Phổ khối lượng được ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL, phương pháp bắn phá ESI tại Viện Hóa học - Viện Khoa học Việt Nam, riêng mẫu PdAMM được đo tại Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội.
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 được 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 bước sóng Kα (λ = 0,71073 Å). Ảnh nhiễu xạ được ghi trên detector dạng đĩa tròn đường kính 34cm. Khoảng cách từ tinh thể đến đĩa ghi ảnh là 10cm. Quá trình xử lí số liệu và hiệu chỉnh sự hấp thụ tia X bởi đơn tinh thể được thực hiện bằng phần mềm chuẩn của máy đo. Cấu trúc được tính toán và tối ưu hóa bằng phần mềm SHELXS-97 [39].
2.4.5. Thử hoạt tính sinh học
Các mẫu hóa chất được thử hoạt tính sinh học tại phòng Hoạt tính Sinh học - Viện Hóa học - Viện Khoa học Việt Nam.
29
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
Các phối tử AME, AMM được tổng hợp theo tài liệu tham khảo [32], chia làm bốn giai đoạn và được 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 được benzoylthioure.
Quá trình tổng hợp benzoylthioure được tiến hành trong điều kiện khan do vậy yêu cầu KSCN phải được sấy khô kỹ và dung môi axeton phải thật khan. Nếu môi trường phản ứng có lẫn nước, chất đầu benzoyl clorua và chất trung gian benzoyl isoxianat (là những chất rất nhạy nước) sẽ bị thủy phân tạo axit benzoic, HCl, HSCN. Các axit này sẽ tác dụng với amin R1
R2NH tạo thành muối amoni tương ứng, làm giảm hiệu suất tổng hợp và tăng lượng tạp chất trong sản phẩm.
Phản ứng giữa benzoyl clorua với KSCN xảy ra theo cơ chế thế nucleophin lưỡng phân tử SN2(CO) còn phản ứng giữa benzoyl isoxianat với amin R1R2NH lại xảy ra theo cơ chế cộng nucleophin AN [6] (hình 3.1).
30
Hình 3.1. Cơ chế phản ứng giữa benzoyl clorua với KSCN và benzoyl isoxianat với
amin R1R2NH.
Trong phản ứng giữa benzoyl isoxianat với amin bậc hai R1
R2NH thì giai đoạn chậm là giai đoạn N của amin bậc hai có chứa một cặp elctron tự do tấn công vào + 1 δ C của nhóm isothioxianat, + 1 δ
C của nhóm isothioxianat có mật độ điện tích dương cao hơn +
2
δ
C của nhóm cacbonyl vì nó ở trạng thái lai hóa sp, do đó + 1
δ C là trung tâm của phản ứng. Khi amin bậc hai cộng vào liên kết đôi C=N nó sẽ bị tách một H+
, H+ này sẽ kết hợp với N của nhóm C=N
Khi phản ứng kết thúc, cho hỗn hợp phản ứng vào cốc chứa nước cất, lúc đó KSCN, KCl và amin dư sẽ tan vào nước còn benzoylthioure không tan và bị kết tủa. Nếu có benzoyl clorua hoặc benzoyl isothioxianat còn dư, chúng sẽ bị thủy phân tạo axit benzoic, axit này cũng tan khá tốt trong nước nên không ảnh hưởng tới độ tinh khiết của sản phẩm. Sản phẩm thu được là đủ độ tinh khiết cần thiết để tiến hành các bước 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 được phức chất niken(II) benzoylthioureato.
31
Benzoylthioure ít phân cực nên tan tốt trong các dung môi phân cực kém, nó hầu như không tan trong nước, thực nghiệm cho thấy benzoylthioure tan tốt trong etanol nóng. Muối Ni(CH3COO)2.2H2O chỉ tan tốt trong dung môi phân cực, nó tan nhiều trong nước, trong metanol nóng. Do vậy dung môi tốt nhất để tiến hành phản ứng này là hỗn hợp etanol - metanol. Hòa tan muối niken axetat trong metanol nóng, còn benzoylthioure thì hòa tan trong etanol nóng, sau đó trộn chung hai dung dịch lại với nhau để phản ứng xảy ra. Phức chất tạo thành trung hòa về điện và có khối lượng phân tử lớn (NiE = 529 đvC, NiM = 557 đvC) nên không tan trong dung môi khá phân cực là hỗn hợp etanol - metanol.
Phản ứng giữa Ni(CH3COO)2 và benzoylthioure thuộc loại phản ứng trao đổi ion. Cơ chế giả định của phản ứng được trình bày trong hình 3.2:
Hình 3.2. Cơ chế phản ứng giữa Ni(CH3COO)2 và benzoylthioure.
