Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của phức chất lysine với một số kim loại sinh học

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

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


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

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

Chun ngành: Hóa vơ cơ
Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS HUỲNH ĐĂNG CHÍNH

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Huỳnh Đăng Chính và ThS.NCS
Nguyễn Thị Thúy Nga đã tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo của bộ mơn Hóa Vơ Cơ & Đại
Cương - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cơ bộ mơn Hóa Vơ Cơ Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành
luận văn.
Em xin cảm ơn gia đình, các anh chị em, bạn bè đồng nghiệp đã động viên,
giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu vừa qua.
Học viên

Vi Thị Thanh Thủy


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………...

1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN…………………………………………………………

3

1.1.

Vai trò của kim loại sinh học…………………………………………...

3

1.2.

Vai trò sinh học của lysine……………………………………………..

7

1.3.

Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine…………………..

9

1.4.

Tổng hợp phức chất của kim loại sinh học với amino axit thiết yếu….

12

CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………

17

2.1.

Thực nghiệm…………………………………………………………………...

17

2.1.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm………………………………………..

17

2.1.2. Nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH…………..

17

2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo phức…………………

17

2.1.4. Tổng hợp phức chất…………………………………………………….

19

2.1.5. Nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trường mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày……………………………………………………………..

19

Các phương pháp nghiên cứu………………………………………………….

20

2.2.1. Phương pháp chuẩn độ đo pH………………………………………….

20

2.2.2. Phương pháp phổ UV – Vis……………………………………………

22

2.2.3. Phương pháp phân tích nguyên tố………………………………….......

23

2.2.4. Phương pháp phổ khối lượng…………………………………………..

24

2.2.5. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………………………………….

25

2.2.6. Phương pháp phổ 13C – NMR………………………………………….

27

2.2.7. Phương pháp phân tích nhiệt……………………………………….......

28

2.2.8. Phương pháp mô phỏng Gaussian………………………………….......

29

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….......

30

3.1.

Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH……........

30

3.2.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo phức………………………

34

3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ………………………………………………..

34

2.2.


3.3.

3.4.

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian……………………………………………….

36

3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng………………………

37

Phân tích cấu trúc, tính chất của phức chất tổng hợp………………………….

38

3.3.1. Kết quả phân tích nguyên tố………………………………………........

38

3.3.2. Kết quả phổ khối lượng…………………………………………….......

39

3.3.3. Kết quả phổ UV – Vis………………………………………………….

43

3.3.4. Kết quả phổ hồng ngoại………………………………………………...

44

3.3.5. Kết quả phổ 13C – NMR………………………………………………..

46

3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt…………………………………………………

48

3.3.7. Kết quả phương pháp mô phỏng Gaussian……………………………..

53

Kết quả nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trường mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày…………………………………………………………….

54

KẾT LUẬN……………………………………………………………………….......

56

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN……………..

57

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

58

PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CuLys2: [Cu(C6H13N2O2)2(H2O)]
MnLys2: [Mn(C6H13N2O2)2(H2O)2]
ZnLys2: [Zn(C6H13N2O2)2(H2O)2]
FeLys3: [Fe(C6H13N2O2)3]

Cu(Ac)2: Cu(CH3COO)2
Zn(Ac)2: Zn(CH3COO)2
EDTA: C10H16N2O8
ET – OO: C20H12N3NaO7S
NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
HLys: L – Lysine monohydrochloride
MS: Phổ khối lượng
IR: Phổ hồng ngoại
UV – Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật………………………

7

Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm
mạc ruột của chuột bạch đực……………………………………………….

10

Bảng 1.3. Ảnh hưởng của phức chất kim loại – lysine tới bò sữa…………

11

Bảng 1.4. Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái………………………….

12

Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+ = 1:2…………

30

Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và hệ Mn+: H2Lys+ = 1:3……………...

32

Bảng 3.3. Logarit hằng số bền của các phức chất…………………………..

34

Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất……...

38

Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ MS của ZnLys2…………………………..

39

Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ MS của CuLys2…………………………..

41

Bảng 3.7. Các tín hiệu cộng hưởng trên phổ

13

C – NMR của HLys và

ZnLys2……………………………………………………………………….

46

Bảng 3.8. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất………………

51


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng………………………………………………..

4

Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm…………………………………………….......

6

Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine………………………………..

8

Hình 1.4. Cấu trúc khơng gian của L – Lysine ……………………………………...

8

Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)……………………………

15

Hình 1.6. Cơng thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]………

15

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất………………………………………

19

Hình 2.2. Sơ đồ quá trình hoạt động của máy khối phổ……………………………..

25

Hình 3.1. Đường cong chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+……………………

33

Hình 3.2. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng…………..

34

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng………………..

35

Hình 3.4. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng………….

36

Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào thời gian phản ứng………………

36

Hình 3.6. Phổ UV–Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo các tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys khác
nhau………………………………………………………………………………….

37

Hình 3.7. Phổ MS của ZnLys2……………………………………………………….

40

Hình 3.8. Sơ đồ phân mảnh của ZnLys2(H2O)2………………………………… …..

40

Hình 3.9. Phổ MS của CuLys2……………………………………………………….

42

Hình 3.10. Sơ đồ phân mảnh của CuLys2……………………………………………

42

Hình 3.11. Phổ MS của MnLys2……………………………………………………..

43

Hình 3.12. Kết quả phổ UV – Vis……………………………………………….......

44

Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất……………………………..

45

Hình 3.14. Phổ 13C – NMR của HLys……………………………………………….

47

Hình 3.15. Phổ 13C – NMR của ZnLys2……………………………………………..

47

Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2……………………………………..

48

Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3………………………………….......

49

Hình 3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2……………………………………..

50

Hình 3.19. Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2…………………………………….

50

Hình 3.20. Cấu trúc phân tử FeLys3…………………………………………………

53

Hình 3.21. Cấu trúc phân tử ZnLys2…………………………………………………

53

Hình 3.22. Cấu trúc phân tử CuLys2…………………………………………….......

54

Hình 3.23. Cấu trúc phân tử MnLys2………………………………………………..

54

Hình 3.24. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong mơi trường mơ phỏng dịch dạ dày……..

54

Hình 3.25. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trường mô phỏng dịch ruột………..

55


MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, trong lĩnh vực hóa sinh thường có nhiều bài viết đề cập tới
tầm quan trọng của các ion kim loại đối với sinh vật. Nghiên cứu mới nhất về vấn đề
này là tập trung vào quá trình tổng hợp và phân loại các hợp chất sinh học có chứa ion
kim loại do ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực y dược, dinh dưỡng và khoa học

nông nghiệp [25-26, 28-29].
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của hợp
chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các khoáng
chất cần thiết, bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm. Các khống chất thiết yếu
đóng vai trị quan trọng trong việc cung cấp năng lượng, hỗ trợ sự phát triển của các
mô tế bào và tham gia vào việc điều tiết các quá trình của cơ thể.
Do cơ thể động vật rất khó hấp thu các dạng khống vơ cơ và các sản phẩm từ
tự nhiên thì lại có hàm lượng dinh dưỡng thấp. Trong khi đó dạng phức chất hữu cơ lại
được cơ thể hấp thu dễ dàng. Kết hợp với khả năng tạo phức tốt của amino axit (lysine)
với kim loại chuyển tiếp, chúng tôi hi vọng tạo ra các phức chất của lysine với các kim
loại sinh học, nhằm tạo ra các khống chất an tồn về mặt sinh học áp dụng trong lĩnh
vực chăn nuôi.
Ở Việt Nam, hiện nay gần như chưa sản xuất được các sản phẩm thức ăn bổ
sung kim loại và amino axit dạng phức chất mà phải nhập khẩu từ nước ngoài với giá
thành cao và không chủ động được nguồn sản phẩm.
Với các lý do trên, đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của
phức chất Lysine với một số kim loại sinh học” được lựa chọn với mục đích:
 Nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền của
các phức chất.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng) đến
quá trình tổng hợp phức chất.

1


 Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại
sinh học như: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III).
 Khảo sát độ bền của phức chất tổng hợp được trong môi trường mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày.
Cấu trúc luận văn gồm:

 Mở đầu
 Chương 1 – Tổng quan
 Chương 2 – Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu
 Chương 3 – Kết quả và thảo luận
 Kết luận

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Vai trò của kim loại sinh học [5]
Trong các điều kiện tự nhiên, trên trái đất có khoảng 90 ngun tố hóa học được

tìm thấy ở những hàm lượng khác nhau, nhưng trong thành phần của các hệ sinh học
phổ biến thì chỉ thấy có 18 ngun tố tham gia và trong đó có 10 nguyên tố là kim loại
(chúng được gọi là kim loại của sự sống hay kim loại sinh học). Theo quan điểm của
hóa vô cơ hiện đại, kim loại sinh học được chia thành 2 nhóm: nhóm các ngun tố
khơng chuyển tiếp (Na, K, Ca, Mg, Zn) và nhóm các nguyên tố chuyển tiếp (Mn, Fe,
Co, Cu, Mo). Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, sẽ tập trung nghiên cứu 4 kim loại
sinh học phổ biến là sắt, đồng, mangan và kẽm.
* Vai trị sinh học của sắt [5-6, 8]
Sắt có số thứ tự 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4 trong bảng tuần hồn các
ngun tố hóa học. Cấu hình electron của sắt là: [Ar]3d64s2, nó thể hiện các mức oxi
hóa từ -2 đến +6, trong đó các mức oxi hóa đặc trưng nhất là +2 và +3 (hai mức oxi
hóa này có thể chuyển hóa qua lại tùy theo mơi trường). Trong thiên nhiên sắt có 4
đồng vị bền là: 54Fe, 56Fe, 57Fe và 58Fe, trong đó 56Fe chiếm 91,68%.
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất (đứng hàng thứ
tư sau O, Si và Al) và có vai trị sinh học rất lớn thơng qua các phức chất sinh học quan

trọng như : hemoglobin, mioglobin, transferin, feritin…thực hiện chức năng giữ và vận
chuyển oxi.
Sắt chiếm khoảng 0,02% khối lượng của thực vật và khoảng 0,01% khối lượng
của động vật. Khi thiếu sắt cơ thể mắc bệnh thiếu máu, sức khỏe suy giảm, da xanh,
thai nhi nếu thiếu sắt có thể dẫn đến dị dạng ống thần kinh…. Nhu cầu về sắt của người
vào khoảng 15 mg/người/ngày. Tuy nhiên, lượng sắt trong thức ăn phải vào khoảng
150 mg, vì cơ thể chỉ có thể đồng hóa được 10% sắt trong thực phẩm. Những thực
phẩm giàu sắt là nước mận ép, nho khô, hồ đào, bánh mì đen, gan động vật…

3


* Vai trò sinh học của đồng [5-6, 30].
Đồng là nguyên tố kim loại kém hoạt động, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB, chu
kỳ 4 trong bảng tuần hồn các ngun tố hố học. Đồng có cấu hình electron
[Ar]3d104s1. Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hố +1, +2, +3, trong đó mức oxi
hóa +2 là bền nhất. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là: 63Cu (70,13%) và 65Cu
(29,87%).

Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng
Tuy hàm lượng của đồng trong cơ thể sinh vật rất nhỏ, khoảng 10-4%, nhưng có
vai trị vơ cùng quan trọng đối với sự sống. Cho đến nay người ta đã xác định được 25
loại protein và enzim chứa đồng. Chúng có mặt trong các cơ thể sống dưới các dạng
khác nhau và có vai trị rất khác nhau. Đồng đóng vai trị quan trọng trong tổng hợp sắc
tố da, mắt, tóc, tham gia vào q trình hình thành xương và tổng hợp các tế bào máu.
Đồng cũng tạo thành một nhóm các protein có khả năng hấp thụ thuận nghịch oxi
giống hemoglobin và mioglobin. Đại diện nhóm này có thể kể đến hemoxianin. Protein
này được tìm thấy ở một số lồi nhuyễn thể, có phân tử khối vào khoảng 4.000.000
đvC. Dạng chưa hấp thụ oxi của hemoxianin không màu chứng tỏ đồng ở trạng thái oxi
hóa +1, sau khi hấp thụ oxi nó có màu xanh chàm, chứng tỏ đồng ở mức oxi hóa +2.

