Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học Mục Lục I TỔNG QUAN II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC HỢP CHẤT FLAVONOIT 2.1 Khái niệm sinh tông hợp flavonoit 2.2.1 Euflavonoit 2.2.2 Các isoflavonoit 12 2.2.3 Neoflavonoit 13 2.2.4 Bioflavonoit triflavonoit 14 III NGUỒN GỐC THỰC VẬT 14 IV PHƢƠNG PHÁP CHIẾT SUẤT 15 V MỘT SỐ HỢP CHẤT TIÊU BIỂU 16 5.1 PCO 16 5.2 Quercetin 18 5.3 Polyphenol chè xanh 18 5.4 Rutin 19 5.5 Epigallocatechin gallat 19 5.6 Isoflavonoit đậu tƣơng 20 VI HOẠT TÍNH SINH HỌC 20 6.1 Hoạt tính gây độc tế bào – Chống ung thƣ 20 6.2 Hoạt tính kháng viêm 22 6.3 Hoạt tính kháng vi sinh vật 22 VII KẾT LUẬN 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học I TỔNG QUAN Flavonoid nhóm hợp chất phong phú đa dạng thiên nhiên Cũng giống vitamin C, flavonoid đƣợc khám phá nhà sinh hóa tiếng kỷ 20: Albert Szent-Gyorgyi (1893-1986) Ông nhận giải Nobel năm 1937 với khám phá quan trọng đặc tính vitamin C flavonoid Trong q trình phân lập vitamin C, Szent-Gyorgyi khám phá flavonoid Một ngƣời bạn ông ngừng chảy máu nƣớu sau dùng dịch chiết giàu vitamin C từ nƣớc chanh Nhƣng sau ngƣời bạn bị chảy máu nƣớu tái phát, Szent-Gyorgyi cho bạn ông dùng vitamin C ngun chất, cải thiện khơng xảy Nhƣ có tham gia chất khác bên cạnh vitamin C dịch chiết nƣớc chanh Và Szent-Gyorgyi phân lập đƣợc chất này, giúp ngƣời bạn chống chảy máu nƣớu hữu hiệu Ban đầu Szent-Gyorgyi gọi chất “vitamin P”, khả làm giảm tính thấm thành mạch (vascular permeability), triệu chứng thƣờng gặp bệnh Scorbut thiếu vitamin C Sau ơng cơng bố bệnh Scorbut xảy không thiếu vitamin C mà cịn thiếu flavonoid Tuy nhiên flavonoid khơng có đầy đủ tính chất vitamin nên sau ngƣời ta bỏ tên “vitamin P” Ngƣời ta thấy giới thực vật có nhiều hợp chất thứ sinh có đặc tính tƣơng tự vitamin P đặt cho chúng tên chung flavonoid Những cơng trình sau chứng minh tác dụng tăng cƣờng sức bền vững thành mao mạch giảm sức thấm hồng huyết cầu qua thành mạch có quan hệ đến nhóm OH phenol cấu trúc hóa học flavonoid Hiện ngƣời ta biết có gần 4.000 chất flavonoid có phổ biến thực vật có phần lớn phận loài thực vật bậc cao Tuy nhiên, Flavonoid khơng có mặt nhiều thực vật bậc cao mà cịn có số thực vật bậc thấp, chí cịn có số loại tảo Ta thƣờng gặp Flavonoid nửa loại rau dùng hàng ngày nhóm thực vật có nhiều tinh dầu Phần lớn flavonoid có màu vàng Ngồi cịn có chất màu xanh, tím, đỏ khơng màu Flavonoid có mặt tất phận loài thực vật bậc cao, đặc biệt hoa, tạo cho hoa sắc màu rực rỡ để quyến rũ loại côn trùng giúp cho thụ phấn Trong cây, flavonoid giữ vai trò chất bảo vệ, chống oxy hóa, bảo tồn acid ascorbic tế bào, ngăn cản số tác nhân gây hại cho (vi khuẩn, vi rus, trùng, ) số cịn có tác dụng điều hịa sinh trƣởng cối Ngồi Flavonoid nhóm hoạt chất lớn dƣợc liệu, vị thuốc nam, đồ uống cổ truyền Đặc biệt nhóm Flavonoid có mặt chè xanh có tác dụng rõ rệt thể ngƣời Điều đƣợc chứng minh qua kinh nghiệm dân gian mà qua nghiên cứu khoa học xác thực Những năm gần đây, Flavonoid hợp chất đƣợc đặc biệt quan tâm kết nghiên cứu cho thấy Flavonoid có tác dụng to lớn sức khỏe ngƣời Trong đó, tác dụng bật Flavonoid khả chống oxy hóa mạnh HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học Flavonoid đƣợc khai thác sử dụng nhiều lĩnh vực nhƣ thực phẩm, mỹ phẩm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng y học dƣợc học