Luận văn Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng của phức chất lysine với một số kim loại sinh học

ới công thức H3[Ln(Trp)3(NO3)3].3H2O với Ln: Sm, Gd, Tb và H3[Pr (Trp)3 (NO3)3 ].2H2O. Mỗi phân tử L – Tryptophan chiếm hai vị trí trong cầu nội phức chất, liên kết giữa phối tử và các ion đất hiếm đƣợc thực hiện qua nguyên tử nitơ của nhóm amin và nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl) [14]. Nhóm nghiên cứu của PGS. Trần Thị Đà và GS. Nguyễn Hữu Đĩnh tại Khoa Hóa Học, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà Nội đã nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc, tính chất và ứng dụng của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ nhƣ hợp chất dị vòng oxadiazole, triazole, thiazoline, indole, quinolin và hợp chất đồng vòng có trong tinh dầu thực vật, các amino axit, các gốc axit hữu cơTuy nhiên, các nghiên cứu về tổng hợp và ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu với các kim loại sinh học chƣa thấy công bố trƣớc đây. 17 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Thực nghiệm 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm * Hóa chất - L – Lysine monohydrochloride, EDTA, ET – OO, pepsin, glucoza. - Cu(CH3COO)2.H2O, Zn(CH3COO)2, FeCl3.H2O, MnCl2.4H2O, MgSO4.7H2O. - HCl đặc (36,5%), H2SO4 đặc (98%), axit sufosalixylic, dung dịch Na2S2O3, NaOH viên, tinh thể KOH, hồ tinh bột, (NH4)2S2O8, AgNO3, FeSO4, NaCl, KCl, CaCl2, KH2PO4, KNO3, NaHCO3. - Dung môi: nƣớc cất, etanol 98%, axeton; Giấy lọc băng vàng, giấy đo pH. Các hóa chất có độ tinh khiết PA. * Dụng cụ - Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt: 80 ml, 100 ml; lọ chịu nhiệt 30 ml. - Phễu thủy tinh, buret, bình định mức 50 ml, 100 ml, 1000 ml; pipet 5 ml, 10 ml, 20 ml. - Máy khuấy từ, máy lọc hút chân không, máy đo pH. - Tủ sấy, tủ lạnh, bình hút ẩm, lò nung, cân phân tích 4 số. 2.1.2. Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH Chuẩn độ riêng rẽ 50 ml dung dịch phối tử L (L: lysine) bằng dung dịch KOH 5.10 -2 M trong điều kiện không và có mặt ion kim loại Mn+ lấy theo tỷ lệ mol M n+ : L là 1:2 đối với trƣờng hợp Mn+ là: Cu2+, Zn2+, Mn2+ và 1:3 khi Mn+ là Fe3+, với nồng độ Mn+ bằng 10-3M, lực ion trong các thí nghiệm là 0,1 (dùng dung dịch KNO3 1M để điều chỉnh lực ion). Tiến hành chuẩn độ ở nhiệt độ phòng 30 ± 1 o C. Kết quả thu đƣợc đƣợc trình bày ở bảng 3.1, bảng 3.2 và hình 3.1. 2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo phức *Ảnh hưởng của nhiệt độ 18 Sử dụng phƣơng pháp phổ UV – Vis để khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp CuLys2. Các thí nghiệm phản ứng giữa Cu(Ac)2 và HLys theo tỉ lệ 1:2 đƣợc thực hiện trong cùng một khoảng thời gian là 4 giờ ở các nhiệt độ khác nhau: 30 o C, 40 o C, 50 o C, 60 o C, 70 o C, 80 o C và 90 o C. Đo phổ UV – Vis của các dung dịch sau phản ứng và so sánh với phổ UV – Vis của dung dịch Cu(Ac)2 ban đầu. Kết quả thí nghiệm đƣợc thể hiện ở hình 3.2 và 3.3. Khảo sát sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp ZnLys2 và MnLys2 dựa vào tính chất và trạng thái của sản phẩm. Các thí nghiệm phản ứng giữa Zn(Ac)2 với HLys và MnCl2 với HLys theo tỉ lệ mol 1:2 đƣợc thực hiện trong cùng một khoảng thời gian là 4 giờ ở các nhiệt độ khác nhau: 30oC, 40oC, 50oC, 60 o C, 70 o C, 80 o C và 90 o C. Nhỏ dung dịch NaHCO3 1M vào các dung dịch sau phản ứng trên, sau đó quan sát và giải thích hiện tƣợng xảy ra. * Ảnh hưởng của thời gian Dùng phƣơng pháp phổ UV – Vis để khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình tổng hợp phức chất CuLys2. Các thí nghiệm phản ứng giữa Cu(Ac)2 và HLys theo tỉ lệ 1:2 cùng đƣợc thực hiện ở nhiệt độ 80oC. Đo phổ UV – Vis của các dung dịch sau mỗi 15 phút phản ứng (tổng thời gian phản ứng là 6,5 giờ) và so sánh với phổ UV – Vis của dung dịch Cu(Ac)2 ban đầu. Kết quả đƣợc thể hiện ở hình 3.4 và 3.5. * Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng Ảnh hƣởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đến quá trình tổng hợp phức CuLys2 đƣợc khảo sát bằng phổ UV – Vis. Các thí nghiệm phản ứng giữa Cu(Ac)2 và HLys cùng đƣợc thực hiện trong 2 giờ, ở nhiệt độ 80oC theo các tỷ lệ: (2:1), (1:1), (1:1,5), (1:2), (1:2,5) và (1:3). Đo phổ UV – Vis của các dung dịch sau phản ứng và so sánh với phổ UV – Vis của dung dịch Cu(Ac)2 ban đầu. Kết quả thí nghiệm đƣợc thể hiện ở hình 3.6. 2.1.4. Tổng hợp phức chất Phƣơng trình tổng hợp nhƣ sau: 19 M n+ + nHL → MLn + nH + Cách tiến hành: cân một lƣợng chính xác m1 gam muối vô cơ (Cu(CH3COO)2.H2O, Zn(CH3COO)2, MnCl2.4H2O,FeCl3.H2O) tƣơng ứng với 5 mmol ion kim loại và m2 gam HLys tƣơng đƣơng với 10 mmol phối tử đối với trƣờng hợp của Cu(II), Zn(II), Mn(II) hoặc 15 mmol với trƣờng hợp của Fe(III), hòa tan bằng 50 ml H2O, sau đó dung dịch đƣợc khuấy và gia nhiệt ở 80 o C trong 6 giờ. Trong quá trình khuấy, sử dụng dung dịch NaOH 2M để điều chỉnh pH của dung dịch phản ứng. Phức chất rắn thu đƣợc đem rửa bằng axeton và tiến hành kết tinh lại bằng dung môi etanol nguyên chất, phức chất thu đƣợc đem sấy ở 70oC trong 24 giờ. Quy trình tổng hợp đƣợc tóm tắt theo sơ đồ sau: Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất 2.1.5. Nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột và dịch dạ dày [17] Môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày: để pha 1 lít dung dịch mô phỏng dịch dạ dày cần 2 gam NaCl, 3,2 gam pepsin, 7 ml HCl đặc và thêm nƣớc cất vừa đủ 1 lít. Dung dịch có pH khoảng 1,2. Môi trƣờng mô phỏng dịch ruột (Krebs – Ringer Bicacbonat) KRB: để pha 1 lít KRB cần 6,3 gam NaCl, 0,35 gam KCl, 0,14 gam CaCl2, 0,16 gam KH2PO4, 0,15 gam MgSO4.7H2O , 0,21 gam NaHCO3 và 5 gam glucoza trong 1 lít nƣớc cất. 20 Khảo sát độ bền của các phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày Cân một lƣợng chính xác phức chất kim loại. Hòa tan phức chất trong 10 ml dung dịch giả dịch dạ dày trên máy khuấy từ. Ghi phổ UV – Vis của mẫu từ 0 – 3 giờ để theo dõi độ hấp thụ và bƣớc sóng có cƣờng độ hấp thụ cực đại. Kết quả khảo sát đƣợc chỉ ra trong hình 3.24. Khảo sát độ bền của các phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột Hòa tan phức chất trong 10 ml mô phỏng dịch ruột trên máy khuấy từ để đƣợc dung dịch nồng độ 2.10-2M. Ghi phổ UV – Vis của mẫu từ 0 – 3 giờ để theo dõi độ hấp thụ và bƣớc sóng có cƣờng độ hấp thụ cực đại. Kết quả đƣợc chỉ ra trong hình 3.25. 