NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT)

Nghiên cứu của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ 20 đã xác định curcumin đóng vai trò quan trọng trong các hoạt tính sinh học của củ nghệ.. Một nghiên cứu về tác dụng của curcumin đối với

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA HỌC

HUỲNH DUY THIỆN

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT

PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CỬ NHÂN HÓA HỌC

Cần Thơ, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN HÓA HỌC

***

HUỲNH DUY THIỆN

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Cần Thơ, ngày tháng năm 2017

Luận văn tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Hóa Học

Mã số: KH1369A2

Đã bảo vệ và được duyệt Trưởng khoa………

Trưởng chuyên ngành Cán bộ hướng dẫn

TS Phạm Vũ Nhật

3 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Duy Thiện MSSV : B1304106

5 Nội dung nhận xét

a Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

b Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:

c Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

TS Phạm Vũ Nhật

3 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Duy Thiện MSSV: B1304106

5 Nội dung nhận xét

a Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

b Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:

c Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

i

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế, không có sự thành công nào mà không gắn liền với những

sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến: Ban giám hiệu Nhà trường, cùng các cán bộ giảng viên, nhân viên đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian tôi học tập tại trường Đại học Cần Thơ

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô thuộc Khoa Khoa học Tự nhiên đã dung hết tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức và kinh nhiệm quý báu cho tôi, đó sẽ là hành trang cho tôi trong suốt chặng đường dài phía trước

Và đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Phạm Vũ Nhật đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn Cảm ơn bạn Nguyễn Thanh

Sĩ – cử nhân Hóa K39 đã hỗ trợ để tôi hoàn thành bài luận văn này

Tuy đã cố gắng để tìm tòi, nghiên cứu và học hỏi để hoàn thành bài luận văn này nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như chưa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô và các bạn để kiến thức của tôi trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

Huỳnh Duy Thiện

TÓM TẮT

Curcumin là một hợp chất hóa học có màu vàng, thuộc nhóm phenolic,

được tìm thấy nhiều trong củ nghệ (Curcuma longa) Curcumin có rất nhiều

ứng dụng trong đời sống, đặc biệt là trong ngành dược và thực phẩm Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng curcumin có rất nhiều hoạt tính sinh học hữu ích như kháng oxy hóa, chống ung thư, Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu về hoạt tính kháng oxy hóa của curcumin đã được công bố song cơ chế kháng oxy hóa cũng như khả năng kháng oxy hóa của hợp chất này vẫn chưa rõ ràng

Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học nói chung và cơ học lượng tử nói riêng, con người đã có thể giải thích nhiều hiện tượng vật lí, sinh học và hóa học thông qua các tính toán mô phỏng trên máy vi tính cũng như dự đoán nhiều hiện tượng khoa học khác Bằng cách áp dụng lí thuyết phiếm hàm mật

độ (DFT), nghiên cứu này sẽ thực hiện khảo sát các cơ chế kháng oxy hóa của curcumin qua đó xác định cơ chế chính của quá trình kháng oxy hóa của hợp chất này Bên cạnh đó, sự ảnh hưởng của dung môi lên hoạt tính kháng oxy hóa của curcumin cũng sẽ được khảo sát Các kết quả thu được trong bài nghiên cứu này sẽ giải thích cho những luận đề trên đây và cũng là cơ sở cho nhiều nghiên cứu tiếp theo sau này

iii

ABSTRACT

Curcumin is a yellow phenolic compound which was found in turmeric Curcumin has a wide variety of applications and is widely used in medicine and food Experimental studies have shown that curcumin has a lot of useful biological activities such as antioxidant, anti-cancer, etc Although many studies on the antioxidant activity of curcumin have been reported, the antioxidant mechanism and the antioxidant capacity of this compound is still unclear

Today, with the development of science in general or particularly in the quantum mechanics, we have been able to explain and predict many physical, biological and chemical phenomena by computational calculations on computers By applying density functional theory (DFT), this study will investigate the antioxidant mechanisms of curcumin by identifying the main mechanism of its antioxidant activity In addition, the effect of solvent on the antioxidant activity of curcumin will be researched The results obtained in this thesis will explain the above-mentioned and also serve as a basis for many subsequent studies

