BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --- NGUYỄN THỊ KIM AN NGHIÊN CỨU HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HAI LOÀI TAI CHUA GAR
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -
NGUYỄN THỊ KIM AN
NGHIÊN CỨU HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA HAI LOÀI TAI CHUA (GARCINIA COWA ROXB EX CHOISY) VÀ ĐẰNG HOÀNG (GARCINIA HANBURYI HOOK
F.) Ở VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
HÀ NỘI – 2020
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -
NGUYỄN THỊ KIM AN
NGHIÊN CỨU HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA HAI LOÀI TAI CHUA (GARCINIA COWA ROXB EX CHOISY) VÀ ĐẰNG HOÀNG (GARCINIA HANBURYI HOOK
F.) Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Hóa học các hợp chất thiên nhiên Mã số: 9 44 01 07
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 PGS.TS Ngô Đại Quang 2 PGS.TS Trần Thị Thu Thủy
Hà Nội – 2020
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Ngô Đại Quang và PGS.TS Trần Thị Thu Thủy Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án
Nguyễn Thị Kim An
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Phòng Hóa sinh hữu cơ, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin gửi đến thầy cô hướng dẫn: PGS.TS Ngô Đại Quang và PGS.TS Trần Thị Thu Thủy lời cảm ơn vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tận tình hướng dẫn và có nhiều góp ý quý báu cho tôi trong thời gian thực hiện luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, đặc biệt là GS.TS Phạm Quốc Long - Viện trưởng, và các cán bộ Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Ban lãnh đạo Khoa Công nghệ Hóa và các giảng viên Khoa Công nghệ Hóa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và động viên tôi trong thời gian học tập
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cán bộ các phòng ban đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành các thủ tục trong quá trình thực hiện và bảo vệ luận án
Tôi xin gửi lời cảm ơn đề tài Hóa dược: “Nghiên cứu quy trình phân lập axit
gambogic từ nhựa cây Đằng hoàng Việt Nam (Garcinia hanburyi) làm nguyên liệu
sản xuất thuốc điều trị ung thư” mã số CNHD.ĐT.061/15-17 đã tài trợ kinh phí để tôi thực hiện luận án này
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS Lee Jae Wook (Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc - KIST), TS Phan Đức Anh (Trường Đại học Phenikaa), PGS.TS Đỗ Thị Thảo (Viện Công nghệ Sinh học), TS Trần Thị Hồng Hà (Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên), TS Nguyễn Thanh Trà (Viện Hóa học) đã giúp đỡ tôi thực hiện các nghiên cứu về tính chất vật lý, hóa lý và hoạt tính sinh học
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến toàn thể gia đình, đồng nghiệp, bạn bè, các em sinh viên đã luôn ủng hộ và hỗ trợ tôi hoàn thành luận án
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Nguyễn Thị Kim An
Trang 5CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2
1.1 Giới thiệu chung về chi Garcinia 2
1.1.1 Đặc điểm thực vật chi Garcinia 2
1.1.4 Hoạt tính sinh học của các chất phân lập từ chi Garcinia 13
1.1.4.1 Hoạt tính chống oxygen hóa 13
1.1.4.2 Hoạt tính kháng khuẩn / kháng ký sinh trùng 14
1.1.4.3 Hoạt tính kháng viêm 15
1.1.4.4 Hoạt tính chống ung thư 16
1.1.4.5 Hoạt tính kháng virus 17
1.1.4.6 Hoạt tính khác 18
1.1.5 Nghiên cứu về chi Garcinia tại Việt Nam 18
1.2 Tổng quan về cây tai chua Garcinia cowa 19
1.2.1 Đặc điểm hình thái và phân bố 19
1.2.2 Tình hình nghiên cứu hóa học và các hoạt tính sinh học 20
1.2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 20
1.2.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 28
