Luận án: Tách chiết, dẫn xuất & hoạt tính curcumin, tinh dầu nghệ vàng Curcuma longa L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ HOÀNG ANH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT, TỔNG HỢP DẪN XUẤT VÀ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT, HOẠT TÍNH CỦA TINH DẦU VÀ CURCUMIN TỪ CÂY NGHỆ VÀNG (CURCUMA LONG L.) BÌNH DƢƠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ HOÀNG ANH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT, TỔNG HỢP DẪN XUẤT VÀ XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT, HOẠT TÍNH CỦA TINH DẦU VÀ CURCUMIN TỪ CÂY NGHỆ VÀNG (CURCUMA LONG L.) BÌNH DƢƠNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CÁC CHẤT HỮU CƠ Mã số chuyên ngành: 62 52 75 05 Phản biện độc lập 1: PGS.

Trần Lê Quan Phản biện độc lập 2: TS. Trần Thị Minh Phản biện 1: PGS. Trần Thu Hƣơng Phản biện 2: GS. Nguyễn Minh Đức Phản biện 3: PGS.

Nguyễn Ngọc Hạnh NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Trần Thị Việt Hoa 2. Trần Văn Sung LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu. Tác giả luận án __________________________________ Phan Thị Hoàng Anh i TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án đã thực hiện đƣợc một số nội dung sau: Đã xác định hàm lƣợng, thành phần tinh dầu và curcuminoid trong củ Nghệ vàng (Curcuma longa L.) Bình Dƣơng, khảo sát quy trình tách curcuminoid kết hợp tách tinh dầu từ nguyên liệu nghệ tƣơi và nghệ khô. Đã nghiên cứu quy trình phân lập 3 thành phần curcuminoid là: curcumin, demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin từ hỗn hợp curcuminoid. Tổng hợp 30 dẫn xuất của curcuminoid, gồm 22 dẫn xuất của curcumin, 1 dẫn xuất của demethoxycurcumin và 7 dẫn xuất của bisdemethoxycurcumin.

Trong số đó có 10 dẫn xuất hoàn toàn mới, chƣa từng đƣợc công bố trong các công trình trong và ngoài nƣớc. Các dẫn xuất đều đƣợc định danh và xác định cấu trúc bằng các phƣơng pháp phân tích phổ MS, IR, NMR. Đã khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng oxy hóa và kháng tế bào ung thƣ của curcuminoid và các dẫn xuất. Curcumin và các dẫn xuất thể hiện hoạt tính mạnh trong thử nghiệm gây độc tế bào ung thƣ tuyến tiền liệt PC3.

Dẫn xuất 19 có hoạt tính cao gấp 38 lần curcumin và có độ chọn lọc rất tốt với chỉ số SI =26, đồng thời cấu trúc thỏa mãn “quy tắc số 5” (rule of five) của Lipinski nên có nhiều tiềm năng nghiên cứu sâu hơn trong việc phát triển ứng dụng trong dƣợc phẩm. ii ABSTRACT In this thesis, the content and composition of essential oil and curcuminoids from Curcuma longa L.rhizomes collected in Binh Duong province were determined. The combining process for extraction of curcuminoids and essential oil from the rhizomes was studied. The separation and purification of three curcuminoid components was investigated.

Thirty derivatives of curcuminoids including 22 curcumin derivatives, 1 demethoxycurcumin derivative and 7 bisdemethoxycurcumin derivatives were synthesized, characterized and determined the structure by the MS, IR, NMR spectroscopy. Among 30 synthesized compounds, there were 10 novel derivatives. Some biological activities including anti-bacterial, anti-fungal, antioxidant and cytotoxic activites of curcuminoids and their derivatives were also examined. Curcuminoids and their derivatives showed potentials in the cytotoxicity against prostate cancer PC3 cell line.

