2.1.1. Hóa chất
2.1.1.1. Các hóa chất rắn
Các oxit đất hiếm Ln2O3 99,9% (Merck-Đức)
Đất hiếm (III) clorua LnCl3 đƣợc điều chế từ các oxit tƣơng ứng.
Cách điều chế nhƣ sau: cân chính xác lƣợng Ln2O3 (sau khi đã làm khô) cần thiết, chuyển vầ cốc chịu nhiệt rồi thêm dung dịch axit HCl 1N với thể tích đã tính toán trƣớc (có thể cho dƣ thêm một ít), đun nhẹ cho tan hết oxit. Cô đến vừa cạn để đuổi lƣợng axit dƣ, cho thêm nƣớc rồi tiếp tục cô, làm nhiều lần để đuổi axit (thử hơi bay ra bằng giấy quỳ) thu đƣợc đất hiếm clorua kết tinh, sau đó làm khô trong bình hút ẩm ta đƣợc muối clorua ở dạng rắn.
Alanin loại P.A (Hungari).
Các hóa chất khác đều thuộc loại tinh khiết hoặc tinh khiết phân tích.
2.1.1.2. Các dung dịch
Dung dịch LnCl3 10-2M (Ln: Eu, Nd, Pr, Sm, Gd)
Các dung dịch LnCl3 đƣợc điều chế từ các oxit tƣơng ứng: cân chính xác một lƣợng oxit Ln2O3 trên cân điện tử 4 số, hòa tan bằng dung dịch axit
HCl 1N (đƣợc pha từ ống chuẩn). Cô cạn trên bếp cách thủy ở 80oC, sau đó
hòa tan bằng nƣớc cất hai lần và định mức đến thể tích xác định. Dùng
phƣơng pháp chuẩn độ complexon với chất chuẩn là DTPA 10-3
M, thuốc thử asenazo (III) 0,1%, đệm pH = 4,2 để xác định lại nồng độ ion đất hiếm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Lấy 4ml CH3COOH 60,05%, d=1,05 g/ml hòa tan vào 150ml nƣớc cất
hai lần trong bình định mức 250ml. Lấy 0,5ml NH3 25%, d=0,88 g/ml hòa tan
trong 40ml nƣớc cất hai lần rồi cho vào bình định mức trên, thêm nƣớc cất hai lần đến vạch định mức ta đƣợc dung dịch đệm có pH = 4,2 (kiểm tra lại bằng máy đo pH).
Dung dịch asenazo (III) 0,1%
Cân một lƣợng chính xác asenazo (III) trên cân điện tử 4 số. Dùng nƣớc cất hai lần hòa tan sơ bộ, nhỏ từng giọt Na2CO3 0,1% cho đến khi
dung dịch có màu xanh tím. Đun nóng hỗn hợp ở 60oC, tiếp theo nhỏ từng
giọt axit HCl loãng cho đến khi dung dịch có màu tím đỏ và định mức đến thể tích cần thiết.
Dung dịch DTPA 10-3M ( đietylen triamin pentaaxetic)
Cân lƣợng chính xác DTPA (M=393,35 g.mol-1) trên cân điện tử 4 số, hòa tan bằng nƣớc cất hai lần, định mức đến thể tích cần thiết.
2.1.2. Thiết bị
Phổ hấp thụ IR của alanin và các phức chất ở dạng rắn đƣợc ghi bằng
phƣơng pháp ép viên với KBrtrong vùng tần số từ 400 ÷ 4000 cm-1
trên máy Mangna IR 760 Spectrometer ESP Nicinet (Mỹ) tại Viện Hóa học-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Giản đồ nhiệt của các phức chất và alanin đƣợc ghi trên máy phân tích
nhiệt DTG – 60H Shimazu (Nhật). Tốc độ nâng nhiệt là 10oC/phút trong môi
trƣờng không khí và nung đến 800o
C tại Phòng Thí Nghiệm Hóa lý - Trƣờng Đại học Sƣ phạm I Hà Nội.
Độ dẫn điện riêng của các dung dịch đƣợc đo trên máy đo độ dẫn điện FIGURE 7 (Mỹ) tại Phòng Thí Nghiệm Hóa lý-Trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Kính hiển vi kỹ thuật số Pro way optics electronics (Trung Quốc). Cân điện tử 4 số PRECISA XT 120A.
