Giớithiệuvềcáchợpchấtketoneα,β-khôngkhôngno
Đặcđiểmcấutạo,quangphổ
Các hợp chất ketoneα,β-khôngkhông no là một hệ liên hợp giữa C=C và C=O cònđượcbiếtđếnlàcáchợpchấtketoneα,β-khôngkhôngnovớicôngthứctổngquátnhưsau:
Hệ liên hợp C=C và C=O được thể hiện rất rõ trên các phổ như hồng ngoại, tửngoạivàphổcộnghưởngtừ hạtnhân.
Sự có mặt của một liên kết đôi C=C liền kề nhóm ketone dẫn đến sự không địnhvị của các electron π ở các liên kết C=C và C=O Sự liên hợp này làm ảnh hưởng đếncác liên kết đơn của cả liên kết C=O và C=C và làm giảm các hằng số lực của chúng,điều này dẫn đến tần số hấp thụ của nhóm C=O và C=C bị giảm và hiệu ứng này cònthấy ở các hệ liên hợp có các liên kết ba Nói chung, sự có mặt của hệ liên hợp dẫn đếnsự giảm số sóng hấp thụ của nhóm C=O khoảng 25 -không 45 cm -không1 so với nhóm C=O khôngliênhợp,hiệntượngnàycũngđượcquansátthấykhinhómC=Ogắnvớivòngthơm, trong trường hợp nhóm ketoneα,β-khôngkhông no gắn với các vòng thơm thì tần số hấp thụcực đại còn giảm hơnn ữ a n h ư n g c ũ n g k h ô n g q u á 1 5 c m -không1 [7, 8] Cụ thể, phổ hồngngoạicủaketoneα,β-khôngkhôngno đượcđặctrưngbởi3dảihấpthụsau:
Dải hấp thụ nằm trong vùng 960-không965 cm -không1 đặc trưng cho dao động biến dạngkhông phẳng của liên kết C-khôngH trong nhóm vinyl, ngoài minh chứng cho dao động biếndạng không phẳng của liên kết C-khôngH thì dải này còn cho thấy cấu hìnhtranscủa 2protoncủanhómnày(H-khôngαvàH-khôngβ).
Dải hấp thụ trong vùng 1550-không1615 cm -không1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liênkết đôi C=C liên hợp,tuy vậy dải này thường bị xen phủ với daođ ộ n g h ó a t r ị c ủ a nhómC=OvàdaođộnghóatrịCanhânthơm.
Dải hấp thụ trong vùng 1635-không1695 cm -không1 đặc trưng cho dao động hóa trị củanhómC=Oliên hợp.
+λmax1nằmởvùngtừ300nmtrởlênvớihệsốtắtphântử 2 đặctrưngchobướcchuyển n→ππ * t r o n g đóđôielectrontrênorbitalcủanhómC=O.
+λmax2nằmởkhoảng250nmvớihệsốtắtphântử 4 đặctrưngchobướcchuyểnπ→ππ * (đôielect ronπ củaliên kếttransvinyl).
Phổ cộng hưởng từproton củanhómketoneα , β-khôngkhôngno có những đặc trưng rất dễ nhận ra do sự tổ hợp của cả 2 hiệuứng gồm hiệu ứng cảm ứng và hiệu ứng liên hợp (các electron πkhông cư trú đồng đều trên hệ liên hợp mà có xu hướng lệch vềphía nguyên tử oxi) và hiệu ứng không đẳng hướng thường thấytrongn h ó m n à y M ặ t k h á c , d o c ấ u h ì n ht r a n s b ề nn ê n t r o n g phần lớn các hợp chất 2 proton của nhóm này thường có cấu hìnhtransthể hiện rất đặctrưng, dễ nhận thấy trên phổ proton nhờ hiệu ứng mái nhà với hằng số tương tácJlớntrongkhoảngtừ 14-không17Hz.
