1.2.2.1. Sơ lược về L- tryptophan
L- tryptophan (L - tryp) là một aminoaxit trung tớnh dị vũng thơm, là một trong những aminoaxit khụng thay thế trong cơ thể người và ủộng vật. Cụng thức phõn tử: C11H12N2O2 Cụng thức cấu tạo: N H CH2 CH COOH NH2 Khối lượng mol: 204,23 (g/mol)
Tờn thường gọi: Tryptophan
Tờn quốc tế: α - amino Ờ β Ờ Indolil propionic Nhiệt ủộ núng chảy: 293 Ờ 2950C
Ở ủiều kiện thường L- tryptophan là tinh thể màu trắng, dạng bản mỏng, tan trong nước ( 1,14g/100g nước ở 25oC), ớt tan trong etanol, khụng tan trong clorofooc lạnh, tan trong kiềm, dung dịch cú phản ứng kiềm yếu.
L- tryptophan là chất hoạt ủộng quang học, ủiểm ủẳng ủiện pI=5,89, trong dung dịch axit axetic cú gúc quay cực [αD]= -34,40C.
Tại ủiểm ủẳng ủiện, trong dung dịch nước tryptophan tồn tại dưới dạng ion lưỡng cực. N H CH2 CH COOH NH2 N H CH2 CH COO- +NH3
Trong mụi trường kiềm tồn tại cõn bằng: N H CH2 CH COO- +NH3 N H CH2 CH COO- NH2 + + OH- H2O
Trong mụi trường axit tồn tại cõn bằng:
N H CH2 CH COO- +NH3 N H CH2 CH COOH NH3 + + H3O+ H2O +
Giống như L Ờ tyrosin, L - tryptophan cũng là hợp chất hữu cơ tạp chức, trong phõn tử cú hai nhúm chức: nhúm amin và nhúm cacboxyl, do ủú cú khả năng tạo phức với kim loại trong ủú cú NTđH [11], [13], [14], [32].
1.2.2.2. Sơ lược về hoạt tớnh của L - tryptophan
L - tryptophan là một axit amin thiết yếu của cơ thể ủược tạo ra từ cỏc protein trong quỏ trỡnh hoạt ủộng của cỏc enzim thủy phõn protein. Tryptophan là một tiền chất và một yếu tố quan trọng ủối với cỏc chất dẫn truyền thần kinh serotonin và melatonin. Cỏc chất vận chuyển cỏc xung thần kinh từ một tế bào khỏc. Bộ nóo sẽ hoạt ủộng khụng ủỳng nếu khụng cú ủủ lượng của cỏc chất dẫn truyền thần kinh.
Tryptophan là cần thiết ủể sản xuất serotonin trong cơ thể con người. Serotonin là một trong những húa chất quan trọng trong nóo liờn quan ủến việc ủiều chỉnh tõm trạng. Nồng ủộ serotonin ủúng một vai trũ quan trọng trong việc ủiều chỉnh lo õu, trầm cảm, chỏn ăn, hành vi tỡnh dục và gõy hấn. Cú thể bổ sung tryptophan qua cỏc thưc phẩm như sụcụla , yến mạch, sữa , sữa chua , pho mỏt, trứng , cỏ , gia cầm , mố , ủậu xanh , hạt hướng dương , hạt bớ ngụ, chuối , ủậu phộngẦ . đặc biệt, amino axit này cú nhiều trong thịt gà tõy và ủú là lý do khiến mọi người buồn ngủ sau khi ăn nhiều thịt gà tõy.[22]
1.3. Khả năng tạo phức của cỏc NTđH với cỏc aminoaxit
1.3.1. Khả năng tạo phức của cỏc NTđH
So với cỏc nguyờn tố họ d, khả năng tạo phức của cỏc lantanit kộm hơn, do cỏc electron f bị chắn mạnh bởi cỏc electron ở lớp ngoài cựng và cỏc ion Ln3+ cú kớch thước lớn làm giảm lực hỳt tĩnh ủiện giữa chỳng với cỏc phối tử. Vỡ vậy khả năng tạo phức của cỏc NTđH chỉ tương ủương cỏc kim loại kiềm thổ. Lực liờn kết trong phức chất chủ yếu do lực hỳt tĩnh ủiện.
Giống với ion Ca2+, ion Ln3+ cú thể tạo với cỏc phối tử vụ cơ thụng thường như Cl-, CN-, NH3, NO3-, SO42-,Ầ những phức chất khụng bền. Trong dung dịch loóng những phức chất ủú phõn li hoàn toàn, trong dung dịch ủặc chỳng kết tinh ở dạng muối kộp.
Với cỏc phối tử hữu cơ, ủặc biệt là cỏc phối tử cú dung lượng phối trớ lớn và ủiện tớch õm lớn, ion ủất hiếm cú thể tạo với chỳng những phức chất rất bền. Vớ dụ phức chất của NTđH với etylen ủiamin tetraaxetic (EDTA) giỏ trị lgβ ( β là hằng số bền ) vào khoảng 15ữ19, với ủietylen triamin pentaaxetic (DTPA) khoảng 22 ữ 23. [16]
Sự tạo thành cỏc phức bền giữa cỏc ion Ln3+ với cỏc phối tử hữu cơ ủược giải thớch theo hai yếu tố:
Một là do hiệu ứng chelat (hiệu ứng vũng) cú bản chất entropi (quỏ trỡnh tạo phức vũng gắn liền với sự tăng entropi). Vớ dụ với phối tử là DTPA phản ứng tạo phức với Ln3+ xảy ra:
Ln(H2O)n3+ + DTPA → Ln(H2O)n-8DTPA2- + 8H2O (bỏ qua sự cõn bằng về ủiện tớch)
Quỏ trỡnh phản ứng làm tăng số tiểu phõn từ 2 ủến 9, tăng entropi của hệ, do ủú quỏ trỡnh tạo phức thuận lợi về entropi. Sự tăng số tiểu phõn càng nhiều thỡ phức càng bền, cỏc phối tử cú dung lượng phối trớ càng lớn thỡ hiệu
ứng vũng càng lớn. Với phối tử là axit imino ủiaxetic (IMDA) phản ứng tạo phức với Ln3+ xảy ra:
Ln(H2O)n3+ + 3IMDA → Ln(H2O)n-9IMDA33- + 9H2O (bỏ qua sự cõn bằng về ủiện tớch)
số tiểu phõn tăng từ 4 ủến 10, tăng entropi, phức tạo thành bền nhưng kộm bền hơn so với phức của DTPA.
Hai là liờn kết giữa ion ủất hiếm và phối tử chủ yếu mang bản chất liờn kết ion. Vỡ vậy ủiện tớch õm của phối tử càng lớn, tương tỏc tĩnh ủiện giữa phối tử với ion kim loại (ion ủất hiếm) càng mạnh và do ủú phức tạo thành càng bền.
đối với cỏc phối tử chứa cỏc nguyờn tử liờn kết tạo phức khỏc nhau, sự tương tỏc giữa cỏc ion Ln3+ với cỏc nguyờn tử theo thứ tự O>N>S (giống với cỏc ion kim loại kiềm thổ). điều này khỏc với cỏc ion kim loại chuyển tiếp họ d. Ở cỏc kim loại chuyển tiếp họ d thứ tự tương tỏc là N>S>O hoặc S>N>O.
Trong cỏc phức chất, vũng càng 5 cạnh và vũng càng 6 cạnh là những cấu trỳc vũng càng bền nhất.
đặc thự tạo phức của cỏc ion ủất hiếm là cú số phối trớ cao và thay ủổi. Trước ủõy người ta cho rằng cỏc ion ủất hiếm chỉ cú số phối trớ bằng 6 giống như cỏc ion húa trị III (ion Al3+). Những nghiờn cứu về sau cho thấy khi tạo phức cỏc ion ủất hiếm thường cú số phối trớ lớn hơn 6, cú thể là 7, 8, 9, 10, 11 và 12.
Vớ dụ : Theo tài liệu [28].
Số phối trớ 8 trong phức chất [Ln(dixet)4- , Ln(NTA)23- ;
Số phối trớ 9 trong phức chất Nd(NTA).3H2O, NH4(C2O4)2.H2O ; Số phối trớ 10 trong phức chất HLnEDTA.4H2O;
Số phối trớ 11cú trong phức chất Ln(Leu)4(NO3)3 Số phối trớ 12 trong Ln2(SO4)3.9H2O
Một trong những nguyờn nhõn làm cho cỏc NTđH cú số phối trớ thay ủổi là do cỏc ion ủất hiếm cú bỏn kớnh lớn. Số phối trớ cao và thay ủổi của cỏc
ion ủất hiếm trong phức chất gắn liền với bản chất ion của liờn kết kim loại - phối tử (tớnh khụng bóo hũa, khụng ủịnh hướng của cỏc liờn kết) trong cỏc phức chất. Bản chất này gắn liền với việc cỏc obitan 4f của cỏc ion ủất hiếm chưa ủược lấp ủầy, bị chắn mạnh bởi cỏc electron 5s và 5p, do ủú cỏc cặp electron của cỏc phối tử khụng thể phõn bố trờn cỏc obitan này. Tuy nhiờn trong một số phức chất của NTđH, liờn kết của NTđH với cỏc nguyờn tử cho electron của phối tử mang một phần ủặc tớnh liờn kết cộng húa trị.
Do ủặc thự tạo phức cú số phối trớ cao nờn cỏc ion Ln3+ cú khả năng tạo phức. Cỏc phức chất hỗn hợp ủược tạo thành khụng những với cỏc phối tử cú dung lượng phối trớ thấp mà cả với những phối tử cú dung lượng phối trớ cao. Trong nhiều trường hợp phối tử cú dung lượng phối trớ cao nhưng khụng lấp ủầy toàn bộ cầu phối trớ của ion ủất hiếm mà những vị trớ cũn lại ủang ủược chiếm bởi cỏc phõn tử nước thỡ những vị trớ ủú cú thể bị cỏc phõn tử ''cho'' của cỏc phối tử khỏc nào ủú vào thay thế.
Vào những năm 1960 người ta ủó phỏt hiện ra phức hỗn hợp của ion ủất hiếm với phối tử thứ nhất là EDTA và phối tử thứ hai là NTA, IMDA,.... Ngày nay, phức hỗn hợp của ủất hiếm ủang ủược phỏt triển mạnh mẽ. Người ta ủó tổng hợp ủược nhiều phức hỗn hợp của ủất hiếm với cỏc loại phối tử mới. [27]
1.3.2. Khả năng tạo phức của cỏc NTđH với aminoaxit
Một trong những hợp chất hữu cơ tạo ủược phức bền với NTđH là aminoaxit. Cú nhiều quan ủiểm khỏc nhau về sự tạo phức giữa NTđH và aminoaxit:
Theo tỏc giả L.A. Trugaep thỡ trong phức chất của kim loại với aminoaxit, liờn kết tạo thành ủồng thời với nhúm cacboxyl và nhúm amino. Tựy theo sự sắp xếp tương hỗ của cỏc nhúm này mà phức chất tạo thành là hợp chất vũng cú số cạnh khỏc nhau (hợp chất chelat) như 3, 4, 5, 6 cạnhẦ độ bền của phức chất phụ thuộc vào số cạnh, trong ủú vũng 5, 6 cạnh là bền nhất.
E.O. Zeviagiep cho rằng phản ứng này khụng xảy ra trong mụi trường axit hoặc trung tớnh, sự tạo thành cỏc hợp chất vũng chỉ xảy ra khi kiềm húa
dung dịch. Tuy nhiờn ở pH cao xảy ra sự phõn hủy phức tạo thành cỏc hiủroxit ủất hiếm.
Phức tạo bởi cỏc NTđH và aminoaxit trong dung dịch thường là phức bậc. Sự tạo thành cỏc phức bậc ủược xỏc nhận khi nghiờn cứu tương tỏc giữa cỏc NTđH với glixerin và alanin bằng phương phỏp ủo ủộ dẫn ủiện riờng.
đối với aminoaxit, anion của aminoaxit H2NCHRCOO- chứa 3 nhúm cho electron (N: , O: , O=) trong ủú oxi của nhúm xeton ớt khi liờn kết với ion kim loại cựng với 2 nhúm kia, vỡ khi liờn kết như vậy sẽ tạo vũng 4 cạnh khụng bền.
đối với cỏc aminoaxit cú nhúm chức ở mạch nhỏnh, nếu nhúm chức này mang ủiện tớch dương, vớ dụ như acginat thỡ ủộ bền của phức giảm ủi chỳt ớt do sự ủẩy tĩnh ủiện. Nếu cỏc nhúm này mang ủiện tớch õm như glutamat thỡ chỳng cú thể tham gia tạo liờn kết ủể tạo thành phức chất hai nhõn bền ( một phõn tử nước ủúng vai trũ là cầu nối).
Cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu sự tạo phức của L Ờ tyrosin, L - tryptophan với cỏc kim loại. Vớ dụ như phản ứng tạo phức giữa La(III), Fe(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) với L - tyrosin và Eu(III), Tb(III) với L Ờ tryptophan ủều chỉ ra rằng liờn kết trong phức chất tạo bởi nhúm -COO- và NH2 với ion kim loại. [30],[36]
1.4. Hoạt tớnh sinh học của phức chất NTđH với cỏc aminoaxit
Hoạt tớnh sinh học của cỏc phức chất núi chung ủược phỏt hiện từ ủầu thế kỷ XIX. Phức chất của cỏc aminoaxit ủược ứng dụng nhiều trong nụng nghiệp và y học. Trong nụng nghiệp, phõn bún cú thành phần phức vũng của cỏc kim loại chuyển tiếp, NTđH cho hiệu quả cao hơn nhiều so với cỏc loại phõn vụ cơ, hữu cơ truyền thống, vỡ chỳng cú những ủặc tớnh: dễ hấp thụ, bền trong khoảng pH rộng, khụng bị cỏc vi khuẩn phỏ hủy trong thời gian dài, cú thể loại ủược cỏc tỏc nhõn gõy ủộc hại cho người, gia sỳc và mụi trường như cỏc kim loại nặng, ion NO3-. Mặt khỏc, chỳng bổ sung cỏc nguyờn tố cần thiết
cho cõy, mà cỏc nguyờn tố này trong ủất càng nghốo ủi do quỏ trỡnh photphat húa, sunfat húa, trụi rữa,...[34]
Trờn thế giới, ở nhiều nước như Anh, Mỹ, Liờn Xụ cũ ủó sử dụng phức chất dạng vũng càng của cỏc kim loại sinh học vào ngành trồng trọt, nhằm làm tăng năng suất của mựa màng, chống bệnh vàng lỏ, rụng quả xanh,...
Phức hỗn hợp của nhiều amino axit với nhiều NTđH bún cho cõy trồng ủó làm tăng ủộ màu mỡ của ủất, tăng sản lượng của cõy trồng ( lỳa mỡ tăng 11,7%, chố tăng 21,53%). [37]
Trong y học, cỏc viờn thuốc chứa lượng rất nhỏ cỏc NTđH ủó ủược phỏt hiện và thử nghiệm trờn thực tế lõm sàng. Phức của axit aspactic với cỏc NTđH húa trị III và kẽm cú tớnh chất làm giảm hàm lượng ủường trong mỏu và nước tiểu. Sự hấp thụ và trao ủổi chất của một vài α - aminoaxit cú liờn quan ủến tế bào ung thư của cơ thể.
Ngày nay, vấn ủề nghiờn cứu tỡm kiếm và tổng hợp cỏc chất cú hoạt tớnh sinh học ớt ủộc, cú tỏc dụng chọn lọc cao ủang thu hỳt sự quan tõm của nhiều nhà khoa học trờn thế giới. Tuy nhiờn, số cụng trỡnh nghiờn cứu về vấn ủề này ủó cụng bố cũn ớt. Vỡ vậy, chỳng tụi tiến hành thăm dũ hoạt tớnh sinh học của phức ủất hiếm với L Ờ tyrosin, L - tryptophan ủó tổng hợp ủối với sự nảy mầm, phỏt triển mầm của hạt ngụ, ảnh hưởng của phức chất ủến protein và một số enzim cú trong mầm hạt ngụ và trờn một số chủng vi sinh vật kiểm ủịnh.
1.5. Một số phương phỏp nghiờn cứu phức rắn
1.5.1. Phương phỏp phõn tớch nhiệt
đõy là phương phỏp húa lý hiện ủại ủể nghiờn cứu phức rắn, ỏp dụng phương phỏp này cho thấy nhiều thụng tin về phức chất.
Cơ sở của phương phỏp phõn tớch nhiệt là: dựa vào cỏc hiệu ứng nhiệt ủể nghiờn cứu những quỏ trỡnh phỏt sinh ra khi ủun núng hoặc làm nguội chất. Xõy dựng giản ủồ biểu thị sự biến ủổi tớnh chất theo thời gian, dựa vào cỏc
giản ủồ này cú thể suy luận ủược thành phần và nhiều dữ kiện khỏc của cỏc chất khi xảy ra cỏc hiệu ứng nhiệt. đồ thị biểu diễn sự biến ủổi tớnh chất của một chất trong hệ tọa ủộ: nhiệt ủộ - thời gian gọi là giản ủồ nhiệt. Thụng thường giản ủồ nhiệt cú ba ủường:
đường T chỉ sự biến ủổi ủơn thuần của mẫu nghiờn cứu theo thời gian. đường này cho biết nhiệt ủộ xảy ra sự biến húa.
đường DTA cũng chỉ ra sự biến ủổi của nhiệt ủộ nhưng so với mẫu chuẩn (ủường phõn tớch nhiệt vi phõn). đường này cho biết hiệu ứng nào là hiệu ứng thu nhiệt, hiệu ứng nào là hiệu ứng tỏa nhiệt. Hiệu ứng thu nhiệt ứng với pic cực tiểu, hiệu ứng tỏa nhiệt ứng với pic cực ủại trờn ủường DTA.
đường TGA (ủường phõn tớch trọng lượng nhiệt) cho biết biến thiờn khối lượng của mẫu nghiờn cứu trong quỏ trỡnh ủun núng. Nhờ ủường này cú thể suy luận thành phần của phức chất căn cứ vào ủộ giảm khối lượng khi xảy ra cỏc hiệu ứng nhiệt.
Dựa vào phương phỏp phõn tớch nhiệt, cho phộp chỳng ta thu ủược những dữ kiện về tớnh chất của phức rắn như:
độ bền nhiệt của phức và cỏc yếu tố ảnh hưởng tới ủộ bền nhiệt.
Xỏc ủịnh ủược phức cú chứa nước hay khụng chứa nước, ủú là nước phối trớ hay nước kết tinh. Phức chứa nước thỡ hiệu ứng mất nước là hiệu ứng thu nhiệt. Nhiệt ủộ của hiệu ứng mất nước kết tinh thường thấp hơn nhiệt ủộ của hiệu ứng mất nước phối trớ.
Hiện tượng ủồng phõn hỡnh học, hiện tượng ủa hỡnh của phức thường kốm theo hiệu ứng tỏa nhiệt. [6], [10]
1.5.2. Phương phỏp phổ hấp thụ hồng ngoại
Phổ hấp thụ hồng ngoại là phương phỏp vật lý hiện ủại cho nhiều thụng tin quan trọng về thành phần và cấu tạo của phức chất.
Cơ sở của phương phỏp phổ hấp thụ hồng ngoại là: chiếu mẫu nghiờn cứu bằng bức xạ hồng ngoại cú thể làm dịch chuyển mức năng lượng dao
ủộng quay của cỏc phõn tử. Mỗi nhúm nguyờn tử trong phõn tử ủược ủặc trưng bằng một số dải hấp thụ nhất ủịnh trong phổ hồng ngoại. Do ảnh hưởng của cỏc nhúm khỏc nhau trong phõn tử, cỏc dải hấp thụ thuộc nhúm ủang xột sẽ bị dịch chuyển về vị trớ hay thay ủổi về cường ủộ. Dựa trờn chiều hướng dịch chuyển, mức ủộ thay ủổi vị trớ cỏc dải hấp thụ cú thể thu ủược những thụng tin quan trọng về cấu tạo của cỏc hợp chất.
Khi phối tử tham gia vào cầu phối trớ của phức chất thỡ phổ hấp thụ hồng ngoại của chỳng bị thay ủổi, sự thay ủổi này cú liờn quan ủến sự thay ủổi kiểu liờn kết giữa ion kim loại và phối tử. để phỏt hiện kiểu thay ủổi ủú, người ta so sỏnh phổ hấp thụ hồng ngoại của những hợp chất chứa phối tử mà cỏc dạng liờn kết trong những hợp chất này ủó ủược xỏc ủịnh rừ. Việc nghiờn cứu phức chất bằng phương phỏp này cũn cho biết kiểu liờn kết trong phức chất.
Việc quy kết cỏc dải hấp thụ ủược thực hiện trờn cơ sở tớnh toỏn cỏc dao ủộng chuẩn (ủối xứng hoặc bất ủối xứng) của cỏc nhúm nguyờn tử. để nhận biết cỏc nhúm nguyờn tử hoặc cỏc nhúm ủặc trưng trong phõn tử hợp chất nghiờn cứu, tra bảng cỏc tần số ủặc trưng trong tài liệu tra cứu.
Việc phõn tớch phổ hồng ngoại của cỏc phức aminoaxit với kim loại khụng phải dễ dàng. Bởi sự hấp thụ của nhúm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nhúm nước kết tinh, cũn tần số dao ủộng của nhúm - COO- thỡ khụng những chịu ảnh hưởng của sự tạo phức mà cũn chịu ảnh hưởng của liờn kết