Máy khuấy từ IKA Labortechnik (Đức). Tủ sấy (Ba Lan).
Lò nung (Trung Quốc).
Bếp cách thủy có rơle tự ngắt.
Các thiết bị khác đủ tiêu chuẩn cho việc nghiên cứu.
2.2. Tổng hợp các phức chất rắn
Phức chất rắn của Ln3+ đƣợc điều chế theo sơ đồ sau: + HCl + Ala
Ln2O3 → LnCl3 → Phức chất của Ln3+
Trộn 1 mmol LnCl3 và 3 mmol Ala ở dạng rắn trong cốc chịu nhiệt, sau đó cho 30 ml metanol vào đƣợc hỗn hợp ở dạng huyền phù. Khuấy hỗn hợp phản ứng bằng máy gia nhiệt ở 400C trong 8h thu đƣợc dung dịch trong suốt. Làm lạnh từ từ hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ phòng, kết tủa phức chất có màu đặc trƣng của ion đất hiếm sẽ xuất hiện từ từ. Lọc lấy kết tủa và làm khô sản phẩm trong bình hút ẩm. Phƣơng pháp điều chế này tƣơng tự phƣơng pháp của tác giả [13] và [29].
2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Xác định hàm lƣợng đất hiếm trong các phức chất
Hàm lƣợng của Ln trong các phức chất đƣợc xác định bằng phƣơng pháp chuẩn độ complexon.
Cách tiến hành: cân chính xác một lƣợng phức chất rồi đem nung ở 10000C trong vòng 1,5h. Cân lƣợng oxit thu đƣợc và hòa tan bằng axit HCl 1N đƣợc dung dịch LnCl3, cô cạn dung dịch đƣợc muối LnCl3 khan, sau đó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
cho vào bình định mức thu đƣợc 100ml dung dịch LnCl3. Tiến hành chuẩn độ
xác định nồng độ dung dịch LnCl3 bằng dung dịch chuẩn DTPA 10-3M với chất chỉ thị asenazo(III) 0,1%. Hàm lƣợng % Ln đƣợc tính theo công thức: 3 Ln M(LnCl ) phuc M .C .V %Ln = .100% m Trong đó:
mphức: khối lƣợng phức chất đem nung MLn: khối lƣợng phân tử của NTĐH CM(LnCl )3 : nồng độ muối LnCl3
V = 0,1(l).
Lặp lại thí nghiệm hai lần với khối lƣợng phức chất khác nhau rồi lấy kết quả trung bình. Kết quả xác định hàm lƣợng % Ln trong phức chất theo phƣơng pháp chuẩn độ complexon đƣợc trình bày ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: Kết quả xác định hàm lƣợng % Ln trong phức chất Công thức các phức chất mphức(g) moxit(g) %Ln TN1 TN2 TN1 TN2 TN1 TN2 Pr(Ala)3Cl3.3H2O 0,0531 0,0512 0,0153 0,0146 24,18 24,48 Nd(Ala)3Cl3.3H2O 0,1026 0,0505 0,0172 0,0148 25,15 25,19 Sm(Ala)3Cl3.3H2O 0,1071 0,0582 0,0332 0,0178 26,72 26,36 Eu(Ala)3Cl3.3H2O 0,0501 0,0504 0,0151 0,0151 26,08 25,81 Gd(Ala)3Cl3.3H2O 0,0503 0,0504 0,0154 0,0155 26,52 26,44
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.3.2. Độ dẫn điện của các phức chất
Chuẩn bị dung dịch alanin và các dung dịch phức chất ở nồng độ
10-3M trong dung môi nƣớc, sau đó tiến hành đo độ dẫn điện riêng của các
dung dịch trên. Kết quả đƣợc trình bày ở bảng 2.2.
Bảng 2.2: Độ dẫn điện riêng (𝛘, om-1.cm-1.10-6) của các dung dịch ở 250C
Dung dịch ( 10-3M ) 𝛘 (om-1.cm-1.10-6)
Alanin 3,7
Pr(Ala)3Cl3.3H2O 362
Nd(Ala)3Cl3.3H2O 417
Sm(Ala)3Cl3.3H2O 390
Eu(Ala)3Cl3.3H2O 378
Gd(Ala)3Cl3.3H2O 381
2.3.3. Thăm dò tác dụng kháng một số chủng vi khuẩn của các phức chất
Chúng tôi tiến hành thử tác dụng kháng một số chủng vi khuẩn của năm phức chất rắn thu đƣợc [Ln(Ala)3]Cl3.3H2O (Ln: Pr, Nd, Sm, Eu và Gd); năm muối clorua LnCl3 tƣơng ứng và alanin.
Việc thử nghiệm đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp khuếch tán trong thạch [3] tại Phòng Xét nghiệm Vi sinh - Sinh học phân tử - Trƣờng Đại học Y - Dƣợc - Đại học Thái Nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cách tiến hành:
Bƣớc 1: Pha hỗn dịch vi khuẩn thuần chủng nồng độ 106
vi khuẩn/ml
Bƣớc 2: Ria cấy vi khuẩn lên bề mặt thạch, để trong tủ ấm 370
C khoảng 20 phút.
Bƣớc 3: Đục giếng thạch (các giếng cách nhau ít nhất 2cm và cách thành đĩa ít nhất 1,5 cm) và đánh dấu vị trí các chất thử. Cho chất thử vào từng giếng và để trong tủ ấm 370C trong vòng 24h.
Bƣớc 4: Đọc kết quả: nếu xung quanh giếng thạch không xuất hiện một
vòng tròn trong suốt thì mẫu thử không ức chế khả năng sống của vi khuẩn, nếu xung quanh giếng thạch xuất hiện một vòng tròn trong suốt thì mẫu thử đã ức chế khả năng sống của vi khuẩn. Tiến hành đo đƣờng kính vùng ức chế.
Kết quả thăm dò tác dụng kháng khuẩn của các chất đƣợc trình bày tại các bảng 3.6, 3.7; các hình 3.7, 3.8 và phụ lục 3.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả tổng hợp các phức chất rắn
Qua tra cứu tài liệu chúng tôi tiến hành tổng hợp phức chất từ chất ban đầu là LnCl3 với tỷ lệ mol LnCl3 : Ala tƣơng ứng là 1 : 3 nhiệt độ phản ứng là 400C thời giản phản ứng là 8h. Kết quả tổng hợp các phức chất đƣợc trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1: Kết quả tổng hợp các phức chất rắn S T T LnCl3 (g) Ala (g) Khối lƣợng sản phẩm (g) Dạng bề ngoài của sản phẩm Hiệu suất 1 PrCl3 0,2287 0,2438 0,4301 Bột, xanh 90% 2 NdCl3 0,1937 0,2065 0,2922 Bột, tím 68% 3 SmCl3 0,1410 0,1465 0,2696 Bột, trắng 85% 4 EuCl3 0,2480 0,2564 0,4231 Bột, trắng 83% 5 GdCl3 0,2506 0,2539 0,4780 Bột, trắng 86%
Các sản phẩm đƣợc coi trên kính hiển vi để quan sát dạng bề ngoài và tính đồng nhất của các tinh thể. Hiệu suất tổng hợp các phức chất đƣợc xác định theo khối lƣợng phức chất rắn thu đƣợc và khối lƣợng theo công thức giả thiết [Ln(Ala)3]Cl3.3H2O.
Các phức chất thu đƣợc có màu giống màu của ion đất hiếm tƣơng ứng, dễ chảy rữa trong không khí ẩm, tan tốt trong nƣớc, tan ít trong metanol. Hiệu suất tổng hợp phức chất của Pr3+ đạt cao nhất đạt 90% và của Nd3+ đạt thấp nhất (68%).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2. Xác định thành phần, cấu tạo các phức chất rắn thu đƣợc
3.2.1. Hàm lƣợng đất hiếm trong các phức chất
Kết quả phân tích hàm lƣợng Ln trong các phức rắn tƣơng ứng đƣợc trình bày ở bảng 3.2.
