Tổng hợp, nghiên cứu phức chất của một số nguyên tố đất hiếm nặng với DL - Alanin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng

Tổng hợp, nghiên cứu phức chất của một số nguyên tố đất hiếm nặng với DL - Alanin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VŨ THỊ THỦY

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT

CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NẶNG VỚI DL-ALANIN

VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÕ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CHÖNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Thái Nguyên, năm 2013

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

VŨ THỊ THỦY

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT

CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM NẶNG VỚI DL-ALANIN

VÀ BƯỚC ĐẦU THĂM DÕ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CHÖNG

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm

- Đại học Thái Nguyên

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đặng Thị Thanh Lê đã hướng dẫn tận tình, chu đáo và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Quản lý & Đào tạo Sau đại học, Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm, Viện Khoa học Sự sống - Đại học Thái Nguyên, Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Phòng Thí nghiệm Hóa lý - Trường Đại Học Sư phạm I Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực nghiệm và hoàn thành luận văn

Cùng với sự biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, tổ Hóa sinh, Trường THPT Phú Lương - Thái Nguyên đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu của mình

Thái Nguyên, tháng 03 năm 2013

Tác giả

Vũ Thị Thủy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tác giả

Vũ Thị Thủy

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

CÁC KÝ HIỆU, CÔNG THỨC VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) 2

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất chung của các NTĐH 2

1.1.2 Giới thiệu về các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er, Tm [17] 4

1.1.3 Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm 6

1.1.4 Tình hình phân bố NTĐH trên thế giới và ở Việt Nam 8

1.2 Các aminoaxit và khả năng tạo phức của chúng 9

1.2.1 Giới thiệu về aminoaxit 9

1.2.2 DL-alanin và khả năng tạo phức của nó 11

1.3 Khả năng tạo phức của NTĐH với các aminoaxit 12

1.4 Hoạt tính sinh học của phức chất NTĐH với các aminoaxit 13

1.5 Một số phương pháp nghiên cứu phức chất rắn 16

1.5.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại [2] 16

1.5.2 Phương pháp phân tích nhiệt [5] 18

1.5.3 Phương pháp đo độ dẫn điện [5] 19

1.6 Giới thiệu về cây đậu đen, protein, proteaza và α-amilaza 21

1.6.1 Giới thiệu về cây đậu đen 21

1.6.2 Giới thiệu về protein, proteaza và α-amilaza 22

Chương 2: THỰC NGHIỆM 24

2.1 Hóa chất và thiết bị 24

2.1.1 Hóa chất 24

2.1.2 Thiết bị 25

2.2 Tổng hợp các phức chất rắn 26

2.3 Xác định thành phần, cấu tạo các phức chất rắn thu được 26

2.3.1 Xác định thành phần của các phức chất 26

2.3.2 Độ dẫn điện của các phức chất 28

2.4 Thăm dò ảnh hưởng của một số phức chất rắn tổng hợp được đến sự nảy mầm, phát triển mầm và một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 29

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn xác định một số chỉ tiêu sinh hóa 29

2.4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng các phức chất [Tb(Ala) 3 ]Cl 3 3H 2 O và [Er(Ala) 3 ]Cl 3 3H 2 O đến sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt đậu đen 32

2.4.3 Thăm dò ảnh hưởng của hàm lượng phức chất đến một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 33

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Kết quả tổng hợp các phức chất rắn 36

3.2 Xác định thành phần, cấu tạo các phức chất rắn thu được 36

3.2.1 Hàm lượng các nguyên tố (Ln, C, N, Cl) trong các phức chất 36

3.2.2 Nghiên cứu phổ IR của các phức chất 37

3.2.3 Nghiên cứu giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất 41

3.2.4 Nghiên cứu độ dẫn điện của các phức chất 45

3.3 Ảnh hưởng của một số phức chất rắn tổng hợp được đến mầm của hạt đậu đen và một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 46

3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng các phức chất [Tb(Ala) 3 ]Cl 3 3H 2 O và [Er(Ala) 3 ]Cl 3 3H 2 O đến sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt đậu đen 46

3.3.2 Ảnh hưởng của các phức chất đến một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 50

3.3.3 Ảnh hưởng của các phức chất, muối và phối tử đến một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 51

KẾT LUẬN 53

CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN VĂN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 59

CÁC KÝ HIỆU, CÔNG THỨC VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DÙNG TRONG LUẬN VĂN

DTPA

Axit đietylentriaminpentaaxetic (diethylenetriaminepentaacetic acid)

EDTA

Axit đietylenđiamintetraaxetic (ethylenediaminetetraacetic acid)

Ce: xeri; Pr: praseođim; Nd: neođim; Pm: prometi; Sm: samari; Eu: europi;

Gd: gađolini; Tb: tecbi; Dy: đysprosi; Ho: honmi; Er: ecbi; Tm: tuli; Yb: ytecbi; Lu: lutexi, Y: ytri

SPT: Số phối trí

TGA: phân tích trọng lượng nhiệt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số thông số cơ bản của các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er và Tm 5

Bảng 2.1 Kết quả xác định hàm lượng (%) Ln trong các phức chất 27

Bảng 2.2 Kết quả xác định hàm lượng %Cl trong các phức chất 28

Bảng 2.3 Độ dẫn điện riêng (χ, om-1 cm-1.10-6) của các dung dịch ở 250 C 29

Bảng 2.4 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào khối lượng protein 30

Bảng 2.5 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ tyrosin 31

Bảng 2.6 Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào khối lượng tinh bột 31

Bảng 3.1 Kết quả tổng hợp các phức chất rắn 36

Bảng 3.2 Kết quả phân tích thành phần (%) các nguyên tố (Ln, C, N, Cl) trong các phức chất 37

Bảng 3.3 Số sóng (cm-1) của các dải hấp thụ chính trong phổ IR của DL-alanin và các phức chất 41

Bảng 3.4 Kết quả phân tích nhiệt của DL-alanin và các phức chất 44

Bảng 3.5 Độ dẫn điện mol (μ, om-1 cm2.mol-1) của các dung dịch ở 250 C 45

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng các phức chất [Tb(Ala)3]Cl3.3H2O và [Er(Ala)3]Cl3.3H2O đến sự nảy mầm của hạt đậu đen 46

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của phức chất [Tb(Ala)3]Cl3.3H2O đến sự phát triển mầm của hạt đậu đen 47

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của phức chất [Er(Ala)3]Cl3.3H2O đến sự phát triển mầm của hạt đậu đen 48

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của hàm lượng các phức chất, các muối và DL-alanin đến sự nảy mầm của hạt đậu đen 49

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của các phức chất, các muốivà DL-alanin đến sự phát triển mầm của hạt đậu đen 50

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của phức chất [Tb(Ala)3]Cl3.3H2O đến một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 50

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của phức chất [Er(Ala)3]Cl3.3H2O đến một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 51

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của các phức chất, các muối và DL-alanin đến một số chỉ tiêu sinh hóa của mầm hạt đậu đen 51

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Ảnh tinh thể các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er và Tm 6

Hình 2.1 Đường chuẩn xác định protein 30

Hình 2.2 Đường chuẩn xác định proteaza 31

Hình 2.3 Đường chuẩn xác định α-amilaza 32

Hình 3.1 Phổ IR của DL-alanin 38

Hình 3.2 Phổ IR của phức chất [Tb(Ala)3]Cl3.3H2O 38

Hình 3.3 Phổ IR của phức chất [Tm(Ala)3]Cl3.3H2O 39

Hình 3.4 Giản đồ nhiệt của DL-alanin 42

Hình 3.5 Giản đồ nhiệt của phức chất [Tb(Ala)3]Cl3.3H2O 42

Hình 3.6 Giản đồ nhiệt của phức chất [Tm(Ala)3]Cl3.3H2O 43

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ các phức chất đến sự phát triển mầm hạt đậu đen: (a) [Tb(Ala)3]Cl3.3H2O; (b) [Er(Ala)3]Cl3.3H2O 47

Hình 3.8 Ảnh hưởng của các phức chất, các muối và DL-alanin đến sự phát triển mầm hạt đậu đen 49

