Hợp chất tự nhiên quercetin

Flavonoid (hoặc bioflavonoid) (bắt nguồn từ Latin flavus nghĩa là màu vàng, màu của flavonoid trong tự nhiên) là một loại chất chuyển hóa trung gian của thực vật. Tuy nhiên một số flavonoid có màu xanh, tím đỏ và cũng có một số khác lại không có màu. Trong thực vật cũng có một số nhóm hợp chất khác không thuộc flavonoid nhưng lại có màu vàng như carotenoid, anthranoid, xanthon có thể gây nhầm lẫn. Flavonoid được gọi là vitamin P (do tác dụng thẩm thấu vào thành mạch máu) từ giữa những năm 1930 đến những năm 50 đầu, nhưng thuật ngữ này đã lỗi thời và không còn được sử dụng. Hơn 4.000 flavonoid khác nhau đã được mô tả, và chúng được phân thành nhiều loại như: flavonols, flavones, catechins, flavanones, anthocyanidins và isoflavonoid. Flavonoids có nhiều tác động sinh học trong nhiều hệ thống tế bào động vật có vú, trong ống nghiệm cũng như trong cơ thể. Các chất này có tác dụng chống vi khuẩn, kháng virut, chống phóng xạ, gây độc tế bào, chống ung thư, gây đột biến, chống viêm, chống oxy hoá, chống hepatotoxic, chống chọi, giảm bạch huyết và chống tiểu cầu. Flavonoid (đặc biệt là các flavanoids như cathechin) là nhóm phổ biến nhất trong các hợp chất polyphenolic có trong chế độ dinh dưỡng của con người và được tìm thấy khắp các loài thực vật. Flavonol, như quercetin, cũng tìm thấy rộng rãi nhưng với lượng ít hơn. Sự phân bố rộng rãi của các flavonoid, cũng như đặc điểm đa dạng, độc tính tương đối thấp so với các hợp chất khác như alkaloid nên động vật, gồm cả con người có thể tiêu thụ một lượng đáng kể trong khẩu phần. Thực phẩm có hàm lượng flavonoid cao như ngò tây, hành, việt quất và các berry khác, trà đen, trà xanh và trà Ô long, chuối, các loại quả có múi, bạch quả, vang đỏ, hắc mai biển và socola đen (với hàm lượng ca cao từ 70% trở lên).

DANH M C HÌNH Ụ

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Flavonoid (hoặc bioflavonoid) (bắt nguồn từ Latin flavus nghĩa là màu vàng, màu

của flavonoid trong tự nhiên) là một loại chất chuyển hóa trung gian của thực vật Tuynhiên một số flavonoid có màu xanh, tím đỏ và cũng có một số khác lại không có màu.Trong thực vật cũng có một số nhóm hợp chất khác không thuộc flavonoid nhưng lại cómàu vàng như carotenoid, anthranoid, xanthon có thể gây nhầm lẫn

Flavonoid được gọi là vitamin P (do tác dụng thẩm thấu vào thành mạch máu) từgiữa những năm 1930 đến những năm 50 đầu, nhưng thuật ngữ này đã lỗi thời và khôngcòn được sử dụng

Hơn 4.000 flavonoid khác nhau đã được mô tả, và chúng được phân thành nhiềuloại như: flavonols, flavones, catechins, flavanones, anthocyanidins và isoflavonoid.Flavonoids có nhiều tác động sinh học trong nhiều hệ thống tế bào động vật có vú, trongống nghiệm cũng như trong cơ thể Các chất này có tác dụng chống vi khuẩn, khángvirut, chống phóng xạ, gây độc tế bào, chống ung thư, gây đột biến, chống viêm, chốngoxy hoá, chống hepatotoxic, chống chọi, giảm bạch huyết và chống tiểu cầu

Flavonoid (đặc biệt là các flavanoids như cathechin) là "nhóm phổ biến nhất trongcác hợp chất polyphenolic có trong chế độ dinh dưỡng của con người và được tìm thấykhắp các loài thực vật" Flavonol, như quercetin, cũng tìm thấy rộng rãi nhưng với lượng