Bảng 3.2: Hàm lƣợng % Ln trong các phức chất
STT Công thức của phức chất Khối lƣợng phân tử
%Ln LT TN 1 Pr(Ala)3Cl3.3H2O 568,5 24,78 24,33 2 Nd(Ala)3Cl3.3H2O 571,8 25,22 25,17 3 Sm(Ala)3Cl3.3H2O 577,9 26,02 26,54 4 Eu(Ala)3Cl3.3H2O 579,6 26,22 25,94 5 Gd(Ala)3Cl3.3H2O 584,8 26,89 26.48
So sánh các số liệu về hàm lƣợng % nguyên tố tính theo công thức giả định và số liệu phân tích đối với từng nguyên tố trong mỗi phức chất có thể kết luận rằng các phức chất thu đƣợc có thành phần phù hợp với công thức giả định [Ln(Ala)3].Cl3.3H2O. Việc phân tích kết quả của các phƣơng pháp nghiên cứu tiếp theo sau đây cho phép chúng ta khẳng định lại nhận định này và rút ra các nhận xét chi tiết hơn và cấu tạo của các phức chất nghiên cứu.
3.2.2. Nghiên cứu độ dẫn điện của các phức chất
Từ các kết quả đo độ dẫn điện riêng 𝛘 (om-1.cm-1.10-6) đã đƣợc trình bày tại bảng 2.2 chúng tôi tính độ dẫn điện mol μ (om-1.cm2.mol-1) của các dung dịch ở nồng độ 10-3M. Kết quả đƣợc đƣa ra ở bảng 3.3.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Theo kết quả ở bảng 3.3, độ dẫn điện mol của alanin trong dung dịch ở nồng độ 10-3M là 3,7 om-1.cm2.mol-1. Từ giá trị này, theo lí thuyết thì alanin là phân tử trung hòa, không điện ly trong nƣớc [4]. Thực tế alanin tồn tại dạng ion lƣỡng cực [11], [10]:
Ở đây, điện tích + và – bị triệt tiêu nên có thể coi alanin nhƣ là phân tử trung hòa. Với giá trị độ dẫn điện mol của alanin ở trên có thể suy luận rằng alanin tồn tại dạng ion lƣỡng cực. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các dữ liệu đã nêu ở phần tổng quan.
Bảng 3.3: Độ dẫn điện mol (μ, om-1.cm2.mol-1) của các dung dịch ở 250C
Dung dịch (10-3
M) μ (om-1
.cm2.mol-1) Số lƣợng ion trong dung dịch Alanin 3,7 0 Pr(Ala)3Cl3.3H2O 362 4 Nd(Ala)3Cl3.3H2O 417 4 Sm(Ala)3Cl3.3H2O 390 4 Eu(Ala)3Cl3.3H2O 378 4 Gd(Ala)3Cl3.3H2O 381 4 Độ dẫn điện mol (μ, om-1
.cm2.mol-1) của các phức chất đƣợc đo ngay sau khi pha ở nồng độ 10-3 M có giá trị từ 362÷417. Từ các giá trị đó theo [4] thì đây là phức chất điện ly ra 4 ion trong dung dịch nƣớc. Quá trình phân li phức chất trong dung dịch có thể giả thiết nhƣ sau:
[Ln(Ala)3]Cl3⇌ [Ln(Ala)3]3+ + 3Cl-
Bằng chứng là cả ba ion Cl- nằm ở cầu ngoại phức và đều bị kết tủa
dƣới dạng AgCl khi thêm AgNO3 vào dung dịch phức chất.
C
H3 CH
N H3 +
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Các kết quả thực nghiệm đã trình bày ở trên chỉ ra rằng alanin tồn tại dƣới dạng ion lƣỡng cực, phức chất tổng hợp đƣợc là phức cation và phân ly
thành 4 ion trong dung dịch nƣớc, cả ba ion Cl- đều nằm ở cầu ngoại. Công
thức của phức chất giả thiết ban đầu Ln(Ala)3Cl3.3H2O là đúng. Điều này sẽ đƣợc xác nhận thêm khi phân tích các kết quả của phƣơng pháp phổ IR và phân tích nhiệt của phức chất.
3.2.3. Nghiên cứu phổ IR của các phức chất
Hình 3.1, 3.2 và 3.3 trình bày phổ IR của phối tử alanin ở trạng thái tự do và hai phức chất đại diện là Eu(Ala)3Cl3.3H2O và Sm(Ala)3Cl3.3H2O. Phổ IR của các phức chất còn lại đƣợc trình bày ở phụ lục 1. Tần số (cm-1) của một số dải hấp thụ chính trong phổ IR của phối tử và các phức chất đƣợc đƣa ra ở bảng 3.4.
Hình dạng và vị trí các tần số đặc trƣng trong phổ IR của alanin tƣơng đối phù hợp với các kết quả của các tác giả [11], [10], [20], [15] khi nghiên cứu về phổ IR của alanin tự do và tác giả [14] khi nghiên cứu sự tạo phức của alanin với Pt(II) và Pd(II).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.2: Phổ IR của phức chất Eu(Ala)3Cl3.3H2O
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Phổ IR của các phức khác so với phổ IR của alanin ở trạng thái tự do cả về hình dạng cũng nhƣ vị trí các tần số hấp thụ. Điều này khẳng định sự tạo phức đã xẩy ra giữa Ln3+ và alanin.
Phổ IR của các phức chất Ln(Ala)3Cl3.3H2O (các hình 3.2, 3.3 và phụ lục 1) đều có cùng dạng, chứng tỏ các phức chất đều có cùng kiểu cấu trúc.
Việc quy kết các dải hấp thụ trong phổ IR của alanin tự do dựa theo các tài liệu [1], [14], [22], [27], [29]. Tác giả [22] khi nghiên cứu về phức chất Ln(Ala)3Cl3.3H2O (Ln: Nd, Er) đã qui kết tần số 3090 cm-1
thuộc dao động của nhóm NH3+, các dải ở 1592 cm-1
và 1412 cm-1 thuộc về tần số dao động hóa trị bất đối xứng νas,COO- và tần số dao động đối xứng νs,COO-. Nhƣ vậy trƣớc khi tham gia tạo phức alanin tự do tồn tại dạng ion lƣỡng cực CH3CH(+NH3)COO-. Các tài liệu [27], [29] cũng đƣa ra kết luận tƣơng tự.
Trong phổ IR của alanin tự do không có các dải đặc trƣng cho nhóm - COOH (tần số νC=O trong vùng 1730÷1700 cm-1) và nhóm -NH2 (tần số νN-H
trong vùng 3500÷3300 cm-1), chứng tỏ alanin trong trạng thái tinh thể tồn tại
dƣới dạng ion lƣỡng cực. Trong phổ IR của alanin tự do dải ở 3085 cm-1
thuộc về dao động của nhóm NH3
+
tồn tại ở dạng ion lƣỡng cực. Ở đây dải
NH3+ xuất hiện ở vùng thấp hơn so với dải NH2 bình thƣờng quan sát đƣợc (~3400 cm-1) có lẽ là do có sự tƣơng tác giữa nhóm NH3+ và COO- trong ion lƣỡng cực [1]:
Việc qui kết các dải hấp thụ trong phổ IR của các phức chất đƣợc nghiên cứu ở đây dựa trên việc so sánh phổ IR của các phức chất với phổ IR của phối tử alanin tự do.
C
H3 CH
N H3 +
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong phổ IR của các phức xuất hiện một dải hấp thụ mạnh ở vùng 3442÷3529 cm-1, dải này không có ở phổ IR của phối tử, đƣợc qui cho νOH của nƣớc trong phức chất, sự qui kết này tƣơng tự sự qui kết của tác giả [6] khi nghiên cứu phổ IR của phức chất nguyên tố đất hiếm với L-phenylalanin. Trong phổ IR của các phức xuất hiện một dải ở vùng 2971÷2894 cm-1, có thể giả thiết rằng khi tạo phức với Ln3+, ion H+ trong NH3+ đã chuyển sang nhóm COO-. Nhƣ vậy, trong phức chất alanin tồn tại dạng phân tử trung hòa:
C
H3 CH
N H2
COOH
Nhƣ vậy, dải hấp thụ ở vùng 2971÷2894 cm- 1 trong phổ của phức chất rõ ràng là thuộc về dao động hoá trị của nhóm NH2, tƣơng tự sự qui kết của
