Tóm tắt luận án tiến sĩ hóa lý thuyết và hóa lý nghiên cứu cấu trúc khả năng chố

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN MINH THÔNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA MỘT SỐ POLYPHENOL VÀ DẪN XUẤT TRÊN NỀN FULLERENE (C60) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý Mã số: 62.19 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ HUẾ, NĂM 2016 Công trình được hoàn thành tại Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Người hướng dẫn khoa học: 1. Phạm Cẩm Nam 2. Trần Dương Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luận án tiến sĩ họp tại.

vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:. MỞ ĐẦU Sự thoái hóa của tế bào là nguyên nhân chính gây nên các bệnh tật trong cơ thể con người. Bệnh ung thư cũng có liên quan đến sự thoái hóa của tế bào, các tế bào ác tính nói chung hoạt động hơn tế bào bình thường trong việc tạo ra superoxide (các hợp chất chứa liên kết đơn O−O). Các bệnh tật này là kết quả của sự tạo ra quá nhiều tác nhân phản ứng chứa oxy (Reactive Oxygen Species−ROS) trong các hoạt động trao đổi chất của tế bào, dẫn đến sự hư tổn tế bào bao gồm peroxy hóa lipid, hình thành sản phẩm cộng DNA, quá trình oxy hóa protein, làm mất hoạt tính enzyme và cuối cùng có thể dẫn đến chết tế bào.

Cơ thể động vật hay con người thường lưu giữ các hợp chất có tính chống oxy hóa cao như gluthathione, vitamin E, vitamin C. Khi hàm lượng các chất chống oxy hóa trong cơ thể giảm xuống sẽ làm tăng nguy cơ hủy hoại các tế bào. Tuy nhiên, những ảnh hưởng bất lợi của ROS có thể được ngăn ngừa bằng cách bổ sung chế độ ăn giàu thực phẩm có chứa chất chống oxy hóa (các loại đậu, rau và trái cây tươi…) với tác dụng có lợi cho sức khỏe con người. Các chất chống oxy hóa tự nhiên như các hợp chất polyphenol có khả năng loại bỏ gốc tự do, ngăn chặn quá trình oxy hóa rất hiệu quả.

Trong tự nhiên, cây sa kê và vỏ măng cụt được biết đến là một nguồn hợp chất polyphenol rất dồi dào. Vấn đề nghiên cứu thực nghiệm về hoạt tính chống oxy hóa của các hợp chất chiết xuất từ cây sa kê và vỏ măng cụt yêu cầu trải qua nhiều giai đoạn phức tạp: Sàn lọc từ các hợp chất tự nhiên, phân lập, xác định cấu trúc, thử nghiệm hoạt tính sinh học. đòi hỏi một khối lượng công việc rất lớn. Thực tế cho thấy trên thế giới xu hướng kết hợp nghiên cứu giữa các nhóm tính toán lý thuyết và thực nghiệm phát triển rất mạnh mẽ.

Các tính toán lý thuyết có thể cung cấp các thông tin nền tảng như các thông số cấu trúc, năng lượng và một số tính chất quan trọng khác góp phần định hướng làm thực nghiệm và ngược lại kết quả thực nghiệm sẽ làm sáng tỏ và chứng minh tính đúng đắn của tính toán lý thuyết. Do đó, việc bố trí nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu hóa tính toán đan xen nhau một cách hợp lý sẽ giúp giảm thiểu được khối lượng thực nghiệm và kết quả thu được cũng được lý giải một cách logic và khoa học hơn. Mặc dù, các kết quả thực nghiệm về hoạt tính sinh học của các hợp chất chiết xuất từ cây sa kê và vỏ măng cụt đã được báo cáo, nhưng việc mô phỏng đánh giá khả năng chống oxy hóa bằng hóa học tính toán là một bước mới, chưa có nghiên cứu lý 1 thuyết nào phân tích khả năng chống oxy hóa của các hợp chất này cũng như xác định cơ chế của phản ứng dập tắt gốc tự do. Ngoài hợp chất polyphenol thì gần đây nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng fullerene (C60) phản ứng với các gốc tự do và hoạt động như một chất dập tắt gốc tự do hiệu quả.

Điều này đã được thử nghiệm cả in vitro và in vivo. Hiệu quả chống oxy hóa của chúng được chứng tỏ cao hơn so với vitamin E trong việc ngăn cản sự oxy hóa của lipid bởi các tác nhân superoxide và gốc tự do hydroxyl. Tuy nhiên, việc ứng dụng fullerene trong lĩnh vực làm chất chống oxy hóa còn hạn chế bởi vì nó chỉ đóng vai trò như chiếc lồng thu nhận các gốc tự do có trung tâm phản ứng ở nguyên tử carbon chứ không phải là chất chống oxy hóa xảy ra theo cơ chế ngắt mạch. Do vậy, fullerene không có hiệu quả trong việc dập tắt phản ứng của các gốc tự do peroxyl trong giai đoạn phát triển mạch của phản ứng dây chuyền.

Để cải thiện điều này, một số phương pháp chức năng hóa fullerene đã được đề xuất tạo ra một loạt các dẫn xuất C60 với những tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Cho đến nay đã có nhiều chất được sử dụng làm chất chống oxy hóa trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một vấn đề đang được quan tâm hiện nay là làm sao tạo ra các chất chống oxy hóa hiệu quả cao không độc hại đến môi trường và con người để có thể sử dụng trong y học, thực phẩm, dược phẩm… Một trong những cách tốt nhất để lợi dụng cấu trúc độc đáo của fullerene là dùng nó để làm nền cho các phân tử thuốc đính tử vào. Trong những năm qua, một số lượng lớn các nghiên cứu thực nghiệm đã tập trung vào tính chất chống oxy hóa của dẫn xuất fullerene-polyphenol.

Tuy nhiên, một nghiên cứu lý thuyết có tính hệ thống về mối quan hệ giữa đặc điểm cấu trúc và khả năng chống oxy hóa của dẫn xuất fullerene-polyphenol, cũng như nghiên cứu định hướng để thiết kế và hỗ trợ cho quá trình bán tổng hợp các phân tử có hoạt tính sinh học cao hơn so với hợp chất tự nhiên chưa được thực hiện. Với những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol và dẫn xuất trên nền fullerene (C60) bằng phương pháp hóa tính toán“. Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê, vỏ măng cụt và một số dẫn xuất fullerene- polyphenol bằng phương pháp hóa tính toán. 2 - Thiết kế các hợp chất có khả năng chống oxy hóa từ dẫn xuất malonate có nguồn gốc từ cây sa kê và vỏ măng cụt trên nền fullerene thông qua phản ứng Bingel-Hirsch.

Ý nghĩa khoa học của luận án: Triển khai một hướng nghiên cứu mới, phù hợp với xu thế chung trên thế giới cũng như các điều kiện của Việt Nam: Tìm kiếm chất chống oxy hóa xanh thân thiện môi trường. Bên cạnh đó, luận án còn có vai trò đóng góp vào việc khẳng định khả năng tổng hợp các chất chống oxy hóa trên nền fullerene đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu và hướng tới việc ứng dụng trong nước. Những đóng góp mới của luận án: - Đã tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống khả năng chống oxy hóa của một số hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê và vỏ măng cụt thông qua 3 cơ chế HAT, SET−PT và SPLET. Trong đó, hợp chất S12, M10 và M11 được xem là những chất chống oxy hóa tiềm năng với giá trị BDE(O−H) trong pha khí lần lượt là 77,3; 82,3; 82,8 kcal/mol.

- Đã làm rõ được cơ chế phản ứng Bingel − Hirsch giữa ion âm dimethyl bromomalonate và fullerene (C60). Trong bốn đường phản ứng thì đường phản ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 để hình thành sản phẩm ở vị trí liên kết (6,6) là thuận lợi về mặt nhiệt động, điều này cũng phù hợp với kết quả thực nghiệm. - Đã thiết kế các hợp chất chống oxy từ một số dẫn xuất malonate của altilisin J và mangostin trên nền fullerene bằng phương pháp hóa tính toán. Các hợp dẫn xuất fullerene mới có khả năng chống oxy hóa cao hơn so với hợp chất ban đầu, được đánh giá thông qua các thông số đặc trưng như: BDE, IE và EA.

TỔNG QUAN VỀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU Phần tổng quan giới thiệu về các hợp chất polyphenol, cơ chế chống oxy hóa của hợp chất polyphenol, hợp chất chất fullerene và hóa học tính toán ứng dụng trong nghiên cứu các hợp chất polyphenol và dẫn xuất fullerene. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 2.

Cơ sở phương pháp tính toán hóa lượng tử 2. Phương pháp bán thực nghiệm (semi-empirical methods) 2. Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory - DFT methods) 2. Phương pháp ONIOM 2.

CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 2. Phần mềm Gaussian 09W 2. Phần mềm Gaussview 5 2. HÓA HỌC TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO NGHIÊN CỨU CÁC HỢP CHẤT POLYPHENOL VÀ DẪN XUẤT FULLERENE 2.

Tối ưu hóa cấu trúc (geometry optimization) 2. Xác định trạng thái chuyển tiếp và tính hàng rào năng lượng 2. Năng lượng điểm đơn (single point energy) 2. Các đại lượng nhiệt động xác định khả năng chống oxy hóa của hợp chất polyphenol 2.

Mô hình hóa các hệ phân tử trong dung môi CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3. KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG PHÂN LY LIÊN KẾT O−H 3. Cách chọn mô hình ONIOM 2 lớp O H OH OH Trong Hình 3.1, chúng tôi mô tả 7 cách chọn các lớp trong mô hình ONIOM.

Trong đó, mỗi phân tử được B B B chia thành 2 lớp: các nguyên tử ở vị trí 1A 3A 3B OH OH phân ly liên kết được chọn làm lớp cao, OH B B B các nguyên tử phần còn lại được chọn 5A 5B 5C làm lớp thấp. OH OH OH Tương ứng với lớp cao thì được B B B tính bằng phương pháp (RO)B3LYP/6- 5D 7A Full 311++ G(2df,2p), còn lớp thấp thì được High Layer Low Layer tính bằng phương pháp PM6. Cách chọn các mô hình ONIOM 2 lớp 4 3. Áp dụng cho các dẫn xuất của phenol Các kết quả tính toán trong Hình 3.2 chỉ ra rằng các giá trị BDE(O−H) sử dụng mô hình 1A có độ chính xác cao và gần với giá trị thực nghiệm.

Vì vậy, chúng tôi chọn mô hình 1A và phương pháp ONIOM (ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6) cho nghiên cứu BDE(O-H) tiếp theo. So sánh giá trị BDE(O-H) của dẫn xuất phenol được tính bằng 7 mô hình ONIOM với dữ liệu thực nghiệm Tuy nhiên, độ tin cậy của mô hình 1A cần được kiểm tra thêm trên các phân tử có kích thước lớn hơn như ubiquinol-2, ubiquinol- 6 và ubiquinol-10 (trong đó ubiquinol-10 là một chất oxy hóa mạnh). Kết quả tính BDE(O−H) của các ubiquinol được trình bày trong Bảng 3.