Tải bản đầy đủ

Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc của phức chất coban (II) với phối tử 1,10 – phenantrolin

Lêi C¶m ¥n
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đức
Vượng - người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện giúp em trong quá trình hoàn thành khóa luận của mình.
Bên cạnh đó, cho phép em được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong
Bộ môn Hóa học, Khoa Khoa học tự nhiên Đại học Quảng Bình, các
bạn sinh viên lớp đại học sư phạm Hóa học K56 đã tạo điều kiện, động
viên khích lệ em trong thời gian vừa qua.
Cuối cùng em xin cảm ơn Viện khoa học Vật liệu và viện hàn lâm
của Viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo mọi sự thuận lợi trong
suốt quá trình thực hiện đề tài.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn khả năng
của bản thân còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều điều
chưa thực hiện được như mong muốn. Vì vậy, em rất mong nhận được
sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo, các bạn sinh viên để báo cáo của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đồng Hới, tháng 5 năm 2018
Sinh viên
Trần Thị Ánh Ngọc


i


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu
cấu trúc của phức chất Coban (II) với phối tử 1,10 – phenantrolin” là kết quả
nghiên cứu của riêng em. Các kết quả phân tích được cung cấp bởi Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam, số liệu được xử lí dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Nguyễn Đức Vượng và chưa được công bố trong bất kì tài liệu nào.

Sinh viên

TRẦN THỊ ÁNH NGỌC

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. vii
A. MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
B. NỘI DUNG........................................................................................................3
Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...............................................................3
1.1. Giới thiệu nguyên tố Coban (Co) ................................................................... 3
1.2. Hóa học phức chất Coban và khả năng tạo phức của phối tử 1,10phenantrolin ........................................................................................................... 5
1.2.1. Hóa học phức chất Coban ........................................................................... 5
1.2.2. Khả năng tạo phức của 1,10-phenantrolin ...................................................6
Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................9
2.1. Hóa chất và thiết bị......................................................................................... 9
2.1.1. Hóa chất....................................................................................................... 9
2.1.2. Thiết bị ........................................................................................................ 9
2.2. Thực nghiệm................................................................................................... 9
2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 10
2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại.................................................................... 10
2.3.2. Phương pháp phổ Raman .......................................................................... 12
2.3.3. Phương pháp phổ khối lượng .................................................................... 12
2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt ..................................................................... 14


2.3.5. Phương pháp phổ huỳnh quang ................................................................. 15
2.3.6. Phương pháp thử hoạt tính sinh học...........................................................16
3.1. Hình dạng và hiệu suất tổng hợp phức chất của Coban (II) với phối tử 1,10phenantrolin. ........................................................................................................ 20
3.1.1. Hình dạng phức chất của Coban (II) với phen .......................................... 20
iii


3.1.2. Hiệu suất tổng hợp phức ........................................................................... 21
3.2. Xác định thành phần của phức chất ............................................................. 21
3.2.1. Phân tích nhiệt xác định hàm lượng CoO ................................................. 22
3.2.2. Phổ khối lượng. ......................................................................................... 23
3.3. Xác định cấu trúc, liên kết hình thành trong phức chất ............................... 26
3.4. Đánh giá tính chất quang học của phức chất ................................................31
3.5. Kết quả thử hoạt tính sinh học ..................................................................... 31
C. KẾT LUẬN .....................................................................................................35
PHỤ LỤC .............................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................41

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết đầy đủ

Chữ viết tắt
DTA

Differential Thermal Analysis (phân tích nhiệt vi sai)

H%

Hiệu suất

IR

Phổ hồng ngoại

LT

Theo lý thuyết

Ph

phức

Phen

1,10-phenantrolin

PT

Hàm lượng phân tích

TGA

Thermal gravimetric analysis (phân tích nhiệt trọng lượng)

TT

Hàm lượng tính toán

IC50

50% inhibitor concentration (Nồng độ ức chế 50%)

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số tính chất của nguyên tố coban .... ..............................................................3
Bảng 1.2. Tần số dao động đặc trưng của O - phenantrolin..................................................8
Bảng 3.1. Hiệu suất tổng hợp phức Co2+- phen ở các tỷ lệ mol khác nhau... ......................21
Bảng 3.2. Hàm lượng CoO sau khi phân hủy phức và thành phần C, N trong phức ... .............23
Bảng 3.3. Kết quả MS và thành phần phức chất Co2+- phen... ............................................24
Bảng 3.4. Các vân hấp thụ chính trên phổ IR của phức chất chứa phen.............................29
Bảng 3.5. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư của phức chất Co2+ phen.............32
Bảng 3.6. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của phức chất Co2+-phen.....33

