1 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA GLUTAMAT MOLYPDAT NEODIM PREPARING AND SURVEYING THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF NEODYMIUM GLUTMATE MOLYPDATE PHẠM VĂN HAI Đại học Đà Nẵng TRƢƠNG NHƢ TẠO Cty Công nghiệp Hóa chất Đà Nẵng TÓM TẮT Ảnh hưởng của các yếu tố như tỉ lệ mol Nd 3+ : H 2 Glu : MoO 4 2- , thời gian, nhiệt độ, pH dung dịch đến hiệu suất phản ứng đã được nghiên cứu. Kết quả thu được phức chất đa phối tử với thành phần Nd(HGlu)(MoO 4 ).2H 2 O có hoạt tính sinh học. Ở nồng độ 100 ppm sẽ có tác dụng kích thích tốt nhất cho sự phát triển của cây giá đỗ. ABSTRAST This paper investigates the influence of some factors such as molar ratio of Nd 3+ :H 2 Glu:MoO 4 2 , term, temperature, pH of solution on the reaction performance. The obtained results multi-ligands complex substances that component is Nd(HGlu)(MoO 4 ).2H 2 O. This complex substances has been obtained through the biological activity. Stimulating the growth of green peas produces the best result when the concentration is 100ppm. 1. MỞ ĐẦU Nghiên cứu tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học để tổng hợp và ứng dụng chúng trong lĩnh vực y dƣợc và làm chất kích thích sinh trƣởng cây trồng ngày càng đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm. Hoạt tính sinh học của một số phức chất đất hiếm với aminoaxit đã đƣợc nghiên cứu trong các công trình [2, 3]. Sự tạo phức giữa Neodim (Nd) với Axit L-Glutamic (H 2 Glu) đã đƣợc nghiên cứu [1]. Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu điều chế phức Glutamat Molypdat Neodim và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng. 2. PHẦN THỰC NGHIỆM Tiến hành thực nghiệm bằng cách tạo kết tủa Nd(OH) 3 với dung dịch NH 3 dƣ từ dung dịch ban đầu Nd(NO 3 ) 3 đã đƣợc xác định nồng độ, rửa kết tủa nhiều lần bằng nƣớc cất để làm sạch NH 3 có trong kết tủa. Tính toán lƣợng dung dịch axit L-Glutamic và Natri Molypdat theo tỉ lệ mol cần thiết so với Nd 3+ rồi cho vào cốc thuỷ tinh có chứa kết tủa. Sau một thời gian nhất định, lấy mẫu để chuẩn độ lƣợng Nd 3+ còn lại sau phản ứng bằng DTPA, với chất chỉ thị Arsenazo(III), trong môi trƣờng đệm pH = 4,2. Từ đó tính đƣợc hiệu suất của phản ứng, cấu trúc của phức tổng hợp đƣợc khảo sát bằng phƣơng pháp hồng ngoại và phân tích nhiệt DTA. Hoạt tính sinh học của phức chất đƣợc thăm dò bằng cách khảo sát ảnh hƣởng của phức chất đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh và sự phát triển của giá đỗ. 2 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Nd 3+ : MoO 4 2 đến hiệu suất tạo phức Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của tỉ lệ Nd 3+ : MoO 4 2 đến hiệu suất tạo phức Glutamat Molypdat Neodim đƣợc tiến hành trong điều kiện [1] tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu = 1:2, nhiệt độ phản ứng đƣợc cố định ở 60 o C, Ph = 6, thời gian phản ứng 4 giờ, tỉ lệ mol MoO 4 2 : Nd 3+ đƣợc thay đổi từ 0,5 đến 2,5. Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trên Hình 1. Từ hình 1 cho thấy, hiệu suất phản ứng tạo phức phụ thuộc tỉ lệ mol giữa các chất tham gia phản ứng, trong đó các nồng độ Nd 3+ và MoO 4 2 có tỉ lệ 1:1 cho hiệu suất phản ứng cao nhất. Chúng tôi chọn tỉ lệ này để khảo sát tiếp ảnh hƣờng của tỉ lệ nồng độ Nd 3+ : H 2 Glu đến sự tạo phức. Hình 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Nd 3+ :MoO 4 2- đến hiệu suất phản ứng tạo phức 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu đến hiệu suất phản ứng tạo phức Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu đến sự tạo phức cũng đƣợc tiến hành nhƣ trên, với tỉ lệ Nd 3+ :MoO 4 2 = 1:1, thời gian phản ứng là 4 giờ, Ph = 6, nhiệt độ 60 0 C, tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu đƣợc thay đổi từ 1:0,5 đến 1:2,5. Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trên Hình 2. Kết quả thí nghiệm với tỉ lệ giữa Nd 3+ và MoO 4 2 thay đổi thể hiện trên Hình 2 cho thấy tỉ lệ mol Nd 3+ : H 2 Glu = 1:1 cho hiệu suất phản ứng cao nhất. Từ các kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của tỉ lệ các chất tham gia đến sự tạo phức ở phần 1 và 2 có thể thấy rằng tỉ lệ nồng độ tối ƣu cho phản ứng tạo phức đa phối tử glutamat molypdat neodim là Nd 3+ : H 2 Glu : MoO 4 2 = 1:1:1 và tỉ lệ này đƣợc chọn để khảo sát tiếp ảnh hƣởng của thời gian, nhiệt độ và Ph đến sự tạo phức 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của phản ứng tạo phức Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng tạo phức giữa axit L-Glutamic và Molypdat với Neodim đƣợc tiến hành trong điều kiện tỉ lệ mol Nd 3+ : H 2 Glu : MoO 4 2 = 1:1:1; Ph = 6; nhiệt độ 60 0 C; thời gian phản ứng đƣợc thay đổi từ 1 đến 9 giờ. Kết quả thực nghiệm đƣợc trình bày ở Hình 3. Từ Hình 3 cho thấy, trong cùng điều kiện về nhiệt độ, Ph, tỉ lệ giữa các chất tham gia phản ứng thì hiệu suất tăng theo thời gian phản ứng và đến khoảng 2 giờ thì đạt thời gian tối ƣu cho phản ứng tạo phức. Chúng tôi chọn thời gian 2 giờ để khảo sát tiếp các thí nghiệm sau. Hình 3: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của phản ứng tạo phức Hình 2 : Ảnh hưởng của tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu đến hiệu suất phản ứng tạo phức 3 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của phản ứng tạo phức Thí nghiệm đƣợc tiến hành trong các điều kiện Ph=6, tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu : MoO 4 2 = 1:1:1, thời gian phản ứng 2 giờ, nhiệt độ của phản ứng đƣợc thay đổi từ 40 0 C đến 80 0 C. Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trên Hình 4. Kết quả trên Hình 4 cho thấy trong khoảng nhiệt độ khảo sát, nhiệt độ từ 60-70 0 C cho phản ứng với hiệu suất cao nhất, khi tăng nhiệt độ quá 70 0 C thì hiệu suất thu nhận phức lại giảm, điều này có thể đƣợc giải thích là trong vùng nhiệt độ cao đã xảy ra sự phân huỷ phức. Do đó chúng tôi chọn 65 0 C là nhiệt độ tối ƣu để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo. Hình 4 : Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tạo phức 3.5. Ảnh hưởng của Ph đến hiệu suất của phản ứng tạo phức Nghiên cứu ảnh hƣởng của Ph đến hiệu suất tạo phức giữa Neodim với axit L-Glutamic và Molypdat đƣợc tiến hành ở nhiệt độ 65 0 C, tỉ lệ Nd 3+ : H 2 Glu: MoO 4 2 = 1:1:1, thời gian phản ứng 2 giờ, Ph của phản ứng đƣợc thay đổi từ 3,2 đến 7,2. Kết quả thực nghiệm đƣợc trình bày trên Hình 5. Từ Hình 5 có thể thấy rằng trong khoảng Ph khảo sát, Ph càng cao thì lƣợng Nd 3+ tham gia phản ứng càng nhiều và ứng với Ph = 7,2 phản ứng tạo phức đạt hiệu suất khá cao. Tuy nhiên, sản phẩm phức rắn ở Ph này rất khó kết tinh, không tạo tinh thể đẹp và khi tiến hành cô dung dịch sau phản ứng thì xuất hiện kết tủa màu trắng đục. Với Ph>6 thì “hiệu suất” tăng lên rất nhanh, điều này đƣợc giải thích là ở khoảng Ph cao có sự tạo thành một lƣợng lớn phức hiđroxo của Neodim và sản phẩm phản ứng là một hỗn hợp của nhiều phức chất. Từ phân tích trên, để tránh sự tạo thành phức hiđroxo của Neodim, chúng tôi chọn Ph=6 là Ph tối ƣu cho phản ứng tạo phức của Nd 3+ với axit L-Glutamic và Molypdat. 