ít hơn Sự phân bố rộng rãi của các flavonoid, cũng như đặc điểm đa dạng, độc tính tươngđối thấp so với các hợp chất khác như alkaloid nên động vật, gồm cả con người có thểtiêu thụ một lượng đáng kể trong khẩu phần Thực phẩm có hàm lượng flavonoid cao nhưngò tây, hành, việt quất và các berry khác, trà đen, trà xanh và trà Ô long, chuối, các loạiquả có múi, bạch quả, vang đỏ, hắc mai biển và socola đen (với hàm lượng ca cao từ 70%trở lên)

Hình 1 Các loại thực phẩm chứa flavonoids

Cấu trúc và cách đánh số của khung flavonol:

Quercetin và Rutin (một loại flavonol khác) được sử dụng ở nhiều nước trong cácbệnh tim mạch (bảo vệ mạch máu) và là thành phần của nhiều chế phẩm đa sinh tố và cácthuốc từ thảo dược Quercetin chủ yếu ở dạng glycosides, có nghĩa là chúng được kết nốivới đường khác nhau Tuy nhiên, khả năng cơ thể hấp thụ các hợp chất này chưa rõ ràng

Quercetin và Flavonols khác có nhiều tác dụng sinh học, nhưng các bằng chứngkhoa học cho việc sử dụng quercetin trong phòng ngừa hoặc điều trị bệnh là không chắcchắn Quercetin đac được coi là một liệu pháp cho bệnh tim mạch, cholesterol cao, đụcthủy tinh thể bệnh tiểu đường, viêm nhiễm, tổn thương thiếu máu cục bộ, viêm tuyến tiềnliệt mãn tính, suy tĩnh mạch mãn tính, viêm loét đường tiêu hóa, viêm gan, dị ứng, hensuyễn, nhiễm virut, và cảm mạo

Các tài liệu cho thấy đã có nhiều nghiên cứu về sự kết hợp của quercetin với việcgiảm nguy cơ bệnh tim mạch vành và đột quỵ cao huyết áp, ung thư tuy nhiên, thiếubằng chứng thuyết phục chứng minh các thông tin trên

II NGU N G C Ồ Ố

Quercetin là một trong số các màu vàng tự nhiên được phân bố rất rộng rãi trong

thực vật có nguồn gốc từ quercetum- rừng sồi (oak forest), sau Quercus , tên gọi được sửdụng từ năm 1857 Nó được phát hiện đầu tiên ở dạng aglycon của quercetrin có trong vỏcây Quercus tinetoria; khi thủy giải quercetrin trong môi trường axit thì được quercetin

và một phân tử đường rhamnose

Quercetin là một flavonol chủ yếu trong hơn 4000 flavonids (chất chống oxy hóa)được tìm thấy trong thực phẩm có nguồn gốc thực vật chẳng hạn như rượu vang đỏ, hành,trà xanh, táo, quả mọng, và rau Brassica (bắp cải, bông cải xanh, súp lơ, củ cải)

Hình 2 Các loại thực phẩm chứa nhiểu quercetinQuercetin trong tự nhiên thường tồn tại ở dưới dạng glycoside Chẳng hạn như:hợp chất 3- glycosid được tìm thấy trong ngô và 3 – rhamnoglycosid có trong nhiều loạicây khác nhau Quercetin có đặc tính chống oxy hóa mạnh Quercetin có tác dụng nhưthuốc kháng histamin và kháng viêm, và có thể giúp bảo vệ chống lại bệnh tim và ungthư Quercetin cũng có thể giúp ổn định các tế bào phóng thích histamine trong cơ thể và

do đó có tác dụng chống viêm

III CÔNG TH C C U T O – TÊN G I Ứ Ấ Ạ Ọ

Danh pháp IUPAC: 2-(3,4-dihydroxyphenyl) – 3,5,7- trihydroxy-4H- one

chromen-4-Tên khác: Sophoretin, Meletin, Quercetine, Xantharine, Quercetol, Quercitin,Flavin Meletin

