Tổng hợp bazơ schiff ethylendiiminobis (acetylaceton) và phức chất của nó với Cu(II) và Ni(II)

Số lớn công trình nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp bazơSchiff và phức chất với các ion kim loại chuyển tiếp, nghiên cứu cấu tạo củaphức chất bằng các phương pháp khác nhau và khảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BÙI THỊ HỒNG NHUNG

TỔNG HỢP BAZƠ SCHIFF ETHYLENDIIMINOBIS(ACETYLACETON) VÀ PHỨC

CHẤT CỦA NÓ VỚI Cu(II) VÀ Ni(II)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGHỆ AN – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BÙI THỊ HỒNG NHUNG

TỔNG HỢP BAZƠ SCHIFF ETHYLENDIIMINOBIS(ACETYLACETON) VÀ PHỨC

CHẤT CỦA NÓ VỚI Cu(II) VÀ Ni(II)

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌCChuyên ngành: HOÁ HỮU CƠ

Mã số: 60.44.01.14

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Nguyễn Hoa Du

NGHỆ AN - 2015

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Hoàng Văn Lựu đã dành cho tôi sự giúp đỡ và động viên rất quý báu, PGS.TS Phan Thị Hồng Tuyết đã có nhiều góp ý cho luận văn, NCS Nguyễn Ngọc Tuấn đã giúp tôi trong quá trình thực nghiệm và thực hiện các phép đo phổ, các thầy cô giáo Khoa Hóa học đã tận tình chỉ dạy, đóng góp ý kiến và các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Qua đây tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Hóa học, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Vinh, Ban Giám Hiệu và các bạn đồng nghiệp trường THCS Lê Mao đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn những người thân yêu trong gia đình, bạn bè cùng với các đồng nghiệp, các anh chị nghiên cứu sinh đã nhiệt tình giúp đỡ, cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua để tôi hoàn thành tốt luận văn.

Nghệ An, tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn

MỤC LỤC

Trang

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

HR-ESI-MS : Phổ khối lượng phun mù electron phân giải cao

UV-Vis : Phương pháp phổ hấp thụ electron

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 1.1: Phản ứng tổng hợp bazơ Schiff tetradentat……….13

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Số liệu phổ 1H-NMR của phối tử 47Bảng 3.2 Số liệu phổ 1H-NMR của phức chất NiL 50Bảng 3.3 Các dải hấp thụ đặc trưng của phối tử 52Bảng 3.4 Các dải hấp thụ đặc trưng của phức chất đồng(II) 53Bảng 3.5 Các dải hấp thụ đặc trưng của phức chất Niken(II) 54Bảng 3.6 Số liệu phổ UV-Vis của phức chất CuL 58Bảng 3.7 Số liệu phổ UV-Vis của phức chất NiL 59

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài:

Nghiên cứu các bazơ Schiff và phức chất của chúng với các kim loại chuyểntiếp đang là lĩnh vực thu hút nhiều nhà hoá học, dược học, sinh – y học trong vàngoài nước Số lớn công trình nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp bazơSchiff và phức chất với các ion kim loại chuyển tiếp, nghiên cứu cấu tạo củaphức chất bằng các phương pháp khác nhau và khảo sát các tính chất hóa, lý vàsinh học của chúng Các đề tài trong lĩnh vực này rất phong phú bởi sự đa dạng

về thành phần, cấu tạo, kiểu phản ứng và khả năng ứng dụng của phối tử bazơSchiff

Phối tử bazơ Schiff được quan tâm đặc biệt vì tính chất hỗn hợp cứng –mềm, có khả năng tạo phức cao, cùng với dược tính của nó như tính kháng nấm,kháng khuẩn… Phức chất của nó với kim loại chuyển tiếp được đặc biệt chú ý vìmột phần hoạt động của nó giống như mô hình protein thiên nhiên như cácenzym… Số lớn các phức của chúng có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn cũngnhư ức chế tế bào ung thư Trong nhiều trường hợp khả năng này thể hiện ởphức chất kim loại mạnh hơn phối tử tự do, trong số đó có các phức chất của Cu(II), Ni(II)

Để đóng góp một phần nhỏ vào lĩnh vực này, tôi đã chọn đề tài: “Tổng hợp bazơ Schiff ethylendiiminobis(acetylaceton) và phức chất của nó với Cu(II), Ni(II)”

1.2 Mục đích nghiên cứu:

Mục đích của nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ về quy trình tổng hợp, khảnăng tạo phức của bazơ Schiff với ion kim loại chuyển tiếp Cu(II), Ni(II) trongdung môi metanol

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Để đạt được các mục tiêu trên, ta cần thực hiện các nhiệm vụ cụ thể sau:

- Tổng quan tài liệu về nội dung nghiên cứu

Tổng hợp phối tử ethylendiiminobis(acetylaceton) (hay (4E,4'E) 4,4' (1,2 - ethanediyldinitrilo)di(2 - pentanon)

Xác định thành phần, cấu trúc của phối tử và phức chất bằng các phươngpháp: phổ hồng ngoại, phổ khối lượng phân giải cao, phổ hấp thụ electron, phổcộng hưởng từ hạt nhân

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Với mục tiêu và nhiệm vụ nêu trên thì đối tượng nghiên cứu là phối tửbazơ Schiff tetradentat và phức chất của nó với Cu(II),Ni (II)

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Luận văn nghiên cứu phương pháp tổng hợp phối tử bazơ Schifftetradentat và phức chất của nó với Cu(II), Ni(II), đồng thời xác định cấu trúccủa chúng

1.5 Phương pháp nghiên cứu

thuộc trường ĐH KHTN, ĐHQG thành phố Hồ Chí Minh, Viện Hoá học - ViệnKhoa học và Công nghệ Việt Nam.

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Phối tử bazơ Schiff

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và phương pháp tổng hợp phối tử bazơ Schiff

Bazo Schiff được điều chế bằng phản ứng ngưng tụ amin bậc một vớiandehyt/xeton

Giai đoạn dehydrat hóa carbinolamine là giai đoạn quyết định tốc độ phảnứng điều chế bazơ Schiff vì vậy giai đoạn này được xúc tác bởi axit, nhưng nồng

độ axit không được cao quá vì amin là hợp chất có tính bazơ cho nên nếu amin

bị proton hóa sẽ không có tính chất nucleophin và cân bằng dịch chuyển về bêntrái Thường phản ứng tổng hợp bazơ Schiff được tiến hành ở môi trường axityếu từ 4-5

Các bazơ Schiff chứa các nhóm thế aryl thường bền hơn và dễ tổng hợphơn do sự liên hợp hiệu quả, còn các bazơ Schiff chứa các nhóm thế ankylthường kém bền Bazơ Schiff của andehyt béo kém bền và dễ polime hóa Nóichung andehyt phản ứng ngưng tụ tạo thành bazơ Schiff nhanh hơn so với xeton

vì trung tâm phản ứng của andehyt ít cản trở không gian hơn so với xeton, mặtkhác nhóm ankyl thứ hai của xeton đẩy electron làm cho xeton có tínhelectrophin kém hơn andehyt

Ví dụ phản ứng tổng hợp một bazơ Schiff như sau: người ta lấy 1g diamindiphenylete (1) cho tác dụng với 1,52g o-vanilin (2) thu được tetradentatSchiff bazơ có độ tinh khiết cao (3), theo sơ đồ phản ứng sau:

4,4-H2N

O

NH2

OCH3OH CHO

2

- 2H2O

O

N N

OCH3

OCH3

Hình 1.1: Phản ứng tổng hợp bazơ Schiff tetradentat

Phối tử bazơ Schiff được phân loại theo số lượng nguyên tử chứa cácnguyên tử cho điện tử và được gọi là bi-, tri-, tetra- hoặc multi-dentat [9] có khảnăng tạo thành các phức rất bền với các kim loại chuyển tiếp Bazơ Schiff khi có

nhóm chức thường là nhóm –OH gần nhóm azomethine –C=N- mới có khảnăng phản ứng như phối tử phối trí với ion kim loại tạo thành vòng 5 hoặc 6cạnh

Hình 1.2: Các bazơ Schiff mono-, bi-, tri-, tetradentat

(nhóm R có thể giống hoặc khác nhau)

Các phối tử bazơ Schiff và phức chất kim loại của chúng đóng vai tròquan trọng như chất xúc tác trong nhiều hệ thống sinh học, polyme, thuốcnhuộm và trong lĩnh vực y dược [14, 34] bởi trong các phản ứng hữu cơ được sửdụng thực tế thì các bazơ Schiff mang một đặc tính tuyệt vời, có cấu trúc tương

đương với các chất sinh học tự nhiên, các bước điều chế không quá phức tạp và

có thể điều chỉnh theo hướng mong muốn

Vì các tính chất đặc biệt của nhóm C=N, bazơ Schiff thường là các tácnhân chelat rất tốt, đặc biệt là khi phối tử có chứa một hay nhiều nhóm chức cókhả năng cho electron tốt như -OH hoặc -SH ở gần nhóm azometin hoặc imin đểtạo thành một vòng năm hoặc sáu cạnh tạo các liên kết phối trí với các ion kimloại Tính linh hoạt của phối tử bazơ Schiff và hợp chất phức của chúng với cáckim loại chuyển tiếp làm cho chúng có rất nhiều ứng dụng trong sinh học, phântích và công nghiệp

1.1.2 Tính chất của bazơ Schiff

Khi các vị trí cho của phối tử chiếm hai hoặc nhiều vị trí phối hợp trongcùng một ion kim loại trung tâm, phức chất của chúng sẽ là một vòng khép kínđược hình thành, được gọi là phức chelat Tính chất của các phối tử phụ thuộcvào loại andehit hoặc xeton sử dụng và amin bậc 1 hoặc diamin sử dụng [12]

Có nhiều lý do, các bazơ Schiff này là các phối tử thuận tiện để tổng hợpphức chất

Thứ nhất, các hiệu ứng về không gian và electron xung quanh ion kimloại có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn thích hợp các nhóm thế hoặcnhóm cho cồng kềnh vào bazơ Schiff

Thứ hai, hai nguyên tử cho N và O của các bazơ Schiff chelat gây ra haihiệu ứng electron trái dấu: oxy là một bazơ cứng và ổn định cho trạng thái ôxihóa cao ở các nguyên tử kim loại, trong khi đó nitơ imin có tính bazơ mềm hơn,

là một nhóm cho định xứ và ổn định cho trạng thái ôxi hóa thấp của các ion kimloại

Thứ ba, bazơ Schiff được tổng hợp với hiệu suất cao khi ngưng tụ andehitvới amin Trong khi các phối tử cho lưu huỳnh là các bazơ mềm, thích kết hợp vớicác ion kim loại chuyển tiếp ở trạng thái ôxi hóa thấp, nhóm cho ONS của bazơSchiff có thể có hiện tượng cộng sinh Sự có mặt của nguyên tử lưu huỳnh mềm

làm giảm độ cứng của các nguyên tử oxy Vì vậy, phối tử có thể tạo thành số lượnglớn các phức chất đa dạng về cấu trúc [11].

Các nhóm có nitơ được cho là có tính cho electron tốt hơn do trênnguyên tử N còn một cặp electron chưa tham gia liên kết nên N là một trung tâmbazơ Lewis Liên hợp n-π có ảnh hưởng nhất định đến tính chất bazơ của cáchợp chất bazơ Schiff Ngoài ra, các nhóm thế xung quanh liên kết đôi CH=Ncũng ảnh hưởng rõ rệt đến tính bazơ này vì liên kết đôi tạo hiệu ứng electron đến

N mạnh hơn [15,20]

Tính bazơ trong những bazơ Schiff có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành

và độ bền của phức chất Những nhóm -OH hoặc-SH có mặt trong các bazơSchiff có thể gây ra hiện tượng hỗ biến (tautome) trong các hợp chất, dẫn đếntạo ra các phức chất với các cấu trúc khác nhau Một số lượng lớn các hợp chấtphức của salen có hiện tượng đồng phân tautome xeto-enol

Hình 1.3: Đồng phân tautome trong dẫn xuất của salicylandehit

Tóm lại hóa học các bazơ Schiff được coi là một phần quan trọng trong sựphát triển của hóa học phối trí Phức chất của bazơ Schiff với các kim loại đãđược nghiên cứu rộng rãi bởi vì tính chất hóa – lý hấp dẫn của chúng được ứngdụng trong nhiều lĩnh vực khoa học Chúng đóng một vai trò quan trọng trong cảlĩnh vực nghiên cứu và tổng hợp, bởi vì các bazơ Schiff khá dễ tổng hợp và sảnphẩm đa dạng về cấu trúc và linh hoạt với nhiều ứng dụng

1.1.3 Một số ví dụ về phối tử bazơ Schiff

Phối tử bazơ Schiff bao gồm cả phối tử vòng lớn và cả phối tử càng lớn

* Phối tử càng.

a Các thiosemicacbazon

Hợp chất thiosemicacbazon là một loại hợp chất quan trọng có hoạt tínhsinh học đa dạng như khả năng kháng khuẩn, kháng virut, ức chế ăn mòn, chốngsốt rét… bên cạnh đó còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa họckhác như tinh thể học, hóa học đại cương, quang điện tử…Do đó các phối tửthiosemicacbazon và dẫn xuất của nó đã được quan tâm từ rất sớm

Ví dụ: 1- metylisatin-3 – thiosemicacbazon có hoạt tính trong điều trịbệnh đậu mùa được tổng hợp theo phản ứng trình bày theo hình 1.4

H2N O

Ví dụ: Phối tử tridentat isatin- β- thiosemicacbazon có khả năng ức chếviệc tăng số lượng bạch cầu trong máu

N H

NH 2

N H

N

O

H N C S

NH2

Hình 1.5: Tổng hợp phối tử tritetradentat isatin- β- thiosemicacbazon

Do vậy càng ngày càng có nhiều hợp chất thiosemicacbazon được nghiêncứu tính chất và tổng hợp trong đó phổ biến là phối tử thiosemicacbazontetradentate được tiến hành điều chế bằng phản ứng ngưng tụ từ hai phân tửthiosemicacbazit và một phân tử hợp chất dicacbonyl

Salen là sản phẩm thu được từ phản ứng ngưng tụ giữa etylendiamin vàhợp chất salicylandehit Độ tinh khiết của hợp chất có thể đạt tới > 98%

1.1.4 Ứng dụng của một số phối tử bazơ Schiff

Bazơ Schiff được đặc trưng bởi các nhóm -N = CH- (imin) có sự chuyểnhóa amin trong hệ sinh học Bazơ Schiff có hoạt tính kháng nhiều vi sinh vật ví

dụ như Candida albicans, Escherichia coli Staphylococcus aureus, Bacilluspolymxa, Trychophyton gypseum,Mycobacteria, Erysiphe graminis, Plasmoporaviticola

Một số lượng lớn các phối tử bazơ Schiff khác nhau được sử dụng để vậnchuyển các cation trong cảm ứng điện thế, chúng thể hiện tính chọn lọc cao,nhạy cảm, và bền hóa cho các ion kim loại như Ag(II), Al(III), Co(II), Cu(II),

Gd(III), Hg(II), Ni(II), Pb(II), Y(III) và Zn(II) Bazơ Schiff còn được nghiên cứu

về tính chất xúc tác Chúng thể hiện hoạt tính xúc tác trong hydro hóa olefin vàcũng đã có ứng dụng trong phản ứng xúc tác trong sinh học

Một ứng dụng thú vị của bazơ Schiff là việc sử dụng chúng như một chất

ức chế ăn mòn hiệu quả, đó là dựa trên khả năng hình thành một đơn lớp tựnhiên trên bề mặt được bảo vệ Nhiều chất ức chế thương mại bao gồm andehithoặc amin, nhưng có lẽ do liên kết C=N làm các bazơ Schiff hoạt động hiệu quảhơn trong nhiều trường hợp Sự tương tác giữa các chất ức chế và bề mặt kimloại là sự hấp thụ hóa học Các phân tử chất ức chế nên có các trung tâm có khảnăng hình thành liên kết với bề mặt kim loại bằng cách chuyển điện tử Trongtrường hợp này, kim loại hoạt động như một chất electrophin và các chất ức chếhoạt động như bazơ Lewis Trung tâm ưa điện tích dương như oxy và cácnguyên tử nitơ có cặp electron tự do chưa tham gia liên kết và có thể dễ dàngcho Cùng với các nguyên tử của vòng benzen chúng tạo ra nhiều điểm hấp thụchất ức chế do đó cho phép hình thành lớp tế bào ổn định

Bazơ Schiff có tầm quan trọng trong sinh học Một liên kết imin giữa

andehit có nguồn gốc từ vitamin A và các opsin protein trong võng mạc của mắtđóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra chất cảm thụ màu trong võng mạc củamắt người Vitamin còn được gọi là coenzym, hay trợ enzym, có nghĩa là chúng

hỗ trợ các chức năng của nhiều enzym, là những protein xúc tác lớn làm thay đổihóa học trong tế bào Ví dụ về một andehit quan trọng về mặt sinh học làpyridoxal photphat (một dẫn xuất của vitamin B6), nó là thành phần của vitaminB6 Vitamin B6 được xem như một coenzym hình thành từ một imin với mộtnhóm axit amin enzym Coenzym liên kết với các enzym, tham gia vào phảnứng vận chuyển amin từ amino axit này đến một amino axit khác, là quá trìnhquan trọng trong sự trao đổi chất và sinh tổng hợp các axit amin Trong bướccuối cùng, quá trình thủy phân xúc tác bằng enzym phân cắt imin đến pyridoxal

và biến đổi amino axit

Ngoài ra, bazơ Schiff có những hoạt tính sinh học như hoạt tính chống sốtrét, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng viêm, chống ung thư và kháng vius (HIV,MHV…) [13]

Hoạt tính chống sốt rét: Hợp chất 5* là hợp chất là hợp chất chống sốtrét hiệu quả nhất trong số các bazơ Schiff tổng hợp [13]

Hoạt tính kháng khuẩn: Dẫn xuất bazơ Schiff từ 5-chloro salicylaldehit

6-15 (hình1.10) có hoạt tính kháng các chủng khuẩn Pseudomonas fluorescence,

Escherichia coli, Bacillus subtilis và Staphylococcus aureus [13]

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của một số bazơ Schiff tổng hợp có hoạt tính kháng khuẩn

Hình 1.11 Các bazơ Schiff thiên nhiên từ các cây thuốc có hoạt tính

kháng khuẩn

Hoạt tính kháng nấm : Một số bazơ Schiff có hoạt tính kháng nấm ví

dụ: Hợp chất 2 và 3 (hình1.12) là bazơ Schiff điều chế từ chitosan thể hiện hoạt

tính kháng nấm, chúng ức chế sự lớn lên của các chủng nấm Botrytis cinerea và Colletotrichum lagenarium [13]

Hình 1.12 Bazơ Schiff có hoạt tính kháng nấm

Bazo Schiff 31-34 (hình 1.13) có một nửa cấu trúc 2,4-dichloro-5-fluoro

phenyl thể hiện sự ức chế phát triển của các chủng nấm sau: Aspergillus fumigatus, Aspergillus flavus, Trichophyton mentagrophytes và Penicillium magnefei [13]

Hình 1.13 Các bazơ Schiff tổng hợp và thiên nhiên từ các cây thuốc có

hoạt tính kháng nấm

Hoạt tính kháng virus: Hợp chất 54( hình 1.14) thể hiện là thuốc kháng

virus MHV (mouse hepatitis virus) rất hiệu quả Hợp chất 55-65 (hình1.14) lànhững bazơ Schiff có nguồn gốc từ abacavir là những tác nhân kháng HIV-1hiệu quả [13]

2 Phức chất của phối tử Bazo Schiff với kim loại chuyển tiếp

Hóa học vô cơ đã khám phá nhiều vấn đề bất thường lý thú của các phứcchất của kim loại trong các hệ sinh học Hóa học các bazơ Schiff được coi làmột phần quan trọng trong sự phát triển của hóa học phối trí Phức chất của bazơSchiff với các kim loại đã được nghiên cứu rộng rãi bởi vì tính chất hóa – lýhấp dẫn của chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học Chúng đóngmột vai trò quan trọng trong cả lĩnh vực nghiên cứu và tổng hợp, bởi vì các bazơSchiff khá dễ tổng hợp và sản phẩm đa dạng về cấu trúc và có nhiều ứng dụng

Hầu hết các phức chất đều có được đặc tính, ứng dụng nổi trội hơn so vớiphối tử Trong đó hầu hết các ion kim loại được nghiên cứu đều được lựa chọn

là kim loại chuyển tiếp do nó thuận lợi trong việc tạo hợp chất màu, tạo hợp chất

ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau, tạo chất xúc tác tốt và thuận lợi cho việctạo phức Tất cả các tính chất này là do cấu hình của kim loại chuyển tiếp chứacác electron trên phân lớp d chưa đầy [6]

Phức chất của các kim loại chuyển tiếp chứa các nguyên tử cho nitơ đãnhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học vì tính bền, các hoạt tínhsinh học, xúc tác, và điện hóa Các phức kim loại chuyển tiếp của các phối tửchứa N, nhóm cho N có nhiều ứng dụng trong y học, dược lý và công nghiệp.Điều này là do các vị trí phối trí chưa được dùng trên các kim loại và hệ phối tử,hoặc do trạng thái oxy hóa chọn lọc của các ion kim loại khi tạo phức

Ví dụ: Phức chất của isatin- β- thiosemicacbazon với Cu(II), Ni(II) có khảnăng ức chế sự phát triển số lượng của các tế bào bạch cầu trong cơ thể người

HN

O

N N

Hình 1.15: Phức chất của kim loại chuyển tiếp và phối tử isatin-

β-thiosemicacbazon

Phối tử chelat có chứa các nguyên tử cho điện tử như N, S và O có hoạttính sinh học rộng và được quan tâm đặc biệt ở nhiều khía cạnh khác nhau khichúng được liên kết với các ion kim loại Đặc biệt khi các ion kim loại liên kếtvới các hợp chất hoạt tính sinh học có thể làm tăng hoạt tính của chúng

Trong các phức của kim loại chuyển tiếp với phối tử bazơ Schiff thì phứcchất với phối tử bazơ Schiff tetradentat được biết đến như những phối tử chelat

do sự hình thành phức chất bền vững bởi 4 vị trí cho ONNO Phối tử bazơ Schifftetradentat đã được nghiên cứu rộng rãi do khả năng tạo các liên kết phối trí dễdàng với các ion kim loại Các tính chất của các phức kim loại được xác địnhbởi tính chất electron của các phối tử và yếu tố lập thể của nó

Cấu trúc và cơ chế của sự hình thành các phức chất bazơ Schiff và hóahọc lập thể của các phối tử bazơ Schiff tetradentat và những chất tương tự đượcnghiên cứu rất nhiều Cấu trúc đó có thể là vuông phẳng, bát diện, tứ diện, tứdiện lệch hoặc chóp tam giác với các nguyên tử kim loại ở đỉnh Cấu trúc củaphức chất phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các nguyên tử kim loại (kíchthước, số phối trí, khả năng nhận electron) và cũng phụ thuộc vào tính chất (hiệuứng không gian, khả năng cho electron) và tính đối xứng của các phối tử [5]

Các tính chất của phối tử bazơ Schiff có thể có ba sự sắp xếp với ion kimloại như sau:

Hình 1.16: Sự sắp xếp của bazơ Schiff tetradentat

khi tạo phức với ion kim loại

Sự sắp xếp phổ biến nhất được thể hiện trong hình 1.10 (a) và hình 1.11)

khi bốn nguyên tử cho gần như phẳng để tạo ra một cấu trúc bát diện trans, hoặc

một hình chóp vuông với trung tâm là kim loại

Cấu trúc (b) là cấu trúc bát diện cis, sẽ là cấu trúc mong muốn có thể xảy

ra với ion kim loại trung tâm Đây là cấu trúc tối ưu cho một chất xúc tác đồngthể Ziegler-Natta Vì vậy, nó cũng rất được quan tâm nghiên cứu

Nhiều phức kim loại chuyển tiếp với phối tử bazơ Schiff tetradentat đãđược tổng hợp, chủ yếu là sử dụng phối tử đối xứng đơn giản như H2Salen và

H2Salophen

(a)(b)

Hình 1.17: Phức của kim loại M với H 2 Salen (a) và H 2 Salophen (b)

Những phức bất đối xứng của phối tử bazơ Schiff tetradentat cũng đãđược tổng hợp và phản ứng của chúng với các kim loại chuyển tiếp cũng đượcnghiên cứu Phản ứng của các phối tử bất đối xứng với Cu(II) và Ni(II) tạo racác phức chất bất đối xứng được sử dụng như mô hình cho sự liên kết bấtthường của các peptit [30]

Trong môi trường kiềm có mặt Ni2+, Cu2+,thiosemicacbazon salixilandehit

có khả năng ngưng tụ với salixiandehit theo nitơ của nhóm amin để tạo đượcphức chất chứa phối tử bazơ Schiff tetradentat bất đối xứng H3thsasal mà ở điềukiện thường phản ứng ngưng tụ này không thể xảy ra [30]

Công thức chung của phức chất từ phối tử này được mô tả như sau:

M= Ni2+, Cu2+ R= CH3, C2H5, H…

Hình 1.18: Phức chất của phối tử H 3 thsasal với kim loại chuyển tiếp

Hình 1.19: N,N’- bis(3,5- di- tert- butylsalicyliden)- cyclohexandiaminomangan(III) clorua (Chất xúc tác của Jacoben)

1,2-Trong khi cấu trúc của phức chất Cu(II), Ni(II) thường ở dạng vuôngphẳng, các ion của kim loại Cu hay Ni đều là các ion dễ tham gia vào phản ứngtạo phức để thu được các phức chất có tính kháng thể, kháng nấm, xúc tác…vượt trội hơn so với phối tử đơn thuần của nó Sự có mặt của các nguyên tử cho

N, O trong phối tử khi kết hợp với ion kim loại Cu(II), Ni(II) dẫn đến ức chếenzym vì các nhóm hydroxyl trong tâm hoạt động của enzym bị vô hiệu hóa bởicác ion trong phức chất

Ví dụ: Phức chất của Cu(II), Ni(II) với bazơ Schiff được tổng hợp nên từ notrobenzyline-4-aminoanttipyrine và anilin có khả năng kháng nấm, phức của

3-Cu(II) có khả năng làm ức chế hoạt động của Candida albican… Hợp chất

semicarbazone và thiosemicacbazone của Ni(II) kháng chống được 11 loại nấm

Phức của Cu(II) và Ni(II) với bazơ Schiff 3,3’-thiodipropionic-bis

(4-amino-5-ethylimino-2,3-dimetyl-1-phenyl-3-pyrazolin chống nấm Fusarium oxysprum.

Phức của kim loại chuyển tiếp còn có khả năng chống ung thư như phứccủa Cu(II) với phối tử được tổng hợp nên từ S-benzylthiosemicacbazat vàsaccharinte có đặc tính chống ung thư

Phối tử 2N-salicylidene-5-(p-nitro phenyl)-1,3,4-thiadizole đã được tổnghợp Phối tử được phối trí với năm ion kim loại khác nhau qua các nguyên tử vàoxy cho các phức tương ứng Tất cả các phức là bốn phối tử và có hình họcvuông phẳng, hình tháp vuông hay tứ diện Nghiên cứu sơ bộ tính kháng khuẩn

in vitro đã chỉ ra rằng tất cả các phức đều có hoạt tính kháng khuẩn trung bình đối với các chủng khủng khuẩn thử nghiệm Staphylococus aureus, Salmonella typhi và Escherishia coli Tính kháng khuẩn của các phức cao hơn so với phối tử

[17]

Thiosemicarbazide,POCl3

Đun hồi lưu 3 giờ

salicylaldehit

Đun hồi lưu 3 giờ

Hình 1.20 Sơ đồ điều chế phức từ phối tử 2N-salicylidene-5-(p-nitro

phenyl)-1,3,4-thiadizole

Tám phức chất Cr(III) với bazơ Schiff tetradetate từ dẫn xuất thế củasalicylaldehit với etylendiamin được điều chế: Cấu trúc của các phức chất được

nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nguyên tố, đo điểm nóng chảy, đo độdẫn điện phân tử, đo momen từ, các phương pháp phổ: ESI-MS, IR, phổ hấpthụ điện tử [29]

Hình 1.21 Cấu trúc tám phức chất Cr(III) với bazơ Schiff tetradetate từ

dẫn xuất thế của salicylaldehit với etylendiamin

Trong phổ IR của phối tử tự do, tần số dao động của nhóm O-H dịchchuyển đến vùng 2840-2960 cm-1 do liên kết hydro nội phân tử OH… N=C rấtmạnh Nhưng trong phức với Cr(III) dải hấp thụ này không xuất hiện do nguyên

tử hidro đã được thay thế bằng kim loại Tần số đặc trưng dao động hóa trị củaliên kết đôi C=N của phối tử ở trong vùng 1630-1646 cm-1 , nhưng của phức lạiquan sát thấy ở vùng 1628-1638 cm-1, dịch chuyển xuống tần số thấp hơn nói lênrằng bậc liên kết dôi C=N giảm, do tạo liên kết phối trí của kim loại với đôielectron chưa chia của nitơ nhóm imine

Tính toán theo phương pháp orbital phân tử, trong phổ hấp thụ điện tử củaphối tử tự do, dải hấp thụ giữa 400-440 nm do bước chuyển n→π* một electroncủa đôi electron chưa chia của N nhảy lên orbital π phản liên kết của nhómimine Trong phổ hấp thụ điện tử của phức crom không quan sát thấy dải hấp thụn→π* do hình thành liên kết kim loại- nitơ làm bền đôi electron chưa chia trênnitơ Sự xuất hiện dải hấp thụ giữa 390-430 nm do bước chuyển dịch điện tích

phối tử - kim loại xảy ra từ orbital π của bazơ Schiff đến orbital d của crom[29].

Phản ứng ngưng tụ giữa 2-hydroxyacetophenone với etylendiamin tỷ lệ2:1 tạo thành bazơ Schiff tetradentate N,N’-bis[2-hydroxyacetophenone]etylendiamin (OAcPh-en); ngưng tụ giữa benzaldehyde với etylendiamin tỷ lệ1:1 tạo thành bazơ Schiff bis[benzylidene] etylendiamin (Ben-en) Tổng hợpphức hỗn hợp [M(OAcPh-en) (Ben-en) với M= Cu(II), Ni(II), Co(II), Mn(II)Fe(II) và Zn(II) theo các phương trình phản ứng sau:

1h, đun hồi lưu

Dung môi etanol

Hình 1.22 Phức hỗn hợp phối tử [M(OAcPh-en)(Ben-en)] H 2 O M=

Cu(II), Ni(II), Co(II), Mn(II) , Fe(II) và Zn(II)

Hoạt tính kháng khuẩn của các phức [M(OAcPh-en)(Ben-en)] H2O M=Cu(II), Ni(II), Co(II), Mn(II), Fe(II) và Zn(II) đối với các chủng khuẩn Gram

dương Bacillus Substlis và Gram âm E.Coli được thực hiên theo phương pháp

khuyếch tán Agar Tất cả phức đều có hoạt tính kháng khuẩn đáng kể1,0×104µgml-1 đối với các chủng khuẩn Tất cả phức đều có hoạt tính kháng

khuản đối với chủng khuẩn Gram dương Bacillus Substlis mạnh hơn so với chủng khuẩn Gram âm E.Coli [35].

1.3 Các phương pháp tổng hợp phức chất với bazơ Schiff và các phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp tổng hợp phức chất với bazơ Schiff

Các phối tử bazơ Schiff tetradentat khá dễ tạo phức với các ion kim loại,trước hết do hiệu ứng chelat Sự tạo phức thuận lợi khi đảm bảo quy tắc Trugaeptạo thành các vòng chelat 5 hoặc 6 cạnh

Do tính ít tan trong nước của các phối tử bazơ Schiff, nên các phản ứngtổng hợp thường tiến hành trong dung môi hữu cơ hoặc dung dịch nước- hữu cơ.Dung môi hữu cơ thường dùng là etanol hoặc metanol

Để hạn chế ảnh hưởng tạo phức cạnh tranh của các anion trong thànhphần muối kim loại, các muối peclorat kim loại hay được sử dụng Tuy nhiên,bất lợi cần chú ý là tính an toàn của các sản phẩm phản ứng không cao vìpeclorat có tính oxy hóa rất mạnh đặc biệt là khi được kết tinh trong thành phầnvới các phối tử hữu cơ trong cầu nội phức chất

Có thể sử dụng các phương pháp khác nhau để tổng hợp các phức chấtcủa kim loại chuyển tiếp với các phối tử bazơ Schiff Dưới đây là một sốphương pháp thường được sử dụng

+ Khảo sát được đặc tính quang phổ của phối tử

+ Khảo sát được đặc tính quang phổ của phức chất bằng cách so sánh vớiquang phổ của các phối tử

+ Sản phẩm thu được sạch

- Nhược điểm:

+ Lượng thất thoát phối tử và phức chất lớn

+ Không thể tính chính xác được hiệu suất của phản ứng

b, Tổng hợp một bước (Phản ứng trên khuôn - matrix reaction)

Trong phương pháp này, tổng hợp các phức chất được thực hiện màkhông tách bazơ Schiff trước, bằng cách tương tác andehit, amin và hợp chấtkim loại trong một bước phản ứng

Hiện nay phương pháp tổng hợp trên khuôn được thực hiện tương đốinhanh, dễ dàng thực hiện tuy nhiên phương pháp này thường dẫn đến tạo nhiềusản phẩm bất thường về cấu trúc liên kết, chẳng hạn như rotaxan, helicat,macrocycle và catenan [22] vì vậy cần lựa chọn điều kiện và chất ban đầu phùhợp để hạn chế hướng phản ứng không như ý muốn

Thực hiện phản ứng trên khuôn thường được sử dụng cho các chất hữu cơtham gia ban đầu phải chứa nhiều chức, nhiều càng có khả năng tạo hệ vònghoặc càng lớn

Hiện nay có hai phương pháp tổng hợp chính khi thực hiện phản ứng trênkhuôn để tạo phức chất của kim loại mang phối tử bốn càng [3]

- Phương pháp tổng hợp trong đó sử dụng ngay các chất tham gia ban đầutheo tỷ lệ của hợp chất cacbonyl: amin: muối của kim loại = 1:1:1

Ví dụ: Tổng hợp phức của V(IV) bằng cách trộn hỗn hợp dung dịch gồmaxetylaxeton: etylendiamin: VOSO4 theo tỷ lệ 1:1:1 trong dung môi MeOH, kiềmhóa dung dịch và đun hồi lưu một thời gian để thu được phức chất

- Phương pháp tổng hợp bằng cách ngưng tụ amin chứa 2 nhóm NH2 vớiphức của kim loại với một trong những tác nhân ban đầu (hợp chất cacbonyl)