Tổng hợp, nghiên cứu phức chất của zn(II) với thiosemicacbazon benzanđehit và dẫn xuất n(4)- Phenyl của nó - Trịnh Ngọc Châu

28 Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 19, Số 3/2014 TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU PHỨC CHẤT CỦA Zn(II) VỚI THIOSEMICACBAZON BENZANĐEHIT VÀ DẪN XUẤT N(4)- PHENYL CỦA NÓ Đến tòa soạn 14 - 2 – 2014 Trịnh Ngọc Châu Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Bích Hƣờng Khoa Khoa học cơ bản, Học viện Hậu cần Nguyễn Thị Quyên Trường Trung học phổ thông Hoàng Quốc Việt, Thành phố Bắc Ninh SUMMRY SYNTHESIS, STUDIES ON THE COMPLEXES OF Zn(II) WITH THIOSEMICARBAZONE BENZALĐEHYDE AND N(4)- PHENYL ITS DERIVATIVE Thiosemicarbazone benzaldehyde (Hthbz) and N(4) - phenyl thiosemicarbazone benzaldehyde (Hpthbz) react with zinc(II) in solution and present of NH3 to afford the complexes in form [ZnL2] (L is thbz or pthbz). These ligands and their complexes were synthesized characterized by means of elemental analysis, MS, 1 H- NMR and 13 C - NMR, IR, UV- Vis spectroscopy. The obtained results showed that Hthbz and Hpthbz coordinated to zinc(II) over N, S - donor atoms and two ligands are bidentate. The antibacterial activities of the ligands and their complexes were tested in vitro against three of positive bacteria types: Lactobacillus fermentum, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus and three of negative bacteria types: Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and one type of fungus, that is Candida albican. Keywords: thiosemicarbazone; Zn(II) complex; benzaldehyde. 1. MỞ ĐẦU Hoạt tính sinh học của các thiosemicacbazon và phức chất của chúng với kim loại chuyển tiếp đã đƣợc nghiên cứu từ rất lâu [7, 8]. Nhiều hợp chất loại này có khả năng kháng khuẩn [1, 10], khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thƣ [1, 9]. Các tác giả [3, 6] đã sử dụng phức chất của thiosemicacbazon để phân tích, phân tách hàm lƣợng kim loại trong các mẫu thực nhƣ tác giả [3] đã sử dụng phức chất củaZn(II) với N-etyl-3- cacbazolecacboxanđehit-3- 29 thiosemicacbazon để xác định Zn(II) trong thức ăn Nhiều tác giả đã chế tạo đƣợc các điện cực chọn lọc ion trên cơ sở các thiosemicacbazon hay sử dụng làm chất ức chế, ăn mòn kim loại [2, 5]. Để đóng góp vào hƣớng nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu phƣơng pháp tổng hợp, xác lập cấu tạo và thăm dò hoạt tính sinh học các phức chất của Zn(II) với thiosemicacbazon benzanđehit (Hthbz) vàN(4) - phenyl thiosemicacbazon benzanđehit. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Tổng hợp phối tử Hthbz và Hpthbz Hỗn hợp gồm 30 ml nƣớc cất đã đƣợc axit hoá bằng dung dịch HCl (pH: 1- 2) chứa 0,01 mol (0,91 g thiosemicacbazit hay 1,67g N(4)- metyl thiosemicacbazit và 20 ml dung dịch etanol chứa 0,01 mol benzanđehit (1,2 ml) đƣợc khuấy đều trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng. Sau một thời gian thấy tách ra kết tủa màu trắng mịn, tiếp tục khuấy thêm 2 giờ nữa. Lọc, rửa kết tủa trên phễu lọc đáy thuỷ tinh xốp, bằng nƣớc, hỗn hợp etanol - nƣớc, etanol và cuối cùng bằng đietyl ete. Sản phẩm đƣợc làm khô trong bình hút ẩm đến khối lƣợng không đổi. 2.2. Tổng hợp các phức chất Zn(thbz)2 và Zn(pthbz)2 Phức chất Zn(thbz)2 đƣợc tổng hợp bằng cách khuấy đều hỗn hợp của 0,001 mol (5 ml) dung dịch muối ZnCl2 0,2M đã đƣợc điều chỉnh môi trƣờng bằng dung dịch NH3 (pH = 9 - 10) và 40 ml etanol có hoà tan 0,002 mol (0,358 g Hthbz hay 0,51 g Hpthbz trên máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng. Sau một thời gian thấy từ dung dịch tách ra kết tủa màu trắng đối với Zn(thbz)2 và trắng ngà với Zn(pthbz)2, tiếp tục khuấy hỗn hợp này trong vòng 2 giờ. Sau đó, tiến hành lọc trên phễu lọc thuỷ tinh xốp, rửa bằng nƣớc cất, hỗn hợp etanol - nƣớc và cuối cùng bằng etanol. Sau khi lọc, rửa và làm khô trong bình hút ẩm. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất theo thực tế lần lƣợt nhƣ sau: Zn(thbz)2 - 15,69 %, Zn(pthbz)2 - 11,24 %. Theo lý thuyết lần lƣợt với công thức ZnC16H16N6S2- 15,44 %, ZnC28H24N6S2 - 11,19 %. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả phân tích phổ khối lƣợng Trên phổ MS của tất cả các phức chất của Zn(II) đều có pic với cƣờng độ lớn nhất và tỉ số m/z tƣơng ứng bằng 421 và 573 có trị số ứng đúng bằng khối lƣợng phân tử của các phức chất cộng thêm 1 đơn vị. Điều đó chứng tỏ đây là các mảnh ion phan tử do phức chất bị proton hóa ([M+H] +). Nhƣ vậy, công thức phân tử dự kiến của các phức chất đƣợc đƣa ra là hoàn toàn đúng, các phức chất đều là đơn nhân. Hình 1 là phổ khối lƣợng của phức chất Zn(thbz)2. 30 Hình 1. Phổ khối lượng của phức chất Zn(thbz)2 Biểu đồ 1. Cường độ tương đối của pic đồng vị giữa lý thuyết và thực nghiệm với phức chất Zn(thbz)2 Một bằng chứng khác cho thấy công thức phân tử giả định đƣa ra là đúng,thể hiện sự tƣơng đồng giữa cƣờng độ tƣơng đối của các pic đồng vị tính lý thuyết theo công thức phân tử của các phức chất bằng phần mềm ―Isotope distribution caculator‖ và trên phổ thực nghiệm (biểu đồ 1). 3.2. Kết quả phân tích phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1 H và 13 C của các phối tử và phức chất Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H và 13C của phức chất Zn(pthbz)2 đƣợc đƣa ra trên hình 2 và 3. Hình 2. Phổ 1H - NMR của phức chất Zn(pthbz)2 Hình 3. Phổ 13C - NMR của phức chất Zn(pthbz)2 Tín hiệu của proton nhóm N(2)H cộng hƣởng ở 11,41 và 11,81 ppm với tích phân là 1 trong phổ 1H- NMR của Hthbz và Hpthbz, do phối tử tồn tại ở trạng thái thion [4, 11]. Trong phổ của cả hai phức chất đều không thấy xuất hiện tín hiệu cộng hƣởng của proton nhóm này do xảy ra sự thiol hóa và phối trí đƣợc thực hiện qua nguyên tử S. Bằng chứng là C nhóm CS cộng hƣởng ở trƣờng cao hơn khi chuyển từ Hpthbz sang Zn(pthbz)2. Mặt khác, tín hiệu cộng hƣởng của C nhóm CN xuất hiện trên phổ 