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

Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ––––––––––––––––– TRẦN VĂN QUÝ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC PHỨC CHẤT CỦA NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VỚI CAFFEIC ACID CÓ KHẢ NĂNG PHÁT QUANG VÀ CÓ H

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

–––––––––––––––––

TRẦN VĂN QUÝ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC PHỨC CHẤT CỦA NGUYÊN

TỐ ĐẤT HIẾM VỚI CAFFEIC ACID 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

–––––––––––––––––

TRẦN VĂN QUÝ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CÁC PHỨC CHẤT CỦA NGUYÊN

TỐ ĐẤT HIẾM VỚI CAFFEIC ACID CÓ KHẢ NĂNG PHÁT

QUANG VÀ CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC

Ngành: HÓA VÔ CƠ

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 23% 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 10 năm 2023

Tác giả

Trần Văn Quý

Xác nhận của khoa Hóa học

PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn khoa học

PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lan PGS.TS Mai Xuân Trường

LỜI CẢM ƠN

Bản luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên Trong quá trình làm luận văn em đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ để hoàn thành luận văn

Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Cô giáo PGS.TS.Nguyễn Thị Hiền Lan, đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô trong khoa Hóa học, phòng Đào tạo, thư viện trường Đại học Sư phạm, Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn của mình

Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các anh chị học viên đã luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện giúp

em hoàn thành tốt khóa học

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2023

Tác giả

Trần Văn Quý

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1 Giới thiệu chung về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) và khả năng tạo phức của chúng 2

1.2 Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của caffeic acid 4

1.3 Các carboxylate của lanthanides 5

1.4 Một số phương pháp hóa lí nghiên cứu phức chất 8

1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 8

1.4.2 Phương pháp phân tích nhiệt 9

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng 10

1.4.4 Phương pháp phổ phát xạ huỳnh quang 10

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 13

2.1 Hóa chất và dụng cụ 13

2.2 Chuẩn bị dung dịch LnCl3 (Ln3+: Dy3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+) 13

2.3 Tổng hợp các phức chất 14

2.4 Kết quả phân tích Ln3+ trong các phức chất 14

2.5 Kết quả phổ hồng ngoại của các phức chất và phối tử 16

2.6 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt 19

2.7 Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ khối lượng 23

2.8 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ huỳnh quang 27

2.9 Nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất 33

2.9.1 Hoạt tính kháng vi sinh vật 33

2.9.2 Hoạt tính kháng tế bào ung thư 36

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bán kính ion của các lanthanides 2

Bảng 1.2 Một số dữ liệu quan trọng của Terbium, Dysprosium, Europium, Ytterbium 3

Bảng 2.1 Thành phần phần trăm ion Ln3+ trong các phức chất 16

Bảng 2.2 Các số sóng hấp thụ đặc trưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử và phức chất (cm–1) 19

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 26

Bảng 2.5 Kết quả hoạt tính kháng khuẩn 34

Bảng 2.6 Kết quả ức chế dòng tế bào ung thư MCF7 của các phức chất Ln(Caf)3.4H2O 36

