Synthesis structural characterization of 4 4 dibenzoylcurcumin and assessment of its complexation with fe3 and cu2

VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 Original Article Synthesis, Structural Characterization of 4’,4’’Dibenzoylcurcumin and Assessment of its Complexation with Fe3+ and Cu2+ Pham Thu Thuy1, Pham Chien Thang1, Nguyen Viet Ha2, Trieu Thi Nguyet1, Faculty of Chemistry, VNU University of Science, 19 Le Thanh Tong, Hanoi, Vietnam Hanoi Metropolitan University, 98 Duong Quang Ham, Hanoi, Vietnam Received 17 May 2019 Revised 30 July 2019; Accepted 31 July 2019 Abstract: The curcumin derivative 4’,4’’-dibenzoylcurcumin (HL) was synthesized by the reaction between curcumin and benzoyl chloride in the presence of pyridine as a supporting base The composition and structure of HL were characterized by spectroscopic methods such as IR, 1H and 13C NMR spectroscopy Reactions of HL and transition metal ions, such as Fe3+ and Cu2+, in mixtures of CH3OH and CH2Cl2 gave rise to the corresponding complexes, compositions and structural features of which were studied by thermal analysis and IR spectroscopy The results strongly suggested the obtained complexes with the compositions of [FeL3] and [CuL2] In such compounds, metal ions coordinates with the deprotonated ligands L– through the donor sets (O,O) of the keto-enol moieties Keywords: Curcumin, 4’,4’’-dibenzoylcurcumin, β-diketone, Fe(III) complexes, Cu(II) complexes  Corresponding author Email address: nguyetdhkhtn@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4900 22 VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc 4’,4’’-Đibenzoylcucumin thăm dò khả tạo phức với Fe3+ Cu2+ Phạm Thu Thùy1, Phạm Chiến Thắng1, Nguyễn Việt Hà2, Triệu Thị Nguyệt1, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Thủ Đô Hà Nội, 98 Dương Quảng Hàm, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 17 tháng năm 2019 Chỉnh sửa ngày 30 tháng năm 2019; Chấp nhận đăng ngày 31 tháng năm 2019 Tóm tắt: Dẫn xuất 4’,4’’-đibenzoylcucumin (HL) cucumin tổng hợp từ phản ứng cucumin benzoyl clorua với có mặt pyriđin Cấu tạo HL nghiên cứu phương pháp phổ hồng ngoại phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR 13C NMR Phản ứng HL với ion kim loại chuyển tiếp Fe3+ Cu2+ hỗn hợp dung môi CH3OH CH2Cl2 tạo phức chất rắn tương ứng Thành phần phân tử đặc điểm cấu tạo phức chất khảo sát phương pháp phân tích nhiệt phổ hồng ngoại Kết cho phép khẳng định thành phần phức chất [FeL3] [CuL2], phối tử 4’,4’’-đibenzoylcucumin tồn dạng anion mang điện tích âm đóng vai trị phối tử hai với nguyên tử cho (O,O) hợp phần xeto-enol Từ khóa: Cucumin, 4’,4’’-đibenzoylcucumin, β-đixeton, phức chất Fe(III), phức chất Cu(II) loại cucumin dẫn xuất khơng ngừng đẩy mạnh [4] Tuy nhiên, số lượng công trình tập trung vào cấu trúc phức chất chưa nhiều [5-9] Trong báo này, phối tử 4,4’đibenzoylcucumin (HL) tổng hợp nghiên cứu