Luận án tiến sĩ hóa học: Nghiên cứu sự tạo phức của một số nguyên tố đất hiếm với L-Phenylalanin và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ HỮU THIỀNG

ĐẤT HIẾM VỚI L-PHENYLALANIN VÀ THĂM DÒ

HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CHÚNG

CHUYÊN NGÀNH : HOÁ VÔ CƠ

Mã số : 1.04.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Nguyễn Trọng Uyén

| 2, PGS.TS Đào Văn Chung

NEL by

HA NỘI - 2002

Chuong 1- TONG QUAN TAI LIEU 12

1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm va kha năng tao phức của chúng 12

1.1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) 12

1.1.2 Khả năng tạo phức của các nguyên tố đất hiếm 15

1.2 Các aminoaxit và L-phenylalanin 18

1.2.1 Các aminoaxit 18

1.2.2 Phenylalanin 20

1.3 Su tao phức của các aminoaxit va L-phenylalanin với các NTDH 22

1.4 Hoạt tính sinh học của L-phenylalanin, nguyên tố đất hiếm va một

số phức chất của NTDH với aminoaxit 281.5 Giới thiệu về cây đỗ xanh, chủng nấm mốc Asp-flavus, protein và

enzim az

1.5.1 Vài nét về cây đỗ xanh 321.5.2 Chủng nấm mốc Asp-flavus 35

1.5.3 Giới thiệu về protein và enzim 34

1.6 Các phương pháp nghiên cứu sự tạo phức 36

1.6.1 Phương pháp chuẩn độ đo pH 36

1.6.2 Phương pháp phân tích nhiệt 40

1.6.3 Phương pháp đo độ dẫn điện 4]

2.3.1.1 Dung dich DTPA 10M.

2.3.1.2 Các dung dịch Ln(NO,), 10? M.

2.3.1.3 Dung dich L-phenylalanin 10? M va dung dịch KNO, IM

2.3.1.4 Dung dich KOH.

2.3.1.5 Điều chế thuốc thử phenoldisunfonic.

2.3.1.6 Điều chế thuốc thử Folin-Ciocalteu.

2.3.1.7 Các hoá chất khác.

2.3.2 Máy móc và dụng cụ.:

Chương 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

3.1 Xác định hằng số phân li của L-phenylalanin, hằng số bén của phức

chất tạo thành giữa L-phenylalanin với một số ion đất hiếm LnỶ*

ở nhiệt độ 25°C bằng phương pháp chuẩn độ do pH.

3.1.1 Xác định hằng số phân li của L-phenylalanin ở nhiệt độ 25°C 3.1.2 Xác định hằng số bền của phức chất tạo thành.

3.2 Tổng hợp và nghiên cứu các phức rắn của một số NTĐH vớiL-phenylalanin.

3.2.1 Tổng hợp các phức ran của một số NTĐH với L-phenylalanin.

3.3 Bước đầu thăm dò ảnh hưởng của một số phức chất của NTĐH với

L-phenylalanin đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh, chủng nấm mốc

Asp-flavus và một số vi khuẩn.

3.3.1 Xây dựng đường chuẩn xác định một số chỉ tiêu sinh hoá.

3.3.1.1 Xây dựng đường chuẩn xác định protein.

3.3.1.2 Xây dựng đường chuẩn xác định hoạt độ proteaza.3.3.1.3 Xây dựng đường chuẩn xác định hoạt độ œ.amilaza.

3.3.2 Ảnh hưởng của một số phức chất của NTĐH với

L-phenylalanin đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh.

9090919293

3.3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng phức H,[Eu(Phe);(NO,);].3H,O

đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh 93

3.3.2.2 So sánh ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại

đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh 96

3.3.2.3 So sánh anh hưởng của các phức H;{La(Phe);(NO,);].2H;O,

H;[Eu(Phe);(NO,);].3H;O và H,[Dy(Phe),(NO,),].3H,O đến sự phát

triển của mầm hạt đỗ xanh 97

3.3.2.4 Ảnh hưởng của phức chất, ion kim loại và phối tử đến các

chỉ tiêu sinh hoá protein, proteaza và œ.amilaza của mầm hạt đỗ xanh 38

3.3.3 Ảnh hưởng của một số phức chất của NTĐH với

tiêu sinh hoá của chủng nấm mốc Asp.flavus 104

3.3.4 Hoạt tính kháng khuẩn của một số phức chất của NTĐH với

L-phenylalanin 105

Chương 4- KẾT LUẬN 108

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHU LUC 122

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHU VIET TAT TRONG LUẬN ÁN

ADN: axit deroxyribonucleic.

Ln**: cation đất hiếm và Y**

NTA: axit nitrylotriaxetic.

NTDH: nguyén t6 dat hiém.

Phen: o-phenantrolin.TBP: tributylphotphat.

TOPO: trioctylphotphinoxit.TPPO: triphenylphotphinoxit.

TTA: tenoyltrifloaxeton .

Bang I.I.Bang 1.2.

DANH MUC CAC BANG

Giá trị các hang số phan li của L-phenylalanin.

Các tần số hấp thụ đặc trưng trên phổ hồng ngoại củaL-phenylalanin ghi trong KBr (cm'`).

Các tần số hấp thụ đặc trưng trên phổ hồng ngoại củaL-phenylalanin trong nước (cm'`).

Giá trị Igk (k là hằng số bền) của các phức chất một số

nguyên tố Cu(II), Zn(II), Co(II) va N¡(II) với L-phenylalaninCác tần số hấp thụ đặc trưng của các phức chất của Ni(II)

với L-phenylalanin (cm').

Giá trị pH của các dung dịch đệm ở các nhiệt độ khác nhau

Kết quả chuẩn độ 50 ml HPhe 2.10°M (đã axit hoá bằng

HNO,) bằng KOH 5.10 *M, I= 0,1 ở nhiệt độ 25 + 0,5°C.

Giá trị các hằng số phân li K, (pK,) và K, (pK;) của

L-phenylalanin ở nhiệt độ 25 + 0,5°C.

Kết quả chuẩn độ các hệ Sm(NO;);:HPhe=l:l; 1:2 và 1:3

bằng KOH 5.10°M, Cw„wo„, = 10°M, I = 0,1 ở nhiệt độ

25 + 0,5°C.

Kết quả chuẩn độ các hệ Ln(NO;); : HPhe =1 : 2 bằngKOH 5.10?M, Cy awoy,=102M, I= 0,1 ở nhiệt độ 25 + 0,5°C

(Ln : La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu).

Giá tri p[Phe ] va n của các hệ Ln(NO,),:.HPhe = | : 2 ở

nhiệt độ 25 + 0,5°C.

Giá tri lgk,(k, là hằng số bền) của các phức chất của một số

NTDH với L- phenylalanin ở nhiệt độ 25 + 0,5°C.

Bảng 3.7.Bảng 3.8.

Su phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ ion NO,

Hàm lượng % của các nguyên tố Ln, C, H, N và hàm lượng

nitrat của các phức chất.

Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của L-phenylalanin và các

phức chất.

Độ dẫn điện riêng (x) của dung dịch L-phenylalanin và các

dung dịch phức chất ở nhiệt độ 25 + 0,5°C (ôm cm’).

Độ dẫn điện mol (H) của dung dịch L-phenylalanin và các

dung dịch phức chất ở nhiệt độ 25 + 0,5°C (ôm! cm? mol’).

Các tân số hấp thụ đặc trưng của L-phenylalanin và các

phức chất (cm).

Sự phụ thuộc của mật độ quang vào khối lượng protein.

Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ tirozin.

Sự phụ thuộc của mật độ quang vào khối lượng tinh bột.

Ảnh hưởng của hàm lượng phức H,[Eu(Phe);(NO,);].3H;O

đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh.

Ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự

phát triển của mầm hạt đỗ xanh.

Ảnh hưởng của các phức chất H;[La(Phe);(NO;);].2H;O,

H;[Eu(Phe);(NO).);]3HO và H;[Dy(Phe);(NO););].3H;O

đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh.

Ảnh hưởng của phức chất H,[Eu(Phe);(NO),);].3H,O,

Eu(NO;); và HPhe đến một số chỉ tiêu sinh hoá của mầm hạt

Bảng 3.21 Ảnh hưởng của phức chất, ion kim loại và phối tử đến một

số chỉ tiêu sinh hoá của chủng nấm mốc Asp.flavus.

