Tiểu luận môn Các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học Nhóm chất Terpenoid

Con người sử dụng terpenoid dưới dạng các dịch chiết từ hoa, quả và các bộ phận khác của cây, chúng được biết đến như những tinh dầu, chất thơm của thực vật.. Có các dạng sau: + Sesquit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Báo cáo môn học “các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học”

NHÓM CHẤT TERPENOID

Học viện thực hiện:

Nguyễn Đức Hoàng MSHV: CB110286

Nguyễn Thị Việt Phương MSHV: CB110288 Lớp: 11BCNTP

GV Hướng dẫn: PGS Đỗ Thị Hoa Viên

HÀ NỘI, 2015

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

- TỔNG QUAN.

- CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT.

- KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC, DƯỢC HỌC VÀ

THỰC PHẨM CHỨC NĂNG

I TỔNG QUAN VỀ TERPENOID

1 Giới thiệu về Terpenoid

Trong thiên nhiên, tecpenoid có mặt ở khắp nơi trong thiên nhiên, chủ yếu có trong các loại thục vât Chúng có vai trò quan trọng đối với cơ chế bảo vệ cũng như trong việc sinh sản của nhiều loại cây, vì phát ra mùi hương và dẫn dụ côn trùng thụ phấn

Các pertenoid tham gia vào những quá trình trao đổi chất như các vitamin, tác dụng như các tác nhân điều tiết và đóng vai trò bảo vệ như những chất kháng oxy hóa Con người sử dụng terpenoid dưới dạng các dịch chiết từ hoa, quả và các bộ phận khác của cây, chúng được biết đến như những tinh dầu, chất thơm của thực vật

nguyên tử C:H ở tinh dầu là 5:8 Tiếp thep đó là một số hợp chất hidrocacbon không no, không vòng hoặc có vòng đã được tách ra Chúng có công chung là (C5H8),(n≥2) và

được đặt tên là Terpen Terpenoid có nhiều trong tinh dầu thảo mộc như tinh dầu thông,

sả, quế, chanh, cam, hoa hồng, cây linh sam, bạc hà, cây long não, và các dẫn xuất

của chúng (các terpenoid) được dùng làm hương liệu, sản xuất thuốc chữa bệnh, dầu bôi trơn, chất tuyển nổi, thuốc trừ sâu, vv…

Sả Cam

Cây thông Cây linh sam

Bạc hà

Terpen và terpenoid gọi chung là terpen, đôi khi còn gọi là isoprenoid để nhấn mạnh rằng nó gồm các mắt xích có khung cacbon giống với isoprene

Terpenoid là các dẫn xuất chứa Oxi của tecpen như :ancol tecpen, andehit và xeton tecpen, este tecpen và cả cacboxylic, peoxit tecpen cũng được tách ra từ tinh dầu.Chúng thường có mùi thơm hấp dẫn hơn là các hydrocacbon terpen

2 Cấu trúc của terpenoid

- Phân tử terpenoid có cấu tạo mạch hở hoặc mạch vòng và có chứa các liên kết đôi C=C

- Các cấu trúc của các dạng terpenoid:

- Cấu trúc của terpenoid được tạo thành do isoprene kết hợp với nhau theo kiểu “ đầu nối với đuôi”, hoặc đuôi nối với đuôi Phân tử terpenoid có thể có 1 vòng hoặc nhiều vòng, có thể là vòng hở hay vòng kín và các liên kết phải tuân theo qui tắc isopren

- Ví dụ:

Myrcene Ocimene -Selinene  - Pinene

Như vậy: Terpenoid là những hợp chất chứa C,H,O mà bộ khung cacbon gồm nhiều mắt xích giống với khung cacbon của isopren, tức có thể biểu diễn bởi công thức

(iso-C5)n (n≥2)

3 Phân loại terpenoid: có 2 hướng phân loại

* Dựa theo mạch cacbon để phân loại có:

