Tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học phức chất của honmi với L-Histidin - Lê Hữu Thiềng

Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 35 - 40 35 TỔNG HỢP VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC PHỨC CHẤT CỦA HONMI VỚI L-HISTIDIN Lê Hữu Thiềng*, Nguyễn Thị Kim Dung Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Phức chất của honmi với L-histidin đã được tách ra ở dạng rắn. Cấu trúc của phức chất được xác định bằng các phương pháp: phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt, quang phổ hồng ngoại và đo độ dẫn điện. Phức chất có công thức [Ho(His)3]Cl3.5H2O. Hoạt tính sinh học của phức chất cũng đã được xác định. Ở nồng độ từ 30 ppm đến 240 ppm, phức chất có tác dụng ức chế sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt ngô, sự ức chế tăng theo nồng độ. Phức chất có tác dụng ức chế tốt hơn ion trung tâm và kém hơn phối. Từ khóa: Phức chất, honmi, histidin, hoạt tính sinh học. MỞ ĐẦU* Các phức chất của nguyên tố đất hiếm (NTĐH) với các aminoaxit đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y dược, nông nghiệp, công nghệ sinh học...[1, 2, 3, 4, 5, 6]. Trong bài báo [1] chúng tôi đã thông báo kết quả tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học phức chất của samari với L- histidin. Bài báo [2] thông báo kết quả tổng hợp, nghiên cứu phức chất của tecbi, dysprosi với L- histidin. Để góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu hệ thống phức chất của các nguyên tố đất hiếm với L- histidin, trong bài báo này chúng tôi thông báo kết quả tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học phức chất của honmi với L - histidin. THỰC NGHIỆM Tổng hợp phức chất Phức chất được điều chế dựa trên phản ứng của HoCl3 với L – histidin trong môi trường pH = 4. Hỗn hợp phản ứng được khuấy trên bếp khuấy từ ở nhiệt độ 60 ÷ 700C trong khoảng thời gian 6 giờ, phương trình phản ứng xảy ra: [Ho(H2O)x]Cl3 + 3His  [Ho(His)3]Cl3 +xH2O Khi hỗn hợp phản ứng xuất hiện váng trên bề mặt thì ngừng đun, để nguội, phức rắn sẽ kết * Tel: 0982859002 tinh. Sau đó lọc rửa phức rắn thu được bằng axeton. Bảo quản phức trong bình hút ẩm. [6] Phức chất thu được hút ẩm khi để trong không khí, tan tốt trong nước và kém tan trong các dung môi hữu cơ như axeton, etanol Xác định thành phần của phức chất Hàm lượng honmi được xác định bằng cách nung một lượng xác định phức chất ở nhiệt độ 9000C trong 1 giờ, ở nhiệt độ này phức chất bị phân huỷ và chuyển về dạng Ho2O3. Hoà tan oxit này bằng HCl loãng, đun trên bếp cách thuỷ để đuổi hết axit dư, định mức rồi chuẩn độ ion Ho3+ bằng dung dịch DTPA, chỉ thị asenazo(III), dung dịch đệm pH = 4,2. Hàm lượng nitơ và cacbon được xác định trên máy phân tích đa nguyên tố Truspec – CNS Leco (Mỹ). Hàm lượng clo được xác định bằng phương pháp Mohr. Xác định cấu trúc của phức chất * Phương pháp phân tích nhiệt: Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất được ghi trên máy phân tích nhiệt DTG - 60H shimazu, với tốc độ nâng nhiệt là 5oC/phút trong môi trường không khí, khoảng nhiệt độ từ 30oC đến 900oC. * Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại: Phổ hấp thụ hồng ngoại của L - histidin và phức chất được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại Mangna IR 760 Spectrometer ESP Nicinet (Mỹ) trong vùng tần số từ 400 ÷ 4000 cm-1, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 35 - 40 36 các mẫu được trộn đều, nghiền nhỏ và ép viên với KBr. * Phương pháp đo độ dẫn điện: Độ dẫn điện riêng của các dung dịch: L - histidin, muối HoCl3 và phức chất được đo trên máy FIGURE7 của Mỹ. Chuẩn hóa điện cực của máy bằng dung dịch chuẩn NaCl nồng độ 692 ppm và 7230 ppm kèm theo máy. Từ độ dẫn điện riêng suy ra độ dẫn điện mol. Thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất: Khảo sát ảnh hưởng của phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O đến sự nảy mầm và phát triển mầm của hạt ngô. Phương pháp thí nghiệm: Chọn 6 mẫu hạt ngô, mỗi mẫu 50 hạt kích thước tương đối đồng đều (khối lượng 14,21±0,01 g). Ngâm hạt trong các dung dịch phức chất có nồng độ 30, 60, 120, 180, 240 ppm (nồng độ tính theo ion Ho3+). Mẫu so sánh ngâm trong nước cất. Thể tích các dung dịch phức chất và nước cất đem ngâm là 150 ml. Sau thời gian 24 giờ vớt ra và ủ hạt trong cốc cỡ 500 ml, được lót dưới và đậy trên bằng giấy lọc. Rồi đưa vào tủ ổn định nhiệt độ và giữ ở 30oC. Các dung dịch ngâm được thu hồi và tưới lại lần sau. Hàng ngày tưới hạt bằng các dung dịch phức chất và nước cất theo thứ tự các mẫu, ngày tưới 3 lần, mỗi lần 30 phút. Sau khi mầm hạt phát triển được một số ngày tuổi nhất định, chúng tôi tiến hành xác định tỉ lệ nảy mầm của hạt, đo độ dài thân và rễ của từng cây trong các mẫu thí nghiệm. Các thí nghiệm được lặp lại 7 lần. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - Kết quả phân tích thành phần (%) các nguyên tố (Ho, C, N, Cl) được trình bày ở bảng 1. Bảng 1. Kết quả phân tích thành phần (%) các nguyên tố (Ho, C, N, Cl) của phức chất Công thức giả thiết Ho C N Cl LT TN LT TN LT TN LT TN [Ho(His)3]Cl3.5H2O 19,95 19,89 26,15 26,07 15,25 15,20 12,87 13,39 (LT: lí thuyết; TN: thực nghiệm) Ở công thức giả thiết của phức chất hàm lượng nước (số phân tử) xác định bằng thực nghiệm theo phương pháp phân tích nhiệt ở phần sau. Kết quả bảng 1 cho thấy hàm lượng honnmi, cacbon, nitơ, clo của phức rắn không có sự khác nhau nhiều. Từ đó sơ bộ kết luận rằng công thức giả thiết của phức chất là phù hợp. - Giản đồ phân tích nhiệt và kết quả phân tích nhiệt của phức chất được trình bày ở hình 1 và bảng 2 Hình 1. Giản đồ phân tích nhiệt của phức chất [Ho(His)3 ]Cl3.5H2O Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 35 - 40 37 Bảng 2. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của phức chất Phức chất Hiệu ứng thu nhiệt Hiệu ứng tỏa nhiệt Dự đoán cấu tử tách ra hoặc phân hủy Dự đoán sản phẩm cuối cùng t0 (pic) Độ giảm khối lượng (%) t0 (pic) Độ giảm khối lượng (%) LT TN LT TN [Ho(His)3]Cl3.5H2O 132,33 10,894 11,144 - - - 5H2O 256,79 - - - - - 29,677 - - - 501,94 548,42 - - - - 36,676 21,975 Cháy và phân hủy Ho2O3 (-) Không xác định; LT: lí thuyết; TN: thực nghiệm Trên giản đồ phân tích nhiệt (đường DTA) của phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O có hai hiệu ứng thu nhiệt tại 132,33oC và 256,790C và hai hiệu ứng tỏa nhiệt tại 501,940C và 548,42oC. Khi tính toán độ giảm khối lượng trên đường TGA thấy rằng: Ở hiệu ứng thu nhiệt thứ nhất (132,33oC) có xấp xỉ 5 phân tử nước tách ra. Nhiệt độ tách nước thấp và thuộc khoảng nhiệt độ tách nước kết tinh của các hợp chất. Chứng tỏ nước trong phức chất là nước kết tinh. Ở hiệu ứng thu nhiệt thứ hai (256,79oC) và hai hiệu ứng tỏa nhiệt tiếp theo (501,940C), (548,42oC) ứng với quá trình cháy và phân hủy tuần tự các thành phần của phức chất. Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của hiệu ứng tỏa nhiệt thứ hai, độ giảm khối lượng của phức chất không đáng kể. Có thể cho rằng ở đây đã có sự hình thành Ho2O3. Do nhiệt độ phân hủy các thành phần của phức chất thấp nên phức tổng hợp được là kém bền nhiệt. Kết quả thu được từ giản đồ phân tích nhiệt chứng tỏ công thức giả thiết của phức chất là hợp lý. - Kết quả phổ hấp thụ hồng ngoại của L- histidin và phức chất được trình bày trên hình 2, 3 và bảng 3. Bảng 3. Các tần số hấp thụ đặc trưng (cm-1) của L-histidin và phức chất Hợp chất −OHν ν + 3NH OOC asν − OOC sν −
OO as C sν − − L – histidin - 3095,01 1585,24 1414,21 171,03 [Ho(His)3]Cl3.5H2O 3431,50 3126,13 1607,79 1497,97 109,82 Hình 2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của L -histidin Hình 3. Phổ hấp thụ hồng ngoại của [Ho(His)3]Cl3.5H2O Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 35 - 40 38 Việc quy kết các dải hấp thụ đặc trưng và phân tích các phổ dựa theo tài liệu [6]. Trong phổ hồng ngoại của L - histidin dải hấp thụ ở tần số 3095,01 cm-1 quy cho dao động hóa trị của nhóm NH3+. Dải hấp thụ ở 1585,24 cm-1 và 1414,21cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị bất đối xứng và dao động hóa trị đối xứng của nhóm COO-. Chúng tôi nhận thấy phổ hấp thụ hồng ngoại của phức chất đều khác với phổ của phối tử tự do về hình dạng cũng như vị trí của các dải hấp thụ. Điều này cho biết sự tạo phức đã xảy ra giữa ion Ho3+ với L - histidin. So sánh phổ hồng ngoại của phức chất và phổ hồng ngoại của L - histidin ở trạng thái tự do thấy dải hấp thụ ở 1585,24 cm-1 và 1414,21 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị bất đối xứng ( OOC asν − ) và đối xứng ( OOC sν − ) của nhóm COO- trên phổ của L - histidin tự do dịch chuyển tương ứng về các vùng tần số cao hơn là 1607,79 cm-1 và 1497,97 cm-1 trên phổ của phức chất. Điều này chứng tỏ nhóm cacboxyl của L - histidin đã phối trí với ion Ho3+. Sự chênh lệch ∆ OO as C sν − − của phức chất khác so với của L - histidin tự do chứng tỏ L - histidin đã liên kết với Ho3+ qua nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl. Dải dao động hóa trị ( + 3NHν ) của nhóm + 3NH trên phổ của L - histidin (3095,01 cm-1) dịch chuyển lên vùng tần số cao hơn (3126,13cm-1) trên phổ của phức chất. Chứng tỏ L - histidin cũng đã liên kết với Ho3+ qua nguyên tử nitơ của nhóm amin. Ngoài ra trên phổ của phức chất còn xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm OH- của nước (3431,50 cm-1). Điều này chứng tỏ trong thành phần của phức có chứa nước và hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt ở trên. - Độ dẫn điện mol phân tử (µ) của L - histidin, muối HoCl3 và phức chất ở 25 ± 0,50C được chỉ ra ở bảng 4. Bảng 4. Độ dẫn điện mol phân tử (µ) của L - histidin, muối HoCl3 và phức chất ở 25 ± 0,50C Dung dịch (10-3 M) Μ (Ω-1.cm2.mol-1) L – histidin 0,00 [Ho(His)3]Cl3.5H2O 384 HoCl3 438 Kết quả ở bảng 4 cho thấy: Độ dẫn điện mol của dung dịch L- histidin bằng không, chứng tỏ trong dung dịch nước L-histidin tồn tại dạng ion lưỡng cực. Các dung dịch: Muối HoCl3 và phức chất là những dung dịch điện li. Áp dụng qui tắc có tính chất kinh nghiệm về phương pháp đo độ dẫn điện thấy rằng ở nồng độ 10-3M, phức chất là phức điện li và bền với số ion do một phân tử phức phân li ra là 4. Từ đó giả thiết cân bằng phân li của phức chất trong dung dịch như sau: [Ho(His)3]Cl3  3Cl- + [Ho(His)3]3+ - Khảo sát ảnh hưởng của phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O đến mầm hạt ngô: * Ảnh hưởng của phức chất đến sự nảy mầm của hạt ngô. Sau khi ủ hạt được một ngày, đếm số hạt nảy mầm từ đó tính tỷ lệ nảy mầm của hạt. Kết quả được trình bày ở bảng 5. Bảng 5. Ảnh hưởng của nồng độ phức [Ho(His)3]Cl3.5H2O đến sự nảy mầm của hạt ngô Mẫu 1 2 3 4 5 6 Nồng độ phức chất (ppm) 0(H2O) 30 60 120 180 240 Tỷ lệ nảy mầm 94,00 92,00 85,00 82,00 77.00 72,00 n 7 n: số lần lặp lại Kết quả ở bảng 5 cho thấy phức chất có tác dụng ức chế sự nảy mầm của hạt ngô. Sự ức chế làm giảm tỷ lệ này mầm của hạt ngô. Sự ức chế rõ rệt ở nồng độ 60 ppm và tăng theo nồng độ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 35 - 40 39 * Ảnh hưởng của phức chất đến sự phát triển mầm của hạt ngô. Khi mầm hạt phát triển được 4 ngày tuổi, chúng tôi tiến hành đo chiều cao của mầm và độ dài của rễ. Kết quả được trình bày ở bảng 6. Bảng 6. Ảnh hưởng của nồng độ phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O đến sự phát triển mầm của hạt ngô Mẫu 1 2 3 4 5 6 Nồng độ phức (ppm) 0(H2O) 30 60 120 180 240 Thời gian (ngày) 4 Td (cm) 4,15 3,98 3,45 3,14 2,91 2,72 Rd (cm) 3,87 3,65 3,13 2,93 2,55 2,33 TA (%) 100,00 95,90 83,13 75,66 70,12 65,54 RA (%) 100,00 94,32 80,88 75,71 65,89 60,21 N 7 Bảng 7. Ảnh hưởng của phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O đến hàm lượng protein, hoạt độ proteaza và hoạt độ α-amilaza có trong mầm hạt ngô Nồng độ phức chất (ppm) Hàm lượng protein (%) % so với đối chứng Đơn vị hoạt độ proteaza (mg/ml) % so với đối chứng Đơn vị hoạt độ α-amilaza (mg/ml) % so với đối chứng 0 23,26 100,00 0,494 100,00 0,0348 100,00 30 24,12 103,70 0,503 104,82 0,0356 102,30 60 26,03 111,91 0,523 105,87 0,0369 106,03 120 27,06 116,34 0,534 108,10 0,0378 108,62 180 28,11 120,85 0,552 111,74 0,0388 111,49 240 29,02 124,76 0,569 115,18 0,0394 113,22 Từ kết quả ở bảng 6 cho thấy phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt ngô. Sự ức chế làm giảm chiều cao của mầm và độ dài của rễ. Trong khoảng nồng độ khảo sát từ 30 ÷ 240 ppm, phức chất có tác dụng ức chế sự phát triển mầm của hạt ngô. Sự ức chế rõ rệt ở nồng độ 60 ppm và tăng theo nồng độ. * Thăm dò sự ảnh hưởng của phức chất đến một số chỉ tiêu sinh hóa có trong mầm hạt ngô: Xác định một số chỉ tiêu sinh hóa : protein theo phương pháp Lowry, hoạt độ proteaza theo phương pháp Anson cải tiến, hoạt độ α- amilaza theo phương pháp Wohlgemuth Kết quả phân tích hàm lượng protein, proteaza và α-amilaza của hạt ngô khi tác động phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O được trình bày ở bảng 7. Kết quả bảng 7 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát từ 30 ppm đến 240 ppm, phức chất có tác dụng làm tăng hàm lượng protein, proteaza và α-amilaza. Hàm lượng protein, proteaza và α-amilaza tăng theo nồng độ. KẾT LUẬN 1. Đã tổng hợp được phức rắn của Honmi với L-histidin, bằng phương pháp phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt, phổ hấp thụ hồng ngoại và phương pháp đo độ dẫn điện ta có thể kết luận: - Phức rắn có thành phần là [Ho(His)3]Cl3.5H2O - Mỗi phân tử L-histidin chiếm hai vị trí phối trí trong phức chất, liên kết với ion Ho3+ qua nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl và qua nguyên tử nitơ của nhóm amin. 2. Đã chỉ ra phức chất [Ho(His)3]Cl3.5H2O có tác dụng ức chế sự nảy mầm, phát triển mầm của hạt ngô. Trong khoảng nồng độ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lê Hữu Thiềng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 106(06): 35 - 40 40 khảo sát từ 30 ppm đến 240 ppm sự ức chế rõ rệt ở nồng độ 60 ppm và tăng theo nồng độ. Phức chất có tác dụng làm tăng hàm lượng protein, proteaza và α-amilaza. Hàm lượng protein, proteaza và α-amilaza cũng tăng theo nồng độ. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Hữu Thiềng, Chu Thị Phương Hằng, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học.T.12, số 1, tr.42- 46, (2007). 2. Lê Hữu Thiềng, Lê Thị Bích Ngọc. Tạp chí Hóa học, T.50 (5B), tr. 83- 87 (2012). 3. Julia Torres, Carlos Kreme, Helena Pardo, Leopoldo Suescun, Alvaro Mombru, Jorge Castiglioni, Sixto Dominguez, Alfredo Mederos, Rduardo Kremer. Preparation and crystal structure of new samarium complexes with glutamic acid. Journal of Molecular Structure 660 (2003) 99- 106. 4. Moamen S. Refat, Sabry A.El- Korashy, Ahmed S. Ahmed. Preparation, structural characterization and biological evaluation of L- Tyrosinate metal ion complexes. Journal of Molecular Structure 881 (2008) 28- 45. 5. T. S. Martin, J. R. Mator, G.Vicentini and P. C. Isolani. Synthesis, characterization, spectroscopy and thermal analysis of rare earth picrate complexes with L- Leucine. Journal of Thermal Analysis and calorimetry. Vol. 86 (2006) 2.351- 375. 6. Yang Zupei, Zhang Banglao, Yu Yueying, Zhang Houngyu, ''Synthesis and characterazation on solid compounds of L-histisine with light rare earth chlrorides '', Journal of shaanxi normal University, Vol. 26, No1(1998) 57- 59. SUMMARY SYNTHESIS AND STUDY BIOACTIVITY OF HOLMIUM COMPLEX WITH L- HISTIDINE Le Huu Thieng*, Nguyen Thi Kim Dung College of Education – TNU The complex of holmium with L- histidine has been isolated from solid state. The structure of the complex was determined by the elemental analysis, thermal decomposition, IR spectral and electrical conduetivity methods. The complex have the formula [ Ho(His)3]Cl3.5H2O. Biological activity of the complex was indicated. At the concentration of from 30 ppm to 240 ppm, the complex has influence on inhibits sprout and maize development, the inhibits is increased according to the concentration. The complex has inhibiting capacity which seem to be better than of central ion but to be worse than of ligand. Key words: Complex, holmium, histidine, biological activity. Ngày nhận bài: 16/5/2013; Ngày phản biện: 19/5/2013; Ngày duyệt đăng: 26/7/2013 * Tel: 0982859002 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên