Tổng hợp nghiên cứu cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của các phức chất ni II với thiosemicacbazon p đimetyl amino benzanđehit

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

BIỆN THỊ TUYẾN

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO
VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
CÁC PHỨC CHẤT Ni(II) VỚI THIOSEMICACBAZON
P – ĐIMETYL AMINOBENZANĐEHIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2013


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

Biện Thị Tuyến

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TẠO
VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
CÁC PHỨC CHẤT Ni(II) VỚI THIOSEMICACBAZON
P – ĐIMETYL AMINOBENZANĐEHIT

Chun ngành: Hóa vơ cơ
Mã Số: 60 44 25
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Trịnh Ngọc Châu

Hà Nội - 2013


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Ngọc Châu,
đã giao đề tài và đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn
này.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Hóa Vơ cơ
- Khoa Hóa học, BGH, Phịng sau Đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành luận văn này
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, các thầy cô,
anh chị em trong trường THPT Thuận Thành số 1- Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp
đỡ và động viên em trong suốt khóa học.

Hà nội, tháng 5 năm 2013
Tác giả luận văn

Biện Thị Tuyến


CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
1

H - NMR: Phổ cộng hƣởng từ proton

13

C - NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C

IR, FT-IR: Phổ hấp thụ hồng ngoại
UV-Vis: Phổ hấp thụ electron
MS: Phổ khối lƣợng
ESI - MS: Phổ khối lƣợng ion hóa bằng phun electron
IC50: nồng độ ức chế 50%
EDTA: axit etylenđiamintetraaxetic

Hth: thiosemicacbazit

Hmth: N(4)-metyl thiosemicacbazit

Hpth: N(4)-phenyl thiosemicacbazit

Hthpmb: thiosemicacbazon p-đimetyl
amino benzanđehit


Hmthpmb: N(4)-metyl thiosemicacbazon
p-đimetyl amino benzanđehit

Hpthpmb: N(4)-phenyl thiosemicacbazon
p-đimetyl amino benzanđehit

MỤC LỤC
Trang
Mở đầu…………………………………………………………………………….

1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN………………………………………………………

3

1.1. Thiosemicacbazit và dẫn xuất của nó…………………………………………

3

1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon………………………………..

3

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

4

Và thiosemicacbazon
1.2. Một số ứng dụng của thiosemicacbazon và phức chất của chúng……………

7

1.3. Giới thiệu về niken……………………………………………………………

9

1.3.1. Niken…………………………………………………………………..

9

1.3.2. Khả năng tạo phức…………………………………………………….

10

1.4. Các phƣơng pháp nghiên cứu phức chất…………………………………….

11

1.4.1. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng…………………………………………..

11

1.4.2. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại…………………………………

12

1.4.3. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân…………………………….

15

1.4.4. Phƣơng pháp phổ hấp thụ electron……………………………………..

21

1.4.4.1. Các kiểu chuyển mức electron trong phân tử phức chất………

21

a. Chuyển mức trong nội bộ phối tử…………………………..

21

b. Sự chuyển mức chuyển điện tích…………………………..

22

c. Sự chuyển d – d…………………………………………….

22

1.4.4.2. Sự tách các số hạng năng lƣợng của ion trung tâm ……………

23

trong các trƣờng đối xứng khác nhau
1.4.4.3. Phổ hấp thụ electron của các phức chất Ni(II)…………………

24

a. Phức bát diện………………………………………………..

24

b. Phức chất tứ diện……………………………………………

24

c. Phức chất vuông phẳng………………………………….......

25

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM…………………………………………………...

26

2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật thực nghiệm…………………………..

26

2.1.1. Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………….

26

2.1.2. Hóa chất………………………………………………………………..

26


2.1.3. Kỹ thuật thực nghiệm………………………………………………….

27

2.1.3.1. Các điều kiện ghi phổ………………………………………….

27

2.1.3.2. Các phần mềm hỗ trợ giải phổ………………………………..

27

a. Phần mềm hỗ trợ giải phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C

27

b. Phần mềm hỗ trợ giải phổ khối lƣợng……………………….

28

2.1.3.3. Xác định hàm lƣợng kim loại trong phức chất………………..

29

a. Phá mẫu phức của niken…………………………………….

29

b. Xác định hàm lƣợng niken trong phức chất…………………

29

2.1.3.4. Phƣơng pháp thủ hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của
các phối tử và các phức chất…………………………………..

29

2.2. Tổng hợp phối tử và phức chất……………………………………………….

30

2.2.1. Tổng hợp phối tử………………………………………………………

30

2.2.2. Tổng hợp phức chất…………………………………………………...

32

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………………………...

34

3.1. Phân tích hàm lƣợng kim loại trong phức chất……………………………….

34

3.2. Phổ khối lƣợng của các phức chất……………………………………………

34

3.3. Nghiên cứu phức chất bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………….

37

3.4. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử và phức chất……….

43

3.4.1. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C của các phối tử………………..

43

3.4.2. Phổ cộng hƣởng từ proton của các phức chất………………………….

55

3.5. Nghiên cứu phối tử và phức chất bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ electron…..

59

3.6. Kết quả thăm dị hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất………………..

62

KẾT LUẬN………………………………………………………………………..

63

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………

64


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

1.1.

Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ IR của thiosemicacbazit

13

1.2.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của Hth

19

1.3.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 1H - NMR của Hmth

19

1.4.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của Hmth

19

1.5.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 1H - NMR của Hpth

20

1.6.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của Hpth

20

1.7.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 1H - NMR của pmb

20

1.8.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C - NMR của pmb

20

1.9.

Bảng tách các số hạng năng lƣợng trong các trƣờng đối xứng khác

24

nhau
2.1.

Các thiosemicacbazon tổng hợp đƣợc

32

2.2.

Các phức chất, màu sắc và một số dung mơi hịa tan chúng

33

3.1.

Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất

34

3.2.

Khối lƣợng mol của các phức chất theo công thức phân tử giả định

36

và thực nghiệm
3.3.

Cƣờng độ tƣơng đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

36

trên phổ khối lƣợng và theo lý thuyết của phức chất Ni(thpmb)2
3.4.

Cƣờng độ tƣơng đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

37

trên phổ khối lƣợng và theo lý thuyết của phức chất Ni(mthpmb)2
3.5.

Cƣờng độ tƣơng đối của các pic đồng vị trong cụm pic ion phân tử

37

trên phổ khối lƣợng và theo lý thuyết của phức chất Ni(pthpmb)2
3.6.

Các dải hấp thụ đặc trƣng trong phổ của Hthpmb, Ni(thpmb)2,

42

Hmthpmb, Ni(mthpmb)2, Hpthpmb và Ni(pthpmb)2
3.7.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 1H-NMR của các phối tử

51

3.8.

Các tín hiệu cộng hƣởng trong phổ 13C-NMR của các phối tử

51

3.9.

Các tín hiệu trong phổ cộng hƣởng từ proton của các phức chất

57


3.10. Các cực đại hấp thụ trên phổ UV-Vis của các phối tử và phức chất

61

3.11. Kết quả thủ hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

62


DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1.

Sự tách mức năng lƣợng của các obitan d và sự sắp xếp electron của

10

ion Ni2+ (d8) trong các trƣờng đối xứng Oh, D4h (bát diện lệch) và D4h
vuông phẳng
1.2

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của thiosemicacbazit

19

1.3

Phổ cộng hƣởng từ proton (chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

19

13

1.4

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C (chuẩn) của N(4)-metyl thiosemicacbazit

19

1.5

Phổ cộng hƣởng từ proton (chuẩn) của N(4)-phenyl thiosemicacbazit

20

1.6

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của N(4)-phenyl thiosemicacbazit

20

1.7

Phổ cộng hƣởng từ proton (chuẩn) p-đimetylamino benzanđehit

20

1.8

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (chuẩn) của p-đimetylamino benzanđehit

20

3.1

Phổ khối lƣợng của phức chất Ni(thpmb)2

34

3.2

Phổ khối lƣợng của phức chất Ni(mthpmb)2

35

3.3

Phổ khối lƣợng của phức chất Ni(pthpmb)2

35

3.4

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hthpmb

39

3.5

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Ni(thpmb)2

39

3.6

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hmthpmb

40

3.7

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Ni(mthpmb)2

40

3.8

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Hpthpmb

41

3.9

Phổ hấp thụ hồng ngoại của Ni(pthpmb)2

41

3.10 Phổ cộng hƣởng từ proton của thiosemicacbazit

44

3.11 Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hthpmb

45

3.12 Phổ cộng hƣởng từ proton (mô phỏng) của phối tử Hthpmb

45

13

3.13 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hthpmb

46

3.14 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (mô phỏng) của phối tử Hthpmb

46

3.15 Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hmthpmb

47

3.16 Phổ cộng hƣởng từ proton (mô phỏng) của phối tử Hmthpmb

47

3.17 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C của phối tử Hmthpmb

48

3.18 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C (mô phỏng) của phối tử Hmthpmb

48


3.19 Phổ cộng hƣởng từ proton của phối tử Hpthpmb

49

3.20 Phổ cộng hƣởng từ proton (mô phỏng) của phối tử Hpthpmb

49

13
3.21 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C của phối tử Hpthpmb

50

13

3.22 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân C (mô phỏng) của phối tử Hpthpmb

50

3.23 Phổ cộng hƣởng từ proton của phức chất Ni(thpmb)2

55

3.24 Phổ cộng hƣởng từ proton của phức chất Ni(mthpmb)2

56

3.25 Phổ cộng hƣởng từ proton của phức chất Ni(pthpmb)2

56

3.26 Phổ UV- Vis của phối tử Hthpmb và phức chất Ni(thpmb)2

59

3.27 Phổ UV- Vis của phối tử Hmthpmb và phức chất Ni(mthpmb)2

60

3.28 Phổ UV- Vis của phối tử Hpthpmb và phức chất Ni(pthpmb)2

60


MỞ ĐẦU

Phức chất đã và đang là đối tƣợng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi
những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đối với y học
trong việc chống lại một số dòng vi khuẩn, virut. Từ khi phát hiện hoạt tính ức chế
sự phát triển ung thƣ của phức chất cis - platin [Pt(NH3)2Cl2] vào năm 1969, nhiều
nhà hóa học và dƣợc học đã chuyển sang nghiên cứu hoạt tính sinh học của các
phức chất kim loại chuyển tiếp. Trong số đó, phức chất của các kim loại chuyển tiếp
với các phối tử hữu cơ nhiều chức, nhiều càng, có khả năng tạo hệ vịng lớn có cấu
trúc gần giống với cấu trúc của các hợp chất trong cơ thể sống đƣợc quan tâm hơn cả.
Một trong số các phối tử kiểu này là thiosemicacbazon và các dẫn xuất của nó.
Việc nghiên cứu các phức chất của thiosemicacbazon với các kim loại
chuyển tiếp đang thu hút nhiều nhà hóa học, dƣợc học, sinh - y học trên thế giới bởi
sự đa dạng về thành phần, cấu trúc và kiểu phản ứng của thiosemicacbazon. Ngày
nay, hàng năm có hàng trăm cơng trình nghiên cứu hoạt tính sinh học, kể cả hoạt
tính chống ung thƣ của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng đăng trên các
tạp chí Hóa học, Dƣợc học, Y- sinh học v.v... nhƣ Polyhedron, Inorganica Chimica
Acta, Inorganic Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry,
Toxicology and Applied Pharmacology, Bioinorganic & Medicinal Chemistry,
Journal of Inorganic Biochemistry v.v...
Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các
thiosemicacbazon và phức chất của chúng với các kim loại khác nhau, nghiên cứu
cấu trúc của các sản phẩm và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng.
Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm đƣợc các hợp chất

có hoạt tính cao đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh - y học khác nhƣ không
độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho tế bào lành... để dùng làm thuốc
chữa bệnh cho ngƣời và vật ni.
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tơi chọn đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu
cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học của các phức chất Ni(II) với
thiosemicacbazon p-đimetyl aminobenzanđehit” với hy vọng những kết quả thu
đƣợc sẽ đóng góp một phần nhỏ dữ liệu cho lĩnh vực nghiên cứu phức chất của

1


thiosemicacbazon nói chung và hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và
phức chất của chúng nói riêng.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. THIOSEMICACBAZIT VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ
1.1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181-183oC. Kết
quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc nhƣ sau:
(1)

H2N

Gãc liªn kÕt MËt ®é ®iƯn tÝch
(2)

(1)

d NH
a
C c
H2N

(4)

d=122.5

S

b

N =
(2)
N =
C(4) =
N =
S =

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

-0.051
0.026

-0.154
0.138
-0.306

Trong đó các nguyên tử N(1), N(2), N(4), C, S nằm trên cùng một mặt phẳng. Ở
trạng thái rắn, phân tử thiosemicacbazit có cấu hình trans (ngun tử S nằm ở vị trí
trans so với nhóm NH2) [1].
Khi thay thế một nguyên tử hiđro trong nhóm N(4)H2 bằng các gốc
hiđrocacbon khác nhau ta thu đƣợc các dẫn xuất thế của thiosemicacbazit. Ví dụ:
N(4) - phenyl thiosemicacbazit, N(4) - allyl thiosemicacbazit, N(4) - etyl
thiosemicacbazit, N(4) - metyl thiosemicacbazit …
Khi thiosemicacbazit hoặc dẫn xuất thế của nó ngƣng tụ với các hợp chất
cacbonyl sẽ tạo thành các thiosemicacbazon tƣơng ứng theo sơ đồ 1.1 (R’’: H, CH3,
C2H5, C3H5, C6H5...).
R

+

C





H2N

R'

N
H

C

R'

NHR''

S

C

N

O

H

N
H

C

NHR''

S

R

R
C

R'

H
+

+

O

R

N

N
H

C

NHR''

H2O

R'

C

N

N
H

OH H

S

Sơ đồ 1.1: Cơ chế phản ứng ngưng tụ tạo thành thiosemicacbazon

3

C
S

NHR''


Phản ứng tiến hành trong môi trƣờng axit theo cơ chế A N. Trong điều kiện
thƣờng, phản ứng ngƣng tụ chỉ xảy ra ở nhóm N(1)H2 hiđrazin [5] vì trong số các
nguyên tử N của thiosemicacbazit cũng nhƣ dẫn xuất thế N(4) của nó, nguyên tử N(1)
có mật độ điện tích âm lớn nhất.
1.1.2. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các thiosemicacbazit và
thiosemicacbazon
Jensen là ngƣời đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của
thiosemicacbazit [1]. Ông đã tổng hợp, nghiên cứu phức chất của thiosemicacbazit
với Cu(II), Ni(II), Co(II) và đã chứng minh rằng trong các hợp chất này
thiosemicacbazit phối trí hai càng qua nguyên tử S và N(1). Trong q trình tạo
phức, phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis,
đồng thời xảy ra sự chuyển nguyên tử H từ N(2)H sang nguyên tử S và nguyên tử H
này bị thay thế bởi kim loại.
NH2

NH2
N
H2N

H2N

NH

N

C

C

D¹ng thion

HS

C

C

H2N

S

N

M

H2N

M

S

S

S

NH2

NH2

N

H2N

NH2
C

M

N

C

D¹ng thiol

NH2

cis

H2N

S
trans

Sơ đồ 1.2: Sự tạo phức của thiosemicacbazit

Sau Jensen, nhiều tác giả khác cũng đƣa ra kết quả nghiên cứu về sự tạo
phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác. Nghiên cứu phức chất
của thiosemicacbazit với Ni(II) [18] và Zn(II) [19] bằng các phƣơng pháp từ hoá,
phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, các tác giả cũng đƣa ra kết luận rằng
liên kết giữa phân tử thiosemicacbazit với nguyên tử kim loại đƣợc thực hiện trực
tiếp qua nguyên tử S và nguyên tử N(1), đồng thời khi tạo phức phân tử
thiosemicacbazit tồn tại ở cấu hình cis. Kết luận này cũng đƣợc khẳng định khi các

4


tác giả [18, 21] nghiên cứu phức của thiosemicacbazit với một số ion kim loại nhƣ
Pt(II), Pd(II), Co(II).
Nhƣ vậy, thiosemicacbazit có xu hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí bằng
hai và liên kết đƣợc thực hiện qua nguyên tử S và N(1). Để thực hiện kiểu phối trí
này cần phải tiêu tốn năng lƣợng cho quá trình chuyển phân tử từ cấu hình trans
sang cấu hình cis và chuyển vị nguyên tử H từ N(2) sang nguyên tử S. Năng lƣợng
này đƣợc bù trừ bởi năng lƣợng dƣ ra do việc tạo thêm một liên kết và hiệu ứng
đóng vịng [1]. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp, do khó khăn về lập thể,
thiosemicacbazit đóng vai trị nhƣ một phối tử một càng và giữ ngun cấu hình

trans, khi đó liên kết đƣợc thực hiện qua nguyên tử S. Một số ví dụ điển hình về kiểu
phối trí này là phức của thiosemicacbazit với Ag(I) [25].
Sự đa dạng của các hợp chất cacbonyl làm cho các thiosemicacbazon phong
phú cả về số lƣợng và tính chất. Cũng nhƣ thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon
và các dẫn xuất của chúng có khuynh hƣớng thể hiện dung lƣợng phối trí cực đại.
Nếu phần hợp chất cacbonyl khơng chứa ngun tử có khả năng tạo phức thì
thiosemicacbazon đóng vai trị nhƣ phối tử hai càng giống nhƣ thiosemicacbazit. Ví
dụ: các thiosemicacbazon của benzanđehit, xyclohexanon, axetophenon, octanal,
menton…

dạng thion

dạng thiol

tạo phức

Sơ đồ 1.3: Sự tạo phức của thiosemicacbazon 2 càng (R (H, CH3, C2H5, C6H5…))

Nếu ở phần hợp chất cacbonyl có thêm nguyên tử có khả năng tham gia phối
trí (D) và nguyên tử này đƣợc nối với nguyên tử N(1) qua hai hay ba nguyên tử trung
gian thì khi tạo phức, thiosemicacbazon này thƣờng có khuynh hƣớng thể hiện dung
lƣợng phối trí bằng 3 với bộ nguyên tử cho là D, N(1), S. Ví dụ: thiosemicacbazon
hay dẫn xuất thiosemicacbazon của salixylanđehit (H2thsa hay H2pthsa), isatin
(H2this hay H2pthis), axetylaxeton (H2thac hay H2pthac), pyruvic (H2thpyr hay

5


H2pthpyr)... Trong phức chất của chúng với Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+..., các phối tử này
có bộ nguyên tử cho là O, S, N cùng với sự hình thành các vịng 5 hoặc 6 cạnh bền

[1, 4, 6]. Mơ hình tạo phức của phối tử thiosemicacbazon ba càng đã đƣợc các tác
giả [1, 4] xác định nhƣ sau:
D

D
M

M

hc

S

N

S

N

N

N
NH2

NH2

H

a)

a')

Các thiosemicacbazon bốn càng thƣờng đƣợc điều chế bằng cách ngƣng tụ
hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl.
NHR
N
R

O
+
C
O

R'

NHR''

H2N

C

2

N
H

R

C
SH

N
C

2 H2O

+

C
C

S

R'

N

SH
N

C
NHR''

Sơ đồ 1.4: Sự hình thành thiosemicacbazon 4 càng

Các phối tử bốn càng loại này có bộ
nguyên tử cho N, N, S, S nằm trên cùng một
mặt phẳng và do đó chúng chiếm bốn vị trí

N

phối trí trên mặt phẳng xích đạo của phức chất

N
HN

Cu

tạo thành.

