Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học các phức của n (4 dimethylamino)benzylidene) n (morpholine 4 carbothioyl)methanesbis(thiohydrazide) với một số kim loại chuyển tiếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Trần Văn Kiệm

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC
VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CÁC PHỨC CỦA
N-(4-DIMETHYLAMINO)BENZYLIDENE)-N(MORPHOLINE-4-CARBOTHIOYL)METHANESBIS
(THIOHYDRAZIDE) VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI
CHUYỂN TIẾP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Trần Văn Kiệm

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC
VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CÁC PHỨC CỦA
N-(4-DIMETHYLAMINO)BENZYLIDENE)-N(MORPHOLINE-4-CARBOTHIOYL)METHANESBIS
(THIOHYDRAZIDE) VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI
CHUYỂN TIẾP
Chun ngành: Hóa vơ cơ
Mã số: 8440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. DƢƠNG BÁ VŨ

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu này của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Dương Bá Vũ. Các số liệu và kết quả trong đề tài là trung thực và chưa
được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Các số liệu và những thơng tin được trích
dẫn trong đề tài nghiên cứu này đã được tôi thu thập từ các bài báo trong nước và
ngồi nước có chỉ rõ nguồn gốc trong phần tài liệu tham khảo.
Tác giả

Trần Văn Kiệm


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, ngồi sự cố gắng nổ lực của bản thân
tơi, tơi còn nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cơ, bạn bè và gia đình. Tơi
xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến:
Q thầy cơ, Phịng Sau đại học của Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ
Chí Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, Trường
Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tâm giảng dạy và tạo rất nhiều
điều kiện để cho tôi học tập, nghiên cứu và hồn thành khóa học.
Thầy PGS.TS Dương Bá Vũ là người trực tiếp hướng dẫn khoa học, truyền
đạt rất nhiều kiến thức cần thiết, giúp đỡ tôi rất nhiều và tạo mọi điều kiện để cho
tơi hồn thành đề tài nghiên cứu này.
Thạc sĩ Trần Bữu Đăng và tiến sĩ Nguyễn Văn Mỷ là những người đã giúp đỡ,
hướng dẫn tôi trong suốt q trình làm thực nghiệm và hồn thành đề tài.

Các thành viên của lớp Cao học Hóa vơ cơ khóa 29 cũng giúp đỡ cho tơi rất
nhiều trong suốt q trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tơi xin gởi lời cảm ơn Trường THCS – THPT Minh Hịa, xã Minh
Hịa, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương đã tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa
học. Tơi cũng xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè ln ủng hộ và động viên để
tơi hồn thành được đề tài nghiên cứu này.
Tác giả

Trần Văn Kiệm


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình ảnh
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu về thiosemicarbazone (TSC) ........................................................... 2
1.1.1. Cấu trúc chung của TSC ............................................................................. 2
1.1.2. Các phương pháp tổng hợp TSC ................................................................ 3
1.1.3. Đặc điểm hoạt tính sinh học của TSC,phức chất của TSC với ion kim
loại ............................................................................................................. 3
1.2. Giới thiệu một số phức chất của TSC ............................................................... 8
1.2.1. Phức chất được tạo thành từ kim loại Pt(II) với TSC ................................. 8
1.2.2. Phức chất được tạo thành từ kim loại Zn(II) với TSC .............................. 10
1.3. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 15

1.4. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 18
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................. 20
2.1. Tổng hợp N-(4-Dimethylamino)Benzylidene)-N-(Morpholine-4carbothioyl) methanesbis (thiohydrazide) (H2K) ............................................ 20
2.1.1. Hóa chất và dụng cụ ................................................................................. 20
2.1.2. Tổng hợp H2K ........................................................................................... 21
2.1.3. QHTN cấp 2 tâm xoay Box-Hunter để tối ưu hóa điều kiện tổng hợp
H2K .......................................................................................................... 22
2.2. Tổng hợp phức chất của Pt(II) và Zn(II) với phối tử H2K.............................. 25
2.2.1. Hóa chất và dụng cụ ................................................................................. 25
2.2.2. Tổng hợp phức [PtCl2(H2K)2]................................................................... 26
2.2.3. Tổng hợp phức [Zn(HK)2] ........................................................................ 27


2.3. Các PPNC cấu trúc của H2K và các phức chất Pt(II) và Zn(II) với H2K ....... 28
2.3.1. Đo nhiệt độ nóng chảy .............................................................................. 28
2.3.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại FT- IR ................................................................ 28
2.3.3. Phổ hấp thụ electron UV-Vis .................................................................... 28
2.3.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C-NMR 1D và 2D .......................... 29
2.3.5. Phổ khối lượng ESI MS ............................................................................ 29
2.3.6. Phương pháp Nhiễu xạ tia X..................................................................... 29
2.4. Phương pháp thăm dị hoạt tính sinh học của H2K và các phức chất ............. 29
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 30
3.1. Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp H2K bằng QHTN tâm xoay Box – Hunter .... 30
3.1.1. Sự ảnh hưởng của pH đến quá trình hình thành H2K ............................... 30
3.1.2. QHTN bậc 2 các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp H2K ............. 35
3.2. Phân tích cấu trúc của H2K ............................................................................. 40
3.2.1. Một số đặc điểm hóa lý và điều kiện tổng hợp của H2K .......................... 40
3.2.2. Phân tích kết quả phổ FT – IR của H2K ................................................... 41
3.2.3. Phân tích kết quả phổ cộng hưởng từ NMR của H2K .............................. 43
3.2.4. Phân tích phổ ESI MS của H2K ................................................................ 48