Công thức phân tử: C15H10O7

Khối lượng mol: 302.236 g/mol

Khối lượng riêng: 1.799 g/cm3

IV CÁCH CÔ L P, CHI T XU T Ậ Ế Ấ

Chiết xuất quercetin bằng chất lỏng siêu tới hạn từ vỏ cù hành tây

Tên khoa học: Allium cepa L

Tên nước ngoài: Onion (Anh)

Cây thân thảo, nhẵn, sống dai do một hành phình to mà ta thường gọi là củ hành,

có kích thước thay đổi, gồm nhiều vẩy thịt tức là các bẹ có chứa nhiều chất dinh dưỡng

Củ hành có hình dạng tròn đều (hình cầu) hoặc trong hơi dẹp hình bầu dục hoặc hình bầudục dài, thường có màu vàng hay màu tím hoặc màu trắng

Thân chính thức nằm ở dưới giò mang nhiều rễ nhỏ lá dài hình trụ, nhọn, rỗng ởgiữa Hoa hợp thành tán giả nằm ở một đầu một cán hoa hình ống tròn, phình ở giữa Hoamàu trắng có cuống dài Quả hạch, có màng; 3 góc với 3 ngăn, bên trên có núm nhụy còntồn tại Hạt có cánh dày, đen nhạt, ráp

Hình 3 Thân, hoa, và củ hành tây

IV.1.1 Phân b sinh thái ố

Hành tây có nguồn gốc từ vùng Trung Á, được trông từ thời Thượng cổ Hành tâychịu lạnh giỏi ở nhiệt độ dưới 10°C Nhưng yêu cầu nhiệt độ không khí nơi trồng chỉtrong phạm vi 15-25°C Thường nhân giống bằng hạt Tốc độ nảy mầm của hạt biến độngtrong phạm vi 7-15 ngày, có khi đạt tới 20 ngày nhưng nếu gieo hạt vào những tháng cónhiệt độ cao thì hạt mu nảy mầm hơn

Hiện nay, các vùng trồng Hành tây chủ yếu ở nước ta dùng một trong hai giốngGrano và Granex nhập từ Pháp và Nhật Hành Grano có củ hành tròn cao, vỏ ngoài màuvàng đậm, thịt trắng; còn hành Granex có hình tròn dẹp, dáng dẹp, vỏ ngoài màu vàngnhạt, thịt trắng, có đường kính củ lớn hơn; cả hai giống đều có chất lượng ngon, đã thíchhợp với hầu hết các vùng trồng hành lớn ở đồng bằng sông Hồng, vùng duyên hải miềnTrung cũng như vùng Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng

IV.1.2 Thành ph n flavonoid trong hành tây ầ

Flavonoid chủ yếu trong hành tây là dẫn chất của quercetin: iso quercetin,quercetin diglucoside, quercetin monoglucoside và quercetin tự do Hành tây còn chứaKaempferol nhưng hàm lượng rất ít Quercetin monoglucoside và quercetin diglucoside

là flavonid chính chiếm 80% các chất có chứa quercetin Tỉ lệ quercetin monoglucoside

và quercetin diglucoside là 1:2,2

Các nhà khoa học Italia đã dùng phương pháp HPLC để tách và xác định hàmlượng các flavonoid khác nhau trong 12 giống hành với các màu vỏ khác nhau Nhậnthấy ngoài các dẫn chất của quercetin và kaempferol còn có isorhamnetin (3-methylquercetin) và Isorhamnetin monoglycoside Dấu vết của kaempferol chỉ được tìmthấy ở giống White Hawk.

