Các hợp chất TERPENOID

* Các monoterpen aldehyd và monoterpen keton Monoterpen aldehyd có 2 nối đôi C=C citral a geranial và citral b nerol C10H16: mùi vỏ quả chanh; phân lập từ tinh dầu vỏ chanh và tinh dầu

CHƯƠNG 2: CÁC HỢP CHẤT TERPENOID 2.1 Các dạng cấu trúc terpeniod

2.2 Sự xuất hiện của các terpenoid

Khái niệm

• - Tecpen (tecpenoid) là những hợp chất hữu cơ chứa C,

H và O tồn tại trong thiên nhiên, có bộ khung C gồm nhiều mắt xích giống với khung C của isopren, công thức (iso-

11

10

Oximen isopren

Đầu Đuôi

- Căn cứ vào số lượng đơn vị isopren hợp thành:

Steroid được dẫn xuất từ triterpenoid 4 vòng Đơn vị isopren là các thành phần của các hợp chất thiên nhiên

+ Terpen có các cấu trúc vòng; sự đóng vòng terpenoid xảy ra trong các

hệ sống được xúc tác bằng acid

+ Mạch nhánh của khung terpenoid và các nhóm chức dễ bị proton hóa

→ dễ bị chuyển vị xúc tác bằng acid trong phản ứng sinh tổng hợp isoprenoid

* Monoteroen alcohol: Ứng với 2 khung HC terpen có alcohol terpen chứa 1 hoặc 2 liên kết đôi, có mùi thơm đặc trưng, được

từ tinh dầu hoa hồng, sả…

Xitronellol

CH2OH

1 Các monoterpen mạch hở

* Các monoterpen aldehyd và monoterpen keton

Monoterpen aldehyd có 2 nối đôi C=C ( citral a (geranial) và citral b (nerol) (C10H16)): mùi vỏ quả chanh; phân lập từ tinh dầu vỏ chanh và tinh dầu sả chanh, thành phần chính của tinh dầu sả chanh

Sự ngưng tụ aldol của citral với aceton trong các điều kiện kiềm → pseudoionon (C13H20O); khi đun nóng với acid → đóng vòng → α- và β-ionon

có trong tinh dầu lá thông, citrus

(cam, chanh, bưởi,…)

α-terpinen γ-terpinen terpinolen α-phellandrene β-phellandren limonen

* Các monoterpen alcohol và các monoterpen thiol

Menthan-3-ol (C10H20O) là alcohol no quan trọng nhất

Dạng racemic của menthol được điều chế bằng sự hydro hóa xúc tác isopropyl methyl phenol là một thành phần của tinh dầu húng tây

Thành phần chính của tinh dầu bạc

hà là (-)-menthol Tnc 43oC

* Các monoterpen keton

hóa bởi acid chromic Menthon có 2 nguyên tử C bất đối xứng, menthon xuất hiện trong tinh dầu cây phong nữ và (-)-menthon xuất hiện trong tinh dầu bạc hà

hà hăng

(S)-(+)- có trong tinh dầu cây carum, thì là và có mùi carum, dạng (R)-(-)-

có mùi giống bạc hà

2 Các monoterpen một vòng

* Nhóm caran: Caron quang hoạt caran-2-on (C10H16O),

Ts 101oC/20 mbar, mùi hương giống mùi camphor, được điều chế bằng cách cộng hydro bromide với dihydrocarvon

* Nhóm pinan: dẫn xuất chủ yếu là các HC

không no α-pinen và β-pinen , có trong tinh

dầu thông (80-90%); nhận được bằng cách

chưng cất hơi nước nhựa các loài thông

* Nhóm bornan: camphor

(C10H16O), là một keton hai

vòng

1 Các sesquiterpen mạch hở

2 sesquiterpen alcohol faresol và nerolidol chứa 3 nối đôi C=C

Farnesol được điều chế từ nerolidol, mùi hoa lan chuông, dùng làm chất thơm; farnesen tồn tại dạng đồng phân α và β

