3.1. NGHIấN CỨU CÁC PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG LƯỢNG
Phổ khối lượng của cỏc phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 được đưa ra trờn Hỡnh 3.1, 3.2 và 3.3.
Hỡnh 3.2: Phổ khối lượng của phức chất Ni(mthapyr)2.
Trờn phổ khối của cỏc phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 đều xuất hiện pic cú trị số m/z lần lượt là 521, 473 và 479 với tần suất xuất hiện lớn nhất, ứng đỳng bằng khối lượng của ion của cỏc phức chất C18H23N8S2Pd+, C18H23N8S2Ni+ và C18H23N8S2Zn+, đõy là cỏc ion do phõn tử phức chất tương ứng bị proton húa. Điều này cũng cho phộp giả thiết cụng thức phõn tử của ba phức chất tổng hợp được Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 lần lượt là C18H22N8S2Pd, C18H22N8S2Ni và C18H22N8S2Zn. Cỏc trị số m/z, [M + H]+ và cụng thức phõn tử giả thiết của cỏc phức chất được liệt kờ trờn Bảng 3.1.
Bảng 3.1- Khối lượng phõn tử giả định và khối lượng phõn tử trờn phổ khối lượng của cỏc phức chất TT Ký hiệu phức chất Cụng thức phõn tử giả định Khối lượng phõn tử của cỏc phức chất (g/mol) [M + H]+ Trị số m/z 1 Pd(mthapyr)2 C18H22N8S2Pd 520 521 521 2 Ni(mthapyr)2 C18H22N8S2Ni 472 473 473 3 Zn(mthapyr)2 C18H22N8S2Zn 478 479 479
Vỡ cỏc nguyờn tử tạo nờn phức chất là Pd, Ni, Zn, N, S, C là những nguyờn tố cú nhiều đồng vị nờn bờn cạnh pic cú m/z là 521, 473 và 479 tương ứng trong ba phức chất cũn thấy xuất hiện thờm một số pic cú tần số thấp hơn và tỷ số m/z cũng nằm xung quanh hai giỏ trị đú. Cỏc pic này hợp thành cụm pic đồng vị. Cường độ tương đối của cỏc pic trong cụm pic đồng vị thu được trờn phổ so với kết quả tớnh toỏn lý thuyết cho ion phõn tử C18H23N8S2Pd+, C18H23N8S2Ni+ và C18H23N8S2Zn+ trờn phần mềm Isotope Distribution Calculator và theo thực tế trờn phổ được đưa ra trong Biểu đồ 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 và 3.6.
Biểu đồ 3.1 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng của phức chất Pd(mthapyr)2 theo lý thuyết
Biểu đồ 3.2 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng của phức chất Pd(mthapyr)2 theo thực tế
Biểu đồ 3.3 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng của phức chất Ni(mthapyr)2 theo lý thuyết
Biểu đồ 3.4 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng của phức chất Ni(mthapyr)2 theo thực tế
Biểu đồ 3.5 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng của phức chất Zn(mthapyr)2 theo lý thuyết
Biểu đồ 3.6 Cường độ tương đối của pic đồng vị trong phổ khối lượng của phức chất Zn(mthapyr)2 theo thực tế
So sỏnh cỏc biểu đồ so sỏnh cường độ tương đối của cỏc pic trong cụm pic đồng vị trong pic ion phõn tử này theo thực nghiệm và tớnh tốn lý thuyết khỏ phự hợp nhau. Như vậy, cú thể khẳng định cụng thức phõn tử giả định của cỏc phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 là đỳng.
3.2. NGHIấN CỨU CÁC PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ HỒNG NGOẠI THỤ HỒNG NGOẠI
Phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử và cỏc phức chất được chỉ ra trờn cỏc Hỡnh 3.4, 3.5 và 3.6. Cỏc dải hấp thụ đặc trưng cho một dao động trong phối tử và phức chất được liệt kờ trong Bảng 3.2.
Hỡnh 3.5: Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Pd(mthapyr)2.
ơ
Hỡnh 3.7: Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Zn(mthapyr)2.
Cụng thức cấu tạo và hai dạng tồn tại của N(4) - metylthiosemicacbazon 2 - axetylpyriđin lần lượt được chỉ ra ở dưới đõy:
N C H3C N(1) N(2)H C N(4)HCH3 S N C H3C N(1) N(2) C N(4)HCH3 SH
Bảng 3.2 - Một số dải dao động trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hmthapyr và cỏc phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2
Hợp chất Dải hấp thụ (cm-1 ) (NH) (CNN) (NN) (C=S) Hmthapyr 3289; 3153 1496 1055 837 Pd(mthapyr)2 3420; 3204; 3059 1460 1076 827 Ni(mthapyr)2 3449; 3289 1437 1043 822 Zn(mthapyr)2 3387 1439 1024 793
Trờn phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hmthapyr khụng xuất hiện dải dao động húa trị ở khoảng 2570 cm-1, đặc trưng cho nhúm SH, chứng tỏ phối tử tồn tại ở dạng thion trong điều kiện ghi phổ. Dải dao động húa trị của nhúm NH trong khoảng từ 3000 - 3400 cm-1 đó cú sự thay đổi đỏng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất, đú là sự mất đi chỉ cũn một dải dao động húa trị trong phức chất Zn(mthapyr)2 ở 3387 cm-1. Đõy là bằng chứng cho thấy sự thiol húa đó xảy ra khi phối tử tự do chuyển vào phức chất nhưng trong phổ hấp thụ hồng ngoại của cỏc phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 lại khụng thấy xuất hiện dải dao động húa trị của nhúm SH. Điều này là bằng chứng cho thấy H nhúm SH đó bị tỏch ra nhường chỗ cho ion kim loại trung tõm để hỡnh thành liờn kết giữa phối tử Hmthapyr với Pd(II), Ni(II) hay Zn(II). Khi liờn kết này hỡnh thành đó gõy ra sự chuyển dịch về phớa số súng thấp hơn của dải dao động húa trị đặc trưng cho nhúm CS. Trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hmthapyr, dải này xuất hiện ở 837 cm-1 nhưng trong phổ của ba phức chất Pd(mthapyr)2, Ni(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 dải này xuất hiện ở 827, 822 và 793 cm-1.
Dải dao động húa trị của nhúm CNN và NN cũng bị giảm khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất là bằng chứng cho thấy vị trớ phối trớ thứ hai giữa ion kim loại và phối tử được hỡnh thành qua nguyờn tử N(1). Trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất Pd(mthapyr)2 dải dao động húa trị của nhúm CNN xuất hiện ở 1460 cm-1 . Trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử Hmthapyr, dải dao động húa trị của CNN và NN lần lượt xuất hiện ở 1496 và 1055 cm-1 nhưng trong phổ của hai phức chất Ni(mthapyr)2, hai dải này lại xuất hiện ở 1437 và 1043 cm-1, trong phức chất Zn(mthapyr)2, hai dải này xuất hiện ở 1439 và 1024 cm-1.
Qua phõn tớch phổ hấp thụ hồng ngoại của phối tử và phức chất chỳng tụi đưa ra mơ hỡnh tạo phức của phối tử Hmthapyr như hỡnh dưới đõy:
N C H3C N(1) N(2) C N(4)HCH3 S M
Mơ hỡnh tạo phức của phối tử Hmthapyr M: Pd, Ni, Zn
3.3. NGHIấN CỨU PHỐI TỬ VÀ PHỨC CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 1H VÀ 13C
3.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1H và 13C của phối tử Hmthapyr
Để quy kết cỏc tớn hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1
H và
hưởng trong phổ chuẩn của N(4) - metylthiosemicacbazit và 2 - axetylpyriđin là những chất đầu để tổng hợp phối tử. Phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1
H và 13C chuẩn của cỏc chất đầu và việc quy kết cỏc tớn hiệu cộng hưởng được tham khảo từ thư viện phổ chuẩn của Viện Khoa học - Cụng nghệ Nhật bản (AIST) trờn trang web http://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_search.cgi.
Hỡnh 3.9: Phổ 13C - NMR chuẩn của N(4) - metylthiosemicacbazit (Hmth)
Hỡnh 3.10 : Phổ 1H - NMR chuẩn của 2 - axetylpyriđin (apyr)
N C O H3C(6) (7) (9) (8) (10) (11)
Hỡnh 3.11 : Phổ 13C - NMR chuẩn của 2 - axetylpyriđin (apyr)
Cỏc tớn hiệu cộng hưởng từ hạt nhõn 1H và 13C chuẩn của N(4) - metylthiosemicacbazit và 2 - axetylpyriđin được liệt kờ trờn Bảng 3.3 và 3.4.
Bảng 3.3 - Cỏc tớn hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1H chuẩn của N(4) – metylthiosemicacbazit và 2 - axetylpyriđin
Hợp chất N(4) - metylthiosemicacbazit 2 – axetylpyriđin Vị trớ (ppm) 8,55 7,81 4,42 2,898 C6H C8H C9H C10H C11H Quy gỏn N(2)H N(4)H N(1)H C5H3 2,729 8,686 7,474 7,836 8,032 N C O H3C(6) (7) (9) (8) (10) (11)
Bảng 3.4 - Cỏc tớn hiệu cộng hưởng trong phổ cộnghưởng từ hạt nhõn 13C chuẩn của N(4) – metylthiosemicacbazit và 2 - axetylpyriđin
Hợp chất Vị trớ (ppm) Quy gỏn N(4) - metylthiosemicacbazit 178,68 C3S 30,08 C5 2 - axetylpyriđin 199,81 C1 25,67 C6 153,56 C7 148,97 C8 127,04 C9 136,77 C10 121,50 C11 Phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1
H và 13C của phối tử Hmthapyr được đưa ra trờn cỏc Hỡnh 3.12 và 3.13.
Khi phản ứng ngưng tụ xảy ra thỡ O của nhúm C = O trong 2 - axetylpyriđin bị thay thế bởi nguyờn tử N của nhúm N1
H2 trong N(4) - metylthiosemicacbazit. Sự thay đổi này cú thể chứng minh thơng qua sự xuất hiện cỏc tớn hiệu cộng hưởng trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1H và 13C của phối tử Hmthapyr. Trờn phổ cộng hưởng từ proton của phối tử Hmthapyr khụng thấy xuất hiện tớn hiệu cộng hưởng của proton nhúm N1H2 ở 4,42 ppm (Bảng 3.3) như trong phổ cộng hưởng từ proton chuẩn của N(4) - metyl thiosemicacbazit. Trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử Hmthapyr khụng thấy xuất hiện tớn hiệu cộng hưởng của cacbon nhúm C = O ở 199,81 ppm (Bảng 3.4) như trong phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C chuẩn của 2 - axetylpyriđin. Như vậy, cú thể thấy khi xảy ra phản ứng ngưng tụ giữa N(4) - metylthiosemicacbazit và 2 - axetylpyriđin hai proton trong N(4) - metylthiosemicacbazit đó bị tỏch ra cựng với oxi của nhúm C = O của 2 - axetylpyriđin.