4


Cơ thể thiếu đồng sẽ dẫn đến phá vỡ sự trao đổi sắt giữa huyết tương và hồng
cầu, do đó gây ra bệnh thiếu máu. Sự thiếu đồng cũng dẫn đến chứng bạc tóc. Nhu cầu
về đồng của cơ thể khoảng 2 – 3 mg/ ngày. Đối với những cơ thể thiếu đồng có thể bổ
sung các thực phẩm giàu đồng như gan, lòng đỏ trứng, sữa chua, quả hồ đào, bánh mì
đen…
* Vai trị sinh học của mangan [5-6]
Trong bảng tuần hồn các ngun tố hóa học, mangan là nguyên tố kim loại có
số thứ tự 25, thuộc nhóm VIIB, chu kỳ 4. Mangan có cấu hình electron [Ar]3d54s2, nó
thể hiện các mức oxi hóa phong phú từ -3 đến +7, trong đó mức oxi hóa +2 là bền
nhất. Dạng bề ngồi mangan giống sắt nhưng cứng và khó nóng chảy hơn.
Mangan rất quan trọng đối với sự sống, đóng vai trị là chất hoạt hóa một số
enzim xúc tác quá trình tạo thành clorophin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất những
kháng thể nâng cao sức đề kháng. Đối với cây trồng, có nhiều bằng chứng chứng tỏ Mn
tham gia vào hệ quang hợp II (PSII) với chức năng oxi hóa nước để giải phóng oxi và
tham gia vào q trình đồng hóa nitơ của thực vật. Khơng những thế, các q trình tổng
hợp các vitamin B, C, hemoglobin, protein đều cần có sự góp mặt của mangan. Một số
enzim chứa mangan như arginaza, cholinestenaza, photphoglucomutaza….có nhiệm vụ
kiểm sốt các q trình tương ứng như q trình phân tách amino axit, q trình đơng
máu hay trao đổi cacbohiđrat.
Mangan thuộc nguyên tố vi lượng, hàm lượng mangan trong cơ thể thực vật
khoảng 10-3% và 10-5% trong cơ thể động vật. Nhu cầu của người bình thường về
mangan là khoảng 0,2 – 0,3 mg/ ngày/ kg trọng lượng. Mangan trong cơ thể tập trung
chủ yếu trong các mô xương, gan, thận, dịch dạ dày, đặc biệt là trong ti lạp thể của tế
bào. Nguồn thực phẩm giàu mangan có thể kể đến là chè, củ cải đỏ, cà rốt, khoai tây,
hạt tiêu, gan động vật…
* Vai trò sinh học của kẽm [5-6, 11, 30]

5


Kẽm là nguyên tố
ố kim loại thuộc chu kì 4, nhóm IIB, số thứ
ứ tự là 30, với cấu
hình electron là [Ar]3d104s2. Nhờ sự hoàn chỉnh của lớpp electron sát llớp ngồi cùng
3d10 mà kẽm thể hiện
n mức
m oxi hố duy nhất là +2. Trong tự nhiên kẽm có 5 đồng vị
bền là: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn, trong đó 64Zn chiếm tỉ lệ 50,9%.

Hì 1.2. Cấu hình electron của kẽm
Hình
Cùng với sắt và đồng,
ồng, kẽm là một
ột trong ba kim loại quan trọng hàng đầu đối với
sự sống. Kẽm giữ vai trị
ị quan trọng
tr
trong q trình trao đổi
ổi chất, tổng hợp protein vvà
axit nucleic. Đến
ến nay người
ng
ta đã xác định được 300 enzim chứa
ứa kẽm gồm các ancol
dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptidaza,
cacboxipeptidaza, proteaza… Ngồi vai trị là

trung tâm hoạt
ạt động của các enzim, kẽm cịn đóng vai trị quan trọng
ọng trong việc tạo ra
những cấu trúc đặc trưng
ưng của
c các protein và mạch
ạch xoắn của các phân tử AND, trong đó
kẽm thường liên kết
ết với các nguyên
nguy tử S của cystein và N của histidin
in.
Trong cơ thể, kẽm
ẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ dày....
d
. Khi thi
thiếu kẽm trẻ con sẽ
biếng ăn, chậm lớn, xương
ương rịn,
r
tóc mọc chậm. Nhu cầu về kẽm
ẽm phụ thuộc vvào lứa tuổi
và giới tính, lượng kẽm
ẽm hàng
h
ngày đối với trẻ con là 5 – 10 mg, ngư
người lớn 12 – 15 mg,
phụ nữ mang thai 20 – 40 mg thậm
th
chí là 50 mg. Các thức ăn giàu
àu kkẽm phổ biến như:

thịt,
ịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh…

6


Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật [17]
Kim loại

Sắt

Enzim

Vai trò

Ferredoxin

Chất khử, vận chuyển (e)

Catalaza

Thúc đẩy sự phân hủy H2O2

Xitocrom

Vận chuyển (e)

Succinat

Chuyển hóa cacbon hydrat

Đehyđrogenaza

Vận chuyển O2

Methemoglobin
Hemoglobin

Đồng

Xitocrom oxiđaza

Vận chuyển O2

Lysyl oxiđaza

Oxi hóa lysine

Ceruloplasmin

Liên kết với Fe

Superoxide dismutalaza Cạnh tranh với các peoxit tự do

Kẽm

Mangan

1.2.

Cacboanhyđraza

Chuyển hóa CO2

Cacboxypeptiđaza

Thủy phân peptit

Photphattaza kiềm

Thủy phân PO43-

Alohol đehyđrogenaza

Chuyển hóa rượu

RNA và DNA

Tổng hợp chuỗi RNA và DNA

Superoxide dismutase

Cạnh tranh với các peoxit tự do

Pyruvate cacboxylaza

Chuyển hóa pyruvate

Vai trị sinh học của lysine [9, 31]
Lysine là một α – amino axit thiết yếu đối với sự sinh trưởng và phát triển bình

thường của cơ thể người và động vật. Tuy nhiên, nó khơng tự được tổng hợp trong cơ
thể mà được bổ sung từ ngoài vào thông qua thức ăn.

7


Công thức phân tử
ử của lysine là C6H14N2O2, khối lượng
ng phân ttử 146,188g/mol,
nhiệt độ phân hủy 200 – 300oC và tan tốt trong nước. Công thứcc ccấu tạo của lysine:
NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH,
COOH, với hai dạng đồng phân quang họcc D – Lysine và L –
Lysine, trong đó cơ thể sinh vật
v sống chỉ hấp thụ được lysine dạng
ng L.

D – Lysine

L – Lysine

Hình 1.3.
1.3 Hai dạng đồng phân quang học của lysine
ysine

Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine
Lysine giữ vai trị
ị sống
s
cịn trong tổng hợp protein làà chìa khóa trong ssản xuất

enzim, hoocmon và các kháng thể
th giúp cơ thể tăng cường
ờng sức đề kháng, chống bệnh
tật, đặc biệt
ệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh
bệ rộp miệng
ng hay m
mụn rộp sinh
dục. Thiếu lysine
ysine trong thức
th ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo
ạo máu
máu, hạ thấp số lượng
hồng cầu và hemoglobin,
emoglobin, phá vỡ
v quá trình cân bằng
ằng protein, gây ra hhàng loạt biến đổi ở

8


gan và phổi. Đặc biệt đối với động vật còn non và trẻ em khi bị thiếu lysine sẽ xảy ra
hiện tượng chậm lớn, trí tuệ kém phát triển.
Lysine là một amino axit cần thiết và địi hỏi phải ln có sẵn trong thức ăn để
đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cơ thể. Nhu cầu tối thiểu về lysine đối với trẻ em là
103 mg/ kg, nữ trưởng thành là 0,50 g/ ngày và 0,8 g/ ngày đối với nam trưởng thành.
Đối với động vật việc bổ sung lysine vào thức ăn là rất cần thiết. Các thực phẩm giàu
lysine là: thịt, cá, sữa, lòng đỏ trứng, lạc, đậu tương, bột đậu nành…
1.3.

Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine [17-18, 20].
Bảng tuần hoàn Mendeleev chứa ít nhất 104 ngun tố hóa học thì có tới 81

nguyên tố được coi là thành phần tạo nên các khống chất. Trong đó, 17 ngun tố
được cho là khoáng chất thiết yếu đối với sự sống của động vật (Fe, Mn, Cu, Zn, P,
Mg…). Nhóm các khống chất thực hiện ba chức năng chính sau:
-

Giữ vai trị trong sự phát triển và duy trì các mơ cứng và mềm trong cơ thể.

