Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới: Cô giáo: NCS - Th.S Phan Thị Hồng Tuyết đã giao đề tài, tận tình hớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Các Thầy - Cô giáo trong khoa Hoá, phòng thí nghiệm Hoá vô cơ trờng Đại học Vinh, Trung tâm kiểm nghiệm dợc phẩm và mỹ phẩm Nghệ An, Viện hoá học - Trung tâm KHTN và Công nghệ quốc gia đã giúp đỡ tôi trong quá trình tiến hành thí nghiệm và xử lý kết quả thu đợc của đề tài. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn tới các bạn bè và ng ời thân đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành đề tài. Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Duyên Khoá luận tốt nghiệp Đại học Mở đầu Cùng với sự tiến bộ của khoa học nói chung và hoá học nói riêng, hoá học phối trí của các kim loại chuyển tiếp ngày càng phát triển nhanh. Gần đây, các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy rằng thiosemicacbazit và phức chất của nó có hoạt tính sinh học khá mạnh, chúng có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn cũng nh ức chế sự phát triển của các tế bào ung th. Khả năng tạo phức của thiosemicacbazit lớn đặc biệt là ở hai nguyên tử cho là N và S. [9]. Tuy nhiên, số công trình nghiên cứu còn cha nhiều và đặc biệt là công trình nghiên cứu một cách đầy đủ quá trình tổng hợp, thăm dò hoạt tính sinh học, xác định thành phần, cấu trúc và tính chất còn ít. Trong số các nguyên tố chuyển tiếp, coban là kim loại có khả năng tạo phức mạnh, đồng thời phức chất của nó đợc nghiên cứu đầu tiên và tơng đối tỉ mỉ.[18] Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi chọn đề tài Tổng hợp và thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của phức Co(III) với thiosemicacbazit làm khoá luận tốt nghiệp đại học. Nhiệm vụ của đề tài là: 1. Tìm phơng pháp tổng hợp và tổng hợp phức chất của Co(III) với thiosemicacbazit. 2. Nghiên cứu xác định thành phần và cấu tạo của phức rắn bằng phơng pháp phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt, phơng pháp hồng ngoại. 3. Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của phức Co(III) với thiosemicacbazit. Chuyên ngành Hoá vô cơ 2 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Phần I: tổng quan I. Coban và hợp chất I.1. Khái quát chung: [1, 5, 7] Coban có cấu hình [Ar] 3d 7 4s 2 . Trên trái đất coban thờng gặp dới dạng một đồng vị bền, tuy nhiên ngời ta đã điều chế đợc một số lớn đồng vị phóng xạ nhân tạo. ở dạng đơn chất, coban là kim loại màu trắng xám, ánh kim, so với sắt, coban cứng và dòn hơn. Coban có nhiệt độ nóng chảy 1493 0 C và nhiệt độ sôi 3100 0 C, khối lợng riêng d = 8,9 g/cm 3 , có độ dẫn điện bằng 10 (Hg = 1). Về hoạt tính hoá học: Coban có khả năng tạo nhiều hợp chất khác nhau. Khi đun nóng coban phản ứng với hầu hết các phi kim tạo thành các hợp chất muối, các hợp chất kim loại, dung dịch rắn với hiđrô, bo và cacbon. Coban tạo thành dung dịch rắn với nhiều kim loại. I.2. Khả năng tạo phức của Co(III).