Luận án Thiết kế, sàng lọc và tổng hợp một số dẫn xuất thiosemicarbazone và phức chất dựa trên các tính toán hóa lượng tử kết hợp phương pháp mô hình hóa QSPR.

Tên luận án:

THIẾT KẾ, SÀNG LỌC VÀ TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT THIOSEMICARBAZONE VÀ PHỨC CHẤT DỰA TRÊN CÁC TÍNH TOÁN HÓA LƯỢNG TỬ KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA QSPR

Ngành:

Hóa lý thuyết và hóa lý

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tiến sĩ Hóa học này tập trung vào việc thiết kế, sàng lọc và tổng hợp các dẫn xuất thiosemicarbazone cùng phức chất của chúng, dựa trên tính toán hóa lượng tử kết hợp phương pháp mô hình hóa QSPR. Nghiên cứu xuất phát từ sự đa dạng cấu trúc và khả năng tạo phức dễ dàng của thiosemicarbazone với nhiều ion kim loại, dẫn đến ứng dụng rộng rãi nhưng các công trình lý thuyết còn hạn chế, đặc biệt là sự kết hợp lý thuyết và thực nghiệm.

Mục tiêu chính là xây dựng các mô hình quan hệ định lượng cấu trúc – tính chất (QSPR) cho phức chất thiosemicarbazone với các ion kim loại, từ đó thiết kế các dẫn xuất mới và tổng hợp một số thiosemicarbazone cùng phức chất tương ứng với các ion phổ biến như Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+.

Những đóng góp nổi bật bao gồm việc xây dựng 9 mô hình QSPR mới cho phức ML và 2 mô hình cho phức ML2, sử dụng các phương pháp thống kê và máy học thông minh, được kiểm chứng qua 10 bài báo khoa học. Cấu trúc của các phức chất được tối ưu hóa bằng cơ học lượng tử với phương pháp bán thực nghiệm PM7 và PM7/sparkle. Nghiên cứu đã thiết kế mới 44 dẫn xuất thiosemicarbazone và 440 phức chất dựa trên khung phenothiazine và carbazole, dự đoán hằng số bền của chúng.

Về thực nghiệm, hai dẫn xuất thiosemicarbazone mới (2-((6-bromo-9-ethyl-9H-carbazol-3-yl) methylene) hydrazine-1-carbothioamide và 2-((7-bromo-10-ethyl-10H-phenothiazin-3-yl)methylene)hydrazine-1-carbothioamide) và bốn phức chất tương ứng với các ion Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+ đã được tổng hợp thành công. Các cấu trúc này được kiểm chứng bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như phổ FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HSQC, HMBC, HR-MS và EDX. Hằng số bền của các phức chất đã được xác định qua phương pháp đo quang phổ UV-Vis và cho thấy sự phù hợp với các mô hình dự đoán.

Luận án cũng đề cập đến tiềm năng ứng dụng của các chất này trong nghiên cứu hoạt tính sinh học, đặc biệt là khả năng kháng ung thư rất khả quan của một số ligand và phức chất, mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

  • 1.1. THIOSEMICARBAZONE VÀ PHỨC CHẤT
    • 1.1.1. Dẫn xuất thiosemicarbazone
    • 1.1.2. Phức chất của thiosemicarbazone với các ion kim loại
    • 1.1.3. Hằng số bền của phức
  • 1.2. LÝ THUYẾT QSPR
    • 1.2.1. Giới thiệu
    • 1.2.2. Xây dựng dữ liệu
    • 1.2.3. Mô hình toán học và giải thuật
    • 1.2.4. Đánh giá mô hình QSPR
  • 1.3. TÍNH TOÁN LƯỢNG TỬ
    • 1.3.1. Cơ học phân tử
    • 1.3.2. Cơ học lượng tử
  • 1.4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP
    • 1.4.1. Phương pháp tách chất
    • 1.4.2. Phương pháp xác định cấu trúc
    • 1.4.3. Phương pháp xác định công thức phức

• CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
    • 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
    • 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
    • 2.1.3. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát
  • 2.2. CÔNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
    • 2.2.1. Dữ liệu và phần mềm
    • 2.2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
  • 2.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH QSPR
    • 2.3.1. Tính toán sàng lọc dữ liệu
    • 2.3.2. Phương pháp xây dựng mô hình QSPR
    • 2.3.3. Đánh giá mô hình
  • 2.4. THIẾT KẾ HỢP CHẤT MỚI
    • 2.4.1. Lựa chọn đối tượng thiết kế mới
    • 2.4.2. Thiết kế các dẫn xuất thiosemicarbazone và phức chất
  • 2.5. DỰ BÁO HẰNG SỐ BỀN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÌNH THÀNH CỦA LIGAND VÀ PHỨC CHẤT MỚI
    • 2.5.1. Dự báo hằng số bền của phức chất mới
    • 2.5.2. Phân tích cấu dạng của ligand và phức chất
  • 2.6. TỔNG HỢP LIGAND VÀ PHỨC CHẤT
    • 2.6.1. Tổng hợp BEPT và BECT
    • 2.6.2. Tổng hợp phức chất
  • 2.7. XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ BỀN CỦA PHỨC CHẤT
    • 2.7.1. Khảo sát công thức phức
    • 2.7.2. Xác định hằng số bền

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH QSPR
    • 3.1.1. Tính toán sàng lọc dữ liệu
      • 3.1.1.1. Dữ liệu thực nghiệm ban đầu
      • 3.1.1.2. Tối ưu hóa cấu trúc
      • 3.1.1.3. Sàng lọc dữ liệu
    • 3.1.2. Mô hình QSPR và đánh giá mô hình
      • 3.1.2.1. Mô hình QSPR của phức chất ML
      • 3.1.2.2. Mô hình QSPR của phức chất ML2
  • 3.2. THIẾT KẾ HỢP CHẤT MỚI
    • 3.2.1. Thiết kế dẫn xuất thiosemicarbazone
    • 3.2.2. Thiết kế phức chất
  • 3.3. DỰ ĐOÁN HẰNG SỐ BỀN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÌNH THÀNH CỦA CÁC LIGAND VÀ PHỨC CHẤT THIẾT KẾ MỚI
    • 3.3.1. Phức chất ML
    • 3.3.2. Phức chất ML2
    • 3.3.3. Phân tích cấu dạng bền
      • 3.3.3.1. Cấu dạng bền của BEPT và BECT
      • 3.3.3.2. Đánh giá khả năng tạo phức bằng tính toán lượng tử
  • 3.4. TỔNG HỢP LIGAND VÀ PHỨC CHẤT
    • 3.4.1. Tổng hợp BEPT và phức Ni(II)-BEPT, Cd(II)-BEPT
      • 3.4.1.1. Giai đoạn ethyl hóa phenothiazine
      • 3.4.1.2. Giai đoạn carbonyl hóa ethyl phenothiazine
      • 3.4.1.3. Giai đoạn brom hóa carbonyl phenothiazine
      • 3.4.1.4. Giai đoạn tổng hợp BEPT
      • 3.4.1.5. Giai đoạn tổng hợp phức Ni(II)-BEPT và Cd(II)-BEPT
    • 3.4.2. Tổng hợp BECT và phức Cu(II)-BECT, Zn(II)-BECT
      • 3.4.2.1. Giai đoạn ethyl hóa carbazole
      • 3.4.2.2. Giai đoạn carbonyl hóa ethyl carbazole
      • 3.4.2.3. Giai đoạn brom hóa carbonyl carbazole
      • 3.4.2.4. Giai đoạn tổng hợp BECT
      • 3.4.2.5. Giai đoạn tổng hợp phức Cu(II)-BECT và Zn(II)-BECT
    • 3.4.3. Xác định cấu trúc của ligand và phức chất
      • 3.4.3.1. Cấu trúc của BEPT và BECT
      • 3.4.3.2. Cấu trúc của các phức chất
  • 3.5. XÁC ĐỊNH HẰNG SỐ BỀN CỦA PHỨC
    • 3.5.1. Phức chất Ni(II)-BEPT và Cd(II)-BEPT
      • 3.5.1.1. Khảo sát thăm dò
      • 3.5.1.2. Phức chất Cd(II)-BEPT
        • a. Khảo sát λmax
        • b. Khảo sát pH
        • c. Khảo sát lực ion
        • d. Khảo sát nồng độ BEPT
        • e. Khảo sát thời gian bền màu của phức
        • f. Xác định công thức phức
      • 3.5.1.3. Phức chất Ni(II)-BEPT
        • a. Khảo sát λmax
        • b. Khảo sát pH
        • c. Khảo sát lực ion
        • d. Khảo sát nồng độ BEPT
        • e. Khảo sát thời gian bền màu của phức
        • f. Xác định công thức phức
      • 3.5.1.4. Hằng số bền của phức Cd(II)-BEPT và Ni(II)-BEPT và đánh giá mô hình
    • 3.5.2. Phức chất Cu(II)-BECT và Zn(II)-BECT
      • 3.5.2.1. Khảo sát thăm dò
      • 3.5.2.2. Phức chất Cu(II)-BECT và Zn(II)-BECT
        • a. Khảo sát λmax; b. Khảo sát pH; c. Khảo sát lực ion; d. Khảo sát nồng độ BECT; e. Khảo sát thời gian bền màu của phức; f. Xác định công thức phức.
      • 3.5.2.3. Hằng số bền của phức Cu(II)-BECT và Zn(II)-BECT và đánh giá mô hình
  • KẾT LUẬN
  • KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