Chương 2 CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TỪ CÂY DƯỢC LIỆU CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TỪ CÂY DƯỢC LIỆU
2.2. Phân loại các hợp chất thiên nhiên
2.2.1.1. Carbohydrat
Định nghĩa: Carbohydrat (tiếng anh: Carbohydrate) hay gluxit (tiếng Pháp: glucide) là chất hữu cơ có chứa ba nguyên tố: cacbon (C), oxy (O) và hydro (H). Đa số có công thức chung: Cn(H2O)m.
Phân loại: Carbohydrat là các aldehyd polyhydroxy, xeton, rượu, axit, các chất dẫn xuất đơn giản của chúng và polyme của chúng có sự liên kết của các acetal. Chúng được phân loại theo mức độ trùng hợp và có thể được chia thành ba nhóm chính ban đầu, cụ thể là các loại đường (thực phẩm), oligosaccharide và polysaccharide.
Đường thực phẩm bao gồm ba phân nhóm: Monosaccharide (glucose, galactose, fructose), disaccharide (sucrose, lactose, maltose, trehalose), polyol (sorbitol, mannitol).
Nhiều dược liệu chứa đường: mạch nha chứa maltose.
Oligosaccharide: là những carbohydrat bao gồm maltodextrin, raffinose, stachyose, fructo-oligosaccharide, khi thủy phân cho từ 2 – 5 đường đơn. Các đường đơn (glucose, fructose, ribose v.v.) thường tập trung ở hoa, quả, vì vậy, chúng được sử dụng làm thuốc, nước giải khát, rượu vang v.v..
Polysaccharide: Polysaccharide được cấu tạo bởi nhiều monosaccharides, có khi tới hàng trăm, hàng nghìn monosaccharides như tinh bột (tinh bột lúa mỳ, tinh bột gạo, tinh bột khoai tây, tinh bột sắn v.v.), cellulose, pectin, chất nhầy.
Tinh bột: Tinh bột được cấu tạo bởi hai loại polysaccharide là amylose (chiếm 20%) và amylopectin (chiếm 80%).
Tinh bột được giữ lại ở các bộ phận của cây như củ, rễ, quả, hạt, thân với hàm lượng từ 2 – 70%. Trong cây mầm, tỷ lệ tinh bột chiếm tới 70 – 80%. Tinh bột được tích lũy nhiều trong củ (Hoàng tinh, Hà thủ ô đỏ, Hoài sơn, Sắn dây, Bạch truật, Thương truật, Đương quy, củ Súng, ngó Sen v.v.), trong hạt (Ý dĩ nhân, hạt Sen v.v.), trong lá tinh bột thường không quá 1 – 2%.
Tinh bột ở dạng hạt có kích thước và hình dạng khác nhau, không tan trong nước lạnh, đun với nước thì dần dần bị hồ hóa và độ nhớt của dung dịch cũng tăng lên. Với dung dịch iod, tinh bột cho màu xanh tím đặc trưng.
Tinh bột là thành phần chính trong lương thực. Trong ngành dược, tinh bột được dùng làm tá dược thuốc viên nén, là nguyên liệu để sản xuất glucose, ethanol, làm chất chỉ thị màu trong phép đo iod.
2.2.1.2. Lipid
Lipid là một nhóm các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên, thường có trong động vật, thực vật và có thành phần cấu tạo khác nhau, thường là este của rượu và axit béo.
Tính chất của lipid
Lipid có tính chất chung là không hòa tan được trong nước, tan trong dung môi hữu cơ (benzen, ether, clorofom v.v.), không bay hơi ở nhiệt độ thường, có độ nhớt cao, nhỏ lên giấy thì tạo thành vết và vết đó không bị mất khi hơ nóng. Khác với tinh dầu, khi nhỏ một giọt tinh dầu lên giấy, nếu hơ nóng, tinh dầu sẽ bay hơi hết, không để lại vết mờ trên giấy.