Flavonoid có ứng dụng y học để điều trị số bệnh nhƣ viêm nhiễm, dị ứng, loét dày hành tá tràng, giúp thể điều hịa q trình chuyển hóa, chống lão hóa, làm bền thành mạch máu, giảm lƣợng cholesterol máu Với nhà hóa sinh cho Flavonoid chất chống oxi hóa lý tƣởng Hiện nhiều Flavonoid đƣợc phân lập từ thực vật đƣợc ứng dụng thành chế phẩm đặc biệt trị bệnh sử dụng bảo quản thực phẩm, đƣợc giới công nhận hợp chất thiên nhiên có tác dụng làm chậm trình lão hóa đột biến tế bào thể, phòng chống ung thƣ Các thực phẩm giàu flavonoid phổ biến gồm nƣớc cam, củ hành, củ hành, ngò tây, loại đậu, trà xanh, rƣợu vang đỏ,… Với chế độ dinh dƣỡng đầy đủ hợp lý, ngày trung bình ngƣời nhập vào từ 150-200mg flavonoid Sau bảng thành phần flavonoid (mg/100g) số loại thực phẩm: Thực phẩm Bƣởi Cam Nƣớc cam Táo Nƣớc táo 4-Oxo-flavonoids Anthocyanin Catechins Biflavans 50 50-100 20-40 3-16 1-2 20-75 50-90 15 Mơ 10-18 25 Lê 1-5 5-20 1-3 Khoai tây 85-130 Nam việt quất 60-200 20 100 Quả lý chua 20-400 130-400 15 50 Nho 65-140 5-30 50 Mâm xôi 300-400 10-500 100-200 Củ hành 100-2000 Ngị tây 1400 Đậu khơ 10-1000 Cây xô thơm (ngài đắng) 1000-1500 Trà 5-50 HV: Nguyễn Thị Nga 0-25 GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Rƣợu vang đỏ Khoa Công nghệ Hóa học 2-4 50-120 100-150 100-250 II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC HỢP CHẤT FLAVONOIT Các hợp chất flavonoit đƣợc coi hợp chất có cấu trúc C6-C3-C6, có nghĩa khung cacbon chúng gồm hai nhóm C6 (vòng benzen thế) gắn với chuỗi C3 no Các lớp chất khác nhóm đƣợc phân biệt dị vịng chứa oxi có thêm nhóm hidroxi đƣợc phân bố vị trí khác Các flavonoit thƣờng tồn dƣới dạng glycosit Nhóm chất lớn flavonoit đƣợc đặc trƣng vòng pyran tạo thành ba cacbon chuỗi C3 nối lại với Hệ thống đánh số cho dẫn xuất flavonoit nhƣ sau: Có nhiều loại flavonoit với khung nhƣ khác trạng thái oxi hóa cách biến đổi chuỗi C3 Các nhóm hydroxy thƣờng có mặt vịng thơm, chúng kết hợp để tạo nhóm metoxi glycosit Các vị trí vịng A hầu nhƣ ln có nhóm hiđroxi cịn vịng B thƣờng mang nhóm hiđroxi nhóm ankoxi vị trí 4‟ vị trí 3‟ 4‟ Các glycosit flavonoit mang đƣờng nhóm hiđroxi có phân tử Các flavonoit đƣợc phân loại theo cấu trúc chuỗi C3 thành loại sau: Một số dạng khác chuỗi C3: HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học Cấu trúc hồn chỉnh nhƣ sau: Mối quan hệ mặt sinh tổng hợp flavonoit đƣợc thể sơ đồ sau: a: q trình đóng vịng b: q trình khử sinh học c: xâm nhập nhóm aryl d: trình đề hiđro hóa e: q trình hidroxi hóa f: q trình đề hidroxi hóa HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học Nhiều thuốc đƣợc dùng y học cổ truyền có chứa hợp chất flavonoit, chúng có nhiều tác dụng Flavonoit tác nhân ức chế hô hấp, ức chế enzym phosphodiesterase, khử đƣờng andose (aldose reductase), oxi hóa monoamine, protein kinases (enzym xúc tác trình chuyển phosphat từ ATP đến protein), mã ngƣợc, DNA polymerase (enzym xúc tác polime hóa nucleoside để tạo DNA) lipoxygenase (enzym xúc tác cho q trình oxi hóa liên kết đôi axit béo không no) Do flavonoit thƣờng tác nhân khử nên chúng ức chế nhiều phản ứng oxi hóa có khơng có enzym Chúng chất bắt giữ tốt gốc hidroxi đa oxi tự để bảo vệ màng lipit chống lại phản ứng phá hủy Hoạt tính chống oxi hóa số flavonoit đƣợc chứng minh qua việc sử dụng thuốc có chúng thành phần hoạt động làm thuốc điều trị bệnh giảm chức gan (ví dụ chất silymarin Silybum marianum chất đƣợc biết nhiều số flavonoit có tác dụng này, có tác dụng bảo vệ màng tế bào gan nhƣ ức chế trình tổng hợp prostaglandin) Một số flavonoit cịn có tác dụng chống lại bệnh scobut, vai trò flavonoit bảo vệ axit ascorbic khơng bị oxi hóa Một số oligome flavonoit có tác dụng chống cao huyết áp chúng ức chế enzym biến đổi angiotensin Trong quercetin đƣợc biết đến chất gây đột biến gen số flavonoit khác lại có hoạt tính chống đột biến gen Một số chất isoflavone hoạt động giống nhƣ hocmon estrogen động vật có vú nhƣ genistein Flavonoit tồn tất phận bao gồm quả, phấn hoa, rễ thân gỗ Phƣơng pháp để nghiên cứu cấu trúc thủy phân kiềm Ví dụ nhƣ thối biến kiềm chrysin nhận đƣợc phloroglucinol, axit axetic, axit benzoic lƣợng nhỏ axetophenon O HO HO OH OHOH CH3COOH O Chrysin C6H5COOH CH3COC6H5 OH Phloroglucinol Ngày phƣơng pháp phổ xác định cấu trúc chất HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học flavonoit dựa kiện phổ chúng Tuy nhiên phản ứng tạo màu đóng vai trò quan trọng việc nhận dạng flavonoit giai đoạn phân tích Khả biến đổi dạng cấu trúc nhóm đáng quan tâm xác định cấu trúc hợp chất flavonoit Ví dụ nhƣ chalcone flavanon đồng phân chuyển đổi lẫn OH OH OH HO O HO OH OH OH COCH=CH H O Flavanone (Butin) Chalcone (Butein) Flavanone biến đổi thành flavonol flavone O O O Amyl NBS nitrite NOH O O Flavone Flavanone O H O O OH O O O Flavonol 2.1 Khái niệm sinh tông hợp flavonoit Flavonoit hợp chất tự nhiên có cấu tạo khung cacbon theo kiểu C 6–C3– C6 hay nói cách khác khung gồm hai vịng benzen A, B nối với qua mạch 3C Tất tế bào thực vật màu xanh có khả tổng hợp flavonoit Quá trình sinh tổng hợp hợp chất có sẵn thực vật amino axit phenylalanin Enzym phenylalanin amonia lyaza (PAL) enzym đặc hiệu trình sinh tổng hợp hợp chất thứ cấp Nó chuyển hóa amino axit phenylalanin thành xinnamat phản ứng tách NH3 Enzym xinnamat 4hiđroxylaza (C4H) xúc tác cho phản ứng hiđroxyl hóa hợp chất xinnamat thành 4coumarat thiết lập nên nhóm OH-4‟ cho nhiều flavonoit sau Hợp chất 4-coumarat tạo thành este với coenzym-A dƣới có mặt CoA ligaza (4CL), nhằm hoạt hóa cho phản ứng với malonyl CoA tạo thành chalcon dẫn xuất chalcon nhờ enzym chalcon synthaza (CHS), chalcon reductaza (CHR), stilben synthaza (STS) HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học Cũng hợp chất chalcon dẫn xuất tiền thân trình sinh tổng hợp flavonoit: OH HO HO O PAL Phenylalanin CoA O Xinnamat C4H O OH H OH 4CL 4-Coumarat CHS/CHR HO OH 4-Coumaroyl-CoA CHS HO STS OH OH OH O O Chalcon HO OH OH Narigenin chalcon Stilben Hình 5.1 Quá trình sinh tổng hợp tiền chất flavonoit Trong đó, narigenin chalcon hợp chất đóng vai trò quan trọng sinh tổng hợp hợp chất flavonoit Hợp chất đƣợc chuyển hóa thành flavanon (naringenin) bƣớc đóng vịng tạo dị vịng C xúc tác enzym chalcon isomeraza (CHI): HO OH OH HO CHI OH O O OH OH O Narigenin chalcon Narigenin Hình 5.2 Quá trình sinh tổng hợp hợp chất chìa khóa narigenin Naringenin chất chìa khóa để tổng hợp isoflavone, aurone, flavone, anthocyanidin Khi thay đổi enzyme hiđroxyl, glicosyl 2.2 Phân loại hợp chất flavonoit Trừ số trƣờng hợp mạch 3C hở nhƣ chalcone, đa số trƣờng hợp mạch 3C đóng vịng với vịng A tạo nên dị vòng C chứa O nhƣ: A O C A O C O Benzo®ihi®ropyran (Chroman) A O C A O C O Benzo--pyran Benzo®ihi®ro--pyran Benzopyrilium (Chromon) Hình 5.3 Vòng