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của cá nhân tôi thực hiện Tất cả những dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn đƣợc tôi tham khảo nhiều nguồn tài liệu khác nhau và đƣợc ghi nhận từ những kết quả tính toán mà tôi đã tiến hành khảo sát trong suốt quá trình nghiên cứu Tôi xin đảm bảo về sự tồn tại và tính trung thực của những dữ liệu và số liệu này

Huỳnh Duy Thiện

3.3 Cơ chế chuyển electron – chuyển proton (SET-PT) 22

3.4 Cơ chế mất proton – chuyển electron (SPLET) 23 3.5 Cơ chế chính của quá trình kháng oxy hóa của Curcumin 24

vii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DFT Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory)

HAT Cơ chế chuyển nguyên tử H (Hydrogen Atom Transfer)

SET-PT Cơ chế chuyển electron – chuyển proton (Single electron

transfer – proton transfer SPLET Cơ chế mất proton – chuyển electron (Single proton loss -

electron transfer) ROS Gốc tự do tâm hoạt động oxygen (Reactive Oxygen Spieces) RNS Gốc tự do tâm hoạt động nitrogen (Reactive Nitrogen Spieces) BDE Năng lƣợng phân ly liên kết (Bond Dissociation Energy)

IP Thế ion hóa (Ionization Potential)

PA Proton Affinity (Ái lực proton)

PDE Năng lƣợng phân ly proton (Proton Dissociation Enthalpy) ETE Năng lƣợng chuyển electron (Electron Transfer Energy)

DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

Bảng 2.1 Hệ các dung môi được khảo sát 19 Bảng 3.1 Giá trị BDE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 21 Bảng 3.2 Giá trị IP theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong

các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 22

Bảng 3.3 Giá trị PDE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong

các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 23

Bảng 3.4 Giá trị PA theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong

các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 23

Bảng 3.5 Giá trị ETE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong

các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 24

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1.Cấu trúc hóa học của phân tử curcumin dạng enol (A) và dạng diketone (B) 1 Hình 2.2 Cơ chế kháng oxy hóa của các hợp chất phenolic 18 Hình 3.1 Cấu trúc phân tử của curcumin dạng enol và của các cấu tử liên quan được tối ưu ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 20 Hình 3.2 Cấu trúc phân tử của curcumin dạng β-diketone và của các cấu tử liên quan được tối ưu ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) 21

β-CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Curcumin

1.1.1 Giới thiệu

Curcumin hay diene-3,5-dione) là một hợp chất có màu vàng tươi sáng được tổng hợp tự nhiên bởi một số loài thực vật Curcumin được biết đến nhiều nhất với vai trò

(1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)hepta-1,6-là thành phần hóa học của củ nghệ vàng (Curcuma longa), một loài thực vật thuộc họ gừng (Zingiberaceae)

Curcumin được cô lập lần đầu tiên vào năm 1815 khi Vogel và Pelletier báo cáo một nghiên cứu về một hợp chất màu vàng được cô lập từ củ nghệ và đặt tên nó curcumin Curcumin có hai đồng phân là β-diketone và enol Trong

đó, dạng enol chiếm ưu thế hơn trong các dung môi hữu cơ và dạng β-diketone chiếm ưu thế hơn trong nước Một số nghiên cứu trước đây đã cho thấy cấu trúc dạng enol ổn định hơn về mặt năng lượng ở pha rắn và trong dung môi kém phân cực Curcumin còn được biết đến với nhiều tên gọi khác như là C.I

75300, Natural Yellow 3, E100,

Khối lượng mol phân tử: 368,126 g.mol−1

Nhiệt độ nóng chảy: khoảng 183 °C (361 °F; 456 K)

Curcumin tan rất ít trong nước (3,12mg/L ở 25oC), tan tốt trong các dung môi hữu cơ như acetone, ethanol và benzene