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. 1,10-phenantrolin...................................................................................6
Hình 1.2. Liên kết trong phức chất của phen vàCo2+............................................7
Hình 2.1. Quá trình thực nghiệm tổng hợp phức chất Co2+-phen.......................10
Hình 3.1. Ảnh chụp tinh thể phen.......................................................................20
Hình 3.2. Ảnh chụp phức chất Co2+-phen...........................................................20
Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt của Co2+-phen...............................................22
Hình 3.4. Phổ ESI-MS possitive của phức chất Co2+- phen ............................. 23
Hình 3.5. Sơ đồ phân mảnh của phức chất Co2+-phen ...................................... 25
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của phen .................................................................. 26
Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của muối Co(NO3)2 ................................................. 27
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại của phức chất Co2+- phen ........................................ 28
Hình 3.9. Phổ Raman của phức chất Co2+- phen ............................................... 29
Hình 3.10. Các liên kết đề nghị được hình thành trong phức chất Co2+- phen . 30
Hình 3.11. Phổ huỳnh quang của phức Co2+- phen........................................... 31

vii


A. MỞ ĐẦU
Hóa học phức chất của các nguyên tố là lĩnh vực khoa học đã và đang phát
triển mạnh mẽ. Phức chất của các nguyên tố ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, y dược, luyện kim…
Sự ra đời và phát triển của hóa học phức chất gắn liền với những thành tựu
của hóa lí, hóa phân tích, hóa hữu cơ, hóa sinh, hóa môi trường, hóa dược và các
lĩnh vực khác, đồng thời nó cũng tác động trở lại các lĩnh vực nói trên một cách
tích cực. Rất nhiều thành tựu trong lĩnh vực hóa sinh vô cơ và trong y dược…
gắn liền với việc nghiên cứu phức chất trong các hệ sinh học.
Phức chất các kim loại chuyển tiếp đóng vai trò quan trọng trong nghiên
cứu và trong thực tiễn. Có rất nhiều đề tài tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc, tính
huỳnh quang, thăm dò hoạt tính sinh học của các phức chất nguyên tố chuyển
tiếp như Co, Cu, Zn, Cd, Fe, Mn với nhiều loại phối tử hữu cơ có khả năng tạo
phức tốt nhằm ứng dụng vào một số lĩnh vực bằng các phương pháp hóa lí, vật lí
hiện đại. Một trong nhiều phối tử hữu cơ được lựa chọn là 1,10 – phenantrolin
(phen). 1,10- Phenantrolin là hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có 2 nguyên tử
N chứa cặp e tự do, nên chúng có khả năng tạo phức chất với rất nhiều kim loại.
Tuy nhiên, qua quá trình nghiên cứu các tài liệu đã công bố ở Việt Nam chưa
được thấy có sự nghiên cứu về phức chất giữa phối tử phenantrolin với đồng, vì
vậy trong phạm vi một khóa luận tốt nghiệp và thời gian có hạn nên đề tài “
Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc của phức chất Coban (II) với phối tử 1,10 –
phenantrolin” được xác định và chọn làm hướng nghiên cứu.

Những nhiệm vụ đặt ra cho đề tài này là:
1- Tổng hợp phức chất của Coban (II) với phối tử 1,10-phenantrolin (phen).
2- Nghiên cứu thành phần, cấu trúc của phức chất tổng hợp được.
3- Thăm dò tính huỳnh quang và hoạt tính sinh học của phức chất tổng hợp được.
Cấu trúc đề tài gồm 3 phần:

1


A. MỞ ĐẦU
B. NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
C. KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

2


B. NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Giới thiệu nguyên tố Coban (Co)
Một số tính chất của nguyên tố coban
Bảng 1.1. Một số tính chất của nguyên tố coban
Tổng quát

Tính chất vật lý

Tên, Ký hiệu, Số hiệu

coban, Co, 27

Trạng thái

rắn

Phân loại

kim loại chuyển tiếp

Điểm nóng chảy

1.768 K (2.723 °F)

Nhóm, chu kỳ, khối

9, 4, d

Điểm sôi

3.200 K (5.301 °F)

Khối lượng riêng

8.900 kg/m³

Nhiệt bay hơi

377 kJ/mol

Bề ngoài

màu trắng xám

Nhiệt nóng chảy

16,06 kJ/mol

Tính chất nguyên tử

Thông tin khác

Khối lượng nguyên tử

58,933195(5) đ.v.C

Độ âm điện

1,88 (thang Pauling)

Bán kính nguyên tử

135 pm

Nhiệt dung riêng

421 J/(kgK)

Bán kính cộng hoá trị

126 pm

Độ dẫn điện (Hg = 1) 10

Cấu hình electron

[Ar]3d74s2

Độ dẫn nhiệt

100 W/(mK)

Coban là kim loại có ánh kim, có màu trắng xám, có từ tính mạnh, khá
cứng và giòn. Trong thiên nhiên, coban có duy nhất một đồng vị bền là

59

Co.

Đồng vị nhân tạo 56Co, 57Co, 58Co có chu kì bán rã ngắn, 60Co phóng xạ γ với
chu kì bán rã khoảng 5 năm. Coban có 2 dạng thù hình, dạng α có cấu trúc lục
phương bền ở nhiệt độ nhỏ hơn 417 oC, dạng β có cấu trúc lập phương tâm diện
bền ở nhiệt độ lớn hơn 417 oC. Trạng thái oxi hóa phổ biến của coban là +2 và
+3, rất ít hợp chất trong đó coban có hóa trị +1 tồn tại.
Trong thiên thạch có chứa nhiều coban, khoảng 0,5%. Tuy nhiên, coban là
nguyên tố ít phổ biến trong vỏ trái đất, chỉ chiếm khoảng 0,001%. Các khoáng
3


vật của coban thường lẫn trong khoáng vật của đồng, kẽm và sắt.
Tính chất hóa học của coban
Coban là kim loại hoạt động trung bình, hoạt tính của nó thấp hơn Fe
nhưng cao hơn Ni. Coban không phản ứng trực tiếp với hiđro, nhưng ở trạng
thái bột nhỏ và ở nhiệt độ cao thì hấp thụ hiđro với lượng khá lớn. Ở 1200 0C,
100 g Co hấp thụ được 5,46 cm3 hiđro. Các hợp chất với hiđro như CoH, CoH2
được điều chế bằng phương pháp gián tiếp.
Ở điều kiện thường, coban bền với không khí và nước. Ở nhiệt độ cao,
coban bị oxi hóa tạo Co3O4:
3Co + 2O2 → Co3O4
Coban tác dụng trực tiếp với các halogen tạo muối ứng với số oxi hóa +2.
Nhưng với flo, coban tạo hỗn hợp (CoF2 + CoF3). Khi nung hỗn hợp gồm S và
Co tạo ra sunfua:
Co + S → CoS
Selen và telu cũng phản ứng trực tiếp với coban tạo ra CoSe, CoSe2, CoTe,
CoTe2.
Coban không phản ứng trực tiếp với nitơ. Hợp chất của coban với nitơ ít
bền: Co2N, Co3N, Co2N3. Hợp chất với cacbon của coban Co3C và Co2C được
điều chế bằng phương pháp gián tiếp. Ví dụ nung Co bột với CO:
3Co + 2CO → Co3C + CO2
Coban tạo các hợp chất Co3Si, Co2Si, CoSi, CoSi2 trực tiếp từ các nguyên
tố.Khi nung coban với bột B vô định hình trong ống thạch anh hàn kín, tạo ra
các hợp chất Co3B, Co2B, CoB, CoB2.
Trong dãy điện thế , Co đứng trước Sn nên tan trong dung dịch axit, giải
phóng H2. Coban phản ứng với H2SO4 đặc nóng tạo SO2. Coban tan trong HNO3
loãng và bị thụ động hóa bởi HNO3 đặc, nguội.
Ứng dụng
Hơn 3/4 lượng coban được sản xuất dùng để chế tạo thép và hợp kim đặc
4


biệt. Những hợp kim của coban có từ tính, bền nhiệt và bền hóa học, có vai trò
quan trọng đối với khoa học và công nghệ.
Hợp kim rất bền hóa học là Vitalium chứa 65% Co, 25% Cr, 3% Ni và 4%
Mo được dùng làm vật liệu chế tạo những chi tiết của động cơ phản lực và
tuôcbin khí vì nó chịu được tác dụng của các khí gây ăn mòn ở 10000C.
Hợp kim siêu Stelit (35-55% Co, 20-35% Cr, 9-15% W, 4-15% Fe, 2% C)
cứng gần bằng kim cương được dùng làm dụng cụ cắt gọt và hàn kim loại vì ở
nhiệt độ cao nó không bị oxi hóa.
Hợp kim Anico (24% Co, 50% Fe, 14% Ni, 9% Al, 3% Cu) là một trong
những hợp kim quan trọng của coban được dùng làm nam châm mạnh.
Gần đây hợp kim Samari-coban được dùng làm nền của nam châm vĩnh
cửu có công suất vượt hàng chục lần công suất nam châm với nền là sắt.
Trong y học, coban là thành phần quan trọng của vitamin B12, là loại
vitamin thúc đẩy sự tạo thành hồng huyết cầu, chống bệnh thiếu máu. Đồng vị
60

Co được dùng để chiếu xạ những khối u ác tính và trong công nghiệp dùng để

phát hiện vết rạn và vết rỗ trong kĩ thuật đúc kim loại.
1.2. Hóa học phức chất Coban và khả năng tạo phức của phối tử 1,10phenantrolin
1.2.1. Hóa học phức chất Coban
Co2+ có cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d7. Dung dịch Co2+ có màu
hồng nhạt, có phản ứng axit yếu, pH của dung dịch Co2+ 0,01M bằng 6,6. Khi
kiềm hóa dung dịch Co2+ lúc đầu có kết tủa muối bazơ và sau đó là Co(OH) 2
(lgKs = -14,2) màu hồng bị oxi hóa trong không khí thành Co(OH) 3 màu nâu, ít
tan hơn nhiều (lgKs = -40,5).
Co2+ có bán kính bé (0,72 Å) nên tạo phức với nhiều phối tử vô cơ, hữu cơ;
tạo phức ít bền với axetat, sunfat, thiosunfat; các phức tương đối bền với
amoniac, oxalat, xitrat, pirophotphat; các phức khá bền với xianua, EDTA,
trietylentetramin, etylenđiamin…
Co2+ chủ yếu tạo phức tứ diện có số phối trí 4 và phức bát diện có số phối
5


trí 6. Những ion phức tứ diện [CoCl4]2-, [CoBr4]2-, [CoI4]2-, [Co(OH)4]2-,

d

[Co(SCN)4]2-,… không tùy thuộc vào lực trường của phối tử đều có spin cao vì
d

có cấu hình electron (Π * )4 (σ * )3.

Những ion phức bát diện có spin cao như [Co(H2O)6]2+, [Co(NH3)6]2+,
[CoF6]2+ có cấu hình electron (Π * )5d (σ * )2d. Những ion phức bát diện có spin
thấp như [Co(CN)6]2+ có cấu hình electron (Π * )6d (σ * )1d, cấu hình electron đó
không đặc trưng cho Co(II), dễ mất đi một electron ở obitan σ* có năng lượng cao
tạo thành cấu hình bền (Π* )6d của ion phức bát diện có spin thấp của Co(III).

Phức chất tứ diện của Co(II) thường có màu xanh lam, còn phức chất bát
diện thường có màu đỏ-hồng.
1.2.2. Khả năng tạo phức của 1,10-phenantrolin
1,10 - phenantrolin là một hợp chất hữu cơ dị vòng.
Công thức phân tử: C12H8N2.H2O
Công thức cấu tạo:

Khối lượng phân tử: M = 198,22 g/mol
Danh pháp IUPAC: 1,10 - phenantrolin

Hình 1.1. 1,10-phenantrolin

Tên thường gọi: o - phenantrolin.
Viết tắt: Phen.
Một số tính chất vật lý của o - phenantrolin:
- Chất bột màu trắng, kết tinh ở dạng monohidrat.
- Khó tan trong nước (độ tan: khoảng 3,3 g/l ở nhiệt độ phòng).
- Tan tốt trong benzen (khoảng 14 g/l), rượu etylic (khoảng 540 g/l),
axeton, axit loãng và không tan trong ete.

6


- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương ứng là 117oC và 300oC.
- Nhiệt độ nóng chảy của phen.H2O là 100 - 103oC.
Khi tạo phức, nếu 2 nguyên tử cho của cùng một phối tử cho nguyên tử
trung tâm hai cặp electron để tạo 2 liên kết σ thì phối tử và nguyên tử trung tâm
sẽ tạo ra một vòng kín. Phối tử đó người ta gọi là phối tử khép vòng và 1,10 –
phenantrolin thuộc loại phối tử đó. 1,10- phenantrolin là hợp chất chứa vòng
pyridin, trong phân tử có hai nguyên tử N ở vị trí số 1 và số 10 của vòng. Chúng
còn dư đôi electron tự do nên có khả năng cho ion kim loại hai đôi electron tự do
này khi tạo phức. Nhờ đó, liên kết cho nhận giữa phối tử và kim loại được thực
hiện qua 2 nguyên tử N tạo thành các vòng 5 cạnh bền vững.

Hình 1.1. Liên kết trong phức chất của phen và Co2+
Trong hóa học phân tích, phenantrolin hình thành phức có màu bền với kim
loại chuyển tiếp. 1,10 - phenantrolin là một thuốc thử khá nhạy khi xác định ion
2+

2+

Fe , phản ứng tạo thành phức bền (Phen)3Fe có màu đỏ cam và cường độ màu
2+

không thay đổi trong khoảng pH từ 2 ÷ 9. Ngoài ra, ion Fe cũng tạo phức màu
xanh lục nhạt với 1,10 - phenantrolin. Tuy vậy, phức này không bền theo thời
gian và chuyển dần sang màu vàng nhạt. 1,10 -phenantrolin có hoạt tính sinh
học cao, đặc biệt khả năng kháng đối với một số vi sinh vật kiểm định (nấm, vi
khuẩn), vì vậy có thể nghiên cứu ứng dụng trong y học, nông nghiệp đối với các
phức hợp chứa phối tử 1,10 – phenantrolin.
Các số liệu về quang phổ hấp thụ hồng ngoại của 1,10 - phenantrolin trình
bày trong bảng:
7


Bảng 1.2. Tần số dao động đặc trưng của O - phenantrolin
Số sóng đặc trưng (cm-1)

Sự gán cho

1644

C=C

1585

C=N

3344

O-H

8


Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và thiết bị
2.1.1. Hóa chất
- Co(NO3)2.6H2O
- Phối tử 1,10-phenantrolin
- Dung môi: nước cất
- Axeton
- Cồn etylic tuyệt đối
2.1.2. Thiết bị
- Máy phân tích nhiệt tại phòng Vật liệu vô cơ, Viện khoa học Vật liệu,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
- Máy IR PRESIRE SHIMADZU đo phổ hồng ngoại trường ĐHSP Huế.
- Máy Micro Raman LABRAM đo phổ Raman trong vùng từ 4000- 100cm-1
tại Viện khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
- Máy đo phổ khối lượng Trung tâm phổ ứng dụng, Viện hàn lâm, Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
- Xác định hoạt tính sinh học tại phòng Hóa sinh ứng dụng, Viện hàn lâm,
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
- Cân phân tích, bếp điện, bình tam giác, bình định mức 250ml và 50ml,
các loại pipet, các loại cốc thủy tinh, giấy pH, phễu lọc, giấy lọc, đũa thủy tinh...
2.2. Thực nghiệm
Tổng hợp phức Co2+ - phen
Cho 4.95 g 1,10-phenantrolin vào bình cầu 250 ml, thêm 75 ml etanol. Cho
tiếp 7,275g muối Co(NO3)2 đã hòa tan trong 25 ml nước cất vào bình cầu. Hỗn
hợp được đun nóng đến 70◦C khuấy liên tục trong 2 giờ và đun nóng ở nhiệt độ
9


60-70 oC. Sau 2 giờ bắt đầu xuất hiện kết tủa phức màu cam không tan trong dung
dịch. Tiếp tục khuấy đến khi lượng kết tủa không đổi. Kết tủa phức thu được bằng
cách lọc và rửa lại bằng axeton nhiều lần, sấy khô và bảo quản bằng tủ sấy ở nhiệt
độ 70- 80oC trong 2 giờ.

Hình 2.1. Quá trình thực nghiệm tổng hợp phức chất Co2+- phen
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại
Khi chiếu chùm tia đơn sắc có số sóng nằm trong vùng hồng ngoại (5010000cm-1) qua chất phân tích, năng lượng của của tia đó bị hấp thụ sự hấp thụ
này tuân theo định luật Lambert-Beer:
D = lg

Io
= k.l.C
I

Trong đó:
D: mật độ quang
k: hệ số hấp thụ mol
l: độ dày cuvet
C: nồng độ chất phân tích
Io, I lần lượt là cường độ ánh sáng trước và sau khi đi qua chất phân tích
10


Đường cong thu được khi biểu diễn sự phụ thuộc độ truyền qua vào số sóng
được gọi là phổ hồng ngoại.
Phổ hấp thụ hồng ngoại (phổ IR) là phương pháp vật lý hiện đại, thuộc loại
phổ phân tử. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại thích hợp sẽ làm dịch chuyển mức
năng lượng dao động quay của các nhóm nguyên tử trong phân tử. Vì vậy, mỗi
nhóm nguyên tử trong phân tử đều có tần số hấp thụ đặc trưng. Căn cứ vào các
số sóng đặc trưng trên phổ hồng ngoại có thể xác định được các liên kết giữa các
nguyên tử hay nhóm nguyên tử; phát hiện nước trong phức. Các phân tử nước có
thể là nước kết tinh hoặc nước phối trí. Giữa hai loại đó không có một giới hạn
nghiêm ngặt. Nước kết tinh là loại nước liên kết trong mạng lưới tinh thể bởi
liên kết hidro yếu với anion hoặc bởi liên kết phối trí yếu với ion kim loại hoặc
bởi cả hai. Còn nước phối trí thì ở hẳn trong cầu phối trí thứ nhất của kim loại
nên liên kết mạnh với ion kim loại. Từ đó xác định được cấu trúc của chất
phân tích.
Trong phổ hấp thụ hồng ngoại của các phức chất, người ta chia ra vùng tần
số cao (4000 ÷ 650 cm-1) và vùng tần số thấp (650 ÷ 50 cm-1). Trong vùng tần
số cao, người ta sử dụng tần số đặc trưng cho các nhóm tham gia phối trí của
phối tử (C=O, O-H, C=N...). Sự dịch chuyển các tần số so với dạng tự do của
phối tử chỉ ra rằng có sự tạo thành liên kết. Trong vùng tần số thấp xuất hiện các
tần số hấp thụ của liên kết kim loại M - phối tử L.
Phổ IR của các phức chất cho ta những thông tin về kiểu và mức độ của
những biến đổi của phối tử ở trạng thái liên kết, về cấu trúc phân tử, về tính đối
xứng của cầu phối trí, về độ bền liên kết kim loại - phối tử.
- Dưới đây là một số tần số đặc trưng của các liên kết:
+ Sự hấp thụ của nhóm hidroxyl (O-H): Ion O-H được đặc trưng bằng tần
số hấp thụ yếu 3750 ÷ 3500 cm-1 (νO-H). Các liên kết hidro giữa các phân tử
thường làm xuất hiện vân hấp thụ mạnh (νO-H) trong vùng 3450 ÷ 3200 cm-1.

11


+ Tần số hấp thụ của liên kết M-O, M-N nằm trong vùng 300 ÷ 600 cm-1.
+ Nước kết tinh hấp thụ ở tần số 3550 ÷ 3200 cm-1 (dao động hóa trị đối
xứng, bất đối xứng của nhóm O-H) và 1630 ÷ 1600 cm-1 (dao động hóa trị biến
dạng của H-O-H).
+ νC=C thơm và νC=N thơm ở vùng 1500 - 1600 cm-1
+ νNO3- trong vùng 1410 - 1340cm-1 và có thể 860 - 800 cm-1
2.3.2. Phương pháp phổ Raman
Cũng như phổ hồng ngoại, phổ Raman liên quan đến chuyển động dao
động và quay của phân tử. Phương pháp phổ Raman bổ sung cho phương pháp
phổ IR. Phổ dao động Raman có thể xác định được các dao động ở vùng dưới
500cm-1 (ứng với dao động hóa trị của liên kết phối trí khi hình thành phức chất)
mà các máy phổ IR thông thường không ghi được, xác định vân phổ nào ứng với
dao động đối xứng và không đối xứng.
Đối với các phân tử có tâm đối xứng thì không có tần số dao động nào vừa
xuất hiện trên phổ hồng ngoại vừa xuất hiện trên phổ Raman, nếu xuất hiện trên
phổ này thì sẽ không xuất hiện trên phổ kia. Chính vì vậy, việc sử dụng phối hợp
hai phương pháp phổ này giúp chúng ta giải quyết hiệu quả trong trường hợp
nhận dạng các nhóm đặc trưng dao động ở tần số thấp và một số nhóm dị hạch
vừa dao động đối xứng vừa dao động không đối xứng.
2.3.3. Phương pháp phổ khối lượng
Phương pháp phổ khối lượng là phương pháp khá hiện đại và quan trọng
trong việc xác định một cách định tính và định lượng thành phần cũng như cấu
trúc của các hợp chất hoá học. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có độ
nhạy cao, cho phép xác định tương đối chính xác phân tử khối của hợp chất.
Cơ sở của phương pháp là sự bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung
hoà bằng các phân tử mang năng lượng cao để biến chúng thành các ion phân tử
mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành các mảnh ion, các gốc. Tuỳ thuộc vào
12


cấu tạo và tính chất của chất nghiên cứu mà người ta chọn phương pháp bắn phá
và năng lượng bắn phá thích hợp.
Hiện nay trong phương pháp phổ khối người ta thường áp dụng các phương
pháp ion hoá khác nhau như: ion hoá hoá học (CI), ion hoá bằng phương pháp
bụi electron (ESI), bắn phá bằng nguyên tử tăng tốc (FAB), phun mù e dùng khí
trợ giúp (ESI)…Các phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm riêng. Tuy
nhiên, trong số các phương pháp trên, phương pháp bụi e là phù hợp nhất và
được sử dụng để nghiên cứu các phức chất của kim loại. Ưu điểm của phương
pháp này là năng lượng ion hoá thấp do đó không phá vỡ hết các liên kết phối trí
giữa kim loại và phối tử. Phương pháp ESI gồm 4 bước cơ bản như sau:
+ Bước 1: Ion hoá mẫu trong dung dịch: bước này thực hiện sự chuyển đổi
pH để tạo ra sự ion hoá trong dung dịch mẫu.
+ Bước 2: Phun mù: dựa trên hai tác động là sức căng bề mặt và độ nhớt
của dung môi hoà tan mẫu để điều chỉnh áp suất phun dung dịch mẫu.
+ Bước 3: Khử dung môi: Giai đoạn này phụ thuộc vào nhiệt bay hơi của
dung môi để cung cấp khí khô và nóng cho phù hợp với sự bay hơi của dung
môi.
+ Bước 4: Tách ion ra khỏi dung dịch: ion được tách ra có thể là một phân
tử chất nghiên cứu liên kết với H+ hay Na+, K+, NH4+….nếu chúng có mặt trong
dung dịch hoặc có thể là một ion chất khi mất đi một proton
Điều kiện ghi mẫu: Vùng đo m/z: 50-2000; áp suất phun mù 30psi; tốc độ
khí làm khô 8 lít/phút, nhiệt độ làm khô 3250C; tốc độ khí: 0,4ml/phút; chế độ
đo possitive.
Dựa vào phổ khối lượng có thể thu được các thông tin khác như: khối
lượng phân tử chất nghiên cứu, các mảnh ion phân tử, tỉ lệ các pic đồng vị. Từ
các thông tin này có thể xác định được công thức phân tử của phức chất và cấu
tạo của phức chất dựa vào việc giả thiết sơ đồ phân mảnh.

13


Trong các phức chất nghiên cứu đều có các nguyên tố có nhiều đồng vị thì
pic ion phân tử sẽ tồn tại dưới dạng một cụm pic của các đồng vị. Cường độ
tương đối giữa các pic trong cụm pic đồng vị cũng cho ta thông tin để xác nhận
thành phần phân tử hợp chất nghiên cứu. Muốn vậy người ta đưa ra công thức
phân tử giả định của hợp chất nghiên cứu. Tính toán lý thuyết cường độ tương
đối của các pic đồng vị sau đó so sánh với cường độ của các pic trong phổ thực
nghiệm để suy ra sự tương quan tỷ lệ các pic đồng vị theo thực tế và theo lý
thuyết. Từ đó khẳng định công thức phân tử phức chất giả định.
2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt
Bên cạnh phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phương pháp phân tích
nhiệt cũng là một phương pháp hóa lý thường được áp dụng phổ biến để nghiên
cứu phức chất rắn. Nó cho phép thu được những dữ kiện khá hữu ích về tính chất
của phức rắn. Mục đích của phương pháp phân tích nhiệt là dựa vào hiệu ứng
nhiệt để có thể nghiên cứu những quá trình phát sinh khi đun nóng hoặc làm
nguội chất.
Đồ thị biểu diễn sự biến đổi tính chất của mẫu trong hệ tọa độ nhiệt độ -thời
gian gọi là giản đồ phân tích nhiệt. Dựa vào giản đồ này có thể suy luận được thành
phần và các quá trình biến đổi hóa lí của các chất khi xảy ra các hiệu ứng nhiệt.
Giản đồ phân tích nhiệt gồm 2 đường quan trọng:
- Đường DTA (đường phân tích nhiệt vi sai) chỉ sự biến đổi nhiệt độ của
mẫu nghiên cứu so với mẫu chuẩn (∆T). Dựa vào đường DTA ta biết được khi
nào có hiệu ứng thu nhiệt (∆T < 0, cực tiểu trên đường cong) và khi nào có hiệu
ứng tỏa nhiệt (∆T > 0, cực đại trên đường cong).
- Đường TGA (đường phân tích nhiệt trọng lượng) cung cấp thông tin về sự
biến đổi mẫu phân tích khi sự biến đổi đó có kèm theo sự thay đổi về khối lượng.
Đa số các trường hợp là kèm theo sự giảm khối lượng của mẫu. Vì vậy,
đường TGA được sử dụng rộng rãi khi nghiên cứu các quá trình vật lí (sự bay
hơi, sự thăng hoa, sự hấp phụ, sự giải hấp..), các quá trình hóa học (sự dehidrat
14


hóa, sự dehidro halogen hóa) và các quá trình biến đổi hóa học (phản ứng oxi
hóa-khử, phản ứng phân hủy pha rắn).
Các hiệu ứng thu nhiệt, tỏa nhiệt trên đường DTA thường liên quan mật
thiết với các quá trình biến đổi khối lượng trên đường TGA.
Mặt khác khi so sánh nhiệt độ tách phối tử trong phức chất và nhiệt độ bay
hơi của phối tử ở trạng thái tự do, từ đó có thể khẳng định được sự có mặt của
phối tử trong cầu nội.
Người ta thấy rằng mức độ cộng hóa trị của liên kết ion trung tâm - phối tử
càng cao thì độ bền nhiệt của phức chất càng lớn và độ bền nhiệt tăng lên khi
giảm kích thước của ion trung tâm và khi tăng điện tích của nó. Riêng đối với
các cation có lớp vỏ electron kiểu khí trơ, độ bền nhiệt của phức chất tăng song
song khi tăng bán kính của cation.
Ngoài ra, khi so sánh nhiệt độ phân hủy của các phức chất tương tự chứa
nhóm tạo vòng và nhóm không tạo vòng, người ta thấy rằng sự tạo vòng làm
tăng độ bền nhiệt của phức chất. Nhờ phương pháp kết luận phức chất ở dạng
khan hay hidrat, nước phối trí hay nước kết tinh.
2.3.5. Phương pháp phổ huỳnh quang
Phân tích huỳnh quang dựa trên cơ sở chuyển cấu tử cần xác định thành
một hợp chất (Thường ở dạng phức chất), sau đó chuyển hợp chất thu được sang
trạng thái kích thích bằng một dòng ánh sáng có bước sóng xác định. Trạng thái
này không bền có xu hướng trở về trạng thái ban đầu. Khi trở về trạng thái ban
đầu, một phần năng lượng hấp thụ được biến thành dạng nhiệt, còn một phần
biến thành ánh sáng huỳnh quang.
Độ nhạy của phương pháp huỳnh quang càng lớn khi hợp chất nghiên cứu
hấp thụ ánh sáng kích thích càng mạnh và khả năng chuyển ánh sáng hấp thụ đó
thành ánh sáng huỳnh quang càng nhiều. Ngoài ra, còn một số yếu tố khác như:
Nhiệt độ, dung môi, pH của môi trường, sự có mặt của các chất lạ trong dung
dịch, bước sóng của bức xạ kích thích... Cũng ảnh hưởng đến độ nhạy của
15


phương pháp.
Phương pháp có độ chọn lọc cao, vì không phải hợp chất nào cũng có khả
năng hấp thụ ánh sáng đều có khả năng phát huỳnh quang, mà chỉ có một số ít
các chất có khả năng này.
Vì các hợp chất phức chelat có cấu tạo cứng nhắc nên cường độ phát huỳnh
quang tăng lên so với từng cấu tử thành phần tự do.
Cơ chế phát huỳnh quang như sau;
- Phân tử sau khi nhận năng lượng kích thích sẽ chuyển lên một mức năng
lượng nào đó của vùng kích thích (S*). Ở vùng kích thích có thể xảy ra các quá
trình chuyển tử mức dao động cao về mức dao động thấp nhất (S0*). Chuyển
mức này ứng với chuyển mức năng lượng dư thành nhiệt, xảy ra trong thời gian
ngắn từ 10-13 – 10-11 giây.
- Phân tử ở mức S0* có thể nhường năng lượng cho phân tử khác, sử dụng
năng lượng cho quá trình quang hóa hay chuyển về một mức ở vùng năng lượng
thấp hơn kèm theo hiện tượng phát lượng tử huỳnh quang.
Phân tử ở trạng thái kích thích trong khoảng thời gian từ 10-9 – 10-8 giây,
tự chuyển về trạng thái cơ bản S0 đồng thời phát lượng tử huỳnh quang ứng với
một vạch phổ huỳnh quang: S*→S0+hλ. Gần đây, phương pháp nghiên cứu phổ
huỳnh quang đã được nhiều tác giả sử dụng để nghiên cứ các ứng dụng thông
qua khả năng phát quang của phức chất.
2.3.6. Phương pháp thử hoạt tính sinh học.
2.3.6.1. Phương pháp thử hoạt tính kháng sinh
- Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định
Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được thực hiện dựa trên phương
pháp dãy nồng độ trên môi trường lỏng. Đây là phương pháp thửu hoạt tính
kháng vi sinh vật kiểm định và nấm nhằm đánh giá mức độ kháng khuẩn mạnh
yếu của các mẫu thử thông qua các giá trị thể hiện hoạt tính là MIC (minimum
16


inhibitor concentration- nồng độ tối thiểu ức chế), IC50 (50% inhibitor
concentration- nồng độ ức chế 50%), MBC (minimum bactericidal
concentration- nồng độ tối thiểu diệt khuẩn).
- Các chủng vi sinh vật kiểm định
Bao gồm những vi khuẩn và nấm kiểm định gây bệnh ở người:
+ Bacillus subtilis (ATCC 6633): là trực khuẩn gram (+), sinh bào tử, thường
không gây bệnh
+ Staphylococcus aureus (ATCC 13709): cầu khuẩn gram (+), gây mủ các vết
thương, vết bỏng, gây viêm họng, nhiễm trùng có mủ trên da và các cơ quan nội
tạng.
+ Lactobacillus fermentum (N4): vi khuẩn gram (+), là loại vi khuẩn đường
ruột lên men có ích, thường có mặt trong hệ tiêu hóa của người và động vật.
+ Escherichia coli (ATCC 25922): vi khuẩn gram (-), gây một số bệnh về
đường tiêu hóa như viêm dạ dày, viêm đại tràng, viêm ruột, viêm lỵ trực khuẩn.
+ Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442): vi khuẩn gram (-), trực khuẩn mủ
xanh, gây nhiễm trùng huyết, các nhiễm trùng ở da và niêm mạc, gây viêm đường
tiết niệu, viêm màng não, màng trong tim, viêm ruột.
+ Salmonella enterica: vi khuẩn gram (-), vi khuẩn gây bệnh thương hàn,
nhiễm trùng đường ruột ở người và động vật.
+ Candida albicans (ATCC 10231): là nấm men, thường gây bệnh tưa lưỡi
ở trẻ em và các bệnh phụ khoa.
- Môi trường nuôi cấy
MHB (Mueller-Hinton Broth), MHA (Mueller-Hinton Agar); TSB (Tryptic
Soy Broth); TSA (Tryptic Soy Agar) cho vi khuẩn; SDB (Sabourand-2%
dextrose broth) và SA (Sabourand- 4% dextrose agar) cho nấm.
- Cách tiến hành
17


Bước 1. Pha loãng mẫu thử:
Mẫu ban đầu được pha loãng trong DMSO và nước cất tiệt trùng thành một
dãy 4 nồng độ theo yêu càu và mục đích thử. Nồng độ thử cao nhất là 128µg/ml.
Bước 2. Thử hoạt tính:
Lấy 10µl dung dịch mẫu thử ở các nồng độ vào đĩa 96 giếng, thêm 200µl
dung dịch vi khuẩn và nấm có nồng độ 5.105 CFU/ml, ủ ở 37oC/24h.
Bước 3. Xử lý kết quả
- Giá trị IC50 được tính toán dựa trên số liệu đo độ đục của môi trường nuôi
cấy bằng máy quang phổ TECAN và phần mềm raw data.
ODtest - ODcontrol(+)
IC(%) = 100 x _________________________
ODcontrol(-) - ODcontrol(+)
Mẫu thô có giá trị IC<= 128  g/ml được xem là có hoạt tính.
2.3.6.2. Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào
Thiết bị nghiên cứu
Tủ ấm CO2 (INNOVA CO-170); Tủ cấy sinh học an toàn cấp II; Máy li tâm
(Universal 320R); Kính hiển vi ngược (Zeizz); Tủ lạnh sâu -25oC, -80oC; Buồng
đếm tế bào (Fisher, Hòa Kỳ); Máy quang phổ (Genios Tecan); Bình nito lỏng bảo
quản tế bào và các dụng cụ thí nghiệm thông thường khác;
- Các dòng tế bào
Các dòng tế bào ung thư ở người được cung cấp bởi ATCC gồm: KB (human
epidermic carcinoma), ung thư biểu mô, là dòng luôn luôn được sử dụng trong các
phép thử độ độc tế bào; Hep G2 (hepato cellular carcinoma) – ung thư gan; LU
(humanlung carcinoma) – ung thư phổi và MCF-7 (humanbreast carcinoma) – ung thư vú.

18


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×