Tổng hợp và nghiên cứu phức chất của đồng (II) với thosemicacbazon glucozơ

Mở đầu Từ thực tế chọn Trong lĩnh vực hoá học phức chất ngời ta tiến hành rộng rÃi việc tổng hợp nghiên cứu cấu tạo phức chất kim loại với phân tử chứa nguyên tử cho khác tạo thành với ion kim loại phức chất theo kiểu khác Trong số phân tử loại đặc biệt đợc lu ý đến dẫn xuất thiosemi cacbazít - thiosemicacbazon, phân tử với phức chúng có hoạt tính sinh học mạnh, chúng có khả kháng nấm kháng khn cịng nh øc chÕ sù ph¸t triĨn cđa tÕ bào ung th [3] Hiện thiosemicacbazon đợc quan tâm thiosemicacbazon có nguồn gốc từ anđehít thiên nhiên [8]đề tài "Tổng hợp nghiên cứu phức chất đồng (II) với thiosemicacbazon" làm luận văn tốt nghiệp Đại học Luận văn tập trung vấn đề sau: 1/ Tổng hợp phần tử thiosemicacbazon glucozơ 2/ Tổng hợp phức Cu (II) với thiosemicacbazon glucozơ 3/ Nghiên cứu thành phần cấu trúc phức chất tổng hợp đợc phơng pháp: Phơng pháp phân tích nguyên tố, phơng pháp phổ hồng ngoại, phơng pháp phổ khối lợng phơng pháp hấp thụ electron Hy vọng kết thu góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu phøc chÊt cđa thiosemicacbazon Ch¬ng I Tỉng quan 1.1 Kim loại Cu: Z = 29, M = 63,62đvc [2] Cấu hình e: [ar]3d104s1 Bán kính nguyên tử: Rntử = 1,2A0 Cu kim loại màu đỏ có khối lợng riêng lớn (d = 8,96g/cm3) Có t0 nóng chảy nhiệt độ sôi cao (t0n/c = 10830C, t0s = 26000C) Có tính dẻo, dẫn nhiệt, dẫn điện tốt (chỉ thua Ag) Cu kim loại có hoạt tính hoá học trung bình Các trạng thái oxi hoá Cu: 0, +1, +2, +3 Trong số oxi hoá (+2) đặc trng Cu2+: [ar]3d9 khả tạo phức mạnh Số phối trí cực đại Cu (II) = ứng với phức bát diện nh [Cu(H2O)62+ màu xanh phức bát diện Cu (II) với cấu hình d có biến dạng theo hiệu ứng Jantelơ dẫn đến việc chuyển phức chất bát diện thành phức chất vuông thuận lợi mặt lợng Do với phối tử trờng mạnh nh NH3, etylenđianmin tạo thành ion phức hình vuông [Cu(NH3)4]2+, [Cu(en)2]2+ - Đối với Cu (II) phức cation anion ®Ỉc trng [1] Phøc cation: [Cu(NH3)4]2+, [Cu(en)2]2+, [Cu(H2O)6]2+ Phøc anion: [Cu(OH)4]2-, [Cu(CN)4]2-, [CuCl4]2- Các phức chất Cu(II) thờng có màu: [Cu(H2O)6]2+: Mµu xanh da trêi [Cu(en)2]2+: Mµu xanh thÉm; [Cu(Hthis)HSO4]: Màu xám đen [3] Cu[Hthac)NO3.H2O: Màu xanh rêu [3] [Cu(tcitr)2]: màu vàng; tcitr: Bis-3R-(+)citronellal thiosemicacbazon [11] Các phức chất Cu víi thiosemicacbazon thêng cã ho¹t tÝnh sinh häc [3] [11][8] 1.2 Glucozơ CTPT C6H12O6 Glucozơ chất rắn kết tinh không màu dễ tan nớc, khó tan rợu Khi đun nóng dễ bị phân huỷ Glucozơ monosaccarit phổ biến quan trọng Glucozơ tồn hai dạng mạch, dạng mạch hở mạch vòng cạnh Trong dung dịch dạng Dạng glucozơ, Dạng - glucozơ dạng mạch hở chuyển hoá lẫn Tuy nhiên phần trăm dạng mạch hở glucozơ có phản ứng điển hình andehit mà phản ứng cộng hợp với NaHSO3, phản ứng màu với axit fucsin sunfurơ Glucozơ thiên nhiên thuộc loại D-glucozơ D-glucozơ đợc gọi đờng nho có nhiều hoa chín nho dung dịch D-glucozơ có độ quay cực sang phải mạnh nên gọi dextrozơ máu ngời động vật có lợng D-glucozơ định D-glucozơ có thành phần disaccarit nh saccarozơ, mantozơ, lactozơ, xenlobiozơ có polisaccarit nh tinh bột, xenlulo D-glucozơ đợc điều chế công nghiệp cách thuỷ phân tinh bột axitclohidrit loÃng, nồi hấp áp suất atm D-glucozơ kết tinh lại nớc thu đợc dạng - D - glucozơ có nhiệt độ nóng chảy 1460C, dung dịch - D - glucozo có suất quay cực +1120 Nếu D - glucozơ kết tinh lại từ dung dịch axit axetic loÃng thu đợc - Dglucozơ có nhiệt độ nóng chảy 1500C dung dịch có suất quay cực + 190 Hỗn hợp cân ứng với 62% - D-(+)glucozơ 38% - D (+)glucozơ Do quay hỗ biến giũa hai dạng - D-glucozơ dung dịch nên đạt trạng thái cân có suất quay cực 52,70 Este glucozơ với axit phôtphoríc có ý nghĩa đặc biƯt quan träng ®èi víi sinh lý ®éng thùc vËt CH - (CHOH)4 - CH=O OH D¹ng m¹ch hë CH2OH H H OH OH CH2OH O H H H OH H OH OH H OH D¹ng  - glucozo O OH H H OH D¹ngH - glucozo 1.3 Thiosemecacbazit thiosemicacbazon Thiosemicacbazon đợc tổng hợp cách cho thiosemicacbazit ngng tụ với hợp chất cacbonyl Thiosemicacbazit chất kết tinh màu trắng, nóng chảy 181 : 1830C, M = 91 Công thức cấu tạo: H H N H N2 N1 C H H S Các nguyên tử N(1), N(2), N(3), C S hầu nh nằm mặt phẳng có chuyển proton từ N(2) sang S đợc thể phơng trình (*) Liên kết C-S có độ bội lớn 2, liên kết C - N(1), C - N(2) có độ bội lớn 1, liên kết khác có độ bội gần Chính liên hợp đà góp phần làm cho phân tử thiosemicacbazit liên kết phối trí mạnh với ion kim loại qua lu huỳnh tạo thành phức chất trạng thái rắn nguyên tử S nhóm NH2(3) nằm vị trí trans với Thiosemicacbazit phối tử cã tÝnh baz¬, ë pH cao, cã thĨ tån cân tautome NH2 - C NH - NH2 NH2 - C = N - NH2 (*) S SH Thiosemicacbazit có khả ngng tụ với hợp chất cacbonyl để tạo thành thiosemicacbazon: R - C = O + NH2 - NH - C - NH2 R - C = N - NH - C - NH2 + H2O R' S R' S Phản ứng thờng đợc thùc hiƯn m«i trêng etanol - níc cã axit axetic làm xúc tác Hợp chất cacbonyl phản ứng với thiosemicacbazit qua giai đoạn: C = O + H2N- NH - C-NH2 S C- NH- NH - C- NH2 OH C- NH - NH-C-NH2 OH S C = N - NH- C- NH2 S Giai đoạn (1) phản ứng giai đoạn cộng nucleophin C = O + NH2 - NH-C-NH2 S + C - NH2 - NH- C -NH2nhanh O S + C NH2 - NH- C- NH2 O S + C - NH2 - NH- C- NH2 OH S Giai đoạn đợc xúc tác axit axit hoạt hoá nhóm cacbonyl cách proton hoá nhóm này: C = O + H+ C + OH + C OH + NH2 - NH- C - NH2 S C - NH2 - NH - C - NH2 OH S + + + C - NH2 - NH- C - NH2 -H C - NH - NH- C- NH2 OH S OH S Sù cã mỈt cđa axit môi trờng làm cho tốc độ phản ứng tăng lên Nhng tăng nồng độ axit đến mức tốc độ phản ứng giảm nồng độ tác nhân nucleophin bị giảm proton hoá thiosemicacbazit NH2 - NH - C - NH2 + H+ H3N+ - NH - C - NH2 S S Sự biến thiên nồng độ chất phản ứng theo pH giai đoạn (1) cã thĨ biĨu diƠn b»ng h×nh (1): C H×nh 1: Sự biến thiên nồng độ C .+ pH Giai đoạn (2) phản ứng xảy sau: C - NH- NH - C - NH2 +H OH S C - NH- NH - C - NH2 OH+2 S + H2O pH OH (1) vµ thiosemicacbazit (2) theo C - NH - NH - C - NH2 + OH2 S C + - NH - NH - C - NH2 S C + - NH- NH - C - NH2 -H+ C = N - NH - C - NH2 S S Tốc độ phản ứng cđa hỵp chÊt cacbonyl víi thiosemicacbazit phơ thc hiƯu øng kh«ng gian cđa nhãm thÕ nèi víi nhãm cacbonyl Tuy nhiên vấn đề hiệu ứng electron phản ứng lại phức tạp, trình cộng nucleophin hiđrat ho¸ phơ thc nhãm thÕ theo hai quy lt kh¸c Với đa dạng tính chất phong phú số lợng hợp chất cacbonyl tổng hợp đợc nhiều thiosemicacbazon khác Mặt khác thiosemicacbazon lại có khả phối trí với nhiều kim loại tạo phức chất có ứng dụng lĩnh vực xúc tác , phân tích, y học Vì ngày có nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp thiosemicacbazon Trong phạm vi đề tài xin giới thiệu tổng hợp thiosemicacbazon sau: NH2 - NH - C - NH2 + CH2 - ( CHOH)4 - CHO S OH Thiosemicacbazit Glucoz¬ CH2 - ( CHOH)4 - CH = N - NH - C - NH2 + H2O OH S Thiosemicacbazonglucozơ 1.4 Khả tạo phức thiosemicacbazit Qua việc tổng hợp nghiên cứu phức chất kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit Ngời ta đà chứng minh thiosemicacbazit thêng cã xu híng thĨ hiƯn dung lỵng phèi trÝ liên kết thực qua nguyên tử S N nhóm hiđrazin Trong trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy sù chun nguyªn tư H cđa nhãm imin sang nguyªn tư S NH2 NH2 NH2 N-H N C C S SH NH2 Trans - thiosemicacbazit cis - thiosemicacbazit Nguyªn tử H bị thay kim loại, tạo thành hợp chất nội phức theo sơ đồ: N- NH2 NH2- N M NH2 - C - S S - C - NH2 Thiosemicacbazit tạo với ion kim loại phức chất có cấu hình bát diện nh Cu(Hth)2 X2 (X : Cl, NO3-, ClO-4, 1/2 SO42-); Ni(Hth)2 X2; (X : CNS-, NO2-) cấu hình vuông ph¼ng nh: Ni (Hth)2 X2 (Y = Cl-, Be-, I- ) [3] C¸c phøc chÊt cđa Cr (III) , Co(II) , Fe (II) với thiosemicacbazit đà đợc tổng hợp Tuy nhiªn phøc chÊt cđa Ag (I), Hg (II) thiosemicacbazit thể dung lợng phối trí 1, đợc thực qua nguyên tử S Bằng phơng pháp phân tích cấu trúc rơnghen ngời ta thấy phức thiosemicacbazit tồn cấu trạng trans [3] 1.5 Khả tạo phức thiosemicacbazon: Thiosemicacbazon dạng ban đầu gọi dạng thion Khi dung dịch hầu hết thiosemicacbazon bị chuyển sang thiol thông qua trình enol hoá Khi tham gia tạo phức, thiosemicacbazon thêng cã xu híng thĨ hiƯn dung lỵng phèi trÝ cực đại Liên kết đợc thực qua nguyên tử S, N nhóm hiđrazin nguyên tử oxi nhóm OH hợp chất cacbonyl Chẳng hạn phức Ni(Hthsa)2NO3, M(Hthis)2 (M:Co, Ni) có kiểu cấu hình b¸t diƯn NH2 C NH H O CH N S N CH Ni S H- O NH C OH OH CH2-CH - CH - CH - CH - CH OH N -N C - NH2 H O H M O OH OH OH S CM=Co,Ni S CH - CH = N C 2- CH - CH-C NH2 Phøc Ni(H2thsa)2NO3; H2thsa: Thiosemicacbazon Salixilandehit NH2 C N N O S N M N M(Co,Ni) O S C NH2 Phøc M(H this)2 M(Co,Ni); H this: thiosemicacbazon isatin Tuy nhiªn cịng cã nhiỊu trêng hợp thiosemicacbazon phối tử hai Thí dụ: Phức M(H this)X M:Cu(II), Co(II), Ni(II); X: Cl-, Br-, CH3COO-, HSO4Cã cấu hình vuông phẳng O X M N N S C NH2 Hay phøc: Cu(Hthac) X H2O; X=Cl-, NO3-, HSO4- CH3 C= N CH C-O NH - C - NH2 S M X CH3 Trong mét sè Ýt trêng hợp khó khăn hoá lập thể hay nguyên nhân khác, thiosemicacbazon thể phối tử cµng, thÝ dơ [Co X (OH) 2L]: L: lµ thiosemicacbazon Salixilanđêhit 1.6 Hoạt tính sinh học thiosemicacbazon phức chất chúng:[3,7] Năm 1946, Domak phát khả kháng vi trùng lao dẫn xuất thiosemicacbazon benzanđehit , sau ông so sánh khả kháng khuẩn thiosemicacbazit với thiosemicacbazon ông cho khả kháng khuẩn thiosemicacbazon toàn phân tử thành phần phân tử thuỷ phân Kanfman đà chứng minh đợc tác dụng chữa bệnh thiosemicacbazon chúng tiêu diệt vi trùng mà trung hoà độc tố vi trùng tiết Thiosemicacbazon - axetyl piriđin số phức kim loại chúng có khả kháng sốt rét, kháng khuẩn, kháng vi rút Có thiosemicacbazon đà đợc dùng làm thuốc chẳng hạn Thiosemicacbazon p - axetamio benzanđehit (TB1) đợc dùng làm thuốc chữa bệnh lao, CH3 - C - NH - CH = NH - C - NH2 O S Bên cạnh thiosemicacbazon - etylsunfobenzandehit piridin4andehit đợc dùng y học để chữa bệnh lao Thiosemicacbazon isatin đợc dùng chữa bệnh cảm cúm , bệnh đậu mùa làm thuốc sát trùng Ngoài tác dụng tốt với bệnh lao , nhiều thiosemicacbazon có tác dụng đặc biệt trình chữa bệnh viêm nhiễm I.H.H all céng sù nhËn thÊy phøc cđa Cu(II) víi thiosemicacbazon 2- furanđehit có độc tính mạnhchống lại phát triển tế bào ung th ngời nh ung th biĨu m« tư cung , ung th bng trøng ,ung th phổi phát triển bệnh bạch cầu Phøc Cu(octet)2[11] octet : trans 2- octenal thiosemicacbazon cã khả ức chế phát triển khối u ë nång ®é 1,5.10 -5 M phøc Cu (Hthis) Cl , Mo(Hthsa) 3Cl3 có tác dụng làm giảm sè ph¸t triĨn khèi u [3] Phøc [Zn (ATSM)] (ATSM = diacetylbis - metyl - - thiosemicacbazon) [10], Cu(AC - 4PTSC)2 chúng có khả kháng vi khuẩn có khả thích nghi chống đỡ nhiều loại thuốc đợc dùng y học Martelli đà công bố kết việc tổng hợp - metyl thiosemicacbazon - - axetyl piri®in pyri®in (AC - 4MTSC) ; - metyl thiosemicacbazon - axetyl pyri®in (AC - 2MTSC) phức chất chúng Hai phối tử với phức chất chúng có khả chống lại nhiều loại nấm khác D.Horton O Varela gần tổng hợp phức Cu (II), Pt (II), Pd(II) víi mét sè bis (thiosemicacbazon) cđa D.glucoz¬ thÊy phức có khả ức chế vi rút bại liệt loại tế bào ung th tiền thận khỉ Các thiosemicacbazon phức chất chúng có nhiều hoạt tính sinh học quý giá, nhiên để đa chúng vào mục đích y học chữa trị bệnh tật cho ngời phải đảm bảo độ tan tối thiểu đa số phức tan nớc Do đà có nhiều công trình nghiên cứu nhằm làm tăng độ tan chúng lên để đa chúng vào thể ngời dới dạng dung dịch tăng tác dụng thuốc Chơng II Thực nghiệm thảo luận kết 2.1 Chuẩn bị hoá chất, dụng cụ, máy móc dung dịch thí nghiệm 2.1.1 Hoá chất: Các hoá chất dùng làm thí nghiệm thuộc dạng tinh khiết phân tích nớc cất lần 2.1.2 Máy móc dụng cụ - Máy đo pH 744-PHmeter có độ xác +0,01 điện cực thuỷ tinh kết hợp - Máy khấy từ có điều chỉnh nhiệt độ ,bếp cách thuỷ dụng cụ khác - Cân điện tử có độ xác +10-4g - Phổkhối lợng đo máy LC-MSD - Phổ hấp thụ hồng ngoại đợc máy ImPact 4100 Nicolet - Phổ hấp thụ electronđợcdo máy quang phổ Speckord-40, 190nm- 900nm,độ xác +2nm 2.1.3 ChuÈn bÞ dung dÞch a) DungdÞch EDTA 10-2M Hoµ tan hoµn toµn 15gam EDTA (Na 2C10H14O8N2.2H2O )trong 150gam nớc cất sau thêm etanol ngừng t¸ch kÕt tđa , läc lÊy kÕt tđa, rưa kÕt tủa rợu etylic làm khô kết tủa không khí cho vào tủ sấy nhiệt độ 80 0C, để nguội bình hút ẩm Cân 1,86g EDTA(0,005 mol) cho vào bình định mức 500ml pha nớc cất tới vạch thu đợc dung dịch EDTA.10-2M b/ Dung dịch đệm: pH = 10 Trén 8,75g NH4Cl víi 71,3 ml dung dịch NH3 đặc (tỷ khối 0,9g/ml) pha loÃng bình định mức 125ml c/ Chất thị murexít: Trộn 0,5g bột với 2ml nớc lắc kỹ Để yên cho phần không tan lắng xuống lấy dung dịch bÃo hoà dùng cho chuẩn độ Do dung dịch chóng hỏng nên pha chế trớc dùng d/ Dung dịch CuSO4: Cân xác 3,125g CuSO4 cho vào bình định mức 125ml cho nớc cất vào tới vạch lắc kỹ Chuẩn độ dung dịch thu đợc dung dịch EDTA.10-2M dung dịch đệm NH4Cl + NH3 có pH = 10, thị murexít để xác định lại nồng độ CuSO4 sau lần chuẩn độ ta tính nồng độ CuSO4 0,095M 2.2.Tổng hợp phối tử thiosemicacbazon glucozơ phức với Cu (II) 2.2.1 Tổng hợp thiosemicacbazon glucozơ: Thiosemicacbazit trớc sử dụng đợc kết tinh lại dung môi etanol Thiosemicacbazon glucozơ đợc tổng hợp phản ứng ngng tụ hợp chất thiosemicacbazit với glucozơ môi trờng axit nh sau: Cân 3,97g glucozơ hoà tan vào nớc với thể tích vừa đủ để glucozơ tan hết (10ml) Cân 1,82g thiosemicacbazit cho vào bình cầu, cho tiếp etanol vào víi thĨ tÝch bÐ nhÊt (400ml) ®Ĩ ®un nãng thiosemicacbazit cã thĨ tan hÕt Sau ®ã trén dung dịch nóng lại với Lấy 1ml dung dịch HCl 0,5M cho vào dung dịch sau trộn, đun bình cầu bếp cách thuỷ (có hồi lu) khoảng 2h 10 ... NH+3 C S m/z=76 2.4.2 Nghiên cứu phức chất cửa kim loại 2.4.2.1 Phân tích hàm lợng kim loại phức chất tổng hợp - Cân lợng cính xác phức chất , cho toàn lợng cân vào chén sứ đa vào lò nung (t0 =7000C)... Thiosemicacbazon glucozơ đợc tổng hợp phản ứng ngng tụ hợp chất thiosemicacbazit với glucozơ môi trờng axit nh sau: Cân 3,97g glucozơ hoà tan vào nớc với thể tích vừa đủ để glucozơ tan hết (10ml) Cân... 0,095M 2.2 .Tổng hợp phối tử thiosemicacbazon glucozơ phức với Cu (II) 2.2.1 Tổng hợp thiosemicacbazon glucozơ: Thiosemicacbazit trớc sử dụng đợc kết tinh lại dung môi etanol Thiosemicacbazon glucozơ