đồ án quy trình bán tổng hợp diosmin bằng hesperidin

Chất kháng oxy hoá AH phản ứng với gốc tự do có chứa oxy trong cơ thể để ngăn sự phát triển mạch của các tác nhân oxy hoá gốc này bằng gốc khác, A lại bị các tác nhân oxy hoá thay thế 

Trên cơ sở hesperidin, một loại flavonoid có trong nhiều cây thuộc họ cam quít,đặc biệt với hàm lượng rất lớn trong vỏ quít, một loại cây có sẵn và trồng nhiều ở ViệtNam, chúng tôi đã chọn quy trình bán tổng hợp diosmin bằng hesperidin Diosmin cũng

là một loại flavonoid đang được nghiên cứu khá nhiều trên thế giới vì có tác dụng lênnhiều loại bệnh khác nhau Đặc biệt là tác dụng làm bền thành mạch máu, phòng ngừa vàchữa trị các bệnh liên quan đến suy tĩnh mạch Việc nghiên cứu và tổng hợp hợp chấtnày cũng là một bước trung gian để tiến hành tổng hợp một vài dẫn xuất có tác dụng chữabệnh của diosmin sau này, điển hình là diosmetin, một dẫn xuất của diosmin có tác dụngkháng oxy hóa,kháng khuẩn mà sẽ được đề cập trong đề tài này Từ đó làm nền tảng đểthực hiện những bước tổng hợp các dẫn xuất khác tiếp theo trong những nghiên cứu sâuhơn

Phần 1

TỔNG QUAN

Chương 1

TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN

CỨU

1.1 Đặt vấn đề

về nguyên nhân, cơ chế của các quá trình oxy hoá trong cơ thể, từ đó ta có cơ sở để tổng hợp các hợp chất kháng oxy hoá Nhưng việc lạm dụng quá nhiều các hợp chất tổng hợp lại có ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ Chính vì vậy, việc nghiên cứu chữa trị các loại bệnh từ các hợp chất thiên nhiên là vấn đề đang được quan tâm hàng đầu theo xu hướng yhọc hiện nay

1.1.1 Oxy hóa, thủ phạm của nhiều loại bệnh nguy hiểm

Bắp thịt càng vận động, não càng tính toán thì tình trạng tích lũy đủ loại phế phẩm của quá trình biến dưỡng gọi chung là quá trình oxy hóa càng nhanh Chất oxy hóa càng tăng, con người càng hoạt động nhiều thì tế bào càng mau già Danh sách các bệnh do chất oxy hóa càng lúc càng dài, từ cườm mắt, tiểu đường, cao huyết áp cho đến ung bướu ác tính Bệnh do sự hiện diện của chất oxy hóa đã từ lâu chiếm vị trí hàng đầu trongdanh sách các bệnh thời đại.[41]

 Cơ chế gây bệnh của những gốc tự do

Bình thường, oxy tham gia vào quá trình chuyển hoá để tạo ra năng lượng giúp cơ thể hoạt động Tuy nhiên có khoảng 2% oxy tham gia vào quá trình này đã không tạo ra năng lượng mà tạo ra các gốc tự do Có thể nói gốc tự do là một loại sản phẩm không hoàn hảo trong chu trình biến dưỡng bình thường của cơ thể Gốc tự do càng gia tăng nhiều hơn trong điều kiện ăn uống hoặc sinh hoạt trong môi trường bị ô nhiễm khói thuốc

lá, bức xạ hoặc những hoá chất độc hại hoặc căng thẳng tâm lý Về mặt hoá học, gốc tự

do là những thành phần phân tử có những nguyên tử bị thiếu mất l điện tử ở vòng ngoài cùng Do đó, phân tử nầy có khuynh hướng di chuyển tự do để chiếm đoạt một điện tử của một phân tử khác để tự ổn định Điều nguy hiểm của gốc tự do không phải là huỷ diệt tế bào mà là làm tổn thương tế bào để đến phiên tế bào bị tổn thương một gốc tự do mới lại oxy hoá một tế bào khác và phản ứng dây chuyền cứ tiếp tục xảy ra Qua cơ chế này, các gốc tự do đã tham gia phản ứng với các chất hữu cơ gây tổn thương màng tế bào,làm rối loạn quá trình trao đổi chất giữa tế bào với bên ngoài Ngoài ra, các gốc tự do còn

có thể làm thay đổi cấu trúc gen của tế bào[7] Do đó các gốc tự do là mầm mống quan trọng dẫn đến nhiều thứ bệnh tật khác nhau như tim mạch, parkinson, alzheimer, ung thư

và nhất là hiện tượng lão hóa Đáng lưu ý là cách ăn uống và sinh hoạt sai lầm làm hư hại

tế bào và thay đổi gen có thể di hại sang thế hệ kế tiếp Điều này giải thích tại sao tỷ lệ người mắc bệnh ung thư gia tăng còn có cả những trẻ em mặc dù thời gian phơi nhiễm trong cuộc đời của các em chưa đáng là bao.[40]

1.1.2 Chất kháng oxy hóa

Hoạt chất có khả năng cắt đứt mạch phản ứng dây chuyền gốc tự do trong quá trình oxy hóa lipid Độc chất thuộc nhóm oxy hóa có một nhược điểm, đó là tuổi thọ rất ngắn Nếu sửa nhẹ cấu trúc của các chất oxy hóa để chúng không kịp triển khai tác dụng, thì chỉtrong khoảnh khắc chúng đành chấp nhận theo đường đào thải mà trở về với thiên nhiên [40]

 Cơ chế kháng oxy hoá:[7]

Chất kháng oxy hoá AH phản ứng với gốc tự do có chứa oxy trong cơ thể để ngăn

sự phát triển mạch của các tác nhân oxy hoá

gốc này bằng gốc khác, A lại bị các tác nhân oxy hoá thay thế

 chất kháng oxy hóa nội sinh

Trong cơ thể khoẻ mạnh, gốc tự do sinh ra có giới hạn, không quá thừa để gây hại.Bởi vì bên cạnh các gốc tự do luôn có hệ thống các chất chống oxy hoá "nội sinh" (tức cósẵn trong cơ thể) cân bằng lại, vô hiệu hoá các gốc tự do có hại Hệ thống các chất chống oxy này gồm các enzym như glutathione peroxidase, superroxid, dismutase đặc biệt là vitamin C, vitamin E, beta-caroten (tiền vitamin A), khoáng chất selen "nội sinh" có sẵn trong cơ thể, xúc tác các phản ứng khử để vô hiệu hoá gốc tự do (còn gọi là "bẫy" gốc tự do) giúp cơ thể khoẻ mạnh.[40]

 Chất kháng oxy hóa ngoại sinh

Khi gốc tự do sinh ra quá nhiều (do ô nhiễm môi trường, do tia cực tím từ ánh nắng, do khói thuốc lá, do viêm nhiễm trong cơ thể, thậm chí do dùng một số dược phẩm ) và hệ thống chất ôxy hoá nội sinh không đủ sức cân bằng, cơ thể sẽ sinh ra rối loạn bệnh lý.Vì thế, có thể phòng tránh nhiều căn bệnh nghiêm trọng một cách hiệu quả

và tương đối đơn giản bằng cách cung cấp kịp thời cho cơ thể các chất kháng ô-xy hóa ngoại sinh như tiền vitamin A, vitamin C, E hoặc khoáng tố như selen, kẽm, vanadium hay hoạt chất trong thực vật như flavonoid.[40]

Kết quả của hàng trăm công trình nghiên cứu quy mô trên nhiều quốc gia là cơ sở khoa học để chất kháng oxy hóa trở thành nhân tố không thể thiếu trong phác đồ dự

phòng nhiều loại bệnh thoái hóa hay ác tính trong thập niên gần đây, trong số đó phải kể đến khuynh hướng ứng dụng nhóm hoạt chất flavonoid trong rau quả, cây thuốc, các loại đậu,vỏ cây…để tổng hợp ra nhiều dẫn xuất với nhiều tác dụng có hiệu quả cao trong việc chữa bệnh.[40, 41]

1.2. Đại cương về Flavonoid

1.2.1 Định nghĩa

nghĩa là 2 vòng benzene A và B nối với nhau qua một dây có 3 carbon hay nói cách khác

là cấu tạo khung kiểu C6 – C3 –C6 Cấu trúc là một vòng kín hoặc hở.[1,2,3,8]

vòng với dị nguyên tố oxygen mang số 1 rồi đánh tiếp đến vòng A, còn vòng B đánh số

OH

O

B 4'

5' 6'

3 4 5

5' 6'

Thường flavonoid có mang một hoặc nhiều nhóm –OH ở vị trí 5 và 7 trên nhân A

và ở vị trí 3, 4, 5 trên nhân B Các flavonoid có thể hiện diện ở dạng tự do hoặc dạng glycoside Các đường thường gặp nhất là đường D- glucose, kế đó là D- galactose, L- Rhamnose, L- Arabinose, D- Apipse và acid Uronic.[8,9]

Trong đa số trường hợp thì mạch 3 carbon đóng vòng với vòng A và tạo nên dị vòng C có chứa oxy Dị vòng C có thể là dihyroxy oyran, γ- pyron, dihyro γ- pyron.

Tại các vòng có đính một hoặc nhiều nhóm hydroxy tự do hoặc đã thay thế một phần vì vậy về bản chất chúng là các polyphenol có tính acid.[9]

Các polyphenol có thể phản ứng lẫn nhau qua các nhóm hydroxyl để tạo thành các phân tử phức tạp hơn hoặc có thể liên kết với các hợp chất khác trong cây như các oza (dạng glycozide), hoặc protein.[10]

1.2.2 Phân loại

Hơn 4000 hợp chất Flavonoids đã được phân lập và phân loại dựa vào cấu trúc hóa học Có 4 nhóm chính: PCO, quercetin, bioflavonoid cam quít và rượu đa chức ở trà xanh.[8]

1.2.2.1 PCO

a Định nghĩa

được gọi là procyanidins) Nhóm này mang lại rất nhiều ích lợi cho sức khỏe.Một hỗn

lớn hơn được gọi chung là procyanidolic oligomer, gọi tắt là PCO PCO có trong nhiều

loại thực vật và rượu vang đỏ, tuy nhiên về mặt thương mại người ta hay dùng PCO trongdịch chiết hạt nho hoặc vỏ cây thông vùng biển.[8]

b Ứng dụng

vitamin C nội bào, giảm tính thấm tính dễ vỡ của thành mạch máu, thu dọn các chất oxyhóa và các gốc tự do, ức chế sự phá hủy collagen,…Collagen là loại protein phổ biến nhấttrong cơ thể giúp duy trì sự toàn vẹn của chất nền, gân cơ, dây chằng, sụn khớp,…Collagen cũng hỗ trợ cho cấu trúc da và thành mạch máu.[8]

Chiết xuất PCO hỗ trợ và bảo vệ các cấu trúc collagen một cách hữu hiệu, ảnh hưởnglên chuyển hóa collagen bằng nhiều cách Chúng làm tăng cường các sợi liên kết chéo,giúpcủng cố thêm các sợi collagen liên kết chéo trong chất căn bản của mô liên kết.Chúng cũng ngăn ngừa các tổn thương do gốc tự do nhờ khả năng chống oxy hóa mạnh

và hoạt động thu dọn gốc tự do Hơn nữa, PCO còn ức chế sự phân hủy collagen xảy ra

do các men mà bạch cầu hoặc vi khuẩn tiết ra trong quá trình viêm nhiễm.[8]

PCO ngăn chặn sự phóng thích và tổng hợp các hợp chất làm tăng tình trạng viêm và

dị ứng, như histamine, serine protease, prostaglandins, leukotrien,…[8]

Hầu hết các tác động trên não của PCO đều do khả năng chống oxy hóa mạnh của nó.Chống oxy hóa và thu dọn gốc tự do giúp ngăn ngừa các tổn thương do gốc tự docũngnhư do sự ôxy hóa Các thương tổn do gốc tự do liên quan chặt chẽ với tiếntrình lão hóacũng như với mọi bệnh lý thoái hóa mạn tính khác, gồm bệnh tim, viêm khớp, ung thư,…

Mỡ và cholesterol rất dễ bị tổn thương do các gốc tự do Khi bị tổn thương như vậy,

chúng tạo ra các dẫn xuất có độc tính tương ứng là lipide peroxide, cholesterol epoxide.

Hình 1. Cấu trúc của PCO

oxidase

thể làm thoái hóa cấu trúc mô liên kết

Hoạt động chống oxy hóa của PCO rất mạnh, gấp khoảng 50 lần so với vitamin C và

E Ở cấp độ tế bào, một trong những đặc tính hữu ích nhất của PCO –thu dọn gốc tự do

là nhờ vào cấu trúc hóa học cũng như sự liên kết chặt chẽ của nó với màng tế bào Nhờvậy mà PCO có thể bảo vệ tế bào chống lại các tổn thương do các gốc tự do tan trongnước lẫn các gốc tan trong dầu một cách đáng kinh ngạc.[8]

1.2.2.2 Quercetin

a Định nghĩa

flavonoid bền vững và hoạt động nhất trong các nghiên cứu, và nhiều chế phẩm từ dượcthảo có tác động tốt nhờ vào thành phần quercetin với hàm lượng cao.[8]

Hình 2. Cấu trúc của Quercetin

b Ứng dụng

Quercetin có khả năng chống viêm do ức chế trực tiếp hàng loạt phản ứng khởi pháthiện tượng này: ức chế sự sản xuất và phóng thích histamin và các chất trung gian kháctrong quá trình viêm và dị ứng Ngoài ra quercetin còn có khả năng chống oxy hóa và tiết

kiệm lượng vitamin C sử dụng Quercetin ức chế men aldose reductase rất mạnh, men

này có nhiệm vụ chuyển glucose máu thành sorbitol – một hợp chất liên quan chặt chẽvới sự tiến triển các biến chứng của đái tháo đường (đục thủy tinh thể do đái tháo đường,thương tổn thần kinh, bệnh võng mạc đái tháo đường).[8]

Chúng ta có thể tìm hiểu cơ chế gây hại của sorbitol trên các bệnh nhân thông quaxem xét tác dụng của nó trong biến chứng đục thủy tinh thể

1.2.2.3 Bioflavonoid của họ chanh (cam, quít, chanh,…)

a Định nghĩa

Các Bioflavonoid trong cam quít gồm rutin, hesperidin, quercitrin, và naringin.Hầu hết các khảo sát về rutin và hỗn hợp bioflavonoids thô đều được thực hiện trong thậpniên 1970 Từ đó đến nay người ta thường dùng loại hỗn hợp rutinoside định chuẩn gọi là

hydroxyethylrutosides (HER) [8]

b Ứng dụng

Các bằng chứng lâm sàng rõ rệt nhất trong điều trị tăng tính thấm thành mạch, dễ bịvết bầm dưới da, trĩ và các trường hợp dãn tĩnh mạch.[8,10,11]

1.2.2.4 Polyphenol của chè xanh

Cả chè xanh (hay trà xanh, green tea) và chè đen (black tea)(Vd: trà Lipton, trà

Dimah,…) đều xuất nguồn từ cây chè (trà) (Camellia sinensis) Chè xanh được làm từ đọt

lá (lá ngọn) sấy nhẹ, còn chè đen được hình thành sau một quá trình oxy hóa lá chè.Trong quá trình oxy hóa này, các enzyme trong chè chuyển đổi nhiều hợp chấtpolyphenol với những khả năng hoạt động và điều trị vượt trội trở thành những hợp chất

ít hoạt động điều trị hơn.[8,11]

Đối với chè xanh quá trình sấy không làm hoạt hóa các men oxy hóa polyphenol.Polyphenol có chứa vòng phenol trong cấu trúc phân tử Polyphenol chính trong trà xanh

là các flavonoid (catechin, epicatechin, epicatechin gallate, epigallocatechin gallate, vàproanthocyanidin) Epigallocatechin gallate là thành phần hoạt động mạnh nhất.[8]

1.2.3 Vai trò của Flavonoid

Do Flavonoid là một hoạt chất rất phổ biến và có nhiều tác dụng nên các đề tài nghiêncứu về nó khá rộng, có rất nhiều công trình nghiên cứu đã gặt hái được nhiều thành công

từ hợp chất này Flavonoid có rất nhiều ứng dụng:

 Các phản ứng sinh hoá

Các nhóm phenol có vai trò trong sự hoà tan các chất vì di chuyển dễ dàng qua cácmàng sinh học, một số có tác dụng như chất kháng oxi hoá, bảo vệ như acid ascorbic, một

số có tác dụng ức chế enzyme và các chất độc của cây.[8,9]

 Vai trò ức chế và kích thích sinh trưởng

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy nhóm chức hydroxyl có vai trò quyết định

về tính kích thích cũng như ức chế khả năng sinh trưởng.[8]

Ví dụ: trong ổi flavonoid có nhóm hydroxyl ở 4’ làm tăng hoạt tính enzyme, còn flavonoid có nhóm hydroxyl ở cả 3’ và 4’ thì lại có tính ức chế

 Vai trò tạo màu

Flavonoid có khả năng tạo màu cho thực vật đễ trông hấp dẫn hơn Các flavon, flavonol, auron, chalcon thì có màu vàng Còn các anthocyanin thì có thể hồng, đỏ, tím, xanh.[8,10]

 Vai trò bảo vệ cây

Một số flavonoid không màu trong lá có khả năng bảo vệ cây, ngăn động vật ăn cỏbằng vị đắng và khó chịu.[8]

 Vai trò y học

Gốc tự do trong cơ thể là các hợp chất có hoạt tính cao được tạo ra bằng quá trình trao đổi chất hoặc đưa từ ngoài vào Các gốc tự do có năng lượng lớn nên có xu hướng phản ứng làm giảm năng lượng, khi phản ứng với các hợp chất trong cơ thể làm thay đổi các hợp chất trong cơ thể Các dẫn xuất flavonoid có tác dụng dập tắt các gốc tự do như

Flavonoid tạo phức với các ion kim loại mà những kim loại này là xúc tác cho các phản ứng oxi hoá Thành phần màng tế bào có các lipit dễ bị peroxy hoá sinh ra sản phẩmlàm rối loạn trao đổi chất và huỷ hoại tế bào.[9]

Flavonoid cùng với các acid ascorbic tham gia quá trình hoạt động của enzyme oxi hoá- khử Flavonoid còn ức chế tác động của hyaluronidase ( enzym này làm tăng tính thấm của mao mạch) Khi nó thừa sẽ gây hiện tượng xuất huyết dưới da hay còn gọi

vững thành mạch.[8]

 Khả năng kháng oxi hoá của flavonoid

Flavonoid có đặc tính sinh học mạnh: kháng ung thư, kháng khuẩn, kháng viêm…Trong các nghiên cứu in vitro, hoạt tính của flavonoid được khảo sát bằng cách cho phản

Tác dụng kháng oxi hoá của flavonoid là ngăn hình thành gốc tự do, làm sạch gốc

tự do và điều chỉnh khả năng kháng oxi hoá của cơ thể Flavonoid ngăn cản các enzyme

loại ở nhóm catechol của vòng B, vị trí 3,4 của vòng C, vị trí 4,5 của vòng A.[9]

kê là rất lớn nên nguồn nguyên liệu cho việc nghiên cứu sẽ dễ tìm, giá thành rẻ Theo đó,

ta chọn con đường bán tổng hợp từ hesperidin là phương pháp chính để nghiên cứu trong

2.1.1.1 Mô tả cây quít [6]

 Tên khoa học: Citrus deliciosa Tenore , Citrus nobilis var.deliciosa Swigle , Citrus reticulate Blanco

 Họ : Cam quít ( Rutaceae )

Cây quít là một loại cây nhỏ, lá mọc so le, đơn, mép lá có răng cưa, vỏ có mùi thơm đặc biệt Hoa nhỏ,màu trắng, mọc đơn độc ở kẽ lá Quả hình cầu hai đầu dẹt,màu xanh,vàng cam hay đỏ, vỏ có thể mỏng nhẵn hoặc sần sùi, dễ bóc, mùi thơm ngon, nhiều hạt.

 Phân bố, thu hái và chế biến

Quít là một loại cây được trồng phổ biến ở nước ta, nhiều nhất tại các tỉnh Nghệ

An, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Thừa Thiên, Nam Định, Hà Nam, Bắc Cạn, Thái

Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh….Tại Trung Quốc, ngoài những loại cây cùng loài với quít của nước ta, người ta còn trồng một số lại quít khác như: Đại Hồng Cam (

Citrus chachiensis hay Citrus nobilis var.chachiensis Wong), cây Phúc Quyết (

Citrus tangeriana Hortet Tanaka hay Citrus reticulata var.deliciosa H.H.Hu) và

var.erythrosa H.H.Hu ) Ở Việt Nam, ngoài cây quít ngọt, ta còn nhiều loại quít khác chưa được xác định tên khoa học như: quít giấy, quít tàu, quít nuốm…

Rutaceae, Leguminosaea, Asteraceae Chất tiêu biểu là Naringin, Prunnin, Hesperidin.[8]

2.1.2 Tên gọi và cấu tạo

Các tên thường gọi : Hesperidin, rhamno-glucoside,

Hesperetin-7-rutinoside và

(S)-7-[[6-0-(6-deoxy-anpha-L-mannop-yranosyl)-beta-D-glucopyranosyl]-2, 3-dihydro-5-hydroxy-2-(3-hydroxy-4-methoxyphenyl)-4H-1-benzopyran-4-one.[11,

12, 14]

Khối lượng phân tử: 610,55

Công thức cấu tạo: