Nghiên cứu bán tổng hợp tetrahydrocurcumin từ curcumin

Tóm tẳt Tetrahydrocurcumin được bán tổng hợp từ curcumin bằng phản ứng khử hỏa với hai tác nhân khử khác nhau là khỉ hydro với xúc tác Pd/C và kẽm trong môi trường acid.. Kết quả Phản ứn

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP TETRAHYDROCURCUMIN TỪ CURCUMIN

Nguyễn Thi V ân', Nguyễn Thị Phượng ' HDKH: PGS.TS Nguyễn Đình Luyệĩi^; ThS Nguyễn Văn Giang^

‘Lớp M1K64 - Trường Đại học Dược Hà Nội

^Bộ môn Công nghiêp Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội Từkhoả: curcumin, tetrahydrocurcumin.

Tóm tẳt

Tetrahydrocurcumin được bán tổng hợp từ curcumin bằng phản ứng khử hỏa với hai tác nhân khử khác nhau là khỉ hydro với xúc tác Pd/C và kẽm trong môi trường acid cẩu trúc sản phẩm được khẳng định bằng các phương pháp phổ IR, 'H-NMR và MS.

Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, cùng với xu hướng quay trở về sử dụng các sản phẩm từ thiên nhiên, việc phát triển những hoạt chất có nguồn gốc thảo dược ngày càng ứở thành mối quan tâm lớn đối với ngành Dược Việt Nam Một trong những hoạt chất có nguồn gốc thảo dược được quan tâm nhiền hiện nay là curcumin

Curcumin là thành phần chính của thân rễ cây Nghệ vàng (Curcuma longa) Curcumin được nghiên cứu và chứng minh với các tác dụng dược lý như:

chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư, làm lành vết thương [1, 5, 7] Tuy nhiên curcumin có màu vàng và rất khó rửa sạch, nên nhu cầu sử dụng của curcumin bị hạn chế, đặc biệt trong mỹ phẩm Với những hạn chế của curcumin thì việc sử dụng curcumin dần được thay thế bằng tetrahydrocurcumin, một chất được bán tổng hợp từ curcumin Tetrahydrocurcumin không có màu nên được sử dụng rộng rãi, hon nữa các nghiên cứu cũng cho thấy tetrahydrocurcumin có tác dụng chống oxy hóa, chống viêm và chống ung thư tốt hơn curcumin [3, 4, 6],

Để góp phần nghiên cứu tổng họp nguyên liệu làm thuốc, chúng tôi thực

hiện đề tài ‘‘‘'Nghiền cứu bán tổng hợp tetrahydrocurcumin từ curcumin” với mục

tiêu: Bán tổng hợp được tetrahydrocurcumin từ curcumin ở quy mô phòng thí nghiệm

Nguyên liệu, thiết bị và phương pháp nghiên cửu

Nguyên liệu: Đề tài sử dụng curcumin được sản xuất tại bộ môn Công nghiệp

Dược, một số nguyên liệu, hóa chất, dung môi và thiết bị của phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ môn Công nghiệp Dược, Trưòrng Đại học Dược Hà Nội

Phương pháp nghiên cửu:

Bản tổng hợp tetrahydrocurcumin từ curcumin theo sơ đồ sau:

C urcum in

a/b

b Zn/H*

T etrah y d ro cu rcu m in

Tinh chế sản phẩm: Bằng phương pháp sắc ký cột silica gel.

- Pha tĩnh; silica gel 60 GF254 (Merck)

- Pha động: CH2C12: MeOH = 20:1

- Đường kính cột: 2 cm

- Chiều cao cột: 30 cm

- Các phân đoạn có kết quả SKLM giống nhau được gộp lại, cất quay chân không, sấy khô và cân định lưọfng

Kiếm tra độ tinh khiết: kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết sản phẩm thu được bằng

phương pháp SKLM với hệ dung môi thích hợp và phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy

Xác định cấu trúc sản phẩm: bằng các phương pháp phổ hồng ngoại (IR), phổ

cộng hưởng tò hạt nhân proton ('H-NMR), phổ khối lượng (MS)

Kết quả

Phản ứng khử hóa với tác nhân khử là khí hydro có xúc tác Pd/C

- Khảo sát dung môi phản ứng

+ Tiến hành phản ứng:

Hoạt hóa xúc tác: cho 0,10 g Pd/C vào bình cầu ba cổ đáy tròn dung tích

250 ml, thêm 20 ml dimg môi khảo sát, khuấy từ ở nhiệt độ khoảng 0-5°C trong 5 phút, đồng thời sục khí nitơ để đuổi hết không khí trong bình phản ứng Hòa tan

