Chính vì vậy, với mong muốn phát hiện các chất có cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học lý thú từ các loài ngập mặn ven biển đã được người dân sử dụng làm thuốc nhưng chưa được nghiên[r]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-*** -
NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA BA LOÀI THỰC VẬT NGẬP
MẶN VÙNG VEN BIỂN VIỆT NAM: CỎ CHÔNG (SPINIFEX
LITTOREUS), HẾP (SCAEVOLA TACCADA) VÀ CÓC ĐỎ
(LUMNITZERA LITTOREA)
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
Hà Nội - 2017
Trang 2VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
…… ….***…………
NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA BA LOÀI THỰC VẬT NGẬP
MẶN VÙNG VEN BIỂN VIỆT NAM: CỎ CHÔNG (SPINIFEX
LITTOREUS), HẾP (SCAEVOLA TACCADA) VÀ CÓC ĐỎ
(LUMNITZERA LITTOREA)
LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Chuyên ngành : Hóa hữu cơ
Mã số: 62440114
Người hướng dẫn khoa học:
GS TSKH TRẦN VĂN SUNG
TS TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO
Hà Nội - 2017
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TSKH Trần Văn Sung và TS Trần Thị Phương Thảo Các số liệu kết quả trong luận án là trung thực Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ
Tôi xin chịu trách nhiệm với những lời cam đoan của mình
Tác giả luận án
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa học – Học Viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của Thầy Cô, các nhà khoa học cũng như đồng nghiệp, bạn bè và gia đình
Tôi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Viện Hoá học, tập thể phòng Tổng hợp Hữu cơ–Viện Hóa học, Trung tâm phát triển nguồn nhân lực tỉnh Quảng Nam, lãnh đạo Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Quảng Nam, Ban Giám hiệu trường THPT Chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận
án này
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến GS.TSKH Trần Văn Sung, TS Trần Thị Phương Thảo đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận án
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến toàn thể gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ, giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành tốt luận
án
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Trang 5MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT I DANH MỤC HÌNH II DANH MỤC CÁC BẢNG V
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1 Tổng quan về thực vật ngập mặn - 3
1.1.1 Đặc điểm sinh thái của thực vật ngập mặn - 3
1.1.2 Phân bố rừng ngập mặn ở Việt Nam - 5
1.1.3 Tình hình nghiên cứu thực vật ngập mặn trên thế giới - 5
1.1.4 Tình hình nghiên cứu thực vật ngập mặn ở Việt Nam - 14
1.2 Giới thiệu về chi Cóc (Lumnitzera), họ Trâm bầu (Combretaceae) - 16
1.2.1 Đặc điểm thực vật của loài Cóc đỏ (Lumnitzera littorea) - 16
1.2.2 Ứng dụng trong y học cổ truyền của loài Cóc đỏ (Lumnitzera littorea) - 17
1.2.3 Tình hình nghiên cứu của các loài thuộc chi Cóc (Lumnitzera) - 17
1.2.3.1 Tình hình nghiên cứu loài Cóc trắng (Lumnitzera racemosa) 17
1.2.3.2 Tình hình nghiên cứu loài Cóc đỏ (Lumnitzera littorea) 22
1.3 Giới thiệu về chi Cỏ chông (Spinefex) thuộc họ Lúa (Poaceae) - 22
1.3.1 Đặc điểm thực vật của loài Cỏ chông (Spinifex litoreus) - 22