Cáchợpchấtketoneα,β-khôngkhôngnocónguồngốcthực vật
-không Các proton H-khôngβtrong nhóm ketoneα,β-khôngkhông no không bị che phủ bởi sựcộnghưởngthườngdẫntớiđộchuyểndịchhóahọc củaH-khôngβlớnhơn H-khôngα.
-không Trongr ấ t n h i ề u t r ư ờ n g h ợ p v i n y l t h ế , n g u y ê n t ử o x y k h ô n g c h e p h ủ c á c protonH-khôngαbởihiệuứngcảmứngnhưnglạichephủH-không βbởisựcộnghưởngdẫnđếnđộ chuyển dịch hóa học của H-khôngαlớn hơn H-khôngβtrường hợp này chính là hiệu ứng khôngđẳnghướngdonhómC=Otạora.
Không giống như phổ proton, do hiệu ứng cảm ứng và hiệu ứng liên hợp trongnhóm ketoneα,β-khôngkhông no nên C-khôngβthường có độ chuyển dịch lớn hơn C-khôngαvà tín hiệucộng hưởng của các nguyên tử cacbon này thường xuất hiện trong vùng có 100 ppm
Do trong thiên nhiên các hợp chất ketoneα,β-khôngkhông no xuất hiện với số lượngrất lớn vàcó cấu trúcrất đa dạngkhôngthểl i ệ t k ê đ ầ y đ ủ t r o n g k h u ô n k h ổ c ủ a l u ậ n án, vì vậy luận án chỉ khái quát lại một số các hợp chất ketoneα,β-khôngkhông no điển hìnhthường xuyên xuất hiện trong thiên nhiên với vai trò sinh học quan trọng trong đó chủyếu là các chất chuyển hoá thứ cấp như flavone, chalcone và một số các ketoneα,β-khôngkhông no khác có hàm lượng lớn và hoạt tính chống ung thư tiềm năng như zerumbonehay các bazơ nitơ có trong cơ thể sống gồm thymine, uracil và các dẫn xuất 5-khôngfluorouracil của chúng Ngoài ra trong luận án chalcone, zerumbone, thymine và uracilvà dẫn xuất 5-khôngfluorouracil là các chất đích và chất đầu cho các chuyển hóa tiếp theonên các ketoneα,β-khôngkhông no này sẽ được nghiên cứu kỹ lưỡng về hóa học và hoạt tínhsinhhọc của chúng.
Các chalcone được xem là các flavone mạch hở cùng có cấu trúc khung dạngC6-khôngC3-không
C6xuất hiện phổ biến trong các thực vật bậc cao, cũng giống với các flavonoid,chalcone có nhiều hoạt tính sinh học hấp dẫn và đóng góp chính của nhóm ketoneα,β-khôngkhông no vào các hoạt tính này cũng đã được chứng minh Bảng dưới đây liệt kê mộtsốchalconeđiểnhìnhđãđượcphânlậptừcácloàithựcvật,xácđịnhcấutrúcvàđánh giáhoạttínhsinhhọccủachúng.
STT Thựcvật Hoạtchất Hoạttính sinhhọc Tàiliệu
Chống ung thư, tiểuđường,chốngsốtr ét,kháng khuẩn, khángviêm,chốngbéop hì.
Khángkhuẩn,khángviêm, khángu,chốngoxy hoá, chống ký sinhtrùng,chốngloét.
Gây độc các dòng tếbào(Hep-khôngG2,MCF-không 7vàMAD-khôngMB-không43).
Gây độc dòng tế bàoungthư Hep-khôngG2.
Trong thực vật, chalcone được sinh tổng hợp từ 4-khôngcoumaroyl-khôngCoA và malonyl-khôngCoA đồng thời là chất trung gian trong sinh tổng hợp flavone và anthocyanidin củathựcvật[22].