Ở cây dược liệu, lipid thường tích lũy nhiều trong hạt và bề mặt vỏ quả. Phân loại và công dụng của lipid (chất béo) như sau:
Trong y học thường sử dụng bốn nhóm lipid đơn giản, đó là: triglycerid, cerid, lecithin và phytin.
(a) Triglycerid
Triglycerid là este của glycerol với các axit béo và thường tồn tại dưới hai dạng là dầu (thể lỏng) và mỡ (thể đặc).
Trong tế bào, triglycerid tồn tại dưới dạng giọt dầu, thường tập trung trong hạt như:
hạt Thầu dầu, hạt Ba đậu, hạt Hướng dương, hạt Bí ngô, cùi đỏ bao quanh hạt Gấc và trong nhân hạt Gấc v.v.; ở quả như quả Dừa, quả Đại phong tử.
Dầu mỡ thường hòa tan được nhiều hoạt chất có tác dụng phòng và chữa nhiều bệnh quan trọng cho con người như:
– Dầu có trong màng đỏ bao quanh hạt Gấc chín chữa bệnh khô mắt, quáng gà do thiếu vitamin A, hàm lượng licopen chứa nhiều trong Gấc tốt cho nhu mô ruột, giúp hạn chế các triệu chứng đại tràng kích thích.
– Dầu thầu dầu dùng chữa bệnh ngoài da, làm thuốc nhuận tràng.
– Dầu hạt cây Đại phong chứa axit béo gynocacdic chữa hủi.
– Các dầu chứa axit béo không no như axit linoleic, arachidonic (các axit béo này gọi là vitamin F) được dùng trong điều trị các bệnh về da, tóc, thị giác. Đó là những axit béo rất cần thiết cho cơ thể, chỉ đưa vào bằng nguồn thức ăn, khi thiếu các axit béo không no này sẽ xảy ra rối loạn chức năng về da.
– Dầu mỡ có tác dụng bảo vệ, làm mềm da, giúp nhanh lên da non ở các vết thương, vết bỏng, làm giảm kích ứng khi mắc bệnh vảy nến, eczema. Dầu mỡ còn được dùng làm tá dược thuốc mỡ, thuốc đạn, thuốc cao dán và làm dung môi pha chế thuốc tiêm dầu.
(b) Cerid
Cerid là este của axit béo với rượu có phân tử lượng cao. Cerid là thành phần chính của sáp (sáp ong, lanolin). Sáp được dùng làm tá dược điều chế thuốc bôi xoa, thuốc mỡ, son.
(c) Lecithin
Lecithin là chất béo phức tạp, có nhiều trong hạt Đậu tương, chúng được dùng làm thuốc bổ dưỡng cho cơ thể.
Lecithin làm tăng khả năng hấp thụ thức ăn, là môi trường hòa tan tốt các vitamin A, D, E, K. Lecithin tinh chiết từ đậu nành là một loại phospholipid góp phần tạo nên vị béo đặc trưng của sữa đậu nành nhưng không phải là hương của đậu nành. Lecithin tham gia cấu tạo màng tế bào, tại ruột, Lecithin nhũ tương hóa giúp hấp thu chất béo và các vitamin A, D, E, K. Lecithin còn là nhân tố kích thích sinh trưởng và giải độc tốt.
(d) Phytin
Phytin là chất béo phức tạp có trong các bộ phận dự trữ của cây như hạt, rễ củ, nhưng thường tập trung ở vỏ hạt như cám gạo, vỏ ngô, đậu nành. Phytin được dùng làm thuốc bổ, chống còi xương và kích thích quá trình sinh trưởng của cơ thể, nhất là đối với trẻ em.
2.2.2. Hợp chất thứ cấp 2.2.2.1. Terpenoid
Terpenoid, còn được gọi là isoprenoid, là một nhóm lớn và đa dạng của các hợp chất hữu cơ tự nhiên có nguồn gốc từ hợp chất 5 cacbon isopren và các polyme isopren được gọi là tecpen. Hầu hết các terpenoid là cấu trúc đa vòng với các nhóm chức chứa oxy.
Khoảng 60% các sản phẩm tự nhiên được biết đến là terpenoid. Công thức tổng quát là (C5H8)n.
Bảng 2.1. Một số hợp chất nhóm terpenoid
(C5H8)n Công thức cụ thể Danh pháp khoa học
n = 1 C5H8 Hemiterpen (isopren)
n = 2 C10H16 Monoterpen
n = 3 C12H24 Sesquiterpen
n = 4 C20H32 Diterpen
n = 5 C25H40 Sesterterpen
n = 6 C30H48 Triterpen
n = n (C5H8)n Polyterpen (cao su thiên nhiên)
Monoterpen không vòng (có ba liên kết đôi): myrcen trong tinh dầu cây (Myrcia acris); ocimen trong tinh dầu Húng Quế (Ocimum basilium); garaniol, citronellol và nerol từ tinh dầu hoa Hồng.
Hình 2.1. Một số Monoterpen không vòng.
Myrcen (7-Metil-3-metilenocta-1,6-dien)
Monoterpen một vòng có hai liên kết đôi, monoterpen hai vòng có một liên kết đôi.
Limonen Terpinen Terpinen Y-Terpinen
Terpinolen Phelandren Phelandren
Limonen -Terpinen -Terpinen -Terpinen Limonen Terpinen Terpinen Y-Terpinen
Terpinolen Phelandren Phelandren
Terpinolen -Phelandren -Phelandren
Hình 2.2. Một số Monoterpen một vòng.
Từ α-pinen là thành phần chính có trong tinh dầu thông, cũng được tìm thấy trong tinh dầu hương thảo, có thể điều chế α-terpineol, cis-terpin-1,8, Cineol-1,8 và camphor.
α-pinen là một chất chống viêm, kháng khuẩn. Nó thể hiện hoạt động như một chất ức chế acetylcholinesterase, hỗ trợ trí nhớ.
-pinen
Sesquiterpen C5H24: Sesquiterpen có thể có dạng vòng hoặc chứa các vòng, bao gồm nhiều kết hợp độc đáo: Không vòng có bốn liên kết đôi, một vòng có ba liên kết đôi, hai vòng có hai liên kết đôi, ba vòng có một liên kết đôi. Ví dụ một số chất thuộc nhóm Sesquiterpen: α-farnesen trong tinh dầu sả, β-selinen trong tinh dầu cần tây.
-farnesen -selinen
Hình 2.3. Một số sesquiterpen.
Các terpenoid thực vật được sử dụng vì chất lượng thơm và đóng vai trò trong các bài thuốc thảo dược truyền thống. Terpenoid góp phần tạo nên hương thơm của Bạch đàn, Hương Quế, Đinh hương và Gừng, màu vàng trong hoa Hướng dương và màu đỏ trong Cà chua. Các terpenoid điển hình bao gồm citral, tinh dầu Bạc hà, Long não, salvinorin A được tìm thấy trong Cần sa, ginkgolid và bilobalid được tìm thấy trong Bạch quả (Ginkgo biloba), curcuminoid có trong Nghệ vàng và hạt Mù tạt. Trong nhóm terpenoid có phân nhóm triterpenoid; cây dược liệu chứa triterpenoid như lá cây Long nha thảo (Agrimonia pilosa ledeb) (Le, Q. U. và cộng sự, 2018b).
Một số nghiên cứu trong ống nghiệm, tiền lâm sàng và lâm sàng đã xác nhận rằng nhóm hợp chất này thể hiện một loạt các đặc tính dược lý rất quan trọng. Sự tập hợp đa dạng của cấu trúc và chức năng terpenoid đã làm gia tăng sự quan tâm đến việc sử dụng chúng cho mục đích thương mại, dẫn đến một số ứng dụng y học đã được thiết lập và đăng ký làm thuốc trên thị trường. Ví dụ, terpenoid taxol được sử dụng như một loại thuốc chống ung thư.
O NH
O O
H O
O
O OH
O O
O O
O OH
HO
Terpenoid taxol
Hình 2.4. Hợp chất terpenoid taxol có tác dụng chống ung thư.
