การสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์คอปเปอร์(II)-นิโคติเนตและฤทธิ์ต้านจุลชีพ
สังเคราะห์และถอดบทเรียนจากงานวิจัย เรื่อง วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์เพื่อประยุกต์ด้านการยับยั้งเชื้อแบคทีเรีย
ชื่อทุน  โครงงานด้านวิทยาศาสตร์และงานสร้างสรรค์สำหรับนิสิตระดับปริญญาตรีงบประมาณเงินรายได้ คณะวิทยาศาสตร์ ปีงบประมาณ 2564
ร่วมเรียบเรียง ผู้ช่วยศาสตราจารย์อรสา  ประสิทธิ์นอก
ที่อยู่ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์  มหาวิทยาลัยมหาสารคาม
เบอร์โทรศัพท์ 080-4643939 E-mail orrasa.i@msu.ac.th

การสังเคราะห์วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal organic framework, MOF) ของคอปเปอร์(II) และกรดนิโคตินิก ด้วยวิธีที่แตกต่างกัน 3 วิธี ได้แก่ วิธีไฮโดรเทอร์มอล วิธีตกตะกอน และวิธีการบด อัตราส่วนโดยโมลระหว่างคอปเปอร์(II) ต่อกรดนิโคตินิกเป็น 1:2 ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากจากทั้งสามวิธีมีลักษณะภายนอกแตกต่างกันซึ่งไม่สามารถจำแนกหรือบอกความแตกต่างได้ด้วยตาเปล่า โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอลเป็นผลึกเดี่ยวทรงสี่เหลี่ยมสีน้ำเงิน ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากวิธีตกตะกอนมีลักษณะผลึกรูปเข็มสีฟ้า และผลิตภัณฑ์ที่ได้จากวิธีการบดมีลักษณะเป็นผงสีฟ้าแกมเขียว และปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้จากแต่ละวิธีแตกต่างกันด้วย พิสูจน์เอกลักษณ์ของสารประกอบที่ได้ด้วยเทคนิคต่างๆ ได้แก่เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เทคนิคการดูดกลืนแสงในช่วงอินฟราเรด (FT-IR) วิเคราะห์ความเสถียรทางความร้อน (TGA) และเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบผลึกเดี่ยว (SC-XRD) ผลจากการวิเคราะห์ด้วย XRD พบว่าโครงสร้างผลึกของผลิตภัณฑ์ที่ได้แตกต่างจากโครงสร้างผลึกของกรดนิโคตินิกและคอปเปอร์(II) คลอไรด์ที่เป็นสารตั้งต้น นอกจากนี้ผล XRD ยังแสดงให้เห็นว่าตัวอย่างที่เตรียมได้จากสามวิธีที่แตกต่างกันนั้นมีโครงสร้างผลึกแบบเดียวกัน อย่างไรก็ตามรูปร่างผลึก ขนาดและร้อยละผลที่ได้แตกต่างกัน การศึกษาด้วย SC-XRD ของผลึกเดี่ยวที่สังเคราะห์จากวิธีไฮโดรเทอร์มอล ยืนยันโครงสร้างผลึกเป็นโครงข่ายสามมิติ มีสูตรเป็น [Cu(Nicotnato)2] สอดคล้องกับโครงสร้างที่มีรายงานไว้แล้ว (Lu and Babb, 2001)  ทดสอบการละลายของผลึกรูปเข็มในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ 9 ชนิด คือเอทานอล เมทานอล อะซิโตน อะซิโตไนไตล์ ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ ไดเอทิลอีเทอร์ คลอโรฟอร์ม ไซโคลเฮกเซน และไดเมทิลซัลฟอกไซด์ พบว่าผลึกไม่ละลายในตัวทำละลายที่ใช้ทดสอบ

จากการทดสอบความสามารถในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบโดยวิธีหาค่า MIC และ MBC โดยวิธี micro dilution พบว่า [Ni2(nicotinato)4(H2O)] ไม่แสดงฤทธิ์การยับยั้งแบคที่เรียที่ความเข้มข้น 0-4000 mg/mL ขณะที่กรดนิโคตินิกสามารถยับยั้งเชื้อทั้งสองได้ที่ความเข้มข้น 4000 mg/mL ถึงแม้ว่า [Ni2(nicotinato)4(H2O)] ไม่แสดงฤทธิ์ยับยั้งแบทีเรียได้โดยตรง ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากสารตัวอย่างมีโครงสร้างที่เสถียร ไม่ละลายในตัวทำละลายที่ใช้ในการศึกษา แต่จากโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นรูพรุนของจึงมีแนวโน้มที่จะสามารถนำมาใช้เป็นตัวกักเก็บและปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่จะช่วยเพิ่มความสามารถในการยับยั้ง หรือเพิ่มความเสถียรของสารออกฤทธิ์ได้ ซึ่งต้องมีการศึกษาต่อได้

จากการสังเคราะห์สารทั้งสามวิธีที่แตกต่างกัน มีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน ดังนี้

1. การสังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอลมีข้อดีคือ ใช้ตัวทำละลายเป็นน้ำซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และการสังเคราะห์ด้วยวิธีนี้จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นผลึกเดี่ยวซึ่งสามารถนำไปวิเคราะห์โครงสร้างของสารผลิตภัณฑ์ได้ส่วนข้อเสียคือ ใช้เวลาในการสังเคราะห์นานและผลผลิตร้อยละต่ำ

2. การสังเคราะห์ด้วยวิธีการตกตะกอนมีข้อดีคือ ใช้ตัวทำละลายเป็นน้ำซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และได้ร้อยละการได้คืนสูง ส่วนข้อเสีย คือผลิตภัณฑ์ที่ได้ถ้ามองด้วยตาเปล่าจะเห็นผลิตภัณฑ์เป็นลักษณะผงซึ่งมีลักษณะเป็นผลึกที่มีขนาดเล็กมาก การสังเคราะห์ด้วยวิธีนี้จึงอาจไม่สามารถนำไปวิเคราะห์โครงสร้างของสารผลิตภัณฑ์ได้

3. การสังเคราะห์ด้วยวิธีการบดมีข้อดีคือ เป็นการสังเคราะห์สารโดยปราศจากการให้ความร้อนและตัวทำละลายซึ่งจะมีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุดและสามารถสังเคราะห์แล้วได้ร้อยละการได้คืนสูง ส่วนข้อเสียคือ การสังเคราะห์ด้วยวิธีนี้จะให้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์ต่ำ เนื่องจากอาจมีสารตั้งต้นส่วนที่ไม่เกิดปฏิกิริยาหลงเหลืออยู่

จากการที่ทั้งสามวิธีนี้สามารถสังเคราะห์สารที่มีโครงสร้างเดียวกันได้ แต่ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีขนาด และรูปร่างแตกต่างกัน ซึ่งน่าสนใจว่าขนาด และรูปร่างแตกต่างกันนี้ จะมีผลต่อการประสิทธิภาพของสารเมื่อมีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างไร เช่น การศึกษาฤทธิ์ต้านจุลชีพ หรือสมบัติการดูดซับ

เอกสารอ้างอิง

Lu J., Babb A. 2001. A New 3-D Neutral Framework Coordination Polymer Constructed Via Square Pyramidal Binuclear Cu(II) and Nicotinato Ligand. Journal of Inorganic Chemistry, 4:716-718.