Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc các phức chất của ni (ii) với thiosemicacbazon xitronellal và alanin

mở đầu

Hóa học đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển của khoa học
hiện đại và có nhiỊu øng dơng trong ®êi sèng. Trong ®ã hãa häc phức chất
đang là vấn đề đ-ợc nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu, đặc biệt trong
lĩnh vực hóa sinh, hóa d-ợc.
Trong những năm gần đây các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu sự tạo
phức của các kim loại chun tiÕp nh- Cu, Ni, Mo, Fe, Cr… víi phèi tử
thiosemicacbazit và thiosemicacbazon. Các phối tử này có hoạt tính sinh học
khá mạnh, chúng có khả năng kháng khuẩn, kháng nÊm, t¸c dơng øc chÕ sù
ph¸t triĨn cđa c¸c tÕ bào ung th-.
Các phức chất của các kim loại với axit amin từ lâu cũng đà đ-ợc quan
tâm nghiên cứu và chúng cũng đ-a lại không ít những ứng dụng trong cuộc

sống.
Việc nghiên cứu tìm ra các phức chất mới của kim loại chuyển tiếp với
các phối tử hữu cơ cã ho¹t tÝnh sinh häc nh- nhãm chÊt thiosemicacbazon,
axit amin và các ứng dụng của chúng là vấn đề quan tâm của hóa sinh vô cơ.
Từ các lý do trên tôi chọn đề tài luận văn cao học là Tổng hợp, nghiên
cứu cấu trúc các phức chất của Ni (II) víi thiosemicacbazon xitronellal vµ
alanin”.

1


Ch-ơng 1: Tổng quan

1.1. Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon
1.1.1.Tính chất
Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 181
1800C có công thức cấu tạo:

Trong đó các nguyên tử S và N (1), N (2), N(3), C hầu nh- cùng nằm trên một
mặt phẳng vì có sự chuyển hóa proton từ N (2) sang S theo ph-ơng trình
(*) {6}.
Thiosemicacbazit là phèi tư cã tÝnh baz¬, khi ë pH cao, cã thể tồn tại
cân bằng tautome.

Thiosemicacbazit có khả năng ng-ng tụ với các hợp chất cacbonyl để
tạo ra thiosemicacbazon:

Phản ứng ng-ng tụ trên xảy ra đối với nhóm NH2 hidrazin của
Thiosemicacbazit,phản ứng xảy ra dễ dàng đến nỗi có thể dùng ®Ĩ ph¸t hiƯn

2


và xác định các hợp chất cacbonyl và th-ờng đ-ợc thùc hiƯn trong m«i tr-êng
etanol - n-íc cã axit axetic làm xúc tác.
Hợp chất cacbonyl phản ứng với thiosemicacbazit qua hai giai đoạn nhsau:

OH

1
H2N

C

NH

NH2

+

R1

C

S

R1

O

C

NH

NH

C

R

R

OH

R1

C

NH2

S

2
NH

NH

C

R

NH2

R1

C

N

NH

NH2

S

R

S

+ H2O

C

Giai đoạn 1: Cộng nucleofin có axit làm xúc tác
R1

C

+

O

H2N

NH

R

O
R1

O

chậm

C

NH2

R1

+

C

NH2 NH

C
S

R

S

NH2

HO

-

nhanh

+

C

NH2 NH

C

R1

NH2

NH

NH

C

R

S

R

C

NH2

S

Giai đoạn 2:

HO

R1

C

NH

NH

R
H2O
R1

H2O

+H+
C

NH2

R1

+

C

NH

NH

C

R

S

NH2

S

+

C

NH

NH

R

C

NH2

-H2O

R

S

+

C

NH

NH

C

NH2

S

R1
-H+

R

+

C

R1

NH

NH

C

R

NH2

S

C
R1

3

N

NH

C
S

NH2


Nh- vậy, sự có mặt của axit trong môi tr-ờng sẽ làm cho tốc độ phản ứng
tăng lên. Tuy nhiên, nếu cứ tăng nồng độ axit thì đến mức nào đó
thiosemicacbazit sẽ bị proton hóa theo ph-ơng trình (2) làm giảm hiệu suất
phản ứng.

Sự biến thiên nồng độ của các chất phản ứng theo pH trong giai đoạn
(1) có thể biễu diễn

Hình 1: Sự biến thiên nồng độ của các chất phản ứng theo pH

Với sự đa dạng về tính chất và phong phú về số l-ợng của các hợp chất
cacbonyl có thể tổng hợp rất nhiều hiosemicacbazon khác nhau.
1.1.2. Khả năng tạo phức
Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon có khả năng phối trí với nhiều
kim loại. Trong các phức chất, thiosemicacbazit là phối tử hai càng phối trí
qua nguyên tử S và N của nhóm hidrazin. Trong quá trình tạo phức phân tử
thiosemicacbazit chuyển từ dạng trans sang cis đồng thời xảy ra sù di chun
hidro cđa nhãm imin sang nguyªn tư S.

4

Nguyên tử H này bị thay thế bởi kim loại nên tạo thành hợp chất nội
phức theo sơ đồ:
N

NH2

C

S

H2N

N

S

C

M
H2N

NH2

Một số thiosemicacbazon và các phức chất của nó đà đ-ợc các tác giả

tổng hợp nh- sau:
- Trịnh Ngọc Châu [4] đà tổng hợp H2thsa, H2this, H2thac, và các phức
chất của chúng với Cu2+, Co2+, Co2+, Ni2+. Trong các phức chất thì H2thsa,
H2this, H2thac, đều là phối tử 3 càng, chúng luôn có xu h-ớng thể hiện dung
l-ợng phối trí cực đại bằng 3. Liên kết phối trí đ-ợc thực hiện qua các nguyên
tử S, N của nhóm hidrazin và oxi của nhóm OH trong các hợp chất cacbonyl.
Khi tham gia tạo phức, các thiosemicacbazon có thể là phối tử trung hòa hoặc
phối tử mang hai điện tích âm t-ơng ứng với dạng thion và thiol của hợp chất.
Khi là phối tử 1 điện tích âm H2thsa, H2this, ở dạng thiol còn H2thac ở dạng
thion.
- D-ơng Tuấn Quang [18] đà tổng hợp phức Pt(II) với các
thiosemicacbazon trên và Hthfu, H4phthu, H24phthis, H24phthsa, Hthbe,

