Dạng Hỗ Biến Ceton – Enol Của Curcumin Trong Dung Dịch

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của curcumin 3

Hình 1.2. Dạng hỗ biến ceton – enol của curcumin trong dung dịch 3

Hình 1.3. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch 6

Hình 1.4. Sự phân hủy curcumin trong môi trường kiềm 6

Hình 1.5. Sự phân hủy của curcumin dưới tác dụng của ánh sáng 7

Hình 1.6. Cấu trúc hóa học các dạng chuyển hóa của curcumin 12

Hình 1.7. Khả năng sửa đổi cấu trúc của curcumin 15

Hình 1.8. Một số ví dụ về sử dụng phương pháp acyl hóa với anhydrid diacid làm

tăng sinh khả dụng của dược chất 32

Hình 1.9. Một số thuốc được gắn nhóm phosphat để tăng độ tan và sinh khả dụng 33 Hình 1.10. Một số thuốc áp dụng phương pháp hydroxyethyl hóa để tăng độ tan và sinh khả dụng 35

Hình 1.11. Một số ví dụ về sử dụng phương pháp lai hóa với L-valin nhằm sinh khả dụng của dược chất 36

Hình 1.12. Một số ví dụ các hoạt chất chứa nhóm sulfonat để tăng độ tan 36

Hình 1.13. Một số ví dụ các dược chất chứa nhóm sulfat để tăng độ tan 38

Hình 1.14. Hướng biến đổi tạo dẫn chất mới của curcumin nhằm cải thiện độ tan

trong nước bằng phương pháp alkyl hóa tạo dẫn chất acid carboxylic 40

Hình 1.15. Hướng biến đổi tạo dẫn chất mới của curcumin nhằm cải thiện độ tan

trong nước bằng phương pháp alkyl hóa tạo dẫn chất sulfonat 40

Hình 1.16. Một số biến đổi theo hướng gắn nhóm thân nước thông qua chất trung gian monohydroxyethylcurcumin 41

Hình 1.17. Một số biến đổi theo hướng gắn nhóm thân nước thông qua chất trung gian dihydroxyethylcurcumin 42

Hình 3.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp PH6 106

Hình 3.2. Một số hình ảnh tổng hợp PH6 ở quy mô 25 gam/ mẻ 107

Hình 3.3. Sơ đồ quy trình tổng hợp PH9 112

Hình 4.1. Phản ứng tổng hợp PH5 đi từ dihalogenoethylcurcumin 122

Hình 4.2. Các khả năng tạo sản phẩm phụ của phản ứng giữa dihalogenoethylcurcumin và Na2SO3 123

Hình 4.3. Các khả năng sản phẩm phụ có thể tạo thành của phản ứng tạo PH6 125

Hình 4.4. Cơ chế phản ứng tổng hợp PH7 125

Hình 4.5. Sơ đồ cơ chế phản ứng acyl hóa tạo PH9 126

Hình 4.6. Các khả năng tạo tạp của phản ứng tổng hợp PH15 128

Hình 4.7. Cơ chế phản ứng phosphoryl hóa bằng tác nhân POCl3 [162] 129

Hình 4.8. Cơ chế phản ứng sulfat hóa PH7 qua trung gian DCC [18] 130

Hình 4.9. Các sản phẩm có thể có ở phản ứng tổng hợp PH13 131

Hình 4.10. Cơ chế phản ứng tổng hợp N-Boc-valin 132

Hình 4.11. Cấu trúc PH1, PH2 và các giá trị tín hiệu proton trên phổ 1H-NMR...133 Hình 4.12. Cấu trúc PH3 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 134

Hình 4.13. Cấu trúc PH4 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 136

Hình 4.14. Dạng hỗ biến ceton – enol của PH5 137

Hình 4.15. Cấu trúc PH6 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 138

Hình 4.16. Các dạng hỗ biến ceton - enol 138

Hình 4.17. Cấu trúc PH7 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 140

Hình 4.18. Cấu trúc PH8 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 141

Hình 4.19. Hai dạng hỗ biến enol của PH9 142

Hình 4.20. Hình ảnh phổ IR của dẫn chất PH9 143

Hình 4.21. Hình ảnh phổ 1H-NMR của dẫn chất PH9 144

Hình 4.22. Hình ảnh phổ 13C-NMR của dẫn chất PH9 145

Hình 4.23. Tương tác COSY (a) và một số tương tác HMBC (b) trong cấu trúc PH9

.................................................................................................................................147

