Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo lời cảm ơn Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy GVC Lê Quý Bảo - Khoa Hóa - Trờng Đại Học Vinh, đã giao đề tài và trực tiếp hớng dẫn tận tình, giúp đỡ chu đáo cả về tinh thần lẫn điều kiện vật chất cần thiết trong suốt quá trình làm luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn: - GS. TSKH Nguyễn Xuân Dũng, Trờng Đại Học khoa học tự nhiên Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã giúp tôi phân tích và xử lý kết quả. - Th.S Trần Đình Thắng, Th.S Lê Đức Giang đã cung cấp nhiều tài liệu và đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thành luận văn này. - Các thầy giáo cô giáo trong BCN khoa, các thầy cô trong phòng thí nghiệm khoa hóa - trờng Đại Học Vinh. - Cô Nguyễn Thị Liên phòng thí nghiệm hữu cơ khoa hóa - trờng Đại Học Vinh. - GS.TSKH Lê Văn Hạc, TS.PCN khoa Hoàng Văn Lựu đã quan tâm động viên và đóng góp ý kiến cho đề tài. - Em Nguyễn Văn Oai sinh viên K42E4 CNTT đã giúp tôi đánh máy hoàn thành luận văn này. Cũng nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, ngời thân, các bạn bè gần xa cùng toàn thể các bạn sinh viên lớp 40E3 Hóa - Trờng Đại Học Vinh đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi về cả vật chất lẫn tinh thần trong suốt qua trình hoàn thành luận văn này. Vinh, ngày 20 tháng 04 năm 2004 Tác giả Đỗ Văn Hảo 1 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo phần i: mở đầu 1.1. đặt vấn đề: Khái niệm về tinh dầu: Tinh dầu là những chất có mùi thơm có trong hoa, lá, thân, rễ, củ và vỏ thực vật. Khác với chất dầu béo, chúng bay hơi với n- ớc, nhỏ một giọt tinh dầu trên giấy lọc cho vết tròn trong suốt, rất dễ biến mất, vì thế tinh dầu còn đợc gọi là dầu bay hơi [11]. Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới ẩm, gió mùa nên hệ thực vật rất đa dạng và phong phú đặc biệt là cây tinh dầu và cây thuốc. Tuy chỉ chiếm hàm lợng nhỏ trong cây, tinh dầu là một thành phần quan trọng làm nên "hơng" của cây, của hoa và của lá. Nó có ý nghĩa thực tế rất quan trọng: Tinh dầu đợc sử dụng trong công nghiệp chất thơm, công nghiệp mỹ phẩm, làm nguyên liệu chính của ngành chế biến gia vị và rợu mùi, đặc biệt là trong y dợc. Hàng năm toàn thế giới tiêu thụ hàng vạn tấn nguyên liệu chứa tinh dầu [16]. ở Việt Nam các nhà khoa học chuyên ngành xác định đợc 10386 loài thực vật bậc cao (dự đoán có thể tới 12000 loài). Cây thuốc chiếm 26 - 30% và hầu hết là các loài cây có tinh dầu. Cho đến nay theo điều tra của các nhà khoa học nớc ta có thể trên 1800 loài cây thuốc và gần 600 loài cây tinh dầu [4,15,9] trong đó họ Gừng là một nguồn đáng kể. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ các cây họ Gừng làm gia vị và hơng liệu trên thế giới và trong nớc ngày càng tăng. Về gia vị tơng đối thỏa mãn nhng phần lớn lợng hơng liệu sử dụng phải nhập khẩu từ nớc ngoài trong khi chúng ta hoàn toàn có thể phát triển ngành công nghiệp hơng liệu trong nớc từ nguồn tài nguyên cây tinh dầu phong phú. Phần lớn các cây tinh dầu đã biết trên thế giới đều có thể tìm thấy ở Việt Nam. Tuy nhiên việc nghiên cứu cơ bản về hàm lợng và thành phần hóa học của 2 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo tinh dầu các cây này cha đợc là bao và số loài đợc chú ý nghiên cứu cũng chỉ mới hạn chế ở một vài mặt nào đó, thiếu hệ thống và cha triệt để. Họ Gừng là một trong những họ lớn của thực vật ở việt nam, họ Gừng có đến 115 loài khác nhau trong đó có 11 loài Gừng và 20 loài Riềng đã đợc biết [8, 9, 13, 14, 17, 37, 42]. Các cây họ Gừng thuộc loại thân thảo, chịu bóng tốt. Kinh nghiệm của nhân dân ta đã rút ra bài học là trồng các cây họ nh Riềng, Gừng, Nghệ . Trong các vờn thuốc gia đình ở tầng dới để vừa che mặt đất vừa lấy thân rễ làm gia vị và thuốc chữa một số bệnh về đờng ruột. Nh vậy có thể chọn lựa một số cây tinh dầu có triển vọng trong các loài của họ Gừng, thông qua việc nghiên cứu hàm lợng và thành phần hóa học của tinh dầu để trồng dới bóng cây công nghiệp cao lớn nh Cao su, Long nảo, Quế, . làm tăng hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng đất. Hầu hết các cây họ Gừng đều chứa tinh dầu nhng việc nghiên cứu cơ bản về hàm lợng, tính chất và thành phần hóa học của tinh dầu các họ cây Gừng ở n- ớc ta cũng nh trên thế giới còn cha đầy đủ. ở Việt Nam chỉ mới có 4 loài Nghệ đợc nghiên cứu về thành phần hóa học của tinh dầu thân, rễ trong số 14 loài Nghệ đợc biết [8. 9. 13, 14, 37, 42]. Một số loài sa nhân cũng mới đợc nghiên cứu trong những năm gần đây [5, 20, 25, 26]. Đối với các cây thuộc chi Gừng và chi Riềng thì tình hình nghiên cứu lại còn ít hơn. Chỉ có một loài Gừng và hai loài Riềng mới đợc nghiên cứu về thành phần hóa học của tinh dầu thân rễ, lá và hạt [12, 24, 27, 43]. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về thành phần hóa học của tinh dầu các loài Gừng và Riềng nhng tập trung nghiên cứu về tinh dầu của các bộ phận nh thân, rễ hoặc hạt [30, 33, 38, 40, 41, 45, 46, 48]. Xuất phát từ tình hình thực tế nh đã nêu ở trên. Chúng tôi chọn đề tài " tách và nghiên cứu thành phần hóa học của" tinh dầu cây Riềng gió (catim bium latilabre (Ridl) Holtt ở Việt Nam) theo các hớng: Tách tinh dầu, định lợng và 3 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo xác định thành phần hóa học của tinh dầu cây Riềng gió ở Huyện Thiệu Hóa - Tỉnh Thanh Hóa. 1.2. Mục đích của đề tài: Thực hiện đề tài này chúng tôi nhằm mục đích: - Nghiên cứu tách và xác định hàm lợng tinh dầu của các bộ phận lá thân và rễ củ của cây Riềng gió để biết đợc tinh dầu tập trung ở bộ phận nào, từ đó định hớng cho việc quy hoạch và khai thác có hiệu quả. - Xác định thành phần hóa học trong tinh dầu của từng bộ phận cây Riềng gió ở Huyện Thiệu Hóa - Tỉnh Thanh Hóa, nhằm tìm ra các thành phần đặc trng bổ sung cho sự phân loại thực vật và qua đó tìm ra nguồn chất thơm cho công nghiệp hơng liệu và y dợc học. 4 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo phần II: tổng quan 2.1. đặc điểm thực vật: Họ Gừng có nhiều chi và gồm nhiều loài khác nhau. Hầu hết các cây thuộc loại Gừng chủ yếu phân bố ở các nớc vùng Đông Nam á, Trung Quốc, ấn Độ và Nhật Bản, . Theo các tác giả Lê Khả Kế, Vũ Văn Chuyên và các cộng sự [13] họ Gừng có 45 chi, trên 800 loài phân bố ở vùng nhiệt đới hai bán cầu. Riềng ở Việt Nam, họ Gừng có 8 chi 25 loài khác nhau, phân bố rải rác từ Bắc đến Nam. Võ Văn Chi, Dơng Đức Tiến [3] đã tổng kết họ Gừng có 45 chi gồm hơn 1300 loài phân bố ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, chủ yếu là ở Nam và Đông Nam á. ở nớc ta hiện biết 12 chi và 61 loài. Theo Phạm Hoàng Hộ [8, 9], ở Việt Nam họ Gừng có 24 chi với hơn 115 loài khác nhau. Trong cuốn "thực vật chí Đông Dơng" của H. lecomte [37] và cuốn "các cây thuốc ở Cam Bốt, Lào và Việt Nam" của A. pe'telot [42], họ Gừng có 13 chi với 118 loài phân bố rải rác ở các nớc Đông Dơng. Ohwi jisaburo (Nhật Bản) tổng kết họ Gừng có 47 chi với khoảng 1400 loài chủ yếu phân bố ở vùng nhiệt đới và rải rác ở vùng ôn đới. Riềng ở Nhật Bản, chi Gừng chỉ có 2 loài và chi Riềng có 4 loài [36]. ở Trung Quốc chỉ riêng chi Riềng đã có đến 46 loài khác nhau [35]. Nh vậy họ Gừng có bao nhiêu chi và bao nhiêu loài vẫn còn là vấn đề cha đợc thống nhất trong các tài liệu phân loại thực vật. Tuy vậy về đặc điểm thực vật của các cây họ Gừng, các tài liệu phân loại thực vật đều mô tả thống nhất nh sau: 5 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo - Các cây họ Gừng thuộc loại thân thảo, sống nhiều năm, thân rễ khỏe nạc, nằm ngang hoặc có đốt ngắn, rễ có khi phình lên thành củ. - Bẹ lá dài là một đờng dọc đối diện với phiến có lỡi bẹ hoặc hoàn toàn hình ống hoặc chia thùy có hình lỡi quay về phía phiến lá. Cuống lá ngắn, hình ống con, bao giờ cũng tròn và độ vững chắc hơn phần trên. - Cụm hoa ở ngọn hoặc mọc từ gốc mang trên một trục không có lá, có khi gân nh không có cán. Bông hình chùy hoặc tha. Hoa thờng có mùi và có màu sắc, có khi lớn và đẹp. Đài hình ống có khía răng sâu ít hoặc nhiều, có khi chẻ thành tai. Tràng hoa hình ống, có 3 thùy, thùy lng thờng lớn hơn. Bao phấn duy nhất nằm dới thùy sau của tràng hoa, là sợi nhỏ dài nhiều hoặc ít, có hai ngăn, hớng trong, mở đờng dọc. Trung đới rất nổi bật, không có phần phụ hoặc có một cái nào ở đỉnh, có cựa ở gốc, có khi dạng cánh hoa tơng tự nh một bản mỏng trên đó gắn các ô phấn. Nhị lép 2, bầu hạ 3 ô, có 3 giá nõn bên hoặc một ô có giá nõn bên, vòi độc nhất hình sợi đi giữa các ô của bao phấn, đầu nhụy hình phểu. - Quả nang hoặc quả nạc, có khi không mở [13, 37] 2.2. phân loại họ Gừng: Theo phân loại tổng quát của Lê Khả Kế [13, 14] họ Gừng gồm 8 chi: Stahlianthus (Tam thất), Kampferia (Địa liền), curcuma (Nghệ), Hedychium (Ngải), Zingiber (Gừng), Alpinia (Riềng), Amomum (Sa nhân) và costus (Chốc lồi): H.lecomte [37] chia họ Gừng thành 3 chi: Globba, Gagnepainia, Stahlianthus, Kaempferia, Gastrochilus, Curcuma, Hedychium, Siliquamomum, Zingiber, Alpinia, Geostachys, Amomum và Costus. Gần đây Phạm Hoàng Hộ [8, 9] phân loại họ Gừng tơng đối chi tiết hơn. Họ Gừng gồm 2 họ phụ là costoi deae và Zingiberoideae. Họ phụ Zingiberoideae đợc chia thành 3 tông: Zingiberaleae, Hedychieae và Globbeae alpinia. 6 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo - Tông Zingiberaceae gồm 11 chi: Zingiber, Anipilia, Cenolophon, Catimbium, languas, Achasma, Nicolaia, Elettaria, Elettariopri, Geostachya và Amomum. - Tông Hedychieae gồm các chi curcuma, hedy chium, stahlianthus, keampferia, siliquamomum và Boesenbergia. So sánh và đối chiếu các cách phân loại trên chúng tôi thấy chi Alpinia theo Lê Khả Kế, Vũ Văn Chuyên, Võ Văn Chi [13], Lê Khả Kế [14] và H.lecomte [37] bao gồm các chi Alpinia, cenolophon, Catimbium và languas của Phạm Hoàng Hộ [8, 9] còn chi Zingiber thì các tài liệu đều thống nhất về cách phân loại. Trong luận văn chúng tôi sử dụng cách phân loại của tác giả Lê Khả Kế, Vũ Văn Chuyên, Võ Văn Chi và H.lecomte vì cách phân loại này có tính phổ biến không riêng gì ở Việt Nam mà còn ở ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản .[21, 34, 35, 36]. Tuy nhiên có một trờng hợp không có tên khoa học theo cách phân loại trên nên chúng tôi sử dụng tên khoa học theo cách phân loại của Phạm Hoàng Hộ [8, 9]. 2.3. chi Riềng <alpinia> 2.3.1. Đặc điểm thực vật và phân loại: Các cây của chi Riềng thuộc loại thân thảo, cao khoảng 1 - 1,3m, có khi cao đến 2,5m thân rễ khỏe, bò dới đất. Lá hình mác hẹp hoặc hình xoan, thờng có mũi nhọn, không cuống hoặc cuống ngắn. Bẹ lá và lỡi bẹ cuộn kín, dài. Hoa ở dạng bông hoặc chùy ở ngọn thân, các nhánh gần nh không có, có khi rất ngắn mang một hoa hoặc có độ dài đáng kể (hiếm khi mang các nhánh nhỏ) và mang nhiều hoa. các lá bắc của các nhánh lớn nh lá bắc con của hoa, hoặc rất nhỏ hoặc không có lá bắc. Trong mọi trờng hợp lá bắc đều rất dễ rụng, các lá bắc con của hoa có hình ống, cái này lồng vào cái khác, hoặc bằng phẳng, hoặc lồi lõm, thờng lớn hơn các lá bắc bọc ngoài, hiếm khi rất nhỏ. 7 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo Cuống hoa thờng ngắn hơn lá bắc của hoa. Hoa có tràng hoa màu trắng hoặc hồng, cánh môi trắng hoặc vàng và thờng có sọc tía. Đài hoa hình ống. Tràng hoa có dạng ống ngắn, các thùy có hình trứng lõm dạng tù, bao phấn hình thuẫn. Trung đới dày có mào, nhị 2, ngắn, hình răng hay hình rùi lồng vào giữa chỉ nhị và cánh môi hoặc không, cánh môi dài hơn nhị và dài hơn các thùy của tràng hoa thờng có dạng thuẩn chia thành 3 thùy rất lõm có dạng thuyền. Bầu có 3 ngăn noãn xào đều hoặc không mở nhiều hạt có 3 góc do sức ép đợc bao bởi một lớp áo hạt [37] Theo các tài liệu [3,8,9,13,16,17,27,37,42] ở việt nam chi riềng có 20 loài sau: + Riềng bracteata - Alpinia bracteata Roxb: Cây cao đến 2m, cánh môi trắng có sọc đỏ, cây mọc hoang dại ở tỉnh Langbtan [8, 9]. + Riềng mép ngắn - Alpinia breviligulata Gagnep, cây cao 1 - 1,5m cánh môi trắng có sọc đỏ, cây mọc hoang dại ở Quảng Trị, Thừa Thiên Huế [8, 9, 13, 37]. + Riềng tàu - Alpinia chinensis Rose: Cây cao khoảng 1m cụm hoa nhẵn. Hoa trắng, cây có ở Bạch Mã, Kontum, Đà Lạt [8, 9, 13, 37]. + Riềng rừng - Alpinia conchigera Griff: Cây cao khoảng 0,8m, quả mộng hình cầu, đỏ. Hoa trắng, cây có ở suối, rừng, ruộng Biên Hòa, vùng Sài Gòn [9, 37]. + Riềng nếp - Alpinia galanga willd: cây cao khoảng 1 - 1,5m thân rễ màu hồng đến đỏ. Hoa trắng hơi vàng, cánh môi có sọc đỏ, đầu chẻ sâu. Cây đ- ợc chồng làm gia vị phổ biến ở một số tỉnh Miền Bắc Việt Nam [13, 37]. + Riềng Gagnepain - Alpinia gagnepainil K.Schum: Cây có lá phiến thon, hẹp. Trục hoa có lông vàng, cứng. Cánh môi hình bầu dục, có sọc đỏ. Cây có ở Hà Nam Ninh [8, 9, 37]. + Riềng globosa - Alpinia globosa (Lour) Horaninov: Cây cao 1,2m lá có cuống dài 10cm. Cánh môi trắng cóa sọc đỏ [9, 13, 37] 8 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo + Riềng Henry - Alpinia Henryi k.Schum: Cây cao 1 - 2m cánh môi vàng có màu đỏ. Cây có ở Hà Nam Ninh [9, 37]. + Riềng Katsumadai - Alpinia katsumadai Haytal: cây cao 2 - 3m thân rễ khỏe, đờng kính 3 - 3,5cm. Hoa có màu trắng, đẹp. Quả màu vàng nâu, có nhiều lông. Cây có ở Lào Cai [27]. + Riềng Laosensis - Alpinia Laosensis Gagnep: Cây cao 1m hoa màu hồng đỏ, cánh môi lõm. Cây có ở Hòn Chông (Hà Tiên) [9, 37]. + Riềng Gió - Catimbium latilabre (Ridl) Holtt: Cây cao 2 - 3m hoa trắng đầu đỏ. Cánh môi vàng có chấm và sọc đỏ. Cây đợc trồng ở 6 tỉnh [8, 9]. + Riềng malaccen - Alpinia malaccense (Burmf) Holtt: Cây cao đến 3m, phát hoa hính chùy. Cánh môi bầu dục, vàng, có sọc đỏ đều. Cây có ở Ba Vì, Bà Rịa Vũng Tàu [9, 37] + Riềng không mùi - Alpinia mutica Roxb: Cây cao khoảng 1m. Lá hoa phụ làm thành một bao phủ to. Cây có ở Sài Gòn, Đồng Nai [9]. + Riềng thuốc - Alpinia officinarum Hance: Cây cao 1m lá hoa xanh mặt ngoài, trắng mặt trong, cánh hoa môi trắng. Cây trồng ở 6 tỉnh và một số tỉnh Miền Bắc [8, 9, 13, 37]. + Riềng núi - Alpinia oxymitra K.Schum: Cây cao 1 - 1,5m cánh môi hình bánh bò, có sọc đỏ. Cây có ở núi Dinh, Phú Quốc [8, 9, 37]. + Riềng Phú Thọ - Alpinia Phuthoensis Gagnep: Cây nhỏ cuống lá dài 8 - 10cm. Lá hoa dài 4 - 6cm. Cánh môi bầu dục, xoan ngợc, có hai móng. Cây có ở Phú Thọ [9]. + Riềng Tía - Alpinia Purpurata (vicill) K.Schum: Cây cao 1 - 1,5m lá hoa đỏ đều đậm. Cây trồng làm cảnh ở Sài Gòn [9]. + Riềng Xiêm - Alpinia Siamensis K.Schum: Cây cao 1,5m cánh môi bầu dục dài 8 -10mm. Cây có ở Bình Trị Thiên, Bà Rịa [9, 37]. + Riềng ấm - Alpinia Speciosa K.Schum: Cây cao khoảng 2m. Hoa xụ (chùy nghiêng), lá hoa trắng, đầu hờng, cánh môi vàng có sọc đỏ. Cây có ở 9 Luận văn tốt nghiệp CN Hóa hữu cơ Đỗ Văn Hảo Bạch Mã (Thừa Thiên Huế), Tây Ninh, Bà Rịa, Côn Sơn, Ninh Bình [8, 9, 13, 37]. + Riềng (Ré) Bắc Bộ - Alpinia tonkinensis Gagnep: Lá hoa bao trọn hoa, cánh hoa có lông ở mặt ngoài, môi bầu dục, chót chẻ, có màu đỏ, cây có ở Hà Nam Ninh. 2.3.2. Thành phần hóa học của một số cây thuộc họ Gừng: + Riềng ấm - Alpinia Speciosa K.Schum: Năm 1973, H. Fujita và M.Yamashita [30] thông báo là đã xác định đợc 46 hợp chất mới trong tinh dầu Riềng ấm (Alpinia Speciosa k.Schum) mọc hoang ở Okinawa (Nhật Bản). Năm 1989, S.tamogami và các cộng sự đã xác định lại thành phần hóa học của tinh dầu lá Riềng ấm (Alpinia Sfeciosa K.Schum) ở Okinawa (Nhật Bản) và ở đài loan kết quả cho biết có hơn 100 hợp chất có mặt trong tinh dầu lá loài này trong đó có 82 hợp chất mới [46]. Năm 1977, N.C.S.D.Siqueira và các cộng sự đã cho biết tinh dầu lá của Riềng ấm (Alpinia Speciosa K.Schum) trồng ở nam RioGrand có chứa các thành phần chính là: - pinen, cam phen, - pinen, 1-8 - cineol, cam pho và borneol [45]. + Riềng thuốc - Alpinia officinarum Hance: Về thành phần hóa học của loại Riềng thuốc (Alpinia offcinarum Hance) đã có khá nhiều tài liệu tổng kết và các công trình công bố. Trong các tài liệu tổng kết thành phần hóa học của loại Riềng thuốc (Alpinia officinarum Hance) có thể kể đến các tài liệu của Đỗ Tất Lợi [17]; và của E.Guenther [32]. Theo [17] trong Riềng thuốc có từ 0,5 - 1% tinh dầu, lỏng sền sệt, màu vàng xanh, mùi long não, trong đó chủ yếu có cineol và metyl cinamat. Ngoài tinh dầu ra trong Riềng còn có các chất sau: - Một chất dầu có vị cay là galangol. 10