Các flavone có cùng bộ khung cơ bản với chalcone, tuy vậy điểm khác biệt vềcấutrúcsovớicácchalconelàcácflavonecócấutrúckhépkíntạonên3vòngA,BvàC.C ùngvớicácchalcone, flavonecũnglàcác hợpchấtmangmàugópphầntạonên sự đa dạng về màu sắc của hoa, các flavone được xem là một trong những lớp chấtcóh o ạ t t í n h đ a d ạ n g n h ấ t , n ổ i b ậ t l à c á c f l a v o n e v ớ i c á c h o ạ t t í n h c h ố n g o x i h ó a , kháng viêm và hoạt tính gây độc tế bào Một số flavone thực vật điển hình và các hoạttínhsinhhọccủachúngđượcđưara ởbảng1.2.
Bảng1.2:Một sốcácflavoneđiển hìnhtừthựcvậtvàhoạt tínhsinh họccủachúng
STT Thựcvật Hoạtchất Hoạttính sinhhọc Tàiliệu
Chốngoxyhoá,khángviê m, ngăn sự phát triểnmột số dòng tế bào ungthư.
2 Nhiều loàithựcvật:t áo,hành, rượuvangđỏ
Chống ung thư, ức chếmitochondrial ATPasevà phosphodiesterase,ngăn sựpháttriểnnhiềudòngtếbà oungthư.
3 Nhiều loàithực vật: mùitây,hànhtâ y,cam, trà, hoacúc,
Kháng viêm, chống oxyhoá, chống ung thư, ứcchế phát triển tế bào phaG2/M…
5 Nhiều loàithựcvật:r au,trái cây, hạt,hoaquả,trà
Chốngoxyhoá,chốngung thư,khángvirus,kháng viêm, ngăn ngừatiểuđường.
Ngăn ngừa sự phát triểnmột số dòng tế bào ungthư.
Chốngoxyhoá,giảmnguy cơ ung thư, điều trịungthư,khángkhuẩn,kh ángvirus
Kháng viêm, ức chếCOX-không 2,ứcchếNF-khôngκB.B.
Ngoài các chalcone và flavone, rất nhiều các hợp chất ketoneα,β-khôngkhông notrong tự nhiên khác cũng đã được phân lập và nghiên cứu hoạt tính sinh học, điển hìnhnhất phải kể đến là curcumin được tìm thấy với hàm lượng lớn trong loàiCurcumalonga, curcumin thể hiện hoạt tính ngăn ngừa sự hình thành và phát triển của tế bàoung thư rõ rệt thông qua việc ức chế sự hoạt hóa yếu tố NF-khôngκB liên quan đến ung thưmà không ảnh hưởng đến tế bào lành, tiếp theo là zerumbone, một sesquiterpene vớicấu trúc chứa nhóm ketoneα,β-không không no chìa khóa cho tất cả các hoạt tính sinh học sẽđượcđềcậpkỹhơntrong mụcsauvàmộtsốketoneα,β-khôngkhông nođiểnhình khácđược đưaraởbảng 1.3.
STT Thựcvật Hoạtchất Hoạttính sinhhọc Tàiliệu
Curcumin ôxi hóa, chống thoáihóa,chốngviêmkhớp ,
Zerumbone hay (2E,6E,10E)-không2,6,9,9-khôngtetramethylcycloundeca-không2,6,10-khôngtrien-không1-khôngonelà một sesquiterpen keton vòngα,β-khôngkhông no, là thành phần chính trong tinh dầu thânrễ cây gừng gióZingiber zerumbetmọc hoang trên khắp cả nước Zerumbone đượcDev S phân lập lần đầu tiên từ cây gừng gió vào năm 1960 [46], xác định cấu trúc vàonăm1965[47]vàsauđócấutrúcnàyđượcđượckhẳngđịnhlạibằngphổNMR[48]vàtiaX[49].Cấutrúccủazerumbonenhư sau:
Trong thực vật, zerumbone được sinh tổng hợp từ farnesyl diphosphate (FPP)nhờ enzyme đóng vòng terpene (terpencyclase), cụ thể trong sinh tổng hợp zerumbonevòng humulene được hình thành từ farnesyl diphosphate nhờ enzymeα-không humulenesynthase(ZSS1),mộtenzymeP450kháclàCYP71BA1xúctácchophảnứ n g hydrox yl hóaở v ị t r í C -không 8 c ủ a v ò n g h u m u l e n e đ ể t ạ o t h à n h z e r u m b o l v ớ i đ ặ c t h ù l ậ p thể riêng biệt Cuối cùng enzyme dehydrogenase xúc tác cho quá trình oxi hóa nhómOHmớisinhđểtạothànhzerumbone [50].
Trong phân tử zerumbone, nhóm ketoneα,β-khôngkhông no đóng vai trò rất quantrọng về hoạt tính sinh học và đã được khẳng định là trung tâm hoạt tính của hợp chấtnày [38, 51,
52, 53], kết luận tương tự khi so sánh khả năng ức chế virus EBV trong tếbào Raji (virus này là nguyên nhân dẫn đến một số bệnh ung thư) của zerumbone vàcác hợp chất có cùng bộ khung là zerumbol và humulene cho thấy rằng khả năng ứcchế của zerumbol yếu hơn rất nhiều so với zerumbone còn humulene hầu như khôngthểhiệnhoạttính [54].
Khoảng20 năm trởlạiđây,cáchoạt tính sinhhọccủazerumbonebao gồmhoạttínhkhángviêm,chốngoxihóavàchốngungthưđượccácnhà khoa họcđặcbiệtquan tâm nghiên cứu Tuy vậy, hoạt tính được các nhà nghiên cứu quan tâm hơn cả là hoạttínhc h ố n g u n g t h ư , r ấ t n h i ề u b á o c á o đ ư ợ c đ ă n g t ả i c h ỉ r a r ằ n g z e r u m b o n e c ó k h ả năng kháng nhiều dòng tế bào ung thư Các kết quả nghiên cứu cảin vitrovàin vivođều khẳng định zerumbone là chất chống ung thư mạnh, sesquiterpen này ức chế cóhiệu quả sự phát triển nhiều dòng tế bào ung thư người như ung thư gan, ung thư cổ tửcung, ung thư vú, ung thư máu, ung thư tuyến tụy [55] Các nghiên cứu sâu về cơ chếchống ung thưc ủ a z e r u m b o n e c ũ n g c h o t h ấ y z e r u m b o n e c h ố n g u n g t h ư t h e o c á c c ơ chế khác nhau như kìm hãm hay loại trừ yếu tố NF-khôngκB hoạt động là tác nhân dẫn đếnung thư
[56], cơ chế oxi hóa khử và thúc đẩy quá trình chết theo lập trình (apoptosis)các tế bào ung thư [57, 58].N ă m 2 0 0 5 , H u a n g G C v à c ộ n g s ự n g h i ê n c ứ u t á c d ụ n g ức chế khối u của zerumbone trên tế bào P-không388D1 ở cả mức độin vitrovàin vivoởchuột đã khẳng định ở nồng độ 5 mg/kg thể trọng chuột thì zerumbone kéo dài sự sốngcủa chuột một cách rõ rệt, nghiên cứu tiếp theo cũng chỉ ra rằng zerumbone có khảnăngứcchếsựpháttriểndòngtếbàoungthưmáutrắngHL60ởngười[59].
Sử dụng mô hình đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư ruột kết dùng ACFs(aberrant crypt foci) như là chất đánh dấu trong thực nghiệm so sánh hoạt tính gây độctếb à oi n v i tr o t r ê ncá c d ò n g t ế b à o u n g t h ư H T -không 2 9 , C a C o -không 2 , M C F -không
7 K i r a na v à c á c cộng sự [60] nhận thấy zerumbone thể hiện hoạt tính gây độc tế bào với các dòng tếbào ung thư này với giỏ trị IC50khoảng 10 àM trong khi đú giỏ tri IC50của curcuminvàok h o ả n g 2 5 à M [ 6 0 ] Đ ố i v ớ i d ũ n g t ế b à o u n g t h ư t ử c u n g n g ư ờ i H e l a , A b d u l
A.B.H và cộng sự [52] nhận thấy zerumbone có khả năng gây độc dòng tế bào này vớiIC50= 2,5 μg/ml trong khi ICg/ml trong khi IC50củacis-khôngplatin là 1,6 μg/ml trong khi ICg/ml Tuy nhiên, zerumbone gâyđộc chọn lọc tế bào ung thư, chống sự phát triển đột biến, còncis-khôngplatin không có tínhchất chọn lọc, gây độc với cả tế bào ung thư (cancerous cells) lẫn tế bào thường (non-không cancerous cells) Các số liệu của họ cũng khẳng địnhcis-khôngplatin gây độc tế bào ung thưgan Hep-khôngG2 (IC50= 7,08 μg/ml trong khi ICg/ml) yếu hơn so với độ độc của zerumbone đối với Hep-khôngG2(IC50= 3,15 μg/ml trong khi ICg/ml) Điều này cho thấy zerumbone cũng rất có triển vọng trong việcnghiên cứu thuốc điều trị ung thư gan [61] Tiếp theo, PGS TS Văn Ngọc Hướng cũngbáocáozerumbonecó tácdụngngănngừasựtáiphátungthư [3].
Trong phân tử zerumbone, nhóm ketoneα,β-khôngkhông no đóng vai trò quan trọngđến hoạt tính của chất này, nhóm này chínhl à m ộ t t r u n g t â m t i ế p n h ậ n c á c t á c n h â n của phản ứng Michael chẳng hạn như nhóm -khôngSH trong một số protein nhất định [62].Năm2009,Giangvàcáccộngsự[53]đãnghiêncứuhoạttínhứcchếyếutốNF-không κB của zerumbone và chỉ ra rằng nhóm ketoneα,β-khôngkhông no chính là chìa khóa cho hoạttính của hợp chất này Kết luận này cũng được Murakami và Nakamura [38,51] đề cậpđếntrongcácnghiêncứuhoạttínhkhángviêmvàchốngungthưcủazerumbonevà các dẫn xuất Nghiên cứu độc tính cấp cho thấy zerumbone có LD50= 1,84 g/kg và cóthể coi là ít độc [63], kết quả này góp phần khẳng định tiềm năng ứng dụng to lớn củasesquiterpene này trong việc tạo ra các sản phẩm chức năng hoặc thuốc để phục vụcôngtác chăm sócsứckhỏe cộngđồng. b Mộtsốchuyểnhóachính củazerumbone
Phảnứngtổng hợpchalcone
Chalcone có thể được tổng hợp bởi nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiênphản ứng ngưng tụ Claisen-khôngSchmidt được thực hiện với lượng đẳng mol giữa mộtacetophenonehoặcdẫnxuấtcủanóvàmộtbenzaldehydehoặcdẫnxuấtcủanótrongsự có mặt của kiềm hoặc axít vẫn được xem là phương pháp thông dụng và hiệu quảnhất để tổng hợp các chalcone Phản ứng Claisen-khôngSchmidt xúc tác bởi kiềm (NaOHhoặc KOH), nồng độ từ 10 -không 60%, dung môi có thể là ethanol hoặc methanol, nhiệt độphản ứng dao động trong khoảng từ nhiệt độ phòng đến 50 o C và thời gian từ vài giờchođếnvàingàydẫntớisự hìnhthànhketoneα,β-không khôngno[72]:
Trongmôitrườngkiềm,cácnhómhydroxytrongcácphântửketonevàaldehydecóảnhhư ởnglớnđếnkhảnăngphảnứngvàhiệusuấtcủaphảnứngngưngtụ Claisen-khôngSchmidt, các nhóm hydroxy có tính axít yếu và là các nhóm đẩy electron(các nhóm thế có hằng số Hammet thấp), trong môi trường kiềm chúng tồn tại ở dạngphenolate, đặc biệt ở vị tríparacủa các aldehyde và ketone và ở dạng này, các dạngphenolatecóthểbịchuyểnhoáthànhdạngquinonetheocânbằngsau: Ở dạng quinone, điện tích dương trên nguyên tử C nhóm cacbonyl bị giải toảlàm giảm khả năng phản ứng của hợp phầna l d e h y d e v à d ẫ n đ ế n s ự g i ả m h i ệ u s u ấ t phảnứng,đểcảithiệnhạnchếnàyphảnứngngưngtụClaisen-khôngSchmidtcóthểđược tiếnhànhtrongmôitrườngaxítvàcơchếchungcủaphảnứngtrongmôitrườngnàynhưsau :
Nhưv ậ y , k h i t i ế n h à n h p h ả n ứ n g t r o n g m ô i t r ư ờ n g a x í t , k h ả n ă n g p h ả n ứ n g được cải thiện rõ rệt do tránh được hiện tượng tạo các quinone, tuy vậy thực nghiệmcũng chỉ ra điểm không thuận lợi khi dùngxúc tác axít làh i ệ n t ư ợ n g k e o h o á s ả n phẩm, gây khó khăn cho việc tinh chế và làm giảm hiệu suất của phản ứng ngưng tụClaisen-khôngSchmidt Một phương pháp khác thường được sử dụng để cải thiện hiệu suấtcủa phản ứng ngưng tụ Claisen-khôngSchmidt giữa các dẫn xuất hydroxyacetophenone vàcác dẫn xuất hydroxybenzaldehyde trong môi trường kiềm là khoá các nhóm hydroxy(-khôngOH) bằng các nhóm bảo vệ, các nhóm bảo vệ này thường bền trong môi trường kiềmvà có thể được loại bỏ trong môi trường axít Về mặt lý thuyết, các nhóm hydroxy cóthể được bảo vệ bằng cách chuyển hoá chúng thành các nhóm este, silylete,ankylete,ankoxyankylete hoặc tetrahydropyranylete Tuy nhiên, trong môi trường kiềm,nhómchức este dễ bị thủy phân nên không thể bảo vệ chúng bằng các nhóm này còn cácmetylete, benzylete cũng có thể sử dụng để bảo vệ nhóm OH nhưng khi loại nhóm bảovệ phải dùng các xúc tác axít Lewis như AlCl3hoặc BF3 Trong một số trường hợp,ngườitacóthểsửdụngcáctácnhânmetoxymetylclorua(MOMCl)hoặcmetoxyetoxymetylc lorua (MEMCl) để tạo thành các nhóm bảo vệ metoxymetylete(MOM) và metoxyetoxymetylete (MEM) với các nhóm hydroxy, sau đó các nhóm nàydễ dàng được loại bỏ bằng các dung dịch axít như HCl, HBr [73, 74] Trong tổng hợpcácchalcone,nhóm-khôngOHtrongcáchợpphầnaldehydehoặcketonethườngđượcbảo vệ bằng cách tạo ra nhóm tetrahydropyranyl ete bằng phản ứng của các nhóm hydroxyvới 3,4-khôngdihydro-không2H-khôngpyran, phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ phòng và cho hiệu suấtcaokhicómặtcủaxúctácpyridiniump-khôngtoluensulfonate,cácnhómtetrahydro-không pyranyleterấtbềntrongmôitrườngkiềmvàdễdàngbịbẻgãybằngaxítp-khôngtoluensunfonic hoặc axít clohydric trong methanol Theo Sogawa và các cộng sự [75]khi tổng hợp 3,4-không dihydroxychalcone dùng phản ứng ngưng tụ Claisen-khôngSchmidt giữaacetophenone và 3,4-không dihydroxybenzaldehyde không sử dụng nhóm bảo vệ, hiệu suấtphản ứng rất thấp (
