CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
3.1 Thực nghiệm
3.1.3.1 Tổng hợp phối tử 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde-N(4)-(4-
methylpiperidinyl)thiosemicarbazone (L1)
Cân 0,5 gam 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde cho vào bình cầu 250mL, sau đó thêm vào 100mL dung dịch acetonitrile. Đun hỗn hợp trong bình cầu đến khi chất rắn hòa tan thành dung dịch màu vàng nhạt trong suốt.
Cân 0,45 gam N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide vào bình cầu 100mL, thêm vào 50mL dung dịch acetonitrile, đun đến khi hịa tan hồn tồn chất rắn màu trắng.
Cho dung dịch chứa N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide vào dung dịch chứa 2- chloroquinoline-3-carbaldehyde. Đun hồi lưu hỗn hợp thu được trong vòng 3 giờ, hỗn hợp chuyển sang màu đậm hơn. Để nguội, cho hỗn hợp vào cốc đong 500mL, khuấy đều ở 0oC-5oC trong vòng 30 phút, thấy xuất hiện kết tủa màu vàng.
Lọc kết tủa thu được, rửa bằng 50mL dung dịch ethanol lạnh. Chất rắn thu được được kết tinh lại trong hỗn hợp DMF:H2O = 2:1. Thu được tinh thể màu vàng óng. Lọc tinh thể, thu được 0,47 gam hợp chất thiosemicarbazone. Hiệu suất phản ứng 52%.
Kết quả đo nhiệt độ phóng chảy của chất trong khoảng 204o
C-207oC.
N S N H NH2 N CHO Cl N Cl N H N S N +H2O L1 CH3CN to + Hình 31: Phản ứng tổng hợp phối tử 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde N(4)-4- methylpiperidinyl thiosemicarbazone 3.1.3.2 Tổng hợp phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde-N(4)-(4- methylpiperidinyl)thiosemicarbazone (L2)
Cân 0,5 gam 2-quinolone-3-carbaldehyde cho vào bình cầu 250mL, thêm vào 100mL acetonitrile và đun cho chất rắn tan hịan tồn.
Cân 0,5 gam N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide cho vào bình cầu 100mL, sau đó thêm 50mL dung dịch acetonitrile, đun nóng để hịa tan hết chất rắn.
Cho dung dịch N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide nóng vào bình cầu chứa 2- quinolone-3-carbaldehyde , dung dịch chuyển sang màu cam nhạt. Sau đó, đun hồi lưu hỗn hợp đến khi dung dịch chuyển sang màu cam. Để dung dịch nguội, kết tủa xuất hiện từ từ, và tăng dần.
Lọc kết tủa, sau đó rửa kết tủa bằng 30 mL methanol, và 30 mL nước cất. Để bay hơi tự nhiên qua đêm.
Kết quả đo nhiệt độ phóng chảy của chất trong khoảng 240o
C-244oC. N H CHO O N S N H NH2 N H O H N H N S N +H2O + CH3CN to Hình 32: Phản ứng tổng hợp phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde-N(4)-4- methylpiperidinylthiosemicarbazone 3.1.3.3 Tổng hợp phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde-N(4)- morpholinylthiosemicarbazone (L3)
Cân 0,5 gam 2-quinolone-3-carbaldehyde cho vào bình cầu 250mL, thêm vào 100mL acetonitrile và đun cho chất rắn tan hòan tồn.
Cân 0,47 gam N(4)-morpholinylthiosemicarbazide cho vào bình cầu 100mL, sau đó thêm 50mL dung dịch acetonitrile, đun nóng để hòa tan hết chất rắn.
Cho dung dịch N(4)-morpholinylthiosemicarbazide nóng vào bình cầu chứa 2-quinolone- 3-carbaldehyde , dung dịch chuyển sang màu cam nhạt. Sau đó, đun hồi lưu hỗn hợp đến khi dung dịch chuyển sang màu cam. Để dung dịch nguội, kết tủa xuất hiện từ từ, và tăng dần.
Lọc kết tủa, sau đó rửa kết tủa bằng 30 mL methanol, và 30 mL nước cất. Để bay hơi tự nhiên qua đêm.