Như đã trình bày ở phần tổng quan (mục 1.2.1 - benzamiđin hai càng) trong dung dịch benzoylthioure có thể tồn tại ở ba dạng đồng phân tautome (1), (2), (3) dung dịch benzoylthioure có thể tồn tại ở ba dạng đồng phân tautome (1), (2), (3) như mô tả ở hình 3.2. Trong đó dạng (2) dễ tách proton nhất vì có chứa nhóm -OH là phân cực hơn nhóm -NH hay -SH, do đó có thể dự đoán rằng chính đồng phân (2) là dạng trực tiếp của benzoylthioure tham gia tạo phức với Ni(II). Muối Ni(CH3COO)2.2H2O khi hòa tan trong metanol vẫn có màu xanh, chứng tỏ ion Ni2+
32
tồn tại ở dạng sonvat hóa với cấu tạo bát diện, một ion Ni2+
được bao quanh bởi sáu phân tử CH3OH hoặc H2O hoặc hỗn hợp của cả hai loại CH3OH và H2O. Phức chất niken(II) benzoylthiourato tạo thành có màu nâu đỏ, chứng tỏ đây là phức chất vuông phẳng [1]. Những nhiên cứu nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của khá nhiều phức chất niken(II) benzoylthioureato cũng khẳng định cấu trúc vuông phẳng với dạng đồng phân cis của chúng [14], [20-22], [24], [38].
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 được benzimiđoyl clorua.
Phản ứng giữa phức chất niken(II) benzoylthioureato với SOCl2 cũng đòi hỏi môi trường thật khan nước. Phản ứng này sử dụng dung môi CCl4, dung môi này hòa tan niken(II) benzoylthioureato tốt hơn axeton vì nó ít phân cực hơn và cũng vì thế CCl4 ít hấp thụ hơi nước và dễ làm khô hơn axeton. Nhược điểm là CCl4 độc hơn so với axeton [41], [42].
Phản ứng giữa phức chất niken(II) benzoylthioureato với SOCl2 xảy ra theo cơ chế thế nucleophin nội phân tử SNi [6], được mô tả ở hình 3.3:
Hình 3.3. Cơ chế SNi của phản ứng giữa phức chất niken(II) benzoylthioureato với
33
Phân tử SOCl2 có cấu tạo chóp tam giác, nguyên tử S ở trạng thái lai hóa sp3. Nó tách một ion Cl-
để tạo thành ion dương [SOCl]+, trong ion dương này S ở trạng thái lai hóa sp2, nó có một AO sp2
không chứa electron. Liên kết Ni-O bị cắt đứt tạo nguyên tử O mang điện tích âm. Nguyên tử S mang điện tích dương trong [SOCl]+
sẽ tấn công vào nguyên tử O mang điện tích âm này, tạo thành trạng thái chuyển tiếp là vòng bốn cạnh gồm các đỉnh C, O, S, Cl. Sau đó phân tử SO2 được tách ra và nguyên tử O trong benzoylthioure được thay thế bằng nguyên tử Cl, sự thay thế này là đặc biệt vì thay thế đúng vào vị trí ban đầu của nguyên tử O, tránh được sự thay đổi cấu hình có thể có.
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 thoát ra ngoài, tránh tăng áp suất có thể gây nổ hệ phản ứng đồng thời giúp cho hệ luôn kín, ngăn cản sự khuếch tán của hơi nước 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 2-(aminometyl)piriđin, có mặt Et3N sẽ thu được benzamiđin ba càng.
Các benzimiđoyl clorua dễ dàng phản ứng với 2-(aminometyl)piriđin tại nhiệt độ phòng theo cơ chế thế nucleophin lưỡng phân tử SN2(CO) (hình 3.4). Et3N được thêm vào nhằm thúc đẩy quá trình tách H+ của amin khi ở trạng thái chuyển tiếp.
34
Hình 3.4. Cơ chế SN2(CO) của phản ứng giữa benzimiđoyl clorua với
2-(aminometyl)piriđin.
Chất đầu benzimiđoyl clorua rất nhạy nước nên phản ứng được tiến hành trong dung môi khan. Nếu có lẫn nước, benzimiđoyl clorua bị thủy phân tạo thành benzoylthioure. Dung môi sử dụng cho phản ứng này là tetrahiđrofuran THF, nó có ưu điểm là ít hấp thụ hơi nước. THF ít phân cực hơn axeton nên dễ hòa tan các chất ít phân cực, giúp tăng được nồng độ các chất tham gia phản ứng. Những ưu điểm vừa rồi thì CCl4 cũng có, tuy nhiên CCl4 lại rất độc [41], [42], [45]
Một ưu điểm của phản ứng giữa benzimiđoyl clorua với 2-(aminometyl)piriđin với sự có mặt của trietylamin dư là có thể dựa vào lượng kết tủa trắng Et3NHCl tạo thành để nhận biết phản ứng vẫn còn xảy ra hay đã kết thúc. Nếu lượng kết tủa không tăng lên trong một thời gian dài, lúc đó phản ứng đã kết thúc.
