Hợp chất cacben bao gồm các nguyên tử cacbon với sáu electron hóa trị.
Công thức chung là R- (C:) - R' hoặc R = C:
Cacben có thể tồn tại ở trạng thái singlet hoặc triplet [31]. Hai electron không liên kết trong cacben singlet chiếm quỹ đạo σ với hướng spin song song và quỹ đạo pπ trống. Ngược lại, cả obitan σ và pπ trong trạng thái triplet bị chiếm bởi hai electron không liên kết với hướng quay spin song song [29].
Hình 1.10: Cấu trúc điện tử của cacben.
Cacben đã từng được biết đến như những chất trung gian phản ứng rất mạnh cho tới khi Arduengo và các cộng sự đã tổng hợp và điều chế ra hợp chất cacben đầu tiên là N-heteroxyclic cacben (NHC) vào năm 1991 [11]
Hình 1.11: Sơ đồ tổng hợp N-heteroxyclic cacben 1.4.2. Phân loại và điều chế
N- cacben dị vòng là một loại cacben singlet có cacbon cacben được kết hợp với một bộ khung có chứa nguyên tố nitơ. Có ba loại N - cacben dị vòng chính , đó là benzimidazolin-2-yliden, imidazolin-2-yliden và imidazolidin-2-yliden
Hình 1.12: Ba loại N-cacben dị vòng chính
N-cacben dị vòng được biết đến là phối tử σ cho mạnh mẽ, trong đó khả năng π nhận lại rất ít [32,35,36]. Chính vì vậy các nhà khoa học đã và đang dành nhiều thời gian nghiên cứu về khả năng tạo phức của N-cacben dị vòng với một số ion kim loại. Trong đó, hai phương pháp quan trọng để điều chế phức chất kim loại với N-cacben dị vòng là phản ứng của muối azoli với một số kim loại thích hợp
[37,42] và phương pháp chuyển từ phức chất của bạc với N – cacben dị vòng [38,39] (Hình 1.4).
Hình 1.13: Hai phương pháp điều chế phức hợp kim loại với N-cacben dị vòng Các tính chất của N - cacben dị vòng có thể thay đổi bằng cách thay thế nguyên tử N và các nguyên tử trong bộ khung tạo nên sự đa dạng trong hóa học phức chất của cacben [21].
1.4.3. Cacben kim loại chuyển tiếp và phức chất của chúng
Cacben kim loại chuyển tiếp là một hợp chất hữu cơ mà trong hợp phần của nó gồm kim loại chuyển tiếp và một phối tử cacben hóa trị II [34] (Hình 1.5).
Hình 1.14: Phức chất kim loại cacben đầu tiên (muối đỏ Chugaev)
Tác giả Mihai S. Viciu đã tổng hợp phức cacben [Pd(Ipr)Cl2]2 và nghiên cứu khả năng xúc tác của nó trong các phản ứng của amin có aryl clorua và bromua. Kết quả cho thấy phản ứng không bị ảnh hưởng bởi oxy và nước và vì vậy có thể thực hiện phản ứng amin hóa trong không khí và trong các dung môi không pha loãng[46].
Hình 1.15: Cấu trúc tia X của phức chất [Pd(Ipr)Cl2]2
Tuy nhiên, trong một số trường hợp phối trí lại được thực hiện qua nguyên tử N. Ví dụ, tác giả Bidyut kumar Rana đã tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo của phức chất Pd(II) của N-cacben dị vòng với phối tử Bazơ schiff. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng phức chất có cấu trúc vuông phẳng và tạo cầu phối trí thông qua các nguyên tử N[18] (Hình 1.7).
Hình 1.16: Sơ đồ tổng hợp phức chất cacben Pd(II) với phối tử Bazo Schiff 1.4.4. Một số ứng dụng của cacben và phức của chúng
Hóa trị, cùng với phẫu thuật và xạ trị, là các phương pháp được sử dụng rộng rãi trong quá trình điều trị ung thư. Sau khi được Rosenberg và cộng sự nghiên cứu và phát hiện, cisplatin hoặc cis-diamminedichloroplatinum (II) (DDP) được coi là bước ngoặt trong cuộc chiến với bệnh ung thư. Tuy nhiên, các phản ứng phụ nghiêm trọng ảnh hưởng đến thận, thần kinh … phức tạp và đôi khi hạn chế các ứng dụng của DDP. Trước đây chỉ có 3 loại thuốc chống ung thư từ Platin được chấp nhận trên toàn thế giới
Hình 1.17 : Cấu tạo ba loại thuốc ngừa ung thư từ Pt được sử dụng trên toàn thế giới.
Tuy nhiên, cho đến ngày hôm nay, không có thuốc chống ung thư không chứa Pt nào đã thành công trong suốt quá trình phát triển lâm sàng.
Để khắc phục những hạn chế của thuốc đem lại điều trị ung thư, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu chế tạo các loại thuốc chữa bệnh ung thư nhằm hạn chế tối đa những tác dụng phụ mà thuốc đem lại. Một trong những phức chất được quan tâm, nghiên cứu là phức chất của cacben với các kim loại chuyển tiếp. Sự quan tâm nghiên cứu này xuất phát từ hoạt tính sinh học của nó, đặc biệt là khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Là thuốc chống ung thư tiềm năng, phức chất cacben kim loại trở nên phổ biến gần đây và đang phát triển rất nhanh ở tất cả các lĩnh vực nghiên cứu. Khả năng chống di căn của phức chất mono NHC và bis – NHC cacben của Pd (II) đã được Panda và Ghosh và các cộng sự công bố trên
“The Royal Society of Chemistry 2012”
Hình 1.18 : Cấu tạo của phức chất mono – NHC (1) và phức bis – NHC (2) Trong đó, Pd (II) – bis – NHC là một chất ức chế hiệu quả sự gia tăng các tế bào ung thư tăng gấp 2- 20 lần so với DDP. Tất cả các công bố liên quan đến đặc tính chống ung thư của phức chất cacben kim loại, kể cả các công bố quan trọng và
mới lạ trong hai năm qua - đã khẳng định giá trị của phức chất cacben kim loại. Với mỗi một kim loại được nghiên cứu, một số phức chất cacben kim loại của chúng có khả năng gây độc tế bào cao hơn cisplatin.
1.5. Các phương pháp vật lý nghiên cứu cấu trúc phối tử và phức chất