Kết quả đo nhiệt độ phóng chảy của chất trong khoảng 249o
C-251oC. N H O H N H N S N O N H CHO O O N S N H NH2 +H2O + CH3CN to Hình 33: Phản ứng tổng hợp phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde-N(4)- morpholinylthiosemicarbazone 3.1.4 Tổng hợp một số phức kẽm của 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde và 2- quinolone-3-carbaldehyde với các dẫn xuất N(4)-aminylthiosemicarbazide. 3.1.4.1 Tổng hợp phức kẽm với 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde-N(4)-4-methyl piperidinyl thiosemicarbazone [Zn(L1)2](NO3)2)
Cân 52,00 mg (1,5.10-3 mol) phối tử 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde [N(4)-4- methylpiperidinyl thiosemicarbazone] hịa tan vào 30mL dung dịch DMF khơ trong cốc đong 100mL, khuấy hỗn hợp đến khi phối tử tan hoàn toàn.
Cân 22 mg (0,75.10-3 mol) Zn(NO3)2.6H2O trong 2 mL nước cất 2 lần. Dùng pipet mũi dài, nhỏ từ từ 2 mL dung dịch kẽm (II) vào hỗn hợp của phối tử trong trong DMF. Thu được kết tủa màu vàng. Lọc kết tủa thu được, rửa bằng 30 mL DMF, 30 mL methanol. Để khô qua đêm.
3.1.4.2 Tổng hợp phức kẽm với 2-quinolone-3-carbaldehyde [N(4)-4-methyl piperidinyl thiosemicarbazone] (Zn(L2)2) piperidinyl thiosemicarbazone] (Zn(L2)2)
Cân 49,2 mg (1,5.10-3mol) phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde [N(4)-4-methyl piperidinyl thiosemicarbazone] hoàn tan vào 30mL dung dịch methanol. Hòa tan vào dung dịch vừa thu được 6 mg NaOH. Đun nhẹ cho hỗn hợp tan hết. Dung dịch thu được có màu cam.
Cân 22 mg (0,75.10-3 mol) Zn(NO3)2.6H2O trong 20mL dung dịch methanol. Dùng pipet mũi dài, nhỏ từ từ hỗn hợp phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde [N(4)-4-methyl piperidinyl thiosemicarbazone] – đã được hòa tan trong NaOH vào dung dịch chứa Zn(II); khuấy đều hỗn hợp. Dung dịch chứa kẽm chuyển thành màu vàng nhạt; thêm tiếp tục phối tử vào, dung dịch bắt đầu đục, và xuất hiện kết tủa. Tiếp tục cho lượng phối tử còn lại vào dung dịch. Khuấy đều trong vòng 30 phút. Lọc kết tủa thu được chất rắn màu vàng tươi. Rửa hỗn hợp bằng 30mL methanol và 30mL nước cất. Để khô qua đêm.
3.1.4.3 Tổng hợp phức kẽm với 2-quinolone-3-carbaldehyde-N(4)-morpholinyl thiosemicarbazone (Zn(L3)2) thiosemicarbazone (Zn(L3)2)
Cân 47,4 mg (1,5.10-3mol) phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde [N(4)-morpholinyl thiosemicarbazone] hoàn tan vào 30mL dung dịch methanol. Hòa tan vào dung dịch vừa thu được 6 mg NaOH. Đun nhẹ cho hỗn hợp tan hết. Dung dịch thu được có màu cam. Cân 22 mg (0,75.10-3 mol) Zn(NO3)2.6H2O trong 20mL dung dịch methanol. Dùng pipet mũi dài, nhỏ từ từ hỗn hợp phối tử 2-quinolone-3-carbaldehyde-N(4)-morpholinyl thiosemicarbazone – đã được hòa tan trong NaOH vào dung dịch chứa Zn(II); khuấy đều hỗn hợp. Dung dịch chứa kẽm chuyển thành màu vàng nhạt; thêm tiếp tục phối tử vào, dung dịch bắt đầu đục, và xuất hiện kết tủa. Tiếp tục cho lượng phối tử còn lại vào dung dịch. Khuấy đều trong vòng 30 phút. Lọc kết tủa thu được chất rắn màu vàng tươi. Rửa hỗn hợp bằng 30 mL methanol và 30 mL nước cất. Để khô qua đêm.
3.2 Thảo luận kết quả nghiên cứu
3.2.1 Phân tích kết quả tổng hợp các phối tử L1, L2 và L3
Các phối tử đã tổng hợp được tóm một số đặc điểm ở bảng 2
Bảng 2: Một sốđặc điểm của các phối tử L1, L2 và L3
Tên Hình ảnh Hình dạng Màu sắc Nhiệt độ
nóng chảy 2-chloroquinoline- 3-carbaldehyde- N(4)-(4- methylpiperidinyl) thiosemicarbazone Hình kim Vàng óng 204 o C- 207oC 2-quinolone-3- carbaldehyde- N(4)-(4- methylpiperidinyl) thiosemicarbazone Hình kim Cam 240 o C- 244oC 2-quinolone-3- carbaldehyde- N(4)- morpholinylthiose micarbazone Bột Cam 249 o C- 251oC 3.2.1.1 Phân tích khối phổ MS các phối tử L1, L2, và L3
Phổ MS của các phối tử L1, L2, và L3 cũng như các phức chất của chúng được đo bằng máy Brucker 500 MHz (trong DMSO) và HRMS trên máy FT-ICR-MS, Varian 910 tại phịng NMR, viện Hóa học, viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam. Kết quả phân tích khối phổ ba phối tử được trình bày bảng 3.
Bảng 3: Kết quả phân tích phổ MS của các phối tử L1, L2 và L3
Tên Công thức phân tử [M+H+] (u) M (u)
L1 C17H19N4SCl 347 346
L2 C17H20ON4S 329 328
L3 C15H16O2N4S 316 316
Hình 34: Kết quả phân tích khối phổ MS của L1
Từ kết quả phổ MS của L1, ta thấy peak có cường độ lớn nhất (100%),có chỉ số m/z=347. Suy ra, khối lượng mol của chất khảo sát là 347 trừ 1 bằng 346. Kết quả này, phù hợp với công thức phân tử dự kiến của L1 mà chúng tôi đề xuất. Phổ MS của L2 và L3 được trình bày ở phần phụ lục.
3.2.1.2 Phân tích kết quả phổ IR các phối tử L1, L2, và L3
Các phối tử L1, L2 và L3 được khảo sát phổ IR bằng máy FTIR-SHIMADZU ở phịng thí nghiệm Phân tích trung tâm 1, khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Tp HCM. Bảng 4 tổng kết các thông tin đặc trưng trên phổ IR của các phối tử.
Bảng 4: Tín hiệu các dao động đặc trưng trên phổ IR [76]
Liên kết C=O (aldehyde) C=O (amide) NH2 (amine) OH (alcohol) Tần số (cm-1) Lí
thuyết Kết quả thuyết Lí Kết quả thuyết Lí Kết quả thuyết Lí Kết quả 1720- 1740 1689 1630- 1680 1651 3100- 3500 3256 và 3163- 3256 3500- 3600 Không xuất hiện
Giai đoạn tổng hợp phối tử, chúng tôi dựa vào khả năng tham gia phản ứng ngưng tụ của nhóm aldehyde trên 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde và 2-quinolone-3-carbaldehyde với nhóm NH2 của N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide và N(4-)morpholinyl thiosemicarbazide tạo thành nhóm chức imine (C=N).
Đối với 2 hợp chất: 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde và 2-quinolone-3-carbaldehyde đều có chứa nhóm C=O của aldehyde, riêng đối với 2-quinolone-3-carbaldehyde cịn chứa nhóm C=O của amide. Trường hợp của 2-quinolone-3-carbaldehyde, thì tín hiệu của 2 nhóm C=O sẽ chồng lên nhau.
Đối với 2 hợp chất: N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide và N(4)-morpholinyl thiosemicarbazide. Vì chứa các nhóm NH2 và NH, nên vùng dao động từ 3100 cm-1 đến 3500cm-1 sẽ có dải hấp thụ, cường độ lớn và trải dài, đặc trưng của NH2 trong nhóm thiosemicarbazide [74].
