Nghiên cứu tổng hợp các phức chất của nguyên tố đất hiếm với acid gallic có khả năng phát quang và có hoạt tính sinh học

Với lí do trên, chúng tôi tiến hành "Nghiên cứu tổng hợp các phức chất của nguyên tố đất hiếm với acid gallic có khả năng phát quang và có hoạt tính sinh học".. Khả năng tạo phức của Ln3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––

ĐINH CÔNG TRỊNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC PHỨC CHẤT CỦA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VỚI ACID GALLIC

CÓ KHẢ NĂNG PHÁT QUANG VÀ CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2023

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––

ĐINH CÔNG TRỊNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC PHỨC CHẤT CỦA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VỚI ACID GALLIC

CÓ KHẢ NĂNG PHÁT QUANG VÀ CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC

Ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan

2 PGS.TS Phạm Văn Khang

THÁI NGUYÊN - 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong một luận văn nào khác Tôi đã thực hiện việc kiểm tra mức độ tương đồng nội dung luận văn qua phần mềm Turnitin một cách trung thực và đạt kết quả tương đồng 3% Bản luận văn kiểm tra qua phần mềm là bản cứng đã nộp để bảo vệ trước hội đồng Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2023

Tác giả luận văn

Đinh Công Trịnh

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng thành kính, em xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc của mình tới cô giáo PGS TS Nguyễn Thị Hiền Lan và thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Khang, người hướng dẫn khoa học, đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa học, Thư viện, Phòng Đào tạo trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ của mình

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, bạn bè, đồng nghiệp Trường THPT Bắc Sơn - Thành phố Phổ Yên - Tỉnh Thái Nguyên, cùng những người thân yêu trong gia đình đã luôn giúp đỡ, quan tâm, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt khóa học

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2023

Tác giả

Đinh Công Trịnh

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục kí hiệu viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng 3

1.1.1 Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) 3

1.1.2 Khả năng tạo phức của Ln3+ 4

1.2 Một số đặc trưng của gallic acid 5

1.3 Tình hình nghiên cứu các carboxylate kim loại 5

1.4 Một số phương pháp nghiên cứu phức chất 8

1.4.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 8

1.4.2 Phương pháp phân tích nhiệt 9

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng 9

1.4.4 Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang 11

1.4.5 Phương pháp nghiên cứu hoạt tính của các phức chất 11

Chương 2: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 14

2.1 Dụng cụ và hóa chất 14

2.2 Các dung dịch clorua đất hiếm LnCl3 (Ln3+: Sm3+ , Eu3+ , Tb3+, Dy3+) 14

2.3 Điều chế các phức chất 15

2.4 Phân tích hàm lượng (%) các Ln3+ (Sm3+ , Eu3+ , Tb3+, Dy3+) trong các

phức chất 15

2.5 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hồng ngoại 17

2.6 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt 21

2.7 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng 25

2.8 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ huỳnh quang 29

2.9 Nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất 33

2.9.1 Hoạt tính kháng vi sinh vật 35

2.9.2 Hoạt tính kháng tế bào ung thư 38

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

Acid gallic : Gal

Ln : Nguyên tố lantanit NTĐH : Nguyên tố đất hiếm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Hàm lượng ion đất hiếm trong các phức chất 17

Bảng 2.2 Các số sóng hấp thụ đặc trưng trong phổ hồng ngoại của phối tử và phức chất (cm-1) 20

Bảng 2.3 Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất 22

Bảng 2.4 Kết quả phổ khối lượng của các phức chất 27

Bảng 2.5 Kết quả kháng vi sinh vật của các phức chất Ln(Gal)3.4H2O 36

Bảng 2.6 Kết quả ức chế dòng tế bào ưng thư MCF7 của các phức chất Ln(Gal)3.4H2O 39

