phương pháp hóa tính toán
Kết quả thực nghiệm bắt gốc tự do DPPH cho thấy các hợp chất methyl gallate, quercitrin, rutin và quercetin có khả năng chống oxy hóa mạnh hơn các hợp chất còn lại. Hoạt tính này có thể do sự hiện diện của các nhóm phenolic hydroxyl có khả năng cho nguyên tử hydro vào DPPH. Hóa tính toán cũng là một phương pháp để đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của các hợp chất phenolic. Nếu có sự phù hợp giữa hóa tính toán và thực nghiệm, có thể xác nhận cơ chế chống oxy hoá [160], [72], [73], [74] khả năng cho nguyên tử hydro vào gốc tự do được đánh giá thông qua đại lượng nhiệt động là năng lượng phân ly liên kết O-H (BDE).
3.3.3.1. Khảo sát phương pháp tính năng lượng phân ly liên kết O-H
Trước hết, khảo sát phương pháp phù hợp để tính toán đại lượng nhiệt động là năng lượng phân ly liên kết (BDE). Hai phương pháp tính toán được đề xuất để so sánh đối chiếu là phương pháp PM6 và B3LYP/6-31g (d).
Tiếp đến, để có thể đánh giá năng lượng hóa học ở mức cao hơn, hai phương pháp đánh giá được sử dụng tiếp theo: phương pháp thứ nhất là tính năng lượng điểm đơn ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) dựa trên cấu trúc tối ưu ở PM6, còn phương pháp thứ hai là tính năng lượng điểm đơn ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2df,2p) dựa trên cấu trúc tối ưu ở B3LYP/6-31G(d).
Trên cơ sở tính toán năng lượng, xác định cấu trúc hình học tối ưu của phân tử cần khảo sát. Cấu trúc và số thứ tự của các nguyên tử trong methyl gallate được trình bày trong hình 3.37.
Hình 3.37. Các cấu trúc hình học của methyl gallate.
Trong hai cấu trúc của methyl gallate trên hình 3.37, cấu trúc bên phải bền hơn so với cấu trúc bên trái với mức chênh lệch năng lượng khoảng -11,99 kcal/mol. Vì vậy, tất cả các tính toán BDE sẽ dựa trên cấu trúc bên phải. Kết quả tính toán BDE được chỉ ra trong Bảng 3.24.
Bảng 3.24. Giá trị BDE (O – H) (kcal/mol) của các liên kết trong phân tử methyl
gallate tính toán theo hai phương pháp
B3LYP/6-311 ++ G(2d,2p)// B3LYP/6-311 ++ G (2df,2p) //
PM6 B3LYP/6-31G(d)
BDE (OH) kcal/mol
O3-H 83,24 O3-H 81,25 (-1,99)
O4-H 81,81 O4-H 80,20 (-1,61)
O5-H 89,89 O5-H 88,26 (-1,63)
Sự khác nhau về giá trị BDE của methyl gallate theo hai phương pháp tính toán nằm trong khoảng rất nhỏ: 1,7 kcal/mol. Tuy nhiên, tính toán theo phương pháp B3LYP/6-311++G(2d,2p)//PM6 ít tốn thời gian hơn so với phương pháp B3LYP/6-311++G(2df,2p)//B3LYP/6-31G(d). Vì vậy, phương pháp B3LYP/6-311+ +G(2d,2p)//PM6 được áp dụng để nghiên cứu cho các hợp chất còn lại: quercitrin, rutin và quercetin.
3.3.3.2. Năng lượng phân ly liên kết O-H phenol của các hợp chất methyl gallate, quercitrin, rutin và quercetin
(15) (8)
(7)
Hình 3.38. Cấu trúc hình học tối ưu của các hợp chất (15): quercitrin, (8): rutin, (7): quercetin.
Kết quả tính toán năng lượng phân ly liên kết (BDE) của các hợp chất được trình bày ở bảng 3.27. Giá trị BDE được tính toán theo phương pháp B3LYP/6-311 ++ G (2d, 2p) // PM6.
