Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học

Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của hợp chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các khoáng chất cần thiết, bổ sung và

-

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC

CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

-

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC

CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS HUỲNH ĐĂNG CHÍNH

Hà Nội – Năm 2014

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Huỳnh Đăng Chính và ThS.NCS Nguyễn Thị Thúy Nga đã tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài luận văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của bộ môn Hóa Vô Cơ & Đại Cương - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô bộ môn Hóa Vô Cơ - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn

Em xin cảm ơn gia đình, các anh chị em, bạn bè đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu vừa qua

Học viên

Vi Thị Thanh Thủy

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN………

1.1 Vai trò của kim loại sinh học………

1.2 Vai trò sinh học của lysine………

1.3 Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine………

1.4 Tổng hợp phức chất của kim loại sinh học với amino axit thiết yếu…

CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………

2.1 Thực nghiệm………

2.1.1 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm………

2.1.2 Nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH…………

2.1.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo phức………

2.1.4 Tổng hợp phức chất………

2.1.5 Nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trường mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày………

2.2 Các phương pháp nghiên cứu………

2.2.1 Phương pháp chuẩn độ đo pH………

2.2.2 Phương pháp phổ UV – Vis………

2.2.3 Phương pháp phân tích nguyên tố………

2.2.4 Phương pháp phổ khối lượng………

2.2.5 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………

2.2.6 Phương pháp phổ 13C – NMR………

2.2.7 Phương pháp phân tích nhiệt………

2.2.8 Phương pháp mô phỏng Gaussian………

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………

3.1 Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH……

3.2 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo phức………

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ………

3

3

7

9

12

17

17

17

17

17

19

19

20

20

22

23

24

25

27

28

29

30

30

34

34

3.3 Phân tích cấu trúc, tính chất của phức chất tổng hợp………

3.3.1 Kết quả phân tích nguyên tố………

3.3.2 Kết quả phổ khối lượng………

3.3.3 Kết quả phổ UV – Vis………

3.3.4 Kết quả phổ hồng ngoại………

3.3.5 Kết quả phổ 13C – NMR………

3.3.6 Kết quả phân tích nhiệt………

3.3.7 Kết quả phương pháp mô phỏng Gaussian………

3.4 Kết quả nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trường mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày………

KẾT LUẬN………

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN………

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

PHỤ LỤC

38

38

39

43

44

46

48

53

54

56

57

58

Bảng 1.1 Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật………

Bảng 1.2 Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm mạc ruột của chuột bạch đực………

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của phức chất kim loại – lysine tới bò sữa…………

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái………

Bảng 3.1 Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+ = 1:2…………

Bảng 3.2 Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và hệ Mn+: H2Lys+ = 1:3………

Bảng 3.3 Logarit hằng số bền của các phức chất………

Bảng 3.4 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất……

Bảng 3.7 Các tín hiệu cộng hưởng trên phổ 13C – NMR của HLys và

Hình 1.2 Cấu hình electron của kẽm………

Hình 1.3 Hai dạng đồng phân quang học của lysine………

Hình 1.4 Cấu trúc không gian của L – Lysine ………

Hình 1.5 Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)………

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]………

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất………

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình hoạt động của máy khối phổ………

Hình 3.1 Đường cong chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+………

Hình 3.2 Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng…………

Hình 3.3 Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng………

Hình 3.4 Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng…………

Hình 3.5 Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào thời gian phản ứng………

Hình 3.6 Phổ UV–Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo các tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys khác nhau………

Hình 3.7 Phổ MS của ZnLys2………

Hình 3.8 Sơ đồ phân mảnh của ZnLys2(H2O)2……… …

Hình 3.9 Phổ MS của CuLys2………

Hình 3.10 Sơ đồ phân mảnh của CuLys2………

Hình 3.11 Phổ MS của MnLys2………

Hình 3.12 Kết quả phổ UV – Vis………

Hình 3.13 Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất………

Hình 3.14 Phổ 13C – NMR của HLys………

Hình 3.15 Phổ 13C – NMR của ZnLys2………

Hình 3.16 Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2………

Hình 3.17 Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3………

Hình 3.18 Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2………

Hình 3.19 Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2………

6

8

8

15

15

19

25

33

34

35

36

36

37

40

40

42

42

43

44

45

47

47

48

49

50

50

Hình 3.22 Cấu trúc phân tử CuLys2………

Hình 3.24 Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trường mô phỏng dịch dạ dày……

Hình 3.25 Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trường mô phỏng dịch ruột………

54

54

54

55

MỞ ĐẦU Những năm gần đây, trong lĩnh vực hóa sinh thường có nhiều bài viết đề cập tới tầm quan trọng của các ion kim loại đối với sinh vật Nghiên cứu mới nhất về vấn đề này là tập trung vào quá trình tổng hợp và phân loại các hợp chất sinh học có chứa ion kim loại do ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực y dược, dinh dưỡng và khoa học nông nghiệp [25-26, 28-29]

Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của hợp chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các khoáng chất cần thiết, bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm Các khoáng chất thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng, hỗ trợ sự phát triển của các

mô tế bào và tham gia vào việc điều tiết các quá trình của cơ thể

Do cơ thể động vật rất khó hấp thu các dạng khoáng vô cơ và các sản phẩm từ

tự nhiên thì lại có hàm lượng dinh dưỡng thấp Trong khi đó dạng phức chất hữu cơ lại được cơ thể hấp thu dễ dàng Kết hợp với khả năng tạo phức tốt của amino axit (lysine) với kim loại chuyển tiếp, chúng tôi hi vọng tạo ra các phức chất của lysine với các kim loại sinh học, nhằm tạo ra các khoáng chất an toàn về mặt sinh học áp dụng trong lĩnh vực chăn nuôi

Ở Việt Nam, hiện nay gần như chưa sản xuất được các sản phẩm thức ăn bổ sung kim loại và amino axit dạng phức chất mà phải nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao và không chủ động được nguồn sản phẩm

Với các lý do trên, đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của

phức chất Lysine với một số kim loại sinh học” được lựa chọn với mục đích:

 Nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền của các phức chất

 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng) đến quá trình tổng hợp phức chất

 Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại sinh học như: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III)

 Khảo sát độ bền của phức chất tổng hợp được trong môi trường mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày

Cấu trúc luận văn gồm:

 Mở đầu

 Chương 1 – Tổng quan

 Chương 2 – Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

 Chương 3 – Kết quả và thảo luận

 Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Trong các điều kiện tự nhiên, trên trái đất có khoảng 90 nguyên tố hóa học được tìm thấy ở những hàm lượng khác nhau, nhưng trong thành phần của các hệ sinh học phổ biến thì chỉ thấy có 18 nguyên tố tham gia và trong đó có 10 nguyên tố là kim loại (chúng được gọi là kim loại của sự sống hay kim loại sinh học) Theo quan điểm của hóa vô cơ hiện đại, kim loại sinh học được chia thành 2 nhóm: nhóm các nguyên tố không chuyển tiếp (Na, K, Ca, Mg, Zn) và nhóm các nguyên tố chuyển tiếp (Mn, Fe,

Co, Cu, Mo) Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, sẽ tập trung nghiên cứu 4 kim loại sinh học phổ biến là sắt, đồng, mangan và kẽm

* Vai trò sinh học của sắt [5-6, 8]

Sắt có số thứ tự 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các

hóa từ -2 đến +6, trong đó các mức oxi hóa đặc trưng nhất là +2 và +3 (hai mức oxi hóa này có thể chuyển hóa qua lại tùy theo môi trường) Trong thiên nhiên sắt có 4 đồng vị bền là: 54Fe, 56Fe, 57Fe và 58Fe, trong đó 56Fe chiếm 91,68%

Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất (đứng hàng thứ

tư sau O, Si và Al) và có vai trò sinh học rất lớn thông qua các phức chất sinh học quan trọng như : hemoglobin, mioglobin, transferin, feritin…thực hiện chức năng giữ và vận chuyển oxi

Sắt chiếm khoảng 0,02% khối lượng của thực vật và khoảng 0,01% khối lượng của động vật Khi thiếu sắt cơ thể mắc bệnh thiếu máu, sức khỏe suy giảm, da xanh, thai nhi nếu thiếu sắt có thể dẫn đến dị dạng ống thần kinh… Nhu cầu về sắt của người vào khoảng 15 mg/người/ngày Tuy nhiên, lượng sắt trong thức ăn phải vào khoảng

150 mg, vì cơ thể chỉ có thể đồng hóa được 10% sắt trong thực phẩm Những thực phẩm giàu sắt là nước mận ép, nho khô, hồ đào, bánh mì đen, gan động vật…

* Vai trò sinh học của đồng [5-6, 30]

Đồng là nguyên tố kim loại kém hoạt động, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB, chu

kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học Đồng có cấu hình electron

(29,87%)

Hình 1.1 Cấu hình electron của đồng

vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống Cho đến nay người ta đã xác định được 25 loại protein và enzim chứa đồng Chúng có mặt trong các cơ thể sống dưới các dạng khác nhau và có vai trò rất khác nhau Đồng đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp sắc

tố da, mắt, tóc, tham gia vào quá trình hình thành xương và tổng hợp các tế bào máu Đồng cũng tạo thành một nhóm các protein có khả năng hấp thụ thuận nghịch oxi giống hemoglobin và mioglobin Đại diện nhóm này có thể kể đến hemoxianin Protein này được tìm thấy ở một số loài nhuyễn thể, có phân tử khối vào khoảng 4.000.000 đvC Dạng chưa hấp thụ oxi của hemoxianin không màu chứng tỏ đồng ở trạng thái oxi hóa +1, sau khi hấp thụ oxi nó có màu xanh chàm, chứng tỏ đồng ở mức oxi hóa +2

Cơ thể thiếu đồng sẽ dẫn đến phá vỡ sự trao đổi sắt giữa huyết tương và hồng cầu, do đó gây ra bệnh thiếu máu Sự thiếu đồng cũng dẫn đến chứng bạc tóc Nhu cầu

về đồng của cơ thể khoảng 2 – 3 mg/ ngày Đối với những cơ thể thiếu đồng có thể bổ sung các thực phẩm giàu đồng như gan, lòng đỏ trứng, sữa chua, quả hồ đào, bánh mì đen…

* Vai trò sinh học của mangan [5-6]

Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, mangan là nguyên tố kim loại có

thể hiện các mức oxi hóa phong phú từ -3 đến +7, trong đó mức oxi hóa +2 là bền nhất Dạng bề ngoài mangan giống sắt nhưng cứng và khó nóng chảy hơn

Mangan rất quan trọng đối với sự sống, đóng vai trò là chất hoạt hóa một số enzim xúc tác quá trình tạo thành clorophin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất những kháng thể nâng cao sức đề kháng Đối với cây trồng, có nhiều bằng chứng chứng tỏ Mn tham gia vào hệ quang hợp II (PSII) với chức năng oxi hóa nước để giải phóng oxi và tham gia vào quá trình đồng hóa nitơ của thực vật Không những thế, các quá trình tổng hợp các vitamin B, C, hemoglobin, protein đều cần có sự góp mặt của mangan Một số enzim chứa mangan như arginaza, cholinestenaza, photphoglucomutaza….có nhiệm vụ kiểm soát các quá trình tương ứng như quá trình phân tách amino axit, quá trình đông máu hay trao đổi cacbohiđrat

