GIÁO TRÌNH terpenoids
Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 1 CHƯƠNG 2: TERPENOID 2.1. Đại cương về terpen Danh từ này đầu tiên được Kékulé sử dụng để chỉ các hidrocarbon đồng phân C 10 H 16 . Hiện nay, dùng để chỉ tất cả những hợp chất có cơ cấu sườn carbon dựa trên đơn vò sườn cơ bản của C 5 H 8 (isopren). CH 2 = C - CH = CH 2 CH 3 Isopren hoặc 2-metilbutadien Terpenoid là tên chỉ chung một nhóm hợp chất có cơ cấu liên hệ với cơ cấu isopren (C 5 H 8 ) n (theo Wallach) và có chung một nguồn gốc sinh tổng hợp. Tùy theo n người ta chia terpen ra các loại khác nhau: n Loại terpen Số carbon Nguồn gốc 1 2 3 4 5 6 8 >8 hemiterpen monoterpen sesquiterpen diterpen sesterpen triterpen tetraterpen politerpen 5 10 15 20 25 30 40 >40 Tinh dầu Tinh dầu Tinh dầu Nhựa dầu (hiếm) Sterol, Saponin Caroten Caosu Theo Ingold, trong các hợp chất terpen nói trên các đơn vò isopren nối với nhau theo nguyên tắc “đầu-đuôi“. C C C C C 1 2 3 4 Đầu Đuôi Đầu của đơn vò isopren này nối với đuôi một đơn vò isopren khác. Qui tắc “đầu-đuôi“ này chỉ áp dụng đúng với monoterpen, sesquiterpen, diterpen, sesterpen, còn triterpen và tetraterpen nối C-C ở giữa dây carbon là nối “đuôi-đuôi“. Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 2 Trong tinh dầu chủ yếu chỉ chứa hai loại terpen là monoter pen và sesquiterpen. Các terpen này thường bất bảo hòa và mang nhiều nhóm đònh chức khác nhau. Trong số những hợp chất này cũng có nhiều trường hợp ngoại lệ: - không tuân theo nguyên tắc isopren về số carbon; - không nối nhau theo qui tắc “đầu đuôi”. OH HOH 2 C 1 2 3 4 1 2 3 4 Santenol (C 9 H 16 O) Lavandulol (C 10 H 18 O) 2.2. Hemiterpen Cho đến nay, rất ít các hợp chất thuộc nhóm hemiterpen được biết đến. Isopren được phóng thích từ lá của nhiều loài cây, đóng vai trò như hormon của cây, tương tự như các etilen. Isopentenol và alcol 3,3-dimetilalil tìm thấy trong một số tinh dầu ở dạng tự do hoặc dạng kết hợp trong ester, acetat của alcol thứ 2 là một pheromon báo động của loài ong, có đặc tính bay hơi dễ dàng và phân tán rất nhanh. Một số các hemiterpen đã tìm thấy: COOH OH COOH Isopren Acid isovaleric Alcol isoamil Acid dimetilacrilic OH H OOC CHO C O O H Alcol dimetilalil Acid tiglic Isovaleraldehid Acid angelic 2.3. Monoterpen Các monoterpen gồm hai đơn vò isopren, sườn carbon có thể là: chi phương (mạch hở) hay chi hoàn (mạch vòng). 2.3.1 Monoterpen chi phương (monoterpen mạch hở) Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 3 Sườn cơ bản là 2,6-dimetiloctan 1 2 3 4 5 6 7 8 Me Me dây nhánh iso có thể nằm dưới hai dạng: 1 2 3 1 2 3 isopropiliden isopropennil ( β -) ( α -) Trong thiên nhiên người ta thường gặp dạng β- hơn. 2.3.1.1. Monoterpen hidrocarbon Hầu hết các monoterpen hidrocarbon đều bất bảo hòa do đó các terpen này dễ bò ảnh hưởng bởi nhiệt độ, oxigen và ánh sáng để cho ra các phản ứng: Diels-Alder, polimer hóa, chuyển vò, quang hóa. Đa số các monoterpen chi phương đều có mùi thơm dễ chòu, được sử dụng trong hương liệu. Chúng còn là nguyên liệu đầu để tổng hợp các monoterpen oxigen. Một số monoterpen hidrocarbon tìm thấy trong thiên nhiên: Mircen là cấu phần trong tinh dầu của hoa nguyệt quế, hoa bia, và trong một số loại tinh dầu khác. Ocimen là đồng phân của mircen, có nhiều trong tinh dầu oải hương Pháp. β-Mircen cis-β-Ocimen trans-β-Ocimen Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 4 2.3.1.2 Monoterpen có chứa oxigen: Oxigen nằm trong các nhóm đònh chức alcol, aldehid, chuyển hoá chất ester Bupleurol (2-metil-6-metilenoctan-8- ol) có trong dầu trích từ hoa và lá của Bupleurum fruticosum L. . Geraniol (2,6-dimetil-2,6-octadien-8-ol) có trong tinh dầu sả (30-40 %), hoa hồng, phong lữ (40-50%), sảû chanh, Eucalyptus staigerana, E. macarthurii, trầm hương, rau mùi, oải hương, hoa cam, ylang ylang. Geranial (trans-3,7-dimetil-2,6-octadien-1-al) và neral (cis-3,7-dimetil-2,6-octadien-1-al) là thành phần trong nhiều tinh dầu như: sả chanh (70-80%), Backhousia citriodora, Ocimum pilosum (35%), cỏ roi ngựa, sả Java, vỏ chanh, gừng, Leptospermum citratum, lá của vài loài họ Cam qt. Citronellal (3,7-dimetil-6-octen-1-al). d-Citronellal là cấu phần chính của tinh dầu sả, Eucalyptus citriodora và vài loài khuynh diệp, chanh và hoa hồng. L-Citronellal có trong tinh dầu Leptospermum flavescens var. citratum. Các aldehid này khi hoàn nguyên trở thành các alcol tương ứng. Acetat linalil là ester quan trọng, là cấu phần chính của tinh dầu oải hương, bergamot. Ester này cũng có trong một số tinh dầu như tinh dầu khác như: tinh dầu hoa cam, hoa lài, ylang ylang. Acetat citronelil có trong tinh dầu sả, phong lữ. CH 2 OH CH 2 OH CHO CHO CHO Bupleurol Geraniol Geranial Neral Citronellal CH 3 COO CH 3 COOH 2 C HCOOH 2 C Acetat linalil Acetat citronelil Format citronelil Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 5 2.3.2. Monoterpen chi hoàn (monoterpen mạch vòng) 2.3.2.1. Monoterpen đơn hoàn (một vòng) Các monoterpen đơn hoàn có sườn cơ bản p-metan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 phẳng lập thể p-mental 2.3.2.1.1. Hợp chất hidrocarbon Các dien đơn hoàn này có thể biến đổi qua lại với nhau H + Terpinolen α-Terpinen Một số chất đã được tìm thấy trong tự nhiên như: Limonen có trong tinh dầu dễ bay hơi, là cấu phần chính trong các tinh dầu họ Cam qt. d- Limonen có trong tinh dầu vỏ cam (90%), chanh, qt, bưởi, bergamot, hoa cam, carum (40%), thì là, cần tây (60%). l- Limonen có trong tinh dầu lá thông kim, Abies alba, thông Nga, bạc hà, bạc hà lục, Eucalyptus staigeriana. dl- Limonen có trong tinh dầu thông lá kim ở Siberi, sả chanh, hạt tiêu, hạt nhục đậu khấu, quế, hoa cam, rau mùi, cây thì là. Isolimonen có trong tinh dầu Chenopodium ambrosioides var. anthelminticum. Terpinolen có trong tinh dầu trám Manila, rau mùi, cam, cây bách Monterey (Cupressus macrocarpa) Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 6 Limonen Isolimonen Terpinolen 2.3.2.1.2. Hợp chất chứa oxigen Oxigen nằm trong các nhóm đònh chức alcol, aldehid, ceton, oxid. Thường gặp các alcol nhò, alcol tam và diol. Mentol: vì có 3C thủ tính nên có 4 cặp đồng phân quang học: mentol, neomentol, isomentol, neoisomentol. Mentol có trong tinh dầu bạc hà, bách, bạch đậu khấu Tích Lan, hạt nhục đậu khấu. l-Mentol quan trọng nhất trong tất cả các mentol, có trong tinh dầu bạc hà cay (Mentha piperita) (50-65%), tinh dầu bạc hà Nhật (Mentha arvensis) (75- 90%) và một lượng nhỏ được tìm thấy trong tinh dầu phong lữ Réunion. d-Neomentol được tìm thấy trong tinh dầu Mentha arvensis Isopulegol: cũng có 3C thủ tính nên cũng có 4 cặp đồng phân quang học: isopulegol, neoisopulegol, neoisoisopulegol, isoisopulegol. Isopulegol có trong tinh dầu sả chanh (ở miền nam nước Pháp, Châu Phi gần xích đạo), Leptospermum liversidgei. l-Piperilaldehid là cấu phần chính (khoảng 50 %) trong tinh dầu tía tô (Perilla nankinensis Dene.). d-Piperilaldehid có trong tinh dầu Hernandia peltata, Perilla ocimoides và trong tinh dầu sulpicia (65%). Pheladral có trong tinh dầu thì là nước (Phellandrium aquaticum L, Eucalyptus hemiphloia, E. polybractea, E. bakeri Maiden. d-Carvon là cấu phần chính (50-60%) trong tinh dầu của hạt carum, hạt thì là (Anethum graveolens L.). l-Carvon là cấu phần chính của tinh dầu bạc hà lục (trên 70%). Dl- Carvon có trong tinh dầu gừng. Carvomenton có trong tinh dầu Blumea eriantha (họ Compositae). dl-Carvomenton có trong tinh dầu Blumea malcolmii(16%). Format terpinil có trong tinh dầu bạch đậu khấu Tích Lan. Acetat terpinil có trong tinh dầu bách, bạch đậu khấu Malabar, lá thông kim Siberian. Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 7 1,8-Cineol (eucaliptol) có trong nhiều tinh tinh một số loài khuynh diệp (chứa 30-70 %), Eucalyptus polybractea (92%), lá nguyệt quế (50%), bạch đậu khấu, căn hành (thân rễ) gừng. 1,4-Cineol có trong tinh dầu của cây tiêu thuốc. OH OH CHO CHO * O O Mentol Isopulegol Piperilaldehid Phelandral Carvon Carvomenton H COO C H 3 COO O O Format terpinil Acetat terpinil 1,8-Cineol (eucaliptol) 1,4-Cineol 2.3.2.2. Monoterpen nhò hoàn (hai vòng) Monoterpen nhò hoàn có 4 loại sườn cơ bản sau: pinan, caran, tujan, camphan và 3 loại sườn đồng phân với camphan là: isocamphan, isoborilan, fenchan. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 9 10 8 Pinan Caran Tujan Camphan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 98 Fenchan Isocamphan Isoborilan Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 8 2.3.2.2.1. Hợp chất hidrocarbon α -Tujen có 2 đồng phân quang học l- α -tujen và d- α -tujen. l- α -Tujen được tìm thấy nhiều trong tinh dầu. d- α -Tujen được tìm thấy lần đầu tiên trong nhựa của cây Boswellia serrata Roxb. β -Tujen là đồng phân vò trí của α -tujen. Sabien được tìm thấy trong tinh dầu tùng (Junipesis sabina L.) δ -3-Caren có trong tinh dầu nhựa dầu của cây Pinus longifolia. d- δ -3-Caren được tìm thấy trong tinh dầu nhựa thông Thụy Điển, tinh dầu từ loài P. pumilo. l- δ -3-Caren được trích từ tinh dầu trong thân rễ cây Kaempferia galanga và từ tinh dầu cây P. sylvestris. α -Tujen β -Tujen Sabinen δ -3-Caren 2.3.2.2.2. Hợp chất chứa oxigen Mirtenal có trong tinh dầu Eucalyptus globulus. Fenchol có trong tinh dầu hạt thì là và tinh dầu Lanvadula stoechas. Tujon được tìm thấy trong tinh dầu cúc ngải (Tanacetum vulgael L.), tinh dầu ngải tây (Artemisia absinthium L.) C H O O O Mirtenal Fenchon Tujon 2.3.2.2.3. Monoterpen tam hoàn (ba vòng) Teresantalol có trong tinh dầu gỗ đàn hương. Nortricicloekasantala cũng có trong tinh dầu gỗ đàn hương Đông Ấn. Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 9 CH 2 OH CH 2 CHO Teresantalol Nortricicloekasantala (11C) 2.4. Sesquiterpen 2.4.1. Sesquiterpen chi phương (mạch hở) Các sesquiterpen chi phương có sườn cơ bản là farnesan. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 5 Farnesan 2.4.1.1. Hợp chất hidrocarbon Sesquicitronelen chiếm 1 phần nhỏ trong tinh dầu sả Tích Lan và Java. Sesquicitronelen 2.4.1.2. Hợp chất có chứa oxigen Farnesol, 3,7,11-trimetil-2,6,10-dodecatrien-1-ol, có trong tinh dầu hoa cam, hoa hồng, sả Tích Lan, sả chanh, nhựa thơm Peru, hoa keo, cỏ mộc đề, hoa anh thảo, hoa lài. Nerodiol, 3,7,11-trimetil-1,6,10-dodecatrien-3-ol, có trong tinh dầu hoa cam, nhựa thơm Peru, ylang ylang, cabreuva. Tài liệu lưu hành nội bộ Biên soạn: ThS. Nguyễn Thành Trung Bộ môn Hóa, Khoa KHCB 10 OH OH Farnesol Nerodiol 2.4.2. Sesquiterpen chi hoàn (mạch vòng) 2.4.2.1. Sesquiterpen đơn hoàn Các sesquiterpen đơn hoàn có 3 loại sườn cơ bản là: bisabolan, germacran và humulan. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 4 15 Bisabolan Germacran Humulan 2.4.2.1.1. Hợp chất hidrocarbon Zingiberen là cấu phần chính của tinh dầu gừng, rễ Curcuma zedoaria Rosc. Cumuren có trong rễ của Curcuma aromatica. Germacren B có trong tinh dầu hoa bia (hublon) Zingiberen Cumuren Germacren B