H4phthbe, H2thdi, H24phthdi. Trong đó, H24phthis, H24phthsa cũng thể hiện
là phối tử 3 càng nh- H2thsa, H2this.Còn Hthfu, H4phthfu, Hthbe, H4phthbe,

5


H2thdi ,H24phthdi đều thể hiện là phối tử 2 càng giống nh- thiosemicacbazit.
Các phức tạo ra đều là phức vuông phẳng.
- Gần đây nhiều công trình [33,34] lại đi sâu vào nghiên cứu các phức
tổng hợp từ thiosemicacbazon của các andehit và xeton thiên nhiên nhxitronellal, citral, octenal, hay octanal. Các thiosemicacbazon này cũng thể
hiện là phối tử 2 càng và phức chất đ-ợc quan tâm nhiều là phức vuông phẳng
của chúng với Ni(II) và Cu(II).

Nói chung, cũng giống nh- thiosemicacbazit, các thiosemicacbazon có
khuynh h-ớng thể hiên dung l-ợng phối trí cực đại. Trong một số ít tr-ờng
hợp do khó khăn về hóa lập thể hay do những nguyên nhân khác, các
thiosemicacbazon mới thể hiện là phối tử 1 càng, chẳng hạn trong các phức
hỗn hợp của dioximin, Co(III), {CoX(DH)2L} và {CoX(DH)2L2}X. (L là
thiosemicacbazon salixilandehit), số phối trí cực đại th-ờng là 2,3 hoặc 4 tùy
thuộc vào số l-ợng nhóm tạo vòng trong các phân tử thiosemicacbazon.
Các thiosemicacbazon của axeton, xiclohexanon, benzandehit không có
các nhóm tạo vòng ở phần hợp chất cacbonyl, th-ờng thể hiện nh- những phối
tử hai càng giống thiosemicacbazit.
Các dẫn xuất thiosemicacbazit với andehit salisilic, điaxetylmonoxim,
axit benzoyl fomic, 8-quinolin andehit, axit piruvic, andehit antranilic là

những phối tử 3 càng. Trong tất cả các phức chất đà đ-ợc nghiên cứu ở các
công trình tr-ớc, các phối tử này có cấu tạo gần nh- phẳng. Do đó trong các
phức vuông phẳng, l-ỡng chóp tam giác, chóp vuông chúng đều chiếm 3 vị trí
phối trí trong cùng một mặt phẳng, còn trong phức bát diện, hai phân tử nằm
trên hai mặt phẳng vuông góc với nhau.
Trong công trình {31,32,34} tác giả đà xác định công thức của phức
chất giữa thiosemicacbazon salixilandehit với một số kim loại chuyển tiếp
bằng ph-ơng pháp phổ hấp thụ electron và phổ hồng ngoại. Ví dụ:

6

2+

NH2
C
S
O

NH

H

A

N

O
Ni
HC

CH
Ni

S

N

HC
N

N

S

O

C

HN

C

NH2
NH2

Phức bát diện Ni (H2thsa)2 (NO3)2

Phức vuông phẳng Ni (thsa) A
(A=H2O, NH3, Py, C6H5NH2)

Các thiosemicacbazon bốn càng th-ờng đ-ợc điều chế bằng cách ng-ng
tụ hai phân tử thiosemicacbazit với một phân tử đicacbonyl.
S
R

C

O

R'

C

O

+ 2 H2N

NH

C

R

C

N

R'

C

N

NH - CS - NH2

NH2

NH - CS - NH2

Các phân tử 4 càng có bộ nguyên tư cho N, N, S, S vµ cịng th-êng cã
cÊu tạo phẳng, do đó chúng chiếm 4 vị trí phối trí trên mặt phẳng xích đạo.
Phức chất đ-ợc tổng hợp trong đó thiosemicacbazon là phối tử 4 càng th-ờng
dùng ph-ơng pháp tổng hợp trên khuôn. Đây là một phản ứng có vai trò quan
trọng các quá trình sinh hóa.
Thiosemicacbazit và thiosemicacbazon là những chất có khả năng tạo ra
nhiều phức chÊt, víi nhiỊu øng dơng trong c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau nh- xúc
tác, phân tích (để tách cũng nh- để xác định hàm l-ợng kim loai), y học.
1.1.3. Hoạt tính sinh häc cđa thiosemicacbazit, thiosemicacbazon vµ phøc
chÊt cđa chóng

Thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của chúng là các chất
có cấu tạo đa dạng và mang nhiều tính chất quý báu đ-ợc sư dơng trong nhiỊu

7


lĩnh vực khác nhau, lĩnh vực đ-ợc quan tam nhiều nhất là ứng dụng của chúng
vào y học.
Năm 1946, Domak phát hiện ra khả năng kháng vi trùng lao của dẫn
xuất thiosemicacbazon benzandehit, năm 1950 Hamre phát hiện ra rằng khi
cho chuột uống các dẫn xuất này thì có khả năng chống đ-ợc sự gây bệnh
neurovaccinial. Đây là nghiên cứu đầu tiên về hoạt tính chống virus của hợp

chất thiosemicacbazon. Kể từ đó ngày càng có nhiều công trình công bố liên
quan đến hợp chất này{18,28}.
Các nhà khoa học ấn Độ đà thử lâm sàng dẫn xuất thiosemicacbazon
N- metyl isatin- (methisazon), nghiên cứu này đ-ợc xem nh- là bằng chứng
về hoạt tính chống vi rút hữu hiệu của thiosemicacbazon trên cơ thể con ng-ời
{6}.
Có những thiosemicacbazon đà đ-ợc dùng làm thuốc. Chẳng hạn,
thiosemicacbazon p-axetaminobenzandehit (thiacetazon-TB1) đ-ợc dùng làm
thuốc chữa bệnh lao, cho đến nay TB1 vẫn là một trong số thuốc hiệu nghiệm
nhất đối với bệnh này.

