2.4.1. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR
Phổ hồng ngoại đƣợc ghi trên máy GX-Perkin Elmer-USA, tại Khoa Hóa học - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, mẫu đƣợc ép dạng viên rắn với KBr.
2.4.2. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ 1H NMR
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1
HNMR đƣợc ghi trên máy FT-NMRAVANCE- 500 (Brucker), tại Viện Hóa học - Viện Khoa học Việt Nam, dung mơi hịa tan là CDCl3.
30
2.4.3. Phƣơng pháp phổ khối ESI-MS
Phổ ESI-MS đƣợc đo trên máy AmaZonTM của Brucker, tại Đại học Quốc gia Singapor. Điều kiện ghi phổ: t0 = 1500C, tốc độ khí 5 l/phút, trong dung môi
MeOH.
2.4.4. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể
Dữ liệu nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của phức chất AME, AMM đƣợc đo trên máy nhiễu xạ tia X (STOE IPDS 2T) ở nhiệt độ 200K tại Viện Hóa học và Hóa Sinh - Đại học Tự do Berlin. Đối âm cực Mo với bƣớc sóng Kα (λ = 0,71073Å). Ảnh nhiễu xạ đƣợc ghi trên detector dạng đĩa trịn đƣờng kính 34 cm. Khoảng cách từ
tinh thể đến đĩa ghi ảnh là 10 cm. Q trình xử lí số liệu và hiệu chỉnh sự hấp thụ tia X bởi đơn tinh thể đƣợc thực hiện bằng phần mềm chuẩn của máy đo. Cấu trúc đƣợc tính tốn và tối ƣu hóa bằng phần mềm SHELXS-97.
2.5. Thử hoạt tính sinh học
Các mẫu hóa chất đƣợc thử hoạt tính sinh học tại phịng Hoạt tính Sinh học - Viện Hóa học - Viện Khoa học Việt Nam.
31
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thảo luận về quá trình tổng hợp và nghiên cứu phối tử
3.1.1. Tổng hợp phối tử H2L
Các phối tử H2L đƣợc tổng hợp theo tài liệu tham khảo [16], quy trình đƣợc chia làm năm cơng đoạn, trong đó bốn giai đoạn quan trọng đƣợc tóm tắt trong sơ đồ sau:
Giai đoạn 1 - Điều chế benzoylthioure
Tiến hành phản ứng thế giữa benzoyl clorua với kali thioxianat để tạo thành benzoyl isoxianat, tiếp theo cho thêm amin bậc hai vào để phản ứng với benzoyl isoxianat, thu đƣợc benzoylthioure:
32
Quá trình tổng hợp benzoylthioure đƣợc tiến hành trong điều kiện khan do vậy yêu cầu KSCN phải đƣợc sấy khô kỹ và dung môi axeton phải thật khan. Nếu mơi trƣờng phản ứng có lẫn nƣớc, chất đầu benzoyl clorua và chất trung gian benzoyl isoxianat (là những chất rất nhạy nƣớc) sẽ bị thủy phân tạo axit benzoic, HCl, HSCN. Các axit này sẽ tác dụng với amin R1R2NH tạo thành muối amoni tƣơng ứng, làm giảm hiệu suất tổng hợp và tăng lƣợng tạp chất trong sản phẩm.
Khi phản ứng kết thúc, cho hỗn hợp phản ứng vào cốc chứa nƣớc cất, lúc đó KSCN, KCl và amin dƣ sẽ tan vào nƣớc cịn benzoylthioure khơng tan và kết tủa tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng. Nếu có benzoyl clorua hoặc benzoyl isothioxianat cịn dƣ, chúng sẽ bị thủy phân tạo axit benzoic, axit này cũng tan khá tốt trong nƣớc nên không ảnh hƣởng tới độ tinh khiết của sản phẩm. Sản phẩm thu đƣợc tinh khiết đủ để tiến hành các bƣớc tổng hợp tiếp theo mà không cần phải tinh chế lại.
Giai đoạn 2- Điều chế phức chất niken(II) benzoylthioureato
Tiến hành cho benzoylthioure tác dụng với muối niken axetat sẽ thu đƣợc phức chất niken(II) benzoylthioureato:
Benzoylthioure ít phân cực nên tan tốt trong các dung môi phân cực kém, nó hầu nhƣ khơng tan trong nƣớc, thực nghiệm cho thấy benzoylthioure tan tốt trong etanol nóng. Muối Ni(CH3COO)2.2H2O chỉ tan tốt trong dung mơi phân cực, nó tan nhiều trong nƣớc, trong metanol nóng. Do vậy dung mơi tốt nhất để tiến hành phản ứng này là hỗn hợp etanol - metanol. Hòa tan muối niken axetat trong metanol nóng, cịn benzoyl thioure thì hịa tan trong etanol nóng, sau đó trộn chung hai dung dịch lại với nhau để phản ứng xảy ra. Phức chất tạo thành trung hịa về điện và có khối lƣợng phân tử lớn nên không tan trong dung môi khá phân cực là hỗn hợp etanol - metanol.
33
Giai đoạn 3- Điều chế benzimiđoyl clorua
Cho phức chất niken(II) benzoylthioureato tác dụng với thionyl clorua SOCl2 trong dung môi khan CCl4 sẽ thu đƣợc benzimiđoyl clorua:
Phản ứng giữa phức chất niken(II) benzoylthioureato với SOCl2 cũng địi hỏi mơi trƣờng thật khan nƣớc. Phản ứng này sử dụng dung môi CCl4, dung mơi này hịa tan niken(II) benzoylthioureato tốt hơn axeton vì nó ít phân cực hơn và cũng vì thế CCl4 ít hấp thụ hơi nƣớc và dễ làm khơ hơn axeton. Nhƣợc điểm là CCl4 độc hơn so với axeton [21, 22].
Vì phản ứng tạo khí SO2 độc nên phải thực hiện trong tủ hốt hoặc dẫn khí sinh ra bằng ống dẫn có một đầu nhúng vào dung dịch kiềm để hấp thụ SO2. Phản ứng này phải sử dụng bẫy dầu, nó có tác dụng giúp khí SO2 thốt ra ngồi, tránh tăng áp suất có thể gây nổ hệ phản ứng đồng thời giúp cho hệ ln kín, ngăn cản sự khuếch tán của hơi nƣớc vào hỗn hợp phản ứng gây thủy phân benzimiđoyl clorua.
Giai đoạn 4 - Điều chế phối tử benzamiđin ba càng
Cho benzimiđoyl clorua phản ứng với amin hai càng 4,4’-diankyl thiosemicacbazit, có mặt Et3N sẽ thu đƣợc benzamiđin ba càng:
Chất đầu benzimiđoyl clorua rất nhạy nƣớc nên phản ứng đƣợc tiến hành trong dung mơi khan. Nếu có lẫn nƣớc, benzimiđoyl clorua bị thủy phân tạo thành
34
benzoylthioure. Dung môi sử dụng cho phản ứng này là tetrahiđrofuran THF, nó có ƣu điểm là ít hấp thụ hơi ẩm. THF ít phân cực hơn axeton nên dễ hịa tan các chất ít phân cực, giúp tăng đƣợc nồng độ các chất tham gia phản ứng. Những ƣu điểm vừa rồi thì CCl4 cũng có, tuy nhiên CCl4 lại độc hơn [21 - 23].
Một ƣu điểm của phản ứng giữa benzimiđoyl clorua với 4,4’-diankyl thiosemicacbazit với sự có mặt của trietylamin dƣ là có thể dựa vào lƣợng kết tủa trắng Et3NHCl tạo thành để nhận biết phản ứng vẫn còn xảy ra hay đã kết thúc. Nếu lƣợng kết tủa khơng tăng lên trong một thời gian dài, lúc đó phản ứng đã kết thúc.
3.1.2. Nghiên cứu phối tử H2L
3.1.2.1. Nghiên cứu phối tử H2L bằng phƣơng pháp IR
Bốn phối tử H2L đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại. Phổ IR của phối tử H2LE7 và H2LM5 đƣợc trình bày ở hình 3.1 và hình 3.2;
cịn phổ IR của phối tử H2LE5 và H2LM7 đƣợc trình bày ở hình 1 và hình 2 phần Phụ lục. Việc quy kết các dải hấp thụ trên phổ IR của phối tử H2L đƣợc trình bày trong
bảng 3.1.
Phổ IR của các phối tử khơng có dải hấp thụ ở vùng 3400 - 3600 cm-1 của nƣớc ẩm, điều này chứng tỏ phối tử khơ và ít phân cực. Dải hấp thụ có cƣờng độ trung bình yếu ở vùng khoảng 3000 - 3220 cm-1
đƣợc quy gán cho dao động hóa trị N-H ở phối tử. Bên cạnh đó trên phổ IR của các phối tử khơng thấy xuất hiện dải hấp thụ ở vùng 2600 - 2550 cm-1, điều này có nghĩa là phối tử ở trạng thái rắn khơng tồn tại dạng đồng phân tautome chứa nhóm –SH. Dải hấp thụ cƣờng độ yếu nằm trong khoảng 2950 - 2850 cm-1
đƣợc quy kết cho dao động hóa trị của liên kết C-H no; dải hấp thụ của các liên kết C-H thơm là rất yếu và không xuất hiện pic.