1.3.2 Ứng dụng trong y học cổ truyền của loài Cỏ chông (Spinifex littoreus) - 23
1.3.3 Tình hình nghiên cứu của loài Cỏ chông (Spinifex littoreus) - 23
1.4 Giới thiệu về chi Hếp (Scaevola) thuộc họ Hếp (Goodeniaceae) - 24
1.4.1 Tình hình nghiên cứu của các loài thuộc chi Hếp (Scaevola) - 24
1.4.2 Giới thiệu về loài Hếp (Scaevola taccada) - 28
Trang 61.4.2.1 Đặc điểm thực vật của loài Hếp (Scaevola taccada) 28
1.4.2.2 Ứng dụng trong y học cổ truyền của loài Hếp (Scaevola taccada) 28
1.4.2.3 Thành phần hóa học của loài Hếp (Scaevola taccada) 28
1.4.2.4 Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của loài Hếp (S taccada) 30
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 32
2.1 Đối tượng nghiên cứu - 32
2.1.1 Cây Cóc đỏ - 32
2.1.2 Cây Hếp - 32
2.1.3 Cây Cỏ chông - 32
2.2 Hóa chất, thiết bị nghiên cứu - 33
2.2.1 Hóa chất - 33
2.2.2 Thiết bị - 33
2.3 Phương pháp nghiên cứu - 33
2.3.1 Phương pháp chiết mẫu thực vật - 34
2.3.2 Phương pháp phân lập, tinh chế các hợp chất - 34
2.3.3 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học - 34
2.3.3.1 Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào [116][117] 34
2.3.3.2 Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định [118][119] 36
2.3.3.3 Phương pháp thử hoạt tính chống oxy hóa DPPH [120] [121] [122] 37
2.3.4 Phương pháp xác định cấu trúc các hợp chất - 38
2.4 Phân lập, tinh chế các chất từ mẫu cây Hếp - 38
2.4.1 Điều chế cặn chiết từ lá cây Hếp - 38
2.4.2 Chiết tổng alkaloid từ cặn chiết MeOH - 39
2.4.3 Phân lập, tinh chế các chất từ cây Hếp - 39
Trang 72.4.3.1 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết n-hexane lá cây Hếp 40
2.4.3.2 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết ethyl acetate lá cây Hếp 42
2.5 Phân lập, tinh chế các chất từ mẫu cây Cóc đỏ - 44
2.5.1 Điều chế cặn chiết từ cây Cóc đỏ - 44
2.5.2 Phân lập, tinh chế các chất từ cây Cóc đỏ - 45
2.5.2.1 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn ethyl acetate cành cây Cóc đỏ 45
2.5.2.2 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết ethyl acetate lá cây Cóc đỏ 46
2.5.2.3 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết methanol cành cây Cóc đỏ 48
2.5.2.4 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết methanol lá cây Cóc đỏ 49
2.6 Phân lập, tinh chế các chất từ mẫu cây Cỏ chông - 50
2.6.1 Điều chế các cặn chiết từ hoa Cỏ chông - 51
2.6.2 Phân lập, tinh chế các chất từ hoa Cỏ chông - 51
2.6.2.1 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết n-hexane hoa Cỏ chông 51
2.6.2.2 Phân lập, tinh chế các chất từ cặn chiết n-butanol hoa Cỏ chông 53
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57
3.1 Kết quả nghiên cứu loài Hếp (S taccada) - 57
3.1.1 Hoạt tính sinh học của loài Hếp - 57
3.1.2 Thành phần hóa học của lá cây Hếp - 57
3.2 Kết quả nghiên cứu loài Cóc đỏ (L littorea) - 74
3.2.1 Hoạt tính sinh học của loài Cóc đỏ - 74
3.2.2 Thành phần hóa học của loài Cóc đỏ - 75
3.3 Kết quả nghiên cứu loài Cỏ chông (S littoreus) - 99
3.3.1 Hoạt tính sinh học của loài Cỏ chông - 99
3.3.2 Thành phần hóa học của loài Cỏ chông. - 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131