Hình 4.24. Cấu trúc PH10 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 148

Hình 4.25. Cấu trúc PH11 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 149

Hình 4.26. Cấu trúc PH12 và các giá trị tín hiệu proton, carbon trong phân tử trên phổ NMR 151

Hình 4.27. Các dạng hỗ biến ceton - enol của PH13 152

Hình 4.28. Dạng hỗ biến enol của PH14 153

Hình 4.29. Dạng hỗ biến enol của PH15 155

Hình 4.30. Phân tích mối liên quan cấu trúc phân tử - tính chất - tác dụng của các dẫn chất curcumin 157

ĐẶT VẤN ĐỀ

Curcumin là một trong số polyphenol có tác dụng dược lý phong phú, được nhiều nhà nghiên cứu phát triển thuốc quan tâm trong thập kỷ gần đây cho tới nay. Phân tử này đang được sử dụng trong các nghiên cứu tiền lâm sàng để điều trị nhiều bệnh thuộc nhiều hệ khác nhau của cơ thể, đó là: bệnh về tim mạch, hô hấp (dị ứng, hen phế quản), tiêu hóa (viêm dạ dày, tá tràng), xương khớp (viêm khớp dạng thấp), mắt (glaucoma, khô mắt); các bệnh liên quan đến chuyển hóa và ung thư [46], [47], [134], [136]. Khi được dùng ngoài, curcumin có tác dụng kháng khuẩn, chống nấm, chóng lành vết thương và liền sẹo [6]. Ngoài ra, curcumin còn có tác dụng kháng virus, có triển vọng lớn trong điều trị viêm gan B, C, HIV...[40], [155].

Nhược điểm của curcumin là sinh khả dụng thấp (dưới 1 %) do hấp thu kém, chuyển hóa và đào thải nhanh khỏi cơ thể, trong đó yếu tố hóa - lý quan trọng ảnh hưởng đến điều này là tính tan kém trong nước của curcumin (<0,1 µg/mL, 25 °C) [46], [127], [151]. Để tăng tính tan trong nước của curcumin nhiều nghiên cứu sử dụng các phương pháp tiếp cận vật lý như: tạo các hệ nano curcumin [69], [90]; hệ micel chứa curcumin [92], liposome [167], hoặc hệ phân tán rắn chứa curcumin [93]…. Hầu hết các phương pháp này đều chỉ ra rằng, hoạt tính hệ thu được cao hơn so với curcumin ban đầu.

Song song với đó, cách tiếp cận biến đổi cấu trúc hóa học của curcumin cǜng được nhiều nhà nghiên cứu phát triển thuốc quan tâm [136], [149]. Để cải thiện độ tan của curcumin, các tác giả đã liên hợp phân tử này với các nhóm thân nước, đáng chú ý là nhóm phosphat và carboxylat [127], [148]. Năm 2015, Ding và cộng sự đã phosphoryl hóa trực tiếp nhóm -OH phenol của curcumin tạo dẫn chất curcumin-O- yl dihydrophosphat có độ tan cao hơn và hoạt tính chống ung thư tốt hơn so với curcumin ban đầu [42]. Năm 2018, Muangnoi và các cộng sự đã tổng hợp được dẫn chất liên hợp của curcumin với nhóm glutarat và khẳng định dẫn chất này cải thiện được độ tan và khả năng chống nhiễm trùng trên chuột [113]. Những nhóm thân nước khác cǜng được các nhà khoa học sử dụng để liên hợp với curcumin là: phân tử đường, acid amin, polymer tan trong nước, dẫn chất của glucoronic... Các nghiên cứu này đã đạt được một số thành công nhất định trong việc nâng cao hoạt tính và sinh khả dụng của curcumin [42], [87], [127].

Thực tế trên chỉ ra, tổng hợp các dẫn chất mới của curcumin theo hướng cải thiện độ tan trong nước từ nguồn nguyên liệu curcumin sẵn có trong tự nhiên, phát huy những tác dụng rất tốt của phân tử này, là một hướng đi hấp dẫn, có nhiều triển vọng và có ý nghĩa thực tiễn. Chính vì vậy, luận án: ƠNghiên cứu bán tổng hợp một số dẫn chất curcumin nhằm cải thiện độ tan trong nước hướng ứng dụng trong dược phẩmƠ được thực hiện với các mục tiêu sau:

1. Bán tổng hợp được một số dẫn chất mới của curcumin theo hướng cải thiện độ tan trong nước và thăm dò tác dụng sinh học của các dẫn chất mới tổng hợp được.

2. Lựa chọn và xây dựng được quy trình tổng hợp dẫn chất tiềm năng ở quy mô phòng thí nghiệm.

3. Đánh giá được hoạt tính chống viêm in vivo và độc tính cấp của một dẫn chất tiềm năng.

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN

1.1.1. Cấu trúc hóa học và tính chất của curcumin

1.1.1.1. Cấu trúc hóa học

Curcumin là hoạt chất chính trong hỗn hợp curcuminoid (chiếm 77 %) được chiết xuất từ củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) và một số loài nghệ khác (Curcuma spp.) [88].

- Cấu trúc phân tử (Hình 1.1):

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của curcumin

- Tên IUPAC: (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)hepta-1,6-dien-3,5- dion.

- Tên khác: Diferuloylmethan, curcumin I.

- Công thức phân tử: C21H20O6.

- Khối lượng phân tử: 368,39 đvC [104].

Trong dung dịch, curcumin tồn tại ở dạng cân bằng hỗ biến của dạng diceton đối xứng và dạng ceton – enol được ổn định bằng liên kết hydro nội phân tử [67] (Hình 1.2).

Hình 1.2. Dạng hỗ biến ceton – enol của curcumin trong dung dịch

Trong dung dịch nước, ở pH acid và trung tính, các curcumin tồn tại chủ yếu dưới dạng diceton. Ngược lại, ở pH > 8, dạng enol chiếm ưu thế hơn [150]. Tùy theo từng dung môi thích hợp, có thể có trên 95 % các curcumin tồn tại ở dạng enol [163].

1.1.1.2. Tính chất vật lý

Độ tan: Curcumin đặc biệt không tan trong nước ở pH trung tính và pH acid, nhưng lại có thể tan được trong dung môi hữu cơ có cực hoặc không có cực có tính kiềm hoặc dung môi acid như acid acetic băng [171].

Dạng thù hình: Curcumin tồn tại dưới dạng bột vô định hình hoặc tinh thể hình kim màu vàng cam [104]. Tinh thể curcumin có ba dạng thù hình khác nhau tùy thuộc vào dung môi và tốc độ kết tinh [127].

Điểm chảy: 183 °C [104], [150].

Sự hấp thụ ánh sáng: Các phân tử curcumin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến, tạo ra màu vàng. Curcumin có khả năng phát huǶnh quang (520 nm) khi hấp thụ bức xạ tử ngoại có bước sóng 350 nm [126].

Hệ số phân bố n-octanol - nước của curcumin: 2,56 [170], tính toán theo ALOGPS là 3,62, theo ChemAxon là 4,12 [15].

pKa: Curcumin có 3 giá trị pKa. Giá trị pKa đầu tiên và thứ 2 là của 2 nhóm -OH phenol, giá trị pKa3 là của hydro dạng enol. Các giá trị pKa của curcumin được xác định bằng một số phương pháp khác nhau cho giá trị khác nhau (Bảng 1.1).

Bảng 1.1. Bảng giá trị pKa của phân tử curcumin

Giá trị pKa

Phương pháp xác định	TLTK
pKa1=7,75-7,8	HPLC huǶnh quang	[171]
pKa2 = 8,55	Dung môi: KCl/HCl (pH 1- 3), KH2PO4/ NaOH (pH
pKa3 = 9,05	6- 9), NaHCO3/NaOH (pH 9- 10)
	Nồng độ ion 0,1- 0,15 M
pKa1 = 8,54 pKa2 = 9,3 pKa3 = 10,69	Chuẩn độ đo thế Dung môi: Nước : MeOH = 1 : 1	[31]
pKa1 = 8,38 pKa2 = 9,3 pKa3 = 10,51	Chuẩn độ HCl	[26]

Có thể bạn quan tâm!

• Nghiên cứu bán tổng hợp một số dẫn chất curcumin nhằm cải thiện độ tan trong nước hướng ứng dụng trong dược phẩm - 1
• Nghiên cứu bán tổng hợp một số dẫn chất curcumin nhằm cải thiện độ tan trong nước hướng ứng dụng trong dược phẩm - 2
• Sự Phân Hủy Của Curcumin Dưới Tác Dụng Của Ánh Sáng
• Các Hướng Nghiên Cứu Biến Đổi Cấu Trúc Curcumin
• Các Nghiên Cứu Biến Đổi Khác Trên Chuỗi Bên Aryl

Xem toàn bộ 442 trang tài liệu này.

1.1.1.3. Tính chất hóa học

Curcumin có cấu trúc chung là khung diarylheptadien, nhóm diceton và dihydroxyphenyl. Vì vậy, curcumin mang những tính chất hóa học đặc trưng của nhóm polyphenol, diceton, dien, vòng thơm…[3], [7]. Các phản ứng hóa học quan trọng liên quan đến hoạt tính sinh học của curcumin là do nguyên tử hydro linh động đóng góp dẫn đến quá trình oxy hóa curcumin, phản ứng Michael, phản ứng thủy

phân. Tất cả đều có vai trò quan trọng trong các hoạt động sinh học khác nhau của curcumin.

1.1.1.4. Phổ hấp thụ tử ngoại/ khả kiến và huǶnh quang

Trong dung dịch đệm aceton-bicarbonat, curcumin cho cực đại hấp thụ tại bước sóng 520 nm [74]. Dải hấp thụ xuất hiện một hình dạng bất đối xứng trong dung môi không phân cực: cloroform, acid acetic, benzen, toluen và carbon tetraclorid. Hình dạng bất đối xứng chỉ ra có một sự khác nhau trong các dung môi hòa tan có mối liên quan tác động qua lại với sự xuất hiện dung môi phân cực: methanol, aceton, ethanol, tetrahydrofuran, acetylaceton, acid acetic. Cực đại hấp thụ với các cấu trúc tinh tế xuất hiện ở bước sóng λ = 418 nm khi phổ UV/Vis của hợp chất được đo trong các dung môi khác nhau (như CCl4, DMSO). Sự hấp thụ cực đại của curcumin trong methanol và ethanol là khoảng 420 nm, và dung dịch có màu vàng sáng [73].

Trong một nghiên cứu khác, khi thêm cyclodextrin, cực đại hấp thụ của curcumin trong nước thay đổi từ 420 nm lên 430 nm và sự hấp thụ của phức hợp curcumin - cyclodextrin (10 mM) tại bước sóng 430 nm cǜng tăng lên gấp đôi [168]. Đồng (II) có thể làm giảm sự hấp thụ UV của curcumin trong nước tại 427 nm. Vì vậy, khi có mặt ion đồng (II), xuất hiện thêm một dải hấp thụ mới của phức hợp đồng (II)- curcumin tại 361 nm [80].

Ngoài sự ảnh hưởng của dung môi và nước, thì pH cǜng gây ảnh hưởng đến sự phát huǶnh quang của curcumin. Tại pH < 1 và ở pH 8,3, cường độ huǶnh quang giảm và có thể kéo theo một hoặc cả hai yếu tố: quá trình phân hủy curcumin trong môi trường kiềm, và sự thay đổi tính chất của trạng thái đơn bị kích thích đầu tiên. Sự hấp thụ và phổ huǶnh quang của curcumin và các dẫn chất trong n-hexan và methanol cǜng đã được nghiên cứu [30].

1.1.2. Độ ổn định của curcumin

1.1.2.1. Ảnh hưởng của pH trong dung dịch nước

Độ ổn định của các curcumin phụ thuộc vào pH, biểu hiện ở sự thay đổi màu sắc của dung dịch curcumin trong các giá trị pH khác nhau:

Ở pH < 1, dung dịch nước của curcumin có màu đỏ kèm theo sự có mặt của dạng acid (H4A+). Ở dạng này curcumin tương đối ổn định. Ở khoảng pH = 1- 7, curcumin rất ít tan trong nước. Ở khoảng pH này, dung dịch nước của curcumin có màu vàng và tồn tại chủ yếu ở dạng trung tính (H3A). Ở pH > 7,5, dung dịch curcumin xuất hiện màu thay đổi tử cam sang đỏ, curcumin tồn tại ở các dạng ion H2A-, HA2- và A3- (Hình 1.3).