ũng trong các nghiên cứu phức chất của Ni(II), u(II), Pt(II), Pd(II), Co(II), Zn(II) với thiosemicarbazid bằng các phƣơng pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ cộng hƣởng từ hạt nhân, các tác giả cũng đƣa ra kết luận: li n kết giữa phân tử thiosemicarbazid với nguy n tử kim loại đƣợc thực hiện trực tiếp qua nguy n tử S v nguy n tử N của nhóm N(1)
H2; đồng thời khi tạo phức
phân tử thiosemicarbazid tồn tại ở cấu hình cis [22].
Theo các t i liệu trong đa s các trƣờng hợp thiosemicarbazid tồn tại ở cấu hình cis v đóng vai trị nhƣ một ph i tử hai c ng, nhƣ vậy có xu hƣớng thể hiện dung lƣợng ph i trí bằng hai v li n kết đƣợc thực hiện qua nguy n tử S v N(1)
của nhóm hidrazin. Để thực hiện sự ph i trí kiểu n y cần phải ti u t n năng lƣợng cho q trình di chuyển nguy n tử H của nhóm N(2)H sang nguy n tử S. Năng lƣợng n y đƣợc bù trừ bởi năng lƣợng dƣ do việc tạo th m một li n kết v hiệu ứng đóng vịng [19, 31].
Tuy nhi n trong một s ít các trƣờng hợp do khó khăn về mặt lập thể, thiosemicarbazid đóng vai trò nhƣ một ph i tử một c ng v giữ nguy n cấu hình
trans, khi đó li n kết đƣợc thực hiện qua nguy n tử S. Ví dụ điển hình về kiểu ph i
1.4. Ổ G Ề THIOSEMICARBAZON
Thiosemicarbazon l hợp chất chứa hợp phần =N-NH-C(S)-NH2. Thiosemicarbazon l một lớp hợp chất quan trọng có nhiều hoạt tính sinh học đa dạng, nhƣ khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut, ch ng ung thƣ, ch ng s t rét, ức chế ăn mòn v ch ng gỉ sét.. ác hợp chất thiosemicarbazon đƣợc ứng dụng rộng r i trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhƣ tinh thể học, hóa học đại phân tử, v ng nh quang electron. Ngo i ra, các hợp chất của thiosemicarbazon cịn có khả năng tạo phức với nhiều kim loại. Những phức chất n y cũng có hoạt tính sinh học nhƣ hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut v ch ng ung thƣ v.v…Ng y nay c ng nhiều các hợp chất thiosemicarbazon đ đƣợc tổng hợp v nghi n cứu tính chất [12].
Thiosemicarbazon đƣợc tổng hợp từ thiosemicarbazid bằng cách ngƣng tụ với hợp chất carbonyl. Đồng thời thiosemicarbazon cũng có thể bị khử hóa ngƣợc trở lại để tạo th nh thiosemicarbazid nhờ tác nhân NaBH4.
Hiện nay thiosemicarbazon đ đƣợc tổng hợp theo phƣơng pháp chiếu xạ vi sóng trong thời gian rất ngắn thay vì đun hồi lƣu trong nhiều giờ. ác cấu hình có thể có của thiosemicarbazon thế: N N S N H N N S NH N N N S H N N N S H 000 00π 0π0 0ππ N N S N N N S NH H N N S N H N N S NH π00 π0π ππ0 πππ 0 v π : góc nhị diện 0o và 180o tƣơng ứng.
1.4.1. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicarbazon
Hoá học phức chất của các kim loại chuyển tiếp với các thiosemicarbazon bắt đầu phát triển mạnh sau khi Dolman nhận thấy hoạt tính kháng khuẩn của một s thiosemicarbazon [20]. Để l m sáng tỏ cơ chế tác dụng ấy của thiosemicarbazon ngƣời ta đ tổng hợp các phức chất của chúng với các kim loại v tiến h nh thử hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp đƣợc. Phức chất của thiosemicarbazon sở dĩ cũng đƣợc quan tâm nghi n cứu nhiều bởi tính đa dạng của các hợp chất
carbonyl. Nó cho phép thay đổi trong một giới hạn rất rộng bản chất các nhóm chức cũng nhƣ cấu tạo hình học thiosemicarbazon .
ũng nhƣ thiosemicarbazid, các thiosemicarbazon có khuynh hƣớng thể hiện dung lƣợng ph i trí cực đại. Nếu phần hợp chất carbonyl khơng chứa nguy n t có khả năng tham gia tạo phức thì ph i tử đóng vai trị nhƣ ph i tử hai c ng gi ng thiosemicarbazid. Ví dụ: thiosemicarbazon của benzaldehyd, cyclohexanon, axetophenon, octanal, menthon…
N N H C NHR S N N C NHR SH N N C NHR M S
dang thion dang thiol phuc chat
Hình 1.4. Sơ đồ tạo phức của thiosemicarbazon 2 càng (R: H, CH3, C2H5,…).
Trong cơng trình nghi n cứu của mình, các tác giả [53] đ đƣa ra cấu tạo của phức 2 c ng giữa Pd(II) với 4-phenylthiosemicarbazon furaldehyd v phức giữa Pd(II) với 4-phenylthiosemicarbazon 2-acetylpyridin nhƣ sau:
Nếu ở phần hợp chất carbonyl có th m nguy n tử có khả năng tham gia ph i trí ( ) v nguy n tử n y đƣợc n i với nguy n tử N-hidrazin (N(1)
) qua hai hay ba nguy n tử trung gian thì khi tạo phức, ph i tử n y thƣờng có khuynh hƣớng thể hiện nhƣ một ph i tử ba c ng với bộ nguy n tử cho l , N(1), S. Một s ph i tử loại n y là các thiosemicarbazon hay dẫn xuất thiosemicarbazon của salicylaldehyd (salicylaldehyd thiosemicarbazon H2thisa hay salicylaldehyd
NH C N N C CH3 N S S Pd N C NH C CH3 N N NH C N C H S S N N Pd N C NH C H O O
phenylthiosemicarbazon H2phthsa). Trong phức chất của chúng với các ion kim loại Cu2+, Co2+, Ni2+, Pt2+….ph i tử n y tạo li n kết với bộ nguy n tử cho l O, S, N cùng với sự hình th nh vịng 5 hoặc 6 cạnh [22]. Mơ hình tạo phức của các ph i tử thiosemicarbazon ba càng và các ví dụ cụ thể đ đƣợc các tác giả xác định nhƣ sau:
N N S NH2 M D a) N N S NH2 H M D a') hc C N N C S NH2 O H H Cl Pt Ni O C H C N N C S NH2 C H3 C H3 OH2 c) b) O N NH N C S NH2 Cu Cl d)
Hình 1.5. Sự tạo phức của thiosemicarbazon 3 càng và công thức cấu tạo của phức chất giữa thiosemicarbazon và một số kim loại chuyển tiếp.
a, a’): Mơ hình tạo phức của thiosemicarbazon 3 càng b): Phức vuông phẳng Ni(thac).H2O
c): Phức vuông phẳng Pt(Hthsa)Cl d): Phức vuông phẳng Cu(Hthis)Cl
Các thiosemicarbazon b n c ng đƣợc điều chế bằng cách ngƣng tụ hai phân tử thiosemicarbazid với một phân tử hợp chất dicarbonyl.
+ - 2 H2O N N H2 S NH2 H O R O R' R R' N N SH NH2 N N SH NH2 Hình 1.6. Sự hình thành thiosemicarbazon 4 càng.
ác ph i tử b n c ng loại n y có bộ nguy n tử cho l N, N, S, S v cũng thƣờng có cấu tạo phẳng v do đó chúng chiếm b n vị trí ph i trí tr n mặt phẳng xích đạo của phức chất tạo th nh. Một cách khác nữa để tổng hợp các phức chất chứa ph i tử b n c ng tr n cơ sở thiosemicarbazid l ngƣng tụ 2 phân tử hợp chất carbonyl với một thiosemicarbazid khi có mặt ion kim loại - phản ứng tr n khuôn. Trong phản ứng loại n y, cả hai nhóm NH2 của thiosemicarbazid đều tham gia phản ứng ngƣng tụ.
Trong môi trƣờng kiềm, khi có mặt Ni2+, Cu2+ thiosemicarbazon salicylaldehyd có khả năng ngƣng tụ với salicylaldehyd theo nitrogen có nhóm amid để tạo th nh ph i tử b n c ng H3thsasal m ở điều kiện thƣờng phản ứng ngƣng tụ phân tử salicylaldehyd thứ hai n y không xảy ra. ông thức chung của các phức chất tạo th nh đƣợc mô tả dƣới đây:
O C H N N C N CH O SR M M = VO , Ni , Cu ; R = CH , C H , H...2+ 2+ 2+ 3 2 5
Ngƣời ta cho rằng, sau khi tạo phức các ion kim loại có tác dụng định hƣớng, hoạt hố một s trung tâm phản ứng của ph i tử l m cho nó có khả năng tham gia phản ứng. Trong khi đó ở trạng thái tự do các trung tâm n y của phân tử khá trơ. hẳng hạn, dƣới sự định hƣớng của ion u2+ hoặc Hg2+, hai phân tử thiosemicarbazon diphenylglyoxal sẽ kết hợp với nhau tạo th nh một ph i tử b n càng [58] nhƣ mơ tả ở hình sau: C6H5 C6H5 O O MCl2/MeOH C6H5 C6H5 N N H O S NH2 (M =Cu, Hg) 2- N H2 N H CS NH2 MeOH/HCl đặc N N N N N N S S M2+
Nói chung, trong đa s các trƣờng hợp, phần khung thiosemicarbazon đều tham gia ph i trí qua hai nguy n tử cho l S v N(4) để tạo th nh vòng 5 cạnh nhƣ mơ hình dƣới đây:
N N NH2 H S hc N N S NH2 M M
Tuy nhi n, trong trƣờng hợp tạo th nh phức chất hỗn hợp với các ph i tử khác, tuỳ thuộc v o kích thƣớc khơng gian của phần hợp chất carbonyl mà thiosemicarbazon có thể tạo th nh các phức chất chứa vòng 4 hoặc 5 cạnh. Trong cơng trình nghi n cứu [23] tác giả đ tổng hợp đƣợc các phức chất của một s thiosemicarbazon với các kim loại họ platin nhƣ Ru, Os với phản ứng chung l :
[M(bpy)2X2] + Hthio NaClO4 -HX [M(bpy)2(thio)]ClO4 [M(PPh)3X2] + Hthio -HX, -PPh 3 [M(PPh)2(thio)2]
Trong đó bpy l bipyridin, PPh3 là triphenylphosphin, X là Cl, Br; Hthio là salicylaldehyd thiosemicarbazon, các dẫn xuất của benzaldehyd thiosemicarbazon.
Tóm lại, trong đa s các trƣờng hợp, các thiosemicarbazon ln có xu hƣớng thể hiện s ph i trí cực đại. Tuỳ v o phần hợp chất carbonyl mà thiosemicarbazon có thể l ph i tử 1 c ng, 2 c ng, 3 c ng hay 4 c ng. Trong một s ít trƣờng hợp, do khó khăn về hố lập thể, các thiosemicarbazon mới thể hiện nhƣ ph i tử một c ng [35, 36]. Ví dụ nhƣ phức chất của u (II) với 4-phenylthiosemicarbazon 2- benzoylpyridin [36] trong đó ph i tử thứ nhất đóng vai trị nhƣ ph i tử hai c ng còn ph i tử thứ hai l ph i tử 3 c ng đƣợc thể hiện cụ thể qua hình dƣới đây:
N N S S NHR C O Cu N N CH3 CH3
1.5. Ử DỤ G Ị I Ĩ G G H Á HỌ CARBOHYDRAT 1.5.1. Giới thiệu chung về vi sóng
Thiết bị để tạo ra vi sóng đƣợc tạo ra năm 1970 do Gedye nhƣng năm 1986 mới ứng dụng vào tổng hợp hữu cơ. Tuy nhi n thời điểm đó khoa học cơng nghệ cịn chƣa phát triển nên các thiết bị cịn nhiều sai sót, độ an to n chƣa cao. Năm 1990 sử dụng vi sóng vào tổng hợp hữu cơ mới thực sự phát triển. Vi sóng đƣợc sinh ra từ nguồn magnetron, đƣợc dẫn theo ng dẫn sóng, v o ngăn nấu rồi phản xạ qua lại giữa các bức tƣờng của ngăn nấu, và bị hấp thụ bởi thức ăn. Vi sóng l các dao động của điện từ trƣờng với tần s thƣờng ở 2450 MHz (bƣớc sóng cỡ 12,24 cm-1). Các phân tử thức ăn (nƣớc, chất béo, đƣờng và các chất hữu cơ khác) thƣờng ở dạng lƣỡng cực điện (có một đầu tích điện âm v đầu kia tích điện dƣơng). Những lƣỡng cực điện n y có xu hƣớng quay sao cho nằm song song với chiều của điện trƣờng ngo i. Khi điện trƣờng dao động, các phân tử bị quay nhanh qua lại. Dao động quay đƣợc chuyển hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn làm va chạm giữa phân tử, làm nóng thức ăn [28].
Ngày nay lị vi sóng là thiết bị gia nhiệt nhanh cho n n đƣợc sử dụng rộng khắp trên tồn thế giới. Lị vi sóng (Microwave) thơng thƣờng chỉ để sử dụng đun nấu thức ăn, cho tới những năm cu i của thập kỷ n y vi sóng đƣợc ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ.
Quá trình tổng hợp hữu cơ thƣờng diễn ra thông qua truyền nhiệt từ nguồn nhiệt b n ngo i. Đây l một phƣơng pháp truyền nhiệt chậm và không hiệu quả do phụ thuộc vào khả năng dẫn nhiệt của các vật liệu mà nhiệt truyền qua, và kết quả là nhiệt độ của bình phản ứng ln cao hơn nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng. Ngƣợc lại, vi sóng tạo ra những hiệu ứng nhiệt bên trong bằng cách kết hợp năng lƣợng vi sóng với các phân tử (dung môi, tác chất, xúc tác) có trong hỗn hợp phản ứng. o đó, năng lƣợng có thể tác động trực tiếp lên mẫu mà khơng phải thơng qua bình phản ứng v năng lƣợng đó nhỏ đủ để khơng l m đứt các liên kết hóa học. Có thể bắt đầu hay ngừng gia nhiệt ngay lập tức, giảm thiểu đƣợc ảnh hƣởng của bình phản ứng lên phần hỗn hợp gần bề mặt. ƣới điều kiện vi sóng có thể sử dụng các tác chất và dung mơi êm dịu và ít độc hại [28]. Điện trƣờng của vi sóng có thể gây nên sự phân cực hoặc là sự phân ph i điện tích của vật chất. Nếu là dung môi phân cực, năng lƣợng sẽ đƣợc dung môi hấp thụ và truyền từ dung môi sang tác chất. Nếu là dung
môi không phân cực, năng lƣợng của vi sóng đƣợc hấp thụ lên dung môi là thấp, chủ yếu trên tác chất phân cực và sẽ đƣợc truyền từ tác chất sang dung môi.
Thực hiện phản ứng trong vi sóng l m tăng t c độ phản ứng, giảm thời gian phản ứng, hiệu suất cao nên giảm thiểu lƣợng chất chƣa phản ứng, chất không tinh khiết. Ngồi ra, khi sử dụng dung mơi xanh nhƣ nƣớc, chất lỏng ion, ethanol, aceton …sẽ giảm tiêu t n năng lƣợng v lƣợng dung môi sử dụng. Tuy nhiên, hiện nay, phƣơng pháp n y mới chỉ đƣợc áp dụng ở quy mơ phịng thí nghiệm, vì việc chế tạo ra thiết bị phản ứng trong công nghiệp rất phức tạp, địi hỏi độ an tồn tuyệt đ i vì nguy cơ cháy nổ rất cao.
1.5.2. Ứng dụng của vi sóng
Sóng vơ tuyến và những sóng ngắn là những vùng sóng trong dãy quang phổ điện từ nằm giữa bức xạ tia hồng ngoại. Sóng ngắn là những dãy sóng có tần s từ 306 Hz đến 300 MHz. Một vài loại thiết bị nhƣ máy thăm dò, máy bức xạ cũng thuộc loại sóng n y. Để tránh ảnh hƣởng của những loại sóng n y đến con ngƣời, ngƣời ta đ qui định giới hạn sử dụng của những lị vi sóng thƣờng là 2.45 GHz có bƣớc sóng 12.2 cm-1; đây l những tiêu chuẩn qu c tế qui ƣớc. Thành phần điện của trƣờng điện từ vi sóng gây ra nhiệt bởi 2 hiện tƣợng cơ học chính: sự làm phân cực
và sự truyền ion. Khi chiếu ánh sáng có bƣớc sóng thích hợp vào phân tử thì bản
thân các phân tử này chuyển động và sắp xếp lại trật tự mới bằng cách quay nội phân tử và liên kết mới đƣợc hình thành. Nếu nhƣ sự quay xảy ra trong phân tử là nhƣ nhau thì nó hấp thụ ánh sáng một bƣớc sóng là 2.456 Hz, phân tử này sẽ giãn ra và chuyển động liên tục có định hƣớng và liên kết với nhau bằng lực hút phân tử. Lực hút này sẽ bị phá huỷ nếu ánh sáng mà chúng nhận đƣợc quá lớn hay nói cách khác chúng bị phân huỷ bởi tác nhân sóng nhƣ nhiệt độ…
Những hợp chất có hằng s điện mơi lớn thì lực hút giữa các phân tử khá bền. Các phân tử này, dƣới tác dụng của tia bức xạ hoặc nhiệt độ trong một khoảng thời gian nhƣ nhau thì khả năng sinh nhiệt khi hấp thụ bức xạ là khác nhau. o đó cần tính tốn và chọn bức xạ có tần s phù hợp khi tổng hợp chất hữu cơ.
Hình 1.8. Tác dụng của vi sóng lên phân tử nước.
Bằng thực nghiệm, ngƣời ta xác định hằng s điện mơi đƣợc tính theo cơng thức:
tan δ = ε”/ ε’
ε”: L điện môi bị giảm khi hấp phụ năng lƣợng và chuyển hoá thành nhiệt
ε’: L hằng s điện mơi đƣợc thiết lập từ vật liệu có điện mơi nhƣ sự giãn cực bằng điện trƣờng.
Cả hai giá trị n y đều phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự dịch chuyển ion sinh ra nhiệt do ma sát với dung dịch, nhiệt sinh ra phụ thuộc v o lƣợng điện tích v độ dẫn điện riêng của ion. Động học của q trình chuyển hố năng lƣợng thành nhiệt cũng phụ thuộc vào nồng độ ion có trong dung dịch.
Để đánh giá m i liên hệ giữa cấu trúc và hoạt tính cho sự kết hợp các dẫn xuất phenothiazin tạo HIV-1 TAR RNA (Hình 1.9), nhóm của James tổng hợp một lƣợng nhỏ của 10H-phenothiazin (1) với các nhóm thế mới xung quanh hệ th ng vòng. Quá trình tổng hợp đƣợc tiến hành có xúc tác iodin giữa diarylamin với sulfide trong nƣớc cất hai lần ở 190o trong vòng 20 phút để đạt hiệu suất trung bình. Do sản phẩm 10H-phenothiazin ít tan trong nƣớc n n đƣợc kết tinh trực tiếp khi làm lạnh và có thể tách ra bằng cách lọc. Hơn nữa sự alkyl hóa tại -NH và sự amin hóa tiếp (MW, 100oC, 40 phút) tạo khung (2) có chứa chức aliphatic amin ở mạch nhánh v đƣợc bảo vệ để kết hợp tạo HIV-1 TAR RNA:
Hình 1.9. Phản ứng kết hợp các dẫn xuất phenothiazin.
Gần đây, Pironti v Colonna mơ tả q trình tổng hợp của các β-hydroxy