cấu trúc phương pháp phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR 13 C NMR Bên cạnh đó, khả tạo phức chất rắn phối tử với số ion kim loại chuyển tiếp Fe3+ Cu2+ bước đầu thăm dò Đây cơng trình liên quan đến phức chất kim loại 4,4’-đibenzoylcucumin công bố Mở đầu Cucumin, thành phần có củ nghệ (thuộc họ gừng), số sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học Những nghiên cứu bốn thập niên gần tác dụng dược lý đa dạng cucumin khả sử dụng việc điều trị số bệnh mãn tính Alzheimer, Parkinson, bệnh phổi, bệnh tim mạch, bệnh tiểu đường [1-3] Những hoạt tính sinh học quý thường tăng cường cucumin tạo phức với ion kim loại Do đó, năm gần đây, nghiên cứu phức chất kim  Tác giả liên hệ Địa email: nguyetdhkhtn@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4900 23 24 P.T Thuy et al / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 Thực nghiệm 2.1 Hóa chất phương pháp nghiên cứu - Các hóa chất sử dụng đạt tiêu chuẩn tinh khiết phân tích - Phổ hồng ngoại ghi máy IRAffinity-1S vùng 400-4000 cm-1 Bộ mơn Hố Vơ cơ, Khoa hố học, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội Mẫu ép viên rắn với KBr - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR 13 C NMR ghi máy Bruker-500MHz 300K, dung mơi CDCl3 Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam - Giản đồ phân tích nhiệt ghi máy Labsys TGA 1600 Setaram Khoa Hóa học, Trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội Mẫu đốt nóng khí thường từ nhiệt độ phòng đến 800oC, với tốc độ 10oC/phút 2.3 Tổng hợp phức chất Thêm từ từ 172,8 mg HL (0,3 mmol) vào mL dung dịch hỗn hợp CH3OH/CH2Cl2 chứa 0,1 mmol Fe(NO3)3.9H2O 0,15 mmol CuCl2.2H2O Hỗn hợp phản ứng khuấy đun nóng nhiệt độ 50-60°C 30 phút Sau thêm 0,3 mmol Et3N, hỗn hợp phản ứng tiếp tục khuấy đun hồi lưu để phản ứng xảy hoàn tồn Sau loại bỏ dung mơi khỏi hỗn hợp phản ứng, sản phẩm rắn rửa lại nhiều lần CH3OH, làm khô chân không Phức Fe(III) Hiệu suất 75% Màu đen Ít tan ancol Tan tốt CH2Cl2, CHCl3, DMF Phức Cu(II) Hiệu suất 70% Màu nâu đậm Ít tan dung mơi thơng thường Tan tốt DMF 2.2 Tổng hợp phối tử 4,4’-đibenzoylcucumin Phối tử 4,4’-đibenzoylcucumin tổng hợp phản ứng aroyl hóa cucumin theo quy trình Singletary cộng cơng bố [10] Hịa tan 0,8 g cucumin (2,18 mmol) 200 mL CH2Cl2 chứa mL pyriđin mL benzoyl clorua Sau khuấy đun hồi lưu giờ, hỗn hợp phản ứng xử lý với lượng dư dung dịch HCl 0,1M pha hữu chiết với CH2Cl2 Làm bay hoàn toàn CH2Cl2 áp suất thấp thu 0,9 g chất rắn màu vàng Hiệu suất 72% Sơ đồ Phản ứng tổng hợp phức chất 4,4’đibenzoylcucuminato kim loại Kết thảo luận 3.1 Nghiên cứu phối tử 4,4’-đibenzoylcucumin (HL) Sơ đồ Phản ứng tổng hợp 4,4’-đibenzoylcucumin (HL) từ cucumin Đặc điểm cấu tạo HL làm sáng tỏ so sánh phổ tương ứng HL với chất đầu cucumin P.T Thuy et al / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 25 Trên phổ IR HL, vắng mặt dải hấp thụ ứng với nhóm -OHphenol vùng 32003600 cm–1 