HÓA hợp CHẤT THIÊN NHIÊN FLAVONOID

Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên CÁC HỢP CHẤT FLAVONOID Flavonoid là một nhóm hợp chất lớn thường gặp trong thực vật. Hơn một nửa rau quả thường dùng có chứa flavonoid. Cho đến nay có khoảng 4000 chất được xác định cấu trúc. chỉ riêng 2 nhóm flavon và flavonol và với nhóm thế là OH hay OCH 3 thì theo lý thuyết có thể gặp 38.627 chất. Phần lớn các chất flavonoid có màu vàng. Tuy nhiên, một số có màu xanh, tím, đỏ, một số khác khơng có màu. Trong thực vật cũng có một số nhóm hợp chất khác khơng thuộc flavonoid nhưng có màu vàng như carotenoid, anthranoid, xanthon. I. CẤU TRÚC HỐ HỌC Người ta xếp vào nhóm flavonoid những chất có cấu tạo khung theo kiểu C6-C3-C6 hay nói cách khác là khung cơ bản gồm 2 vòng benzen A và B nối với nhau qua một mạch 3 carbon. C C B Trong đa số trường hợp thì mạch 3 carbon đóng vòng với vòng A và tạo nên dị vòng C có chứa oxy. dị vòng C có thể là dihydroxypyran, γ-pyron, dihydro γ–pyron. O O O O O Dihydropyran γ−pyron Dihydro γ−pyron 126 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên II. PHÂN LOẠI Sự phân loại các flavonoid dựa vào vị trí gốc aryl (vòng B) và các mức độ oxy hố của mạch 3C. II.1. Flavon Flavon có cấu trúc chung 2 vòng benzen A và B. Vòng B gắn vào vòng C (pyran) qua dây nối ở C-2. O O A C B 2 3 5 6 7 8 1' 2' 3' 4' 5' 6' Cấu trúc chung của Flavon Hai flavon hay gặp nhất trong cây là apigenin và luteolin. O OH O HO OH O OH O HO OH OH Apigenin Luteolin Hiện nay, người ta đã biết hơn 130 hợp chất flavon, ở dạng tự do cũng như glycoside. Ngồi những flavon có nhóm thế OH và OCH 3 , còn có những nhóm thế khác như –CH 3 , -CHO. Các chất trong nhóm flavon, khi tạo thành O- glycoside, phần đường thường nối vào vị trí 7, ở vị trí 5 thì ít hơn. Khi tạo thành C-glycoside thì mạch đường thường nối vào vị trí 6 hoặc 8. Ngồi những dẫn chất flavon ở dạng glycoside, có một số chất ở dạng esther (acetat, benzoat). II.2. Flavanon 127 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên Flavanon khác với flavon ở chỗ khơng có nối đơi ở vị trí 2 và 3. Tất cả flavanon phát hiện cho đến nay đều có nhóm OH ở vòng A hoặc B. Trong tự nhiên, chúng thường ở cạnh flavon tương ứng, có nhiều trong các họ Rosaceae, Rutaceae, Leguminosae, Asteraceae. Chất tiêu biểu là naringin và hesperindin thường gặp trong một số vỏ cây thuộc chi Citrus. Naringin có vị đắng bắng 1/5 quinin, tuy nhiên aglycon thì khơng đắng. O O OH O Flavanon Chalcon Flavanon là những chất khơng màu nhưng khi làm phản ứng cyanidin thì cho màu rõ hơn flavon, ngồi ra flavanon có điểm chảy thấp hơn flavon tương ứng. O OH O O OH O OCH 3 O O OH OH Naringin Gl Rh Gl Rh II.3. Flavonol (Flavon-3-ol) Khác với flavon có thêm nhóm OH ở C-3. Flavonol rất phổ biến trong tự nhiên. Flavonol kết tinh màu vàng nhạt đến vàng. Hai chất flavonol hay gặp trong cây là kaemferol, quercetin, kế đến là myricetin. 