Trên phổ IR của các phối tử có hai hoặc ba dải hấp thụ với cƣờng độ mạnh ở khoảng 1600 – 1500 cm-1. Chúng đƣợc quy kết cho các dao động hóa trị của liên kết trong nhân benzen (vịng benzen thơng thƣờng sẽ cho hai hoặc ba dải trong vùng 1600 -1500 cm-1
35
Dải hấp thụ rất mạnh ở 1620 – 1630 cm-1 trên phổ của các phối tử đƣợc quy gán cho dao động hóa trị C=N của khung benzamiđin.
Dải hấp thụ tƣơng đối mạnh ở khoảng 800 - 900 cm-1 đƣợc quy gán cho liên kết C=S của khung benzamiđin.
Các dữ kiện thu đƣợc trên phổ IR của các phối tử trùng khớp với phổ IR của chúng đã đƣợc công bố trƣớc đây [14, 17], việc này cho thấy những phối tử mà chúng tôi điều chế đƣợc là tinh khiết.
Bảng 3.1. Quy kết các dải hấp thụ trên phổ IR của phối tử H2L
Hợp chất νN-H νC-H no νC=N νC=C thơm νC-N νC=S H2LE5 3182, tb 2968, 2870, tb 1637, 1622, m 1574, 1496, m 1350, 1285, tb 905, y H2LM5 3198, tb 2957, 2852, tb 1631, m 1578, 1518, 1482, m 1350, 1282, tb 908, 870, y H2LE7 3221, tb 2926, 2855, tb 1626, m 1579, 1489, m 1321, 1307, y 905, y H2LM7 3209, tb 2920, 2846, tb 1626, m 1508, 1478, m 1313, 1284, tb 904, y
36
Hình 3.1. Phổ IR của phối tử H2LM5
Hình 3.2. Phổ IR của phối tử H2LE7
Ten may: GX-PerkinElmer-USAResolution: 4cm-1
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: 7C-Dietylamin
Date: 10/17/2012 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400.0 0.000 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.000 cm-1 A 3221 2926 2855 1626 1579 1489 1448 1422 1391 1342 1321 1307 1288 1270 1250 1221 1163 1140 1075 996 905 864 780 693 655 547 N N NH S N H S N CH3 CH3 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 CM-1
Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai Ten mau: Mor-5 Date: 10/26/2012 0.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100.0 %T 3198 2957 2917 2852 1631 1578 1518 1481 1431 1415 1350 1282 1264 1226 1178 1113 1059 1026 944 908 870 838 777 734 706 694 652 N N NH S N H S CH3 CH3 N
37
3.1.2.2. Nghiên cứu phối tử H2L bằng phƣơng pháp 1H NMR
Phổ 1H NMR và quy ƣớc cách đánh số proton của các phối tử H2LE5 và H2LM7 đƣợc trình bày hình 3.3 và hình 3.4.
Hình 3.3. Phổ 1H NMR của phối tử H2LE5
Hình 3.4. Phổ 1
38
Phổ 1H NMR và quy ƣớc cách đánh số proton của các phối tử H2LE7 và H2LM5 đƣợc trình bày hình 3 và hình 4 trong phần Phụ lục.
Bảng 3.2 . Quy kết các tín hiệu trên phổ 1
H NMR của các phối tử H2L Proton H2LE5 (ppm) H2LE7 (ppm) H2LM5 (ppm) H2LM7 (ppm) 1 1,01 (t, J = 6,8 Hz, 3H) 1,08 (t, J = 7,0 Hz, 3H) 3,63 (t, J= 4,6 Hz, 2H) 3,64 (s, br, 2H) 1’ 1,28 (t, J = 6,8 Hz, 3H) 1,29 (t, J = 7,0 Hz, 3H) 3,72 (t, J= 4,6 Hz, 2H) 3,72 (s, br, 2H) 2 3,55 (q, J = 6,8 Hz, 2H) 3,58 (q, J = 6,9 Hz, 2H) 3,76 (t, J= 4,5 Hz, 2H) 3,77 (s, br, 2H) 2’ 3,94 (q, J = 6,8 Hz , 2H) 3,95 (q, J = 6,9 Hz, 2H) 4,21 (t, J= 4,5 Hz, 2H) 4,22 (s, br, 2H) 3 7,93 (d, J = 7,5 Hz, 2H) 7,95 (d, J = 7,4 Hz, 2H) 7,94 (d, J = 7,5 Hz, 2H) 7,94 (d, J = 7,6 Hz, 2H) 4 7,45 (t, J = 7,8 Hz , 2H) 7,45 (t, J = 7,8 Hz, 2H) 7,47 (t, J = 7,8 Hz, 2H) 7,46 (t, J = 7,8 Hz, 2H) 5 7,50 (t, J = 7,3 Hz, 1H) 7,50 (t, J = 7,3 Hz, 1H) 7,53 (t, J = 7,4 Hz, 1H) 7,52 (t, J = 7,2 Hz, 1H) 6, 7 9,68 (s, br, 2H) 9,90 (s, br, 2H) 9,20 (s, br, 1H) 9,39 (s, br, 1H) 9,71 (s, br, 2H) 8 3,54 (s, br, 2H) 3,5 – 4,0 (s , br, 4H) 3,53 (s, br, 2H) 3,6 – 3,7 (s , br, 2H) 8’ 3,82 (s, br, 2H) 3,84 (s, br, 2H) 4,05 (s, br, 2H) 9 1,97 (s, br, 2H) 1,57 (m, br, 4H) 2,08 (s, br, 2H) 3,84 (s, br, 2H) 9’ 2,06 (s, br, 2H) 2,11 (m, br, 2H) 10 1,82 (s, br, 4H) 1,85 (s, br, 4H) 10’
Trên phổ 1H NMR của phố tử H2LE5 có hai tín hiệu triplet ở 1,01 ppm (3H) và 1,28 ppm (3H), hằng số tƣơng tác spin là 7,5 Hz, hai tín hiệu này đƣợc quy gán cho hai nhóm metyl trong gốc đietylamin -N(CH2CH3)2. Hai nhóm metyl này cộng
39
của liên kết SC-N(CH2CH3)2 [14-20]. Sự quay hạn chế này xuất hiện trong hầu hết các phối tử benzamiđin và là kết quả của hiệu ứng liên hợp giữa nguyên tử N thuộc nhóm -NR1R2 và nguyên tử C-sp2 thuộc nhóm thiocacbonyl [14-20]. Chính điều này cũng làm cho hai nhóm metylen trong -N(CH2CH3)2 (vị trí 2 và 2’) trở nên không tƣơng đƣơng với nhau, độ chuyển dịch hóa học của chúng lần lƣợt là 3,55
ppm và 3,94 ppm. Tín hiệu cộng hƣởng của proton trong các nhóm metylen thuộc
vịng pyrrolidin cũng xuất hiện khá bất thƣờng. Trên lí thuyết, các nhóm metylen ở vị trí 9 và 9’ , 8 và 8’ là tƣơng đƣơng nhau. Do tƣơng tác spin với nhóm CH2 bên cạnh, chúng sẽ cho hai tín hiệu triplet, một ở vùng trƣờng thấp hơn tƣơng ứng với các proton ở vị trí 8, 8’ và một ở vùng trƣờng cao hơn tƣơng ứng với các proton ở vị trí 9, 9’. Trên thực tế, tín hiệu cộng hƣởng của bốn nhóm metylen trong vịng pyrrolidin là 4 singlet tù trong đó ba tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học lần lƣợt là 1,97 ppm, 2,06 ppm và 3,82 ppm và một tín hiệu có độ chuyển dịch hóa học khoảng
3,5 ppm lẫn với tín hiệu cộng hƣởng của proton N-CH2 ở vị trí 2. Nhƣ vậy, các
proton ở vị trí 8, 8’ và 9, 9’ là khơng tƣơng đƣơng nhau. Điều này cũng đƣợc giải thích bởi sự hạn chế quay xung quanh liên kết SC-NC4H8. Rõ ràng, nếu liên kết SC-
NC4H8 là hồn tồn cứng nhắc, độ chuyển dịch hóa học của proton ở vị trí 8, 8’ và 9, 9’ là khác nhau và chúng cộng hƣởng cho bốn tín hiệu, hai triplet ứng với proton ở vị trí 8, 8’ và hai quintet (hoặc hai multiplet do tƣơng tác xa giữa 9 và 8’, 9’ và 8) ứng với proton ở vị trí 9, 9’. Cịn nếu liên kết SC-NC4H8 là hồn tồn linh động, nó sẽ quay tự do và khi đó các proton ở vị trí 8, 8’ và 9, 9’ là tƣơng đƣơng. Chúng sẽ cộng hƣởng cho hai tín hiệu triplet. Trên thực tế, tùy thuộc vào độ cứng nhắc của liên kết SC-NC4H8 các tín hiệu cộng hƣởng của proton 8, 8’ và 9, 9’ sẽ bị phân tách khác nhau. Nếu tốc độ quay của liên kết SC-NC4H8 rất chậm so với thời gian ghi phổ (NMR time scale) sẽ cho hình ảnh tách tín hiệu nhƣ trong trƣờng hợp cứng nhắc. Khi tốc độ quay tăng lên thì độ phân giải của các píc kém dần, các píc trở lên tù hơn. Khi tốc độ quay tăng đến một giới hạn nào đó các pic sẽ khơng tách ra nữa mà nhập lại tạo thành một pic tù. Cuối cùng, khi tốc độ quay rất nhanh so với thời gian ghi phổ (NMR time scale) sẽ cho một pic sắc nét nhƣ trong trƣờng hợp quay tự
40
do. Nhƣ vậy từ phổ 1H NMR của H2LE5, ta có thể kết luận có sự quay hạn chế xung quanh liên kết SC-N(CH2CH3)2 thuộc hợp phần benzamiđin và SC-NC4H8 thuộc hợp phần thiosemicacbazit. Tuy nhiên liên kết SC-NC4H8 linh động hơn liên kết SC-N(CH2CH3)2.
Các tín hiệu cộng hƣởng của các proton thơm xuất hiện trong khoảng độ chuyển dịch hóa học 7 – 8 ppm. Trong đó tín hiệu triplet ở 7,45 ppm có tích phân
tƣơng ứng với 2H đƣợc qui gán cho hai proton ở vị trí 4 (vị trí meta) do có sự tƣơng tác spin với hai proton số 3 (vị trí ortho) và số 5 (vị trí para). Tín hiệu triplet ở 7,50
ppm có tích phân là 1H đƣợc qui gán cho proton số 5, do nó chỉ tƣơng tác spin với 2
proton số 4. Cịn tín hiệu douplet ở vị trí 7,93 ppm đƣợc qui gán cho proton số 3 ở vị trí ortho. Tín hiệu cộng hƣởng tù (tích phân bằng 2H) xuất hiện ở vùng trƣờng thấp nhất, 9,68 ppm đƣợc qui gán cho hai proton ở vị trí 6 và 7. Rõ ràng, hai proton này khơng tƣơng đƣơng nhau về tính từ nhƣng có lẽ do chúng liên quan đến cân bằng tạo thành và phá vỡ liên kết hiđro làm cho tín hiệu cộng hƣởng của chúng có độ phân giải thấp và chúng lẫn vào nhau.
Việc qui gán các tín hiệu cộng hƣởng của các proton trong vịng thơm và trong nhóm –NEt2 trên phổ 1H NMR của phối tử H2LE7 tƣơng tự các tín hiệu trên phổ 1H NMR của H2LE5. Hiện tƣợng quay hạn chế quanh liên kết SC-N(CH2CH3)2 và SC- NC6H12 cũng xuất hiện. Tuy nhiên, do sự linh động trong vòng azepin -NC6H12 làm tăng tốc độ trao đổi (chemical exchange) giữa các proton 8, 9, 10 và 8’, 9’, 10’ dẫn đến làm giảm độ phân giải của các tín hiệu cộng hƣởng. Kết quả là tín hiệu 9 và 9’; 10 và 10’ chập vào nhau và cho hai tín hiệu singlet tù. Tƣơng tự các tín hiệu 8, 8’ bị
41
mở rộng chân lẫn một phần vào nhau và lẫn vào tín hiệu 2, 2’. Chúng xuất hiện nhƣ một dải phổ rất tù và hầu nhƣ khơng thể xác định chính xác vị trí đỉnh.
Các tín hiệu cộng hƣởng ở vùng trƣờng cao trên phổ 1
H NMR của phối tử H2LM5 khá phức tạp bởi nó bao gồm những tín hiệu của 8 nhóm CH2. Hai tín hiệu singlet ở khoảng 2,0 ppm dễ dàng qui gán cho các proton 9 và 9’. Điều này đồng thời xác nhận sự quay hạn chế của nhóm pyrrolidin quanh liên kết N-CS. Trong vùng độ chuyển dịch hóa học từ 3,5 – 4,2 ppm là 6 tín hiệu cộng hƣởng của 6 nhóm