Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và thăm dò hoạt tính sinh học của phức Ni(II) với Bazơ Schiff Isatin - Nguyễn Thị Hoàng Ni

Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 02(22)/2012: tr. 13-19 TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA PHỨC Ni(II) VỚI BAZƠ SCHIFF ISATIN NGUYỄN THỊ HOÀNG NI - DƯƠNG TUẤN QUANG Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế NGUYỄN TRẦN KIM TUYẾN Trường Cao đẳng Sư Phạm Kon Tum Tóm tắt: Phức chất của Ni(II) với bazơ Schiff tổng hợp isatin và 8- aminoquinolin đã được tổng hợp và đặc trưng bằng phương pháp phổ 1H- NMR và MS. Kết quả phân tích cho thấy phức có cấu trúc bát diện. Sơ đồ phân mảnh của phức khi bị bắn phá trong phổ khối lượng đã được thiết lập. Hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn và khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư gan (Hep-G2), ung thư phổi (Lu) và ung thư cơ van tim (RD) cũng đã được thử nghiệm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Isatin và dẫn xuất của nó nhận được sự quan tâm đáng kể vì chúng có hoạt tính sinh học mạnh. Nhiều công trình cho thấy chúng có tính kháng nấm, kháng khuẩn, chống co giật và đã được sử dụng làm thuốc điều trị một số loại bệnh [1], [2], [3], [4]. Khi tác dụng với amin sẽ tạo thành bazơ Schiff isatin, có hoạt tính sinh học quý, đặc biệt có khả năng chống lại HIV [5], [6]. Gần đây, một số công trình đã chứng minh rằng phức kim loại chuyển tiếp của bazơ Schiff isatin không những có hoạt tính sinh học phong phú mà còn được tăng lên đáng kể so với isatin và bazơ Schiff isatin tự do [7], [8], [9], [10]. Tuy nhiên những công bố về phức chất của bazơ Schiff đi từ isatin và diaminopropan vẫn chưa nhiều [7]. Trong công trình này, chúng tôi báo cáo sự tổng hợp, đặc trưng cấu trúc và những kết quả bước đầu về thử nghiệm hoạt tính sinh học của phức tạo thành giữa Ni(II) với bazơ Schiff đi từ isatin và 8-aminoquinolin. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Máy móc và thiết bị - Phổ khối lượng được đo trên máy LD-MSD-Trap-SL (Nhật), tại Viện Hoá học, viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Phổ cộng hưởng từ proton được đo trên máy cộng hưởng từ hạt nhân phân giải cao 500MHz (Brucker, Đức) ở phòng cộng hưởng từ hạt nhân, Viện Hoá học, viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Hoạt tính sinh học của phối tử và phức chất được đọc trên máy ELISA tại Phòng sinh học thực nghiệm, Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. NGUYỄN THỊ HOÀNG NI và cs. 14 2.2. Tổng hợp phức chất Rót từ từ dung dịch chứa 0,1509 gam isatin trong 15 ml etanol, 5 ml nước vào dung dịch chứa 0,1449 gam 8-aminoquinolin trong 15ml C2H5OH đồng thời khuấy đều được dung dịch màu vàng cam có pH~ 6. Điều chỉnh pH của dung dịch đến khoảng 4-5 bằng axit HCl loãng được dung dịch A. Rót từ từ dung dịch chứa 0,2414 gam NiCl2·6H2O trong 15ml H2O vào dung dịch A, được dung dịch B màu đỏ nâu. Khuấy dung dịch B ở 500C trong vòng 8 giờ. Sau đó, tiếp tục làm bay hơi chậm dung dịch ở nhiệt độ 400C trong 2 giờ. Dung dịch cuối thu được có thể tích khoảng 30ml, để yên 96 giờ thấy những tinh thể đỏ thẫm tách ra. Lọc rửa tinh thể bằng nước cất, rửa nhanh bằng etanol loãng. Làm khô tinh thể trong bình hút ẩm chứa silicagel. 2.3. Thăm dò hoạt tính sinh học Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định Việc thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được tiến hành theo 2 bước. Bước 1: Thử định tính theo phương pháp khuếch tán trên thạch, sử dụng khoanh giấy lọc tẩm chất thử theo nồng độ tiêu chuẩn. Bước 2: Các mẫu cho hoạt tính (+) ở bước 1 sẽ được tiến hành thử tiếp ở bước 2 để tính ra nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) theo phương pháp của Vander Bergher và Vlietlinck (1991), MCKane, L., & Kandel (1996) tiến hành trên các phiến vi lượng 96 giếng. Các chủng vi sinh vật kiểm định bao gồm: vi khuẩn Gr (-), vi khuẩn Gr (+), nấm mốc, nấm men. Thử khả năng gây độc tế bào Tế bào ung thư được duy trì liên tục ở các điều kiện tiêu chuẩn và được sử dụng test với các chất thử đã chuẩn bị sẵn ở các nồng độ khác nhau trên phiến vi lượng 96 giếng. Phiến thử nghiệm bao gồm: tế bào + môi trường cấy + chất thử, được ủ ở 370C trong 3 ngày để tế bào tiếp tục phát triển. Sau đó tế bào được lấy ra cố định, rửa, nhuộm, và hòa lại bằng dung dịch chuẩn, đọc trên máy Elisa ở bước sóng 515-540 nm. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phổ MS của Ni(II)-IsaAq (hình 1) xuất hiện cụm pic m/z = 419, 420, 421, 422, 423 phù hợp với số khối của ion phân tử phức có thành phần [Ni(IsaAq)Cl2(H2O)]+•. Trong phổ còn xuất hiện cụm pic m/z= 401, 402, 403, 404, 405 ứng với ion [Ni(IsaAq)Cl2]+• do sự mất đi một phân tử H2O. Khi tiếp tục bị bắn phá, sẽ lần lượt mất đi 1 nguyên tử Cl; 2 nguyên tử Cl, tương ứng với sự xuất hiện trên phổ MS các cụm pic m/z = 366, 367, 368, 369, 370; và m/z = 331, 332, 333, 334. Ngoài ra phổ MS của phức còn có một số pic khác như: m/z = 273, m/z = 145, m/z = 128, tương ứng với các mảnh chỉ chứa thành phần hữu cơ: C17H11N3O+•, C8H5N2O+, C9H6N+. Từ những kết quả phân tích trên, có thể xây dựng sơ đồ phân mảnh của phức như ở hình 2. TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC... 15 Hình 1. Phổ khối lượng của phức Ni(II)-IsaAq N H N O N Ni Cl H2O Cl N H N O N Ni Cl Cl N H N O N Ni Cl N H N O N Ni N H N O N N H N O C N +.+. + +. + + +. m/z = 421m/z = 403 m/z = 366 m/z = 331 m/z = 273 m/z = 128 m/z = 145 Hình 2. Sơ đồ phân mảnh của phức Ni(II)-IsaAq Để phân tích phổ cộng hưởng từ proton của phức tổng hợp, trước tiên chúng tôi mô phỏng phổ 1H-NMR của phối tử bazơ Schiff isatin 8-aminoquinolin như ở hình 3 dưới đây: NGUYỄN THỊ HOÀNG NI và cs. 16 ChemNMR 1H Estimation 7.7 7.4 7.6 8.8 7.55 8.0 7.60 7.03 7.27 7.67 11.18 N N N H O Estimation quality: blue = good, magenta = medium, red = rough 024681012 PPM (1) (2) (3)(4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) Hình 3. Phổ 1 H-NMR mô phỏng của phối tử Phổ cộng hưởng từ proton của phức tổng hợp được như sau: Hình 4. Phổ 1H-NMR của phức Ni(II)-IsaAq TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC... 17 So sánh phổ thực nghiệm của phức (hình 4) mà chúng tôi nhận được với phổ mô phỏng ở trên, chúng tôi quy kết các tín hiệu xuất hiện trên phổ thực nghiệm như sau: Tín hiệu singlet xuất hiện ở vùng trường yếu nhất có độ chuyển dịch hóa học δ11,59 ppm ứng với proton H(11) của vòng isatin. Tín hiệu doublet xuất hiện ở vùng trường yếu có độ chuyển dịch hóa học δ9,09 ppm ứng với proton H(1) do tương tác spin-spin với proton H(2). Các tín hiệu này đều có độ chuyển dịch hoá học lớn hơn so với ở phối tử. Điều đó có thể giải thích như sau, khi tạo phức các electron sẽ chuyển dịch về phía ion kim loại, đồng thời do nguyên tử nitơ trong vòng piriđin hút electron π của vòng nhờ trạng thái lai hóa sp2 làm cho nhân piriđin bị thiếu electron π nhất là tại nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với dị tố N. Sự chuyển dịch electron về phía nguyên tử nitơ làm giảm tác dụng che chắn đối với proton H(1), tín hiệu cộng hưởng sẽ dịch về phía trường thấp hơn nghĩa là có độ chuyển dịch hoá học cao hơn. Tín hiệu doublet δ 8,41 ppm được gán cho proton H(3) cũng là do sự hút electron π của nguyên tử N sp2 làm cho mật độ electron tại nguyên tử cacbon này thấp hơn so với các vị trí còn lại. Phổ mô phỏng cho thấy tín hiệu triplet của proton H(8), H(9) nằm ở δ7,03ppm; δ7,27ppm. Trên cơ sở đó chúng tôi có thể kết luận rằng tín hiệu triplet ở δ6,92; 7,01 ppm trên phổ thực nghiệm của phức tổng hợp được lần lượt ứng với sự cộng hưởng của proton H(8),H(9). Điều đó cho thấy phổ thực nghiệm và phổ mô phỏng cho kết quả khá phù hợp nhau. Tín hiệu ở trong vùng 7,78÷8,01 ppm với cường độ tích phân ~6 ứng với các proton H(5), H(2), H(4), H(6), H(7), H(10) trong phân tử phức. Nhìn chung các tín hiệu này đều có độ chuyển dịch hoá học lớn hơn so với ở phối tử. Do khi tạo phức các electron sẽ chuyển dịch về phía ion kim loại làm giảm tác dụng che chắn đối với các proton này,nên tín hiệu cộng hưởng sẽ dịch về phía trường thấp hơn. Tín hiệu δ3,53ppm với cường độ tích phân ~2 ứng với hai hiđro trong phân tử nước có trong phức. Tương tác của ion trung tâm với oxi làm cho hai proton trong nước trở nên linh động hơn nên tín hiệu cộng hưởng của các proton này chuyển dịch về phía trường yếu so với tín hiệu proton của nước có trong dung môi DMSO. Các tín hiệu phân giải khá tốt trên phổ cho thấy đây là phổ 1H-NMR của phức [NiIsaAqCl2H2O] tinh khiết. Điều này cũng đã được khẳng định qua việc phân tích phổ khối lượng trên hình 1. Những thông tin về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR trên đây cho phép chúng tôi một lần nữa khẳng định rằng đã tổng hợp được phức [NiIsaAqCl2H2O] tinh khiết với tỉ lệ phối tử bazơ Schiff : Ni(II) là 1:1. Tóm lại, từ sự phân tích kết quả phổ MS và 1H-NMR, chúng tôi đề nghị cấu trúc của phức như sau: NGUYỄN THỊ HOÀNG NI và cs. 18 N H N O N Ni Cl H2O Cl Bảng 1 trình bày kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của isatin, 8- aminoquinolin và phức chất. Kết quả cho thấy isatin và 8-aminoquinolin hầu như không có hoạt tính đối với các loại khuẩn và nấm khảo sát. Trái lại, phức Ni-IsaAq cho phổ rộng đối với hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn. Đặt biệt phức có hoạt tính mạnh với khuẩn gram âm E.coli và P.aeruginosa. Bảng 1. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định Stt Hợp chất Nồng độ ức chế tối thiểu MIC (µg/ml) Vi khuẩn Gr(-) Vi khuẩn Gr(+) Nấm mốc Nấm men E P B S Asp F S* C 1 Isatin 50 50 - - 50 50 - - 2 IsaAq 50 - - - 50 50 - - 3 Ni-IsaAq 12,5 12,5 50 50 25 50 50 (-) - Vi khuẩn Gr (-) : E.coli (E), P.aeruginosa (P) - Vi khuẩn Gr (+): B.subtillis (B), S.aureus (S) - Nấm mốc: Asp.niger (A), F.oxysporum (F) - Nấm men: C.albicans (C), S.cerevisiae (S*) Bảng 2 trình bày kết quả thử khả năng gây độc tế bào của isatin, 8-aminoquinolin và phức chất. Các dòng ung thư người được dùng để thử khả năng gây độc tế bào gồm Hep-G2 (ung thư gan), Lu (ung thư phổi), và RD (ung thư cơ van tim). Kết quả cho thấy, các phối tử hầu như không có khả năng ức chế sự phát triển của 3 dòng ung thư khảo sát. Tuy nhiên, phức chất tạo thành lại có khả năng ức chế mạnh tế bào ung thư gan và ung thư phổi. Bảng 2. Kết quả thử khả năng gây độc tế bào Hợp chất (IC50, µg/ml) Kết luận Hep-G2 Lu RD Isatin 4,97 > 5 > 5 Dương tính với Hep-G2 IsaAq > 5 > 5 > 5 Âm tính Ni-IsaAq 1,54 3,96 > 5 Dương tính với Hep-G2 và Lu TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC... 19 4. KẾT LUẬN Phức của Ni(II) với bazơ Schiff đi từ isatin và 1,3-diaminopropan đã được tổng hợp. Phức thu được là những tinh thể màu đỏ thẫm, ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi DMSO, DMF. Việc phân tích các dữ kiện phổ dẫn đến kết luận rằng phức của Ni(II) với bazơ Schiff isatin có cấu trúc bát diện. Phức này cũng đã được thử hoạt tính sinh học. Nhìn chung, chúng cho phổ rộng đối với vi sinh vật kiểm định. Phức chất thể hiện hoạt tính ức chế tế bào ung thư gan và ung thư phổi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S.N. Pandeya, D. Sriram, E. Declecq, C. Pannecouque, M. Mitvrouw. Indian J. Pharm. Sci. 60 (1999) 207. [2] Sagdinc Seda, Baybars Köksoy, Kandemirli Fatma, Haman Bayari Sevgi. Journal of Molecular Structure 917 (2008) 63. [3] R. Boon, Antiviral Chem. Chemother. 8 (1997) 5. [4] S.N. Pandeya, D. Siram, G. Nath, E. Declercq, Eur. J. Pharm. Sci. 9 (1999) 25. [5] S.N. Pandeya, D. Sriram, G. Nath, E. De Clercq. Pharmaceutica Acta Helvetiae 74 (1999) 11. [6] S.N. Pandeya, D. Sriram, G. Nath, E. DeClercq. European Journal of Pharmaceutical Sciences 9 (1999) 25. [7] Giselle Cerchiaro, Katia Aquilano, Giuseppe Filomeni, Giuseppe Rotilio, Maria Rosa Ciriolo, Ana Maria Da Costa Ferreira. Journal of Inorganic Biochemistry 99 (2005) 1433. [8] Seshaiah Krishnan Sridhar, Surendra N. Pandeya, James P. Stables, Atmakuru Ramesh. European Journal of Pharmaceutical Sciences 16 (2002) 129. [9] Seshaiah Krishnan Sridhar, Muniyandy Saravanan, Atmakuru Ramesh. European Journal of Medicinal Chemistry, Vol. 36 (2001) 615. [10] Singh D.P., Malik Vandna, Kumar Krishan, Sharma Chetan, Aneja K.R., Spectrochimica Acta Part A , 76 (2010) 45. Title: SYNTHESIS, STRUCTURE ELUCIDATION AND BIOLOGICAL ACTIVITIES OF Ni(II) COMPLEXE OF ISATIN SCHIFF BASE Abstract: Ni(II) complex of Schiff base from isatin and 1,3-diaminopropane has been synthesized and characterized by 1H-NMR, MS. The complex was found to have octahedral geometry and its fragmental scheme under bombardment in the mass spectrometer was established. Its antibacterial, antifungal activities and the ability to inhibit the growth of Hep- G2, Lu, RD human cells were also tested. NGUYỄN THỊ HOÀNG NI Sinh viên Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế PGS. TS. DƯƠNG TUẤN QUANG Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế ThS. NGUYỄN TRẦN KIM TUYẾN Trường Cao đẳng Sư Phạm Kom Tum