3.2.5. Phân tích kết quả phổ UV-Vis của H2K ................................................... 50
3.3. Phân tích cấu trúc của phức [PtCl2(H2K)2] và [Zn(HK)2] .............................. 51
3.3.1. Một số điều kiện tổng hợp các phức chất [PtCl2(H2K)2] và [Zn(HK)2] ... 51
3.3.2. Một số điều kiện phản ứng và đặc điểm cơ bản của các phức chất .......... 53
3.3.3. Phân tích phổ FT IR của hai phức [PtCl2(H2K)2] và [Zn(HK)2] .............. 53
3.3.4. Phân tích phổ UV Vis của phức Zn(HK)2 ................................................ 55
3.3.6. Phân tích phổ ESI MS của hai phức [PtCl2(H2K)2] và [Zn(HK)2] ........... 57
3.3.7. Phân tích phổ Nhiễu xạ đơn tinh thể phức Zn(HK)2 ................................ 60
3.4. Thăm dị hoạt tính sinh học của H2K, hai phức [PtCl2(H2K)2] và
[Zn(HK)2] ........................................................................................................ 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 66
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐƢỢC CÔNG BỐ ................................................ 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 69
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A549

: Human alveolar epithelial cells (ung thư phổi)

AcOH (Ac) : Acetic acid
13

C - NMR

: Carbon-13 nuclear magnetic resonance
(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C)

d

: doublet (mũi đôi)

DMSO

: Dimethyl sulfoxide

ESI MS

: Electrospray ionisation mass spectrometry
(Phổ khối lượng ion hóa bằng dịng electron)

EtOH

: Ethanol

FT-IR

: Fourier transform infrared spectroscopy (Phổ hấp thụ hồng ngoại)

H

: Hexame

H2K

: Phối tử cần tổng hợp

HCT116

: Human colon cancer cell line (ung thư đường ruột)

Hep - G2

: Liver Hepatocellular carcinoma (ung thư biểu mô tế bào gan)

HMBC

: Heteronuclear Multiple Bond Correlation
(Phổ cộng hưởng từ proton hai chiều proton-carbon, 3 nối)

1

H - NMR

HSQC

: Proton nuclear magnetic resonance (Phổ cộng hưởng từ proton)
: Heteronuclear Multiple Quantum Correlation
(Phổ cộng hưởng từ proton hai chiều proton-carbon, 1 nối)

HuCCA-1

: Human cholangiocarcinoma (ung thư đường mật của con người )

IC50

: Nồng độ hợp chất có thể giết chết 50% tế bào

MeOH

: Methanol

s

: singlet (mũi đơn)

t

: triplet (mũi ba)

TSC

: Thiosemicarbazone

QHTN

: Quy hoạch thực nghiệm

QTSC

: Thiosemicarbazone chứa hợp phần quinoline

UV-Vis

: Ultraviolet–visible spectroscopy (Phổ hấp thụ electron).

XRD

: X – Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

Chỉ số IC50 của L1, L2, [PtCl(L2)], [Pt(L2)2] và Cisplatin

......... 7

Bảng 2.1.

Điều kiện thí nghiệm (TN) khảo sát ảnh hưởng của pH đến H2K ...... 23

Bảng 2.2.

Điều kiện thí nghiệm (TN) khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol
giữa 4-DB với MT đến H2K .............................................................. 23

Bảng 2.3.

Điều kiện thí nghiệm (TN) khảo sát ảnh hưởng của thời gian
đun hồi lưu đến H2K ........................................................................... 24

Bảng 2.4.

Các điều kiện khảo sát ảnh hưởng của x1, x2, x3 đến hiệu suất
của quá trình tổng hợp H2K ................................................................ 25

Bảng 3.1.

Điều kiện thí nghiệm (TN) khảo sát ảnh hưởng của pH đến H2K ...... 30

Bảng 3.2.

Điều kiện thí nghiệm (TN) khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol
giữa 4-DB với MT đến H2K ............................................................... 32

Bảng 3.3.

Điều kiện thí nghiệm (TN) khảo sát ảnh hưởng của thời gian
đun hồi lưu đến H2K ........................................................................... 34

Bảng 3.4.

Các mức và khoảng biến thiên các yếu tố........................................... 36

Bảng 3.5.

Ma trận QHTN phương án quay bậc 2, 3 yếu tố ................................ 36

Bảng 3.6.

Bảng số liệu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tổng
hợp H2K .............................................................................................. 37

Bảng 3.7.

Các giá trị hằng số trong phương trình tính các hệ số hồi quy
trong phương trình (3.1)...................................................................... 38

Bảng 3.8.

Một số đặc điểm hóa lý ban đầu của CMT, MT và H2K .................... 41

Bảng 3.9.

Tín hiệu dao động của các nhóm chức chính trong phân tử 4DB, MT, H2K và 4-DMT .................................................................... 42

Bảng 3.10.

Đặc điểm độ chuyển dịch proton và carbon của H2K, 4-DMT
trên phổ NMR ..................................................................................... 46

Bảng 3.11.

Tóm tắt điều kiện phản ứng và hình thái các phức chất ..................... 53

Bảng 3.12.

Đặc điểm các vân dao động một số nhóm chức chính của phối
tử và hai phức [PtCl2(H2K)2], [Zn(HK)2]............................................ 54


Bảng 3. 13. Các chuyển mức chủ yếu trên phổ UV Vis của H2K và phức
Zn(HK)2 .............................................................................................. 56
Bảng 3.14.