Bảng 3.25. Năng lượng phân ly liên kết (BDE) của methyl gallate, quercitrin, rutin và
quercetin tính toán theo B3LYP/6-311 ++ G (2d, 2p)// PM6
Methyl gallate Quercitrin Rutin Quercetin
BDE(O-H), kcal/mol
O3-H 83,24 O7’-H 82,87 O7’-H 83,97 O7’-H 81,16
O4-H 81,81 O8’-H 77,20 O8’-H 79,90 O8’-H 78,73
O5-H 89,89 O11-H 90,69 O11-H 90,07 O11-H 82,26
O12-H 100,44 O12-H 93,4 O12-H 98,15
O13-H 89,92
IC50 (µmol/ mL)
Giá trị BDE(O-H) thấp nhất của các hợp chất methyl gallate, quercitrin, rutin và quercetin được xác định ở vị trí para của vòng phenolic tương ứng là O4-H, O8’-H, O8’-H và O8’H. Trong đó, 2 hợp chất quercitrin và quercetin có giá trị BDE(O-H) gần nhau, rutin và methyl gallate gần bằng nhau. BDE (OH) của quercitrin và quercetin nhỏ hơn của rutin và của methyl gallate. Như vậy, 2 hợp chất quercitrin và quercetin có khả năng cho nguyên tử hydro dễ hơn rutin và methyl gallate. Điều này phù hợp với kết quả thực nghiệm theo phép thử DPPH: giá trị IC50 (quy về µmol/mL) của 4 hợp chất phenol trên tăng dần theo thứ tự: quercitrin (0,005), quercetin (0,006) và nhỏ hơn methyl gallate (0,011), rutin (0,012).
Theo tài liệu [160], [72], [73], [74], các phân tử có khả năng chống oxy hóa theo 3 cơ chế:
a) Cơ chế 1: cho nguyên tử hydro từ chất chống oxy hóa đến gốc tự do
ROO .
b) Cơ chế 2: chuyển electron từ chất chống oxy hóa sang gốc tự do dẫn đến gián tiếp chuyển nguyên tử hydro.
c) Cơ chế 3: phân ly proton của chất chống oxy hóa sau đó mới chuyển electron từ chất chống oxy hóa sang gốc tự do.
Các kết quả khảo sát thực nghiệm cũng như tính toán cho thấy quercitrin và quercetin, rutin và methyl gallate thể hiện hoạt tính chống oxy hóa- bảo vệ gan theo cơ chế 1: chuyển nguyên tử hydro sang gốc tự do.
Kết luận mục 3.3.
- Trong 16 hợp chất đã phân lập được, có 6 hợp chất hoạt tính chống oxy hóa- bắt gốc DPPH mạnh hơn curcumin là quercetin, methyl gallate, quercitrin, α-
tocopherol, rutin và 7-O-galloyltricetiflavan.
- Ở nồng độ 20 µg/mL và 100 µg/mL, kết quả thử nghiệm bắt gốc tự do DPPH và mô hình sinh học chống oxy hóa bảo vệ gan in vitro trên gan chuột của các hợp chất này có mối tương quan chặt chẽ. Kết quả này chứng tỏ các hợp chất này thể hiện hoạt tính chống oxy hóa - bảo vệ gan chủ yếu theo cơ chế cho nguyên tử hydro. Điều này được xác nhận một lần nữa trên cơ sở đánh giá hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp tính toán năng lượng phân ly liên kết O-H.
- Quercitrin và methyl gallate được xác nhận chống oxy hóa mạnh hơn nhiều so với curcumin trong thử nghiệm bắt gốc DPPH, hoạt tính methyl gallate tương đương curcumin trong mô hình in vitro trên gan chuột, hoạt tính của quercertin và
rutin được xác nhận trong thử nghiệm DPPH và hóa tính toán, hoạt tính của 7-O- galloyltricetiflavan mạnh hơn curcumin trong thử nghiệm bắt gốc DPPH và in vitro
trên gan chuột. Trong nghiên cứu này, α-tocopherol (vitamin E) có hoạt tính mạnh hơn curcumin trong bắt gốc DPPH, theo [72] thì nó có hoạt tính chống oxy hóa mạnh hơn một số hợp chất phenol (gallic acid, epicatechin, hydroxytyrosol và caffeic acid) theo cơ chế cho nguyên tử trong mô hình hóa tính toán; theo [33], α-
tocopherol được dùng làm chất chuẩn để đánh giá khả năng chống oxy hóa của các dược liệu.