Thiết kế, tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và Hg(II) (tt)

Sample ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐOÀN THÀNH NHÂN THIẾT KẾ, TỔNG HỢP MỘT SỐ SENSOR HUỲNH QUANG TỪ DẪN XUẤT CỦA CYANINE VÀ COUMARIN ĐỂ XÁC ĐỊNH BIOTHIOL VÀ Hg(II) Demo Version - Select.Pdf SDK LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Batch PDF Merger HUẾ, NĂM 2018 ĐẠI HỌC HUẾ Sample ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐOÀN THÀNH NHÂN THIẾT KẾ, TỔNG HỢP MỘT SỐ SENSOR HUỲNH QUANG TỪ DẪN XUẤT CỦA CYANINE VÀ COUMARIN ĐỂ XÁC ĐỊNH BIOTHIOL VÀ Hg(II) Chuyên ngành: Hoá lý thuyết Hoá lý Demo Version Mã - Select.Pdf SDK số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS DƯƠNG TUẤN QUANG PGS TS NGUYỄN THỊ ÁI NHUNG Batch PDF Merger HUẾ, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả Đoàn Thành Nhân Demo Version - Select.Pdf SDK iii LỜI CÁM ƠN Với lòng thành kính biết ơn sâu sắc, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến GS.TS Dương Tuấn Quang PGS.TS Nguyễn Thị Ái Nhung, người thầy giáo, giáo tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm, ban lãnh đạo Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm, Phòng Đào tạo Sau Đại học Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế; Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Ban Giám đốc Trung Tâm Kiểm nghiệm Thuốc - Mỹ phẩm - Thực phẩm Thừa Thiên Huế tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian nghiên cứu sinh thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Việt Nam (Vietnam National Foundation for Science and Technology Development, Nafosted) hỗ trợ kinh phí thực luận án thông qua đề tài PGS.TS Dương Tuấn Quang (Mã số 104.04-2014.35) TS Nguyễn Khoa Hiền (Mã số 104.06-2016.32) Xin chân thành cảm ơn Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (National Research Foundation of Korea) hỗ trợ kinh phí thực Version luận án thơng qua chương trình GS.TS Jong Seung Kim (Mã Demo - Select.Pdf SDK số 2009-0081566) Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Dương, TS Hồng Văn Đức, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế; TS Đặng Văn Khánh, Trung Tâm Kiểm nghiệm Thuốc - Mỹ phẩm - Thực phẩm Thừa Thiên Huế; TS Nguyễn Khoa Hiền, Viện Nghiên cứu Khoa học Miền Trung - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án Xin cảm ơn Lãnh đạo Sở Giáo dục Đào tạo Kon Tum; Ban Giám hiệu trường THPT chuyên Nguyễn Tất Thành tỉnh Kon Tum tạo điều kiện cho suốt thời gian thực luận án Xin cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp, người thân gia đình động viên, chia giúp đỡ năm tháng học tập, nghiên cứu Tác giả Đoàn Thành Nhân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan nghiên cứu sensor huỳnh quang 1.1.1 Tình hình nghiên cứu sensor huỳnh quang 1.1.2 Nguyên lý hoạt động sensor huỳnh quang 1.1.3 Cấu tạo sensor huỳnh quang 1.1.4 Nguyên tắc thiết kế sensor huỳnh quang 1.2 Vai trò biothiol tế bào phương pháp phát 1.2.1 Các biothiol vai trò- chúng Demo Version Select.Pdf SDK 1.2.2 Phương pháp phát biothiol 10 1.3 Nguồn nhiễm, độc tính, phương pháp phát ion Hg(II) 11 1.3.1 Nguồn nhiễm, độc tính ion Hg(II) 11 1.3.2 Phương pháp phát ion Hg(II) 11 1.4 Sensor huỳnh quang phát biothiol 12 1.4.1 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng tạo vòng với aldehyde 12 1.4.2 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng cộng Michael 13 1.4.3 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng ghép nối peptide (Native chemical ligation, NCL) 15 1.4.4 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng xếp lại nhóm nhân thơm 17 iii 1.4.5 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng phân tách sulfonamide ester sulfonate ester thiol 19 1.4.6 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng phân tách disulfides thiol 21 1.4.7 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng hình thành phân hủy phức 23 1.4.8 Sensor huỳnh quang phát biothiol dựa chế khác 26 1.5 Sensor huỳnh quang phát ion Hg(II) 26 1.5.1 Sensor huỳnh quang dựa phản ứng tạo phức với ion Hg(II) phối tử -O, -N, -S vòng mạch hở 26 1.5.2 Sensor huỳnh quang dựa phản ứng đặc trưng ion Hg(II) 27 1.6 Sensor huỳnh quang phát biothiol ion Hg(II) dựa fluorophore cyanine coumarin 28 1.6.1 Sensor huỳnh quang phát biothiol ion Hg(II) dựa fluorophore cyanine 28 1.6.2 Sensor huỳnh quang phát biothiol ion Hg(II) dựa fluorophore Demo Version - Select.Pdf SDK coumarin 32 1.7 Tổng quan ứng dụng hóa học tính toán nghiên cứu sensor huỳnh quang 36 1.7.1 Ứng dụng hóa tính tốn nghiên cứu khoa học 36 1.7.2 Ứng dụng hóa học tính tốn nghiên cứu cấu trúc thuộc tính electron chất 36 1.7.3 Ứng dụng hóa học tính tốn nghiên cứu phản ứng 38 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 39 2.2 Nội dung nghiên cứu 39 2.3 Phương pháp nghiên cứu 39 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu tính tốn lý thuyết 39 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 52 iv CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng ứng dụng sensor L từ dẫn xuất cyanine phát biothiol ion Hg(II) dựa phản ứng tạo phức 57 3.1.1 Nghiên cứu lý thuyết thiết kế, tổng hợp đặc trưng sensor L 57 3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng ứng dụng sensor L 70 3.1.3 Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng sensor L phát ion Hg(II) 76 3.1.4 Nghiên cứu sử dụng phức Hg2L2 phát biothiol 85 KẾT LUẬN CHUNG NGHIÊN CỨU VỀ SENSOR L 95 3.2 Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng ứng dụng sensor huỳnh quang AMC từ dẫn xuất coumarin phát biothiol dựa phản ứng cộng Michael 97 3.2.1 Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp sensor AMC phản ứng sensor AMC với biothiol 97 3.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng ứng dụng sensor AMC 102 Demo Version - Select.Pdf SDK 3.2.3 Nghiên cứu lý thuyết đặc tính ứng dụng sensor AMC 109 KẾT LUẬN CHUNG NGHIÊN CỨU VỀ SENSOR AMC 130 NHỮNG KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN 131 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 133 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN LUẬN ÁN 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 PHỤ LỤC P1 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AMC 7-acryloyl-4-metylcouramin a.u Atomic unit: Đơn vị nguyên tử 1, 2, 3 Trị riêng ma trận Hessian mật độ electron ρ(r) Mật độ electron 2ρ(r) Laplacian mật độ electron Φ Hiệu suất lượng tử huỳnh quang AAS Atomic absorption spectroscopy: Quang phổ hấp thụ nguyên tử AIM Atoms in molecules: Nguyên tử phân tử AO Atomic orbital: Obitan nguyên tử B3LYP Phương pháp phiếm hàm mật độ thông số Becke BCP Bond critical point: Điểm tới hạn liên kết BD Obitan liên kết hai tâm BD* Obitan phản liên kết BZT 2-Methylbenzothiazole BZTVPADemo Bis{4-[(E)-2-(benzo[d]thiazol-2acrylonitrile Version - Select.Pdf yl)vinyl]phenyl} SDK BODIPY BODIPY: Boron-dipyrromethene CBZT 3-(carboxylicmethyl)-2-methylbenzothiazolium CR Obitan lõi - tâm DHB 4-diethylamino-2-hydroxybenzaldehyde DFT Density functional theory: Thuyết phiếm hàm mật độ E(2) Năng lượng bền hóa electron cho tương tác phần tử cho phần tử nhận ESIPT Excited-state intramolecular proton transfer: Sự chuyển proton nội phân tử trạng thái kích thích f Oscillator strength: Cường độ dao động FRET Forster resonance energy transfer: Sự chuyển lượng cộng hưởng Forster HOMO Highest occupied molecular orbital: Obitan phân tử bị chiếm cao vi ICT Intramolecular charge transfer: Sự chuyển điện tích nội phân tử LE Locally excited state: Trạng thái kích thích cục L 1-(3-(carboxylicmethyl)-2-methylbenzothiazolium)-2-(4diethylamino phennol) eten LMO Localized molecular orbital: Obitan phân tử khu trú LOD Giới hạn phát LOQ Giới hạn định lượng LP Lone pair: Cặp electron riêng LP* Obitan hóa trị, riêng, khơng bị chiếm LUMO Lowest unoccupied molecular orbital: Obitan phân tử không bị chiếm thấp MO Molecular orbital: Obitan phân tử NAO Natural atomic orbital: Obitan nguyên tử thích hợp NBO Natural bond orbital: Obitan liên kết thích hợp NHO Natural hybrid orbital: Obitan lai hóa thích hợp nnc PET Nhóm nghiên cứu Demo Version - Select.Pdf SDK Photoinduced electron transfer: Sự chuyển electron cảm ứng ánh sáng Rev Độ thu hồi RCP Ring critical point: Điểm tới hạn vòng RSD Độ lệch chuẩn tương đối RSDH Độ lệch chuẩn tương đối tính theo theo hàm Horwitz RY* Obitan vỏ hóa trị thêm vào TD-DFT Time-dependent density functional theory: Thuyết phiếm hàm mật độ phụ thuộc thời gian TICT Twisted intramolecular charge transfer: Sự chuyển điện tích nội phân tử xoắn ZPE Zero point energies: Năng lượng điểm không vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng luận án 53 Bảng 3.1 Biến thiên lượng tự Gibbs phản ứng BZT với acid bromoacetic mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 60 Bảng 3.2 Biến thiên lượng tự Gibbs phản ứng từ CBZT-3 thành CBZT mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 61 Bảng 3.3 Biến thiên lượng tự Gibbs phản ứng CBZT với DHB mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 62 Bảng 3.4 Các thông số hình học L mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 63 Bảng 3.5 Năng lượng kích thích, cường độ dao động MO có liên quan đến q trình kích thích L mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 68 Bảng 3.6 Mật độ electron Laplacian Hg2L2 mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 78 Bảng 3.7 Năng lượng tương tác E(2) obitan phần tử cho nhận L Hg2L2 mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 80 Bảng 3.8 Năng lượng kích thích, cường độ daoSDK động MO có liên Demo Version - Select.Pdf quan đến q trình kích thích Hg2L2 mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 82 Bảng 3.9 Kết chuẩn độ phổ huỳnh quang xác định số bền Hg2L2 87 Bảng 3.10 Biến thiên enthalpy lượng tự Gibbs phản ứng tạo thành phức Hg(II) với H2Cys mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 90 Bảng 3.11 Biến thiên enthalpy lượng tự Gibbs phản ứng tổng hợp sensor AMC mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 98 Bảng 3.12 Kết tính tốn ΔH298 ΔG298 phản ứng AMC với Cys, Hcy GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 102 Bảng 3.13 Góc xoắn nhị diện tiểu phần acryloyl tiểu phần coumarine trạng thái trạng thái kích thích electron AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy AMC-GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 113 viii Bảng 3.14 Năng lượng kích thích, cường độ dao động MO có liên quan đến q trình kích thích AMC mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 116 Bảng 3.15 Năng lượng kích thích, cường độ dao động MO có liên quan đến q trình kích thích AMC-Cys mức lý thuyết B3LYP/LanL2 116 Bảng 3.16 Năng lượng kích thích, cường độ dao động MO có liên quan đến q trình kích thích AMC-Hcy mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 117 Bảng 3.17 Năng lượng kích thích, cường độ dao động MO có liên quan đến q trình kích thích AMC-GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 118 Bảng 3.18 Năng lượng, cường độ dao động MO có liên quan đến q trình giải phóng lượng kích thích chủ yếu AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy, AMC-GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 123 Demo Version - Select.Pdf SDK ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ngun lý hoạt động chemosensor chemodosimeter Hình 1.2 Cấu tạo sensor huỳnh quang Hình 1.3 Sensor huỳnh quang kiểu “fluorophore-spacer-receptor” Hình 1.4 Hình học bền Cys, Hcy GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 10 Hình 1.5 Phản ứng fluorophore có chứa aldehyde với Cys/Hcy tạo thành thiazolidines/thiazinanes 12 Hình 1.6 Sensor phát Cys/ Hcy dựa phản ứng đóng vòng với aldehyde 12 Hình 1.7 Sensor phát Cys/Hcy dựa phản ứng đóng vòng với aldehyde 13 Hình 1.8 Các sensor phát biothiol dựa phản ứng cộng liên hợp với acrylic ester 14 Hình 1.9 Sensor 4-6 phát Cys dựa phản ứng cộng liên hợp với acrylic ester 15 Hình 1.10 Cơ chế trình Native chemical ligation 15 Hình 1.11.Demo Sensor 7Version phát -Cys/Hcy dựa trình NCL 16 Select.Pdf SDK Hình 1.12 Cơ chế sensor phát biothiol dựa phản ứng xếp lại nhóm nhân thơm 17 Hình 1.13 Sensor 8-10 phát biothiol dựa phản ứng xếp lại nhóm nhân thơm 18 Hình 1.14 Cơ chế hoạt động sensor huỳnh quang phát biothiol dựa phản ứng phân tách sulfonamide ester sulfonate ester 20 Hình 1.15 Sensor huỳnh quang 11 phát biothiol dựa phản ứng phân tách sulfonate ester 21 Hình 1.16 Sensor huỳnh quang 13 phát biothiol dựa phản ứng phân tách sulfonamide ester 21 Hình 1.17 Sự chuyển đổi thuận nghịch thiol disulfide; glutathione glutathione disulfide 21 Hình 1.18 Sensor huỳnh quang 15 phát GSH dựa phản ứng phân tách disulfide 22 x Hình 1.19 Sensor huỳnh quang 17 phát tỷ lệ GSH/GSSH dựa phản ứng phân tách disulfide 23 Hình 1.20 Sensor huỳnh quang 18 phát GSH dựa phản ứng tạo phức với ion Cu(II) 24 Hình 1.21 Sensor huỳnh quang 19 phát biothiol dựa phản ứng tạo phức với ion Cu(II) 25 Hình 1.22 Sensor huỳnh quang phát ion Hg(II) dựa phản ứng mở vòng spirolactam rhodamine 27 Hình 1.23 Các dạng dẫn xuất cyanine…………………………………………… 29 Hình 1.24 Các sensor phát Hg2+/MeHg+ dựa fluorophore cyanine, sử dụng phản ứng desulfurization tạo vòng guanidine xúc tác Hg2+/MeHg+…………………………………………………… 29 Hình 1.25 Sensor phát Hg(II) dựa fluorophore cyanine, sử dụng 3,9-dithia-6-monoazaundecane làm receptor tạo phức với Hg(II)………………………………………………………… 30 Hình 1.26 Sensor phát Hg(II) dựa fluorophore cyanine, Demo Version - Select.Pdf SDK sử dụng phản ứng tạo phức Hg(II) với nguyên tử N, O, Se.… 30 Hình 1.27 Các sensor phát biothiol dựa fluorophore cyanine, sử dụng phản ứng phân cắt receptor biothiols 31 Hình 1.28 Sensor phát Hg(II) có fluorophore dẫn xuất coumarin dựa vài trò thúc đẩy phản ứng loại bỏ nhóm bảo vệ dithioacetals Hg(II)……………………………………………………32 Hình 1.29 Sensor phát Hg(II) có fluorophore dẫn xuất coumarin dựa vài trò thúc đẩy phản ứng tách loại lưu huỳnh đóng vòng oxadiazole………………………………………………… 33 Hình 1.30 Sensor phát biothiol từ dẫn xuất coumarin dựa phản ứng cộng Michael Cys/GSH vào nối đơi C=C………………… 34 Hình 1.31 Sensor phát Cys từ dẫn xuất coumarin dựa phản ứng cộng Michael Cys vào acrylate hình thành thioester 34 xi Hình 1.32 Sensor phát biothiol từ dẫn xuất coumarin dựa phản ứng cộng Michael ……………………………………………………35 Hình 1.33 Giản đồ tính tốn lượng hấp thụ, lượng phát xạ huỳnh quang trạng thái trạng thái kích thích 37 Hình 2.1 Các q trình giải phóng lượng kích thích 49 Hình 2.2 Q trình chuyển đổi xạ khơng xạ trạng thái electron 50 Hình 2.3 Sơ đồ phản ứng tổng hợp sensor L 55 Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp sensor AMC 56 Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế tổng hợp sensor L 58 Hình 3.2 Các sản phẩm có từ phản ứng BZT với acid bromoacetic 59 Hình 3.3 Các phản ứng hình thành CBZT từ CBZT-3 59 Hình 3.4 Hình học bền BZT sản phẩm phản ứng với acid bromacetic mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 60 Hình 3.5 Các sản phẩm phản ứng hình thành CBZT với DHB 61 Hình 3.6 Hình học bền DHB sản phẩm phản ứng DHB Demo Version - Select.Pdf SDK với CBZT mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 62 Hình 3.7 Phổ UV-Vis L pha khí mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 66 Hình 3.8 Các MO biên L mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 69 Hình 3.9 Giản đồ lượng MO biên L 70 Hình 3.10 Phổ hấp thụ UV-Vis phổ huỳnh quang L 71 Hình 3.11 Phổ chuẩn độ UV-Vis phổ huỳnh quang L ion Hg(II) 72 Hình 3.12 Đồ thị xác định quan hệ tỷ lượng phản ứng ion Hg(II) với L 73 Hình 3.13 Phổ UV-Vis phổ huỳnh quang L diện ion kim loại 73 Hình 3.14 Biến thiên mật độ quang biến thiên cường độ huỳnh quang theo nồng độ ion Hg(II) 75 Hình 3.15 Đồ thị xác định LOD LOQ ion Hg(II) sensor L 76 Hình 3.16 Hình học bền phức Hg2L2 mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 77 xii Hình 3.17 Hình học topo Hg2L2 điểm tới hạn liên kết điểm tới hạn vòng 78 Hình 3.18 Phổ UV-Vis Hg2L2 pha khí mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 82 Hình 3.19 Các MO biên Hg2L2 83 Hình 3.20 Giản đồ lượng MO biên L Hg2L2 85 Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn mối liên nồng độ ion kim loại thêm vào dung dịch (x) với y=F/F0 88 Hình 3.22 Các cấu trúc hình học bền H2Cys phức chất có với ion Hg(II) mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 89 Hình 3.23 Các phản ứng để tạo thành phức H2Cys với ion Hg(II) 89 Hình 3.24 Phổ chuẩn độ UV-Vis phổ huỳnh quang dung dịch Hg2L2 90 Hình 3.25 (a) Phổ huỳnh quang Hg2L2 diện amino acids khác nhau; (b) Cường độ huỳnh quang Hg2L2 với nồng độ khác Cys, Hcy, GSH amino acids nhóm thiol 92 Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ cường độ huỳnh quang Demo Version - Select.Pdf SDK dung dịch Hg2L2 với Cys 93 Hình 3.27 Đồ thị xác định LOD LOQ Cys Hg2L2 93 Hình 3.28 Cường độ huỳnh quang dung dịch L thêm luân phiên đương lượng ion Hg(II) Cys 10 vòng 94 Hình 3.29 Sơ đồ thiết kế tổng hợp sensor AMC 97 Hình 3.30 Hình học bền chất tham gia sản phẩm phản ứng tổng hợp sensor AMC mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 98 Hình 3.31 Các sản phẩm có phản ứng AMC với Cys, Hcy, GSH 100 Hình 3.32 Hình học bền chất tạo thành AMC với Cys, Hcy, GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 101 Hình 3.33 Phổ hấp thụ phổ huỳnh quang sensor AMC 103 xiii Hình 3.34 (a) Mối quan hệ tỷ lệ cường độ huỳnh quang AMC hai bước sóng 450 375 nm với nồng độ Cys; (b) Đồ thị xác định hệ số tỉ lượng phản ứng AMC với Cys 104 Hình 3.35 Phổ khối AMC-Cys 105 Hình 3.36 Sơ đồ phản ứng AMC với Cys 105 Hình 3.37 Mối quan hệ tỷ lệ cường độ huỳnh quang (F450/375) dung dịch AMC với nồng độ Cys, Hcy GSH 106 Hình 3.38 Phổ chuẩn độ huỳnh quang AMC 107 Hình 3.39 Đồ thị xác định LOD LOQ Cys AMC 108 Hình 3.40 Hình học tối ưu trạng thái (RGS) trạng thái kích thích electron S1 S2 AMC mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 109 Hình 3.41 Hình học tối ưu trạng thái (RGS) trạng thái kích thích electron S1 S2 AMC-Cys mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 110 Hình 3.42 Hình học tối ưu trạng thái (RGS) trạng thái kích thích electron S1 S2 AMC-Hcy mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 111 Hình 3.43 Hình học tối ưu trạng thái (RGS) trạng thái kích thích Demo Version - Select.Pdf SDK electron S1 S2 AMC-GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 112 Hình 3.44 Các MO biên AMC mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 119 Hình 3.45 Các MO biên AMC-Cys mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 120 Hình 3.46 Các MO biên AMC-Hcy mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 121 Hình 3.47 Các MO biên AMC-GSH mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 122 Hình 3.48 Giản đồ lượng trình kích thích giải phóng lượng kích thích hình học bền trạng thái trạng thái kích thích electron mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 124 Hình 3.49 Các đặc tính chuyển đổi (năng lượng bước sóng, cường độ dao động MOs biên) q trình kích thích giải phóng lượng kích thích hình học bền trạng thái trạng thái kích thích electron mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 125 xiv MỞ ĐẦU Glutathione (GSH), cysteine (Cys) homocysteine (Hcy) hợp chất thiol đóng vai trò quan trọng q trình sinh học Mức độ bất thường biothiol có liên quan đến nhiều loại bệnh tổn thương gan, tổn thương da, Alzheimer, Parkinson, tim mạch, tiểu đường HIV Thủy ngân chất gây ô nhiễm nguy hiểm phổ biến, phát thải thông qua hoạt động tự nhiên hoạt động người, gây ảnh hưởng nghiêm trọng