Derivative 19, which exhibited thirty-eightfold higher cytotoxicity than curcumin against PC3 cell line, high selectivity index SI=26 and satisfied Lipinski “rule of five”, promises as a good candidate for further research in finding drug for prostate cancer treatment. iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. Trần Thị Việt Hoa, GS. Trần Văn Sung đã tận tình hƣớng dẫn, dành nhiều thời gian công sức và truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức, kinh nghiệm bổ ích trong suốt thời gian thực hiện luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS. Ronald J Quinn, TS. Phạm Ngọc, TS.V Hoàng (viện Eskitis, đại học Griffith, Queensland, Australia) đã giúp tôi có cơ hội đƣợc thực tập tại Eskitis, đã hƣớng dẫn, tạo điều kiện làm việc tốt nhất và dành cho tôi sự quan tâm, giúp đ to lớn trong thời gian tôi thực tập và sinh sống ở đây. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban lãnh đạo trƣờng Đại học Bách Khoa, ph ng Sau đại học, khoa Kỹ thuật Hóa học và bộ môn Hóa Hữu cơ đã tạo cho tôi điều kiện thuận lợi để thực hiện và hoàn thành luận án này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS. Phan Thanh Sơn Nam, ThS.Trần Đức Trọng, ThS. Lê Xuân Tiến đã hỗ trợ tôi rất nhiều, cho tôi nhiều góp qu báu trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô đồng nghiệp khác trong bộ môn Hữu cơ đã có nhiều chia s và là những ngƣời bạn luôn đồng hành c ng tôi trong thời gian thực hiện luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các em sinh viên đã đóng góp trong phần thực nghiệm của luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS. Phạm Thành Quân, PGS.TS Nguyễn Ngọc Hạnh, các thầy cô trong hội đồng đánh giá luận án tiến s cấp cơ sở và các phản biện độc lập về những đóng góp qu báu để luận án này đƣợc hoàn thiện hơn. Cuối c ng, xin cảm ơn gia đình tôi, những ngƣời thân yêu đã luôn ở bên cạnh, ủng hộ, động viên và luôn là điểm tựa tinh thần to lớn để tôi có thể hoàn thành luận án này.

iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Tổng quan về curcumin .2 Một số tính chất hóa l của curcumin .2 Hoạt tính sinh học của curcumin .3 Tính khả dụng sinh học của curcumin .4 Các phƣơng pháp cải thiện tính khả dụng sinh học của curcumin .3 Các nghiên cứu về tổng hợp và hoạt tính sinh học của dẫn xuất curcumin .1 Các phƣơng pháp tổng hợp một số dẫn xuất của curcumin .2 Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất curcuminoid .4 Giới thiệu về tinh dầu và các phƣơng pháp trích ly curcuminoid và tinh dầu từ củ Nghệ vàng .1 Giới thiệu về tinh dầu củ Nghệ vàng (Curcuma longa L.2 Tổng quan một số nghiên cứu về trích ly curcuminoid từ củ Nghệ vàng. 31 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Mục tiêu nghiên cứu .2 Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị .3 Nội dung thực hiện .1 Nghiên cứu trích ly curcuminoid và tinh dầu từ củ Nghệ vàng (Curcuma longa L.2 Nghiên cứu phân lập 3 thành phần curcumin, DMC và BDMC từ hỗn hợp curcuminoid .3 Tổng hợp dẫn xuất pyrazole và isoxazole của curcuminoid .4 Xác định hoạt tính sinh học của tinh dầu, curcuminoid và các dẫn xuất curcuminoid tổng hợp đƣợc. 48 3 KẾT QUẢ - BÀN LUẬN .1 Kết quả nghiên cứu trích ly curcuminoid và tinh dầu từ củ nghệ .1 Kết quả khảo sát quy trình trích ly curcuminoid và tinh dầu từ củ nghệ .2 Kết quả phân tích hàm lƣợng và thành phần tinh dầu, curcuminoid thu đƣợc bằng phƣơng pháp GC-MS, HPLC và LC-MS .3 Kết quả khảo sát trích ly curcuminoid bằng phƣơng pháp đun hồi lƣu trực tiếp có sự hỗ trợ của vi sóng .2 Kết quả nghiên cứu phân lập 3 thành phần curcumin, DMC và BDMC từ hỗn hợp curcuminoid .1 Kết quả quá trình kết tinh lại .2 Kết quả quá trình sắc k cột phân lập 3 thành phần curcuminoid .3 Kết quả xác định một số tính chất hóa l các thành phần curcuminoid .4 Kết quả nhận danh và xác định cấu trúc các thành phần curcuminoid .3 Kết quả tổng hợp dẫn xuất của curcuminoid .1 Nhận xét chung về quá trình tổng hợp .2 Kết quả định danh, xác định cấu trúc các dẫn xuất .4 Kết quả khảo sát hoạt tính sinh học của tinh dầu, curcuminoid và dẫn xuất .1 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và kháng oxy hóa của tinh dầu Nghệ vàng .2 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của curcuminoid và dẫn xuất .3 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của curcuminoid và dẫn xuất .4 Kết quả khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của curcuminoid và dẫn xuất. 129 5 CÁC TÀI LIỆU CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ.