Dẫn xuất của

farnesen là nerolidol ,

farnesenic

2 Các sesquiterpen một vòng

Sesquiterpen có khung bisabolan: bisabolen (C15H24), zingiberen

(C15H24) Bisabolen có 3 đồng phân do sự khác nhau về vị trí liên kết đôi

Zinggiberen là thành phần chủ yếu trong dầu gừng có 2 nối

đôi liên hợp

diệt khuẩn, làm lành vết thương, chữa loét tá tràng

Cadinen từ tinh dầu bách xù và tuyết tùng,

selinen từ tinh dầu cây cần tây

Cadinen có 2 đồng phân cấu tạo là

C15H24 α-saltalen từ tinh dầu gỗ cây đàn hương tráng và modhephen một dẫn xuất của propellan được phân lập từ

vi khuẩn que có màu vàng

làm chất định hương

Hợp chất phổ biến, có tính chất biến hóa bất thường là

caryophyllen Sự chuyển vị xúc tác acid → olefin và clove-2-en

caryolan-1-Sesquiterpen lacton

Họ Cúc có khoảng 20.000, giàu sesquiterpen lacton

hoa vàng thuộc họ Cúc, tác dụng chống sốt rét

4 Các sesquiterpen 3 vòng

Các sesquiterpen

Các sesquiterpen hai vòng Các sesquiterpen một vòng Các sesquiterpen mạch hở

Các sesquiterpen 3 vòng

chứa 1 nối đôi C=C và 2 trung tâm bất đối xứng Phytol có hai nguyên tử

C bất đối xứng (C-7 và C-11) và một nối đôi C-2=C-3 Phytol thiên nhiên

có góc quay cực phải

Phytol sử dụng trong công nghệ tổng hợp các vitamin E và

K và trong công nghệ sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa, sản

phẩm chăm sóc sắc đẹp, sản phẩm gia dụng với mùi

hương trái cây, rượu màu

Phytol

*

*

(R) (R)

OH

Trong công thức cấu tạo của vitamin K 1 và vitamin E có gốc phytyl

Vitamin K tác dụng làm đông máu → ứng dụng trong y học; sản xuất mỹ phẩm Vitamin K có trong rau cải (cải bắp, súp lơ, ngò tây, rau diếp…) Dãy vitamin E thuộc nhóm tocopherol gồm 2 thành phần cấu tạo là chroman và gốc phytyl đã được hydro hóa

Vitamin E có trong các

loại ngũ cốc, rau, dầu

thực vật

c) Các diterpen 4 vòng: Phorbol (C20H28O6) là hợp chất dạng este 12,13-dicarboxylat ở trong dầu ba đậu từ hạt cây Croton tiglium L., họ thực vật Euphorbiaceae, là một chất đồng gây ung thư (làm tăng tốc độ tác dụng các HC gây ung thư)

Cafestol và kahweol có hàm lượng 18%

este diterpen trong dầu hạt cà phê Sự khác

biệt giữa cafetol và kahweol là một liên kết

đôi trong kahweol

d) Diterpen 5 vòng: dẫn xuất của trachloban

thuộc loại diterpen 5 vòng dính kết

Nhóm hợp chất C25Hn giữa các diterpen và triterpen được biết đến dưới dạng các sesterterpen

Các diterpen 5 vòng

2.1.3 Các diterpen

Squalen C30H48 là chất triterpen không vòng, thu được từ dầu gan cá voi, lượng nhỏ trong động vật có vú; cấu tạo từ 6 đơn vị isopren và chứa 6 nối đôi cô lập có cấu hình (E)

Triterpen 1 vòng, 5 vòng và các hợp chất khác có nguồn gốc từ triterpenoid (steroid), đều có quan hệ chặt chẽ về cấu trúc với squalen Bước trung gian của sự sinh tổng hợp cholesterol là một triterpen alcohol, lanosterol (C30H50O) hình thành từ squalen qua một ion protolanosterol với nhóm hydroxy được hình thành qua sự oxi hóa 2,3-epoxysqualen

Carotenoid phân bố trong động vật và

thực vật, HC đa nối đôi caroten (C40H56) được Vackerode phân lập từ củ cà rốt năm 1831 Màu của các carotenoid là do

sự có mặt của một số lớn các nối đôi liên hợp làm các nhóm mang màu

Khi được đưa vào cơ thể động

vật β-caroten được phân cắt

enzyme thành 2 phân tử vitamin

A và do đó là một tiền vitamin A

2.1.5 Các tetraterpen

α-Caroten: dạng tinh

thể, Tnc 188oC

γ-Caroten: Tnc 178oC, là chất trung gian giữa β-caroten và lycopen

Lycopen: C40H56 (đồng phân của caroten): Phân

tử gồm một chuỗi 8 đơn vị isopren; kết tinh thành tinh thể, Tnc 174oC, tạo màu đỏ thẫm của cà chua, quả tầm xuân…; chứa 13 nối đôi Sự chuyển hóa lycopen trong cà chua → vitamin A theo sơ đồ chuyển hóa:

2.1.5 Các tetraterpen

2 Cao su thiên nhiên

Cao su thu từ chất mủ (latex) được chiết từ

cây nhiệt đới

Cao su tạo bởi các phân tử HC có phân tử lượng cao (C5H8O3)n được lắp ráp theo quy tắc isopren

Nhiệt phân cao su → isopren và dipenten

Phân tử cao su có khối tương đối trung bình khoảng 350.000

- Phân bố rộng rãi trong thực vật (n=8-12), động vật (dolichol, n=16-21)

- Phần đa nối đôi có cấu hình (Z) - 2 nhóm thế hơn cấp ở 2 nguyên tử C ở cùng một phía nhưng cũng có một ít chất có cấu hình (E)

- Các dolichol có 1 vai trò chuyển hóa chất do vận chuyển các monosaccharid qua các màng lipid

Các hạt cao su lơ lửng chứa vật liệu protein; dễ bị đông tụ bởi các acid (acid formic; aicd acetic);

1 Các polyprenol:

- Tầm quan trọng của cao su thiên nhiên phụ thuộc vào kỹ thuật chế biến

- Ở dạng tinh khiết cao su là chất dẻo; khi bảo quản (do sự kết tinh và liên kết ngang của các phân tử chuỗi thẳng) → rắn và ròn

- Để cao su thiên nhiên những tính chất có giá trị (tính đàn hồi, khả năng

đề kháng với tác động hóa học và của khí quyển) thì cần phải lưu hóa

- Sự lưu hóa cao su (Guddia – 1838): + cao su được làm nóng và nhào nặn trong sự có mặt của không khí → dạng chất dẻo (sự dẻo hóa); trộn với

S và một chất độn (muội bồ hóng, kẽm oxid) cùng các vật liệu khác hỗ trợ cho sự lưu hóa và các chất ổn định

+ Hỗn hợp được ép khuôn và làm nóng ~120oC (sự lưu hóa nóng) → liên kết ngang của các phân tử cao su đã được duỗi dài bởi các cầu S (hàm lượng S 2% - cao su mềm ÷ 30%- cao su rắn (ebonit)

- Chế tạo cao su vách mỏng, sử dụng quá trình lưu hóa lạnh: cao su được

nhúng vào một dung dịch disulfide trong cacbon disulfide

- Cao su sủi bọt được chế tạo bằng cách đưa thêm vào một chất phân hủy

với sự giải phóng nito ở nhiệt độ lưu hóa (benzensunfonyl hydrazid, azobisisobutyronitril/acid N,N’-dinotroterephthalic N,N’dimethyldiamid

α,α’-3 Sự lưu hóa cao su

- Fritz Hofmann – 1909: dùng 2,3-dimethylbutadien làm nguyên liệu đầu, trùng hợp tự phát ở T phòng → sản phẩm ≈ cao su; butadien được sử dụng trùng hợp khi có natri kim loại (cao su buna)

- Đồng trùng hợp của butadien với styren trong nhũ tương (xúc tác peroxid) → cao su styren-butadien; đồng trùng hợp butadien và các acrylonitril → cao su nitril