Do đó, khi phản ứng tạo thành phối tử được thực hiện có những tín hiệu cần được tiên đốn như sau:
• N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide và N(4)-morpholinylthiosemicarbazide khơng có chứa vịng thơm, nhưng dao động biến dạng của C=N cũng có dao động vùng này, nhưng tín hiệu sẽ khơng sắc nhọn mà tù và trải rộng. Do đó khi hợp chất có gắn thêm vịng thơm thì trong trường hợp này sẽ bị loại dao động này che khuất; dẫn đến khó kết luận.
• 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde và 2-quinolone-3-carbaldehyde đều có chứa nhóm CHO, và dao động đặc trưng của nhóm chức này ở vùng từ 1710 cm-1 đến 1750 cm-1; nhưng đối với 2-quinolone-3-carbaldehyde có chứa nhóm C=O trong nhóm chức amide có dao động trong khoảng 1680 cm-1 đến 1700 cm-1
. Trong trường hợp này, cả 2 nhóm CHO và C=O trong 2 hợp chất nên trên đều tham gia cộng hưởng do liên hợp với hệ vịng thơm, liên kết đơi và cặp electron trên nguyên tử nitrogen (trong nhóm amide), dẫn đến các liên kết C=O trong CHO sẽ dao động trong vùng có tần số thấp hơn so với đặc trưng trong đơn chất riêng lẻ. Điều này dẫn đến khả năng phân biệt, sự hình thành nhóm chức imine trong phối tử L1, và sẽ khó khăn đối với L2, và L3.
• Những dao động vùng vân tay của các liên kết C=S, C=N và N-N được tham khảo có các khoảng giá trị lần lượt như sau [74]: C=S và C=N cho nhiều tín hiệu trải dài từ 700 cm-1
-1560 cm-1, 1014-1030 cm-1 đặc trưng cho dao dộng hóa trị N-N. Nhưng những tín hiệu này ở vùng khơng đặc trưng cho các nhóm thế và sau khi tìm hiểu các bài báo khác nhau, chúng tôi nhận thấy các giá trị thay đổi trong
khoảng không cố định; mặc dùng cùng nhóm chức thiosemicarbazone nhưng tần số thật sự rất khác xa nhau. Do đó, tín hiệu vùng này cũng mang tính tham khảo. Vì vậy, kết quả đo phổ chúng tôi sẽ dựa vào sự thay đổi tín hiệu của nhóm NH2 trong các dẫn xuất thiosemicarbazide cho cả 3 phối tử L1, L2 và L3; và sự mất tín hiệu nhóm C=O trong CHO trong trường hợp phối tử L1.
Hình 35: Phổ IR của hợp chất 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde
Hình 37: Phổ IR của hợp chất N(4)-4-methylpiperidinylthiosemicarbazide
Hình 38: Phổ IR của hợp chất N(4)-morpholinyl thiosemicarbazide
Kết quả phổ IR phối tử L1 (L2, L3 được trình bày ở phần phụ lục)
Hình 39: Phổ IR của phối tử L1
Trong hợp chất 2-quinolone-3-carbaldehyde, có 2 loại nhóm chức C=O: của aldehyde và của amide. Nhưng tần số sao động của nhóm carbonyl trong aldehyde sẽ xen phủ tín hiệu của carbonyl trong amide, vì vậy C=O trong 2-choloroquinoline-3-carbaldehyde có tần số 1689 cm-1 (số sóng này thấp hơn so với lí thuyết do sự cộng hưởng của hệ thống vòng thơm quinoline) với hình dạng sắc và nhọn hơn, so với trong hợp chất 2-quinolone-3- carbaldehyde có tần số 1681 cm-1. Hơn nữa, khi so sánh với tín hiệu IR ở vùng này của L2 và L3, ta thấy có tần số 1651 cm-1 dao động đặc trưng của C=O, hình dạng sắc và nhọn hơn so với 2-quinolone-3-carbaldehyde; như vậy chúng tôi cho rằng tín hiệu của C=O trong nhóm aldehyde của dẫn xuất quinolone đã biến mất do phản ứng ngưng tụ với NH2 trong nhóm thiosemicarbazide để lộ nhóm C=O trong amide.
Khi so sánh tín hiệu ở những vùng đặc trưng được đóng khung giữa các phối tử và các phần tử cấu thành, chúng tơi nhận thấy tín hiệu đặc trưng của NH2 trong nhóm chức thiosemicarbazide không xuất hiện trên phổ IR của L1, L2 và L3.
Về cơ bản, cấu trúc của L2 và L3 chỉ khác nhau về cấu tạo trên vòng carbon bão hịa, do đó tín hiệu trên phổ IR sẽ tương đồng nhau.
Dựa vào kết quả IR được xác định ở trên, dự đoán ban đầu được đưa ra là phản ứng ngưng tụ đã được thực hiện thành công.
Tuy nhiên để đảm bảo được kết luận về sản phẩm được tổng hợp được tin cậy hơn, các phối tử đã tổng hợp phải được khảo sát bằng các phương pháp ưu việt hơn.
3.2.1.3 Phân tích kết tủa phổ UV-Vis các phối tử L1, L2, và L3
Các phối tử L1, L2, và L3 được khảo sát phổ UV-Vis bằng thiết bị PERKIN-ELMER LAMBDA 25 UV-VIS SPECTRUM tại phịng thí nghiệm Phân tích trung tâm 1, Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Tp HCM.
Số liệu phổ UV- Vis của các phối tử được trình bày hình 40 và bảng 5.
Bảng 5: Các dải hấp thụ UV-Vis của L1, L2, và L3
Phối tử π→π* (nm) n→π* (nm)
L1 227,00; 285,00 335,00
L2 210,20 ; 237,80 381,00
Hình 40: Tín hiệu UV-Vis của L1, L2 và L3
Vân có bước sóng trong vùng 200 nm - 300 nm được qui kết là tín hiệu của chuyển mức
π→π* của các electron trong vịng quinoline và nhóm imine C=N của thiosemicarbazone. Vân có bước sóng trong vùng 300 nm - 400 nm được qui kết là tín hiệu của chuyển mức
n→π* của các electron của bộ khung phân tử thiosemicarbazone.
Ngoài ra, các vai phổ ở 450 nm - 470 nm xuất hiện trên L2 và L3 là tín hiệu của chuyển mức n→π* của các electron nhóm amide, trong khi tín hiệu này khơng xuất hiện ở L1, vì L1 khơng chứa nhóm amide.
N H O R N H O R
Hình 41: Sự cộng hưởng xảy ra trong nhóm amide
Từ việc khảo sát tín hiệu UV-Vis dựa vào các tín hiệu 𝛌𝛌max và đối chiếu với ý nghĩ đặc trưng cho thấy dự đốn của chúng tơi về phản ứng ngưng tụ giữa các dẫn xuất của quinoline với các dẫn xuất thiosemicarbazide được tiên đốn đã thành cơng.
3.2.1.4 Phân tích kết quả phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR các phối tử L1, L2, và L3 và L3
a. Phân tích kết quả phổ1
H-NMR phối tử L1
C5 C6 C7 C10 C11 C4 N C9 C12 C3 Cl H4 H5 H6 H7 H3 C2 H2 N N H1 C13 S N CH3 He1 Ha1 He1' Ha1' Ha2' He2' Ha2 He2Ha3 Hình 42: Cấu trúc dự kiến của phối tử L1
Dựa vào kết quả đo phổ MS ban đầu, chúng tơi dự đốn cấu trúc của L1 như Hình 42. Để kiểm tra tiên đốn này, chúng tơi tiến hành xác định cấu trúc L1 bằng phổ 1
H-NMR. Từ cấu trúc dự kiến trên và kết hợp với tài liệu tham khảo [76] chúng tơi dự đốn trên phổ 1H-NMR sẽ có 3 vùng tín hiệu chính như sau:
• Vùng 1: vùng tín hiệu của hydrogen gắn trên các nguyên tử carbon sp3; tương ứng với nhóm các nguyên tử hydrogen được kí hiệu Hex, Hax,với x lần lượt là 1, 1’, 2, 2’, 3 và các hydrogen nằm trên nhóm –CH3 (methyl).
• Vùng 2: vùng tín hiệu của hydrogen gắn trên các nguyên tử carbon sp2
, trong trường hợp này là gắn trên các nguyên tử carbon trong hệ thơm vòng benzene, trên C=C và trên C=N; tương ứng với các nguyên tử hydrogen được kí hiệu H2, H3, H4, H5, H6, H7.
• Vùng 3: vùng tín hiệu của hydrogen linh động, do liên kết với nguyên tử có độ âm