-

Quy định quá trình sinh lý và sinh học của động vật. Khoáng chất thiết yếu
giữ vai trò như chất xúc tác trong hệ thống enzim và hoocmon.

-

Tham gia vào q trình tạo năng lượng, đóng vai trò như một yếu tố cần thiết
trong các phản ứng enzim, biến đổi thức ăn thành các chất chuyển hóa khác,
giải phóng năng lượng để sử dụng cho các hoạt động của cơ thể.

Lượng khoáng chất quá nhiều hay quá ít đều có hại tới cơ thể động vật, việc
cung cấp các khống chất “an tồn” về mặt sinh học là hồn tồn cần thiết. Có nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh học của khống, trong phạm vi nghiên cứu này chúng
tôi chỉ đề cập tới yếu tố ảnh hưởng duy nhất là: “các dạng hóa học của khống chất”.
Một nhóm nghiên cứu [17] đã làm các thí nghiệm trên phân đoạn ruột của giống
chuột bạch đực để so sánh khả năng hấp thu giữa phức amino axit với dạng vô cơ của
kim loại, kết quả được thể hiện trên bảng 1.2.

9

Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm mạc
ruột của chuột bạch đực [17]
Các dạng hóa học của kim loại
Kim loại

Phức chất

Muối sunfat

Muối cacbonat

Oxit

Cu

35

8

6

11

Mn

94

36

51

23

Fe

298

78

82

61

Zn

191

84

87

66

Các số liệu trên cho thấy: phức chất amino axit được hấp thu vào niêm mạc ruột
tốt hơn là các cation kim loại từ dạng muối vô cơ và thí nghiệm trên cịn chứng minh
rằng:
- Các ngun tố khống ở dạng muối vơ cơ trong q trình tiêu hố thường phân
giải thành các ion tự do, các ion này có thể kết hợp với những phân tử khác trong khẩu

phần ăn, tạo nên những hợp chất khó hấp thu, làm giảm tác dụng sinh học của khoáng
chất.
- Trong trường hợp là phức chất của một amino axit, các ion kim loại trong phân
tử là trơ về mặt hóa học do tạo liên kết với các phối tử amino axit (liên kết này có tính
cộng hóa trị và ion). Chính nhờ đặc điểm này mà kim loại trong phức chất có hoạt tính
sinh học cao và được hấp thu dễ dàng hơn.
Những nghiên cứu của nhóm tác giả [18, 20] đã chứng minh sự hiệu quả khi bổ
sung các phức chất của amino axit thiết yếu với kim loại vào thức ăn cho gia súc.
Nhóm tác giả Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson [20] đã đánh
giá về những ảnh hưởng của các phức kim loại – lysine đến sản lượng sữa và năng suất
sinh sản của giống bò thương mại Holstein – Friesian. Năm trăm năm mươi con bò

10


Holstein Friesian trong một trang trại chăn ni bị sữa thương mại được xếp thành hai
nhóm. Nhóm I (cung cấp thức ăn thường xuyên), nhóm II (cung cấp thức ăn thường
xuyên + 360 mg kẽm – lysine + 200 mg mangan – lysine + 125 mg đồng – lysine).
Nghiên cứu trên được thực hiện trong 35 ngày trước khi bò đẻ. Kết quả thí nghiệm
được trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của phức chất kim loại - lysine tới bị sữa
Kết quả

Nhóm I

Nhóm II

Sản lượng sữa (kg/ngày)

16,6

17,5

Trường hợp niêm vú (%)

29,9

23,8

Tỷ lệ mang thai (%)

82

87

Hàm lượng kẽm (mg/kg)

36

41

Hàm lượng đồng (mg/kg)

88

181

Hàm lượng mangan (mg/kg)