2

1.1.3 Ứng dụng trong đời sống

Curcumin có rất nhiều ứng dụng trong đời sống Trong y học, củ nghệ bắt đầu được sử dụng trong y học Ayurveda tại Ấn Độ từ khoảng năm 1900 TCN để chữa trị một loạt các loại bệnh tật Nghiên cứu của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ 20 đã xác định curcumin đóng vai trò quan trọng trong các hoạt tính sinh học của củ nghệ Dựa trên những nghiên cứu trong ống nghiệm (in vitro) và trên động vật, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết khả năng chữa bệnh hoặc ngăn ngừa bệnh của curcumin Hiện tại, các tác động này chưa được xác nhận trên người Tuy nhiên, cho tới năm 2008, rất nhiều thử nghiệm lâm sàng ở người đang được thử nghiệm để nghiên cứu về tác dụng của curcumin trong việc điều trị các bệnh như: viêm tủy, ung thư tụy, hội chứng loạn sản tủy, ung thư ruột kết, bệnh vẩy nến, bệnh Alzheimer Các nghiên cứu cũng cho thấy curcumin có tính chất chống ung thư, chống oxy hóa, chống viêm khớp, chống thoái hóa, chống thiếu máu cục bộ và kháng viêm Khả năng kháng viêm có thể là do sự ngăn chặn tổng hợp sinh học của eicosanoit Theo nghiên cứu của …, curcumin làm vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thư mới Curcumin giúp cơ thể phòng ngừa và chống ung thư, là một chất có triển vọng lớn trong điều trị viêm gan

B, C và nhiễm HIV Rất nhiều bằng chứng cho thấy curcumin phát triển chức năng thần kinh, một điều tra trên 1010 người châu Á ăn bột cari vàng ở độ tuổi 60-93 cho thấy những người ăn ít nhất 1 lần trong 6 tháng cho kết quả MMSE cao hơn so với những người không ăn Theo quan điểm của các nhà khoa học,

và một con số rất lớn các nghiên cứu cho thấy curcumin có tác dụng tốt cho não, các notron, giảm stress, trầm cảm, trạng thái lo âu Curcumin có khả năng chống ung thư, làm vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thư mới mà không làm ảnh hưởng đến các tế bào lành tính bên cạnh

Nó can thiệp vào hoạt động sao chép của NF-κB là liên kết các bệnh viêm như ung thư Một nghiên cứu về tác dụng của curcumin đối với ung thư năm 2009 cho thấy hợp chất này điều chỉnh sự phát triển của các tế bào u, bướu thông qua quá trình phân chia thường xuyên của tế bào Một nghiên cứu cho thấy với liều 0,2% curcumin thêm vào khẩu phần ăn của chuột trước khi thêm chất gây ung thư sẽ làm giảm rõ rệt chất gây ung thư này ở kết tràng Bên cạnh những tác dụng đó, curcumin cũng giống như các chất chống oxy hóa khác, đó là con dao hai lưỡi Các nghiên cứu lâm sàng trên người cho thấy với 2-12 gam curcumin đã gây tác dụng phụ như buồn nôn, tiêu chảy, rối loạn chuyển hóa sắt và có khả năng gây ra thiếu sắt ở các bệnh nhân mẫn cảm

Trong đời sống, curcumin còn được sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm có tác dụng tạo màu vàng cho các món ăn và còn rất nhiều ứng dụng

trong các ngành, lĩnh vực khác Thông tin chi tiết hơn về curcumin có thể được tham khảo tại trang web sau:

dụ, sự phân cắt đồng li diễn ra trên phân tử Cl2 sẽ tạo thành hai nguyên tử Cl Mỗi nguyên tử Cl sinh ra sẽ mang 7 electron tạo thành ba cặp electrons và một electron độc thân Khi đó, mỗi nguyên tử Cl sinh ra được gọi là một gốc tự do

Ký hiệu của gốc tự do là ký hiệu nguyên tử hay phân tử có một dấu chấm đại diện cho electron độc thân (Cl•, ArO•, ) Trong gốc tự do, các electron độc thân có xu hướng kết hợp với một electron tự do của một nguyên tử khác để tạo một liên kết, do đó các gốc tự do kém bền, rất hoạt động và dễ dàng tham

gia phản ứng hóa học

1.2.1.2 Sự hình thành các gốc tự do

Các gốc tự do được hình thành trong cơ thể bởi rất nhiều tác nhân khác nhau, theo nhiều con đường khác nhau, song được tổng hợp thành hai loại chính đó là nội sinh và ngoại sinh

Các gốc tự do nội sinh được sinh ra trong các chu trình chuyển hóa vật chất của tế bào, mô như: chuỗi dẫn truyền điện tử trong ty thể qua các phản ứng phosphoryl oxy hóa của mitochondria, từ hoạt động hô hấp của leucocyte,

từ quá trình tự chết của tế bào (apoptosis) Các quá trình này xảy ra thường

xuyên trong cơ thể, tạo ra các gốc tự do có vai trò là hệ miễn dịch, phá hủy và tiêu diệt các tác nhân gây bệnh cho cơ thể như vi khuẩn và virus

Ngược lại với quá trình nội sinh, quá trình ngoại sinh này thường bắt nguồn từ các tác nhân tiêu cực từ môi trường ngoài như: sự ô nhiễm môi trường, các tia vật lí, các thực phẩm độc hại hoặc bị nhiễm bẩn, do các thói quen sống như hút thuốc, uống rượu bia, do stress hoặc do tuổi tác Các gốc

tự do ngoại sinh là nguyên nhân gây nên nhiều bệnh nguy hiểm cho cơ thể, điển hình nhất là ung thư

4

1.2.1.3 Phân loại

Các gốc tự do được phân thành hai loại chính: ROS (Reactive Oxygen Spieces) và RNS (Reactive Nitrogen Spieces)

2.1.1.3a Gốc tự do ROS (Reactive Oxygen Spieces)

Các gốc tự do có trung tâm hoạt động là electron độc thân nằm trên nguyên tử oxy được xếp vào nhóm ROS Các gốc tự do nhóm ROS là sản phẩm chuyển hóa tự nhiên của cơ thể, đóng vai trò quan trọng trong liên kết tế bào và cân bằng nội môi Tuy nhiên, do tác động của stress hay các tác nhân từ môi trường (như UV hay tiếp xúc với nhiệt độ cao,…), nồng độ ROS có thể tăng lên một cách đột ngột, gây tổn thương các cấu trúc của tế bào Đó được gọi là stress do oxy hóa (oxidative stress)

ROS nội bào hình thành từ nhiều nguồn khác nhau, các nguồn chính gồm

có ti thể, peroxisome, hệ võng nội bào và phức hợp NADPH oxidase (NOX) ở màng tế bào Ti thể sản xuất năng lượng cho tế bào, adenosine triphotphate (ATP) Quá trình sản xuất ATP gọi là sự phosphorin hóa oxide hóa, bao gồm chuỗi vận chuyển proton (ion hydrogen) xuyên màng ti thể, hay còn gọi là chuỗi dẫn truyền electron Trong chuỗi vận chuyển electron, electron được truyền qua một chuỗi các protein và bằng các phản ứng oxy hóa – khử mà mỗi chất nhận sau lại có tính khử lớn hơn chất trước Chất nhận electron cuối cùng

là oxy Trong điều kiện bình thường, oxy bị khử để tạo thành nước; tuy nhiên, vẫn có một tỉ lệ nhỏ (từ 0,1% – 2%) các electron vượt qua được chuỗi dẫn truyền điện tử, phân tử oxygen bị khử không hoàn toàn, tạo thành gốc superoxide tự do

Các phóng xạ có thể tác động lên phân tử nước gây ra một quá trình được gọi là sự phân ly do phóng xạ Vì nước chiếm tới 55-60% cơ thể nên khả năng xảy ra sự phân ly do phóng xạ là rất cao trong trường hợp có sự hiện diện của các phóng xạ Trong quá trình này, nước bị mất đi một electron và trở nên rất hoạt động, sau đó chuyển thành gốc hydroxy (OH•-), hydrogen peroxide (H2O2), gốc superoxide (O2•-) và oxygen phân tử (O2) Gốc hydroxy rất hoạt động, có thể lấy electron của hầu hết các phân tử nằm trên đường đi của nó, chuyển phân tử đó thành gốc tự do và vì vậy tạo ra một chuỗi các phản ứng dây chuyền

2.1.1.3b Gốc tự do RNS (Reactive Nitrogen Spieces)