Bảng 3.22 Ảnh hưởng của các phức chất H;[La(Phe);(NO,);].2H,O,

106

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1 Đường cong chuẩn độ 50ml HPhe 2.10M (đã axit hoá bằng

HNO, ) bằng KOH 5.10 ?M, I=0,1 ở nhiệt độ 25 + 0,5°C 52

Hình 3.2 Đường cong chuẩn độ các hệ Sm(NO;);:HPhe=1: I(đường I)

1:2 (đường 2) và 1:3 (đường 3), I=0,I ở nhiệt độ 25 + 0,5°C 37

Hình 3.3 Đường cong chuẩn độ 50ml dung dịch HPhe 2.10” M và các

hệ Ln(NO,);: HPhe=1:2 bằng KOH 5.10 ”, C¡„**=10 ”M, ở

nhiệt độ 25 + 0,5°C (Ln:La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,

Er, Tm, Lu) 60

Hình 3.4 Đường cong tạo thành n-p[Phe’] ở nhiệt độ 25 + 0,5°C 68Hình 3.5 Đường chuẩn xác định nitrat 73

Hình 3.6 Giản đồ phân tích nhiệt của L-phenylalanin 75

Hình 3.7 Gian đồ DTA của các phức chất: 1-H;[Ho(Phe);(NO.);].3H;O

và 2-H,[Tm(Phe);(NO,);].3H,O 16

Hình 3.8 Gian đồ phân tích nhiệt của các phức chất :

1-H,[Sm(Phe),(NO,),].3H,O và 2- H,[Gd(Phe),(NO,);].3H,O 77Hình 3.9 Giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất:

Hình 3.13 Đường chuẩn xác định protein 91

Hình 3.14 Đường chuẩn xác định hoạt độ proteaza 92

Hình 3.15 Đường chuẩn xác định hoạt độ œ.amilaza 93

Hình 3.16 Ảnh hưởng của hàm lượng phức H,[Eu(Phe);(NO,);].3H,O

đến sự phát triển của mầm hạt đỗ xanh

Hình 3.17 Ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự phát

triển của mầm hạt đỗ xanh

Hình 3.18 Ảnh hưởng của hàm lượng phức H,[La(Phe),(NO,);].2H,O

đến sự phát triển của chủng nấm mốc Asp.flavus

Hình 3.19 Tác dụng kháng khuẩn của phức chất, muối nitrat đất hiếm,phối tử đối với vi khuẩn Sta (ảnh bên trái) và vi khuẩn Ec

MỞ ĐẦU

Trong khoảng hai chục năm lại đây, hoá học phức chất của các nguyên

tố đất hiếm (NTĐH) với các aminoaxit đang được phát triển mạnh mẽ Các

aminoaxit là những hợp chất tạp chức, trong phân tử có ít nhất hai nhóm

chức: nhóm amin và nhóm cacboxyl, do đó chúng có kha nang tạo phức tốtvới nhiều ion kim loại Cho đến nay sự tạo phức của các aminoaxit với hơn 50

ion kim loại đã được nghiên cứu Phan ứng giữa các aminoaxit với kim loại có

thể xem như là những mô hình trong hệ protein - kim loại mô tả các quá trình

quan trọng xảy ra trong các cơ thể sống.

Đã có nhiều công trình, với nhiều phương pháp khác nhau nghiên cứu sự

tạo phức của NTĐH với các aminoaxit Các kết quả nghiên cứu thu được rất

phong phú và còn có không ít những kết luận không thống nhất giữa các tác

giả Đối với phức trong dung dịch sự khác nhau về quan điểm giữa các tác giả

thường là cơ chế tạo phức và thành phần của các phức chất tạo thành còn đối

với phức rắn thì thường là sự liên kết giữa phối tử và ion trung tâm Mặt khác

các công trình đã nghiên cứu chưa có tính chất hệ thống đối với các NTĐHcũng như chưa đầy đủ với các aminoaxit Đặc biệt số công trình nghiên cứu

về phức chất của các NTĐH với các aminoaxit vòng thơm còn rat ít.

Dạng L(-ơ) của các aminoaxit có hoạt tính sinh học và có vai trò quantrọng trong sự sống; Các ion đất hiếm cũng có hoạt tính sinh học và với hàm

lượng rất nhỏ là không độc đối với cơ thể sinh vật, nên sự quan tâm của các

nhà khoa học đối với các phức chất của các NTĐH với các aminoaxit còn

được thúc đẩy bởi việc tìm kiếm ở hoạt tính của chúng.

Từ 1970 trở lại đây, Trung quốc, Ấn độ, Ôxtrâylia, Brazil và một số

nước công nghiệp phát triển đang thực sự quan tâm đến ứng dụng đất hiếmtrong một số lĩnh vực mới như nông nghiệp và y học Các kết quả nghiên cứu

thu được khẳng định rằng nhiều hợp chất chứa NTĐH có hoạt tính sinh học,

có thể nâng cao năng suất, chất lượng vật nuôi và cây trồng Các viên thuốc

chứa lượng rất nhỏ các NTĐH đang được chỉ định thử nghiệm trên thực tế

lâm sàng.

Trên cơ sở những diều đã trình bay ở trên, cùng với việc nước ta sắn có

nguồn tài nguyên đất hiếm; L-phenylalanin không còn là aminoaxit hiếm và

dat tiền như trước đây, chúng tôi nghiên cứu sự tạo phức của một số NTDHvới L-phenylalanin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng Để

thực hiện mục đích này, nội dung chính bản luận án gồm:

1 Nghiên cứu sự tạo phức của một số NTĐH với L-phenylalanin trong

dung dịch bằng phương pháp chuẩn độ do pH, xác định hằng số bên của các

Chúng tôi hy vọng rằng những nghiên cứu này sẽ được đóng góp phần

nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu cơ bản phức chất của các NTĐH với các

aminoaxit vòng thơm nói chung, cũng như sự định hướng hoạt tính sinh học

của chúng.

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm và khả năng tạo phức của chúng1.1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm (NTDH).

Các NTĐH bao gồm Sc, Y, La và các nguyên tố họ lantanit (Ln) Họ

lantanit gồm 14 nguyên tố: từ Ce (số thứ tự nguyên tử 58) đến Lu (số thứ tự

nguyên tử 71) trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendéléep [1].

Cấu hình electron chung của các nguyên tố họ lantanit là:

Chính sự khác nhau về cấu trúc nguyên tử của các nguyên tố trong họ

chỉ thể hiện ở lớp thứ ba từ ngoài vào, mà lớp này ít ảnh hưởng đến tính chấthoá học của các nguyên tố nên các lantanit rất giống nhau [41].

lon Y** có bán kính tương tự ion Tb** và Dy**, vì vậy ytri thường gặp

trong khoáng sản lantanit phân nhóm nặng Scandi có tính chất hoá hoc

chiếm vi trí trung gian giữa nhôm, ytri và các lantanit Do đó cả ytri và scandicũng được xem thuộc các NTĐH.

Ngoài những tính chất đặc biệt giống nhau, các lantanit cũng có một số

tính chất không giống nhau Từ Ce đến Lu một số tính chất biến đổi đều đặn

và một số tinh chất biến doi tuần hoàn.

Sự khác nhau về tính chất của các lantanit có liên quan đến sự nén

lantanit và cách điển electron vào obitan 4F Sự nén lantanit là sự giảm bán

kính nguyên tử của chung theo chiều tăng số thứ tự.

Số oxi hoá bên và đặc trưng của đa số các lantanit là +3 Tuy nhiên một

số nguyên tố có số oxi hoá thay đổi như Ce (4f? 5đ”) ngoài số oxi hoá +3 còn

có số oxi hoá đặc trưng là +4 Đó là do kết quả của việc chuyển 2 electron 4f

sang obitan 5d Pr (4f* 6s?) có thể có số oxi hoá +4 nhưng kém đặc trưng hơn

Ce Ngược lại Eu (4f7 6s”) ngoài số oxi hoá +3 còn có số oxi hoá +2, Sm (4Í6s”) cũng có thể có số oxi hoá +2 nhưng kém đặc trưng hơn so với Eu Điều

tương tự cũng xảy ra trong phân nhóm tecbi: Tb, Dy có thể có số oxi hoá +4,còn Yb, Tm có thể có số oxi hoá +2 Về mat hoá học, các lantanit là nhữngkim loại hoạt động, chỉ kém kim loại kiểm và kiểm thổ Các nguyên tố phân

nhóm xeri hoạt động mạnh hơn các nguyên tố phân nhóm tecbi [19].

