ứng ΔH298 ΔG298

(13) -821,6 -806,2

(14) -841,8 -821,6

(15) -782,4 -758,2

(16) -569,3 -536,2

(17) -707,3 -688,5

(18) -836,7 -808,9

3.1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phức Hg2L2 làm sensor huỳnh quang

để phát hiện các biothiol

a. Khảo sát phổ chuẩn độ UV-Vis và phổ huỳnh quang của phức Hg2L2

Phức chất Hg2L2 được sử dụng để xác định phân tử sinh học có chứa thiol

trong dung dịch nước. Cys được đưa vào dần dần trong dung dịch của Hg2L2, các

đường cong chuẩn độ đã được mô tả ở Hình 3.24.

Hình 3.24. Phổ chuẩn độ UV-Vis (a) và phổ huỳnh quang (b) của dung dịch Hg2L2

(2,5 μM) trong C2H5OH/HEPES (1/9, v/v), pH=~7,4, ở 25C khi thêm 0-10 μM

</div>
(91)<div class='page_container' data-page=91>

Hình 3.24a cho thấy, khi tăng dần Cys vào dung dịch phức Hg2L2, trong phổ
UV-Vis thu được, đỉnh hấp thụ cực đại ở bước sóng 460 nm dần dần biến mất, đồng
thời xuất hiện một đỉnh hấp thụ cực đại mới với cường độ hấp thụ rất mạnh ở bước
sóng 540 nm. Thêm vào đó một điểm isosbestic xuất hiện tại bước sóng 490 nm.
Khi nồng độ Cys thêm vào dung dịch đúng bằng một đương lượng so với Hg2L2,

phổ UV-Vis thu được hoàn toàn phù hợp với phổ UV-Vis của dung dịch L tự do có 
cùng nồng độ. Kết quả này có thể giải thích là do Cys đã phản ứng với Hg2L2 và
giải phóng L tự do, làm thay đổi phổ hấp thụ. Tương tự, Hình 3.24b cho thấy, dung 
dịch Hg2L2 hầu như không phát huỳnh quang ở bước sóng 585 nm. Khi thêm dần

Cys vào dung dịch Hg2L2, cường độ huỳnh quang tăng dần trở lại. Khi lượng Cys

thêm vào đạt một đương lượng, cường độ huỳnh quang dung dịch ở bước sóng 585
nm đạt khoảng 95% so với cường độ huỳnh quang của dung dịch L tự do có cùng 
nồng độ ban đầu. Kết quả này một lần nữa cho thấy Cys đã phản ứng với Hg2L2 và
giải phóng L tự do.

b. Khảo sát ảnh hưởng của các amino acids cạnh tranh và phản ứng của Hg2L2

với các biothiol

</div>
(92)<div class='page_container' data-page=92>

chọn lọc các biothiol trong sự hiện diện của các amino acids không chứa
nhóm thiol.

Sự phục hồi cường độ huỳnh quang giảm dần theo thứ tự Cys > GSH > Hcy
có thể giải thích là do hằng số cân bằng tạo phức Hg(RS)2, (2Hg(II) + 2RSH = 
Hg(SR)2 + 2H+, Ka) của Cys xấp xỉ bằng GSH và lớn hơn so với Hcy [148]. Ngồi

ra, đối với Cys cịn có phản ứng hình thành phức [Hg(RSH)2]2+ với Ka=1061,79
(2Hg(II) + 2RSH = Hg(RSH)2, Ka) [10]; với GSH cịn có phản ứng hình thành phức

Hg(RS)+ là 1035,68 (Hg(II) + RS- = Hg(RS)+, Ka) [109].

Sự thay đổi cường độ huỳnh quang của dung dịch Hg2L2 theo các nồng độ
khác nhau của từng biothiol cũng đã được khảo sát và trình bày ở Hình 3.25b. Kết
quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng dần nồng độ Cys, GSH và Hcy từ 0 đến 5 μM vào
dung dịch Hg2L2 (2,5 μM), cường độ huỳnh quang của dung dịch tăng tuyến tính
với nồng độ các biothiol. Điều này cho thấy, có thể sử dụng Hg2L2 (2,5 μM) để phát
hiện Cys, GSH và Hcy trong khoảng nồng độ từ 0 đến 5 μM. Trong đó, cường độ
huỳnh quang tăng mạnh nhất là Cys, tiếp đến là GSH, Hcy. Sau đó, nếu tiếp tục

(μM)

Hình 3.25. (a) Phổ huỳnh quang của Hg2L2 (2,5 μM) trong C2H5OH/HEPES (pH 
=7,4, 1/9, v/v) tại 25 oC khi thêm các amino acids khác nhau (mỗi loại 10 μM), bao gồm 
Cys, Hcy, GSH, Ala, Asp, Arg, Gly, Glu, ILe, Leu, Lys, Met, Thr, Ser, Tyr, Trp, Val, và His

(Others: hỗn hợp gồm tất cả các amino acids kể trên ngoại trừ Cys, Hcy và GSH). 
(b) Cường độ huỳnh quang (ở bước sóng phát quang 585 nm) của dung dịch Hg2L2

</div>
(93)<div class='page_container' data-page=93>

thêm các biothiol vào dung dịch Hg2L2, cường độ huỳnh quang của dung dịch tăng
không đáng kể.

Thời gian của phản ứng giữa sensor Hg2L2 với Cys đã được khảo sát. Kết
quả, phản ứng này xảy ra rất nhanh, khoảng vài giây, nhanh hơn nhiều so với các
sensor tương tự đã công bố trước đây (10-40 phút) [39], [48], [154], [163], [189].
c. Khảo sát sử dụng Hg2L2 phát hiện định lượng Cys

Khả năng sử dụng phức Hg2L2 để
phát hiện định lượng Cys đã được
khảo sát và trình bày ở Hình 3.26.

Kết quả khảo sát cho thấy, trong
khoảng nồng độ Cys từ 0 đến 5
μM, cường độ huỳnh quang dung
dịch Hg2L2 (2,5 μM) có mối quan
hệ tuyến tính rất tốt với nồng độ
Cys, thể hiện bởi phương trình
F585 = (11,1 ± 5,9) + (133,3 ± 2,0)

× [Cys], với R = 0,998 (N=14,
P<0,0001).

Độ chính xác của phương pháp phát hiện Cys bằng Hg2L2 đã được đánh giá

thông qua độ lặp lại và độ thu hồi (Rev). Kết quả khảo sát độ lặp lại (nồng độ Cys là
Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ

giữa cường độ huỳnh quang dung dịch Hg2L2

(2,5 μM) với Cys tại 585 nm

Giới hạn phát hiện và giới hạn
định lượng Cys bằng phương
pháp đường chuẩn ở nồng độ bé
(Hình 3.27; các số liệu thực
nghiệm được đính kèm ở Bảng 3.
PL54 và Bảng 4. PL55) tương
ứng là 0,2 μM và 0,66 μM, thấp
hơn nhiều so với nồng độ của Cys
trong tế bào ở người (30-200 μM)
[59], nhạy hơn nhiều so với các

sensor tương tự đã công bố trước
đây [23], [112], [140], [155].
Hình 3.27. Đồ thị xác định LOD và LOQ

Cys bằng Hg2L2: 2,5 μM, trong C2H5OH/HEPES

(1/9, v/v), pH =7,4, bước sóng huỳnh quang 585 nm

</div>
(94)<div class='page_container' data-page=94>

Độ chính xác của phương pháp phát hiện Cys bằng Hg2L2 đã được đánh giá

thông qua độ lặp lại và độ thu hồi (Rev). Kết quả khảo sát độ lặp lại (nồng độ Cys là
250 ppb, n=10) có độ lệch chuẩn tương đối RSD=7,8%, nhỏ hơn 0,5RSDH =9,9
(RSDH là độ lệch chuẩn tương đối tính theo hàm Horwitz). Độ thu hồi trong khoảng
từ 92,1% đến 107,9%, thỏa mãn điều kiện <0,5RSDH. Điều này cho
thấy có thể sử dụng Hg2L2 để xác định Cys với kết quả đáng tin cậy [105].

Kết quả khảo sát ở Hình 3.28 cho thấy rằng, quá trình hình thành phức Hg2L2
và quá trình phân ly phức giải phóng L xảy ra thuận nghịch, thể hiện qua sự đáp 
ứng tắt-bật (OFF/ON) huỳnh quang rất nhanh. Cụ thể, khi thêm một đương lượng
ion Hg(II) vào dung dịch L dẫn đến sự dập tắt huỳnh quang. Tiếp theo, khi bổ sung 
thêm một đương lượng Cys, huỳnh quang dung dịch trở lại gần như ban đầu của
dung dịch L tự do. Thí nghiệm cũng cho thấy, sau 5 chu kỳ luân phiên thêm một 
đương lượng ion Hg(II), rồi đến một đương lượng Cys, cường độ huỳnh quang dung
dịch có giảm, nhưng khơng đáng kể so với dung dịch L tự do ban đầu, có thể khơi 
phục được hơn 80% cường độ huỳnh quang sau 5 chu kỳ. Kết quả này cho thấy,
phương pháp này có thể tái sử dụng sensor khi xác định ion Hg(II) và Cys.

Hình 3.28. Cường độ huỳnh quang dung dịch L (5 μM) tại 585 nm khi thêm luân

phiên một đương lượng ion Hg(II) và Cys trong 10 vòng (Hg(II): 5 μM, Cys:5 μM,

</div>
(95)<div class='page_container' data-page=95>

KẾT LUẬN CHUNG VỀ NGHIÊN CỨU SENSOR L

1. Sensor L mới dựa trên dẫn xuất của cyanine đã được nghiên cứu hoàn chỉnh 
từ thiết kế tổng hợp đến ứng dụng bởi sự kết hợp linh hoạt giữa tính toán
lượng tử và nghiên cứu thực nghiệm.

2. Tính tốn lý thuyết cho thấy, sensor L với cấu trúc cyanine, có thể tổng hợp 
được từ các chất đầu gồm BZT, DHB và acid bromoacetic. Thực nghiệm đã 
tổng hợp được sensor L dựa trên kết quả tính tốn lý thuyết.

</div>
(96)<div class='page_container' data-page=96>

4. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, sensor L là một chất phát huỳnh 
quang, có thể sử dụng để phát hiện ion Hg(II) dựa trên phản ứng tạo phức,
hoạt động theo kiểu bật-tắt huỳnh quang. Giới hạn phát hiện và giới hạn định
lượng ion Hg(II) theo phương pháp trắc quang là 15,3 μg/và 51,2 μg/L hay
0,076 μM và 0,25 μM; và theo phương pháp huỳnh quang là 11,8 μg/ và 39,3
μg/L hay 0,059 μM và 0,19 μM. Sensor L có thể phát hiện chọn lọc ion 
Hg(II) trong sự hiện diện của các ion kim loại cạnh tranh Cd(II), Fe(II),
Co(III), Cu(II), Zn(II), Pb(II), Ca(II), Na(I) và K(I).

5. Tính tốn lý thuyết đã xác định được cấu trúc bền và các đặc tính huỳnh
quang của phức Hg2L2, phức tạo bởi sensor L và ion Hg(II). Sự hình thành 
các tương tác kim loại - phối tử trong phức, đã dẫn đến làm giảm khoảng
cách năng lượng giữa HOMO và LUMO, đồng thời làm thay đổi hệ
liên hợp electron π, là nguyên nhân dẫn đến sự dập tắt huỳnh quang

trong phức Hg2L2.

6. Nghiên cứu lý thuyết đã chỉ ra rằng phức Hg2L2 có thể sử dụng như một

sensor huỳnh quang để phát hiện Cys, hoạt động theo cơ chế phản ứng trao
đổi phức, kiểu tắt-bật huỳnh quang. Kết luận này đã được khẳng định bởi các
nghiên cứu thực nghiệm sau đó. Phức Hg2L2 có thể sử dụng như một sensor

</div>
(97)<div class='page_container' data-page=97>

3.2. Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dựng của sensor huỳnh quang AMC 
từ dẫn xuất coumarin phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng cộng Michael 
3.2.1. Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp sensor AMC và phản ứng giữa sensor 
AMC với các biothiol

3.2.1.1. Nghiên cứu lý thuyết thiết kế và tổng hợp sensor AMC

Những nghiên cứu trước đây đã cho thấy, các dẫn xuất của
7-hydroxycoumarin là những hợp chất phát huỳnh quang mạnh mẽ, có bước sóng hấp
thụ cực đại trong khoảng từ 359 nm đến 413 nm, bước sóng phát xạ cực đại trong
khoảng từ 445 nm đến 515 nm. Trong đó, 4-methyl-7-hydroxycoumarin hấp thụ cực
đại ở bước sóng 359 nm và phát xạ cực đại ở bước sóng 449 nm [159].

Để thiết kế sensor huỳnh quang AMC (7-acryloyl-4-methylcouramin) từ dẫn 
xuất của coumarin dùng để phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng cộng Michael,
hợp chất 4-methyl-7-hydroxycoumarin (A) đã được chọn làm fluorophore, acryloyl
chloride (B) được chọn làm receptor, vì các lý do: một là, phản ứng gắn receptor lên
fluorophore dễ dàng thực hiện thơng qua phản ứng ester hóa giữa nhóm phenol với
dẫn xuất acid [2] hình thành AMC với hệ thống liên hợp electron π kiểu: liên kết π - 
cặp electron không chia - liên kết π; hai là, receptor này có thể gây ra phản ứng

cộng với các biothiol, kèm theo đó là những thay đổi trong đặc tính huỳnh quang
của AMC, sensor dự kiến tổng hợp sẽ có độ nhạy và độ chọn lọc cao.

Quá trình thiết kế và tổng hợp sensor AMC được trình bày ở Hình 3.29.

O OH O O O

AMC

O
Cl

+

HCl

+

(A)

(B)

Hình 3.29. Sơ đồ thiết kế và tổng hợp sensor AMC

Để xem xét khả năng xảy ra của phản ứng tổng hợp sensor AMC, hình học 
bền của các chất được trình bày ở Hình 3.30, năng lượng của các chất tham gia và

sản phẩm phản ứng đã được tính tốn ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ. Tọa độ

Fluorophore

</div>
(98)<div class='page_container' data-page=98>

XYZ của các chất được trình bày ở phần Phụ lục 26, 27, 28 và 29. Kết quả tính tốn
ΔH298 và ΔG298 của phản ứng được trình bày ở Bảng 3.11.

