ĐẶT VẤN ĐỀ Cây Nghệ vàng Curcuma longa L. thuộc họ gừng (Zingiberaceae), được trồng nhiều ở những vùng khí hậu nóng ẩm như Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Jamaica, Peru… và Việt Nam. Củ nghệ từ lâu đã được sử dụng rộng rãi làm gia vị, chất bảo quản và chất tạo màu trong thực phẩm 23. Bên cạnh đó, củ nghệ còn được sử dụng trong y học cổ truyền để trị mụn nhọt, làm liền sẹo, giải độc cơ thể, cân bằng tiêu hóa và chữa bệnh đau dạ dày...Trong những thập kỷ gần đây, rất nhiều các nghiên cứu đã được công bố về hoạt tính sinh học và dược học của củ Nghệ vàng cũng như các thành phần chiết xuất từ củ nghệ, trong đó curcuminoid là nhóm hoạt chất chính tạo nên các tác dụng sinh học quan trọng của củ nghệ. Hoạt tính sinh học của curcumin rất đa dạng: chống oxy hóa, chống viêm, chống đái tháo đường, ức chế phát triển khối u…2. Hiện nay curcumin được sử dụng như dược chất trong nghiên cứu lâm sàng cho các bệnh nhân ung thư trực tràng, bệnh vảy nến,..28. Không những thế, các nghiên cứu cũng chỉ ra curcumin có độ an toàn cao, không gây ra bất cứ tác dụng phụ nào, dung nạp tốt đối với cơ thể, không độc đến liều 8gngày 21.
BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ QUỲNH TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT ALKYL HÓA CỦA CURCUMIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2015 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ QUỲNH TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT ALKYL HÓA CỦA CURCUMIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: 1. Th.S. Phạm Thị Hiền 2. DS. Nguyễn Thị Hải Quỳnh Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội. HÀ NỘI – 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th.S.Phạm Thị Hiền và DS. Nguyễn Thị Hải Quỳnh, những người đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những lời khuyên quý báu và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công Nghiệp Dược đặc biệt là PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện, TS. Nguyễn Văn Hải, Th.S. Nguyễn Văn Giang, và CN. Phan Tiến Thành của tổ môn Tổng hợp Hóa dược đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các cán bộ Phòng Phân tích phổ - Viện Hóa học - Viện Công nghệ Sinh học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bộ môn Vi Sinh - Sinh học - Trường Đại học Dược Hà Nội cùng toàn thể các thầy cô trong trường, thư viện trường Đại học Dược Hà Nội, tôi xin chân thành cảm ơn! Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất đến bố mẹ và bạn bè - những người luôn động viên, khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập! Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Quỳnh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương 1: TỔNG QUAN 2 1.1. TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN 2 1.1.1. Cấu trúc phân tử curcumin 2 1.1.2. Tính chất hóa lý 3 1.1.3. Phương pháp điều chế 6 1.1.4. Độ ổn định 7 1.1.5. Tác dụng sinh học của curcumin 9 1.2. TRIỂN VỌNG PHÁT TRIỂN CÁC DƯỢC CHẤT MỚI THÔNG QUA VIỆC BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC PHÂN TỬ CURCUMIN. 10 1.3. CÁC PHẢN ỨNG ALKYL HÓA CURCUMIN 13 1.3.1. Phương pháp alkyl hóa 13 1.3.2. Một số nghiên cứu bán tổng hợp dẫn chất alkyl hóa của curcumin đã được thực hiện 13 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1. NGUYÊN LIỆU – HÓA CHẤT 15 2.2. DỤNG CỤ - THIẾT BỊ 16 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.4.1. Phân lập curcumin từ bột curcuminoid. 