+ Terpenoid mạch hở: Geraniol có trong tinh dầu hoa hồng Xitronelol có trong tinh dầu xả Các hợp chất này đều có mùi thơm đặc trưng, là những đơn hương quý dùng trong công nghiệp hương liệu và thực phẩm,

+ Và terpenoid mạch vòng: Mentol và menton (có trong tinh dầu bạc hà) không những được đưa vào kẹo bánh,kemđánh răng, mà còn dùng để điều chế thuốc chữa bệnh

* Đăc điểm nhận diện các terpenoid là các liên kết mắc xích isopren nên trong nghiên cứu người ta dựa vào số mắc xích isopren để phân loại terpenoid

Loại terpenoid Khung cacbon Số lượng C Thí dụ

Monoterpen (Iso-C5)2 10 C10H16, C10H18O,C10H16O

Secquiterpen (Iso-C5)3 15 C15H24, C15H24O,C15H22O

Điterpen (Iso-C5)4 20 C20H32, C20H32O, C20H30O

Triterpen (Iso-C5)6 30 C30H50, C30H50O

Tetraterpen (Iso-C5)8 40 C40H56

Dựa vào các loại mắc xích isoprene ta phân loại được các loại terpeniod, và mỗi loại mắc xích đều có khung sườn cacbon nhất định

a) Khung sườn Monoterpen : (C 10 ) được chia thành 4 nhóm: mạch không vòng, mạch một vòng, mạch 2 vòng, mạch 3 vòng

- Các monoterpenoid không vòng phần lớn có khung 2,6- đimetyl octan

Các loại monoterpenoid mạch hở chính là:

+ Myrcen : C10 H16 + Linalol

+ Geraniol: C10H18O

+ Citronellal C10H18O: là thành phần chính trong tinh dầu bạch đàn chanh Được điều chế từ sự chưng cất tinh dầu sả và tinh dầu bạch đàn chanh

CH2OH

OH

- Các monoterpen một vòng: có 6 chất được tìm thấy trong tự nhiên: limonene, terpinolen,- terpinen,- terpinen, -phellandren, -phellandren, methol Các chất này là thành phần chính trong tinh dầu của vỏ cam, vỏ chanh và cây bạc hà,…

Limonene - terpinen methol

- Các monoterpen hai vòng:có 5 loại hợp chất thuộc monoterpen hai vòng: Thuyan, Caran, Pinan ( - pinen và- pinen), Camphan (boran), isocampha, Fernchan, Isofenchan Các chất này và dẫn xuất của nó có trong tinh dầu cây bạch đàn, cây thông, tinh dầu kinh giới, cây oải hương,…………

Cis thuyan - pinen boran

b) Khung sườn Sesquiterpen:

Cadinan

- Các Sesquiterpen: tuỳ theo số vòng trong phân tử được chia thành 4 nhóm Theo qui tắc isopren, 3 đơn vị isopren liên kết với nhau theo kiểu đuôi đầu tạo thành một Sesquiterpen mạch thẳng với 4 liên kết đôi Có các dạng sau:

+ Sesquiterpen mạch hở: có các chất như Farnesene C15H24O, Farnesol và Nerolidod C15H26O

-Farnesene

+ Sesquiterpen một vòng: trong nhóm này có 4 loại nhóm Sesquiterpen một vòng với mỗi nhóm,có các chất khác nhau: nhóm bisabolan, nhóm eleman, nhóm humulan,và nhóm germacran

+ Sesquiterpen hai, ba vòng: nhóm này có cấu tạo phức tạp, thường gặp các chất như: cadinan, eudesman,……

c) Khung điterpenoid: được tạo thành từ 4 đơn vị isoprene Nhóm này gồm các chất

tiêu biểu như: Phytol, Vitamin A, các axit nhựa,

Vitamin A1

d) Các triterpenoid: các triterpenoid thường gặp dưới dạng este, glycozit hoặc ở

trạng thái tự do

Triterpen điển hình là Squalen : C30 H35

e) Tetraterpen: hay còn gọi là caroteroid là những chất có màu vàng, có nguồn gốc

từ động vật Chúng tạo nên màu của cà chua, cà rốt, long đỏ trứng,…

Gồm Tetraterpen mạch thẳng(Lycopene, Bixin) và Tetraterpen một vòng và 2 vòng ( Caroten, Xantophin, Cryptoxantin, )