Theo đó, hành vàng và hành đỏ chứa lượng flavonoid nhiều hơn đáng kể so vớigiống hành trắng Đây là cơ sở để chọn hành vàng và hành trắng trong chiết xuấtquercetin

Bảng 1 Các thành phần flavonoid trong Hành tây (mg/kg)

IV.2.1 Chi t xu t quercetin b ng carbon dioxide siêu t i h n: ế ấ ằ ớ ạ

Phương pháp này được thực hiện tại đại học bang Michigan của Mỹ năm 2003, sửdụng CO2 làm chất lỏng siêu tới hạn

IV.2.1.1 Nguyên li u và ch t chu n: ệ ấ ẩ

− Carbon dioxide công nghiệp (CO2, BOC gases, Murray Hill, NJ) được sử dụngnhư một chất lỏng siêu tới hạn (SF)

− Hành đỏ và hành vàng được lấy từ các trang trại Muck (Đại học Michigan, Eastlaning, MIO Để bảo vệ nguyên liệu trong giai đoạn nghiên cứu hành được lưu trữtại -20°C

− Ethyl alcohol mua từ Pharmco (Brookfield, CT)

− Phosphoric acid 86,3% cung cấp bởi J T Baker (Phillisburg, NJ)

− Quercetin chuẩn được cung cấp bởi Sigma (St Louis, MO)

IV.2.1.2 Trang thi t b : ế ị

Quá trình chiết xuất được thực hiện ở một bình thép không gỉ 500mL chịu được ápsuất cao (Autoclave Engineers, Erie, Pa) Bình chiết được bao bọc, gia nhiệt và cách lybằng giấy bạc để duy trì nhiệt độ nhiệt độ không đổi Nhiệt độ này được theo dõi và kiểmsoát với một cặp nhiệt điện và bộ điều khiển nhiệt độ (Omega Engineering, Stamford,CT)

Carbon dioxide từ bình chứa hình trụ (1) được nén bằng máy nén cao áp (2,Haskel Inc, Burbank, CA) và được lưu trữ trong một bình chứa 2L (3) Máy đo áp suất (4,7) sử dụng để theo dõi áp suất trong bình chứa carbon dioxide và van bình chiết Mộtmáy tạo áp suất về phải trước (6, Tescom Corp, Elk River, Mn), vị trí giữa bình chứacarbon dioxide và van bình chiết, kiểm soát áp lực chiết xuất Dòng khí được theo dõibằng cách sử dụng một đồng hồ đo (13, Ameriacan Dry Test Meter Model DTM-200A-3,American Meter Co., Philadelphia, Pa) Hai van ngắt (5, 10, Autoclave Engineers, Erie,PA) được sử dụng để hỗ trợ trong điều áp và giảm áp hệ thống Một bơm piston (8,Model 305, Gilson, Middletown, WI) được sử dụng để tuần hoàn khí CO2 thoát ra vàobình chiết xuất Tại van micrometering (11, Autoclave Engineers, Erie, PA), áp suất đượcgiảm xuống, dịch chiết sau đó được tách khí và thu vào trong một ống thủy tinh (12) Cáikhay bao gồm những lọ thủy tinh (3,7 mL) chèn vào trong một ống thủy tinh , bao quanhbởi nước đã khô Các ống thủy tinh được giữ ở nhiệt độ đủ để CO2 bay hơi và thu đượcquercetin thô

Hình 4 Sơ đồ thiết bị chiết quercetin bằng Carbon Dioxide siêu tới hạn.Chú thích:

1 Bình chứa CO2

2 Máy nén cao áp

3 Bình chứa khí nén

4,7 Máy đo áp suất

5,10 Điều khiển áp suất phía trước

IV.2.1.3 Quá trình chi t xu t ế ấ

Chuẩn bị mẫu: lớp vỏ củ hành được bóc tách bằng tay, loại bỏ những thành phần

hư hỏng và cắt thành mảnh nhỏ khoảng 0,5 ∗ 0,5 inch

Quy trình chiết xuất: áp suất và nhiệt độ được cài đặt ở 5700 psi và 40°C Phải mất

từ 25-30 phút để đạt được các điều kiện trên Bình chiết được gia nhiệt 24h trước khi lấydịch chiết để thống nhất thời gian chiết giữa các mẫu

Hành tây thái nhỏ và ethanol 5% (nồng độ phân tử so với tổng số mol CO2 sửdụng để tạo áp lực cho hệ thống) được thêm vào bình trước khi được nó đóng lại Máybơm được cài đặt 5 ml/phút Khi các điều kiện mong muốn đạt tới, các vanmicrometering được mở, CO2 tương đương 15L khí nén (khoảng 4% tổng số CO2 chiếmthể tích bên trong bình chiết) đi qua khay để lấy mẫu ( nhanh nhất có thể để duy trì chế

độ tĩnh), sau đó các van micrometering được đóng lại, thay các chai thủy tinh đựng mẫumới Quá trình này kéo dài khoảng thời gian từ 10-18 phút Sau đó, mẫu tiếp theo đượclấy một lần nữa với việc mở van micrometering Mỗi mẫu chiết 10 lần và chiết với 5 mẫukhác nhau

IV.2.2 Chi t xuât quercetin b ng n ế ằ ướ c siêu t i h n: ớ ạ

Phương pháp này được thực hiện tại đaị học Ewha womans Hàn Quốc năm 2010,

sử dụng nước làm chất lỏng siêu tới hạn

IV.2.2.1 Nguyên li u và thi t b ệ ế ị

Chuẩn bị mẫu thử: củ hành tây được lấy từ Uisceong, Gyeongsangbuk-do, HànQuốc, chỉ những củ có bao phủ bên ngoài lớp vỏ màu da cam mới được sử dụng Vỏ củhành tây được sấy khô với không khí nóng ở 60°C trong 10 giowf và sau đó cắt thànhmiếng (<10mm) sử dụng một máy trộn tốc độ cao (Blender 7012S, Waring Co.,Sunnyvale, CA, USA) được pha trộn và cho vào tế bào chiết thép không gỉ 34 mL(DIONEX Co.) có chứa giấy lọc cellulose (30mm, DIONEX Co.) như hình

Hình 5 Sơ đồ chiết xuất quercetin bằng nước siêu tới hạn

Sử dụng phần mềm thống kê SPSS ( version 17,0, SPSS Inc Chicago, IL, USA).Mỗi thí nghiêm được thực hiện 3 lần, giá trị biểu thị dưới dạng giá trị trung bình± độ lệchchuẩn

IV.2.2.2 Quá trình chi t xu t ế ấ

Việc chiết xuất được thực hiện bằng cách sử dụng một dung môi nhanh (100 ASE,Công ty DIONEX) với nước Mili-Q (MR_RO800, Công ty TNHH Mirae ST, An Dương,Hàn Quốc) như là dung môi duy nhất Vỏ hành tây (1-2g) và DE được trộn tỷ lệ hỗn hợpgiữa 0,5:3,5 và 0,2:0,2 Quá trình chiết xuất được thực hiện như hình 2

Mẫu này được nạp vào tế bào chiết thép không gỉ và điền đầy dung môi trongkhoảng 1 phút, tăng áp suất trong 5 phút Sau khi áp suất đạt 90 bar, tế bào chiết đượccung cấp nhiệt (tựơng trưng cho thời gian chiết xuất) trong khi áp suất được duy trì ở 90-

131 bar, nhiệt độ chiết xuất từ 100-190°C

Tế bào chiết này có thể được rửa sạch dung môi qua các đường bơm mẫu trongvòng 30s Việc rửa tế bào chiết được thực hiện khoảng 1-2 phút giữa các lần chiết xuấtvới khí nitơ

Dịch chiết được thu vào một lọ thủy tinh (40-50 ml) đã biết khối lượng

 Chiết rắn- lỏng

Sử dụng dung môi chiết là ethanol 95% (Samchun pure chemicals Co., Seoul,Korea) và methanol 99,8% (Duksan pure chemicals Co., Ansan, Korea) ở 60°C trong 2giờ với 40 ml dung môi cho 1g vỏ củ hành

Dịch chiết nước nóng được thực hiện trong 3 giờ ở 100°C với 40ml nước/ 1g vỏ

Nhiệt độ nóng chảy của quercetin là 316°,5C Tan trong metanol, etanol, pyridin, íttan trong nước, clorofom, ete, benzen

Nhóm 3-O- metyl của quercetin pentametyl eter thủy giải khá nhanh trong môi trườngacid.