17 2.4.2. Tổng hợp hóa học 17 2.4.3. Kiểm tra độ tinh khiết 18 2.4.4. Xác định cấu trúc hóa học 18 2.4.5. Thử hoạt tính sinh học 18 Chương 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 20 3.1. PHÂN LẬP CURCUMIN 20 3.2. TỔNG HỢP HÓA HỌC 21 3.1.1. Tổng hợp dẫn chất 4,4-dimethoxycarbonylmethyl-O,O’- dimethoxycarbonylmethyl-curcumin 21 3.1.1.1. Tổng hợp methyl cloroacetat 21 3.1.1.2. Tổng hợp dẫn chất 4,4-dimethoxycarbonylmethyl-O,O’- dimethoxycarbonylmethyl-curcumin (QH-1) 21 3.1.2. Tổng hợp dẫn chất 4,4-diethoxycarbonylmethyl-O,O’- diethoxycarbonylmethyl-curcumin 25 3.1.2.1. Tổng hợp ethyl cloroacetat 25 3.1.2.2. Tổng hợp dẫn chất 4,4-diethoxycarbonylmethyl-O,O’- diethoxycarbonylmethyl-curcumin (QH-2) 25 3.1.3. Tổng hợp dẫn chất (2-hydroxylethyl)-curcumin (QH-3) 28 3.1.4. Tóm tắt kết quả tổng hợp hóa học 30 3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC 31 3.3.1. Xác định cấu trúc sản phẩm QH-1 31 3.3.2. Xác định cấu trúc sản phẩm QH-2 33 3.3.3. Xác định cấu trúc sản phẩm QH-3 35 3.3. THỬ HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN, CHỐNG NẤM 37 3.3.1. Tiến hành: 37 3.3.2. Kết quả thực nghiệm 38 3.4. BÀN LUẬN 38 3.4.1. Về tổng hợp hóa học 38 3.4.2. Về xác định cấu trúc 40 3.4.2.1. Về cấu trúc của QH-1 40 3.4.2.2. Về cấu trúc của QH-2 42 3.4.2.3. Về cấu trúc của QH-3 43 3.4.3. Về thử hoạt tính sinh học 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CHỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT 1 H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H - Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy) BDMC Bisdemethoxycurcumin COX Cyclooxygenase CTPT Công thức phân tử DMC Demethoxycurcumin DMF Dimethylformamid đvC Đơn vị cacbon EtOH Ethanol h Giờ H. pylori Helicobacter pylori HIV Virus gây suy giảm miễn dịch ở người (Human immunodeficiency virus) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High-performance liquid chromatography) H pư Hiệu suất phản ứng IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) KL sp Khối lượng sản phẩm LOX Lipoxygenase MeOH Methanol MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry) PMA phorbol myristate acetate R f Hệ số lưu giữ (Retension factor) SKLM Sắc ký lớp mỏng t Thời gian T° nc Nhiệt độ nóng chảy LHRL Luteinizing Hormone Releasing Hormone DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Danh mục các nguyên liệu – hóa chất 15 Bảng 2. 2. Danh mục các dụng cụ thiết bị 16 Bảng 3. 1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng 23 Bảng 3. 2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tác nhân đến hiệu suất phản ứng23 Bảng 3. 3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng 26 Bảng 3. 4. Kết quả khảo sát tỉ lệ ethylacetat:curcumin 27 Bảng 3. 5. Kết quả khảo sát tỉ lệ 2-cloroethanol : curcumin 29 Bảng 3. 6. Tóm tắt kết quả tổng hợp hóa học 30 Bảng 3. 7. Kết quả phân tích phổ IR (KBr) của QH-1 31 Bảng 3. 8. Kết quả phân tích phổ ESI-MS (MeOH) của QH-1 32 Bảng 3. 9. Kết quả phân tích phổ 1 H-NMR (500 MHz, aceton-d 6 ) của QH-1 32 Bảng 3. 10. Kết quả phân tích phổ IR (KBr)của QH-2 33 Bảng 3. 11. Kết quả phân tích phổ ESI-MS (MeOH) của QH-2 34 Bảng 3. 12. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ) của QH-2 34 Bảng 3. 13. Kết quả phân tích phổ IR (KBr) của QH-3 35 Bảng 3. 14. Kết quả phân tích phổ ESI-MS (MeOH) của QH-3 36 Bảng 3. 15. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500 MHz, CD 3 OD) của QH-3 36 Bảng 3. 16. Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn, chống nấm 38 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1.Cấu trúc phân tử của curcumin 2 Hình 1. 2. Các đồng phân enol – ceton của curcumin 2 Hình 1. 3. Dạng hỗ biến ceton – enol của curcumin trong dung dịch 3 Hình 1. 4. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch 4 Hình 1. 5. Phản ứng của curcumin với gốc tự do 5 Hình 1. 6. Sơ đồ phản ứng khử curcumin thành tetrahydrocurcumin 5 Hình 1. 7. Phản ứng imin hóa β-diceton của curcumin 6 Hình 1. 8. Công thức cấu tạo của curcumin (A), demethoxycurcumin(B), bisdemethoxycurcumin (C) 6 Hình 1. 