Tổng hợp, nghiên cứu và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất hỗn hợp europi axit l-Glutamic, o-phenantrolin - Lê Hữu Thiềng

33 TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU VÀ THĂM DÕ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC CHẤT HỖN HỢP EUROPI AXIT L-GLUTAMIC, O-PHENANTROLIN Đến tòa soạn 10 - 9 - 2013 Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Thị Hoài Ánh, Ngô Thị Hoa Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên SUMMARY SYNTHESIS STUDY AND APPROACH ON BIOACTIVITY OF THE MIXED LIGAND COMPLEX OF EUROPIUM WITH L-GLUTAMIC ACID O- PHENANTROLINE The mixed ligand complex of europium with L-glutamic acid and o-phenanthroline was synthesized in ethanol aqueous solution. The structure of the complex has been recognized by the elemental analysis, IR spectra and thermal analysis methods. The complex have the formula Eu(Glu)3PhenCl3.3H2O. The antibacterial activity of complex was tested in vitro against three Gram-positiveamd, three Gram-negative bacterial and one type of fungus. The results of antibacterial activity test shows that this complex exhibit excellent antibacterial ability against Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Lactobacillus fermentum, Salmonea enterica, Escherichia coli and Candida albicans. Keyword: mixed ligand complex, L-glutamic acid, o-phenanthroline, europium. 1. MỞ ĐẦU Hiện nay, phức chất của các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) với các aminoaxit đƣợc quan tâm nghiên cứu tƣơng đối rộng rãi do chúng có hoạt tính sinh học [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]. Tuy nhiên phức chất hỗn hợp tạo nên giữa NTĐH, aminoaxit và phối tử hữu cơ trung hòa còn ít đƣợc nghiên cứu, đặc biệt là hoạt tính sinh học của chúng. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một số kết quả tổng hợp, nghiên cứu và thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất hỗn hợp Eu (III) axit L-glutamic, o-phenantrolin. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Tổng hợp phức chất Hòa tan axit L-glutamic (Glu) và o- phenantrolin (phen) (theo tỉ lệ mol Glu : phen = 3 : 1) trong dung môi nƣớc – etanol (1 : 1). Đun hỗn hợp dung dịch cho đến khi trong suốt. Thêm từ từ dung dịch EuCl3 trong etanol vào Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 19, Số 2/2014 34 hỗn hợp trên (theo tỉ lệ mol EuCl3 : Glu = 1: 3), dùng dung dich NaOH loãng điều chỉnh pH đến 6,5 đung hồi lƣu trong 6 giờ. Cô cách thủy hỗn hợp phản ứng đên khi xuất hiện váng bề mặt. Để nguội các tinh thể phức sẽ tách ra. Lọc rửa phức chất bằng axeton, bảo quản trong bình hút ẩm[8]. 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu - Hàm lƣợng (%) Eu trong phức chất đƣợc xác định bằng phƣơng pháp chuẩn độ Complexon, dung dịch chuẩn độ DTPA, chỉ thị asenazo (III) 0,1 %, dung dịch đệm có pH = 4,2. - Hàm lƣợng (%) C, N trong phức chất đƣợc xác định bằng phƣơng pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng (ICPMS) trên máy phân tích nguyên tố Truspec - CNS Leco (Mỹ). - Phổ hấp thụ hồng ngoại của các phối tử và phức chất ghi trên máy Mangna IR 760 Sepctrometer ESP Nicinet (Mỹ). Các mẫu đƣợc trộn đều, nghiền nhỏ và ép viên với KBr, ghi phổ trong vùng tần số từ 4004000 cm-1. - Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất đƣợc ghi trên máy DTG – 60H Shimazu (Nhật). Tốc độ nâng nhiệt của mẫu là 10oC/phút, trong không khí, khoảng nhiệt độ từ 30 - 800oC. - Thử hoạt tính kháng sinh của các phối tử, muối của Eu và phức chất đƣợc thực hiện tại Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, theo phƣơng pháp khuếch tán trên thạch, môi trƣờng Mucller - Hinton với 7 chủng khuẩn bổ sung dung dịch vi sinh vật kiểm định nồng độ 5.105 CFU/ml, ủ ở 37oC. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả phân tích thành phần phức chất Kết quả phân tích thành phần phức chất đƣợc chỉ ra ở bảng 1. Bảng 1. Hàm lượng (%) các nguyên tố Eu, C, N của phức chất Công thức giả thiết Eu C N LT TN LT TN LT TN Eu(Glu)3phenCl3.3H2O 16,27 16,21 34,72 34,05 7,50 6,98 LT: lí thuyết; TN: thực nghiệm Kết quả ở bảng 1 cho thấy hàm lƣợng nguyên tố (Eu, C, N) theo thực nghiệm khá phù hợp với kết quả tính theo công thức giả thiết (lí thuyết). Trong công thức giả thiết của phức chất số phân tử nƣớc xác định bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt. 3.2. Nghiên cứu phức chất bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt Giản đồ nhiệt và kết quả phân tích giản đồ nhiệt của phức chất chỉ ra ở hình 1 và bảng 2. 35 Hình1. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất Bảng 2. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của phức chất Phức chất Nhiệt độ pic ( o C) Hiệu ứng nhiệt Độ giảm khối lƣợng(%) Dự đoán cấu tử tách ra hoặc phân hủy Dự đoán sản phẩm cuối cùng LT TN Eu(Glu)3phenCl3.3H2O 125,03 Thu nhiệt 5,787 6,289 3H2O Eu2O3 482,24 Tỏa nhiệt - - - 80,003 37,867 30,642 4,916 79,714 cháy và phân hủy phức chất (-) Không xác định ; LT: lí thuyết; TN: thực nghiệm Nghiên cứu giản đồ nhiệt của phức chất, cho thấy trên đƣờng DTA có một hiệu ứng thu nhiệt tại 125,03oC và một hiệu ứng tỏa nhiệt tại 482,24oC. Qua tính toán độ giảm khối lƣợng phức chất trên đƣờng TGA (hình 1) cho thấy ở hiệu ứng thu nhiệt có xấp xỉ ba phân tử nƣớc tách ra. Nhiệt độ tách các phân tử nƣớc thấp và thuộc khoảng nhiệt độ tách nƣớc kết tinh của các hợp chất, chứng tỏ nƣớc có trong phức chất là nƣớc kết tinh. Tại hiệu ứng tỏa nhiệt (482.24oC) ứng với quá trình cháy và phân huỷ phức chất. Nhiệt độ phân hủy thấp, chứng tỏ phức chất kém bền nhiệt. Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của hiệu ứng tỏa nhiệt, độ giảm khối lƣợng của phức chất không đáng kể, có thể ở đây đã có sự hìn thành ueropi oxit (Eu2O3). 3.3. Nghiên cứu phức chất bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại 36 Hình 2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit Hình 3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của L-glutamic o-phenantrolin Phổ hấp thụ hồng ngoại của axit L- glutamic, o-phenantrolin và phức chất đƣợc chỉ ra ở các hình 2, 3, 4. Sự quy kết các dải hấp thụ đặc trƣng trong các phổ hồng ngoại dựa theo tài liệu [8]. Bảng 3. Các tần số hấp thụ đặc trưng (cm-1) của axit L-glutamic, o-phenantrolin và phức chất Hợp chất OH  3NH as  3NH s OOC as  OOC s  CC NC Axit L-glutamic - 3074,20 2742,04 1512,60 1259,43 - - o-phenantrolin - - - - - 1642,38 1584,01 Eu(Glu)3phenCl3.3H2O 3524,14 2977,25 2891,81 1558,10 1309,61 1634,77 1609,58 (-) Không xác định Trong phổ hồng ngoại của axit L-glutamic, dải hấp thụ ở các tần số 3074,20 cm-1; 2742,04 cm -1 quy kết tƣơng ứng cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm +NH3. Các dải hấp thụ ở các tần số 1512,60 cm-1 và 1259,43 cm-1 quy kết lần lƣợt cho dao động hóa trị bất đối xứng và đối xứng của nhóm COO-. 