Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò khả năng ứng dụng trong y sinh của phức chất cu(ii) với các dẫn xuất thiosemicacbazon menton

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM QUỲNH TRANG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH CỦA PHỨC CHẤT Cu(II) VỚI CÁC DẪN XUẤT THIOSEMICACBAZON MENTON LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGHỆ AN - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM QUỲNH TRANG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH CỦA PHỨC CHẤT Cu(II) VỚI CÁC DẪN XUẤT THIOSEMICACBAZON MENTON Chuyên ngành: Hóa vơ Mã số: 8.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ HỒNG TUYẾT NGHỆ AN - 2019 LỜI CẢM ƠN Để có kết này, tơi xin tỏ lịng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phan Thị Hồng Tuyết tận tình hướng dẫn, giúp đỡ bảo suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn q Thầy, Cơ Ngành Hóa học, viện Sư phạm tự nhiên, Trường Đại học Vinh học tận tình việc dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích cho tơi thời gian học tập trường, tạo tảng vững cho trình nghiên cứu thầy phụ trách phịng thí nghiệm tạo điều kiện tốt để chun tâm nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban lãnh đạo Viện Sư phạm Tự nhiên, Phòng Sau đại học - Trường Đại học Vinh tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tuy nhiên q trình hồn thành luận văn tránh thiếu sót khuyết điểm nên mong q thầy, bạn học viên góp ý cho tơi để luận văn hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng năm 2019 Tác giả luận văn Phạm Quỳnh Trang MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………… MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………………………………… 11 1.1 Thiosemicacbazon ……………………………………………………11 1.1.1 Cấu tạo tính chất …………………………………………… 11 1.1.2 Khả tạo phức……………………………………………… 14 1.1.3 Hoạt tính sinh học thiosemicacbazon …………………………21 1.2 Menton……………………………………………………………… 26 1.3 Khả tạo phức ion kim loại Cu(II) hoạt tính sinh học 28 1.3.1 Giới thiệu chung………………………………………………… 28 1.3.2 Khả tạo phức ion kim loại Cu(II)……………………… 30 1.3.3 Hoạt tính sinh học Cu(II) phức Cu…………………….31 1.4 Tổng quan nano gắn với phức chất 33 1.5 Các phương pháp nghiên cứu phức chất .34 1.5.1 Phương pháp phổ khối lượng MS………………………………….34 1.5.2 Phương pháp phổ hồng ngoại IR………………………………… 35 1.5.3 Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS……………………………… 38 1.5.4 Phương pháp thử hoạt tính sinh học……………………………….41 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 42 2.1 Chuẩn bị dụng cụ, máy móc, hóa chấ 42 2.1.1 Dụng cụ, máy móc………………………………………………….42 2.1.2 Hóa chất …………………………………………………………….42 2.2 Các thí nghiệm tổng hợp phối tử phức chất 44 2.2.1 Tổng hợp phối tử 4- phenyl thiosemicacbazon menton (H4phethiomen)………………………………………………………… 44 2.2.2 Tổng hợp phối tử 4- metyl thiosemicacbazon menton (H4methiomen)……………………………………………………………44 2.2.3 Tổng hợp phức chất Cu(II) với 4- phenyl thiosemicacbazon menton (Cu-4-phethiomen)……………………………………………………… 45 2.2.4 Tổng hợp phức chất Cu(II) với 4- metyl thiosemicacbazon menton (Cu-4-methiomen)…………………………………………………………45 2.3 Nghiên cứu khả bọc phức chất Cu(II) polyme 45 2.4 Kỹ thuật thực nghiệm .46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Kết xác định thành phần cấu tạo hai phối tử với phức chất Cu(II) .47 3.1.1 Phổ khối