9. Sơ đồ tổng hợp curcumin 7 Hình 1. 10. Sự phân hủy curcumin trong môi trường kiềm 8 Hình 1. 11. Sự phân hủy của curcumin dưới tác dụng của ánh sáng 8 Hình 1. 12. Khả năng sửa đổi cấu trúc của curcumin – sửa đổi chuỗi bên aryl (A), sửa đổi chức diceton (B), sửa liên kết đôi (C), sửa chức hoạt động methylene (D), tạo phức hợp kim loại – curcumin (E) 11 Hình 1. 13. Một số hợp chất bán tổng hợp từ curcumin 12 Hình 2. 1. Sơ đồ tổng hợp dẫn chất 2-hydroxyethyl, methoxycarbonylmethyl và ethoxycarbonylmethyl của curcumin 17 Hình 3. 1. Dạng hỗ biến ceton - enol của di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin 43 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cây Nghệ vàng Curcuma longa L. thuộc họ gừng (Zingiberaceae), được trồng nhiều ở những vùng khí hậu nóng ẩm như Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Jamaica, Peru… và Việt Nam. Củ nghệ từ lâu đã được sử dụng rộng rãi làm gia vị, chất bảo quản và chất tạo màu trong thực phẩm [23]. Bên cạnh đó, củ nghệ còn được sử dụng trong y học cổ truyền để trị mụn nhọt, làm liền sẹo, giải độc cơ thể, cân bằng tiêu hóa và chữa bệnh đau dạ dày Trong những thập kỷ gần đây, rất nhiều các nghiên cứu đã được công bố về hoạt tính sinh học và dược học của củ Nghệ vàng cũng như các thành phần chiết xuất từ củ nghệ, trong đó curcuminoid là nhóm hoạt chất chính tạo nên các tác dụng sinh học quan trọng của củ nghệ. Hoạt tính sinh học của curcumin rất đa dạng: chống oxy hóa, chống viêm, chống đái tháo đường, ức chế phát triển khối u…[2]. Hiện nay curcumin được sử dụng như dược chất trong nghiên cứu lâm sàng cho các bệnh nhân ung thư trực tràng, bệnh vảy nến, [28]. Không những thế, các nghiên cứu cũng chỉ ra curcumin có độ an toàn cao, không gây ra bất cứ tác dụng phụ nào, dung nạp tốt đối với cơ thể, không độc đến liều 8g/ngày [21]. Với các ưu điểm trên, curcumin mang lại tiềm năng rất lớn trong việc phát triển các hợp chất tương tự curcumin dùng làm thuốc. Nhiều tác giả đã thực hiện việc biến đổi trong cấu trúc của curcumin như sửa đổi chuỗi bên aryl, chức diceton, các liên kết đôi, thay đổi chức methylen hoạt động, tạo phức kim loại của curcumin. Những nghiên cứu này đã đạt được một số thành công nhất định trong việc nâng cao hoạt tính sinh học hoặc sinh khả dụng của curcumin [1], [10]. Xuất phát từ thực tiễn trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất alkyl hóa của curcumin”. Mục tiêu của đề tài này là: 1. Tổng hợp một số dẫn chất alkyl hóa của curcumin. Khảo sát 1 số yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng alkyl hóa. 2. Thử tác dụng kháng khuẩn và chống nấm của các dẫn chất tổng hợp được. [...]... trội của các dẫn xuất curcumin tổng hợp so với curcumin Hơn 75% các dẫn xuất của curcumin đã đến được đích tác dụng, ức chế P-12-LOX, trong khi các curcuminoid đã không thể tiếp cận được đích tác dụng và do đó không thể ức chế P12-LOX [19] Hình 1 13 Một số hợp chất bán tổng hợp từ curcumin 13 1.3 CÁC PHẢN ỨNG ALKYL HÓA CURCUMIN 1.3.1 Phương pháp alkyl hóa a O -alkyl hóa Bao gồm các phản ứng alkyl hóa. .. –OH của acid carboxylic, sản phẩm là ester [5] Curcumin là một hợp chất diphenolic, để alkyl hóa sẽ sử dụng phản ứng tổng hợp ether (phản ứng Williamson) Đây là một phản ứng thế ái nhân lưỡng phân tử SN2, trong đó một ion alkoxid thay thế một halogen, sulfonyl hoặc một nhóm sulfat tùy thuộc vào tác nhân alkyl hóa được sử dụng Alkyl halogenid thường được sử dụng nhiều nhất [22] b C -alkyl hóa C -alkyl hóa. .. 17 Thử tác dụng kháng khuẩn và chống nấm của curcumin và các sản phẩm tổng hợp thu được 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.4.1 Phân lập curcumin từ bột curcuminoid Tinh chế bằng phương pháp kết tinh phân đoạn trong dung môi ethanol tuyệt đối 2.4.2 Tổng hợp hóa học Tổng hợp hóa học được thực hiện bởi các phản ứng O -alkyl hóa, C -alkyl hóa với các alkyl halogenid trong môi trường khan nước Sơ đồ phản ứng tổng. .. nổi bật về tác dụng sinh học cũng như độ an toàn cao Tuy nhiên, việc sử dụng curcumin qua đường uống để điều trị gặp phải một số khó khăn như sinh khả dụng của curcumin rất thấp do độ tan kém, bị chuyển hóa nhanh khi vào cơ thể, một số hoạt tính sinh học chưa có ý nghĩa lâm sàng [10] Gần đây, hướng tạo ra hợp chất mới từ khung curcuminoid có sẵn đã 11 nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Việc... CỨU Phân lập curcumin từ bột curcuminoid Tổng hợp một số dẫn chất alkyl hóa của curcumin thiên nhiên chiết từ củ nghệ vàng và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng Sơ bộ kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm bằng SKLM với hệ dung môi thích hợp và đo nhiệt độ nóng chảy Xác định cấu trúc các sản phẩm tổng hợp được bằng cách đo phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS) và phổ cộng hưởng... 1.1.5 Tác dụng sinh học của curcumin Curcumin đã được chứng minh có hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống viêm, chống tăng sinh, ngăn ngừa ung thư, chống kí sinh trùng, chống sốt rét hiệu quả Các nghiên cứu trên động vật cho thấy curcumin có hiệu quả trên một số bệnh như tiểu đường, béo phì, bệnh thần kinh, rối loạn tâm thần [2] Dưới đây là một số hoạt tính sinh học nổi bật của curcumin Tác dụng. .. AV-500 2.4.5 Thử hoạt tính sinh học Thử tác dụng kháng khuẩn và chống nấm của các sản phẩm tổng hợp được bằng phương pháp khuếch tán trên thạch, thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh - Sinh học – Đại học Dược Hà Nội Nguyên tắc: - Mẫu thử (có chứa hoạt chất thử) được đặt lên lớp thạch dinh dưỡng đã cấy vi sinh vật kiểm định (vi khuẩn hoặc vi nấm), hoạt chất từ mẫu thử khuếch tán vào môi trường... tạo ra dẫn chất C -alkyl hóa của curcumin 1.3.2 Một số nghiên cứu bán tổng hợp dẫn chất alkyl hóa của curcumin đã được thực hiện a Phản ứng tổng hợp diethyl -curcumin của Hemanta Chowdhury và cộng sự (2000) Sơ đồ phản ứng: Phản ứng được tiến hành trong môi trường aceton khan có mặt kali carbonat, sử dụng tác nhân ethylbromid, đun hồi lưu trong 24-48h [16] Sau phản ứng, lọc và cất loại dung môi, chiết... qua thực nghiệm cho thấy tác dụng chống ung thư của (4) và (5) gấp 5 lần curcumin ở liều 40 mM Bên cạnh đó các hợp chất này ổn định trong máu và cho sinh khả dụng cao hơn curcumin khi nghiên cứu trên chuột thí nghiệm [9] Handler và cộng sự đã tổng hợp các chất tương tự curcumin trong đó hợp chất (6), (7) đã được chứng minh có khả năng ức chế mạnh enzym COX-1 và COX2 [14] Jankun và cộng sự đã thực hiện... androgen Các hợp chất này cũng ức chế dòng tế bào ung thư vú thể phụ thuộc estrogen và không phụ thuộc estrogen [13] Aggrwal và cộng sự đã tổng hợp phức [DLys6 ]-LHRH -curcumin (3) và nghiên cứu tác dụng chống ung thư tuyến tụy trên cả in vivo và in vitro Kết quả cho thấy trên in vitro, [DLys6 ]-LHRH -curcumin ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư một cách phụ thuộc vào So sánh tác dụng của curcumin và [DLys6 . dụng sinh học một số dẫn chất alkyl hóa của curcumin . Mục tiêu của đề tài này là: 1. Tổng hợp một số dẫn chất alkyl hóa của curcumin. Khảo sát 1 số yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng alkyl hóa. . TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ QUỲNH TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT ALKYL HÓA CỦA CURCUMIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: 1. Th.S BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ QUỲNH TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT ALKYL HÓA CỦA CURCUMIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