3.1.2. Nghiên cứu phối tử
3.1.2.1. Nghiên cứu phối tử bằng phƣơng pháp IR
35
Hình 3.5. Phổ IR của phối tử AME.
36
Bảng 3.1. Quy kết các dải hấp thụtrên phổ IR của phối tử AME, AMM.
Hợp chất νN-H C-H ν thơm νC-H no νC=N νC=C thơm AME 3222, tb 3054, y 2980, 2928, y 1610, m 1598, 1574, 1530, 1483, m AMM 3215, tb 3051, y 2948, 2894, 2851, y 1620, m 1597, 1570, 1550, m
Phổ IR của AME và AMM không có dải hấp thụ ở vùng 3400 - 3600 cm-1
của nước ẩm, điều này chứng tỏ phối tử rất khô và rất ít phân cực. Dải hấp thụ có cường độ trung bình yếu ở vùng 3220 cm-1 được quy gán cho dao động hóa trị N-H ở phối tử. Bên cạnh đó trên phổ IR của AME và AMM không thấy xuất hiện dải hấp thụ ở vùng 2600 - 2550 cm-1, điều này có nghĩa là phối tử ở trạng thái rắn không tồn tại dạng đồng phân tautome chứa nhóm -SH. Dải hấp thụ cường độ yếu nằm trong khoảng 3055 - 2850 cm-1 được quy kết là tín hiệu của các liên kết C-H thơm và C-H no.
Trên phổ IR của phối tử AMM có ba dải hấp thụ với cường độ mạnh ở 1597, 1570, 1550 cm-1. Chúng được quy kết là các dao động hóa trị của liên kết
trong nhân benzen và piriđin. Vòng benzen thông thường sẽ cho hai hoặc ba vân trong vùng 1600 -1500 cm-1, vòng piriđin cũng tương tự như vậy. Ở đây ta chỉ thấy xuất hiện 3 dải hấp thụ giống như các hợp chất chỉ có duy nhất một nhân benzen, điều đó có nghĩa là các dải hấp thụ của benzen và piriđin là đã chồng lên nhau. Vân thứ ba (1550 cm-1) có cường độ lớn hơn hai vân đầu, đây cũng là một dấu hiệu đặc trưng cho vòng thơm loại 6 cạnh như nhân benzen, piriđin. Trên phổ IR của phối tử AME cũng có bốn dải hấp thụ thuộc vùng 1600 -1500 cm-1, những dải này được quy gán cho dao động hóa trị của các liên kết trong hai nhân thơm và trong trường hợp này dải hấp thụ của piriđin và benzen đã ít chồng lên nhau.
37
Dải hấp thụ rất mạnh ở 1610 cm-1 trên phổ AME và 1620 cm-1 trên phổ AMM được quy gán cho dao động hóa trị C=N của khung benzamiđin và vòng piriđin.
Các dữ kiện thu được trên phổ IR của AME và AMM trùng khớp với phổ IR của chúng đã được công bố từ trước [32], việc này cho thấy những phối tử mà chúng tôi điều chế được là tinh khiết.
3.1.2.2. Nghiên cứu phối tử bằng phƣơng pháp 1
H NMR
Phổ 1
H NMR và quy ước cách đánh số proton của phối tử AME và AMM được trình bày ở hình 3.7 và 3.8.
Hình 3.7. Phổ 1
H NMRcủa phối tử AME.
1’, 12’, 2 2’, 2 9 13 8 11
38
Hình 3.8 Phổ 1H NMRcủa phối tử AMM.
Bảng 3.2. Quy kết các tín hiệu trên phổ 1
H NMRcủa phối tử AME, AMM.
Thứ tự proton AME (ppm) AMM (ppm) 8 7,17 (N-H) 7,22 (t, J= 7 Hz, br, N-H) 1 1,12 (t, J= 9 Hz, 3 H) 3,81 (s, br, 2 H) 1’ 1,17 (t, J= 9 Hz, 3 H) 4,20 (s, br, 2 H) 2 3,55 (s, br, 2 H) 3,63 (s, br, 2 H) 2’ 3,86 (q, J= 9 Hz, 2 H) 3,73 (s, br, 2 H) 9 4,68 (s, 2 H) 4,73 (s, 2 H) 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 7,31 - 7,46 (m, 7 H) 7,33 - 7,52 (m, 7 H) 1’ 1 2’ 2 9 8 13 Dung môi 11
39
11 7,66 (t, J= 9,5 Hz, 1 H) 7,70 (t, J =10 Hz, 1 H) 13 8,46 (d, J = 5,5 Hz, 1 H) 8,54 (d, J= 5,5 Hz, 1 H)
Trên phổ 1H NMR của AME và AMM có tất cả 22 H và 20 H, điều này phù hợp với công thức phân tử đã dự đoán.