2.2.2.2. Glycosid
Glycosid là dạng phổ biến của nhiều hợp chất tự nhiên, cấu trúc của các hợp chất này gồm hai thành phần – phần đường và phần không đường. Phần đường của glycosid gọi là glycon, phần không đường gọi là aglycon hoặc genin. Tác dụng của các glycosid lên cơ thể phụ thuộc vào phần aglycon, phần đường làm tăng hoặc giảm tác dụng của chúng.
a) Glycosid tim
Glycosid tim là những glycosid steroid thiên nhiên, có tác dụng đặc biệt lên tim.
Ở liều điều trị có tác dụng cường tim, làm chậm và điều hòa nhịp tim. Ở liều cao gây độc đối với tim: làm ngừng tim ở thì tâm thu đối với động vật máu lạnh (ví dụ ếch), ở thì tâm trương đối với động vật máu nóng.
Cấu tạo:
Glycosid tim có cấu tạo như những glycosid khác, bao gồm hai phần:
– Phần đường: ngoài những đường thông thường như các glycosid khác (glucose, rhamnose, galactose) thì còn có đường đặc biệt là đường 2,6-desoxy.
– Phần không đường gọi là aglycon hay genin có cấu trúc gồm một nhân steroid nối với một mạch nhánh là vòng lacton không no. Các glycosid tim thường gặp là:
+ Neriolin (oleandrin) được chiết xuất từ lá Trúc đào.
+ Strophantin (K-strophantin, G-strophantin (ouabain)) được chiết xuất từ các loài Sừng dê (Srophanthus kombe hay S.gratus L.).
+ Digitoxin được chiết xuất từ các loài dương Địa hoàng (Digitalis lanata, D. purpurea họ hoa mõm chó Scrophulariaceae).
b) Saponin
Saponin là những hợp chất hữu cơ thiên nhiên, thường tồn tại dưới dạng glycosid (saponosid). Khi lắc mạnh dịch chiết dược liệu trong nước được nhiều bọt như xà phòng, bền sau 15 phút. Saponin thường kết hợp với cholesterol tạo thành phức ít tan trong nước.
Một số saponin gây độc cho sinh vật máu lạnh (cá) và côn trùng ở nồng độ cụ thể.
Có hai loại saponin: saponin triterpenic và saponin steroid.
Tính chất:
– Saponin thường tan trong nước, trong cồn methylic, ethylic nóng hoặc sôi, khi nguội, saponin sẽ kết tủa. Saponin không tan trong clorofom, aceton, ethylic, ether dầu hỏa, benzen v.v..
– Saponin làm giảm sức căng mặt ngoài, do vậy, saponin có nhiều bọt, có tác dụng nhũ hóa mạnh. Đó là lý do giải thích tính chất hòa tan máu của saponin và tác dụng lên sự thấm của tế bào.
Tác dụng sinh học của saponin:
– Saponin có tác dụng long đờm chữa ho, là hoạt chất chính trong các dược liệu chữa ho như: Mạch môn, Thiên môn, Cam thảo bắc, Cam thảo dây, Cát cánh, Viễn trí v.v..
– Một số dược liệu chứa saponin có tác dụng thông tiểu: Rau má, Tỳ giải, Mạch môn, Thiên môn đông.
– Saponin có mặt trong một số dược liệu có tác dụng bổ dưỡng cơ thể như Nhân sâm, Tam thất và một số cây thuộc họ Nhân sâm khác. Nhân sâm Việt Nam (Sâm Ngọc Linh) có nhiều saponin quý tốt cho sức khỏe: notoginsenosid R1, ginsenosid (Rg1, Re, Rb1, Rc, Rb2 và Rd); majonosid R1, 2, ginsenosid Rh1, quinquenosid R1;
vina-ginsenosid (R1, R2, R12, R14), pseudoginsenosid Rs1 và gypenosid XVII [10a];
vina-ginsenosid (R15-R24); ginsenosid (Rk3, Rh4, Rg5), 20 (S)-ginsenosid Rg3 và 20 (R)-ginsenosid Rg3; vina-ginsenosid (R1, R2) và majonosid R2; vina-ginsenosid (R1-R14), ginsenosid Rb3, notoginsenosid-Fa, 20-gluco-ginsenosid-Rf, notoginsenosid (R1, R6), pseudo-ginsenosid-RT4, 24(S)-pseudo-ginsenosid-F11, ginsenosid-Ro và hemslosid-Ma3. Trong các hợp chất này, majonosid R2 là một saponin đáng chú ý với tỷ lệ 5,29% trong Nhân sâm Việt Nam mà không tồn tại trong các loài sâm khác (Le, Q. U. và cộng sự, 2018a).
Hình 2.5. Cấu trúc hóa học của saponin majonosid R2 trong Nhân sâm Việt Nam (Panax vietnamensis).
– Một số saponin có tác dụng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư trên thực nghiệm.
– Một số dược liệu chứa saponin có tác dụng khử lọc chất độc cho cơ thể (Thổ phục linh, Nhân sâm, Cam thảo).
– Một số saponin có tác dụng chống viêm, giảm đau, chống loét, nhanh làm lành vết thương; được dùng chữa viêm loét dạ dày (Cam thảo, Tam thất), chữa mụn nhọt, thấp khớp, đau lưng (Ngưu tất, Tỳ giải, Thổ phục linh), làm thuốc chóng lành sẹo trong các vết thương, vết mổ, vết bỏng, loét v.v. (Rau má, Cam thảo), kháng khuẩn, kháng nấm, ức chế virus.
– Một số saponin có tác dụng hạ cholesterol trong máu: Ngưu tất, Cát cánh.
– Saponin steroid có tác dụng kích thích sự tổng hợp axit nucleic và chống viêm như corticoid, được dùng làm nguyên liệu bán tổng hợp các thuốc steroid: Tỳ giải, Thổ phục linh.
– Một số được dùng làm nước tẩy rửa: quả bồ hòn có tới 18% saponin, hoạt tính bề mặt mạnh, giúp làm sạch các bề mặt.
2.2.2.3. Ancaloit
Khái niệm: Ancaloit là những hợp chất hữu cơ có chứa N, đa số có nhân dị vòng, có phản ứng kiềm, thường gặp trong thực vật, đôi khi trong động vật.
Trong cây, ancaloit ít khi ở trạng thái tự do (ancaloit bazơ), mà thường tồn tại ở dạng muối của các axit hữu cơ (citrat, lactat, malat, oxalat, acetat v.v.) hay axit vô cơ (ít gặp hơn) tan trong dịch tế bào. Một số cây ancaloit kết hợp với tanin hoặc axit đặc biệt của cây đó hoặc kết hợp với đường tạo ra dạng glucoancaloit.
Tác dụng sinh học:
Tác dụng của ancaloit rất khác nhau:
– Nhiều ancaloit có tác dụng trên hệ thần kinh trung ương:
+ Kích thích hệ thần kinh trung ương như strychnin, cafein.
+ Ức chế thần kinh trung ương như morphin, reserpin v.v..
– Nhiều ancaloit tác dụng lên hệ thần kinh giao cảm, phó giao cảm, hạch giao cảm:
+ Kích thích thần kinh giao cảm như ephedrin, hordenin.
+ Làm liệt giao cảm như ergotin, yohimbin.
+ Kích thích phó giao cảm như pilocarpin, eserin.
+ Làm liệt phó giao cảm như atropin, hyoxyamin.
+ Phong bế hạch giao cảm như nicotin, spartein.
– Có ancaloit làm tăng huyết áp như ephedrin, hydrastin. Có chất làm hạ huyết áp như reserpin, yohimbin.
– Một số ít ancaloit có tác dụng gây tê tại chỗ như cocain.
– Một số ít ancaloit tác dụng trên tim như quynidin, ajmalin được dùng làm thuốc chữa loạn nhịp tim.
– Một số ancaloit có tác dụng diệt ký sinh trùng, được dùng: trị sốt rét (quynin), chữa lỵ amip (emetin, conexin), trị sán (arecolin, isopelletierin).