MỞ ĐẦU

Hóa học về các phức chất là một lĩnh vực quan trọng của hóa học hiện đại Việc nghiên cứu các phức chất đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, vì chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống

Các phức chất của nguyên tố đất hiếm (NTĐH) với amino axit đã được nghiên cứu từ lâu nhưng hiện nay chúng vẫn đang được sự quan tâm chú ý của nhiều nhà hóa học trong và ngoài nước Càng ngày người ta càng tìm thấy thêm những ứng dụng mới của các phức chất của NTĐH với amino axit trong các lĩnh vực khác nhau như: nông nghiệp, sinh học, y dược Ở Việt Nam, đất hiếm đã được ứng dụng hiệu quả vào các lĩnh vực như sản xuất phân bón vi lượng dùng cho chè, vừng, chế tạo nam châm vĩnh cửu cho máy phát điện mini, tuyển quặng, chế tạo thủy tinh, bột mài, chất xúc tác để xử lí khí thải Đã có nhiều công trình nghiên cứu về phức chất của NTĐH với các amino axit, nhưng hoạt tính sinh học của chúng còn ít được nghiên cứu Việt Nam có nguồn tài nguyên đất hiếm tương đối dồi dào, tổng trữ lượng đứng thứ 9 trên thế giới Hiện nay, việc nghiên cứu khai thác, sử dụng chúng đang được nhà nước quan

tâm đặc biệt Trên cơ sở đó chúng tôi thực hiện đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu phức

chất của một số nguyên tố đất hiếm nặng với DL-alanin và bước dầu thăm dò hoạt

tính sinh học của chúng” Nội dung của luận văn gồm những phần chính sau:

1 Tổng hợp các phức chất rắn của Tb, Dy, Ho, Er và Tm với DL-alanin

2 Xác định thành phần, cấu tạo các phức chất rắn tổng hợp được bằng một số phương pháp hóa học và vật lý khác nhau

3 Thăm dò ảnh hưởng của một số phức chất rắn tổng hợp được đến sự nảy

mầm, phát triển mầm và một số chỉ tiêu sinh hóa (protein, proteaza và -amilaza) của

mầm hạt đậu đen

Chúng tôi hy vọng rằng những nghiên cứu này sẽ góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu cơ bản về phức chất của NTĐH với các aminoaxit, cũng như định hướng cho việc nghiên cứu hoạt tính sinh học của chúng

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH)

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất chung của các NTĐH

Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) bao gồm 3 nguyên tố thuộc nhóm IIIB là scandi, ytri, lantan và 14 nguyên tố họ lantanit (Ln) là xeri, praseođim, neođim, prometi, samari, europi, gađolini, tecbi, đysprosi, honmi, ecbi, tuli, ytecbi, lutexi [8]

Trong lĩnh vực xử lý quặng, dãy các NTĐH thường được phân thành hai hoặc

ba phân nhóm:

57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 39

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Nguyên tố đất hiếm nhẹ

(phân nhóm Xeri)

Nguyên tố đất hiếm nặng (phân nhóm Ytri) NTĐH

nhẹ

NTĐH trung bình

NTĐH nặng Cấu hình electron chung của các nguyên tử nguyên tố họ lantanoit là:

1s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2Trong đó:

n nhận các giá trị từ 0 ÷ 14

m nhận các giá trị 0 hoặc 1 Dựa vào cấu tạo và cách điền eletron vào obitan 4f, các nguyên tố lantanit thường được chia thành 2 phân nhóm:

Phân nhóm Xeri (nhóm đất hiếm nhẹ) gồm Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu và Gd

Phân nhóm Ytri (nhóm đất hiếm nặng) gồm Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb và Lu

Các nguyên tố đất hiếm có phân lớp 4f đang được điền electron Năng lượng tương đối của các obitan 4f và 5d rất gần nhau và electron dễ được điền vào cả 2 obitan này Trừ La, Gd, Lu tất cả các nguyên tố lantanit còn lại đều không có electron hóa trị điền vào phân lớp 5d Khi bị kích thích một năng lượng nhỏ, một hoặc hai electron 4f (thường là một) nhảy sang phân lớp 5d, các electron còn lại bị các electron 5s25p6 chắn với tác dụng bên ngoài nên không có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của đa số lantanit Như vậy, tính chất của các các lantanit được quyết định bởi chủ yếu các electron ở phân lớp 5d1

6s2 Các lantanit giống với nhiều nguyên tố d nhóm IIIB có bán kính nguyên tử và ion tương đương

Sự khác nhau trong cấu trúc nguyên tử ở lớp thứ ba từ ngoài vào ít ảnh hưởng đến tính chất hóa học của các nguyên tố nên các lantanit rất giống nhau

Ngoài những tính chất đặc biệt giống nhau, các lantanit cũng có những tính chất không giống nhau, từ Ce đến Lu một số tính chất biến đổi tuần tự và một số tính chất biến đổi tuần hoàn Sự biến đổi tuần tự các tính chất của chúng được giải thích bằng sự co lantanit (sự giảm bán kính nguyên tử theo chiều tăng của số thứ tự nguyên tử) và việc điền electron vào các obitan 4f

Electron hóa trị của lantanit chủ yếu là các electron 5d1

6s2 nên số oxi hóa bền

và đặc trưng của chúng là +3 Tuy nhiên, một số nguyên tố có số oxi hóa thay đổi như Ce (4f2

5d06s2) ngoài số oxi hóa +3 (do 1 electron trên obitan 4f chuyển sang obitan 5d) còn có số oxi hóa đặc trưng là +4 (do 2 electron trên obitan 4f chuyển sang obitan 5d) Tương tự như vậy Pr (4f35d06s2) có thể có số oxi hóa +4 nhưng không đặc trưng bằng Ce Ngược lại Eu (4f7

5d06s2) ngoài số oxi hóa +3 còn có số oxi hóa +2, Sm (4f65d06s2) cũng có thể có số oxi hóa +2 nhưng kém đặc trưng hơn so với

Eu; Tb và Dy có thể có số oxi hóa +4, còn Yb và Tm có thể có số oxi hóa +2 [15]

Về mặt hóa học, các lantanit là những kim loại hoạt động mạnh, chỉ kém kim loại kiềm và kiềm thổ Các nguyên tố phân nhóm xeri hoạt động mạnh hơn các nguyên tố phân nhóm ytri

Lantan và các lantanit là những kim loại có tính khử mạnh Ở nhiệt độ cao các lantanit có thể khử được oxit của nhiều kim loại, ví dụ như sắt, mangan, Kim loại xeri ở nhiệt độ nóng đỏ có thể khử được CO, CO2 về C

Trong không khí ẩm, nó bị mờ đục nhanh chóng vì bị phủ màng cacbonat đất hiếm Các màng này được tạo nên do tác dụng của các NTĐH với nước và khí cacbonic Các NTĐH tác dụng với các halogen ở nhiệt độ thường và một số phi kim khác khi đun nóng, tác dụng chậm với nước nguội, nhanh với nước nóng và giải phóng khí hiđro, tác dụng với các axit vô cơ như: HCl, HNO3, H2SO4, tùy từng loại axit mà mức độ tác dụng khác nhau, trừ HF, H3PO4

Trong dung dịch đa số các lantanit tồn tại dưới dạng các ion bền Ln3+

Các ion Eu2+, Yb2+ và Sm2+ khử ion H+

thành H2 trong các dung dịch nước Các NTĐH không tan trong dung dịch kiềm (kể cả khi đun nóng) và có khả năng tạo phức với nhiều loại phối tử [8]

Ion Ln3+ có màu sắc biến đổi phụ thuộc vào cấu hình electron 4f:

và tử ngoại [15]

1.1.2 Giới thiệu về các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er, Tm [17]

Năm 1843, Ecbi và Tecbi được nhà hóa học người Thụy Điển là Carl Gustaf Mosander phát hiện Homi và Tuli được Per Theodor Cleve, nhà hoá học Thụy Điển

tìm ra năm 1879 Đysprosi được nhà hóa học người Pháp Paul Émile Lecoq de Boisbaudran tìm ra năm 1886

Một số thông số cơ bản của các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er và Tm được trình bày ở bảng 1.1

Ảnh tinh thể của các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er và Tm được đưa ra ở hình 1.1