3.6. Dự đoán cấu trúc phức rắn của neodim với axit L-Glutamic và Molypdat Từ các kết quả đã khảo sát ở trên, chúng tôi tiến hành tổng hợp phức rắn của Neodim với axit L-Glutamic và Molypdat rồi đo phổ hồng ngoại và phân tích nhiệt. Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày dƣới đây: 3.6.1. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit L-Glutamic (H 2 Glu) và phức Glutamat Molypdat Neodim (Nd-Glu-Mo) đƣợc ghi trên máy Impact 410-Nicolet (Mỹ) trong vùng 4000 – 400cm 1 . Kết quả đƣợc chỉ ra trên Hình 6, Hình 7 và Bảng 1. Hình 5 : Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tạo phức 4 Bảng 1: Các tần số hấp thụ chính của các hợp chất Hợp chất 2 NH ν 3 NH ν COO as ν 2 NH δ 3 NH δ COO s ν H 2 Glu - 3060,35 2084,83 1644,64 - 1512,67 1419,19 Nd-Glu-Mo 3426,17 - 1619,05 1547,99 - 1414,75 Trong phổ hồng ngoại của axit L-Glutamic, dải hấp thụ ở 3060,35cm 1 đƣợc qui cho dao động hóa trị của nhóm NH 3 + , giá trị 3 NH ν nằm ở vùng tần số thấp hơn nhiều so với giá trị 2 NH ν (3400cm 1 ) bình thƣờng quan sát đƣợc là do sự tƣơng tác giữa nhóm NH 3 + và nhóm COO có mặt trong ion lƣỡng cực L-Glutamic. Các dải hấp thụ ở 1644,64 cm 1 và 1419,19cm 1 đƣợc gán tƣơng ứng cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm COO . Các dải hấp thụ ở 2084,83cm 1 và 1512,67cm 1 đƣợc qui cho dao động hóa trị và dao động biến dạng tƣơng ứng của nhóm NH 3 + . Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất khác với phổ của axit L-Glutamic tự do về hình dạng cũng nhƣ vị trí của các dải hấp thụ đặc trƣng. Điều này cho thấy sự tạo phức đã xảy ra giữa ion Nd 3+ với axit L-Glutamic và Molypdat. Trên phổ hồng ngoại của phức Glutamat Molypdat Neodim có sự dịch chuyển lớn tại nhóm NH 3 + từ 3060,35cm 1 (trong phổ của axit L-Glutamic) đến 3426,17cm 1 ứng với dao động hoá trị của nhóm NH 2 bão hòa, chứng tỏ có sự phối trí giữa Nd và NH 2 gây ra sự chuyển dịch này. Hơn nữa, sự mất đi hoàn toàn cực đại hấp thụ ở 2084,83cm 1 ứng với dao động hóa trị nhóm NH 3 + (trong phổ của axit L-Glutamic), đồng thời xuất hiện vân hấp thụ ở 1547,99cm 1 ứng với dao động biến dạng của nhóm NH 2 cũng là một bằng chứng của sự tạo phức đã xảy ra. Các dải hấp thụ ở 1644,64cm 1 và 1419,19cm 1 đặc trƣng cho dao động hoá trị bất đối xứng và đối xứng tƣơng ứng của nhóm COO trên phổ của axit L-Glutamic tự do dịch chuyển về vùng tần số thấp hơn (1619,05cm 1 và 1414,75cm 1 ) trên phổ của phức chất chứng tỏ nhóm cacboxyl của axit L-Glutamic đã phối trí với ion Nd 3+ . Các dải hấp thụ ở các tần số 929,18cm 1 ; 852,20cm 1 ; 760,41cm 1 và 698,23cm 1 đƣợc gán cho các dao động của nhóm Molypdat MoO 4 , trong đó dải hấp thụ ở 929,18cm 1 ứng với dao động hoá trị của liên kết Mo=O, các dải 852,2cm 1 và 760,41cm 1 ứng với dao động hoá trị bất đối xứng của liên kết MoO và dải hấp thụ ở 698,23cm 1 tƣơng ứng với dao động biến dạng liên kết MoO. Hình 6 : Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit L-Glutamic 5 Hình 7 : Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức Glutamat Molypdat Neodim Từ các kết quả nghiên cứu và phân tích nêu trên có thể thấy phức chất đa phối tử của Nd 3+ với axit L-Glutamic và Molypdat thu đƣợc có thành phần là Nd(Hglu)(MoO 4 ). Trong đó, axit L-Glutamic và Molypdat liên kết với ion Nd 3+ qua các nguyên tử nitơ và oxi. 3.6.2. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt Giản đồ phân tích nhiệt của phức Glutamat Molypdat Neodim đƣợc ghi trên máy Shimadzu TA50 (Nhật Bản). Tốc độ nâng nhiệt là 10 0 C trong 1 phút ngoài không khí, ở khoảng nhiệt độ 30-700 0 C. Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày ở Hình 8, Hình 9. Hình 8: Giản đồ DTA của phức Hình 9: Giản đồ TGA của phức 6 Giản đồ phân tích nhiệt của phức (Nd-Gu-Mo) cho thấy trên đƣờng cong DTA có một hiệu ứng thu nhiệt ở 52,51 0 C và một hiệu ứng tỏa nhiệt ở 349,98 0 C. Giản đồ TGA của phức chỉ ra rằng quá trình phân hủy phức Nd-Glu-Mo có thể chia thành 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên hoàn tất tại 100 0 C ứng với việc giảm 7,59% khối lƣợng. Khối lƣợng giảm nầy phù hợp với giá trị lý thuyết của 7,408% khối lƣợng tƣơng ứng với 2 phân tử nƣớc tách ra. Giai đoạn thứ hai kết thúc ở 700 0 C ứng với 11,069% khối lƣợng giảm xuống khi nhiệt độ lên đến 425 0 C và từ 425 0 C đến 700 0 C ghi nhận sự mất đi 7,184% khối lƣợng. Giai đoạn thứ hai này tƣơng ứng với sự phân hủy dần dần của ion Hglu . Sau 2 giai đoạn, khối lƣợng còn lại là 74,157% tƣơng ứng với khối lƣợng tổng cọng (74,068%) của ½ Nd 2 O 3 , 4 C và MoO 3 [4]. Từ các kết quả thu đƣợc ở hai phƣơng pháp phân tích trên đây, ta có thể dự đoán công thức của phức chất tổng hợp từ Nd 3+ , axit L-Glutamic và Natri Molypdat là Nd(Hglu)(MoO 4 ).2H 2 O. 7. Thăm dò hoạt tính sinh học của phức Glutamat Molypdat Neodim Việc thăm dò hoạt tính sinh học của phức Glutamat Molypdat Neodim Nd(Hglu)(MoO 4 ).2H 2 O đƣợc tiến hành bằng cách khảo sát ảnh hƣởng của phức đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh và sự phát triển của giá đỗ. 7.1. Ảnh hưởng của nồng độ phức (Nd-Glu-Mo) đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh Phƣơng pháp thí nghiệm : Chọn mỗi mẫu 25 hạt đỗ xanh có kích thƣớc hạt tƣơng đối đồng đều (khối lƣợng 2,535 0,001 gam). Ngâm mẫu 4 giờ trong nƣớc rồi chuyển vào các cốc 250ml có lót dƣới và đậy trên bằng giấy lọc. Hằng ngày tƣới mẫu 3 lần, mỗi lần tƣới trong 10 phút bằng các dung dịch phức có nồng độ 50ppm, 75ppm, 100ppm, 125ppm, 150ppm và 175ppm. Mẫu so sánh đƣợc tƣới bằng nƣớc cất. Các dung dịch tƣới đƣợc thu hồi để tƣới lại lần sau. Quan sát sự nảy mầm và sau 12 giờ và 24 giờ từ khi chuyển hạt vào cốc, tiến hành đếm số hạt đỗ xanh đã nảy mầm trên tổng số 25 hạt ở mỗi mẫu và tính tỉ lệ nảy mầm đến thời điểm quan sát. Kết quả khảo sát đƣợc trình bày trên Hình 10. Kết quả trên Hình 10 cho thấy phức (Nd-Glu-Mo) có tác dụng kích thích sự nảy mầm hạt đỗ xanh, qua thời gian 12 giờ và 24 giờ đều cho tỉ lệ nảy mầm cao hơn so với đối chứng. Ở thời điểm 12 giờ, phức với nồng độ 150 và 175ppm cho tỉ lệ nảy mầm cao nhất, tuy vậy tỉ lệ này chỉ mới đạt 80%. Đến sau 24 giờ, có nhiều mẫu đạt tỉ lệ nảy mầm 100%, trong đó nồng độ thấp nhất cũng là nồng độ tối ƣu đƣợc chọn là 100ppm. Nhƣ vậy, trong khoảng nồng độ khảo sát từ 50-175ppm, hiệu lực kích thích sự nảy mầm tăng lên theo nồng độ áp dụng và đạt hiệu quả cao ở nồng độ 100ppm. Hình 10: Ảnh hưởng của nồng độ phức chất đến sự nảy mầm hạt đỗ xanh 7 7.2. Ảnh hưởng của nồng độ phức (Nd-Glu-Mo) đến sự phát triển của giá đỗ Các mẫu thí nghiệm sau khi nảy mầm đƣợc tiếp tục tƣới, quan sát sự phát triển và sau 4 ngày cân khối lƣợng và đo chiều dài thân cây giá. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trên Hình 11. Từ Hình 11 có thể thấy, về khả năng kích thích sự tăng trƣởng chiều dài bình quân và tổng khối lƣợng của cây giá đỗ thì nồng độ của phức chất (Nd-Glu-Mo) bắt đầu có tác dụng kích thích là 50ppm, hiệu lực kích thích tăng theo nồng độ của phức chất nhƣng ở khoảng nồng độ cao thì phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển của cây giá. Kết quả nghiên cứu cho thấy phức Glutamat Molypdat Neodim có tác dụng kích thích sự phát triển của giá đỗ tốt nhất ở nồng độ 100ppm. 4. KẾT LUẬN 1. Đã khảo sát và tìm đƣợc điều kiện tối ƣu để tổng hợp phức chất của Neodim với axit L- Glutamic và Molypdat, với điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ là 65 0 C; thời gian 2 giờ; pH = 6; tỉ lệ Nd/H 2 Glu/Molypdat là 1:1:1. 2. Đã tổng hợp đƣợc phức chất rắn của Neodim với axit L-Glutamic và Molypdat. 3. Bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt và quang phổ hấp thụ hồng ngoại cho phép dự đoán công thức cấu tạo của phức chất tổng hợp đƣợc là Nd(HGlu)(MoO 4 ).2H 2 O. 4. Đã phát hiện đƣợc hoạt tính sinh học của phức chất Nd(HGlu)(MoO 4 ).2H 2 O đối với sự nảy mầm và sự phát triển của giá đỗ. Kết quả nghiên cứu cho thấy phức Nd(HGlu)(MoO 4 ).2H 2 O có tác dụng kích thích cho sự phát triển của giá đỗ, nồng độ phức chất tối ƣu cho sự phát triển ở khoảng 100ppm, nếu ở nồng độ cao hơn giá trị này phức chất sẽ có tác dụng ức chế đến sự phát triển của giá đỗ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Hai. Nghiên cứu sự tạo phức rắn của Neodim với axit L-Glutamic. Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 6 (23), 2007. [2] Nguyễn Trọng Uyển, Nguyễn Đình Bảng, Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của một số phức chất Aspartat - đất hiếm nhẹ. Tạp chí Hóa học, T.31 (4), Tr. 12-14, 1993. [3] Nguyễn Trọng Uyển, Đào Văn Chung, Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Văn Tý. Hoạt tính sinh học của một số phức chất đât hiếm L-phenylalanin. Tạp chí Hóa học, T.40 (1), Tr. 33- 36, 2002. [4] CHEN, Pei; ZHAO, Feng-Qi; LUO, Yang; HU, Rong-Zu; GAO, Sheng-Li; ZHENG, Yu-Mei; DENG, Min-Zhi; GAO, Yin. Thermal Decomposition Behavior and Non- isothermal Decomposition Reaction of Copper (II) Salt of 4-Hydroxy-3,5- dinitropyridine Oxide and Its Application in Solid Rocket Propellant. Chinese Journal of Chemistry, 22, 1056-1063, 2004. Hình 11: Ảnh hưởng của nồng độ phức chất đến chiều cao thân và khối lượng của giá đỗ . thức của phức chất tổng hợp từ Nd 3+ , axit L-Glutamic và Natri Molypdat là Nd(Hglu)(MoO 4 ).2H 2 O. 7. Thăm dò hoạt tính sinh học của phức Glutamat Molypdat Neodim Việc thăm dò hoạt tính sinh. 1 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA GLUTAMAT MOLYPDAT NEODIM PREPARING AND SURVEYING THE BIOLOGICAL ACTIVITY OF NEODYMIUM GLUTMATE MOLYPDATE PHẠM VĂN HAI Đại học. (H 2 Glu) đã đƣợc nghiên cứu [1]. Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu điều chế phức Glutamat Molypdat Neodim và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng. 2. PHẦN THỰC NGHIỆM Tiến hành