Trên phổ 1H NMR của AME có hai tín hiệu triplet ở 1,12 ppm (3 H) và 1,17
ppm (3 H), hằng số tương tác spin là 9 Hz, hai tín hiệu này được quy gán cho hai nhóm metyl trong gốc -CH2CH3. Hai nhóm metyl này cộng hưởng ở hai trường hơi khác nhau, điều này có thể được giải thích bằng sự quay hạn chế của liên kết giữa N trong nhóm -NR1
R2 với C của nhóm cacbothionyl [29-35]. Sự quay hạn chế này là do hiệu ứng liên hợp +C của nhóm -NR1R2 đối với nhóm cacbothionyl. Chính điều này cũng đã làm cho hai nhóm metylen trong -N(CH2CH3)2 trở nên không tương đương với nhau, độ chuyển dịch của chúng lần lượt là 3,55 ppm và 3,86 ppm. Trong hai tín hiệu của hai nhóm metylen này, một tín hiệu có độ phân giải tốt, nó là một
pic quartet (điều này là hợp lý vì bên cạnh nó có nhóm -CH3) còn tín hiệu kia phân
giải kém, nó là pic singlet chân rộng.
Sự quay hạn chế quanh liên kết R1R2N-CS cũng gây ra sự tách tín hiệu bất thường trong vòng mopholin trên phổ 1H NMR của phối tử AMM. Tín hiệu cộng hưởng của bốn nhóm -CH2- thuộc vòng mopholin bị tách thành bốn singlet lần lượt ở 3,63, 3,73, 3,81, 4,20 ppm. Theo dự đoán thì những tín hiệu này phải là tín hiệu
triplet tuy nhiên trên phổ chúng lại thể hiện là những pic khá tù. Việc xuất hiện các
pic tù ở AME, AMM có thể được giải thích bởi tốc độ quay trung bình quanh liên kết R1R2N-CS. Riêng đối với AMM, cũng không thể loại trừ sự kém linh động của liên kết R1
R2N-CS đã làm cho cân bằng giữa các cấu dạng của vòng 6 cạnh mopholin chậm lại dẫn tới tín hiệu nhóm metylen trở nên tù.
Tín hiệu singlet ở 4,68 ppm đối với AME và ở 4,73 ppm đối với AMM được quy gán cho nhóm metylen số 9 gắn với vòng piriđin. Nhóm này có độ chuyển dịch
40
cao hơn nhóm metylen số 2 và số 2’ mặc dù tất cả chúng đều gắn với nguyên tử N, điều này có thể được giải thích bởi hai lý do: thứ nhất, nhóm -CH2- số 9 ở gần vùng phản chắn của vòng piriđin và benzen hơn so với nhóm -CH2- số 2, 2’; thứ hai, nhóm
metylen số 9 gây hiệu ứng siêu liên hợp +H đẩy electron vào vòng piriđin, điều này làm cho mật độ electron ở nguyên tử H của nhóm metylen này giảm xuống nên cộng hưởng ở trường thấp hơn.
Các proton 3, 4, 5, 6, 7 của nhân benzen và 10, 12 của nhân piriđin được quy gán chung là nhóm tín hiệu có δ trong khoảng 7,3 - 7,5 ppm. Việc phân tích rõ vị trí của từng proton trong nhóm này là rất khó vì chúng chồng lấn lên nhau.
Nhìn vào một phần phổ 1H NMR của AME trong hình 3.9:
Hình 3.9. Một phần phổ 1H NMR của phối tử AME.
Ta có thể dự đoán tín hiệu của proton N-H sẽ là tín hiệu A hoặc B hoặc nằm lẫn vào nhóm tín hiệu của các proton vòng benzen và piriđin đã quy kết ở trên. Khi so sánh phổ 1H NMR của AME và PdAME (hình 3.10):
41
ta thấy nhóm tín hiệu A, B không bị mất đi, còn nhóm tín hiệu C dường như bị mất đi một tín hiệu cộng hưởng. Trên phổ 1H NMR của phức chất PdAME cũng chỉ có 21 H, ít hơn phối tử AME một H, chứng tỏ đã có quá trình tách proton ở N-H để tạo phức chất. Qua những lập luận trên ta có thể khẳng định rằng: tín hiệu N-H không phải là tín hiệu A và B mà nó nằm lẫn vào trong vùng C. Việc tìm chính xác vị trí