37 Hình 4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của phức Trong phổ hồng ngoại của o- phenantrolin, các dải hấp thụ ở các tần số 1642,38 cm-1; 1584,01 cm-1 quy kết lần lƣợt cho dao động hóa trị của C = C và C = N. So sánh phổ hồng ngoại của phức chất (hình 4) với phổ hồng ngoại của axit L- glutamic ở trạng thái tự do (hình 2) cho thấy các dải hấp thụ 3074,20 cm-1 và 2742,04 cm -1 đặc trƣng cho dao động hóa trị bất đối xứng ( 3NH as   ) và đối xứng ( 3 NH s   ) của nhóm NH3 + trên phổ axit L- glutamic tự do dịch chuyển về các vùng tần số tƣơng ứng 2977,25 cm-1; 2891,81 cm -1. Điều này chứng tỏ axit L- glutamic đã phối trí với ion Eu3+ qua nhóm amin. Các dải hấp thụ ở 1512,60 cm -1 ; 1259,43 cm -1 đặc trƣng cho dao động hóa trị bất đối xứng ( OOC as  ) và đối xứng ( OOC s  ) của nhóm COO- dịch chuyển lên các vùng tần số cao hơn tƣơng ứng 1558,10 cm -1 và 1309,61 cm -1 , chứng tỏ axit L-glutamic cũng đã phối trí với ion Eu3+ qua nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl. Ngoài ra, trên phổ của phức chất còn xuất hiện dải hấp thụ ở tần số 3524,24 cm -1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm OH- ( OH ) của nƣớc. Điều này chứng tỏ trong phức chất có chứa nƣớc và hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu phức chất bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt ở phần trên. So sánh phổ hồng ngoại của phức chất (hình 4 ) với hồng ngoại của o- phenantrolin ở trạng thái tự do (hình 3) cho thấy các dải hấp thụ ở 1642,38 cm- 1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của C = C ( CC ) và ở 1584,01 cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của C = N 38 ( NC ) trên phổ o-phenantrolin tự do dịch chuyển về các vùng tần số tƣơng ứng 1634,77 cm-1 và 1609,58 cm-1. Điều này chứng tỏ o-phenantrolin đã phối trí với Eu3+ qua hai nguyên tử nitơ. 3.4. Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các phối tử, muối kim loại và phức chất Kết quả đem thử với 4 mẫu gồm: 2 mẫu phối tử (axit L-glutamic, o- phenantrolin), 1 mẫu muối kim loại (EuCl3) và 1 mẫu phức chất trên 3 dòng vi khuẩn gram (+); 3 dòng vi khuẩn gram (-) và 1 dòng nấm đƣợc chỉ ra ở bảng 4. Bảng 4. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của axit L-glutamic, o-phenantrolin, muối europi và phức chất Tên chủng vi sinh vật kiểm định Tên mẫu L-glutamic EuCl3 o-phenantrolin Phức chất Giá trị IC50 ( mlg / ) G ra m (+ ) Staphylococcus aureus >128 >128 6,67 23,48 Bacillus subtilis >128 >128 20,12 75,59 Lactobacillus fermentum >128 >128 113,78 92,40 G ra m (- ) Salmonea enterica >128 >128 11,00 71,53 Escherichia coli >128 >128 17,19 20,37 Pseudomonas aeruginosa >128 >128 96,43 >128 N ấ m Candida albicans >128 >128 20,40 101,88 * Từ các giá trị IC50 mlg / trong bảng 4 có thể sơ bộ nhận xét: Hai dung dịch axit L-glutamic và muối EuCl3 có nồng độ gây chết 50% (IC50) vƣợt quá nồng độ thử cực đại nên có thể coi là không có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm, o-phenantrolin có khả năng kháng đƣợc 7 chủng khuẩn và nấm đem thử. Phức chất có khả năng kháng với loại vi khuẩn Staphylococcus aureus (IC50 = 23,48 mlg / ), Bacillus subtilis (IC50 = 75,59 mlg / ), Lactobacillus fermentum (IC50 = 92,40 mlg / ), Salmonea enterica(IC50 = 71,53 mlg / ), Escherichia coli (IC50 = 20,37 mlg / ) và Candida albicans 39 (IC50 = 101,88 mlg / ). Khả năng kháng khuẩn của phức chất đối với vi khuẩn Lactobacillus fermentum tốt hơn so với o- phenantrolin, 5 loại vi khuẩn và nấm còn lại thì yếu hơn o-phenantrolin. 4. KẾT LUẬN Đã tổng hợp đƣợc phức rắn của Eu3+ với axit L-glutamic và o-phenantrolin. Bằng các phƣơng pháp: phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt và quang phổ hấp thụ hồng ngoại có thể kết luận:  Phức chất có thành phần Eu(Glu)3phenCl3.3H2O.  Mỗi phân tử axit L - glutamic chiếm 2 vị trí phối trí trong phức chất, liên kết với ion Eu3+ qua nguyên tử nitơ của nhóm amin (-NH2) và qua nguyên tử oxi của của nhóm cacboxyl (-COO-). Phân tử o- phenantrolin cũng chiếm 2 vị trí phối trí trong phức chất, liên kết với Eu3+ qua 2 nguyên tử nitơ của dị vòng. Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm cho thấy phức chất có khả năng kháng đƣợc 6/7 chủng khuẩn và nấm đem thử. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. He Qizhuang, Yang Jing, Min Hui, Li Hexing Studies on the spectra and antibacterial properties of rare earth dinuclear complexes with L-phenylalanine and o-phennthrolỉne. Materials Letters 60, 317-320 (2006) . 2. Julia Torres, Carlos Kremer, Helana Pardo, Leopoldo Suescun, Alvaro Mombru, Jorge Castiglioni, Sixto Dominguez, Alfredo Mederos, Eduardo Kremer Preparation and crystal structure of new samarium complexes with glutamic acid. Journal of Molecular Structure 660, 99-106 (2003). 3. P.H.Brow et at, Rare earth elements biological sustem hand book on the physics and chemistry of rare earth. Vol. 13, 432- 453 (1990). 4. P.Idrasenan, M.Lakshmy, Synthesis and infrared spectral studies of some lanthanide complexes with Leucine. Indian Journal of chemistry. Vol.36A.998- 1000 (1997). 5. Celia R Carubelli, Ana M.G. Massabni and Sergio R deA.Leite, Study of the binding of Eu3+ and Tb3+ to L- phenylalaninae and L- tritophan. J Brazil. Chem. Soc, vol 18, N06, Brazil, 597- 602 (1997). 6. Moamen S. Refat, Sabry A. El-Korashy, AhmedS. Ahmed, Preparation, structural characterzation and biological evaluation of L-tyrosinate metal ion complexes. Journal of Molecular Structure 881 28-45 (2008). 7. T.S.Martins, A.A.S. Araujo, M.P.B.M. Araujo, P.C. Isolani,G.Vicentini, Synthesis, characterization and thermal analysis of lanthanide picrate complexes with glycine. Journal of Alloys and Compounds 344, 75- 79 (2002). 8. Yu Hui, He Qizhuang, Yang Jing, Zheng Wenjie (Synthesis, Characterization and Antibacterial properties of rare earth (Ce3+, Pr3+, Nd3+, Sm3+, Er3+) complexes with L- Aspartic acid and o-phenanthroline, Journal of rare earths, Vol.24, Spec. Issue, Dec 4 (2006)