131 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 132 vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1. Cấu trúc của các thành phần curcuminoid [1]. a) Phổ UV-Vis của curcumin.

___ dung dịch curcumin 3.5M, --- dung dịch curcumin 3.04 × 10-5M trong acid acetic băng; b) Phổ UV-Vis của dung dịch curcumin 4.091M theo thời gian [7]. Các sản phẩm phân hủy curcumin trong môi trƣờng kiềm [8]. Phản ứng đóng v ng đề xuất cho curcumin khi phơi sáng (> 400 nm). Sự phân hủy của curcumin trong isopropanol (> 400 nm) [11].

Curcumin tác động vào các giai đoạn khác nhau trong quá trình phát triển ung thƣ. Cơ chế đề nghị cho phản ứng tạo phức của curcumin-Fe2+. DHZ( 4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-buten-2-one ) – half curcumin. Phản ứng trung hòa gốc tự do của curcumin.

Chuyển hóa sinh học và các sản phẩm chuyển hóa đề nghị cho curcumin trong huyết thanh chuột khi đƣa vào bằng đƣờng i. Diester của curcumin với valine, glycine, glutamic acid và demethylen piperic acid [109]. Các dẫn xuất của curcumin trong nghiên cứu của nhóm Chen [39]. Sự hình thành gốc tự do ortho-hydroxyphenol [39].

Các dẫn xuất trong nghiên cứu của nhóm Selvam [101]. Các dẫn xuất trong nghiên cứu của nhóm Zang [93]. Các dẫn xuất trong nghiên cứu [95]. Quy trình 1.

Sơ đồ lắp ráp hệ thống trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng. Phản ứng quét gốc tự do DPPH của chất kháng oxy hoá [138]. Phổ HPLC – MS của mẫu curcuminoid thu đƣợc từ quy trình 1. Kết quả SKBM của curcuminoid ban đầu và sau kết tinh.

SKBM các phân đoạn sau chạy cột (CH2Cl2:CH3OH:98:2 (v/v)). Sắc k đồ HPLC của (A) curcumin, (B) DMC, (C) BDMC (phụ lục 8). Phổ UV-vis (trong ethanol) của (A) curcumin, (B) DMC, (C) BDMC. a) Cấu trúc dẫn xuất 8 (4FPHC), b) SKBM của curcumin (vết 1) và 4FPHC (vết 2) dƣới đèn UV (hệ dung môi DCM:EA 96/4, c) SKBM hiện màu bằng hơi iod.

Cấu trúc của dẫn xuất isoxazole curcumin (dẫn xuất 1). Cấu trúc của dẫn xuất pyrazole curcumin (dẫn xuất 2). Hoạt tính quét gốc tự do DPPH (so sánh IC50) của curcumin, DMC, BDMC và một số dẫn xuất của curcumin và BDMC. Cơ chế đề nghị trong phản ứng trung hòa gốc tự do của curcumin.

Cơ chế trung hòa gốc tự do DPPH thông qua tách H methylene [40]. Cấu trúc cộng hƣởng của gốc tự do curcumin khi tách H của OH phenol [56]. Liên kết H nội phân tử giữa OH và OCH3 trên vòng phenyl của curcumin .