Hỡnh 3.12 : Phổ cộng hưởng từ proton 1H của phối tử Hmthapyr. N C N (1) H3C(6) HN(2) C(3) N(4)HC(5)H3 S (7) (9) (8) (10) (11)
Trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử Hmthapyr khụng thấy xuất hiện tớn hiệu cộng hưởng của cacbon nhúm C = O ở 199,81 ppm như trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của 2 - axetylpyriđin. Nhưng trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử Hmthapyr thấy xuất hiện tớn hiệu cộng hưởng của cacbon nhúm C = N ở 147,81 ppm. Điều này chứng minh cho sự thay thế nguyờn tử O nhúm C = O bằng nguyờn tử N nhúm N1H2. Cacbon trong nhúm C = N của vịng pyriđin lại cộng hưởng ở vựng trường thấp hơn với độ chuyển dịch húa học là 154,71 ppm do ảnh hưởng của mật độ electron trong vũng pyriđin.
Trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử thấy xuất hiện tớn hiệu cộng hưởng ở 178,68 ppm được gỏn cho cacbon nhúm C = S. Điều này cho thấy ở trạng thỏi tự do phối tử tồn tại ở dạng thion trong điều kiện ghi phổ.
Khi phõn tử N(4) - metylthiosemicacbazit tham gia phản ứng ngưng tụ và hỡnh thành mạch liờn hợp – C = N(1)
– N(2)H – C = S nờn nhúm N(2)H bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi sự tạo thành của liờn kết C = N(1). Khi đú mật độ electron trờn N(2)
nhiều hơn N(4) dẫn tới proton liờn kết với N(2) cú độ chuyển dịch húa học cao hơn, do vậy tớn hiệu cộng hưởng của proton N(2)H sẽ bị dịch chuyển nhiều về trường thấp hơn, độ chuyển dịch hố học cao hơn. Proton nhúm N(2)H cộng hưởng ở 10,41 ppm. Tớn hiệu cộng hưởng singlet tự ở 8,62 ppm được gỏn cho proton nhúm N(4)
H. Tớn hiệu cộng hưởng của 3 proton nhúm (5)CH3ở 3,06 ppm cũng với pic doublet, hằng số tỏch J5 – 4 = 4,5 Hz. Tớn hiệu của cacbon nhúm này cộng hưởng ở 12,04 ppm trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử. Ba proton nhúm (6)
CH3 cộng hưởng ở 2,39 ppm, với pic singlet tớch phõn là 3 trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1H của phối tử và cacbon nhúm này thỡ cộng hưởng ở 31,11 ppm trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử.
Tớn hiệu cộng hưởng của proton trong vũng pyriđin lần lượt xuất hiện ở 8,80, 8,41, 7,93 và 7,47 ppm trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1H của phối tử. Cỏc tớn hiệu cộng hưởng của cacbon trong vũng pyriđin cũn lại xuất hiện ở 147,82, 136,23, 123,81 và 120,72 ppm. Cỏc tớn hiệu cộng hưởng của cỏc proton và cacbon trong phổ
cộng hưởng từ hạt nhõn 1H và 13C của phối tử được liệt kờ đầy đủ trong Bảng 3.5 và 3.6.
Bảng 3.5 - Cỏc tớn hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1
H của phối tử Hmthapyr
Vị trớ (ppm) 10,41 8,62 3,06 2,39 8,80 7,93 7,47 8,41
Quy gỏn N(2)H N(4)H C5H C6H C8H C9H C10H C11H
Bảng 3.6 - Cỏc tớn hiệu cộng hưởng trong phổ cộnghưởng từ hạt nhõn 13C của phối tử Hmthapyr
Vị trớ
(ppm) 178,68 147,81 31,11 12,04 154,71 148,41
136,23; 123,81; 120,72
Quy gỏn C3S CN1 C5 C6 C7 C8 C9 - C11
Như vậy, cụng thức cấu tạo của phối tử đỳng với cộng thức dự kiến:
N C N H3C HN C NHCH3 S
3.3.2. Phổ cộng hưởng từ proton của cỏc phức chất Pd(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2
Phổ cộng hưởng từ protoncủa cỏc phức chất Pd(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 được trỡnh bày trờn cỏc Hỡnh 3.14 và 3.15.
Hỡnh 3.14: Phổ cộnghưởng từ hạt nhõn 1
Hỡnh 3.15: Phổ cộnghưởng từ hạt nhõn 1
Trờn phổ cộng hưởng từ proton của hai phức chất Pd(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 đều khụng thấy xuất hiện tớn hiệu cộng hưởng của proton nhúm N(2)H. Điều này cú thể giải thớch do xảy ra sự thiol húa của phối tử khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất. H nhúm N(2)H bị tỏch ra hỡnh thành liờn kết SH nhưng sau đú H này cũng bi tỏch ra để S liờn kết với ion kim loại. Như vậy, phức chất được hỡnh thành qua nguyờn tử S.
Khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất cịn cú sự thay đổi về tớn hiệu cộng hưởng của proton trong vũng pyriđin trong phức chất Zn(mthapyr)2 do N trong vũng này cũng tham gia phối trớ với ion kim loại.
Cỏc tớn hiệu cộng hưởng của cỏc proton khỏc xuất hiện khỏ đầy đủ trờn phổ cộng hưởng từ hạt nhõn của cỏc phức chất được liệt kờ đầy đủ trong Bảng 3.7 cho phộp khẳng định cỏc phức chất này đó được hỡnh thành.
Bảng 3.7 - Cỏc tớn hiệu cộng hưởng trong phổ cộng hưởng từ hạt nhõn 1
H của phức chất Pd(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2
Quy kết (ppm) Hợp chất
Hmthapyr Pd(mthapyr)2 Zn(mthapyr)2
N(2)H 10,41 - - N(4)H 8,80 8,02 7,10 Hpyriđin 8,62; 8,41; 7,93; 7,47 8,55; 8,15; 7,82; 7,62 7,86; 7,77; 7,74; 7,27 C(5)H3 3,06 2,87 2,90 C(6)H3 2,39 2,36 2,58
Qua phõn tớch phổ cộng hưởng từ hạt nhõn của hai phức chất Pd(mthapyr)2 và Zn(mthapyr)2 cho thấy, trong hai phức chất này đều chứa hai phối tử Hmthapyr.
Tuy nhiờn, đặc trưng của Pd(II) là tham gia phối trớ 4 nờn Pd(II) khơng tham gia phối trớ với Npyriđin.
Kết quả phõn tớch phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhõn của cỏc phức chất cú thể đưa ra cụng thức cấu tạo của cỏc phức chất như sau:
N C H3C C S NHCH3 M N C N CH3 N C S H3CHN N N
Cụng thức cấu tạo của cỏc phức chất, M: Pd, Ni và Zn
3.4. KẾT QUẢ THĂM DỊ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỐI TỬ VÀ CÁC PHỨC CHẤT PHỨC CHẤT
Kết quả thử hoạt tớnh khỏng sinh vi sinh vật kiểm định đối với 04 mẫu, gồm: 01 mẫu phối tử HL và 03 mẫu phức chất trờn 3 dũng vi khuẩn Gram (+), 3 dũng vi khuẩn Gram (-) và 1 dũng nấm được liệt kờ trong Bảng 3.6.
Kết quả thử hoạt tớnh khỏng sinh trờn 3 dũng vi khuẩn Gram (+): Bacillus subti, Staphylococcus aureus, Lactobacillus fermentum, 3 dũng vi khuẩn Gram (-): Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica và 1 dũng nấm: Candida albicans cho thấy, với phức chất Ni(mthapyr)2 khụng thể hiện hoạt tớnh ở nồng độ đem thử nhưng đối với phối tử Hmthapyr và hai phức chất Pd(mthapyr)2 và
vi khuẩn Gram (+): Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis; với giỏ trị nồng độ gõy chết ẵ tế bào IC50 lần lượt là 0,5 và 6,167 g/ml và 1 dũng nấm Candida albican, với IC50 là 5,33 g/ml. Phức chất Pd(mthapyr)2 cú hoạt tớnh đỏng kể với cả 3 vi