(d 6 ): [7] Co 3+ có cấu hình e: [Ar]3d 6 Co có khả năng tạo phức với số phối trí 4 hoặc 6. Ngời ta đã biết rất nhiều phức chất của Co(III), các phức chất này dễ tạo nên và tham gia tơng đối chậm vào những phản ứng trao đổi phối tử cho nên nó đã đợc nghiên cứu kỹ lỡng từ thời Vecne và Jogenxen. Phần lớn những quan niệm về đồng phân, những kiểu phản ứng và tính chất của phức bát diện ra đời trên cơ sở nghiên cứu những phức chất của Co(III). Hầu hết các phức chất của Co(III) có cấu hình bát diện còn phức chất tứ diện rất hiếm. Tất cả các ion phức bát diện nh [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ ; [Co(CN) 6 ] 3+ ; [Co(NO 2 ) 6 ] 3+ ; đều là nghịch từ, trừ một số ngoại lệ duy nhất là [CoF 6 ] 3- là thuận từ với 4 electron độc thân. Phơng pháp chung để điều chế phức Co(III) là ôxi hoá muối Co(II) trong dung dịch bằng O 2 hay H 2 O 2 khi có mặt chất xúc tác có hoạt tính bề mặt (nh than hoạt tính) và phối tử. Chuyên ngành Hoá vô cơ 3 Khoá luận tốt nghiệp Đại học 4 CoCl 2 + 4 NH 4 Cl + 20 NH 3 + O 2 C 4 [Co(NH 3 ) 6 ] Cl 3 + 2 H 2 O 2 Co[(NH 3 ) 6 ]Cl 2 + H 2 O 2 + 2 NH 4 Cl = 2 [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 + 2 H 2 O + 2 NH 3 Khi ôxi hoá dung dịch [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 2 , trong sản phẩm kết tủa thu đợc ngoài muối màu vàng [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 còn có mặt ít kết tủa màu hồng của [Co(NH 3 ) 5 H 2 O]Cl 3 và màu đỏ của [Co(NH 3 ) 5 Cl]Cl 2 . Việc tạo phức với vài phối tử trong cầu nội là một đặc điểm của ion Co(III). Ngoài những phức đơn nhân ngời ta còn biết nhiều phức chất đa nhân của ion Co(III), trong đó cầu nội giữa các Co 3+ có thể là OH - , O 2 2- , NH 2 - . Ví dụ: [(NH 3 ) 5 Co-O-O-Co(NH 3 ) 5 ] 4+ ; [(CN) 5 Co-O-O-Co(CN) 5 ] 6- Phức chất Co(III) bền hơn phức chất Co(II). Ví dụ amoniacat Coban (III) rất bền hơn amoniacat Coban (II). Amoniacat Coban (II) dễ bị thuỷ phân: [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 2 + 2 H 2 O Co(OH) 2 + 4NH 3 + 2NH 4 Cl Vì thế chúng chỉ tồn tại trong nớc khi dung dịch có d NH 3 và NH 4 Cl. Trong đó amoniacat Coban (III) không những bền trong nớc mà cả trong dung dịch HCl đặc và chỉ phân huỷ khi tác dụng với dung dịch H 2 S. Hằng số bền của [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ là 2,45.10 4 và của [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ là 10 35 . Nguyên nhân của tính bền nhiệt động khác nhau nhiều nh vậy không phải chỉ ở chỗ ion Co 3+ đóng góp phần tĩnh điện lớn hơn trong liên kết hoá học ở phức chất, mà còn vì ion Co 3+ có cấu hình 3d 6 đóng góp phần cộng hoá trị lớn hơn so với ion Co 2+ có cấu hình 3d 7 . Sự kết hợp cả phần tĩnh điện và cộng hoá trị trong phức chất Co(III) là cho độ bền của phức Co(III) vợt gấp bội độ bền của phức chất Co(II). Natrihexanitrocabantat (Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ]) một thuốc thử trong phòng thí nghiệm hoá học, là chất dạng bột, màu vàng, tan trong nớc, đợc dùng để định lợng K + , Rb + , Cs + vì những hợp chất K 3 [Co(NO 2 ) 6 ], Rb 3 [Co(NO 2 ) 6 ] và Cs 3 [Co(NO 2 ) 6 ] là những kết tủa màu vàng ít tan trong nớc, rợu, ete. Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] đợc điều chế bằng tác dụng của muối Co(II) với dung dịch đặc của NaNO 3 và CH 3 COOH 50%. CoCl 2 + 7 NaNO 2 + 2 CH 3 COOH = Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] + NO + 2NaCl + H 2 O + 2 CH 3 COONa. Chuyên ngành Hoá vô cơ 4 Khoá luận tốt nghiệp Đại học I.3. Vai trò sinh học của coban (hoạt tính sinh học của các hợp chất coban) [1,2]: Co là nguyên tố có hoạt tính sinh học. 60 Co đợc dùng rộng rãi trong y học để chống bệnh ung th (đại bác ung th). Vitamin B12 xiano cobalamin: C 63 H 88 CoN 14 O 14 P. Trong cơ thể ngời và động vật nó đợc các vi sinh vật ở ruột tổng hợp từ đó chuyển vào các cơ quan, tích lũy ở thận, gan và thành ruột. Vitamin B12 là một chất chống thiếu máu tốt nhất. Nó có tác dụng tốt đối với sự tích luỹ trong các hồng cầu các hợp chất chứa các nhóm sunfhiđryl, tham gia vào sự chuyển hoá các chất lipit và gluxit. Nó có tác dụng tốt đối với chức phận của gan và của hệ thống thần kinh. II. thiosemicacbazit: tính chất, khả năng tạo phức, hoạt tính sinh học. [3,9]. II.1. Thiosemicacbazit: Thiosemicacbazit là chất kết tinh màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 181 ữ 183 0 C. Công thức cấu tạo: H H a = 118,8 0 N (3) b = 119,7 0 H c = 121,5 0 N (2) N (1) d = 122,5 0 H C H S Khối lợng mol nguyên tử: M = 91,13 gam . Công thức phân tử: CH 5 N 3 S. Các nguyên tử N (1) , N (2) , N (3) , C và S hầu nh nằm trên một mặt phẳng. Liên kết C-S có độ bội lớn hơn hai, liên kết C-N (1) và C-N (2) có độ bội lớn hơn một, còn các liên kết khác có độ bội gần bằng 1. Chuyên ngành Hoá vô cơ 5 a b c d Khoá luận tốt nghiệp Đại học Thiosemicacbazit là phối tử có tính bazơ, khi ở pH cao, có thể tồn tại dạng cân bằng tautome. NH 2 C NH NH 2 NH 2 C N NH 2 S SH Thiosemicacbazit có khả năng ngng tụ với các hợp chất cacbonyl để tạo thành thiosemicacbazon. ở trạng thái rắn, trong phân tử thiosemicacbazit cũng nh phân tử thiosemicacbazon, nguyên tử S và N (1) nằm ở vị trị trans với nhau qua liên kết C, N nguyên nhân của hiện tợng này là do có sự xuất hiện liên kết N (1) H N (3) . II.2. Khả năng tạo phức: Jensen là ngời đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit. ông đã tổng hợp và nghiên cứu các phức chất đồng (II), niken (II), coban (II) và đã chứng minh rằng trong các hợp chất này, thiosemicacbazit phối tử hai càng qua nguyên tử lu huỳnh và nitơ của nhóm hiđrazin. Trong quá trình tạo phức phân tử thiosemicacbazit có sự chuyển từ cấu hình trans sang cấu hình cis, đồng thời xảy ra di chuyển nguyên tử H của nhóm imin sang nguyên tử lu huỳnh. H H N (3) H H H N (3) N (2) N (1) H C H N (2) SH S C N (1) H H Nguyên tử hiđrô này bị thay thế bởi kim loại, do đó tạo thành hợp chất nội phức theo sơ đồ: Chuyên ngành Hoá vô cơ 6 Khoá luận tốt nghiệp Đại học H 2 H 2 N N N N M H 2 N C S S C NH 2 Sau công trình của Jensen là hàng loạt các thông báo về sự tạo phức của thiosemicacbazit với các kim loại chuyển tiếp khác. Tuy nhiên, mãi tới năm 1960 của thế kỷ XX, việc nghiên cứu phức chất của kim loại chuyển tiếp mới trở thành hệ thống. Khi nghiên cứu sự tạo phức của thiosemicacbazit với Cu 2+ , Mk.Amelti và MI kentbon đã đa ra các công thức Cu(Hthcs) 2 X 2 (X: Cl, NO 3 - , ClO 4 - , 2 1 SO 4 2- ). Bằng phơng pháp từ hoá, phổ hấp thụ electron, phổ hồng ngoại đã chứng minh đợc rằng các gốc axit trên đều liên kết trực tiếp với kim loại và thiosemicacbazit liên kết trực tiếp với các ion trung tâm qua nguyên tử S và N của nhóm hidrazin. Do vậy ngời ta đã gán cho các phức này cấu hình bát diện. Mặt khác, khi nghiên cứu các phức của niken Ni(Hthsc) 2 X 2 các tác giả nhận thấy nếu X = Cl - , Br - , I - thì các hợp chất là nghịch từ, còn nếu X = CNS - , NO 2 thì các hợp chất thuận từ. Nh vậy các hợp chất kiểu thứ nhất có cấu tạo kiểu vuông phẳng còn phức chất kiểu thứ 2 có cấu tạo kiểu bát diện. Các dữ kiện phổ hồng ngoại đã xác nhận sự liên kết trực tiếp của các nhóm CNS - và NO 2 với nguyên tử niken trung tâm trong các phức chất bát diện. II.3. Hoạt tính sinh học của thiosemicacbazit và phức chất: Thiosemicacbazit, thiosemicacbazon và phức chất của chúng có nhiều tính chất quý, đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế. Tuy nhiên, tính chất đáng chú ý là hoạt tính sinh học của chúng. Đó là khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, sự ức chế phát triển của các dòng tế bào. Ngày càng có nhiều nhà khoa học quan tâm đến loại hợp chất này vì khả năng ứng dụng của chúng vào lĩnh vực y học. Chuyên ngành Hoá vô cơ 7 Khoá luận tốt nghiệp Đại học III. phơng pháp nghiên cứu : iii.1. Phơng pháp phân tích nguyên tố [16]: Phân tích nguyên tố là phân tích thành phần phần trăm các nguyên tố có trong phức. Vì điều kiện của phòng thí nghiệm, chúng tôi chỉ phân tích hàm lợng kim loại: Cân một lợng chính xác phức chất (m(g)) trên cân phân tích, tro hoá mẫu bằng axit H 2 SO 4 đặc nóng (axit mạnh). Hoà tan chất rắn thu đợc bằng dung dịch HCl 1M (loãng), sau đó pha đến thể tích V chính xác trong bình định mức. Tính toán số miligam ion kim loại có trong mẫu, tính khối lợng kim loại và phần trăm kim loại trong phức chất. - Số milimol ion kim loại M trong mẫu = V V V n M EDTA . 10. 2 + - Số miligam ion kim loại M trong mẫu = M M EDTA A V VV n . .10. 2 + - % M theo thực nghiệm = (%)100. 1000 10. 2 mV AVV n M MEDTA + Trong đó: - Các thể tích đo bằng ml. - V EDTA : Thể tích dung dịch EDTA tiêu tốn trong chuẩn độ. - + n M V : Thể tích mẫu lấy để chuẩn độ. - V: Thể tích dung dịch pha đợc. - A M : Khối lợng nguyên tử của kim loại M . - m: Khối lợng mẫu lấy phân tích. III.2. Phơng pháp phổ hồng ngoại [4,16,19]: Quang phổ hấp thụ hồng ngoại là nguồn thông tin quan trọng khi nghiên cứu về cấu tạo, vai trò và mức độ thay đổi của các phối tử khi nó tham gia phối trí tạo phức chất, về sự đối xứng của cầu phối trí và độ bền liên kết kim loại phối tử. Những biến đổi đó có thể đợc phản ánh trực tiếp trong phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất. Trong các công trình nghiên cứu cấu trúc của phức chất dựa vào phổ hồng ngoại đợc thực hiện bởi sự gán ghép các dải dựa trên cơ sở tính toán các dao động chuẩn. Tuy nhiên, trong đa số các công trình nghiên cứu phổ hồng ngoại của các Chuyên ngành Hoá vô cơ 8 Khoá luận tốt nghiệp Đại học complexon và các phức chất của chúng với các kim loại, sự gán ghép các dải mang tính chất kinh nghiệm. Để đánh giá bản chất của liên kết trong phức chất giữa kim loại M và phối tử L, ngời ta thờng so sánh với phổ của R n L hay Na n L có bản chất là liên kết ion và với phổ R-L (R:ankyl hay hiđrô) có bản chất liên kết chủ yếu là cộng hoá trị. Trên cơ sở sự so sánh này ngời ta tính toán đợc mức độ cộng hoá trị của liên kết kim loại phối tử trong phức. Sau đây là một vài tần số đặc trng của các liên kết: C-N, N-N, N-H, C=S. - Các tần số: HN , HN : Các dải dao động hoá trị của các liên kết N-H trong phổ của các amin nằm trong vùng 3500 3300 cm -1 , các dao động biến dạng nằm trong vùng khoảng 1600cm -1 . Theo Nakamoto trong phổ các phức, dải HN rộng hơn còn các giá trị tần số của chúng thấp hơn trong phổ các amin. Các giá trị này đợc sử dụng để xác định đặc tính của liên kết M-N trong phức. Dựa vào mức độ giảm HN trong phổ của các phức so với phổ của các muối của natri và kali có thể đánh giá về độ bền của liên kết M-N, sự dịch chuyển này càng lớn, liên kết càng bền. - Cần tần số NC : Dựa vào các phổ hồng ngoại của EDTA, NTA, IMDA và các phức của chúng, dải NC nằm trong vùng 1050 ữ 1150 cm -1 . Trong phổ của các muối kali của các complexon giá trị NC lớn hơn phổ của các complexonat. Điều này đợc giải thích bởi sự tồn tại ở các compexonat liên kết phối tử M-N. Sự dịch chuyển này càng lớn liên kết tạo thành càng bền. - Các tần số SC = : Các dải dao động hoá trị của các liên kết C=S nằm trong khoảng 1000 - 200 cm -1 . Trong phức thioxyano (chứa nhóm NCS) thấy có cả hai kiểu liên kết: qua N và qua S. Tần số CN khi phối tử qua nitơ thấp hơn khi phối tử qua lu huỳnh. Chuyên ngành Hoá vô cơ 9 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Tần số SC và tần số dao động biến dạng NCS thì ngợc lại: khi phối trí qua nitơ chúng tơng ứng là 720 690 cm -1 và 440 400cm -1 . Kết hợp với các kết quả phân tích Rơnghen ngời ta rút ra nhận xét là: Những kim loại thuộc dãy chuyển tiếp thứ nhất (V, C, Co, Ni, Cu, Zu) thờng tạo liên kết với nhóm thioxyano qua N (liên kết M-N), còn các kim loại chuyển tiếp thuộc nửa thứ hai dảy chuyển tiếp thứ hai và thứ ba nh Rb, Pd, Ag, Cd, Pt, Hg thờng tạo liên kết phối trí qua lu huỳnh (liên kết M-S). Nhóm NCS đầu mút hấp thụ ở 2120 2100 cm -1 , còn nhóm NCS cầu nối hấp thụ ở 2182 2150 cm -1 , ngoài ra ngời ta còn chứng tỏ rằng nhóm NCS cầu nối có thể liên kết với một nguyên tử kim loại qua N và với nguyên tử kim loại kia qua S hoặc cũng có thể liên kết với cả hai nguyên tử kim loại chỉ qua S. III.3. Phơng pháp phân tích nhiệt [16]: Bao gồm một nhóm các kỹ thuật cho phép xác định đợc các tính chất vật lý đặc trng cho vật liệu theo sự biến đổi của nhiệt độ. Phạm vi ứng dụng của kỹ thuật phân tích nhiệt khá rộng do lợng thông tin mà kết quả của sự phân tích nhiệt đối với vật liệu khá phong phú, chẳng hạn nhiệt lợng và nhiệt độ của các quá trình biến đổi, sự thay đổi khối lợng, kích thớc, thành phần, độ bền, độ cứng, độ nhớt Kỹ thuật phân tích nhiệt đợc sử đụng để nghiên cứu phức trong đề tài là: Phân tích nhiệt trong lợng (TGA), phân tích nhiệt vi sai (DTA) và xác định hiệu ứng nhiệt (DSC). III.3.1. Phân tích nhiệt vi sai (DTA): Nguyên lý chung của kỹ thuật DTA là phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ của mẫu trong quá trình thực hiện chơng trình nhiệt độ bằng cách đo và so sánh. Nhờ phơng pháp DTA ngời ta có thể nghiên cứu các quá trình xảy ra trong hệ là thu hay toả nhiệt. Chẳng hạn nh quá trình chuyển hoá, hấp thụ, giải hấp, hoá hơi, đêhiđrat hoá th ờng là thu nhiệt. Còn các quá trình cháy, oxi hoá, tinh thể hoá, hấp thụ, cháy, polyme hoá, phản ứng xúc tác, th ờng là toả nhiệt. Thiết bị DTA gồm các bộ phận chính sau: - Lò nhiệt Chuyên ngành Hoá vô cơ 10 . thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của phức Co(III) với thiosemicacbazit làm khoá luận tốt nghiệp đại học. Nhiệm vụ của đề tài là: 1. Tìm phơng pháp tổng hợp và. tạo phức: Jensen là ngời đầu tiên tổng hợp và nghiên cứu các phức chất của kim loại chuyển tiếp với thiosemicacbazit. ông đã tổng hợp và nghiên cứu các phức