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Phổ IR của gallic acid 18

Hình 2.2 Phổ IR của Sm(Gal)3.4H2O 18

Hình 2.3 Phổ IR của Eu(Gal)3.4H2O 19

Hình 2.4 Phổ IR của Dy(Gal)3.4H2O 19

Hình 2.5 Phổ IR của Tb(Gal)3.4H2O 20

Hình 2.6 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Sm(Gal)3.4H2O 23

Hình 2.7 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Eu(Gal)3.4H2O 23

Hình 2.8 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Tb(Gal)3.4H2O 24

Hình 2.9 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Dy(Gal)3.4H2O 24

Hình 2.10 Phổ khối lượng của phức chất Sm(Gal)3.4H2O 26

Hình 2.11 Phổ khối lượng của phức chất Eu(Gal)3.4H2O 26

Hình 2.13 Phổ khối lượng của phức chất Dy(Gal)3.4H2O 27

Hình 2.14 Phổ huỳnh quang của phức chất Sm(Gal)3.4H2O 30

Hình 2.15 Phổ huỳnh quang của phức chất Sm(Gal)3.4H2O 31

Hình 2.16 Phổ huỳnh quang của phức chất Eu(Gal)3.4H2O 31

Hình 2.17 Phổ huỳnh quang của phức chất Eu(Gal)3.4H2O 32

Hình 2.18 Phổ huỳnh quang của phức chất Tb(Gal)3.4H2O 33

Hình 2.19 Phổ phân rã huỳnh quang của Tb(Gal)3.4H2O 34

Hình 2.20 Phổ huỳnh quang của phức chất Dy(Gal)3.4H2O 34

Hình 2.21 Phổ phân rã huỳnh quang của Dy(Gal)3.4H2O 35

Hình 2.22 Hình ảnh kết quả kháng vi sinh vậtcủa phức chất Ln(Gal)3.4H2O 37

Hình 2.23 Cơ chế ức chế các loài vi khuẩn 38

Hình 2.24 Hình ảnh ức chế của phức chất gallate (Tb) trên tế bào MCF7 40

MỞ ĐẦU

Hiện nay, các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính cao được khai thác và sử dụng các loài thực vật để làm thuốc và hỗ trợ chữa bệnh đã được thực hiện từ lâu Nhiều hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học tốt đã được phân lập và đưa vào sử dụng để chữa các bệnh về viêm nhiễm, tiểu đường, ung thư Xu hướng nghiên cứu và tìm kiếm các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học cao có nguồn gốc tự nhiên ứng dụng trong y sinh và chữa bệnh ngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học bởi các hợp chất thiên nhiên có độc tính thấp, dễ hấp thu, ổn định, dễ chuyển hóa trong cơ thể và ít tác dụng phụ

Nhóm các hợp chất carboxylic acid trong các loài thực vật chiếm tỉ trọng lớn, nhiều hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học rất tốt, như: nhóm các hợp chất gallic acid thể hiện hoạt tính chống oxi hóa mạnh và ứng chế nhiều dòng tế bào ung thư

Để phát huy hiệu quả chữa bệnh của các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học tốt trong y học, nhiều hướng nghiên cứu mới đã được phát triển, như: bán tổng hợp các hợp chất mới từ các hợp chất thiên nhiên để nâng cao hoạt tính; nghiên cứu tạo các dạng nano hoặc phức chất chứa các hợp chất thiên nhiên, trong đó có có nhân là các ion hoặc nguyên tử kim loại có tác dụng tăng cường chuyển các chất hữu cơ vào trong tế bào, và theo dõi sự phân bố các hợp chất trong cơ thể động vật Bên cạnh đó, các phức chất này với đặc trưng chứa vòng thơm của phối tử còn có khả năng phát huỳnh quang Khả năng phát xạ huỳnh quang của các phức chất được ứng dụng rộng rãi trong đánh dấu huỳnh quang sinh y, trong các đầu dò phát quang của phân tích sinh học, trong vật liệu quang điện Việc nghiên cứu phức chất đã và đang là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học bởi những ứng dụng to lớn của chúng trong nhiều lĩnh vực Trong só

đó phúc chất của các nguyên tố đất hiếm với các phối tử hữu cơ vòng thơm ngày

càng được quan tâm nhiều hơn do chúng có khả năng phát quang và có hoạt tính sinh học cao

Với lí do trên, chúng tôi tiến hành "Nghiên cứu tổng hợp các phức chất

của nguyên tố đất hiếm với acid gallic có khả năng phát quang và có hoạt tính sinh học"

Chúng tôi hy vọng các kết quả thu được sẽ góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất carboxylate thơm với các nguyên tố đất hiếm

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng

1.1.1 Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH)

Các NTĐH bao gồm Sc, Y, La và 14 nguyên tố họ lantanit họ 4f (số thứ

tự từ 58 đến 71 trong bảng tuần hoàn Menđêlêep: xeri (Ce), praseodim (Pr), neodim (Nd), prometi (Pm), samari (Sm), europi (Eu), gadolini (Gd), tecbi (Tb), (Dy), honmi (Ho), ecbi (Er), tuli (Tm), ytecbi (Yb) và lutexi (Lu) Như vậy, các nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm IIIB và chu kỳ 6 của bảng tuần hoàn các nguyên

tố hoá học Cấu hình electron của các nguyên tử nguyên tố đất hiếm có thể biểu diễn bằng công thức chung:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p6 4d104fn 5s2 5p6 5dm 6s2 Trong đó: n thay đổi từ 014 m chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1 Dựa vào đặc điểm sắp xếp electron trên phân lớp 4f mà các lantanit được chia thành hai phân nhóm:

Phân nhóm nhẹ (phân nhóm xeri) gồm 7 nguyên tố: từ Ce  Gd Các nguyên tố từ TB : Lu thuộc phân nhóm nặng (còn gọi là phân nhóm tecbi)

Các nguyên tố họ lantanit chỉ khác nhau cấu hình electron ở phân lớp 4s do

đó tính chất hóa hộc của chúng rất giống nhau và giống với nguyên tố lantan [5]

Từ Lantan đến Lutecxi bán kính nguyên tử của các lantannit giảm, hiện tượng này gọi là sự co lantanit đây là nguyên nhân làm cho tính chất của các lantanit biến đổi đều đặn và biến đổi tuần hoàn Các lantanit có số oxi hóa bền

và đặc trưng là +3 Tuy nhiên có một số trường hợp ngoại lệ ví dụ: Ceri có số oxi hóa +4 (ngoài số oxi hóa +3), Eu có số oxi hóa +2 (ngoài số oxi hóa +3) Sm tương tự như Eu nhưng số oxi hóa +2 kém đặc trưng hơn Tb, Dy có số oxi hóa +4 (ngoài số oxi hóa +3), Tm có số oxi hóa +2 (ngoài số oxi hóa +3) Tuy vậy, các mức oxi hóa +2 và +4 đều kém bền hơn so với số oxi hóa +3

Màu sắc của các Ln3+ được lặp lại tuần hoàn trong phân nhóm Ce và trong phân nhóm Tb [3]

Khả năng phối trí của các Ln3+ kém hơn so với các nguyên tố nhóm B Liên kết giữa các Ln3+ với các phối tử chủ yếu là liên kết ion và có một phần là liên kết cộng hóa trị So với khả năng tạo phức của các kim loại nhóm IIA thì khả năng tạo phức của các Ln3+ là tương đương

Các Ln3+ thường tạo ra các phức chất bền với các phối tử hữu cơ vì đặc trưng của các phối tử hữu cơ là có dung lượng phối trí lớn, tạo ra kiểu phối trí vòng càng với các NTĐH [5]

Vì liên kết giữa các ion Ln3+ với các phối tử mang nhiều bản chất ion nên trong các phức chất ion Ln3+ thường có số phối trí lớn các số phối trí thường gặp

là từ 6 đến 12 [8] Nguyên nhân số phối trí cao và thay đổi của các Ln3+ là do tính không định hướng và không bão hòa của liên kết ion, có nhiểu orbitan hóa trị cũng như bán kính lớn của các ion Ln3+ [7]

Khi điện tích hạt nhân của Ln3+ tăng lên, thì khuynh hướng tạo phức bền của các Ln3+ cũng tăng lên Điều này là do hiện tượng “co lantanit”

1.2 Một số đặc trưng của gallic acid

- Gallic acid

Gallic acid thuộc nhóm acid trihydroxybenzoic (là dạng acid phenolic), là một acid hữu cơ, danh pháp là 3,4,5-trihydroxyaxit benzoic, có trong lá chè và nhiều loại thực vật khác Công thức hóa học là C6H2(OH)3COOH Acid gallic có thể ở cả dạng tự do hay là một phần của tannin Các muối và este của acid gallic

được gọi là 'gallat' Acid gallic không chứa gali như tên gọi của nó [10]

- Khả năng tạo phức của gallic acid

Cũng như các carboxylic acid nói chung, trong phân tử gallic acid, nguyên

tử H ở nhóm carboxyl -COOH rất linh động, trong nhóm carboxylat -COO

nguyên

tử oxi có khả năng cho electron Acid này có khả năng tạo phức tốt với ion kim loại, trong đó nguyên tử kim loại thay thế nguyên tử hyđro trong nhóm carboxyl -COOH và liên kết kim loại - phối tử được thực hiện qua nguyên tử O của nhóm carbonyl trong nhóm chức -COOH tạo nên các phức chất vòng càng bền vững [10]

1.3 Tình hình nghiên cứu các carboxylate kim loại

Trong những năm gần đây, các phức chất cacboxylat kim loại dạng MOF (cấu trúc khung kim loại - hữu cơ) thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học

Hiện nay, trên thế giới có ba hướng nghiên cứu về các phức chất của cacboxylat kim loại đó:

- Phức chất của các kim loại chuyển tiếp d hoặc f với một loại phối tử acid cacboxylic

- Phức chất của hai hay nhiều kim loại với các cacboxylic khác nhau

- Phức chất cacboxylat của hỗn hợp các kim loại khác nhau

Tác giả Abdulaziz M Ajlouni và cộng sự [8] đã chế tạo được ba phức chất của ion đất hiếm: La (3+), Sm(3+), Yb(3+) (1-3) và 2,2'-(((1E,1'E)-thiophene-2,5-diylbis(metanylylidene))bis-(azaneylylidene))diphenol (H2L), các phưc chất

có có công thức chung [Ln(L)(NO3)(H2O)], chúng được tổng hợp từ Ln(NO3)3

{Ln = La(1), Sm(2) và Yb ( 3)} Dựa trên cơ sở phân tích nguyên tố, nghiên cứu quang phổ (UV-Vis., FT-IR, ESI-MS, 1H/13C NMR), độ dẫn mol và phân tích nhiệt trọng lượng, cho thấy phối tử đã phối trí với các ion Ln(III) thông qua nitơ azomethine, nhóm hydroxyl bị khử proton và nguyên tử lưu huỳnh thiophene Nghiên cứu cho thấy phối tử và các phức chất của Ln(III) thể hiện ái lực liên kết tốt với DNA nên việc nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của chúng rất có giá trị Dữ liệu đã chỉ ra rằng, các phức chất này là chất ức chế hiệu quả đối với các dạng oxy hoạt động (ROS), chẳng hạn như anion superoxide và gốc hydroxyl Hoạt độ của các hợp chất thử theo thứ tự tăng dần (1) > (2) > (3) > H2L tính theo giá trị IC50 Hoạt tính chống ung thư của các phức chất cũng đã được nghiên cứu đối với các dòng tế bào ung thư biểu mô ruột kết ở người (HCT-116) và ung thư vú ở người (MCF-7)

Các phức chất của Sm(III), Tb(III) và Eu(III) với phối tử (L) [axit thiophenecarboxylic, 2-(2-pyridinylmethylene)hydrazide] đã được tác giả Ayman A Abdel Aziz và cộng sự [24] điều chế Chúng được nghiên cứu bằng phân tích nguyên tố, đo độ dẫn mol, phân tích quang phổ (NMR, FT-IR và UV-Vis), phân tích phát quang và nhiệt trọng lượng Phối tử bazơ Schiff là một

2-chelate tridentate và phối trí với ion lanthanide theo tỷ lệ kim loại:phối tử = 1:2 Đặc tính phát quang của các phức chất Sm (III), Tb(III) và Eu(III) đã được quan sát và cho thấy phối tử L có thể hấp thụ và truyền năng lượng cho các ion Sm3+,

Tb3+ và Eu3+ Các phức chất này có hoạt tính kháng khuẩn tốt đối với các chủng

vi khuẩn khác nhau và tốt hơn so với phối tử

Tám phức chất của các nguyên tố đất hiếm đã được các tác giả [18] tổng hợp với phối tử bazơ Schiff tetradentat L (N,N′-bis(1-naphthaldimine)-o-phenylenediamine), các phức chất có công thức [LnL(NO3)2(H2O)x](NO3) {Ln(III) = Nd, Dy, Sm, Pr, Gd, Tb, La và Er, x = 0 đối với Nd, Sm, 1 đối với La,

Gd, Pr, Nd, Dy và 2 đối với Tb} Đặc tính và bản chất liên kết của các phức chất này được làm sáng tỏ bằng phương pháp phân tích nguyên tố, phân tích quang phổ (1H NMR, FT-IR, UV–vis), đo độ dẫn mol và phổ phát quang Dữ liệu phân tích và quang phổ cho thấy phối tử L phối trí với các ion Ln(III) trung tâm bằng hai nguyên tử nitơ imine và hai nguyên tử oxy phenolic Dưới sự kích thích với bước sóng 329 nm ở nhiệt độ phòng, phức Tb và Dy thể hiện sự phát quang đặc trưng của các ion kim loại trung tâm do sự truyền năng lượng hiệu quả từ phối

tử đến kim loại Hầu hết các phức chất Ln(III) được phát hiện có hoạt tính kháng khuẩn chống lại một số vi khuẩn gây bệnh, hoạt tính chống oxy hóa của phức chất Ln(III) cao hơn so với phối tử tự do L [9]

Các phức chất của Sc (III), Y(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), Eu(III), Gd(III), Tb(III), Ho(III), Er(III), Tm(III) và Yb(III) với phối tử acid gallic đã được các tác giả [… ] tổng hợp thành công Cấu trúc, tính chất huỳnh quang và quang điện của các phức chất trong dung dịch và ở trạng thái rắn đã được nghiên cứu Trong các dung dịch, phức chất của sodium và các lanthanide phát huỳnh quang với hiệu suất lượng tử từ 1% - 8% Ở trạng thái rắn, phức chất của Sm(III), Eu(III), Ho(III), Nd(III), Er(III) và Yb(III) đều có cường độ phát quang trung bình, với các dải phát xạ đặc trưng của các ion đất hiếm Đặc biệt, phức chất Ln(Gal)3.4H2O phát quang màu xanh lục, cường độ phát quang mạnh [9]

1.4 Một số phương pháp nghiên cứu phức chất

1.4.1 Phương pháp phổ hồng ngoại

Phương pháp phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý hiện đại và thông dụng để nghiên cứu phức chất Kết quả phổ hồng ngoại cho biết nhiều thông tin về thành phần và cấu tạo của phức chất Khi so sánh phổ hồng ngoại của phức chất với phổ hồng ngoại của phối tử tự do ta thu được thông tin

về sự tạo phức giữa phối tử và ion trung tâm như kiểu phối trí, độ bền liên kết kim loại - phối tử, dung lượng phối trí của phối tử…

Phổ hồng ngoại có hai kiểu dao động chính của các nguyên tử trong phân tử: dao động hóa trị ν làm thay đổi độ dài liên kết nhưng không làm thay đổi góc liên kết và dao động biến dạng δ làm thay đổi góc liên kết mà không làm thay đổi độ dài liên kết Trong mỗi loại dao động đều có dao động đối xứng (νs, δs) và dao động bất đối xứng (νas, δas)

Phổ hồng ngoại của carboxylic acid tương đối phức tạp do tính đối xứng thấp của nhóm carboxyl và có các dải hấp thụ đặc trưng sau [9]:

Dao động hóa trị của nhóm C=O trong nhóm -COOH ở vùng (1740 ÷ 1800) cm-1 khi acid tồn tại ở trạng thái monome và ở vùng (1680 ÷ 1720) cm-1khi acid tồn tại ở trạng thái đime

Dao động hóa trị của nhóm -OH trong monome carboxylic nằm trong vùng (3500 ÷ 3570) cm-1; trong đime carboxylic ở vùng (2500 ÷ 3000) cm-1 (vạch rộng kéo dài cả vùng)

Phổ hồng ngoại của các cacboxylat được đặc trưng bởi nhóm -COO- và có các dải hấp thụ đặc trưng sau:

Dao động của nhóm -OH nằm trong vùng có số sóng ~ 3600 cm-1

Dao động của liên kết C-H nằm trong vùng có số sóng (2800 ÷ 2995) cm-1 Dao động của liên kết C-C nằm trong vùng có số sóng (1110 ÷ 1235) cm-1

Dao động hóa trị đối xứng và bất đối xứng của nhóm -COO- nằm trong vùng có số sóng tương ứng là (1435 ÷ 1460) cm-1 và (1540 ÷ 1655) cm-1 [4]

Hiện nay, các phức chất gallate với các ion đất hiếm còn ít được nghiên cứu bằng phương pháp phổ hồng ngoại

1.4.2 Phương pháp phân tích nhiệt

Phân tích nhiệt là phương pháp phổ biến để nghiên cứu phức chất rắn vì chúng cho phép thu nhận nhiều thông tin quý báu về thành phần và cấu tạo của các phức chất Dựa vào hiệu ứng nhiệt có thể nghiên cứu những quá trính biến đổi hóa lý phát sinh ra khi đun nóng hoặc làm nguội chất như sự tạo thành và nóng chảy các dung dịch rắn, các tương tác hóa học [4]

Giản đồ phân tích nhiệt biểu thị sự biến đổi tính chất của chất trong hệ tọa

độ nhiệt độ - thời gian Thông thường, ta quan tâm đến đường DTA (đường phân tích nhiệt vi sai) và đường TG hay DTG:

Đường DTA chỉ sự biến đổi nhiệt độ của mẫu nghiên cứu so với mẫu chuẩn trong lò, cho biết sự xuất hiện các hiệu ứng nhiệt ứng với mỗi quá trình biến đổi hóa học Ứng với các cực tiểu trên đường cong là các hiệu ứng thu nhiệt, thường đặc trưng cho quá trình chuyển pha, bay hơi, chuyển dạng thù hình…Ứng với các cực đại trên đường cong là các hiệu ứng tỏa nhiệt, thường đặc trưng cho quá trình cháy, quá trình oxi hóa, phản ứng pha rắn…

Đường TG hay DTG chỉ hiệu ứng mất khối lượng như thoát khí, thăng hoa, bay hơi… do sự phân hủy nhiệt của mẫu Nhờ đó, suy đoán được thành phần của phức chất khi xảy ra hiệu ứng nhiệt Tuy nhiên, không phải mọi biến đổi trên đường DTA đều đi kèm với các biến đổi khối lượng trên đường TG

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng

Phương pháp phổ khối lượng (MS) có thể đo chính xác khối lượng phân

tử của một chất, dựa trên nguyên tắc khối lượng phân tử của một chất sẽ bằng

tổng khối lượng phân tử của các mảnh ion tạo thành do quá trình phá vỡ phân tử Phương pháp này dùng để:

Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân

tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó

Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất

Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó

Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung tính trong chân không)

Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với nhiều hướng tiếp cận khác nhau

Phương pháp phổ khối lượng được thực hiện dựa trên sự bắn phá các phân

tử trung hòa ở thể khí bằng chùm electron năng lượng cao để tạo thành các ion phân tử mang điện tích dương, các mảnh ion hoặc các gốc Quá trình này gọi là quá trình ion hóa Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo phân tử, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá Quá trình ion hóa phân tử có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như va chạm electron (EI), phương pháp ion hóa phun điện (ESI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp ion hóa trường (FI),…

Phổ khối lượng sẽ cho biết khối lượng phân tử của chất nghiên cứu và các ion thông qua tỉ số m/z Vì xác suất tạo ra các ion có z > 1 là rất nhỏ nên tỉ số m/z thường chính là khối lượng của ion Đối với phức chất, phương pháp phổ khối lượng góp phần quan trọng trong việc khảo sát thành phần và cấu trúc của chúng, đặc biệt là những phức chất có phối tử là các phối tử hữu cơ Phổ khối lượng không những có thể thay thế cho phương pháp phân tích nguyên tố mà còn cung cấp thông tin về trọng lượng phân tử [1,2]

1.4.4 Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang

Quang phổ huỳnh quang (còn được gọi là phép đo huỳnh quang hoặc phép

đo quang phổ) là một loại quang phổ điện từ phân tích huỳnh quang từ một mẫu

Nó liên quan đến việc sử dụng một chùm ánh sáng, thường là tia cực tím, kích thích các electron trong phân tử của một số hợp chất nhất định và khiến chúng phát ra ánh sáng; thông thường, nhưng không nhất thiết, ánh sáng nhìn thấy được Một kỹ thuật bổ sung là quang phổ hấp thụ Trong trường hợp đặc biệt của quang phổ huỳnh quang phân tử đơn, sự dao động cường độ từ ánh sáng phát

ra được đo từ các huỳnh quang đơn lẻ hoặc các cặp huỳnh quang

Khi các electron của nguyên tử trong phân tử bị kích thích để chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn, không bền (chỉ tồn tại trong khoảng 10-8 giây), chúng có xu hướng trở về trạng thái ban đầu và đồng thời tỏa ra một phần năng lượng đã hấp thụ Năng lượng phát ra dưới dạng ánh sáng được gọi là hiện tượng phát quang [6]

Việc tìm kiếm các phức chất mới của nguyên tố đất hiếm là một lĩnh vực nghiên cứu trong hóa học phối trí chủ yếu dựa trên khả năng phát quang tuyệt vời của chúng Người ta đã phát hiện ra rằng những phối tử hữu cơ có thể hoạt động như ăng-ten, hấp thụ ánh sáng và chuyển năng lượng hấp thụ được tới ion đất hiếm phối trí với chúng, làm tăng khả năng phát xạ huỳnh quang của ion đất hiếm

1.4.5 Phương pháp nghiên cứu hoạt tính của các phức chất

* Phương pháp nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn

Đường kính của vùng ức chế được xác định trong xét nghiệm khuếch tán đĩa theo mô tả của Hadacek và Greger (Hadacek & Greger, 2000) Các chủng vi khuẩn được nuôi cấy trên đĩa với môi trường LB Đất hiếm ở nồng độ 50, 20 và

10 µg/mL (100 µg/mL gốc được điều chế trong DMSO) được thêm vào đĩa DMSO được sử dụng làm đối chứng âm, trong khi đối chứng dương bao gồm

30 µL Amoxicillin ở nồng độ 50 µg/ml Môi trường được ủ ở 37˚C trong 14 giờ, quan sát và đo đường kính của rào cản (vùng trong) được hình thành xung quanh giếng Đường kính của vùng ức chế có thể được tính bằng công thức: H = D - d (mm), trong đó H biểu thị kích thước của vùng ức chế (mm), D là đường kính tổng hợp của mẫu thử và vùng ức chế (mm) và d đại diện cho đường kính của mẫu vật (mm) [13]