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của caffeic acid 17

Hình 2.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Sm(Caf)3.4H2O 17

Hình 2.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Eu(Caf)3.4H2O 17

Hình 2.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Tb(Caf)3.4H2O 18

Hình 2.5 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Dy(Caf)3.4H2O 18

Hình 2.6 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Sm(Caf)3.4H2O 20

Hình 2.8 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Tb(Caf)3.4H2O 21

Hình 2.9 Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Dy(Caf)3.4H2O 22

Hình 2.10 Phổ khối lượng của phức chất Sm(Caf)3.4H2O 24

Hình 2.11 Phổ khối lượng của phức chất Eu(Caf)3.4H2O 24

Hình 2.13 Phổ khối lượng của phức chất Dy(Caf)3.4H2O 26

Hình 2.14 Phổ huỳnh quang của Sm(Caf)3.4H2O 28

Hình 2.15 Phổ phân rã huỳnh quang của Sm(Caf)3.4H2O 29

Hình 2.16 Phổ huỳnh quang của Eu(Caf)3.4H2O 29

Hình 2.17 Phổ phân rã huỳnh quang của Eu(Caf)3.4H2O 30

Hình 2.18 Phổ huỳnh quang của Tb(Caf)3.4H2O 31

Hình 2.19 Phổ phân rã huỳnh quang của Tb(Caf)3.4H2O 32

Hình 2.20 Phổ huỳnh quang của Dy(Caf)3.4H2O 33

Hình 2.21 Phổ phân rã huỳnh quang của Dy(Caf)3.4H2O 33

Hình 2.22 Kết quả hoạt tính kháng khuẩn 35

Hình 2.23 Cơ chế kháng khuẩn của nguyên tố đất hiếm [15 36

Hình 2.24 Hình ảnh ức chế tế bào MCF7 của phức chất Sm(Caf)3.4H2O 37

MỞ ĐẦU

Hiện nay, các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính cao được khai thác và sử dụng, 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 caffeic acid thể hiện hoạt tính có tác dụng kháng sinh, kháng viêm và ức chế 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 Bên cạnh đó, các phức chất 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 Hướng nghiên cứu tạo phức chất chứa các hợp chất thiên nhiên ứng dụng trong lĩnh vực y sinh vẫn chưa được các nhóm nghiên cứu quan tâm đúng mức

Với lí do trên, chúng tôi tiến hành "Nghiên cứu tổng hợp các phức chất của nguyên tố đất hiếm với caffeic acid 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 (NTĐH) và khả năng tạo phức của chúng

Họ lanthanides bao gồm 14 nguyên tố, có cấu hình electron tổng quát là: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2

n nhận các giá trị từ 0 ÷ 14

m chỉ nhận giá trị là 0 hoặc 1

Dựa vào cấu tạo và cách điền electron vào các orbital 4f, các nguyên tố lanthanides được chia ra thành phân nhóm Cerium (phân nhóm nhẹ) và phân nhóm Terbium (phân nhóm nặng)

Do cấu hình electron của các lanthanides chỉ khác nhau ở phân lớp 4f, giống nhau ở phân lớp 5d và 6s, mà các electron ở phân lớp 5d và 6s quyết định tính chất hóa học của các lanthanides, do đó các lanthanides có tính chất rất giống nhau và giống với nguyên tố lanthan Đi từ lanthan đến lutetium bán kính nguyên tử giảm dần và do đó bán kính ion cũng giảm dần Hiện tượng này được gọi là sự co lanthanide Bảng 1.1 trình bày sự biến đổi bán kính ion của các lanthanides

Bảng 1.1 Bán kính ion của các lanthanides

Ion La3+ Ce3+ Pr3+ Nd3+ Pm3+ Sm3+ Eu3+ Gd3+ r(A0) 1,061 1,034 1,013 1,099 0,979 0,964 0,950 0,938 Ion Tb3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ Yb3+ Lu3+

r(A0) 0,923 0,908 0,894 0,881 0,844 0,858 0,848

Các nguyên tố họ lanthanides hoạt động hóa học tương đối mạnh, có màu trắng, mềm, đi từ lanthanum đến lutetium độ cứng tăng dần

Một số dữ liệu quan trọng của Terbium, Dysprosium, Europium, Ytterbium được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số dữ liệu quan trọng của Terbium, Dysprosium, Europium,

Tính chất tuần hoàn về sự biến đổi màu sắc được thể hiện rất rõ ở phân nhóm Cerium và phân nhóm Terbium Ví dụ, các ion có cấu hình 4f0

(La3+); 4f7(Gd3+); 4f14(Lu3+); 4f1(Ce3+); 4f13(Yb3+) đều không mang màu, các ion lanthanides còn lại đều mang màu [4]

Các nguyên tố thuộc phân nhóm Cerium có hoạt động hóa học mạnh hơn các nguyên tố thuộc phân nhóm Terbium Nhìn chung các lanthanides có tính khử tương đối mạnh [4]

Các oxide của nguyên tố lanthanides có công thức chung là M2O3 Trong

số các lanthanides có hình thành một số dạng oxide khác là: Tetra terbium

hepta oxide (Tb4O7), Cerium dioxide (CeO2),… Các oxide của lanthanides khó nóng chảy, rất bền nhiệt, không tan trong nước, dễ tan trong acid vô cơ, đặc biệt là khi đun nóng

Muối của các lanthanides: chloride, bromide, iodide, nitrate và sulfate dễ tan trong nước; tuy nhiên các muối: fluoride, carbonate, phosphate và oxalate lại rất ít tan [9]

Các nguyên tố lanthanides có các orbital trống ở phân lớp 5d và phân lớp 4f nên chúng có khả năng tạo phức rất mạnh với các phối tử vô cơ và hữu cơ Các phối tử hữu cơ có khả năng cho electron mạnh và tạo các phối trí vòng càng nên thường tạo nên các phức chất rất bền với các lanthanides Số phối trí thường gặp của các lanthanides trong các phức chất là từ 6 đến 12 Liên kết giữa các lanthanides và phối tử trong phức chất chủ yếu là liên kết ion [1]

1.2 Đặc điểm cấu tạo và khả năng tạo phức của caffeic acid

Caffeic acid còn gọi là 3,4–Dihydroxycinnamic acid, là một hợp chất hữu

cơ thuộc loại hydroxycinnamic acid, là chất rắn màu vàng, trong phân tử bao gồm cả nhóm chức phenolic và acrylic Nó được tìm thấy trong tất cả các loại thực vật vì nó là chất trung gian trong quá trình sinh tổng hợp lignin, một trong những thành phần chính của sinh khối thực vật gỗ Có CTPT: C9H8O4; CTCT:

Caffeic acid có M = 180,16 g/mol, D = 1,478 g/cm3, tonc trong khoảng:

223 0C ÷ 225 0C, khó tan trong nước lạnh nhưng có khả năng tan lớn hơn trong các dung môi không phân cực như ethyl ancohol, ether…

Phân tử acid gồm hai phần: Nhóm chức carboxyl (–COOH) và gốc hydrocarbon (–R) Nhóm carboxyl là tổ hợp của hai nhóm carbonyl C=O và

hydroxy –OH Hai nhóm này tác động qua lại lẫn nhau do có sự liên hợp giữa electron  ở liên kết đôi của nhóm C=O và electron p tự do của nguyên tử O trong nhóm –OH Do đó, caffeic acid có khả năng tạo phức tốt với các kim loại tạo nên phức chất vòng càng [3]

1.3 Các carboxylate của lanthanides

Ramon R.F Fonseca và cộng sự [17] đã điều chế phức chất của của Tb3+

có khả năng phát quang để phát hiện methanol Các phương pháp phổ IR, hiển

vi điện tử quét và nhiễu xạ tia X đã được sử dụng để nghiên cứu sự tổng hợp thành công và tính chất của phức chất Kết quả cho thấy phức chất có số phối trí 7, trong đó mỗi ion Tb3+

tạo liên kết với ion Tb3+ khác qua 3 nhóm COO– của 3 phối tử trimesat và số phối trí thứ 7 được hình thành bởi một phân tử

H2O, có thể mô tả như sau:

Các phức chất của đất hiếm [Ln4(μ3– OH)2 (η2– accp)4 ((μ– O) –η2– accp)6] (Ln = Y (4), Gd (5); accp = 2– axetylxyclopentanoat) đã được các tác giả [10] tổng hợp bằng cách cho muối nitrate của đất hiếm [M(NO3)3.6H2O] (M = Y (1), Gd (2) tác dụng với 2– axetylxyclopentanoat acid theo tỉ lệ mol 1:3 với sự có mặt của NaOH Đã xác định được cấu trúc phân tử của phức chất (4)

và (5) ở trạng thái rắn Tính chất phân hủy nhiệt của phức chất (4) và (5) được nghiên cứu bởi TG trong khí quyển Ar và O2, cho thấy các quá trình phân hủy xảy ra qua nhiều giai đoạn Kết quả đo XRD của sản phẩm còn lại sau khi phân

hủy đã xác nhận sự hình thành Ln2O3 Bằng phương pháp phủ quay (spin– coating), từ các phức chất (4) và (5) tác giả [10] đã tạo được các màng mỏng

Ln2O3 trên đế silic Các màng mỏng thu được có độ dày 18,87 ± 1,13 nm và 25,59 ± 4,55nm đối với Ln = Y và Gd Phương pháp SEM và EDX đã được sử dụng để nghiên cứu các màng mỏng thu được

Nhóm tác giả [7] đã tổng hợp thành công phức chất 2– hidroxynicotinat với Ho (III), Er (III), Yb (III) Các phức chất này bị phân hủy bởi nhiệt trong khoảng (3000

C – 5120C) sản phẩm cuối cùng thu được là KLnO2 Phức chất hỗn hợp phối tử 2– hydroxynicotinat và o– phenantrolin của một số nguyên tố đất hiếm nặng (Ln: Tb, Dy, Ho, Yb) bị phân hủy bởi nhiệt độ trong khoảng (1850C – 5800C) sản phẩm cuối cùng thu được là Ln2O3 [6]

Xue– Ting Wang và cộng sự [22] đã điều chế các phức chất của 3,5,3′,5'– oxytetrabenzoic acid với Ln (III) (Ln: Gd, Eu, Tb) Chúng là các polymer tạo bởi cầu nối giữa nhóm carboxylate với các ion đất hiếm Không thể quan sát được sự phát xạ đặc trưng của Gd 3+ ở bước sóng 311 nm trong phổ phát quang của phức chất Gd (III)vì mức năng lượng thấp nhất của Gd 3+

quá cao để nhận năng lượng từ phối tử Thay vào đó, nó cho thấy một dải phát xạ rộng ở 500 nm khi kích thích ở 335 nm, có thể là do sự chuyển đổi π *– π của phối tử Phức chất của Eu (III) và Tb (III) phát ra ánh sáng màu đỏ và lục dưới

sự chiếu xạ của tia UV Khi kích thích ở bước sóng 330 nm, phổ huỳnh quang của phức chất Eu (III) có bốn cực đại ở 594, 614, 652 và 700 nm do xảy ra các chuyển mức 5

D 0 → 7 F J ( J = 1, 2, 3, 4) của Eu 3+ Khi được kích thích ở bước sóng 330 nm, phổ phát xạ của phức chất Tb (III) xuất hiện bốn dải ở 490, 544,

584 và 615 nm, chúng được quy gán cho các chuyển mức 5

D 4 → 7 F J (J =

6, 5, 4, 3) tương ứng của Tb 3+

Các tác giả [18] đã chế tạo được phức chất giữa

Sm (III) với 2,2′– dipyridine– 6,6′– dicarboxylic acid (H2bpda = acid 2,2′– bipyridine– 6,6′– dicarboxylic) Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể cho biết, trong phức chất, Sm (III) có số phối trí 9 với bốn nguyên tử oxygen và bốn

nguyên tử nitrogen từ hai phối tử bpda2− và một nguyên tử oxygen khác từ một phân tử nước Độ dài liên kết Sm – O nằm trong khoảng 2,357 – 2,659 Å và độ dài liên kết Sm – N trong khoảng 2,545– 2,659 Å Các góc liên kết xung quanh ion Sm3+ thay đổi từ 62,09 đến 157,96 Phổ phát xạ ở trạng thái rắn của phức chất được đo ở nhiệt độ phòng Các cực đại phát xạ của Sm (III) ở 590, 616,

652 và 700 nm tương ứng với các chuyển mức đặc trưng của p Sm(III):

4

G 2/5 → 6 H J (J = 5/2, 7/2, 9 / 2 và 11/2 tương ứng) Dải phát xạ ở bước sóng

616 nm (4 G 5/2 → 6 H 7/2) có cường độ mạnh nhất

Các phức chất của Ln(III), (Ln: Sc, Y, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Ho,

Er, Tm và Yb với phối tử oxybenzoquinoline (BQ) đã được các tác giả [19] 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 lanthanides 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 Sc(BQ)3phát quang màu xanh lục, cường độ phát quang mạnh

Năm 2022, Arciszewska và cộng sự đã nghiên cứu sự hình thành phức chất giữa caffeic acid (CFA), một trong những hợp chất chống oxi hóa tự nhiên với Eu(III) và nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của phức chất thu được Kết quả cho thấy, phức chất hình thành có dạng [Eu(CFA)3(H2O)3].2H2O Phức chất Eu(III)/CFA thể hiện hoạt tính chống oxi hóa thấp hơn CFA, nhưng hoạt tính kháng vi sinh vật Escherichia coli, Bacillus subtilis and Candida albicans tốt hơn CFA [24]

Mô hình cấu trúc không gian của phức chất [Eu(CFA)3(H2O)3]

3,4–dihydroxycinnamic acid hay còn gọi là caffeic acid là một trong

những hợp chất phenolic carboxylic acid có nhiều trong các loài thực vật [11] [20] Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng caffeic acid có nhiều hoạt tính sinh học tốt như hoạt tính kháng viêm, hoạt tính chống oxi hóa và hoạt tính ức chế

tế bào ung thư [13] [[16] Điều này đã có một số công trình công bố về tổng hợp phức chất của caffeic acid với kim loại như là iron và copper, sau đó đánh giá khả năng chống oxi hóa của phức chất tổng hợp được, kết quả cho thấy các phức chất có khả năng chống oxi hóa quá trình hình thành gốc tự do của phản ứng oxi hóa Fenton [11] Đến nay chưa ghi nhận có công bố về việc đánh giá khả năng ức chế tế bào ung thư của phức chất tổng hợp từ caffeic acid và ion kim loại đất hiếm

Ở Việt Nam, những nghiên cứu về phức chất 3,4–dihydroxyxinamat của một số nguyên tố đất hiếm còn ít đề cập đến

1.4 Một số phương pháp hóa lí nghiên cứu phức chất

1.4.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

Phổ hấp thụ là phương pháp vật lý hiện đại cho nhiều thông tin quan trọng về thành phần và cấu tạo của phức chất Phương pháp này dựa trên giả thiết trong phân tử các nhóm nguyên tử là tương đối độc lập nhau Do vậy mỗi nhóm nguyên tử được đặc trưng bằng một phổ hấp thụ nhất định trong phổ

hồng ngoại

Khi có sự tạo phức giữa phối tử và ion kim loại, sự thay đổi vị trí các dải hấp thụ nhóm khi chuyển từ phổ của phối tử tự do sang phổ của phức, cho ta biết vị trí phối trí, bản chất liên kết kim loại – phối tử trong phức chất, cách phối trí của phân tử phối tử

Trong phổ hồng ngoại của các carboxylate số sóng dao động của nhóm COO– là đặc trưng nhất [2] Phổ hồng ngoại của các carboxylic acid có các dải hấp thụ đặc trưng sau:

– Dao động hóa trị của nhóm C=O trong nhóm –COOH ở vùng 1740÷1800 cm–1 khi acid tồn tại ở dạng monomer và ở vùng 1680÷1720 cm–1khi acid tồn tại ở dạng dimer

– Dao động hóa trị của nhóm –OH của mono carboxylic nằm trong vùng 3500÷3570 cm–1, dimer carboxylic ở vùng 2500÷3000 cm–1

1.4.2 Phương pháp phân tích nhiệt

Phương pháp phân tích nhiệt là phương pháp rất thuận lợi để nghiên cứu các phức rắn Thông thường giản đồ nhiệt có ba đường

– Đường T chỉ sự biến đổi đơn thuần của mẫu nghiên cứu theo thời gian Đường này cho biết nhiệt độ xảy ra sự biến hóa

– Đường DTA cũng chỉ ra sự biến đổi của nhiệt độ nhưng so với mẫu chuẩn (đường vi phân) Đường này cho biết hiệu ứng nào là hiệu ứng thu nhiệt, hiệu ứng hiệu ứng nào là hiệu ứng tỏa nhiệt Hiệu ứng thu nhiệt ứng với pic cực tiểu, hiệu ứng tỏa nhiệt ứng với pic cực đại trên đường DTA

– Đường TGA cho biết biến thiên khối lượng của mẫu nghiên cứu trong quá trình đun nóng Nhờ đường này có thể suy luận thành phần của phức chất khi xảy ra các hiệu ứng nhiệt

Dựa vào phương pháp phân tích nhiệt, cho phép chúng ta thu được

những dữ kiện về tính chất của phức rắn như: độ bền nhiệt của phức chất, thành phần của phức chất, hiện tượng đồng phân trong phức chất [5]

1.4.3 Phương pháp phổ khối lượng

Phương pháp phổ khối lượng là một trong những phương pháp quan trọng để xác định hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó

Phương pháp phổ khối lượng cung cấp một thông tin vô cùng quan trọng

là trọng lượng phân tử Cơ sở của phương pháp là sự bắn phá các phân tử trung hòa thành các ion phân tử mang điện tích dương, các mảnh ion hoặc các gốc bằng các phần tử mang nặng lượng cao (chùm electron, neutron ) Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo của phần tử, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá Qúa trình này gọi là quá trình ion hóa Quá trình ion hóa phân tử có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác như: phương pháp ion hóa electron (EI – Electron Ionization Mass Spectrometry), phương pháp ion hóa phun điện (ESI), phương pháp ion hóa học (CI), phương pháp ion hóa trường (FI) [8] Phương pháp ESI sẽ cho chúng ta biết khối lượng phân tử của chất nghiên cứu thông qua tỉ số m/z Thông thường z =1 nên m/z = m Trường hợp z lớn hơn 1 (thường là lớn hơn rất nhiều) cũng có nhưng không phổ biến

1.4.4 Phương pháp phổ phát xạ 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 giấy), 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 [8]

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 [18]

Tuy nhiên chúng tôi nhận thấy phổ huỳnh quang của phức chất đất hiếm với hỗn hợp phối tử caffeic acid vẫn còn ít được nghiên cứu

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) [12]

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

Phương pháp xác định nồng độ ức chế sự tăng sinh tế bào và phân tích chu kì tế bào ung thư bằng Flow cytometry

Tế bào được nuôi trên đĩa 96 giếng (100μl/giếng) với mật độ 5x103

tế bào/cm2 Các tế bào được xử lý với các nồng độ khác nhau (0; 0,05; 0,1 và 0,2 mg/ml) của cao chiết Kinh giới trong 48h Tiếp theo các giếng nuôi cấy được bổ sung 10µl MTT (nồng độ 5mg/ml) ủ đĩa 370

C trong 4h, sau đó bổ sung 100 µl DMSO Đo mật độ quang ở bước sóng 570nm trên máy quang phổ (Multiskan

Sky của Thermo) Các thí nghiệm được lặp lại ba lần, mỗi nồng độ có n = 4 (4 giếng cho một nồng độ) [14– 21]

% Tế bào sống so với đối chứng = (Mật độ quang giếng xử lý/Mật độ quang giếng đối chứng)*100 Nồng độ IC50 được tính bằng phần mềm Graphpad 5.0 theo hướng dẫn của nhà sản xuất [14]

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

Máy khuấy từ Dung dịch HCl 0,1N, NaOH 0,1N

Phễu lọc thủy tinh xốp EDTA

Giấy thử pH

Cân điện tử

Bếp điện, bình hút ẩm, tủ

sấy, tủ hút

Cốc thủy tinh chịu nhiệt

Các hóa chất đều đạt độ tinh khiết phân tích (PA)

2.3 Tổng hợp các phức chất

Để đưa ra quy trình tổng hợp các phức chất caffeate của Ln(III), chúng tôi đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp phức chất như: nhiệt độ, pH, trong đó khoảng nhiệt độ khảo sát từ nhiệt độ 20, 30, 40,50, 60

pH được khảo sát trong khoảng từ 2;3;4;5 Kết quả khảo sát chỉ ra rằng điều kiện tối ưu để tổng hợp phức chất là: pH khoảng 4 ÷ 5, nhiệt độ 50 oC Các phức chất caffeate của Ln(III) được tổng hợp theo quy trình sau:

Dùng dung môi ethanol để hòa tan hoàn toàn 0,216 gam (1,2.10– 3 mol) caffeic acid Cho dung dịch LnCl3 (4.10– 4 mol) vào dung dịch chứa phối tử (tỉ

lệ mol nLn3  :n HCaf  1:3) Hỗn hợp được khuấy trên máy khuấy từ gia nhiệt ở

nhiệt độ 50 oC, pH khoảng 4 ÷ 5 Thời gian xuất hiện phức chất khác nhau đối với từng ion kim loại, cụ thể như sau:

– Đối với phức chất của Sm (III) và Eu (III) thời gian xuất hiện kết tủa khoảng 2,5 giờ

– Đối với phức chất của Tb (III) thời gian xuất hiện kết tủa khoảng 4 giờ – Đối với phức chất của Dy (III) thời gian xuất hiện 4,5 giờ

Khi thấy xuất hiện kết tủa, tiếp tục khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng đến khi lượng kết tủa không đổi thì dừng lại

Lọc, rửa phức chất bằng nước cất trên phễu lọc hút chân không, bảo quản phức chất trong bình hút ẩm để làm khô phức chất đến khối lượng không đổi

2.4 Kết quả phân tích Ln 3+ trong các phức chất

Phương pháp chuẩn độ complexon với chất chỉ thị Arsenazo III được sử dụng để phân tích xác định hàm lượng ion đất hiếm trong các phức chất đã tổng hợp, được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa vô cơ – Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên

Cách tiến hành: Cân một lượng 0,04 gam mẫu chất nghiên cứu trên cân điện tử sau đó chuyển toàn bộ lượng chất 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 của phép chuẩn độ: Dựa vào phản ứng tạo phức bền của

Ln3+ với EDTA

Ln3+ + H2Ind → LnInd+

+ 2H+LnInd+ + H2Y2– → LnY– + H2Ind

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

CEDTA là nồng độ mol/l của dung dịch EDTA (M)

MLn

3+

là khối lượng mol của ion Ln3+ (g/mol) (Ln3+: Tb3+, Dy3+, Eu3+,

Sm3+)

m là khối lượng mẫu đem phân tích (g)

VLn3+ là thể tích dung dịch Ln3+ đem chuẩn độ (mL)

Kết quả phân tích được trình bày ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần phần trăm ion Ln 3+ trong các phức chất

STT Công thức giả thiết của các

2.5 Kết quả phổ hồng ngoại của các phức chất và phối tử

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 Mẫu được nghiền nhỏ và ép viên với KBr (trước trong vùng số sóng) thực hiện tại khoa Hóa học, trường ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội

Phổ IR của phối tử (Caffeic acid) và bốn phức chất thể hiện trên các hình

từ 2.1 – 2.5 Các số sóng đặc trưng cho dao động của nhóm chức trong các hợp chất được trình bày ở Bảng 2.2

Hình 2.1 Phổ hấp thụ hồng ngoại của caffeic acid

Hình 2.2 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Sm(Caf) 3 4H 2 O

Hình 2.3 Phổ hấp thụ hồng ngoại của Eu(Caf) 3 4H 2 O