Bài giảng hoá học các hợp chất thiên nhiên đại học thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN KỸ THUẬT HĨA HỌC BÀI GIẢNG TS NGUYỄN THỊ THU HÀ E-mail: nguyenthithuha@tlu.edu.vn ĐT:Nội 0912477714 Hà – 1/2020 Học: LÝ THUYẾT 30 TIẾT (GiẢNG 25T + TỰ HỌC 5T) Tài liệu: GIÁO TRÌNH HỌC TẬP VỞ GHI, GiẤY NHÁP MÁY TÍNH CÁ NHÂN Đánh giá: Kiểm tra kỳ: 01 (10%) Bài tập lớn nhà: 01 (10%) Chuyên cần, thái độ : Quá trình học (10%) Thi: Tự luận 90 phút Trọng số điểm thi: 70% GIÁO TRÌNH SỬ DỤNG, TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình: Trần Thu Hương, Phan Minh Giang, Hóa học hợp chất thiên nhiên, NXB Bách khoa Hà Nội, 2016 Các tài liệu tham khảo: [1] McMurry J and Simanek E, Fundamentals of Organic Chemistry, 7th edition Thomson Brooks Cole, 2010 NỘI DUNG HỌC PHẦN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG - NHÓM CARBOHYDRAT CHƯƠNG 2: CÁC HỢP CHẤT TERPENOID CHƯƠNG 3: CÁC HỢP CHẤT STEROID Nội dung CHƯƠNG 4: CÁC HỢP CHẤT ALKALOID CHƯƠNG 5: CÁC AMINO ACID, PEPTID VÀ PROTEIN CHƯƠNG 6: CÁC HỢP CHẤT PHENOLIC CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC PHẦN Kiến thức: + Trình bày khái niệm, phân bố đường sinh tổng hợp hợp chất thiên nhiên + Trình bày quy trình tiến hành nghiên cứu hợp chất thiên nhiên, thành phần, phân loại, cấu trúc, đặc điểm hóa học, hoạt tính sinh học tiêu biểu hợp chất phổ biến tự nhiên + Vận dụng kiến thức mơn học để dự đốn hoạt tính, phân tích thành phần hoạt chất có mẫu dược liệu thực tế CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC PHẦN Kỹ năng: + Có khả đọc hiểu tài liệu chun mơn có nội dung liên quan đến mơn học + Kỹ phán đốn thành phần hoạt chất mẫu dược liệu dựa vào giống, họ, loài, địa phương sinh trưởng + Kỹ sử dụng số phần mềm máy tính (word, chemdraw ) để làm tập lớn Phẩm chất đạo đức cá nhân, nghề nghiệp, xã hội + Rèn luyện tính tư độc lập, ham tìm hiểu, học hỏi + Có ý thức bảo vệ mơi trường, bảo vệ thiên nhiên + Bồi dưỡng tình yêu ngành, yêu nghề Kỹ thuật Hóa học Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG - NHÓM CARBOHYDRAT 1.1 Mở đầu 1.2 Các carbohydrat 1.1 Mở đầu 1.1.1 Vài nét lịch sử đối tượng nghiên cứu 1.1.2 Sự phân bố hợp chất thiên nhiên (HCTN) 1.1.1 Vài nét lịch sử đối tượng nghiên cứu Tên hợp chất Năm phân lập Acid tartaric 1769 Acid lactic 1782 Base hữu - Morphin - Cafein, quinin - Nicotin 1805 1820 1828 Các loại chất màu hữu - Chlorophyl - Caroten 1818 1831 Các hợp chất thiên nhiên - Hợp chất terpen - Hợp chất hydrat cacbon - Hợp chất peptit - Hợp chất steroid 1825 1825 1900 1900 10 6.2 Sự xuất hợp chất phenolic thiên nhiên + Phenolic có tồn giới thực vật (khơng có vi khuẩn, tảo, vi nấm), có tính chất kháng sinh (griseofulvin từ Penicillium griseofulvum điều trị bênh nấm bàn chân người) + Tất loài dương xỉ, hạt kín hạt trần có lignin thành tế bào; tiền chất lignin phenylpropanoid + Acid hydroxybenzoic, acid