2.2.2.4. Hóa hợp chất phenolic a) Phenolic thiên nhiên
Yếu tố đặc trưng cho phenolic là có mặt ít nhất một nhân benzen (vòng thơm) liên kết với ít nhất một hoặc nhiều nhóm thế OH và được sắp xếp từ các phenolic đơn giản (chất đơn giản nhất của phenolic là phenol) đến các hợp chất polyme hóa cao. Do sự đa dạng về cấu trúc, nhóm hợp chất này cũng được gọi là polyphenol.
Hầu hết các hợp chất phenolic có trong tự nhiên hiện diện dưới dạng liên hợp với mono hoặc polysaccharide và cũng có thể xuất hiện dưới dạng các dẫn xuất như este và metyl este.
Mặc dù có sự đa dạng về cấu trúc như vậy, các hợp chất phenolic về cơ bản có thể được phân loại thành một số lớp được trình bày trong bảng 2.2. Trong số này, phenolic, flavonoid và tannin được coi là những hợp chất phenolic chính có tác dụng dược lý được quan tâm.
Bảng 2.2. Phân loại các hợp chất phenolic trong thực vật (Le, Q. U. 2019)
Phân loại Khung
cơ bản Cấu trúc cơ bản
Phenolic đơn giản C6
Benzoquinon C6
Acethophenon, axit phenylacetic C6 – C2
Axit hydroxycinamic, các phenylpropanoid (courmarin, isocoumarin, chromon,
chromen)
Napthoquinon C6 – C4
Xanthon C6 – C1 – C6
Phân loại Khung
cơ bản Cấu trúc cơ bản
Stilben C6 – C2 – C6
Anthraquinon
Flavonoid C6 – C3 – C6
Isoflavonoid
Lignan, neolignan (C6 – C3)2
Lignin (C6 – C3)n
Biflavonoid (C6 – C3 –
C6)2
Tannin ngưng tụ (proanthocyanidin hoặc flavolan)
(C6 – C3 – C6)n
b) Axit phenolic
Axit phenolic bao gồm hai phân nhóm axit hydroxybenzoic và hydroxycinnamic.
Axit hydroxybenzoic bao gồm axit gallic, p-hydroxybenzoic, protocatechuic, vanillic và axit syringic, chúng thường có cấu trúc C6 – C1. Phân nhóm axit hydroxycinnamic là các hợp chất thơm có nhánh bên ba cacbon (C6 – C3), với các axit caffeic, ferulic, p-coumaric và sinapic là phổ biến nhất (hình 2.7). Nhiều loài cây dược liệu chứa các axit phenolic như:
Cam thảo đất, Ban sởi, Kim ngân hoa v.v..
Axit p-coumaric Axit caffeic
Hình 2.7. Một số axit phenolic thường gặp (Le, Q.U. 2019).
c) Flavonoid
Flavonoid là nhóm phenolic lớn nhất, chiếm hơn một nửa trong tổng số 8000 chất tự nhiên. Các flavonoid còn được gọi là dẫn xuất của 2-phenyl chroman (flavan). Đó là các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, được cấu tạo khung cacbon C6 – C3 – C6, gồm hai vòng benzen A, B nối với nhau bằng một cầu nối 3 cacbon và một dị vòng C. Vòng thơm A có nguồn gốc từ con đường axetat/malonate, trong khi vòng B có nguồn gốc từ phenylalanin thông qua con đường shikimat. Sự biến đổi trong các kiểu thay thế vòng C dẫn đến các nhóm flavonoid chính, tức là flavonoid, flavon, flavanon, flavanol (hoặc catechin), isoflavon, flavanonol và anthocyanidin. Trong đó flavon và flavonoid xuất hiện nhiều và đa dạng về cấu trúc nhất. Sự thay thế các vòng A và B làm phát sinh các hợp chất khác nhau trong mỗi nhóm flavonoid. Những thay thế này có thể bao gồm oxy hóa, alkyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa và sulfat hóa. Cấu trúc phân tử cơ bản của flavonoid cho trong hình 2.8.
Axit ferulic