Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp, tính chất và thăm dò khả năng ứng dụng của phức chất kẽm II, sắt III, đồng II

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Huỳnh Đăng Chính PGS.TS Vũ Đào Thắng Các số liệu kết trình bày luận án trung thực xác Các kết chưa công bố cơng trình khác Tâ ̣p thể hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS Huỳnh Đăng Chính Nguyễn Thị Thúy Nga PGS.TS Vũ Đào Thắ ng i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đặc biệt sâu sắc đến PGS.TS Huỳnh Đăng Chính tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS Vũ Đào Thắng tận tình hướng dẫn tơi q trình thực luận án Tơi xin chân thành cám ơn sở đào tạo, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất giúp hồn thành luận án Tơi xin cám ơn lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, đồng nghiệp Viện Kỹ thuật Hóa học mơn Hóa Vơ Đại cương giúp đỡ động viên tơi q trình thực đề tài luận án Cuối xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè giúp đỡ, cổ vũ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu ii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHỨC CHẤT KẼM, SẮT, ĐỒNG, MANGAN VỚI AMINO AXIT THIẾT YẾU VÀ VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ – KIM LOẠI 1.1 Vai trò Zn, Fe, Cu, Mn amino axit thiết yếu thể sống 1.1.1 Vai trò Zn, Fe, Cu, Mn thể sống 1.1.2 Vai trò sinh học amino axit thiết yếu thể sống 1.2 Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc tính chất phức chất Zn, Fe, Cu, Mn với amino axit…………………………………………… 15 1.3 Vai trò ứng dụng phức chất Zn, Fe, Cu, Mn với amino axit bổ sung kim loại amino axit cho thể sống……………… 20 1.4 Nghiên cứu in vitro hấp thu phức chất qua thành ruột động vật 26 1.5 Tổng hợp nghiên cứu đặc trưng vật liệu khung hữu – kim loại 31 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 Thực nghiệm 2.1.1 35 Thực nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp phức chất………… 35 2.1.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 35 2.1.1.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 36 2.1.1.3 Ảnh hưởng tỉ lệ chất tham gia phản ứng 37 2.1.2 Thực nghiệm tổng hợp phức chất Zn(II), Fe(III), Cu(II), Mn(II) với amino axit thiết yếu 37 2.1.3 Thực nghiệm khảo sát in vitro độ bền phức chất môi trường mô dịch dày dịch ruột 39 2.1.4 Thực nghiệm thăm dò khả chế tạo vật liệu khung hữu – kim loại Zn(II), Fe(III) với tryptophan 40 2.2 Các phương pháp nghiên cứu…………… 40 2.2.1 Nghiên cứu tạo phức xác định số bền phức chất dung dịch phương pháp chuẩn độ đo pH (Bjerrum) 40 2.2.2 Phương pháp phân tích hàm lượng nguyên tố phức chất 42 2.2.2.1 Phương pháp hóa học 42 iii 2.2.2.2 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 44 2.2.3 Phương pháp đo độ dẫn điện 44 2.2.4 Phương pháp phổ khối lượng (MS) 45 2.2.5 Phương pháp phân tích nhiệt 45 2.2.6 Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV - Vis) 46 2.2.7 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 47 2.2.8 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 47 2.2.9 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 48 2.2.10 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 48 2.2.11 Phương pháp mô Gaussian 49 2.2.12 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ nitơ (BET) 49 2.2.13 Phương pháp in vitro nghiên cứu khả hấp thu phức chất qua thành ruột động vật 50 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp phức chất 52 3.1.1 Ảnh hưởng pH xác định số bền phức chất 52 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 55 3.1.