5,3

5,7

Các kết quả trong bảng 1.3 chỉ ra rằng: những con bị có khẩu phần ăn được bổ
sung thêm các phức chất kim loại – lysine cho sản lượng sữa tăng 5,4%, tỷ lệ mang
thai tăng 6,1%, trường hợp niêm vú giảm 20% đồng thời hàm lượng kim loại được hấp
thu cũng cao hơn so với những con bò mà khẩu phần ăn của chúng không được bổ
sung phức chất kim loại – lysine.
Tác giả [18] nghiên cứu sự ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái: chọn ngẫu
nhiên 40 con lợn nái và chia đều thành 2 nhóm. Nhóm A (cung cấp thức ăn thường
xuyên), nhóm B (cung cấp thức ăn thường xuyên + 0,2% sắt – glixin/ tổng lượng thức
ăn). Thực hiện chế độ thức ăn như trên trong vòng bốn tuần trước khi đẻ cho đến hai
tuần sau khi đẻ. Số lượng lợn con sinh ra, trọng lượng sơ sinh, số lợn con sinh ra còn
sống và trọng lượng lúc cai sữa được trình bày trong bảng 1.4.

11


Bảng 1.4. Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái
Kết quả

Nhóm A

Nhóm B

Số lợn nái ban đầu

20

20

Số lợn con sinh ra

214

220

Số lợn con sinh ra còn sống

185

201

Trọng lượng trung bình lợn sơ sinh (kg)

1,29

1,34

Số lợn con cai sữa

165

186

877,80

1086,24

5,32

5,84

Tổng trọng lượng cai sữa (kg)
Trọng lượng cai sữa trung bình (kg)

Những con lợn nái có thức ăn được bổ sung thêm phức chất sắt – glixin (nhóm
B) cho khả năng sinh sản cao, trọng lượng lợn con sinh ra lớn hơn và sức đề kháng của
chúng cũng tốt hơn so với nhóm lợn nái có khẩu phần ăn khơng được bổ sung sắt –
glixin (nhóm A).
Lĩnh vực nghiên cứu những ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu
với kim loại để bổ sung vào sữa, thức ăn cho con người và động vật cịn được cơng bố
bởi các nhóm nghiên cứu của tác giả E.J. Underwood [15], nhóm nghiên cứu của các
tác giả [16, 17, 19, 21, 27]…
Việc sử dụng các phức chất của kim loại với các amino axit thiết yếu như chất
phụ gia bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi, đem lại năng suất cao, nhiều lợi ích kinh
tế. Do đó lĩnh vực tổng hợp các loại phức chất này ngày càng được quan tâm và phát
triển hơn.
1.4.

Tổng hợp phức chất của các kim loại sinh học với amino axit thiết yếu [6, 7,
17]

12


Mangan, đồng và sắt là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm d, do sự có
mặt của lớp vỏ electron chưa đầy đủ nên các nguyên tố này có khả năng tạo thành phức
chất. Thành phần và hình dạng của phân tử phức chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản
chất ion trung tâm, bản chất phối tử, điều kiện phản ứng như nhiệt độ, pH dung dịch…

- Mn2+ có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết các phối tử thông thường
nhưng hằng số bền của các phức chất đó thường nhỏ hơn so với hằng số bền của các
phức chất các kim loại hóa trị II khác (Fe, Co, Ni) vì rằng: ion Mn2+ có bán kính lớn
nhất so với các ion cùng điện tích của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đồng thời
năng lượng làm bền bởi trường tinh thể bằng không. Hơn nữa Mn2+ với cấu hình d5 khá
bền vững làm cho nó khơng có dạng phối trí nào đặc biệt chiếm ưu thế trong phức chất
của Mn(II), các phức chất có thể là tứ diện ([MnBr4]2-), vuông phẳng
([Mn(phtaloxyanin)], bát diện ([Mn(H2O)6], lưỡng chóp tam giác… trong đó phức chất
bát diện có phần phổ biến hơn.
- Cu2+ có cấu hình electron là [Ar]3d9 là trường hợp thể hiện rõ nhất hiệu ứng
Jahn – Teller khi bị đặt vào trường phối tử bát diện hay tứ diện, dẫn tới các phức chất
tạo thành khơng có tính đối xứng cao. Cu(II) tạo thành phức chất với nhiều amin khác
nhau, các phức chất này có màu xanh đậm hơn phức chất aqua. Phổ hấp thụ electron
của chúng có cực đại chuyển dịch về phía sóng ngắn hơn so với [Cu(H2O)6]2+. Cu2+ là
một chất tạo phức mạnh, với số phối trí thay đổi từ 3 đến 8, trong đó các số phối trí 4
và 6 là phổ biến nhất.
- Fe(III) với cấu hình [Ar]3d5 có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết các
phối tử. Dạng hình học phổ biến nhất là các phức chất bát diện: [FeF6]3-, [Fe(C2O4)3]3-,
[Fe(CN)6]3-…Mặc dù có cấu hình electron giống Mn(II) nhưng màu sắc các phức chất
của Fe(III) đậm hơn hẳn, tức là các phức chất của Fe(III) hấp thụ mạnh ánh sáng
trong vùng khả kiến. Hiện tượng này được giải thích bằng phổ chuyển điện tích. Ion
Fe3+ có mật độ điện tích lớn hơn so với ion Mn2+, ion Fe3+ phân cực các phối tử mạnh
hơn, do đó các dải chuyển điện tích trong phổ hấp thụ electron có cường độ lớn hơn.

