2.4.1. Xác định thành phần của phức chất
* Xác định hàm lượng (%) Ln
Việc xác định hàm lượng của đất hiếm trong phức chất được tiến hành như sau: cân một lượng xác định phức chất, đem nung ở 900oC trong một giờ để chuyển hết về dạng oxit (Ln2O3), hòa tan oxit bằng dung dịch axit HCl (HCl : H2O = 1 : 1), cô cạn trên bếp cách thủy để đuổi hết axit dư, tiếp tục hòa tan bằng nước cất hai lần và định mức đến thể tích nhất định. Sử dụng phương pháp chuẩn độ complexon để xác định hàm lượng ion Ln3+
trong dung dịch, với chất chuẩn là DTPA 10-3M, thuốc thử asenazo (III) 0,1% và đệm pH phù hợp. Hàm lượng đất hiếm được tính theo công thức sau:
1 2 . . . % .100% . DTPA DTPA Ln V C V M Ln V a
Trong đó: V1: thể tích dung dịch muối LnCl3 đã định mức (ml) V2: thể tích dung dịch muối LnCl3 đem chuẩn độ (ml) a: khối lượng phức chất đem nung (mg)
%Ln: khối lượng của đất hiếm trong phức chất CDTPA: nồng độ của dung dịch chuẩn DTPA (M) VDTPA: thể tích của DTPA đã chuẩn độ (ml)
* Xác định hàm lượng (%) cacbon, nitơ, clo
Hàm lượng (%) cacbon, nitơ trong phức chất được xác định trên máy phân tích đa nguyên tố Truspec - CNS Leco (Mỹ) tại Viện Khoa học Sự sống - Đại học Thái Nguyên.
Hàm lượng clo trong phức chất được xác định theo [14] như sau: cân chính xác một lượng phức chất, hòa tan hoàn toàn trong nước cất hai lần và định mức đến thể tích nhất định. Sử dụng phương pháp Mohr để xác định hàm lượng ion clo trong dung dịch, với chất chuẩn là AgNO3 0,01M, chỉ thị K2Cr2O7 5%. Hàm lượng clo được tính theo công thức:
%Cl = .b V % . .M .V .C VAgNO AgNO Cl 2 1 100 3 3 Trong đó: 3 AgNO
C : nồng độ của dung dịch chuẩn AgNO3 (M)
3
AgNO
V : thể tích của AgNO3 đã chuẩn độ (ml)
V1: Thể tích dung dịch phức chất đã định mức (ml) V2: Thể tích dung dịch phức chất đem chuẩn độ (ml) b: Khối lương phức chất đem hòa tan (mg)
Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong các phức chất và độ dẫn điện mol của dung dịch các phức chất được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 2.1. Kết quả phân tích thành phần (%) các nguyên tố (Ln, C, N, Cl) của các phức chất
Công thức giả thiết Ln C N Cl LT TN LT TN LT TN LT TN
La(Try)3PhenCl3.3H2O 14,14 13,09 54,98 54,02 11,40 10,19 10,83 10,02 Nd(Try)3PhenCl3.3H2O 13,19 13,54 49,37 50,05 10,24 10,61 9,72 8,65 Sm(Try)3PhenCl3.3H2O 13,67 13,78 49,09 48,32 10,18 9,08 9,67 9,03 Gd(Try)3PhenCl3.3H2O 14,21 14,09 48,79 48,59 10,12 9,05 9,61 8,54
(Ln: La, Nd, Sm, Gd; LT: lí thuyết; TN: thực nghiệm )
Ở công thức giả thiết của các phức chất hàm lượng nước (số phân tử) xác định bằng thực nghiệm theo phương pháp phân tích nhiệt. Từ bảng 3.1 cho thấy kết quả phân tích thực nghiệm và kết quả lí thuyết (tính theo công thức) thành phần (%) các nguyên tố đất hiếm, cacbon, nitơ, clo của các phức chất rắn không có sự khác nhau nhiều. Từ đó sơ bộ kết luận rằng công thức giả thiết của các phức chất là Ln(Try)3PhenCl3.3H2O phù hợp.
2.4.2.Đo độ dẫn điện của dung dịch các phức chất
Để dự đoán khả năng phân li của các phức chất, tiến hành đo độ dẫn điện riêng của các dung dịch phức chất có nồng độ 10-3 M trong nước ở nhiệt độ phòng (25o
C) trên máy FIGURE7 của Mỹ (khoa Hoá học- Trường đại học Sư phạm Thái Nguyên). Từ độ dẫn điện riêng tính ra độ dẫn điện mol theo công thức: μ = .1000 M C ( Ω-1 .cm2.mol-1 ) Trong đó:
μ: Độ dẫn điện mol của dung dịch ( Ω-1
.cm2.mol-1 ) (Ω-1
.cm-1) CM: nồng độ mol/l của dung dịch (M)
Kết quả đo độ dẫn điện mol của dung dịch các phức chất được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 2.2. Kết quả đo độ dẫn điện của các phức chất Dung dịch phức chất
(10-3 M)
Độ dẫn điện riêng
(Ω-1
.cm-1.10-6)
Độ dẫn điện riêng mol μ
( Ω-1 .cm2.mol-1 ) La(Try)3PhenCl3.3H2O 385 385 Nd(Try)3PhenCl3.3H2O 384 384 Sm(Try)3PhenCl3.3H2O 382 382 Gd(Try)3PhenCl3.3H2O 386 386
Kết quả ở bảng 2.2 cho thấy ở nồng độ 10-3
M, các phức chất tổng hợp được là những chất tan trong nước và tạo dung dịch dẫn điện. Độ dẫn điện mol của các dung dịch phức chất xấp xỉ nhau nên có thể cho rằng các phức chất có cùng kiểu phân li.
2.4.3. Nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
Để nghiên cứu kiểu liên kết trong phức chất chúng tôi nghiên cứu phổ hấp thụ hồng ngoại của chúng.
Phổ hấp thụ hồng ngoại của O-phenantrolin, L- tryptophan và các phức chất được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại Mangna IR 760 Spectrometer ESP Nicinet (Mỹ) (Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) trong vùng có tần số 400 – 4000 cm-1. Các mẫu được trộn, nghiền nhỏ và ép viên với KBr.
Sự gán các dải hấp thụ trong phổ hồng ngoại của O-phenantrolin, L- tryptophan và các phức chất dựa theo tài liệu [27], [28].
Kết quả được trình bày ở các hình từ 2.1÷ 2.4 và tóm tắt trong bảng 2.3.
Hình 2.2. Phổ IR của L-Tryptophan
Hình 2.4. Phổ IR của phức Nd(Trp)3PhenCl3.3H2O
Hình 2.6. Phổ IR của phức Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O Bảng 2.3. Các số sóng hấp thụ đặc trƣng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử và các phức chất (cm-1 ) STT Hợp chất OH NH3 COO s COO ás CN C C 1 L-Tryptophan - 3084,12 1414,72 1598,00 - - 2 O-Phenantrolin 3399,29 - - - 1584,01 1642,38 3 La(Try)3PhenCl3.3H2O 3413,42 2918,72 1339,11 1505,44 1556,90 1618,20 4 Nd(Try)3PhenCl3.3H2O 3398,95 2919,55 1344,22 1507,77 1555,73 1620,56 5 Sm(Try)3PhenCl3.3H2O 3376,54 2937,28 1344,04 1508,53 1554,73 1619,08 6 Gd(Try)3PhenCl3.3H2O 3389,19 2920,43 1339,69 1507,82 1555,48 1612,60 (-) Không xác định
Trong phổ hấp thụ hồng ngoại của L-Tryptophan, dải hấp thụ ở tần số 3084,12 cm-1 quy kết tương ứng cho dao động hóa trị của nhóm NH3 . Các dải hấp thụ ở các tần số 1598,00 cm-1
và 1414,72 cm-1 quy kết lần lượt cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm COO-
Trong phổ hấp thụ hồng ngoại của o-phenantrolin, các dải hấp thụ ở các tần số 1642,38 cm-1
; 1584,00 cm-1 được quy kết lần lượt cho dao động hóa trị của C= C và C = N. Dải hấp thụ ở các tần số 3399,29 cm-1 quy kết cho dao động hóa trị của nhóm OH- trong phân tử H2O.
Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phức chất đều khác với phổ của phối tử tự do về hình dạng cũng như vị trí của các dải hấp thụ đặc trưng. Điều này cho biết sự tạo phức đã xảy ra giữa các ion Ln3+
với L-tryptophan và O- phenantrolin.
Trong phổ IR của các phức xuất hiện một dải hấp thụ mạnh ở vùng 3376,54 3413,42 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH- ( OH
) của nước. Điều này chứng tỏ trong phức chất có chứa nước và hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt ở phần sau.
So sánh phổ hồng ngoại của các phức chất với phổ hồng ngoại của L-Tryptophan ở trạng thái tự do cho thấy dải hấp thụ ở 3084,12 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm NH3 trên phổ của L-Tryptophan tự do dịch chuyển về các vùng tần số thấp hơn từ 2918,72 2937,28 cm-1
. Điều này chứng tỏ L-Tryptophan đã phối trí với ion Ln3+ qua nguyên tử N của nhóm
3
NH . Còn các dải hấp thụ ở 1598,00 cm-1
; 1414,72 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị bất đối xứng ( COO
as ) và đối xứng ( COO
s ) của nhóm COO- của L- tryptophan dịch chuyển tương ứng về các vùng tần số thấp hơn từ 1505,44
1508,53 cm-1 và 1339,11 1344,32 cm-1 của phức chất, chứng tỏ L- tryptophan cũng đã phối trí với ion Ln3+ qua nguyên tử oxi của nhóm COOH.
So sánh phổ hồng ngoại của các phức chất với hồng ngoại của O-phenantrolin ở trạng thái tự do cho thấy các dải hấp thụ ở 1642,38 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của C = C ( C C) trên phổ O-phenantrolin chuyển xuống vùng tần số thấp hơn 1612,60 1620,56 cm-1. Còn các dải hấp thụ ở
1584,01 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của C = N ( C N) cũng chuyển về vùng tần số thấp hơn 1554,73 1556,90 cm-1
của phức chất. Điều này chứng tỏ O-phenantrolin đã phối trí với Ln3+
qua hai nguyên tử nitơ ở vị trí số 1 và 10 của dị vòng.
2.6. Nghiên cứu các phức chất bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất của Ln (Ln = La, Nd, Sm, Gd) với o-phenantrolin và L-Tryptophan được ghi trên máy phân tích nhiệt Labsys Evo của Pháp (Viện Vật liệu - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Tốc độ gia nhiệt là 5oC/phút trong môi trường không khí, khoảng nhiệt độ từ nhiêt độ phòng đến 900o
C.
Giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất được đưa ra ở các hình từ 2.7 ÷ 2.10. Kết quả được tóm tắt ở bảng 2.4.
Hình 2.8. Giản đồ phân tích nhiệt của phức Nd(Trp)3PhenCl3.3H2O
Bảng 2.4. Kết quả phân tích nhiệt của các phức chất Phức chất Nhiệt độ hiệu ứng (0C) Hiệu ứng nhiệt Độ giảm khối lƣợng, % Dự đoán cấu tử tách ra hoặc phân hủy Dự đoán sản phẩm cuối cùng LT TN La(Trp)3PhenCl3.3H2O 107,62 Thu nhiệt 4,902 5,358 3 H2O 284,19 - 14,428 Cháy và phân hủy 339,75 Tỏa nhiệt - 24,754 523 - 39,735 > 650 16,586 15,725 La2O3 Nd(Trp)3PhenCl3.3H2O 114,73 Thu nhiệt 4,437 3,643 3 H2O 230,98 - 4,389 Cháy và phân hủy 323,67 Tỏa nhiệt - 31,671 493,82 - 46,047 > 600 15,38 14,25 Nd2O3 Sm(Trp)3PhenCl3.3H2O 94,1 Thu nhiệt 4,413 4,708 3 H2O 190,93 - 2,534 Cháy và phân hủy 327,51 Tỏa nhiệt - 33,106 512,96 - 44,133 > 600 15,851 15,519 Sm2O3 Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O 89,81 Thu nhiệt 4,385 5,228 3 H2O 183,1 - 3,833 Cháy và phân hủy 332,18 Tỏa nhiệt - 31,615 504,62 - 40,936 > 600 16,375 18,388 Gd2O3 (-) Không xác định
Các giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất có dạng giống nhau, chứng tỏ chúng có cấu trúc tương tự nhau.
Trên giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất, nhận thấy: - Phức La(Trp)3PhenCl3.3H2O (Hình 3.7) có 4 hiệu ứng, trong đó có 2 hiệu ứng thu nhiệt tại 107,62o
C; 284,19oC và 2 hiệu ứng tỏa nhiệt tại 339,75oC; 523oC. - Phức Nd(Trp)3PhenCl3.3H2O (Hình 3.8) có 4 hiệu ứng, trong đó có 2 hiệu ứng thu nhiệt tại 114,73o
C; 230,98oC và 2 hiệu ứng tỏa nhiệt tại 323,67oC; 493,82oC.
- Phức Sm(Trp)3PhenCl3.3H2O (Hình 3.9) có có 4 hiệu ứng, trong đó có 2 hiệu ứng thu nhiệt tại 94,1o
C; 190,93oC và 2 hiệu ứng tỏa nhiệt tại 327,51oC; 531,96oC.
- Phức Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O (Hình 3.10) có có 4 hiệu ứng, trong đó có 2 hiệu ứng thu nhiệt tại 89,81o
C; 183,1oC và 2 hiệu ứng tỏa nhiệt tại 332,18oC; 504,62oC.
Khi tính toán độ giảm khối lượng trên đường TG thấy rằng: ở hiệu ứng thu nhiệt thứ nhất có xấp xỉ 3 phân tử nước tách ra đối với các phức chất. Nhiệt độ tách nước trong các phức chất (từ 89,81oC đến 114,73oC) thuộc khoảng tách nước kết tinh của hợp chất. Từ đó có thể kết luận rằng, các phân tử nước của phức chất là nước kết tinh[4], [5]. Ở hiệu ứng thu nhiệt thứ hai (từ 183,1oC đến 230,98oC) và hai hiệu ứng tỏa nhiệt (hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất nằm trong khoảng nhiệt độ từ 323,67oC đến 339,75o
C và hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất nằm trong khoảng nhiệt độ từ 493,82oC đến 523,00o
C) ứng với quá trình cháy và phân hủy các thành phần của phức chất. Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của hiệu ứng tỏa nhiệt thứ hai độ giảm khối lượng của phức chất không đáng kể, giả thiết đã có sự hình thành sản phẩm cuối cùng (Ln2O3) của sự phân hủy phức chất.
Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất cho thấy nhiệt độ phân hủy thành phần của các phức chất không cao lắm nên chúng tôi cho rằng các phức chất tổng hợp được là kém bền nhiệt.
2.7. Thăm dò tính kháng khuẩn, kháng nấm của một số phức rắn tổng hợp được
Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử, muối và phức chất được thực hiện tại phòng thử hoạt tính sinh học của Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
* Kết quả thử hoạt tính sinh học:
Kết quả thử hoạt tính sinh học của 6 mẫu gồm: 2 mẫu phối tử (axit L- Tryptophan, o-phenantrolin), 2 mẫu muối kim loại (LaCl3 và GdCl3) và 2 mẫu phức chất: La(Trp)3PhenCl3.3H2O và Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O trên 3 dòng vi khuẩn gram (+); 3 dòng vi khuẩn gram (-) và 1 dòng nấm được trình bày ở bảng 2.5.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 44 http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Bảng 2.5: Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của mẫu thử
TT Tên mẫu
Nồng độ ức chế 50% sự phát triển của vi sinh vật và nấm kiểm định –IC50 ( g/ml)
Vi khuẩn Gram ( + ) Vi khuẩn Gram ( -) Nấm
Staphylococcu s aureus Bacillus subtilis Lactobacillus fermentum Salmonella enterica Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa Candida albican 1 L-Tryptophan > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 2 O-phenantrolin 6,67 20,12 113,78 11,00 17,19 96,43 20,40 3 LaCl3 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 4 GdCl3 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 > 128 5 La(Trp)3PhenCl3. 3H2O 22,46 58,94 90,11 36,57 16,62 > 128 20,70 6 Gd(Trp)3PhenCl3. 3H2O 84,46 76,27 > 128 53,58 20,00 > 128 23,89
* Từ các giá trị IC50 g/ml trong bảng 2.5 có thể sơ bộ nhận xét: Các dung dịch axit L-tryptophan và muối LaCl3, EuCl3 có nồng độ gây chết 50% (IC50) vượt quá nồng độ thử cực đại nên có thể coi là không có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm. O-phenantrolin có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm.
Phức chất La(Trp)3PhenCl3.3H2O có hoạt tính với 5 loại vi khuẩn
Staphylococcus aureus (IC50 = 22,46 g/ml), Bacillus subtilis (IC50 = 58,94 g/ml), Lactobacillus fermentum (IC50 = 90,11 g/ml), Salmonella enterica (IC50 = 36,57 g/ml), vi khuẩn Escherichia coli (IC50 = 16,62 g/ml) và nấm Candida albican (IC50 = 20,70 g/ml).
Hoạt tính của phức La(Trp)3PhenCl3.3H2O đối với 3 vi khuẩn
Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Salmonella enterica và nấm Candida albican thấp hơn so với o-phenantrolin. Nhưng hoạt tính của phức với 2 vi khuẩn Lactobacillus fermentum, Escherichia coli lại cao hơn O-phenantrolin. Phức chất Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O có hoạt tính kháng khuẩn với vi khuẩn
Staphylococcus aureus (IC50 = 84,46 g/ml), Bacillus subtilis (IC50 = 76,27 g/ml), Salmonella enterica (IC50 = 53,58 g/ml), vi khuẩn Escherichia coli (IC50 = 20,00 g/ml) và nấm Candida albican (IC50 = 23,89 g/ml).
Phức chất Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm thấp hơn O-phenantrolin.
Hoạt tính của phức La(Trp)3PhenCl3.3H2O cao hơn phức Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nhiên cứu, chúng tôi rút ra các kết luận sau:
1. Đã tổng hợp được 4 phức rắn của các NTĐH (La, Nd, Sm, Gd) với hỗn hợp phối tử L-tryptophan và O-phenantrolin. Bằng phương pháp phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt đã xác định được phức chất có thành phần là: Ln(Trp)3PhenCl3.3H2O (Ln: La, Nd, Sm, Gd).
2. Đo độ dẫn điện của dung dịch các phức chất cho thấy ở nồng độ thực nghiệm, các phức chất đều tan trong nước, tạo dung dịch điện li. Độ dẫn điện mol của các dung dịch phức chất xấp xỉ nhau nên có thể cho rằng các phức chất có cùng kiểu phân li.
3. Đã nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại. Kết quả cho thấy các ion đất hiếm đã phối trí với L-tryptophan qua nguyên tử N của nhóm amin (-NH2) và qua nguyên tử O của nhóm cacboxyl (COOH); phối trí với O-phenantrolin qua hai nguyên tử N ở vị trí số 1 và 10 của dị vòng.
4. Đã nghiên cứu các phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt. Kết quả cho thấy nước có trong thành phần của các phức chất là nước kết tinh, các phức chất đều kém bền nhiệt.
5. Đã tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn của 2 phức chất La(Trp)3PhenCl3.3H2O; Gd(Trp)3PhenCl3.3H2O; của 2 phối tử L-tryptophan và