Mangan thuộc nguyên tố vi lượng, hàm lượng mangan trong cơ thể thực vật khoảng 10-3% và 10-5% trong cơ thể động vật Nhu cầu của người bình thường về mangan là khoảng 0,2 – 0,3 mg/ ngày/ kg trọng lượng Mangan trong cơ thể tập trung chủ yếu trong các mô xương, gan, thận, dịch dạ dày, đặc biệt là trong ti lạp thể của tế bào Nguồn thực phẩm giàu mangan có thể kể đến là chè, củ cải đỏ, cà rốt, khoai tây, hạt tiêu, gan động vật…

* Vai trò sinh học của kẽm [5-6, 11, 30]

sự sống Kẽm giữ vai trò quan tr

axit nucleic Đến nay ng

dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptid

trung tâm hoạt động của các enzim,

những cấu trúc đặc trưng c

kẽm thường liên kết với các nguy

Trong cơ thể, kẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ d

biếng ăn, chậm lớn, xương r

và giới tính, lượng kẽm h

phụ nữ mang thai 20 – 40 mg th

thịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh…

ố kim loại thuộc chu kì 4, nhóm IIB, số thứ10

4s2 Nhờ sự hoàn chỉnh của lớp electron sát l

n mức oxi hoá duy nhất là +2 Trong tự nhiên 68

Zn, 70Zn, trong đó 64Zn chiếm tỉ lệ 50,9%

Hình 1.2 Cấu hình electron của kẽm

ồng, kẽm là một trong ba kim loại quan trọng

ò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, tổng hợp protein v

ến nay người ta đã xác định được 300 enzim chứa kẽm gồm các ancol dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptidaza, proteaza…

ạt động của các enzim, kẽm còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra

ưng của các protein và mạch xoắn của các phân tử AND, trong đó

ết với các nguyên tử S của cystein và N của histidin

ẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ dày Khi thiương ròn, tóc mọc chậm Nhu cầu về kẽm phụ thuộc v

ẽm hàng ngày đối với trẻ con là 5 – 10 mg, ngư

40 mg thậm chí là 50 mg Các thức ăn giàu k

ịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh…

ứ tự là 30, với cấu

p electron sát lớp ngoài cùng nhiên kẽm có 5 đồng vị

ột trong ba kim loại quan trọng hàng đầu đối với

ổi chất, tổng hợp protein và

ứa kẽm gồm các ancol aza, proteaza… Ngoài vai trò là

ọng trong việc tạo ra ạch xoắn của các phân tử AND, trong đó

in

Khi thiếu kẽm trẻ con sẽ

ẽm phụ thuộc vào lứa tuổi

mg, người lớn 12 – 15 mg,

àu kẽm phổ biến như:

Bảng 1.1 Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật [17]

Sắt

Ferredoxin Catalaza Xitocrom Succinat Đehyđrogenaza Methemoglobin Hemoglobin

Chất khử, vận chuyển (e)

Vận chuyển (e) Chuyển hóa cacbon hydrat

Đồng

Xitocrom oxiđaza Lysyl oxiđaza Ceruloplasmin Superoxide dismutalaza

Vận chuyển O2 Oxi hóa lysine Liên kết với Fe Cạnh tranh với các peoxit tự do

Kẽm

Cacboanhyđraza Cacboxypeptiđaza Photphattaza kiềm Alohol đehyđrogenaza RNA và DNA

Cạnh tranh với các peoxit tự do Chuyển hóa pyruvate

Lysine là một α – amino axit thiết yếu đối với sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cơ thể người và động vật Tuy nhiên, nó không tự được tổng hợp trong cơ thể mà được bổ sung từ ngoài vào thông qua thức ăn

tật, đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệ

dục Thiếu lysine trong th

hồng cầu và hemoglobin, phá v

ử của lysine là C6H14N2O2, khối lượng phân t

COOH, với hai dạng đồng phân quang học Dsinh vật sống chỉ hấp thụ được lysine dạng L

D – Lysine L – Lysine

Hình 1.3 Hai dạng đồng phân quang học của lysine

Hình 1.4 Cấu trúc không gian của L – Lysine

ò sống còn trong tổng hợp protein là chìa khóa trong senzim, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cường sức đề kháng, chống bệnh

ệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh rộp miệng hay m

ysine trong thức ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo máu

emoglobin, phá vỡ quá trình cân bằng protein, gây ra h

gan và phổi Đặc biệt đối với động vật còn non và trẻ em khi bị thiếu lysine sẽ xảy ra hiện tượng chậm lớn, trí tuệ kém phát triển

Lysine là một amino axit cần thiết và đòi hỏi phải luôn có sẵn trong thức ăn để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cơ thể Nhu cầu tối thiểu về lysine đối với trẻ em là

103 mg/ kg, nữ trưởng thành là 0,50 g/ ngày và 0,8 g/ ngày đối với nam trưởng thành Đối với động vật việc bổ sung lysine vào thức ăn là rất cần thiết Các thực phẩm giàu lysine là: thịt, cá, sữa, lòng đỏ trứng, lạc, đậu tương, bột đậu nành…

Bảng tuần hoàn Mendeleev chứa ít nhất 104 nguyên tố hóa học thì có tới 81 nguyên tố được coi là thành phần tạo nên các khoáng chất Trong đó, 17 nguyên tố được cho là khoáng chất thiết yếu đối với sự sống của động vật (Fe, Mn, Cu, Zn, P, Mg…) Nhóm các khoáng chất thực hiện ba chức năng chính sau:

- Giữ vai trò trong sự phát triển và duy trì các mô cứng và mềm trong cơ thể

- Quy định quá trình sinh lý và sinh học của động vật Khoáng chất thiết yếu giữ vai trò như chất xúc tác trong hệ thống enzim và hoocmon

- Tham gia vào quá trình tạo năng lượng, đóng vai trò như một yếu tố cần thiết trong các phản ứng enzim, biến đổi thức ăn thành các chất chuyển hóa khác, giải phóng năng lượng để sử dụng cho các hoạt động của cơ thể

Lượng khoáng chất quá nhiều hay quá ít đều có hại tới cơ thể động vật, việc cung cấp các khoáng chất “an toàn” về mặt sinh học là hoàn toàn cần thiết Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh học của khoáng, trong phạm vi nghiên cứu này chúng tôi chỉ đề cập tới yếu tố ảnh hưởng duy nhất là: “các dạng hóa học của khoáng chất”

Một nhóm nghiên cứu [17] đã làm các thí nghiệm trên phân đoạn ruột của giống chuột bạch đực để so sánh khả năng hấp thu giữa phức amino axit với dạng vô cơ của kim loại, kết quả được thể hiện trên bảng 1.2

Bảng 1.2 Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm mạc

ruột của chuột bạch đực [17]

Các số liệu trên cho thấy: phức chất amino axit được hấp thu vào niêm mạc ruột tốt hơn là các cation kim loại từ dạng muối vô cơ và thí nghiệm trên còn chứng minh rằng:

- Các nguyên tố khoáng ở dạng muối vô cơ trong quá trình tiêu hoá thường phân giải thành các ion tự do, các ion này có thể kết hợp với những phân tử khác trong khẩu phần ăn, tạo nên những hợp chất khó hấp thu, làm giảm tác dụng sinh học của khoáng chất

- Trong trường hợp là phức chất của một amino axit, các ion kim loại trong phân

tử là trơ về mặt hóa học do tạo liên kết với các phối tử amino axit (liên kết này có tính cộng hóa trị và ion) Chính nhờ đặc điểm này mà kim loại trong phức chất có hoạt tính sinh học cao và được hấp thu dễ dàng hơn

Những nghiên cứu của nhóm tác giả [18, 20] đã chứng minh sự hiệu quả khi bổ sung các phức chất của amino axit thiết yếu với kim loại vào thức ăn cho gia súc

Nhóm tác giả Mahmoud M Abdel-Monem, Michael D Anderson [20] đã đánh giá về những ảnh hưởng của các phức kim loại – lysine đến sản lượng sữa và năng suất sinh sản của giống bò thương mại Holstein – Friesian Năm trăm năm mươi con bò

Kim loại

Các dạng hóa học của kim loại

Holstein Friesian trong một trang trại chăn nuôi bò sữa thương mại được xếp thành hai nhóm Nhóm I (cung cấp thức ăn thường xuyên), nhóm II (cung cấp thức ăn thường xuyên + 360 mg kẽm – lysine + 200 mg mangan – lysine + 125 mg đồng – lysine) Nghiên cứu trên được thực hiện trong 35 ngày trước khi bò đẻ Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của phức chất kim loại - lysine tới bò sữa

Các kết quả trong bảng 1.3 chỉ ra rằng: những con bò có khẩu phần ăn được bổ sung thêm các phức chất kim loại – lysine cho sản lượng sữa tăng 5,4%, tỷ lệ mang thai tăng 6,1%, trường hợp niêm vú giảm 20% đồng thời hàm lượng kim loại được hấp thu cũng cao hơn so với những con bò mà khẩu phần ăn của chúng không được bổ sung phức chất kim loại – lysine

Tác giả [18] nghiên cứu sự ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái: chọn ngẫu nhiên 40 con lợn nái và chia đều thành 2 nhóm Nhóm A (cung cấp thức ăn thường xuyên), nhóm B (cung cấp thức ăn thường xuyên + 0,2% sắt – glixin/ tổng lượng thức ăn) Thực hiện chế độ thức ăn như trên trong vòng bốn tuần trước khi đẻ cho đến hai tuần sau khi đẻ Số lượng lợn con sinh ra, trọng lượng sơ sinh, số lợn con sinh ra còn sống và trọng lượng lúc cai sữa được trình bày trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái

Những con lợn nái có thức ăn được bổ sung thêm phức chất sắt – glixin (nhóm B) cho khả năng sinh sản cao, trọng lượng lợn con sinh ra lớn hơn và sức đề kháng của chúng cũng tốt hơn so với nhóm lợn nái có khẩu phần ăn không được bổ sung sắt – glixin (nhóm A)

Lĩnh vực nghiên cứu những ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu với kim loại để bổ sung vào sữa, thức ăn cho con người và động vật còn được công bố bởi các nhóm nghiên cứu của tác giả E.J Underwood [15], nhóm nghiên cứu của các tác giả [16, 17, 19, 21, 27]…

Việc sử dụng các phức chất của kim loại với các amino axit thiết yếu như chất phụ gia bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi, đem lại năng suất cao, nhiều lợi ích kinh

tế Do đó lĩnh vực tổng hợp các loại phức chất này ngày càng được quan tâm và phát triển hơn

17]

Mangan, đồng và sắt là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm d, do sự có mặt của lớp vỏ electron chưa đầy đủ nên các nguyên tố này có khả năng tạo thành phức chất Thành phần và hình dạng của phân tử phức chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất ion trung tâm, bản chất phối tử, điều kiện phản ứng như nhiệt độ, pH dung dịch…

