HÓA hợp CHẤT THIÊN NHIÊN FLAVONOID

Trong thực vật cũng có một số nhóm hợp chất khác không thuộc flavonoid nhưng có màu vàng như carotenoid, anthranoid, xanthon.. CẤU TRÚC HOÁ HỌC Người ta xếp vào nhóm flavonoid những chất

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 OCH3 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 không có màu

Trong thực vật cũng có một số nhóm hợp chất khác không thuộc flavonoid nhưng có màu vàng như carotenoid, anthranoid, xanthon

I CẤU TRÚC HOÁ 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

Dihydropyran γ− pyron Dihydro γ− pyron

II PHÂN LOẠI

Sự phân loại các flavonoid dựa vào vị trí gốc aryl (vòng B) và các mức độ oxy hoá 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

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

Ngoài những flavon có nhóm thế OH và OCH3, còn có những nhóm thế khác như –CH3, -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

Ngoài những dẫn chất flavon ở dạng glycoside, có một số chất ở dạng

esther (acetat, benzoat)

II.2 Flavanon

Flavanon khác với flavon ở chỗ không có nối đôi 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 không đắng

O

O

OH

O

Flavanon là những chất không màu nhưng khi làm phản ứng cyanidin thì cho màu rõ hơn flavon, ngoài ra flavanon có điểm chảy thấp hơn flavon

tương ứng

O

OH

O

O

OH

O

OCH3

O

O

OH

OH

Naringin

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

OH

O

HO

OH

O

OH

O

HO

OH

OH

Kaempferol Quercetin

O

OH

O

HO

OH

OH

OH OH Myricetin

Thống kê trên 1000 loài thuộc thực vật hạt kín thì thấy 48% loài có

Kaempferol và 26% có quercetin

Khi tạo thành glycoside, mạch đường đa số trường hợp gắn vào vị trí 3, đôi 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,

không 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

1

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

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 6-4-glycoside

O

C O

C O

H HO

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 môi 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 hoá

nên ít được dùng làm phẩm màu

Anthocyanidin

O

O H OH

OH

OH OH

O

H

O

O OH OH

HO

H

OH

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 không gắn ở C-2 như các flavonoid mà gắn ở C-3

HO

OH Daizein

II.8 Rotenoid

Cấu trúc của nhóm này là C6-C4-C6 vì thêm một carbon do oxy hoá đóng vòng của các dẫn chất z-methoxy isoflavon số thứ tự của caarbon không theo quy tắc chung Tác dụng quan trọng của nhóm hợp chất này là diệt sâu bọ, do

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

OCH3

OCH3 O

Rotenon

2 3 4

5 6 7

8

9

10

11

12

6a

12a

1

Các dẫn chất flavon có màu vàng rất nhạt, có khi không 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 không có nối đôi liên hợp giữa vòng B với nhóm carbonyl nên không màu

Các dẫn chất anthocyanidin thì màu thay đổi tuỳ theo pH của môi 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 hoà 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 không tan hoặc ít tan trong dung môi hữu cơ, tan được trong nước, tốt nhất là cồn nước các aglycon thì tan được trong dung môi hữu cơ, không tan trong nước

Các dẫn chất flavonoid có nhóm 7-hydroxy thường dễ tan trong dung dịch kiềm loãng 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 không 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 hoá, còn flavanon dễ bị isomer hoá thành chalcon nên nếu để một lúc lại cho màu vàng đậm đến đỏ

Bảng 28: Bảng màu sắc của một số flavonoid dưới ánh sáng tử ngoại có và

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 C3

b Flavonon 5-OH va2 Chalcon 4’-OH không có OH ở vòng B

Không đổi màu hoặc đổi màu rất ít

a Flavon hoặc Flavonol có 5-OH nhưng không có OH ở 4’ hoặc đã thay thế

b Isoflavon, dihydroflavonol và một số Flavonon 5-OH

c Chalcon 2’ hoặc 6’-OH nhưng không

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 không có 5-OHb Flavonol thiếu 5-OH nhưng có nhóm

thế ở C3

Không hoặc đổi màu rất ít

Isoflavon thiếu 5-OH

Phát quang xanh nhạt sáng Isoflavon thiếu 5-OH Không màu Phát quang xanh nhạt Isoflavon thiếu 5-OH

Phát quang

vàng hoặc vàng

cam

Không hoặc đổi màu rất ít

Flavonol có 3-OH, có hoặc không có 5-OH

Phát quang Vàng cam hoặc đỏ a Auron có 4’-OH

vàng, vàng lục

hoặc xanh lục

b Chalcon có 2-OH hoặc 4-OH

Không màu hoặc đổi màu rất ít

a Auron thiếu 4’-OH và flavonon thiếu 5-OH

b Flavonol 3-OH và có hoặc không 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

O OH

HO

O OH

HO OH O

CH3 O OH

HO OH COOH

COOH OH

HO OH COCH3

OH

HO OH COOH

CH3COOH

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

tươi tuỳ theo dẫn chất flavon, flavonol, flavanonol, flavanon Màu sắc đôi 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 SbCl5 1% trong CCl4 cho màu từ đỏ đến tím với chalcon, vàng đến vàng cam với flavon Với dihydrochalcon vì không có nối đôi liên hiệp giữa nhóm carbonyl và vòng B không cho màu với SbCl5 hoặc với H2SO4

- Tác dụng của H 2 SO 4 đậm đặc: Hoà một lượng cao chiết flavonoid

vào H2SO4 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 đôi 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.1 Phương pháp cân

Chỉ ứng dụng khi nguyên liệu giàu flavonoid và dịch chiết ít tạp chất thí

dụ định lượng rutin trong hoa hoè Các bước định lượng gồm:

- Loại tạp bằng HCl 0,5%.

- Chiết bằng cồn 96o

- Thủy phân bằng H2SO4

- Lọc và cân

IV.2 Phương pháp đo phổ tử ngoại

Quang phổ tử ngoại giúp ích rất nhiều trong việc xác định cấu trúc flavonoid Trên phổ, người ta chia ra 2 băng hấp thu : Băng I nằm trong vùng 290nm trở lên và băng II nằm trong vùng 290nm trở xuống

Trong băng I, flavon có đỉnh hấp thu cực đại trong vùng 310-350nm, flavonol có 3-OH đã thế trong vùng 330-360nm, flavonol có 3-OH tự do thì trong vùng 350-385nm

Trong băng II, cả flavon và flavonol đều có đỉnh hấp thu trong vùng 250-280nm Isoflavon do gốc phenyl gắn ở C-3, không còn hiệu ứng liên hiệp với nhóm carbonyl nên chỉ có băng hấp thụ chính ở 250-270nm Chalcon hấp thu mạnh ở vùng 300-400nm Auron ở vùng 380-430nm Anthocyanin thì hấp thu mạnh trong vùng khả kiến từ 500-550nm

Dùng phổ tử ngoại để định lượng, người ta dựa vào độ hấp thu phân tử

ε hoặc độ hấp thu E1cm1% ở độ dài sóng và dung môi 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 vớiAlCl3, muối titan, …

- Các dẫn chất flavonoid có khả năng dập tắt các gốc tự do như HO●, ROO● Các gốc này sinh ra trong tế bào bởi nhiều nguyên nhân và khi sinh ra cạnh DNA thì sẽ gây những ảnh hưởng nguy hại như gây biến

dị, hủy hoại tế bào, gây ung thư, tăng nhanh sự lão hóa Thí nghiệm cho thấy khả năng dập tắt của một số flavonoidtheo thứtự: 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’-hydroxy có khả năng liên kết tốt với các ion kim loại đó theo phức

oxychromon, oxycarbonyl hoặc 3’,4’-orthodioxyphenol

O

O

O Me O

O Me O

Oxychromon 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 thể để bảo vệ

tế bào thì có thể ngăn ngừa các nguy cơ như xơ vữa động mạch, tai biến

mạch, lão hóa, tổn thương do bức xạ, thoái hóa gan

- Flavonoid cùng với acid asorbic tham gia trong quá trình hoạt động của

enzym oxy hóa – khử Flavonoid còn ức chế tác động của

hyaluronidase Enzym này làm tăng tính thấm của mao mạch, khi

enzym này thừa thì gây hiện tượng xuất huyết dưới da mà y học gọi là

bệnh thiếu vitamin P (P-avitaminose) Các chế phẩm chứa flavonoid

chiết từ các loài Citrus như Cemaflavon, Circularine,… flavonoid từ lá

bạc hà như Daflon, Diosmin flavonoid từ hoa hòe (rutin) với nhiều biệt

dược khác nhau đã chứng minh tác dụng làm bền thành mạch, làm giảm

tính dòn và tính thấm của mao mạch Tác dụng này được hợp lực cùng

với acid ascorbic

Flavonoid được dùng trong các trường hợp rối loạn chức năng tĩnh

mạch, tĩnh mạch bị suy yếu, giãn tĩnh mạch trĩ, các bệnh trong nhãn khoa

như xung huyết kết mạc, rối loạn tuần hoàn võng mạc các dẫn chất

anthocyanisid có tác dụng tái tạo tế bào võng mạc và được chứng minh có

tác dụng tăng thị lực vào ban đêm

- Tác dụng chống độc của flavonoid thể hiện làm giảm thương tổn gan,

bảo vệ được chức năng gan khi một số chất độc được đưa vào cơ thể

động vật thí nghiệm (CCl4, benzen, ethanol, CHCl3, quinin, norarsenol,

…) dưới tác dụng của flavonoid ngưỡng ascorbic được ổn định đồng

thời lượng glycogen trong gan tăng Sự tích lũy glycogen có ý nghĩa

quan trọng trong việc nâng cao chức năng giải độc gan Việc sử dụng

một số cây cỏ trong điều trị viêm gan, xơ gan, bảo vệ tế bào gan rất

hiệu quả như cây Artisô, có biệt dược là Chophytol, cây Silibum

marianum có biệt dược Legalon, cây bụp giấm Hibiscus sabdariff