Tác dụng với AcO2- AcONa tạo thành Pentacetylquercetin:

Các phản ứng màu

Cho thuốc thử vào dịch quercetin trong EtOH, các phản ứng xảy ra như sau:

THUỐC THỬDung dịch

Vàng Vàng đậm chuyển

thành cam Vàng chuyểnthành đỏ Đỏ

Quercetin ít tạo phức với anion ( chỉ tạo phức với một số anion như: molipdat, oxalat,xitrat) nhưng dễ dàng tạo phức với nhiều cation kim loại như: Pb2+, Cu2+, Zn2+, Al3+,

Fe3+, La3+, đa số các phức của quercetin có hoạt tính kháng khuẩn, có khả năngkháng bệnh cao hơn Hqct.2H2O

 Khối phổ MS.

Hình 8 Phổ MS của quercetin.

 Phổ 1H-NMR (DMSO,δ ppm)

Hình 9 Phổ 1H-NMR của quercetin

Ngoài ra, quercetin và các hợp chất glycoside của nó cũng được tìm thây trong cácloại cây ăn quả

Hình 11.Hoa hublong(hoa bia), hoa quế

Vào năm 1916, Lepetit và Satto đã trích được quercetin từ vỏ cây thông Tuscan(Pinus pinaster) với dung môi sử dụng là nước và sau đó kết tủa quercetin bằng natribisulfit Hiệu suất thu được trong khoảng từ 0,1-1,3% (tính theo lượng vỏ cây dùng đểtrích) Một phương pháp khác là dùng EtOH để trích quercetin từ hoa hồng đỏ hoặc vàng.Dịch trích EtOH được cô đuổi bớt dung môi rồi lắc với eter dầu hỏa để loại các tạp chất.Phần dung dịch còn lại được đun sôi với dung dịch 7% H2SO4 trong nước hoặc EtOHtrong 2 giờ Trích lấy chất màu bằng eter etyl, sau đó đun đuổi bớt eter Dịch eter đượclắc với dung dịch nước borax (Na2B4O7.10H2O) rồi kết tinh quercetin trong môi trườngacid.

Bên cạnh việc có thể trích trực tiếp từ nguyên liệu thực vật, quercetin còn đượcđiều chế bằng phản ứng thủy giải trong môi trường acid loãng các hợp chất glycosidenhư: rutin (quercetin-3-rutinoside), quercitrin (quercetin-3-rhamnosid)

• Thủy giải

Thủy giải quercitrin với acid cho ra quercetin và một Rhamnoz

•Th

ủy phân trực tiếp từ rutin: Hòa tan 0,4g rutin trong 2ml cồn, thêm 20ml hcl 10% ở 40C Để lâu tủa quercetinsẽ kết tinh từ nước và cồn loãng dưới dạng hydrat

35-VII.2 Bán t ng h p và t ng h p toàn ph n ổ ợ ổ ợ ầ

VII.2.1 Theo Kostanetki:

Phloroacetonphenon -4,6- dimetyl ete (I) được ngưng tụ với dimetoxybenzaldehide (veratraldehyde) (II) cho ra 2- hydroxy- 4,6,3’,4’-tetrametoxychalkone (III) (nhiệt độ nóng chảy là 193-194C) Sau đó được đun sôivới acid sulfulric loãng trong methanol cho ra 2,3- dihydrotetrametoxyflavon (IV).Sau khi tác dụng với C5H11NO2 trong HCl và MeOH thì nhóm –OH ở C3 sẽ cho rahợp chất isonitroso (V) Cuối cùng chuyển 4 nhóm metoxy trongtetrametoxyquercetin (VI) cho ra quercetin (VII), bằng cách cho tác dụng HI Sảnphẩm cuối cùng màu vàng tự nhiên là quercetin

3,4-Phản ứng theo chuỗi: