Luận án: Tổng hợp, tính chất, ứng dụng phức chất Zn, Fe, Cu, Mn amino axit

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Huỳnh Đăng Chính và PGS.TS Vũ Đào Thắng. Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận án này là trung thực và chính xác. Các kết quả này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tâ ̣p thể hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS Huỳnh Đăng Chính Nguyễn Thị Thúy Nga PGS.TS Vũ Đào Thắ ng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt sâu sắc đến PGS.TS Huỳnh Đăng Chính đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS Vũ Đào Thắng đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cám ơn cơ sở đào tạo, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và cơ sở vật chất giúp tôi hoàn thành được luận án này. Tôi xin cám ơn lãnh đạo Viện Kỹ thuật Hóa học, các đồng nghiệp trong Viện Kỹ thuật Hóa học và trong bộ môn Hóa Vô cơ và Đại cương đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình thực hiện đề tài luận án. Cuối cùng tôi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.

ii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ PHỨC CHẤT KẼM, SẮT, ĐỒNG, MANGAN VỚI AMINO AXIT THIẾT YẾU VÀ VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ – KIM LOẠI .1 Vai trò của Zn, Fe, Cu, Mn và amino axit thiết yếu trong cơ thể sống .1 Vai trò của Zn, Fe, Cu, và Mn trong cơ thể sống .2 Vai trò sinh học của các amino axit thiết yếu trong cơ thể sống .2 Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và tính chất phức chất Zn, Fe, Cu, Mn với amino axit…………………………………………… .3 Vai trò và ứng dụng của phức chất Zn, Fe, Cu, Mn với amino axit trong bổ sung kim loại và amino axit cho cơ thể sống……………… .4 Nghiên cứu in vitro sự hấp thu phức chất qua thành ruột của động vật .5 Tổng hợp và nghiên cứu đặc trưng vật liệu khung hữu cơ – kim loại. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Thực nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp phức chất………….

Ảnh hưởng của nhiệt độ. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Ảnh hưởng của tỉ lệ các chất tham gia phản ứng. Thực nghiệm tổng hợp phức chất của Zn(II), Fe(III), Cu(II), Mn(II) với các amino axit thiết yếu.

Thực nghiệm khảo sát in vitro độ bền của các phức chất trong các môi trường mô phỏng dịch dạ dày và dịch ruột. Thực nghiệm thăm dò khả năng chế tạo vật liệu khung hữu cơ – kim loại của Zn(II), Fe(III) với tryptophan. Các phương pháp nghiên cứu……………. Nghiên cứu sự tạo phức và xác định hằng số bền của phức chất trong dung dịch bằng phương pháp chuẩn độ đo pH (Bjerrum).

Phương pháp phân tích hàm lượng các nguyên tố trong phức chất. Phương pháp hóa học. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS). Phương pháp đo độ dẫn điện.

Phương pháp phổ khối lượng (MS). Phương pháp phân tích nhiệt. Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV - Vis). Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).

Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). Phương pháp mô phỏng Gaussian.

Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - nhả hấp phụ nitơ (BET). Phương pháp in vitro nghiên cứu khả năng hấp thu phức chất qua thành ruột của động vật. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp phức chất.

Ảnh hưởng của pH và xác định hằng số bền của phức chất. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. Ảnh hưởng của tỉ lệ các chất tham gia phản ứng.

Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố trong phức chất. Kết quả đo độ dẫn điện của các phức chất. Kết quả nghiên cứu phổ khối lượng của các phức chất. Kết quả nghiên cứu phân tích nhiệt của các phức chất.

Kết quả nghiên cứu phổ tử ngoại – khả kiến của các phức chất. Kết quả nghiên cứu phổ hồng ngoại của các phức chất. Kết quả nghiên cứu phổ cộng hưởng từ hạt nhân của các phức chất. Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X của các phức chất.

Kết quả nghiên cứu hiển vi điện tử quét của các phức chất. Cấu trúc phân tử đề nghị của các phức chất nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu mô phỏng Gausian của các phức chất. Thăm dò khả năng ứng dụng của các phức chất.

Kết quả nghiên cứu in vitro ứng dụng phức chất làm thức ăn bổ sung kim loại và amino axit cho cơ thể sống. Kết quả khảo sát in vitro độ bền của các phức chất trong các môi trường mô phỏng dịch dạ dày và dịch ruột. Kết quả khảo sát khả năng hấp thu phức chất qua thành ruột động vật. Kết quả thăm dò khả năng chế tạo vật liệu khung hữu cơ – kim loại của kẽm, sắt với tryptophan.

Kết quả nghiên cứu thăm dò khả năng chế tạo MZnTrp. Kết quả nghiên cứu thăm dò khả năng chế tạo MFeTrp. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.

132 PHỤ LỤC 1: PHỔ TÁN SẮC NĂNG LƢỢ NG TIA X (EDS). 133 PHỤ LỤC 2: PHỔ KHỐI LƢỢ NG (MS). 138 PHỤ LỤC 3: PHỔ HỒNG NGOẠI (IR). 141 PHỤ LỤC 4: PHỔ CỘNG HƢỞNG TƢ̀ HẠT NHÂN (NMR).

151 PHỤ LỤC 5: GIẢN ĐỒ NHIỄU XẠ TIA X (XRD)………………………………….153 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT HLys: Lysin mono HCl (NH3Cl – (CH2)4 – CH(NH2) – COOH) HMet: Methionin (CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COOH) HThr: Threonin (CH3 – CH(OH) – CH(NH2) - COOH) HTrp: Tryptophan (C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COOH) HVal: Valin (CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) - COOH) Lys: Gốc lysin (NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-) Met: Gốc methionin (CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-) Thr: Gốc threonin (CH3 – CH(OH) – CH(NH2) – COO-) Tryp: Gốc tryptophan (C8H7 – CH2 – CH(NH2) – COO-) Val: Gốc valin (CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) – COO-) HAc: Axít axetic (CH3COOH) Cu(Ac)2: Đồng axetat (Cu(CH3COO)2) Zn(Ac)2: Kẽm axetat (Zn(CH3COO)2) ZnLys2: [(Zn(NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] ZnMet2: [Zn(CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2].2H2O MnLys2: [(Mn(NH2 – (CH2)4 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] MnMet2: [Mn(CH3 – S – (CH2)2 – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] MnVal2: [Mn(CH3 – CH(CH3) – CH(NH2) – COO-)2(H2O)2] MFeTrp: Hợp chất khung kim loại hữu cơ của sắt với tryptophan MZnTrp: Hợp chất khung kim loại hữu cơ của kẽm với tryptophan Phổ MS: Phổ khối lượng Phổ UV – Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến vi Phổ IR: Phổ hồng ngoại Phổ NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Phổ EDS: Phổ tán sắc năng lượng tia X XRD: Nhiễu xạ tia X SEM: Hiển vi điện tử quét BET: Brunauer – Emmett - Teller SID: Mức tiêu hóa chuẩn của ruột đối với các amino axit EDTA: Etylendiamin vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số enzym chứa kim loại thiết yếu ở động vật .2 Nhu cầu bổ sung các nguyên tố kim loại mỗi ngày cho người lớn [8] .3 Nhu cầu, mức cho phép và mức độc của một số khoáng đối với lợn [5] .4 Các amino axit thiết yếu và không thiết yếu .5 Tên và công thức hóa học của các amino axit thiết yếu .6 Lượng amino axit khuyến nghị hằng ngày của WHO cho người lớn[54] .7 Nhu cầu amino axit của một vài loài tôm, cá [10].8 SID các amino axit cho những nhóm lợn với cân nặng khác nhau [84] .9 Sự hấp thu ở ruột non của các dạng khoáng có nguồn gốc khác nhau (ppm) .1 Độ tan của các amino axit trong nước ở 25oC [50, 71] .2 Các phương trình phản ứng tổng hợp phức chất .1 Khoảng pH xảy ra tạo phức và hằng số bền β1 của một số phức chất .2 Điều kiện thích hợp và kết quả tổng hợp các phức chất .3 Kết quả phân tích hàm lượng nguyên tố của các phức chất .4 Kết quả đo độ dẫn điện của các phức chất nghiên cứu. 5 Kết quả phân tích phổ khối lượng của các phức chất .6 Kết quả phân tích nhiệt của các phức chất .7 Các số sóng hấp thụ chính của các amino axit và phức chất. 8 Tín hiệu cộng hưởng trên phổ 13C-NMR của HLys, ZnLys2, HMet, ZnMet2, HThr, ZnThr2, HTrp, ZnTrp2, HVal và ZnVal2 .9 Công thức cấu tạo của các phức chất nghiên cứu .10 Năng lượng liên kết và momen lưỡng cực của các phân tử phức chất .11 Kết quả phân tích hàm lượng đồng hấp thu từ CuThr2, Cu2Val4 và CuSO4 theo thời gian .12 Kết quả phân tích hàm lượng đồng hấp thu từ CuThr2 và CuSO4 theo nồng độ .13 Tín hiệu cộng hưởng trên phổ 13C-NMR của HTrp và MZnTrp δ(ppm) .14 Tín hiệu proton trong HTrp và MZnTrp δ(ppm). 114 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.2 Sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các nguyên tố khoáng cần cho cơ thể sống .1 Ảnh hưởng của liều lượng khoáng chất đến chức năng sức khỏe của người và động vật .3 Cấu trúc phân tử phức chất [M(C5H11O2N)2(C12H8O2)].4 Cấu trúc phân tử phức chất C22H24N4O5-Co, Ni và Zn .5 Hấp thu Fe của đường ruột từ các nguồn khác nhau .6 Hấp thu Zn của đường ruột từ các nguồn khác nhau .7 Hấp thu Cu của đường ruột từ các nguồn khác nhau .8 Sự vận chuyển Zn từ niêm mạc đến thanh mạc của Zn dạng phức chất và dạng muối vô cơ .9 Biểu đồ tỉ lệ duy trì kẽm trong cơ thể từ các nguồn khác nhau .10 Biểu đồ so sánh sự hấp thu kim loại dạng muối và dạng phức với amino axit .11 Nồng độ Cr trong máu theo thời gian từ các nguồn khác nhau .12 Biểu đồ so sánh khả năng hấp thu Cu trong cơ thể từ các nguồn khác nhau .13 Biểu đồ so sánh khả năng hấp thu Mn trong cơ thể từ các nguồn khác nhau .14 Biểu đồ so sánh sự trao đổi chất của Mn trong mô động vật từ phức amino axit và từ muối clorua .15 Các bước tham gia vào sinh khả dụng của một chất tiêu hóa.16 Túi ruột lộn: Túi ruột lộn được ủ trong môi trường oxi hóa nuôi cấy mô trong khi rung.

Mỗi túi được lấy ra ở một thời điểm yêu cầu.