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Phƣơng pháp chuẩn độ đo pH [10, 13] * Cơ sở phương pháp chuẩn độ đo pH Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để nghiên cứu sự tạo phức trong dung dịch nhƣ: phƣơng pháp quang phổ, phƣơng pháp trao đổi ion, phƣơng pháp điện thế, phƣơng pháp đo độ tan Trong luận văn này, phƣơng pháp chuẩn độ đo pH đƣợc sử dụng để nghiên cứu sự tạo phức. Giả thiết M là ion tạo phức, HL là phối tử, khi có sự tạo phức giữa ion kim loại với phối tử có sự giải phóng ion H+: M + HL ML + H + (bỏ qua sự cân bằng điện tích) Do đó khi xác định đƣợc nồng độ ion H+ có thể xác định đƣợc mức độ tạo phức của hệ. Phối tử là axit yếu thƣờng đƣợc chuẩn độ bằng dung dịch bazơ mạnh có mặt chất điện li trơ ở nồng độ thích hợp để duy trì lực ion. Để điều chỉnh lực ion ngƣời ta thƣờng dùng các chất điện li trơ nhƣ KCl, KNO3, NaClO4... Lực ion đƣợc tính theo công thức sau: ∑ Zi 2 21 Trong đó I là lực ion, còn Ci và Zi là nồng độ và điện tích của ion thứ i. Tiến hành chuẩn độ dung dịch phối tử khi không và có mặt ion Cu2+, Zn2+, Mn 2+ , Fe 3+ . Xây dựng đƣờng cong chuẩn độ biểu diễn sự phụ thuộc của pH vào số đƣơng lƣợng bazơ kết hợp với một mol axit, từ đó dựa vào sự khác nhau của hai đƣờng cong đó để kết luận về sự tạo phức trong dung dịch. * Phương pháp xác định hằng số bền của phức Giả thiết phức chất tạo thành từng bậc nhƣ sau: M + L ML; k1 ML + L ML2; k2 ....................................... MLn-1 + L MLn; kn Trong đó: k1, k2, kn là các hằng số bền từng bậc của các phức tƣơng ứng. Giá trị của các hằng số bền từng bậc đƣợc xác định theo các công thức sau: K1= , k2 = , kn= (1.1) Trong luận văn này, phƣơng pháp Bjerrum đƣợc sử dụng để xác định hằng số bền của phức chất. Theo Bjerrum, hằng số bền của phức tạo thành đƣợc xác định thông qua nồng độ của phối tử tự do. ̅ = (1.2) Với [L] là nồng độ phối tử tại thời điểm cân bằng, CL và CM là nồng độ chung của phối tử và kim loại trong dung dịch, ̅ là nồng độ phối tử tự do (hệ số trung bình các phối tử). Theo (1.2) ta đƣợc: ̅ = ̅ = Kết hợp với (1.1) ta có: ̅ = 22  ̅ ̅ k1[L] + ̅ ̅ k1k2[L] 2 + + ̅ ̅ k1k2kn[L n ] = 1(1.3) Thay các đại lƣợng đã biết vào phƣơng trình (1.3) ta sẽ tính đƣợc k1, k2 kn. 2.2.2. Phƣơng pháp phổ UV – Vis [12]. Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV – Vis (Ultraviolet – Visible) là phƣơng pháp phân tích đƣợc sử dụng rộng rãi từ lâu. Phổ tử ngoại và khả kiến của các chất hữu cơ gắn liền với bƣớc chuyển electron giữa mức năng lƣợng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lƣợng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lƣợng từ bên ngoài. Các bƣớc chuyển dời electron trong phân tử: Mỗi bƣớc chuyển này đƣợc đặc trƣng bằng giá trị bƣớc sóng (năng lƣợng) và hệ số tắt phân tử Ɛ. Tuy nhiên bƣớc sóng cực đại có thể bị ảnh hƣởng bởi các hiệu ứng nhóm thể, hiệu ứng lập thể, dung môi.... Thông thƣờng các kim loại chuyển tiếp nhƣ Mn, Fe, Co, Ni, và Cu chứa obitan d cho dải hấp thụ đặc trƣng trong vùng khả kiến có đặc điểm là các dải hấp thụ thƣờng rộng. Đối với các phức của ion kim loại chuyển tiếp thì các phối tử cũng ảnh hƣởng đến vị trí hấp thụ cực đại. Trong luận văn này, phƣơng pháp UV – Vis đƣợc sử dụng để chứng minh có sự tạo phức xảy ra bằng cách so sánh phổ UV – Vis của dung dịch chứa ion kim loại ban đầu với phổ của phức chất tạo thành và xác định cấu trúc phân tử. Kết quả UV – Vis của các phức chất nghiên cứu đƣợc đo trên máy UV – Vis Agilent 8453 tại Bộ môn Hoá Vô cơ & Đại cƣơng – Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. 2.2.3. Phƣơng pháp phân tích nguyên tố σ σ* П П * n П * σ* 23 Để phân tích hàm lƣợng các nguyên tố trong phức chất, ngƣời ta thƣờng sử dụng các phƣơng pháp sau: phƣơng pháp EDS [1], phƣơng pháp phổ UV – Vis [4], phƣơng pháp chuẩn độ... Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi xác định hàm lƣợng kim loại trong phức chất tạo thành bằng phƣơng pháp chuẩn độ [14]. Xác định % Zn(II), Fe(III) trong phức chất ZnLys2, FeLys3 bằng phƣơng pháp chuẩn độ complexon: - Zn2+ tạo phức bền với EDTA ở pH=10: Zn2+ + H2Y 2-→ ZnY2- + 2H+. Chất chỉ thị ET – OO có màu xanh khi ở dạng tự do, có màu đỏ nho khi ở dạng phức. Sát điểm tƣơng đƣơng EDTA phản ứng với phức ZnInd chuyển chúng trở lại ở dạng tự do: ZnInd + H2Y 2- → ZnY2- + H2Ind (đỏ nho) (xanh) - Fe3+ tạo phức bền với EDTA ở pH=2: Fe3+ + H2Y 2- → FeY- + 2H+, phản ứng cạnh tranh ở điểm cuối. FeSSal + + H2Y 2-→ FeY- + H2SSal (đỏ tím) (vàng) (không màu) - Xác định % Cu(II) trong phức chất CuLys2 bằng phƣơng pháp iot – thiosunfat. Cu 2+ phản ứng với I- giải phóng I2 một cách định lƣợng. Chuẩn độ lƣợng I2 giải phóng ra bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 và chất chỉ thị hồ tinh bột: Cu 2+ + 4I - → 2CuI +I2 ; I2 + 2Na2S2O3 → Na2S4O6 = - Xác định Mn2+ bằng phƣơng pháp chuẩn độ oxi hóa khử. Đầu tiên oxi hóa Mn 2+ thành MnO4 - bằng (NH4)2S2O8 có mặt AgNO3, sau đó chuẩn độ MnO4 - bằng Fe2+. 24 Thực nghiệm: tiến hành cân một lƣợng phức chất nhất định đem nung ở 800 o C trong 1,5 giờ để chuyển hết về dạng oxit. Hòa tan oxit bằng dung dịch HCl loãng, cô cạn trên bếp cách thủy ở 80oC để đuổi hết axit dƣ, dùng nƣớc cất 2 lần để định mức đến thể tích nhất định, sau đó tiến hành chuẩn độ theo các phƣơng pháp trên để xác định hàm lƣợng kim loại trong phức chất tƣơng ứng. Kết quả đƣợc trình bày trong bảng 3.4. 2.2.4. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng [12] Phƣơng pháp phổ khối lƣợng có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu, xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ, vì thế phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong các nghiên cứu về phức chất. Dựa trên các số khối thu đƣợc trên phổ có thể xây dựng cấu trúc phân tử phức hoặc chứng minh sự đúng đắn của công thức cấu tạo dự kiến. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp phổ khối lƣợng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các ion dƣơng mảnh có số khối m/z (m là khối lƣợng, z là điện tích ion). Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận thu đƣợc phổ khối lƣợng của mẫu phân tích. ESI là phƣơng pháp ion hóa phổ biến dùng cho nghiên cứu phức chất và phù hợp với các hợp chất kém bay hơi. Phƣơng pháp này có đặc điểm là quá trình ion hóa xảy ra êm dịu. Trong kỹ thuật ESI, các ion dƣơng tạo thành có thể gắn thêm một proton và các ion âm tạo thành có thể mất bớt một proton, do vậy ion dƣơng [M – H]- có khối lƣợng nhỏ hơn khối lƣợng phân tử một đơn vị. Trong nhiều trƣờng hợp các ion dƣơng đƣợc tạo thành do kết hợp với các cation có sẵn trong dung dịch nhƣ Na+, K+ tạo nên các ion dƣơng [M + Na]+, [M + K]+. Phổ khối lƣợng của các phức chất nghiên cứu đƣợc ghi trên máy Agilent LC/MS/MS-Xevo TQMS tại Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. 2.2.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại [6, 7, 12] Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại là một trong những phƣơng pháp vật lý hiện đại cho nhiều thông tin quan trọng về thành phần và cấu tạo của phức chất. Khi 25 so sánh phổ của phức chất với phổ của các phối tử tự do ta thu đƣợc thông tin về sự tạo phức giữa phối tử và ion trung tâm nhƣ kiểu liên kết, độ bền liên kết, mức độ liên kết, dung lƣợng phối trí của phối tửNhững biến đổi trong phổ hồng ngoại do phối tử đi vào cầu phối trí của phức chất thƣờng đƣợc xét khi nghiên cứu kiểu liên kết kim loại - phối tử. Nguyên tắc chung là so sánh phổ của phức chất nghiên cứu (tạo bởi ion kim loại M và phối tử L) với phổ của những hợp chất khác chứa phối tử L có kiểu liên kết đã biết. Trong phổ của các axit cacboxylic và muối của chúng, đặc trƣng của nhóm – COOH là các dải hấp thụ trong vùng 1700 – 1750 cm-1 (νc=o), nhóm –COO - trong vùng 1570 – 1590 cm-1 (νC-O) và vùng 1400 – 1420 cm -1 (νC-O). Các phân tử amino axit thƣờng có cấu tạo lƣỡng cực, trong phổ hồng ngoại của chúng các giá trị νC=O thƣờng nằm trong khoảng 1600 – 1630 cm -1 , còn νC-O nằm trong khoảng 1400 – 1415 cm -1 . Nhóm – COOH phối trí có các dải dao động hóa trị bất đối xứng (νC=O) dịch chuyển về vùng có số sóng thấp hơn. Các dải dao động hóa trị của các liên kết N – H (νN-H) trong phổ của các amin nằm trong vùng 3500 – 3330 cm-1, các dải dao động biến dạng (δN-H) nằm trong vùng 1600 cm -1 . Trên phổ của các phức chất của amin, dải hấp thụ νN-H hơn và nằm ở vùng có tần số thấp hơn trong phổ của amin tự do tƣơng ứng. Các giá trị này đƣợc sử dụng để xác định đặc tính của các liên kết M – N trong các phức chất amin (M là kim loại trung tâm). Dựa vào mức độ giảm νN-H trên phổ của các phức so với phổ của các muối của natri hoặc kali với các phối tử để đánh giá độ bền của liên kết M – N, sự chuyển dịch này càng lớn thì liên kết càng bền. Các dải hấp thụ đặc trƣng của ion hidroxyl ở 3760 – 3500 cm-1 (νOH), của nƣớc ẩm trong khoảng 3600 – 3200 cm-1 (νOH), của nƣớc kết tinh trong mẫu khoảng 1640 – 1615 cm-1 (δOH). Các liên kết M – O và M – N: việc nghiên cứu phổ hồng ngoại của các liên kết M – O và M – N cho ta thông tin trực tiếp về đặc tính của liên kết kim loại - phối tử. Nhƣng hiện nay chƣa đủ tính xác định khi quy gán các dải M – O và M – N. Thông thƣờng, các dải M – O và M – N nằm trong vùng 300 ÷ 600 cm-1. 26 Do sự hấp thụ của nhóm amin bị xen phủ bởi sự hấp thụ của nƣớc kết tinh và tần số dao động của nhóm – COO- thì không những chịu ảnh hƣởng của sự tạo phức mà còn chịu ảnh hƣởng của liên kết hyđro giữa nhóm C=O với nhóm – NH2 của phân tử khác, tần số dao động bất đối xứng của nhóm – COO- và tần số dao động biến dạng của nhóm NH2 trong phức của amino axit cùng nằm trong vùng gần 1600 cm -1 . Vì vậy việc quy gán các dải hấp thụ cho các dao động xác định nhiều khi không thống nhất trong phổ hồng ngoại. Phổ hồng ngoại của các phức chất đƣợc ghi trên máy Nicolet của hãng Thermo – Mỹ, đặt tại phòng thí nghiệm Hóa Dầu, Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Đại Học Bách khoa Hà Nội. Mẫu đƣợc ép viên rắn với KBr. 2.2.6. Phƣơng pháp phổ 13C – NMR [12] Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (phổ NMR) là một phƣơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo các phân tử phức tạp. Phƣơng pháp phổ biến đƣợc dùng là phổ 1H – NMR và phổ 13C – NMR . Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phổ 13C – NMR để nghiên cứu phức chất. Cả hai phƣơng pháp phổ 13C tƣơng tác 1H và xóa tƣơng tác 1H đều cho các thông tin giá trị trong việc phân tích cấu trúc phức chất. Tuy nhiên phổ 13C tƣơng tác 1 H cho nhiều nhóm đỉnh do sự khác nhau về số proton trong các nhóm CH, CH2 và CH3, cƣờng độ của nhiều đỉnh quá nhỏ lẫn với cả nhiễu của máy, do đó việc giải phổ gặp khó khăn. Vì vậy chúng tôi sử dụng phổ 13C xóa tƣơng tác 1H. Để khẳng định chính xác hơn về sự tạo phức, vị trí của các liên kết mới và cấu trúc của phức chất, ta so sánh phổ 13C xóa tƣơng tác 1H của phức chất nghiên cứu (kim loại – lysine) với phổ 13C xóa tƣơng tác 1H của lysine. Xem xét độ dịch chuyển hóa học của các nhóm C-N, C=O, C-C ....để chứng minh có xảy ra sự tạo phức. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân NMR của các phức chất đƣợc đo trên máy Avance 500, tần số 500 MHz tại Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. 27 2.2.7. Phƣơng pháp phân tích nhiệt [7] Phƣơng pháp phân tích nhiệt là tổ hợp của các phƣơng pháp xác định nhiệt chuyển pha và những đặc điểm khác về nhiệt của các hợp chất riêng lẻ hoặc của hệ gồm nhiều chất tƣơng tác. Đây là phƣơng pháp thuận lợi để nghiên cứu phức chất. Dựa vào hiệu ứng nhiệt có thể nghiên cứu những quá trình biến đổi hoá lý phát sinh ra khi đun nóng hoặc làm nguội chất, ví dụ sự phá vỡ mạng tinh thể, sự chuyển pha, sự biến đổi đa hình, sự tạo thành và nóng chảy các dung dịch rắn, các tƣơng tác hoá học Có rất nhiều phƣơng pháp phân tích nhiệt khác nhau nhƣng trong đề tài nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) và phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) để nghiên cứu cấu trúc của phức chất. Đƣờng DTA chỉ sự biến đổi nhiệt độ của mẫu nghiên cứu so với mẫu chuẩn trong lò. Nhờ đƣờng DTA ta biết đƣợc khi nào có hiệu ứng thu nhiệt (cực tiểu trên đƣờng cong) và khi nào có hiệu ứng phát nhiệt (cực đại trên đƣờng cong) còn từ đƣờng TGA ta có thể suy đoán đƣợc thành phần của chất khi xảy ra hiệu ứng nhiệt. Vì vậy, kết hợp các dữ liệu thu đƣợc từ 2 đƣờng TGA và DTA cho phép thu đƣợc những dữ kiện liên quan đến tính chất của phức rắn nhƣ: - Có thể suy luận về thành phần của phức chất. - Xác định độ bền nhiệt của phức chất và các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền nhiệt của nó. - Xác định đƣợc các phức chất có chứa nƣớc hay không chứa nƣớc. Phức có chứa nƣớc, hiệu ứng mất nƣớc thƣờng là thu nhiệt. Nhiệt độ của hiệu ứng mất nƣớc kết tinh thấp hơn nhiệt độ của hiệu ứng mất nƣớc phối trí. - Sự thay đổi số phối trí và trạng thái hóa trị của ion trung tâm và nhiều dữ kiện khác. Giản đồ phân tích nhiệt của các phức chất đƣợc ghi trên máy Shimadzu DTG – 60H tại Đại học Sƣ Phạm Hà Nội, tốc độ gia nhiệt 10oC/phút, nhiệt độ từ 30oC đến 800oC trong khí N2. 2.2.8. Phƣơng pháp mô phỏng Gaussian [3] 28 Phần mềm Gaussian tính toán dựa trên nhiều mô hình lý thuyết khác nhau, thƣờng đƣợc gọi là mô hình hóa học. Mô hình hoá học này đƣợc đặc trƣng bởi phƣơng pháp lý thuyết và hệ hàm cơ sở. * Phƣơng pháp lý thuyết Bộ phần mềm Gaussian chứa một hệ thống từ thấp đến cao các thủ tục tính toán tƣơng ứng với các phƣơng pháp gần đúng khác nhau, còn đƣợc gọi là mức lý thuyết. Một số phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng: phƣơng pháp trƣờng tự hợp Hartree – Fock (HF), phƣơng pháp lý thuyết hàm mật độ 3 thông số loại Becke (B3LYP), phƣơng pháp lý thuyết nhiễu loạn Moller – Plesset bậc 2 (MP2), phƣơng pháp lý thuyết nhiễu loạn Moller – Plesset bậc 4 (MP4).Trong đề tài nghiên cứu này, sử dụng phƣơng pháp trƣờng tự hợp Hartree – Fock (HF) do thời gian tính toán hợp lý và độ chính xác chấp nhận đƣợc. * Hệ hàm cơ sở Hệ hàm cơ sở là sự biểu diễn toán học của các vân đạo phân tử. Một hệ hàm cơ sở có thể đƣợc xem nhƣ là sự giới hạn từng điện tử vào một vùng không gian riêng biệt. Hệ hàm cơ sở càng lớn thì các điện tử càng ít bị giới hạn về vị trí không gian và do đó, các vân đạo phân tử đƣợc mô tả càng chính xác. Dùng phƣơng pháp Gaussian trong để mô phỏng cấu trúc của các phức chất tạo thành, thu đƣợc các thông tin về: vị trí, độ dài liên kết, năng lƣợng liên kết, góc liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. 29 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ H2Lys + và các hệ Mn+:H2Lys + = 1:2 VKOH(ml) A pH-H2Lys + pH-CuLys2 pH-ZnLys2 pH-MnLys2 0,00 0,00 2,88 3,89 3,52 3,76 0,20 0,10 2,98 4,03 3,74 4,05 0,40 0,20 3,04 4,11 3,91 4,16 0,60 0,30 3,11 4,17 4,07 4,22 0,80 0,40 3,20 4,27 4,15 4,31 1,00 0,50 3,31 4,35 4,23 4,37 1,20 0,60 3,45 4,43 4,31 4,41 1,40 0,70 3,66 4,53 4,38 4,55 1,60 0,80 4,02 4,61 4,50 4,62 1,80 0,90 7,20 4,69 4,58 4,65 2,00 1,00 8,09 4,78 4,61 4,79 2,20 1,10 8,51 4,85 4,76 4,89 2,40 1,20 8,77 4,94 4,83 5,11 2,60 1,30 9,00 5,03 4,97 5,25 2,80 1,40 9,19 5,15 5,06 5,31 3,00 1,50 9,32 5,25 5,17 5,78 3,20 1,60 9,45 5,36 5,22 6,14 3,40 1,70 9,58 5,51 5,38 6,33 3,60 1,80 9,71 5,65 5,60 6,57 3,80 1,90 9,83 5,82 5,77 6,89 4,00 2,00 9,97 6,03 5,95 6,95 4,20 2,10 10,08 6,35 6,22 4,40 2,20 10,19 6,65 6,49 30 4,60 2,30 10,29 7,18 7,04 4,80 2,40 10,36 7,76 7,75 5,00 2,50 10,48 8,26 8,03 5,20 2,60 10,56 8,89 8,67 5,40 2,70 10,63 9,24 8,81 5,60 2,80 10,71 9,48 5,80 2,90 10,76 9,65 6,00 3,00 10,83 9,78 6,20 3,10 10,89 9,92 6,40 3,20 10,93 10,01 6,60 3,30 10,98 10,10 6,80 3,40 11,03 10,16 7,00 3,50 11,08 10,27 7,20 3,60 11,11 10,32 7,40 3,70 11,15 10,38 7,60 3,80 11,18 10,44 7,80 3,90 11,21 10,50 8,00 4,00 11,24 10,57 8,20 4,10 11,28 10,61 8,40 4,20 11,31 10,65 8,60 4,30 11,34 10,70 8,80 4,40 11,36 10,74 9,00 4,50 11,38 10,78 9,20 4,60 11,41 10,82 9,40 4,70 11,43 10,84 9,60 4,80 11,45 10,88 9,80 4,90 11,48 10,91 10,00 5,00 11,50 10,92 31 Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ H2Lys + và hệ Fe3+: H2Lys + = 1:3 10,20 5,10 11,52 10,94 10,40 5,20 11,54 10,97 10,60 5,30 11,55 11,00 VKOH(ml) a pH-HLys pH-FeLys3 VKOH(ml) a pH-HLys pH-FeLys3 0,00 0,00 2,81 2,84 2,80 0,93 8,18 3,15 0,20 0,07 2,84 2,86 3,00 1,00 8,48 3,19 0,40 0,13 2,88 2,88 3,20 1,07 8,67 3,22 0,60 0,20 2,93 2,90 3,40 1,13 8,83 3,27 0,80 0,27 2,99 2,92 3,60 1,20 8,94 3,29 1,00 0,33 3,05 2,94 3,80 1,27 9,05 3,37 1,20 0,40 3,13 2,97 4,00 1,33 9,17 3,47 1,40 0,47 3,22 2,99 4,20 1,40 9,27 3,52 1,60 0,53 3,32 3,01 4,40 1,47 9,38 3,63 1,80 0,60 3,45 3,03 4,60 1,53 9,48 3,78 2,00 0,67 3,62 3,05 4,80 1,60 9,61 3,98 2,20 0,73 3,91 3,08 5,00 1,67 9,74 4,41 2,40 0,80 5,17 3,10 5,20 1,73 9,82 4,97 2,60 0,87 7,64 3,12 32 Hình 3.1. Đường cong chuẩn độ H2Lys + và các hệ Mn+: H2Lys + 1. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + (hệ Mn+: H2Lys + = 1:2) 2. Đƣờng cong chuẩn độ hệ Cu2+: H2Lys + = 1:2 3. Đƣờng cong chuẩn độ hệ Zn2+: H2Lys + = 1:2 4. Đƣờng cong chuẩn độ hệ Mn2+: H2Lys + = 1:2 5. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + (hệ Fe3+: H2Lys + = 1:3) 6. Đƣờng cong chuẩn độ hệ Fe3+: H2Lys + = 1:3 Từ bảng 3.1, 3.2 và hình 3.1 rút ra nhận xét: - Vị trí các đƣờng cong chuẩn độ hệ Mn+ : H2Lys + = 1:2 với Mn+ lần lƣợt là: Cu 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ ứng với các khoảng pH = 3,89 – 4,61, 3,52 – 4,50, 3,76 – 4,62 cao hơn hẳn so với đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + tự do, nhƣ vậy ở các khoảng pH này không xảy ra sự tạo phức. Trong khoảng pH = 4,69 – 11,00 đƣờng cong chuẩn độ hệ Cu2+ : H2Lys + = 1:2 nằm thấp hơn hẳn so với đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + tự do, chứng tỏ ở khoảng pH này có sự tạo phức xảy ra, giải phóng ion H+ làm giảm pH của hệ. Với khoảng pH = 4,58 – 8,81, pH = 4,65 – 6,95 các đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + khi có thêm ion Zn 2+ , Mn 2+ nằm thấp xuống so với đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + tự do, chứng tỏ có sự tạo thành phức chất ZnLys2, MnLys2 ở các khoảng giá trị pH này. 33 - Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys + khi không và có mặt ion Fe3+ gần nhƣ trùng nhau ở khoảng pH = 2,84 – 2,90, chứng tỏ hầu nhƣ không xảy ra sự tạo phức. Khi pH = 2,92 – 4,97 đƣờng cong chuẩn độ hệ Fe3+ : H2Lys + = 1:3 nằm thấp hơn hẳn so với đƣờng cong chuẩn độ H2Lys +. Điều đó chứng tỏ phức chất FeLys3 đƣợc tạo thành ở pH có giá trị trong khoảng 2,92 – 4,97. Bảng 3.3. Logarit hằng số bền của các phức chất 3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tạo phức 3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ 400 600 800 0