- Mn2+ có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết các phối tử thông thường nhưng hằng số bền của các phức chất đó thường nhỏ hơn so với hằng số bền của các

nhất so với các ion cùng điện tích của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đồng thời

bền vững làm cho nó không có dạng phối trí nào đặc biệt chiếm ưu thế trong phức chất

([Mn(phtaloxyanin)], bát diện ([Mn(H2O)6], lưỡng chóp tam giác… trong đó phức chất bát diện có phần phổ biến hơn

Jahn – Teller khi bị đặt vào trường phối tử bát diện hay tứ diện, dẫn tới các phức chất tạo thành không có tính đối xứng cao Cu(II) tạo thành phức chất với nhiều amin khác nhau, các phức chất này có màu xanh đậm hơn phức chất aqua Phổ hấp thụ electron

một chất tạo phức mạnh, với số phối trí thay đổi từ 3 đến 8, trong đó các số phối trí 4

và 6 là phổ biến nhất

phối tử Dạng hình học phổ biến nhất là các phức chất bát diện: [FeF6]3-, [Fe(C2O4)3]3-,

của Fe(III) đậm hơn hẳn, tức là các phức chất của Fe(III) hấp thụ mạnh ánh sáng trong vùng khả kiến Hiện tượng này được giải thích bằng phổ chuyển điện tích Ion

hơn, do đó các dải chuyển điện tích trong phổ hấp thụ electron có cường độ lớn hơn

Zn2+ có khả năng tạo nhiều phức chất, tuy nhiên khả năng tạo phức của nó kém

bằng không, do đó nó không ưu tiên một dạng hóa lập thể nào Nói chung kẽm có các

số phối trí từ 2 đến 7, trong đó các số phối trí 4, 5 và 6 là phổ biến hơn cả Những ion phức thường gặp là: [ZnCl4]2-, [Zn(NH3)6]2+, [Zn(NH3)4]2+… cũng do cấu hình bền 3d10, nên các phức chất của ion Zn2+ đều không có màu Đó là do mỗi obitan d đã được điền đủ hai electron nên không có sự chuyển dời electron giữa các obitan 3d có

các phức chất vòng càng 5 cạnh bền với các phối tử α – amino axit

Trong dung dịch L – Lysine tồn tại ở dạng ion lưỡng cực:

Anion H2NCHRCOO- (R = NH2-(CH2)4) chứa 3 nhóm cho electron (N, O- và

=O), trong đó oxi xeton ít khi liên kết với ion kim loại cùng với 2 nhóm cho kia Vấn

đề là ở chỗ khi phối trí như vậy thì sẽ tạo thành vòng 4 cạnh không bền Trong các phức chất ion kim loại liên kết với gốc cacboxyl hoặc với nhóm amin, hoặc với cả 2 nhóm đó và trong trường hợp sau cùng thì sẽ tạo thành vòng chelat 5 cạnh bền vững (các liên kết mang đặc tính của liên kết cộng hóa trị và liên kết ion)

Trên thế giới, đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu của các nhà khoa học

ở các quốc gia khác nhau về lĩnh vực tổng hợp và phân tích cấu trúc của phức chất kim

loại với amino axit [22 - 26, 28 - 29, 32]… Từ đó cho thấy sự đa dạng trong các phương pháp tổng hợp và sự phong phú về cấu trúc của phức chất amino axit

Hình 1.5 Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val) 2 (phen)] [26]

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl) 2 ]

(M: Fe(III), Cr(III), Co(II)) [25]

Hiện nay ở nước ta, lĩnh vực nghiên cứu phức chất cũng ngày càng được quan tâm Có thể kể đến nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lê Hữu Thiềng và GS Nguyễn Trọng Uyển [10], đã tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất của các nguyên tố đất

hiếm với một số amino axit Nhóm nghiên cứu của PGS Trần Thị Đà và GS Nguyễn Hữu Đĩnh tại Khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội đã nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc, tính chất và ứng dụng của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ như hợp chất dị vòng oxadiazole, triazole, thiazoline, indole, quinolin và hợp chất đồng vòng có trong tinh dầu thực vật, các amino axit, các gốc axit hữu cơ…Tuy nhiên, các nghiên cứu về tổng hợp và ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu với các kim loại sinh học chưa thấy công bố trước đây

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.1 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm

* Hóa chất

- L – Lysine monohydrochloride, EDTA, ET – OO, pepsin, glucoza

- Cu(CH3COO)2.H2O, Zn(CH3COO)2, FeCl3.H2O, MnCl2.4H2O, MgSO4.7H2O

viên, tinh thể KOH, hồ tinh bột, (NH4)2S2O8, AgNO3, FeSO4, NaCl, KCl, CaCl2,

KH2PO4, KNO3, NaHCO3

- Dung môi: nước cất, etanol 98%, axeton; Giấy lọc băng vàng, giấy đo pH

Các hóa chất có độ tinh khiết PA

* Dụng cụ

- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt: 80 ml, 100 ml; lọ chịu nhiệt 30 ml

- Phễu thủy tinh, buret, bình định mức 50 ml, 100 ml, 1000 ml; pipet 5 ml, 10 ml, 20

ml

- Máy khuấy từ, máy lọc hút chân không, máy đo pH

- Tủ sấy, tủ lạnh, bình hút ẩm, lò nung, cân phân tích 4 số

2.1.2 Nghiên cứu sự tạo phức bằng phương pháp chuẩn độ đo pH

Chuẩn độ riêng rẽ 50 ml dung dịch phối tử L (L: lysine) bằng dung dịch KOH

1:2 đối với trường hợp Mn+ là: Cu2+, Zn2+, Mn2+ và 1:3 khi Mn+ là Fe3+, với nồng độ

trình bày ở bảng 3.1, bảng 3.2 và hình 3.1

2.1.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phức

*Ảnh hưởng của nhiệt độ

Sử dụng phương pháp phổ UV – Vis để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến

1:2 được thực hiện trong cùng một khoảng thời gian là 4 giờ ở các nhiệt độ khác nhau:

30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC và 90oC Đo phổ UV – Vis của các dung dịch sau phản ứng và so sánh với phổ UV – Vis của dung dịch Cu(Ac)2 ban đầu Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2 và 3.3

thời gian là 4 giờ ở các nhiệt độ khác nhau: 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC và

sát và giải thích hiện tượng xảy ra

* Ảnh hưởng của thời gian

Dùng phương pháp phổ UV – Vis để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá

mỗi 15 phút phản ứng (tổng thời gian phản ứng là 6,5 giờ) và so sánh với phổ UV –

* Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng

Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đến quá trình tổng hợp phức

HLys cùng được thực hiện trong 2 giờ, ở nhiệt độ 80oC theo các tỷ lệ: (2:1), (1:1), (1:1,5), (1:2), (1:2,5) và (1:3) Đo phổ UV – Vis của các dung dịch sau phản ứng và so

hiện ở hình 3.6

2.1.4 Tổng hợp phức chất

Phương trình tổng hợp như sau:

Cách tiến hành: cân một lượng chính xác m1 gam muối vô cơ

ion kim loại và m2 gam HLys tương đương với 10 mmol phối tử đối với trường hợp của Cu(II), Zn(II), Mn(II) hoặc 15 mmol với trường hợp của Fe(III), hòa tan bằng 50

khuấy, sử dụng dung dịch NaOH 2M để điều chỉnh pH của dung dịch phản ứng Phức chất rắn thu được đem rửa bằng axeton và tiến hành kết tinh lại bằng dung môi etanol nguyên chất, phức chất thu được đem sấy ở 70oC trong 24 giờ Quy trình tổng hợp được tóm tắt theo sơ đồ sau:

Môi trường mô phỏng dịch ruột (Krebs – Ringer Bicacbonat) KRB: để pha

Khảo sát độ bền của các phức chất trong môi trường mô phỏng dịch dạ dày Cân một lượng chính xác phức chất kim loại Hòa tan phức chất trong 10 ml dung dịch giả dịch dạ dày trên máy khuấy từ Ghi phổ UV – Vis của mẫu từ 0 – 3 giờ

để theo dõi độ hấp thụ và bước sóng có cường độ hấp thụ cực đại Kết quả khảo sát được chỉ ra trong hình 3.24

Khảo sát độ bền của các phức chất trong môi trường mô phỏng dịch ruột Hòa tan phức chất trong 10 ml mô phỏng dịch ruột trên máy khuấy từ để được

thụ và bước sóng có cường độ hấp thụ cực đại Kết quả được chỉ ra trong hình 3.25

2.2.1 Phương pháp chuẩn độ đo pH [10, 13]

* Cơ sở phương pháp chuẩn độ đo pH

Có nhiều phương pháp khác nhau để nghiên cứu sự tạo phức trong dung dịch như: phương pháp quang phổ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện thế, phương pháp đo độ tan… Trong luận văn này, phương pháp chuẩn độ đo pH được sử dụng để nghiên cứu sự tạo phức

Giả thiết M là ion tạo phức, HL là phối tử, khi có sự tạo phức giữa ion kim loại với phối tử có sự giải phóng ion H+:

của hệ Phối tử là axit yếu thường được chuẩn độ bằng dung dịch bazơ mạnh có mặt chất điện li trơ ở nồng độ thích hợp để duy trì lực ion Để điều chỉnh lực ion người ta

thường dùng các chất điện li trơ như KCl, KNO3, NaClO4 Lực ion được tính theo công thức sau:

Trong đó I là lực ion, còn Ci và Zi là nồng độ và điện tích của ion thứ i

Tiến hành chuẩn độ dung dịch phối tử khi không và có mặt ion Cu2+, Zn2+,

Mn2+, Fe3+ Xây dựng đường cong chuẩn độ biểu diễn sự phụ thuộc của pH vào số đương lượng bazơ kết hợp với một mol axit, từ đó dựa vào sự khác nhau của hai đường cong đó để kết luận về sự tạo phức trong dung dịch

* Phương pháp xác định hằng số bền của phức

Giả thiết phức chất tạo thành từng bậc như sau:

M + L ML; k1

ML + L ML2; k2 …

MLn-1 + L MLn; kn

trị của các hằng số bền từng bậc được xác định theo các công thức sau:

K1= [ ]

][ ] (1.1) Trong luận văn này, phương pháp Bjerrum được sử dụng để xác định hằng số bền của phức chất Theo Bjerrum, hằng số bền của phức tạo thành được xác định thông qua nồng độ của phối tử tự do

= [ ] (1.2)

của phối tử và kim loại trong dung dịch, là nồng độ phối tử tự do (hệ số trung bình các phối tử)

Theo (1.2) ta được:

Mỗi bước chuyển này được đặc trưng bằng giá trị bước sóng (năng lượng) và hệ

số tắt phân tử Ɛ Tuy nhiên bước sóng cực đại có thể bị ảnh hưởng bởi các hiệu ứng nhóm thể, hiệu ứng lập thể, dung môi

Thông thường các kim loại chuyển tiếp như Mn, Fe, Co, Ni, và Cu chứa obitan

d cho dải hấp thụ đặc trưng trong vùng khả kiến có đặc điểm là các dải hấp thụ thường rộng Đối với các phức của ion kim loại chuyển tiếp thì các phối tử cũng ảnh hưởng đến vị trí hấp thụ cực đại Trong luận văn này, phương pháp UV – Vis được sử dụng để

σ*

chứng minh có sự tạo phức xảy ra bằng cách so sánh phổ UV – Vis của dung dịch chứa ion kim loại ban đầu với phổ của phức chất tạo thành và xác định cấu trúc phân tử

Kết quả UV – Vis của các phức chất nghiên cứu được đo trên máy UV – Vis Agilent 8453 tại Bộ môn Hoá Vô cơ & Đại cương – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

2.2.3 Phương pháp phân tích nguyên tố

Để phân tích hàm lượng các nguyên tố trong phức chất, người ta thường sử dụng các phương pháp sau: phương pháp EDS [1], phương pháp phổ UV – Vis [4], phương pháp chuẩn độ Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi xác định hàm lượng kim loại trong phức chất tạo thành bằng phương pháp chuẩn độ [14]

chuẩn độ complexon:

- Zn2+ tạo phức bền với EDTA ở pH=10: Zn2+ + H2Y2-→ ZnY2- + 2H+ Chất chỉ thị ET – OO có màu xanh khi ở dạng tự do, có màu đỏ nho khi ở dạng phức Sát điểm tương đương EDTA phản ứng với phức ZnInd chuyển chúng trở lại ở dạng tự do:

(đỏ nho) (xanh)

ứng cạnh tranh ở điểm cuối

FeSSal+ + H2Y2-→ FeY- + H2SSal (đỏ tím) (vàng) (không màu)

- Xác định % Cu(II) trong phức chất CuLys2 bằng phương pháp iot – thiosunfat Cu2+ phản ứng với I- giải phóng I2 một cách định lượng Chuẩn độ lượng I2 giải phóng ra bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 và chất chỉ thị hồ tinh bột:

2 2 3 2+

hóa Mn2+ thành MnO4- bằng (NH4)2S2O8 có mặt AgNO3, sau đó chuẩn độ MnO4- bằng Fe2+

trong 1,5 giờ để chuyển hết về dạng oxit Hòa tan oxit bằng dung dịch HCl loãng, cô cạn trên bếp cách thủy ở 80oC để đuổi hết axit dư, dùng nước cất 2 lần để định mức đến thể tích nhất định, sau đó tiến hành chuẩn độ theo các phương pháp trên để xác định hàm lượng kim loại trong phức chất tương ứng Kết quả được trình bày trong bảng 3.4

2.2.4 Phương pháp phổ khối lượng [12]

Phương pháp phổ khối lượng có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu, xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ, vì thế phương pháp này thường được sử dụng trong các nghiên cứu về phức chất Dựa trên các số khối thu được trên phổ có thể xây dựng cấu trúc phân tử phức hoặc chứng minh sự đúng đắn của công thức cấu tạo dự kiến

Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các ion dương mảnh có số khối m/z (m là khối lượng, z là điện tích ion) Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận thu được phổ khối lượng của mẫu phân tích

Nguyên lý hoạt động của máy khối phổ: mẫu chất cần phân tích sẽ được chuyển thành trạng thái hơi, sau đó mới bắt đầu quá trình đo khối phổ Để đo được đặc tính của các phân tử cụ thể, máy khối phổ sẽ chuyển chúng thành các ion, từ đó có thể kiểm soát chuyển động của chúng bởi các điện từ trường bên ngoài Các ion rất dễ phản ứng

và không bền nên quá trình tạo ra và kiểm soát chúng phải được thực hiện trong môi trường chân không Ion sau khi được tạo thành sẽ được phân tách bằng cách gia tốc và tập trung chúng thành một dòng tia mà sau đó sẽ bị uốn cong bởi một từ trường ngoài Các ion sau đó sẽ được thu nhận bằng đầu dò điện tử và thông tin tạo ra sẽ được phân tích và lưu trữ trong một máy vi tính Quá trình hoạt động của máy khối phổ được mô

tả theo sơ đồ sau:

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình hoạt động của máy khối phổ

Phổ khối lượng của các phức chất nghiên cứu được ghi trên máy Agilent

LC/MS/MS-Xevo TQMS tại Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam

2.2.5 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại [6, 7, 12]

Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý hiện đại cho nhiều thông tin quan trọng về thành phần và cấu tạo của phức chất

Khi so sánh phổ của phức chất với phổ của các phối tử tự do ta thu được thông tin về sự tạo phức giữa phối tử và ion trung tâm như kiểu liên kết, độ bền liên kết, mức

độ liên kết, dung lượng phối trí của phối tử…Những biến đổi trong phổ hồng ngoại do phối tử đi vào cầu phối trí của phức chất thường được xét khi nghiên cứu kiểu liên kết kim loại - phối tử Nguyên tắc chung là so sánh phổ của phức chất nghiên cứu (tạo bởi ion kim loại M và phối tử L) với phổ của những hợp chất khác chứa phối tử L có kiểu liên kết đã biết

Trong phổ của các axit cacboxylic và muối của chúng, đặc trưng của nhóm –

1570 – 1590 cm-1 (νC-O) và vùng 1400 – 1420 cm-1 (νC-O) Các phân tử amino axit

nằm trong khoảng 1600 – 1630 cm-1, còn νC-O nằmtrong khoảng 1400 – 1415 cm-1 Nhóm – COOH phối trí có các dải dao động hóa trị bất đối xứng (νC=O) dịch chuyển về vùng có số sóng thấp hơn

Các dải dao động hóa trị của các liên kết N – H (νN-H) trong phổ của các amin

có tần số thấp hơn trong phổ của amin tự do tương ứng Các giá trị này được sử dụng

để xác định đặc tính của các liên kết M – N trong các phức chất amin (M là kim loại

của natri hoặc kali với các phối tử để đánh giá độ bền của liên kết M – N, sự chuyển dịch này càng lớn thì liên kết càng bền

1615 cm-1 (δOH)

Các liên kết M – O và M – N: việc nghiên cứu phổ hồng ngoại của các liên kết

M – O và M – N cho ta thông tin trực tiếp về đặc tính của liên kết kim loại - phối tử Nhưng hiện nay chưa đủ tính xác định khi quy gán các dải M – O và M – N Thông

Do sự hấp thụ của nhóm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nước kết tinh và

mà còn chịu ảnh hưởng của liên kết hyđro giữa nhóm C=O với nhóm – NH2 của phân

việc quy gán các dải hấp thụ cho các dao động xác định nhiều khi không thống nhất trong phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của các phức chất được ghi trên máy Nicolet của hãng Thermo –

Mỹ, đặt tại phòng thí nghiệm Hóa Dầu, Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Đại Học Bách khoa

Hà Nội Mẫu được ép viên rắn với KBr

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ NMR) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo

Cả hai phương pháp phổ 13C tương tác 1H và xóa tương tác 1H đều cho các

1

H cho nhiều nhóm đỉnh do sự khác nhau về số proton trong các nhóm CH, CH2 và CH3, cường độ của nhiều đỉnh quá nhỏ lẫn với cả nhiễu của máy, do đó việc giải phổ

Để khẳng định chính xác hơn về sự tạo phức, vị trí của các liên kết mới và cấu

loại – lysine) với phổ 13C xóa tương tác 1H của lysine Xem xét độ dịch chuyển hóa học của các nhóm C-N, C=O, C-C để chứng minh có xảy ra sự tạo phức

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR của các phức chất được đo trên máy Avance

500, tần số 500 MHz tại Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam

2.2.7 Phương pháp phân tích nhiệt [7]

Phương pháp phân tích nhiệt là tổ hợp của các phương pháp xác định nhiệt chuyển pha và những đặc điểm khác về nhiệt của các hợp chất riêng lẻ hoặc của hệ gồm nhiều chất tương tác Đây là phương pháp thuận lợi để nghiên cứu phức chất Dựa vào hiệu ứng nhiệt có thể nghiên cứu những quá trình biến đổi hoá lý phát sinh ra khi đun nóng hoặc làm nguội chất, ví dụ sự phá vỡ mạng tinh thể, sự chuyển pha, sự biến đổi đa hình, sự tạo thành và nóng chảy các dung dịch rắn, các tương tác hoá học…

Có rất nhiều phương pháp phân tích nhiệt khác nhau nhưng trong đề tài nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) để nghiên cứu cấu trúc của phức chất

Đường DTA chỉ sự biến đổi nhiệt độ của mẫu nghiên cứu so với mẫu chuẩn trong lò Nhờ đường DTA ta biết được khi nào có hiệu ứng thu nhiệt (cực tiểu trên đường cong) và khi nào có hiệu ứng phát nhiệt (cực đại trên đường cong) còn từ đường TGA ta có thể suy đoán được thành phần của chất khi xảy ra hiệu ứng nhiệt Vì vậy, kết hợp các dữ liệu thu được từ 2 đường TGA và DTA cho phép thu được những dữ kiện liên quan đến tính chất của phức rắn như:

- Có thể suy luận về thành phần của phức chất

- Xác định độ bền nhiệt của phức chất và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của nó

- Xác định được các phức chất có chứa nước hay không chứa nước Phức có chứa nước, hiệu ứng mất nước thường là thu nhiệt Nhiệt độ của hiệu ứng mất nước kết tinh thấp hơn nhiệt độ của hiệu ứng mất nước phối trí

- Sự thay đổi số phối trí và trạng thái hóa trị của ion trung tâm và nhiều dữ kiện khác

Giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất được ghi trên máy Shimadzu DTG – 60H tại Đại học Sư Phạm Hà Nội, tốc độ gia nhiệt 10oC/phút, nhiệt độ từ 30oC đến

800oC trong khí N2

2.2.8 Phương pháp mô phỏng Gaussian [3]

Phần mềm Gaussian tính toán dựa trên nhiều mô hình lý thuyết khác nhau, thường được gọi là mô hình hóa học Mô hình hoá học này được đặc trưng bởi phương pháp lý thuyết và hệ hàm cơ sở

* Phương pháp lý thuyết

Bộ phần mềm Gaussian chứa một hệ thống từ thấp đến cao các thủ tục tính toán tương ứng với các phương pháp gần đúng khác nhau, còn được gọi là mức lý thuyết Một số phương pháp thường được sử dụng: phương pháp trường tự hợp Hartree – Fock (HF), phương pháp lý thuyết hàm mật độ 3 thông số loại Becke (B3LYP), phương pháp lý thuyết nhiễu loạn Moller – Plesset bậc 2 (MP2), phương pháp lý thuyết nhiễu loạn Moller – Plesset bậc 4 (MP4)….Trong đề tài nghiên cứu này, sử dụng phương pháp trường tự hợp Hartree – Fock (HF) do thời gian tính toán hợp lý và độ chính xác chấp nhận được

* Hệ hàm cơ sở

Hệ hàm cơ sở là sự biểu diễn toán học của các vân đạo phân tử Một hệ hàm cơ

sở có thể được xem như là sự giới hạn từng điện tử vào một vùng không gian riêng biệt Hệ hàm cơ sở càng lớn thì các điện tử càng ít bị giới hạn về vị trí không gian và

do đó, các vân đạo phân tử được mô tả càng chính xác

Dùng phương pháp Gaussian trong để mô phỏng cấu trúc của các phức chất tạo thành, thu được các thông tin về: vị trí, độ dài liên kết, năng lượng liên kết, góc liên kết, góc liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử