Hoạt tính sinh học của các phức chất nói chung được phát hiện từ đầu thế kỉ XIX. Phức chất của các aminoaxit 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 trong 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 con người, gia súc và môi trường như các kim loại nặng, ion. Mặt khác chúng bổ sung các nguyên tố cần thiết cho cây, mà các nguyên tố này trong đất 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 mùa màng, chống bệnh vàng lá, rụng quả xanh...
Phức hỗn hợp của nhiều amoniaxit với nhiều NTĐH bón cho cây trồng đã làm tăng độ màu mỡ của đất, tăng sản lượng của cây trồng (lúa mì tăng 11,7 %, chè tăng 21,53 %).
Độc tính của NTĐH đã được làm rõ. 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 ÷ 0,020 %. Tất cả các cây đều chứa đất hiếm, trung bình 0,003 % khối lượng sạch. Hàm lượng NTĐH trong ngũ cốc là 0,1 ÷ 0,15 ppm, 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 2 mg 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 [16].
Phức Eu với O-phenantrolin có tính phát quang, được làm nguyên liệu nghiên cứu chế tạo màng chuyển hóa ánh sáng phục vụ trong nông nghiệp[20], [23], [24]. Một số kết quả nghiên cứu đã được công bố ở nước ngoài về việc sử dụng chuyển hóa ánh sáng thu được đáng khích lệ: Cây dâu tây tăng 22 ÷ 48 %, cây cà chua tăng 31 ÷ 72 %, hoa hồng nở sớm 20 ÷ 30 ngày, hoa tuy-lip ra sớm 4 ÷ 5 ngày... Các nghiên cứu này hiện được thực hiện ở Nga, Trung Quốc.
Trong y học, các viên thuốc chứa lượng rất nhỏ các NTĐH đã được phát hiện và thử nghiệm trên thực tế lâm sàng. Phức của axit aspactic với các NTĐH hóa trị III và kẽm có tính chất làm giảm hàm lượng đường trong máu và nước tiểu. Sự hấp thụ và trao đổi chất của một vài α-aminoaxit có liên quan đến tế bào ung thư của cơ thể [16].
Theo tài liệu [30] Yu Hui và các cộng sự đã chứng minh được phức hỗn hợp của một số NTĐH với 2 phối tử là axit L-Aspartic và O-phenantrolin có tác dụng kháng khuẩn đối với một số loại vi sinh vật như E.coli, S.aureus. Các tác giả [22] đã nghiên cứu hoạt tính sinh học của phức có thành phần là H3[Eu(Trp)3(NO3)3].3H2O, kết quả cho thấy cả Eu3+
và phức chất của nó đều có tác dụng kích thích sự phát triển mầm của hạt thóc. Sự kích thích tăng theo nồng độ khảo sát của phức chất. Mức độ kích thích của phức chất kém hơn ion kim loại và phối tử. Sự kích thích làm tăng chiều cao thân, làm giảm chiều dài của rễ mầm thóc giống và làm thay đổi một số yếu tố sinh hóa: protein, proteaza, -amilaza.
Theo tài liệu [17], [18] các tác giả đã thử hoạt tính kháng khuẩn của phức hỗn hợp hai phối tử axit L-glutamic và O-phenantrolin với lantan và europi. Kết quả cho thấy phức hỗn hợp của lantan với axit glutamic và O- phenantrolin có khả năng kháng được 2/7 chủng khuẩn, còn phức hỗn hợp của europi với axit glutamic và O-phenantrolin có khả năng kháng được 6/7 chủng khuẩn và nấm đem thử và khả năng kháng khuẩn của cả hai phức chất đều kém hơn O-phenantrolin.
Ngày nay việc nghiên cứu tìm kiếm và tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học ít độc, có tác dụng chọn lọc cao đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên số công trình nghiên cứu về vấn đề này đã công bố còn ít. Vì vậy chúng tôi tiến hành thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất một số NTĐH với L-tryptophan và O-phenantrolin đã tổng hợp đến một số vi khuẩn kiểm định.
1.6. Một số phƣơng pháp nghiên cứu phức chất rắn
Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu phức rắn của NTĐH với các phối tử như phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phương pháp phân tích nhiệt, phương pháp đo độ dẫn điện, phương pháp phổ huỳnh quang, phương pháp phổ khối lượng, phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phương pháp phổ hấp thụ electron…Trong phần này, chúng tôi chỉ đề cập tới một số phương pháp chủ yếu liên quan đến luận văn.
1.6.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại
Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý hiện đại và thông dụng dùng để nghiên cứu phức chất. Các dữ kiện thu được từ phổ hấp thụ hồng ngoại cho phép xác định sự tạo thành phức chất và cách phối trí giữa phối tử và ion trung tâm. Ngoài ra, nó còn cho phép xác định kiểu phối trí và độ bền liên kết của kim loại - phối tử.
Khi phân tử vật chất hấp thụ năng lượng điện từ có thể dẫn đến các quá trình thay đổi trong phân tử như quá trình quay, dao động, kích thích điện tử… Mỗi quá trình như vậy đều đòi hỏi một năng lượng nhất định đặc
trưng cho nó, có nghĩa là đòi hỏi một bức xạ điện từ có tần số đặc trưng để kích thích. Trong đó, bức xạ hồng ngoại đặc trưng cho sự kích thích quá trình dao động của các nhóm nguyên tử trong phân tử. Mỗi một liên kết trong phân tử đều hấp thụ một bức xạ có tần số đặc trưng để thay đổi trạng thái dao động của mình, tần số đặc trưng này không những phụ thuộc vào bản chất liên kết mà còn phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo phân tử và các nguyên tử, nhóm nguyên tử xung quanh.
Có hai kiểu dao động chính của phân tử là dao động hóa trị (chủ yếu làm thay đổi chiều dài liên kết) và dao động biến dạng (chủ yếu làm thay đổi góc liên kết). Đối với những phân tử gồm n nguyên tử, người ta xác định là phải có 3n-6 (đối với phân tử không thẳng) và 3n-5 (đối với phân tử thẳng) dao động chuẩn. Sự xuất hiện của dao động trong phổ hồng ngoại cần thỏa mãn các điều kiện của quy tắc lọc lựa:
1) Năng lượng của bức xạ phải trùng với năng lượng dao động.
2) Sự hấp thụ năng lượng phải đi kèm với sự biến đổi momen lưỡng cực của phân tử. Sự biến đổi momen lưỡng cực càng lớn thì cường độ của các dải hấp thụ càng lớn.
Vì vậy, những phân tử có các yếu tố đối xứng thường cho phổ đơn giản hơn những phân tử không chứa yếu tố đối xứng .
Khi tạo thành phức chất, các dải hấp thụ đặc trưng của các liên kết trong phối tử thường bị dịch chuyển vì quá trình tạo phức là quá trình chuyển electron từ phối tử đến các obitan trống của ion kim loại để tạo liên kết phối trí nên làm giảm mật độ electron trên phối tử. Kiểu liên kết kim loại - phối tử trong phức chất được nghiên cứu bằng cách so sánh phổ của phức chất nghiên cứu (tạo bởi ion kim loại M và phối tử L) với phổ của những hợp chất khác cũng chứa phối tử L và có kiểu liên kết đã biết trước.
Các tần số νc=o
, νasc-o, νsc-o
Trong phổ IR của các axit cacboxylic và muối của chúng có tính đặc thù cao. Đặc trưng của các nhóm – COOH là các dải hấp thụ trong vùng 1700 ÷ 1750 cm-1 (νc=o), các nhóm COO- trong vùng 1570 ÷ 1590 cm-1 (νasc-o) và vùng 1400 ÷ 1420 cm-1(νsc-o). Các phân tử aminoaxit thường có cấu tạo lưỡng cực, trong phổ hồng hồng ngoại của chúng các giá trị số νasc-o
nằm trong khoảng 1600 ÷ 1630 cm-1, còn νasc-o nằm trong khoảng 1400 ÷ 1415 cm-1. Phương pháp phổ hồng ngoại thường rất tin cậy trong xác định sự có mặt các nhóm – COOH và –COO- trong phân tử và phân biệt nhóm –COOH phối trí hay không phối trí. Các giá trị νc=o
trong các trường hợp này khác biệt khá lớn. Các tần số νN-H
, δN-H
Các dải dao động hóa trị của các liên kết N - H trong phổ của các amin nằm trong vùng 3500 ÷ 3330 cm-1
( νN-H ), các dao động biến dạng nằm trong vùng 1600cm-1( δN-H). Trên phổ của các phức, dải hấp thụ νN-H
rộng hơn còn các giá trị số sóng của chúng thấp hơn trong phổ các amin. Dựa vào mức độ giảm νN-H
trên phổ của các phức so với phổ của các muối của natri hoặc kali cùng các phối tử để đánh giá độ bền của liên kết M - N, sự chuyển dịch này càng lớn càng bền.
Các tần số νO-H
và δO-H
Các dải hấp thụ đặc trưng của ion hydroxyl ở 3760 ÷ 3500 cm-1 (νO-H), của nước ẩm trong khoảng 3600 ÷ 3200 cm-1
(νO-H), của nước kết tinh trong mẫu khoảng 1600 ÷ 1615 cm-1
( δO-H).
Việc phân tích phổ hồng ngoại của các phức aminoaxit với kim loại là không dễ dàng. Bởi sự hấp thụ của nhóm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nước kết tinh, tần số dao động của nhóm –COO-
không những chịu ảnh hưởng của sự tạo phức mà còn chịu ảnh hưởng của liên kết hiđro giữa nhóm – C=O với nhóm – NH2 của phân tử khác. Mặt khác tần số dao động bất đối
xứng của nhóm –COO-
và tần số dao động biến dạng của nhóm NH2 trong phức của aminoaxit cùng nằm trong vùng gần 1600 cm-1
càng làm khó khăn cho việc quy gán các tần số hấp thụ. Do đó việc gán các dải hấp thụ cho các dao động xác định nhiều khi không thống nhất [16].
1.6.2. Phương pháp phân tích nhiệt
Cùng với phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phương pháp phân tích nhiệt cũng là một phương pháp thông dụng để nghiên cứu các phức chất dạng rắn. Nó cung cấp cho ta những thông tin về tính chất nhiệt cũng như thành phần phức chất ở dạng rắn. Mục đích của phương pháp là dựa vào các hiệu ứng nhiệt để nghiên cứu những quá trình xảy ra khi đun nóng hoặc làm nguội chất. Phương pháp phân tích nhiệt cùng với sự trợ giúp của các phương pháp toán học cho phép xác định các hằng số nhiệt động như hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học hay của quá trình chuyển pha, nhiệt dung riêng và các thông số nhiệt động khác của các phản ứng đồng thể hay dị thể khi đốt nóng….
Thông thường giản đồ nhiệt có ba đường:
Đường T chỉ sự biến đổi đơn thuần của mẫu nghiên cứu theo thời gian. Đường này cho biết nhiệt độ xảy ra sự biến hóa.
Đường DTA cũng chỉ ra sự biến đổi của nhiệt độ nhưng so với mẫu chuẩn (đường phân tích nhiệt vi phân). Đường này cho biết hiệu ứng nào là hiệu ứng thu nhiệt, hiệu ứng nào là hiệu ứng tỏa nhiệt. Hiệu ứng thu nhiệt ứng với pic cực tiểu, hiệu ứng tỏa nhiệt ứng với pic cực đại trên đường DTA. Mỗi quá trình biến đổi hóa học như các phản ứng pha rắn, sự phân hủy mẫu hay biến đổi vật lý như sự chuyển pha, chuyển dạng thù hình đều có một hiệu ứng nhiệt tương ứng được nhận biết bởi đường DTA. Đường DTA cho phép nhận biết các hiệu ứng thu nhiệt (như các quá trình chuyển pha, bay hơi, chuyển dạng thù hình…) và các hiệu ứng tỏa nhiệt (như quá trình cháy, quá trình oxi hóa, phản ứng pha rắn…). Các quá trình trên có thể kèm theo sự thay đổi khối lượng của mẫu chất nghiên cứu, ví dụ như quá trình thăng hoa, bay hơi hay
các quá trình phản ứng phân hủy; hoặc không đi kèm với sự thay đổi khối lượng của mẫu như quá trình chuyển pha, phá vỡ mạng tinh thể…
Đường TGA (đường phân tích trọng lượng nhiệt) cho biết biến thiên khối lượng của mẫu nghiên cứu trong quá trình đun nóng. Nhờ đường này có thể suy luận thành phần của phức chất căn cứ vào độ giảm của khối lượng khi xảy ra các hiệu ứng nhiệt.
Vì vậy, kết hợp những dữ kiện thu được từ hai đường DTA và TGA ta có thể biết được tính chất nhiệt của phức chất như độ bền nhiệt của phức chất. Dựa vào việc tính toán các hiệu ứng mất khối lượng và các hiệu ứng nhiệt tương ứng, người ta có thể dự đoán các giai đoạn cơ bản xảy ra trong quá trình phân hủy nhiệt của chất. Từ đó có thể rút ra những kết luận về độ bền nhiệt của các chất và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhiệt đó. Thông thường, độ bền nhiệt càng tăng khi mức độ cộng hóa trị của liên kết giữa kim loại và phối tử càng mạnh, độ bền nhiệt của phức chất cũng tăng lên khi giảm bán kính ion kim loại và tăng điện tích của ion kim loại. Ngoài ra, khi so sánh nhiệt độ phân hủy của các chất tương tự có các nhóm tạo vòng và không tạo vòng, người ta nhận thấy sự tạo vòng làm tăng độ bền nhiệt của hợp chất. Nhờ phương pháp này người ta còn nghiên cứu các hiện tượng biến đổi đa hình, hiện tượng đồng phân hình học và xác định được nhiệt độ mất nước của phức chất, trên cơ sở đó có thể kết luận phức chất ở dạng khan hay hidrat [16].
1.7. Giới thiệu về các chủng vi sinh vật kiểm định
Có rất nhiều vi sinh vật kiểm định, ở đây chúng tôi chỉ giới thiệu vài nét về các vi sinh vật gây bệnh ở người mà chúng tôi sẽ trình bày ở phần thực nghiệm.
- Staphylococcus aureus: cầu khuẩn gram (+), gây các vết thương, vết bỏng, gây viêm họng, nhiễm trùng có mủ trên da và các cơ quan nội tạng.
- Bacillus subtilis: là trực khuẩn gram (+), sinh bào tử, thường không gây bệnh.
- Lactobacillus fermentum: vi khuẩn gram (+), là loại vi khuẩn đường ruột lên men có ích, thường có mặt trong hệ tiêu hóa của người và động vật.
- Salmonella enterica: vi khuẩn gram (-), vi khuẩn gây bệnh thương hàn, nhiễm trùng đường ruột ở người và động vật.
- Escherichia coli: vi khuẩn gram (-), gây một số bệnh về đường tiêu hóa như viêm dạ dày,viêm đại tràng, viêm ruột, viêm lỵ trực khuẩn.
- Pseudomonas aeruginosa: vi khuẩn gram (-), trực khuẩn mủ xanh, gây nhiễm trùng huyết, các nhiễm trùng ở da và niêm mạc, gây viêm đường tiết liệu, viêm màng não, màng trong tim, viêm ruột.
- Candida albicans: là nấm men, thường gây bệng tưa lưỡi ở trẻ em, các bệnh phụ khoa [3].
Chƣơng 2
THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
2.1. Thiết bị và hoá chất
2.1.1. Thiết bị
- Máy quang phổ hồng ngoại Mangna IR 760 Spectrometer ESP Nicinet (Mỹ).
- Máy phân tích đa nguyên tố Truspec - CNS Leco (Mỹ). - Máy phân tích nhiệt Labsys Evo (Pháp).
- Cân điện tử 4 số PRECISA XT 120A. - Máy pH Presica 900 (Thụy Sĩ).
- Tủ sấy (Ba Lan). - Tủ nung (Trung Quốc)
- Bếp cách thủy có rơle tự ngắt. - Máy lọc hút chân không.
- Bình định mức, pipet, buret (Merk), bình hút ẩm, bình nón, cốc thủy tinh…
2.1.2. Hóa chất
- Dung dịch HCl 0,2 N; HCl 1N (Được pha chế từ HCl Merk) - O-phenantrolin 99%