Khóa luận Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thử hoạt tính sinh học của phức giữa ion Ni2+, Cd2+ với thuốc thử 5 – Bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone

ối tử là phải có các orbital lai hóa tự do của ion trung tâm. Thuyết lai hóa cho phép giải thích được số phối trí, cấu trúc không gian và từ tính của phức chất. Tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm: chỉ giải thích được một số chất giới hạn; không giải thích và không dự đoán được tính chất quang học của các phức chất; không cho phép đánh giá về năng lượng của các cấu trúc phức khác nhau. 2.3.2. Thuyết trường tinh thể Phức chất tồn tại một cách bền vững là do tương tác tĩnh điện giữa ion trung tâm với các phối tử phân bố một cách đối xứng ở xung quanh. Khi xét ion trung tâm có chú ý đến cấu hình electron chi tiết, những biến đổi do ảnh hưởng của điện trường của các phối tử gây nên; đối với phối tử chỉ xem như là những điểm tích điện tạo nên trường tĩnh điện bên ngoài đối với ion trung tâm. Phối tử nằm xung quanh ion trung tâm trên các đỉnh của hình đa diện nên các phức có sự đối xứng nhất định. 2.3.2.1. Sự phối trí bát diện của các phối tử Trong trường hợp này, 6 phối tử được phân bố trên các trục x, y, z nên các AO 2 2x -yd và 2zd ở gần phối tử, bị kích thích mạnh nên có năng lượng cao, còn các AO dxy, dyz, dxz ở xa, bị kích thích yếu nên có năng lượng thấp hơn. Hiệu số năng lượng giữa hai mức năng lượng chính là thông số tách Δ. Ảnh hưởng của bản chất phối tử thể hiện ở chỗ thông số tách Δ càng lớn khi điện trường của phối tử càng mạnh. 2.3.2.2. Sự phối trí tứ diện của các phối tử Do sự khác biệt so với sự phối trí bát diện trong trường phối tử tứ diện, các AO t2g lại ở gần phối tử hơn, bị kích thích mạnh và có năng lượng cao; còn các AO ở xa phối tử hơn , bị kích thích yếu hơn, có năng lượng thấp hơn. Thuyết trường tinh thể cho phép giải thích từ tính, màu sắc của các hợp chất của nguyên tố d nhưng vẫn còn nhiều hạn chế như: không thể giải thích bản chất liên kết, sự phân bố mật độ electron trong phức chất không cho phép định lượng chính xác các đặc trưng năng lượng cũng như nhiều đặc trưng khác, không giải thích được dãy hoá quang phổ. 2.3.3. Thuyết orbital phân tử (Thuyết MO) Trong việc giải thích cấu tạo và tính chất của phức chất thì đây là phương pháp tổng quát nhất vì xét đến cấu trúc electron của cả chất tạo phức lẫn các phối tử. Theo phương pháp này, phức chất được xem như là một hệ cơ học lượng tử thống nhất, trong đó các nguyên tố riêng biệt và các phân tử mất những đặc tính riêng của mình. Để xây dựng MO, người ta sử dụng các AO của chất tạo phức và của các phối tử, các AO này phải thỏa mãn một loạt các yêu cầu khi hình thành MO liên kết (ψ) thì các mây electron có sự xen phủ cực đại và có lợi về mặt năng lượng. MO phản liên kết (ψ*) ứng với sự xen phủ làm tăng năng lượng của hệ. Nếu AO của chất tạo phức không xen phủ hoặc hầu như không xen phủ với các AO của phối tử thì năng lượng không biến đổi và các AO này chuyển thành MO không liên kết. 2.3.3.1. Phức bát diện không có liên kết π Để tạo thành liên kết, chất tạo phức (nguyên tố d) sử dụng các AO hóa trị ns, np của lớp electron ngoài cùng và (n – 1)d của lớp electron kế lớp ngoài cùng. Sự xen phủ giữa các orbital của chất tạo phức và phối tử cũng chỉ xảy ra khi có năng lượng gần nhau và tương ứng với sự định hướng không gian nhất định của chúng. Orbital ns nhờ tính chất đối xứng cầu có khả năng xen phủ với cả 6 orbital của 6 phối tử phân bố dọc theo các trục x, y, z tạo thành 2 MO 7 tâm σs và σs*. Mỗi AOp của chất tạo phức sẽ xen phủ với 2 orbital của 2 phối tử phân bố trên trục tương ứng tạo thành 2 MO 3 tâm σs và σs*. Như vậy có tất cả 6 MO gồm: 3 MO liên kết σpx, σpy, σpz và 3 MO phản liên kết σpx*, σpy*, σpz*. Đối với AOd, chỉ có orbital 2 2x -yd và 2zd có khả năng xen phủ với các orbital của 6 phối tử phân bố dọc theo các trục x, y, z tạo thành 4 MO σs và σs* gồm: 2 MO liên kết σ 2 2x -y d và σ 2zd , 2 MO phản liên kết σ 2 2x -yd * và σ 2z d *. Còn các AO dxy, dyz, dxz do mật độ electron phân bố giữa các phối tử nên không thể xen phủ và chuyển thành các MO không liên kết 1 tâm π0d gồm: π0dxy, π0dyz, π0dxz và định vị ở chất tạo phức. 2.3.3.2. Phức chất có liên kết π Các orbital dxy, dyz, dxz của ion trung tâm của nguyên tố chuyển tiếp có thể tham gia liên kết π trong những phức bát diện. Trong trường hợp các phối tử có các orbital π (tự do hay có electron) thì sự tương tác giữa những orbital này và các orbital dπ của kim loại sẽ tạo thành những liên kết π. Các orbital π của các phối tử được tổ hợp thành những orbital “đối xứng” sao cho có khả năng xen phủ với các orbital dπ của kim loại tạo thành các orbital phân tử (MO(π)) liên kết và phản liên kết. Thuyết MO không những giải thích được từ tính, màu sắc của phức (tương tự cách giải thích của thuyết trường tinh thể) mà đặc biệt còn giải thích được cả dãy hóa quang phổ. Theo sự trình bày ở trên, trong phức chất giữa chất tạo phức (M) và phối tử (L) ngoài tương tác liên kết σ còn có thể xuất hiện thêm 2 loại tương tác π cho – nhận (M ← L) và cho – nhận ngược (M → L). 2.4. Ứng dụng của phức chất trong hóa học phân tích [8] Phức chất được ứng dụng rộng rãi trong hóa phân tích để phát hiện định tính các nguyên tố và xác định định lượng chúng cũng như tách riêng các nguyên tố. Các hợp chất nội phức có tầm quan trọng lớn trong việc xác định lượng các ion kim loại. Những tính chất quý giá của các hợp chất nội phức có được là do chúng rất bền về phương diện thủy phân, hầu như không phân ly thành các ion, thường có màu đậm. Trong những năm gần đây, các complexon được sử dụng rộng rãi. Đó là những chất tạo được phức chất cực kỳ bền. Các complexon liên kết với ion rất bền dùng để định lượng các ion kim loại. Bên cạnh đó các complexon còn được dùng để xác định những anion cho được kết tủa không tan với ion kim loại. Triton B được sử dụng chủ yếu để xác định định lượng các cation kim loại bằng cách chuẩn độ. Chất chỉ thị được sử dụng là những chất hữu cơ (murexit, ericrom đen T), chúng tạo phức chất màu với ion kim loại. Ở phép chuẩn độ, màu bắt đầu bị biến đổi khi tất cả các ion kim