1 ,0 0 g curcumin (2,71 mmol) trong 1 0 0 ml dung môi khảo sát, cho dung dịch thu được vào bình phản ứng trên Tiếp tục khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng, đồng thời sục khí hydro liên tục trong quá trình phản ứng ở áp suất khí quyển Theo dõi hỗn họp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat;n-hexan = 7:3 sau từng khoảng thời gian 6 giờ, 8 giờ, 1 0 giờ, 1 1 giờ, 1 2 giờ để xác định thời gian phản ứng thích hợp Nhận thấy phản ứng kết thúc sau 12 giờ

+ Xử lý phản ứng (1):

Hỗn họp phản ứng đem lọc hút chân không để loại bỏ xúc tác Dịch lọc đem cất loại dung môi bằng máy cất quay chân không ở nhiệt độ 50°c Tinh chế sản phẩm bằng phương pháp sắc ký cột silica gel

+ Kết quả trình bày trong bảng 1

Bảng 1 Ket quả khảo sát sự ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng bán tổng hơp tetrahydrocurcumin từ curcumin với tác nhân khử là H2/Pd(C)

stt Dung môi

phản ứng

KLsản phẩm (g) T v r c ) Rf (ethyl acetat:

n-hexan = 7:3)

MeOH tuyệt

đối EtOH tuyệt đối 0,63 62,42 9 5 ,0 -9 8 ,0 0,69

Nhận xét:

> Với cả ba dung môi sử dụng, nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm thu được đều phù hợp với nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm dự kiến (T°nc T H C 95,0 -97,0°c [8])

> Dung môi là EtOH 96% cho hiệu suất phản ứng thấp nhất (58,46%) Khi sử dụng dung môi là EtOH tuyệt đối cho hiệu suất phản ứng cao hơn (62,42%)

> Dung môi là MeOH tuyệt đối cho hiệu suất phản ứng cao nhất (64,41%), tuy nhiên chênh lệch cũng ko nhiều so với khi dùng EtOH tuyệt đối Mặt khác, MeOH lại độc hơn nhiều so với EtOH

> Từ các dữ liệu ưên cho thấy dung môi EtOH có nhiều ưu điểm hơn, do

đó chúng tôi đã lựa chọn EtOH tuyệt đối làm dung môi phản ứng

- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác đến thời gian và hiệu suất phản ứng.

Sau khi chọn được dung môi tối ưu cho phản ứng là EtOH tuyệt đối, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưỏng của tỷ lệ xúc tác đến thòi gian và hiệu suất phản ứng

+ Tiến hành phản ứng:

Cho lượng xúc tác Pd/C khảo sát vào bình cầu ba cổ đáy tròn dung tích

250 ml, thêm 20 ml EtOH tuyệt đối, khuấy từ ở nhiệt độ khoảng 0-5°C trong 5 phút, đồng thời sục khí nitơ để đuổi hết không khí trong bình phản ứng Hòa tan 1,00 g curcumin (2,71 mmol) trong 100 ml EtOH tuyệt đối, cho dung dịch thu được vào bình phản ứng trên Tiếp tục khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng, đồng thời sục khí hydro liên tục trong quá trình phản ứng ở áp suất khí quyển Theo dõi hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat; n-hexan = 7:3

để xác định thời gian phản ứng thích họp

+ Xử lý phản ứng và tinh chế sản phẩm giống như (1)

+ Kết quả được ưình bày trong bảng 2

Bảng 2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác đến thời gian và hiệu suất

phản ứng với tác nhân khử là H2/Pd(C)

TT

KL

curcumin

(g)

KL xúc tác Pd/C (g)

Tỷ lệ xúc tác Pd/C (%)

^pư

(h)

KL sản phẩm (g)

Hpư T ° n c CQ Rf (ethyl

acetat: n-hexan

= 7:3)

Nhận xét:

> Nhiệt độ nóng chảy và giá trị Rf của các sản phẩm thu được từ các thí

nghiệm khảo sát các tỷ lệ xúc tác khác nhau không có sự chênh lệch đáng kể

> Khi tăng tỷ lệ xúc tác thì thời gian phản ứng giảm, hiệu suất phản ứng cũng thay đổi Với tỷ lệ xúc tác là 2%, thời gian phản ứng là 24 giờ, hiệu suất phản ứng là thấp nhất (56,48%) Hiệu suất phản ứng đạt được cao nhất khi tỷ lệ xúc tác là 5%, thời gian phản ứng là 18 giờ

> Tử các dữ liệu trên, chúng tôi lựa chọn tỷ lệ xúc tác là 5%, thời gian phản ứng là 18 giờ để thực hiện phản ứng

Phản ứng kh ử với tác nhân là kẽm trong môi trường acid

Hoạt hóa kẽm:

Cho 10,00 g kẽm bột vào cổc có mỏ dung tích 250 m Ị thêm 100 ml dune dịch HCl 0,1 M, khuấy trong khoảng 2 phút Sau đó lọc, rửa 3 lần với nước cất, mỗi lần khoảng 15 ml, tiếp theo rửa với khoảng 1 0 ml aceton sấy khô ở nhiệt độ

60“c trong 30 phút [9]

- Kháo sát môi trường acid phản ứng

+ Tiến hành phản ứng:

Hòa tan 1,00 g curcumin (2,71 mmol) vào 100 ml EtOH trong bình cầu hai

cổ đáy tròn dung tích 250 ml, thêm tiếp 10 ml acid khảo sát Khuấy từ, nâng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng lên 50°c Cân 1,50 g (23,08 mmol) bột kẽm đã hoạt hóa, thêm từ từ vào hỗn hợp phản ứng thành nhiều đợt trong thời gian khoảng 60 phút Đun hồi lưu, duy trì nhiệt độ phản ứng ở 50°c trong suốt quá trình phản ứng Theo dõi phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat: n-hexan = 7:3 trong các khoảng thời gian 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 4,5 giờ, 5 giờ, so sánh với THC tinh khiết thu được ở phản ứng 1 Nhận thấy phản ứng kết thúc sau 5 giờ

+ Xử lý phản ứng (2):

■ Lọc loại kẽm dư

■ Trung hòa dịch lọc bằng dung dịch NaOH 5M đến pH=7, chiết với dichloromethan 3 lần, mỗi lần 20 ml

■ Lóp dung môi hữu cơ được gộp lại, thêm 5,00 g Na2S0 4, lắc đều, để yên khoảng 1 giờ để loại nước Sau đó lọc, dịch lọc đem cất loại dung môi bằng máy cất quay chân không ở nhiệt độ 40°c

■ Tinh chế sản phẩm bằng phương pháp sắc ký cột silica gel

Kết quả được trình bày trong bảng 3

Bảng 3 Kết quả khảo sát ảnh hưỏfng của acid đến hiệu suất phản ứng bán tổng

hợp tetrahydrocurcumin từ curcumin với tác nhân khử là Zn/acid

phẩm (g)

Hp ư

Rf(ethyi acetat: n- hexan =

7:3)

Ghi chú

Không xuất hiện vết THC

Acid

hydrochloric đặc 0,55 54,50 95,0-98,0 0,69

Acid sulfuric

Nhận xét:

> Khi thực hiện phản ứng với acid acetic, kiểm tra hỗn hợp phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat; n-hexan và so sánh với THC thu được

ở phản ứng 1 thì trong hỗn họp phản ứng không thấy xuất hiện vết THC

> Thực hiện phản ứng với acid hydrochloric (H=54,50%) cho hiệu suất phản ứng cao hơn khi sử dụng acid sulfuric (H=49,54%)

> Từ các dữ liệu trên, chúng tôi chọn acid hydrochloric để thực hiện

phản ứng

- Khảo sát nhiệt độ phản ứng

Sau khi chọn được acid tối ưu cho phản ứng là acid hydrochloric, chúng tôi tiếp tục khảo sát nhiệt độ phản ứng

+ Tiến hành phản ứng:

Hòa tan 1,00 g curcumin (2,71 mmol) vào 100 ml EtOH trong bình cầu hai cổ đáy tròn dung tích 250 ml, thêm tiếp 10 ml acid hydrochloric bốc khói Cân 1,50

g (23,08 mmol) bột kẽm đã hoạt hóa, thêm từ từ vào hỗn họp phản ứng thành

nhiều đợt trong thời gian khoảng 60 phút Nâng nhiệt độ phản ứng lên đến nhiệt

độ khảo sát, duy trì nhiệt độ đó trong suốt quá trình phản ứng Theo dõi phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi ethyl acetat: n-hexan = 7:3, so sánh với THC tinh khiết thu được ở phản ứng 1 Tiến hành phản ứng trong 5 giờ

+ Xử lý phản ứng và tinh chế sẳB phẩm giống như (2)

+ Kết quả được trình bày trong bảng 4

Bảng 4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng bán tổng họp tetrahydrocurcumin từ curcumin với tác nhân khử là Zn/HCl

stt r p u - r c ) KL sản

phẩm (g) Hp„ (%) T"„e CQ

Rf (ethyl acetat: n- hexan = 7:3)

Nhận xét

> Nhiệt độ nóng chảy và giá ừị Rf của các sản phẩm thu được từ các thí nghiệm khảo sát nhiệt độ khác nhau không có sự chênh lệch đáng kế

> ở nhiệt độ 25°c (nhiệt độ phòng), hiệu suất phản ứng thu được thấp nhất (37,65%)

> Khi tăng dần nhiệt độ thì hiệu suất phản ứng tăng lên, đến 50°c, hiệu suất phản ứng cao nhất (54,50%) Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 60°c thì hiệu suất phản ứng lại giảm (52,52%)

> Từ các dữ liệu trên, chúng tôi chọn nhiệt độ phản ứng tối ưu là 50°c

để thực hiện phản ứng

- Khảo sát tỷ lệ mol kẽm và curcumỉn

Sau khi lựa chọn được điều kiện tối ưu cho phản ứng là acid hydrochloric

và nhiệt độ tối ưu là 50°c, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giữa số mol kẽm và số mol curcumin đến hiệu suất phản ứng

+ Tiến hành phản ứng:

Hòa tan 1,00 g curcumin (2,71 mmol) vào 100 ml EtOH trong bình cầu hai cổ đáy ừòn dung tích 250 ml, thêm tiếp 10 ml acid hydrochloric bốc khói Cân lượng bột kẽm khảo sát đã hoạt hóa, thêm từ từ vào hỗn hợp phản ứng thành nhiều đợt trong thời gian khoảng 60 phút Nâng nhiệt độ phản ứng lên đến 50°c, duy trì nhiệt độ đó trong suốt quá trình phản ứng Theo dõi phản ứng bằng

SKLM với hệ dung môi ethyl acetat: n-hexan = 7:3, so sánh với THC tmh khiết thu được ở phản ứng 1 Tiến hành phản ứng trong 5 giờ

+ Xử lý phản ứng và tinh chế sản phẩm giống như (2)

+ Kết quả được trình bày trong bảng 5

Bảng 5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol kẽm/curcumin đến hiệu suất

phản ứng với tác nhân khử là Zn/HCl

stt

KL

curcumin

(g)

KL kẽm (g)

Tỷ lệ mol kẽm/

curcumin

KL sản phẩm (g)

Hp„

(%)

Rf (ethyl acetat: n- hexan=7:3)

1,00 0,88 5/1 0,42 41,62 9 5 ,5 -9 8 ,5 0,69

1,00 2,11 12/1 0,63 62,43 9 6 ,0 -9 8 ,5 0,69

Nhận xét:

> Nhiệt độ nóng chảy và giá trị Rf của các sản phẩm thu được từ các thí nghiệm ỉđiảo sát các tỷ lệ mol khác nhau không có sự chênh lệch đáng kể

> Với tỷ lệ số mol Zn/curcumin là 5/1 thì hiệu suất phản ứng thu được là thấp nhất (41,62%) Khi tăng dần tỷ lệ số mol Zn/curcumin thì hiệu suất phản ứng tăng lên Khi tỷ lệ mol tăng đến 10/1 thì hiệu suất phản ứng tăng lên líhoảng 1,5 lần so với tỷ lệ mol là 5/1 Tiếp tục tăng tỷ lệ mol Zn/curcumin lên lần lượt là

1 1/1, 1 2 / 1 thì hiệu suất tăng lên không đáng kể

> Từ các dữ liệu trên, chúng tôi lựa chọn tỷ lệ mol Zn/curcumin tối ưu cho phản ứng là 1 0/1

Kết quả xác định cấu trúc: IR (KBr) U m a x (cm'’): 3486 (-0H), 1608 (-

c = 0 ceton), 1513 (-CHAr); ’H-N M R (500 MHz, DMSO-dó), ỗ (ppm): 2,56 (2H,

t, -CH2), 2,66 (2H, t, -CH2), 2,74 (4H, t, 2-CH2), 3,73 (6H, s, 2-CH3), 6,57 (2H,

dd, - C H A r ) , 6 ,6 6 (2H, d, - C H A r ) , 6,74 (2H, d, -CHAr), 8,69-8,71 (2H, s, 2-OH);

Bàn ỉuận

Các phản ứng khử hóa curcumin đều không chọn lọc, sản phẩm của phản ứng, ngoài tetrahydrocurcumin là sản phẩm chính thường thu được các sản phẩm phụ là sản phâm hydro hóa một nối đôi hoặc sản phẩm khử hóa quá mức cả nhóm chức ceton không mong muốn Điều này dẫn đến khó khăn trong việc tinh chế sản phẩm

Trong phản ứng khử hóa với tác nhân là kim loại kẽm trong môi trưòng acid, cần chú ý để ừánh làm giảm hoạt tính xúc tác của bột kẽm, lượng kẽm nên được cho vào ứiành nhiều đọt trong quá ừình phản ứng

Phương pháp khử hóa curcumin với tác nhân là khí hydro có xúc tác đã được nhiều tác giả nghiên cứu Phương pháp này có ưu điểm là sản phẩm tưoTig đối sạch, điều kiện khử hóa khá ổn định; tuy nhiên có nhược điểm là khí hydro rất dễ gây nổ, cần chú ý vấn đề an toàn khi thực hiện phản ứng Phương pháp này khó ứng dụng ở quy mô lófn trong điều kiện của Việt Nam Phương pháp khử hóa curcumin với tác nhâii là kẽm trong môi ừường acid hiện nay chưa có tài liệu nào công bố Phưcnig pháp này có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, hiệu suất tốt, có thể rág dụng ữong sản xuất ở quy mô công nghiệp

Trên đây chỉ là những khảo sát bước đầu chúng tôi thực hiện để lựa chọn phương pháp thích hợp nhất có thể ứng dụng cho sản xuất ở quy mô công nghiệp Chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu phưomg pháp thích hợp để bán tổng họp tetrahydrocurcuminoids tìr hỗn họp curcuminoids được chiết xuất từ cây nghệ ừong nước, tiến tới chủ động nguồn nguyên liệu teừahydrocurcumin cho sản xuất trong nước

Kết luận

Đã bán tổng hợp được tetrahydrocurcumin từ curcumin ở quy mô phòng thí nghiệm với hai tác nhân khử hóa là khí hydro có xúc tác Pd/C và kẽm ừong môi trường acid và khảo sát điều kiện phản ứng tối ưu Phản ứng khử hóa curcumin với tác nhân H2/Pd(C) cho hiệu suất tối ưu nhất khi thực hiện phản ứng trong dung môi ethanol tuyệt đối, tỷ lệ xúc tác là 5%, trong thời gian 18h (H=65,40%) Phản ứng khử hóa curcumin với tác nhân là kẽm trong môi trường acid cho hiệu suất tối ưu nhất khi thực hiện phản ứng với acid hydrochloric ở

50°c, tỷ lệ số mol Zn/HCl là 10/1 (H=60,44%).

Tài ỉiệu tham khảo

1 Nguyễn Gia Chấn (2006), “Những công trình nghiên cứu 2003-2004 về tác

dụng của curcumin”, Tạp chỉ Dược liệu, tập 11, số 2, tr 88 - 95

2 Vũ Đình Hoàng, Hoàng Xuân Tiến, Trần Khắc Vũ (2011), “Phương pháp đơn giản tổng hợp các tetrahydrocurcuminoid”, Tạp chỉ khoa học và công nghệ các trường đại học kỹ thuật

3 Nguyễn Thị Những (2012), “Nghiên cứu bào chế tìiuốc dùng qua da chứa

teừahydrocurcumin”, Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ, Trưòfng Đại học Dược Hà

Nội

4 Ching-Shu Lai, Jia-Ching Wu, Shih-Feng Yu, Vladimir Badmaev, Kalyanam Nagabhushanam, Chi-Tang Ho and Min-Hsiung Pan (2011),

“Tetrahydrocurcumin is more effective than curcumin in preventing

azoxymethane-induced colon carcinogenesis”, Mol Nutr Food Res.2011,55, pp

1819-1828

5 Osawa T, Sugiyama Y, Inayoshi M, Kawakishi S (1995), “Antioxidative

activity of tetrahydrocurcuminoids”, Biosci Biotechnol Biochem, 59(9), pp 1609-

1612

6 Portes E., Gardrat C., Castellan A (2007), “A comparative study on the antioxidant properties of tetrahydrocurcuminoids and curcuminoid”,

Tetrahedron, 63(37), pp 9092-9099.

7 Simon A (1998), “Inhibitory effect of curcuminoids on mcf-7 cell

proliferation and structure-activity relationsihp”, Cancer let, pp 111-116.

8 Su-Lin Lee et al (2005), “Preparation and anti-flammatory activities of

diarylheptanoid and diarylheptylamine analogs”, Bioorgnic & Chemistry 13,

2005, pp 6175-6181.

9 Vogel’s, ''Textbook o f practical organic chemistry", pp 318.