Embed Size (px)
Citation preview
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Vi Thị Thanh Thủy
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Vi Thị Thanh Thủy
TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC
Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS HUỲNH ĐĂNG CHÍNH
Hà Nội – Năm 2014
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Huỳnh Đăng Chính và ThS.NCS
Nguyễn Thị Thúy Nga đã tận tình hƣớng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của bộ môn Hóa Vô Cơ & Đại
Cƣơng - Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô bộ môn Hóa Vô Cơ -
Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành
luận văn.
Em xin cảm ơn gia đình, các anh chị em, bạn bè đồng nghiệp đã động viên,
giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu vừa qua.
Học viên
Vi Thị Thanh Thủy
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………...
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN…………………………………………………………
1.1. Vai trò của kim loại sinh học…………………………………………...
1.2. Vai trò sinh học của lysine……………………………………………..
1.3. Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine…………………..
1.4. Tổng hợp phức chất của kim loại sinh học với amino axit thiết yếu….
CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………
2.1. Thực nghiệm…………………………………………………………………...
2.1.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm………………………………………..
2.1.2. Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH…………..
2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo phức…………………
2.1.4. 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……………………………………………………………..
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu………………………………………………….
2.2.1. Phƣơng pháp chuẩn độ đo pH………………………………………….
2.2.2. Phƣơng pháp phổ UV – Vis……………………………………………
2.2.3. Phƣơng pháp phân tích nguyên tố………………………………….......
2.2.4. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng…………………………………………..
2.2.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………………………………….
2.2.6. Phƣơng pháp phổ 13
C – NMR………………………………………….
2.2.7. Phƣơng pháp phân tích nhiệt……………………………………….......
2.2.8. Phƣơng pháp mô phỏng Gaussian………………………………….......
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….......
3.1. Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH……........
3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tạo phức………………………
3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ………………………………………………..
1
3
3
7
9
12
17
17
17
17
17
19
19
20
20
22
23
24
25
26
27
27
29
29
33
33
3.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian……………………………………………….
3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng………………………
3.3. Phân tích cấu trúc, tính chất của phức chất tổng hợp………………………….
3.3.1. Kết quả phân tích nguyên tố………………………………………........
3.3.2. Kết quả phổ khối lƣợng…………………………………………….......
3.3.3. Kết quả phổ UV – Vis………………………………………………….
3.3.4. Kết quả phổ hồng ngoại………………………………………………...
3.3.5. Kết quả phổ 13
C – NMR………………………………………………..
3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt…………………………………………………
3.3.7. Kết quả phƣơng pháp mô phỏng Gaussian……………………………..
3.4. Kết quả nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày…………………………………………………………….
KẾT LUẬN……………………………………………………………………….......
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN……………..
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….
PHỤ LỤC
34
36
37
37
37
40
41
43
45
49
51
53
54
55
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CuLys2: [Cu(C6H13N2O2)2(H2O)]
MnLys2: [Mn(C6H13N2O2)2(H2O)2]
ZnLys2: [Zn(C6H13N2O2)2(H2O)2]
FeLys3: [Fe(C6H13N2O2)3]
Cu(Ac)2: Cu(CH3COO)2
Zn(Ac)2: Zn(CH3COO)2
EDTA: C10H16N2O8
ET – OO: C20H12N3NaO7S
NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
HLys: L – Lysine monohydrochloride
MS: Phổ khối lƣợng
IR: Phổ hồng ngoại
UV – Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật………………………
Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm
mạc ruột của chuột bạch đực……………………………………………….
Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của phức chất kim loại – lysine tới bò sữa…………
Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái………………………….
Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và các hệ M
n+: H2Lys
+ = 1:2…………
Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và hệ M
n+: H2Lys
+ = 1:3……………...
Bảng 3.3. Logarit hằng số bền của các phức chất…………………………..
Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất……...
Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ MS của ZnLys2…………………………..
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ MS của CuLys2…………………………..
Bảng 3.7. Các tín hiệu cộng hƣởng trên phổ 13
C – NMR của HLys và
ZnLys2……………………………………………………………………….
Bảng 3.8. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất………………
7
10
11
12
28
31
32
36
38
39
43
48
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng………………………………………………..
Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm…………………………………………….......
Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine………………………………..
Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine ……………………………………...
Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)]…………………………
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]………
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất………………………………………
Hình 3.1. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys+
và các hệ Mn+
: H2Lys+……………………
Hình 3.2. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng…………..
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng………………..
Hình 3.4. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng………….
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào thời gian phản ứng………………
Hình 3.6. Phổ UV–Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo các tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys khác
nhau………………………………………………………………………………….
Hình 3.7. Phổ MS của ZnLys2……………………………………………………….
Hình 3.8. Sơ đồ phân mảnh của ZnLys2(H2O)2………………………………… …..
Hình 3.9. Phổ MS của CuLys2……………………………………………………….
Hình 3.10. Sơ đồ phân mảnh của CuLys2……………………………………………
Hình 3.11. Phổ MS của MnLys2……………………………………………………..
Hình 3.12. Kết quả phổ UV – Vis……………………………………………….......
Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất……………………………..
Hình 3.14. Phổ 13
C – NMR của HLys……………………………………………….
Hình 3.15. Phổ 13
C – NMR của ZnLys2……………………………………………..
Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2……………………………………..
Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3………………………………….......
Hình 3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2……………………………………..
Hình 3.19. Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2…………………………………….
Hình 3.20. Cấu trúc phân tử FeLys3…………………………………………………
4
6
8
8
15
15
19
25
32
33
34
35
35
36
38
38
39
40
40
42
44
44
45
46
46
47
50
Hình 3.21. Cấu trúc phân tử ZnLys2…………………………………………………
Hình 3.22. Cấu trúc phân tử CuLys2…………………………………………….......
Hình 3.23. Cấu trúc phân tử MnLys2………………………………………………..
Hình 3.24. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày……..
Hình 3.25. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột………..
50
50
51
51
52
1
MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, trong lĩnh vực hóa sinh thƣờng có nhiều bài viết đề cập
tới tầm quan trọng của các ion kim loại đối với sinh vật. Nghiên cứu mới nhất về
vấn đề này là tập trung vào quá trình tổng hợp và phân loại các hợp chất sinh học có
chứa ion kim loại do ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực y dƣợc, dinh dƣỡng và
khoa học nông nghiệp [25-26, 28-29].
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của
hợp chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các
khoáng chất cần thiết, bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm. Các khoáng chất
thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lƣợng, hỗ trợ sự phát
triển của các mô tế bào và tham gia vào việc điều tiết các quá trình của cơ thể.
Do cơ thể động vật rất khó hấp thu các dạng khoáng vô cơ và các sản phẩm
từ tự nhiên thì lại có hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp. Trong khi đó dạng phức chất hữu
cơ lại đƣợc cơ thể hấp thu dễ dàng. Kết hợp với khả năng tạo phức tốt của amino
axit (lysine) với kim loại chuyển tiếp, chúng tôi hi vọng tạo ra các phức chất của
lysine với các kim loại sinh học, nhằm tạo ra các khoáng chất an toàn về mặt sinh
học áp dụng trong lĩnh vực chăn nuôi.
Ở Việt Nam, hiện nay gần nhƣ chƣa sản xuất đƣợc các sản phẩm thức ăn bổ
sung kim loại và amino axit dạng phức chất mà phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài với
giá thành cao và không chủ động đƣợc nguồn sản phẩm.
Với các lý do trên, đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng
của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học” đƣợc lựa chọn với mục đích:
Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền
của các phức chất.
Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng)
đến quá trình tổng hợp phức chất.
Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại
sinh học nhƣ: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III).
2
Khảo sát độ bền của phức chất tổng hợp đƣợc trong môi trƣờng mô phỏng
dịch ruột và dịch dạ dày.
Cấu trúc luận văn gồm:
Mở đầu
Chƣơng 1 – Tổng quan
Chƣơng 2 – Thực nghiệm và các phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận
Kết luận
3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vai trò của kim loại sinh học [5]
Trong các điều kiện tự nhiên, trên trái đất có khoảng 90 nguyên tố hóa học
đƣợc tìm thấy ở những hàm lƣợng khác nhau, nhƣng trong thành phần của các hệ
sinh học phổ biến thì chỉ thấy có 18 nguyên tố tham gia và trong đó có 10 nguyên tố
là kim loại (chúng đƣợc gọi là kim loại của sự sống hay kim loại sinh học). Theo
quan điểm của hóa vô cơ hiện đại, kim loại sinh học đƣợc chia thành 2 nhóm: nhóm
các nguyên tố không chuyển tiếp (Na, K, Ca, Mg, Zn) và nhóm các nguyên tố
chuyển tiếp (Mn, Fe, Co, Cu, Mo). Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, sẽ tập
trung nghiên cứu 4 kim loại sinh học phổ biến là sắt, đồng, mangan và kẽm.