sức khỏe người cách phá hoại hệ thống thần kinh trung ương tuyến nội tiết, dẫn đến rối loạn nhận thức vận động Vì vậy, việc xác định biothiol tế bào, hàm lượng thủy ngân nguồn nước quan trọng chẩn đoán sớm bệnh liên quan, bảo vệ môi trường sống thu hút quan tâm nhà khoa học ngồi nước Có nhiều phương pháp áp dụng phát biothiol ion Hg(II) phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC), phương pháp phổ khối lượng (MS), phương phápVersion sắc ký khí -(GC), phương pháp phân tích điện hóa, phương pháp Demo Select.Pdf SDK quang phổ hấp thụ phân tử (MAS) - phương pháp phân tích UV-Vis, phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) phương pháp huỳnh quang… Trong đó, phương pháp huỳnh quang có nhiều ưu điểm hơn, khơng đòi hỏi thiết bị máy móc đắt tiền, dễ thực hiện, tốn kém, áp dụng phân tích cho nhiều đối tượng, đặc biệt phân tích chất tế bào sống Phương pháp huỳnh quang Giáo sư Anthony W Czarnik Đại học Quốc gia Ohio nghiên cứu đề xuất cách tiếp cận lĩnh vực sensor quang học vào năm 1992 Với ưu phương pháp huỳnh quang, nên nhiều năm qua, nghiên cứu sensor huỳnh quang nhằm phát ion kim loại, anion, đặc biệt phân tử sinh học thu hút quan tâm nhà khoa học nước với số lượng sensor huỳnh quang công bố ngày nhiều giới Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sensor huỳnh quang năm 2007 tác giả Dương Tuấn Quang Các sensor huỳnh quang tác giả Dương Tuấn Quang công bố bao gồm: chemosensor phát ion Fe(III), F-, Cs+ Cu(II) dựa calix[4]arene; chemosensor chứa vòng 1,2,3-triazole phát Al(III) chemosensor phát ion Hg(II) từ dẫn xuất chất phát huỳnh quang rhodamine Để xác định biothiol, nghiên cứu thiết kế sensor huỳnh quang dựa phản ứng đặc trưng biothiol phản ứng tạo vòng với aldehyde, phản ứng cộng Michael, phản ứng ghép nối peptide, phản ứng xếp nhóm nhân thơm, phản ứng phân tách sulfonamide ester sulfonate ester, phản ứng phân tách disulfides Ngoài việc sử dụng phản ứng đặc trưng biothiol, phản ứng trao đổi phức (phức chất huỳnh quang với ion Cu(II)…) sử dụng Các nghiên cứu sensor huỳnh quang phát ion Hg(II) dựa phản ứng đặc trưng ion Hg(II) phản ứng tách loại lưu huỳnh đóng vòng guanidine, phản ứng chuyển đổi nhóm thiocarbonyl thành nhóm carbonyl, phản ứng tách loại thiol,…và dựa phản ứng tạo phức ion Hg(II) với phối tử -O,N,-S vòng mạch hở Đến nay, nhiều chất phát huỳnh quang khác sử sụng để phát triển sensor huỳnh quang Tuy nhiên, từ đặc tính huỳnh quang vượt trội, Demo Version - Select.Pdf SDK nên dẫn xuất cyanine coumarin sử dụng nhiều nghiên cứu phát triển sensor huỳnh quang, có sensor huỳnh quang phát ion Hg(II), biothiol Mặc dù có nhiều nỗ lực phát triển sensor huỳnh quang để xác định biothiol ion Hg(II) đa phần sensor tồn số hạn chế sử dụng lượng lớn dung mơi hữu cơ, giới hạn phát cao, có bước sóng phát xạ ngắn gây ảnh hưởng đến tế bào, phản ứng sensor với chất phân tích xảy chậm Hiện nay, nhà khoa học giới tiếp tục nghiên cứu thiết kế sensor huỳnh quang có độ nhạy độ chọn lọc cao để phát biothiol ion Hg(II) Đây hướng nghiên cứu nhà khoa học giới quan tâm lớn, có nhiều tiềm ứng dụng phân tích đối tượng môi trường y sinh học Với phát triển hỗ trợ mạnh công nghệ thông tin, thế, hố tính tốn trở thành cơng cụ quan trọng nghiên cứu hố học nói chung nghiên cứu sensor huỳnh quang nói riêng Nhiều tính chất lý, hố dự đốn xác, làm sáng tỏ từ q trình tính tốn Sự kết hợp hóa tính tốn với nghiên cứu thực nghiệm hướng nghiên cứu đại Bởi vì, tính toán lý thuyết nhằm định hướng cho thực nghiệm thiết kế, tổng hợp dự đốn đặc tính sensor; thực nghiệm kiểm chứng, khẳng định kết tính tốn, số trường hợp, kết thực nghiệm định hướng cho tính tốn việc nghiên cứu chất, giải thích rõ chế phản ứng Sự kết hợp linh hoạt giúp giảm thiểu thời gian thực nghiệm, tiết kiệm hóa chất tăng khả thành công nghiên cứu Tuy nhiên, sensor huỳnh quang nghiên cứu theo hướng công bố Trước thực trạng trên, thực đề tài: "Thiết kế, tổng hợp số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất cyanine coumarin để xác định biothiol Hg(II) " Nhiệm vụ luận án: Demo Version - Select.Pdf SDK - Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc trưng ứng dụng sensor L từ dẫn xuất cyanine dựa phản ứng tạo phức phản ứng trao đổi phức, nhằm phát biothiol ion Hg(II) - Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc trưng ứng dụng sensor AMC từ dẫn xuất coumarin phát biothiol, dựa phản ứng cộng Michael Những đóng góp luận án: - Sensor L thiết kế từ dẫn xuất cyanine công bố, phát chọn lọc ion Hg(II) dựa phản ứng tạo phức, hoạt động theo kiểu bật-tắt (ON-OFF); phức chất Hg(II) với L (Hg2L2) phát chọn lọc Cys dựa phản ứng trao đổi phức, hoạt động theo kiểu tắt-bật (OFF-ON) Giới phát giới hạn định lượng ion Hg(II) L tương ứng 11,8 μg/L 39,3 μg/L hay 0,059 μM 0,19 μM; giới phát giới hạn định lượng Cys Hg2L2 tương ứng 0,2 μM 0,66 μM - Sensor AMC thiết kế từ dẫn xuất coumarin công bố, phát chọn lọc Cys dựa phản ứng cộng Michael, hoạt động theo kiểu dựa biến đổi tỷ lệ cường độ huỳnh quang hai bước sóng Giới phát giới hạn định lượng Cys xác định tương ứng 0,5 μM 1,65 μM - Sensor L sensor AMC nghiên cứu kết hợp linh hoạt nghiên cứu tính tốn hóa lượng tử với nghiên cứu thực nghiệm Những đóng góp luận án công bố tại: - Dyes and Pigments, 2016, 131, pp 301-306 - Chemistry Letters, 2017, 46, pp 135-138 - Dyes and Pigments, 2018, 152, pp 118-126 - Vietnam Journal of Chemistry, International Edition, 2017, 55, pp.700-707 - Hue Univerity Journal of Science: Natural Science, 2018, Vol.127, No 1A, pp 51-59 Cấu trúc luận án gồm phần sau: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan tài liệu Demo Version - Select.Pdf SDK - Chương 2: Nội dung phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết thảo luận - Những kết luận luận án - Định hướng nghiên cứu - Danh mục cơng trình liên quan đến luận án - Tài liệu tham khảo - Phụ lục ... NHÂN THIẾT KẾ, TỔNG HỢP MỘT SỐ SENSOR HUỲNH QUANG TỪ DẪN XUẤT CỦA CYANINE VÀ COUMARIN ĐỂ XÁC ĐỊNH BIOTHIOL VÀ Hg(II) Chuyên ngành: Hoá lý thuyết Hoá lý Demo Version Mã - Select.Pdf SDK số: 62.44.01.19... đề tài: "Thiết kế, tổng hợp số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất cyanine coumarin để xác định biothiol Hg(II) " Nhiệm vụ luận án: Demo Version - Select.Pdf SDK - Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp, đặc... dẫn xuất cyanine coumarin sử dụng nhiều nghiên cứu phát triển sensor huỳnh quang, có sensor huỳnh quang phát ion Hg(II), biothiol Mặc dù có nhiều nỗ lực phát triển sensor huỳnh quang để xác định