biến hoàn tồn nhóm q trình benzoyl hóa cucumin Bên cạnh đó, nhóm benzoyl khung phối tử xác định qua dải hấp thụ có cường độ mạnh 1734 cm–1 ứng với nhóm C=Oeste (Hình 1) Dải hấp thụ mạnh gần 1626 cm–1 đặc trưng cho nhóm C=Oxeton quan sát thấy phổ IR cucumin HL Điều cho thấy bảo tồn hợp phần β-đixeton q trình benzoyl hóa cucumin OHphenol 5,88 ppm xuất tín hiệu proton C6H5benzoyl vùng 7,5 ppm – 8,2 ppm minh chứng cho q trình benzoyl hóa hồn tồn nhóm OHphenol cucumin (Hình 2, Bảng 1) Tín hiệu singlet giãn rộng 15,85 ppm phổ 1H NMR HL, 16,06 ppm phổ cucumin quy gán cho proton OHenol Dữ kiện dạng tồn xeto-enol khung ‘β-đixeton’ dung dịch (a) (a) (b) Hình Phổ IR (a) cucumin, (b) HL Đặc điểm cấu tạo HL dung dịch nghiên cứu phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR 13C NMR dung mơi CDCl3 Sự biến tín hiệu proton Vị trí (ppm) 16,06 - Đặc điểm s, rộng - (b) Hình Phổ 1H NMR CDCl3 (a) cucumin (b) HL Bảng Tín hiệu phổ 1H NMR cucumin HL Cucumin HL Hằng số Hằng số Tích Vị trí Đặc Tích tương tác Quy gán tương tác phân (ppm) điểm phân spin (Hz) spin (Hz) 1,00 - OHenol 15,83 - - - 8,22 s, rộng 1,00 d 4,00 Quy gán - OHenol H Cm, Cm’,Ch, Ch’ P.T Thuy et al / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 26 7,63 d 2,06 16 H C1, C1’ 7,68- 7,63 m 4,00 - 7,16 7,08 6,97 6,52 5,88 5,83 3,98 dd d d d s s s 2,04 2,03 2,01 2,07 2,00 1,00 6,00 8; 1,5 16 - H Cf, Cf’ H Cb, Cb’ H Ce, Ce’ H C2, C2’ OHphenol H C4 H C5, C5’ 7,52 t 4,00 7,23- 7,18 m 6,00 - 6,61 5,89 3,88 d s s 2,00 1,00 6,02 16 - H C1, C1’ & H Ck, Ck’ H Ci, Ci’, Cl, Cl ’ H Cf, Cb, Ce, Cf’, Cb’, Ce’ H C2, C2’ H C4 H C5, C5’ s: singlet, d: doublet, dd: doublet doublet Một chứng khác cho dạng tồn pic 101,8 ppm đặc trưng cho Cmetin cầu nối hai nhóm xeton enol phổ 13C NMR hai chất (Hình 3) Việc quy gán tín hiệu phổ 13C NMR HL (Bảng 2) thực so sánh với nghiên cứu chi tiết cấu trúc cucumin dung dịch Payton cộng cơng bố [11] Bảng Tín hiệu phổ 13C NMR HL Vị trí (ppm) 183,2 164,5 151,7 141,7 140,0 134,1 133,6 130,4 Quy gán C3, C3’ C6, C6’ Cd, Cd’ Cc, Cc’ C1, C1’ Ca, Ca’ Cg, Cg’ m C , Cm, Ch, Ch’ Vị trí (ppm) 124,3 123,5 121,2 111,7 101,8 56,0 129,2 128,6 3.2 Nghiên cứu phức chất Fe(III) Cu(II) với phối tử HL Phức chất Fe(III) Cu(II) phối tử 4,4’đibenzoylcucumin HL tổng hợp phản ứng trực tiếp phối tử với muối kim loại chuyển tiếp tương ứng hỗn hợp CH3OH CH2Cl2 với có mặt Et3N (Sơ đồ 2) Bazơ thúc đẩy tách proton phối tử tạo thuận lợi cho việc tạo thành phức chất Quy gán C2, C2’ Cf, Cf’ Ce, Ce’ Cb, Cb’ C4 C , C5’ Ck, Ck’ i C , Ci’, Cl, Cl’ (a) (b) Hình Phổ IR (a) [FeL3] (b) [CuL2] Hình Phổ 13C NMR HL Khi so sánh phổ hồng ngoại phức chất (Hình 4) phổ hồng ngoại phối tử tự HL (Hình 1b) nhận thấy dải dao động nhóm C=Oxeton phổ phức chất (1628 cm–1 với phức Fe(III) 1626 cm–1 với phức Cu(II)) hầu P.T Thuy et al / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 khơng chuyển dịch có cường độ yếu so với phổ phối tử (1626 cm–1) Hiện tượng quan sát thấy số phức chất kim loại với dẫn xuất khác cucumin [7-8] giải thích liên hợp nối đơi vị trí β với hợp phần β-đixeton hạn chế khác biệt phân bố mật độ electron π hợp phần trước sau tạo phức Ngoài ra, phổ IR phức chất Fe(III) xuất dải hấp thụ chân rộng cường độ yếu vùng 3500 cm-1 Dải quy gán cho nhóm OH nước ẩm Bên cạnh phổ IR, phương pháp phân tích nhiệt sử dụng để nghiên cứu thành phần đặc điểm cấu tạo phức chất Giản đồ phân tích nhiệt phức chất [FeL3] [CuL2] đưa Hình Figure: Experiment:ThangVC FeBenCur Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air 05/02/2019 Procedure: RT > 900C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG Mass (mg): 15.15 TG/% d TG/% /min 60 Peak :88.71 °C Peak :453.60 °C -3 40 Peak :356.26 °C -6 20 Peak :213.82 °C -9 Mass variation: -3.19 % -12 Mass variation: -16.87 % -20 Mass variation: -26.64 % -15 -40 -18 Mass variation: -38.55 % -60 -21 -80 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C (a) Figure: Experiment:ThangVC CuBenCur Crucible:PT 100 µl [FeL3] [CuL2] Pic Nhiệt độ (oC) Atmosphere:Air 05/03/2019 Procedure: RT > 900C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG Mass (mg): 13.38 TG/% d TG/% /min 60 -3 40 Peak :303.62 °C 20 -6 Peak :425.13 °C -9 -20 Mass variation: -45.70 % -40 -12 -60 Mass variation: -35.84 % -15 -80 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C (b) Hình Giản đồ phân tích nhiệt (a) [FeL3] (b) [CuL2] Xuất phát từ khả tạo phức chất bát diện ion Fe3+ phức chất vuông phẳng ion Cu2+ khả tạo phức vòng với nguyên tử cho (O,O) hợp phần β-đixeton HL, phức chất thu có thành phần dự kiến [FeL3] [CuL2] với cấu tạo Hình Sự phù hợp chế phân hủy nhiệt đề xuất hiệu ứng khối lượng giản đồ phân tích nhiệt phức chất [FeL3] (Hình 5a, Bảng 3) [CuL2] (Hình 5b, Bảng 3) cho phép khẳng định thành phần cấu tạo mong đợi phức chất Bảng Kết phân tích nhiệt phức chất [FeL3] [CuL2] Phức chất 27 % Mất khối lượng Thực nghiệm Lý thuyết 88,7 3,19 - 213,8 16,87 16,81 356,3 26,64 26,91 453,6 38,55 38,68 303,6 45,70 44,10 425,1 35,84 38,87 Quá trình Mất nước ẩm FeL3 → Fe(C3H4O2CH3)3 CuL2 → Cu(C3H4O2)2 28 P.T Thuy et al / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol 35, No (2019) 22-28 Tài liệu tham khảo (a) (b) Hình Cơ chế phân hủy nhiệt đề xuất (a) [FeL3] (b) [CuL2] Kết luận Đã tổng hợp thành công nghiên cứu phối tử 4,4’-đibenzoylcucumin (HL) phương pháp phổ IR, 1H NMR 13C NMR Đã tổng hợp thành công hai phức chất rắn [FeL3] [CuL2] Thành phần đặc điểm cấu tạo hai phức bước đầu nghiên cứu phương pháp phổ IR phân tích nhiệt Kết cho phép kết luận thành phần phân tử tạo thành liên kết phối trí ion kim loại phối tử qua nguyên tử cho (O,O) hợp phần β-đixeton Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 104.032016.48 [1] A Goel, A.B Kannumakkara, B.B Aggarwal, Curcumin as “Curecumin”: From Kitchen to Clinic, Biochem Pharmacol 75 (2008) 787-809 https://doi.org/10.1016/j.bcp.2007.08.016 [2] T Esatbeyoglu, P Huebbe, I.M.A Ernst, D Chin, A.E Wagner, G Rimbach, Curcumin - From Molecule to Biological Function, Angew Chem Int Ed 51 (2012) 5308-5332 https://doi.org/ 10.1002/anie.201107724 [3] K Priyadarsini, The Chemistry of Curcumin: From Extraction to Therapeutic Agent, Molecules 19 (2014) 20091-20112 https://doi.org/10.3390/ molecules191220091 [4] S Wanninger, V Lorenz, A Subhan, F.T Edelmann, Metal complexes of curcumin – synthetic strategies, structures and medicinal applications, Chem Soc Rev 44 (2015) 49865002 https://doi.org/10.1039/C5CS00088B [5] J Wang, D Wei, B Jiang, T Liu, J Ni, S Zhou, Two copper(II) complexes of curcumin derivatives: synthesis, crystal structure and in vitro antitumor activity, Transition Met Chem 39 (2014) 553-558 https://doi.org/10.1007/s11243014-9831-z [6] R Pettinari, F Marchetti, C Pettinari, F Condello, A Petrini, R Scopelliti, T Riedel, P.J Dyson, Organometallic rhodium(III) and iridium(III) cyclopentadienyl complexes with curcumin and bisdemethoxycurcumin co-ligands, Dalton Transactions 44 (2015) 20523-20531 https://doi.org/10.1039/C5DT03037D [7] P.T Thùy, P.C Thắng, N.H Huy, N.V Hà, T.T Nguyệt, Synthesis, structural characterization of 4,4’-diacetylcurcumin and its complexes with Fe(III), Co(II) (in Vietnamese), Vietnam Journal of Chemistry 55 (2017) 33-37 [8] P.C Thắng, P.T Thùy, T.T.K Ngân, L.C Định, Đ.T Đạt, T.T Nguyệt, Synthesis, structural characterization of 4’,4’’-dimethoxy-4methylcurcumin and evaluation of its complexation with Co2+ and Cu2+ (in Vietnamese), Vietnam Journal of Chemistry 56 (2018) 113-117 [9] P.T Thùy, P.C Thắng, V.T.B Ngoc, T.T Nguyệt, Synthesis and structural characterization of a heteroleptic Pd(II) complex with 4,4’diacetylcurcumin (in Vietnamese), Vietnam Journal of Chemistry 56 (2018) 119-123 [10] K Singletary, C MacDonald, M Iovinelli, C Fisher, M Wallig, Effect of the beta-diketones diferuloylmethane (curcumin) and dibenzoylmethane on rat mammary DNA adducts and tumors induced by 7,12-dimethylbenz[a] anthracene, Carcinogenesis 19 (1998) 1039-1043 https://doi.org/10.1093/carcin/ 19.6.1039 [11] F Payton, P Sandusky, W.L Alworth, NMR Study of the Solution Structure of Curcumin, J Nat Prod 70 (2007) 143-146 https://doi.org/10 1021/np060263s  ... Đạt, T.T Nguyệt, Synthesis, structural characterization of 4? ?? ,4? ??’-dimethoxy-4methylcurcumin and evaluation of its complexation with Co2+ and Cu2+ (in Vietnamese), Vietnam Journal of Chemistry 56... 26, 64 26,91 45 3,6 38,55 38,68 303,6 45 ,70 44 ,10 42 5,1 35, 84 38,87 Quá trình Mất nước ẩm FeL3 → Fe(C3H4O2CH3)3 CuL2 → Cu(C3H4O2)2 28 P.T Thuy et al / VNU Journal of Science: Natural Sciences and. .. N.H Huy, N.V Hà, T.T Nguyệt, Synthesis, structural characterization of 4, 4’-diacetylcurcumin and its complexes with Fe(III), Co(II) (in Vietnamese), Vietnam Journal of Chemistry 55 (2017) 33-37