(H) (C) (O) (Cl)

Hình 3.30. Hình học bền của các chất tham gia và các sản phẩm của phản ứng 
tổng hợp sensor AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ: (a)

4-methyl-7-hydroxycoumarin; (b) acryloyl chloride; (c) Hydrochlorine và (d) AMC

Bảng 3.11. Biến thiên Enthalpy và năng lượng tự do Gibbs của phản ứng 
tổng hợp sensor AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ (kcal.mol-1)

Thông số ΔH298 ΔG298

Giá trị -2,82 -0,69

(a)

(b)

(c)

</div>
(99)<div class='page_container' data-page=99>

Kết quả tính tốn ở Bảng 3.11 cho thấy, biến thiên enthalpy (ΔH298) và năng

lượng tự do Gibbs (ΔG298) của phản ứng tổng hợp sensor AMC là âm, theo đó phản

ứng tổng hợp sensor AMC là thuận lợi về mặt nhiệt động.

Như trình bày ở phần trước, một phản ứng hóa học xảy ra cần phải đáp ứng
cả điều kiện về nhiệt động học và điều kiện về động học (để tốc độ phản ứng đủ
lớn). Tuy nhiên, mục tiêu của nghiên cứu này là kết hợp linh hoạt giữa tính tốn và
thực nghiệm, nên chỉ dừng lại ở mức dự đoán khả năng phản ứng và hướng sản
phẩm dựa trên các thơng số nhiệt động, sau đó tiến hành thực nghiệm dựa trên dự
đốn của tính tốn. Sự kết hợp linh hoạt này sẽ giảm tải khối lượng cơng việc tính
tốn hoặc thực nghiệm, tùy vào trường hợp cụ thể, sẽ tiến nhanh đến mục
đích cuối cùng.

3.2.1.2. Nghiên cứu lý thuyết về phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol 
Theo các kết quả nghiên cứu đã được công bố, phản ứng cộng Michael
giữa các biothiol (Cys, Hcy và GSH) với các ester tạo bởi acid acrylic và các
ancol (thường là các fluorophore), ban đầu tạo ra các thioester, tiếp theo là hình
thành các hợp chất dị vòng của S, N, chứa 7 nguyên tử đối với trường hợp của
Cys (phản ứng thường xảy ra rất nhanh), hoặc chứa 9 nguyên tử đối với trường
hợp của Hcy (phản ứng thường xảy ra chậm hơn nhiều so với Cys) và giải phóng
các ancol là các fluorophores tự do. Trong khi đó, các thioether của GSH thường
bền, khơng xảy ra q trình tạo các hợp chất vịng sau đó [92].

Để tìm hiểu vấn đề này, các phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol 
(Hình 3.31) được đánh giá về mặt nhiệt động dựa trên biến thiên enthalpy
(ΔH298) và năng lượng tự do Gibbs (ΔG298) của các phản ứng.

</div>
(100)<div class='page_container' data-page=100>

100
O
O O
O
S
AMC-Hcy
NH2
COOH
O
O O
O
O
O O
O
S
NH2
COOH
AMC AMC-Cys
SH
NH2
COOH
SH
NH2
COOH
O
O O
O
S
AMC-GSH
O

O OH
HN
S
O
HOOC
(1)
(2)
O
O O
O
AMC
O
O OH
(4)
(3)
HN S
O
HOOC
O
O O
O
AMC
(5)
O
O O
O
S
NH2
COOH
AMC-Cys

O
O O
O
S
NH2
COOH
AMC-Hcy
COOH
HN
NH
COOH
O
O
H2N

SH
HOOC
NH
HN
HOOC
O
O
NH2

</div>
(101)<div class='page_container' data-page=101>

101

(H) (C) (O) (N) (S)

Hình 3.32. Hình học bền của các chất tạo thành giữa AMC với Cys, Hcy, GSH 
ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ: (a): AMC, (b): Cys, (c): AMC-Cys, (d):

4-methyl-7-hydroxycoumarin, (e): axit 5-oxo-1,4-thiazepane-3-carboxylic, (f): 
Hcy, (g): AMC-Hcy, (h): axit 6-oxo-1,5-thiazocane-4-carboxylic, (i): GSH, (k):

</div>
(102)<div class='page_container' data-page=102>

102

Bảng 3.12. Kết quả tính tốn ΔH298 và ΔG298 của các phản ứng giữa AMC với

Cys, Hcy và GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 
(kcal.mol-1, trong dung môi ethanol)

Phản ứng (1) (2) (3) (4) (5)

ΔH298 -15,67 5,37 -15,10 11,03 -16,03

ΔG298 -2,67 -2,50 -2,16 3,07 -3,11

Kết quả tính tốn ở Bảng 3.12 cho thấy: phản ứng giữa sensor AMC với Cys 
để hình thành thioester (phản ứng (1)) có ΔH298 và ΔG298 của phản ứng đều âm,

trong khi đó phản ứng tạo hợp chất dị vòng và giải phóng fluorophore (phản ứng
(2)) có ΔH298 của phản ứng dương và ΔG298 của phản ứng âm. Điều này cho thấy, sự

tạo thành sản phẩm theo phản ứng (1) chiếm ưu thế hơn phản ứng (2); các phản ứng
giữa sensor AMC với Hcy và GSH để hình thành thioester (phản ứng (3) và (phản 
ứng (5)) là thuận lợi về mặt năng lượng, vì các giá trị ΔH298 và ΔG298 của các phản

ứng này là âm. Các phản ứng phân tách các thioether của Hcy và GSH sau đó để
hình thành các hợp chất dị vịng là khơng thuận lợi về nhiệt động. Cụ thể, ΔH298 và

ΔG298 của phản ứng (4) là dương. Như vậy, tính toán lý thuyết cho thấy phản ứng

giữa AMC với Cys, Hcy và GSH tạo các thioester là thuận lợi về nhiệt động. 
Qua việc nghiên cứu tính tốn lý thuyết cho thấy: sensor AMC có thể tổng 
hợp được từ 7-acryloyl-4-methylcouramin và acryloyl chloride; sensor AMC phản 
ứng với Cys theo tỉ lệ mol 1:1 và tạo thioester. Để kiểm định và khẳng định những
kết quả tính tốn này, chúng tơi tiếp tục nghiên cứu phần thực nghiệm.

3.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của AMC 
3.2.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp sensor AMC

</div>
(103)<div class='page_container' data-page=103>

103

3.2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm về đặc tính và ứng dụng của sensor AMC 
a. Khảo sát phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của sensor AMC

Kết quả khảo sát thực nghiệm phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của dung
dịch AMC được thể hiện ở Hình 3.33. Ở phổ hấp thụ (Hình 3.33a), AMC đạt cực 
đại tại bước sóng 275 và 320 nm trong ethanol/HEPES, với hệ số hấp thụ mol xác
định được là 104 M-1.cm-1. Khi thêm Cys vào dung dịch của AMC, phổ hấp thụ thay 
đổi không đáng kể. Ở phổ huỳnh quang, AMC hiển thị một dải phát xạ huỳnh 
quang vai với hai đỉnh cực đại ở bước sóng 375 nm và 450 nm trong
ethanol/HEPES (Hình 3.33b). Hiệu suất lượng tử huỳnh quang (Φ) của sensor
AMC đã được xác định là khá nhỏ, bằng 0,05 so với chất chuẩn là 
9,10-diphenylanthracene (Φ = 1).

Khi thêm Cys vào dung dịch sensor AMC, cường độ huỳnh quang tăng 
dần ở cả hai đỉnh phát xạ. Trong đó, cường độ huỳnh quang tăng mạnh mẽ ở
bước sóng 450 nm, trong khi đó cường độ huỳnh quang ở bước sóng 375 nm có
sự gia tăng khơng đáng kể. Cuối cùng, khi thêm một lượng vừa đủ Cys vào dung
dịch sensor AMC để phản ứng kết thúc, cường độ huỳnh quang ở bước sóng 450 
nm tăng gấp 8 lần, trong khi đó cường độ phát xạ ở bước sóng 375 nm chỉ tăng

Hình 3.33.(a) Phổ hấp thụ, AMC (10 μM) trong C2H5OH/HEPES (pH=7,4, 1/4, 
v/v) tại 25C khi thêm 20 μM Cys; (b) Phổ huỳnh quang, AMC (10 μM) khi thêm 1,

</div>
(104)<div class='page_container' data-page=104>

104

2,2 lần. Sự thay đổi cường độ huỳnh quang ở cả hai bước sóng 375 và 450 nm
như trên dẫn đến một khả năng có thể sử dụng AMC để làm sensor huỳnh quang 
hoạt động dựa trên sự biến đổi tỷ lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng
(ratiometric ﬂuorescent sensor) để xác định Cys. Một kiểu sensor huỳnh quang
có nhiều ưu điểm vượt trội, nhất là khắc phục sự ảnh hưởng của tín hiệu huỳnh
quang nền khi ứng dụng phân tích trong thực tế.

b. Khảo sát phản ứng giữa sensor AMC với Cys

Mối quan hệ giữa tỷ lệ cường độ huỳnh quang của dung dịch thu được ở
hai bước sóng 450nm và 375 nm (F450/375) với nồng độ Cys đã được khảo sát và
trình bày ở Hình 3.34a. Kết quả cho thấy, khi thêm Cys trong khoảng nồng độ từ
0 đến 10 μM vào dung dịch AMC (10 μM), tỷ lệ cường độ huỳnh quang ở hai 
bước sóng 450nm và 375 nm (F450/375) có quan hệ tuyến tính chặt chẽ với nồng
độ Cys. Sau đó, tỷ lệ này thay đổi khơng đáng kể nếu tiếp tục tăng nồng độ Cys.
Điều này cho thấy phản ứng giữa AMC với Cys xảy ra theo tỷ lệ mol 1:1.

Hình 3.34. (a) Mối quan hệ giữa tỷ lệ cường độ huỳnh quang của AMC ở hai bước 
sóng 450 nm và 375 nm(F450/375) ở 3.33b với nồng độ Cys;(b) Đồ thị xác định hệ số

tỷ lượng phản ứng giữa AMC với Cys

Quá trình xác định thành phần của phản ứng giữa AMC với Cys được thực 
hiện theo phương pháp đồng phân tử gam trong C2H5OH/HEPES (1/4, v/v) ở pH
=7,4, bước sóng huỳnh quang 450 nm, bước sóng kích thích 320 nm, với
[AMC]+[Cys] = 10 µM được trình bày ở trình bày ở Hình 3.34b. Kết quả cũng chỉ
ra rằng AMC phản ứng với Cys theo tỉ lệ mol 1:1.

F45

/375

ờn

độ

ỳ

nh quang

tại

</div>
(105)<div class='page_container' data-page=105>

105

Kết luận trên cũng được khẳng định khi nghiên cứu phổ khối lượng của
sản phẩm phản ứng giữa AMC và Cys, bằng chứng trong phổ khối lượng xuất 
hiện các mũi: m/z = 352,08 (ứng với AMC-Cys+H+) và m/z = 374,07 (ứng với 
AMC-Cys+Na+) (Hình 3.35).

Hình 3.35. Phổ khối của AMC-Cys

Những dữ liệu phân tích trên khẳng định rằng AMC phản ứng với Cys 
theo tỉ lệ mol 1:1. Sơ đồ phản ứng giữa AMC và Cys hình thành thioester được 
trình bày ở Hình 3.36.

O O

O H

2N SH

HOOC

O O

S
NH2

COOH

AMC AMC-Cys

Hình 3.36. Sơ đồ phản ứng giữa AMC với Cys

</div>
(106)<div class='page_container' data-page=106>

106

GHS và Hcy xảy ra theo tỷ lệ mol 1:1.

c. Khảo sát ảnh hưởng của các amino acids cạnh tranh

Để đánh giá tính chọn lọc của sensor AMC đối với các biothiol khác 
nhau, phản ứng giữa AMC (10 μM) với các amino acids khác nhau (50 μM) 
trong dung dịch HEPES (10 mM, pH = 7,4) đã được khảo sát và trình bày
ở Hình 3.38.

Kết quả khảo sát cho thấy, tương tự như Cys, khi bổ sung các amino acids có
chứa thiol gồm GSH và Hcy, cường độ huỳnh quang của dung dịch AMC cũng tăng 
lên rõ rệt ở cả hai dải phát xạ, trong đó tăng mạnh mẽ ở bước sóng 450 nm và tăng
khơng đáng kể ở bước sóng phát xạ 375 nm. Tuy nhiên, mức độ gia tăng cường độ
huỳnh quang ghi nhận được không giống nhau, theo đó mức độ gia tăng cường độ
huỳnh quang theo thứ tự như sau: Cys> GSH> Hcy (Hình 3.38a).

Đối với các amino acids khác khơng có chứa nhóm mercapto như Arginine
(Arg), Glycine (Gly), Alanine (Ala), Aspartic acid (Asp), Glutamic acid (Glu),
Leucine (Leu), Lysine (Lys), Isoleucine (Ion), Methionine (Met), Threonine (Thr),
Serine (Ser), Tryptophan (Trp), Tyrosine (Tyr) và Valine (Val); các amino acids
này hầu như không làm thay đổi cường độ huỳnh quang của dung dịch sensor AMC

F45

/375

Nồng độ biothiols/x10 μM

Hình 3.37. Mối quan hệ giữa tỷ lệ cường độ huỳnh quang (F450/375) của

dung dịch AMC (10 μM, C2H5OH/HEPES, pH =7,4, 1/4, v/v, tại 25 oC)

</div>
(107)<div class='page_container' data-page=107>

107

(Hình 3.38a). Sự có mặt của amino acids này cũng không làm ảnh hưởng đến phản
ứng giữa các biothiol (Cys, GSH và Hcy) với AMC, bằng chứng là khơng có sự 
khác biệt đáng kể giữa phổ huỳnh quang của các dung dịch gồm AMC + biothiol + 
các amino acids so với phổ huỳnh quang của các dung dịch gồm AMC + biothiol 
(Hình 3.38b).

Hình 3.38. (a) Phổ huỳnh quang của AMC (10 μM, C2H5OH/HEPES, pH =7,4,

1/4, v/v, tại 25 oC) khi thêm Cys, Hcy, GSH, các amino acids khác (bao gồm Arg,

Gly, Ala, Asp, Glu, Leu, Lys, Ile, Met, Thr, Ser, Trp, Tyr and Val);(b) Phổ huỳnh 
quang của AMC (10 μM, C2H5OH/HEPES, pH =7,4, 1/4, v/v, tại 25 oC) trong sự

hiện diện của hỗn hợp các amino acids (bao gồm Arg, Gly, Ala, Asp, Glu, Leu, 
Lys, Ile, Met, Thr, Ser, Trp, Tyr and Val) khi thêm Cys, Hcy và GSH

Những kết quả trên cho thấy rằng, có thể sử dụng sensor AMC để phát 
hiện chọn lọc các biothiol trong sự hiện diện của các amino acids đã khảo sát.
d. Khảo sát sử dụng sensor AMC phát hiện định lượng Cys

Để sử dụng sensor AMC xác định định lượng nồng độ Cys, phương trình 
quan hệ tuyến tính giữa tỷ lệ cường độ huỳnh quang của dung dịch thu được ở
hai bước sóng 450 nm và 375 nm (F450/375) với nồng độ Cys đã được xác định
(Hình 3.34a). Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong khoảng nồng độ Cys từ 0 đến

10 μM, tỷ lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng 450 nm và 375 nm (F450/375)
có quan hệ tuyến tính chặt chẽ với nồng độ Cys theo phương trình: F450/375 =

</div>
(108)<div class='page_container' data-page=108>

108

0 1 2 3 4 5 6

1 6
1 8
2 0
2 2
2 4
2 6
2 8
3 0
3 2

F 45

0/3

7

3

[C y s ]

Hình 3.39. Đồ thị xác định LOD và LOQ Cys bằng AMC: AMC (10 μM), 
trong C2H5OH/HEPES (1/4, v/v), pH=7,4, bước sóng huỳnh quang 450 nm

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) Cys bằng sensor
AMC đã được xác định bằng phương pháp đường chuẩn ở nồng độ bé (Hình 3.39; 
các số liệu thực nghiệm được đính kèm ở Bảng 5. PL56 và Bảng 6. PL57), tương
ứng là 0,5 μM và 1,65 μM, thấp hơn nhiều so với nồng độ Cys trong tế bào nội bào
(30-200 μM) [59]. Kết quả này cũng thấp hơn nhiều so với một số sensor huỳnh
quang đã công bố [23], [112], [140], [155].

Thời gian của phản ứng giữa sensor AMC với Cys đã được khảo sát. Kết 
quả, phản ứng này xảy ra khá nhanh, khoảng 5 phút, trong khi đó các sensor công
bố trước đây cho các biothiol dựa trên phản ứng tương tự phải cần đến 10-40 phút
[39], [48], [154], [166], [189].

Độ chính xác của phương pháp phát hiện Cys bằng AMC đã được đánh giá 
thông qua độ lặp lại và độ thu hồi (Rev). Kết quả khảo sát độ lặp lại (nồng độ Cys là
5 μM, n=10) có độ lệch chuẩn tương đối RSD=5,8%, nhỏ hơn 0,5RSDH =6,28
(RSDH là độ lệch chuẩn tương đối tính theo hàm Horwitz). Độ thu hồi trong khoảng
từ 93,9% đến 106,1%, thỏa mãn điều kiện <0,5RSDH. Điều này cho thấy
có thể sử dụng AMC để xác định Cys với kết quả đáng tin cậy [105].

Những kết quả nghiên cứu về thực nghiệm cho thấy: sensor AMC đã được 
tổng hợp như dự đốn tính tốn; sensor AMC hấp thụ cực đại tại hai bước sóng 275 
nm và 320 nm và phát huỳnh quang yếu (=0,05) tại hai bước sóng 375 nm và 450

</div>
(109)<div class='page_container' data-page=109>

109

nm. AMC-thiol phát huỳnh quang tại hai bước sóng 375 nm và 450 nm trong đó 
cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài mạnh hơn bước sóng ngắn; sensor AMC 
phản ứng với Cys theo tỉ lệ mol 1:1 tạo thioester, kết quả này phù hợp với tính toán;
sensor AMC phát hiện chọn lọc Cys trong sự có mặt các amino acids cạnh tranh. 
Để làm sáng tỏ về đặc tính huỳnh quang của AMC và sản phẩm cộng của nó với

các biothiol cũng như khả năng ứng dụng của sensor AMC, chúng tôi tiếp tục 
nghiên cứu về lý thuyết nội dung này.

3.2.3. Nghiên cứu lý thuyết về đặc tính và ứng dụng của sensor AMC

3.2.3.1. Nghiên cứu hình học tối ưu của AMC, Cys, Hcy và 
AMC-GSH ở trạng thái cơ bản (GS) và trạng thái kích thích electron (EES)

Để hiểu rõ bản chất và giải thích sự thay đổi đặc tính huỳnh quang của sensor
AMC và các sản phẩm từ phản ứng cộng giữa các biothiol với AMC, các nghiên 
cứu lý thuyết về trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích đã được thực hiện bằng
phương pháp TD-DFT ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ.

Hình học tối ưu ở trạng thái cơ bản S0 và trạng thái kích thích electron S1, S2
của AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH được trình bày từ Hình 3.40 đến 
Hình 3.43. Tọa độ XYZ của các chất ở trạng thái cơ bản và các trạng thái kích thích
S1, S2 được trình bày từ Phụ lục 40 đến Phụ lục 51.

(H) (C) (O)

Hình 3.40. Hình học tối ưu ở trạng thái cơ bản (RGS) (a) và trạng thái kích thích

</div>
(110)<div class='page_container' data-page=110>

110

(H) (C) (O) (N) (S)

Hình 3.41. Hình học tối ưu ở trạng thái cơ bản (RGS) (a) và trạng thái kích thích 
electron S1 (b) và S2 (c) (REES1, REES2) của AMC-Cys ở mức lý thuyết

</div>
(111)<div class='page_container' data-page=111>

111

(H) (C) (O) (N) (S)

Hình 3.42. Hình học tối ưu ở trạng thái cơ bản (RGS) (a) và trạng thái kích thích 
electron S1 (b) và S2 (c) (REES1, REES2) của AMC-Hcy ở mức lý thuyết

</div>
(112)<div class='page_container' data-page=112>

112

(H) (C) (O) (N) (S)

Hình 3.43. Hình học tối ưu ở trạng thái cơ bản (RGS) (a) và trạng thái kích thích 
electron S1 (b) và S2 (c) (REES1, REES2) của AMC-GSH (d) ở mức lý thuyết

</div>
(113)<div class='page_container' data-page=113>

113

Bảng 3.13. Góc xoắn nhị diện (độ) giữa tiểu phần acryloyl và tiểu phần coumarine ở 
trạng thái cơ bản (RGS), và trạng thái kích thích electron (REES1, REES2) của AMC,

AMC-Cys, AMC-Hcy, và AMC-GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Trạng thái C1-C2-O3-O4

(α)

O3-C2-O4-C5
(β)

C1-C2-C5-C6
(γ)

O3-C2- C5-C6
(δ)

S0 (AMC) 180,0 0,0 180,0 0,0

S1 (AMC) 108,8 73,3 96,4 69,8

S2 (AMC) 121,7 60,9 100,5 61,4

S0 (AMC-Cys) 178,0 2,6 132,3 47,1

S1 (AMC-Cys) 179,3 0,4 116,5 64,1

S2 (AMC-Cys) 178,9 1,0 177,6 1,9

S0 (AMC-Hcy) 177,6 3,1 129,8 49,3

S1 (AMC-Hcy) 178,3 1,0 135,1 43,3

S2 (AMC-Hcy) 179,4 0,7 176,2 3,6

S0 (AMC-GSH) 177,8 2,9 131,9 47,4

S1 (AMC-GSH) 178,5 1,0 119,9 58,7

S2 (AMC-GSH) 179,0 0,9 175,6 3,8

</div>
(114)<div class='page_container' data-page=114>

114

acryloxy gần như đồng phẳng với số đo các góc nhị diện α, β, γ và δ lần lượt là

180o, 0o, 180o và 0o. Trong khi đó, trong trạng thái S

1 và S2, tiểu phần coumarin và
acryloxy gần như ở trong hai mặt phẳng vng góc với nhau; số đo các góc nhị diện
α, β, γ và δ trong S1 lần lượt là 108,8o; 73,3o; 96,4o và 69,8o; trong S2 lần lượt là
121,7o; 60,9o; 100,6o và 61,4o.

Khác với AMC, đối với AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH, ở trạng thái 
S0 và trạng thái S1, có sự xoắn góc giữa tiểu phần coumarin và acryloxy, với số đo
góc δ nằm trong khoảng từ 43,3o đến 64,1o. Trong khi đó, ở trạng thái S

2, tiểu phần
coumarin và acryloxy gần như đồng phẳng với số đo các góc α, β, γ và δ gần như
bằng 180o hoặc 0o.

Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy có sự khác nhau về cấu trúc giữa trạng
thái S0 và các trạng thái S1 và S2 trong AMC cũng như sản phẩm cộng của AMC 
với các biothiol. Cấu trúc các trạng thái S0, S1 và S2 của AMC cũng có sự khác biệt 
với AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH. Đây có thể là nguyên nhân làm xuất hiện 
sự khác biệt về đặc tính huỳnh quang như trình bày ở phần thực nghiệm, giữa
sensor AMC và các sản phẩm từ phản ứng cộng các biothiol với AMC.

3.2.3.2. Nghiên cứu lý thuyết phổ kích thích và phổ huỳnh quang 
a. Nghiên cứu lý thuyết phổ kích thích

Năng lượng kích thích, cường độ dao động, các MO có liên quan đến q
trình kích thích chính và các MO biên của AMC, Cys, Hcy và 
AMC-GSH đã được xác định bằng phương pháp TD-DFT ở mức lý thuyết
B3LYP/LanL2DZ. Kết quả được tóm tắt từ Bảng 3.14 đến Bảng 3.17 và từ Hình
3.44 đến Hình 3.47.

</div>
(115)<div class='page_container' data-page=115>

115

trạng thái từ S0→S3 có cường độ dao động (f) nhỏ hơn (0,1155), với tỷ lệ đóng góp 
của bước chuyển electron từ HOMO→LUMO+1 là 87,62%, song giữa HOMO và
LUMO+1 khơng có sự xen phủ, điều này cho thấy việc chuyển electron từ HOMO
lên LUMO+1 là bị cấm. Các bước chuyển trạng thái khác đều có cường độ dao
động (f) nhỏ khơng đáng kể.

Trong khi đó, với AMC-Cys, AMC-Hcy, và AMC-GSH, số liệu tính tốn ở 
Bảng 3.15, 3.16 và 3.17 cho thấy, bước chuyển electron singlet từ trạng thái cơ bản
S0 lên trạng thái kích thích S2 là bước chuyển chính, với cường độ dao động (f) lần 
lượt là 0,3723; 0,3694 và 0,3801 (lớn hơn rất nhiều so với các bước chuyển khác),
tại các bước sóng tương ứng là 300,6 nm; 300,4 nm và 300,7 nm. Trong các bước
chuyển trạng thái này, bước chuyển electron từ HOMO-1→LUMO là bước chuyển
chính, với tỷ lệ đóng góp tương ứng là 89,17%; 89,05% và 89,24%. Mặt khác, kết
quả trình bày ở Hình 3.45, 3.46 và 3.47 cho thấy, sự xen phủ giữa HOMO-1 và
LUMO là rất lớn, nên việc chuyển electron từ HOMO-1 lên LUMO là thuận lợi.
Bước chuyển trạng thái từ S0→S3 trong AMC-Cys, AMC-Hcy, và AMC-GSH, tuy 
có cường độ dao động (f) khá lớn, từ 0,1405 đến 0,1421, nhưng do khơng có sự xen 
phủ giữa HOMO-3 và LUMO (đối với AMC-Cys, AMC-Hcy), hay giữa HOMO-4 
và LUMO (đối với AMC-GSH) - là các MO đóng góp chính trong bước chuyển 
trạng thái - nên việc chuyển electron giữa các MO trên là bị cấm. Các bước chuyển
trạng thái khác đều có cường độ dao động (f) nhỏ không đáng kể.

</div>
(116)<div class='page_container' data-page=116>

116

Bảng 3.14. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến 
q trình kích thích chính của AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)
Bước
sóng
(nm)
Cường
độ dao
động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp
(%)

S0S1 3,86 320,9 0,5348 HOMOLUMO 96,21

S0→S2 4,22 293,7 0,0519 HOMO-1→LUMO 83,81

HOMO→LUMO+1 7,86

HOMO→LUMO+2 5,08

S0→S3 4,41 281,5 0,1155 HOMO-1→LUMO 6,97

HOMO→LUMO+1 87,62

S0→S4 4,42 280,2 0,0001 HOMO-4→LUMO 48,92

HOMO-4→LUMO+1 23,50

HOMO-2→LUMO 25,64

S0→S5 4,50 275,4 0,0000 HOMO-4→LUMO 21,23

HOMO-2→LUMO 46,85

HOMO-2→LUMO+1 27,61

HOMO-2→LUMO+3 2,62

S0→S6 4,71 263,0 0,0361 HOMO-1→LUMO+1 97,21

Bảng 3.15. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến 
q trình kích thích chính của AMC-Cys ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)
Bước
sóng

(nm)
Cường
độ dao
động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp
(%)

S0S1 3,83 323,8 0,0003 HOMOLUMO 99,55

S0→S2 4,12 300,6 0,3723 HOMO-3→LUMO 6,15

</div>
(117)<div class='page_container' data-page=117>

117
Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)
Bước
sóng
(nm)
Cường
độ dao

động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp
(%)

S0→S3 4,43 280,0 0,1405 HOMO-3→LUMO 83,12

HOMO-1→LUMO 6,42

HOMO-1→LUMO+1 2,50

HOMO-1→LUMO+2 2,70

S0→S4 4,52 274,5 0,0004 HOMO-4→LUMO 93,00

HOMO-4→LUMO+1 2,42

HOMO-4→LUMO+4 2,86

S0→S5 4,75 261,1 0,0000 HOMO-2→LUMO 99,26

S0→S6 4,79 258,8 0,0081 HOMO→LUMO+1 91,65

HOMO→LUMO+2 5,77

Bảng 3.16. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến 
q trình kích thích chính của AMC-Hcy ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)
Bước
sóng
(nm)
Cường
độ dao
động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp
(%)

S0S1 3,78 328,4 0,0000 HOMOLUMO 99,59

S0→S2 4,13 300,4 0,3694 HOMO-3→LUMO 6,27

HOMO-1→LUMO 89,05

S0→S3 4,43 279,8 0,1421 HOMO-3→LUMO 83,55

HOMO-1→LUMO 6,53

HOMO-1→LUMO+1 2,49

HOMO-1→LUMO+2 5,13

S0→S4 4,52 274,4 0,0005 HOMO-4→LUMO 93,01

HOMO-4→LUMO+1 2,29

HOMO-4→LUMO+3 2,85

</div>
(118)<div class='page_container' data-page=118>

118
Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)
Bước
sóng
(nm)
Cường
độ dao
động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp
(%)

S0→S6 4,75 261,1 0,0068 HOMO→LUMO+1 90,45

HOMO→LUMO+2 7,00

Bảng 3.17. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến 
q trình kích thích chính của AMC-GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)
Bước
sóng
(nm)
Cường
độ dao
động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp
(%)

S0S1 3,96 313,2 0,0017 HOMOLUMO 99,28

S0→S2 4,12 300,7 0,3801 HOMO-4→LUMO 6,10

HOMO-1→LUMO 89,24

S0→S3 4,43 280,0 0,1412 HOMO-4→LUMO 83,40

HOMO-1→LUMO 6,35

HOMO-1→LUMO+1 2,44

HOMO-1→LUMO+2 5,31

S0→S4 4,52 274,5 0,0006 HOMO-8→LUMO 22,74

HOMO-7→LUMO 68,69

HOMO-7→LUMO+5 2,10

S0→S5 4,53 273,7 0,0000 HOMO-2→LUMO 98,21

</div>
(119)<div class='page_container' data-page=119>

119

LUMO+3 (-3,70 eV) LUMO+2(-4,23 eV)

LUMO+1(-5,40 eV) LUMO(-5,78 eV)

HOMO(-8,87 eV) HOMO-1(-9,38 eV)

HOMO-2(-10,20 eV) HOMO-3(-10,32 eV)

</div>
(120)<div class='page_container' data-page=120>

120

LUMO+3 (-3,55 eV) LUMO+2(-3,90 eV)

LUMO+1(-4,26 eV) LUMO(-5,58 eV)

HOMO(-6,61 eV) HOMO-1(-8,92 eV)

HOMO-2(-9,40 eV) HOMO-3(-9,43 eV)

</div>
(121)<div class='page_container' data-page=121>

121

LUMO+3 (-3,55 eV) LUMO+2(-3,90 eV)

LUMO+1(-4,26 eV) LUMO(-5,58 eV)

HOMO(-6,70 eV) HOMO-1(-8,93 eV)

HOMO-2(-9,36 eV) HOMO-3(-9,43 eV)

</div>
(122)<div class='page_container' data-page=122>

122

LUMO+3 (-3,91 eV) LUMO+2(-3,96 eV)

LUMO+1(-4,26 eV) LUMO(-5,58 eV)

HOMO(-6,77 eV) HOMO-1(-8,92 eV)

HOMO-2(-9,12 eV) HOMO-3(-9,43 eV)

</div>
(123)<div class='page_container' data-page=123>

123
b. Nghiên cứu lý thuyết phổ huỳnh quang

Năng lượng, cường độ dao động, các MO có liên quan đến q trình giải
phóng năng lượng kích thích, giản đồ năng lượng các q trình kích thích và giải
phóng năng lượng kích thích và các đặc tính chuyển đổi chính của AMC, 
AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH đã được xác định bằng phương pháp TD-DFT ở 
mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và tóm tắt ở Bảng 3.18 và Hình 3.48 và 3.49.

Bảng 3.18. Năng lượng, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình 
giải phóng năng lượng kích thích chủ yếu của AMC, Cys, Hcy,

AMC-GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước
chuyển
Năng
lượng
E(eV)

Bước
sóng
(nm)
Cường
độ dao
động
f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ
đóng góp

(%)

S1củaACM S1S0 1,89 654,6 0,0006 LUMOHOMO 98,65

S2S0 3,06 405,6 0,0041 LUMO→HOMO-1 99,13

S2 của ACM S1S0 2,64 469,5 0,0137 LUMOHOMO 96,05

S2S0 2,97 417,4 0,0152 LUMO→HOMO-1 96,77

S1 của ACM-Cys S1S0 3,21 386,3 0,0001 LUMOHOMO 99,92

S2S0 3,82 324,5 0,3171 LUMO→HOMO-1 85,92

S2 của ACM-Cys S1S0 3,49 355,2 0,0018 LUMOHOMO 99,40

S2S0 3,64 340,3 0,5122 LUMO→HOMO-1 94,74

S1 của ACM-Hcy S1S0 3,22 384,8 0,0000 LUMOHOMO 99,80

S2S0 3,80 326,7 0,3777 LUMO→HOMO-1 88,27

S2 của ACM-Hcy S1S0 3,45 359,3 0,0017 LUMOHOMO 99,39

S2S0 3,64 340,7 0,5167 LUMO→HOMO-1 94,87

S1 của

ACM-GSH S1S0 1,95 637,0 0,0002 LUMOHOMO 99,90

S2S0 3,49 355,4 0,0029 LUMO+1→HOMO 42,49

LUMO+2→HOMO 50,14

S2 của

ACM-GSH S1S0 1,99 623,5 0,0003 LUMOHOMO 99,72

S2S0 3,37 368,3 0,0021 LUMO+1→HOMO 94,73

</div>
(124)<div class='page_container' data-page=124>

124

Bước

chuyển

Năng
lượng
E(eV)

Bước
sóng
(nm)

Cường
độ dao
động

f

Đóng góp các MO
trong các bước chuyển
Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ
đóng góp

(%)

LUMO+5→HOMO 30,51

S4S0 3,77 328,7 0,4469 LUMO→HOMO-1 84,65

Hình 3.48. Giản đồ năng lượng các q trình kích thích và giải phóng năng lượng 
kích thích tại hình học bền ở trạng thái cơ bản (RGS) và trạng thái kích thích

electron (REES1, REES2,...) ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ:

(a) AMC; (b) AMC-Cys; (c) AMC-Hcy; (d) AMC-GSH

(c) (d)

(a) (b)

Năng lượng Năng lượng

Dạng hình học Dạng hình học

</div>
(125)<div class='page_container' data-page=125>

125

Hình 3.49. Các đặc tính chuyển đổi chính (năng lượng (E), bước sóng (λ), 
cường độ dao động (f), và các MO biên) của q trình kích thích và giải phóng

năng lượng kích thích tại hình học bền ở trạng thái cơ bản (RGS) và trạng thái

kích thích electron (REES1, REES2,...) ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ:

(a) AMC; (b) AMC-Cys; (c) AMC-Hcy; (d) AMC-GSH

</div>
(126)<div class='page_container' data-page=126>

126

Từ kết quả tính tốn ở Bảng 3.14 đến 3.17, kết hợp với các kết quả tính tốn
ở Bảng 3.18, Hình 3.48 và Hình 3.49 cho thấy:

Đối với sensor AMC, tại cấu hình REES1, các quá trình chuyển electron từ S
1
về S0 (quá trình (5) ở Hình 3.48a) và S2 về S0 (quá trình (6) ở Hình 3.48a) đều có
cường độ dao động (f) là rất nhỏ, thêm vào đó, khơng có sự xen phủ giữa các MO 
trong bước chuyển này. Do đó, các q trình chuyển electron từ S1 và S2 về S0tại
cấu hình REES1 của AMC là bị cấm. Tại cấu hình REES2, các quá trình chuyển 
electron từ S1 về S0 (quá trình (3) ở Hình 3.48a) và S2 về S0 (quá trình (4) ở Hình
3.48a) có cường độ dao động (f) lớn hơn, tương ứng là 0,0137 và 0,0152, thêm vào 
đó, có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các q trình chuyển
electron từ S1 và S2 về S0tại cấu hình REES2 của AMC là xảy ra. Năng lượng phát 
huỳnh quang tính tốn tương ứng là 2,64 eV và 2,97 eV; với bước sóng huỳnh
quang tương ứng là 469,5 nm và 417,4 nm. Thêm vào đó, do cường độ dao động (f) 
của cả hai quá trình (3) và (4) ở trên là lớn không đáng kể (0,0137 và 0,0152), điều
này dẫn đến cường độ huỳnh quang của AMC là nhỏ như quan sát được trong thực 
nghiệm. Ngồi ra, do q trình kích thích từ S0→S1 (q trình (1) ở Hình 3.48a) có
cường độ dao động lớn hơn nhiều so với q trình kích thích từ S0→S2 (quá trình
(2) ở Hình 3.48a), nên quá trình chuyển electron từ S1 về S0 (quá trình (3) ở Hình
3.48a) sẽ chiếm ưu thế hơn từ S2 về S0 (quá trình (4) ở Hình 3.48a). Điều này có thể là
nguyên nhân dẫn đến cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài (469,5 nm) mạnh hơn
cường độ huỳnh quang ở bước sóng ngắn (417,4 nm) như quan sát trong thực nghiệm.

</div>
(127)<div class='page_container' data-page=127>

127

REES1 và cấu hình REES2 của AMC-Cys là xảy ra. Năng lượng phát huỳnh quang tính 
tốn tương ứng là 3,82 eV và 3,64 eV; với bước sóng huỳnh quang tương ứng là
324,5 nm và 340,3 nm. Thêm vào đó, do cường độ dao động (f) của cả hai q trình

này là rất lớn, trong đó cường độ dao động (f) ở bước sóng 340,3 nm là 0,5122, lớn 
hơn ở bước sóng 324,5 nm là 0,3171; điều này dẫn đến cường độ huỳnh quang của
AMC-Cys quan sát được trong thực nghiệm là rất mạnh, và ở bước sóng dài 340,3 
nm là mạnh hơn nhiều so với ở bước sóng ngắn 324,5 nm. Ngồi ra, do quá trình
chuyển electron từ S2 về S1 (quá trình (6) ở Hình 3.48b) tại cấu hình REES1, với cấu hình
S2 tương ứng khơng phải là cấu hình có năng lượng cực tiểu, nên q trình (6) ở Hình
3.48b ít chiếm ưu thế hơn so với quá trình (4) ở Hình 3.48b. Đó có thể là một nguyên
nhân khác dẫn đến cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài (340,3) nm mạnh hơn rất
nhiều so với ở bước sóng ngắn (324,5 nm) như quan sát trong phần thực nghiệm.

Sự sai khác về bước sóng phát huỳnh quang tính toán (324,5 nm và 340,3
nm) so với bước sóng phát huỳnh quang thực nghiệm (375 nm và 450 nm) của
AMC-Cys có thể là do các tính tốn được thực hiện trong ethanol, trong khi thực 
nghiệm tiến hành trong dung dịch C2H5OH/HEPES, pH =7,4, 1/4, v/v. Đặc biệt với
cấu trúc các trạng thái S0, S1 và S2 của AMC-Cys có sự quay xoắn góc giữa tiểu 
phần acryloyl và tiểu phần coumarine, thì dung mơi đóng vai trò rất lớn đến độ ổn
định của cấu trúc [146]. Đó có thể là lý do dẫn đến có sự khác biệt giữa bước sóng
phát huỳnh quang tính tốn so với bước sóng phát huỳnh quang thực nghiệm. Điều
này cũng giải thích tương tự cho các chất AMC-Hcy, AMC-GSH.

</div>
(128)<div class='page_container' data-page=128>

128

hình REES1 và cấu hình REES2 của AMC-Hcy là xảy ra. Năng lượng phát huỳnh 
quang tính toán tương ứng là 3,80 eV và 3,64 eV; với bước sóng huỳnh quang
tương ứng là 326,7 nm và 340,7 nm. Thêm vào đó, do cường độ dao động (f) của cả 
hai quá trình này là rất lớn, trong đó cường độ dao động (f) ở bước sóng 340,7 nm là 
0,5167, lớn hơn ở bước sóng 326,7 nm là 0,3777; điều này dẫn đến cường độ huỳnh
quang của AMC-Hcy quan sát được trong thực nghiệm là rất mạnh, và ở bước sóng 
dài 340,7 nm là mạnh hơn nhiều so với ở bước sóng ngắn 326,7 nm. Ngồi ra, do
q trình chuyển electron từ S2 về S1 (quá trình (6) ở Hình 3.48c) tại cấu hình REES1,

với cấu hình S2 tương ứng khơng phải là cấu hình có năng lượng cực tiểu, nên q
trình (6) ở Hình 3.48c ít chiếm ưu thế hơn so với quá trình (4) ở Hình 3.48c. Đó có
thể là một nguyên nhân khác dẫn đến cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài
(340,7) nm mạnh hơn rất nhiều so với ở bước sóng ngắn (326,7 nm) như quan sát
trong thực nghiệm.

Đối với AMC-GSH, các quá trình chuyển electron từ S1 về S0 tại cấu hình
REES1 (quá trình (5) ở Hình 3.48d) và cấu hình REES2 (quá trình (3) ở Hình 3.48d), 
cũng như các quá trình chuyển electron từ S2 về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (6)
ở Hình 3.48d) và cấu hình REES2 (quá trình (4) ở Hình 3.48d) đều có cường độ dao 
động (f) là rất nhỏ. Q trình phát xạ huỳnh quang khơng xảy ra từ trạng thái kích 
thích S1 và S2, mà xảy ra từ trạng thái kích thích S4.

</div>
(129)<div class='page_container' data-page=129>

129

AMC-GSH đã cung cấp minh chứng, qua đó làm sáng tỏ thêm về có sự xen phủ 
hoặc khơng có sự xen phủ giữa các MO trong quá trình chuyển đổi trạng thái và kết
quả này phù hợp với kết quả phân tích phổ huỳnh quang như đã phân tích trên.

Những phân tích ở trên cho thấy, sự phát huỳnh quang của sensor AMC và 
các sản phẩm cộng của nó với các biothiol không bắt nguồn từ trạng thái S1. Đây là
một trường hợp ngoại lệ của quy tắc của Kasha [113]. Theo quy tắc Kasha, sự phát
quang photon (huỳnh quang hoặc lân quang) xảy ra chỉ từ trạng thái kích thích có
năng lượng thấp nhất (S1) trong một số lượng nhất định các trạng thái kích thích. Ba
trường hợp ngoại lệ của quy tắc của Kasha đã được dự đoán gồm:

Thứ nhất, khi khoảng cách năng lượng giữa trạng thái kích thích điện tử
singlet ở mức cao (Sn, n> 1) và trạng thái kích thích điện tử S1 là lớn, cường độ dao
động của quá trình chuyển đổi S0→Sn lớn, quá trình chuyển đổi nội bộ từ Sn→S0 là
tương đối chậm, dẫn đến huỳnh quang xảy ra từ trạng thái kích thích Sn cạnh tranh

với q trình chuyển đổi nội bộ Sn→S0 (không phát huỳnh quang).

Thứ hai, khi khoảng cách năng lượng giữa trạng thái kích thích Sn và S1 là
nhỏ, cường độ dao động của chuyển đổi S0→S1 nhỏ, nhưng cường độ dao động của
quá trình chuyển đổi S0→Sn lớn, các yếu tố này dẫn đến thời gian sống của trạng
thái S1 kéo dài và huỳnh quang sẽ xảy ra từ Sn.

Thứ ba, huỳnh quang yếu có thể xảy ra từ Sn bởi các yếu tố chủ quan, khi các
“nguồn sáng bẩn” chưa được loại bỏ cẩn thận (nguồn sáng bẩn là nguồn sáng khả
kiến hoặc hồng ngoại), tạo huỳnh quang nền không mong muốn và giảm độ nhạy.
Ví dụ như sử dụng q trình phân hủy triplet-triplet thay vì kích thích trực tiếp để
quan sát sự huỳnh quang bị trì hỗn từ một số hydrocarbon thơm [111].

</div>
(130)<div class='page_container' data-page=130>

130

KẾT LUẬN CHUNG NGHIÊN CỨU VỀ SENSOR AMC

1. Sensor AMC mới dựa trên dẫn xuất của coumarin đã được nghiên cứu hoàn 
chỉnh từ thiết kế, tổng hợp, đặc trưng đến ứng dụng, với sự kết hợp linh hoạt
giữa tính tốn lượng tử và thực nghiệm.

2. Dựa trên những dự đoán từ tính tốn lý thuyết, thực nghiệm đã tổng hợp
được sensor AMC từ fluorophore và receptor tương ứng là 
4-metyl-7-hydroxylcoumarin và acryloyl chloride.

3. Phản ứng cộng giữa sensor AMC với Cys, Hcy và GSH để hình thành các 
thioester đã được nghiên cứu và cho thấy sự phù hợp tốt giữa kết quả tính
tốn lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm.

4. Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, sensor AMC có thể phát hiện chọn lọc

các biothiol trong sự hiện diện các amino acids không chứa nhóm thiol (bao
gồm Arginine, Glycine, Alanine, Aspartic, Glutamic, Leucine, Lysine,
Isoleucine, Methionine, Threonine, Serine, Tryptophan, Tyrosine và Valine);
hoạt động theo kiểu biến đổi tỉ lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng. Giới
hạn phát hiện và giới hạn định lượng Cys tương ứng là 0,50 μM và 1,65 μM.
5. Đặc tính huỳnh quang của sensor AMC và các sản phẩm cộng AMC-Cys,

AMC-Hcy và AMC-GSH đã được nghiên cứu bởi phương pháp TD-DFT, 
dựa trên hình học tối ưu trạng thái cơ bản và các trạng thái kích thích. Kết
quả tính tốn đã làm sáng tỏ những thay đổi huỳnh quang trong thực nghiệm.
Kết quả tính toán đã cho thấy, sự phát xạ huỳnh quang của AMC, 
AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH đều xuất phát từ các trạng thái kích thích 
electron ở mức cao (S2, S4) về trạng thái cơ bản S0. Đây là một trường hợp
ngoại lệ của quy tắc Kasha.

O O

AMC

O O

AMC- thiol

S
R

Fluorophore Receptor

</div>
(131)<div class='page_container' data-page=131>

131

NHỮNG KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

1. Đã kết hợp linh hoạt giữa tính tốn hóa học lượng tử và nghiên cứu thực
nghiệm để phát triển thành công hai sensor huỳnh quang mới là L và AMC. 
Sự kết hợp linh hoạt này đã giảm đáng kể khối lượng tính tốn lý thuyết và
điều tra thực nghiệm, tiết kiệm thời gian và chi phí hóa chất, tăng khả năng
thành cơng, làm sáng tỏ được bản chất các quá trình, tạo cơ sở khoa học cho
các nghiên cứu tiếp theo. Cụ thể:

 Đối với sensor L, tính tốn đã dự đoán và định hướng cho thực nghiệm trong 
giai đoạn thiết kế, tổng hợp và đặc trưng sensor L; nghiên cứu thực nghiệm 
sau đó đã kiểm chứng và khẳng định lại các kết quả tính tốn. Đến phức tạo
bởi L và ion Hg(II), thực nghiệm được khảo sát trước; tính tốn lý thuyết sau 
đó để giải thích và làm sáng tỏ ứng dụng của sensor L trong phát hiện ion 
Hg(II). Tiếp đến, việc sử dụng phức Hg2L2 để xác định biothiol lại được dự

đốn trước từ tính tốn; điều tra thực nghiệm sau đó để kiểm chứng và khẳng
định lại kết quả tính tốn.

 Đối với sensor AMC, tính tốn đã dự đốn và định hướng cho thực nghiệm ở 
giai đoạn thiết kế, tổng hợp và phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol. 
Các đặc tính và ứng dụng của sensor AMC được nghiên cứu từ thực nghiệm

trước; tính tốn lý thuyết sau đó đã giải thích và làm rõ bản chất các kết quả
thực nghiệm.

2. Các phản ứng tổng hợp sensor L và sensor AMC đã được nghiên cứu dự 
đoán và định hướng từ tính tốn; thực nghiệm sau đó đã kiểm chứng và
khẳng định các kết quả tính tốn.

3. Cấu trúc, đặc tính của sensor L và sensor AMC đã được xác định ở mức lý 
thuyết B3LYP/LanL2DZ với kết quả đáng tin cậy, thông qua kiểm tra, đối
chiếu và khẳng định từ các kết quả thực nghiệm.

</div>
(132)<div class='page_container' data-page=132>

132

và 0,25 μM; theo phương pháp huỳnh quang là 0,059 μM và 0,19 μM. Phức
Hg2L2 có thể phát hiện chọn lọc Cys trong sự hiện diện các amino acids

khơng có nhóm thiol, hoạt động theo kiểu tắt-bật huỳnh quang. Giới hạn phát
hiện và giới hạn định lượng Cys tương ứng là 0,2 μM và 0,66 μM. Sensor L 
phát hiện ion Hg(II) và phức Hg2L2 phát hiện Cys dựa trên phản ứng trao đổi

phức giữa ion trung tâm Hg(II) với hai phối tử là L và Cys.

(b). Sensor AMC có thể phát hiện chọn lọc các biothiol (Cys, GSH, Hcy) 
trong sự hiện diện các amino acids khơng có nhóm thiol, hoạt động dựa trên
sự biến đổi tỉ lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng. Giới hạn phát hiện
và giới hạn định lượng Cys tương ứng là 0,5 μM và 1,65 μM. Sensor AMC 
phản ứng với các biothiol (Cys, GSH, Hcy) theo cơ chế phản ứng cộng
Michael.

(c). Các sensor huỳnh quang Hg2L2 và AMC đều có thể phát hiện Cys trong

dung dịch với lượng nhỏ dung môi hữu cơ, thời gian của phản ứng xảy ra
nhanh, có thể phát hiện được Cys với nồng độ thấp hơn trong nội bào và thấp
hơn so với các sensor đã công bố.

</div>
(133)<div class='page_container' data-page=133>

133

ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Những kết quả đạt được trong luận án đã mở ra những định hướng nghiên
cứu triển vọng có thể tiếp cận trong thời gian đến. Cụ thể:

1. Thiết lập một cơ sở cho việc phát triển của các phức giữa ion kim loại với
các phối tử huỳnh quang mới, cũng như các phối tử huỳnh quang đã được
công bố trước đây để phát hiện cysteine.

2. Nghiên cứu cơ chế thay đổi đặc tính hấp thụ, huỳnh quang của các sensor
trước và sau khi tương tác với chất phân tích, nhằm xây dựng cơ sở để định
hướng thiết kế các sensor mới, nhất là tăng độ nhạy, độ chọn lọc và độ tan
của các sensor. Đặc biệt, nghiên cứu phát triển các sensor huỳnh quang phát
xạ ở vùng bước sóng dài, hoặc các sensor hoạt động dựa trên sự biến đổi tỉ lệ
huỳnh quang ở hai bước sóng, nhằm hạn chế các ảnh hưởng khi dùng các
sensor để phát hiện các chất trong tế bào sống.

3. Phát triển, mở rộng việc sử dụng L để phân tích ion Hg(II) trong các đối 
tượng:

- Nghiên cứu ứng dụng phân tích trong các mẫu nước ăn uống sinh hoạt, các
mẫu nước thải công nghiệp, nước thải y tế (đặc biệt các phòng nha), các mẫu
thực phẩm tươi sống (đặc biệt cá biển ăn thịt), các mẫu thực phẩm chế biến
có sử dụng bao bì đóng gói bảo quản.

- Nghiên cứu ứng dụng phân tích các ion kim loại Hg(II) trong các tế bào sống.
4. Phát triển, mở rộng việc sử dụng Hg2L2 và AMC để phân tích các biothiol

trong các tế bào sống.

</div>
(134)<div class='page_container' data-page=134>

134

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ 
LIÊN QUAN LUẬN ÁN

1. Doan Thanh Nhan, Nguyen Khoa Hien, Hoang Van Duc, Nguyen Thi Ai 
Nhung, Nguyen Tien Trung, Dang Ung Van, Weon Sup Shin, Jong Seung
Kim, Duong Tuan Quang (2016), A hemicyanine complex for the detection
of thiol biomolecules by fluorescence, Dyes and Pigments., 131, pp. 
301-306.

2. Doan Thanh Nhan, Nguyen Thi Ai Nhung, Vo Vien, Nguyen Tien Trung, 
Nguyen Duc Cuong, Nguyen Chi Bao, Dinh Quy Huong, Nguyen Khoa
Hien, Duong Tuan Quang (2017), A benzothiazolium-derived colorimetric
and fluorescent chemosensor for detection of Hg2+ ions, Chemistry Letters., 
46, pp. 135-138

3. Doan Thanh Nhan, Nguyen Thi Ai Nhung, Nguyen Khoa Hien, Duong 
Tuan Quang (2017), A quantum chemical study on the use of complexs
between Hg(II) ions and fluorescencet ligands for detection cysteine,
Vietnam Journal of Chemistry, International Edition., 55(6), pp. 700-707. 
4. Nguyen Khoa Hien, Doan Thanh Nhan, Won Young Kim, Mai Van Bay,

Pham Cam Nam, Dang Ung Van, In-Taek Lim, Jong Seung Kim,Duong

Tuan Quang (2018), Exceptional case of Kasha's rule: Emission from
higher-lying singlet electron excited states into ground states in coumarin-based
biothiol sensing, Dyes and Pigments., 152, pp. 118-126.

</div>
(135)<div class='page_container' data-page=135>

135

TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tiếng Việt

[1] Phạm Xuân Yêm, Nguyễn Xuân Xanh, Trịnh Xuân Thuận, Chu Hảo, Đào Vọng
Đức (2009), Max Planck - Người khai sáng thuyết lượng tử, Nhà xuất bản Tri 
Thức, Hà Nội.

Tiếng Anh

[2] Ajay K.K., Renuka N., Pavithra G., Vasanth K. G. (2015), Comprehensive
review on coumarins: Molecules of potential chemical and pharmacological
interest, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research., 7(9), pp. 67-81. 
[3] Amaresh M., Rajani K. B., Pradipta K. B., Bijaya K. M., and Gopa B. B. (2000),

Cyanines during the 1990s: A Review, Chemical Reviews., 100, pp. 1973-2011. 
[4] Amarnath K., Amarnath V., Amarnath K., Valentine HL., Valentine WM.

(2003), A specific HPLC-UV method for the determination of cysteine and
related aminothiols in biological samples, Talanta., 60, pp. 1229-1238.

[5] Anna P., Giorgio F., Enrico B., Fiorella P. (2003), Analysis of glutathione:
implication in redox and detoxification, Clinica Chimica Acta., 333, pp. 19-39.

[6] Bampidis V.A., Nistor E., Nitas D. (2013), Arsenic, cadmium, lead and mercury

as undesirable substances in animal feeds, Scientific Papers: Animal science and 
biotechnologies., 46 (1), pp. 17-22.

[7] Banu B., Nurgül S., Müge Ö., Gizem S., Hakan A., Zeynel S. (2016), A novel
fluorescence turn-on coumarin-pyrazolone based monomethine probe for biothiol
detection, Tetrahedron., 72(30), pp. 4498-4502.

[8] Baocun Z., Xiaoling Z., Yamin L., Pengfei W., Hongyan Z. and Xiaoqing Z.
(2010), A colorimetric and ratiometric fluorescent probe for thiols and its
bioimaging applications, Chemical Communications., 46, pp. 5710-5712. 
[9] Becke A.D. (1993), Density-functional thermochemistry. III. The role of

exactexchange, Journal of Chemical Physics., 98, pp. 5648-5652.

</div>
(136)<div class='page_container' data-page=136>

136

[11] Bo T., Li J.C., Ke H. X., Li L.T., Gui W.Y., Li G.A. (2008), A Sensitive
and selective near-infrared fluorescent probe for mercuric ions and its
biological imaging applications, ChemBioChem., 9, pp. 1159-1164.

[12] Bouffard J., Kim Y., Swager TM., Weissleder R., Hilderbrand SA. (2008),
A highly selective fluorescent probe for thiol bioimaging, Organic 
Letters,.10(1), pp. 37-40.

[13] Calonge M.J., Gasparini P., Chillaron J., Chillon M., Gallucci M., Rousaud
F., Zelante L., Testar X., Dallapiccola B., Disilverio F., et al (1994),
Cystinuria caused by mutations in rbat, a gene involved in the transport of
cystine, Nature genetics., 6, pp. 420-425.

[14] Capitan P., Malmezat T., Breuille D., Obled C. (1999), Gas

chromatographic-mass spectrometric analysis of stable isotopes of cysteine
and glutathione in biological samples, Journal of Chromatography B., 732, 
pp. 127-35.

[15] Carlo A., and Denis J. (2013), The calculations of excited-state properties
with time-dependent density functional theory, Chemical Society Reviews., 
42, pp. 845-856.

[16] Casida M.E. (2009), Time-dependent density-functional theory for
molecules and molecular solids, Journal of Molecular Structure 
(Theochem)., 914, pp. 3-18.

[17] Chae M.Y., Czarnik A.W. (1992), Fluorimetric chemodosimetry Hg(II) and
Ag(I) indication in water via enhanced fluorescence signalling, Journal of 
the American Chemical Society., 114(24), pp. 9704-9705.

</div>
(137)<div class='page_container' data-page=137>

137

fluorescent probe, Biomaterials.,.33, pp. 8495-8502.

[19] Cheng X., Li Q., Qin J., Li Z. (2010), A new approach to design ratiometric
fluorescent probe for mercury(II) based on the Hg2+-promoted deprotection 
of thioacetals,ACS Applied Materials and Interfaces., 2(4), pp. 1066-1072.

[20] Cheng X., Li S., Zhong A., Qin J., Li Z. (2011), New fluorescent probes for
mercury(II) with simple structure, Sensors and Actuators B., 157(1), pp. 57-63.

[21] Dai H.Q., Tri N.N., Trang N.T.T., Trung N.T. (2014), Remarkable effects of
substitution on stability of complexes and origin of the C-H•••O(N)
hydrogen bonds formed between acetone’s derivative and CO2, XCN (X = F,

Cl, Br), Royal Society of Chemistry Advances., 4, pp. 13901-13908.

[22] David C.Y., (2001), Computational chemistry: A practical guide for 
applying techniques to real-world problems, John Wiley & Sons, Inc.

[23] De la Torre P., García-Beltrán O., Tiznado W., Mena N., Saavedra L.A.,
Cabrera M.G., Trilleras J., Pavez P., Aliaga M.E. (2014),
(E)-2-(Benzo[d]thiazol-2-yl) -3-heteroarylacrylonitriles as efﬁcient Michael
acceptors for cysteine: Real application in biological imaging, Sensors and 
Actuators B Chemical., 193, pp. 391-399.

[24] Droge W., Eck H.P., Mihm S. (1992), Hiv-induced cysteine deficiency and
T-cell dysfunction-a rationale for treatment with N-acetylcysteine, Immunol 
Today., 13, pp. 211-214.

[25] Du J., Fan J., Peng X., Sun P., Wang J., Li H., and Sun S. (2010), A new
fluorescent chemodosimeter for Hg2+: selectivity, sensitivity, and resistance 
to Cys and GSH, Organic Letters., 12(3), pp. 476-479.

[26] El-Ballouli A.O., Zhang Y.D., Barlow S., Marder S.R., Al-Sayah M.H.,
Kaafarani B.R. (2012), Fluorescent detection of anions by
dibenzophenazine-based sensors, Tetrahedron Letters., 53 (6), pp. 661-665. 
[27] Erik C. B. J., Stephen B. H. K. (2006), Insights into the Mechanism and

</div>
(138)<div class='page_container' data-page=138>

138

[28] Farhadi K., Forough M., Molaei R., Hajizadeh S., Rafipour A. (2012), Highly
selective Hg2+ colorimetric sensor using green synthesized and unmodified silver 
nanoparticles, Sensors and Actuators B Chemical., 161(1), pp. 880-885.

[29] Fei X., Yang S., Zhang B., Liu Z., Gu Y. (2007), Solid-phase synthesis and
modification of thiazole orange and its derivatives and their spectral properties,
Journal of Combinatorial Chemistry., 9, pp. 943-950.

[30] Frank J., (2007), Introduction to computational chemistry, (Second Edition), 
John Wiley & Sons Ltd.

[31] Friedrich B.K. (2000), AIM 2000, University of applied sciences. Germany: 
Bielefeld.

[32] Frisch M.J., et al. (2004), Gaussian 03, Revision D.01, Wallingford CT: 
Gaussian Inc.

[33] Gao Y., Li Y., Zou X., Huang H., Su X.G. (2012), Highly sensitive and
selective detection of biothiols using graphene oxide-based "molecular
beacon"-like fluorescent probe, Analytica Chimica Acta.,731, pp.68-74.

[34] Gentscheva G., Petrov A., Ivanova E., Havezov I. (2012), Flame AAS
determination of trace amounts of Cu, Ni, Co, Cd and Pd in waters after
preconcentration with 2-nitroso-1-naphthol, Bulgarian Chemical 
Communications., 44, pp. 52–56.

[35] Guan-Ying L., Jiang-Ping L., Huai-Yi H., Ya W., Hui C., Liang-Nian J. (2013),
Colorimetric and luminescent dual-signaling responsive probing of thiols by a
ruthenium(II)-azo complex, Journal of Inorganic Biochemistry., 121, pp. 108-113. 
[36] Guan X., Hoffman B., Dwivedi C., Matthees DP. (2003), A simultaneous

liquid chromatography/mass spectrometric assay of glutathione, cysteine,
homocysteine and their disulfides in biological samples, Journal of 
Pharmaceutical and Biomedical Analysisl., 31, pp. 251-261.

</div>
(139)<div class='page_container' data-page=139>

139

MeHg+ based on tricarbocyanines, Chemistry - A European Journal., 16(48), pp. 
14424-14432.

[39] Guo Z., Nam S., Park S., Yoon J. (2012), A highly selective ratiometric
near-infrared fluorescent cyanine sensor for cysteine with remarkable shift
and its application in bioimaging. Chemical Science., 3, pp. 2760-2765. 
[40] Hamer F. (2008), In Chemistry of heterocyclic compounds, John Wiley &

Sons, Inc.

[41] Hay P.J., Wadt W.R. (1985), Ab initio effective core potentials for
molecular calculations. Potentials for K to Au including the outermost core
orbitals, Journal of Chemical Physics., 82, pp. 299-310.

[42] Hien N.K., Bao N.C., Nhung N.T.A., Trung N.T., Nam P.C., Duong T., Kim
J.S., Quang D.T. (2015), A highly sensitive ﬂuorescent chemosensor for
simultaneous determination of Ag(I), Hg(II), and Cu(II) ions: Design,
synthesis, characterization and application, Dyes and Pigments, 116, pp. 89-96. 
[43] Hien N.K., Nhung N.T.A., Dai H.Q., Trung N.T., Quang D.T. (2015), A

fluorescent sensor base on dansyl-diethylenetriamine-thiourea conjugate:
design, synthesis, characterization, and application, Vietnam Journal of 
Chemistry., 53(5e), pp. 541-547.

[44] Hiraku Y., Murata M., Kawanishi S. (2002), Determination of intracellular
glutathione and thiols by high performance liquid chromatography with a
gold electrode at the femtomole level: comparison with a spectroscopic

assay, Biochim Biophys Acta., 1570, pp. 47-52.

[45] Hongda L., Longyi J., Yuhe K., Bingzhu Y. (2014), A visual and “turn-on”
fluorescent probe for rapid detection of cysteine over homocysteine and
glutathione, Sensors and Actuators B., 196, pp. 546-554.

</div>
(140)<div class='page_container' data-page=140>

140

[47] Hou X., Zeng F., Du F., and Wu S. (2013), Carbon-dot-based fluorescent
turn-on sensor for selectively detecting sulfide anions in totally aqueous
media and imaging inside live cells, Nanotechnology., 24(33),

[48] Hou J.T., Yang J., Li K., Yu K.K., Yu X.Q., (2015), A colorimetric and red
emissive fluorescent probe for cysteine and its application in bioimaging,
Sensors and Actuators B Chemical., 214, pp. 92-100.

[49] Hu J.H., Li J.B., Qi J. and Chen J.J. (2015), Highly selective and effective
mercury(II) fluorescent sensors, New Journal of Chemistry., 39, pp. 843-848. 
[50] Huang S., He S., Lu Y., Wei F., Zeng X. and Zhao L. (2011), Highly sensitive

and selective fluorescent chemosensor for Ag+ based on a coumarin–Se

chelating conjugate, Chemical Communications., 47, pp. 2408-2410.

[51] Hussain S.A. et. al. (2012), An introduction to fluorescence resonance
energy transfer (FRET), Science Journal of Physics, Volume 2012, Article 
ID sjp-268, 4 Pages, Doi: 10.7237/sjp/268

[52] Hwang C., Sinskey AJ., Lodish HF. (1992), Oxidized redox state of
glutathione in the endoplasmic reticulum, Science., 257, pp. 1496-1502. 
[53] Huilin W., Guodong Z., Hongwei G., Xiaoqiang C. (2012), A

fluorescein-based probe with high selectivity to cysteine over homocysteine and
glutathione, Chemical Communications., 48, pp. 8341-8343.

[54] Hyockman K., Kiwon L., Hae-Jo K.. (2011), Coumarin-malonitrile
conjugate as a fluorescent turn-on probe for biothiols and its cellular
expression, Chemical Communications., 47(6), pp. 1773-1775.

[55] Iain J., Michelle T.Z.S. (2010), The molecular probes handbook - A guide to 
fluorescent probes and labeling technologies, 11th edition, Life 
Technologies.

[56] Ibrahim D., Froberg B., Wolf A., Rusyniak D.E. (2006), Heavy metal
poisoning: clinical presentations and pathophysiology, Clinics in Laboratory 
Medicine., 26, pp. 67-97.

</div>
(141)<div class='page_container' data-page=141>

141

biologically active low-molecular-mass thiols in human blood I. Fast
qualitative and quantitative, gradient and isocratic reversed-phase
high-performance liquid chromatography with photometric and fluorescence
detection, Journal of Chromatography A.,89, pp. 157-166.

[58] Ji S., Yang J., Yang Q., Liu .S, Chen M., Zhao J. (2009), Tuning the
intramolecular charge transfer of alkynylpyrenes: effect on photophysical
properties and its application in design of off-on fluorescent thiol probes,

Journal of Organic Chemistry., 74(13), pp. 4855-4865.

[59] Jia H,. Yang M., Meng Q., He G., Wang Y., Hu Z., Zhang R., Zhang Z.
(2016), Synthesis and application of an aldazine-based fluorescence
chemosensor for the sequential detection of Cu2+ and biological thiols in 
aqueous solution and living cells, Sensors., 16 (1), 79,
doi:10.3390/s16010079.

[60] Jinmin S., Yujiao W., Xiaoliang T., Wei L., Huie J., Wei D., Weisheng L.
(2014), A colorimetric and fluorescent probe for thiols based on 1,
8-naphthalimide and its application for bioimaging, Dyes and Pigments., 100, 
pp. 255-260.

[61] Jianjian Z., Bianfei Y., Lulu N., Xinyue Z., Jianxi W., Zhenjie C., Xiaoyan
L., Xiaojun Y., Xiaoyu Z., Haixia Z. (2015), A near-infrared fluorescence
probe for thiols based on analyte-specific cleavage of carbamate and its
application in bioimaging, European Journal of Organic Chemistry., 8, pp. 
1711-1718.

[62] Jiang W., Wang W. (2009), A selective and sensitive “turn-on” fluorescent
chemodosimeter for Hg2+ in aqueous media via Hg2+ promoted facile
desulfurization–lactonization reaction, Chemical Communications., 45, pp. 
3913-3915.

[63] Jung H.S., Han J.H., Habata Y., Kang C. and Kim J.S. (2011), An
iminocoumarin–Cu(II) ensemble-based chemodosimeter toward thiols,
Chemical Communications., 47, pp. 5142-5144.

</div>
(142)<div class='page_container' data-page=142>

142

fluorescent probe for facile detection of thiophenols, Angewandte Chemie 
International Edition., 46:8445–8448.

[65] Jiasheng W., Ruilong S., Weimin L., Pengfei W., Jingjin M., Hongyan Z.,
Xiaoqing Z. (2011), Reversible fluorescent probe for highly, selective and
sensitive detection of mercapto biomolecules, Inorganic Chemistry., 50(14), 
pp. 6543-6551.

[66] Jing L., Yuan-Qiang S., Hongxing Z., Yingying H., Yawei S., Heping S.,
Wei G. (2014), A carboxylic acid-functionalized coumarin-hemicyanine
fluorescent dye and its application to construct a fluorescent probe for
selective detection of cysteine over homocysteine and glutathione, RSC 
Advances., 4, pp. 64542-64550.

[67] Jung HS., Ko KC., Kim GH., Lee AR., Na YC., Kang C., Lee JY., Kim JS.
(2011), Coumarin-based thiol chemosensor: synthesis, turn-on mechanism,
and its biological application, Organic Letters., 13(6), pp. 1498-1501.

[68] Karabacak M., Cinar M., Kurt M., Poiyamozhi A., Sundaraganesan N.
(2014), The spectroscopic (FT-IR, FT-Raman, UV and NMR) ﬁrst order
hyperpolarizability and HOMO–LUMO analysis of dansyl chloride,
Spectrochimiac Acta Part A., 117, pp. 234-244.

[69] Keawwangchai T., Morakot N., Wanno B. (2013), Fluorescent sensors
based on BODIPY derivatives for aluminium ion recognition: an
experimental and theoretical study, Journal of Molecular Modeling., 19, pp. 
1435-1444.

[70] Keawwangchai T., Wanno B., Morakot N., Keawwangchai S. (2013),
Optical chemosensors for Cu(II) ion based on BODIPY derivatives: an

experimental and theoretical study, Journal of Molecular Modeling., 19, pp. 
4239-4249.

[71] Khalilah G. R., William H. H., Charlo P. B., Christine K. P., Melissa L. K.,
Niren M. (2012), Fluorescent coumarin -thiols measure biological redox
couples, Organic Letters.,14(3), pp. 680–683.

</div>
(143)<div class='page_container' data-page=143>

143

BODIPY appended crown ethers: selective fluorescence changes for Hg2+
binding, Bulletin of the Korean Chemical Society., 29(9), pp. 1831-1834. 
[73] Kim H.J., Quang D.T., Hong J., Kang G., Ham S., Kim J.S. (2007),

Ratiometry of monomer/excimer emissions of dipyrenyl calix[4]arene in
aqueous media, Tetrahedron., 63(44), pp. 10788-10792.

[74] Kim J.S., and Quang D.T. (2007), Calixarene-derived fluorescent probes,
Chemical Reviews., 107, pp. 3780-3799.

[75] Kim S.H., Choi H.S., Kim J., Lee S.J., Quang D.T., and Kim J.S. (2010),
Novel optical/electrochemical selective 1,2,3-triazole ring-appended
chemosensor for the Al3+ ion, Organic Letters., 12(3), pp. 560-563

[76] Kluijtmans L.A.J., van den Heuvel L.P.W.J., Boers G.H.J., Frosst P.,
Stevens E.M.B., vanOost B.A., den Heijer M., Trijbels F.J.M.; Rozen R.,
Blom H.J. (1996), Molecular genetic analysis in mild
hyperhomocysteinemia: A common mutation in the
methylenetetrahydrofolate reductase gene is a genetic risk factor for
cardiovascular disease, American Journal of Human Genetics., 58, pp. 
35-41.

[77] Koch U., Popelier P.L.A. (1995), Characterization of C-H-O hydrogen
bonds on the basis of the charge density, Journal of Chemical Physics., 99, 
pp. 9747-9754.

[78] Kumar M., Kumar N., Bhalla V., Singh H., Sharma P.R., and Kaur T.
(2011), Naphthalimide appended rhodamine derivative: through bond energy
transfer for sensing of Hg2+ ions, Organic Letters., 13(6), pp. 1422-1425. 
[79] Kun H., Xiaojie J., Chang L., Qing W., Xiaoying Q., Dasheng Z., Song H.,

Liancheng Z., Xianshun Z. (2017), Highly selective and sensitive fluorescent
probe for mercury ions based on a novel rhodol-coumarin hybrid dye, Dyes 
and Pigments., 142, pp. 437-446.

</div>
(144)<div class='page_container' data-page=144>

144
30(3), pp. 719-721.

[81] Lee C., Yang W., and Parr R.G. (1998), Development of the colle-salvetti
correlation-energy formula into a functional of the electron density, Physical 
Review B., 37, pp. 785-789.

[82] Lee M.H., Giap T.V., Kim S.H., Lee Y.H., Kang C., Kim J.S. (2010), A
novel strategy to selectively detect Fe(III) in aqueous media driven by
hydrolysis of a rhodamine 6G Schiff base, Chemical Communications., 
46(9), pp. 1407-1409.

[83] Lee M.H., Lee S.W., Kim S.H., Kang C., Kim J.S. (2009), Nanomolar
Hg(II) detection using Nile Blue chemodosimeter in biological media,
Organic Letters., 11(10), pp. 2101-2104.

[84] Lee M.H., Quang D.T., Jung H.S., Yoon J., Lee C.H., Kim J.S. (2007),
Ion-induced FRET on-off in fluorescent calix[4]arene, Journal of Organic 
Chemistry., 72(11), pp. 4242-4245.

[85] Leng B., Jiang J.B., Tian H. (2010), A mesoporous silica supported
Hg2+ chemodosimeter, American Institute of Chemical Engineers Journal., 
56(11), pp. 2957-2964.

[86] Leng B., Zou L., Jiang J.B., Tian H. (2009), Colorimetric detection of
mercuric ion (Hg2+) in aqueous media using chemodosimeter-functionalized 
gold nanoparticles, Sensors and Actuators B Chemical., 140(1), pp. 162-169. 
[87] Levine I.N. (2000), Quantum chemistry (fifth edition), Prentice-Hall, Inc.,

New Jersey, USA.

[88] Lim SY., Hong KH., Kim DI., Kwon H., Kim HJ. (2014), Tunable
heptamethine-azo dye conjugate as an NIR fluorescent probe for the
selective detection of mitochondrial glutathione over cysteine and
homocysteine, Journal of the American Chemical Society., 136, pp. 
7018-7025.

</div>
(145)<div class='page_container' data-page=145>

145

[90] Liu, J., Bao, C., Zhong, X., Zhao, C., Zhu, L. (2010), Highly
selective detection of glutathione using a quantum-dot-based OFF–
ON fluorescent probe, Chemical Communications., 46, pp. 2971-2973.

[91] Liu B., Tian H. (2005), A selective fluorescent ratiometric chemodosimeter for
mercury ion, Chemical Communications., pp. 3156-3158.

[92] Li-Ya N., Yu-Zhe C., Hai-Rong Z., Li-Zhu W., Chen-Ho T., and Qing-Zheng
Y. (2015), Design strategies of fluorescent probes for selective detection among
biothiols, Chemical Society Reviews., 44, pp. 6143-6160.

[93] Li-Ya N., Ying-Shi G., Yu-Zhe C., Li-Zhu W., Chen-Ho T., and Qing-Zheng
Y. (2012), BODIPY-based ratiometric fluorescent sensor for highly selective
detection of glutathione over cysteine and homocysteine, Chemical Society., 
134(46), pp. 18928-18931.

[94] Li-Ya N., Qing-Qing Y., Hai-Rong Z., Yu-Zhe C., Li-Zu W., Chen.-Ho T.,
Qing-Zheng Y. (2015), BODIPY-based fluorescent probe for the simultaneous
detection of glutathione and cysteine/homocysteine at different excitation
wavelengths, Royal Society of Chemistry Advances., 5, pp. 3959-3964.

[95] Lowe T.A., Hedberg J., Lundin M., Wold S., and Wallinder I.O. (2013),
Chemical speciation measurements of silver ions in alkaline carbonate
electrolytes using differential pulse stripping voltammetry on glassy carbon
compared with ion selective electrode measurements, International 
Journal of Electrochemical Science., 8, pp. 3851-3865.

[96] Lowicka E., Beltowski J. (2007), Hydrogen sulfide (H2S)-the third gas of
interest for pharmacologists, Pharmacological Reports., 59, pp. 4-24.

[97] Lu Z.J., Wang P.N., Zhang Y., Chen J.Y., Zhen S., Leng B., Tian H. (2007),
Tracking of mercury ions in living cells with a ﬂuorescent chemodosimeter
under single -or two-photon excitation, Analytica Chimica Acta., 597, pp. 
306-312.

</div>
(146)<div class='page_container' data-page=146>

146

[99] Maeda H., Matsuno H., Ushida M., Katayama K., Saeki K., Itoh N. (2005),
2,4-dinitrobenzenesulfonyl fluoresceins as fluorescent alternatives to
Ellman’s reagent in thiol-quantification enzyme assays, Angewandte Chemie 
International Edition., 44, pp. 2922–2925.

[100] Maeda H., Katayama K., Matsuno H., Uno T. (2006),
3'-(2,4-dinitrobenzenesulfonyl)-2',7'-dimethylfluorescein as a fluorescent probe for
selenols, Angewandte Chemie International Edition., 45(11), pp. 1810-1813. 
[101] Malkondu S., Erdemir S. (2015), A novel perylene-bisimide dye as “turn

on” ﬂuorescent sensor for Hg2+ ion found in DMF/H2O, Dyes and Pigments., 
113, pp. 763-769.

[102] Mallajosyula S.S., Usha H., Datta A., and Pati S.K. (2008), Molecular
modelling of a chemodosimeter for the selective detection of As(III) ion in
water, Journal of Chemical Sciences., 120(6), pp. 627–635.

[103] Melnyk S., Pogribna M., Pogribny I., Hine RJ., James SJ. (1999), A new
HPLC method for the simultaneous determination of oxidized and reduced
plasma aminothiols using coulometric electrochemical detection, Journal of 
Nutritional Biochemistry., 10, pp. 490–497.

[104] Min H. L., Zhigang Y., Choon W. L., Yun H. L., Sun D. C. K., and Jong S.
K. (2013), Disulfide-cleavage-triggered chemosensors and their biological
applications, Chemical Reviews.,113, pp. 5071-5109.

[105] Miller J.C. and Miller J.N. (1998), Statistics for analytical chemistry, 
Second ed, Chichester, England: Ellis Horwood Limited.

[106] Murat I., Ruslan G., Safacan K., Yigit A., Berna S., Turgay T., Engin

U. A. (2014), Designing an intracellular fluorescent probe for glutathione:
Two modulation sites for selective signal transduction, Organic Letters., 
16(12), pp. 3260-3263.

</div>
(147)<div class='page_container' data-page=147>

147

[108] Oleksandr R,, Nadia N. St. L., Rezik A. A., Jorge O. E., Shan J., Isiah M.
W., Fareed B. D., Kun L., Robert M. S. (2004), Visual detection of cysteine and
homocysteine, Journal of the American Chemical Society., 126(2), pp. 438-439. 
[109] Oram P.D., Fang X., Fernando Q., Letkeman P., and Letkeman D (1996),

The formation constants of mercury(II)−glutathione complexes, Chemical 
Research in Toxicology., 9(4), pp. 709–712.

[110] Peddiahgari V. G. R., Yang-Wei L., and Huan-Tsung C. (2007), Synthesis
of novel benzothiazole compounds with an extended conjugated system,
General Papers., Volume 207 (xvi), pp. 113-122.

[111] Peng M.J., Yang X.F., Yin B., Guo Y., Suzenet F., En D., Li J., Li C.W.,
Duan Y.W. (2014), A hybrid coumarin-thiazole fluorescent sensor for
selective detection of bisulfite anions in vivo and in real samples, Chemistry 
Asian Journal., 9(7), pp. 1817-1822.

[112] Peng L., Zhou Z., Wei R., Li K., Song P., Tong A., (2014), A fluorescent
probe for thiols based on aggregation-induced emission and its application in
live-cell imaging, Dyes and Pigments., pp. 24-31.

[113] Petr K., Jakob W. (2009), Photochemistry of organic compounds: From 
concepts to practice, A John Wiley and Sons Ltd, United Kingdom.

[114] Petsko G.A., Ringe D. (2004), Protein structure and function: From 
sequence to consequence, New Science Press Ltd.: London, UK.

[115] Pratim K.C., (2009), Chemical reactivity theory: A density functional view, 
CRC Press, Taylor & Francis Group.

[116] Pi W., Jing L., Xin L., Yunlong L., Yun Z., and Wei G. (2012), A
naphthalimide-based glyoxal hydrazone for selective fluorescence turn-on
sensing of Cys and Hcy, Organic Letters., 14(2), pp. 520-523.

[117] Qian X., Xiao Y., Xu Y., Guo X., Qian J., Zhu W. (2010), "Alive" dyes as
fluorescent sensors: fluorophore, mechanism, receptor and images in living
cells, Chemical Communications, 46(35), pp. 6418-6436.

</div>
(148)<div class='page_container' data-page=148>

148

applications in living cells: fast response and high sensitivity, Journal of 
Fluorescence., 24, pp. 841-846.

[119] Quang D.T., Jung H.S., Yoon J.H., Lee S.Y., and Kim J.S. (2007),
Coumarin appended calix[4]arene as a selective fluorometric sensor for Cu2+
ion in aqueous solution, Bulletin of the Korean Chemical Society ., 28(4), 
pp. 682-684.

[120] Quang D.T., Kim J.S. (2010), Fluoro- and chromogenic chemodosimeters
for heavy metal ion detection in solution and biospecimens,
Chemical Reviews., 110, pp. 6280-6310.

[121] Quang D.T., Wu J.S., Luyen N.D., Duong T., Dan N.D., Bao N.C., Quy
P.T. (2011), Rhodamine-derived Schiff base for the selective determination

of mercuric ions in water media, Spectrochimica Acta Part A ., 78(2), pp. 
753-756.

[122] Rahman I., MacNee W. (2000), Regulation of redox glutathione levels and
gene transcription in lung inflammation: therapeutic approaches,
Free Radical Biology and Medicine., 28(9), pp. 1405-1420.

[123] Rančić S.M., Nikolić-Mandić S.D., Bojić A.L. (2014), Analytical
application of the reaction system methylene blue B–K2S2O8 for the
spectrophotometric kinetic determination of silver in citric buffer media,
Hemijska Industrija., 68(4), pp. 429-434.

[124] Refsum H., Ueland PM., Nygard O., Vollset SE. (1998), Homocysteine
and cardiovascular disease, Annual Review of Medicine., 49, pp. 31-62.
[125] Ruangpornvisuti. V. (2007), A DFT study of molecular structures and

tautomerizations of 2-benzoylpyridine semicarbazone and picolinaldehyde
N-oxide thiosemicarbazone and their complexations with Ni(II), Cu(II), and
Zn(II), Structural Chemistry ., 18, pp. 977-984.

</div>
(149)<div class='page_container' data-page=149>

149

selective and sensitive fluoroionophore for Hg(II), Ag(I), and Cu(II) with
virtually decoupled fluorophore and receptor units, Journal of the American 
Chemical Society ., 122(5), pp. 968-969.

[128] Sakamoto H., Ishikawa J., Osuga H., Doi K., and Wada H. (2010), Highly
silver ion selective fluorescence ionophore: fluorescent properties of
polythiazaalkane derivatives bearing 8-(7-hydroxy-4-methyl)coumarinyl
moiety in aqueous solution and in liquid–liquid extraction systems, Analyst.,

135, pp. 550-558.

[129] Salarvand Z. (2008), Quantitative analysis of Ag, Sn and Cu in dental
amalgam powder by gravimetric, AAS and ICP methods and comparing their
precisions, Research Journal of Biological Sciences, 3(6), pp. 557-561. 
[130] Samb I., Bell J., Toullec P.Y., Michelet V., Leray I. (2011), Fluorescent

phosphane selenide as efficient mercury chemodosimeter, Organic Letters., 
13, pp. 1182-1185.

[131] Saita K., Nakazono M., Zaitsu K., Nanbo S., Sekiya H. (2009),
Theoretical study of photophysical properties of bisindolylmaleimide
derivatives, Journal of Physical Chemistry B., 113, pp. 8213-8220.

[132] Schacklette H.T., Boerngen J.G. (1984), Element concentrations in soils
and other surficial materials of the conterminous United States. U. S. 
Geological Survey Professional Paper 1270. Washington: United States 
Government Printing Office.

[133] Seda S., Hacer P. (2009), Spectroscopic and DFT studies of flurbiprofen as
dimer and its Cu(II) and Hg(II) complexes, Spectrochimica Acta Part A., 73, 
pp. 181-194.

[134] Seshadri S., Beiser A., Selhub J., Jacques PF., Rosenberg IH., D’Agostino
RB., et al.(2002), Plasma homocysteine as a risk factor for dementia and
Alzheimer’s disease, New England Journal of Medicine., 346, pp. 476-483. 
[135] Shibata A., Furukawa K., Abe H., Tsuneda S., Ito Y. (2008),

</div>
(150)<div class='page_container' data-page=150>

150

[136] Shiraishi Y., Sumiya S., Hirai T. (2010), A coumarin–thiourea conjugate
as a fluorescent probe for Hg(II) in aqueous media with a broad pH range 2–
12, Organic and Biomolecular Chemistry., 8, pp. 1310-1314.

[137] Sholl D.S., Steckel J.A. (2009), Density functional theory: A practical 
introduction. Published online: 11 AUG 2009. Print ISBN: 9780470373170. 
Online ISBN: 9780470447710. DOI: 10.1002/9780470447710. Published by
John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.

[138] Silva A.P.D., Moody T.S. and Wright G.D. (2009), Fluorescent PET
(Photoinduced Electron Transfer) sensors as potent analytical tools, Analyst., 
134, pp. 2385-2393.

[139] Soo-Yeon L., Sanghee L., Seung Bum P., Hae-Jo K. (2011), Highly
selective fluorescence turn-on probe for glutathione, Tetrahedron Letters., 
52(30), pp. 3902-3904.

[140] Su D., Teoh C.L., Sahu S., Das R.K., Chang Y.T., (2014), Live cells
imaging using a turn-on FRET-based BODIPY probe for biothiols.
Biomaterials, 35, pp. 6078-6085.

[141] Stobiecka M., Molinero A.A., Chalupa A., Hepel M. (2012),

Mercury/homocysteine ligation-induced ON/OFF-switching of a T-T

mismatch-based oligonucleotide molecular-beacon, Analytical Chemistry., 84,

pp. 4970-4978.

[142] Su H., Chen X., and Fang W. (2014), ON–OFF mechanism of a fluorescent

sensor for the detection of Zn(II), Cd(II), and Cu(II) transition metal ions,
Analytical Chemistry., 86 (1), pp. 891-899.

[143] Sumiya S., Sugii T., Shiraishi Y., Hirai T. (2011), A benzoxadiazole–
thiourea conjugate as a ﬂuorescent chemodosimeter for Hg(II) in aqueous
media, Journal of Photochemistry and Photobiology., 219, pp. 154-158. 
[144] Tang, B., Xing, Y., Li, P., Zhang, N., Yu, F., Yang, G. (2007), A

</div>
(151)<div class='page_container' data-page=151>

151

[145] Ulusoy H.I. (2014), Determination of trace inorganic mercury species in
water samples by cloud point extraction and UV-vis spectrophotometry,
Journal of AOAC International ., 97(1), pp. 238-244.

[146] Valeur B. (2001), Molecular Fluorescence: Principles and Applications. 
WileyVCH: WeinheimNew York Chichester Brisbane Singapore
-Toronto.

[147] Van Meurs JBJ., Dhonukshe-Rutten RAM., Pluijm SMF., van der Klift M.,
de Jonge R., Lindemans J., de Groot LCPGM., Hofman A., Witteman JCM.,
van Leeuwen JPTM., Breteler MMB., Lips P., Pols HAP., Uitterlinden AG.
(2004), Homocysteine levels and the risk of osteoporotic fracture, New 
England Journal of Medicine., 350(20), pp. 2033-2041.

[148] Van L.N., Ulf S., Kwangho N., Erik B. (2017), Thermodynamic stability
of mercury(II) complexes formed with environmentally relevant
low-molecular-mass thiols studied by competing ligand exchange and density
functional theory, Environmental Chemistry., 14(4), pp. 243-253.

[149] Vikas P., Ponnadurai R., Nagaiyan S. (2013), TD-DFT Study of excited-state

intramolecular proton transfer (ESIPT) of
2-(1,3-benzothiazol-2-yl)-5-(N,N-diethylamino)phenol with benzoxazole and benzimidazole analogues,
Procedia Computer Science., 18, pp. 797 – 805

[150] Venkatachalam S., Karunathana R., Kannappan V. (2013), Molecular
Modeling and Spectroscopic Studies of Benzothiazole, Journal of Chemistry.,

Volume 2013, Article ID 258519, 14 pages

[151] Wadt W.R., Hay P.J. (1985), Ab initio effective core potentials for molecular
calculations. Potentials for main group elements Na to Bi, Journal of 
Chemical Physics., 82, pp. 284-298.

</div>
(152)<div class='page_container' data-page=152>

152

[153] Wang H.F., Wu S.P. (2013), Highly selective ﬂuorescent sensors for
mercury(II) ions and their applications in living cell imaging, Tetrahedron, 69, 
pp. 1965-1969.

[154] Wang H., Zhou G., Gai H. and Chen X. (2012), A fluorescein-based probe
with high selectivity to cysteine over homocysteine and glutathione, Chemical 
Communications., 48, pp. 8341-8343.

[155] Wang L., Zhou Q., Zhu B., Yan L., Ma Z., Du B., Zhang X. (2012), A
colorimetric and fluorescent chemodosimeter for discriminative and
simultaneous quantification of cysteine and homocysteine,
Dyes and Pigments, 95(2), pp. 275-279.

[156] Warren J.H., (2003), A Guide to molecular mechanics and quantum chemical 
calculations, Wavefunction, Inc.

[157] Weinhold F., Landis C.R. (2001), Natural bond orbitals and extensions of
localized bonding concepts, Chemistry Education Research and Practice., 2, 
pp. 91-104.

[158] Wheeler S.E. and Houk K.N. (2009), Substituent effects in cation/π
interactions and electrostatic potentials above the center of substituted
benzenes are due primarily to through-space effects of the substituents,
Journal of the American Chemical Society ., 131(9), pp. 3126–3127.

[159] William R. S., and Eli R. (1968), Fluorescence of substituted
7-hydroxycoumarins, Analytical Chemistry., 40 (4), pp 803–805.

[160] Wolfram K., Max C.H. (2001), A chemist’s guide to density funtional theory, 
Villey-VCH.

[161] Wu J.S., Hwang I.C., Kim K.S., Kim J.S. (2007), Rhodamine-based Hg2+
-selective chemodosimeter in aqueous solution: fluorescent OFF-ON, Organic 
Letters., 9, pp. 907-910

</div>
(153)<div class='page_container' data-page=153>

153

[163] Weiying L., Lingliang L., Lin Y., Zengmei C., Bingbing C., and Wen T.
(2008), A ratiometric fluorescent probe for cysteine and homocysteine
displaying a large emission shift, Organic Letters., 10(24), pp. 5577-5580. 
[164] Xiong X., Song F., Chen G., Sun W., Wang J., Gao P., Zhang Y., Qiao B., Li

W., Sun S, Fan J., Peng X., (2013), Construction of long-wavelength

fluorescein analogues and their application as fluorescent probes, 
Chemistry European Journal., 19, pp. 6538-6545.

[165] Xiaofeng Y., Yixing G., and Robert M. S. (2012), A seminaphthoflu-
orescein-based fluorescent chemodosimeter for the highly selective detection
of cysteine, Organic and Biomolecular Chemistry ., 10(14), pp. 2739-2741. 
[166] Xiaohong C., Shaohua Q., LiXiao, Wangnan L., Ping H. (2018),

Thioacetalized coumarin-based fluorescent probe for mercury(II): ratiometric
response, high selectivity and successful bioimaging application, Journal of 
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry., 364, pp. 503-509.

[167] Xin Z., Xuejun J., Guangyan S., Dan L., and Xuesong W. (2012),
A cysteine probe with high selectivity and sensitivity promoted by
response-assisted electrostatic attraction, Chemical Communications., 48, pp. 8793-8795.

[168] Xin Z., Xuejun J., Guangyan S., and Xuesong W. (2013), A sensitive and
selective fluorescent probe for cysteine based on a new response-assisted
electrostatic attraction strategy: The role of spatial charge configuration,
Chemistry European Journal., 19, pp. 7817-7824.

[169] Xu H., Hepel M. (2011), “Molecular beacon”-based fluorescent assay for
selective setection of glutathione and cysteine, Analytical Chemistry., 83(3), 
pp. 813-819.

[170] Xu W., Jianzheng Lv., Xueying Y., Yong L., Fang H., Mengmeng
L., Jie Y., Xiuyun R., Bo T. (2014), Screening and investigation of a
cyanine fluorescent probe for simultaneous sensing of glutathione and cysteine
under single excitation, Chemical Communications., 50, pp. 15439-15442. 
[171] Yan-Fei K., Hai-Xia Q., Ya-Li M., Zhen-Hui X., Li-Ping G., Jin-Nan Z.,

</div>
(154)<div class='page_container' data-page=154>

154

detection of cysteine, Journal of Chemical Sciences., 129(8), pp. 1219-1223. 
[172] Yang Y., Zhao Q., Feng W., and Li F. (2013), Luminescent

chemodosimeters for bioimaging, Chemical Reviews., 113, pp. 192-270. 
[173] Yin C.X., Qu L.J., Huo F.J. (2014), A pyridoxal-based chemosensor for

visual detection of copper ion and its application in bioimaging, Chinese 
Chemical Letters., 25, pp. 1230-1234.

[174] Ying H., Cheol H. H., Gyoungmi K., Eun J. J., Jun Y., Hwan M. K., and
Juyoung Y. (2015), One-photon and two-photon sensing of biothiols using a
bis-pyreneCu(II) ensemble and its application to image GSH in the cells and
tissues, Analytical Chemistry., 87 (6), pp. 3308–3313.

[175] Yinhui L., Yu D., Jishan L., Jing Z., Huan Y., and Ronghua Y. (2012),
Simultaneous nucleophilic-substituted and electrostatic interactions for
thermal switching of spiropyran: A new approach for rapid and selective
colorimetric detection of thiol-containing amino acids, Analytical 
Chemistry., 84(11), pp. 4732-4738.

[176] Yawei L., Song Z., Xin L., Yuan-Qiang S., Jing L., and Wei G.
(2014), Constructing a fluorescent probe for specific detection of cysteine
over homocysteine and glutathione based on a novel cysteine-binding group
but-3-yn-2-one, Analyst., 139, pp. 4081-4087.

[177] Yin J., Kwon Y., Kim D., Lee D., Kim G., Hu Y., Ryu JH., Yoon J. (2015),
Preparation of a cyanine-based fluorescent probe for highly selective detection

of glutathione and its use in living cells and tissues of mice, Nature 
Protocols.,10, pp. 1742-1754.

[178] Yi L., Li H., Sun L., Liu L., Zhang C., Xi Z. (2009), A highly sensitive
fluorescence probe for fast thiol-quantification assay of glutathione reductase,
Angewandte Chemie International Edition., 48, pp. 4034-4037.

</div>
(155)<div class='page_container' data-page=155>

155

[180] Yong G.S., Jian H.Y., Yu L.D., Qi L. M., Jian H.C., Quan Q.X.,Ying Z., Jun
F. Z., Gao Z.G. (2013), 1,8-Naphthalimide–Cu(ІІ) ensemble based turn-on
fluorescent probe for the detection of thiols in organic aqueous media,
Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters., 23, pp. 2538-2542.

[181] Yuan X., Tay Y.Q., Dou X.Y., Luo Z.T., Leong D.T., Xie J.P.(2013),
Glutathione-protected silver nanoclusters as cysteine-selective fluorometric and
colorimetric probe, Analytical Chemistry., 85, pp. 1913-1919.

[182] Yuanyuan L., Song H., Yan L., Xianshun Z. (2011), Novel
hemicyanine dye as colorimetric and fluorometric dual-modal chemosensor for
mercury in water, Organic and Biomolecular Chemistry., 9, pp. 2606-2609. 
[183] Yordanova S., Stoianov S., Grabchev I., and Petkov I. (2013), Detection of

metal ions and protons with a new blue fluorescent bis(1,8-naphthalimide),
International Journal of Inorganic Chemistry, Article ID 628946,

[184] Zhao Y.G., Lin Z.H., He C., Wu H.M., Duan C.Y. (2006), A “turn-on”
fluorescent sensor for selective Hg(II) detection in aqueous media based on
metal-induced dye formation, Inorganic Chemistry., 45(25), pp. 10013-10015.

[185] Zhao C., Qu K.G., Song Y.J., Xu C., Ren J.S., Qu X.G. (2010), A reusable

DNA single-walled carbon-nanotube-based fluorescent sensor for highly
sensitive and selective detection of Ag+ and cysteine in aqueous solutions, 
Chemistry European Journal., 16(27), pp. 8147-8154.

[186] Zhiqian G., Weihong Z., Mingming Z., Xumeng W., He T. (2010),
Near-infrared cell-permeable Hg2+ - selective ratiometric fluorescent 
chemodosimeters and fast indicator paper for MeHg+ based on
tricarbocyanines, Chemistry - A European Journal., 16 (48), pp. 14424-14432. 
[187] Zhou L., Lin Y.H., Huang Z.Z., Ren J.S., Qu X.G. (2012), Carbon nanodots

</div>
(156)<div class='page_container' data-page=156>

156

[188] Zhou C., Xiao N., Li Y. (2014), Simple quinoline-based “turn-on” fluorescent
sensor for imaging copper (II) in living cells, Canadian Journal of Chemistry, 
92(11)., pp. 1092-1097.

[189] Zhu B., Guo B., Zhao Y., Zhang B., Du B., (2014), A highly sensitive
ratiometric fluorescent probe with a large emission shift for imaging
endogenous cysteine in living cells, Biosens Bioelectron., 55, pp. 72-75. 
[190] Zou Q., Zou L., Tian H. (2011), Detection and adsorption of Hg2+ by new

mesoporous silica and membrane material grafted with a chemodosimeter,
Journal of Materials Chemistry., 21, pp. 14441-14447.

</div>

thiết kế tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và hgii

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về