Các đồng vị có thể xuất hiện trong mẫu phức .................................... 58

Bảng 3.15.

Bảng dữ liệu về cấu trúc tinh thể của phức chất [Zn(HK)2] ............... 61

Bảng 3.16.

Một số độ dài liên kết và góc liên kết trong phức [Zn(HK)2]............. 64

Bảng 3.17.

Kết quả sàng lọc khả năng gây độc tế bào của H2K,
[PtCl2(H2K)2] và [Zn(HK)2] ................................................................ 65


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.

Cơng thức cấu tạo chung của thiosemicarbazone ................................... 2

Hình 1.2.

Cấu trúc hình học Z-E của TSC .............................................................. 3

Hình 1.3.

Hai dạng thiketone và thiol nằm cân bằng trong dung dịch ................... 3

Hình 1.4.

Các thiosemicarbazone dị vịng

Hình 1.5.

Một số thiosemicarbazone chứa isoquinoline và pyridine ...................... 6

Hình 1.6.

Cấu trúc của phức [PtP14DP] ................................................................. 9

Hình 1.7.

Cấu trúc của phức trans-[PtCl2L’2].......................................................... 9

Hình 1.8.

Cấu trúc của phức [PtCl2L] (với L = C6H5NHCSNNCHC4H2S(2-

có dung lượng phối trí 3 ............ 5

NO2)) ..................................................................................................... 10
Hình1.9.

Cấu trúc của phức [ZnCl2L] .................................................................. 11

Hình 1.10. Cấu trúc của phối tử (a) và phức chất của phối tử (b)........................... 12
Hình 1.11. Cấu trúc của phối tử (HL) và phức [ZnL2] ........................................... 12
Hình 1.12. Cấu trúc của phối tử HL và phức [ZnCl2HL] ....................................... 13
Hình 1.13. Cấu trúc của phối tử HL, phức [Zn(bpy)(L)] (1) và [Zn(L)(phen)] ....... 14
Hình 1.14. Cấu trúc của hai phức Cu(II) của TSC chứa hợp phần morpholine ....... 16
Hình 1.15. Cấu trúc của HL4 và phức Cu(II) của HL4 ([CuClL4]) ........................... 17
Hình 3.1.

Dấu vết mẫu H2K trên bảng mỏng chiếu UV (a) và không chiếu
UV (b) với các giá trị pH khác nhau ..................................................... 31

Hình 3.2.

Dấu vết mẫu H2K trên bảng mỏng chiếu UV (a) và không chiếu
UV (b) với các tỉ lệ mol giữa 4-DB với MT khác nhau ........................ 33

Hình 3.3.

Dấu vết mẫu H2K trên bảng mỏng chiếu UV (a) và không chiếu
UV (b) với các thời gian đun hồi lưu khác nhau ................................... 35

Hình 3.4.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tổng hợp H2K .............. 39

Hình 3.5.

Phổ FT – IR của H2K ............................................................................ 43

Hình 3.6.

Cơng thức cấu tạo của H2K ................................................................... 44

Hình 3.7.

Phổ

1

H-NMR (a) và

13

C-NMR (b) của H2K, dung mơi DMSO,

giãn nở khơng tương đương .................................................................. 44
Hình 3.8.

Một số tương quan chính trên HMBC (a) và HSQC (b) của H2K ở
vùng trường cao .................................................................................... 45


Hình 3.9.

Một số tương quan chính trên HMBC (a) và HSQC (b) của H2K ở
vùng trường thấp ................................................................................... 46

Hình 3.10. Phổ ESI MS của H2K ............................................................................ 49
Hình 3.11. Một số con đường phân mảnh khác nhau của H2K............................... 49
Hình 3.12. Phổ UV Vis của H2K............................................................................. 50
Hình 3.13. Cơ chế đề nghị phản ứng ngưng tụ giữa 4-DB và MT ......................... 51
Hình 3.14. Phổ FT IR của phức [PtCl2(H2K)2] (a) và phức [Zn(HK)2] (b)
trong dung mơi DMSO ......................................................................... 53
Hình 3. 15. Phổ UV Vis của H2K và Zn(HK)2 hòa tan trong dung mơi
acetonitrile ............................................................................................. 55
Hình 3.16. Phổ 1H – NMR của hai phức [PtCl2(H2K)2] (a) và [Zn(HK)2] (b) ......... 57
Hình 3.17. Một số con đường phân mảnh của phức [PtCl2(H2K)2].......................... 59

Hình 3.18. Một số con đường phân mảnh của phức [Zn(HK)2] ............................... 60
Hình 3.19. Sự sắp xếp các phân tử phức [Zn(HK)2] trong ô mạng cơ sở (a) và
cấu trúc của phân tử phức [Zn(HK)2] (b) .............................................. 62
Hình 3.20. Cấu trúc phân tử và sơ đồ đánh số nguyên tử của phức [Zn(HK)2] ....... 63


1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, ung thư là một vấn đề to lớn của cả thế giới. Số lượng người mắc
bệnh ngày càng tăng nhưng vẫn chưa có một liệu pháp nào chữa trị thật sự hiệu quả.
Vấn đề này là một thách thức to lớn đối với các nhà khoa học phải tìm ra liệu pháp
hiệu quả để chữa trị bệnh ung thư cho con người.
Bên cạnh việc tìm ra cisplatin và dòng phức khác như là AMD473,
carboplatin, oxaliplatin, 254-S, … .Các nhà khoa học cũng tìm ra hợp chất hữu cơ
và phức chất của chúng cũng có những hoạt tính sinh học tương tự như cisplatin, đó
là thiosemicarbazone và các phức kim loại của chúng - là các hợp chất có đặc tính
chống ung thư, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng vi-rút. Hoạt tính chống ung thư
của chúng khác biệt và nó phụ thuộc vào từng loại tế bào khối u và có tính chọn lọc
cao.
Thiosemicarbazone và các dạng thiosemicarbazone có cấu trúc tương tự là
một tìm năng có nhiều hứa hẹn cho y học. Với xu hướng này, chúng tôi tiến hành
thực hiện đề tài nghiên cứu phức chất chứa phối tử hữu cơ có cấu trúc tương tự như
thiosemicarbazone:

“N-(4-Dimethylamino)Benzylidene)-N-(Morpholine-4-

carbothioyl)methanesbis(thiohydrazide)” với hi vọng tìm được các chất có hoạt
tính sinh học tốt.

2

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về thiosemicarbazone (TSC)
1.1.1. Cấu trúc chung của TSC
Thiosemicarbazone (TSC) thường tổng hợp được bằng cách ngưng tụ
thiosemicarbazide hoặc N(4)- aminylthiosemicarbazide với aldehyde hoặc ketone
tương ứng [1] - [2]. Công thức cấu tạo của thiosemicarbazone như (I) và khi hai
nguyên tử hydrogen ở N(4) được thay thế bởi các nhóm thế thì sẽ trở thành dẫn xuất
thế của thiosemicarbazone như (II) (Hình 1.1). Theo kiến nghị của IUPAC, khi
thêm “thiosemicarbazone” vào sau tên gọi của aldehyde hoặc ketone tham gia
ngưng tụ thì chính là tên gọi của (II) và cách đánh số khung thiosemicarbazone
cũng tuân theo quy ước đánh số cho loại hợp chất này.

(I)

(II)

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo chung của thiosemicarbazone
Trong đó, R1, R2, R3, R4 có thể là H, aryl, alkyl hoặc hệ thống vòng, …
Bộ khung C = N – NH – CS – N trong TSC gần như đồng phẳng với nguyên
tử sulfur (S) ở vị trí trans so với nhóm azomethine do có liên quan đến liên kết
C=N. Thiosemicarbazone tồn tại hai dạng đồng phân hình học Z – E như Hình 1.2,
đồng phân E chiếm chủ yếu và cấu trúc của TSC là một hệ liên hợp trải rộng trên
toàn bộ khung TSC. Hệ liên hợp này sẽ trải rộng hơn nếu R1, R2 liên kết nguyên tử
carbon ở nhóm azomethine và R3, R4 là những nhóm thế nhân thơm [1] - [2].


3

Hình 1.2. Cấu trúc hình học Z-E của TSC
Trong dung dịch, nhóm NH-C=S trong phân tử TSC có thể bị tautomer hóa ở
hai dạng thioketone và thiol (Hình 1.3). Tuy nhiên, thioketone là chủ yếu khi TSC ở
trạng thái rắn [1] - [2].

Hình 1.3. Hai dạng thiketone và thiol nằm cân bằng trong dung dịch
1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp TSC
TSC được tổng hợp bằng cách ngưng tụ các thiosemicarbazide hoặc dẫn xuất
thế N(4)–aminylthiosemicarbazide với aldehyde hoặc ketone thích hợp. Khi đã có
sẵn thiosemicarbazide hoặc dẫn xuất thế N(4) – aminylthiosemicarbazide tương ứng
thì có thể tổng hợp các TSC bằng cách đun hồi lưu thiosemicarbazide và aldehyde
hoặc ketone trong dung mơi ethanol có xúc tác acid acetic băng trong khoảng thời
gian 2 giờ [3]-[4]-[2]. Một phương pháp khác, thay thế cho đun hồi lưu là sử dụng
lị vi sóng chiếu xạ hỗn hợp phản ứng trong thời gian 5-8 phút, TSC được tạo thành
với hiệu suất khá cao [5]-[6].
1.1.3. Đặc điểm hoạt tính sinh học của TSC và phức chất của TSC với ion
kim loại
Thiosemicarbazone (TSC) là hợp chất hữu cơ được các nhà khoa học tìm thấy
thế kỷ XX [3]-[7]-[8]. Năm 1951, E.M Bavin và các cộng sự đã báo cáo về các ứng


4

dụng y tế như thuốc chống bệnh lao [3] của các TSC, đến năm 1956 [7], Brockman
và các cộng sự cũng có báo cáo pyridine-2-carboxaldehyde thiosemicarbazone
(Hình 1.4a) kháng ung thư máu hiệu quả. Mười năm sau, năm 1965, French và các
cộng sự đã đưa ra giả thuyết về kiểu phản ứng của các thisemicarbazone dị vòng
: Những chất này hoạt động chứa cấu trúc “tridentate”, giúp chúng có những
vịng càng N*–N*–S* hiệu quả và nếu có vịng thơm thì giúp chúng có hoạt tính