loại liên kết với triton B thành phức chất bền. CHƯƠNG 3: ĐẠI CƯƠNG VỀ NIKEN, CADMI VÀ 5 – BSAT 3.1. Đại cương về niken [5, 9, 29, 36] 3.1.1. Trạng thái tự nhiên Trong thiên nhiên, niken thường kết hợp với asen, antimon và lưu huỳnh. Chẳng hạn với sắt và lưu huỳnh trong quặng pentlandite, với lưu huỳnh trong khoáng milerit NiS, với magie (có thành phần không thay đổi) dưới dạng gatenerite – silicat niken, với asen trong nickeline, với asen và lưu huỳnh trong niken galena. Niken thường được tìm thấy trong thiên thạch với sắt dưới dạng hợp kim kamacite và taenit. Trong thiên nhiên, niken có năm đồng vị bền: 58Ni (67,7%), còn lại là 60Ni, 61Ni, 62Ni, 64Ni. 3.1.2. Tính chất 3.1.2.1. Tính chất vật lý Niken là kim loại có màu trắng bạc, rất cứng, dễ đánh bóng và dễ bị nam châm hút. Niken tồn tại hai dạng thù hình: khi nhiệt độ thấp hơn 2500C, niken tồn tại ở dạng α – Ni có mạng lục phương (a = 2,65A0; c = 4,23A0); khi nhiệt độ cao hơn 2500C, niken chuyển thành dạng β – Ni có mạng lập phương tâm diện (a = 3,5238A0). Bảng 3.1. Một số tính chất của nguyên tố Niken Coban ← Niken → Đồng - ↑ Ni ↓ Pd Bảng đầy đủ Tổng quát Tên, ký hiệu, số: Niken, Ni, 28 Phân loại: kim loại chuyển tiếp Nhóm, chu kỳ, phân lớp: 10, 4, d Khối lượng riêng, độ cứng: 8,908 kg/m³ (200C); 3,8 Bề ngoài: kim loại màu trắng bóng Tính chất nguyên tử Tính chất vật lý Khối lượng nguyên tử: 58,6934 đ.v.C Bán kính nguyên tử (calc.): 135 (149) pm Cấu hình electron: [Ar]3d8 4s2 e- trên mức năng lượng: 2, 8, 16, 2 Trạng thái ôxi hóa: +2, +3 (lưỡng tính) Cấu trúc tinh thể: lập phương tâm diện Trạng thái vật chất: chất rắn Điểm nóng chảy: 14550C Điểm sôi: 27300C Trạng thái trật tự từ: sắt từ 3.1.2.2. Tính chất hóa học Kim loại niken có hoạt tính hóa học trung bình và có nhiều tính chất tương tự coban. Niken không phản ứng trực tiếp với hidro nhưng ở điều kiện nhiệt độ cao và trạng thái bột nhỏ, niken hấp thụ hirdo với lượng khá lớn. Ở 16000C, 100g Ni hòa tan được 43 cm3 hidro. Nhờ khả năng hấp thụ mạnh hidro nên niken được dùng làm chất xúc tác trong các quá trình hidro hóa chất hữu cơ. Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, niken không tác dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố phi kim điển hình như O2, S, Cl2, Br2 vì có màng oxit bảo vệ. Nhưng khi đun nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt nhất là khi ở trạng thái chia nhỏ. Niken bắt đầu bị oxi hóa chậm trong không khí khô ở 5000C tạo ra NiO: 22 Ni +O 2 NiO→ Ở nhiệt độ nóng đỏ, niken không bị flo phá hủy nhưng niken phản ứng mạnh với các halogen khác tạo muối ứng với số oxi hóa +2 là NiX2. Niken tác dụng với lưu huỳnh khi đun nóng nhẹ, tạo nên hợp chất không hợp thức có thành phần gần với NiS. Ở nhiệt độ không cao lắm, niken phản ứng với nitơ tạo hợp chất có công thức là Ni3N và Ni3N2 kém bền nhiệt. Niken tác dụng trực tiếp với khí CO tạo thành cacbonyl kim loại. Oxit của niken hầu như không thể hiện tính lưỡng tính, vì thế niken bền với kiềm ở các trạng thái dung dịch và nóng chảy. Niken không bị nước ăn mòn ở nhiệt độ bình thường nhưng khi cho nước qua niken nung đỏ tạo ra NiO: 2 2Ni + H O NiO + H→ Với các axit vô cơ loãng, niken tác dụng chậm tạo ra khí hidro: 2 2Ni + 2HCl NiCl + H→ Nhưng dễ dàng trong HNO3 loãng: 3 3 2 23Ni +8HNO 3Ni(NO ) + 2 NO + 4H O→ 3.1.3. Độc tính Hàm lượng niken kim loại và niken trong hợp chất trong nước không được quá 0,05mg/l. Bụi và hơi niken sunfua là những chất gây ung thư, những hợp chất khác cũng vậy. Niken cacbonyl [Ni(CO)4] là một loại khí cực kì độc, do cả độc tính của kim loại và độc tính cao của monooxit gây ra. Nó còn dễ gây nổ trong không khí. Những người có da nhạy cảm sẽ dễ bị dị ứng khi da tiếp xúc với niken, gây bệnh viêm da. Niken là nguyên nhân chính gây ra dị ứng tiếp xúc, một phần vì người ta thường dùng nó trong xỏ lỗ tai. Dị ứng niken ảnh hưởng đến tai có biểu hiện như gây ngứa, đỏ. Nhiều hoa tai thậm chí dây chuyền làm từ niken gây ra hiện tượng này. 3.1.4. Ứng dụng Khoảng 65% niken được tiêu thụ ở phương Tây được dùng làm thép không rỉ. 12% còn lại được dùng làm "siêu hợp kim". 23% còn lại được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác và các hóa chất khác, đúc tiền, sản phẩm đúc và bảng kim loại. Các ứng dụng của niken bao gồm: + Thép không rỉ và các hợp kim chống ăn mòn. + Hợp kim Alnico dùng làm nam châm. + Hợp kim NiFe – Permalloy dùng làm vật liệu từ mềm. + Kim loại Monel là hợp kim đồng – niken chống ăn mòn tốt, được dùng làm chân vịt cho thuyền và máy bơm trong công nghiệp hóa chất. + Pin sạc, như pin niken kim loại hidrua (NiMH) và pin niken – cadmi (NiCd). + Tiền xu. + Dùng làm điện cực. + Trong nồi nấu hóa chất bằng kim loại trong phòng thí nghiệm. + Làm chất xúc tác cho quá trình hidro hóa (no hóa) dầu thực vật. 3.1.5. Khả năng tạo phức Niken là kim loại nhóm VIIIB với cấu hình electron là 3d84s2. Vì cặp elctron lớp ngoài cùng là ns2 nên số oxi hóa phổ biến của niken là +2. Số phối trí của Ni(II) là 4 và 6, trong đó +6 là số phối trí đặc trưng của niken. Trong những phức chất với số phối trí +4 của niken, số ít được tạo nên với phối tử trường yếu có cấu hình tứ diện như [NiCl4]2-, với phối tử trường mạnh có cấu hình hình vuông như [Ni(CN)4]2-. Phức ít bền: phức với axetat, clorua, florua, thioxianat, sunfat. Phức tương đối bền: với oxalat (lg β2 = 6,51), với NH3 (lg β1 – 6 = 2,72; 4,89; 6,55; 7,67; 8,34; 8,31). Phức rất bền: với EDTA (lg β −2NiY = 18,62), CN - (lg β4 = 30,22). Ngoài ra, người ta còn dùng một số thuốc thử hữu cơ để phân tích định lượng trắc quang Ni2+ như: 1–(2–pyridylazo)–naphthol (PAN), murexit, dithizon, zincon. 3.2. Đại cương về cadmi [5, 9, 29, 35] 3.2.1. Trạng thái tự nhiên Cadmi được phát hiện bởi F. Stromeyer năm 1817. Các quặng chứa cadmi rất hiếm và khi phát hiện thấy thì chúng chỉ có một lượng rất nhỏ. Trong tự nhiên, hầu hết cadmi được tìm thấy trong các quặng kẽm. Greenockit (CdS) là khoáng chất duy nhất của cadmi có tầm quan trọng, gần như thường xuyên liên kết với sphalerit (ZnS). Do vậy, cadmi được sản xuất chủ yếu như là thụ phẩm từ việc khai thác, nấu chảy và tinh luyện các quặng sulfua kẽm và ở mức độ thấp hơn là từ quặng chì và đồng. Cadmi trong vỏ trái đất chiếm 0,15mg/kg và trong nước biển là 0,11μg/l. Cadmi có các đồng vị: 106Cd (1,25%), 108Cd (0,89%), 110Cd (12,49%), 111Cd (12,80%), 112Cd (24,13%), 113Cd (12,22%), 114Cd (28,73%), 116Cd (7,49%). 3.2.2. Tính chất 3.2.2.1. Tính chất vật lý Cadmi là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng ánh xanh, không tan trong nước và có độc tính, được sử dụng chủ yếu trong các loại pin. Cadmi có mạng tinh thể dạng lục phương chặt khít. Bảng 3.2. Một số tính chất của nguyên tố Cadmi Tổng quát Bạc ← Cadmi → Indi Zn ↑ Cd ↓ Hg Bảng chuẩn Tên, ký hiệu, số: Cadmi, Cd, 48 Phân loại: kim loại chuyển tiếp Nhóm, chu kỳ, phân lớp: 12, 5, d Khối lượng riêng: 8,69 g/cm3 Bề ngoài: kim loại ánh kim bạc hơi xanh xám Tính chất nguyên tử Tính chất vật lý Khối lượng nguyên tử: 112,411 Bán kính nguyên tử (calc.): 151 (158) pm Cấu hình electron: [Kr] 5s2 4d10 e- trên mức năng lượng: 2, 8, 18, 18, 2 Trạng thái ôxi hóa: +2, +1 (Bazơ nhẹ) Cấu trúc tinh thể: lục phương Trạng thái vật chất: chất rắn Điểm nóng chảy: 321,10C Điểm sôi: 7670C Trạng thái trật tự từ: nghịch từ 3.2.2.2. Tính chất hóa học Ở nhiệt độ thường, cadmi bị oxi hoá bởi oxi không khí tạo thành lớp oxit bền, mỏng bao phủ bên ngoài kim loại. 2Cd + O2 → 2CdO Cadmi tác dụng được với các phi kim như halogen tạo thành đihalogenua, tác dụng với lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen Cd + X2 → CdX2 Ở nhiệt độ thường, cadmi bền với nước do có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao, Cadmi khử hơi nước biến thành oxit: Cd + H2O → CdO + H2 Cadmi tác dụng dễ dàng với axit không phải là chất oxi hoá, giải phóng khí hidro. Ví dụ: HCl Cd + 2HCl → CdCl2 + H2 Trong dung dịch thì: Cd + H3O+ + H2O → [Cd(H2O)2]2+ + ½ H2 CdO có màu từ vàng đến nâu gần như đen tuỳ thuộc vào quá trình chế hoá nhiệt, nóng chảy ở 18130C, có thể thăng hoa, không phân huỷ khi đun nóng, hơi CdO rất độc. CdO không tan trong nước chỉ tan trong axit và kiềm nóng chảy: CdO + 2KOH (nóng chảy) → K2CdO2 + H2O CdO có thể điều chế bằng cách đốt cháy kim loại trong không khí hoặc nhiệt phân hidroxit hay các muối cacbonat, nitrat: 2Cd + O2 → 2CdO Cd(OH)2 → CdO + H2O CdCO3 → CdO + CO2 Cd(OH)2 là kết tủa nhầy ít tan trong nước và có màu trắng. Cd(OH)2 không thể hiện rõ tính lưỡng tính, tan trong dung dịch axit, không tan trong dung dịch kiềm mà chỉ tan trong kiềm nóng chảy. Khi tan trong axit, nó tạo thành muối của cation Cd2+: Cd(OH)2 + 2HCl → CdCl2 + 2H2O Cadmi tan trong dung dịch NH3 tạo thành hợp chất phức: Cd(OH)2 + 4NH3 → [Cd(NH3)4](OH)2 Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và axetat của cadmi đều dễ tan trong nước còn các muối sunfua, cacbonat hay ortho photphat và muối bazơ ít tan. Trong dung dịch nước các muối Cd2+ bị thuỷ phân: Cd2+ + 2H2O → Cd(OH)2 + 2H+ Các dihalogenua của cadmi là chất ở dạng tinh thể màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao. 3.2.3. Độc tính Cadmi là nguyên tố rất độc. Giới hạn tối đa cho phép của cadmi: + Trong nước: 0,01 mg/l (hay 10ppb). + Trong không khí: 0,001 mg/m3. + Trong thực phẩm: 0,001 – 0,5mg/g. Trong khí quyển và nước, cadmi xâm nhập qua nguồn tự nhiên (bụi núi lửa, bụi đại dương, lửa rừng và các đá bị phong hoá, đặc biệt là núi lửa) và nguồn nhân tạo (công nghiệp luyện kim, lọc dầu). Cadmi xâm nhập vào cơ thể con người chủ yếu qua thức ăn từ thực vật được trồng trên đất giàu cadmi hoặc tưới bằng nước có chứa nhiều cadmi nhưng hít thở bụi cadmi thường xuyên có thể làm hại phổi, trong phổi cadmi sẽ thấm vào máu và được phân phối đi khắp nơi. Phần lớn cadmi xâm nhập vào cơ thể con người được giữ lại ở thận và được đào thải, còn một phần ít (khoảng 1%) được giữ lại ở thận do cadmi liên kết với protein tạo thành metallotionein có ở thận. Phần còn lại được giữ lại trong cơ thể và dần dần được tích luỹ cùng với tuổi tác. Khi lượng cadmi được tích trữ lớn, nó có thể thế chỗ Zn2+ trong các enzim quan trọng và gây ra rối loạn tiêu hoá và các chứng bệnh rối loạn chức năng thận, thiếu máu, tăng huyết áp, phá huỷ tuỷ sống, gây ung thư. Hít thở bụi cadmi thường xuyên có thể làm hại phổi, trong phổi cadmi sẽ thấm vào máu để được phân phối đi khắp nơi. 3.2.4. Ứng dụng Khoảng 3 4 cadmi sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặc biệt là pin Ni – Cd) và 14 còn lại sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp sơn phủ, các tấm mạ kim và làm chất ổn định cho plastic. Các ứng dụng khác bao gồm: + Trong một số hợp kim có điểm nóng chảy thấp. + Trong các hợp kim làm vòng bi hay gối đỡ do có hệ số ma sát thấp và khả năng chịu mỏi cao. + 6% cadmi sử dụng trong mạ điện. + Nhiều loại que hàn chứa kim loại này. + Lưới kiểm soát trong các lò phản ứng hạt nhân. HO N N H S H2N Br + Các hợp chất chứa cadmi được sử dụng trong các ống hình của ti vi đen trắng hay ti vi màu (photpho đen, trắng, lam và lục). + Cadmi tạo ra nhiều loại muối, trong đó sulfua cadmi là phổ biến nhất. Sulfua này được sử dụng trong thuốc màu vàng. + Một số vật liệu bán dẫn như sulfua cadmi, selenua cadmi và telurua cadmi thì nó dùng trong các thiết bị phát hiện ánh sáng hay pin mặt trời. + Một số hợp chất của cadmi sử dụng trong PVC làm chất ổn định. + Sử dụng trong thiết bị phát hiện nơtrino đầu tiên. 3.2.5. Khả năng tạo phức Cadmi là kim loại nhóm IIB với cấu hình electron là 4d105s2. Vì cặp elctron lớp ngoài cùng là ns2 nên số oxi hóa phổ biến của niken là +2. Số phối trí đặc trưng của Cd(II) là 4. Trong những phức chất với số phối trí +4 của cadmi được tạo có cấu hình tứ diện như [NiCl4]2-. Các phức thường gặp: [CdX4]- (trong đó X là Cl-, Br-, I- và CN-), [Cd(NH3)4]2+, [Cd(NH3)6]2+ Ngoài ra, người ta còn dùng một số thuốc thử hữu cơ để phân tích định lượng trắc quang Cd2+ như: 1–(2–pyridylazo)–naphthol (PAN), metyl thymol xanh, dithizon. 3.3. Thuốc thử 5 – bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone (5 – BSAT) 3.3.1. Danh pháp [1, 3, 24] Hình 3.1. Công thức cấu tạo của 5 – BSAT + (E) –2– (5–bromo–2–hydroxybenzylidene)hydrazinecarbothioamide. + 5–bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone (5 – BSAT) là tên gọi gộp từ hai chất tạo nên nó là 5–bromosalicylaldehyde (5–bromo–2– hydroxybenzaldehyde) và thiosemicarbazide. 3.3.2. Điều chế Thuốc thử 5–bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone được tổng hợp khi tiến hành đun hồi lưu hỗn hợp 5–bromosalicylaldehyde và thiosemicarbazide trong ethanol theo phản ứng: 3.3.4. Tính chất và ứng dụng của thuốc thử [24, 25] Là chất rắn màu vàng nhạt, tan kém trong nước, tan tốt trong DMF tạo ra dung dịch có màu xanh lục nhạt. 5 – BSAT tạo được phức chất với các ion kim loại như Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Fe3+Tỷ lệ phức là 1:1 hoặc 1:2 tùy thuộc vào ion kim loại. 5 – BSAT tạo được phức chất với nhiều ion kim loại nặng như Co2+, Cu2+, Fe2+ tan ít trong nước và là một thuốc thử được sử dụng nhiều trong phân tích trắc quang. Vào năm 2002, nhóm các nhà nghiên cứu G. Ramanjaneyulu, P. Raveendra Reddy, V. Krishna Reddy and T. Sreenivasulu Reddy, khoa hóa trường đại học Sri Krishnadevaraya, Ấn độ đã sử dụng phản ứng tạo phức của Fe2+ với 5 – BSAT kết hợp phương pháp quang phổ và phổ đạo hàm để xác định lượng vết Fe2+ trong lá nho, máu người và viên nén vitamin tổng hợp. Tiếp đó năm 2003, nhóm các nhà nghiên cứu này tiếp tục sử dụng phản ứng tạo phức của Co2+ với 5 – BSAT kết hợp phương pháp quang phổ và phổ đạo hàm để xác định lượng vết Co2+ trong hợp kim thép siêu bền. Đến năm 2008, nhóm các nhà nghiên cứu trên mở rộng nghiên cứu sử dụng phản ứng tạo phức của Cu2+ với 5-BSAT kết hợp phương pháp quang phổ và phổ đạo hàm để xác định lượng vết Cu2+ trong lá nho và hợp kim nhôm. PHẦN THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP THUỐC THỬ 5 – BSAT, PHỨC RẮN Ni (II) – 5-BSAT VÀ Cd (II) – 5-BSAT 4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Tổng hợp thuốc thử 5 – BSAT các phức rắn Ni (II) – 5-BSAT và Cd (II) – 5-BSAT. Tiến hành đo phổ FT – IR để xác định các nhóm chức. Tiến hành đo phổ H – NMR để xác định cấu trúc của thuốc thử và các phức. 4.2. Các điều kiện ghi phổ Phổ hấp thụ hồng ngoại IR của chất được ghi trên máy quang phổ FT – IR – 8400S – SHIMADZU trong vùng 4000 – 400 cm-1 của hãng Shimadzu tại khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân H – NMR của phức chất được ghi trên máy Brucker – 500MHz trong dung dịch dimethyl sulfoxide (DMSO) tại Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. 4.3. Tổng hợp thuốc thử 5 – BSAT 4.3.1. Hóa chất + 5 – bromosalicylaldehyde + Thiosemicarbazide + Rượu etanol + 1,4 – dioxin 4.3.1. Dụng cụ thí nghiệm + Bình cầu 100ml + Cốc thủy tinh 100ml + Sinh hàn + Bộ lọc chân không + Giấy lọc + Phễu + Cân phân tích (4 số) 4.3.2. Cách tiến hành Cho 2,0000g 5 – bromosalicylaldehyde vào bình cầu 100ml, thêm 75ml rượu etanol và vài viên đá bọt. Lắp sinh hàn đun đến khi tan hoàn toàn. Sau đó, thêm vào 0,9068g thiosemicarbazide. Tiếp tục đun sinh hàn trong vòng 6 tiếng. Dung dịch thu được để nguội sau đó đem đi lọc thu sản phẩm. Để khô sản phẩm rồi tiến hành lọc nóng bằng dung dịch 1,4 – dioxan và etanol (tỉ lệ mol 1:1). Dung dịch thu được để kết tinh trong 2 ngày. Lọc sau đó kết tinh lại lần 2 để thu sản phẩm. 4.3.3. Hiệu suất phản ứng + Khối lượng sản phẩm lý thuyết = 2,7275g + Khối lượng sản phẩm thực tế = 1,4540g + Hiệu suất H = 53,31% 4.3.4. Kết quả và thảo luận 4.3.5.1. Phổ hồng ngoại của thuốc thử 5 – BSAT Hình 4.1. Phổ FT – IR của thuốc thử 5 – BSAT 5 – BSAT tồn tại 2 dạng thion và thiol chuyển hóa lẫn nhau Thion Thiol Quy kết phổ FT – IR IR (υ, cm-1): 3454 (νOH), 3250 – 2922 ( 2NHν ), 3161 (νNH), 1612 (νC=N), 1545 (δNH), 1352 (νC-O), 1060 (νC=S), 740 (νC-S). Nhận xét: Dựa vào các tín hiệu quy kết được từ phổ thực nghiệm và so sánh với các tín hiệu đặc trưng đã được nghiên cứu [23, 32], nhận thấy các tín hiệu có sự tương đồng và gần như giống nhau tại một số tín hiệu. 4.3.5.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của thuốc thử 5 – BSAT Hình 4.2. Phổ H – NMR của thuốc thử 5 – BSAT Quy kết phổ H – NMR • δ = 11,407 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – OH và không có proton kế cận. • δ = 10,244 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – NH. • δ = 8,143 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – NH2 và không có proton kế cận. • δ = 8,287 ppm: pic xuất hiện dạng doublet, cường độ bằng 1 ⇒có nhóm – CH = N – và có 1 proton kế cận. • δ = 6,809 ÷ 8,149 ppm: pic xuất hiện có cường độ bằng 3 ⇒ vòng benzene có 3 nhóm thế + H ở δ = 6,818 ppm: có dạng doublet ⇒ có 1 proton kế cận. (1) (2) HO N N H S H2N Br (3) + H ở δ = 8,197 ppm: có dạng doublet ⇒ có 1 proton kế cận. + H ở δ = 7,322 ppm: có dạng doublet – doulet ⇒ có 2 proton kế cận ở 2 bên. Dựa vào công thức của 5 – BSAT, nhận thấy: • Có nhóm – OH, – NH2, – NH, – CH = N –. • Có vòng benzene 3 nhóm thế. + H ở vị trí (1) có H ở vị trí (2) kế cận tách thành dạng doublet, do 2 proton này ở cạnh bên nhau nên sự tách này diễn ra mạnh ⇒cường độ lớn ⇒vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 8,197 ppm. Do H ở vị trí (3) cách khá xa nên ảnh hưởng của sự tách vạch diễn ra không đáng kể. + H ở vị trí (2) có H ở vị trí (1), (3) kế cận tách thành dạng doublet – doulet, do 2 proton kế cận này thì H (1) ở gần hơn H (3) nên sự tách vạch có cường độ khác nhau ⇒ vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 7,322 ppm. + H ở vị trí (3) có H ở vị trí (2) kế cận tách thành dạng doublet, do 2 proton này nằm cách nhau bởi 1 C nên cường độ tách yếu hơn ⇒vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 6,818 ppm. Do H ở vị trí (1) cách khá xa nên ảnh hưởng của sự tách vạch diễn ra không đáng kể. Nhận xét: So sánh với giá trị thực nghiệm của phổ FT – IR và H – NMR, nhận thấy có sự tương đồng với tín hiệu đã được nghiên cứu [23, 32] nên chúng tôi kết luận đã tạo thành được thuốc thử 5 – BSAT. 4.4. Tổng hợp phức rắn Ni (II) – 5-BSAT 4.4.1. Hóa chất + Muối Ni(NO3)2.6H2O (Merck) + Thuốc thử 5 – bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone (5 – BSAT) + Metanol + Etanol + Dimetyl ete + Nước cất 2 lần 4.4.2. Dụng cụ thí nghiệm + Máy khuấy từ và gia nhiệt + Cốc thủy tinh 100ml + Bình cầu 100ml + Sinh hàn + Giấy lọc + Phễu + Đũa thủy tinh + Ống đong + Máy lọc chân không + Cân phân tích (4 số) 4.4.1. Cách tiến hành Dung dịch Ni(NO3)2.6H2O (cân chính xác 