H3C

C

HN

C
H

N C

NH2

S

S

Bên cạnh đó các thiosemicacbazon của 4- etylsunfobenzandehit,
piridin-3 và piridin-4andehit cũng đ-ợc dùng nhiều trong y học để chữa bệnh
lao. Thiosemicacbazon isatin đ-ợc dùng để chữa bệnh cúm, đậu mùa và làm
thuốc sát trùng, thiosemicacbazon của quinon monoguanyl hidrazon có khả
năng diệt khuÈn gram d-¬ng {6}.
H2N C

H

N

N

NH

NH

C
S

8

NH2


Bên cạnh tác dụng đối với bệnh lao, nhiều thiosemicacbazon còn có tác
dụng đặc biệt trong quá trình chữa bệnh viêm nhiễm {35,36,37}
Để nghiên cứu cơ chế kháng khuẩn của các thiosemicacbazon, nhiều tác
giả đà tiến hành các thí nghiệm khác nhau. Domagk và các cộng sự của ông so
sánh khả năng kháng khuẩn của các thiosemicacbazon với các
thiosemicacbazit và thấy rằng khả năng kháng khuẩn của thiosemicacbazit rất
yếu. Từ đó ông cho rằng khả năng kháng khuẩn của thiosemicacbazon là của
toàn bộ phân tử chứ không phải của các thành phần do các phân tử thủy phân

sinh ra, và thực tế các thiosemicacbazon rất bền. Kaufman đà xử lý các chất
độc do vi trùng tiết ra bằng thiosemicacbazon và thấy rằng các vi trùng đó
không còn khả năng gây bệnh. Từ đó ông kết luận rằng tác dụng chữa bệnh
của các thiosemicacbazon không phải do chúng diệt các vi trùng mà trung hòa
các độc tố do vi trùng tiết ra. Chính vì thế mà tác dụng kháng khuẩn trong cơ
thể sống (invivo) của thiosemicacbazon lớn hơn hàng vạn lần trong èng
nghiƯm (invitro)[6].
C¸c phøc chÊt cđa thiosemicacbazit víi c¸c mi clorua mangan,
niken,coban và đặc biệt là kẽm đ-ợc dùng làm thuốc chống th-ơng hàn, kiết
lị, các bệnh đ-ờng ruột và diƯt nÊm{6}
Thiosemicarbazon cđa 2- axetyl piridin vµ mét sè phøc kim loại của
chúng đà đ-ợc nghiên cứu. Các tác giả thấy rằng chúng có khả năng kháng sốt

rét, kháng khuẩn, kháng vi rút [31].
Hoạt tính sinh học của 4- phenylthiosemicacbazon 2- axetyl pirdin (Ac4Ptsc) cịng nh- cđa c¸c phøc chÊt tạo thành từ các phối tử này với một số kim
loại chuyển tiếp đà đ-ợc ông cùng cộng sự nghiên cứu. Kết quả cho thấy
chúng có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn ngay cả khi ở nồng độ
thấp. Trong đó phức Cu(II) thể hiện hoạt tính mạnh nhất,có khả năng kháng
Proteus, Klebsiella-Enterobacter, Salmonella typhi, S.aureus, Shigella,
Pseudomonas. Còn đối với phức của Ni(II) thì hầu hết các loại vi khuẩn trên bị
ức chế nh- nhau. Phức Hg(II) nói chung có hoạt tính mạnh hơn phức của
9


Zn(II) và cd(II). Nồng độ ức chế (MIC) của các phức trên cũng đà đ-ợc xác

định. Giá trị MIC của Cu(Ac-4Ptsc)2, Cu(Ac-4Ptsc)2 (OAc)2 , Zn(Ac4Ptsc)(NO3)2, và Hg(Ac-4Ptsc)2I đối với khuẩn Shigella là 3.91 g/ml. Sự
thay đổi này đ-ợc tác giả giải thích là do có sự khác nhau giữa kim loại dẫn
đến thay đổi cấu hình không gian của phối tử và liên kết tĩnh điện của chúng.
Ngoài ra, đóng góp vào sự thay đổi này còn do anion gây ra, bởi vì trong các
phức của 4- phenylthiosemicacbazon 2- axetyl pirdin với mỗi loại kim loại
khác nhau, nếu trong thành phần của chúng có clo thì hoạt tính đ-ợc nhận
thấy là mạnh nhất.
Trong công trình [35,36], Martelli đà công bố kết quả về việc tổng hợp
4-metylthiosemicacbazon

2-

axetyl

pirdin(Ac-4Mtsc)

và

2

Metyl

thiosemicacbazon 2- axetyl pirdin(Ac-Mtsc) và các phức chất của chúng. Hai
phối tử này có khả năng chống lại nhiều loại nấm khác nhau. Hoạt tính này

tăng khi chúng tạo phức với các ion kim loại nh- kẽm, niken, đồng. Chẳng
hạn, Ac-4Mtsc có nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) đối với Aspergillus
Fumigatus là 600  g/ml., MIC cđa Ac- 2Mtsc lµ 800  g/ml trong khi đó của
Cu(Ac-2Mtsc)SO4 là 300 g/ml.. Phức đồng có hoạt tính mạnh nhất rồi đến
phức niken và yếu nhất là phức kẽm. Các phức chất này có khả năng chống lại
những tác nhân gây ra bệnh có khả năng lây lan lớn ở vùng nhiệt đới. Các phối
tử Ac-4Mtsc và phức kim loại của chúng cũng đ-ợc thử hoạt tính kháng
khuẩn. Các tác giả nhận thấy rằng đa số các phức chất thể hiện hoạt tính mạnh
hơn so với các phối tử t-ơng ứng, điều này có thể thÊy râ qua b¶ng 1.1.

10

Bảng 1. Hoạt tính kháng khuẩn của Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc và phức chất
của chúng
Nồng độ ức chế tối thiểu( g/ml.)

Hợp chÊt
a

b

c

d

e

F

g

h

Ac-4Mtsc

15.62

52.50

15.62

250

15.62

7.81

15.62

15.62

Cu(Ac-4Mtsc)Cl2

3.92

31.25

7.81

125

15.62

-

2.81

15.62

Cu(Ac-4Mtsc)(NO3)2

3.91

62.50

15.62

-

31.25

-

3.91

3.91

Cu(Ac- 4Mtsc)(OAc)2

15.62

62.50

7.81

-

31.25

3.91

7.81

7.81

Cu(Ac-4Mtsc)SO4

-

-

3.96

125

7.81

3.91

3.91

3.91

Ni(Ac-4Mtsc)Cl2

-

3.91

7.81

-

31.25

-

-

62.50

Ni(Ac-4Mtsc)(OAc)2

-

15.62

7.81

-

31.25

-

-

-

Ni(Ac-4Mtsc)(NO3)2

-

-

-

-

-

-

-

31.25

Ni(Ac-4Mtsc)SO4

-

-

-

-

-

-

15.62

Zn(Ac-4Mtsc)Cl2

-

-

15.62

-

-

-

-

3.91

Zn(Ac-4Mtsc)(OAc)2

-

-

-

-

-

-

-

62.50

Zn(Ac-4Mtsc)(NO3)2

-

-

31.25

-

-

-

-

-

Zn(Ac-4Mtsc)SO4

-

-

31.25

-

15.62

-

-

-

Ac-2Mtsc

31.25

12.50

25.00

125

41.25

7.81

31.25

15.62

Cu(Ac-2Mtsc)Cl2

21.25

12.50

62.50

62.50

31.52

3.91

31.25

15.62

Cu(Ac-2Mtsc)(OAc)2

15.62

25.00

62.50

62.50

31.25

3.91

15.62

15.62

Cu(Ac-2Mtsc)(NO3)2

-

12.50

250

-

62.50

3.91

15.62

15.62

7.81

62.50

62.50

62.50

31.25

3.92

7.81

7.81

Ni(Ac-2Mtsc)Cl2

-

3.91

62.50

-

31.25

-

-

125

Ni(Ac-4Mtsc)(OAc)2

-

-

125

-

31.25

-

-

-

Ni(Ac-2Mtsc)(NO3)2

-

-

-

-

15.62

-

-

31.25

Ni(Ac-2Mtsc)SO4

-

-

-

-

-

-

-

31.25

Cu(Ac-2Mtsc)SO4

11


Bảng 2: Hoạt tính kháng vi sinh vật của thiosemicacbazon và phức chất

của Pt của chúng
Nồng độ ức chế tối thiĨu (  g/ml.)
Hỵp chÊt Vi Gram – khn Vi Gram+ khuÈn

NÊm mèc N.Men

E

P

B

S

A

F

C

25

25

50

-

50

25

50

12,5

25

25

-

12.5

25

50

-

50

-

-

-

25

50

25

-

25

-

50

-

-

H2thac

-

-

-

-

50

50

-

Pt(Hthac)Cl

-

-

-

-

25

50

-

Hthbe

50

50

-

-

-

50

50

Pt(Hthbe)2

50

25

50

50

50

25

25

H4Phthbe

25

50

50

50

-

50

50

12.5

25

12,5

25

-

15.2

25

H2thdi

-

-

-

-

-

50

-

Pt(thdi)

25

25

50

25

50

12.5

25

H24Phthdi

12.5

-

12.5

25

-

25

-

Pt(H4Phthdi)2

12.5

50

12.5

12.5

25

12.5

25

Hthfu

-

50

-

-

-

25

50

Pt(thfu)2

-

-

-

-

-

-

-

H4Phthfu

-

50

50

-

-

25

-

50

-

-

-

-

-

-

H24Phthis
(H24Phthis)Cl
H2thsa
Pt(H2thsa)Cl

Pt(4Phthbe)2

Pt(H4Phthfu)2

12


1.2. Amino axit và L-alanin{22}
1.2.1. Amino axit
1.2.1.1. Cấu tạo và tÝnh chÊt cđa amino axit
Amino axit lµ dÉn xt cđa axit cacboxylic trong đó có một hay hai

nguyên tử của gốc ankyl đ-ợc thay thế bởi nhóm amino.Công thức tổng quát
của - amino axit nh- sau:


R-CH-COOH
NH2
Ngoài gốc amino, trong phân tử còn có các gốc hidroxyl (-OH), gốc
phenyl (-C6H5), … cịng cã c¸c amino axit chøa hai nhãm amin hoặc hai
nhóm cacbonyl (axit aspactic).
Dựa vào sự khác nhau về cấu tạo. ng-ời ta chia các amino axit thành
các nhóm và phân nhóm sau: Amino axit mạch thẳng, amino axit vòng thơm,
amino axit dị vòng và amit của amino axit.

Tùy theo nhóm amino (-NH2) liên kết vào các vị trí khác nhau của các
nguyên tử cacbon trong gốc ankyl (-R) so với nhóm cacboxyl (-COOH) mà ta
có các axit ,  ,  - amino…
Cơ thĨ:

 -amino axit

R-CH-COOH
NH2


R-CH-CH2-COOH

 -amino axit

NH2


R-CH-CH2-CH2-COOH
NH2
13

 -amino axit

Trong các amino axit th-ờng gặp trong tự nhiên gốc -NH2 th-êng ë vÞ
trÝ  - so víi nhãm cacbonyl -COOH.
Các -amino axit là những hợp phần của protein và tham gia vào quá
trình sinh học quan trọng nhất.
Tất cả amino axit thiên nhiên (trừ glyxin) là chất quang hoạt và thuộc
dÃy L.
Do trong phân tử các amino axit có cả nhóm cacboxyl lẫn nhóm amino
nên các -amino axit nói riêng và amino axit nói chung có tính l-ỡng tính.
Tùy thuộc vào giá trị pH của môi tr-ờng mà chúng có thể mang điện
tích d-ơng hoặc âm. Giá trị pH mà ở đó amino axit không bị dịch chuyển bởi
điện tr-ờng gọi là điểm đẳng điện (kí hiệu là pI). pI của -amino axit trung

tính có giá trị từ 5,6-7, các -amino axit dicacboxylic có pI từ 3-3,2 và các
-amino axit diamin có pI từ 9,7-10,8.

Trong tr-ờng hợp các amino axit có nhóm R không tích điện, điểm
đẳng điện là trung bình cộng của các trị số pK 1 của nhóm caboxyl và nhóm
amino.
Sau đây là một số giá trị pI của một số -amino axit.
Bảng 3: Giá trị pI của một số -amino axit
Công thức

Tên gọi

Kí hiệu

pI

CH2(CH2)-COOH

Glixin

Gly

5,97

CH3CH(NH2)-COOH

Alanin

Ala

6,00

CH(NH2)(CH2)3CH(NH2)-COOH

Lizin

Lys

9,74

HOOCCH2CH(NH2)-COOH

Axit aspactic

Asp

2,77

HOOC(CH2)CH(NH2)-COOH

Axit glutamic

Glu

5,22

p-HOC6H4CH2CH(NH2)-COOH

Tyrozin

Tyr

5,66

C6H5CH2CHNH2COOH

Phenylalanin

Phe

5,84

14


ở điểm đẳng điện, các - amino axit tồn tại d-ới dạng l-ỡng cực. Điều
này đ-ợc xác định nhờ quang phổ hồng ngoại của chúng không có các dải đặc
tr-ng cho nhóm cacboxyl và nhóm amino.
Dạng l-ỡng cực của amino axit trung tính có thể biễu diễn:
R-CH-COONH3+
Khi đó phản ứng của các ion l-ỡng cực với axit hoặc bazơ có thể biểu
diễn theo ph-ơng trình:
R - CH - COO-

R - CH - COOH

pH
+ H+ 
NH3+

NH3+

R - CH - COO-

R - CH - COOH

pH
+ OH- 
NH3+

NH2

1.2.1.2. Ho¹t tÝnh sinh häc của amino axit
Amino axit đà đ-ợc nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều ngành đặc biệt
là ngành y học và trong nông nghiệp, chẳng hạn nh- UCFTAM dẫn xuất từ
GABA (8-amino-nbutyric axit) là thuốc tác động trí tuệ do tác dụng trực tiếp

lên nÃo, làm cải thiện chức năng của nÃo cả khi bình th-ờng và khi thiếu hụt
chức năng vùng này của nÃo liên quan đến khả năng hiểu biết, đóng vai trò
quan trọng trong học tập và trí nhớ, ý thức và sự tỉnh táo. UCFTAM không có
tác dụng an thần hay h-ng phấn. UCFTAM tác dụng lên hệ thần kinh trung
-ơng bằng nhiều cơ chế.
- Làm thay đổi các trung gian dây truyền thần kinh trong nÃo (nora
drenalin, dopamin) nhờ đó cải thiện các hoạt động liên quan đến trí nhớ.
- Cải thiện chuyển hóa, phục hồi chức năng tế bào thần kinh.

15

- Tăng sức chống đỡ của vỏ nÃo khi thiếu oxi huyết chống lại các rối
loạn chuyển hóa khi thiếu máu cục bộ kalo làm giảm mức tiêu thụ oxy, hoạt
hóa G6PD nh-ng không làm tăng lactat.
- Làm tăng sự khai thác và tiêu thụ glucose độc lập với nguồn cung cấp
oxi, thuận lợi cho đ-ờng chuyển hopas pentosen, và duy trì sự tổng hợp năng
l-ợng cho nÃo (ATP).
- Làm tăng tốc độ hồi phục sau chứng giảm oxi huyết bằng cách làm
tăng nhanh tốc độ quay của các photphat vô cơ và bằng cách làm tích tụ
glucoza và axit lactic.
- Làm tăng tuần hoàn nÃo cải thiện vi tuần hoàn mà không làm giảm
mạnh ức chế sự kết dính tiểu cầu bị hoạt hóa quá mức, làm tăng tính biến dạng
của màng hồng cầu và khả năng xuyên qua vi mạch.

- -amino-nbutyric axit (BABA) làm tăng tính đề kháng trong nốt rễ
cây cà chua và trong lá cây hạt tiêu.
Sự nghiên cứu ứng với ứng dụng của BABA có tác dụng bảo vệ cây tiêu
phòng chống sự nhiễm bệnh capsici giảm sự tăng tr-ởng hyphal và hình thành
sporangiat
1.2.2. L- Alanin
1.2.2.1. Cấu tạo L-Alanin: L-alanin là một axit amin trung tính mạnh không
vòng, nó là dẫn xuất của axit cacboxylic, trong đó một nguyên tử H của gốc
ankyl đ-ợc thay thế bởi một nhóm amin.
L-Alanin hay còn gọi là  -amino propioic lµ mét  -amino axit cã chøa
mét nhóm cacboxyl và một nhóm amin đ-ợc ký hiệu là HAla.
Công thức phân tử: C3H7O2N

NH2
Công thức cấu tạo: CH3-C-COOH
H

16


L-Alanin là tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy 297 0C, độ tan trong
180 g H2O là 16,51 g ở 250C, không tan trong các dung môi nh- dầu háa,
etanol, benzen.
1.2.2.2. TÝnh chÊt cđa L- Alanin
Trong ph©n tư L-Alanin có chứa đồng thời nhóm cacboxyl nên nó có

tính chất ®iƯn ly l-ìng tÝnh. Trong dung dÞch n-íc cã thĨ tồn tại d-ới hai
dạng: dạng phân tử và dạng ion l-ìng cùc, dung dÞch míi cđa nã cã momen
l-ìng cùc lín.
H»ng sè ply axit cđa nhãm cacboxyl vµ h»ng sè phân ly bazơ của nhóm
amin rất nhỏ . Đối với L-Alanin nh- sau:
Pka = 2.35 , Pkb = 9.69
Trong m«i tr-ờng axit sự phân ly của cacboxyl bị kìm hÃm phân tử axit
amin tác dụng nh- một bazơ tích điện,đ-ờng chuyển về phía cực âm trong
điện tr-ờng.
Trong môi tr-ờng bazơ, sự phân ly của nhóm amin bị kìm hÃm phân tử
axit amin tác dụng nh- một axit, tích điện âm, chuyển về phía cực d-ơng
trong điện tr-ờng.

Các -axit có tính l-ỡng tính nên tùy vào pH của môi tr-ờng mà nó
mang điện tích âm hoặc d-ơng. pH của dung dịch mà ở đó tổng điện tích âm
và d-ơng của phân tử axit amin bằng không gọi là điểm đẳng điện và đ-ợc kí
hiệu pI. Mỗi axit amin có giá trị pI đặc tr-ng khác nhau nên ở độ cao giá trị
pH thích hợp, các axit amin sẽ chuyển về âm và d-ơng cực với tốc độ khác
nhau. Dựa vào đặc tính này ng-ời ta đà xây dựng ph-ơng pháp điện di trên
giấy hoặc tinh bột để tách các hỗn hợp axit amin ở điểm đẳng điện, độ tan của
axit amin là cực tiểu nên có thể dùng tính chất này để xác định pI các -axit
amin trung tính pI: 5,6  7,  -axit amin hc cacboxyl cã pI: 9,7 10,8.
Điểm đẳng nhiệt pI của alanin là: 6,02.
Khi đun nóng, hai phân tử của L-Alanin sẽ t-ơng tác với nhau bằng
cách đề hidro hóa để tạo vòng có hai liên kết amit. L-Alanin có thể tạo muối

17


phức nối với cation kim loại nặng. Các muối này th-ờng rất bền khó tan,
th-ờng có màu đặc tr-ng.
- Các tÝnh chÊt cđa nhãm cacboxyl tậ este víi ancol, ph¶n ứng với
P2O5 tạo axit clorua, bị decacboxyl hóa d-ới tác dơng cđa men decacboxyl
aza:
- C¸c tÝnh chÊt cđa nhãm amin: tạo muối với các axit mạnh, t-ơng tác
axit nitoro, phản ứng deamin hóa, phản ứng với axit clorua hoặc anhydydrit
axit tạo dẫn xuất n-axyl.
L-Alanin phản ứng với dung dịch ninhydrin đ-ợc dung dịch màu xanh

tím. Đây là phản ứng quan trọng trong phân tích định tính định l-ợng LAlanin.
1.2.2.3. Điều chế L- Alanin
Các axit amin có thể điều chế bằng cách thủy phân protein. Sản phẩm
cuối cùng của sự thủy phân là sự hỗn hợp của axit amin.
Tổng hợp axit amin alanin trong c¬ thĨ tõ axit piruvic nhê amin hãa bëi
transaminaz.
Glutamat + piruvat   -xetoglutarat + alanin.
Tuy nhiªn ë mét sè thùc vËt vµ mét sè vi sinh vật, alanin đ-ợc tạo ra
bằng con đ-ờng amin hóa, t-ơng tự sự cố định NH3 trên axit piruvic nhờ xúc
tác enzim-alanin-dehdrogenaz.
Piruvat + NH3 + NAD . H + H+ + H2O  alanin + NAD+.
Tõ axit fumaric b»ng con ®-êng amin hóa khử nhờ aspacta 2 có thể

tổng hợp đ-ợc axit aspactic, từ axit aspactic có thể tổng hợp nên alanin. alanin có trong các protit và ở dạng tự do trong máu ng-ời.
Alanin th-ờng đ-ợc hình thành trong cơ thể ng-ời và động vật cũng nhcó thể tổng hợp bằng cách amin hóa axit-2- halogenpropanoic.

18


Quang phổ hồng ngoại của L-Alanin.
Bảng 4: Một số đặc tr-ng về quang phổ hồng ngoại của L-Alanin
Tần số hấp thụ (cm-1)

Quy gán

3086 . 32

V NH2

as

dao động hóa trị bất ®èi xøng cđa NH3

2809 . 27

V NH2

as

dao ®éng hãa trÞ ®èi xøng cña NH3

1593 . 07

V NH2

as

dao ®éng bÊt ®èi xứng của COO-

1458

NH



3

dao động biến dạng NH2

1409 . 36

VCOO dao động hóa trị đối xứng của COO-

1357 . 65

OH dao động d-ới dạng của OH

1235 . 05

NH dao động biến dạng NH3+

3

1113 . 98

3

VC C s dao động hóa trị của C-C

Quang phổ tử ngoại hấp thụ electron cđa L-Alanin.
Phỉ hÊp thơ electron cđa L-Alanin lµ mét vạch hấp thụ yếu ở 192,10nm,
chứng tỏ các electron và cặp electron tự do trong nhóm cácboxyl của LAlanin t-ơng đối bền.
Khả năng tạo phức đơn phối tử, đa phối tử của L-Alanin.

Khả năng tạo phức đơn phối tử.
- Các -amino axit có thể tạo muối phức nội bền với kim loại chuyển
tiếp, khi đó các -amino axit cũng tạo đ-ợc muối nội phức nh-ng kém bền
hơn, còn , -amino axit không tạo đ-ợc muối phøc néi t-¬ng tù:
(n-m)+

NH2 –CH – CH3
Mn+
O –C =O

m

19


Tính bền vững và các tính chất khác của phức kim loại chuyển tiếp với
-amino axit đ-ợc giải thích chủ yếu dựa vào cấu trúc vòng bền 5 cạnh không

căng trong đó axit amin chiếm hai vị trí phối trí của kim loại: 1 bằng oxi của
nhóm COO- còn một cặp gián tiếp bằng electron ch-a liên kết của nhóm NH2
Do vậy, -alanin là một tr-ờng hợp cụ thĨ cđa  -amino axit, khi tham
gia t¹o phøc nèi với các kim loại chuyển tiếp nó thể hiện là một phối tử đientat
thông qua hai nguyên tử O và N tạo phức càng t-ơng đối bền. Thực tế đà tạo
đ-ợc giữa -alanin với kim loại nh- phức V(III), Cu(II), Ni(II), Fe(II) và

đ-ợc các tác giả khảo sát về các tính chất cũng nh- cấu tạo.[17]
Trong nhiều tài liệu thì sự tạo phức đơn phối tử của kim loại với LAlanin có thể xảy ra theo sơ đồ sau:
Mq+ + a.q + nHAla + (m+n)H2O  [M(Ala)n .mH2O](q-n)+ + H3O+
Khi đó dung dịch phản ứng có pH < 7.
Sự tạo phức giữa các ion kim loại chuyển tiếp với L-Alanin đà và đang
đ-ợc nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu với mục đích khoa học và ý
nghĩa thực tiễn của chúng.
Trong môi tr-ờng kiềm, các amino axit tạo ra với các nguyên tố đất
hiếm, các hợp chất vòng nhờ nguyên tử nitơ của nhóm amino, đồng thời thành
phần của chất l-ợng thay đổi phụ thuộc vào tỉ lệ các cấu tử.
- Khả năng tạo phức đa phối tử của L-Alanin
Nếu trong dung dịch có chứa ion kim loại và ít nhất hai phối tử khác nhau

thì luôn luôn có khả năng tạo phức hỗn hợp. Các phức hỗn hợp có thể đ-ợc tạo
thành do kết quả của phản øng thay thÕ.
MAn + mB  MAn-m + mA
Hc do kết quả của phản ứng kết hợp do sự tăng lên số phối trí của ion
trung tâm.
MAn + mB MAnBm.
Tõ cÊu t¹o phøc tư L-Alanin ta thÊy khi t¹o phức với các kim loại chuyển
tiếp, L-Alanin có 2 nguyên tử cho vì vậy nó là phối tử didentat.
20


1.3. Niken, hợp chất và khả năng tạo phức

Niken có Z=28, M=58,6934 đvc
Cấu hình electron (Ar) 3d8 4s2, thể diện cùc tiªu chuÈn

E o Ni2 / Ni = -0,28V

E o Ni3 / Ni2 =2,1V

Niken đ-ợc xếp vào nhóm VIIIB của bảng hệ thống tuần hoàn hóa học.
- ở dạng đơn chất niken là kim loại có ánh kim, màu trắng bạc. trong tự
nhiên có 5 đồng vị bền :

58

Ni (67,7%),

60

Ni, 61 Ni,

62

Ni,

64

Ni.

- Niken dễ rát mỏng có nhiệt độ sôi cao (31850C) có nhiệt độ nóng chảy
cao (14530C) khối l-ợng riêng = 8,9g/cm3.
- Niken có hai dạng hình thù: -Ni lục ph-ơng bền ở <2500C.
-Ni lập ph-ơng toàn diƯn bỊn ë >2500C.
- Niken cã ho¹t tÝnh hãa häc trung bình, ở điều kiện th-ờng nếu không
có hơi ẩm chúng không tác dụng rõ rệt ngay với các nguyên tố phi kim điển
hình nh-: O2, S, Cl2, Br2, chúng phản ứng xảy ra mÃnh liệt, ở trạng thái chia
nhỏ.Niken là chất tự cháy, niken có thể hấp thụ những l-ợng lớn H2 nên đ-ợc
sử dụng làm chất khử có xúc tác trong hữu cơ nh- niken renay.

- Niken có thĨ cã c¸c møc oxi hãa II, III, IV, nh-ng trạng thái oxi hóa
II là bền hơn cả.
NiO: Là chất rắn màu lục, nhiệt độ nóng chảy 19900C, tan dễ dàng
trong dung dịch axit. NiO th-ờng đ-ợc dùng làm chất xúc tác, bột màu trong
sản xuất thủy tinh và gốm.
Ni(OH)2 : Là chất kết tinh màu lục không tan trong n-ớc bền với không
khí, chỉ biến đổi khi tác dụng với những chất oxi hóa mạnh nh-:
2Ni(OH)2 + Br2 + 2KOH = 2Ni(OH)2 + 2KBr.
Ni(OH)2 dƠ dµng tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch bazơ,
nh-ng tan ngay trong dung dịch đặc NH3 do tạo phức chất [Ni(NH3)6](OH)2.
Ni(II) tạo nên nhiều phức chất đa số có cấu hình bát diện với số phối trí 6.
Điển hình nhất đối với số phối trí 6 là ion aquơ màu lục [Ni(NH3)6]2+ cã thÓ

21


thế dễ dàng các phân tử H2O ion quơ đặc biệt là các amin tạo thành phức bền
nh-: [Ni(H2O)2(NH3)4]2+ , [Ni(NH3)6]2+ , hc [Ni(en)3]2+….
Phøc chÊt víi sè phèi trÝ 4 cũng đặc tr-ng với Ni(II), số ít đ-ợc tạo nên
với tr-êng phèi tư th-êng u cã cÊu h×nh tø diƯn nh- [NiCl4]2-, víi sè lín h¬n
cã tr-êng phèi tư th-êng mạnh có cấu hình vuông phẳng nh- [Ni(CN)4]2-.
Ngoài ra, cũng ®· biÕt ®-ỵc mét sè phøc chÊt víi sè phèi trí 5 của
Ni(II) theo cấu hình l-ỡng chóp tam giác hoặc chóp vuông.
Từ phức chất với số phối trí 4 có thể tạo thành các phức chất số phối trí

5,6 khi thêm phối tử vào theo nguyên tắc.
ML4 + L/ = ML4L/
ML4 + 2L/ = ML4L/2
NÕu L = CN th× chØ xuÊt hiÖn phøc chÊt sè phèi trÝ 5, nh-ng trong đa số
tr-ờng hợp khi L là chất cho tốt nh- pyridin, H2O, C2H5OH thì tạo ra phức với
số phối trÝ 6.

22


Ch-ơng 2: Ph-ơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật
thực nghiệm

2.1. Ph-ơng pháp phổ khối l-ợng [2]
Trong việc nhận dạng một hợp chất, có thể nói thông tin quan trọng
nhất là trọng l-ợng phân tử. Phổ khối l-ợng là ph-ơng pháp phân tích cung
cấp thông tin này một cách chính xác. ở thể ion hóa 9- 14eV thì không có một
ion nào có số khối lớn hơn ion phân tử đ-ợc tạo thành. Vì vậy, khối l-ợng của
ion nặng nhất, không kể đến sự đóng góp của đồng vị sẽ cho ta khối l-ợng
phân tử quy tròn với máy khối phổ phân giải thấp và khối l-ợng phân tử chính
xá với máy khối phổ phân giải cao. Nếu hợp chất chỉ chứa C, H, O, N có khối
l-ợng phân tử là lẻ thì số nguyên tử N trong tử phải là lẻ. Nếu phân tử tạo
thành chỉ bởi liên kết cộng hóa trị thì có thể xác định tổng số vòng và tổng số
liên kết đôi trong công thức (2w-x+y+2)/2, với W, x, y là số nguyên tử C, H,
N trong phân tử.

Phân loại các ion
- Ion phân tử: là ion có số khối lớn nhất, và chính là khối l-ợng phân tử
của chất. Kí hiệu ion phân tử là M+ hoặc [M + H]+, [M - H]-, Nếu ion phân tử
là số chẵn chứng tỏ phân tử không chứa hoặc chứa một số chẵn nguyên tử
nitơ, nếu là số lẻ thì chắc chắn phân tử chứa một số lẻ nguyên tử nitơ.
- Ion đồng vị: Trong thiên nhiên các nguyên tố hóa học đều tồn tại các
đồng vị có tỉ lệ khác nhau.
Bảng 5. Số khối và tỉ lệ trong thiªn nhiªn cđa mét sè nguyªn tè
Nguyªn tè

M

M’

Tû lƯ thiªn nhiªn (M/M)

C

12

13

0,011

H

1

2

0,0002

N

14

15

0,004

S

32

34

0,044

Cu

63

65

0,447

Ni

58

60

0,386

23


Xét ví dụ: C có tỷ lệ đồng vị

13

C so với 12 C bằng 0,001. Do đó trong hợp chất

hữu cơ có công thức CnH2n thì tỉ lệ giữa các phân tử là:
12

13

CnH2n

1

CnHn-1H2n 0,0001xn

Tỷ lệ này thể hiện ra các chiỊu cao v¹ch phỉ. Ion M+ cđa 12 CnH2n cã chiỊu cao
h cßn ion (M+1)+ cđa 13 CnHn-1H2n cã chiỊu cao h thì.
h 0,011xn
h

n
h
1
0,011xh

Nh- vậy dựa vào chiều cao vạch phổ M+ và (M+1)+ có thể tính đ-ợc số
nguyên tử C trong phân tử. T-ơng tự nh- vậy, dựa vào chiều cao vạch phổ M +

và (M+2)+ có thể tính đ-ợc số nguyên tử S, Cu, Ni trong phân tử.
- Ion mảnh: Các ion mảnh đ-ợc sinh ra khi phân tử va chạm với
electron và bị phá vỡ. Tùy theo năng l-ợng va chạm lớn hay nhỏ mà phân tử
vỡ thành nhiều mảnh khác nhau, thông th-ờng năng l-ợng va chạm vào
khoảng 70eV.
- Ion metastabin: Các ion phải có thời gian sống nhất định thì mới có
thể ghi lại ®-ỵc. Mét sè ion xt hiƯn nh- b-íc trung gian giữa các ion có
khối l-ợng m1 và m2 có thời gian sống ngắn không ghi nhận đ-ợc đầy đủ
c-ờng độ vạch phổ.
2

m

M= 2
m2
*

Một số đặc điểm trong phổ khối l-ợng của các hợp chất có thể dự đoán
từ các quy luật sau đây:
- Xác suất cắt mạch tại nguyên tử các bon mạch nhánh: Cbậc 3>Cbậc 2 >Cbậc1 .
Điện tích d-ơng có xu h-ớng bị giữ lại C mạch nhánh (ion cacbonic). Nếu phân tử
chứa liên kết đôi thì sự cắt mạch th-ờng xảy ra ở vị trí .
-Hợp chất vòng th-ờng chứa các số khối đặc tr-ng cho vòng.
- Một hợp chất có pic mẹ mạnh thì phân tử các chứa vòng: vòng càng
bền thì phân tử pic càng lớn. Th-ờng dùng để tìm vòng benzen.

24


- Các vòng bÃo hòa cắt mạch nhánh ở C . Trong quá trình phá vỡ vòng
xác suất của sự mất đi hai nguyên tử cacbon trong vòng lớn hơn rất nhiều so
với xác suất mất đi một nguyên tử.
- Nếu vòng có nối đôi gắn với mạch nhánh thì sự cắt mạch xảy ra ở vị
trí tính tới vòng.
- ở hợp chất dị nguyên tố thì sự cắt mạch xảy ra ở liên kết tính từ dị
nguyên tố đó.
- ở hợp chất chứa cacbonyl thì sự gÃy th-ờng xảy ra ở nhóm này và
điện tích th-ờng tồn tại ở cacbonyl.

Đối với các phức chất, ph-ơng pháp phổ khối l-ợng đà đóng góp tích
cực trong việc khảo sát thành phần và cấu trúc của chúng, đặc biệt là những
phức có phối tử là các hợp chất hữu cơ.
Một số đặc điểm nổi bật trong phổ khối l-ợng của các hợp chất phối trí
là các cụm pic đồng vị có tỷ lệ đặc tr-ng cho sự có mặt của các kim loại trung
tâm và các phối tử. Dựa vào đặc điểm của các cụm pic phân tử (số vạch và tỉ lệ
các pic đồng vị) và đặc điểm của các pic mảnh chúng có thể phân tích đ-ợc
thành phần và cấu trúc của các phức chất.
ở Việt Nam ph-ơng pháp phổ khối l-ợng mới chỉ đ-ợc sử dụng để phân
tích thành phần các hợp chất hữu cơ là chủ yếu, còn việc áp dụng ph-ơng pháp
này nhằm mục đích khảo sát các hợp chất phối trí đang còn khá mới mẻ.
2.2. Ph-ơng pháp phổ hồng ngoại

phổ hồng ngoại là nguồn thông tin quan trọng khi nghiên cứu về cấu
tạo, vai trò và mức độ thay đổi của các phân tư khi nã tham gia phèi trÝ t¹o
phøc, vỊ sù đối xứng của cầu phối trí và độ bền liên kết kim loại phối tử.
Khi chiếu các bức xạ điện từ vào chất thì các dao động riêng của phân
tử đ-ợc kích thích bởi các l-ợng tử ánh sáng nh-ng sự kích thích này có tính
lựa chọn. Đối với các phân tử có momen l-ỡng cực thì chỉ những dao động

25