kháng u tốt hơn. Dựa trên lý thuyết này, nhóm nghiên cứu đã dự đốn hoạt tính
kháng u của pyrazine carboxaldehyde thiosemicarbazone (Hình1.4b) và 1formylisoquinolin thiosemicarbazone (Hình 1.4c) [8]. Đầu tiên dựa vào hằng số cân
bằng lớn của phức kim loại của các chất này, là khả năng thu giữ ion sắt từ môi
trường tế bào. Các yêu cầu về hoạt tính kháng u được xác định bởi hệ thống vòng
càng N*–N*–S*, cùng với sự xuất hiện vòng thơm được nối với hợp phần hydrazine
của thiosemicarbazide. Năm 1971, Sartorelli cùng các cộng sự [9] tiếp tục nghiên
cứu theo lý thuyết trên và đã quan sát thấy các hợp chất này bị tác động bởi sự kết
hợp của 3H thymidine vào DNA, đề xuất đầu tiên về sự ức chế men khử
ribonucleotide như là cơ chế hoạt động của các phân tử này. Men khử
Ribonucleotide là một enzyme chứa sắt, thúc đẩy sự khử ribose thành deoxyribose
thông qua một cơ chế gốc tự do được kích hoạt bởi một gốc tự do tyrosyl. Sự ức chế
enzym này dẫn đến sự khóa pha tổng hợp của chu trình tế bào và cuối cùng tế bào
chết, được gọi là sự chết rụng tế bào (apoptosis) [10]-[11]. Các nhà nghiên cứu cũng
đã gián tiếp chứng minh rằng các loại chất hoạt động là phức sắt (II) của 1-formyl
isoquinolin thiosemicarbazone. Trên thực tế, người ta phát hiện ra rằng phức sắt và
phức đồng có hoạt tính mạnh mẽ hơn nhiều so với phối tử tự do [12].


5

Hình 1.4. Các thiosemicarbazone dị vịng

có dung lƣợng phối trí 3

Nhóm tác giả [13]-[14]-[15]-[16] cũng đã khẳng định TSC có khả năng ức
chế tế bào ung thư trong cơ thể người theo cơ chế: liên kết với các nucleotide thông
qua hệ liên hợp N-N-CS, ngăn chặn quá trình dịch mã và tổ hợp DNA của tế bào
ung thư. A. Altun và các cộng sự [17] đã sử dụng phương pháp ElectronTopological Method (ETM) để tìm ra đặc điểm quy định độc tính trong cấu trúc của
thiosenicarbazone trên dịng HSV-1. Tác giả cho rằng độc tính của
thiosemicarbazone chủ yếu nằm trên nhóm C=N(1) quy định khả năng gây độc tế

bào. Khi nhóm C=N(1) bị khử thành CH-N(1)H thì hoạt tính hồn tồn khơng cịn.
Nhóm N(4)-aminyl càng kém ưa nước thì độc tính càng cao. Theo nhóm tác giả
[15], hoạt tính của thiosemicarbazone phụ thuộc chủ yếu vào tính “ưa lipit”
(lipophilicity) hay cịn gọi tính kị nước vì thuốc di chuyển qua màng sinh học theo
cơ chế thụ động. Như vậy, aldehyde hoặc ketone tham gia ngưng tụ và nhóm thế
N(4)-aminyl quyết định tính kỵ nước và là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả
năng hoạt động sinh học của TSC.
Theo nhóm tác giả [6], các TSC chứa hợp phần quinoline có tính kị nước thấp
hơn các hợp phần là các dẫn xuất của benzene. Có thể sắp xếp tính kị nước của
N(4)- aminyl theo thứ tự tăng dần theo hoạt tính: 2H<2CH3C6H5. Nhóm nghiên cứu này cũng đã cơng bố rắng các TSC chứa quinoline đều có
hoạt tính ức chế sự phát triển tế bào ung thư đường ruột HCT – 116. Năm 2014,
nhóm nghiên cứu kết luận khả năng phối trí vịng càng (chelate) cũng là nguyên
nhân ảnh hưởng đến hoạt tính của các TSC. Năm 2010, nhóm tác giả ở Thái
Lan[18] đã cơng bố một loạt dẫn xuất benzoyl thiosemicarbazone của isoquinoline
và pyridine có khả năng chống một số dòng tế bào ung thư như HuCCA-1, Hep-G2,


6

A549 và MOLT-3. Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học cho rằng hợp chất số 4 (Hình
1.5) khi gắn nhóm thế phenyl vào N(4) hoạt động mạnh nhất với chỉ số IC50 = 0,004
g/mL, nhạy gấp hàng ngàn lần so với N(3), cao hơn nhiều so với chất số 1 và 2.
Nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng hiệu ứng khơng gian của nhóm phenyl kị nước
đóng góp quan trọng trong việc thay đổi hoạt tính của loại hợp chất hữu cơ này.

Hình 1.5. Một số thiosemicarbazone chứa isoquinoline và pyridine
Năm 2012, nhóm tác giả [19] đã ngưng tụ citral có trong tinh dầu của
Benin Cymbopogoncitratusis với thiosemicarbazide. Trong số 5 chất được khảo sát,
chỉ có citral 4-phenyl-3-thiosemicarbazone có hoạt tính mạnh nhất (IC50= 1,96 M)

so với 4 chất cịn lại khơng có hoặc có nhóm thế nhỏ gắn ở vị trí N(4). Đây cũng là
bằng chứng cho thấy sự ảnh hưởng lớn của nhóm thế ở N(4) đối với khả năng gây
ra hoạt tính sinh học của thiosemicarbazone.
Mặt khác, theo nhóm tác giả [20] việc khảo sát hoạt tính của 2acetylpyridine

thiosemicarbazone

(L1),

2-acetylpyridine-4-cyclohexyl

thiosemicarbazone (L2) và phức platin (II) với phối tử L2 được tiến hành và kết quả
được ghi lại ở Bảng 1.1.