5 Các polyme khối:

Polyme được chế tạo theo cách 2 thành phần được xếp đặt thành các khối nối tiếp nhau, Bn-Sm

Mạch nhánh (styren) gắn vào nối đôi polybutadien, trùng hợp → polystyren cis-1,4Polybutadien hòa tan trong monome styren

- Các nối đôi từ polybutadien được

7 Gutta-pecha (Nhựa két-(C5H8)n), thu được

bằng cách làm khô nhựa mủ của các cây nhiệt

đới khác nhau (VD Palaquinum gutta);

+ Là đồng phân cấu trúc của cao su thiên nhiên;

+ Có một chuỗi all-trans-1,4-polyisopren (tất cả các nối đôi có cấu hình (E) + Sử dụng trong công nghiệp điện (chất cách điện, dây cáp ngầm dưới biển)

6 Các polyme ghép

Các polyprenol

Sự lưu hóa cao su Cao su thiên nhiên Các polyprenol

Các elastome tổng hợp Các polyme khối

Các polyme ghép

Gutta-pecha

+ Terpenoid phân bố rộng trong thiên nhiên, chủ yếu trong thực vật (> 22.000 terpenoid); terpenoid là các thuốc lâm sàng quan trọng/ các tiền chất

+ Terpenoid và sesquiterpenoid có trong thực vật (dạng chất lỏng dầu), mùi đặc trưng; là thành phần chính trong tinh dầu/ dầu dễ bay hơi (điều chế bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước)

+ Diterpenoid có vị đắng, ở dạng chất rắn tinh thể; triterpenoid và sterol ở dạng tự do/glycosid trong thực vật; glycosid của triterpenoid

và sterol (saponin - gây bọt trong nước và làm tan tế bào máu); tetraterpenoid (chất màu tetraterpenoid do đặc tính liên hợp)

+ Monoternpenoid là thành phần chính của mùi thơm thực vật (tinh dầu tạo nước hoa và chất mùi)

2.2 Sự xuất hiện của các terpenoid

* Cấu trúc monoterpen (1890-1920, Wallach, Wagner, Tiema nn, Semmler,Perkin)

+ Methol-tinh dầu cây bạc hà (Metha arvensis-giảm đau cục bộ, làm mát; hương vị cho đồ ngọt, thuốc lá, thuốc đánh răng)

+ Terpineol và α-pinen-dầu thông Thujon-tác nhân độc của cây ngải tây, borneol được dẫn xuất từ dầu thông-chất khử mùi, tẩy uế

+ Geraniol-thành phần chính của cây

mỏ hạc (Pelargonium graveolens) và

đồng phân của nó;

+ Linalool-cây dầu xô thơm

+ Citral-dầu chanh-dầu xả

Sesquiterpenoid có trong các phân đoạn T s cao của các tinh dầu

* Caryophyllen (dầu đinh hương); humulen (hoa bia); cedren (dầu gỗ tuyết tùng; longifolen (dầu thông Ấn Độ-Pinus ponderosa)

* Sesquiterpenoid lacton là các thành phần hoạt tính sinh học của các thực vật họ Compositae (syn Asteraceae):

+ Santonin (Artemisia maritima-cây ngải tây-thuốc để loại bỏ giun trong ruột;

2.2 Sự xuất hiện của các terpenoid

+ Các dẫn xuất qinghaosu ( artemisinin ) chiết từ cây thuốc cổ truyền Trung Quốc Artemisia annua với hoạt tính kháng sốt rét mạnh (dẫn xuất gồm artemether và artesunat)

+ Các sesquiterpenoid nerolidol, farnesol và ylangen (trong tinh dầu hoa cam, bạc hà, gỗ đàn hương, gừng, hoa Cúc La Mã) có tính chất chống dị ứng và chống viêm

Periplalon B là chất dẫn dụ giới tính nữ của loài gián

Santonin là chất nhạy quang (trong cây ngải tây)

Gossypol - sesquiterpen dime (hạt cây bông) sử dụng làm thuốc tránh thai

+ Hocmon thực vật acid abscisic

là sesquiterpenoid được xác định

năm 1965 - kích thích sự rụng lá

trong thực vật

Nhiều diterpenoid là các sản phẩm là các sản phẩm nhựa gỗ

nhận được từ các loài Pinus và Abies Nó được sử dụng trong vecni và xà phòng nhựa cây

+ Acid pimaric (từ Pinus) và acid podocarpic (từ Podocarpus cupressium)

+ Các thành phần trung tính của nhựa gỗ bao gồm manoyl oxid

2.2 Sự xuất hiện của các terpenoid

* Các acid và phenol bảo vệ gỗ khỏi vi nấm và côn trùng

+ Diterpenoid bị oxi hóa có khung clerodan là chất gây ngán ăn (có trong lá Ajuga, Salvia, Scutellaria và Teucrium)

+ Chất màu đỏ và da cam của lá loài Coleus (coleon B) và hoạt chất của thuốc, Tan-shen (Salvia miltiorrhiza) là quinon diterpenoid

* Diterpen xuất hiện trong cả hai dãy đồng phân đối quang

+ Retiononid, vitamin A , nhóm diterpen đơn vòng (giàu trong dầu cá)

+ Phytol - diterpen thiên nhiên mạch

thẳng để điều chế vitamin E và K1

+ Các diterpen 2 vòng, 3 vòng là các

hoạt chất với khung kauran phổ biến

+ Acid ent-kaurenoic là tiền chất sinh

tổng hợp của các hocmon sinh trưởng

thực vật

+ Steviol là aglycol của chất làm

ngọt thiên nhiên steviosid (từ cây

Cỏ ngọt, Stevia rebaudiana); sử

dụng làm chất làm ngọt không

dinh dưỡng trong các nước uống

năng lượng thấp Taxo l® (hoặc

paclitaxel) (vỏ cây thông Thái

Bình Dương); làm thuốc chống

ung thư)

+ Gibberella fujikuroi là mầm gây bệnh trên

lúa, làm cho thực vật mọc nhanh sau đó

chết; sử dụng trong lên men trong sản xuất

bia (kích thích sự tạo thành enzyme thủy

phân tinh bột, α-amylase); sử dụng trong

sản xuất các loại nho không hạt

+ Paclitaxel và chất tương tự của nó docetaxel (taxotere®) điều trị nhiều loại ung thư (ung thư phổi, buồng trứng, vú, tim và cổ);

2.2 Sự xuất hiện của các terpenoid

thực vật và mỡ động vật có vú)

+ Lanosterol - triterpen 4 vòng phổ biến, thành

phần chính của mỡ lông cừu; este của nó có

trong crem mỡ lông cừu

+ Các triterpen khác (α-amyrin và β-amyrin, có

trong nhựa gỗ và vỏ của nhiều cây)

+ Triterpen lacton, abietospiran, kết tinh trên bề mặt của

cây lãnh sam bạc (Abies alba) cho nó màu trắng xám

+ Acid glycyrrhetinic là một triterpen được tìm thấy

trong cam thảo và có các tính chất điều trị các bệnh

ung thư tiêu hóa

+ Các triterpen (trong cơ quan tạo bào tử của nấm Basidiomycete: Polyporus (acid polyporenic) và Ganoderma (acid ganoderic) Sâm thuốc Trung Quốc (Panax ginseng) chứa các glycosid của các triterpen như protopanaxadiol; các dẫn xuất của betulin (từ vỏ cây sồi rừng) có hoạt tính đối với virus suy giảm miễn dịch người

+ Các triterpen thoái biến và oxi hóa cao

hơn được minh họa bởi limonin , một chất

chính có vị đắng nhận được từ hạt chanh

và cam

+ Các chất khác của nhóm này nhận được

từ gỗ lõi của các cây trong các họ

Meliaceae và Rutaceae: azadirachtin (từ

cây Xoan) có hoạt tính gây ngán ăn côn

trùng mạnh đối với châu chấu

2.2 Sự xuất hiện của các terpenoid