hydroxycinnamic flavonoid xuất rộng rãi Các lớp khác phenol có phân bố tách biệt 15 6.2 Sự xuất hợp chất phenolic thiên nhiên + Isoflavonoid có họ Leguminosae, anthraquinon có họ thực vật, xanthon Gentianaceae, Guttiferae, Moraceae Polygalaceae Các họ Leguminosae, Rutaceae Umbeliferae chứa tập trung chất coumarin + Quinon có thực vật (họ Rubiaceae, Rhamnaceae Leguminosae) động vật, chất mang màu vi khuẩn vi nấm (juglon từ óc chứa chưa chín), tanshinon từ Salvia miltiorrhiza, sennosid A-D từ Rheum palmatum, spinulosin từ mốc Penicillium spinuhsum, arnebinon arnebifuranon từ Arnebia euchroma + Phenolic ưa dầu có sáp lá/chất dịch chiết từ mô methanol/chloroform 16 6.2 Sự xuất hợp chất phenolic thiên nhiên Các lớp chất phenolic có thực vật Số ngun tử C Khung C6 Lớp chất Phenol đơn giản C6-C1 Acid phenolic C6-C2 Acetophenon Acid phenylacetic C6-C3 10 13 14 C6-C4 C6-C1-C6 C6-C2-C6 15 C6-C3-C6 18 30 n (C6-C3)2 (C6-C3-C6)2 (C6-C3)n (C6)n (C6-C3-C6)n Acid hydroxycinnamic Phenylpropen Counmarin Isocoumarin Chromon Naphthoquinon Xanthon Stilben Anthraquinon Flavonoid Isoflavonoid Lignan Biflavonoid Lignin Catechol melanin Flavolan (Tannin ngưng tụ) Ví dụ Catechol, hydroquinon, 2,6dimethoxylbenzoquinon Acid p-hydroxybenzoic, acid salicylic 3-Acetyl-6-methoxy-benzaldehyd, Acid p-hydroxyphenylacetic Acid caffeic, acid ferulic Myristicin, eugenol Umbelliferon, aesculetin Bergenin Eugenin Juglon, plumbagin Mangiferin Acid lunularic Emodin Quercetin, malvin Genistein Podophylotoxin Amentoflavon 17 6.2 Sự xuất hợp chất phenolic thiên nhiên + Acid hydroxycinnamic thiên nhiên dạng tổ hợp nhóm polyphenol khác + Acid caffeic có liên kết với vòng acid cyclohexancarboxylic (acid quinic acid chlorogenic), đường (rhamnose), acid hữu (acid malic), amin (putrescin) lipid (glycerol); liên kết với phenol khác (salicin) hợp chất populosid từ vỏ bạch dương (Populus grandidentata) + Các loài rêu tạo polyphenol dãy flavonoid đơn giản nấm mốc, địa y + Trong động vật, chất phenolic có tiết chất bảo vệ động vật thân đốt Phenol o-cresol (2-methylphenol) tạo thành côn trùng bọ cánh cứng Hydroquinon xuất bọ cánh cứng pháo thủ, tiền chất chất benzoquinon độc, tạo thành bọ oxi hóa peroxid tiết nhiệt độ cao vào thú ăn mồi Trong họ Lepidoptera, vài chục % bướm chứa flavonoid cánh; chất không tổng hợp de novo mà có nguồn gốc từ thức ăn Trong động vật, amin phenolic adrenamin có chức quan trọng nã mô khác Các phenol đơn giản xuất động vật Tuyến thái dương voi tiết lượng lớn p-cresol bao hậu môn 18 hải ly tiết hỗn hợp phenol acid phenolic 6.2 Sự xuất hợp chất phenolic thiên nhiên Sự phân bố lớp chất phenolic thiên nhiên Loài Lớp chất phenolic Vi khuẩn Các phenol nguồn gốc polyketid quinon Vi nấm Các phenol đơn giản, phenylpropanoid quinon Tảo Các iodo bromophenol, dẫn xuất phloroglucinol thành tế bào Địa y Các anthraquinon, depsid, depsidon xanthon Các phenol thành tế bào, phenylpropanoid, stilbenoid, vài flavonoid Rêu Dương xỉ, Các lignin thành tế bào, nhiều phenolic dạng khác tùng bách có hoa 19 6.3 Tổng hợp tồn phần phịng thí nghiệm 6.3.1 Tổng hợp flavonoid Venkataraman-Wheeler Robinson-Baker- 6.3.2 Chuyển vị Baker-Venkataraman 6.3.3 Sự nung chảy Allan-Robinson 6.3.4 Tổng hợp dihydroflavonol 6.3.5 Tổng hợp flavonoid glycosid 6.3.6 Tổng hợp isoflavon 6.3.7 Tổng hợp chromon 6.3.8 Tổng hợp lignan 6.3.9 Tổng hợp quinon 20 6.3.1 Tổng hợp flavonoid Robinson-Baker-Venkataraman-Wheeler + Qui trình tổng hợp flavonoid dựa phương pháp cổ điển R Robinson, W Baker, K Venkataraman T.S Wheeler + Con đường phổ biến phản ứng o-hydroxyacetophenon (đơn vị C6C2) với aldehyd thơm (đơn vị C6-C1) → chất trung gian C15, sau biến đổi → sản phẩm VD, phloracetophenon ngưng tụ với p-hydroxylbenzaldehyd có mặt kiềm mạnh → chalcon 21 6.3.2 Chuyển vị Baker-Venkataraman + Con đường tổng hợp trực tiếp flavon chuyển vị Baker-Venkataraman o-benzoyloxyacetophenon → o-hydroxybenzoylmethan (xúc tác KOH pyridin) + Sự có mặt H2SO4 CH3COOH, dibenzoylmethan chịu đóng vịng tách nước cho flavon hiệu suất cao 6.3.3 Sự nung chảy Allan-Robinson + Nung chảy Allan-Robinson, o-hydroxyacetophenon đun nóng với anhydrid acid thơm muối K/Na T cao → flavon 22 6.3.4 Tổng hợp dihydroflavonol Sự đóng vịng 2’-hydroxy-α-hydroxy-α,3,4,4’-tetramethoxychalcon natri acetat ethanol cho 3,3’,4’7-o-tetramethyl-2-3-trans- 3,3’,4’,7-o-tetramethyl-2,3cis-dhydroflavonol với hiệu suất 22% 11% Flavan-3-ol flavan-3,4-diol tổng hợp khử dihydroflavonol Sự khử natri bohydrid (NaBH4) methanol dihydroflavonol (cặp đồng phân đối quang) cho chất 2,3-trans-3,4-trans-flavan-3,4-diol (cặp đồng phân đối quang), dung môi không proton (aprotic) dioxan cho chất qpime chúng C-4 Kết giải thích liên kết hydro dung môi không proton 23 6.3.5 Tổng hợp flavonoid glycosid + Do glycosin hóa hay xuất thiên nhiên, tổng hợp tồn phần nhiều flavanoid cần có cộng nhóm glycosyl, sử dụng acetobromoglucose làm phân tử cung cấp glucose + Quy trình tổng hợp malvin, chất màu hoa cối xay rượu vang đỏ Cả hai chất đầu tham gia vào ngưng tụ có nhóm glucosyl Phản ứng ngưng tụ thực 0oC ethyk acetat ete có hydro chloride Muối flavylium kết tinh từ hỗn hợp phản ứng bari hydroxide điều kiện êm dịu giúp tách nhóm bảo vệ cho anthocyanin với hiệu suất tốt 24 6.3.6 Tổng hợp isoflavon + Sự sinh tổng hợp isoflavon bao gồm chuyển dịch aryl nhóm phenyl mạch nhánh flavon; isoflavon nhận phản ứng phenylbenzyl keton với tác nhân có khả cung cấp nguyên tử cacbon-2 sản phẩm tạo thành (ethyl format ethoxalyl chloride) Phản ứng sau xảy êm dịu với keton chứa nhóm hydroxy ethyl este tạo thành thủy phân decarboxyl hóa dễ dàng cho genistein + Tổng hợp isoflavon từ chalcon, nhóm hydroxy tự bảo vệ benzyl hóa 25 6.3.7 Tổng hợp chromon + Flavonoid phổ biến 2-phenylchromon isoflavonoid 3-phenylchromon; tất có nhóm 2-methyl, phù hợp với nguồn gốc sinh tổng hợp polyketid + Đồng phân 2-ethyl tổng hợp nung chảy Allan-Robinson (đun nóng acetophenon với anhydrid propionic natri propionat) + Tổng hợp đồng phân 3-ethyl cách đun nóng 2,4,6-trihydroxybutyrophenon với dimethyl formamid (cung cấp cacbon-2) có mặt bo trifluoride methyl sulfonyl chloride 6.3.8 Tổng hợp lignan + Phản ứng ghép cặp oxi hóa → lignan, (dibenzyltutandiol, meso-secoisolariciresinol) (±)-secoisolariciresinol, dibenzylbutan, acid mesodihydroguaiaretic acid (±)dihydroguauretic, tetrahydrofuran thế, mesodivanillytetrahydrofuran (±)divanillyltetrahydrofuran aryldihydronaphthalen 26 6.3.9 Tổng hợp quinon + Trong tổng hợp qui non thực vật, điều chế từ 1,4-quinol tương ứng phổ biến, oxi hóa nhóm hydroxy phenolic ví dụ với bạc oxid dễ thực + Lapachol điều chế từ 1,4-hydroxy-2-methoxy-naphthalen Lapachol chất màu vàng từ lõi gỗ lồi nhiệt đới Tecoma (Bignoniaceae), có ứng dụng kinh tế làm thuốc nhuộm vải L Fieser tổng hợp lapachol cách cho phản ứng muối kali 2-hydroxynaphthoquinon với 3,3-dimethylallylbromide aceton nóng + Dunnion chất 1,2-quinon hiếm, xuất thiên nhiên chất thải tiết bề mặt Streptocarpus dunnii Price Robinson nghiên cứu cấu trúc dunnion, họ xác định phương pháp thối biến hệ thống vịng béo dunnion dihydrofuran dihydropyran Tổng hợp Cooke cho thấy dunnion phải có cấu trúc vịng dihydrofuran 27 6.3 Tổng hợp tồn phần phịng thí nghiệm Tổng hợp flavonoid RobinsonBaker-Venkataraman-Wheeler Chuyển vị Baker-Venkataraman Sự nung chảy Allan-Robinson Tổng hợp tồn phần phịng thí nghiệm Tổng hợp dihydroflavonol Tổng hợp flavonoid glycosid Tổng hợp isoflavon Tổng hợp chromon Tổng hợp lignan Tổng hợp quinon 28 Chương 6: CÁC HỢP CHẤT PHENOLIC Các dạng cấu trúc phenolic CÁC HỢP CHẤT PHENOLIC Các chất phenolic đơn giản Các phenylpropanoid Các coumarin Các lignan Các flavonoid Các stiben Các quinon Các lignin Các tanin Sự xuất hợp chất phenolic thiên nhiên Tổng hợp toàn phần PTN TH flavonoid Robinson, Venkataraman Wheeler Chuyển vị Baker-Venkataraman Sự nung chảy Allan-Robinson TH dihydroflavonol TH flavonoid glycosid TH isoflavon TH chromon TH lignan TH quinon Baker, 29 ... 1828 Các loại chất màu hữu - Chlorophyl - Caroten 1818 1831 Các hợp chất thiên nhiên - Hợp chất terpen - Hợp chất hydrat cacbon - Hợp chất peptit - Hợp chất steroid 1825 1825 1900 1900 10 - Hóa học. .. 2: CÁC HỢP CHẤT TERPENOID CHƯƠNG 3: CÁC HỢP CHẤT STEROID Nội dung CHƯƠNG 4: CÁC HỢP CHẤT ALKALOID CHƯƠNG 5: CÁC AMINO ACID, PEPTID VÀ PROTEIN CHƯƠNG 6: CÁC HỢP CHẤT PHENOLIC CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC... sinh tổng hợp hợp chất thiên nhiên + Trình bày quy trình tiến hành nghiên cứu hợp chất thiên nhiên, thành phần, phân loại, cấu trúc, đặc điểm hóa học, hoạt tính sinh học tiêu biểu hợp chất phổ