lượng MS…………………………………………………47 3.1.2 Phổ hồng ngoại IR………………………………………………… 52 3.1.3 Phổ hấp thụ electron UV-Vis……………………………………….56 3.2 Kết thử hoạt tính sinh học .61 3.3 Kết nghiên cứu khả bọc phức chất Cu(II) polyme 62 3.2.1 Phổ IR………………………………………………………………62 3.2.2 FESEM…………………………………………………………… 65 KẾT LUẬN………………………………………………………………… 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….69 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT H4methiomen 4-metyl thiosemicacbazone menthone Cu - 4methiomen Cu-4-metyl thiosemicacbazone menthone H4phethiomen 4-pheyl thiosemicacbazone menthone Cu – 4phethiomen Cu-4-phenyl thiosemicacbazone menthone PLA Axit polylactic PVP Poly vinyl pirrolidone DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Nội dung Trang Hoạt tính kháng khuẩn Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc phức 23 chất chúng 1.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật thiosemicacbazon phức chất Pt chúng [15] 24 1.3 Khả tạo phức ion kim loại Cu(II) 30 1.4 Hoạt tính kháng khuẩn Ac-4Mtsc, Ac-2Mtsc phức chất Cu(II) chúng 32 1.5 Các dải hấp thụ phổ IR thiosemicacbazit 37 3.1 Kết MS thành phần chất 47 3.2 Kết quy gán tần số đặc trưng phổ hồng ngoại IR phối tử H4methiomen, H4phethiomen với phức chất 56 Cu(II) 3.3 Kết thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào hai phối tử H4phethiomen, H4methiomen phức chất Cu(II) 3.4 Kết quy gán tần số đặc trưng phổ hồng ngoại IR PLA, PVP, phức chất Cu-4-phethiomen PLA-PVP- 62 66 Cu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung Hình 1.1 Trang Cấu trúc phân tử thiosemicacbazit 11 1.2 Cân bằng tauteme thiosemicacbazit 11 1.3 Phản ứng ngưng tụ cacbonyl với thiosemicacbazit 12 + 1.4 Sự biến thiên nồng độ > C = OH (1) thioseicacbazit 14 (2) theo pH 1.5 Cấu trúc phức chất theo tác giả Trịnh Ngọc Châu 17 1.6 Tổng hợp phức kim loại Cu(II), Ni(II) với phối tử thiosemicacbazon citronellal [13] 18 1.7 Cấu trúc hai phức chất dạng monome [Hg(TTSZH)Cl2] phức chất dạng đime [Hg(FTSZ)Cl]2 20 Quá trình tạo phức thiosemicacbazon công 1.8 thức cấu tạo số phức chất kim loại chuyển tiếp 22 với thiosemicacbazon 1.9 Sự phân bố electron cấu hình d9 trường phối tử 31 3.1 Phổ khối lượng ESI-MS possitive H4methiomen 48 3.2 Phổ khối lượng ESI-MS possitive H4phethiomen 49 3.3 Phổ khối lượng ESI-MS-negative phức Cu- 4-methiomen 50 3.4 Phổ khối lượng ESI-MS-negative phức Cu- 4-phethiomen 51 3.5 Phổ hồng ngoại IR phối tử H4methiomen 52 3.6 Ph Phổ hồng ngoại IR phức Cu-methiomen 53 3.7 Phổ hồng ngoại IR phối tử H4phethiomen 54 3.8 Phổ hồng ngoại IR phức Cu-phethiomen 55 3.9 Phổ UV-VIS 4-metyl thiosemicacbazit 57 3.10 Phổ UV-VIS 4-phenyl thiosemicacbazit 57 3.11 Phổ UV-VIS phối tử H4methiomen 58 3.12 Phổ UV-VIS phối tử H4phethiomen 58 3.13 Phổ UV-VIS phức Cu-4-methiomen 59 3.14 Phổ UV-VIS phức Cu-4-phethiomen 59 3.15 Cấu tạo phối tử H4methiomen phức chất Cu(II) 60 3.16 Cấu tạo phối tử H4phethiomen phức chất Cu(II) 61 Hình 3.11 Phổ UV-VIS phối tử H4methiomen Hình 3.12 Phổ UV-VIS phối tử H4phethiomen 60 Hình 3.13 Phổ UV-VIS phức Cu-4-methiomen Hình 3.14 Phổ UV-VIS phức Cu-4-phethiomen 61 Phổ UV-VIS hai phối tử Hmethiomen Hphethiomen xuất dải hấp thụ nằm vùng 200 nm– 400 nm nên thuộc bước chuyển nội phối tử Phức chất dải hấp thụ chuyển vùng bước sóng dài, cho thấy có thay đổi phối tử từ dạng tự sang dạng tạo phức Phổ phức chất Cu(II) với 4-phenyl thiosemicacbazon menton xuất dải hấp thụ rộng, cường độ yếu (400- 600nm), thuộc dải chuyển d-d Phổ UV-VIS phức chất Cu(II) với 4metyl thiosemcacbazon menton, 4-phenyl thiosemicacbazon menton phù hợp với kết số tác giả nghiên cứu phổ UV-VIS phức chất Cu(II) với thiosemicacbazon Từ kết phương pháp phổ MS, IR UV-VIS đề nghị cấu trúc phức chất Cu(II) tổng hợp hình 3.15 3.16 Trong phức chất hai phối tử 4-phenyl thiosemicacbazon 4-metyl thiosemicacbazon phối tử hai càng, liên kết với ion kim loại Cu(II) qua nguyên tử lưu huỳnh N-hidrazin, phức chất đồng có số phối trí Hình 3.15 Cấu tạo phối tử H4methiomen phức chất Cu(II) 62 Hình 3.16 Cấu tạo phối tử H4phethiomen phức chất Cu(II) 3.2 Kết thử hoạt tính sinh học Hai phối tử 4-phenyl thiosemicacbazon menton, 4-metyl thiosemicacbazon menton phức chất với Cu(II) thăm dò khả kháng dòng tế bào ung thư: tế bào ung thư gan (Hep-G2) tế bào ung thư mô liên kết (RD) Kết thu bảng 3.3 cho thấy mẫu phối tử khơng có khả gây độc tế bào ung thư nồng độ 10 76,6 ± 1,6 >10 Cu-4phethiomen 10 22,9 ± 0,1 7,74 33,5 ± 0,4 7,62 H4methiomen 10 90,1 ± 1,3 >10 78,5 ± 1,5 >10 Cu-4methiomen 10 0,8 ± 0,2 12,21 16,82 3.3 Kết nghiên cứu khả bọc phức chất Cu-4-phethiomen polyme Do hạn chế mặt thời gian nên thử khả bọc phức chất Cu-4-phethiomen polyme Từ kết bọc phức chất Cu-4-phethiomen cho thấy thu sản phẩm bọc dạng nhũ tương màu xanh đen Do điều kiện thời gian chưa cho phép nên sản phẩm khảo sát phổ IR FESEM 3.3.1 Phổ IR 64 Hình 3.17 Phổ hồng ngoại IR PVP Hình 3.18 Phổ hồng ngoại IR PLA 65 Hình 3.19 Phổ hồng ngoại IR sản phẩm bọc PLA-PVP-Cu Kết quy gán tần số đặc trưng phổ IR PLA, PVP, PLA-PVP-Cu phức chất Cu-4-phethiomen biểu diễn bảng 3.4 Bảng 3.4 Kết quy gán tần số đặc trưng phổ hồng ngoại IR PLA, PVP, phức chất Cu-4-phethiomen PLA-PVP-Cu , cm-1 NH CO CN NN CS PVP - - 1649 - - Cu-X (X= S, N) - PLA - 1713 - - - - Cu-4-phethiomen 3298, 3360 - - 1047 800 435, 501 PLA-PVP-Cu 3427 1713 1653 1045 806 518, 570 Chất 66 So sánh phổ hồng ngoại IR PLA, PVP, PLA-PVP-Cu với phức chất Cu4-phethiomen (hình 3.8) thấy phổ IR PLA-PVP-Cu xuất dải hấp thụ nhóm đặc trưng phức chất PLA, PVP Các dải có dịch chuyển so với phức chất PLA, PVP Từ kết thấy có kết hợp phức chất với PLA, PVP tạo sản phẩm 3.3.2 Đo FESEM Ảnh FESEM sản phẩm bọc Cu-4-phethiomen- PLA-PVP thu hình 3.20 Có thể thấy sản phẩm có dạng giống nhau, chứng tỏ khơng có tinh thể phức Cu(II) kết tinh dạng tự mà kết hợp với polyme PLA-PVP hình thành sản phẩm bọc Kích thước hạt lớn (μm), chưa loại bỏ hết polyme dư thừa nên hình ảnh FESEM thu xen lẫn sản phẩm bọc polyme Với kết cho thấy cần phải lựa chọn phương pháp, điều kiện kết tinh phù hợp để thu sản phẩm bọc có kích thước nhỏ (kích thước nano), loại bỏ hết polyme dư thừa Do hạn chế mặt thời gian điều kiện nghiên cứu nên chúng tơi chưa thể tìm điều kiện tối ưu sản phẩm bọc mong muốn Tuy nhiên, qua kết thử nghiệm mở khả tìm điều kiện thích hợp sản phẩm bọc tốt 67 Hình 3.20 Ảnh FESEM sản phẩm bọc Cu-4-phethiomen- PLA-PVP 68 KẾT LUẬN Tổng hợp hai phối tử 4-phenyl thiosemicacbazon menton 4-metyl thiosemicacbazon menton Tổng hợp phức chất ion kim loại Cu(II) với hai phối tử 4- phenyl thiosemicacbazon menton 4-metyl thiosemicacbazon menton Bằng phương pháp phổ khối lượng MS xác định công thức phân tử phức chất • Cu-4-metyl thiosemicacbazon menton là: [Cu(C12H22N3S)2] • Cu-4-phenyl thiosemicacbazon menton là: [Cu(C17H24N3S)2] Với kết đo phổ hồng ngoại IR phổ hấp thụ electron UV- VIS hai phức chất, đề nghị công thức cấu tạo phức chất Cu(II) thu nguyên tử trung tâm ứng với số phối trí có cấu trúc vuông phẳng Hai phối tử 4-phenyl thiosemicacbazon menthone 4-metyl thiosemicacbazon menthone phối tử hai càng, liên kết với Cu(II) qua nguyên tử lưu huỳnh N - hiđrazin Sau thử hoạt tính gây độc tế bào hai phối tử 4-phenyl thiosemicacbazon 4-metyl thiosemicacbazon menthone kết khơng có khả gây độc tế bào, phức chất Cu(II) với hai phối tử thấy có hoạt tính gây độc tế bào dòng tế bào ung thư thử nghiệm: tế bào ung thư gan (Hep-G2) tế bào ung thư mơ liên kết (RD), từ thấy phức chất Cu(II) có hoạt tính mạnh phối tử tự Đã tiến hành thử nghiệm bọc phức Cu-4-phethiomen polyme kết thu sản phẩm hạt nano nạp phức PLA – PVP – Cu Với phép đo IR FESEM bước đầu cho thấy thu sản phẩm bọc phức chất với PLA PVP Tuy nhiên chưa tìm điều kiện tối ưu để thu sản phẩm có kích thước mong muốn 69 Hy vọng với kết góp phần làm đa dạng, phong phú thêm cho nguồn liệu phức chất kim loại chuyển tiếp với nhóm phối tử thiosemicacbazon hoạt tính sinh học chúng, ứng dụng y sinh 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trịnh Ngọc Châu (1993), Luận án phó Tiến sĩ Khoa học, Đại học Tổng hợp Hà Nội Nguyễn Hoa Du Phan Thị Hồng Tuyết (2006), Tổng hợp thăm dị hoạt tính kháng khuẩn thiosemicacbazon isatin phức chất nó, đăng Tạp chí Hóa học Ứng dụng, trang 42-44, số Nguyễn Hữu Đĩnh Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB GD Hà Nội Vũ Đăng Độ (1993), Giáo trình Hóa sinh Vơ cơ, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội Vũ Đăng Độ (2001), Các phương pháp vật lí hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Chí Kiên (2007), Hóa học phức chất, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Chu Đình Kính, Phan Thị Hồng Tuyết Vũ Đăng Độ (2007), Nghiên cứu cấu trúc hai thiosemicacbazon phức chất Ni(II) chúng bằng phương pháp phổ khối lượng cộng hưởng từ hạt nhân (2007), Tạp chí Hóa học, trang 344-349, T45 (3) Phan Tống Sơn (1980), Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại, Cơ sở hóa học hữu cơ, NXB Đại học THCN Hà Nội Hồng Nhâm (2000), Hóa học vơ cơ, tập 3, NXB Giáo dục 10 Nguyễn Đình Thng (1996), Hóa học hợp chất phối trí, Trường Đại học Sư phạm Vinh 71 11 Dương Tuấn Quang (2002), Luận án Tiến sĩ, Viện Hóa học, Trung tâm KHTN Cơng nghệ Quốc Gia 12 Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý hố lý, Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật 13 Phan Thị Hồng Tuyết Hà Phương Thư (2012), Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc phức chất Pt(II) với thiosemicacbazon xitronenlal, Tạp chí Hóa học, T.50 14 Nguyễn Linh Giang (2018), Luận văn thạc sĩ, Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc thăm dị hoạt tính sinh học phức chất Cu(II) với phối tử 4phenyl thiosemicacbazon camphor, Trường Đại học Vinh 15 Phan Thị Hồng Tuyết, Bùi Thị Tường Vi, Lê Thế Tâm, Nguyễn Thị Linh Giang (2018), Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc thăm dị hoạt tính sinh học phức chất Cu(II) với – phenyl thiosemicacbazon camphor sản phẩm bọc bằng PEG nó, Tạp chí Hóa học, T56 (3), trang 256 - 260 Tiếng Anh 16 N.T Akinchan, P.M.Drozdzewski, R Akinchan (2000), “Synthesis and spectroscopic studies on Hg(II) complexes of thiosemicarbazones derived from fluorenone and p-tolualdehyde”, Polish J Chem (2000), pp 1221-1229, 74(9) 17 T Boulikas, M Vougiouka (2003), “Cisplatin and platinum drugs at the molecular level” Oncology reports, 10(6): 1663-82, 2003 Nov-Dec 18 M Babincov, V Altanerov , C Altaner , C Bergemann, P Bacbinec, 2008 Mar; p.15-9, 7(1) 20 D Horton, O Varela (2000), “Cu, Pt and Pd complexes of the 3-deoxy-1, 2bis (thiosemicarbazone) derived from D- glucose”, Journal of the Indian Chemical Society, pp 425 – 429, 328 (3) 72 21 Offiong, S Martelli (1992), “Antifungal and antibacterial activity of 2acetylpyridin-(4-phenylthiosemicarbazones and its metal(II) complexes”, II Farmaco, pp 1543 – 1554, 47 (12) 22 O.E Offiong, S Martelli (1993), “Synthesis, antibacterial and antifungal activity of metal(II) complexes of 2-acetylpyridin thiosemicarbazones”, II Farmaco, pp 777 – 793, 48 (6) 23 Marisa Belicchi Ferrai, Franco Bisceglie, Giorgio Pelori, Monica Sassi, pieralberto Tarasconi, Mara Cornia, Silvia Capacchi, Roberto Albertini and Silvana Pinelli (2001), “Synthesis, characterization and X- ray structures of new antiproliferative and proapoptotic natural aldehyde thiosemicarbazones and their nickel(II) and copper(II) complexes”, pp 113 – 126; Journal of Biochemistry 90 24 El Mostapha Jouad, Gerald Larcher, Magali Allain, Amesdese riou, Gilles M.Bouet, Mustayeen A Khan, Xuan Do Thanh (2001), “Synthesis, structure and biological activity of nickel(II) complexes of 5-methyl-2-furfural thiosemicarbazones”, pp 565 – 571; Journal of Biochemistry 86 25 Pieralberto Tarasconi, Silvia Capacchi, Giorgio Pelosi, Mara Cornia, Roberto Albertini, Antonio Bonati, Pier Paolo Dall’Aglio, Paolo lunghi, Silvana Pinelli (2000), “Synthesis, Spectroscopic Characterization and Biological properties of new natural aldehydes thiosemicarbazones”, pp 157-162; Bioorganic & medicinal chemistry 26 L F Krylova, L M Kovtunova, G V Romanenko (2008), “Pt(II) and Pd(II) Complexes with β-Alanine”, Bioinorg Chem Published online 2008 May 73 27 Omima Abdalla1, Yang Farina, Nazlina Ibrahim (2015), “Synthesis, characterizatio and antibacterial study of copper(II) complexes of thiosemicarbazones”, 2015, 19 (6), p.p 1171 – 1178; Malaysian Journal of Analytical Sciences 28 Elena Pahontu 1, Valeriu Fala, Aurelian Gulea and Donald Poirieret (2013), “Synthesis and Characterization of Some New Cu(II), Ni(II) , Molecules”, p.p 8812- 8836 29 N.T Akinchan, P.M Drozdzewski and W Holzer (2002), “Synthesis and spectroscopic studies on zinc(II) and mercury(II) coplexes of isatin-3thiosemicarbazone”, Vol 641(1), pp 17-22; Journal of Molecular Structure 74 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHẠM QUỲNH TRANG TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG Y SINH CỦA PHỨC CHẤT Cu(II) VỚI CÁC DẪN XUẤT THIOSEMICACBAZON MENTON Chuyên... hợp, nghiên cứu cấu trúc thăm dò khả ứng dụng y sinh phức chất Cu(II) với dẫn xuất thiosemicacbazon menton? ?? Luận văn gồm vấn đề sau: Tổng hợp hai phối tử 4- phenyl thiosemicacbazon menton 4- metyl... hai phối tử 4- phenyl thiosemicacbazon menton, 4metyl thiosemicacbazon menton phức chất với kim loại Cu(II) chúng Các phương pháp sử dụng để nghiên cứu thành phần cấu trúc phức chất là: phương pháp