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 56 3.1.4 Ảnh hưởng tỉ lệ chất tham gia phản ứng 57 3.2 Kết phân tích hàm lượng nguyên tố phức chất 60 3.3 Kết đo độ dẫn điện phức chất 61 3.4 Kết nghiên cứu phổ khối lượng phức chất 62 3.5 Kết nghiên cứu phân tích nhiệt phức chất 70 3.6 Kết nghiên cứu phổ tử ngoại – khả kiến phức chất 81 3.7 Kết nghiên cứu phổ hồng ngoại phức chất 83 3.8 Kết nghiên cứu phổ cộng hưởng từ hạt nhân phức chất 89 3.9 Kết nghiên cứu nhiễu xạ tia X phức chất 95 3.10 Kết nghiên cứu hiển vi điện tử quét phức chất 96 3.11 Cấu trúc phân tử đề nghị phức chất nghiên cứu 97 3.12 Kết nghiên cứu mô Gausian phức chất 99 3.13 Thăm dò khả ứng dụng phức chất 104 3.13.1 Kết nghiên cứu in vitro ứng dụng phức chất làm thức ăn bổ sung kim loại amino axit cho thể sống 105 iv 3.13.1.1 Kết khảo sát in vitro độ bền phức chất môi trường mô dịch dày dịch ruột 105 3.13.1.2 Kết khảo sát khả hấp thu phức chất qua thành ruột động vật 109 3.13.2 Kết thăm dò khả chế tạo vật liệu khung hữu – kim loại kẽm, sắt với tryptophan 111 3.13.2.1 Kết nghiên cứu thăm dò khả chế tạo MZnTrp 111 3.13.2.2 Kết nghiên cứu thăm dò khả chế tạo MFeTrp 116 KẾT LUẬN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 130 PHỤ LỤC 132 PHỤ LỤC 1: PHỔ TÁN SẮC NĂNG LƢỢ NG TIA X (EDS) 133 PHỤ LỤC 2: PHỔ KHỐI LƢỢ NG (MS) 138 PHỤ LỤC 3: PHỔ HỒNG NGOẠI (IR) 141 PHỤ LỤC 4: PHỔ CỘNG HƢỞNG TƢ̀ HẠT NHÂN (NMR) 151 PHỤ LỤC 5: GIẢN ĐỒ NHIỄU XẠ TIA X (XRD)………………………………… 153 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT HLys: Lysin mono HCl (NH3Cl – (CH2)4 – CH(NH2) – COOH) HMet: Methionin (CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COOH) HThr: Threonin (CH3 – CH(OH) – CH(NH2) - COOH) HTrp: Tryptophan (C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COOH) HVal: Valin (CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) - COOH) Lys: Gốc lysin (NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-) Met: Gốc methionin (CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-) Thr: Gốc threonin (CH3 – CH(OH) – CH(NH2) – COO-) Tryp: Gốc tryptophan (C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COO-) Val: Gốc valin (CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) – COO-) HAc: Axít axetic (CH3COOH) Cu(Ac)2: Đồng axetat (Cu(CH3COO)2) Zn(Ac)2: Kẽm axetat (Zn(CH3COO)2) ZnLys2: [(Zn(NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] ZnMet2: [Zn(CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2].H2O ZnThr2: [Zn(CH3 – CH(OH) – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2].2H2O ZnTrp2: [Zn(C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] ZnVal2: [Zn(CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2].H2O FeLys3: [(Fe(NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-)3] FeTrp3: [Zn(C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COO-)3] CuLys2: [(Cu(NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)] CuMet2: [Zn(CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)] CuThr2: [Cu(CH3 – CH(OH) – CH(NH2) – COO-)2(H2O)] CuTryp2: [Cu(C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)] Cu2Val4: [Cu2(CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) – COO-)4].2H2O MnLys2: [(Mn(NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] MnMet2: [Mn(CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] MnVal2: [Mn(CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] MFeTrp: Hợp chất khung kim loại hữu sắt với tryptophan MZnTrp: Hợp chất khung kim loại hữu kẽm với tryptophan Phổ MS: Phổ khối lượng Phổ UV – Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến vi Phổ IR: Phổ hồng ngoại Phổ NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Phổ EDS: Phổ tán sắc lượng tia X XRD: Nhiễu xạ tia X SEM: Hiển vi điện tử quét BET: Brunauer – Emmett - Teller SID: Mức tiêu hóa chuẩn ruột amino axit EDTA: Etylendiamin vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số enzym chứa kim loại thiết yếu động vật Bảng 1.2 Nhu cầu bổ sung nguyên tố kim loại ngày cho người lớn [8] Bảng 1.3 Nhu cầu, mức cho phép mức độc số khoáng lợn [5] Bảng 1.4 Các amino axit thiết yếu không thiết yếu 10 Bảng 1.5 Tên cơng thức hóa học amino axit thiết yếu 11 Bảng 1.6 Lượng amino axit khuyến nghị ngày WHO cho người lớn[54] 13 Bảng 1.7 Nhu cầu amino axit vài lồi tơm, cá [10] 14 Bảng 1.8 SID amino axit cho nhóm lợn với cân nặng khác [84] 14 Bảng 1.9 Sự hấp thu ruột non dạng khống có nguồn gốc khác (ppm) 30 Bảng 2.1 Độ tan amino axit nước 25oC [50, 71] 35 Bảng 2.2 Các phương trình phản ứng tổng hợp phức chất 38 Bảng 3.1 Khoảng pH xảy tạo phức số bền β1 số phức chất 55 Bảng 3.2 Điều kiện thích hợp kết tổng hợp phức chất 59 Bảng 3.3 Kết phân tích hàm lượng nguyên tố phức chất 60 Bảng 3.4 Kết đo độ dẫn điện phức chất nghiên cứu 61 Bảng Kết phân tích phổ khối lượng phức chất 62 Bảng 3.6 Kết phân tích nhiệt phức chất 71 Bảng 3.7 Các số sóng hấp thụ amino axit phức chất 84 Bảng Tín hiệu cộng hưởng phổ 13C-NMR HLys, ZnLys2, HMet, ZnMet2, HThr, ZnThr2, HTrp, ZnTrp2, HVal ZnVal2 89 Bảng 3.9 Công thức cấu tạo phức chất nghiên cứu 97 Bảng 3.10 Năng lượng liên kết momen lưỡng cực phân tử phức chất 99 Bảng 3.11 Kết phân tích hàm lượng đồng hấp thu từ CuThr2, Cu2Val4 CuSO4 theo thời gian 109 Bảng 3.12 Kết phân tích hàm lượng đồng hấp thu từ CuThr2 CuSO4 theo nồng độ 110 Bảng 3.13 Tín hiệu cộng hưởng phổ 13C-NMR HTrp MZnTrp δ(ppm) 112 Bảng 3.14 Tín hiệu proton HTrp MZnTrp δ(ppm) 114 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.2 Sự ảnh hưởng lẫn nguyên tố khống cần cho thể sống Hình 1.1 Ảnh hưởng liều lượng khoáng chất đến chức sức khỏe người động vật Hình 1.3 Cấu trúc phân tử phức chất [M(C5H11O2N)2(C12H8O2)] Trong M = Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), Cd(II) 18 Hình 1.4 Cấu trúc phân tử phức chất C22H24N4O5-Co, Ni Zn 18 Hình 1.5 Hấp thu Fe đường ruột từ nguồn khác 22 Hình 1.6 Hấp thu Zn đường ruột từ nguồn khác 22 Hình 1.7 Hấp thu Cu đường ruột từ nguồn khác 22 Hình 1.8 Sự vận chuyển Zn từ niêm mạc đến mạc Zn dạng phức chất dạng muối vô 22 Hình 1.9 Biểu đồ tỉ lệ trì kẽm thể từ nguồn khác 23 Hình 1.10 Biểu đồ so sánh hấp thu kim loại dạng muối dạng phức với amino axit 23 Hình 1.11 Nồng độ Cr máu theo thời gian từ nguồn khác 24 Hình 1.12 Biểu đồ so sánh khả hấp thu Cu thể từ nguồn khác 24 Hình 1.13 Biểu đồ so sánh khả hấp thu Mn thể từ nguồn khác 24 Hình 1.14 Biểu đồ so sánh trao đổi chất Mn mô động vật từ phức amino axit từ muối clorua 24 Hình 1.15 Các bước tham gia vào sinh khả dụng chất tiêu hóa 27 Hình 1.16 Túi ruột lộn: Túi ruột lộn ủ mơi trường oxi hóa ni cấy mô rung Mỗi túi lấy thời điểm yêu cầu Phân tích hợp chất xác định bên túi (không gian màng dịch) mô 28 Hình 1.17 Thiết bị nghiên cứu in vitro hấp thu ruột 29 Hình 1.18 Mơ bệnh học ruột gà (a) (b) 29 Hình 1.19 Cấu trúc vật liệu MIL-53 32 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất Zn2+, Fe3+, Cu2+ Mn2+ với amino axit Hlys, Hmet, HThr, HTrp Hval 37 Hình 2.2 Dung dịch Cu(Ac)2 (a), Hỗn hợp Cu(Ac)2+ HThr (b), Hỗn hợp Cu(Ac)2 + HTrp (c), Hỗn hợp Cu(Ac)2 + HVal (d) 39 Hình 2.3 Quy trình tổng hợp vật liệu khung hữu – kim loại MZnTrp MFeTrp 40 ix Hình 2.4 Sơ đồ khảo sát khả hấp thu chất qua thành ruột 51 Hình 3.1 Đường cong chuẩn độ hệ H2Lys+ (1), Cu2+ + 2H2Lys+ (2), Fe3+ + 3H2Lys+ (3), Mn2+ + 2H2Lys+ (4) Zn2+ + 2H2Lys+ (5) 53 Hình 3.2 Đường cong chuẩn độ hệ H2Thr+(1), Cu2++2H2Thr+(2) Zn2++2H2Thr+(3) 54 Hình 3.3 Đường cong chuẩn độ hệ H2Val+(1), Zn2++2H2Val+(2), Cu2+ + 2H2Val+ (3) Mn2+ + 2H2Val+ (4) 54 Hình 3.4 Phổ UV – Vis (a) độ hấp thụ (b) dung dịch Cu(Ac)2 + 2HLys theo nhiệt độ 56 Hình 3.5 Phổ UV – Vis (a) độ hấp thụ (b) dung dịch Cu(Ac)2+2HLys theo thời gian 57 Hình 3.6 Phổ UV – Vis dung dịch Cu(Ac)2 Cu(Ac)2 + HLys tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys khác 58 Hình 3.7 Phổ EDS ZnThr2 (a) CuMet2 (b) 61 Hình 3.8 Phổ MS ZnLys2 63 Hình 3.9 Phổ MS ZnMet2 64 Hình 3.10 Phổ MS ZnThr2 65 Hình 3.11 Phổ MS ZnVal2 65 Hình 3.12 Phổ MS CuLys2 66 Hình 3.13 Phổ MS CuMet2 67 Hình 3.14 Phổ MS CuThr2 68 Hình 3.15 Phổ MS Cu2Val4 69 Hình 3.16 Phổ MS MnLys2 70 Hình 3.17 Giản đồ phân tích nhiệt ZnLys2 72 Hình 3.18 Giản đồ phân tích nhiệt ZnMet2 73 Hình 3.19 Giản đồ phân tích nhiệt ZnThr2 73 Hình 3.20 Giản đồ phân tích nhiệt ZnTrp2 74 Hình 3.21 Giản đồ phân tích nhiệt ZnVal2 75 Hình 3.22 Giản đồ phân tích nhiệt FeLys3 75 Hình 3.23 Giản đồ phân tích nhiệt FeTrp3 76 Hình 3.24 Giản đồ nhiễu xạ tia X phức sắt sau phân tích nhiệt 76 Hình 3.25 Giản đồ phân tích nhiệt CuLys2 77 Hình 3.26 Giản đồ phân tích nhiệt CuMet2 77 x ... án: ? ?Nghiên cứu tổng hợp, tính chất thăm dị khả ứng dụng phức chất kẽm (II) , sắt (III), đồng (II) , Mn (II) với amino axit thiết yếu“ thực Mục đích luận án  Xây dựng quy trình tổng hợp phức chất. .. Xác định cấu trúc tính chất 15 phức chất tổng hợp Nghiên cứu thăm dò khả ứng dụng phức chất tổng hợp a Ứng dụng bổ sung khoáng – amino axit cho thể sống: Khảo sát độ bền phức chất môi trường mô... hướng nghiên cứu phong phú Đặc biệt, luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đại kết hợp với phương pháp mô để nghiên cứu cấu trúc tính chất phức chất Nghiên cứu thăm dò khả ứng dụng