Các gốc tự do RNS là các gốc tự do có trung tâm hoạt động là electron độc thân nằm trên nguyên tử N Điển hình cho nhóm RNS là NO•, một gốc tự

do chứa một electron trên orbital phản liên kết NO• thường được tạo ra

trong các mô sinh học bởi sự tổng hợp nitric oxide (NOSs) Nó có thời gian sống rất ngắn, chỉ một vài giây trong môi trường nước, nhưng ổn định hơn trong môi trường có nồng độ oxy thấp (chu kỳ bán hủy > 15s) Tuy nhiên, khi được hòa tan trong dung dịch nước và môi trường lipid, NO• dễ dàng khuyếch tán qua các tế bào chất và màng plasma NO• có tác dụng dẫn truyền thần kinh trong hệ thống thần kinh trung ương Trong môi trường ngoại bào, NO• phản ứng với oxy và nước để tạo thành nitrat và anion nitrit

1.2.1.4 Ảnh hưởng của gốc tự do

Năm 1954, bác sĩ Denham Harman thuộc Đại học Berkeley, California, lần đầu tiên nhận ra sự hiện hữu của gốc tự do trong cơ thể với nguy cơ gây ra những tổn thương cho tế bào Trước đó, người ta cho rằng gốc này chỉ có ở ngoài cơ thể

Gốc tự do có tác dụng không tốt cho cơ thể liên tục ngay từ lúc con người mới sinh ra và mỗi tế bào phải chịu sự tấn công của cả chục ngàn gốc tự

do mỗi ngày Ở tuổi trung niên, cơ thể khỏe mạnh có thể kháng lại chúng, nhưng khi già đi, sức khỏe yếu dần, các gốc tự do ngày càng lấn át, gây thiệt hại gấp nhiều lần so với người trẻ tuổi Nếu không được kiểm soát, kiềm chế, các gốc tự do sẽ gây ra các bệnh thoái hóa như ung thư, xơ cứng động mạch, làm suy yếu hệ thống miễn dịch, gây dễ bị nhiễm trùng, làm giảm trí tuệ, teo

cơ một số bộ phận và nhiều ảnh hưởng tiêu cực khác

Các gốc tự do có thể phá rách màng tế bào gây thất thoát dưỡng chất, tế bào không thể tăng trưởng và rồi chết đi Chúng tạo ra lipofuscin tích tụ dưới

da, tạo thành vết đồi mồi trên mặt, trên mu bàn tay Chúng ngăn cản quá trình tổng hợp các phân tử protein trong tế bào hoặc gây đột biến ở gen trên nhiễm sắc thể và làm mất tính đàn hồi khiến da nhăn nheo, cứng khớp

Các nghiên cứu trước đây cho thấy gốc tự do hủy hoại tế bào theo diễn tiến như sau Trước hết, gốc tự do oxy hóa màng tế bào, gây trở ngại trong việc thải chất bã và tiếp nhận dưỡng chất, dưỡng khí Tiếp theo đó, các gốc tự

do tấn công các ty thể, lạp thể, phá vỡ nguồn cung cấp năng lượng của tế bào Sau cùng, bằng cách oxy hóa, gốc tự do làm suy yếu hoocmon, enzym khiến

cơ thể không tăng trưởng được

Theo bác sĩ Denham Harman, các gốc tự do là một trong nhiều nguyên nhân gây ra sự lão hóa Theo đó, gốc tự do tác dụng lên ty thể và lạp thể, gây tổn thương các phân tử sinh học bằng cách làm thay đổi hình dạng, cấu trúc, khiến chúng trở nên bất hoạt, mất khả năng sản xuất năng lượng

6

Tuy nhiên, không phải là gốc tự do nào cũng phá hoại Đôi khi chúng cũng có một vài hành động hữu ích Nếu được kiềm chế, nó là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể; tạo ra chất mầu melanine cần cho thị giác; góp phần sản xuất prostaglandins có công dụng ngừa nhiễm trùng; tăng cường tính miễn dịch; làm cho sự truyền đạt tín hiệu thần kinh, co bóp cơ thịt trở nên dễ dàng

1.2.2.2 Cơ chế kháng oxy hóa

Hoạt tính kháng oxy hoá của các hợp chất phenolic được cho là diễn ra theo hai cơ chế chính sau đây:[1][2][3]

(i) Cơ chế chuyển nguyên tử H (HAT)

(ii) Cơ chế chuyển điện tử đơn (bao gồm SET-PT và SPLET)

Cơ chế chuyển nguyên tử H (HAT)

ArOH + R• → ArO• + RH Trong cơ chế này, chất chống oxy hóa (ArOH) phản ứng với các gốc tự

do bằng cách chuyển một nguyên tử H cho gốc tự do (R•) tạo ra sản phẩm là gốc tự do mới (ArO•) ổn định hơn gốc tự do ban đầu Các gốc ArO• thường được ổn định bởi một số yếu tố như hiệu ứng cộng hưởng, liên hợp, và liên kết

H Trong cơ chế HAT, hoạt tính kháng oxy hóa của một chất được quyết định bởi enthalpy phân ly liên kết O-H (BDE) Giả trị BDE càng thấp, sự phân ly của liên kết O-H càng dễ và do đó hoạt tính kháng oxy hóa càng mạnh

Cơ chế chuyển điện tử đơn (SET)

Khác với cơ chế HAT, cơ chế SET liên quan đế khả năng của một chất oxy hóa có thể cho electron để khử một chất khác như ion kim loại, hợp chất carbonyl hay gốc tự do Sự tách proton và thế ion hóa của nhóm chức hoạt động quyết định các phản ứng trong cơ chế SET Cơ chế SET phụ thuộc vào

pH, khi pH tăng thì khả năng phản ứng giảm So với cơ chế HAT, cơ chế SET phụ thuộc nhiều hơn vào dung môi Cơ chế SET được phân thành hai nhóm nhỏ hơn đó là SET-PT và SPLET

Trong cơ chế SET-PT, bước đầu chất kháng oxy hóa sẽ cho một electron

để tạo thành cation gốc tự do Sau đó quá trình tách proton của cation gốc tự

do sẽ diễn ra để hoàn thành phản ứng

ArOH → ArOH+• + eArOH•+ → ArO• + H+Mặt khác, trong cơ chế SPLET, sự mất proton của chất kháng oxy hóa sẽ diễn ra trước và sinh ra một anion, một điện tử đơn sẽ được chuyển từ anion mới tạo thành

-ArOH → ArO

+ H+ArO- → ArO• + e- Các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa có thế thu gom các gốc tự do bằng cách cho một nguyên tử H của nhóm OH phenolic theo các cơ chế trên Tủy thuộc vào loại dung môi và tính chất của các gốc tự do mà cơ chế nào chiếm ưu thế hơn Cơ chế HAT không liên quan đến việc tách electron, vì vậy

nó được ưu tiên hơn trong dung môi không phân cực Ngược lại, cơ chế SET được ưa thích hơn trong dung mội phân cực do có sự tách electron Nhiều nghiên cứu lý thuyết đã được thực hiện để tìm hiểu cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất phenolic Wright và các cộng sự đã khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số phenolic sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) và kết luận rằng cơ chế HAT chiếm ưu thế hơn Tuy nhiên, các nghiên cứu DFT gần đây cho thấy cơ chế HAT và SET trong pha khí cũng như dung môi (nước, benzene, ) quan trọng như nhau

1.3 Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử

1.3.1 Thành phần của nguyên tử

Trong hóa học, nguyên tử (atom) được biết đến như là hạt nhỏ nhất, không thể phân chia được nữa, vẫn giữ được tính chất của vật chất Khái niệm nguyên tử xuất phát đầu tiên từ các nhà triết học Ấn Độ và Hy Lạp Trong thế

kỷ 18 và thế kỷ thứ 19, các nhà hóa học nêu ra một cơ sở vật lý cho ý tưởng này bằng cách chỉ ra có những chất không thể chia nhỏ hơn bởi phương pháp hóa học, và họ lấy tên gọi từ các nhà triết học cổ đại là nguyên tử để đặt cho các thực thể hóa học này Trong giai đoạn cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, các nhà vật lý đã phát hiện ra những thành phần hạ nguyên tử và cấu trúc bên