13


Zn2+ có khả năng tạo nhiều phức chất, tuy nhiên khả năng tạo phức của nó kém
hơn đồng. Zn2+ với cấu hình electron d10 với năng lượng bền hóa bởi trường phối tử
bằng khơng, do đó nó khơng ưu tiên một dạng hóa lập thể nào. Nói chung kẽm có các

số phối trí từ 2 đến 7, trong đó các số phối trí 4, 5 và 6 là phổ biến hơn cả. Những ion
phức thường gặp là: [ZnCl4]2-, [Zn(NH3)6]2+, [Zn(NH3)4]2+… cũng do cấu hình bền
3d10, nên các phức chất của ion Zn2+ đều khơng có màu. Đó là do mỗi obitan d đã
được điền đủ hai electron nên khơng có sự chuyển dời electron giữa các obitan 3d có
phân mức năng lượng khác nhau. Cũng giống như ion Cu2+, ion Zn2+ có khả năng tạo
các phức chất vịng càng 5 cạnh bền với các phối tử α – amino axit.
Trong dung dịch L – Lysine tồn tại ở dạng ion lưỡng cực:

Anion H2NCHRCOO- (R = NH2-(CH2)4) chứa 3 nhóm cho electron (N, O- và
=O), trong đó oxi xeton ít khi liên kết với ion kim loại cùng với 2 nhóm cho kia. Vấn
đề là ở chỗ khi phối trí như vậy thì sẽ tạo thành vịng 4 cạnh khơng bền. Trong các
phức chất ion kim loại liên kết với gốc cacboxyl hoặc với nhóm amin, hoặc với cả 2
nhóm đó và trong trường hợp sau cùng thì sẽ tạo thành vòng chelat 5 cạnh bền vững
(các liên kết mang đặc tính của liên kết cộng hóa trị và liên kết ion).

Trên thế giới, đã có rất nhiều những cơng trình nghiên cứu của các nhà khoa học
ở các quốc gia khác nhau về lĩnh vực tổng hợp và phân tích cấu trúc của phức chất kim

14


loại với amino axit [22 - 26, 28 - 29, 32]… Từ đó cho thấy sự đa dạng trong các
phương pháp tổng hợp và sự phong phú về cấu trúc của phức chất amino axit.

Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)] [26]

Hình 1.6. Cơng thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]
(M: Fe(III), Cr(III), Co(II)) [25]
Hiện nay ở nước ta, lĩnh vực nghiên cứu phức chất cũng ngày càng được quan
tâm. Có thể kể đến nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lê Hữu Thiềng và GS. Nguyễn

Trọng Uyển [10], đã tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất của các nguyên tố đất

15


hiếm với một số amino axit. Nhóm nghiên cứu của PGS. Trần Thị Đà và GS. Nguyễn
Hữu Đĩnh tại Khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội đã nghiên cứu tổng
hợp, xác định cấu trúc, tính chất và ứng dụng của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp
với các phối tử hữu cơ như hợp chất dị vòng oxadiazole, triazole, thiazoline, indole,
quinolin và hợp chất đồng vịng có trong tinh dầu thực vật, các amino axit, các gốc axit
hữu cơ…Tuy nhiên, các nghiên cứu về tổng hợp và ứng dụng của các phức chất amino
axit thiết yếu với các kim loại sinh học chưa thấy công bố trước đây.

16