benzopyrano hợp chất flavonoit Dựa mức độ oxi hóa mạch 3C vị trí gốc aryl (vòng B) liên kết với vòng benzopyrano, ngƣời ta chia flavonoit thành loại khác nhau: HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học 2.2.1 Euflavonoit Euflavonoit flavonoit có gốc aryl gắn vị trí C2 nhƣ anthocyaniđin, flavan, flavan-3-ol, flavan-4-ol, flavan 3,4-điol, flavanone, 3-hiđroxy flavon, flavon flavonol, đihiđro chalcon, chalcon, auron a Flavon OR RO O O Flavon Các dẫn chất flavon phổ biến thực vật, kết tinh không màu đến màu vàng nhạt Chỉ kể đến flavon có nhóm -OH, -OCH3 xác định đƣợc có khoảng 300 chất Chất flavon đơn giản khơng có nhóm đƣợc phân lập từ Anh thảo (Primula) nhƣng hai flavon hay gặp lại apigenin luteolin: OH OH OH HO HO O O OH O OH O Apigenin Luteolin b Flavanon Flavanon hợp chất trung gian sinh tổng hợp hầu hết flavonoit nhƣ flavon, flavonol, isoflavonoit: OR RO O * O Flavanon Flavanon khác flavon chỗ khơng có nối đơi vị trí Cα - Cβ, có cacbon bất đối Cβ nên có tính quang hoạt Flavanon chất không màu nhƣng làm phản ứng với cyaniđin cho màu rõ flavon Vòng đihiđropyron flavon bền nên dễ bị mở vịng kiềm chuyển thành chalcon có màu vàng đậm Vì vậy, dịch chiết thực vật bị kiềm hóa, ngƣời ta thƣờng gặp chalcon bên cạnh flavon tƣơng ứng: HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học OR RO OR RO O OH OH- * H+ O O Flavanon Chalcon c Các flavonol Khác với flavonon, flavonol có nhóm OH C3 Nó loại hợp chất phổ biến tự nhiên, đặc biệt hạt kín có chứa nhiều chất sau: kaempferol, quecxetin, mirixetin, astragalin: 2' 3' O 1' HO 6' OH O 5' OH OH O OH O Khung flavonon Kaemperol OH HO O OH 4' OH OH HO OH HO O OH OH O O Quecxetin O OH Mirixetin OH OH OH O O O HO OH HO Astragalin d Flavan-3-ol Các dẫn chất thuộc nhóm flavan-3-ol mà đƣợc biết đến nhiều catechin, gallocatechin dẫn xuất chúng, có nhiều trà OH HO O H OH H OH H H OR1 R Catechin: R=R1=H Gallocatechin: R=OH, R1=H Tùy theo nhóm đính vào hai vịng A B mà có dẫn chất flavan-3ol khác Bên cạnh đó, dẫn chất có cacbon bất đối vị trí C2 C3 Mỗi dẫn chất có đồng phân: đồng phân 2R, 3R đƣợc gọi tên với tiếp đầu ngữ epi; đồng phân 2S, 3S với tiếp đầu ngữ ent Các flavan-3-ol dạng este gallat, benzoat, xinnamat glicozit nhƣ epicatechin-3-O-xinnamat, catechin 3‟-O-β-Dglcp, ….Trong gặp dẫn chất flavan-3-ol dạng đime, trime, tetrame, pentame đƣợc gọi proanthocyaniđin hay thƣờng gọi tannin ngƣng tụ e Chalcon Là loại flavonoit vòng mở, hai nhân thơm liên kết với qua mạch ba cacbon α,β- không no Các chalcon sản phẩm trung gian q trình tổng hợp flavonoit Chúng có mặt thực vật với sắc tố màu vàng, biết khoảng 200 hợp chất Trong chalcon thƣờng có nhóm -OH –OCH3 vị trí 2„, 4„; 4„ HV: Nguyễn Thị Nga GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh ... vị trí khác Các flavonoit thƣờng tồn dƣới dạng glycosit Nhóm chất lớn flavonoit đƣợc đặc trƣng vòng pyran tạo thành ba cacbon chuỗi C3 nối lại với Hệ thống đánh số cho dẫn xuất flavonoit nhƣ sau:... trình tổng hợp prostaglandin) Một số flavonoit cịn có tác dụng chống lại bệnh scobut, vai trò flavonoit bảo vệ axit ascorbic khơng bị oxi hóa Một số oligome flavonoit có tác dụng chống cao huyết... GVHD:TS.Nguyễn Ngọc Thanh Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học 2.2.1 Euflavonoit Euflavonoit flavonoit có gốc aryl gắn vị trí C2 nhƣ anthocyaniđin, flavan, flavan-3-ol, flavan-4-ol,