Tổng hợp nghiên cứu phức chất của một số nguyên tố đất hiếm nhẹ với l - histidin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng

Tổng hợp nghiên cứu phức chất của một số nguyên tố đất hiếm nhẹ với l - histidin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Hướng dẫn khoa học: PGS-TS LÊ HỮU THIỀNG

THÁI NGUYÊN - 2008

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người

thầy đã tận tình chú đáo và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa sau Đại học, khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, phòng Vi sinh trường Đại học Y khoa Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm

Cùng với sự biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường THPT Bình Yên, tổ Lý - Hóa - Sinh trường THPT Bình Yên đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, tháng 09 năm 2008 Tác giả luận văn

1.1.1 Đặc đặc điểm chung của các NTĐH 2

1.1.1.1.Cấu hình electron chung của các lantanit 2

1.2 Sơ lược về L- histidin 6

1.3 Khả năng tạo phức của NTĐH với các aminoaxit 7

1.4 Một số ứng dụng phức chất của NTĐH với các aminoaxit 9

1.5 Phương pháp nghiên cứu phức rắn 12

1.5.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 12

1.5.2 Phương pháp phân tích nhiệt 13

1.5.3 Phương pháp đo độ dẫn điện 14

1.6 Đối tượng thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất 14

1.6.1 Sơ lược về cây ngô 14

1.6.2 Sơ lược về vi khuẩn Escherichia coli và vi khuẩn Staphylococcus aureus 15

Chương II: THỰC NGHIỆM 17

2.1.2.3 Dung dịch đệm axetat 18

2.1.2.4 Các dung dịch muối Ln(NO3)3 18

2.1.2.5 Dung dịch đệm amoni

2.2 Tổng hợp phức chất của các NTĐH với L- histidn 18

2.3 Nghiên cứu phức rắn của NTĐH với L- histidin 19

2.3.1 Xác định hàm lượng (%) NTĐH trong các phức chất 19

2.3.2 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt 20

2.3.3 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 26

2.3.4 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp đo độ dẫn điện 30

2.4 Ảnh hưởng của phức chất đến sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt ngô 32

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức chất đến sự nảy mầm và phát triển mầm hạt ngô 32

2.4.1.1 Phương pháp thí nghiệm 32

2.4.1.2 Ảnh hưởng của phức chất đến sự nảy mầm của hạt ngô 32

2.4.1.3 Ảnh hưởng của phức chất đến sự phát triển mầm của hạt ngô 33

2.4.2 So sánh ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt ngô 35

2.4.2.1.Ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự nảy mầm của hạt ngô 35

2.4.2.2 Ảnh hưởng của phức chất, phối tử và ion kim loại đến sự phát triển mầm của hạt ngô 35

2.5 Ảnh hưởng của phức chất Pr(His)3(NO3).2H2O đến vi khuẩn Escherichia coli và vi khuẩn Staphylococcus aureus 37

2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của phức chất đến vi khuẩn Escherichia coli và vi khuẩn Staphylococcus aureus 37

Chương III: KẾT LUẬN 40

Danh mục công trình đã công bố liên quan đến luận văn 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

PHỤ LỤC 44

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DTPA : Dietylentriamin pentaaxetic DTHA : Trietylentetraamin hecxaaxetic EDTA : Etylendiamin tetraaxetic

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của ngành hóa học, hóa học phức chất của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) hay các lantanit (Ln) đã có những đóng góp to lớn và quan trọng cho nhiều ngành khoa học Phức chất của NTĐH có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, nhất là trong lĩnh vực khoa học công nghệ cao

Phức chất của các NTĐH với các aminoaxit là một trong những lĩnh vực được nhiều nhà Khoa học quan tâm Các aminoaxit là những phối tử có khả năng tạo phức tương đối bền với các ion đất hiếm, nó không chỉ được nghiên cứu cơ bản mà còn được nghiên cứu cả về mặt ứng dụng Đây là một trong những hướng đi chính của các nhà Khoa học về lĩnh vực phức chất

Phức chất của các NTĐH với phối tử là các aminoaxit rất đa dạng và phong phú như: phức chất của NTĐH với L-tryptophan, L-lơxin, L-phenylalanin Tuy nhiên còn rất ít công trình nghiên cứu về phức chất của một số NTĐH với L-histidin

Với những nhận định trên chúng tôi thực hiện đề tài: "Tổng hợp, nghiên cứu phức chất của một số nguyên tố đất hiếm nhẹ với L-histidin và bước đầu thăm dò hoạt tính sinh học của chúng "

* Mục tiêu đề tài:

- Tổng hợp phức rắn của một số nguyên tố đất hiếm nhẹ với L-histidin - Nghiên cứu tính chất của chúng

- Thăm dò hoạt tính sinh học của một số phức chất tổng hợp được

* Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tổng hợp phức chất theo tỷ lệ mol Ln3+ : L - histidin = 1: 3 - Xác định thành phần của phức chất