1.3 Tổng quan về cây đằng hoàng Garcinia hanburyi 28
1.3.1 Đặc điểm hình thái và phân bố 28
Trang 61.3.2 Tình hình nghiên cứu hóa học và các hoạt tính sinh học 29
1.3.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 29
1.3.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 36
1.4 Tổng quan về acid gambogic 36
1.4.1 Cấu trúc hóa học 36
1.4.2 Hoạt tính ức chế tế bào ung thư của acid gambogic 37
1.4.3 Bán tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học các dẫn xuất của GA 38
2.1 Đối tượng nghiên cứu 42
2.1.1 Nhựa cây tai chua G cowa 42
2.1.2 Thân và nhựa cây đằng hoàng Garcinia hanburyi 42
2.2 Phương pháp nghiên cứu 43
2.2.1 Phương pháp phân lập các chất 43
2.2.2 Phương pháp xác định cấu trúc 43
2.2.3 Phương pháp khảo sát động học của các vật liệu vô định hình 43
2.2.4 Các phương pháp đánh giá hoạt tính 44
2.2.4.1 Phương pháp đánh giá khả năng chống oxygen hóa ABTS và DPPH 44
2.2.4.2 Phương pháp đánh giá hoạt tính ức chế enzym α-glucosidase 45
2.2.4.3 Phương pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro 46
CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 48
3.1 Phân lập các chất từ cây G cowa 48
3.1.1 Cách tiến hành 48
3.1.2 Hằng số vật lý và các dữ liệu phổ của các chất phân lập được 51
3.2 Phân lập các chất từ cây G hanburyi 52
3.2.1 Cách tiến hành 52
3.2.1.1 Phân lập các chất từ nguyên liệu thân cành 52
3.2.1.2 Phân lập các chất từ nguyên liệu nhựa 55
3.2.2 Hằng số vật lý và các dữ liệu phổ của các chất phân lập được 56
3.3 Tổng hợp các dẫn xuất của GA 57
3.3.1 Khảo sát tính chất nhiệt động học và động học của acid gambogic ở trạng thái gương và trạng thái dung dịch siêu lạnh 57
3.3.2 Tổng hợp các dẫn xuất của GA 58
3.3.2.1 Tổng hợp các dẫn xuất ester của GA 58
a) Hợp chất methylgambogate (GA1) 58
b) Hợp chất ethylgambogate (GA2) 59
Trang 73.3.2.2 Tổng hợp các dẫn xuất amide của GA 59
3.4 Thử nghiệm hoạt tính sinh học của các chất 63
3.4.1 Hoạt tính chống oxygen hóa ABTS và DPPH 63
3.4.2 Hoạt tính ức chế enzym α-glucosidase 63
3.4.3 Hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro 63
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64
4.1 Kết quả nghiên cứu thành phần hóa học nhựa cây G cowa 64
Trang 84.3 Kết quả tổng hợp dẫn xuất của GA (GH1) 128
4.3.1 Kết quả khảo sát sự hồi phục phân tử ở trạng thái gương và trạng thái dung dịch siêu lạnh của acid gambogic vô định hình 128
4.3.2 Định hướng tổng hợp dẫn xuất 130
4.3.3 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 131
4.3.3.1 Hợp chất GA1: Methyl gambogate 132
4.3.3.2 Hợp chất GA2: Ethyl gambogate 133
4.3.3.3 Hợp chất GA3: N,N-diallyl gambogamide 134
4.4.1 Hoạt tính chống oxygen hóa ABTS và DPPH 143
4.4.2 Hoạt tính ức chế enzym α-glucosidase 143
4.4.3 Hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro 144
4.4.3.1 Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các chất phân lập được 144
4.4.3.2 Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các dẫn xuất của GA 145
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 147
1 Kết luận 147
2 Kiến nghị 148
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 149
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 150
PHỤ LỤC 151
Trang 9DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Một số xanthone polyoxygen thế đơn giản phân lập từ chi Garcinia 5
Hình 1.2 Một số prenyl xanthone phân lập từ chi Garcinia 5
Hình 1.3 Cơ chế phản ứng sinh tổng hợp xanthone lồng từ mesuaxanthone B 6
Hình 1.4 Một số xanthone lồng phân lập từ chi Garcinia 7
Hình 1.5 Một số bisxanthone phân lập từ chi Garcinia 8
Hình 1.6 Một số benzophenone phân lập từ chi Garcinia 8
Hình 1.7 Một số hợp chất biflavonoid phân lập từ chi Garcinia 9
Hình 1.8 Một số triterpenoid phân lập từ chi Garcinia 10
Hình 1.9 Một số biphenyl phân lập từ chi Garcinia 11
Hình 1.10 Một số hợp chất depsidone phân lập từ chi Garcinia 11
Hình 1.11 Một số tocotrienol phân lập từ chi Garcinia 11
Hình 1.12 Một số hợp chất phloroglucinol phân lập từ chi Garcinia 12
Hình 1.13 Một số hợp chất khác phân lập từ chi Garcinia 13
Hình 1.14 Cấu trúc hóa học của một số hợp chất có khả năng chống oxygen hóa 14
Hình 1.15 Cấu trúc hóa học của một số hợp chất có khả năng kháng khuẩn / 15
kháng ký sinh trùng 15
Hình 1.16 Cấu trúc hóa học của một số hợp chất có khả năng kháng viêm 16
Hình 1.17 Cấu trúc hóa học của một số hợp chất có khả năng chống ung thư 17
Hình 1.18 Cấu trúc hóa học của một số hợp chất có khả năng kháng virus 17
Hình 1.19 Cấu trúc hóa học của garsubellin A 18
Hình 1.20 Thân, lá và quả cây tai chua G cowa 20
Hình 1.21 Thân, lá và hoa cây đằng hoàng G hanburyi 29
Hình 1.22 Công thức cấu tạo của GA 36
Hình 1.23 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất amide của GA 38
Hình 1.24 Sơ đồ tổng hợp một số dẫn xuất oxygen hóa của GA 39
Hình 1.25 Một số dẫn xuất chứa vòng bicyclo của GA 40
Hình 1.26 Một số dẫn xuất ester, thioester, amide và epoxy của GA 40
Hình 1.27 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất PEG-AG 40
Hình 1.28 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất alkanolamine của GA 41
Hình 1.29 Một số dẫn xuất chứa vòng 1,2,5-oxadiazole-2-oxygende của GA 41
Hình 3.1 Sơ đồ phân lập các chất từ dịch chiết DCM của nhựa cây G cowa 48
Trang 10Hình 3.2 Sơ đồ phân lập các chất từ dịch chiết DCM của thân cành cây G hanburyi
53
Hình 3.3 Sơ đồ phân lập các chất từ dịch chiết DCM của nhựa cây G hanburyi 55
Hình 3.4 Sơ đồ tạo dẫn xuất ester/amide của GA 58
Hình 4.1 Cấu trúc các hợp chất GCx (x = 1-18) phân lập từ nhựa cây G cowa 64
Hình 4.25 Cấu trúc hóa học và tương tác HMBC chính của hợp chất GC6 81
Hình 4.26 Cấu trúc hóa học của hợp chất GC7 82
Hình 4.27 Phổ 1H NMR của hợp chất GC7 82
Hình 4.28 Phổ 13C NMR của hợp chất GC7 83
Trang 11Hình 4.29 Cấu trúc hóa học của hợp chất GC8 84
Trang 12Hình 4.61 Cấu trúc các hợp chất GHx (x = 1-8) phân lập từ nhựa và thân cành cây G
Hình 4.68 Phổ NOESY giãn của hợp chất GH2 112
Hình 4.69 Công thức cấu tạo của hợp chất GH3 113
Hình 4.88 Quang phổ điện môi băng thông rộng của GA ở nhiệt độ a) cao hơn nhiệt độ chuyển gương và b) thấp hơn nhiệt độ chuyển gương 129
Hình 4.89 Cấu trúc hóa học và tinh thể của GA 130
Trang 13Hình 4.90 Cơ chế của phản ứng ester hóa và amide hóa 132
Hình 4.91 Cấu trúc hóa học của hợp chất GA1 132
Trang 14DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xii
Bảng 1.1 Một số loài thuộc chi Garcinia đã được nghiên cứu ở Việt Nam 19
Bảng 1.2 Cấu trúc hóa học các hợp chất phân lập từ cây G cowa 21
Bảng 1.3 Một số xanthone có hoạt tính gây độc tế bào ung thư trong cây G cowa27Bảng 1.4 Một số hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn mạnh trong cây G cowa 28
Bảng 1.5 Cấu trúc hóa học các hợp chất phân lập từ cây G hanburyi 30
Bảng 4.1 Tín hiệu độ dịch chuyển của các cacbon trong khung xanthone 65
Bảng 4.18 Dữ liệu phổ NMR của hợp chất GH1 và acid gambogic 108
Bảng 4.19 Dữ liệu phổ của hợp chất GH2, GH1 và acid isogambogic 112
Bảng 4.20 Dữ liệu phổ NMR của GH3 và acid morellic 115
Bảng 4.21 Dữ liệu phổ NMR của GH4, GH3 và acid isomorellic 117
Bảng 4.22 Dữ liệu phổ NMR của GH5, GH4 và isomorellin 120
Bảng 4.23 Dữ liệu phổ NMR của GH6 và desoxymorellin 122
Bảng 4.24 Dữ liệu phổ NMR của GH7 và isomoreollin B 125
Trang 15Bảng 4.25 Dữ liệu phổ NMR của GH8 và acid 10α-butoxygambogic 127Bảng 4.26 Cấu trúc các sản phẩm và hiệu suất phản ứng 131