* Phương pháp nghiên cứu hoạt tính ức chế tế bào ung thư

Phương pháp hoạt tính ức chế tế bào ung thư in vitro được Viện Ung thư

Quốc gia Hoa Kỳ (National Cancer Institute - NCI) xác nhận là phép thử độ độc

tế bào chuẩn nhằm sàng lọc, phát hiện các chất có khả năng kìm hãm sự phát

triển hoặc diệt tế bào ung thư ở điều kiện in vitro Phép thử này được thực hiện

theo phương pháp của Monks (1991) Phép thử tiến hành xác định hàm lượng protein tế bào tổng số dựa vào độ hấp thụ quang đo được khi thành phần protein của tế bào được nhuộm bằng Sulforhodamine B (SRB) Giá trị độ hấp thụ quang máy đo được tỉ lệ thuận với lượng SRB gắn với phân tử protein, do đó lượng tế bào càng nhiều (lượng protein càng nhiều) thì giá trị độ hấp thụ quang càng lớn Phép thử được thực hiện trong điều kiện cụ thể như sau:

- Chất thử được pha thành các dải nồng độ thích hợp

- Trypsin hóa tế bào thí nghiệm để làm rời tế bào và đếm trong buồng đếm

để điều chỉnh mật độ cho phù hợp với thí nghiệm

- Chất thử đã pha ở các nồng độ vào các giếng của đĩa 96 giếng, đưa tế bào

ở nồng độ phù hợp vào các giếng này sao cho nồng độ chất thử trong giếng là

100 g/mL; 20 g/mL; 4 g/mL và 0,8 g/mL Ủ trong tủ ấm 48 giờ Giếng không

có chất thử nhưng có tế bào ung thư (180L) sẽ được sử dụng làm đối chứng ngày 0 Sau 1 giờ, tế bào sẽ được cố định bằng Trichloracetic acid - TCA ở các giếng đối chứng ngày 0

- Sau 48 giờ, tế bào được cố định bằng TCA trong 1 giờ, được nhuộm bằng SRB trong 30 phút ở 37 oC, rửa 3 lần bằng axít axetic rồi để khô ở nhiệt độ phòng

- 10 mM unbufferedTris base để hòa tan lượng SRB, lắc nhẹ trong 10 phút

- Đọc kết quả độ hấp thụ quang ở bước sóng 515 - 540 nm trên máy ELISA Plate Reader (Bio-Rad)

- Phần trăm ức chế sự phát triển của tế bào khi có mặt chất thử sẽ được xác định thông qua công thức:

[Độ hấp thụ quang (chất thử) - độ hấp thụ quang (ngày 0)]

% Ức chế = 100%

[Độ hấp thụ quang (đối chứng) - độ hấp thụ quang (ngày 0)]

- Phép thử được lặp lại 3 lần để đảm bảo tính chính xác Ellipticine ở các nồng độ 10 g/mL; 2 g/mL; 0,4 g/mL và 0,08 g/mL được sử dụng như là chất đối chứng dương

- DMSO10% luôn được sử dụng như đối chứng âm Giá trị IC50 sẽ được xác định nhờ vào phần mềm máy tính TableCurve 2Dv4

- Theo tiêu chuẩn của Viện ung thư quốc gia Hoa Kỳ (NCI), cặn chiết được coi có hoạt tính tốt với IC50  20 μg/mL, trong khi chất tinh khiết được coi có hoạt tính tốt khi IC50  5 μM

Chương 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 2.1 Dụng cụ và hóa chất

Bình nón 100 mL Gallic acid (Merck)

Bình kendan Các oxide đất hiếm: Sm2O3, Eu2O3, Tb2O3, Dy2O3

Các loại bình định mức HCl acid đặc (36,5%)

Máy khuấy từ Dung dịch HCl 0,1N

Phễu lọc thủy tinh xốp

Giấy thử Ph

Cân điện tử

Bếp điện, bình hút ẩm, tủ

sấy, tủ hút

Cốc thủy tinh chịu nhiệt

2.2 Các dung dịch clorua đất hiếm LnCl 3 (Ln3+: Sm3+ , Eu3+ , Tb3+, Dy3+)

Cân một lượng chứa 10-4 mol Ln2O3 cho vào cốc thủy tinh sau đó thêm khoảng 6 mL HCl 36,5% Đun nóng hỗn hợp ở 65 ÷ 70 oC 1,5 giờ sau thì các

Ln2O3 bị tan hoàn toàn tạo ra dung dịch muối LnCl3 (có lẫn acid HCl dư)

Cần loại acid dư bằng cách đun nóng, khi đã tạo thành muối khan thì thêm nước cất để được các dung dịch muối LnCl3

Tiếp tục đun để loại acid dư, thêm nước cất thu được các dung dịch LnCl3

tinh khiết

2.3 Điều chế các phức chất

Sau khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo phức, các phức chất đã được điều chế tại các điều kiện tối ưu: Nhiệt độ 600C, Ph khoảng 4 đến 5 Quá trình tổng hợp phức chất được thực hiện như sau: Hòa tan hoàn toàn phối tử Gallic acid trong C2H5OH; Cho từ từ dung dịch LnCl3 (Ln: Sm, Eu, Dy, Yb) vào dung dịch chứa phối tử trên Tỉ lệ mol giữa LnCl3 : HGal là 1 : 3 Hỗn hợp được khuấy trên máy khuấy từ ở nhiệt độ 600C, pH khoảng 45 Sau khoảng 5 – 6 giờ, phức chất từ từ tách ra Lọc, rửa phức chất bằng nước cất trên máy lọc hút chân không Làm khô phức chất trong bình hút ẩm bởi silicagel đến khối lượng không đổi Hiệu suất tổng hợp đạt 80 - 85%

2.4 Phân tích hàm lượng (%) các Ln 3+ (Sm 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ ) trong các phức chất

Hàm lượng Ln3+ trong các gallate đất hiếm được xác định bằng phương pháp chuẩn độ tạo phức (chỉ thi asenazoIII), được thực hiện tại PTN Hóa vô cơ

- Khoa hóa học - Trường ĐHSPTN

Cân chính xác một lượng 0,05 gam mẫu chất nghiên cứu trên cân điện tử sau đó chuyển toàn bộ lượng cân vào bình Kendan Thấm ướt mẫu bằng vài giọt H2SO4 đặc, đun trên bếp điện cho khí SO2 bay ra Để nguội, thêm 1 ÷ 2

mL H2O2, tiếp tục đun nóng cho SO2 bay ra hết Cứ lặp lại như vậy cho tới khi thu được dung dịch trong suốt có màu đặc trưng của ion đất hiếm Sau

đó, chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 50 mL, thêm nước cất đến vạch định mức và lắc đều

Tiến hành chuẩn độ tạo phức, tại thời điểm tương đương dung dịch chuyển

từ màu xanh biếc sang màu đỏ nho

+ Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng tạo phức bền của Ln3+ với EDTA

Ln3+ + H2Ind → LnInd+ + 2H+

LnInd+ + H2Y2- → LnY- + H2Ind

(Ln: Nd, Sm, Eu, Gd; H2Ind: chất chỉ thị; H2Y2-: EDTA)

+ Cách tiến hành chuẩn độ cụ thể như sau: Dùng pipet lấy chính xác 10

mL dung dịch Ln3+ cho vào bình nón 100 mL Thêm khoảng 5 mL dung dịch đệm acetate có pH ≈ 5 Thêm tiếp vào 2 ÷ 3 giọt chất chỉ thị arsenazo III, dung dịch có màu xanh Đun nhẹ dung dịch sau đó chuẩn độ bằng dung dịch EDTA

10-3M, khi dung dịch có màu đỏ nho thì ngừng chuẩn độ Ghi lại thể tích của EDTA đã dùng, lặp lại thí nghiệm 3 lần, sau đó lấy giá trị trung bình

Hàm lượng ion Ln3+ được tính theo công thức:

Trong đó: VEDTA là thể tích dung dịch EDTA đã dùng chuẩn độ (mL)

là khối lượng mol của ion Ln3+

(Ln3+: Sm3+, Eu3+, Tb3+

, Dy3+) (g/mol)

m là khối lượng mẫu đem đi phân tích (g)

là thể tích dung dịch Ln3+ đem đi chuẩn độ (mL)

Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 2.1 Kết hợp dữ kiện phổ hồng ngoại, giản đồ phân tích nhiệt và phổ khối lượng của phức chất để đưa ra công thức giả thiết của phức chất

3 3

Bảng 2.1 Hàm lượng ion đất hiếm trong các phức chất

2.5 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hồng ngoại

Chúng tôi sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại (Phổ IR) để nghiên cứu cấu tạo của phức chất Phương pháp phổ hồng ngoại được dùng để xác định sự hình thành phức chất, được ghi trên máy FTIR Affinity - IS, hãng SHIMADZU (Nhật) trong vùng có số sóng từ (400 ÷ 4000) cm-1, thực hiện tại khoa Hóa học, trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội

Các hình từ 2.1 đến 2.5 trình bày các phổ IR của gallic acid và các phức chất, bảng 2.2 trình bày các số sóng đặc trưng của các hợp chất

Hình 2.1 Phổ IR của gallic acid

Hình 2.2 Phổ IR của Sm(Gal) 3 4H 2 O