7

Bảng 1.1. Chỉ số IC50 của L1, L2, [PtCl(L2)], [Pt(L2)2] và Cisplatin
(Chỉ số IC50 là nồng độ hợp chất có thể giết chết 50% tế bào)
Chất

MCF-7

T-24

L-929

L1

3,29

2,16

2,06

L2

0,36

10,00

3,31

[PtCl(L2)]

0,63

9,17

6,06

[Pt(L2)2]

<0,13

0,37

0,21

Cisplatin

8,00

31,70

0,70

Từ Bảng 1.1 này, nhận thấy rằng với tế bào u MCF-7, L2 có chỉ số IC50 cao
hơn L1, có thể giải thích là do L2 có sự cồng kềnh của vịng sáu cạnh no làm tăng
hoạt tính sinh học. Bên cạnh đó, phức platin (II) của L2 thể hiện đặc tính kháng u ở
các loại tế bào ung thư thì hiệu quả hơn nhiều so với cisplatin. Ngoài ra, phức kiểu
[Pt(L2)2] kháng u tốt nhất, hiệu quả hơn nhiều so với kiểu [PtCl(L2)] và tốt hơn cả
phối tử tự do gấp hàng nghìn lần. Theo các nhóm tác giả [15]-[21], chính sự phối
trí của các nguyên tố trong phối tử với ion kim loại trung tâm, làm tăng sự phân cực
của toàn phân tử, giúp cho tốc độ vận chuyển chúng qua màng lipid kép của tế bào
dễ dàng kiểm soát hơn và hạn chế được nhiều ảnh hưởng thứ cấp đến phân tử TSC
trong quá trình lưu trữ và di chuyển trong tế bào.
Năm 2008, nhóm tác giả [22] đã tiến hành tổng hợp, xác định cấu trúc và
nghiên cứu hoạt tính kháng u của phức kẽm với phối tử thiosemicarbazone 2benzoylpyridine. Khi tiến hành khảo sát hoạt tính gây độc tế bào, giá trị IC50 của
phối tử và phức của nó với dòng tế bào ung thư phổi A549. Phối tử và phức chất
của nó đã cho thấy hoạt tính kháng u đáng kể. Kết quả cho thấy giá trị IC50 của phức
chất (4,8

) nhỏ hơn so với chỉ số IC50 của phối tử tự do (14,1

). Điều này


8

một lần nữa nói lên rằng, hoạt tính sinh học của phức chất TSC mạnh hơn so với
phối tử TSC ở trạng thái tự do.
Từ những điều trình bày ở trên, chúng tơi có thể kết luận rằng: Hoạt tính sinh
học của TSC phụ thuộc chủ yếu vào ba yếu tố: aldehyde hay ketone tham gia ngưng
tụ, tính kỵ nước của nhóm thế N(4)- aminyl và tính phân cực khi TSC tạo phức với
ion kim loại.
1.2. Giới thiệu một số phức chất của TSC
1.2.1. Phức chất đƣợc tạo thành từ kim loại Pt(II) với TSC
Nhà khoa học Barnett Rosenberg tiến hành thí nghiệm xác định vai trị của
dịng điện đến quá trình phân chia tế bào Escherichia Coli (E. Coli) đã phát hiện ra
hoạt tính sinh học của phức vng phẳng của Pt(II). Rosenberg và các cộng sự đã
cho rằng chỉ có dạng cis của phức Pt(II) mới có khả năng gây ra hoạt tính sinh học
hiệu quả; cịn dạng trans thì hồn tồn bất hoạt [23]-[24]-[14]. Từ đó, nhiều nguyên
cứu về khả năng gây ức chế tế bào u của phức cisplatin được tiến hành. Tuy nhiên,
hợp chất cisplatin cũng còn nhiều hạn chế như sự kháng thuốc của một số tế bào u,
hay môi trường nội bào giàu chất chứa nhóm thiol. Theo thuyết Acid – Base cứng mềm của Pearson thì axit mềm Pt(II) dễ dàng tạo phức bền với tâm base mềm như
thiol. Khi đó, trong môi trường chứa nhiều glutathione hay metallothionein,
cisplatin gần bị bất hoạt [23]. Cisplatin cịn có nhiều tác dụng phụ như là gây độc
cho hệ thần kinh, hư thận, ù tai, nơn mửa … Vì thế nên xu hướng nghiên cứu hiện
nay là cải tiến cisplatin có hoạt tính sinh học cao, giảm độc hại cho cơ thể. Ngồi
các dịng phức được nghiên cứu như carboplatin, oxaliplatin, …, phức Pt(II)-TSC là
một hướng đã và đang được các nhà khoa học quan tâm.
Năm 2001, nhóm tác giả [25] đã tổng hợp được phức Pt(II) chứa pyridil bis(N(4)-dipropylthiosemicarbazone) (H2P14DP), phức [PtP14DP] vuông phẳng với
phối trí N2S2 (Hình 1.6) và phức [Pt2Cl2(P14DP)] có hai tâm PtNNSCl.


9

Hình 1.6. Cấu trúc của phức [PtP14DP]
Năm 2003, nhóm tác giả [26] chỉ tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc ba phức

Pt(II)-TSC chứa nhân thơm, khơng có nhóm thế ở vị trí N(4) đều vng phẳng, hai
phức

chứa

hai

nhân

có

dạng

[Pt2Cl2L2]

với

L

là

MeTSC

(o-

OCH3)C6H4CH=NNH(C=S)NH2) hoặc ClTSC (o-ClC6H4CH=NNH(C=S)NH2),
phức

cịn

lại

là

phức

đơn

nhân

dạng

[PtCl2L’2] với

L’ là

BTSC

(Ph2C=NNH(C=S)NH2), Pt(II) liên kết phối trí với nguyên tử S và N(1) trong mỗi
phối tử (Hình 1.7).

Hình 1.7. Cấu trúc của phức trans-[PtCl2L’2]
Trong khi đó, năm 2008, nhóm tác giả [27] đã tiến hành tổng hợp phức Pt(II)
và Pd(II) với những TSC có cấu trúc tương tự như nhóm tác giả [26] nhưng có
nhóm thế trên nhân thơm như –CN, -NO2 và có nhóm thế N(4)-phenyl. Kết quả thử
hoạt tính sinh học trên các dịng tế bào u thơng thường đều cho thấy, phức Pt(II) có
hoạt tính sinh học tốt hơn Pd(II), phức đa nhân có hoạt tính sinh học hiệu cao hơn
phức đơn nhân và cao hơn cả các dịng cisplatin. Năm 2011, nhóm tác giả [21] cũng

10

kết luận tương tự khi tổng hợp phức Pt(II) với TSC chứa dẫn xuất thiophene-2carbaxaldehyde, đặc biệt là phức Pt(II)-TSC (Hình 1.8) gây ức chế mạnh nhất đối
với tế bào u HeLa (IC50 = 1,7 M).

Hình 1.8. Cấu trúc của phức [PtCl2L] (với L = C6H5NHCSNNCHC4H2S(2NO2))
Trên đây cũng là một trong những số ít TSC chứa dị vịng được sử dụng làm
tác nhân phối trí với ion Pt2+. Phần lớn, các dị vòng nitrogen được nghiên cứu tổng
hợp phức chất với cation kim loại chuyển tiếp thông thường như Zn(II), Cu(II),
Mn(II), Co(II), Ni(II), Ga(III), Au(III).
1.2.2. Phức chất đƣợc tạo thành từ kim loại Zn(II) với TSC
Nhiều cơng trình nghiên cứu về việc tổng hợp phức kẽm (II) với TSC và thử
hoạt tính sinh học của chúng trong những năm gần đây đang được các nhà nghiên
cứu quan tâm. Năm 1999, nhóm tác giả [28] tìm được hoạt tính giải độc của phức
kẽm với p-isopropylbenzaldehyde thiosemicarbazone (Hình 1.9) tương tự với khả
năng kháng u của cisplatin, thậm chí cịn vượt trội hơn cả cisplatin, còn về cấu trúc
của phức này được mơ tả ở Hình 1.9, Zn(II) liên kết phối trí với nguyên tử S và
N(1). Theo nhóm tác giả [28]-[29] kẽm là một tác nhân thiết yếu của enzyme xúc
tác các quá trình thủy phân, và phức kẽm là các tác nhân xúc tác cho quá trình cắt
đứt RNA. Theo nhóm tác giả [22]-[29], phức kẽm với TSC có khả năng chống oxi
hóa và tác động lên chu trình ngun phân và giảm phân của tế bào.


11

Hình 1.9. Cấu trúc của phức [ZnCl2L] (với
L=(CH3)2CHC6H4CHNNHC(NH2)S)
Năm 2006, nhóm tác giả [30] đã tiến hành tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc 2
phức kẽm của phối tử pyridine-2-carbaldehyde thiosemicarbazone và

(1E)-1-

pyridine-2-ylethan-1-one thiosemicarbazone và khảo sát tính kháng sinh tế bào của
chúng. Kết quả, điểm chung về cấu trúc của hai phức là Zn(II) đều liên kết phối trí
với nguyên tử S và N(1), cịn về hoạt tính sinh học thì cả hai phối tử và hai phức
kẽm của chúng có khả năng gây độc tế bào ung thư vú MCF-7 tốt hơn cisplatin.
Năm 2016, nhóm tác giả [31] nghiên cứu khả năng gây độc tế bào của
phức kẽm với di-2-pyridylketone 4-cyclohexyl-4-methyl-3-thiosemicarbazone (kí
hiệu: DpC) có dạng [ZnCl2(DpC)], Zn(II) liên kết phối trí với nguyên tử S, N(1) và
N trong pyridine, đồng thời tiến hành khảo sát khả năng định vị nội bào của phức
với dẫn xuất TSC này. Việc khảo sát này sẽ góp phần giúp chúng ta tìm hiểu được
những thông tin giá trị về các cơ chế của phản ứng diễn ra bên trong tế bào.
Năm 2017, Dominga Rogolino và cộng sự [32] cũng đã khảo sát hoạt tính của
phức Zn(II) và phức Cu(II) với phối tử 8-hydroxyquinoline-2-carboxaldehyde
thiosemicarbazone,

8-hydroxyquinoline-2-carboxaldehyde–4-ethyl-3-

thiosemicarbazone,

8-hydroxyquinoline-2-carboxaldehyde–4-phenyl-3-

thiosemicarbazone kháng dòng tế bào ung thư vú (MCF-7) và ung thư phổi (A549)
khá tốt với giá trị IC50=0,3-0,7 M, gây thiếu hụt DNA trong tế bào. Khi so sánh với
phối tử tự do và phức Zn(II), phức Cu(II) có hoạt tính cao hơn. Về cấu trúc của
phức Zn(II) và phức Cu(II) của các phối tử trên thì đều tương tự nhau ở điểm các
nguyên tử S, N(1) đều liên kết với ion kim loại (Hình 1.10)


12

Hình 1.10. Cấu trúc của phối tử (a) và phức chất của phối tử (b)
Cũng năm 2017, Santosh Kumar và cộng sự [33] đã khảo sát bốn phức chất
của acenaphthoquinone 3-(4-benzylpiperidyl)thiosemicarbazones (HL) với Co(II),
Ni(II), Zn(II), Cu(II) có dạng [ML2] với M là các kim loại trên, phối trí được hình
thành M – O - N(1)- S (Hình 1.11). Nghiên cứu cho thấy rằng các phức chất có hoạt
tính ức chế tốt hơn với các vi khuẩn đã được thử nghiệm như E. coli, B. subtilis, P
Aureus, và P. aeruginosa so với phối tử thiosemicarbazone tự do. Hiệu quả ức chế
có thể tương quan với band gap và momen lưỡng cực, so sánh các hình ảnh SEM
khi đã xử lý và chưa xử lý vi khuẩn cho thấy việc phá hủy tế bào là một trong cơ
chế dẫn đến sự ức chế vi khuẩn.

Hình 1.11. Cấu trúc của phối tử (HL) và phức [ZnL2]
Năm 2018, nhóm tác giả [34] đã được công bố tổng hợp được một TSC mới
là N(4)- morpholinyl isatin-3-thiosemicarbazone (HL) và tạo phức chất với các
ion kim loại : Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II) và Pd(II) có dạng [M(L)X], (M = Co, Cu
hay Pd; X = Cl, Br or OAc) [Ni(HL)Cl2].H2O.1,5C2H5OH, [Zn(HL)Cl2].H2O (Hình


13

1.12). Các phối tử thiosemicarbazone mới được tổng hợp và một số phức chất đã
được kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn chống lại hai chủng vi khuẩn gram âm
(Escherichia coli Pseudomonas và aeruginosa), hai chủng vi khuẩn gram dương
(Streptococcus pneumoniae và Staphylococcus aureus) và hai loại nấm gây bệnh
(Aspergillus fumigatus và Candida albicans). Tất cả các phức chất kim loại có hoạt
tính kháng khuẩn cao hơn so với phối tử thiosemicarbazone tự do. Hoạt tính mạnh
mẽ của các phức chất có thể phát sinh từ sự phối hợp và thải sắt, có xu hướng làm
cho các phức kim loại hoạt động như các chất chống vi trùng mạnh hơn và kiểm
sốt, do đó cản trở sự phát triển của các vi sinh vật. Kết quả kháng khuẩn cũng cho

thấy rằng phức chất bromide đồng là chất chống vi trùng tốt hơn so với cơ sở Schiff
và các phức kim loại của nó.

Hình 1.12. Cấu trúc của phối tử HL và phức [ZnCl2HL]
Năm 2018, nhóm tác giả [35] đã cơng bố tổng hợp được một TSC (HL:2-(3bromo-5-chloro-2-hydroxybenzylidene)-N-phenylhydrazine carbothioamide) và 2
phức Zn(II) gồm [Zn(bpy)(L)] (1) và [Zn(L)(phen)] (2), với bpy = 2, 2′-bipyridine
và phen = 1, 10-phenanthroline (Hình 1.13). Khả năng liên kết DNA của phức (2)
vượt trội. Bên cạnh đó, đánh giá kháng sinh cho thấy rằng phức (2) có khả năng
sàng lọc tốt hơn so với HL và phức (1) chống lại cả các loài vi khuẩn cũng như
nấm. Do đó, phức (2) sở hữu tính sàng lọc kháng khuẩn cao nhất đối với
Staphylococcus aureus (MIC = 3.0 ± 0.23 mM) và sàng lọc kháng nấm chống lại
Candida albicans (MIC = 6.0 ± 0.11 mM). Hơn nữa, hoạt tính chống ung thư của
phối tử HL, phức (1) và (2) đã được kiểm tra đối với dòng tế bào MCF-7 (dòng tế


14

bào ung thư vú ở người) bằng xét nghiệm MTT. Điều đáng chú ý là phức (2) (12 ±
0,67

M) cho thấy hoạt tính chống ung thư cao nhất so với HL (25,0 ± 0,91 M) và

phức (1) (15 ± 0,88

M) do sự hiện diện của phối tử phen. Họ tin rằng, phức

Zn(II) (2) có thể là một ứng cử viên phù hợp như một tác nhân chống tế bào ung thư
vú ở người và có thể được sử dụng như một chất chống vi trùng mầm bệnh chọn
lọc.

Hình 1.13. Cấu trúc của phối tử HL, phức [Zn(bpy)(L)] (1) và [Zn(L)(phen)]
(2)
Từ những bài báo như đã trình bày ở trên, chung tơi rút ra nhận xét chung về
quy trình tổng hợp phức giữa cation kim loại và phối tử TSC, cấu trúc của phức chất
được tạo thành và hoạt tính sinh học của chúng như sau:
Thứ nhất, phức chất của kim loại với TSC được tổng hợp theo quy trình:
Cho từ từ từng giọt dung dịch chứa muối của kim loại trong dung môi ethanol hoặc
methanol hoặc hỗn hợp gồm ethanol và nước hoặc chloroform theo tỉ lệ thể tích 1:1
vào dung dịch đã hòa tan m gam phối tử TSC trong dung môi ethanol hoặc