* Vai trò sinh học của sắt [5-6, 8]
Sắt có số thứ tự 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các
nguyên tố hóa học. Cấu hình electron của sắt là: [Ar]3d64s
2, nó thể hiện các mức oxi
hóa từ -2 đến +6, trong đó các mức oxi hóa đặc trƣng nhất là +2 và +3 (hai mức oxi
hóa này có thể chuyển hóa qua lại tùy theo môi trƣờng). Trong thiên nhiên sắt có 4
đồng vị bền là: 54
Fe, 56
Fe, 57
Fe và 58
Fe, trong đó 56
Fe chiếm 91,68%.
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất (đứng hàng
thứ tƣ sau O, Si và Al) và có vai trò sinh học rất lớn thông qua các phức chất sinh
học quan trọng nhƣ : hemoglobin, mioglobin, transferin, feritin…thực hiện chức
năng giữ và vận chuyển oxi.
Sắt chiếm khoảng 0,02% khối lƣợng của thực vật và khoảng 0,01% khối
lƣợng của động vật. Khi thiếu sắt cơ thể mắc bệnh thiếu máu, sức khỏe suy giảm, da
xanh, thai nhi nếu thiếu sắt có thể dẫn đến dị dạng ống thần kinh…. Nhu cầu về sắt
của ngƣời vào khoảng 15 mg/ngƣời/ngày. Tuy nhiên, lƣợng sắt trong thức ăn phải
vào khoảng 150 mg, vì cơ thể chỉ có thể đồng hóa đƣợc 10% sắt trong thực phẩm.
Những thực phẩm giàu sắt là nƣớc mận ép, nho khô, hồ đào, bánh mì đen, gan động
vật…
4
* Vai trò sinh học của đồng [5-6, 30].
Đồng là nguyên tố kim loại kém hoạt động, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB,
chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Đồng có cấu hình electron
[Ar]3d10
4s1. Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hoá +1, +2, +3, trong đó mức
oxi hóa +2 là bền nhất. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là: 63
Cu (70,13%)
và 65
Cu (29,87%).
Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng
Tuy hàm lƣợng của đồng trong cơ thể sinh vật rất nhỏ, khoảng 10-4
%, nhƣng
có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống. Cho đến nay ngƣời ta đã xác định
đƣợc 25 loại protein và enzim chứa đồng. Chúng có mặt trong các cơ thể sống dƣới
các dạng khác nhau và có vai trò rất khác nhau. Đồng đóng vai trò quan trọng trong
tổng hợp sắc tố da, mắt, tóc, tham gia vào quá trình hình thành xƣơng và tổng hợp
các tế bào máu. Đồng cũng tạo thành một nhóm các protein có khả năng hấp thụ
thuận nghịch oxi giống hemoglobin và mioglobin. Đại diện nhóm này có thể kể đến
hemoxianin. Protein này đƣợc tìm thấy ở một số loài nhuyễn thể, có phân tử khối
vào khoảng 4.000.000 đvC. Dạng chƣa hấp thụ oxi của hemoxianin không màu
chứng tỏ đồng ở trạng thái oxi hóa +1, sau khi hấp thụ oxi nó có màu xanh chàm,
chứng tỏ đồng ở mức oxi hóa +2.
Cơ thể thiếu đồng sẽ dẫn đến phá vỡ sự trao đổi sắt giữa huyết tƣơng và hồng
cầu, do đó gây ra bệnh thiếu máu. Sự thiếu đồng cũng dẫn đến chứng bạc tóc. Nhu
cầu về đồng của cơ thể khoảng 2 – 3 mg/ ngày. Đối với những cơ thể thiếu đồng có
5
thể bổ sung các thực phẩm giàu đồng nhƣ gan, lòng đỏ trứng, sữa chua, quả hồ đào,
bánh mì đen…
* Vai trò sinh học của mangan [5-6]
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, mangan là nguyên tố kim loại
có số thứ tự 25, thuộc nhóm VIIB, chu kỳ 4. Mangan có cấu hình electron
[Ar]3d54s
2, nó thể hiện các mức oxi hóa phong phú từ -3 đến +7, trong đó mức oxi
hóa +2 là bền nhất. Dạng bề ngoài mangan giống sắt nhƣng cứng và khó nóng chảy
hơn.
Mangan rất quan trọng đối với sự sống, đóng vai trò là chất hoạt hóa một số
enzim xúc tác quá trình tạo thành clorophin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất
những kháng thể nâng cao sức đề kháng. Đối với cây trồng, có nhiều bằng chứng
chứng tỏ Mn tham gia vào hệ quang hợp II (PSII) với chức năng oxi hóa nƣớc để
giải phóng oxi và tham gia vào quá trình đồng hóa nitơ của thực vật. Không những
thế, các quá trình tổng hợp các vitamin B, C, hemoglobin, protein đều cần có sự góp
mặt của mangan. Một số enzim chứa mangan nhƣ arginaza, cholinestenaza,
photphoglucomutaza….có nhiệm vụ kiểm soát các quá trình tƣơng ứng nhƣ quá
trình phân tách amino axit, quá trình đông máu hay trao đổi cacbohiđrat.
Mangan thuộc nguyên tố vi lƣợng, hàm lƣợng mangan trong cơ thể thực vật
khoảng 10-3
% và 10
-5% trong cơ thể động vật. Nhu cầu của ngƣời bình thƣờng về
mangan là khoảng 0,2 – 0,3 mg/ ngày/ kg trọng lƣợng. Mangan trong cơ thể tập
trung chủ yếu trong các mô xƣơng, gan, thận, dịch dạ dày, đặc biệt là trong ti lạp thể
của tế bào. Nguồn thực phẩm giàu mangan có thể kể đến là chè, củ cải đỏ, cà rốt,
khoai tây, hạt tiêu, gan động vật…
* Vai trò sinh học của kẽm [5-6, 11, 30]
Kẽm là nguyên tố kim loại thuộc chu kì 4, nhóm IIB, số thứ tự là 30, với cấu
hình electron là [Ar]3d10
4s2. Nhờ sự hoàn chỉnh của lớp electron sát lớp ngoài cùng
3d10
mà kẽm thể hiện mức oxi hoá duy nhất là +2. Trong tự nhiên kẽm có 5 đồng vị
bền là: 64
Zn, 66
Zn, 67
Zn, 68
Zn, 70
Zn, trong đó 64
Zn chiếm tỉ lệ 50,9%.
6
Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm
Cùng với sắt và đồng, kẽm là một trong ba kim loại quan trọng hàng đầu đối
với sự sống. Kẽm giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, tổng hợp
protein và axit nucleic. Đến nay ngƣời ta đã xác định đƣợc 300 enzim chứa kẽm
gồm các ancol dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptidaza, proteaza…
Ngoài vai trò là trung tâm hoạt động của các enzim, kẽm còn đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra những cấu trúc đặc trƣng của các protein và mạch xoắn của
các phân tử AND, trong đó kẽm thƣờng liên kết với các nguyên tử S của cystein và
N của histidin.
Trong cơ thể, kẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ dày.... Khi thiếu kẽm trẻ con sẽ
biếng ăn, chậm lớn, xƣơng ròn, tóc mọc chậm. Nhu cầu về kẽm phụ thuộc vào lứa
tuổi và giới tính, lƣợng kẽm hàng ngày đối với trẻ con là 5 – 10 mg, ngƣời lớn 12 –
15 mg, phụ nữ mang thai 20 – 40 mg thậm chí là 50 mg. Các thức ăn giàu kẽm phổ
biến nhƣ: thịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh…
7
Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật [17]
Kim loại Enzim Vai trò
Sắt
Ferredoxin
Catalaza
Xitocrom
Succinat
Đehyđrogenaza
Methemoglobin
Hemoglobin
Chất khử, vận chuyển (e)
Thúc đẩy sự phân hủy H2O2
Vận chuyển (e)
Chuyển hóa cacbon hydrat
Vận chuyển O2
Đồng
Xitocrom oxiđaza
Lysyl oxiđaza
Ceruloplasmin
Superoxide dismutalaza
Vận chuyển O2
Oxi hóa lysine
Liên kết với Fe
Cạnh tranh với các peoxit tự do
Kẽm
Cacboanhyđraza
Cacboxypeptiđaza
Photphattaza kiềm
Alohol đehyđrogenaza
RNA và DNA
Chuyển hóa CO2
Thủy phân peptit
Thủy phân PO43-
Chuyển hóa rƣợu
Tổng hợp chuỗi RNA và DNA
Mangan
Superoxide dismutase
Pyruvate cacboxylaza
Cạnh tranh với các peoxit tự do
Chuyển hóa pyruvate
1.2. Vai trò sinh học của lysine [9, 31]
Lysine là một α – amino axit thiết yếu đối với sự sinh trƣởng và phát triển
bình thƣờng của cơ thể ngƣời và động vật. Tuy nhiên, nó không tự đƣợc tổng hợp
trong cơ thể mà đƣợc bổ sung từ ngoài vào thông qua thức ăn.
Công thức phân tử của lysine là C6H14N2O2, khối lƣợng phân tử
146,188g/mol, nhiệt độ phân hủy 200 – 300oC và tan tốt trong nƣớc. Công thức cấu
tạo của lysine: NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH, với hai dạng đồng phân quang học D
8
– Lysine và L – Lysine, trong đó cơ thể sinh vật sống chỉ hấp thụ đƣợc lysine dạng
L.
D – Lysine L – Lysine
Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine
Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine
Lysine giữ vai trò sống còn trong tổng hợp protein là chìa khóa trong sản
xuất enzim, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cƣờng sức đề kháng, chống
bệnh tật, đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh rộp miệng hay mụn
rộp sinh dục. Thiếu lysine trong thức ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo máu, hạ thấp
số lƣợng hồng cầu và hemoglobin, phá vỡ quá trình cân bằng protein, gây ra hàng
loạt biến đổi ở gan và phổi. Đặc biệt đối với động vật còn non và trẻ em khi bị thiếu
lysine sẽ xảy ra hiện tƣợng chậm lớn, trí tuệ kém phát triển.
Lysine là một amino axit cần thiết và đòi hỏi phải luôn có sẵn trong thức ăn
để đáp ứng nhu cầu dinh dƣỡng của cơ thể. Nhu cầu tối thiểu về lysine đối với trẻ
9
em là 103 mg/ kg, nữ trƣởng thành là 0,50 g/ ngày và 0,8 g/ ngày đối với nam
trƣởng thành. Đối với động vật việc bổ sung lysine vào thức ăn là rất cần thiết. Các
thực phẩm giàu lysine là: thịt, cá, sữa, lòng đỏ trứng, lạc, đậu tƣơng, bột đậu nành…
1.3. Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine [17-18, 20].
Bảng tuần hoàn Mendeleev chứa ít nhất 104 nguyên tố hóa học thì có tới 81
nguyên tố đƣợc coi là thành phần tạo nên các khoáng chất. Trong đó, 17 nguyên tố
đƣợc cho là khoáng chất thiết yếu đối với sự sống của động vật (Fe, Mn, Cu, Zn, P,
Mg…). Nhóm các khoáng chất thực hiện ba chức năng chính sau:
- Giữ vai trò trong sự phát triển và duy trì các mô cứng và mềm trong cơ
thể.
- Quy định quá trình sinh lý và sinh học của động vật. Khoáng chất thiết
yếu giữ vai trò nhƣ chất xúc tác trong hệ thống enzim và hoocmon.
- Tham gia vào quá trình tạo năng lƣợng, đóng vai trò nhƣ một yếu tố cần
thiết trong các phản ứng enzim, biến đổi thức ăn thành các chất chuyển
hóa khác, giải phóng năng lƣợng để sử dụng cho các hoạt động của cơ
thể.
Lƣợng khoáng chất quá nhiều hay quá ít đều có hại tới cơ thể động vật, việc
cung cấp các khoáng chất “an toàn” về mặt sinh học là hoàn toàn cần thiết. Có
nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến tính sinh học của khoáng, trong phạm vi nghiên cứu
này chúng tôi chỉ đề cập tới yếu tố ảnh hƣởng duy nhất là: “các dạng hóa học của
khoáng chất”.
Một nhóm nghiên cứu [17] đã làm các thí nghiệm trên phân đoạn ruột của
giống chuột bạch đực để so sánh khả năng hấp thu giữa phức amino axit với dạng
vô cơ của kim loại, kết quả đƣợc thể hiện trên bảng 1.2.
10
Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm
mạc ruột của chuột bạch đực [17]
Các số liệu trên cho thấy: phức chất amino axit đƣợc hấp thu vào niêm mạc
ruột tốt hơn là các cation kim loại từ dạng muối vô cơ và thí nghiệm trên còn chứng
minh rằng:
- Các nguyên tố khoáng ở dạng muối vô cơ trong quá trình tiêu hoá thƣờng
phân giải thành các ion tự do, các ion này có thể kết hợp với những phân tử khác
trong khẩu phần ăn, tạo nên những hợp chất khó hấp thu, làm giảm tác dụng sinh
học của khoáng chất.
- Trong trƣờng hợp là phức chất của một amino axit, các ion kim loại trong
phân tử là trơ về mặt hóa học do tạo liên kết với các phối tử amino axit (liên kết này
có tính cộng hóa trị và ion). Chính nhờ đặc điểm này mà kim loại trong phức chất
có hoạt tính sinh học cao và đƣợc hấp thu dễ dàng hơn.
Những nghiên cứu của nhóm tác giả [18, 20] đã chứng minh sự hiệu quả khi
bổ sung các phức chất của amino axit thiết yếu với kim loại vào thức ăn cho gia súc.
Nhóm tác giả Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson [20] đã
đánh giá về những ảnh hƣởng của các phức kim loại – lysine đến sản lƣợng sữa và
năng suất sinh sản của giống bò thƣơng mại Holstein – Friesian. Năm trăm năm
mƣơi con bò Holstein Friesian trong một trang trại chăn nuôi bò sữa thƣơng mại
đƣợc xếp thành hai nhóm. Nhóm I (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên), nhóm II (cung
Kim loại
Các dạng hóa học của kim loại
Phức chất Muối sunfat Muối cacbonat Oxit
Cu 35 8 6 11
Mn 94 36 51 23
Fe 298 78 82 61
Zn 191 84 87 66
11
cấp thức ăn thƣờng xuyên + 360 mg kẽm – lysine + 200 mg mangan – lysine + 125
mg đồng – lysine). Nghiên cứu trên đƣợc thực hiện trong 35 ngày trƣớc khi bò đẻ.
Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của phức chất kim loại - lysine tới bò sữa
Các kết quả trong bảng 1.3 chỉ ra rằng: những con bò có khẩu phần ăn đƣợc
bổ sung thêm các phức chất kim loại – lysine cho sản lƣợng sữa tăng 5,4%, tỷ lệ
mang thai tăng 6,1%, trƣờng hợp niêm vú giảm 20% đồng thời hàm lƣợng kim loại
đƣợc hấp thu cũng cao hơn so với những con bò mà khẩu phần ăn của chúng không
đƣợc bổ sung phức chất kim loại – lysine.
Tác giả [18] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái: chọn ngẫu
nhiên 40 con lợn nái và chia đều thành 2 nhóm. Nhóm A (cung cấp thức ăn thƣờng
xuyên), nhóm B (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên + 0,2% sắt – glixin/ tổng lƣợng
thức ăn). Thực hiện chế độ thức ăn nhƣ trên trong vòng bốn tuần trƣớc khi đẻ cho
đến hai tuần sau khi đẻ. Số lƣợng lợn con sinh ra, trọng lƣợng sơ sinh, số lợn con
sinh ra còn sống và trọng lƣợng lúc cai sữa đƣợc trình bày trong bảng 1.4.
Kết quả Nhóm I Nhóm II
Sản lƣợng sữa (kg/ngày) 16,6 17,5
Trƣờng hợp niêm vú (%) 29,9 23,8
Tỷ lệ mang thai (%) 82 87
Hàm lƣợng kẽm (mg/kg) 36 41
Hàm lƣợng đồng (mg/kg) 88 181
Hàm lƣợng mangan (mg/kg) 5,3 5,7
12
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái
Kết quả Nhóm A Nhóm B
Số lợn nái ban đầu 20 20
Số lợn con sinh ra 214 220
Số lợn con sinh ra còn sống 185 201
Trọng lƣợng trung bình lợn sơ sinh (kg) 1,29 1,34
Số lợn con cai sữa 165 186
Tổng trọng lƣợng cai sữa (kg) 877,80 1086,24
Trọng lƣợng cai sữa trung bình (kg) 5,32 5,84
Những con lợn nái có thức ăn đƣợc bổ sung thêm phức chất sắt – glixin
(nhóm B) cho khả năng sinh sản cao, trọng lƣợng lợn con sinh ra lớn hơn và sức đề
kháng của chúng cũng tốt hơn so với nhóm lợn nái có khẩu phần ăn không đƣợc bổ
sung sắt – glixin (nhóm A).
Lĩnh vực nghiên cứu những ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu
với kim loại để bổ sung vào sữa, thức ăn cho con ngƣời và động vật còn đƣợc công
bố bởi các nhóm nghiên cứu của tác giả E.J. Underwood [15], nhóm nghiên cứu của
các tác giả [16, 17, 19, 21, 27]…
Việc sử dụng các phức chất của kim loại với các amino axit thiết yếu nhƣ
chất phụ gia bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi, đem lại năng suất cao, nhiều lợi
ích kinh tế. Do đó lĩnh vực tổng hợp các loại phức chất này ngày càng đƣợc quan
tâm và phát triển hơn.
1.4. Tổng hợp phức chất của các kim loại sinh học với amino axit thiết yếu
[6, 7, 17]
Mangan, đồng và sắt là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm d, do sự có
mặt của lớp vỏ electron chƣa đầy đủ nên các nguyên tố này có khả năng tạo thành
phức chất. Thành phần và hình dạng của phân tử phức chất phụ thuộc vào nhiều yếu
13
tố: bản chất ion trung tâm, bản chất phối tử, điều kiện phản ứng nhƣ nhiệt độ, pH
dung dịch…
- Mn2+
có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết các phối tử thông thƣờng
nhƣng hằng số bền của các phức chất đó thƣờng nhỏ hơn so với hằng số bền của các
phức chất các kim loại hóa trị II khác (Fe, Co, Ni) vì rằng: ion Mn2+
có bán kính lớn
nhất so với các ion cùng điện tích của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đồng
thời năng lƣợng làm bền bởi trƣờng tinh thể bằng không. Hơn nữa Mn2+
với cấu
hình d5 khá bền vững làm cho nó không có dạng phối trí nào đặc biệt chiếm ƣu thế
trong phức chất của Mn(II), các phức chất có thể là tứ diện ([MnBr4]2-
), vuông
phẳng ([Mn(phtaloxyanin)], bát diện ([Mn(H2O)6], lƣỡng chóp tam giác… trong đó
phức chất bát diện có phần phổ biến hơn.
- Cu2+
có cấu hình electron là [Ar]3d9 là trƣờng hợp thể hiện rõ nhất hiệu ứng
Jahn – Teller khi bị đặt vào trƣờng phối tử bát diện hay tứ diện, dẫn tới các phức
chất tạo thành không có tính đối xứng cao. Cu(II) tạo thành phức chất với nhiều
amin khác nhau, các phức chất này có màu xanh đậm hơn phức chất aqua. Phổ hấp
thụ electron của chúng có cực đại chuyển dịch về phía sóng ngắn hơn so với
[Cu(H2O)6]2+
. Cu2+
là một chất tạo phức mạnh, với số phối trí thay đổi từ 3 đến 8,
trong đó các số phối trí 4 và 6 là phổ biến nhất.
- Fe(III) với cấu hình [Ar]3d5
có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết
các phối tử. Dạng hình học phổ biến nhất là các phức chất bát diện: [FeF6]3-
,
[Fe(C2O4)3]3-
, [Fe(CN)6]3-
…Mặc dù có cấu hình electron giống Mn(II) nhƣng màu
sắc các phức chất của Fe(III) đậm hơn hẳn, tức là các phức chất của Fe(III) hấp
thụ mạnh ánh sáng trong vùng khả kiến. Hiện tƣợng này đƣợc giải thích bằng phổ
chuyển điện tích. Ion Fe3+
có mật độ điện tích lớn hơn so với ion Mn2+
, ion Fe3+
phân cực các phối tử mạnh hơn, do đó các dải chuyển điện tích trong phổ hấp thụ
electron có cƣờng độ lớn hơn.
Zn2+
có khả năng tạo nhiều phức chất, tuy nhiên khả năng tạo phức của nó
kém hơn đồng. Zn2+
với cấu hình electron d10
với năng lƣợng bền hóa bởi trƣờng
phối tử bằng không, do đó nó không ƣu tiên một dạng hóa lập thể nào. Nói chung
14
kẽm có các số phối trí từ 2 đến 7, trong đó các số phối trí 4, 5 và 6 là phổ biến hơn
cả. Những ion phức thƣờng gặp là: [ZnCl4]2-
, [Zn(NH3)6]2+
, [Zn(NH3)4]2+
… cũng
do cấu hình bền 3d10
, nên các phức chất của ion Zn2+
đều không có màu. Đó là do
mỗi obitan d đã đƣợc điền đủ hai electron nên không có sự chuyển dời electron
giữa các obitan 3d có phân mức năng lƣợng khác nhau. Cũng giống nhƣ ion Cu2+
,
ion Zn2+
có khả năng tạo các phức chất vòng càng 5 cạnh bền với các phối tử α –
amino axit.
Trong dung dịch L – Lysine tồn tại ở dạng ion lƣỡng cực:
Anion H2NCHRCOO- (R = NH2-(CH2)4) chứa 3 nhóm cho electron (N, O
- và
=O), trong đó oxi xeton ít khi liên kết với ion kim loại cùng với 2 nhóm cho kia.
Vấn đề là ở chỗ khi phối trí nhƣ vậy thì sẽ tạo thành vòng 4 cạnh không bền. Trong
các phức chất ion kim loại liên kết với gốc cacboxyl hoặc với nhóm amin, hoặc với
cả 2 nhóm đó và trong trƣờng hợp sau cùng thì sẽ tạo thành vòng chelat 5 cạnh bền
vững (các liên kết mang đặc tính của liên kết cộng hóa trị và liên kết ion).
Trên thế giới, đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu của các nhà khoa
học ở các quốc gia khác nhau về lĩnh vực tổng hợp và phân tích cấu trúc của phức
chất kim loại với amino axit [22 - 26, 28 - 29, 32]… Từ đó cho thấy sự đa dạng
trong các phƣơng pháp tổng hợp và sự phong phú về cấu trúc của phức chất amino
axit.
Nhóm tác giả Noori.K. Fayad, Taghreed Hashim. Al- Noor, Atheer. A.
Mahmood, Ibtihaj Kadhim Malih [26] đã tiến hành tổng hợp các phức chất của
15
Mn(II), Cu(II), Fe(II), Co(II), Ni(II) và Cd(II) với đồng thời 2 phối tử là L – valine
và 1,10-
phenanthroline) theo quy trình sau:
Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)] [26]
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]
(M: Fe(III), Cr(III), Co(II)) [25]
Tác giả Csoergh.I (Thụy Điển) [14] đã tổng hợp đƣợc phức rắn của Honmi
với
axit L – Aspatic ứng với thành phần Ho(L-Asp)Cl2.6H2O. Phân tích cấu trúc của
phức chất, tác giả đã chỉ ra ion Ho3+
có số phối trí là 8 với các liên kết qua 5 nguyên
tử oxi của nƣớc (H2O) và 3 nguyên tử oxi của ba nhóm aspactat. Trong khi đó,
16
nhiều tác giả khác lại chỉ ra sự tham gia đồng thời của cả hai nhóm chức vào việc
hình thành phức chất.
Tác giả Ibrahim S.A (Ai Cập) [14] đã tổng hợp và nghiên cứu tính chất của
các phức chất Ce(III) với một số amino axit nhƣ L – Alanin, L – Aspactic và L –
Glutamic. Bằng các phƣơng pháp phân tích hoá học, phổ hồng ngoại và đo độ dẫn
điện đã chỉ ra sự phối trí giữa các amino axit với Ce3+
thực hiện qua nguyên tử oxi
của nhóm cacboxyl và nguyên tử nitơ của nhóm amin.
Hiện nay ở nƣớc ta, lĩnh vực nghiên cứu phức chất cũng ngày càng đƣợc
quan tâm. Có thể kể đến nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lê Hữu Thiềng và GS.
Nguyễn Trọng Uyển [10], đã tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất của các
nguyên tố đất hiếm với một số amino axit (tổng hợp các phức rắn của một số ion đất
hiếm với L-Tryptophan với 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
cơ…Tuy 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
Mn+
: 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 10-3
M, 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 ± 1oC.
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: 30oC, 40
oC, 50
oC, 60
oC, 70
oC, 80
oC và 90
oC. 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, 40
oC, 50
oC,
60oC, 70
oC, 80
oC và 90
oC. 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
Mn+
+ 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 80oC 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 2.10-2
M. 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+
,
Mn2+
, Fe3+
. 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 + …+
k1k2…kn[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+
+ H2Y2-
→ 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 + H2Y2-
→ ZnY2-
+ H2Ind
(đỏ nho) (xanh)
- Fe3+
tạo phức bền với EDTA ở pH=2: Fe3+
+ H2Y2-
→ 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. Cu2+
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:
Cu2+
+ 4I- → 2CuI +I2 ; I2 + 2Na2S2O3 → Na2S4O6
=
- Xác định Mn2+
bằng phƣơng pháp chuẩn độ oxi hóa khử. Đầu tiên oxi
hóa Mn2+
thành MnO4- bằng (NH4)2S2O8 có mặt AgNO3, sau đó chuẩn độ
MnO4- bằng Fe
2+.
24
Thực nghiệm: tiến hành cân một lƣợng phức chất nhất định đem nung ở
800oC 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 tử…Những 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 13
C – 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 13
C – NMR . Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phổ 13
C – NMR để nghiên cứu
phức chất.
Cả hai phƣơng pháp phổ 13
C 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 13
C tƣơng
tác 1H 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 13
C 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 13
C xóa tƣơng tác 1H của phức chất nghiên
cứu (kim loại – lysine) với phổ 13
C 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 30
oC
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 M
n+: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 M
n+: H2Lys
+
1. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys+ (hệ M
n+: 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 Fe
3+: 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 M
n+ lần lƣợt là:
Cu2+
, Zn2+
, Mn2+
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 Fe
3+ 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
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
656
771
§é
hÊp
th
ô
Bíc sãng (nm)
Cu(Ac)2
30 C
40 C
50 C
60 C
70 C
80 C
90 C
Hình 3.2. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng
Từ hình 3.2 rút ra nhận xét về sự ảnh hƣởng của nhiệt độ tới quá trình tổng
hợp CuLys2:
Phức chất CuLys2 ZnLys2 MnLys2 FeLys3
Lgk1 7,44 7,50 4,87 7,08
34
- Cu(Ac)2 có píc 771 nm ứng với bƣớc sóng hấp thụ ánh sáng màu xanh của
dung dịch Cu2+
. Khi cho HLys vào dung dịch Cu(Ac)2, có sự tạo thành phức
chất CuLys2 nên bƣớc sóng hấp thụ 771 nm đã chuyển về 656 nm.
- Ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau thì độ hấp thụ của dung dịch phản ứng
cũng khác nhau. Nói chung, độ hấp thụ tăng dần khi nhiệt độ tăng (tuân theo
định luật Lambert Beer).
30 40 50 60 70 80 90
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
§é
hÊp
th
ô
NhiÖt ®é [C]
CuLys2
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng
Trên đồ thị cho thấy nồng độ phức chất đạt cao nhất từ 80oC. Vì vậy nhiệt độ
tối ƣu cho tổng hợp phức chất CuLys2 là 80oC.
Còn đối với quá trình tổng hợp ZnLys2 và MnLys2 thì sự ảnh hƣởng của
nhiệt độ đƣợc đánh giá dựa vào tính chất và trạng thái của sản phẩm.
- Với các mẫu phản ứng ở nhiệt độ 30oC, 40
oC thì khi thêm NaHCO3 vào, thấy
xuất hiện kết tủa nhanh và nhiều chứng tỏ còn nhiều ion kim loại.
- Các mẫu ở nhiệt độ 50oC, 60
oC thì lƣợng kết tủa giảm.
- Lƣợng kết tủa từ phức kẽm gần nhƣ không có, từ phức mangan còn ít đối với
các mẫu ở nhiệt độ 80oC, kết quả tƣơng tự ở 90
oC. Vì vậy nhiệt độ 80
oC
đƣợc chọn để tổng hợp phức chất.
3.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian
35
400 600 800 1000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
771
656
§é
hÊp
th
ô
(nm)
CuAc
30 min
60 min
90 min
120 min
150 min
180 min
195 min
210 min
225 min
240 min
255 min
270 min
285 min
300 min
315 min
330 min
345 min
360 min
375 min
15 min
Hình 3.4. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
§é
hÊp
th
ô
Thêi gian (phót)
CuLys2
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào thời gian phản ứng
Từ hình 3.4 và 3.5 rút ra nhận xét:
- Cu(Ac)2 có píc 771 nm ứng với bƣớc sónghấp thụ ánh sáng màu xanh của
dung dịch Cu2+
. Khi cho HLys vào dung dịch Cu(Ac)2, có sự tạo thành phức
chất CuLys2 nên bƣớc sóng hấp thụ 771 nm đã chuyển về 656 nm.
- Ở các thời gian phản ứng khác nhau thì độ hấp thụ của dung dịch phản ứng
cũng khác nhau. Nói chung, độ hấp thụ tăng dần khi thời gian phản ứng tăng.
36
- Nồng độ phức chất tăng nhanh ở khoảng thời gian phản ứng từ 4 – 6 giờ.
Nồng độ phức chất đạt cao nhất từ 6 giờ trở đi, vì vậy thời gian tối ƣu để
tổng hợp phức chất CuLys2 là 6 giờ.
3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng
400 600 800 1000
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2§
é h
Êp t
hô
(nm)
Cu(Ac)2
2:1
1:1
1:2
1:1.5
1:2.5
1:3
771
728
637 656
Hình 3.6. Phổ UV–Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo các tỷ lệ Cu(Ac)2 : HLys
khác nhau
Từ hình 3.6 rút ra nhận xét:
Đối với Cu(Ac)2, pic đặc trƣng cho màu xanh của nó là 771 nm, khi thêm
HLys đỉnh pic dần dịch chuyển về phía bƣớc sóng thấp hơn do tạo thành phức chất
CuLys2. Khi tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys là 2:1, 1:1, 1:1,5, 1:2, 1:2,5, 1:3 đỉnh pic lần lƣợt
là 728 nm, 686 nm, 661 nm, 656 nm, 657 nm và 637 nm. Điều này đƣợc giải thích
nhƣ sau: khi tỷ lệ Cu(Ac)2 lớn hơn phối tử, dung dịch sau phản ứng còn dƣ Cu(Ac)2
nên đỉnh pic có bƣớc sóng gần với dung dịch Cu(Ac)2 ban đầu. Khi tỷ lệ phối tử
tăng lên, hàm lƣợng Cu(Ac)2 giảm và CuLys2 tăng nên đỉnh pic giảm dần về bƣớc
sóng đặc trƣng của CuLys2 là 656 nm. Tại bƣớc sóng 656 nm, độ hấp thụ của dung
dịch Cu(Ac)2 : HLys ứng với tỷ lệ 1:2 là lớn nhất. Khi tỷ lệ Cu(Ac)2 : HLys là 1:3
đỉnh pic đã giảm xuống bƣớc sóng 637 nm, chứng tỏ sản phẩm phức thu đƣợc sẽ có
cấu trúc và thành phần khác với các tỷ lệ 1:2 và 1:2,5 (pic ở 656 nm).
37
Từ các kết quả trên chúng tôi đƣa ra điều kiện tối ƣu để tổng hợp các phức
Cu(II), Zn(II), Mn(II) với lysine là ở nhiệt độ 80oC, thời gian tổng hợp là 6 giờ theo
tỷ lệ kim loại: lysine = 1:2 và trƣờng hợp phức của Fe(III) với lysine là 24 giờ theo
tỷ lệ Fe(III): HLys = 1:3 ở nhiệt độ 80oC.
3.3. Phân tích cấu trúc, tính chất của phức chất tổng hợp
3.3.1. Kết quả phân tích nguyên tố
Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại trong các phức chất
Phức chất Công thức giả thiết % Kim loại TN % Kim loại
LT
FeLys3 Fe(C6H13N2O2)3 12,38 11,40
ZnLys2 Zn(C6H13N2O2)2(H2O)2 16,15 16,41
CuLys2 Cu(C6H13N2O2)2H2O 14,25 14,37
MnLys2 Mn(C6H13N2O2)2(H2O)2 13,88 14,44
Từ kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất ở bảng 3.4, xét
thấy % kim loại tính toán theo lý thuyết và % kim loại thu đƣợc theo thực nghiệm
không có sự chênh lệch đáng kể, phù hợp với các công thức dự kiến của các phức
chất Fe(III), Zn(II), Cu(II) và Mn(II) với HLys.
3.3.2. Kết quả phổ khối lƣợng
38
Hình 3.7. Phổ MS của ZnLys2
Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ MS của ZnLys2
Stt m/z % m/z CTPT Stt m/z % m/z CTPT
1 454,96 57 Zn2Lys2(H2O)2 4 227,95 12 ZnLysH2O
2 355,11 40 ZnLys2 5 209 73 ZnLys
3 244,99 37 ZnLys(H2O)2 6 147 100 Lys
Dựa vào hình 3.7 và bảng 3.5, dự đoán sự phân mảnh của phức chất kẽm –
lysine theo sơ đồ sau:
ZnLys2(H2O)2
ZnLysH2O
Lys
ZnLys ZnLys(H2O)2
ZnLys2
-Zn
-H2O
-Lys
-H2O
-2H2O
-Lys
39
Hình 3.8. Sơ đồ phân mảnh của ZnLys2(H2O)2
Hình 3.9. Phổ MS của CuLys2
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ MS của CuLys2
Stt m/z % m/z CTPT
1 441,01 62 Cu2Lys2
2 355,02 51 CuLys2
3 208,9 34 CuLys
4 147 15 Lys
Phổ MS của đồng – lysine xuất hiện những mảnh khối lƣợng quan trọng với
giá trị m/z = 355,02 và 208,97 ứng với mảnh CuLys2, CuLys. Dựa vào hình 3.9 và
bảng 3.6 giả thiết sự phân mảnh của phức đồng – lysine xảy ra nhƣ sau:
40
Hình 3.10. Sơ đồ phân mảnh của CuLys2
Hình 3.11. Phổ MS của MnLys2
Trên phổ khối lƣợng của phức chất mangan – lysine xuất hiện píc có giá trị
m/z bằng 346,08 ứng với mảnh khối lƣợng MnLys2.Tuy nhiên cƣờng độ của píc này
thấp (22%) do phức chất này là chất rắn, khó bay hơi nên bị phân hủy nhiều bởi
nhiệt ở buồng hóa hơi.
3.3.3. Kết quả phổ UV – Vis
41
400 600 800 1000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
771
623§
é h
Êp t
hô
(nm)
Cu(Ac)2
CuLys2
HLys
Hình 3.12. Kết quả phổ UV – Vis
Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 có vân hấp thụ ở λmax= 771 nm, khi tạo thành
phức chất CuLys2 thì λmax đã giảm về 623 nm. Vân phổ của dung dịch ion kim loại
và phức chất đều không đối xứng và trải rộng do sự ảnh hƣởng của hiệu ứng Jahn –
Teller. Phổ chuyển d – d của phức CuLys2 có λmax = 623 nm đƣợc quy gán cho sự
chuyển mức năng lƣợng tƣơng ứng với cấu trúc tháp vuông (số phối trí 5). [29]
3.3.4. Kết quả phổ hồng ngoại
42
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
%
(1/cm)
3164
619
3264574
562
579
551666
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất
HLys (1), ZnLys2 (2), MnLys2 (3), FeLys3 (4) và CuLys2 (5)
Phổ hồng ngoại gốc của HLys, ZnLys2, MnLys2, FeLys3 và CuLys2 đƣợc
trình bày ở phần phụ lục. So sánh phổ hồng ngoại của các phức chất tạo thành với
phổ hồng ngoại của HLys, rút ra các nhận xét sau:
- Phổ IR của HLys xuất hiện các vân phổ 3441,2 cm-1
, 3164,4 cm-1
ứng với
dao động VN-H của nhóm NH3+ và nhóm -NH2 còn tồn tại trong phân tử, vân
phổ 2939,7 cm-1
ứng với dao động của các nhóm -CH2, -CH3, còn dao động
VC=O trong nhóm COO- đƣợc quy gán cho vân phổ 1616,8 cm
-1.
- Khi hình thành phức chất ZnLys2, dao động VN-H dịch chuyển lên 3433 cm-1
,
chứng tỏ sự tham gia của nhóm -NH2 trong liên kết phức chất. Vân phổ
2939,0 cm-1
của các nhóm -CH2, -CH3 trong ZnLys2 hầu nhƣ không bị dịch
chuyển so với trong HLys (2939,7 cm-1
), chứng tỏ chúng không tham gia vào
sự liên kết trong phức chất. Dao động VC=O trong ZnLys2 bị dịch chuyển
43
xuống 1610,2 cm-1
do ảnh hƣởng của liên kết giữa O với Zn và vân phổ 579
cm-1
đƣợc quy gán cho liên kết này.
- So sánh phổ IR của Mnlys2 với HLys thu đƣợc những vân phổ quan trọng
chứng tỏ có sự tạo thành các liên kết mới trong phức chất. Vân phổ 562 cm-1
đƣợc quy kết cho liên kết giữa O với Mn. Các dao động VN-H, VC=O bị dịch
chuyển lên 3416,4 cm-1
, 1618 cm-1
, điều này chứng tỏ các nhóm -NH2, COO-
tham gia vào sự hình thành liên kết trong phức chất.
- Trên phổ IR của FeLys3 và Culys2 cũng xuất hiện các vân phổ chứng tỏ các
nhóm -NH2, COO- có tham gia vào sự hình thành liên kết trong phức chất
(các dao động VN-H, VC=O bị dịch chuyển lên 3415,6 cm-1
, 1618,3 cm-1
trong
FeLys3 và trong Culys2 là 3264 cm-1
, 1661 cm-1
, dao động của liên kết VFe-O
đƣợc quy gán cho vân phổ 574 cm-1
, dao động của liên kết VCu-O đƣợc quy
gán cho vân phổ 618 cm-1
).
- Sự dao động của nhóm VOH xuất hiện trong các giá trị phổ giữa 3433 – 2939
cm-1
(ZnLys2), 3416,4 – 3019,2 cm-1
(MnLys2), 3415,6 – 3026,7 cm-1
(FeLys3) và 3444 – 3264 cm
-1 (CuLys2) cho thấy sự hiện diện của nƣớc ẩm,
kết tinh hoặc phối trí tồn tại trong các phức chất này.
3.3.5. Kết quả phổ 13
C – NMR
Quy kết các tín hiệu xuất hiện trên phổ 13
C – NMR của HLys và ZnLys2 theo
bảng 3.7.
Bảng 3.7. Các tín hiệu cộng hưởng trên phổ 13
C – NMR của HLys và ZnLys2
Vị trí C C1 C2 C3 C4 C5 C6
HLys 174,707 54,652 30,012 21,593 26,524 39,244
ZnLys2 54,037 31,560 22,135 26,556 39,344
( HOOC1 – C
2H (NH2) – C
3H2 – C
4H2 – C
5H2 – C
6H2 – NH2)
44
Hình 3.14. Phổ 13
C – NMR của HLys
Hình 3.15. Phổ 13
C – NMR của ZnLys2
Từ bảng 3.7 và các hình 3.14, 3.15 rút ra nhận xét:
45
- Tín hiệu 174,707 ppm của nguyên tử cacbon trong nhóm –COOH trong
HLys không còn xuất hiện trong phức chất ZnLys2, chứng tỏ có sự liên kết
giữa nguyên tử oxi trong nhóm –COO với nguyên tử kim loại kẽm.
- Tín hiệu của nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với nhóm –COOH và –NH2
trong HLys bị dịch chuyển từ 54,652 ppm xuống 54,037 ppm khi tạo thành
phức ZnLys2, chứng tỏ có sự hình thành liên kết cho nhận giữa nguyên tử N
của nhóm –NH2 với nguyên tử kim loại.
- Tín hiệu 30,013 ppm của cacbon trong nhóm –CH2 gần nhất với nguyên tử
cacbon liên kết trực tiếp với nhóm –COOH và –NH2 trong HLys bị dịch
chuyển lên 31,560 ppm trong ZnLys2 do chịu sự ảnh hƣởng khi hình thành
các liên kết mới trong phức chất.
- Các tín hiệu của cacbon trong các nhóm –CH2 còn lại trong HLys hầu nhƣ
không có sự thay đổi đáng kể trong phức chất tạo thành, chứng minh chúng
không tham gia vào sự liên kết trong phức chất.
3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt
Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2
Giản đồ phân tích nhiệt của Zn(II) – lysine xuất hiện các hiệu ứng thu nhiệt ở
239,21oC , 252,77
oC cùng độ giảm khối lƣợng 10,05% ứng với sự tách ra của 2
phân tử nƣớc phối trí. Các hiệu ứng tỏa nhiệt ở 537,98oC, 660,07
oC với hai lần giảm
Furnace temperature /°C50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
TG/%
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Heatflow/µV
-10
0
10
20
DTG/% /min
-13
-8
-3
Peak :239.21 °C Peak :252.77 °C
Peak :537.98 °C
Peak :660.07 °C
Peak :262.98 °C
Peak :596.55 °C
Mass variation: -37.90 %
Mass variation: -46.90 %
Figure:
16/09/2014 Mass (mg): 11.87
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:AirExperiment:Mau Zn(lys)2
Procedure: RT ----> 800C (10 C.min-1) (Zone 2)Labsys TG
Exo
46
khối lƣợng tiếp theo là do sự phân hủy của các thành phần trong phức chất. Từ
750oC trở đi thì đƣờng TG gần nhƣ là một đƣờng thẳng, chứng tỏ từ nhiệt độ này
trở đi đã không xảy ra sự giảm khối lƣợng của phức chất. Chúng tôi dự đoán sản
phảm cuối cùng là ZnO và công thức phân tử của phức chất tạo thành là
ZnLys2(H2O)2.
Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3
Trên giản đồ DTA của phức chất Fe(III) – Lysine có các hiệu ứng tỏa nhiệt ở
215,30oC; 399,00
oC và 526,97
oC kèm theo tổng phần trăm giảm khối lƣợng là
81,16% phù hợp với dự đoán Fe2O3 là sản phẩm cuối cùng và sơ bộ kết luận thành
phần phức chất là FeLys3.
Furnace temperature /°C50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
TG/%
-50
-30
-10
10
30
50
70
90
110
130
Heatflow/µV
-12
-2
8
18
28
38
DTG/% /min
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
Peak :215.30 °C
Mass variation: -22.44 %
Mass variation: -38.26 %
Peak :234.57 °C
Peak :517.85 °C
Peak :525.97 °C
Peak :246.08 °C
Peak :399.00 °C
Figure:
17/09/2014 Mass (mg): 11.1
Crucible:PT 100 µl Atmosphere:AirExperiment:Mau Fe(lys)3
Procedure: RT ----> 800C (10 C.min-1) (Zone 2)Labsys TG
Exo
47
Hình3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2
Ở giản đồ DTA của phức chất Cu(II) với Lysine xuất hiện hai hiệu ứng thu
nhiệt ở nhiệt độ 279,82oC, 419,92
oC và một hiệu ứng tỏa nhiệt ở 493,14
oC kèm theo
% giảm khối lƣợng do sự phân hủy các thành phần của phức chất với tổng % giảm
khối lƣợng bằng 81,59% (dự đoán các cấu tử tách ra bao gồm H2O phối trí, CO2,
H2, N2) phù hợp với kết quả dự đoán sản phẩm cuối cùng là CuO và phức chất tạo
thành là CuLys2(H2O).
Hình 3.19. Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2
Sự giảm khối lƣợng 13,5% ở hiệu ứng thu nhiệt 274,12oC tƣơng đƣơng với 2
phân tử nƣớc phối trí đƣợc tách ra. Độ giảm khối lƣợng lần hai và ba tƣơng ứng với
sự phân hủy các thành phần của phức chất. Ở nhiệt độ trên 620oC, khối lƣợng của
phức chất hầu nhƣ không giảm, quy kết có sự hình thành Mn3O4 và phức chất tạo
thành có công thức phân tử là MnLys2(H2O)2.
48
Bảng 3.8. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất
Phức
chất
Nhiệt độ
(oC)
Độ giảm khối lƣợng (%) Hiệu ứng nhiệt
(DTA) (oC)
DrTG
(oC) TN/ LT Cấu tử tách ra
ZnLys2
30 – 263 10,50/ 9,23 H2O phối trí
239,21 (thu)
252,77 (thu)
537,98 (tỏa)
660,07 (tỏa)
262,98
596,55
263 – 750 70,3/ 79,48 CO2, H2, N2
750 – 800
Không có sự giảm khối lƣợng.
Dự đoán sản phẩm cuối là
ZnO.
FeLys3
30 – 600 81,16/ 83,71 CO2, H2, N2
215,30 (tỏa)
399,00 (tỏa)
526,97 (tỏa)
234,57
517,85
600 – 800
sự giảm khối lƣợng không
đáng kể. Dự đoán sản phẩm
cuối là Fe2O3.
CuLys2
30 – 300 81,59/ 78,71
H2O phối trí,
CO2, H2, N2 279,82 (thu)
419,92 (thu)
493,14 (tỏa)
279,39
496,11
300 – 630
630 – 800
% giảm khối lƣợng không
đáng kể. Dự đoán sản phẩm
cuối là CuO.
MnLys2
30 – 280 13,5/ 9,45 H2O phối trí
274,14 (thu)
420,83 (tỏa)
558,28 (tỏa)
279,59
413,70
563,96
270– 620 88,72/ 70,52 CO2, H2, N2
620 – 800
Không xảy ra sự giảm khối
lƣợng. Dự đoán sản phẩm cuối
là Mn3O4.
Kết hợp các kết quả phân tích nguyên tố, phổ khối lƣợng, phổ tử ngoại – khả
kiến, phổ hồng ngoại, phổ cộng hƣởng từ hạt nhân, phân tích nhiệt và mô phỏng
Gaussian có thể đề nghị công thức cấu tạo và cấu trúc phân tử của các phức chất
tổng hợp đƣợc nhƣ sau:
49
FeLys3
COO H2N
H2N – (CH2)4 – CH Fe HC – (CH2)4 – NH2
NH2 OOC
O NH2
O= C - HC – (CH2)4 – NH2
ZnLys2
H2O
NH2 OOC
[NH2- (CH2)4 – CH Zn CH – (CH2)4 – NH2]
COO H2N
H2O
CuLys2
H2O
NH2 OOC
[NH2- (CH2)4 – CH Cu CH – (CH2)4 – NH2]
COO H2N
MnLys2
H2O
NH2 OOC
[NH2- (CH2)4 – CH Mn CH – (CH2)4 – NH2]
COO H2N
H2O
3.3.7. Kết quả phƣơng pháp mô phỏng Gaussian
Từ công thức cấu tạo đƣa ra trên cơ sở các phƣơng pháp thực nghiệm, sử
dụng phƣơng pháp mô phỏng Gaussian để mô phỏng cấu trúc phân tử cũng nhƣ tính
toán góc liên kết, độ dài liên kết trong các phân tử phức chất (hình 3.20 – 3.23).
50
Hình 3.20. Cấu trúc phân tử FeLys3
Hình 3.21. Cấu trúc phân tử ZnLys2
Hình 3.22. Cấu trúc phân tử CuLys2
51
Hình 3.23. Cấu trúc phân tử MnLys2
3.4. Nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột
và dịch dạ dày
Hình 3.24. Phổ UV – Vis của CuLys2 trong môi trường mô phỏng dịch dạ dày
Kết quả phổ UV – Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày
cho thấy, trong suốt thời gian khảo sát λmax của dung dịch CuLys2 là không đổi ở
700 nm nhỏ hơn rất nhiều so với λmax của Cu(Ac)2 ở 771 nm. Nhƣ vậy, phức chất
này bền trong môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày.
52
400 600 800 1000
0
1
2
(CuLys2)
(Cu(Ac)2)771
620
§é
hÊp
th
ô
Bíc sãng (nm)
CuLys2 trong m«i trêng m« pháng dÞch ruét
Hình 3.25. Phổ UV – Vis của CuLys2 trong môi trường mô phỏng dịch ruột
Đối với môi trƣờng mô phỏng dịch ruột, đây là môi trƣờng kiềm nhẹ (pH =
7,4) và thuộc khoảng pH tạo phức của hầu hết các phức chất nên không bị phân ly
ra ion kim loại. Điều khẳng định này đƣợc chứng minh bằng dung dịch phức chất
trong môi trƣờng này không bị kết tủa hidroxit. Ngoài ra, có thể theo dõi độ bền của
các phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột bằng phổ UV – Vis của phức
chất theo thời gian. Trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột phức chất CuLys2 có λmax
= 620 nm với độ hấp thụ khá cao và không đổi trong suốt 3 giờ khảo sát trong khi
dung dịch Cu(Ac)2 hấp thụ ở 771 nm với vân rộng và độ hấp thụ thấp. Phức chất
CuLys2 cũng không bị phân ly trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột. Nhƣ vậy
CuLys2 không bị phân hủy trong cả 2 môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày và dịch
ruột.
53
KẾT LUẬN
1. Bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH, tìm đƣợc các khoảng giá trị pH để phản ứng
tạo phức xảy ra và tính đƣợc hằng số bền của các phức chất Zn(II), Cu(II), Mn(II)
và Fe(III) với lysine có giá trị Lgk1 lần lƣợt bằng : 7,50, 7,44, 4,87, 7,08.
2. Đã tổng hợp đƣợc các phức chất của Zn(II), Cu(II), Mn(II) và Fe(III) với lysine.
Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo phức (tỷ lệ các chất tham
gia, thời gian và nhiệt độ phản ứng) và từ đó tìm ra đƣợc điều kiện tổng hợp thuận
lợi.
- Tổng hợp CuLys2, ZnLys2, MnLys2 ở nhiệt độ 80oC, thời gian tổng hợp 6 giờ, lần
lƣợt trong môi trƣờng pH có giá trị trong khoảng (4,69 – 9,65), (4,58 – 8,81), (4,65
– 6,95).
- Tổng hợp FeLys3 ở nhiệt độ 80oC, thời gian tổng hợp 24 giờ, trong môi trƣờng pH
có giá trị trong khoảng (3,10 – 4,97).
3. Đã xác định đƣợc cấu trúc của các phức chất tổng hợp đƣợc bằng phƣơng pháp
phổ MS, UV – Vis, 13
C – NMR, IR và phân tích nhiệt. Liên kết trong phức chất
đƣợc hình thành giữa ion kim loại Mn+
(Mn+
: Zn2+
, Cu2+
, Mn2+
, Fe3+
) với phối tử qua
nguyên tử O của nhóm cacboxyl và nguyên tử N của nhóm amin. Phức chất
CuLys2(H2O) với cấu trúc tháp vuông, ZnLys2(H2O)2 cấu trúc bát diện,
MnLys2(H2O)2 và FeLys3 có cấu trúc bát diện lệch.
4. Đã khảo sát độ bền của phức chất CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột
và dịch dạ dày, kết quả cho thấy phức chất không bị phân hủy trong các môi trƣờng
này.
54
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN
1. Nguyễn Thị Thúy Nga, Vi Thị Thanh Thủy, Vũ Đào Thắng, Huỳnh Đăng
Chính (2014), “Tổng hợp phức chất của kẽm(II), mangan(II), sắt(III) với L
– Lysine”, Tạp chí hóa học, T. 52 (5A) tr. 219-223.
2. Nguyen Thi Thuy Nga, Vi Thi Thanh Thuy, Vu Dao Thang, Huynh Dang
Chinh (2014), Research on factors affecting and synthetics of copper –
lysine and copper – threonine complexes, hội nghị hóa học quốc tế Việt
Nam – Malaisia.
55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Văn Du (2009), Báo cáo kỹ thuật phân tích phổ, Trƣờng Đại Học
Bách Khoa Hà Nội.
2. Trần Thị Đà, Lê Thị Hồng Hải, Nguyễn Thị Ngọc Vinh, Nguyễn Hữu Đĩnh
(2006), “Tổng hợp một số phức chất Mangan dùng làm chế phẩm tạo màu
cho granit nhân tạo”, ạp chí h a học v c h , T.44, số 2, tr.65-70.
3. Huỳnh Thành Đạt, Lê Văn Hiếu (2004), Giáo trình phươ pháp tí h t á
lượng tử và mô phỏng trong quang phổ, Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên – Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.
4. Vũ Đăng Độ (2004), Các phươ pháp vật lý trong hóa học, NXB Đại học
Quốc gia Hà Nội.
5. Vũ Đăng Độ (2003), Giá trì h Hóa si h v cơ, Kh a Hóa học, Trƣờng
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
6. Vũ Đăng Độ, Triệu Thị Nguyệt (2011), Hóa học v cơ, quyển 2, NXB Giáo
Dục, Vĩnh Phúc.
7. Lê Chí Kiên (2007), Hóa học phức chất, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội.
8. Hoàng Nhâm (2004), Hóa học v cơ tập 3, NXB Giáo Dục, Hà Nội.
9. Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà,
Nguyễn Thị Thanh Phong (2006), Hóa học hữu cơ, tập 3, NXB Giáo Dục,
Hà Nội.
10. Nguyễn Văn Ri, Tạ Thị Thảo (2006), Thực tập phân tích hóa học, Trƣờng
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội.
11. Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Trọng Uyển, Đặng Thị Thanh Lê, Phạm Thế
Cƣờng (2012), “Nghiên cứu sự tạo phức của một số nguyên tố đất hiếm
(Tb, Dy, Ho, Er) với L-Asparagin trong dung dịch bằng phƣơng pháp
chuẩn độ đo pH”, Tạp chí khoa học, T.50 (5B) tr. 75-78.
56
12. Nguyễn Minh Thủy (2009), Giá trì h di h dưỡ ười, Trƣờng Đại học
Cần Thơ.
13. Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phươ pháp vật lí ứng dụng trong hóa
học, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội.
14. Nguyễn Thúy Vân (2010), Nghiên cứu sự tạo phức đơ , đa phối tử của
một số nguyên tố đất hiếm nặng với L-Methionin và Axetylaxeton bằng
phươ pháp chuẩ độ đ pH, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trƣờng Đại Học
Sƣ Phạm Thái Nguyên.
Tiếng Anh
15. E.J. Underwood, N.F. Suttle (1999), The mineral nutrition of livestock, the
3rd edition, Cabi Publishing, New York, USA.
16. Eduardo Walter Ettlin, Jose Ruben Boccio, Adrian Tomas De Paoli,
Edgardo Adrian Hager, Pablo Adrian De Paoli (2013), “Salts of mineral
nutrients stabilized with amino acids and/or ammonium salt, products and
food supplements that contain them and procedures for obtaining same”,
United states Patent, US 8523975 B2.
17. H.DeWayne Ashmead (1993), The roles of amino acid chelates in animal
nutrition, Noyes Publications, NewJersey, USA.
18. Hsinhung John Hsu (2001), “Animal feed additive by preparing metal
amino acid chelates, increasing desired metal uptake by the animal, and
concomitant growth facilitation and enhancement for the treated animals”,
United states Patent, US 6197815 B1.
19. Long Pan, Shaotang Yuan, Jairajh Mattai, James G. Masters (2014), “Zinc-
lysine complex”, WO 2014098818 A1.
20. Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson (2003), “Composition
for supplementing animals with solutions of essential metal amino acid
complexes”, United states Patent, US 7022351 B2.
57
21. Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson (1990), “Use of copper
complexes of alpha-amino acids that contain terminal amino groups as
nutritional supplements”, European patent application, EP 0377526 A2.
22. Mark Pedersen, H.Deway Ashmead (2003), “Composition and method for
preparing amino acid chelates andcomplexes”, United states Patent, US
6518240 B1.
23. Max R. Motyka, Rick Harnish, Stephen D. Ashmead, H.Deway Ashmead
(2010), “Hypoallergenic metal amino acid chelates and metal amino acid
chelate – containing compositions”, United states Patent, US 7838042 B2.
24. Monty Leu, Laurens, Iowa (1991), “Metal lysine complexes and method
for producing metal lysine complexes”, United states Patent, 5061815.
25. Nagham S. Buttrus (2014), “Synthesis and Characterization of some Cr+3
,
Fe+3
, Co+2
, Ni+2
, Cu+2
and Zn+2
Complexes with N-Phthalyl amino acid
ligands”, Research Journal of Chemical Sciences , vol. 4(5), pp. 41-47.
26. Noori.K. Fayad, Taghreed Hashim. Al- Noor, Atheer. A. Mahmood, Ibtihaj
Kadhim Malih (2013), “Synthesis, Characterization, and Antibacterial
Studies of Mn (II), Fe (II), Co(II), Ni(II), Cu (II) and Cd(II) Mixed- Ligand
Complexes Containing Amino Acid ( L-Valine) And (1,10-
phenanthroline)”, Chemistry and Materials Research, vol.3 No.5.
27. Peter A. Stark (2012), “Mixed amino acid metal salt complexes”, WO
2012170055 A1.
28. Salman M. Saadeh (2013), “Synthesis, characterization and biological
properties of Co(II), Ni(II), Cu(II) and Zn(II) complexes with an SNO
functionalized ligand”, King Saud UniversityArabian Journal of
Chemistry,vol 6, pp. 191–196.
29. Temitayo Olufunmilayo Aiyelabola1, Isaac Ayoola Ojo1, Adeleke Clement
Adebajo, Grace Olufunmilayo Ogunlusi, Olayinka Oyetunj, Ezekiel
Olugbenga Akinkunmi, Adebowale Olusoji Adeoye (2012), “Synthesis,
58
characterization and antimicrobial activities of some metal(II) amino acids’
complexes”, Advances in Biological Chemistry, vol 2, pp. 268-273.
30. Udrescu Mariana (2012), Structural studies of metal complexes with amino
acids and biomarkers for use in diagnostic, Bolyai University, Romania.
31. Walter Pfefferl, Etal (2003), Biotechnological manufacture of lysine,
Biotechology, vol 79, pp. 69 – 112.
32. Wolfgang Beck (2009), Metal Complexes of Biologically Important
Ligands, CLXXII [1].Metal ions and metal complexes as protective groups
of amino acids and peptides – reactions at coordinated amino acid, US.
PHỤ LỤC
59
411.4
480.2
574.1
734.7
842.1
887.7
994.7
1140.9
1181.31214.4
1292.9
1349.4
1500.5
1618.3
1732.9
1984.5
3026.7
3415.6
3814.83847.6 3862.8
Fe(l
ys
)3
30
40
50
60
70
80
90
100
%Transmittance
500
1
000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Wave
num
bers
(cm
-1)
Num
be
r o
f sa
mp
le s
ca
ns: 3
2N
um
be
r o
f b
ackg
round
sca
ns: 3
2R
eso
lutio
n: 4
.00
0S
am
ple
ga
in: 8
.0M
irro
r ve
locity:
0
.63
29
Ap
ert
ure
: 1
00
.00
411.4
480.2
574.1
734.7
842.1
887.7
994.7
1140.9
1181.31214.4
1292.9
1349.4
1500.5
1618.3
1732.9
1984.5
3026.7
3415.6
3814.83847.6 3862.8
Fe(lys)3
30 40 50 60 70 80 90 100
%Transmittance
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Wavenumber
s (cm-1)
Number of s
ample scans
: 32Numb
er of backgro
und scans: 3
2Resol
ution: 4.000
Sample gain
: 8.0Mirror
velocity: 0.
6329Apertu
re: 100.00
502.3
590.8
649.7
711.5 738.6 751.6790.6 806.5
861.0 880.1912.0 925.2 944.1
973.01014.5
1046.71077.9
1110.0 1132.7
1168.81188.11230.0
1279.31328.1
1355.6
1392.41457.7
1472.41525.2
1583.0
1661.0
2018.6
2359.8
2465.2
2537.9
2630.8
2687.3
2778.6
3012.5
3264.0
3444.0
Cu
(ly
s)2
-30
-20
-10 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%Transmittance
500
1
000
1500
2000
2500
3000
3500
Wave
num
bers
(cm
-1)
Num
be
r o
f sa
mp
le s
ca
ns: 3
2N
um
be
r o
f b
ackg
round
sca
ns: 3
2R
eso
lutio
n: 4
.00
0S
am
ple
ga
in: 8
.0M
irro
r ve
locity:
0
.63
29
Ap
ert
ure
: 1
00
.00
412.0 429.6
476.3
549.6579.3
623.0671.7
737.8
778.4
862.0
909.9 929.3967.8
1000.91047.0
1098.11132.9
1180.8
1260.3
1343.0
1404.8
1506.6
1610.2
2082.6
2939.0
3433.0
Zn(l
ys
)2
-10 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%Transmittance
500
1
000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Wave
num
bers
(cm
-1)
Num
be
r o
f sa
mp
le s
ca
ns: 3
2N
um
be
r o
f b
ackg
round
sca
ns: 3
2R
eso
lutio
n: 4
.00
0S
am
ple
ga
in: 8
.0M
irro
r ve
locity:
0
.63
29
Ap
ert
ure
: 1
00
.00
413.5 429.8
473.4 502.3551.1
666.0708.9
734.4764.7
783.4 801.7860.7
906.5 929.9954.3 974.4 996.01029.41049.3
1098.01144.3
1182.01218.41261.7 1280.5
1319.11347.1 1361.5
1406.61423.01449.9
1505.7
1565.8 1584.7
1616.8
2109.8
2597.2
2939.7
3164.4
3441.2
L-Ly
sin
-20
-10 0 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%Transmittance
500
100
0
150
0
200
0
250
0
300
0
350
0
400
0
Wav
enum
bers
(cm
-1)
Num
ber o
f sam
ple
scan
s: 3
2N
umbe
r of b
ackg
roun
d sc
ans:
32
Res
olut
ion:
4.
000
Sam
ple
gain
: 8.
0M
irror
vel
ocity
: 0.
6329
Ape
rture
: 69
.00