- Nghiên cứu cấu trúc của các phức chất đã tổng hợp được

- Nghiên cứu hoạt tính sinh học của một số phức chất tổng hợp được trên các đối tượng khác nhau

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm

1.1.1 Đặc điểm chung của các nguyên tố đất hiếm

Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) bao gồm Sc, Y, La và các nguyên tố họ lantanit (Ln) Họ lantanit gồm 14 nguyên tố: từ Ce (số thứ tự nguyên tử 58) đến Lu (số thứ tự nguyên tử 71) trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđêleep [11]

1.1.1.1.Cấu hình electron chung của các lantanit

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f n 5s2 5p6 5dm 6s2 Trong đó: n thay đổi từ 0 đến 14

Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 4f7+2 4f7+3 4f7+4 4f7+5 4f7+6 4f7+7 4f145d1 Qua cấu hình electron của các nguyên tố này ta nhận thấy chúng chỉ khác nhau về số electron ở phân lớp 4f , phân lớp này nằm sâu bên trong nguyên tử hoặc ion nên ít ảnh hưởng tới tính chất của nguyên tử hoặc ion do vậy tính chất hóa học của chúng rất giống nhau, chúng là những kim loại hoạt động tương đương với kim loại kiềm và kiềm thổ Ở dạng đơn chất là những kim loại sáng màu, các nguyên tố này đều khó nóng chảy, khó sôi và mềm

Các ion của nguyên tố Ln có nhiều mức oxi hoá nhưng mức oxi hóa +3 là bền và đặc trưng nhất Mức oxi hóa +3 ứng với cấu hình electron hóa trị là [Xe]5d16s2 Tuy nhiên một số nguyên tố có số oxi hóa thay đổi

Bán kính ion lantanit giảm dần từ La3+ đến Lu3+ Điều này được giải thích là do các electron điền vào obitan của phân lớp 4f ngày càng nhiều, nên đã chắn lực hút của hạt nhân tới electron nằm ở 2 phân lớp ngoài cùng là 5d16s2, làm cho bán kính hạt nhân giảm dần khi điện tích hạt nhân nguyên tử tăng Tuy nhiên, phân lớp 4f nằm sâu bên trong nên bán kính nguyên tử lantanit giảm chậm Hiện tượng này được gọi là sự co lantanit [8]

Trong phân nhóm nhẹ thì prometi (Pm) là nguyên tố mang tính phóng

xạ Một số đại lượng đặc trưng của NTĐH nhẹ được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số đại lượng đặc trưng của NTĐH nhẹ [8]

Nguyên tố (Ln)

Số thứ tự nguyên tử

Bán kính nguyên tử

A0

Bán kính ion, Ln3+

A0

Nhiệt độ nóng chảy,

Nhiệt độ sôi 0C

Tỷ khối

Trong tự nhiên NTĐH tồn tại dưới dạng các khoáng vật, được phân bố

ở một số nước trên thế giới như: Liên Xô cũ, Trung Quốc, Mỹ, Úc, Ấn Độ , những nước này có tổng trữ lượng oxit đất hiếm tương đối lớn [11]

Việt Nam có quặng đất hiếm khá phong phú, tổng trữ lượng trên 10 triệu tấn tập trung ở một số vùng như: Phong thổ (Lai Châu), Nậm Xe (Cao Bằng) và ở vùng sa khoáng ven biển miền Trung (Hà Tĩnh) [11]

1.1.1.2 Tính chất hoá học của các NTĐH

Các NTĐH nói chung là những kim loại hoạt động, chỉ kém kim loại kiềm và kiểm thổ Các nguyên tố phân nhóm xeri hoạt động mạnh hơn các nguyên tố phân nhóm tecbi

Tính chất hoá học đặc trưng của các NTĐH là tính khử mạnh Trong không khí ẩm, nó bị mờ đục nhanh chóng vì bị phủ màng cacbonat đất hiếm Các màng này được tạo nên do tác dụng của các NTĐH với nước và khí cacbonic Tác dụng với các halogen ở nhiệt độ thường và một số phi kim khác khi đun nóng Tác dụng chậm với nước nguội, nhanh với nước nóng và giải phóng khí hiđro Tác dụng với các axit vô cơ như HCl, HNO3, H2SO4 , tùy từng loại axit mà mức độ tác dụng khác nhau, trừ HF, H3PO4

Các NTĐH không tan trong dung dịch kiềm kể cả khi đun nóng, ở nhiệt độ cao nó khử được oxit của nhiều kim loại, có khả năng tạo phức với nhiều loại phối tử [8]

1.1.2 Sơ lược về một số hợp chất chính của NTĐH

1.1.2.1 Oxit của các NTĐH (Ln2O3)

Oxit của các nguyên tố này là những chất rắn vô định hình hay ở dạng tinh thể, có màu gần giống như màu Ln3+ trong dung dịch và cũng biến đổi màu theo quy luật biến đổi tuần hoàn, rất bền nên trong thực tế thường thu các nguyên tố này dưới dạng Ln2O3

Ln2O3 là oxit bazơ điển hình không tan trong nước nhưng tác dụng với nước tạo thành hidroxit và có tích số tan nhỏ, tác dụng với các axit vô cơ như: HCl, H2SO4, HNO3…, tác dụng với muối amoni theo phản ứng:

Ln2O3 + 6 NH4Cl 2 LnCl3 + 6 NH3 + 3 H2O

Ln2O3 được điều chế bằng cách nung nóng các hydroxit hoặc các muối của các NTĐH [8]

1.1.2.2 Hydroxit của NTĐH [Ln(OH)3]

Là những chất kết tủa ít tan trong nước, trong nước thể hiện tính bazơ yếu, độ bazơ giảm dần từ La(OH)3 đến Lu(OH)3 , tan được trong các axit vô cơ và muối amôni, không tan trong nước và trong dung dịch kiềm dư Ln(OH)3 không bền, ở nhiệt độ cao phân hủy tạo thành Ln2O3

2Ln(OH)3 90010000C Ln2O3 + 3H2O

Tích số tan của các hydroxit đất hiếm rất nhỏ: TLa(OH)3= 1,0.10-19;

2 Ln2O3 + 3 CCl4 = 4 LnCl3 + 3 CO2

Ln2O3 + 3 C + 3 Cl2 = 2 LnCl3 + 3 CO

• Muối nitrat Ln(NO3)3 : Dễ tan trong nước, độ tan giảm từ La đến Lu, khi kết tinh từ dung dịch thì chúng thường ngậm nước Những muối này có khả năng tạo thành muối kép với các nitrat của kim loại kiềm hoặc amoni theo kiểu Ln(NO3)3 2MNO3 (M là amoni hoặc kim loại kiềm); Ln(NO3)3 không bền, ở nhiệt độ khoảng 7000C - 8000C bị phân huỷ tạo thành oxit

4 Ln(NO3)3 2 Ln2O3 + 12 NO2 + 3 O2

Ln(NO3)3 được điều chế bằng cách hòa tan oxit, hidroxit hay cacbonat của các NTĐH trong dung dịch HNO3

• Muối sunfat Ln2(SO4)3 : Tan nhiều trong nước lạnh và cũng có khả năng tạo thành sunfat kép với muối sunfat kim loại kiềm hay amoni, ví dụ như muối kép 2M2SO4 Ln2(SO4)3 nH2O Trong đó: M là những kim loại kiềm, n = 8  12

Muối Ln2(SO4)3 được điều chế bằng cách hoà tan oxit, hidroxit hay cacbonat của NTĐH trong dung dịch H2SO4 loãng

Ngoài ra còn một số muối khác như: muối florua, muối cacbonat, muối phôtphat, muối oxalat…, các muối này đều không tan Chẳng hạn như muối Ln2(C2O4)3 có độ tan trong nước rất nhỏ, khi kết tinh cũng ngậm nước [8]

1.2 Sơ lược về L-histidin

Histidin (tên quốc tế:  - amino - - imidazol propionic) là một trong

20 aminoaxit có trong protein Histidin tồn tại ở 2 dạng D-histidin và L-histidin Trong đó dạng L-histidin có biểu hiện hoạt tính sinh học nên

thường được nghiên cứu nhiều hơn Công thức phân tử: C6H9O2N3

Khối lượng mol phân tử: 155,16 g Công thức cấu tạo:

HC = C - CH2- CH - COOH | | |

HN N NH2 CH

+ Trong môi trường axit có cân bằng sau

+H3N CH COO

+ H+N

+H3N CH COOH

NH

+ Trong môi trường kiềm có cân bằng sau

+ OH N

+ H2O

L-histidin ở dạng tấm nhỏ, có màu trắng, không tan trong ete, ít tan trong rượu, nhưng tan tốt trong nước nóng tạo môi trường bazơ yếu, là chất hoạt động quang học, trong dung dịch nồng độ 3,2% thì góc quay cực ở 200C là []20

D = -39,20C

Histidin là một aminoaxit cần thiết cho con người, đặc biệt ở trẻ em Nó cần thiết cho sự phát triển và điều chỉnh các mô; là thành phần của chất bảo vệ cho các tế bào thần kinh Hơn nữa, nó còn cần thiết cho sự sản sinh cả hồng cầu lẫn bạch cầu, loại bỏ những kim loại nặng khỏi cơ thể, giúp cơ thể tránh khỏi những nguy hiểm gây ra bởi bức xạ

Histidin được tìm thấy trong các loại hoa quả như chuối, nho; có trong thịt, có trong sữa và các sản phẩm có chứa sữa Ngoài ra nó còn có trong tất cả các loại rau xanh nhưng với lượng ít hơn [1][15]

1.3 Khả năng tạo phức của NTĐH với các aminoaxit

Khả năng tạo phức của các NTĐH nói chung kém hơn so với các nguyên tố họ d Do các electron 4f bị chắn mạnh bởi các electron lớp ngoài cùng ( 5d1 6s2 ) và do ion Ln3+ có kích thước lớn làm giảm lực hút tĩnh điện giữa ion Ln3+ với các phối tử Vì vậy khả năng tạo phức của các nguyên tố này chỉ tương đương các kim loại kiềm thổ

Giống với ion Ca2+, các ion Ln3+ có thể tạo phức với những phối tử vô cơ như NH3, CN-, NO3, SO2

 Những phức này rất không bền, trong dung dịch loãng phân li hoàn toàn, trong dung dịch đặc chúng kết tinh ở dạng muối kép [8]

Với các phối tử hữu cơ và đặc biệt là với phối tử có dung lượng phối trí lớn, điện tích âm lớn như axit xitric, axit tactric , thì các ion Ln3+ có thể tạo những phức chất rất bền

Đặc thù sự tạo phức của các NTĐH là số phối trí cao và thay đổi Trước đây người ta cho rằng số phối trí đặc trưng của các nguyên tố này là 6 Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu chứng minh được rằng số phối trí 6 không phải là đặc trưng nhất mà có thể là 7, 8, 9, 10, 11 thậm chí là 12

Một trong những hợp chất hữu cơ tạo được phức bền với Ln3+ là aminoaxit Có nhiều quan điểm khác nhau về sự tạo phức này

Theo tác giả L.A.Tsugaep thì trong phức chất của kim loại với các aminoaxit, liên kết tạo thành đồng thời bởi nhóm cacboxyl và nhóm amino Tuỳ theo sự sắp xếp tương hỗ của các nhóm này mà phức chất tạo thành là hợp chất vòng (hợp chất chelat) có số cạnh khác nhau: 3, 4, 5, 6 cạnh Độ bền của phức chất phụ thuộc vào số cạnh, trong đó phức chất có cấu tạo vòng 5, 6 cạnh là bền nhất [11]

Theo E.O.Zeviagisep, phức vòng của aminoaxit với NTĐH không tồn tại trong môi trường axit và trung tính mà nó chỉ tồn tại trong môi trường kiềm Tuy nhiên, ở pH cao xảy ra sự phân huỷ phức tạo thành các hydroxit đất hiếm [11]

Đối với các aminoaxit có nhóm chức ở mạch nhánh, nếu nhóm chức này mang điện tích dương, ví dụ như acginat thì độ bền của phức giảm đi chút ít do sự đẩy tĩnh điện Nếu các nhóm này mang điện tích âm như glutamic thì chúng có thể tham gia tạo liên kết để tạo phức phức đa nhân bền

Khi sử dụng các aminoaxit làm các tác nhân tạo phức để tách các NTĐH ra khỏi nhau, Vickery R.C nhận thấy rằng chỉ có glixin và histidin là có khả năng tạo phức chất với NTĐH trong các dung dịch trung tính hay amoniac, trong đó khả năng tạo phức của histidin nhỏ hơn glixin [11]

Nhiều tác giả đã tổng hợp được phức rắn của một số NTĐH với các aminoaxit

Một số tác giả Ấn Độ đã tổng hợp được phức rắn của lantan nitrat và axetat với lơxin Tác giả Csoeregh I (Thuỵ Điển) đã tổng hợp được phức rắn của honmi với axit L- aspactic Celia R, Carubelli và các cộng sự đã tổng hợp được phức rắn của một số NTĐH với L- phenylalanin và L- tryptophan [11]

Gần đây một số tác giả ở Trung Quốc: Yangli [17], Yang Zupei và các cộng sự [18] đã tổng hợp, nghiên cứu tính chất và thăm dò các hoạt tính kháng khuẩn của một số phức chất của NTĐH với L-histidin

1.4 Một số ứng dụng phức chất của NTĐH với các aminoaxit

Hoạt tính sinh học của các phức chất nói chung được phát hiện từ đầu thế kỷ XIX Phức chất của các amonoaxit được ứng dụng nhiều trong nông nghiệp và y học Trong nông nghiệp phân bón có thành phần phức vòng của các kim loại chuyển tiếp, NTĐH cho hiệu quả cao hơn nhiều so với các loại phân vô cơ, hữu cơ truyền thống, vì chúng có những đặc tính : dễ hấp thụ, bền ở khoảng pH rộng, không bị các vi khuẩn phá hủy trong thời gian dài, có thể loại được các tác nhân gây độc hại cho người, gia súc và môi trường như các kim loại nặng, ion NO

3 Mặt khác, chúng bổ sung các nguyên tố cần thiết cho cây, mà các nguyên tố này trong đất ngày càng nghèo đi do quá trình photphat hóa, sunfat hóa, trôi rữa

Trên thế giới, ở nhiều nước như Anh, Mỹ, Liên Xô cũ đã sử dụng phức chất dạng vòng càng của các kim loại sinh học vào ngành trồng trọt, nhằm làm tăng năng suất của mùa màng, chống bệnh vàng lá, rụng quả xanh

Các phức chất của DTPA, DTHA, EDTA, đặc biệt là phức đơn nhân của DTPA bền không bị thủy phân ở pH cao, được sử dụng có hiệu quả cho ngành công nghiệp hóa học phục vụ sản xuất nông nghiệp ở các nước thuộc Liên Xô cũ

Phức hỗn hợp của nhiều aminoaxit với các NTĐH bón cho cây trồng đã làm tăng độ mầu mỡ của đất, tăng sản lượng của cây trồng (lúa mì tăng 11,7%, chè tăng 21,53%)

Ngày nay, phức chất của các NTĐH đã trở thành vật liệu chiến lược cho các ngành công nghệ cao như điện – điện tử, hạt nhân, quang học, vũ trụ, vật liệu siêu dẫn, siêu nam châm, xúc tác thủy tinh và gốm sứ kỹ thuật cao, phân bón vi lượng

Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu phức chất của NTĐH như cụm công trình “Công nghệ đất hiếm phục vụ sản xuất, đời sống và bảo vệ môi trường” của nhóm tác giả thuộc Viện Khoa học vật liệu – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Nhóm tác giả này đưa ra những hướng ứng dụng sau: Sử dụng làm chế phẩm vi lượng ĐH 93 nhằm nâng cao năng xuất cây trồng, sử dụng trong xúc tác lọc khí độc từ lò đốt rác thải, sử dụng chế tạo nam châm trong các máy phát thủy điện cực nhỏ [11]

Đã có nhiều công trình nghiên cứu, làm rõ hoạt tính sinh học phức chất của một số NTĐH với các aminoaxit như:

Phức chất của một số NTĐH với L- aspactic có tác dụng ức chế sự nảy mầm của hạt đỗ tương, đỗ xanh [9]

Phức chất chất của một số NTĐH với axit glutamic có tác dụng ức chế sự phát triển chiều cao thân, chiều dài rễ, tăng số cành trên mỗi cây, điều này có tác dụng làm tăng khả năng hút nước, ra hoa và đậu quả ở nồng độ 120 ppm sau 6 tuần tuổi Khi dùng phức ở nồng độ 120 ppm ngâm tẩm hạt và phun vào thời kì sinh trưởng thì năng suất cây lạc tăng từ 5,64  5,72 % [10]

Phức chất H3[La(Phe)3(NO3)3] 2H2O có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt đỗ xanh Nồng độ có tác dụng ức chế rõ rệt là 100 ppm Mức độ ức chế của phức chất lớn hơn ion kim loại (Ln3+) và phối tử (Phe) [12]

Phức chất H3[La(Trp)3(NO3)3] 3H2O trong khoảng nồng độ 1518 ppm kích thích sự sinh khối, tăng hoạt độ của  - amilaza của chủng nấm mốc Aspergillyus Niger Sự kích thích này thể hiện rõ nhất ở nồng độ 60 ppm[13]

Các phức chất La(HPhe)3(NO3)3.3H2O, Eu(HPhe)3(NO3)3.3H2O đều có hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Sta và vi khuẩn E.coli Phức chất của La(HPhe)3(NO3)3.2H2O có hoạt tính kháng khuẩn đối với vi khuẩn Sta và vi khuẩn Ecoli tương ứng với nồng độ tối thiểu là 1,25% và 2,5%, phức Eu(HPhe)3(NO3)3.3H2O là 2,5% và 5% [11]

Nhìn chung phức chất của NTĐH với các aminoaxit có biểu hiện hoạt tính sinh học trên nhiều đối tượng khác nhau, có thể gây ra sự ức chế hoặc kích thích một số yếu tố sinh học nào đó Vì vậy, việc nghiên cứu các phức chất của NTĐH với các aminoaxit để tìm ra những ứng dụng có ích nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao cho con người là một hướng đi đúng đắn

Bên cạnh các thành tựu đạt được trong các lĩnh vực nông nghiệp và y học, người ta lo lắng muốn biết NTĐH có độc hại đối với con người hay không ? Kết quả nghiên cứu của nhiều công trình cho thấy hàm lượng đất hiếm oxit trung bình trong vỏ trái đất và trong trái đất là 0,0150,02% Tất cả các cây đều chứa đất hiếm, trung bình 0,003% khối lượng sạch Hàm lượng NTĐH trong ngũ cốc là 0,1 0,15ppm, trong tro động vật là 0,8% Đất hiếm tham gia vào chu trình thức ăn sinh học trong tự nhiên Cơ thể con người trong điều kiện bình thường hấp thụ khoảng 2mg NTĐH trong mỗi ngày từ thức ăn và nước uống Phân tích trong cây ngô được xử lý bằng NTĐH cho thấy giữa mẫu nghiên cứu và mẫu so sánh không có sự thay đổi đáng kể về hàm lượng các NTĐH Việc sử dụng lượng nhỏ các NTĐH làm thức ăn cho

gia cầm cho thấy chúng vô hại đối với môi trường và chất lượng thịt, không thấy dấu hiệu của sự tích luỹ đất hiếm trong thịt của cá và gia cầm Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra việc sử dụng một liều lượng nhất định các NTĐH là an toàn cho người và động vật [11]