Bảng 1.1 Một số thông số cơ bản của các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er và Tm

Cấu trúc tinh thể Lục phương Lục phương Lục phương Lục phương Lục phương

Tecbi Đysprosi Honmi Ecbi Tuli

Hình 1.1 Ảnh tinh thể các nguyên tố Tb, Dy, Ho, Er và Tm

1.1.3 Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm

So với các nguyên tố họ d, khả năng tạo phức của các lantanit kém hơn, do các electron f bị chắn mạnh bởi các electron ở lớp ngoài cùng và các ion Ln3+

có kích thước lớn làm giảm lực hút tĩnh điện giữa chúng với các phối tử Vì vậy khả năng tạo phức của các NTĐH chỉ tương đương các kim loại kiềm thổ Lực liên kết trong phức chất chủ yếu do lực hút tĩnh điện

Giống với ion Ca2+

, ion Ln3+ có thể tạo với các phối tử vô cơ thông thường như Cl-

, CN-, NH3, NO3-, SO42-,… những phức chất không bền Trong dung dịch loãng những phức chất đó phân li hoàn toàn, trong dung dịch đặc chúng kết tinh ở dạng muối kép [7]

Với các phối tử hữu cơ, đặc biệt là các phối tử có dung lượng phối trí lớn

và điện tích âm lớn, ion đất hiếm có thể tạo với chúng những phức chất rất bền

Ví dụ phức chất của NTĐH với etylen điamin tetraaxetic (EDTA) giá trị lgβ vào khoảng 15÷19, với đietylen triamin pentaaxetic (DTPA) khoảng 22 ÷ 23 [15]

Sự tạo thành các phức bền giữa các ion Ln3+

với các phối tử hữu cơ được giải thích theo hai yếu tố:

Một là do hiệu ứng chelat (hiệu ứng vòng) có bản chất entropi (quá trình tạo phức vòng gắn liền với sự tăng entropi) Ví dụ với phối tử là DTPA phản ứng tạo phức với Ln3+

phức càng bền, các phối tử có dung lượng phối trí càng lớn thì hiệu ứng vòng càng lớn Với phối tử là axit imino điaxetic (IMDA) phản ứng tạo phức với Ln3+

xảy ra: Ln(H2O)n3+ + 3IMDA → Ln(H2O)n-9IMDA33- + 9H2O

(bỏ qua sự cân bằng về điện tích)

số tiểu phân tăng từ 4 đến 10, tăng entropi, phức tạo thành bền nhưng kém bền hơn

so với phức của DTPA

Hai là liên kết giữa ion đất hiếm và phối tử chủ yếu mang bản chất liên kết ion Vì vậy điện tích âm của phối tử càng lớn, tương tác tĩnh điện giữa phối tử với ion kim loại (ion đất hiếm) càng mạnh và do đó phức tạo thành càng bền

Đối với các phối tử chứa các nguyên tử liên kết tạo phức khác nhau, sự tương tác giữa các ion Ln3+

với các nguyên tử theo thứ tự O>N>S (giống với các ion kim loại kiềm thổ) Điều này khác với các ion kim loại chuyển tiếp họ d Ở các kim loại chuyển tiếp họ d thứ tự tương tác là N>S>O hoặc S>N>O

Ở hóa học hữu cơ người ta biết rằng vòng 5 cạnh và vòng 6 cạnh là những vòng bền nhất, những vòng 4 cạnh kém bền hơn còn vòng 3 cạnh rất không bền Những điều này cũng được áp dụng vào lĩnh vực phức chất

Đặc thù tạo phức của các ion đất hiếm là có số phối trí cao và thay đổi Trước đây người ta cho rằng các ion đất hiếm chỉ có số phối trí bằng 6 giống như các ion hóa trị III (ion Al3+) Những nghiên cứu về sau cho thấy khi tạo phức các ion đất hiếm thường có số phối trí lớn hơn 6, có thể là 7, 8, 9, 10, 11 và 12 Ví dụ số phối trí

8 trong phức chất Ln(NTA)23-; Số phối trí 9 trong phức chất Nd(NTA).3H2O,

NH4(C2O4)2.H2O; Số phối trí 10 trong phức chất HLnEDTA.4H2O; Số phối trí 11 có trong phức chất Ln(Leu)4(NO3)3 và số phối trí 12 trong Ln2(SO4)3.9H2O Một trong những nguyên nhân làm cho các NTĐH có số phối trí thay đổi là do các ion đất hiếm có bán kính lớn Số phối trí cao và thay đổi của các ion đất hiếm trong phức chất gắn liền với bản chất ion của liên kết kim loại - phối tử (tính không bão hòa, không định hướng của các liên kết) trong các phức chất Bản chất này gắn liền với việc các obitan 4f của các ion đất hiếm chưa được lấp đầy, bị chắn mạnh bởi các electron 5s và 5p, do đó các cặp electron của các phối tử không thể phân bố trên các

obitan này Tuy nhiên trong một số phức chất của NTĐH, liên kết của NTĐH với các nguyên tử cho electron của phối tử mang một phần đặc tính liên kết cộng hóa trị Ngoài ra số phối trí của các ion đất hiếm trong các phức chất còn phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp Trong dung môi metanol và tỷ lệ Ln3+: Leu là 1 : 4, Indrasenan và Lakshamy [24] thu được các phức chất có công thức [Ln(Leu)4(NO3)3], SPT của Ln3+

là 11 Trong dung môi nước và tỷ lệ Ln3+: Leu là

1 : 3, Song Disheng và Wang Huizhen [30] thu được phức chất có công thức Ln(NO3)3(Leu)3.H2O, SPT của Ln3+

là 9

Do đặc thù tạo phức có số phối trí cao nên các ion Ln3+

có khả năng tạo phức thành các phức chất hỗn hợp không những với các phối tử có dung lượng phối trí thấp mà

cả với những phối tử có dung lượng phối trí cao Trong nhiều trường hợp phối tử có dung lượng phối trí cao nhưng không lấp đầy toàn bộ cầu phối trí của ion đất hiếm mà những vị trí còn lại đang được chiếm bởi các phân tử nước thì những vị trí đó có thể bị các phân tử ''cho'' của các phối tử khác nào đó vào thay thế Người ta đã tổng hợp được các phức chất hỗn hợp Dy(Tyr)(Gly)3Cl3.3H2O, Ln(Gly)2,5(HAla)1,5](ClO4)3.H2O (Ln: La÷Lu trừ Pm), [Ln(Ala)2(Im)(H2O)](ClO4)3 (Ln = Pr, Gd)… [6], [29], [33]

Như vậy, phức chất của NTĐH đã được nghiên cứu rộng rãi Trong số hơn

200 phức chất đã được tổng hợp trong thời gian gần đây, chỉ mới khoảng 50 phức chất đã xác định được cấu trúc tinh thể

1.1.4 Tình hình phân bố NTĐH trên thế giới và ở Việt Nam

Đất hiếm lần đầu tiên được phát hiện bởi một nhà địa chất học nghiệp dư người Thụy Điển trong một mỏ đá fenspat ở ngoại ô Stockholm vào năm 1787 Đến thế kỷ 20, đất hiếm được sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành công nghiệp [18]

Trong gần 100 triệu tấn trữ lượng trên toàn thế giới, Viện Khảo sát Địa chất

Mỹ (USGS) cho biết, 36 triệu tấn nằm ở Trung Quốc, 19 triệu tấn ở Nga và một số nước thuộc Liên Xô cũ, 13 triệu tấn ở Mỹ, 5,4 triệu tấn ở Ôxtrâylia và 3,1 triệu tấn ở

Ấn Độ, Nam Phi, Mozămbic, Việt Nam, Greenland, Inđônêxia, Nigeria, Canada và Triều Tiên cũng có nguồn tài nguyên này [18]

Tại Việt Nam, từ năm 1960, các nhà địa chất đã đánh giá trữ lượng đất hiếm

ở nước ta khoảng 10 triệu tấn nằm rải rác ở các mỏ quặng ở vùng Tây Bắc, đặc biệt

nhiều ở Yên Bái và dạng cát đen phân bố ở ven biển miền Trung Công nghệ chiết tách, ứng dụng đất hiếm xuất hiện đầu năm 1970 và hiện mới có Viện Khoa học Vật liệu, Viện Năng lượng Nguyên tử và Viện Khoáng sản nghiên cứu quặng này Hiện nay các nhà khoa học Việt Nam đã tách được các NTĐH với độ sạch 98-99% [18]

Sa khoáng ven biển Thừa Thiên - Huế có thành phần chính là thạch anh, inmenit, ziricon, rutin và monazit có chứa NTĐH Hàm lượng NTĐH trong quặng monazit đã được xác định bằng phương pháp phân tích quang phổ Plasma trên thiết

bị JY 38S Quặng monazit gồm đầy đủ các NTĐH, trong đó hàm lượng xeri và các NTĐH nhẹ tương đối cao Hàm lượng europi trong monazit của Thừa Thiên - Huế cao hơn khoảng 3 lần so với monazit của Ôxtrâylia và Thái Lan [10] Như vậy tiềm năng NTĐH ở Việt Nam là rất cao đặc biệt là các NTĐH nhẹ

Mỏ đất hiếm Đông Pao nằm trên địa phận xã Bản Hon, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu, gồm trên 30 thân quặng lớn nhỏ đã được tìm kiếm tỉ mỉ với tài nguyên trữ lượng đạt trên 10,6 triệu tấn Ln2O3; 34,7 triệu tấn CaF2; 66,7 triệu tấn BaSO4 Hiện tại, mới chỉ tiến hành khai thác quặng florit với sản lượng hàng năm khoảng 1000 tấn CaF2 hàm lượng 75-80% [18]

Nhu cầu sử dụng đất hiếm không quá cao, mỗi năm toàn thế giới chỉ sử dụng

125000 tấn (tổng trữ lượng đất hiếm là 150 triệu tấn) Nếu tính cả nhu cầu tăng hàng năm là 5% thì thế giới vẫn còn có thể khai thác đất hiếm đến gần 1000 năm nữa

1.2 Các aminoaxit và khả năng tạo phức của chúng

1.2.1 Giới thiệu về aminoaxit

Amino axit hay axit amin là những hợp chất hữu cơ tạp chức mà trong phân

tử có chứa cả nhóm chức amin (nhóm amino -NH2) và nhóm chức axit (nhóm cacboxyl -COOH)

Công thức tổng quát: (H2N)nR(COOH)m , n,m 1

Dựa và tính chất axit, bazơ của các aminoaxit người ta phân thành 3 nhóm: nhóm trung tính, nhóm axit (axit aminođicacboxylic) và nhóm bazơ (axit điaminocacboxylic)

Dựa vào cấu tạo người ta phân biệt: aminoaxit mạch không vòng và aminoaxit thơm Đối với các aminoaxit mạch không vòng, tùy theo vị trí nhóm amin

và nhóm cacboxyl trong mạch mà người ta phân ra thành α, β, γ, δ-aminoaxit

β-aminoaxit

Tất cả các aminoaxit tự nhiên đều thuộc loại α-aminoaxit (nhóm chức amin -NH2 gắn vào C thứ hai), ngoài các nhóm -NH2, -COOH trong các aminoaxit tự nhiên còn chứa các nhóm chức khác như: -OH, HS-, -CO-

Trong khoảng 20 aminoaxit cần để tạo protein cho cơ thể, có 12 aminoaxit có thể tạo ra trong cơ thể và 8 aminoaxit cần phải cung cấp từ thực phẩm, đó là:

isolơxin, lơxin, lysin, methionin, phenylalanin, valin, threonin và tryptophan [9]

Ở trạng thái tinh thể, các α-aminoaxit đều tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực Điều này đã được xác định trong phổ IR của chúng không có các dải hấp thụ đặc trưng cho nhóm cacboxyl và nhóm amin [6]

α-aminoaxit đơn giản nhất là glyxin, trong phân tử không có nguyên tử cacbon bất đối Tất cả các α-aminoaxit khác đều là những chất hoạt động quang học,

có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng [5]

Do trong phân tử các aminoaxit có cả nhóm amin (-NH2) và nhóm cacboxyl (-COOH), nên chúng có tính chất lưỡng tính Giá trị pH mà ở đó aminoaxit không bị dịch chuyển dưới tác dụng của điện trường được gọi là điểm đẳng điện pI của aminoaxit Các điểm pI của tất cả các α-aminoaxit trung tính đều nằm ở pH ≈ 6

Ở pH < pI các α-aminoaxit tồn tại dưới dạng cation: R-CH(NH3+)-COOH

Ở pH > pI các α-aminoaxit tồn tại dưới dạng anion: R-CH(NH2)-COO

Ở pH = pI các α-aminoaxit tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực: R-CH(NH3+)-COO

Aminoaxit là những chất kết tinh không bay hơi, nóng chảy kèm theo sự phân hủy ở nhiệt độ tương đối cao Chúng không tan trong các dung môi không phân cực như benzen, ete nhưng lại tan trong nước Phân tử aminoaxit có độ phân cực cao, lực hút tĩnh điện giữa các phân tử lớn Dung dịch aminoaxit có tính chất của dung dịch các chất có momen lưỡng cực cao, các hằng số về độ bazơ và độ axit đối với nhóm -NH2 và nhóm -COOH đặc biệt nhỏ Những tính chất này phù hợp với cấu trúc ion lưỡng cực R-CH(NH3+)-COO- trong dung dịch [9].

1.2.2 DL-alanin và khả năng tạo phức của nó

Alanin có công thức phân tử: C3H7O2N; Khối lượng phân tử: 89,09 đvC Công thức cấu tạo :

Alanin có 3 dạng: L-alanin, D-alanin và DL-alanin

Cấu trúc tinh thể của L-alanin là trực thoi Các thông số tế bào là:

a = 6,032Ao, b = 12,343Ao, c = 5,784Ao; a = β = γ = 90o [21]

Alanin tan nhiều trong nước (167,2 g/l ở 25o

C), ít tan trong metanol Trong dung dịch alanin tồn tại ở dạng ion lưỡng cực:

Alanin có pk1(COOH) = 2,35; pk2(NH2) = 9,69

Alanin có thể được sản xuất bởi cơ thể từ các nguồn khác khi cần thiết Alanin được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm khác nhau, nhưng đặc biệt tập trung ở các loại thịt Alanin là một trong 20 aminoaxit tạo thành protein [29]

Alanin có cả nhóm amino và nhóm cacboxyl nên có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại trong đó có NTĐH Phức chất của các nguyên tố họ d như Cu, Ni,

Pd, Pt với alanin đã được tổng hợp và nghiên cứu [19], [22], [25] Phức chất của Nd

và Er với alanin đã được tổng hợp và nghiên cứu [31] Ba phức chất [bis (L-, D- và DL-alanin)(điaqua)]nickel(II)đihyđrat đã được nghiên cứu bằng các phương pháp

X-ray, sắc kí khí, UV-Vis Kết quả cho thấy sự tạo phức giữa niken(II) và alanin làm

thay đổi tỉ lệ giữa hai đồng phân D và L [19]

-Tác giả L F Krylova, L M Kovtunova, and G V Romanenko đã nghiên

cứu về phức chất của Pt(II) và Pd(II) với β-alanin bằng các phương pháp phổ NMR, phổ IR và X-ray Kết quả cho thấy phức chất thu được có công thức cis-[Pt(β-Ala)2],

trans-[Pt(β-Ala)2] và cis-[Pd(β-Ala)2], trans-[Pd(β-Ala)2] [25]

Tác giả [7] đã nghiên cứu phức chất của Pr, Nd, Eu, Gd với DL-alanin bằng

phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại và phương pháp

đo độ dẫn điện Kết quả cho thấy phức chất thu được có công thức [Ln(Ala)3]Cl3.3H2O (Ln: Pr, Nd, Eu, Gd)

Như vậy, phức chất của alanin với các nguyên tố họ d đã được nghiên cứu nhiều,

phức chất của DL-alanin và NTĐH đã được nghiên cứu nhưng chưa đầy đủ

1.3 Khả năng tạo phức của NTĐH với các aminoaxit

Do trong phân tử các aminoaxit có chứa nhóm amin và nhóm cacboxyl nên chúng có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau Có nhiều kết luận khác nhau về sự tạo phức của aminoaxit với NTĐH trong dung dịch:

Với các α-aminoaxit trung tính sự phối trí giữa ion kim loại với nguyên tử nitơ chủ yếu xảy ra ở pH > pI Tùy theo tỷ lệ hợp thức giữa muối của đất hiếm với aminoaxit, ở các pH khác nhau các phức chất thu được có thành phần khác nhau: PrCl3.3A.3H2O, PrCl3.A.4H2O; NdCl3.3A.3H2O, [NdA3].3H2O (A: alanin, glyxin) [6]

Cũng có tác giả cho rằng các hợp chất có thành phần LnCl3.3A.nH2O (A: aminoaxit) được tách ra từ dung dịch trung tính Trong các dung dịch này aminoaxit có cấu tạo +

NH3-CH(R)-COO− Liên kết ion của đất hiếm với aminoaxit trong dung dịch trung tính được thực hiện nhờ nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl, phân tử aminoaxit chỉ chiếm một chỗ phối trí Các vị trí phối trí còn lại có thể bị các phân tử nước chiếm Trong môi trường kiềm các aminoaxit tạo với đất hiếm các phức chất vòng nhờ nguyên tử nitơ của nhóm amin, đồng thời tùy theo tỷ lệ các cấu

tử mà thành phần của phức chất có thể thay đổi [13]

Như vậy, các kết quả rút ra từ thực nghiệm về sự tạo phức trong dung dịch của aminoaxit với NTĐH chưa thống nhất về nguyên tố liên kết với ion đất hiếm,

cũng như thành phần phức chất tạo thành Thành phần và cấu tạo của phức chất phụ

thuộc vào điều kiện tổng hợp phức chất

Indrasena P và Lakshmy M đã tổng hợp được 14 phức chất rắn của ion Ln3+

với leuxin, các phức chất này có công thức [Ln(Leu)4X3] (Ln: La, Pr, Nd, Sm, Gd,

Dy, Y; Leu: leuxin và X: ion nitrat hoặc axetat) Trong các phức chất leuxin tham

gia phối trí với Ln3+

qua nguyên tử nitơ của nhóm amin và nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl; SPT của Ln3+

là 11 [24]

Tác giả [13] đã tổng hợp được 12 phức chất rắn của ion Ln3+ với

L-phenylalanin, các phức chất này có công thức H3[Ln(Phe)3(NO3)3].nH2O

(Ln: La÷Lu trừ Ce, Pm, Yb; n: 2÷3) Trong các phức phenylalanin đã tham gia phối

DL-2-amino-n-butyric, các phức chất này có công thức [Ln(Hbu)4Cl3] (Ln: Y, La,

Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb và Hbu: axit DL-2-amino-n-butyric) Trong

các phức chất Hbu tham gia phối trí với Ln3+

qua nguyên tử nitơ của nhóm amin và nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl; SPT của Ln3+

là 8

Tóm lại, phức chất của NTĐH với amioaxit đã được nghiên cứu Các kết quả

thu được khá đa dạng và phong phú, cấu tạo của các phức chất còn nhiều chỗ chưa

thống nhất

1.4 Hoạt tính sinh học của phức chất NTĐH với các aminoaxit

Hoạt tính sinh học của các phức chất nói chung được phát hiện từ đầu thế kỷ

XIX Phức chất của các aminoaxit được ứng dụng nhiều trong nông nghiệp và y học

Trong nông nghiệp phân bón có thành phần phức vòng của các kim loại chuyển tiếp,

NTĐH cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các loại phân vô cơ, hữu cơ truyền thống,

vì chúng có những đặc tính: dễ hấp thụ, bền ở khoảng pH rộng, không bị các vi

khuẩn phá hủy trong thời gian dài, có thể loại được các tác nhân gây độc hại cho người, gia súc và môi trường như các kim loại nặng Mặt khác, chúng bổ sung các nguyên tố cần thiết cho cây, mà các nguyên tố này trong đất ngày càng nghèo đi do quá trình photphat hóa, sunfat hóa, trôi rữa

Trên thế giới, ở nhiều nước như Anh, Mỹ, Liên Xô cũ đã sử dụng phức chất dạng vòng càng của các kim loại sinh học vào ngành trồng trọt, nhằm làm tăng năng suất của mùa màng, chống bệnh vàng lá, rụng quả xanh Các phức chất của DTPA, EDTA, đặc biệt là phức đơn nhân của DTPA bền không bị thủy phân ở pH cao, được sử dụng có hiệu quả cho ngành công nghiệp hóa học phục vụ sản xuất nông nghiệp ở các nước thuộc Liên Xô cũ Phức hỗn hợp của nhiều aminoaxit với các NTĐH bón cho cây trồng đã làm tăng độ mầu mỡ của đất, tăng sản lượng của cây trồng (lúa mì tăng 11,7%, chè tăng 21,53%)

Đã có nhiều công trình nghiên cứu, sơ bộ đánh giá hoạt tính sinh học phức chất của một số NTĐH với các aminoaxit như:

Phức chất của một số NTĐH với L-aspactic có tác dụng ức chế sự nảy mầm

của hạt đỗ tương, đỗ xanh [11]

Phức chất của một số NTĐH với axit glutamic có tác dụng ức chế sự phát triển chiều cao thân, chiều dài rễ, tăng số cành trên mỗi cây, điều này có tác dụng làm tăng khả năng hút nước, ra hoa và đậu quả ở nồng độ 120 ppm sau 6 tuần tuổi Khi dùng phức ở nồng độ 120 ppm ngâm tẩm hạt và phun vào thời kì sinh trưởng thì năng suất cây lạc tăng từ 5,64 5,72 % [12]

Phức chất H3[Nd(Leu)3(NO3)3] có ảnh hưởng đến khả năng chịu hạn của cây lúa ở giai đoạn mạ Trong dải nồng độ khảo sát, dung dịch phức chất ở nồng độ 0,005%; 0,025%; 0,125% làm tăng khả năng chịu hạn của cây mạ, rõ rệt nhất là nồng độ 0,025% [14]

Phức chất của một số nguyên tố đất hiếm (Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er) với axit

DL-2-amino-n-butyric với có hoạt tính kháng khuẩn với các vi khuẩn Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis và Staphylococcus aureus ở nồng

Phức chất H3[La(Trp)3(NO3)3].3H2O trong khoảng nồng độ 15 18 ppm kích

thích sự sinh khối, tăng hoạt độ của -amilaza của chủng nấm mốc Aspergillyus Niger Sự kích thích này thể hiện rõ nhất ở nồng độ 60 ppm [16]

Các phức chất La(HPhe)3(NO3)3.3H2O, Eu(HPhe)3(NO3)3.3H2O đều có

hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Escherichia coli Phức chất của La(HPhe)3(NO3)3.3H2O có hoạt tính kháng khuẩn đối

với vi khuẩn Staphylococcus aureus và vi khuẩn Escherichia coli tương ứng với nồng

độ tối thiểu là 1,25% và 2,5%, phức Eu(HPhe)3(NO3)3.3H2O là 2,5% và 5% [13]

Nhìn chung phức chất của NTĐH với các aminoaxit có biểu hiện hoạt tính sinh học trên nhiều đối tượng khác nhau, có thể gây ra sự ức chế hoặc kích thích một

số yếu tố sinh học nào đó Vì vậy, việc nghiên cứu các phức chất của NTĐH với các aminoaxit để tìm ra những ứng dụng có ích nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao cho con người là một hướng đi đúng đắn

Bên cạnh các thành tựu đạt được trong các lĩnh vực nông nghiệp và y học, người ta lo lắng muốn biết NTĐH có độc hại đối với con người hay không ? Kết quả nghiên cứu của nhiều công trình cho thấy hàm lượng đất hiếm oxit trung bình trong vỏ trái đất và trong trái đất là 0,015 0,02% Tất cả các cây đều chứa đất hiếm, trung bình 0,003% khối lượng sạch Hàm lượng NTĐH trong ngũ cốc là 0,1 0,15ppm, trong tro động vật là 0,8% Đất hiếm tham gia vào chu trình thức ăn sinh học trong tự nhiên Việc sử dụng lượng nhỏ các NTĐH làm thức ăn cho gia cầm cho thấy chúng vô hại đối với môi trường và chất lượng thịt, không thấy dấu hiệu của sự tích lũy đất hiếm trong thịt của cá và gia cầm Nhiều thí nghiệm đã

chỉ ra việc sử dụng một liều lượng nhất định các NTĐH là an toàn cho người và động vật [13]

Như vậy, hoạt tính sinh học của các phức chất chứa ion một số đất hiếm nặng với các aminoaxit đã và đang được nghiên cứu, số công trình nghiên cứu đã công bố

về vấn đề này chưa nhiều Nhiều aminoaxit và phức chất của chúng với các kim loại chuyển tiếp họ d đã được ứng dụng trong y học, nông nghiệp Tuy nhiên, hoạt tính

sinh học của phức chất NTĐH với DL-alanin còn chưa được nghiên cứu nhiều Vì

vậy chúng tôi tiến hành tổng hợp, xác định cấu tạo các phức chất rắn của ion Ln3+

với DL-alanin và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất tới sự nảy mầm, phát

triển mầm và hàm lượng protein, proteaza, α-aminoaxit của mầm hạt đậu đen theo nồng độ của phức chất

1.5 Một số phương pháp nghiên cứu phức chất rắn

về cường độ Dựa trên chiều hướng dịch chuyển, mức độ thay đổi vị trí các dải hấp thụ có thể thu được những thông tin quan trọng về cấu tạo của các hợp chất

Khi phối tử tham gia vào cầu phối trí của phức chất thì phổ hấp thụ hồng ngoại của chúng bị thay đổi, sự thay đổi này có liên quan đến sự thay đổi kiểu liên kết giữa ion kim loại và phối tử Để phát hiện kiểu thay đổi đó, người ta so sánh phổ hấp thụ hồng ngoại của những hợp chất chứa phối tử mà các dạng liên kết trong những hợp chất này đã được xác định rõ Việc nghiên cứu phức chất bằng phương pháp này còn cho biết kiểu liên kết trong phức chất

Việc gán ghép các dải hấp thụ được thực hiện trên cơ sở tính toán các dao động chuẩn (đối xứng hoặc bất đối xứng) của các nhóm nguyên tử Tra bảng các tần

số đặc trưng trong tài liệu tra cứu, chúng ta nhận biết được các nhóm nguyên tử hoặc các nhóm đặc trưng trong phân tử hợp chất nghiên cứu

Một vài tần số đặc trưng của một số liên kết trong hợp chất:

Các tần số νN-H và δN-H: các dải dao động hóa trị của liên kết N-H trong phổ của các amin nằm trong vùng 3500÷3300 cm-1, các dao động biến dạng (δN-H) nằm trong vùng 1600 cm-1

Các tần số νO-H và δO-H: nước kết tinh hấp thụ ở 3500÷3200 cm-1 (νO-H) và ở 1630÷1600 cm-1 (δO-H) Ion hydroxyl được đặc trưng bằng dải phổ hẹp ở vùng 3750÷3500 cm-1, dải này rõ nét và có tần số cao hơn so với νO-H của nước

Các tần số νC=O, νas,COO- và νs,COO-: trong các phổ của axit cacboxylic và các muối của chúng các tần số νC=O, νas,COO- và νs,COO- có tính đặc thù cao: đặc trưng cho nhóm -COOH là các dải hấp thụ mạnh trong vùng 1750÷1700 cm-1 (νC=O), cho nhóm COO- là 1590÷1570 cm-1 (νas,COO-) và 1420÷1400 cm-1 (νs,COO-) Trong phổ của các aminoaxit có cấu tạo lưỡng cực νas,COO - nằm ở 1630÷1600 cm-1

còn νs,COO- nằm ở 1415÷1400 cm-1

Các tần số νM-N và νM-O (với M là ion kim loại): khi có sự tạo phức giữa ion kim loại và phối tử sẽ xuất hiện trong phổ những dải hấp thụ ứng với dao động hóa trị của chúng Do khối lượng nguyên tử của kim loại tương đối lớn và độ bền liên kết phối trí của các nguyên tố đất hiếm khá nhỏ, nên dải hấp thụ dao động hóa trị kim loại-phối tử (νM-N và νM-O) xuất hiện ở vùng tần số thấp, khoảng 300÷600 cm-1

Khi có mặt đồng thời các liên kết M-N và M-O trong một phức chất, việc quy kết các dải hấp thụ trở nên phức tạp, bởi vì với mỗi cấu tử có cấu trúc khác nhau, tần số dao động của các liên kết đó bị thay đổi khá nhiều [2]

Việc phân tích phổ hồng ngoại của các phức aminoaxit với kim loại không phải dễ dàng Bởi sự hấp thụ của nhóm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nhóm nước kết tinh, còn tần số dao động của nhóm - COO-

thì không những chịu ảnh

hưởng của sự tạo phức mà còn chịu ảnh hưởng của liên kết hiđro giữa nhóm -C=O với nhóm -NH2 của phân tử khác Mặt khác tần số dao động bất đối xứng của nhóm - COO- và tần số dao động biến dạng của nhóm NH2 trong phức của amino axit cùng nằm trong vùng gần 1600 cm-1

càng làm khó khăn cho việc qui gán các tần số hấp thụ Do đó việc gán các dải hấp thụ cho các dao động xác định nhiều khi chưa thống nhất[5]

1.5.2 Phương pháp phân tích nhiệt [5]

Phương pháp phân tích nhiệt là phương pháp hóa lý thuận lợi để nghiên cứu các chất rắn, cho phép thu được những dữ kiện lý thú về tính chất của các phức chất rắn Dựa vào hiệu ứng nhiệt có thể nghiên cứu những quá trình biến đổi hóa lý phát sinh khi đun nóng hoặc làm nguội chất, ví dụ sự phá vỡ mạng tinh thể, sự chuyển pha, sự biến hóa đa hình, sự tạo thành và nóng chảy các dung dịch rắn, các tương tác hóa học,

Thông thường trên giản đồ nhiệt (giản đồ biểu thị quá trình biến đổi tính chất của chất trong hệ tọa độ nhiệt - thời gian), có ba đường: Đường T chỉ sự biến đổi đơn thuần nhiệt độ của mẫu nghiên cứu theo thời gian, cho biết nhiệt độ xảy ra sự biến hóa; Đường DTA (đường phân tích nhiệt vi sai) chỉ sự biến đổi nhiệt độ của mẫu nghiên cứu so với mẫu tiêu chuẩn trong lò, đường này chứa các pic cực trị; Đường TG hoặc DTG chỉ hiệu ứng mất khối lượng của mẫu nghiên cứu khi xảy ra những quá trình làm mất khối lượng như thoát khí, thăng hoa, bay hơi, do sự phân hủy nhiệt của mẫu Nhờ đường DTA ta biết được khi nào có hiệu ứng thu nhiệt (cực tiểu trên đường cong) và khi nào có hiệu ứng thu phát nhiệt (cực đại trên đường cong) Nhờ đường TG ta có thể suy đoán được thành phần của chất khi xảy ra hiệu ứng nhiệt Tuy nhiên, không phải mọi biến đổi năng lượng khi đường DTA đều đi kèm với các biến đổi khối lượng trên đường TG

Dựa vào phương pháp phân tích nhiệt ta có thể rút ra những kết luận về số lượng và đặc điểm phối trí của các phân tử nước, có thể dự đoán các quá trình hóa học cơ bản xảy ra trong quá trình phân hủy nhiệt của phức chất

Giản đồ nhiệt của phức chất rất đa dạng, phức tạp, từ giản đồ nhiệt có thể rút

ra kết luận về độ bền nhiệt của chúng và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhiệt đó

Độ bền nhiệt của các phức chất rắn được xác định bằng biến thiên năng lượng tự do khi tạo thành nó từ muối đơn giản và các phối tử Nhưng để đặc trưng cho độ bền nhiệt của các phức chất thường dựa vào nhiệt tạo thành của chúng Nhiệt tạo thành của phức chất và do đó độ bền nhiệt của nó trước hết phụ thuộc vào đặc điểm của liên kết ion trung tâm - phối tử Vì bản chất của liên kết này được xác định bởi các tính chất của kim loại tạo phức (kích thước, điện tích, các tính chất phân cực) cũng như của phối tử (kích thước, điện tích, momen lưỡng cực), cho nên độ bền nhiệt của phức chất cũng phụ thuộc vào các tính chất đó Ngoài ra, độ bền nhiệt của phức chất còn phụ thuộc vào bản chất của các nhóm ở cầu ngoại (kích thước, cấu trúc vỏ electron, khuynh hướng của chúng tạo liên kết cộng hóa trị với ion trung tâm)

Dựa vào việc tính toán các hiệu ứng mất khối lượng kết hợp với hiệu ứng nhiệt tương ứng, có thể dự đoán các quá trình cơ bản xảy ra trong quá trình phân hủy nhiệt của phức chất Chẳng hạn khi nghiên cứu phức chất [Ln(Ala)3]Cl3.3H2O (Ln: Pr, Nd, Eu, Gd) tác giả [7] nhận thấy: kết quả phân tích phổ IR cho biết phức chất có chứa H2O (có dải νO-H trong khoảng 3442-3529 cm-1), trên giản đồ phân tích nhiệt xuất hiện hai hiệu ứng thu nhiệt kép ở nhiệt độ dưới 1400C, độ giảm khối lượng tương ứng có 3 phân tử nước tách ra, do đó có thể kết luận rằng phức chất trên chứa 3 phân tử nước kết tinh trong thành phần của chúng Khi nghiên cứu phức chất [Tb(C3H7NO2)2(C3H4N2)(H2O)].(ClO4)3 tác giả [30] nhận thấy: kết quả phân tích

phổ IR cho biết phức chất có chứa H2O (có dải νO-H ở 3401 cm-1), sau khi phân tích nhiệt tác giả thấy nhiệt độ mất nước tương đối cao (trên 2000C), do đó có thể cho rằng H2O tồn tại ở dạng phối trí trong phức chất

1.5.3 Phương pháp đo độ dẫn điện [5]

Đây cũng là phương pháp thuận tiện, được áp dụng rộng rãi để nghiên cứu phức chất Nguyên tắc của phương pháp là: xác lập một số trị số trung bình mà độ dẫn điện mol (μ) hoặc độ dẫn điện đương lượng (λ) của dung dịch phức chất dao

động xung quanh chúng Các giá trị này sẽ đặc trưng cho tính chất điện li của các phân tử phức chất trong dung dịch

Khi nghiên cứu phức chất bằng phương pháp này, trước tiên ta xác định độ dẫn điện riêng χ của dung dịch cần nghiên cứu ở một nhiệt độ nhất định, từ đó ta tính được

độ dẫn điện mol phân tử μ

.cm-1)

CM : nồng độ mol/l của dung dịch (M)

Nhờ phép đo độ dẫn điện dung dịch có thể tìm được số lượng ion mà phức chất phân li ra, từ đó giới hạn số lượng công thức giả định khi nghiên cứu cấu trúc của một phức chất mới

Khi áp dụng các định luật đặc trưng của chất điện li mạnh thông thường cho phức chất có sự tương ứng gần đúng là cùng nồng độ dung dịch 10-3mol/l ở 250

C những phức chất phân li thành hai ion trong dung dịch sẽ có độ dẫn điện mol gần 100 (Ω-1

.cm2.mol-1), những phức chất phân li thành 3, 4 và 5 ion sẽ có độ dẫn điện mol khoảng 250, 400 và 500 ( Ω-1

.cm2.mol-1) Đối với phức chất có bản chất trung hoà điện thì độ dẫn điện rất bé [13]

Để giải thích đúng các kết quả độ dẫn điện mol thu được không những chỉ tính đến số lượng ion, mà còn phải chú ý đến điện tích và kích thước của chúng Nếu phức chất được tạo thành bởi các ion có kích thước lớn thì giá trị μ đo được có giá trị thấp

Dựa vào giá trị độ dẫn điện mol ở một chừng mực nào đó có thể suy đoán về

độ bền của những hợp chất có cùng kiểu cấu tạo Thông thường, đặc tính ion của

liên kết ion trung tâm - phối tử càng lớn thì đại lượng độ dẫn điện mol của các phức chất cùng kiểu càng lớn và phức chất sẽ kém bền

Dung lượng phối trí của các phối tử cũng có ảnh hưởng đến độ dẫn điện Các phức chất chứa các phối tử tạo vòng năm hoặc sáu cạnh đều khá bền; độ dẫn điện của chúng thực tế không bị thay đổi nhiều theo thời gian và nhỏ hơn độ dẫn điện của dung dịch các phức chất không vòng Điều đó là do liên kết hóa học trong các phức chất vòng có độ cộng hóa trị lớn hơn

Ngoài ra, độ dẫn điện mol còn phụ thuộc vào cấu tạo của ion phức Độ dẫn điện của các đồng phân trans hầu như không bị thay đổi theo thời gian và ở thời điểm ban đầu thường lớn hơn một ít so với độ dẫn điện của đồng phân cis Độ dẫn điện của đồng phân cis thường tăng lên theo thời gian, do các phối tử bị thế một phần bởi các phân tử dung môi

Độ dẫn điện mol của các phức chất [Ln(Leu)4(NO3)3] (Ln: La, Pr, Nd, Sm,

Gd, Dy, Y) có giá trị từ 48÷60 (om-1

.cm2.mol-1), dựa vào đó Indrasenan P và Lakshmy M khẳng định chúng là những phức chất trung hòa [24]

Độ dẫn điện mol của các phức chất [Ln(Hbu)4Cl3] (Ln: Y, La, Pr, Nd, Sm,

Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb; Hbu: DL-2-amino-n-butyric) có giá trị từ 322÷382

(om-1.cm2.mol-1), tác giả [6] giả thiết phức chất phân li thành 4 ion trong dung dịch, còn độ dẫn điện mol của Hbu là 34 chứng tỏ Hbu tồn tại trong dung dịch ở dạng ion lưỡng cực

Độ dẫn điện mol của các phức chất Ln(Gly)3.Cl3.3H2O (Ln: Eu, Gd, Tb, Ho,

Er, Tm, Yb, Lu và Gly: glyxin) trong khoảng 302÷341 (om-1.cm2.mol-1) tác giả [32]

đã giả thiết phức này phân li thành 4 ion trong dung dịch

1.6 Giới thiệu về cây đậu đen, protein, proteaza và α-amilaza

1.6.1 Giới thiệu về cây đậu đen

Đậu đen là một cây trồng cạn ngắn ngày có giá trị kinh tế cao Khó có thể có tìm thấy một cây trồng nào có tác dụng nhiều mặt như cây đậu đen Sản phẩm của nó làm

thực phẩm cho con người, thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp, hàng xuất khẩu và là cây cải tạo đất tốt, ngoài ra đậu đen dùng để làm thuốc chữa bệnh

Đậu đen được trồng nhiều ở châu Phi và châu Á Tại Việt Nam cây đậu đen được trồng ở nhiều vùng nông nghiệp trong cả nước

Hạt đậu đen có giá trị dinh dưỡng cao Trong hạt đậu đen có 24,2% protit, 1,7% lipit, 53,3% gluxit, 2,8% tro Hàm lượng các axit amin cần thiết cho cơ thể trong đậu đen cũng rất cao [17]

Trong các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của đậu đen, thời kỳ nảy mầm là nhạy cảm nhất với tác động bên ngoài Thời kỳ này có ý nghĩa quan trọng, quyết định sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây đậu đen Chính vì vậy mà chúng tôi tiến hành thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng của một số phức chất tổng hợp được đến sự nảy mầm, phát triển mầm và rễ của hạt đậu đen

1.6.2 Giới thiệu về protein, proteaza và α-amilaza

Protein là các polime có khối lượng phân tử lớn, chủ yếu bao gồm các

L-aminoaxit kết hợp với nhau qua liên kết peptit Protein là thành phần không thể

thiếu được của tất cả các cơ thể sinh vật nhưng lại có tính đặc thù cao cho loài, từng

cá thể của cùng một loài, từng cơ quan, mô của cùng một cá thể Protein rất đa dạng

về cấu trúc và chức năng, là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sống Có thể kể đến một số chức năng quan trọng của protein như: xúc tác, vận tải chuyển động, bảo vệ, truyền xung thần kinh, điều hòa, kiến tạo chống đỡ cơ học, dự trữ

năng lượng…

Tất cả các protein đều chứa các nguyên tố C, H, O, N, một số protein còn có một lượng nhỏ S Ngoài các nguyên tố trên, protein còn chứa một lượng rất ít các nguyên tố khác như P, Fe, Zn, Cu, Mn, Ca,…[4]

Proteaza (peptit- hiđrolaza 3.4) xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptit (-CO-NH-)n trong phân tử protein, polypeptit đến sản phẩm cuối cùng là các axit amin Nhiều proteaza còn có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển axit amin

Proteaza cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức độ

tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, virut) đến thực vật (đu đủ, dứa…) và động vật (gan, dạ dày bê…) Trong cơ thể, các proteaza đảm nhiệm nhiều chức năng sinh lý như: hoạt hóa zymogen, đông máu và phân hủy sợi fibrin của cục máu đông, giải phóng hocmon

và các peptit có hoạt tính sinh học từ các tiền chất, vận chuyển protein qua màng… Ngoài ra, các proteaza có thể hoạt động như các yếu tố phát triển của cả tế bào ác tính và tế bào bình thường đó là tăng sự phân chia tế bào, sinh tổng hợp ADN…[4]

α-amilaza được tìm thấy trong hạt cây một và hai lá mầm, được chia thành

2 loại: α-amilaza và β-amilaza Cơ chất của chúng là tinh bột và oligosacharide α-amilaza thuộc nhóm hiđrolase có trong cơ thể động vật (nước bọt, tụy tạng), thực vật (hạt hoà thảo nảy mầm), nấm mốc, vi khuẩn α-amilaza phân giải các liên kết 1,4-glicozit ở giữa chuỗi mạch polisaccazit tạo thành các đextrin phân tử thấp, do đó dưới tác dụng của enzim này làm dung dịch tinh bột nhanh chóng bắt màu với dung dịch iốt và bị giảm độ nhớt mạnh α-amilaza tương đối bền với nhiệt hơn so với các amilaza khác và kém bền với các axit [23]

Trong đề tài này, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của một số phức chất tổng hợp được đến hàm lượng protein, proteaza và α-amilaza trong mầm hạt đậu đen

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất

Dung dịch đệm pH = 4,2 (CH 3 COONH 4 , CH 3 COOH)

Lấy 3,99ml CH3COOH 60,05%, d=1,05 g/ml hòa tan vào 150ml nước cất hai lần trong bình định mức 250ml Lấy 0,5ml NH3 25%, d= 0,88 g/ml hòa tan trong 40ml nước cất hai lần rồi cho vào bình định mức trên, thêm nước cất hai lần đến vạch định mức ta được dung dịch đệm có pH = 4,2 (kiểm tra lại bằng máy đo pH) [13]

Dung dịch asenazo (III) 0,1%

Cân một lượng chính xác asenazo (III) trên cân điện tử 4 số Dùng nước cất hai lần hòa tan sơ bộ, nhỏ từng giọt Na2CO3 0,1% cho đến khi dung dịch có màu xanh tím Đun nóng hỗn hợp ở 60oC, tiếp theo nhỏ từng giọt axit HCl loãng cho đến khi dung dịch có màu tím đỏ và định mức đến thể tích cần thiết [13]

Dung dịch DTPA 10 -3 M ( đietylen triamin pentaaxetic)

Cân một lượng chính xác DTPA (M=393,35 g.mol-1) trên cân điện tử 4 số, hòa tan bằng nước cất hai lần, định mức đến thể tích cần thiết

Dung dịch LnCl3 10 -2

M

Các dung dịch này được điều chế từ các oxit tương ứng như sau: cân chính xác một lượng oxit Ln2O3 theo tính toán trên cân điện tử 4 số, hòa tan bằng dung dịch axit HCl 1N (được pha từ ống chuẩn) Cô cạn trên bếp cách thủy ở 80oC, sau đó hòa tan bằng nước cất hai lần và định mức đến thể tích xác định Dùng phương pháp chuẩn độ complexon với chất chuẩn là DTPA 10-3M, thuốc thử asenazo (III) 0,1%, đệm pH = 4,2 để xác định lại nồng độ ion đất hiếm [13]

Dung dịch DL-alanin

Cân chính xác một lượng DL-alanin trên cân điện tử 4 số, sau đó hòa tan và

định mức bằng nước cất hai lần đến thể tích cần thiết

Thuốc thử Folin-Xiocanto

Chuẩn bị bình cầu đáy tròn 1 lít có lắp ống sinh hàn ngược: 700ml nước cất, 100g Na2W2O4.2H2O (natrivonframat) và 25g Na2Mo2O4.2H2O (natrimolipđat), 50ml dung dịch axit H3PO4 85%, 100ml dung dịch HCl đặc Lắp ống sinh hàn ngược vào bình đun sôi trong 10h, sau đó thêm 150g Li2SO4.2H2O, 50ml nước cất

và 5 giọt Br2, lắc đều tiếp tục đun 15 phút không có ống sinh hàn để loại Br2 thừa Làm lạnh và thêm nước cất đến 1 lít thu được dung dịch Folin-Xiocanto có màu vàng, bảo quản dung dịch trong lọ màu có nút nhám [13]

Một số hóa chất khác

Dung dịch tyrosin 1μmol/ml Dung dịch NaCl 0,1%

Dung dịch axit tricloaxetic 5% Dung dịch tinh bột 1% Dung dịch axit sunfosalisilic 20% Dung dịch Na2CO3 6% Dung dịch đệm photphat pH= 6 Dung dịch iốt 0,3%

Dung dịch NaKC4H4O6 0,1% Dung dịch HCl 0,2N; 1N Dung dịch CuSO4 0,5% Dung dịch AgNO3 0,1M Dung dịch Na2CO3 2% trong NaOH 0,1N Dung dịch K2CrO4 5% Các hóa chất ban đầu đều là dạng tinh khiết

2.1.2 Thiết bị

Phổ hấp thụ IR của alanin và các phức chất ở dạng rắn được ghi bằng phương pháp ép viên với KBr trong vùng tần số từ 400 ÷ 4000 cm-1

trên máy Mangna IR

760 Spectrometer ESP Nicinet (Mỹ) tại Viện Hóa học-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Giản đồ nhiệt của các phức chất và alanin được ghi trên máy phân tích nhiệt DTG – 60H Shimazu (Nhật) Tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút trong môi trường không khí và nung đến 800oC tại Phòng Thí nghiệm Hóa lý - Trường Đại học Sư phạm I Hà Nội

Độ dẫn điện riêng của các dung dịch được đo trên máy đo độ dẫn điện FIGURE 7 (Mỹ) tại Phòng Thí Nghiệm Hóa lý-Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên

Máy phân tích đa nguyên tố Truspec-CNS Leco (Mỹ)

Cân điện tử 4 số PRECISA XT 120A

Máy khuấy từ IKA Labortechnik (Đức)

Tủ sấy (Ba Lan)

Lò nung (Trung Quốc)

2.3 Xác định thành phần, cấu tạo các phức chất rắn thu đƣợc

lần và định mức đến thể tích nhất định, tiến hành chuẩn độ xác định nồng độ dung dịch LnCl3 bằng dung dịch chuẩn DTPA 10-3M với chất chỉ thị asenazo(III) 0,1%

Hàm lượng % Ln được tính theo công thức:

mphức: khối lượng phức chất đem nung (g)

MLn: khối lượng phân tử của NTĐH (g.mol-1

Bảng 2.1 Kết quả xác định hàm lượng (%) Ln trong các phức chất

(Ln: Tb, Dy, Ho, Er, Tm; TN: Thí nghiệm)

Xác định hàm lượng (%) cacbon, nitơ

Hàm lượng (%) cacbon, nitơ trong phức chất được phân tích trên máy phân tích đa nguyên tố Truspec CNS Leco (Mỹ), tại Viện Khoa học Sự sống, Đại học Thái Nguyên, nguyên tắc hoạt động của máy dựa theo phương pháp Dusmas