NH

S

ClO4-

+

N

Trong một số ít trƣờng hợp, do khó khăn

HN

S

N
N

về lập thể các thiosemicacbazon mới thể hiện

vai trò của phối tử một càng [26]. Ví dụ nhƣ

6

(I)

(II)


phức chất của Cu(II) với N(4) - phenyl thiosemicacbazon 2-benzoylpyriđin [26] có
cấu tạo nhƣ hình trên. Trong đó, phối tử thứ hai đóng vai trị là phối tử 1 càng còn
phối tử thứ nhất là phối tử 3 càng.
1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIOSEMICACBAZON VÀ PHỨC CHẤT CỦA
CHÚNG

Các phức chất của thiosemicacbazon đƣợc quan tâm rất nhiều không chỉ vì ý
nghĩa khoa học mà các hợp chất này cịn nhiều khả năng ứng dụng trong thực tiễn.
Các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm đến hoạt tính sinh học của
các thiosemicacbazon và phức chất của chúng. Hiện nay, ngƣời ta nghiên cứu các
phức chất trên cơ sở thiosemicacbazon với mong muốn tìm kiếm các hợp chất có
hoạt tính sinh học cao, ít độc hại dùng trong y dƣợc.
Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon đƣợc phát hiện đầu tiên bởi
Domagk. Khi nghiên cứu các thiosemicacbazon, ông đã nhận thấy một số hợp chất
có hoạt tính kháng khuẩn [4]. Sau phát hiện của Domagk, một số tác giả khác [9,
22] cũng đƣa ra kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit,
thiosemicacbazon cũng nhƣ phức chất của chúng. Tác giả [36] cho rằng tất cả các
thiosemicacbazon của dẫn xuất thế para của benzanđehit đều có khả năng diệt vi
trùng lao. Trong đó p-axetaminobenzanđehit thiosemicacbazon (thiacetazon - TB1)
đƣợc xem là thuốc chữa bệnh lao hiệu nghiệm nhất hiện nay.
H3C

C

NH

CH N

O

NH C
S

NH2

(TB1)

Ngoài TB1, các thiosemicacbazon của pyriđin-3, 4-etyl sunfobenzanđehit
(TB3) và pyriđin-4 cũng đang đƣợc sử dụng để chữa bệnh lao. Thiosemicacbazon
isatin đƣợc dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm thuốc sát trùng.
Thiosemicacbazon của monoguanyl hiđrazon có khả năng diệt khuẩn gam (+)....
Phức chất của thiosemicacbazit với các muối clorua của mangan, niken, coban đặc
biệt là kẽm đƣợc dùng làm thuốc chống thƣơng hàn, kiết lị, các bệnh đƣờng ruột và

7


diệt nấm [1]. Phức chất của đồng (II) với thiosemicacbazit có khả năng ức chế sự
phát triển của tế bào ung thƣ [31].
Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các
thiosemicacbazon và phức chất với một số kim loại chuyển tiếp nhƣ Cu, Ni, Mo ...

Tác giả [1] đã tổng hợp và thăm dị hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit (Hth),
thiosemicacbazon salixylanđehit (H2thsa), thiosemicacbazon isatin (H2this) và phức
chất của chúng. Kết quả thử khả năng ức chế sự phát triển khối u cho thấy cả hai
phức chất Cu(Hthis)Cl và Mo(Hth)3Cl3 đều có tác dụng làm giảm mật độ tế bào ung
thƣ, giảm tổng số tế bào và từ đó đã làm giảm chỉ số phát triển của u. Khả năng ức
chế sự phát triển tế bào ung thƣ SARCOMAR-TG180 trên chuột trắng SWISS của
Cu(Hthis)Cl là 43,99% và của Mo(Hth)3Cl3 là 36,8%.
Tiếp sau đó, các tác giả [4, 6] đã tổng hợp và nghiên cứu phức chất của
Pt(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) với một số thiosemicacbazon. Kết quả cho thấy, các
phức chất của Pt(II) với N(4) - phenyl thiosemicacbazon isatin, thiosemicacbazon
furanđehit có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thƣ gan, ung thƣ màng
tim, ung thƣ màng tử cung. Phức chất của Pt(II) với N(4) - metyl thiosemicacbazon
isatin, N(4) - metyl thiosemicacbazon furanđehit đều có khả năng ức chế tế bào ung
thƣ màng tim và ung thƣ biểu mô ở ngƣời.
Tác giả [8] đã tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất giữa
Co(II), Ni(II), Cu(II) với các thiosemicacbazon mà hợp chất cacbonyl có nguồn gốc
từ tự nhiên nhƣ octanal, campho, xitronenlal, mentonua. Trong số đó, phức chất
Cu(II) của các phối tử thiosemicacbazon xitronenal và thiosemicacbazon menton
đều có khả năng ức chế mạnh trên cả hai dòng tế bào ung thƣ gan và phổi.
Gần đây, Sivadasan Chettian và các cộng sự đã tổng hợp những chất xúc tác
gồm phức chất của thiosemicacbazon với một số kim loại chuyển tiếp trên nền
polistiren [20]. Đây là những chất xúc tác dị thể đƣợc sử dụng trong phản ứng tạo
nhựa epoxy từ xyclohexen và stiren. Các phức chất của Pd với thiosemicacbazon
cũng có thể làm xúc tác khá tốt cho phản ứng nối mạch của anken (phản ứng Heck)
[23].