Lycopene

-Carotene

Xanthophyl

Như vậy:

Terpenoid là các chất hydrocacbon có nhiều trong Thực vật có cấu tạo hoá học isopren

và được gọi là các chất terpen hay terpenoid

1 đơn vị isopren là C5 H8

có mặt trong nhiều trong các loại tinh dầu đặc biết là các loại rau thơm, quan trong trong nhóm này là monoterpen như: Methol, eugenol, thymol, camphor và sesquiterpen như artemisinin, zingelberol, các chất này đang được sử dụng và ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm và dược phẩm

4 Lý tính:

Tecpenoit là chất lỏng màu vàng, trong suốt nhẹ hơn nước, không tan trong nước

có thể tan trong một thể tích cồn 80 độ

Khi xét về lí tính của Terpenoid ta thường xét đến lý tính của các loại terpenoid điển hình

a) Monoterpenoid:

+ Methol: Là chất màu vàng nhạt,hơi giống pha lê

Ở thể rắn ở nhiệt độ phòng.Tinh thể không màu, mùi bạc hà, có tính sát trùng Nhiệt độ nóng chảy: 42–45, ts0 = 212 °C , tính tan: ít ta

+ Myrcen: chất lỏng không màu Nhiệt độ sôi :166.00 - 168.00 °C ở 760.00 mm Hg

Có tính phân cực: 18.85 ± 0.5 10-24cm3

Tính tan: Ít tan trong nước (25mg/l ở 250C),tan trong rượu, dung môi hữu

cơ Mùi hương có tính kích thích cao, khuyến cáo sử dụng ở nồng độ < 5%

+ Geranial: sôi ở 100-1120C, có vị dắng, có mùi thơm dễ chịu có trong tinh dầu sả, tinh dầu chanh

+ Vanilin: là chất rắn, kết tinh hình kim, không màu,vị dắng, nóng chảy ở 820C b)Triterpenoid:

- Squalen thường gặp dưới dạng este, glycozit hoặc ở trạng thái tự do Trọng lượng phân tử: 410.718 g/mol Nhiệt độ nóng chảy: -100 °C Nhiệt độ sôi ( ở 25mm

Hg ) : 285 °C Không tan trong nước

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT.

Nguyên tắc-cơ sở của sự chiết:

Dựa trên cơ sở sự phân bố-hoà tan khác nhau của chất phân tích (hợp chất terpenoid) vào trong 2 dung môi không trộn lẫn vào nhau (Chất phân tích tan tốt trong dung môi này, nhưng lại không tan tốt trong dung môi kia) kết quả lấy được chất cần phân tích ra khỏi pha mẫu ban đầu sau đó chuyển nó vào pha thứ 2 (dung môi) mà chúng

ta mong muốnàxác định chất phân tích trong dung môi này bằng những phương pháp cụ thể

Để tách các chất ra khỏi thực vật có thể được tiến hành bằng nhiều cách khác nhau

dung môi hữu cơ… Tuy nhiên có 2 phương pháp phổ biến hơn cả để tách các chất ra khỏi thực vật

Cách 1: Trước tiên, chiết bằng dung môi rượu - nước để tách hầu hết các chất ra khỏi thực vật Sau đó, chiết sang lọc bằng các dung môi từ không phân cực đến phân cực Các dung môi chiết chứa các hợp chất hữu cơ có độ phân cực gần nhau sẽ được cất đưổi dung môi

Cách 2: Chiết và phân lập các chất trong mẫu thực vật bằng các loại dung môi từ không phân cực đến các dung môi có độ phân cực tăng dần: n- hexan, clorofom, etylaxetat, n- butanol, methanol, etanol- nước

Chiết monoterpen và sesquiterpen: Tương tự như chiết tinh dầu.

Nguyên lý chung: Chiết bằng phương pháp cất kéo hơi nước , sau đó chưng cất để thu tinh dầu ( chiết bằng các dung môi hữu cơ : ete dầu hoả n hexan, benzen … hoặc định tính hay định lượng bằng các máy móc thiết bị hiện đại như sắc ký khí (GC), sắc ký khí khối phổ (GC-MS)

Ví dụ chiết lấy tinh dầu từ vỏ bưởi đoan hùng:

Bưởi Đoan Hùng thu hoạch về bổ và tách lấy vỏ, lõi đem chế biến thành đồ uống hoạch dùng để ăn tươi, còn vỏ thì dùng dao lọc bỏ cùi trắng Vỏ còn lại thì đem thái nhỏ hình vuông hoặc xay nhuyễn chưng cất trực tiếp với nước với tỷ lệ là 300g vỏ/ 500ml nước Sau 4 giờ chưng cất thu được 0.61ml tinh dầu đối với nguyên liệu thái nhỏ và 1.62ml tinh dầu đối với nguyên liệu xay nhuyễn Sau đó loại nước còn lại trong tinh dầu bằng Na2SO4 khan hoặc làm đông lạnh để tách nước Xác định các chỉ số vật lý của tinh dầu theo TCVN 189-1993 với kết quả như sau:Tỷ trọng d ở

200C: 0.8395, chỉ số khúc xạ: 1.4720, góc quay cực α: 840 32’ ,màu sắc của tinh dầu: Màu trắng hơi đục Để xác định các cấu tử của tinh dầu dung phương pháp sắc ký ghép khối phổ GC-MS thu được 38 cấu tử, trong đó l- limonene: 62.04%, β-myrcene: 9.29%, Citral: 2.18%, α-terpineol: 1.89%, 2β-pinene: 1.82%, Z-Citral: 1.63%, Trans-geraniol: 1.38%

Chiết triterpen: (tương tự như chiết saponin).

Nguyên lý chung: Chiết trong nước nóng (trực tiếp hoặc bằng bộ soxhlet (chiết bằng

EtOH 30-80%, chiết bằng Dicloromethan để loại tạp sau đó chiết bằng MeOH, cao chiết được chiết được chiết lại trong hệ dung môi n-Butanol:H2O

Thiết bị bộ soxhlet dùng để chiết:

TTB của KT chiết này có 2 loại là:

1 Các hệ chiết Soxhlet thường và

đơn giản, vận hành bằng tay

2 Các hệ chiết Soxhlet tự động

(Auto-Soxhlet) vận hành tự động

Kỹ thuật chiết này thường sử dụng để

chiết tách các chất hữu cơ nằm trong

mẫu ở dạng rắn, hay dạng bột, hay

mảnh nhỏ, hay các vật liệu mẫu khô

Chiết Tetraterpen( tương tư ̣ như chiết carotenoid ).

Các dung môi thường được sử dụng là acetone, aceton: hexane (4:6),

n-hexane:isopropanol (3:2)

Phương pháp phân tích định tính định lượng các hợp chất terpennoid:

- Phân tích các tinh dầu bằng các thiết bị: GC, GC-MS

- Một số các hợp chất khác như: diterpen, triterpen, tetraterpen dùng sắc ký bản mỏng (TLC), sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC, sắc ký lỏng khối phổ LC-MS…

* Các phương pháp xác định cấu trúc của terpenoid

1 Phương pháp hoá học:

- Sau khi tinh chế, hợp chất được xác định công thức phân tử bằng phương pháp kinh điển: phân tích nguyên tố hoá học và xác định khối lượng phân tử bằng phương pháp khối phổ

- Xác định các hằng số vật lí đặc trưng, tỉ trọng và nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, chỉ số khúc xạ và năng suất quay cực Tính quang hoạt được xem như là một tính chất đặc trưng cho các phân tử có cấu trúc bất đối xứng

- Các tính chất hoá học đặc trưng của các nhóm chức trong trong phân tử hợp chất nghiên cứu được thí nghiệm để xác định các nhóm chức OH, CHO, C =O, liên kết đôi,

………

- Phương pháp oxi hoá giảm cấp là một công cụ hữu hiệu để xác định cấu trúc của terpenoid Tác nhân oxi hoá thường dung là ozon, KMnO4, axit cromic HCrO3, và NaOBr,…

- Trong một thời gian dài độ khúc xạ phân tử liên quan đến khung mạch cacbon đã được tính toán dựa trên chỉ số khúc xạ để xác nhận các giả thuyết cấu trúc

- Sự tổng hợp toàn phần các terpenoid cho phép khẳng định cấu trúc đã thiết lập

2 Phương pháp vật lý:

Sử dụng các phương pháp vật lý hiện đại, phổ tử ngoại, phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phổ khối cho phép xác định nhanh chóng các nhóm chức có trong hợp chất

+ Phổ cộng hưởng hạt nhân NMR cho phép tiếp cận bản chất hoá học của các nhóm –CH, -CH2, -CH3 , điiều này giúp việc xác định cấu trúc được chính xác, đồng thời các phương pháp này cũng cho phép phân biệt được các đồng phân lập thể

+ Phổ khối lượng MS thường xuyên được dùng để xác định cấu trúc của các terpenoid Phương pháp này cho biết khối lượng phân tử và các mảnh phân tử của nó, điều này cho phép xác định công thức phân tử, bản chất các nhóm thế và vị trí tương đối của các lien kết đôi

+ Khi kết hợp cả 2 phương pháp sắc ký khí và phổ khối cho phép xác định thành phần hoá học các cấu tử có trong hỗn hợp tinh dầu

+ Phương pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định chính xác cấu trúc và hoá lập thể của các hợp chất terpenoid

III ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC, DƯỢC HỌC VÀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG

Các terpenoid có chứa nhiều trong thực vật như secpuiterpen, diterpen và triterpen có chứa trong tinh dầu, nhựa của thực vật bậc cao, polyterpen là thành phần chính của các cao su tự nhiên.Chính vì do dặc điểm cấu tạo của chúng nên các terpenoid có tác dụng làm thông mạch và làm tăng độ đàn hồi của cơ tim và thành mạch

Các pertenoid tham gia vào những quá trình trao đổi chất như các vitamin, tác dụng như các tác nhân điều tiết và đóng vai trò bảo vệ như những chất kháng oxy hóa Con người

sử dụng terpenoid dưới dạng các dịch chiết từ hoa, quả và các bộ phận khác của cây, chúng được biết đến như những tinh dầu, chất thơm của thực vật

Các Triterpen: có giá trị trong y học, là các hoạt chất chính của nhân sâm triều tiên,

sâm mỹ, việt nam… và tam thất , lá cây đinh lăng đều là các chất triterpen dưới dạng các saponin triterpen

Các chất của cam thảo, rau má cũng là các chất saponin triterpen

Các chất này có tác dụng chống oxi hoá rất mạnh và có tác dụng phòng và điều trị ung thư, đường tiêu hoá và ung thư tuyến tiền liệt

Đang được ứng dụng rộng rãi đẩ sản xuất các sản phẩm bổ xung dinh dưỡng có tác dụng

Các tecpen có nhiều ứng dụng trong:

- Công nghiệp dược phẩm:thuốc chữa bệnh,băng dán cá nhân,dầu xức

+Squalen (C30H50) có trong dầu gan cá

+Retinol (vitamin A, C20H29OH) có trong lòng đỏ trứng, dầu gan cá…

- Công nghiệp thực phẩm:bánh kẹo,dầu ăn,sữa,nước giải khát

- Caroten và licopen (C40H56) là sắc tố màu đỏ của cà rốt và cà chua chín

- Công nghiệp mỹ phẩm:nước hoa,kem đánh răng

- Công nghiệp sản xuất dược phẩm, dầu bôi trơn, chất tuyển nổi, thuốc trừ sâu, vv.