Lantan và các lantanit dưới dạng kim loại có tính khử mạnh Trong

dung dịch đa số các lantanit ton tại đưới dang các ion bền Ln** Các ion Eu’*,

Yb** và Sm?* khử các ion H* thành H, trong các dung dich nước.

Dung dịch chứa các ion La**, Ce**, Gd**, Yb**, Lu**, Y** và Sc** khôngmau, Pr`* màu lục vàng, Nd** màu tím hồng, Ho** màu phớt vàng và Er”* màuhồng,

Ở nhiệt độ cao, 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 khí CO, CO;

đến C.

Công thức chung của các đất hiếm oxit là Ln,O; Tuy nhiên một vài

oxit có dang khác là: CeO;, Tb,O¿, PrgG,,, Oxit Lin,O, giống với oxit của

các kim loại kiểm thổ Chúng bén với nhiệt (AG”, của chúng vào

khoảng -1600 kJ/mol) va khó nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy của chúng vào

khoảng 2000°C).

Các đất hiếm oxit là những oxit bazơ điển hình, không tan trong nước

nhưng tác dụng với nước tạo thành hidroxit và phát nhiệt Chúng dễ tan trong

axit vO cơ tạo thành dung dịch chứa ion [Ln(H,O),]** (x = 8 + 9) Riêng CeO,

chỉ tan tốt trong axit đặc, nóng Người ta lợi dụng tính chất này để tách riêng

xeri ra khỏi tổng đất hiếm oxit.

Các đất hiếm hidroxit Ln(OH); là chất kết tủa vô định hình, thực tế

không tan trong nước, tích số tan của chúng vào khoảng 107° ở Ce(OH); đến

10” ở Lu(OH); Độ bền nhiệt của chúng giảm dần từ Ce đến Lu Hidroxit

Ln(OH), là những bazo khá mạnh, tính bazo nằm giữa Mg(OH), và Al(OH),

và giảm dan từ Ce đến Lu Một số hidroxit có thể tan trong kiểm nóng chảy

tạo thành những hợp chất lantanoidat, ví dụ như KNdO,, NaPr(OH),, Các

hiđroxit của các lantanit kết tủa trong khoảng pH = 6,8+8,5 [83].

Các muối của lantanit (IL) giống nhiều với muối của canxi Các muối

clorua, bromua, iodua, nitrat và sunfat tan tốt trong nước, còn các muối

florua, cacbonat, phôtphat và oxalat không tan Các muối tan đều kết tỉnh ở

dang hidrat, ví dụ như LnBr;.6H;O, Ln(NO;);.6H;O, Ln;(SO,);.8H;O Cac

muối Ln** bị thuỷ phân một phần trong dung dịch nước và khả năng đó tăng

lên từ Ce đến Lu Đặc điểm nổi bật của ion Ln** là dé tao các muối kép.

Chính vì thế trước kia người ta dùng các muối kép để phân chia lantanit.

Ở trạng thái rắn cũng như trong dung dịch các Ln(HI) (trừ lantan và

lutexi) có các phổ hấp thụ với các dai phổ hấp thụ đặc trưng trong vùng hồng

ngoại, khả kiến và tử ngoại.

Tính chất hoá học của các ion Ln*, Sc**, Y** khá giống nhau, vì vậy

không thể phân biệt chúng trong dung dịch bởi các thuốc thử phân tích Tuy

nhiên đối với những lantanit mà ngoài số oxi hoá +3 chúng còn có số oxi hoá

khác tương đối bền như Ce(IV), Pr(IV), Eu(Il) có thể xác định được chúng

ngay cả khi có mặt của các lantanit khác.

1.1.2 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 bi chắn mạnh bởi các electron ở lớp ngoài cùng va các ion Ln**

có kích thước lớn làm giảm lực hút tĩnh điện giữa chúng với các phối tử Vì

vậy khả năng tạo phức của các NTDH chỉ tương đương các kim loại kiểm thổ.

Lực liên kết trong các phức chất chủ yếu do lực tĩnh điện.

Giống với ion Ca”*, ion Ln** có thé tạo với các phối tử vô cơ thông

thường như Cl’, CN, NH;, NO;, SO,’, 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 dang muối kép [106].

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 EDTA giá trị IgB (B là hằng số bền) vào

khoảng 15+19, với DTPA khoảng 22+23 [99, 106].

Sự tạo thành các phức bền giữa các ion Ln** với các phối tử hữu cơ

được giải thích theo hai yếu tố:

Mot là do hiệu ứng chelat (hiệu ứng vòng) có ban chất entropi (quá

trình tạo phức vòng gắn liền với sự tăng entropi) Ví dụ với phối tử là axit

dietylentriaminpentaaxetic phản ứng tạo phức với Ln** xảy ra:

Ln(H;O),** + DTPA = Ln(H;O)„;DTPA? + 8H,O (1.1)

(bỏ qua sự cân bằng về điện tích)

Quá trình phản ứng làm tăng số tiểu phân từ 2 đến 9, tăng entropi củahệ, do đó quá trình tạo phức thuận lợi về entropi Sự tăng số tiểu phân càng

nhiều thì phức càng bền, các phối tử có dung lượng phối trí càng lớn thì hiệu

ứng vòng càng lớn [93] Với phối tử là axit iminodiaxetic phản ứng tạo phức

với Ln** xảy ra:

Ln(H,0),°* + 3IMDA = Ln(H,O)„¿IMDA;°® + 9H,O (1.2)

(bỏ qua sự cân bằng về điện tích)

số tiểu phân tăng từ 4 đến 10, tăng entropi, phức tạo thành bền nhưng kémbền hơn so với phức của DTPA.

Hai là liên kết giữa ion đất hiếm và phối tử chủ yếu mang ban chất liênkết 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, sựtương tác giữa các ion Ln** với các nguyên tử theo thứ tự O > N > S (giốngvới 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 [56,100].

Ngoài cấu trúc của phối tử, tính chất của vòng càng chứa kim loại cũng

ảnh hưởng đến độ bền của các phức vòng Trong các phức chất, vòng càng 5

cạnh và vòng càng 6 cạnh là những cấu trúc vòng càng bền nhất [ 100].

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 hoá tri III (ion Al**) Những nghiên cứu về sau cho thấy khi tao

phức các ion đất hiếm thường có số phối trí lớn hon 6, có thể là 7, 8, 9, 10, 11và 12 Ví dụ số phối trí 8 trong phức chất [Ln(dicet),] ', Ln(NTA); ' ;Số phối trí 9 trong phức chất Nd(NTA).3H;O, NH,Y(CO,);.H;O; Số phối trí 10trong phức chất HLnEDTA.4H,O; Số phối trí 11 có trong phức chất

Ln(Leu),(NO,), và số phối trí 12 trong Ln;(SO,);.9H;O [43, 48, 106] Một

trong những nguyên nhân làm cho các NTDH có số phối trí thay đổi là do các

ion đất hiếm có bán kính lớn (r, 3, = 1,06 A°, r = 0,88 A°, ) Số phối tríLa3+ Lu3+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 hoà, 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 cap electron của các phối tử không thé 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 hoá

trị Một dẫn chứng là dựa vào phổ IR của các phức đất hiếm với các

complexon người ta đã rút ra kết luận về sự chuyển dịch mật độ electron từ

phối tử đến ion trung tâm có sự giảm giá tri v-N so với muối của cùng phối tửvới các kim loại kiểm, điều đó chỉ có thể giải thích là liên kếtLn - N có một phần mang đặc tính liên kết cộng hoá trị [101].

Do đặc thù tao phức có số phối trí cao nên các ion LnỶ* có khả năng tạo

thành các phức chất hỗn hợp không những với các phối tử có dung lượng phốitrí 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 tửkhác nào đó vào thay thế Vào những năm 1960 người ta đã phát hiện ra phức

hỗn hợp của ion đất hiếm với phối tử thứ nhất là EDTA và phối tử thứ hai là

NTA, IMDA, [101] Ngày nay, phức hỗn hợp của đất hiếm đang được

phát triển mạnh mẽ Người ta đã tổng hợp được nhiều phức hỗn hợp của đấthiếm với các loại phối tử mới Ví dụ người ta đã tổng hợp được các phức hỗn

hợp LnA,.nB (A: B-dixetonat; B: TBP, TOPO, TPPO) hay phức Ln(TTA),B

(B: Phen, Dipy, TPPO, TOPO), phức Ln(DPM),TBP, [80, 85].

Một đặc trưng quan trọng khác của phức dat hiếm là : hằng số bền của

bất kỳ phức nào được tạo bởi các ion đất hiếm đều có khuynh hướng tăng

cùng với sự tăng số thứ tự nguyên tử của chúng, quy luật này rất ít có ngoại

lệ Sự tăng dân hằng số bền của các phức chất khi tăng số thứ tự nguyên tử

của dãy NTĐH thường được giải thích bằng hiện tượng nén lantanit, làm tăng

\.JZ/ 627

năng lượng tương tác tĩnh điện của các ion đất hiếm với các phối tử Trong họ

lantanit (từ La đến Lu) có nhiều dạng biểu diễn sự phụ thuộc của hằng số bền

của các phức chất đất hiếm vào số thứ tự của chúng Ví dụ sự phụ thuộc của

Igk, (k, là hang số bền của phức chất bậc 1) của các NTĐH với glixin, axit

picolinic, axit piperidin - 2, 6 dicacbonic, iminodiaxetic, axit dipicolic vào thứ

tự của nguyên tử của các NTĐH là cùng một dạng: tăng lên từ La đến Smhoặc Eu, giảm xuống ở Gd và tăng lên không đáng kể từ Tb đến Lu; Đối vớicác phức chat của các NTDH với DTPA, EDTA sự phụ thuộc đó lại thuộc một

dạng khác: lgk, tăng lên từ La đến Tb hoặc Er, sau đó lại giảm đến Lu ;

Sự phụ thuộc của lgk, vào số thứ tự nguyên tử của NTĐH được giải

thích dựa trên cơ sở xem xét các đại lượng nhiệt động đặc trưng cho sự tương

tác, sự thay đổi độ liên hợp của các cấu tử trong quá trình tạo thành phức chất[80, 94].

Người ta cũng xác định được sự phụ thuộc của Igk,, lgk;, lgk; (k¿,k; là

hằng số bền của phức bậc 2, bậc3) của các NTĐH vào số thứ tự nguyên tử của

chúng là khác nhau Ví dụ phức chất của axit dipicolinic với NTĐH: lgk, tang

lên cùng với sự tăng số thứ tự nguyên tử từ La đến Sm, giảm xuống ở Gd, sauđó lại tăng lên từ Tb đến Lu, lgk, tăng lên trong toàn bộ dãy NTĐH cùng vớisự tăng số thứ tự nguyên tử, lgk; tăng đến Tb sau đó thì giảm Điều này được

giải thích là do bán kính của các NTĐH giảm mạnh và ion đất hiếm đượcphối trí chi bởi một nhóm cacboxyl [106].

1.2 Các aminoaxit và L-phenylalanin.1.2.1 Các aminoaxit.

Các aminoaxit là những hợp chất tạp chức chứa trong phân tử một hoặcnhiều nhóm amin (-NH;) đồng thời chứa một hoặc nhiều nhóm cacboxyl

(-COOH) và có thể có một số nhóm khác như -OH, -SH, .

Dựa vào cấu tạo người ta phân biệt hai loại aminoaxit: aminoaxit mạchkhông vòng và aminoaxit thơm Đối với các aminoaxit mach không vòng, tuỳ

theo vi trí của nhóm amin so với nhóm cacboxyl trong mach người ta phân

biệt a-, B-, y- và 6-aminoaxit.

Ví du:

R— COOH R—CH— CH;— COOHNH, NH,

a-aminoaxil B-aminoaxit

Các ơ-aminoaxit là những hợp phần của protein, chúng tham gia vào

các quá trình sinh hoá quan trọng nhất [14].

Dựa vào đặc tính axit, bazơ, các aminoaxit còn được phân biệt thành ba

nhóm: nhóm trung tính, nhóm axit (các aminoaxit dicacboxylic) và nhóm

bazơ (các aminoaxit diamin) [8] Glixin là aminoaxit đơn giản nhất và trong

phân tử không có nguyên tử cacbon đối xứng, tất cả các aminoaxit khác đều

là những chất hoạt động quang học, có khả năng làm quay mặt phẳng phân

cực của ánh sáng.

Aminoaxit được điều chế chủ yếu bằng ba phương pháp: lên men,

thuỷ phân và tổng hợp [14,88, 89].

Trong phương pháp lên men, aminoaxit được tạo thành trong quá trình

hoạt động sống của các vi khuẩn Phương pháp thuỷ phân dựa trên sự thuỷ

phân các protit thiên nhiên Cả hai phương pháp này đều cho phép điều chế

các aminoaxit dạng L(-œ) Còn phương pháp tổng hợp chỉ cho hỗn hợp các

aminoaxit dạng DL(-a) [18, 44] Trong các dạng đồng phân của aminoaxit

chỉ có dạng đồng phân L(-œ) aminoaxit là có hoạt tính sinh học Vì thế, để

tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học có thành phần là các aminoaxit người

ta thường di từ dạng L(-ơ) aminoaxit [14, 18].

Do trong phân tử các aminoaxit có cả nhóm amin lẫn nhóm cacboxyl

nên chúng có tính chất lưỡng tính Dung dịch nước của aminoaxit có tính chất

giống như các dung dịch của chất có mômen lưỡng cực cao Các hằng số axit

và bazơ đối với nhóm COOH và NH; tương đối nhỏ Các tính chất này hoàn

toàn phù hợp với cấu trúc ion lưỡng cực của aminoaxit.

R— ho

Giá trị pH của môi trường ứng với trạng thái là ion lưỡng cực của

aminoaxit được gọi là điểm đẳng điện của nó (pl) pl của các aminoaxit trung

tính có giá trị từ 5,6+7; Đối với các aminoaxit dicacboxylic là từ 3+3,2 còn

đối với các aminoaxit diamin là từ 9,7+10,8 Trong trường hợp các aminoaxittrung tính với nhóm R không mang điện, điểm đẳng điện là trung bình cộng

các giá tri pK của nhóm cacboxyl và nhóm amin [14].

Phản ứng của các ion lưỡng cực với axit hoặc bazơ có thể biểu diễn bằng

Phenylalanin có ba dạng:

L-Phenylalanin là tinh thé mau trang, phân huỷ trên 275°C, góc quaycực: [a]; là - 7,5° trong axit axetic băng, tan trong nước: 2,965g/100g H;O ở 25°C,

không tan trong các dung môi hữu cơ như etanol, axeton, , pI = 5,48[18,98].Các giá trị hằng số phân li của L-phenylalanin theo một số tài liệu tham

khảo được trình bày ở bảng I.I.

Các số liệu về quang phổ hồng ngoại của L-phenylalanin được trình bày

ở bảng 1.2 va bảng 1.3.

Bang 1.2 Các tần số hấp thụ đặc trưng trên phổ hông ngoại

của L-phenylalanin ghỉ trong KBr (cm') [27].

Tần số hấp thụ Sự quy cho

1410 -COO' đối xứng

1565 -COO’ bất đối xứng

Bảng 1.3 Các tan số hấp thụ đặc trưng trên phổ hông ngoại

của L-phenylalanin trong nước (cm) [97].

Tần số hấp thụ Sự quy cho

1422 - COO’ đối xứng

1605 - COO’ bất đối xứng

3085 - NH,’ bất đối xứng

Phản ứng của L-phenylalanin cũng như của các aminoaxit với nihidrin

có ý nghĩa quan trọng trong phân tích định tính cũng như định lượng chúng [58].

Đa số các aminoaxit phan ứng với nihidrin tạo thành CO;, NH, và

andehit tương ứng [ I5, 18].

NH,, CO, và andehit tạo thành có thể xác định được, từ đó sẽ địnhlượng được aminoaxit Cũng có thể xác định aminoaxit dựa vào việc đo mật

độ quang của sản phẩm màu xanh tím được tạo thành từ phản ứng củaamoniac với nihidrin và sản phẩm khử nihidrin [18].

Ngoài ra, có thể định lượng các aminoaxit theo lượng nitơ tổng số xác

định theo phương pháp Kendan.

Đối với L-phenylalanin còn có phản ứng màu đặc trưng là phản ứng

xantoproteic, thuốc thử là HNO, khi đun sôi thì có màu vàng Dựa vào phảnứng này để xác định định tính L-phenylalanin [3].

Trước day L-phenylalanin tổng hợp bằng con đường hoá học là rất khókhăn do đó nó tương đối hiếm và đất tiền Ngày nay người ta đã tổng hợpthành công L-phenylalanin bằng con đường sinh học [42], quá trình tổng hợp

này ngày càng được cải tiến và hoàn thiện, làm cho giá cả của nó trên thế giới

giảm xuống mức thấp nhất [37, 66].

