Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc một số phức chất kim loại chuyển tiếp với phối tử dẫn xuất từ curcumin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGÔ THỊ LIÊN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ CURCUMIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2017 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGÔ THỊ LIÊN TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỘT SỐ PHỨC CHẤT KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ DẪN XUẤT TỪ CURCUMIN Chun ngành : Hóa Vơ Cơ Mã số : 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM CHIẾN THẮNG GS TS TRIỆU THỊ NGUYỆT Hà Nội – Năm 2017 ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiê ̣u về curcumin 1.2 Giới thiệu phức chất curcuminat kim loại CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Mục đích, nội dung nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 2.3.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 2.3.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS) 2.3.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể 10 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 14 3.1 Dụng cụ hóa chất 14 3.1.1 Dụng cụ 14 3.1.2 Hóa chất 14 3.2 Tinh chế curcumin 14 3.3 Tổng hợp phố i tử 14 3.3.1 Tổng hợp phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 14 3.3.2 Tổng hợp phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) 15 3.4 Tổng hợp phức chất 15 3.4.1 Phức chất với phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin 15 iii i 3.4.2 Phức chất với phối tử 4,4’-đibenzoylcurcumin 16 3.5 Các điều kiện thực nghiệm 16 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 4.1 Nghiên cứu phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) 19 4.2 Nghiên cứu phức chất 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 4,4’đibenzoylcurcumin (HL2) với kim loại chuyển tiếp 30 4.2.1 Nghiên cứu phức chất Fe(III) 30 4.2.2 Nghiên cứu phức chất Co(II), Ni(II) Cu(II) 34 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHU ̣ LỤC 46 iiiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Kết tổng hợp phức chất 4,4’-điaxetylcurcuminat kim loại 16 Bảng 3.2 Tính tan phức chất số dung môi 16 Bảng 3.3 Kết tổng hợp phức chất 4,4’-đibenzoylcurcuminat kim loại 17 Bảng 3.4 Tính tan phức chất số dung môi 17 Bảng 4.1 Một số dải hấp thụ đặc trưng phổ IR curcumin và phối tử 21 Bảng 4.2 Quy gán tín hiệu phổ 1H NMR curcumin, HL1 HL2 24 Bảng 4.3 Quy gán tín hiệu phổ 13C NMR HL1 HL2 27 Bảng 4.4 Một số độ dài liên kết (Å) góc liên kết (o) phối tử HL1 HL2 29 Bảng 4.5 Quy gán tín hiệu phổ khối lượng ESI+ phức chất [Fe(L1)3] 31 Bảng 4.6 Các dải hấp thụ đặc trưng phổ IR phức chất [Fe(L1)3] [Fe(L2)3] so với phối tử 32 Bảng 4.7 Một số độ dài liên kết (Å) và góc liên kết (o) phức chất [Fe(L1)3] 34 Bảng 4.9 Các dải hấp thụ đặc trưng phổ IR phối tử phức chất 37 Bảng 4.10 Một số độ dài liên kết (Å) và góc liên kết (o) phức chất [M(L1)2(CH3OH)2] (M = Co, Ni) [Cu(L1)2] 2CH3OH 39 v iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hın ̀ h 1.1 Công thức cấu tạo curcumin Hı̀nh 1.2 Cân tautome hóa và quá trı̀nh tách proton curcumin dung dich ̣ Hın ̀ h 1.3 Cấu trúc curcumin Hı̀nh 1.4 Liên kết phối trí curcumin và ion kim loại Hı̀nh 2.1 Công thức cấu tạo dự kiến phối tử (a) 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) (b) 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát cho việc xác định cấu trúc phân tử phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể 12 Hình 4.1 Phổ IR curcumin 20 Hình 4.2 Phổ IR 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 20 Hın ̀ h 4.3 Phổ IR 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL ) 21 Hı̀nh 4.4 Quy tắc đánh số khung cacbon cho phổ NMR (a) curcumin, (b) HL1 (c) HL2 22 Hình 4.5 Phổ 1H NMR curcumin 23 Hình 4.6 Phổ 1H NMR 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 23 Hı̀nh 4.7 Phổ 1H NMR 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) 24 Hình 4.8 Phổ 13C NMR 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 25 Hình 4.8 Phổ 13C NMR 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) 26 Hình 4.9 Phổ 13C NMR 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2) 26 Hı̀nh 4.10 Cân hai dạng cấu trúc bất đối xứng xeto-enol 27 Hın ̀ h 4.11 Cấu trúc 4,4’-điaxetylcurcumin (HL ) 28 Hın ̀ h 4.12 Cấu trúc 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL ) 28 Hình 4.13 Cấu tạo phối tử (a) HL1 (b) HL2 29 Hình 4.14 Phổ khối lượng ESI+của phức chất [Fe(L1)3] 31 Hình 4.15 Phổ IR phức chất [Fe(L1)3] 32 Hình 4.16 Phổ IR phức chất [Fe(L2)3] 32 viiv Hın ̀ h 4.17 Cấu trúc phức chất [Fe(L )3] 33 Hình 4.18 Phổ IR phức chất [Co(L1)2] 35 Hình 4.19 Phổ IR phức chất [Ni(L1)2] 35 Hình 4.20 Phổ IR phức chất [Cu(L1)2] 35 Hình 4.21 Phổ IR phức chất [Co(L2)2] 36 Hình 4.22 Phổ IR phức chất [Ni(L2)2] 36 Hình 4.23 Phổ IR phức chất [Cu(L2)2] 36 Hın ̀ h 4.24 Cấu trúc phức chất [M(L )2(MeOH)2] (M = Co, Ni) 38 Hın ̀ h 4.25 Cấu trúc phức chất [Cu(L )2] 2CH3OH 38 vii v LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Chiến Thắng GS TS Triệu Thị Nguyệt giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt trình học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Hùng Huy động viên, khích lệ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô giáo cô kĩ thuật viên Bộ mơn Hóa Vơ Cơ giúp đỡ tạo điều kiện cho em suốt trình làm thực nghiệm Tôi xin cảm ơn em Phạm Thu Thùy, anh, chị bạn phòng phức chất giúp đỡ tận tình, đóng góp nhiều ý kiến q báu để luận văn hồn thiện Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình người thân tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Hà Nội, ngày 16 tháng 11 năm 2017 Học viên Ngô Thị Liên viii vi MỞ ĐẦU Hàng ngàn năm qua, củ nghê ̣ (thuô ̣c ho ̣ gừng) đươ ̣c sử du ̣ng ở nhiề u nước nhiê ̣t đới châu Á đó có Viê ̣t Nam phương thuốc chữa bệnh dày gan Củ nghê ̣ đươ ̣c dùng để chữa lành vết loét tính chất kháng khuẩn Bên ca ̣nh đó, bơ ̣t nghê ̣là mô ̣t chấ t ta ̣o màu tự nhiên dùng phổ biế n cho thức ăn hoă ̣c chấ t nhuô ̣m Trong năm gần đây, việc tổng hợp, nghiên cứu cucumin, tinh chấ t tách chiế t đươ ̣c từ củ nghê,̣ ngày thu hút nhiều nhà khoa học giới những ứng du ̣ng tiề m điề u tri ̣ ung thư và mô ̣t số bê ̣nh như Alzheimer, Parkinson, bênh ̣ phổ i, bênh ̣ tim ma ̣ch, tiể u đường, tăng cholesterol máu… Phức chấ t kim loa ̣i của curcumin và dẫn xuấ t cũng là đố i tươ ̣ng nghiên cứu đươ ̣c quan tâm đă ̣c biê ̣t sự tăng cường hoa ̣t tı́nh sinh ho ̣c và đô ̣c tın ́ h ức chấ t tế bào ung thư so với phố i tử hữu và các tın ́ h chấ t hóa lý vươ ̣t trô ̣i mà phố i tử hữu không có đươ ̣c Mă ̣c dù là đố i tươ ̣ng nghiên cứu với nhiề u ứng du ̣ng tiề m thực tiễn, hiêṇ ở Viê ̣t Nam, phức chấ t kim loa ̣i của curcumin và dẫn xuấ t vẫn chưa đươ ̣c quan tâm đúng mức Vı̀ lý này, lựa chọn hướng nghiên cứu: “Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc số phức chất kim loại chuyển tiếp với phối tử dẫn xuất từ curcumin” Hi vọng kết thu luận văn sẽ đóng góp phần nhỏ vào lĩnh vực nghiên cứu phức chất curcumin với kim loại chuyển tiếp CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiêụ về curcumin Curcumin hay (1E,6E)-1,7-bis(4-hyđroxy-3-metoxyphenyl)hepta-1,6-đien3,5-đion hợp chất hữu có công thức cấ u ta ̣o Hın ̀ h 1.1 Hı̀nh 1.1 Công thức cấu tạo curcumin Curcumin đươ ̣c biế t đế n thành phần ho ̣ hơ ̣p chấ t hữu đươ ̣c chiế t tách từ củ nghệ Curcumin tồ n ta ̣i ở dạng bột màu vàng với điểm nóng chảy 183°C, khơng tan nước, tan tốt dung môi phân cư ̣c DMSO, metanol, etanol, axetonitrin, điclometan, clorofom, etylaxetat …[15] Curcumin phân lâ ̣p lần vào năm 1815 bởi Vogel và Pelletie [29], và phải mô ̣t thế kı̉ sau đó, cấ u ta ̣o của hơ ̣p chấ t này lầ n đầ u tiên đươ ̣c mô tả bởi Lampe và Milobedesk vào năm 1910 [10] Năm 1918, Lampe và cô ̣ng sư ̣ đã tổ ng hơ ̣p thành công curcumin từ cacbometoxy feruloyl clorua etyl axetoaxetat [8] Quy trình tổng hợp đơn giản với hiê ̣u suấ t cao hơn, sử du ̣ng axetyl axeton, B2O3, anđehit thơm thế , triankyl borat và n-butylamin, đươ ̣c công bố bởi Pabon [12] Hiêṇ nay, là hai phương pháp chın ́ h tổ ng hơ ̣p các chấ t thuô ̣c ho ̣ curcumin (curcuminoit) Do thành phầ n cấ u ta ̣o có chứa hơ ̣p phầ n β-đixeton, curcumin có thể tồ n ta ̣i ở hai da ̣ng tautome β-đixeton 1a và xeto-enol 1b cân bằ ng tautome hóa (Hın ̀ h 1.2) Cân bằ ng tautome hóa phu ̣ thuô ̣c vào đô ̣ phân cực của dung môi và pH của môi trường Trong dung môi không phân cực, da ̣ng xeto-enol 1b đươ ̣c bề n hóa bởi liên kế t hiđro nô ̣i phân tử là da ̣ng tồ n ta ̣i chın ́ h Da ̣ng β-đixeton 1a chiế m ưu thế dung môi phân cực [3] Sư ̣ phu ̣ thuô ̣c của cấ u trúc vào pH của môi trường thể hiêṇ bản chấ t axit Brönsted yế u của curcumin Các giá tri pK ̣ a cho ba quá trı̀nh tách proton 20 Sarkar, T.; Banerjee, S.; Hussain, A (2015), ''Remarkable visible light-triggered cytotoxicity of mitochondria targeting mixed-ligand cobalt(III) complexes of curcumin and phenanthroline bases binding to human serum albumin'', RSC Advances, (22), 16641-16653 21 Sarkar, T.; Banerjee, S.; Mukherjee, S.; Hussain, A (2016), ''Mitochondrial selectivity and remarkable photocytotoxicity of a ferrocenyl neodymium(III) complex of terpyridine and curcumin in cancer cells'', Dalton Transactions, 45 (15), 6424-6438 22 Sheldrick, G (2015), ''Crystal structure refinement with SHELXL'', Acta Crystallographica Section C, 71 (1), 3-8 23 Singh, S.; Aggarwal, B B (1995), ''Activation of Transcription Factor NF-κB Is Suppressed by Curcumin (Diferuloylmethane)'', Journal of Biological Chemistry, 270, 24995–25000 24 Singletary, K.; MacDonald, C.; Iovinelli, M.; Fisher, C.; Wallig, M (1998), ''Effect of the beta-diketones diferuloylmethane (curcumin) and dibenzoylmethane on rat mammary DNA adducts and tumors induced by 7,12dimethylbenz[a]anthracene'', Carcinogenesis, 19 (6), 1039-1043 25 Song, Y.-M.; Xu, J.-P.; Ding, L.; Hou, Q.; Liu, J.-W.; Zhu, Z.-L (2009), ''Syntheses, characterization and biological activities of rare earth metal complexes with curcumin and 1,10-phenanthroline-5,6-dione'', Journal of Inorganic Biochemistry, 103 (3), 396-400 26 Tønnesen, H H.; Karlsen, J.; Mostad, A (1982), ''Structural Studies of Curcuminoids I The Crystal Structure of Curcumin'', Acta Chem Scand B, 36 27 Triantis, C.; Tsotakos, T.; Tsoukalas, C.; Sagnou, M.; Raptopoulou, C.; Terzis, A.; Psycharis, V.; Pelecanou, M.; Pirmettis, I.; Papadopoulos, M (2013), ''Synthesis and Characterization of fac-[M(CO)3(P)(OO)] and cis-trans[M(CO)2(P)2(OO)] Complexes (M = Re, 99mTc) with Acetylacetone and Curcumin as OO Donor Bidentate Ligands'', Inorganic Chemistry, 52 (22), 12995-13003 44 28 Valentini, A.; Conforti, F.; Crispini, A.; De Martino, A.; Condello, R.; Stellitano, C.; Rotilio, G.; Ghedini, M.; Federici, G.; Bernardini, S.; Pucci, D (2009), ''Synthesis, Oxidant Properties, and Antitumoral Effects of a Heteroleptic Palladium(II) Complex of Curcumin on Human Prostate Cancer Cells'', Journal of Medicinal Chemistry, 52 (2), 484-491 29 Vogel, H.; Pelletier, J (1815), ''Curcumin-biological and medicinal properties'', Journal de Pharmacie, 289 30 Wang, J.; Wei, D.; Jiang, B.; Liu, T.; Ni, J.; Zhou, S (2014), ''Two copper(II) complexes of curcumin derivatives: synthesis, crystal structure and in vitro antitumor activity'', Transition Metal Chemistry, 39 (5), 553-558 31 Xu, G.; Wang, J.; Liu, T.; Wang, M.; Zhou, S.; Wu, B.; Jiang, M (2014), ''Synthesis and crystal structure of a novel copper(II) complex of curcumin-type and its application in in vitro and in vivo imaging'', Journal of Materials Chemistry B, (23), 3659-3666 45 PHU ̣ LUC ̣ Dữ liệu tinh thể học 46 4,4’–Điaxetylcucumin, HL1 Bảng Thông tin về tinh thể và kế t quả tı́nh toán cấ u trúc tố i ưu cho 4,4’–Điaxetylcucumin Công thức phân tử C25H24O8 Khố i lươ ̣ng phân tử 452,44 Nhiê ̣t đô ̣ đo 293(2) K Bước sóng tia X 0,71073 Å Hê ̣ tinh thể Đơn tà Nhóm không gian P21 Thông số ô ma ̣ng sở a = 8,849(1) Å α = 90° b = 7,958(1) Å β = 98,57(1)° c = 16,438(2) Å γ = 90° Thể tı́ch Số đơn vi ̣cấ u trúc (Z) 1144,6(2) Å Tı̉ tro ̣ng (tı́nh toán) 1,313 g/cm Hê ̣ số hấ p thu ̣ 0,098 mm F(000) 476 Kı́ch thước tinh thể 0,277 x 0,094 x 0,029 mm Khoảng góc θ 2,803 tới 26,360° Khoảng chı̉ số h, k, l –11