Trang 8NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 133 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135
Trang 9DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
s, d, t, dd, tt, m, br s Singlet, douplet, triplet, douplet of douplet,
triplet of triplet, multiplet, broad singlet MeOH, CD3OD Methanol, methanol đã deuteri hoá
IC50
Nồng độ ức chế 50% tế bào tăng trưởng (Compound concentrations that produce 50% of cell growth inhibition)
(ppm)
MIC Nồng độ ức chế tối thiểu - Minimum Inhibitory
Concentration
Transform Infrared Spectroscopy
Ionization Mass Spectroscopy
HR-ESI-MS
Phổ khối lượng phun mù điện tử phân giải cao- Hight Resolution Electron Spray Ionization Mass Spectroscopy
1
1
H - Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
13
13
C - Carbon Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
Transfer
Heteronuclear Single Quantum Coherence
HMBC Tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết -
Heteronuclear Multipe Bond Coherence
1
H 1H COSY Phổ tương quan-Correlated Spectroscopy
Trang 10DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cành (1), hoa (2) và chùm quả (3) của cây Cóc đỏ [71] - 16
Hình 1.2 Thân (1), nhánh cụm hoa (2), bông (3), hoa cái (4) của Cỏ chông [71] 23
Hình 1.3 Ngọn cành mang hoa (1) và hoa (2) của cây Hếp (S taccada) [71] - 28
Hình 2.1 Tiêu bản của cây Cỏ chông (S littoreus) - 32
Hình 2.2 Sơ đồ điều chế cặn chiết từ mẫu lá cây Hếp (S taccada) - 38
Hình 2.3 Quy trình chiết tổng alkaloid từ cặn methanol lá cây Hếp - 39
Hình 2.4 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn n-hexane lá cây Hếp (S taccada) - 40
Hình 2.5 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn ethyl acetate lá cây Hếp (S taccada) 42
Hình 2.6 Sơ đồ chung chiết mẫu lá và cành cây Cóc đỏ (L littoreus) - 44
Hình 2.7 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn ethyl acetate cành cây Cóc đỏ - 45
Hình 2.8 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn ethyl acetate lá cây Cóc đỏ - 47
Hình 2.9 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn MeOH cành Cóc đỏ - 48
Hình 2.10 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn methanol lá Cóc đỏ - 50
Hình 2.11 Sơ đồ chiết mẫu hoa Cỏ chông (Spinifex littoreus) - 51
Hình 2.12 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn chiết n-hexane hoa Cỏ chông - 52
Hình 2.13 Sơ đồ phân lập các chất từ cặn chiết n-buthanol hoa Cỏ chông - 54
Hình 3.1 Phổ 13C NMR (phổ giãn) của chất ST1 - 58
Hình 3.2 Các tương tác COSY (─) và HMBC (→) chính của chất ST2 - 60
Hình 3.3 Phổ 1H 1H COSY của chất ST2 - 60
Hình 3.4 Phổ 1H NMR của chất ST3 - 63
Hình 3.5 Phổ 13C NMR của chất ST3 - 64
Hình 3.6 Phổ 1H NMR của chất ST4 - 66
Hình 3.7 Phổ 13C NMR của chất ST4 - 67
Hình 3.8 Phổ 1H NMR của chất ST8 - 71
Hình 3.9 Phổ 13C NMR của chất ST8 - 72
Hình 3.10 Phổ 1H NMR vùng trường thấp của chất CĐ1 - 76
Trang 11Hình 3.11 Phổ 13C NMR của chất CĐ2 - 77
Hình 3.12 Các tương tác HMBC (→) chính của chất CĐ2 - 78
Hình 3.13 Phổ HMBC vùng trường cao của chất CĐ2 - 78
Hình 3.14 Phổ 1H NMR của chất CĐ2a - 80
Hình 3.15 Phổ 13C NMR của chất CĐ2a - 81
Hình 3.16 Phổ 1H NMR của chất CĐ3 - 82
Hình 3.17 Phổ 1H NMR (phổ giãn) của chất CĐ4 - 83
Hình 3.18 Phổ 1H NMR vùng trường thấp của chất CĐ6 - 85
Hình 3.19 Phổ 13C NMR của chất CĐ6 - 86
Hình 3.20 Phổ 1H NMR vùng trường thấp của chất CĐ7 - 88
Hình 3.21 Các tương tác COSY(─) và HMBC (→) chính của chất CĐ7 - 88
Hình 3.22 Phổ 1H 1H COSY của chất CĐ7 - 89
Hình 3.23 Phổ HMBC của chất CĐ7 - 90
Hình 3.24 Phổ 1H NMR của chất CĐ8 - 91
Hình 3.25 Phổ 1H NMR của chất CĐ8a - 92
Hình 3.26 Phổ 1H NMR của chất CĐ9 - 94
Hình 3.27 Phổ 13C NMR của chất CĐ9 - 95
Hình 3.28 Phổ 1H NMR của chất CĐ10 - 97
Hình 3.29 Phổ 13C NMR của chất CĐ10 - 97
Hình 3.30 Các tương tác HMBC (H→C) chính của chất CĐ10 - 98
Hình 3.31 Phổ HMBC của chất CĐ10 - 98
Hình 3.32 Phổ 1H NMR (giãn rộng) của chất SL1 - 101
Hình 3.33 Các tương tác COSY (─) và HMBC (→) chính của chất SL1 - 102
Hình 3.34 Phổ 1H 1H COSY vùng trường thấp của chất SL1 - 103
Hình 3.35 Phổ HMBC vùng trường cao của chất SL1 - 104
Hình 3.36 Phổ 1H NMR của chất SL2 - 106
Hình 3.37 Phổ 13C NMR của chất SL2 - 107
Hình 3.38 Phổ 1H NMR của chất SL3 - 108
Trang 12Hình 3.39 Phổ 1H NMR của chất SL7 - 110
Hình 3.40 Các tương tác COSY, HMBC và NOESY (chính) của chất SL7 - 110
Hình 3.41 Phổ 1H 1H COSY của chất SL7 - 111
Hình 3.42 Phổ HMBC của chất SL7 - 112
Hình 3.43 Phổ NOESY của chất SL7 - 112
Hình 3.44 Phổ 1H NMR của chất SL8 - 114
Hình 3.45 Phổ 13C NMR và DEPT của chất SL8 - 115
Hình 3.46 Phổ 1H NMR của chất SL9 - 117
Hình 3.47 Phổ 1H 1H COSY của chất SL9 - 118
Hình 3.48 Phổ HMBC của chất SL9 - 118
Hình 3.49 Các tương tác COSY, HMBC, NOESY (chính) của chất SL9 - 119
Hình 3.50 Các tương tác COSY, HMBC, NOESY (chính) của chất SL10 - 121
Hình 3.51 Phổ HMBC vùng trường thấp của chất SL10 - 121
Hình 3.52 Phổ 1H 1H COSY vùng trường thấp của chất SL10 - 122
Hình 3.53 Phổ NOESY vùng trường thấp của chất SL10 - 123
Hình 3.54 Phổ 1H NMR (phổ giãn) vùng trường thấp của chất SL10a - 125
Trang 13DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các cấp ngập triều và loài cây thường gặp ở rừng ngập mặn [1] - 4
Bảng 1.2 Ứng dụng trong dân gian và thử nghiệm hoạt tính sinh học của một số loài thực vật ngập mặn trên thế giới [3] - 6
Bảng 1.3 Hợp chất terpenoid khung D-friedooleanane chi Vẹt (Bruguiera) và chi Đước (Rhizophora) - 11
Bảng 1.4 Hợp chất terpenoid khung lupane phân lập từ loài Dà vôi (Ceriops tagal)12 Bảng 1.5 Các hợp chất flavonoid phân lập từ loài Đước vòi (R stylosa) - 13
Bảng 1.6 Các hợp chất tannin phân lập từ lá Cóc trắng ở đảo Kaohsiung Bay - 17
Bảng 1.7 Các hợp chất được phân lập từ loài Cóc trắng Ấn Độ và Trung Quốc - 18
Bảng 1.8 Một số hợp chất đã được phân lập từ loài Cóc trắng ở Nam Định [70] 20
Bảng 1.9 Phân tích định tính dịch chiết cây Cỏ chông - 24
Bảng 1.10 Thành phần hóa học của các loài thuộc chi Hếp (Scaevola) - 25
Bảng 1.11 Một số hợp chất đã được phân lập từ loài Hếp (Scaevola taccada) - 29
Bảng 3.1 Số liệu phổ NMR 1 chiều và 2 chiều của chất ST2 - 61
Bảng 3.2 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất ST3 - 64
Bảng 3.3 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất ST4 - 67
Bảng 3.4 Số liệu phổ 1H,13C NMR của chất ST8 - 72
Bảng 3.5 Số liệu phổ NMR 1 chiều, 2 chiều của chất CĐ2 - 79
Bảng 3.6 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất CĐ3 - 82
Bảng 3.7 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất CĐ6 - 86
Bảng 3.8 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất CĐ8 - 91
Bảng 3.9 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất CĐ8a - 93
Bảng 3.10 Số liệu phổ 1H và 13C NMR của chất CĐ9 - 95
Bảng 3.11 Số liệu phổ 1H và 13C NMR của chất CĐ10 - 99
Bảng 3.12 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của cây Cỏ chông - 100
Bảng 3.13 Số liệu phổ 1H, 13C NMR của chất SL1 - 104
Bảng 3.14 Số liệu phổ NMR 1 chiều, 2 chiều của chất SL7 - 113
Trang 14Bảng 3.15 Số liệu phổ1H, 13C NMR của chất SL8 - 115
Bảng 3.16 Số liệu phổ NMR 1 chiều, 2 chiều của chất SL9 - 119
Bảng 3.17 Số liệu phổ 1 chiều, 2 chiều NMR của chất SL10 - 123
Bảng 3.18 Tổng kết các hợp chất phân lập được từ ba cây nghiên cứu - 126
Trang 15MỞ ĐẦU Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, chất lượng cuộc sống của con người được nâng lên Tuy nhiên, hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người đã làm cho môi trường ô nhiễm, con người đang phải đối mặt với nhiều căn bệnh hiểm nghèo Theo thống kê của tổ chức Y tế Thế giới (2015), Việt Nam đứng ở top 2 trên bản đồ ung thư thế giới, bình quân mỗi năm có khoảng 70.000 người chết và 200.000 người mắc bệnh mới, con số này đang tiếp tục gia tăng Trước tình hình đó các nhà khoa học không ngừng tìm kiếm các hợp chất mới có thể tiêu diệt căn bệnh thời đại này, nhất là khi các phương pháp hỗ trợ điều trị như xạ trị, hóa trị và phẫu thuật để lại nhiều tác dụng xấu cho người bệnh Trong hành trình tìm kiếm các chất mới có hoạt tính sinh học cao, các nhà khoa học đã phát hiện nhiều điều kỳ thú từ thiên nhiên Trong những năm gần đây một số quốc gia như Ấn Độ, Thái Lan, Indonesia, Brazin, Trung Quốc, Úc đã tập trung nghiên cứu khai thác và sàng lọc các hợp chất có hoạt tính sinh học cao từ các loài cây ngập mặn
Việt Nam có khoảng 3260 km bờ biển với nhiều loài thực vật ở các vùng sinh thái ven biển khác nhau Trong điều kiện địa lý khắc nghiệt như môi trường đất cát, yếm khí, nhiều côn trùng, thường xuyên ngập triều vv các loài cây ngập mặn ven biển đã trải qua quá trình sinh tổng hợp đặc biệt tạo ra nhiều hợp chất có cấu trúc phong phú và có hoạt tính sinh học cao Các loài cây vùng ngập mặn ven biển
từ lâu đã là nguồn thuốc tự nhiên rất phong phú và gần gũi đối với người dân vùng biển Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay các công trình nghiên cứu thăm dò về hoạt tính sinh học và thành phần hóa học của các loài cây ngập mặn đã được ứng dụng trong dân gian để làm thuốc còn rất ít Chính vì vậy, với mong muốn phát hiện các chất có cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học lý thú từ các loài ngập mặn ven biển
đã được người dân sử dụng làm thuốc nhưng chưa được nghiên cứu nhiều về mặt hóa học cũng như hoạt tính sinh học, chúng tôi đã lựa chọn 3 loài cây vùng ngập
mặn là loài Cỏ chông (S littoreus (Burm f.) Merr.), loài Hếp (S taccada (Gaertn Roxb.) và loài Cóc đỏ (L littorea (Jack) Voigt.) làm đối tượng để nghiên cứu Luận
án đặt ra mục tiêu cụ thể như sau:
1 Chiết xuất phân lập các chất từ 3 loài cây ngập mặn Cỏ chông (Spinifex
littoreus), Hếp (Scaevola taccada) và Cóc đỏ (Lumnitzera littorea)