Nghiên cứu quy trình tổng hợp và khảo sát một số đặc trưng của vật liệu phức hợp sắt polymaltose (IPC) từ muối sắt Fe2(SO4)3 7h2o

Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tr-êng đại học s- phạm hà nội Khoa hóa học ==== ==== Nguyễn thị dung Nghiên cứu quy trình tổng hợp khảo sát số đặc tr-ng vật liệu phức hợp sắt polymaltose (ipc) từ muối sắt fe2(SO4)3 7H2O Khóa luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa Vô Ng-ời h-ớng dẫn khoa học Th.S Nguyễn thị hạnh Hà Nội - 2013 Nguyn Th Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ths Nguyễn Thị Hạnh, người giành nhiều thời gian quý báu để tận tình hướng dẫn, bảo cho tơi suốt q trình học tập Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đào Quốc Hương, TS Vũ Duy Hiển, TS Phan Thị Ngọc Bích, KS Phạm Văn Lâm KS Quản Thị Thu Trang tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tìm tịi, học hỏi, tham gia nghiên cứu, đồng thời góp nhiều ý kiến quý báu giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Quang, toàn thể thầy giáo khoa Hóa học - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực tập Viện Hóa Học - Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam Cuối cùng, xin cảm ơn anh, chị, bạn thực tập, nghiên cứu phịng hóa Vơ giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình thực tập Hà Nội, tháng 5, năm 2013 Sinh viên Nguyễn Thị Dung Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Thiếu máu thiếu sắt 1.1.1 Vai trò sắt với sống 1.1.2 Nhu cầu chất sắt thể người 1.1.3 Nguyên nhân gây thiếu sắt 1.1.4 Hậu thiếu sắt 1.1.5 Một số loại hợp chất chứa sắt dùng điều trị thiếu máu thiếu sắt………… 1.2 Giới thiệu chung muối sắt (III) sunfat: Fe2(SO4)3.7H2O 1.2.1 Tính chất muối sắt (III) sunfat: Fe2(SO4)3.7H2O 1.2.2 Ứng dụng muối sắt (III) sunfat: 1.2.3 Các phương pháp điều chế 10 1.3 Polymaltose 11 1.4 Cấu trúc đặc trưng phức chất sắt - polymaltose 13 1.4.1 Giới thiệu chung phức chất sắt - polymaltose 13 1.4.2 Cấu trúc 14 1.4.3 Các đặc trưng phức hợp sắt – polymaltose 15 1.4.4 Phương pháp tổng hợp phức IPC 16 1.5 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 16 1.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3, 4] 16 1.5.2 Phổ hồng ngoại FT- IR [3, 4] 19 1.5.3 Phương pháp hiển vi điện tử quyét 21 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 1.1 Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ thiết bị 22 1.1.1 Hóa chất 22 Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.1.2 Dụng cụ 22 1.1.3 Thiết bị 22 1.2 Chế tạo phức chất sắt - polymaltose 23 2.2.1 Thực nghiệm 23 2.3 Xác định đặc trưng sản phẩm 25 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Độ dẫn điện, pH phức IPC 26 3.2 Khảo sát ảnh hưởng pH 27 3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 34 3.4 Khảo sát ảnh hưởng dung mơi q trình rửa 35 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT IPC (Iron Polymaltose Complex): Phức sắt-polymaltose XRD: Phổ nhiễu xạ tia X FT-IR: Phổ hồng ngoại M3: Mẫu phức IPC kết tinh metanol 250C M4: Mẫu phức IPC kết tinh etanol 700C M5: Mẫu phức IPC kết tinh etanol 250C M6: Mẫu phức IPC kết tinh metanol 700C Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Giá trị pH độ dẫn điện số dung dịch phức IPC 26 Bảng 2: Giá trị pH độ dẫn điện số dung dịch muối sắt 26 Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Dạng tồn sắt hemoglobin Hình 2: Cơng thức cấu tạo polymaltose 12 Hình 3: Polymaltose 12 Hình 4: Một số dược phẩm điều trị thiếu máu thiếu sắt 13 có thành phần phức sắt - cacbohydrat 13 Hình 5: Mơ hình giả định phức sắt-cacbohydrat 15 Hình 6: Máy đo nhiễu xạ tia X 17 Hình 8: Dung dịch phức IPC sau hòa tan 27 Hình 9: Phổ hồng ngoại FT- IR polymaltose 28 Hình 10: Phổ hồng ngoại FT- IR phức IPC pH (250C) 28 Hình 11: Phổ hồng ngoại FT- IR phức IPC pH 10 (250C) 29 Hình 12: Phổ hồng ngoại FT- IR phức IPC pH 11 (250C) 29 Hình 13: Giản đồ XRD polymaltose ban đầu 30 Hình 14: Giản đồ XRD mẫu IPC pH (250C) 31 Hình 15: Giản đồ XRD mẫu IPC pH (250C) 31 Hình 16: Giản đồ XRD mẫu IPC pH (250C) 32 Hình 17: Giản đồ XRD mẫu IPC pH 10 (250C) 32 Hình 18: Giản đồ XRD mẫu IPC pH 11 (250C) 33 Hình 19: Giản đồ XRD phức IPC 500C (pH=11) 34 Hình 20: Giản đồ XRD phức IPC 700C (pH=11) 35 Hình 21: Phổ FT- IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa metanol 250C 36 Hình 22: Phổ FT- IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa metanol 700C 36 Hình 23: Phổ FT-IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa etanol 700C 37 Hình 24: Phổ FT-IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa etanol 250C 37 Hình 25: Ảnh SEM mẫu polymaltose phức IPC 39 Hình26: Phổ hấp thụ electron mẫu IPC M3 (1), M4 (2), M5(3), M6(4) Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thiếu máu thiếu sắt hội chứng thiếu máu thường gặp Thiếu máu khiến thể mệt mỏi, giảm khả lao động, suy giảm khả phát triển thể chất tư Người ta nhận thấy hầu hết trường hợp thiếu máu thiếu sắt điều trị hiệu cách bổ sung sắt hàng ngày dạng thuốc thực phẩm giàu sắt Nhiều loại thuốc chứa sắt điều trị thiếu máu sản xuất giới bao gồm sắt vô hữu với sắt hóa trị (II) (III) Với liều lượng cao, sắt tồn trạng thái ion dễ gây hiệu ứng phụ có hại rối loạn đường ruột, ngộ độc sắt, biến màu men Các ion sắt sinh từ muối sắt thâm nhập vào hệ tuần hoàn gây ngộ độc sắt Nhược điểm khắc phục cách ổn định nhân sắt oxi –hidroxit, FeOOH không ion kích thước nano tác nhân tạo phức tan nước Thuộc nhóm cacbohydrat, polymaltose có khả phản ứng với sắt tạo phức sắt tan nước đáp ứng nhu cầu chữa bệnh gồm độc tính thấp, dễ kết hợp với máu có độ ổn định cao Với loại thuốc chứa sắt sử dụng đường tiêm truyền, việc lựa chọn loại polysaccarit tạo dung dịch thuốc đẳng trương có độ nhớt thấp Phức chất sắt polymaltose sử dụng làm thuốc chống thiếu máu dạng viên nén dạng dung dịch, ghi nhận hiệu việc tăng nồng độ haemoglobin máu mà chưa có trường hợp sốc phản vệ xảy Hiện thị trường Việt Nam, loại thuốc chống thiếu máu sắt hàng nhập Từ thực tế trên, việc nghiên cứu tổng hợp loại hợp chất thích hợp có khả dùng làm nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu phục vụ nhu cầu nước vấn đề mang tính thực tiễn cao Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Việc ứng dụng phức sắt làm thuốc chống thiếu máu sắt biết đến từ lâu kết nghiên cứu hình dạng, cấu trúc phức cịn chưa cơng bố nhiều Trong đó, nhu cầu sử dụng IPC làm thực phẩm chức bổ sung sắt nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu thiếu sắt cho trẻ em, người già, phụ nữ nói chung phụ nữ mang thai nói riêng lớn Năm 2009, Phịng Hóa Vơ cơ, Viện Hóa Học thực đề tài cấp sở “Nghiên cứu tổng hợp phức hợp sắt - polymaltose (IPC) định hướng dùng làm thực phẩm chức nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu ”.Trên sở kết đạt , với mục tiêu tạo sản phẩm IPC có tính ứng dụng cao, tơi chọn đề tài : “Nghiên cứu quy trình tổng hợp khảo sát số đặc trưng vật liệu phức hợp sắt- polymaltose (IPC) từ muối sắt Fe2(SO4)3.7H2O” Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu phức IPC đạt chuẩn dược phẩm hướng đến quy mô sản xuất đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu cho thực phẩm chức bổ sung sắt thuốc chống thiếu máu Trong báo cáo này, chúng tơi tập trung trình bày kết nghiên cứu quy trình thích hợp điều chế phức sắt polymaltose nghiên cứu đặc trưng sản phẩm gồm trạng thái tồn sắt phức IPC ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm đến đặc trưng phức IPC : - Nghiên cứu quy trình chế tạo vật liệu IPC từ muối sắt Fe2(SO4)3.7H2O - Xác định thành phần nồng độ chất phản ứng để tạo thành phức IPC với tỉ lệ nhân sắt ß- FeOOH vỏ polymaltose thích hợp - Xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hình thành chất lượng phức IPC Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp - Xác định ảnh hưởng độ pH đến trình hình thành chất lượng phức IPC Ý nghĩa thực tiễn đề tài Góp phần tạo loại vật liệu, định hướng ứng dụng việc dùng làm thực phẩm chức nguyên liệu bào chế thuốc chống thiếu máu thiếu sắt Nguyễn Thị Dung K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nhận xét: Phổ FT- IR cuả nguyên liệu đầu sản phẩm thể dải hấp thụ mạnh rộng với cực đại hấp thụ nằm khoảng 3400 - 3300 cm-1 gán cho dao động υ(OH) FeOOH υ(OH) H2O Sự dịch chuyển dải 1650 cm-1 1449 cm-1 cuả polymaltose phía sóng dài 1654 cm-1 1469 cm-1 phức IPC (pH =11) tăng mạnh cường độ dải khẳng định có liên kết hạt keo FeOOH với oxy nhóm CH2 -OH polymaltose Trong vùng bước sóng 700 cm-1, cường độ hấp thụ biến đổi đáng kể Sự tăng mạnh hấp thụ phổ IPC so với phổ polymaltose vùng gán cho dao động ɣ(OH) ß- FeOOH b Giản đồ XRD Giản đồ XRD nguyên liệu đầu polymaltose phức IPC tổng hợp nhiệt độ 250C, pH 7, 8, 9, 10, 11 Hình 13: Giản đồ XRD polymaltose ban đầu Nguyễn Thị Dung 30 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 14: Giản đồ XRD mẫu IPC pH (250C) Hình 15: Giản đồ XRD mẫu IPC pH (250C) Nguyễn Thị Dung 31 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 16: Giản đồ XRD mẫu IPC pH (250C) Hình 17: Giản đồ XRD mẫu IPC pH 10 (250C) Nguyễn Thị Dung 32 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 18: Giản đồ XRD mẫu IPC pH 11 (250C) Nhận xét: Trên giản đồ XRD mẫu tổng hợp 250C xuất vạch nhiễu xạ đặc trưng Na2SO4 khơng thấy có mặt ankaganite Mẫu pH 11 ta thấy có xuất vạch nhiễu xạ iron oxide hydroxide FeO(OH) khoảng từ 35 đến 480 cường độ mạnh góc quay 2 = 42 đến 430 47 đến 47,50 Điều chứng tỏ pH có ảnh hưởng đến việc hình thành nhân sắt polymaltose c Kết luận Từ ảnh phổ FT-IR giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu phức IPC tổng hợp nhiệt độ 250C có xuất iron oxide hydroxide FeO(OH) pH =11 thuận lợi cho hình thành nhân sắt ankaganite Nguyễn Thị Dung 33 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Từ trình khảo sát ảnh hưởng pH ta nhận thấy điều kiện Ph=11 có khả hình thành nhân sắt ankaganite Ta tổng hợp mẫu pH =11 thay đổi nhiệt độ Giản đồ XRD: Hình 19: Giản đồ XRD phức IPC 500C (pH=11) Nguyễn Thị Dung 34 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 20: Giản đồ XRD phức IPC 700C (pH=11) Nhận xét: Ở pH =11 có xuất vạch nhiễu xạ vị trí góc 2ϴ = 35,180, 46,40 (500C) góc 2 = 21,20, 26,60 (700C) Các vạch khớp với vị trí pic sắt (III) oxi- hydroxit akaganeit ß- FeOOH tham chiếu theo JCPDS Điều chứng tỏ nhiệt độ có ảnh hưởng đến việc hình thành nhân sắt akaganeit ß- FeOOH 3.4 Khảo sát ảnh hưởng dung mơi q trình rửa a/ ảnh phổ FT-IR XRD Dưới ảnh phổ hồng ngoại FT-IR ảnh XRD mẫu M3, M5 kết tủa metanol mẫu M4, M6 kết tủa etanol nhiệt độ 250C 700C Sau kết tủa ta đem rửa sản phẩm nhiều lần để hòa tan phần muối tan Nguyễn Thị Dung 35 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.14: Phổ FT-IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa metanol 250C Hình 21: Phổ FT- IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa metanol 250C Hình 22: Phổ FT- IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa metanol 700C Nguyễn Thị Dung 36 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Hình 23: Phổ FT-IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa etanol 700C Hình 24: Phổ FT-IR (trái) XRD (phải) phức IPC kết tủa etanol 250C Nguyễn Thị Dung 37 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nhận xét: Trên giản đồ XRD không thấy dạng tồn tinh thể FeOOH Fe2O3 Phổ FT-IR mẫu thể dải hấp thụ rộng với cực đại hấp thụ nằm khoảng 3500-3400 cm-1, dải hấp thụ vùng gán cho dao động υ(OH) FeOOH oligosaccarit Trong vùng bước sóng 688 cm-1, cường độ hấp thụ đáng kể Cường độ hấp thụ mạnh vùng 784-688 cm-1 phổ IPC so với phổ polymaltose dao động ɣ(OH) ß-FeOOH b Ảnh SEM Kết chụp ảnh SEM (hình 25c, d) cho thấy mẫu IPC có kích thước hạt trung bình khoảng 0,1-0,2 μm So với nguyên liệu đầu polymaltose (hình 25a), hạt IPC có kích thước nhỏ hơn, đồng có hình cầu trịn Ảnh SEM mẫu polymaltose kết tinh lại etanol (hình 25b) thể thay đổi hình dạng tương tự phức IPC Ảnh SEM mẫu IPC kết tinh lại etanol có hạt đồng kích thước hạt lớn hạt IPC kết tinh lại metanol, ta quan sát thấy điểm sáng nhân sắt hình 25c, d Nguyễn Thị Dung 38 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội a) Polymaltose nguyên liệu c) Phức IPC kết tinh etanol Khóa luận tốt nghiệp b) Polymaltose kết tinh lại etanol d) Phức IPC kết tinh metanol Hình 25: Ảnh SEM mẫu polymaltose phức IPC c) Phổ hấp thụ electron Hình dạng phổ hấp thụ electron (hình 26) dung dịch phức IPC nồng độ 2gFe/L cho thấy dải hấp thụ yếu vùng bước sóng 630 - 640 nm dải hấp thụ mạnh bước sóng khoảng 440 nm Theo [13], dải 470 - 500 nm gán cho chuyển dịch điện tử obitan d phức sắt (III) trạng thái spin cao dải hấp thụ 370 nm gán cho dịch chuyển điện tử ôxi với kim loại có tạo phức vịng sắt với oxy Trên đường phổ này, không thấy dấu hiệu tồn sắt (III) spin thấp với dải hấp thụ mạnh 440 nm Nguyễn Thị Dung 39 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Sự tăng mạnh độ hấp thụ phổ IPC so với phổ polymaltose vùng gán cho dao động γ(OH) β-FeOOH Như vậy, kết phân tích phổ FT-IR giống với kết phân tích phổ hấp thụ electron nhiễu xạ tia X Hình26: Phổ hấp thụ electron mẫu IPC M3 (1), M4 (2), M5(3), M6(4) Nguyễn Thị Dung 40 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau trình tiến hành thực nghiệm phịng Hóa vơ - Viện Hóa học (Viện KH&CN Việt Nam), với đề tài: “Nghiên cứu quy trình tổng hợp khảo sát số đặc trưng vật liệu phức sắt- polymaltose (IPC) từ muối sắt Fe2(SO4)3.7H2O” thu kết sau: Đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp phức IPC từ nguyên liệu Fe2(SO4)3 maltodextrin với chất tạo môi trường kiềm NaOH Sản phẩm phức chất IPC thu theo quy trình chất rắn màu nâu đỏ đến nâu đen, tan nước, không tan cồn số dung môi hữu khác Dung dịch nước phức IPC có màu nâu đỏ, có độ dẫn điện thấp Đã tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp phức IPC từ Fe2(SO4)3 Cụ thể là: nhiệt độ phản ứng 25, 50 70oC; môi trường phản ứng có độ pH 7, 8, 9, 10 11 Nhiệt độ pH có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất phức thành phẩm: nhiệt độ cao 700C pH=11 có xuất tinh thể FeOOH Đã khảo sát ảnh hưởng dung môi hữu gồm etanol methanol đến trình kết tủa Kết cho thấy phức thu từ trình kết tủa etanol có độ hịa tan tốt kết tủa metanol Phương pháp XRD cho thấy sắt phức IPC tổng hợp từ Fe2(SO4)3 tồn trạng thái -FeOOH vơ định hình Chưa xác định điều kiện phản ứng tốt để thu pha -FeOOH cách ổn định Nguyễn Thị Dung 41 K35C - Hóa Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Trương Thị Minh Hạnh Nghiên cứu sản xuất maltodextrin có DE