128 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên O OH O HO OH O OH O HO OH OH Kaempferol Quercetin OH OH O OH O HO OH OH OH OH Myricetin Thống kê trên 1000 lồi thuộc thực vật hạt kín thì thấy 48% lồi có Kaempferol và 26% có quercetin. Khi tạo thành glycoside, mạch đường đa số trường hợp gắn vào vị trí 3, đơi khi ở vị trí C-7. II.4. Chalcon Chalcon có 2 vòng A và B nối với nhau bởi một mạch hở 3 carbon, khơng có dị vòng C như các flavonoid khác. Chú ý số thứ tự carbon bắt đầu từ vòng B. đây là những chất có màu vàng đến vàng cam. Chalcon có chủ yếu trong một số hoa của họ Cúc Asteraceae. để nhận biết chalcon, có thể dùng hơi amoniac hoặc khói kiềm của thuốc lá, màu chuyển sang đỏ cam hay đỏ. Chalcon cũng có thể có trong các bộ phận của cây như vỏ, lá, quả, rễ. OH O Chalcon OH O Dihydrochalcon A B 1 2 3 4 5 6 1' 2' 3' 4' 5' 6' Dihydrochalcon ít gặp trong tự nhiên, thí dụ chất phloridzin, chất này có đặc tính, ngăn sự hấp thu glucose ở ruột non và ngăn sự tái hấp thu glucose ở tiểu quản thận. một số dihydrochalcon có vị ngọt gấp 2000 lần đường mía. 129 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên OH O Phloridzin OH HO O Glc OH O OH O O Glc 4 4' Glc O Rha II.5. Auron Là nhóm flavonoid có màu vàng sáng. Khung của auron có 15C như các flavonoid khác nhưng dị vòng C chỉ có 5 cạnh. Số lượng cũng như sự phân bố trong cây cũng hạn chế. Chất auron điển hình là aureusidin gặp phổ biến trong hoa một số họ Lasteraceae, Plumbaginaceae,… và ở dạng 4- glycoside hay 6-glycoside. O C O H O C O HHO OH OH OH Aureusidin 1 2 3 4 5 6 7 1' 2' 3' 4' 5' 6' II.6. Anthocyanidin (2-phenylbenzopyrilium) Đây là sắc tố phổ biến trong thực vật. Từ “anthocyanin” được Marquart đưa ra năm 1985 để chỉ sắc tố màu xanh của Centaurea cyanus. Chữ anthocyanin do chữ anthos = hoa, kyanos = xanh. Về sau dùng để chỉ sắc tố thuộc nhóm flavonoid có màu xanh, đỏ hoặc tím. Trong cây hầu hết các sắc tố này đều ở dạng glycoside nằm trong dịch tế bào. Khi đun anthocyanin trong dung dịch HCl 20% thì phần đường trong phân tử (thường nối vào OH ở C-3) bị cắt và cho phần aglycon được gọi là anthocyanidin. cấu trúc của anthocyanidin là 2-phenylbenzopyrilium, là cation ở trong dung dịch acid (pH 1-4) tạo muối có màu đỏ; trong mơi trường kiềm (pH>6) là anion cũng tạo được muối với các chất kiềm nhưng có màu xanh, nếu tăng thêm kiềm, vòng C sẽ mở vòng tạo thành chalcon. Dung dịch anthocyanidin mất màu bởi bisulfit kiềm và dễ bị oxy hố nên ít được dùng làm phẩm màu. 130 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên O Anthocyanidin O O H OH OH HO O O OH OH O H O O OH OH HO H OH - + H OH - + + - Dạng cation (màu đỏ) Dạng trung tính (màu tím) Dạng anion (màu xanh) II.7. Isoflavon Là nhóm lớn nhất của isoflavonoid, có nhiều giá trị về tác dụng chữa bệnh, thường gặp trong các họ Rosaceae, Amaranthaceae, Iridaceae. Thí dụ Daizein có trong sắn dây. Vòng B khơng gắn ở C-2 như các flavonoid mà gắn ở C-3. O O HO OH Daizein II.8. Rotenoid Cấu trúc của nhóm này là C6-C4-C6 vì thêm một carbon do oxy hố đóng vòng của các dẫn chất z-methoxy isoflavon số thứ tự của caarbon khơng theo quy tắc chung. Tác dụng quan trọng của nhóm hợp chất này là diệt sâu bọ, do 131 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên hạn chế khả năng thu nhận oxy của sâu bọ. Chất điển hình là rotenon có trong cây thuốc cá Derris elliptica. O O O O O O OCH 3 OCH 3 O Rotenon 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6a 12a 1 III. TÍNH CHẤT Các dẫn chất flavon có màu vàng rất nhạt, có khi khơng màu. Flavonon có màu vàng nhạt đến vàng. Chalcon và auron có màu vàng sậm đến đỏ cam. Các chất thuộc nhóm isoflavon, flavanon, isoflavanon,… do khơng có nối đơi liên hợp giữa vòng B với nhóm carbonyl nên khơng màu. Các dẫn chất anthocyanidin thì màu thay đổi tuỳ theo pH của mơi trường. Tuy nhiên khi các flavonoid trong các bộ phận của cây thì còn phụ thuộc vào hỗn hợp với các sắc tố khác. Độ hồ tan của flavonoid tùy thuộc vào số nhóm OH và các nhóm thế khác. Thường thường các flavonoid glycosid và flavonoid sulfat là những chất phân cực nên khơng tan hoặc ít tan trong dung mơi hữu cơ, tan được trong nước, tốt nhất là cồn nước. các aglycon thì tan được trong dung mơi hữu cơ, khơng tan trong nước. Các dẫn chất flavonoid có nhóm 7-hydroxy thường dễ tan trong dung dịch kiềm lỗng. Các phản ứng màu của flavonoid, thường dùng để định tính như: - Tác dụng của FeCl 3 : Tuỳ theo nhóm flavonoid và tuỳ theo số lượng vị trí nhóm OH trong phân tử mà cho màu lục, xanh, nâu. - Tác dụng của NH 3 : Nếu hơ một bộ phân của cây hay tờ giấy thấm có nhỏ dịch chiết trên miệng lọ amoniac thì có màu vàng tăng lên tuỳ theo nồng độ floavonoid và tuỳ theo nhóm flavonoid. Flavon và flavonol cho màu vàng sáng, anthocyanin cho màu xanh dương, chalcon và auron có thể cho màu đỏ da cam. Một số nhóm khác như flavan-3-ol, flavanon, isoflavon màu khơng thay đổi. Tuy nhiên, nếu thực hiện trong ống nghiệm với dung dịch kiềm thì một số dẫn chất flavon-3-ol lại cho màu vì dễ bị oxy hố, còn flavanon dễ bị isomer hố thành chalcon nên nếu để một lúc lại cho màu vàng đậm đến đỏ. 132 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên Bảng 28: Bảng màu sắc của một số flavonoid dưới ánh sáng tử ngoại có và khơng có NH 3 (ứng dụng trong sắc ký giấy và lớp mỏng) Màu sắc của Flavonoid Dạng flavonoid UV UV + NH 3 Nâu tím Vàng, vàng lục hoặc nâu a. Thường flavon 5-OH và 4“-OH hoặc flavonol 5-OH và 4’-Oh có nhóm thế ở C 3 . b. Flavonon 5-OH va2 Chalcon 4’-OH khơng có OH ở vòng B. Khơng đổi màu hoặc đổi màu rất ít a. Flavon hoặc Flavonol có 5-OH nhưng khơng có OH ở 4’ hoặc đã thay thế b. Isoflavon, dihydroflavonol và một số Flavonon 5-OH. c. Chalcon 2’ hoặc 6’-OH nhưng khơng có OH ở 2 và 4. Xanh nhạt Một số flavonon 5-OH Đỏ hoặc vàng cam Chalcon có 2’-OH hoặc cả hai Phát quang xanh da trời Phát quang vàng lục hoặc xanh lục a. Flavon và flavonon khơng có 5-OH b. Flavonol thiếu 5-OH nhưng có nhóm thế ở C 3 . Khơng hoặc đổi màu rất ít Isoflavon thiếu 5-OH Phát quang xanh nhạt sáng Isoflavon thiếu 5-OH Khơng màu Phát quang xanh nhạt Isoflavon thiếu 5-OH Phát quang vàng hoặc vàng cam Khơng hoặc đổi màu rất ít Flavonol có 3-OH, có hoặc khơng có 5-OH Phát quang Vàng cam hoặc đỏ a. Auron có 4’-OH 133 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên vàng, vàng lục hoặc xanh lục b. Chalcon có 2-OH hoặc 4-OH. Khơng màu hoặc đổi màu rất ít a. Auron thiếu 4’-OH và flavonon thiếu 5-OH b. Flavonol 3-OH và có hoặc khơng có 5-OH Vàng nhạt Vàng sáng- Nâu tím Dihydroflavonol thiếu 5-OH - Tác dụng của NaOH đậm đặc và đun nóng: Đun flavonoid với dung dịch NaOH 30% thì sẽ mở vòng C rồi dẫn đến tạo thành dẫn chất acid thơm và dẫn chất phenol. Tuỳ theo nhóm thế và vị trí thế vào vòng A và B mà có các dẫn chất acid thơm và phenol khác nhau. Có thể xác định các dẫn chất này bằng phương pháp sắc ký, đối chiếu với chất mẫu, kết quả thu được có thể góp phần biện luận cấu trúc. Thí dụ khi phân hủy chất Chrysin thì thu được phloroglucin và acid benzoic. O OOH HO OOH HO OOH CH 3 OOH HO OH COOH COOH OH HO OH COCH 3 OH HO OH COOH CH 3 COOH 1 2 + + + + - Phản ứng Cyanidin (phản ứng Shinoda hay Villstater): Đây là phản ứng khử hay sử dụng nhất để tìm sự có mặt của các dẫn chất nhóm flavonoid. Dung dịch flavonoid trong ethanol, cho thêm bột Mg rồi nhỏ từ từ HCl đậm đặc. sau 1 – 2 phút sẽ có màu đỏ cam, đỏ thẫm hoặc đỏ 134 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên tươi tuỳ theo dẫn chất flavon, flavonol, flavanonol, flavanon. Màu sắc đơi khi bị thay đổi tuỳ theo loại, số lượng, vị trí nhóm thế. Tiến hành trong 3 ống nghiệm, cho vào mỗi ống 1-2ml dung dịch thử. Ống 1: làm đối chứng. Ống 2: thêm 0,5ml HCl đậm đặc + 3-5 hạt mG. Quan sát trong 10 phút. Nếu có màu từ vàng, đỏ đến xanh là có flavonoid Có thể sơ bộ nhận định thêm: + Vàng cam-đỏ: flavon + Đỏ thẫm: Flavonol, flavanon. + Chalcon và auron cho màu đỏ ngay sau khi cho HCl. Ống 3: thêm 0,5ml HCl đặc, đun cách thủy 5 phút, nếu có màu đỏ tím là có sự hiện diện của hợp chất leucoanthocyanidin. - Tác dụng của antimoin pentachlorid (phản ứng Marini - Bettolo): Với dung dịch SbCl 5 1% trong CCl 4 cho màu từ đỏ đến tím với chalcon, vàng đến vàng cam với flavon. Với dihydrochalcon vì khơng có nối đơi liên hiệp giữa nhóm carbonyl và vòng B khơng cho màu với SbCl 5 hoặc với H 2 SO 4 . - Tác dụng của H 2 SO 4 đậm đặc: Hồ một lượng cao chiết flavonoid vào H 2 SO 4 đặc, quan sát màu: + Vàng tươi: flavon, flavonon. + Vàng cam: flavanon. + Đỏ hoặc tím: chalcon, auron. - Tác dụng của acetat chì trung tính hoặc kiềm: Phản ứng thực hiện trên giấy thấm. Nhiều dẫn chất flavonoid tạo thành muối hay phức có màu khi nhỏ thêm dung dịch chì acetat trung tính hoặc kiềm. màu phụ thuộc vào các dẫn chất flavonoid. Để tiến hành trong ống nghiệm acetat chì kiềm cho tủa màu với hầu hết các flavonoid phenol còn chì acetat trung tính tạo tủa với những dẫn chất có nhóm o-dihydroxy phenol. - Phản ứng ghép đơi với muối diazoni: các dẫn chất flavonoid có nhóm OH ở vị trí 7 có thể phản ứng với muối diazoni để tạo thành chất màu azonic vàng cam đến đỏ. IV. ĐỊNH LƯỢNG IV.1. Phương pháp cân Chỉ ứng dụng khi ngun liệu giàu flavonoid và dịch chiết ít tạp chất. thí dụ định lượng rutin trong hoa h. Các bước định lượng gồm: 135 [...]... chlorophyl - Để dịch chiết ở 3-4oC qua đêm, sau đó lọc sẽ được chất nhầy, nhựa… - Điều chỉnh pH thích hợp để thu được flavonoid thơ - Lắc dung dịch lọc với dung mơi thích hợp, flavonoid sẽ hòa tan trong dung mơi, tạp chất ở lại trong dịch nước - Lọc dịch chiết qua chất hấp phụ (silicagel, polyamid, cellulose,…) 139 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên VI.2 Kết tinh lại: Dịch lọc sau khi loại tạp sẽ được... hoặc hỗn hợp dung mơi thích hợp để thu được các tinh thể hoặc tủa flavonoid VII TÁCH VÀ TINH CHẾ FLAVONOID Hỗn hợp flavonoid muốn tinh khiết hơn thường phải tinh chế lại Người ta có thể dùng một số phương pháp sau đây để có thể tinh chế đồng thời có thể tách các đơn chất từ hỗn hợp - Tinh chế bằng dung mơi: dùng dung mơi có độ phân cực khác nhau để tách ra từng phân đoạn lắc dịch nước có chứa flavonoid. .. lão hóa Thí nghiệm cho thấy khả năng dập tắt của một số flavonoid theo thứ tự: myricetin > quecetin > rhammetin > morin > diosmetin > narigenin > catechin > 5,7-dihydroxy-3’,4’,5’-trimethoxy flavon > robinin > kaempferol > flavon - Flavonoid tạo được phức với các kim loại mà chính các ion kim loại này là xúc tác của nhiều phản ứng oxy hóa Các flavonoid có 3,5,3’,4’136 Giáo trình Hóa học các Hợp chất. .. Tùy thuộc độ phân cực của từng hợp chất flavonoid, chúng sẽ được hòa tan trong các phân đoạn dung mơi khác nhau - Tinh chế bằng than hoạt tính: cho than hoạt tính vào dịch chiết để hấp phụ flavonoid, sau đó dùng dung mơi có độ phân cực yếu đến mạnh để đẩy flavonoidra khỏi than hoạt tính theo các phân đoạn khác nhau - Tủa flavonoid với chì acetat: hòa tan cắn chứa hỗn hợp flavonoid vào cồn lỗng Sau đó... dung mơi hữu cơ Các flavonoid glycoside thường dễ tan trong các dung mơi phân cực, các flavonoid aglycon dễ tan trong dung mơi kém phân cực các dẫn xuất flavon, flavonol có 138 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên OH tự do ở vị trí 7 tan được trong dung dịch kiềm lỗng, dựa vào đó để chiết ví dụ để chiết xuất rutin trong hoa hòe, ta có thể dùng dung dịch kiềm Na 2CO3 lỗng để hòa tan flavonoid ra khỏi... ngun liệu, sau đó acid hóa bằng HCl để kết tủa lại rutin Thơng thường để chiết các flavonoid glycoside, người ta phải loại chất thân dầu bằng ether dầu hỏa sau đó chiết bằng nước nóng hoặc MeOH, EtOH hay hỗn hợp CHCl3-EtOH Cồn ở các nồng độ khác nhau và nước thường chiết được phần lớn các flavonoid Các chất anthocyanin thường kém bền vững, nhất là các acyl anthocyanin được acyl hóa với các acid aliphatic... bột polyamid Có thể dùng các chất khác như bột cellulose, silicagel… Silicagel dùng để tách các chất flavanon, isoflavon, flavonol, khai triển bằng CHCl3 và hỗn hợp CHCl3 với ethyl acetat hoặc hỗn hợp với ethanol, methanol Polyamid dùng để tách tất cả các loại flavonoid, khai triển bằng ethanol hay methanol với độ cồn giảm dần, hoặc một số hỗn hợp dung mơi khác Muốn có đơn chất tinh khiết thì cần phải... E1cm1% ở độ dài sóng và dung mơi quy định cho từng loại flavonoid Có thể kết hợp sắc ký để loại tạp chất hoặc tách thành phần cần định lượng rồi mới đo mật độ quang IV.3 Phương pháp so màu Dựa vào phản ứng màu với cyanidin, phản ứng kết hợp với muối diazoni, tạo phức màu với AlCl3, muối titan, … V TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA FLAVONOID - Các dẫn chất flavonoid có khả năng dập tắt các gốc tự do như HO ●, ROO●... các Hợp chất Tự nhiên hydroxy có khả năng liên kết tốt với các ion kim loại đó theo phức oxychromon, oxycarbonyl hoặc 3’,4’-orthodioxyphenol O O Me O O O Oxychromon Me O O Me Oxycarbonyl Orthodioxyphenol - Thành phần của màng tế bào có các chất lipid dễ bị peroxyd hóa, tạo ra những sản phẩm làm rối loạn sự trao đổi chất cũng dẫn đến sự hủy hoại tế bào Đưa các chất chống oxy hóa như flavonoid vào cơ... sabdariff 137 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên Tác dụng kích thích tiết mật thể hiện ở các chất thuộc nhóm flavanon, flavon, flavonol và flavan-3-ol - Flavonoid thể hiện tác dụng chống co thắt những tổ chức cơ nhẵn (túi mật, ống dẫn mật, phế quản,…) Thí dụ apigenin có tác dụng làm giảm co thắt phế quản gây ra bởi histamin, acethylcholin - Trên bộ máy tiết niệu, nhiều flavonoid thuộc nhóm flavon, . trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên CÁC HỢP CHẤT FLAVONOID Flavonoid là một nhóm hợp chất lớn thường gặp trong thực vật. Hơn một nửa rau quả thường dùng có chứa flavonoid. Cho đến nay có khoảng 40 00 chất. mía. 129 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên OH O Phloridzin OH HO O Glc OH O OH O O Glc 4 4' Glc O Rha II.5. Auron Là nhóm flavonoid có màu vàng sáng. Khung của auron có 15C như các flavonoid. dẫn chất nhóm flavonoid. Dung dịch flavonoid trong ethanol, cho thêm bột Mg rồi nhỏ từ từ HCl đậm đặc. sau 1 – 2 phút sẽ có màu đỏ cam, đỏ thẫm hoặc đỏ 1 34 Giáo trình Hóa học các Hợp chất Tự nhiên tươi