8


Một số thiosemicacbazon cũng đã đƣợc sử dụng làm chất ức chế q trình ăn

mịn kim loại. Offiong O.E. đã nghiên cứu tác dụng chống ăn mòn kim loại của
N(4) - metyl thiosemicacbazon, N(4) - phenylthiosemicacbazon của 2-axetylpyriđin
đối với thép nhẹ (98%Fe). Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả ức chế cực đại của
chất đầu là 74,59% còn chất sau đạt 80,67% [15].
Các thiosemicacbazon còn đƣợc sử dụng trong hóa học phân tích để tách
cũng nhƣ xác định hàm lƣợng của nhiều kim loại. Ví dụ: phƣơng pháp trắc quang
đã đƣợc sử dụng để xác định hàm lƣợng của Cu(II) và Ni(II) trong dầu ăn và dầu
của một số loại hạt dựa trên khả năng tạo phức của chúng với 1-phenyl-1,2propanđion-2-oxim thiosemicacbazon [33], xác định hàm lƣợng Zn(II) trong cơ thể
ngƣời và các mẫu thuốc dựa trên khả năng tạo phức với phenanthraquinon
monophenyl thiosemicacbazon [30]… Nhiều cơng trình nghiên cứu trong lĩnh vực
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [24] đã sử dụng các thiosemicacbazon để tách và
xác định hàm lƣợng các ion kim loại nặng độc hại, đặc biệt là Hg và Cd. Bên cạnh
đó, nhiều tác giả đã chế tạo đƣợc các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các
thiosemicacbazon nhƣ: điện cực chọn lọc ion Cu2+ trên cơ sở benzil
(bisthiosemicacbazon) [29]; điện cực chọn lọc ion Hg2+ trên cơ sở salixylanđehit
thiosemicacbazon

[32];

điện

cực

chọn

lọc

ion

Al3+

trên

cơ

sở

glyoxal(bisthiosemicacbazon) [36]… Các điện cực này có thời gian phục hồi nhanh,
khoảng nồng độ làm việc rộng và thời gian sử dụng dài. Đây là một hƣớng mới
trong nghiên cứu các ứng dụng của thiosemicacbazon.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ NIKEN
1.3.1. Niken
Niken là kim loại chuyển tiếp thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIB trong bảng hệ
thống tuần hồn các ngun tố hố học. Niken là kim loại có màu trắng, tƣơng đối
cứng, ở dạng bột có màu đen, có thể tự cháy trong khơng khí. Trong các hợp chất,
niken có số oxi hố là +2, +3 trong đó trạng thái oxi hố +3 rất kém bền. Trong tự
nhiên, niken tồn tại các đồng vị khác nhau, trong đó đồng vị Niken có nguyên tử
khối 58 đ.v.C chiếm tỉ lệ số nguyên tử nhiều nhất.

9


58

Ni : 67,76%

60

Ni : 26,16%

61

Ni : 1,25%

62

Ni : 3,67%

64

Ni : 1,16%

1.3.2. Khả năng tạo phức
Ion Ni2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d8, có khả năng tạo phức lớn,
bền trong mơi trƣờng nƣớc, cho dung dịch màu xanh lục sáng tạo nên bởi phức aqua
[Ni(H2O)6]2+.
Các phức chất của niken (II) có số phối trí thay đổi từ 3 đến 6 và dạng hình
học thay đổi từ tam giác (số phối trí 3), tứ diện và vng phẳng (số phối trí 4), chóp
đáy vng và lƣỡng chóp tam giác (số phối trí 5) đến bát diện (số phối trí 6).
dx2-y2

dxy

dz2

dxz, dyz

Tứ diện Td

Ion tự do

Bát diện Oh

Bát diện lệch D4h

Vng phẳng D4h

Hình 1.1. Sự tách mức năng lượng của các obitan d và sự sắp xếp electron của ion
Ni2+ (d8) trong các trường đối xứng Oh, D4h (bát diện lệch) và D4h vuông phẳng.
Từ hình 1.1, chúng ta thấy rằng đối với phức chất vuông phẳng, 8 electron đƣợc sắp
xếp trên 4 obitan dxz, dyz, dz2 và dxy trạng thái này có mức năng lƣợng thấp nhất nên

10


ion Ni2+ có xu hƣớng tạo phức chất vng phẳng. Điều này phù hợp với thực tế là
Ni2+ tạo nhiều phức chất vuông phẳng nhất, đặc biệt là các phối tử hữu cơ hai càng
[3].
Ngoài ra, các phức chất của Ni(II) cịn phổ biến với số phối trí 4 (tứ diện) và
số phối trí 6 (bát diện). Nhiều nghiên cứu cho thấy các phối tử trƣờng mạnh thƣờng
tạo với Ni2+ những phức chất vuông phẳng nghịch từ nhƣ [Ni(CN)4]2–. Các phối tử
trƣờng yếu tạo phức chất tứ diện nhƣ [NiCl4]2–... cịn với phối tử thuộc trƣờng trung
bình thƣờng tạo với Ni2+ những phức bát diện, thuận từ nhƣ [Ni(H2O)6]2+,
[Ni(NH3)6]2+...[3].
Khi tạo phức với thiosemicacbazon, Ni2+ thƣờng thể hiện số phối trí 4, liên
kết đƣợc thực hiện qua bộ nguyên tử cho là N (1) và S [1, 4, 6, 8].
1.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT
1.4.1. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng
Phƣơng pháp phổ khối là phƣơng pháp khá hiện đại và quan trọng trong việc
xác định một cách định tính và định lƣợng thành phần cũng nhƣ cấu trúc của các

hợp chất hoá học. Ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp này là có độ nhạy cao, cho
phép xác định chính xác phân tử khối của các hợp chất.
Cơ sở của phƣơng pháp phổ khối lƣợng đối với các chất hữu cơ là sự bắn phá
các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phần tử mang năng lƣợng cao để
biến chúng thành các ion phân tử mang điện tích dƣơng hoặc phá vỡ thành các
mảnh ion, các gốc. Tuỳ thuộc vào cấu tạo và tính chất của chất nghiên cứu mà
ngƣời ta chọn phƣơng pháp bắn phá và năng lƣợng bắn phá thích hợp.
Hiện nay, trong phƣơng pháp phổ khối ngƣời ta thƣờng áp dụng các phƣơng
pháp ion hoá khác nhau nhƣ: ion hoá hoá học (CI), ion hoá bằng phƣơng pháp bụi
electron (ESI), bắn phá bằng nguyên tử tăng tốc (FAB), phun mù electron dùng khí
trợ giúp (PAESI). Các phƣơng pháp này đều có những ƣu và nhƣợc điểm riêng.
Tuy nhiên, trong số các phƣơng pháp trên, phƣơng pháp bụi electron phù hợp nhất
và đƣợc sử dụng để nghiên cứu các phức chất của kim loại. Ƣu điểm của phƣơng
pháp này là năng lƣợng ion hoá thấp do đó khơng phá vỡ hết các liên kết phối trí

11


giữa kim loại và phối tử. Dựa vào phổ khối lƣợng có thể thu đƣợc các thơng tin
khác nhau nhƣ khối lƣợng phân tử chất nghiên cứu, các mảnh ion phân tử, tỉ lệ các
pic đồng vị. Từ các thông tin này có thể xác định đƣợc cơng thức phân tử của phức
chất.
Khi trong phức chất nghiên cứu chứa nguyên tử của các ngun tố có nhiều
đồng vị thì pic ion phân tử sẽ tồn tại dƣới dạng một cụm pic của các pic đồng vị.
Cƣờng độ tƣơng đối giữa các pic trong cụm pic đồng vị cho ta thông tin để xác nhận
thành phần phân tử của hợp chất nghiên cứu. Muốn vậy, ngƣời ta đƣa ra công thức
phân tử giả định của hợp chất nghiên cứu, tính tốn lý thuyết cƣờng độ tƣơng đối
của các pic đồng vị. Sau đó so sánh với cƣờng độ của các pic trong phổ thực
nghiệm để đánh giá sự tƣơng quan giữa lý thuyết và thực nghiệm, từ đó có thể
khẳng định công thức phân tử phức chất giả định là hợp lý hay khơng. Việc tính

tốn lý thuyết đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm Isotope Distribution
Calculator.
Trong phổ khối lƣợng, ngồi việc khai thác thơng tin từ pic ion phân tử
ngƣời ta cịn khai thác thơng tin từ các mảnh ion phân tử. Dựa trên các mảnh ion
phân tử nhận đƣợc từ khối phổ có thể đƣa ra những dự đoán về sơ đồ phân mảnh
của phân tử nghiên cứu. Hiện nay, có rất ít cơng trình cơng bố về sơ đồ phân mảnh
dựa trên việc nghiên cứu khối phổ của phức chất.
1.4.2. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
Khi hấp thụ những bức xạ trong vùng hồng ngoại, năng lƣợng phân tử tăng
lên 8 - 40 kJ/mol. Đây chính là khoảng năng lƣợng tƣơng ứng với tần số của dao
động biến dạng và dao động quay của các liên kết trong hợp chất cộng hoá trị. Sự
hấp thụ xảy ra khi tần số của tia tới bằng với tần số dao động riêng của một liên kết
nào đó trong phân tử. Tần số dao động riêng của các liên kết trong phân tử đƣợc
tính theo cơng thức [7]:



1 k
2c 

trong đó

12


: khối lƣợng rút gọn, m1m2/(m1+m2)
k: hằng số lực tƣơng tác, phụ thuộc bản chất liên kết
c: tốc độ ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s
tần số dao dộng riêng của liên kết
Nhƣ vậy mỗi liên kết có một tần số dao động riêng xác định, phụ thuộc vào

bản chất các nguyên tố tham gia liên kết và mơi trƣờng mà liên kết đó tồn tại. Khi
tham gia tạo liên kết phối trí với các ion kim loại, các dải hấp thụ của nhóm đang
xét sẽ bị chuyển dịch về vị trí và thay đổi về cƣờng độ. Từ sự dịch chuyển về vị trí
và sự thay đổi về cƣờng độ chúng ta sẽ thu đƣợc một số thơng tin về mơ hình tạo
phức của phối tử.
Phổ hấp thụ hồng ngoại đã đƣợc sớm sử dụng trong việc nghiên cứu các
thiosemicacbazon cũng nhƣ phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp. Tuy
nhiên, do cấu tạo phức tạp của hợp chất thiosemicacbazon mà các tính tốn lý
thuyết để đƣa ra các quy kết cụ thể còn gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, việc quy kết
các dải hấp thụ trong phân tử và trong phức chất của chúng còn chủ yếu dựa vào
phƣơng pháp gần đúng dao động nhóm. Hiện nay, sự quy kết các dải hấp thụ trong
phổ của các thiosemicacbazit và thiosemicacbazon vẫn chƣa hoàn toàn thống nhất.
Tài liệu [1] đã tổng quan khá hệ thống các nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của
thiosemicacbazit và qui kết các dải hấp thụ chính nhƣ ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các dải hấp thụ thụ chính trong phổ hấp thụ hồng ngoại của thiosemicacbazit
i

cm1

Quy kết

i

cm1

Quy kết

1

3380

as(N4H2)

8

1545

(CN4)

2

3350

as(N1H2)

9

1490

(HNC,HNN)

3

3290

s(N4H2)

10

1420

as(CNN)

4

3210

s(N1H2)

11

1320

s(CNN)

5

1600

(NH)

12

1295

as(NNH)

6

1650

(HN4H)

13

1018

as(HN4C)

7

1628

(HN1H)

14

810

(CS)

13


Trong các tài liệu khác nhau [1, 4, 7], đều có chung nhận xét dải hấp thụ đặc
trƣng cho dao động hố trị của nhóm C = S thay đổi trong một khoảng rộng từ 830 805 cm1 và dải này có xu hƣớng giảm cƣờng độ và chuyển dịch về phía số sóng
thấp hơn khi tham gia tạo phức. Các tác giả đã đề cập đến việc qui gán dải hấp thụ
đặc trƣng cho nhóm CS trong phối tử tồn tại dƣới dạng C = S, khi chuyển vào phức
chất dải này chuyển về khoảng 650 - 700 cm-1, dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động
hóa trị của nhóm C – S. Và trong các phức chất của thiosemicacbazon cũng không

thấy xuất hiện dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động của nhóm SH ở khoảng 2700 2500 cm-1. Điều này đƣợc giải thích là sau sự thiol hóa của phối tử khi tạo phức
nguyên tử hiđro đã bị tách ra để ion kim loại liên kết với nguyên tử S. Một bằng
chứng nữa cho sự thiol hóa là sự xuất hiện thêm dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động
hóa trị nhóm N = C. Dải hấp thụ của dao động N = C và C = O cũng thay đổi trong
một khoảng tƣơng đối rộng từ 1500 - 1700 cm-1, nhƣng dải hấp thụ của dao động C
= N mạnh hơn nhiều so với C = O. Các dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động nhóm C
= O của anđehit, xeton hay axit cacboxylic đều dao động xung quanh 1700 cm-1. Vì
vậy, để phân biệt dải hấp thụ này ngƣời ta cần chú ý tới một số điểm sau: đối với
hợp chất có nhóm chức anđehit ngồi dao động nhóm C = O cịn xuất hiện thêm dải
hấp thụ của nhóm C – H ở khoảng 2700 - 2800 cm-1, nếu là axit cacboxylic xuất
hiện thêm dải hấp thụ của nhóm OH quanh 2500 - 3500 cm-1, tuy nhiên vùng này
cũng có dải hấp thụ đặc trƣng cho dao động nhóm NH. Khi đó, chúng ta cần xét đến
đặc điểm của dải hấp thụ đó: OH xuất hiện với pic rộng và tù còn NH xuất hiện với
pic rộng nhƣng nhọn. Dải dao động của nhóm OH ở khoảng 3200 - 3500 cm-1
thƣờng bị biến mất khi chuyển vào phức chất, đây là bằng chứng cho sự tạo phối trí
giữa ngun tử O của nhóm OH với ion kim loại trung tâm.
Dải dao động của nhóm CNN hấp thụ ở khoảng 1400 - 1500 cm-1, dải dao
động của nhóm NN hấp thụ ở khoảng 1000 - 1100 cm-1, số sóng của các dải hấp thụ
này thƣờng có xu hƣớng giảm khi chuyển từ phối tử vào phức chất do N (1) tham gia
tạo liên kết với ion kim loại trung tâm. Trong phức chất của thiosemicacbazon
salixylanđehit, isatin, axetyl axeton với các kim loại nhƣ Cu2+, Ni2+, Co3+... nhóm

14