1.5 Phương pháp nghiên cứu phức rắn

1.5.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại

Cơ sở của phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là: Khi chiếu mẫu thử bằng bức xạ hồng ngoại có thể làm chuyển mức năng lượng dao động và quay của các phân tử Mỗi nhóm nguyên tử trong phân tử được đặc trưng bằng một số dải hấp thụ nhất định trong phổ hồng ngoại Do ảnh hưởng của các nhóm khác nhau trong phân tử, các dải hấp thụ thuộc nhóm đang xét sẽ bị dịch chuyển về vị trí hay thay đổi về cường độ Dựa trên chiều hướng dịch chuyển, mức độ thay đổi vị trí các dải hấp thụ có thể thu được những thông tin quan trọng về cấu tạo của các hợp chất

Khi phối tử tham gia vào cầu phối trí của phức chất thì phổ hấp thụ hồng ngoại của chúng bị thay đổi, sự thay đổi này có liên quan đến sự thay đổi kiểu liên kết giữa ion kim loại với phối tử Để phát hiện kiểu thay đổi đó, người ta so sánh phổ hấp thụ hồng ngoại của những hợp chất chứa phối tử mà các dạng liên kết trong những hợp chất này đã được xác định rõ Việc nghiên cứu phức chất bằng phương pháp này còn cho biết kiểu liên kết trong phức chất

Việc gán ghép các dải hấp thụ được thực hiện trên cơ sở tính toán các dao động chuẩn ( đối xứng hoặc bất đối xứng ) của các nhóm nguyên tử Để nhận biết các nhóm nguyên tử hoặc các nhóm đặc trưng trong phân tử hợp chất nghiên cứu, tra bảng các tần số đặc trưng trong tài liệu tra cứu

Quang phổ hấp thụ hồng ngoại là phương pháp tin cậy cho khả năng phân biệt các nhóm chức có phối trí hay không phối trí với ion trung tâm Nếu nhóm chức tham gia vào phối trí thì dao động hoá trị không đối xứng của nhóm dịch chuyển về vùng tần số thấp hơn

Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là phương pháp vật lý hiện đại và thông dụng dùng để nghiên cứu các chất Đã có rất nhiều phức chất của nhiều tác giả đã được nghiên cứu bằng phương pháp này, ví dụ như: phức của một số NTĐH với L-phenylalanin [11]; phức của Ln3+ với L-tryptophan; phức của lantan với L-methionin [6,11]…

1.5.2 Phương pháp phân tích nhiệt

Đây là phương pháp hoá lý hiện đại để nghiên cứu phức rắn, áp dụng phương pháp này cho ta nhiều thông tin về phức chất

Cơ sở của phương pháp phân tích nhiệt là: Dựa vào các hiệu ứng nhiệt để nghiên cứu những quá trình phát sinh ra khi đun nóng hoặc làm nguội chất Xây dựng giản đồ biểu thị sự biến đổi tính chất theo thời gian Dựa vào các giản đồ này có thể suy luận được thành phần và nhiều dữ kiện khác của các chất khi xảy ra các hiệu ứng nhiệt

Thông thường giản đồ phân tích nhiệt gồm có 3 loại đường: T, DTA, TGA Trong đó:

- Đường T chỉ sự biến đổi đơn thuần của nhiệt độ của mẫu theo thời gian - Đường DTA cũng chỉ sự biến đổi của nhiệt độ nhưng so với mẫu chuẩn (đường vi phân) Đường này cho biết hiệu ứng nào là hiệu ứng thu nhiệt, hiệu ứng nào là hiệu ứng toả nhiệt

- Đường TGA cho biết sự biến đổi khối lượng mẫu nghiên cứu trong suốt quá trình nâng nhiệt độ, có thể suy luận thành phần của phức chất căn cứ vào độ giảm của khối lượng khi xảy ra hiệu ứng nhiệt [6]

Phương pháp này còn cho biết hợp chất chứa nước phối trí hay nước kết tinh Một số phức chất đã được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt như: phức chất của Samari, Europi và Gadolini với L-phenylalanin; phức chất của Lantan, Prazeodim với L-tryptophan [11] …

1.5.3 Phương pháp đo độ dẫn điện

Nguyên tắc của phương pháp đo độ dẫn điện là: Xác lập một số trị số trung bình mà độ dẫn điện mol (μ) hoặc độ dẫn điện đương lượng () của phức chất dao động xung quanh chúng Phương pháp này cho phép xác định được tính chất của phức chất, suy đoán về độ bền tương đối của các phức chất có cùng kiểu cấu tạo [6]

Khi nghiên cứu phức chất bằng phương pháp này, trước tiên ta xác định độ dẫn điện riêng  của dung dịch cần nghiên cứu ở một nhiệt độ nhất định, từ đó tính được độ dẫn điện mol phân tử μ hoặc độ dẫn điện đương lượng theo công thức:

1.6 Đối tƣợng thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất

1.6.1 Sơ lược về cây ngô

Ngô có tên khoa học là Zea mays L, có giá trị kinh tế về nhiều mặt : dùng làm lương thực cho con người, làm thức ăn chăn nuôi gia súc, dùng làm thực phẩm (bao tử ngô), đặc biệt ngô còn cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp Do đó ngô đã trở thành cây trồng quan trọng

Hạt ngô được cấu tạo bởi tinh bột, chất đạm, chất béo, chất xơ, chất khoáng, ngoài ra còn chứa các loại enzim điều khiển mọi quá trình sinh hóa xảy ra trong hạt [7]

Ngô là loại cây hàng năm ra quả một lần, thường phát triển vào mùa xuân Vòng đời thay đổi tùy theo điều kiện sống Thời kỳ sinh trưởng và phát triển của ngô qua 13 thời kỳ : Trương hạt ; nảy mầm ; nhú mầm ; thời kỳ lá

thứ ba ; thời kỳ lá thứ năm ; thời kỳ đẻ nhánh ; thời kỳ đậm thân ; thời kỳ lá thứ 7, thứ 9 và lá thứ 11 ; thời kỳ trổ cờ ; thời kỳ phun râu ; thời kỳ chín sữa, chín sáp và cuối cùng là thời kỳ chín hoàn toàn Trong đó thời kỳ nảy mầm là nhạy cảm nhất với tác động bên ngoài Thời kỳ này có ý nghĩa quan trọng, quyết định sự sinh trưởng, phát triển dẫn đến năng suất của ngô Chính vì vậy mà chúng tôi tiến hành thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng của phức chất đất hiếm đến sự nảy mầm và phát triển mầm, rễ của hạt ngô [5]

1.6.2 Sơ lược về vi khuẩn Escherichia coli và Staphylococcus aureus

Escherichia coli (thường được viết tắt là E.coli) là một loại khuẩn gram

âm (hình 1.1), được gọi là trực khuẩn Chúng sống ký sinh trong đường ruột của động vật máu nóng (bao gồm chim và động vật có vú) Vi khuẩn này cần thiết trong quá trình tiêu hoá thức ăn và là thành phần của khuẩn lạc ruột E.coli thuộc họ vi khuẩn Enterchacteviaceae và thường được sử dụng làm sinh vật mô hình cho các nghiên cứu về vi khuẩn [2] [3]

Staphylococcus aureus (thường được viết tắt là Sta) là một loại khuẩn

gram dương, được gọi là cầu khuẩn vì nó có dạng hình cầu Vi khuẩn Sta đứng tụ thành từng đám giống như chùm nho và thành từng đàn lớn, tròn, màu vàng (hình 1.2) Sta là loại khuẩn gram dương, có khoảng 2600 gen và 2,8 triệu ADN trong nhiễm sắc thể của nó

Hình 1.1: Hình thái vi khuẩn E.coli Hình 1.2: Hình thái vi khuẩn Sta

Trong tự nhiên vi khuẩn Sta có mặt ở khắp nơi : không khí, đất, nước, là vi khuẩn hội sinh gặp thường xuyên ở da và các hốc tự nhiên của người và động vật Cầu khuẩn thường gây nên các yếu tố sau : tan máu, đông huyết tương, gây hoại tử da, gây nhiễm độc thức ăn và viêm ruột, hủy diệt bạch cầu Loại khuẩn này chủ yếu gây bệnh cấp tính như nhiễm trùng có mủ, nhiễm trùng máu [2] [3]

Trên cơ sở tìm hiểu, thấy rõ vai trò của các đối tượng nêu trên đối với cuộc sống, chúng tôi nhận thấy: Việc tìm ra một chất có tác dụng ức chế hay kích thích sự phát triển của cây ngô và hoạt tính kháng khuẩn đối với các vi khuẩn có ý nghĩa quan trọng Vì vậy, sau khi tổng hợp, nghiên cứu thành phần và cấu trúc của phức chất, chúng tôi tiến hành nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức chất lên các đối tượng: mầm, rễ hạt ngô; vi khuẩn Escherichia coli và Staphylococcus aureus

Chương 2 THỰC NGHIỆM

Độ dẫn điện riêng của các dung dịch được đo trên máy FIGURE7 ( Mỹ) Ngoài ra còn sử dụng thêm một số máy móc và công cụ khác như lò nung, tủ sấy, máy khuấy từ

2.1.2.2 Dung dịch thuốc thử asenazo(III) 0,1%

Cân một lượng chính xác asenazo(III) trên cân điện tử 4 số Dùng nước cất hòa tan sơ bộ, nhỏ từng giọt Na2CO3 0,1% cho đến khi dung dịch có màu xanh tím Đun nóng hỗn hợp ở 600C, tiếp tục nhỏ từng giọt axit HCl loãng cho đến khi dung dịch có màu tím đỏ và định mức đến thể tích cần thiết [4]

2.1.2.3 Dung dịch đệm axetat (CH3COONa + CH3COOH ), pH = 4,2

Pha dung dịch CH3COONa 0,3M sau đó cho từ từ CH3COOH đặc vào dung dịch CH3COONa và kiểm tra bằng máy đo pH

2.1.2.4 Các dung dịch Ln(NO3)310-2M (Ln: La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd)

Cân chính xác lượng Ln2O3 99,99% theo tính toán trên cân điện tử 4 số, hoà tan bằng dung dịch HNO3 1N cô cạn trên bếp cách thủy ở 70  800C Sau đó hòa tan bằng nước cất hai lần, định mức 100ml Nồng độ chính xác của Ln(NO3)3 được xác định lại bằng phương pháp chuẩn độ complexon với thuốc thử DTPA 10-3M, chỉ thị asenazo (III) 0,1% và đệm pH = 4,2 [4]

2.2 Tổng hợp phức chất của các NTĐH với L- histidin

Trộn các dung dịch Ln(NO3)3 với dung dịch L- histidin theo tỷ lệ 1:3 về số mol Dùng dung dịch HNO3 loãng để điều chỉnh pH 5 6 Tiến hành đun cách thuỷ hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 70 750C trong 3 giờ cho đến khi xuất hiện váng trên bề mặt thì ngừng đun, để nguội, đặt trong bình hút ẩm chứa H2SO4 đặc Sau khoảng 10 ngày thì tinh thể hình thành; lọc, rửa phức thu được bằng hỗn hợp etylic, andehit axetic Sau đó, đặt trong bình hút ẩm chứa P4O10 để làm khô [17]

Giả thiết phản ứng xảy ra:

Ln(H2O)x(NO3)3 + 3 His Ln(His)3(NO3)3 + x H2O (Để đơn giản, chúng tôi ký hiệu L- histidin là His)

Các phức này rất rễ hút ẩm, dễ tan trong nước ở điều kiện thường

2.3 Nghiên cứu phức rắn của NTĐH với L-histidin

2.3.1 Xác định hàm lượng (% )NTĐH trong các phức chất

Hàm lượng của Ln được xác định bằng cách: Cân một lượng xác định các phức chất trên cân điện tử 4 số, đem nung ở nhiệt độ từ 900  10000C trong thời gian 2 giờ Ở nhiệt độ này phức chất bị phân hủy và chuyển hết về dạng oxit (Ln2O3) Hoà tan oxit này trong HNO3 loãng, cô cạn trên bếp cách thuỷ ở 800C để đuổi hết axit dư, tiếp tục hoà tan bằng nước cất 2 lần và định mức đến thể tích nhất định Sử dụng phương pháp chuẩn độ complexon để

xác định nồng độ các ion Ln3+ trong dung dịch, với chất chuẩn là DTPA 10-3M, thuốc thử asenazo(III) 1%, đệm pH = 4,2 Hàm lượng NTĐH

được tính theo công thức sau:

Kết quả phân tích hàm lượng NTĐH trong phức chất được trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Kết quả phân tích thành phần ( % ) các nguyên tố Ln của các phức chất

Công thức giả thiết của phức chất

Nhận xét: Từ bảng 2.1 chúng tôi nhận thấy hàm lượng (%) của Ln

trong phức chất xác định bằng thực nghiệm tương đối phù hợp với lý thuyết Điều này chứng tỏ rằng công thức giả thiết của phức chất là phù hợp

2.3.2 Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt

Mẫu ghi giản đồ phân tích nhiệt được gửi về Viện Hoá học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Mẫu phân tích được tiến hành trong không khí, tốc độ gia nhiệt là 100C/phút trong khoảng nhiệt độ 30  7000C Kết quả được trình bày ở các hình 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, bảng 2.2 và các phụ lục 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Hình 2.1 Giản đồ DTA của phức chất La(His)3(NO3)3.4H2O

Hình 2.2 Giản đồ DTA của phức chất Gd(His)3(NO3)3.3,5H2O

Hình 2.3 Giản đồ TGA của phức chất La(His)3(NO3)3.4H2O

Hình 2.4 Giản đồ TGA của phức chất Gd(His)3(NO3)3.3,5H2O