1.3 Sự tạo phức của các aminoaxit và L-phenylalanin với các NTĐH.

Vì trong phân tử các aminoaxit có chứa các nhóm amin và nhóm

cacboxyl cho nên chúng có khả năng tạo phức với rất nhiều ion kim loại trong

đó có ion đất hiếm Khả năng tạo phức của các aminoaxit với các ion kim loại

không thua kém các axit oxalic, xitric, lactic [99].

Có nhiều quan điểm khác nhau về sự tạo phức của aminoaxit với các

Từ cấu tao của các @-aminoaxit trung tinh cho thấy sự phối trí của các ion

kim loại với nguyên tử nito dẫn đến su tạo thành hợp chất vòng chủ yếu xảy

Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu bằng các phương pháp quang phổ

và phương pháp từ [88, 89, 90] đã chứng minh rằng các aminoaxit đơn và

đicacboxylic khi tạo phức với các NTĐH không phối trí qua nguyên tử nitơ

trong dung dịch trung tính hoặc axit Sự tạo thành các hợp chất vòng chỉ xảyra khi kiểm hoá dung dịch Ví dụ trong hệ LnCl,- NH,CH,COOH- H;O ở bất

kỳ tỉ lệ nào của các cấu tử đều không thấy có sự thay đổi giá trị pH so với cácgiá trị so sánh Phổ hấp thụ của hỗn hợp trên không thấy có sự khác biệt nào

so với phổ hấp thụ của các dung dịch nước của các LnCl; Sự thay đổi vị trí

của dai hấp thu chỉ nhận thấy trong trường hợp kiểm hoá hỗn hợp các đất

hiếm clorua và glixin Tuy nhiên ở pH > 9 xảy ra sự phân huỷ phức tạo thành

các đất hiếm hidroxit.

Trong môi trường kiềm, các aminoaxit tạo thành với NTĐH các hợp

Phức chất tạo bởi NTDH với các aminoaxit trong dung dich thường là

phức bậc Sự tạo thành các phức bậc được xác nhận khi nghiên cứu tương tácgiữa các NTDH với glixin và œ-alanin bằng phương pháp do độ dẫn điệnriêng [89].

Khi sử dụng các aminoaxit làm tác nhân tạo phức để tách các NTĐH ra

khỏi nhau Vickery R.C [71] nhận thấy rằng chỉ có glixin và histidin là có khả

năng tạo hợp chất phối trí với NTDH trong các dung dịch trung tính hay

amoniac, trong đó khả năng tạo phức của histidin nhỏ hơn glixin.

Nếu cho rằng trong môi trường kiểm sự tạo phức giữa NTĐH và

aminoaxit được thực hiện qua nguyên tử nitơ của nhóm amin thì hằng số phân

li của nhóm amin sẽ xác định độ bền của phức chất Điều này đã được kiểm

nghiệm, khi xét sự phụ thuộc của lgk, vào pK, của nhóm amin đối với các

phức của lantan với một loạt các aminoaxit Sự phụ thuộc đó là tuyến tính

(loại trừ một số trường hợp ngoại lệ đối với aminoaxit dicacboxylic) [106].

Khi nghiên cứu quang phổ hấp thụ của các phức vòng càng của

prazeodim (III) với các aminoaxit, Katzin L.I và cộng sự [53] đã cho rằng

phức vòng càng của các aminoaxit với Pr(II) được tạo thành trong môi

trường trung tính và kiểm chủ yếu là đối với các phức 1:1 Tính ổn định và sự

dé dàng hình thành các phức chất có liên quan với pK, của các nhóm œ-amin.

Cũng có quan điểm cho rằng các hợp chất có thành phần

LnCl,.3A.3H,O (A: aminoaxit) được tách ra từ dung dịch trung tính.

Trong dung dich nay các aminoaxit có cấu tạo NH,*- RCH - COO’ Nếu

như tính đến ái lực của NTĐH đối với oxi lớn hon đối với nito thi có thể

giả thiết rằng liên kết giữa NTĐH với aminoaxit trong dung dịch trung

tính được thực hiện qua nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl Phân tử

aminoaxit chỉ chiếm một vị trí phối trí, những vị trí phối trí còn lại có thể

bị chiếm bởi các phân tử nước Cấu trúc của phức được biểu diễn bằng công

thức [Ln(RNH;CHCOOH);(H;O);]C1; [106].

Celia R và các cộng sự [27], cho biết nhiều tác giả nghiên cứu phức rắn

của L-triptophan với tecbi đã có những kết luận khác nhau:

Aizawa K và các cộng sự cho rằng tương tác giữa L-triptophan với ion

Tb** chỉ qua nhóm ø.amin chứ không qua nhóm cacboxyl Còn theo Pearson

R.G, trong sự tương tác của các aminoaxit dạng L-triptophan với các ion đấthiếm thì xảy ra ở nhóm cacboxyl mạnh hơn ở nhóm amin Theo Celia R, kếtluận của Aizawa K dựa chủ yếu vào kết quả đo quang phổ cộng hưởng từ hạt

nhân là không thuyết phục và mâu thuẫn với hoá học phức chất của các

NTĐH Bằng các phương pháp: quang phổ hồng ngoại và quang phổ cộng

hưởng từ hạt nhân Celia R và các cộng sự đã cho rằng tương tác giữa

L-triptophan với ion Tb** là qua nhóm cacboxyl và nitơ của dị vòng Nhóm

amin không tham gia tương tác.

Nhiều tác giả đã tổng hợp được các phức rắn của một số NTĐH với các

Tác gia Csoeregh I (Thuy Điển) [30] đã tổng hợp được phức rắn của

honmi với axit L-aspactic ứng với công thức phân tử Ho(L-Asp)Cl,.6H,O.

Qua phân tích cấu trúc tác giả đã chỉ ra rằng các ion Ho?" có số phối trí 8 với

các liên kết qua 5 nguyên tử oxi (H,O) và 3 nguyên tử oxi (COOH) của 3

nhóm aspactat Tinh thể bao gồm các mạch polime Ho-aspactat-H;O song

song Tác giả Ibrahim S.A (Ai Cập) [46] đã tổng hợp và nghiên cứu tính chất

của các phức của Ce(III) với một số aminoaxit Tính chất của các phức chất

dược xác định bằng phương pháp phân tích nguyên tố, phổ hồng ngoại và đo

độ dẫn điện Trong các phức chất này các aminoaxit xử sự như các phối tử 2

hay 3 càng, liên kết với ion kim loại qua nhóm cacboxyl và nhóm a-amin.

Một số tác giả ở Ân độ [48] đã tổng hợp được 14 phức rắn của các đất

hiếm nitrat và axetat với lơxin Các phức tổng hợp được có công thức chung là

[Ln(Leu),Xa]; (Ln: La, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Y; Leu: loxin và X: ion

nitrat hoặc ion axetat) Nghiên cứu quang phổ hồng ngoại của các phức này

cho thấy lơxin hoạt động như một phối tử trung hoà liên kết với các ion đất

hiếm trong sự có mặt của các ion nitrat hoặc axetat Liên kết giữa lơxin và các

ion đất hiếm được thực hiện qua nguyên tử nitơ của nhóm amin và nguyên tử

oxi của nhóm cacboxyl, còn liên kết giữa các ion nitrat hoặc ion axetat với

các ion đất hiếm là qua nguyên tử oxi của mỗi loại ion đó.

Số công trình nghiên cứu về sự tạo phức của L-phenylalanin với các

NTĐH là chưa nhiều mà chủ yếu là các công trình nghiên cứu về phức chất

của L-phenylalanin với các nguyên tố chuyển tiếp họ d.

Bằng các phương pháp điện thế và cộng hưởng từ hạt nhân các tác

giả [61] đã nghiên cứu sự tạo phức của một số nguyên tố Cu(II), Zn(II),

Co(II) và Ni(II) với L-phenylalanin theo tỉ lệ 1:1, đã xác định được hằng số

bền của các phức chất tạo thành Kết quả nghiên cứu của các tác giả được

trình bày ở bảng 1.4.

Bang 1.4 Giá trị lgk ( k là hằng số bền) của các phức chất một số

nguyên to Cu(II), Zn(II), Co(II) và Ni(I) với L-phenylalanin.

lon trung tâm | Nhiét do Luc ion

Tác giả Jan Starosta và các cộng sự [49], đã tổng hợp được các phức rắn

cua Ni(II) với phenylalanin Cấu trúc phân tử và tính chất của các phức chat

được các tác gia nghiên cứu bang các phương pháp phản xạ khuếch tán, cộng

hưởng thuận từ và quang phổ hồng ngoại Một trong các kết quả nghiên cứu

của các tác giả trên được trình bay ở bảng 1.5.

Bang 1.5 Các tan số hấp thụ đặc trưng của các phức chất

của Ni(II) với phenylalanin (cm).

Ni(DL-Phe), | Ni(L-Phe), | Ni(D-Phe),3370 3350

3300 32901640 1640

1360 1350

Trong phân tử các phức rắn thu được, phenylalanin phối trí với Ni(ID

dưới dạng phối tử trung hoà, liên kết được thực hiện qua nguyên tử nitơ của

nhóm amin và nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl.

Khi nghiên cứu sự tạo phức của Y và Ce với phenylalanin trong huyếttương máu, các tác giả [98] đã xác định được hằng số không bền của các phức

chất tạo thành Hang số không bén của các phức chất tạo thành giữa

L-phenylalanin với Y va Ce tương ứng là 1,5.10 va 3.10.

Các tác gia[27], đã tổng hợp được các phức rắn của một số NTDH

(Eu, Tb) với L-phenylalanin có thành phan là Eu(L-Phe);(CIO,);.4H;O và

Tb(L-Phe);(ClO,);.2H;O Bằng các phương pháp như: phân tích nguyên tố,

quang phổ hồng ngoại và quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân #C, các tác giả

đã chỉ ra có sự tương tác giữa Eu(III) và Tb(II) với nhóm cacboxyl.

Tóm lại, ta thấy tương tác tạo phức giữa các NTĐH với các aminoaxItnói chung, phenylalanin nói riêng đã và đang được nghiên cứu Sự có mặt củanhiều công trình gần đây [28, 40, 55, 62, 63, 75, 76, 77] nghiên cứu về cáctương tác loại này chứng tỏ đây là vấn đề đang được quan tâm Tuy nhiên, sốcông trình nghiên cứu sự tương tác của các NTDH với phenylalanin còn quá

ít Vì phenylalanin là một aminoaxit trung tính cho nên ở khía cạnh và mức

độ nào đó sự tương tác giữa nó với các NTĐH có thể được giải thích như đối

với các aminoaxit trung tính khác.

Xuất phát từ những nhận định trên và những ý nghĩa quan trọng sẽ đề

cập ở phần sau, chúng tôi mạnh dạn nghiên cứu sự tạo phức của một số

NTDH với L-phenylalanin.

1.4 Hoạt tính sinh học cua L-phenylalanin, nguyên tố đất hiếm và một sốphức chất của NTĐH với aminoaxit.

Phenylalanin là một trong số các aminoaxit không thể thay thế, rất cần

thiết đối với người và động vật Nó là hợp phần của protein và tham gia vào

những quá trình sinh học quan trọng nhất trong cơ thể, là nguyên liệu để tổng

hợp protein và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác nhau.

Khi phân giải phenylalanin, trước tiên chuyển thành tirozin, sau đó từtirozin tổng hợp nên melanin và adrenalin Melanin là sắc tố đen thường cótrong cơ thể vi sinh vật, thực vật và cũng có trong động vật và người Thiếu

melanin có thể mắc bệnh bạch tạng Mặt khác tirozin cũng là nguyên liệu để

tổng hợp nên hoocmôn của tuyến giáp trạng ở người và động vật đó là

tiroxin [2] Dưới tác dụng của vi khuẩn xycloclastơ achromobacter,

L-phenylalanin phân giải thành axit phenylpyruvic Axit phenylpyruvic là

một hợp chất trung gian để điều chế các dược phẩm khác [23] Phenylalanin

là một trong những nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể, nhu cầu đối với

người là từ 2,2 + 4,5 gam/ 24 giờ [18].

Từ lâu, các NTDH đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành của lĩnhvực công nghiệp như: luyện kim, dầu mỏ, thuỷ tỉnh, gốm, sứ và vật liệu.

Ngày nay, chúng đã và đang được sử dụng trong một số lĩnh vực mới như:

nông nghiệp, công nghệ sinh học và y dược Những thành tựu đã được công

bố ở một số nước (như Trung Quốc, Ấn độ, Oxtraylia, Brazil, ) được chia

làm hai lĩnh vực chính:

Ở lĩnh vực sinh học: Các LnCl, làm tăng nhiệt độ chuyển pha của lớp

lipoxom DPPC (dipalmitoylphosphatidylcholin - một loại màng nhân tạo).

Các ion đất hiếm có thể thay thế ion Ca?* liên kết ở lớp lipoxom DPPC Ởnồng độ thấp LnCl, có thể làm ức chế hoạt tính của các men Ngoài ra LnCl,

làm giảm tính lỏng của lipit của màng hồng huyết cầu của người Hoạt tính

của men (Ca’*, Mg?*) -ATP.ase trên mô lưới tạo cơ cũng phụ thuộc vào nồng

độ của các NTĐH [60].

Một số ion đất hiếm hoá tri III có thể thay thế ion Ca”* hình thành trung

tâm kim loại protein cần thiết đối với hoạt động của tế bào sinh vật Sự thay

thế này không làm biến đổi sâu sắc cấu trúc hoặc mất chức năng đặc biệt của

các trung tâm hoạt động [27, 37, 74].

Độc tính của LnCl; thử trên các tế bào nuôi cấy có liên quan mật thiết

với liều lượng của chúng Ở những liều lượng LnCl, trong khoảng

5 - 20 mmol/l làm chết nhanh tế bào Đối với các tế bào nuôi cấy được phun

dung dịch LnCl, liều lượng 0,01 mmol/l trong thời gian 2 năm thì hoạt tính

gián phân và quá trình tổng hợp của ADN va ARN tăng lên SmCl, liều lượng

0,01 mmol/l kích thích sự tiết các tế bào hoocmôn tăng trưởng trong ống

nghiệm cũng như trong sinh vật [60].

Ở lĩnh vực nông nghiệp: Tại Trung Quốc, một số công trình nghiên cứusử dụng đất hiếm cho trồng trọt đã chỉ rõ phân vi lượng của NTĐH có ảnh

hưởng rõ rệt tới hơn 20 loại cây trồng Năng suất và chất lượng của cây trồng

được nâng cao.Các NTĐH không những ảnh hưởng trực tiếp đến sự

phát triển của rễ và lá mà còn kích thích quá trình nảy mầm và đâm chồi

của cây [24, 25] Phân vi lượng đất hiếm bón cho một số loại cây trồng (lúa

mì, mía, củ cải đường, thuốc lá, chè, bông, lạc, đậu và cây ăn quả) năng suất

cây trồng tăng từ 5 - 10% Cá biệt có cây tăng hơn 10%, chẳng hạn như cây

chuối tăng 10 - 25%, nấm tăng 10 - 30% [35, 54, 57] Phân vi lượng đất hiếm

không những làm tăng năng suất mà còn làm tăng chất lượng sản phẩm của

cây trồng Hàm lượng đường của củ cải đường tăng 0,4%, dưa hấu 0,5 + 1,0%

và mía 0,5% Đối với lúa mì xử lý hạt giống bằng dung dịch muối đất hiếm

hàm lượng clorofin tăng lên 30% và không ảnh hưởng xấu đến chất lượng củahạt [75] Cây đậu tương với nồng độ thích hợp của NTĐH làm tăng độ lớncủa cây 30 lần, tăng phần trăm vỏ chứa hạt, giảm tỉ lệ vỏ rỗng [72].

Đối với chăn nuôi: Việc đưa NTĐH vào thành phần thức ăn của gia súc,

gia cầm hiệu quả kinh tế thu được cũng rất tốt Trong thức ăn của gà, hàm

lượng đất hiếm 10 + 40ppm: gà đẻ sẽ đẻ trứng trước một tuần, gà thịt tăng

khối lượng 5 + 7% Thức ăn của lợn chứa hàm lượng đất hiếm 5 + 40ppmkhối lượng thịt tăng 6 + 11% , [39].

Hoạt tính sinh học của các phức chất nói chung được phát hiện từ đầuthế ky XIX [13, 104] Phức chất của các aminoaxit được ứng dụng nhiều

trong y học và nông nghiệp Phân bón có thành phần phức vòng của các kim

loại chuyển tiếp cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các loại phân vô cơ, hữu

cơ truyền thống.

Phức hỗn hợp của nhiều aminoaxit với nhiều NTĐH bón cho cây trồng

đã làm tăng độ màu mỡ của đất, tăng sản lượng của cây trồng (lúa mì tăng

11,7%, chè tăng 21,53%) [29].

Trong y học, các viên thuốc chứa lượng rất nhỏ các NTĐH đã được phát

triển và thử nghiệm trên thực tế lâm sàng [60] Phức của axit aspactic với các

NTDH hoá tri HI và kẽm có tính chất làm giảm hàm lượng đường trong máu

và nước tiểu [32] Sự hấp thụ và trao đổi chất của một vài œ-aminoaxit

có liên quan đến tế bao ung thư của cơ thé [33] Theo tác giả [24] phức

lantanaspactat có tác dụng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư Sarcoma 6chuột đồng với liều lượng 2,5 mg La?" tiêm trong 6 ngày Sự chuyển tải theo

máu các nguyên tố vi lượng Ce, Pr, Nd dưới dạng đồng vị phóng xạ vào các

cơ quan và các mô của cơ thể có liên quan đến phức chất của chúng với các

aminoaxit như glixin, axit aspactic, axit glutamic, phenylalanin, lơxin, [98].

Ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng NTDH va các chế phẩm của chúng

vào lĩnh vực nông nghiệp mới ở giai đoạn ban đầu Từ đầu năm 1990, việnKhoa học Việt Nam (nay là Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệQuốc gia) đã phối hợp với viện Thổ nhưỡng và Nông hoá tiến hành thử

nghiệm sử dụng NTĐH cho một số cây trồng trong nhà lưới và trên đồng

ruộng ở một số địa phương Kết quả thu được khá khả quan:

Đối với cây đậu tương: Khi được phun lên lá dung dịch chứa nitrat tổng

đất hiếm hoặc La, chiều cao của cây tăng rõ rệt (khoảng 10 + 15%) và tỉ lệ

thuận với nồng độ đất hiếm có trong dung dịch Tuy nhiên, khi nồng độ dungdịch lớn hơn 0,1% khoảng 2 - 3 ngày sau khi phun cây bị xoăn lá.

Đối với cây lạc: Trái ngược với cây đậu tương, việc phun dung dịch

nitrat tổng đất hiếm hoặc La ở giai đoạn sinh trưởng ban đầu làm giảm đáng

kể chiều cao của cây, số cành cây cấp | nhiều, tỉ lệ đậu quả cao hơn.

Đối với cây lúa: Sử dụng dung dịch nitrat tổng đất hiếm để hồ rễ mạ

trước khi cấy, năng suất tăng 6 + 8%, kết hợp hồ rễ mạ và phun lên lá 36 ngày

sau khi cấy năng suất lúa tăng 14 + 29% so với đối chứng [11] Ngoài ra, ở

nước ta bước đầu có những cuộc thử nghiệm về hoạt tính chống ung thư của

một số đất hiếm aspactat đối với chuột trắng swiss [20].

Bên cạnh các thành tựu đạt được trong các lĩnh vực nông nghiệp và y

học, người ta lo lắng muốn biết các NTDH 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 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 + 0,5ppm, trong tro động vật là 0,8% Đất hiếm

tham gia vào chu trình thức ăn sinh học trong tự nhiên Một cơ thể con người

trong điều kiện bình thường hấp thụ khoảng 2 mg NTĐH trong mỗi ngày từ

thức ăn và nước Phân tích trong cây đậu tương được xử lý bằng NTDH cho

thấy giữa mẫu thí nghiệm và mẫu so sánh không thấy có sự thay đổi đáng kể

về hàm lượng các NTĐH Việc sử dụng lượng nhỏ các NTĐH làm thức ăncho gia cầm cho thấy chúng vô hại đối với môi trường và chất lượng thịt,

không có dấu hiệu có sự tích luỹ đất hiếm trong thịt của cá và gia cảm Nhiều

thí nghiệm đã chỉ ra việc sử dụng một liều lượng nhất định các NTĐH là antoàn cho người va động vật [39, 50].

Ngày nay vấn đề nghiên cứu tìm kiếm và tổng hợp các chất có hoạt tính

sinh học ít độc, có tác dụng chọn lọc cao đang thu hút sự quan tâm của nhiều

nhà khoa học trên thế giới Tuy nhiên số công trình nghiên cứu về vấn đề này

đã công bố còn ít Vì vậy chúng tôi tiến hành thăm dò hoạt tính của một số

phức đất hiếm với L-phenylalanin đã tổng hợp được trên một số đối tượng

khác nhau Ở đối tượng thực vật thử hoạt tính của phức đến sự phát triển của

mầm hạt đỗ xanh Đối tượng vi sinh vật khảo sát hoạt tính của phức đến

chủng nấm mốc Asp.flavus và một số vi khuẩn gây bệnh.

1.5 Giới thiệu về cây đỗ xanh, chủng nấm mốc Asp.flavus, protein va

1.5.1 Vài nét về cây đỗ xanh.

Đỗ xanh có giá trị kinh tế cao, là cây trồng ngắn ngày, có thể trồng xen

canh gối vụ hoặc nhiều vụ trong năm, làm tăng sản phẩm thu hoạch trên một

đơn vị diện tích, góp phần cải tạo môi sinh, cải tạo đất tốt Trong thành phần

hạt đỗ xanh có chứa hàm lượng protein cao (23 + 27%) [2], ngoài ra còn chứahầu hết các loại aminoaxit quý và nhiều vitamin quan trọng như vitamin A, B,

C, D, E, K, cần cho cơ thể sinh vật.

Hat đỗ xanh có cấu tạo hình trứng, det, dài 4 + 5mm, rộng 1,5 + 2mm.

Đỗ xanh có khả năng phát triển thân và rễ khá mạnh [16] Rễ hình trụ nên dễ

đo, dễ so sánh giữa các mẫu thử khác nhau và kết quả có thể tin cậy được.

Chính vì vậy mà bước đầu chúng tôi tiến hành thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng

của một số phức đất hiếm với L-phenylalanin đến sự phát triển của mầm hạt

đỗ xanh.

1.5.2 Chung nấm mốc Asp.flavus.

Nấm mốc là một giới trong sinh vật Nấm Asp.flavus có cấu tạo hình

sợi phân nhánh, dạng sợi của chúng có vách ngăn, mỗi tế bào có một nhân,

không có diệp lục, sống chủ yếu bằng lối hoại sinh Ở môi trường nuôi cấy

trong phòng thí nghiệm hay trên một số cơ chất tự nhiên hệ sợi nấm phát triểnthành một khối có hình dạng nhất định thường là hình tròn gọi là khuẩn

lạc [6] Trong thành phần của nấm Asp.flavus có hàm lượng (%) protein = 27,lipit =1, glycogen và các polyxaccarit = 21, phosphatidylcholin = 1,6, kitin ở

thành tế bao = 13,5, chất khoáng = 6,5 Thức ăn chủ yếu của nấm Asp.flavus

là nguồn hợp chất cacbon Đối với nguồn thức ăn phức tạp, trước hết nấm

phải sinh ra các enzim amilaza, proteaza, catalaza, ureaza, để phân huỷ

các hợp chất đó thành đơn phân tử sau đó mới đồng hoá được chúng.

Con người ngay từ thời thượng cổ đã biết sử dụng nấm mốc để chế

biến thực phẩm: ủ thức ăn chua, muối dưa, làm dấm, làm tương, làm mắm,

Trong công nghiệp và chăn nuôi việc ứng dụng nấm mốc là một hướngmới và đã đạt được hiệu quả kinh tế cao.

Công nghiệp chế biến thịt, ứng dụng các chế phẩm men proteaza từ

Asp.oryzae, Asp.flavus đã nâng cao chất lượng thịt Các proteaza từ nấm mốc

đã ngày càng thay thế cho các men có nguồn gốc động vật trong công nghiệp

thuộc da, công nghiệp dệt.

Trong y học, người ta đã nghiên cứu và sử dụng các chế phẩm men từ

nấm mốc để chẩn doán, chữa bệnh hay làm thuốc bổ Cho đến nay người ta

chỉ mới kiểm tra được hoạt tính kháng sinh khoảng 10% trong số 50.000 loài

nấm mốc thuộc 4000 giống khác nhau Số còn lại chắc chắn có thể tạo thành

nhiều loại kháng sinh quý giá kể cả các chất kháng sinh chống ung thư và

chống các bệnh do virus.

Ngày nay người ta đã thấy có khả năng thích ứng của nấm sợi

Asp.flavus với muối iôt vô cơ có tác dụng phòng chống bướu cổ ở một số địa

phương tại các tỉnh phía Bắc nước ta.

Do ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn như vậy, cho nên việc nghiên cứu tìm

ra các chế phẩm từ nấm mốc trong những năm gần day ngày càng được chú

Xuất phát từ những nhận định trên chúng tôi hướng khảo sát hoạt tính

của một số phức chất của NTĐH với L-phenylalanin đến chủng nấm mốcAsp.flavus.

1.5.3 Giới thiệu về protein và enzim.

Protein : Protein là các polime phân tử lớn chủ yếu bao gồm cácL-aminoaxit kết hợp với nhau qua liên kết peptit Protein là thành phan 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 proteinnhư sau: xúc tác, vận tải chuyển động, bảo vệ, truyền xung thần kinh, điều

hoà, 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 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, [2, 8]

phản ứng Biure sau đó thêm thuốc thử Folin-Ciocalteu để tạo phức màu xanh

da trời, hấp thụ cực đại ở bước sóng 750nm Phương pháp này cho độ nhạycao cho phép phát hiện được protein trong dung dịch ở nồng độ Img/ml.

Ngoài ra nhiều phức chất khác có thể làm tăng hay giảm cường độ màu

phản ứng Vì vậy, phương pháp này cho kết quả chính xác khi xác định

protein [51].

Enzim: Hầu hết các phan ứng hoá hoc xảy ra trong cơ thể sống đều do

các protein đặc biệt xúc tác, các protein này được gọi là enzim Enzim có

trong mọi tế bào sống, vì vậy cũng được gọi là chất xúc tác sinh học Tuy

nhiên, enzim không những có thể xúc tác cho các phản ứng xảy ra trong cơthể sống mà sau khi tách khỏi hệ thống sống chúng vẫn có thể xúc tác cho

các phản ứng ở ngoài tế bào.

Vì vậy có thể nói enzim là những protein có khả năng xúc tác đặc biệt

(xúc tác sinh học) cho các phản ứng hoá học.

Cũng như protein, enzim có thể hoà tan trong nước, trong dung dịch

muối loãng nhưng không tan trong các dung môi không phân cực Dựa vào

tính đặc hiệu phản ứng enzim, người ta chia enzim thành 6 nhóm khác nhau.

Amilaza và proteaza thuộc nhóm hidrolaza phân giải liên kết gluozit.

œ.amilaza là một trong ba amilaza mà ngày nay đã biết được œ.amilaza có

trong nước bọt, nấm mốc, vi khuẩn và nhiều loại hạt nảy mầm œ.amilaza xúc

tác cho quá trình thuỷ phân tinh bột tao dextrin có phân tử bé và mantoza.

Vì vậy dưới tác dung của œ.amilaza, dung dich hồ tinh bột bi làm

loãng nhanh chóng và các dextrin được tạo thành không cho phản ứng màu

với iôt hoặc cho màu nâu đỏ Do đó có thể xác định hoạt độ œ.amilaza bằng

cách đo độ nhớt của dung dịch hồ tỉnh bột hoặc xác nhận hồ tỉnh bột đã đượcphân giải dựa vào phản ứng màu với idt hoặc định lượng đường tạo thành.

Proteaza là một số enzim phân giải các liên kết peptit ở giữa chuỗi

mạch polipeptit Proteaza tham gia trong nhiều quá trình hoạt động sống quantrọng và được sử dụng rộng rãi trong y học và nhiều ngành công nghiệp khác

[2, 8].

1.6 Các phương pháp nghiên cứu sự tạo phức.

Nhiều tài liệu chuyên khảo đã đưa ra nhiều phương pháp nghiên cứu sự

tạo phức Ở đây chúng tôi chỉ dé cập vài nét của một số phương pháp sẽ ápdụng khi thực hiện đề tài.

1.6.1 Phương pháp chuẩn độ đo pH.

Để đánh giá định lượng quá trình tạo phức trong dung dịch cần phải

xác định hằng số bền của phức tạo thành Với các phức chất mà phối tử tạo

phức là các axit hữu cơ yếu, để xác định các hằng số bền của phức tạo thànhngười ta thường áp dụng phương pháp chuẩn độ đo pH Ưu điểm của phương

pháp là áp dụng cho cả phức không màu và có màu, việc đo đạc chiếm ít thời

gian và dễ dàng thực hiện [9].

Cơ sở của phương pháp là khi có sự tạo phức trong phản ứng giữa ionkim loại và phối tử có sự giải phóng ion H*:

M + HL = ML + H'

(bỏ qua sự cân bằng điện tích).

Khi xác định được nồng độ ion H (đo pH của hệ phức) có thể xác định

được nồng độ cân bằng của phối tử hoặc ion kim loại tham gia tạo phức [91].

Phối tử tạo phức là axit yếu thường được chuẩn độ bằng dung dịch bazơ

mạnh có mặt chất điện li tro ở nồng độ thích hợp để duy trì lực ion Sau đó

xây dựng đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị pH vào a, với a là số

đương lượng bazơ kết hợp với | mol axit Tiến hành chuẩn độ tương tự đối với

dung dịch có tỉ lệ giữa ion kim loại và phối tử về thành phần là xác định và

một lần nữa xây dựng đường cong chuẩn độ Sự khác nhau giữa hai đường

cong chuẩn độ cho biết có sự tạo phức xảy ra trong dung dịch Lực ion thông

thường 0,1 Vì vậy cần lựa chọn nồng độ thích hợp của ion kim loại và phối tử

tạo phức để sự đóng góp các dạng tích điện của chúng cũng như dạng phức

tích điện tạo thành vào lực ion tổng cộng không vượt quá 10 đến 15% [99].

Người ta thường sử dụng các chất điện li tro như KCl, KNO, hay

NaCIO, để điều chỉnh lực ion Lực ion được xác định theo biểu thức:

l= G27 (1.5)

Trong đó: 11a lực ion; C,, Z; là nồng độ và điện tích của ion thứ i.

Để điều chỉnh pH của máy người ta thường dùng các dung dịch chuẩn

kèm theo máy hoặc tự chuẩn bị theo các dung dịch đệm sau:

Bang 1.6 Giá trị pH của các dung dịch đệm ở các nhiệt độ khác nhau [51,82].

Na,B,O, 0,01 M

15 6,9020 6,88zat 6,86

30 6,8535 6,84

40 6,8350 6,83

Phức thường được tao thành là phức đơn nhân và từng bac ứng với các

phương trình phản ứng sau:

M +L = MLML + L = ML,

ML,, + L = ML

(Sự tạo thành phức đa nhân nếu có, trong tính toán có thể bỏ qua đặc biệt là ở

vùng nồng độ thấp).

Tương ứng với các phương trình phản ứng tạo thành các phức bậc khác

nhau, các hằng số bền bậc xác định theo các biểu thức:

phương trình Debye - Hukel [59]

Thường hằng số bền bậc một có giá trị lớn nhất và giá trị các hang số

bền bac hai, bậc ba , bậc tiếp theo giảm theo thứ tự: k, > k, > kạ > k„ Điều

này xảy ra là do các nguyên nhân sau:

Các phương pháp tính toán các hằng số bên bậc của các phức chất tao

thành lần đầu tiên được N.Bjerrum đưa ra, sau đó được các tác giả: Leden,

Chaberek, Scharzenbach, Martell, hoàn thiện thêm.

Cách tính toán hằng số bền của phức chất tạo thành theo Bjerrum là

thông qua hàm tạo thành n (n được định nghĩa là số trung bình các phối tử

liên kết với mỗi ion kim loại trong dung dịch).

~_C, -[L]H=

C, : Nồng độ ban đầu của phối tử.

[L]: Nồng độ của phối tử tại thời điểm cân bằng.

Cụ: Nồng độ ban đầu của ion kim loại.

Dai lượng p[L] = -lg[L] được gọi là chỉ số nồng độ của phối tử còn đường

cong biểu thị sự phụ thuộc ø vào p[L] gọi là đường cong tạo thành của hệ.

Từ đường cong tạo thành n= f(p[L]) xác định bằng thực nghiệm có thé

tính các hằng số bền bậc của phức chất tạo thành theo nhiều phương pháp.Mội trong các phương pháp đó là sử dụng độ dốc của đường cong tạo thành ở

điểm giữa (khi = 2) và hằng số bền trung bình của phức chất được xác định

bằng hệ thức.

k, (a) (1.11)

Các phương pháp tính toán khác ứng với các trường hợp các phức tạo

thành có thành phần ML, và ML, được chỉ ra ở tài liệu [47].