0,1448g hòa tan vào nước cất) được cho vào dung dịch chứa 5 – BSAT (cân chính xác 0,2740g hòa tan trong 25 ml metanol), khuấy liên tục bằng máy khuấy từ và đun nóng (50 – 550C) trong 50 – 60 phút. Để nguội, sẽ có tinh thể màu xanh lục tách ra. Lọc lấy kết tủa, rửa kết tủa bằng lượng nhỏ etanol và ete (tỉ lệ mol 1:1) và để khô trong không khí. Hình 4.3. Phức Ni (II) – 5-BSAT được tổng hợp 4.4.2. Kết quả và thảo luận 4.5.4.1. Phổ hồng ngoại của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT Hình 4.4. Phổ FT – IR của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT Quy kết phổ FT – IR IR (υ, cm-1): 3454 (νOH), 3254 – 2922 ( 2NHν ), 3161 (νNH), 1593 (νC=N), 1545 (δNH), 1371 (νC-O), 937 (νC=S). Nhận xét: + Trên phổ hấp thụ hồng ngoại của cả phối tử và phức chất đều thấy xuất hiện dải hấp thụ ở vùng 3200 – 3400 cm-1, dải hấp thụ đặc trưng của nhóm – NH. Tuy nhiên, trong phổ của phức chất, cường độ của dải này không thay đổi nhiều. Điều này có thể giải thích là khi tham gia tạo phức nguyên tử N của nhóm – CH = N – đã tham gia liên kết với kim loại, nguyên tử H của nhóm – NH không bị tách nên nguyên tử N của nhóm –NH không tham gia liên kết. Một bằng chứng khác cho thấy nguyên tử N của nhóm – CH = N – tham gia liên kết sự xuất hiện của dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết N = C ở 1593 cm-1. + Sự tạo phức không chỉ do một nguyên tử N tham gia tạo liên kết phối trí mà còn có nguyên tử S tham gia tạo liên kết với ion kim loại trung tâm. Điều này có thể thấy rõ khi so sánh phổ của phối tử và phức chất. Dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm C = S thay đổi trong một khoảng rộng từ 1200 – 1050 cm-1 và dải này có xu hướng giảm cường độ và dịch chuyển về phía tần số thấp hơn khi tham gia tạo phức. Một dải mới xuất hiện υC=S thay đổi từ 1060 cm-1 trong thuốc thử thành 937 cm-1 trong phức dấu hiệu cho thấy có sự tham gia của nguyên tử lưu huỳnh trong phối hợp tạo phức với Ni (II). Sự chuyển dịch về phía số sóng thấp hơn này được giải thích là do sự thiol hoá của phần khung thisemicarbazone và S sẽ tham gia liên kết với kim loại. 4.5.4.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT Hình 4.5. Phổ H – NMR của phức Ni (II) – 5-BSAT Quy kết phổ H – NMR • δ = 11,400 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – OH và không có proton kế cận. • δ = 10,244 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – NH. • δ = 8,128 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – NH2 và không có proton kế cận. • δ = 8,286 ppm: pic xuất hiện dạng doublet, cường độ bằng 1 ⇒có nhóm – CH = N – và có 1 proton kế cận. • δ = 6,806 ÷ 8,195 ppm: pic xuất hiện có cường độ bằng 3 ⇒ vòng benzene có 3 nhóm thế + H ở δ = 6,815 ppm: có dạng doublet ⇒ có 1 proton kế cận. + H ở δ = 8,195 ppm: có dạng doublet ⇒ có 1 proton kế cận. + H ở δ = 7,327 ppm: có dạng doublet – doulet ⇒ có 2 proton kế cận ở 2 bên. Nhận xét • Tín hiệu δ = 11,407 ppm tương ứng với proton của nhóm – OH, độ chuyển dịch hóa học thay đổi không đáng kể so với phối tử cho thấy oxi không tham gia phối trí với niken. • Có vòng benzene 3 nhóm thế. + H ở vị trí (1) có H ở vị trí (2) kế cận tách thành dạng doublet, do 2 proton này ở cạnh bên nhau nên sự tách này diễn ra mạnh ⇒cường độ lớn ⇒vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 8,195 ppm. Do H ở vị trí (3) cách khá xa nên ảnh hưởng của sự tách vạch diễn ra không đáng kể. + H ở vị trí (2) có H ở vị trí (1), (3) kế cận tách thành dạng doublet – doulet, do 2 proton kế cận này thì H (1) ở gần hơn H (3) nên sự tách vạch có cường độ khác nhau ⇒ vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 7,327 ppm. + H ở vị trí (3) có H ở vị trí (2) kế cận tách thành dạng doublet, do 2 proton này nằm cách nhau bởi 1 C nên cường độ tách yếu hơn ⇒vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 6,815 ppm. Do H ở vị trí (1) cách khá xa nên ảnh hưởng của sự tách vạch diễn ra không đáng kể. Dựa vào kết quả phổ thực nghiệm kết hợp với kết quả của những công trình nghiên cứu trước đây [23, 32], công thức của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT có thể là: N NH NH2SNNH NH2 S Ni OH OH Br Br 4.5. Tổng hợp phức rắn Cd (II) – 5-BSAT 4.5.1. Hóa chất + Muối CdCl2.2,5H2O (Merck) + Thuốc thử 5 – bromosalicylaldehyde thiosemicarbazone (5 – BSAT) + Metanol + Etanol + Dimetyl ete + Nước cất 2 lần 4.5.2. Dụng cụ thí nghiệm + Máy khuấy từ và gia nhiệt + Cốc thủy tinh 100ml + Bình cầu 100ml + Sinh hàn + Giấy lọc + Phễu + Đũa thủy tinh + Ống đong + Máy lọc chân không + Cân phân tích (4 số) 4.5.1. Cách tiến hành Dung dịch CdCl2.2,5H2O (cân chính xác 0,2284g hòa tan vào nước cất) được cho vào dung dịch chứa 5 – BSAT (cân chính xác 0,2741g hòa tan trong 25 ml metanol), khuấy liên tục bằng máy khuấy từ và đun nóng (50 – 550C) trong 50 – 60 phút. Để nguội, sẽ có tinh thể màu trắng sữa đục tách ra. Lọc lấy kết tủa, rửa kết tủa bằng lượng nhỏ etanol và ete (tỉ lệ mol 1:1) và để khô trong không khí. Hình 4.6. Phức Cd (II) – 5-BSAT được tổng hợp 4.5.2. Kết quả và thảo luận 4.5.4.1. Phổ hồng ngoại của phức rắn Cd (II) – 5-BSAT Hình 4.7. Phổ FT – IR của phức Cd (II) – 5-BSAT Quy kết phổ FT – IR IR (υ, cm-1): 3450 (νOH), 3271 – 3001 ( 2NHν ), 3169 (νNH), 1600 (νC=N), 1548 (δNH), 1359 (νC-O), 1057 (νC=S). Nhận xét: + Trên phổ hấp thụ hồng ngoại của cả phối tử và phức chất đều thấy xuất hiện dải hấp thụ ở vùng 3200 – 3400 cm-1, dải hấp thụ đặc trưng của nhóm – NH. Tuy nhiên, trong phổ của phức chất, cường độ của dải này không thay đổi nhiều. Điều này có thể giải thích là khi tham gia tạo phức nguyên tử N của nhóm – CH = N – đã tham gia liên kết với kim loại, nguyên tử H của nhóm – NH không bị tách nên nguyên tử của nhóm – NH không tham gia tạo liên kết. Một bằng chứng khác cho thấy nguyên tử N của nhóm – CH = N – đã tham gia liên kết là sự xuất hiện của dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết N = C ở 1600 cm-1. + Sự tạo phức không chỉ do một nguyên tử N tham gia tạo liên kết phối trí mà còn có nguyên tử S tham gia tạo liên kết với ion kim loại trung tâm. Điều này có thể thấy rõ khi so sánh phổ của phối tử và phức chất. Dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm C = S thay đổi trong một khoảng rộng từ 1200 – 1050 cm-1 và dải này có xu hướng giảm cường độ và dịch chuyển về phía tần số thấp hơn khi tham gia tạo phức. Một dải mới xuất hiện υC=S thay đổi từ 1060 cm-1 trong thuốc thử thành 1057 cm-1 trong phức dấu hiệu cho thấy có sự tham gia của nguyên tử lưu huỳnh trong phối hợp tạo phức với Cd (II). Sự chuyển dịch về phía số sóng thấp hơn này được giải thích là do sự thiol hoá của phần khung thisemicarbazone và S sẽ tham gia liên kết với kim loại. 4.5.4.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của phức rắn Cd (II) – 5-BSAT Hình 4.8. Phổ H – NMR của phức Cd (II) – 5-BSAT Quy kết phổ H – NMR • δ = 11,402 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – OH và không có proton kế cận. • δ = 10,218 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – NH. • δ = 8,139 ppm: pic xuất hiện dạng singlet, cường độ bằng 1 ⇒ có 1 nhóm – NH2 và không có proton kế cận. • δ = 8,287 ppm: pic xuất hiện dạng doublet, cường độ bằng 1 ⇒có nhóm – CH = N – và có 1 proton kế cận. • δ = 6,806 ÷ 8,197 ppm: pic xuất hiện có cường độ bằng 3 ⇒ vòng benzene có 3 nhóm thế + H ở δ = 6,815 ppm: có dạng doublet ⇒ có 1 proton kế cận. + H ở δ = 8,197 ppm: có dạng doublet ⇒ có 1 proton kế cận. + H ở δ = 7,327 ppm: có dạng doublet – doulet ⇒ có 2 proton kế cận ở 2 bên. Nhận xét • Tín hiệu δ = 11,402 ppm tương ứng với proton của nhóm – OH, độ chuyển dịch hóa học thay đổi không đáng kể so với phối tử cho thấy oxi không tham gia phối trí với niken. • Có vòng benzene 3 nhóm thế. + H ở vị trí (1) có H ở vị trí (2) kế cận tách thành dạng doublet, do 2 proton này ở cạnh bên nhau nên sự tách này diễn ra mạnh ⇒cường độ lớn ⇒vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 8,197 ppm. Do H ở vị trí (3) cách khá xa nên ảnh hưởng của sự tách vạch diễn ra không đáng kể. + H ở vị trí (2) có H ở vị trí (1), (3) kế cận tách thành dạng doublet – doulet, do 2 proton kế cận này thì H (1) ở gần hơn H (3) nên sự tách vạch có cường độ khác nhau ⇒ vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 7,327 ppm. + H ở vị trí (3) có H ở vị trí (2) kế cận tách thành dạng doublet, do 2 proton này nằm cách nhau bởi 1 C nên cường độ tách yếu hơn ⇒vị trí trên phổ H – NMR là ở vùng δ = 6,815 ppm. Do H ở vị trí (1) cách khá xa nên ảnh hưởng của sự tách vạch diễn ra không đáng kể. Dựa vào kết quả phổ thực nghiệm, công thức của phức rắn Cd (II) – 5- BSAT có thể là: N NH NH2SNNH NH2 S Cd OH OH Br Br CHƯƠNG 5: THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỨC RẮN Ni (II) – 5-BSAT VÀ Cd (II) – 5-BSAT 5.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 5.1.1. Vật liệu 5.1.1.1. Chủng vi sinh vật Bao gồm những vi khuẩn: • Bacillus subtilis: trực khuẩn gram (+), sinh bào tử, thường không gây bệnh. • Escherichia coli: vi khuẩn gram (-), gây một số bệnh về đường tiêu hóa như viêm dạ dày, viêm đại tràng, viêm ruột, viêm lỵ trực tuyến. Chủng vi khuẩn: được bảo quản và giữ giống trong môi trường MPA 5.1.1.2. Hóa chất + Phức chất Ni (II) – 5-BSAT + Phức chất Cd (II) – 5-BSAT + Dung môi DMF + Cồn 960 + Cồn 700 + NaCl khan + Pepton + Cao thịt + Agar + Nước cất 2 lần 5.1.1.3. Dụng cụ thí nghiệm + Đĩa petri + Que trong tam giác + Que cấy tròn + Cây đục lỗ thạch + Que tam giác lấy thạch + Pipetment màu vàng + Đầu tiếp vàng + Cốc 250ml + Cốc 100ml + Bình tam giác + Ống nghiệm + Đèn cồn + Nồi nhôm + Bông gòn, giấy báo 5.1.1.4. Thiết bị thí nghiệm + Tủ sấy. + Nồi áp suất + Tủ cấy + Tủ lạnh + Cân phân tích (4 số) 5.1.2. Phương pháp nghiên cứu Tiến hành khảo sát hoạt tính của các hợp chất tổng hợp được bằng phương pháp“khoan lỗ thạch”. Phương pháp khoan lỗ thạch (đục lỗ thạch): là phương pháp thử hoạt tính kháng sinh của xạ khuẩn trong dung dịch. Vi sinh vật chỉ thị được trải một lớp mỏng trên bề mặt môi trường MPA agar, dùng khoan nút chai khoan lỗ trên bề mặt thạch đã cấy vi khuẩn trong đĩa petri. Nhỏ vào mỗi lỗ thạch phức chất cần thử hoạt tính, đem ủ trong tủ lạnh từ 4 – 8h, sau khi lấy ra khỏi tủ lạnh 12h, xem kết quả. Nếu chất có khả năng kháng khuẩn thì nó sẽ ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn và hình thành một vòng gọi là vòng kháng khuẩn (hay vòng vô khuẩn), đo đường kính của vòng kháng khuẩn ta có thể định tính được khả năng kháng khuẩn của chất cần nghiên cứu với vi khuẩn mà ta cấy vào môi trường. Hình 5.1. Hình ảnh về các chủng khuẩn và đường kính kháng khuẩn Lưu ý: • Để xác định được vòng kháng khuẩn thực khi sử dụng phương pháp này để thủ hoạt tính sinh học, bề dày môi trường petri cần phải được chuẩn hóa. Môi trường quá dày sẽ ngăn cản khả năng khuếch tán của các chất kháng khuẩn trong thạch. Nồng độ vi khuẩn chỉ thị cũng ảnh hưởng lên độ trong suốt của vòng kháng khuẩn. Có nghĩa là có sự tương ứng giữa chất kháng khuẩn với mật độ tế bào vi khuẩn chỉ thị, sau khi thử nghiệm phương pháp với độ dày khác nhau thì độ dày 3mm tương ứng với 15 ml môi trường thạch là thích hợp. Nồng độ vi khuẩn chỉ thị khoảng 105 tế bào/ml là phù hợp. • Đường kính vòng kháng khuẩn được đo bao gồm cả đường kính giếng thạch. Vì vậy, ta có công thức tính đường kính vành kháng khuẩn: Đường kính vành kháng khuẩn = [d vòng kháng – d giếng thạch] (mm). • Nếu dung môi pha phức chất cũng có tính kháng khuẩn thì đường kính thật vành kháng khuẩn được tính: Đường kính vành kháng khuẩn = [d vòng kháng của phức rắn – d vòng kháng của dung môi] (mm) Một số tiêu chuẩn về đường kính của vòng vô khuẩn D – d ≥ 25 mm chất kháng khuẩn rất mạnh (++++) 20 ≤ D – d ≤ 25 mm chất kháng khuẩn mạnh (+++) 15 ≤ D – d ≤ 20 mm chất kháng khuẩn trung bình (++) 0 < D – d ≤ 15 mm chất kháng khuẩn yếu (+) D – d = 0 chất không kháng khuẩn Trong đó: D là đường kính vòng vô khuẩn (mm). d là đường kính khối thạch (mm). 5.2. Điều kiện thử hoạt tính Hoạt tính kháng khuẩn của các chất được thử nghiệm tại phòng thí nghiệm Vi sinh vật, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp “đục lỗ thạch”. 5.3. Môi trường nghiên cứu MPA Agar, thành phần: 5 g cao thịt, 5 g peptone, 5 g NaCl khan, 20 g Agar, 1000 ml nước cất. Môi trường MPA có pH = 7. 5.4. Cách tiến hành 5.2.1. Chuẩn bị dụng cụ Rửa đĩa, để ráo, sấy khô ở 1000C trong 1 giờ. Sau 1 giờ, lấy đĩa ra khỏi tủ sấy, để nguội, gói lại bằng giấy báo (6 đĩa/gói), sấy vô trùng ở 1800C trong 1 giờ. Hấp vô trùng: đầu tiếp vàng, 2 ống nghiệm chứa 9 ml nước cất, 2 cốc không để đựng cồn. Sấy vô trùng: cây đục lỗ thạch, cây lấy thạch, que trong tam giác. 5.2.2. Chuẩn bị môi trường MPA Cân chính xác 5g NaCl, 5g pepton, 5g cao thịt và 20g agar, sau đó thêm vào 1 lít nước cất 2 lần. Khuấy đều hỗn hợp, sau đó đun trên bếp điện (chú ý chỉ đun gầm sôi, không để sôi), đổ hỗn hợp này vào bình tam giác (150ml/bình). Đậy miệng bình bằng nút bông gòn, quấn giấy báo xung quanh miệng bình sau đó đem đi hấp vô trùng trong 30 phút bằng máy áp suất thấp. 5.2.3. Chuẩn bị hóa chất Dung dịch phức Ni – 5-BSAT 1%: 0,0211g Ni (II) – 5-BSAT + 2,1102g dung dịch DMF. Dung dịch phức Ni – 5-BSAT 2%: 0,0210g Ni (II) – 5-BSAT + 1,0508g dung dịch DMF. Dung dịch phức Cd – 5-BSAT 1%: 0,0213g Cd (II) – 5-BSAT + 2,1310g dung dịch DMF. Dung dịch phức Cd – 5-BSAT 2%: 0,0209g Pb (II) – 5-BSAT + 1,0458g dung dịch DMF. 5.2.4. Đổ môi trường MPA Hỗn hợp môi trường sau khi đã hấp vô trùng được đưa vào tủ cấy, mở nút bông, hở nóng cổ và miệng bình trên ngọn lửa đèn cồn rồi rót vào các đĩa petri đã được hấp vô trùng một lớp có độ dày vừa đủ. Để trong tủ cấy cho thạch đông lại, sau đó gói vào giấy báo (3 đĩa/gói) và để đông trong vòng 24 giờ. 5.2.5. Cấy vi khuẩn và chất cần thử hoạt tính sinh học Cấy trải vi khuẩn Bacillus subtilis và Escherichia coli lên môi trường MPA trong đĩa petri. Dùng khoan nút chai khoan một lỗ giữa đĩa. Hút 0,1ml chất ở các nồng độ với nồng độ 1%, 2% cho vào lỗ khoan. Đặt mẫu trong tủ lạnh từ 3 – 4 giờ, ủ ở nhiệt độ phòng 12 giờ, sau đó đo đường kính vòng vô khuẩn (mm). 5.3. Kết quả Hình 5.2. Đường kính vô khuẩn của Cd – 5-BSAT 1% với vi khuẩn Bacillus Hình 5.3. Đường kính vô khuẩn của Cd – 5-BSAT 2% với vi khuẩn Bacillus Hình 5.4. Đường kính vô khuẩn của Ni – 5-BSAT 1% với vi khuẩn Bacillus Hình 5.5. Đường kính vô khuẩn của Ni – 5-BSAT 2% với vi khuẩn Bacillus Hình 5.6. Đường kính vô khuẩn của Cd – 5-BSAT 1% với vi khuẩn E.Coli Hình 5.7. Đường kính vô khuẩn của Cd – 5-BSAT 2% với vi khuẩn E.Coli Hình 5.8. Đường kính vô khuẩn của Ni – 5-BSAT 1% với vi khuẩn E.Coli Hình 5.9. Đường kính vô khuẩn của Ni – 5-BSAT 2% với vi khuẩn E.Coli Kết quả đường kính vô khuẩn được ghi trong bảng sau: Bảng 5.1. Đường kính vô khuẩn của các chất Vi khuẩn Chất Escherichia Coli Bacillus Subtilis 1% 2% 1% 2% DMF 1,2 cm 1,2 cm 1,1 cm 1,1 cm Ni – 5-BSAT 0,6 cm 0,4 cm 2,2 cm 1,9 cm Cd – 5-BSAT 1,0 cm 0,8 cm 2,6 cm 2,7 cm Bảng 5.2. Khả năng kháng khuẩn của các phức Vi khuẩn Chất Escherichia Coli Bacillus Subtilis 1% 2% 1% 2% DMF + + + + Ni – 5-BSAT + + +++ +++ Cd – 5-BSAT + + +++ +++ Nhận xét: Đường kính vô khuẩn của Ni – 5-BSAT • Đối với vi khuẩn Escherichia Coli + Nồng độ 1%: 0 < D – d = 6 ≤ 15 mm ⇒ kháng khuẩn yếu. + Nồng độ 2%: 0 < D – d = 4 ≤ 15 mm ⇒ kháng khuẩn yếu. • Đối với vi khuẩn Bacillus Subtilis + Nồng độ 1%: 20 < D – d = 22 ≤ 25 mm ⇒ kháng khuẩn mạnh. + Nồng độ 2%: 20 < D – d = 19 ≤ 25 mm ⇒ kháng khuẩn mạnh. Đường kính vô khuẩn của Cd – 5-BSAT • Đối với vi khuẩn Escherichia Coli + Nồng độ 1%: 0 < D – d = 10 ≤ 15 mm ⇒ kháng khuẩn yếu. + Nồng độ 2%: 0 < D – d = 8 ≤ 15 mm ⇒ kháng khuẩn yếu. • Đối với vi khuẩn Bacillus Subtilis + Nồng độ 1%: 20 < D – d = 26 ≤ 25 mm ⇒ kháng khuẩn mạnh. + Nồng độ 2%: 20 < D – d = 17 ≤ 25 mm ⇒ kháng khuẩn mạnh. ⇒Kết luận chung: • Ni – 5-BSAT và Cd – 5-BSAT đều kháng khuẩn Bacillus Subtilis mạnh và kháng khuẩn Escherichia Coli yếu. • Khả năng kháng khuẩn của Cd – 5-BSAT mạnh hơn Ni – 5-BSAT đối với cả hai loại vi khuẩn Bacillus Subtilis và Escherichia Coli. PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 1. Kết luận Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi rút ra một số kết luận sau: + Đã tổng hợp được thuốc thử 5 – BSAT với hiệu suất là 53,31%. + Đã tổng hợp được phức rắn Ni(II) – 5-BSAT, Cd (II) – 5-BSAT. Dựa vào FT – IR và H – NMR, chúng tôi khẳng định có các phức trên tạo thành. + Dựa vào kết quả phổ thực nghiệm và các kết quả công trình nghiên cứu khoa học trước đây, chúng tôi đề nghị công thức của các phức Ni (II) – 5- BSAT và Cd (II) – 5-BSAT : N NH NH2SNNH NH2 S Ni OH Br OH Br N NH NH2SNNH NH2 S Cd OH OH Br Br + Đã thăm dò hoạt tính sinh học của dung dịch muối Ni(II) và Cd(II) với thuốc thử 5 – BSAT với vi khuẩn Bacillus Subtilis và Escherichia Coli. Kết quả cho thấy hoạt tính sinh học của phức chất mạnh hơn của ion kim loại tự do và các phối tử tương ứng. Khả năng kháng sinh của Cd – 5- BSAT mạnh hơn Ni – 5-BSAT đối với cả 2 loại vi khuẩn trên. 2. Đề xuất Do thời gian hạn hẹp nên đề tài không tránh khỏi những sai sót, có nhiều hạn chế như: số mẫu khảo sát còn ít, số lần lặp lại chưa nhiều. Song với nền tảng lý thuyết đã đặt ra, em hi vọng sẽ mở ra những hướng nghiên cứu sâu hơn như: + Tiếp tục đo phổ 13C – NMR, MS, tia X để xác định cấu trúc của phức. + Tiếp tục khảo sát các điều kiện tối ưu để từ đó ứng dụng phức chất tạo thành trong phân tích ion Ni2+, Cd2+. + Tiếp tục thử hoạt tính sinh học của các phức trên với các vi khuẩn và nấm khác (Staphylococcus Aureus, Lactobacillus Fermentum, Pseudomonas Aeruginosa, Salmonella Enterica, Candida Albicans...) từ đó có ứng dụng trong y học. + Tiếp tục thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất tổng hợp được để tìm kiếm các chất có khả năng ứng dụng làm thuốc, tìm hiểu cơ chế hoạt tính sinh học của các thisemicarbazone, đồng thời đóng góp dữ liệu thực nghiệm cho lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ cấu tạo – hoạt tính sinh của các hợp chất trên cơ sở thisemicarbazone. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Trọng Biểu – Từ Văn Mặc (2002), Thuốc thử hữu cơ, Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội. 2. Nguyễn Tiến Công (2009), Một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm. 3. Nguyễn Văn Dũng, Phạm Văn Ty, Dương Đức Tiến (1977), Vi sinh vật học tập 1, Nhà xuất bản Đại học và Trung học Hà Nội. 4. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản Giáo dục. 5. Nguyễn Thị Kim Hạnh (1999), Hóa nguyên tố – Phần kim loại, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm. 6. Trần Thu Hương, Nghiên cứu tổng hợp, cấu tạo của một số phức chất Pd(II) với dẫn xuất của thiosemicarbazone, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội. 7. Chu Đình Kính, Phan Thị Hồng Tuyết (2008), Phân tích phổ khối lượng của một số phức chất Ni (II) với thiosemicarbazone, Tạp chí Hóa học, T.46 (3), Tr.320 – 325. 8. Lê Chí Kiên, Từ Ngọc Ánh, Hóa học phức chất, Nhà xuất bản Giáo dục. 9. Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ (tập 3), Nhà xuất bản Giáo dục. 10. Nguyễn Kim Phi Phụng (2005), Phổ NMR sử dụng trong phân tích hữu cơ, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. 11. Nguyễn Trần Quỳnh Phương (2011), Định lượng đồng thời Ni2+ và Zn2+ trong nước thải bằng phương pháp trắc quang kết hợp thuật toán thêm chuẩn điểm H, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. 12. Nguyễn Đào Mỹ Trinh (2010), Định lượng đồng thời Pb (II) và Ni (II) trong nước thải bằng phương pháp trắc quang kết hợp thuật toán thêm chuẩn điểm H, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. 13. TCVN 6193:1996, Chất lượng nước – Xác định coban, niken, đồng, kẽm, cadmi và chì – Phương pháp trắc phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa. 14. A. Diaz, R. Cao and A. Garcia (1994), Characterization and Biological Properties of a Copper(II) Complex with Pyruvic Acid Thiosemicarbazone, Monatshefte fiir Chemie, 125, 823 – 825. 15. Ah. Altuna, M. Kumrua, A. Dimoglo (2001), Study of electronic and structural features of thiosemicarbazoneand thiosemicarbazide derivatives demonstrating anti–HSV–1 activity, Journal of Molecular Structure (Theochem), 535, 235 – 246. 16. Chu Dinh Kinh, Ha Phuong Thu, Duong Tuan Quang (2003), “Synthesis and structural investigations of some Platinum(II) complexes of mixed ligands including 3, 5 dimethylpyrazol and some thiosemicarbazones”, Advances in Natural Sciences, Vol. 4, (No.1), P.55 – 62. 17. El Mostapha Jouad, Magali Allain, Mustayeen A. Khan, Gilles M. Bouet (2005), Structural and spectral studies of nickel(II), copper(II) and cadmium(II) complexes of 3–furaldehyde thiosemicarbazone, Polyhedron, 24, 327–332. 18. Fernanda Rosi Soares Pederzolli, Leandro Bresolin, Johannes Beck, Jorg Daniels and Adriano Bof de Oliveira (2012), [1–(5–Bromo–2– oxidobenzylidene)thio–semicarbazidato–3O, N1, S](pyridine–N)nickel(II), Acta Cryst, E68, m1138. 19. G. Ramanjaneyulu, P. Raveendra Reddy, V. Krishna Reddy and T. Sreenivasulu Reddy (2008), Direct and Derivative Spectrophotometric Determination of Copper(II) with 5 – Bromosalicylaldehyde Thiosemicarbazone, The Open Analytical Chemistry Journal, 2, 78 – 82. 20. Hassan Ali Zamani (2008), Construction of Strontium PVC – Membrane Sensor Based on Salicylaldehyde Thiosemicarbazone, Analytical Letters, 41, 1850 – 1866. 21. Huseyin Bag, A. Rehber Turker, Ramazan Coskun, Mehmet Sacak, Mustafa Yigitoglu (2000), Determination of zinc, cadium, cobalt and nickel by flame atomic absorption spectrometry after preconcentration by polyethylene terephthalate/ fibers grafted with methacrylic acid, Spectrochimica Acta Part B 55. 22. J.S. Casas, M.S. Garcia – Tasende, J. Sordo (2000), Main group metal complexes of semicarbazones and thiosemicarbazones. A structural review, Coordination Chemistry Reviews, 209, 197 – 261. 23. Jisha Joseph, N. L. Mary and Raja Sidambaram (2010), Synthesis, Characterization, and Antibacterial Activity of the Schiff Bases Derived from Thiosemicarbazide, Salicylaldehyde, 5 – bromosalicylaldehyde and their Copper(II) and Nickel(II) Complexes, Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal – Organic, and Nano – Metal Chemistry, 40:930 – 933. 24. Ju. Lurie (1975), Handbook of alnalytical chemmistry, Mir, Moscow, English translation. 25. Keihei Ueno, Dr.Eng, Tohiaki Imamura, K.L.Cheng, Ph.D. (2002), Handbook of Organic Analytical Reagents, CRC Press. 26. Masayuki Niheia, Takuya Shiga, Yonezo Maeda, Hiroki Oshio (2007), Spin crossover iron(III) complexes, Coordination Chemistry Reviews, 251, 2606 – 2621. 27. Michel J–M. Campbell (1975), Transition metal complexes of thiosemicarbazide and thiosemicarbazone, Coordination Chemistry Reviews, 15, 27 – 319. 28. N.B.Patel (2011), Synthesis, characterization and applications of 5–bromo salicylaldehyde and 5–bromo, 4–hydroxy, 3–methoxy benzaldehyde semicarbazone and thiosemicarbazone metal complexes, Asian Journal of Chemical and Environmental Research, Vol. 4 (1), 92 – 94. 29. Pradyot Patnaik, Ph.D. (2002), Handbook of Inorganic Chemicals, The McGraw – Hill Companies, Inc., the United States of America. 30. S. Laly and Geetha Parameswaran (1989), Gravimetric Determination of Nickel with Salicylaldehyde Thiosemicarbazone, The Chemical Society of Japan, Bull. Chem. Soc. Jpn., 62, 3763 – 3765. 31. Shigeroku Yamacuchi and Katsuya Uesuci (1986), Extraction– Spectrophotometric Determination of Copper(II) with 5– Nitrosalicylaldehyde–4–phenyl–3–thiosemicarbazone, Analystical Sciences, Vol 2. 32. Sukriye Guveli, Namik Ozdemir, Tulay Bal–Demirci, Bahri Ulkuseven (2009), Nickel(II) complexes of ONS and ONN chelating thiosemicarbazones with triphenylphosphine co–ligands, Transition Met Chem, 34, 383 – 388. 33. Sukriye Guvel, Namik Ozdemir, Tulay Bal–Demirci, Bahri Ulkuseven, Muharrem Dincer, Omer Andac (2010), Quantum–chemical, spectroscopic and X–ray diffraction studies on nickel complex of 2–hydroxyacetophenone thiosemicarbazone with triphenylphospine, Polyhedron, 29, 2393 – 2403. 34. Tarlok S. Lobana, Rekha Sharma, Gagandeep Bawa, Sonia Khanna (2009), Bonding and structure trends of thiosemicarbazone derivatives of metals – An overview, Coordination Chemistry Reviews, 253, 977 – 1055. 35. 36. https://vi.wikipedia.org/wiki/Niken#H.E1.BB.A3p_ch.E1.BA.A5t PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phổ FT – IR của thuốc thử 5 – BSAT Phụ lục 2: Phổ H – NMR của thuốc thử 5 – BSAT Phụ lục 3: Phổ FT – IR của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT Phụ lục 4: Phổ H – NMR của phức rắn Ni (II) – 5-BSAT Phụ lục 5: Phổ FT – IR của phức rắn Cd (II) – 5-BSAT Phụ lục 6: Phổ H – NMR của phức rắn Cd (II) – 5-BSAT