13C - NMR của Hpthbz ở 142,85 ppm nhƣng trong phổ của phức chất nó cộng hƣởng ở 150 ppm. Điều này đƣợc giải thích do hình thành liên kết phối trí giữa Zn(II) với S, N(1). Proton nhóm N (4) H trong phổ 1H - NMR trên phổ Hthbz xuất hiện với hai tín hiệu singlet ở 8,177; 7,969 ppm với tích phân là 1 và thay đổi không đáng kể về vị trí khi chuyển vào phức chất Zn(thbz)2 (8,19; 7,99 ppm) [4, 9, 10]. Trong phổ 1H - NMR của phối tử 31 Hpthbz proton này cộng hƣởng với 1 pic singlet ở 10,10 ppm, tích phân là 1 còn trong phức Zn(pthbz)2 cộng hƣởng ở 9,38 ppm. Tín hiệu singlet ở 8,05; 8,17 ppm trong phổ 1H - NMR của Hthbz đƣợc gán cho proton nhóm CHN và tín hiệu này không thay đổi khi chuyển vào phức chất Zn(thbz)2 và thay đổi không đáng kể trong phức chất Zn(pthbz)2. Các tín hiệu cộng hƣởng của các proton và cacbon còn lại thay đổi không đáng kể khi chuyển từ phối tử tự do vào phức chất tƣơng ứng và đƣợc liệt kê đầy đủ trên bảng 1. Bảng 1. Các tín hiệu cộng hưởng trên phổ 1H, 13 C - NMR của phối tử và phức chất tương ứng Qui kết Vị trí, ppm Hthbz Zn(thbz)2 Hpthbz Zn(pthbz)2 N (2) H - 11,41 (s, 1) - - 11,81 (s, 1) - - - N (4) H CS 8,18; 7,97 (s, 1) 177,98 8,19; 7,99 (s, 1) 10,10 (s, 1) 176,00 9,38 (s, 1) 172,95 HC = N 8,05 (s, 1) 142,21 8,05 (s, 1) 8,17 (s, 1) 142,85 8,15 (s, 1) 150,00 Ho (I) C v ò n g th ơ m 7,79; 7,79 (d, 2) 134,14; 128,59; 127,24; 129,76 7,80 (t, 2) 7,91; 7,90 (d, 2) 139,03; 127,99; 125,80; 129,98; 133,97; 127,58; 125,27; 128,59 7,87 (m, 2) 140,43; 132,10; 131,49; 131,37; 130,70; 128,75; 128,37; 128,31 Ho (II) - - 7,58 (d, 2) 7,67 (t, 2) Hp (I) 7,403 (chập, 3) 7,40 (t, 3) 7,43 (chập, 3) 7,61 (t, 1) Hm (I) 7,55 (t, 2) Hm (II) - - 7,37 (t, 2) 7,48 (m, 2) Hp (II) - - 7,21 (t, 1) 7,20 (t, 1) 3.3. Nghiên cứu phối tử và các phức chất bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại Trên phổ IR của các phối tử và phức chất đều không thấy xuất hiện dải dao động hóa trị đặc trƣng cho nhóm C = O và SH lần lƣợt ở khoảng 1650 - 1860 và 32 2550 - 2600 cm -1 . Sự vắng mặt này cho thấy phản ứng ngƣng tụ đã xảy ra và phối tử tồn tại ở trạng thái thion ở điều kiện ghi phổ. Xét về hình dạng, phổ của phối tử và phức chất có sự khác biệt rõ rệt, chứng tỏ phức chất đã đƣợc tạo thành. Sự thay đổi rõ rệt nhất là vùng trên 3000 cm-1, có các dải hấp thụ đặc trƣng cho nhóm NH và sự xuất hiện dải dao động hóa trị đặc trƣng cho nhóm N(2) = C ở 1590 và 1591 cm -1 trên phổ IR của phức chất Zn(thbz)2 và Zn(pthbz)2. Sự chuyển dịch về phía số sóng thấp hơn của dải dao động hóa trị đặc trƣng cho nhóm CS (từ 947 cm -1 trong Hthbz về 700 cm-1 trong Zn(thbz)2 và từ 943 cm -1 trong Hpthbz về 706 cm-1 trong Zn(pthbz)2) là do xảy ra sự thiol hóaafphoois tử khi tạo phức và liên kết phối trí đƣợc tạo thành qua nguyên tử S. Sự chuyển dịch về số sóng thấp hơn của dải dao động hóa trị đặc trƣng cho nhóm CN(1) từ 1596 cm-1 trong Hthbz về 1541 cm-1 trong Zn(thbz)2 và 1592 cm -1 trong Hpthbz về 1570 cm -1 trong Zn(pthbz)2, CNN (1) từ 1446 cm -1 trong Hthbz về 1379 cm-1 trong Zn(thbz)2 và 1444 cm -1 trong Hpthbz về 1385 cm-1 trong Zn(pthbz)2 là bằng chứng cho thấy phối trí đƣợc thực hiện qua nguyên tử N(1). Từ tất cả các phân tích trên có thể đƣa ra công thức cấu tạo của các phức chất nhƣ sau: 3.4. Kết quả thử hoạt tính sinh học của phối tử và các phức chất Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nâm của 02 phối tử và 02 phức chất trong công trình này đƣợc nghiên cứu dựa trên phƣơng pháp pha loãng đa nồng độ. Mức độ kháng vi sinh vật kiểm định và nấm của các mẫu thử đƣợc đánh giá qua giá trị IC50 (50% inhibitor concentration - nồng độ ức chế 50%) trên 3 dòng vi khuẩn Gram (+): Lactobacillus fermentum, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, 3 dòng vi khuẩn Gram (-): Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa và 1 dòng nấm là:Candida albican. Nồng độ các chất thử nghiệm đều là 128  g/ml. Kết quả thử cho thấy các mẫu đem thử đều chƣa thể hiện hoạt tính kháng sinh ở nồng độ và các chủng khuẩn đem thử. Kết quả này là dữ kiện thực nghiệm cung cấp cho lĩnh vực nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu tạo và hoạt tính sinh học của các hợp chất trên cơ sở thiosemicacbazon sau này. 33 4. KẾT LUẬN Đã tổng hợp và đƣa ra công thức cấu tạo, nghiên cứu hoạt tính sinh học của 02 phối tử Hthbz, Hpthbz và 02 phức chất Zn(thbz)2, Zn(pthbz)2. Kết quả nghiên cứu hoạt tính sinh học cho thấy các hợp chất tổng hợp đƣợc chƣa thể hiện hoạt tính sinh học với các dòng khuẩn và nấm ở nồng độ đem thử. Công trình này được hoàn thành nhờ sự tài trợ kinh phí của đề tài QG 12.04, ĐHQG Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Duraippandi Palanimuthu, Ashoka G. Samuelson, ―Dinuclear zinc bis(thiosemicarbazone) complexes: Synthesis, in vitro anticancer activity, cellular uptake and DNA interaction study‖, Inorganica Chimica Acta, 408, pp. 152 – 161(2013). 2. K. Stanly Jacob, Geetha Parameswaran, ―Corrosion inhibition of mild steel in hydrochloric acid solution by Schiff base furointhiosemicarbazone‖, Corrosion Science, 52 (1), pp. 224 - 228(2010). 3.K. Janardhan Reddy, J. Rajesh Kumar, C. Ramachandraiah, T. Thriveni, ―Spectrophotometric determination of zinc in foods using N-ethyl 3- carbazolecarboxaldehyde-3- thiosemicarbazone: Evaluation of a new analytical reagent‖, Food Chemistry, 101, pp. 585 – 591 (2007). 4. Mohammad Akbar Ali, Aminul H. Mirza, Jy D. Chartres, Paul V. Bernhardt, ―Synthesis, characterization and X-ray crystal structures of seven- coordinate pentagonal-bipyramidal zinc(II), cadmium(II) and tin(IV) complexes of a pentadentate N3S2 thiosemicarbazone‖, Polyhedron, 30 (2), pp. 299 – 306(2011). 5. S.I. Orysyk, V.V. Bon, O.O. Obolentseva, Yu. L. Zborovskii, V.V. Orysyk, V.I. Pekhnyo, V.I. Staninets, V.M. Vovk, ―Corrosion inhibition of mild steel in hydrochloric acid solution by Schiff base furointhiosemicarbazone‖, Inorganica Chimica Acta, 382, pp. 127 – 138(2010). 6. S. Adi Narayana Reddy, K. Janardhan Reddy, Lee Kap Duk, A. Varada Reddy, ―Evaluation of 2,6-diacetylpyridinebis- 4-phenyl-3-thiosemicarbazone as complexing reagent for zinc in food and environmental samples‖, Journal of Saudi Chemical Society, In Press, Corrected Proof, pp. 215 – 220(2012). 7. Subhash Padhye, Ge orge B. Kauffman, ―Transitation metal complexes of semicarbazone and thiosemicarbazone‖, Coordination Chemistry Reviews, 63, pp. 127 – 160 (1985). 8. Suryanarayana R.V. and Brahmaji R.S., ―Polarographic and spectrophotometric studies of cobalt(II) thiosemicarbazide system‖, Journal of Electroanalytical chemistry, 96, pp. 109 – 115 (1979). 9. P. S. Tatjana, Dimitra Kovala- Demertzi, Alexandra Primikyri, ―Zinc(II) complexes of 2-acetyl pyridine 1-(4-fluorophenyl)-piperazinyl thiosemicarbazone: Synthesis, spectroscopic study and crystal 34 structures - Potential anticancer drugs‖, Journal of Inorganic Biochemistry, 104, pp. 467 – 476 (2010). 10. T.A. Yousef, G.M. Abu El-Reash, M. Al-Jahdali, El-Bastawesy R. El- Rakhawy, ―Structural and biological evaluation of some metal complexes of vanillin- 4 N-(2- pyridyl)thiosemicarbazone‖, Journal of Molecular Structure, 1053, pp. 15 – 21(2013). 11. Tülay Bal-Demirci, ―Synthesis, spectral characterization of the zinc(II) mixed - ligandcomplexes of N(4)-allyl thiosemicarbazones and N,N,N’,N’ - tetramethyl ethylene diamine, and crystal structure of the novel [ZnL2(tmen)]‖ compound‖, Polyhedron, 27, pp. 440 – 446 (2008). NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ XÚC TÁC AXIT RẮN.(tiếp theo tr.15) biodiesel from Jatropha oil catalyzed by nanosized solid basic catalyst. Energy 1-8 (2011). 5. Yan S, Salley SO, Simon Ng KY.Simultaneous transesterification and esterification of unrefined or waste oils over ZnO/La2O3 catalysts. Appl Catal A 353 ,pp.203-212(2009). 6.Qianhe Liu,Lei Wang, Congxin Wang, Wei Qu, Zhijian Tian. The effect of lanthanum doping on activity of Zn-Al spinel for transesterification. Applied Catalysis B: EnvironmentalVolumes 136–137, 5 June 2013, Pages 210–217 (2013). 7. Zong, M.H., Duan, Z.Q., Lou, W.Y., Smith, T.J., Wu, H. Preparation of a sugar catalyst and its use for highly efficient production of biodiesel. Green Chemistry, Vol.7, pp.434-437 (2007) 8. Bharatkumar Z. Dholakiya. Super Phosphoric Acid Catalyzed Biodiesel Production from Low Cost Feed Stock.Archives of Applied Science Research, 4 (1):551-561 (2012). 9. Maria I. Martins*, Ricardo F. Pires, Magno J. Alves, Carla E. Hori, Miria H. M. Reis, Vicelma L. Cardoso. Transesterification of Soybean Oil for Biodiesel Production Using Hydrotalcite as Basic Catalyst.Chemmical engineering transactions vol.32. 817-822(2013). 10. M. Canakci, J. Van Gerpen. Biodiesel production via acid catalysis. American Society of Agricultural Engineers1 203- 1210(1999).