Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số dẫn xuất curcumin

Đồ án khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số dẫn xuất curcumin - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Võ Kim Phượng
• Người hướng dẫn: Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số dẫn xuất curcumin
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hoạt tính chống oxy hóa dẫn xuất curcumin

Curcumin là hợp chất polyphenol tự nhiên chiết xuất từ củ nghệ vàng Curcuma longa. Hoạt chất này sở hữu tiềm năng sinh học đa dạng như kháng viêm, kháng khuẩn và khử gốc tự do. Tuy nhiên, curcumin tự nhiên có độ tan kém trong nước. Tốc độ chuyển hóa nhanh cùng độ bền sinh học thấp gây cản trở hấp thu vào cơ thể. Việc tổng hợp các dẫn xuất curcumin là hướng đi khoa học mang tính đột phá. Quá trình biến đổi cấu trúc giúp cải thiện độ tan và gia tăng hoạt tính sinh học. Tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, đề tài nghiên cứu đã tiến hành phân tích sâu sắc các dẫn xuất hóa học này. Nhà nghiên cứu tập trung đánh giá khả năng dập tắt gốc oxy hóa của từng cấu trúc biến tính. Phân tử curcumin nguyên bản chứa hai vòng thơm nối qua chuỗi liên hợp heptadienone. Các nhóm chức methoxy và hydroxy phenolic đóng vai trò trung tâm trong phản ứng cho hydro. Sự biến đổi tại cầu nối beta-diketone hoặc vòng thơm mang lại nhiều tín hiệu quang phổ mới. Đề tài mở ra tiềm năng lớn cho ngành công nghệ hóa dược hiện đại.

1.1. Cấu trúc hóa học đặc trưng của curcumin nguyên bản

Curcumin có tên hệ thống là diferuloylmethane. Cấu trúc phân tử gồm hai vòng phenolic mang nhóm thế methoxy và hydroxyl. Chuỗi liên hợp alpha,beta-unsaturated beta-diketone liên kết hai vòng thơm này. Hệ thống liên hợp dài tạo nên màu vàng đậm đặc trưng của nghệ. Nhóm chức enol-ketone có khả năng chuyển hóa hỗ biến linh hoạt giữa dạng keto và enol. Dạng enol chiếm ưu thế trong môi trường dung môi hữu cơ và trạng thái tinh thể. Cấu trúc phân tử quyết định khả năng nhường nguyên tử hydro cho các gốc tự do. Đây là cơ sở cốt lõi cho mọi phản ứng biến đổi hóa học sau này nhằm tăng độ ổn định.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu dẫn xuất curcumin tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đề tài tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM hướng đến mục tiêu giải quyết nhược điểm chuyển hóa của curcumin. Nghiên cứu thực hiện tổng hợp và khảo sát phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến của các phân tử cải biến. Sinh viên thực hiện kiểm tra hoạt tính dập tắt gốc tự do nhân tạo DPPH trong dung môi chuẩn. Quá trình tính toán tốc độ phản ứng giúp xác định hiệu quả động học của từng cấu trúc. Nghiên cứu còn ứng dụng mô hình hóa học lượng tử để tìm kiếm tương quan giữa thông số hóa lý phân tử và giá trị IC50. Kết quả hỗ trợ thiết kế các chất chống oxy hóa mới trong tương lai.

II. Vấn đề gốc tự do và hoạt tính chống oxy hóa dẫn xuất curcumin

Gốc tự do là các phân tử mang điện tử độc thân không ghép đôi. Chúng sinh ra liên tục từ chuỗi hô hấp tế bào và các nguồn bức xạ môi trường. Khi nồng độ vượt ngưỡng an toàn, cơ thể đối mặt với hiện tượng stress oxy hóa. Các phản ứng dây chuyền này làm phá hủy màng lipid, làm biến tính protein và gây đứt gãy cấu trúc DNA. Quá trình thoái hóa tế bào diễn ra nhanh chóng, mở đường cho các bệnh lý tim mạch và ung thư phát triển. Curcumin thiên nhiên có khả năng chống oxy hóa mạnh nhờ cơ chế cho điện tử từ liên kết hydroxyl phenolic. Tuy vậy, curcumin nguyên bản bộc lộ hạn chế sinh học đáng kể. Phân tử này bị phân hủy nhanh chóng ở pH sinh lý và chuyển hóa hoàn toàn qua gan. Khả năng hòa tan cực thấp trong nước khiến sinh khả dụng đường uống gần như không đáng kể. Việc thay đổi nhóm thế trên nhân thơm hoặc vòng hóa khung trung tâm là bắt buộc. Những biến đổi cấu trúc này tạo nên thế hệ dẫn xuất mới bền vững hơn trước các gốc tự do xâm lấn.

2.1. Nguy cơ từ stress oxy hóa và vai trò dập tắt gốc tự do

Stress oxy hóa xảy ra khi cán cân nội môi bị phá vỡ. Lượng gốc tự do vượt quá khả năng tự trung hòa của enzyme chống oxy hóa nội sinh. Các ion kim loại chuyển tiếp như sắt và đồng thúc đẩy phản ứng tạo gốc hydroxyl cực kỳ độc hại. Quá trình peroxy hóa màng tế bào tạo ra lipid hydroperoxide gây tổn thương mô sâu sắc. Khói thuốc lá, ô nhiễm và tia tử ngoại làm trầm trọng thêm mức độ tấn công tế bào. Việc bổ sung hoạt chất dập tắt gốc tự do ngoại sinh là giải pháp phòng vệ bắt buộc. Phân tử chống oxy hóa sẽ chặn đứng chuỗi phản ứng lan truyền, bảo toàn cấu trúc tế bào sống.

2.2. Nhược điểm về sinh khả dụng của curcumin tự nhiên

Curcumin tự nhiên sở hữu hoạt tính sinh học rất cao trong điều kiện phòng thí nghiệm. Dẫu vậy, phân tử này bộc lộ nhiều điểm yếu khi ứng dụng thực tế. Độ tan của curcumin trong nước ở điều kiện thường vô cùng thấp. Cấu trúc beta-diketone kém bền vững khiến phân tử dễ bị phân hủy nhanh bởi ánh sáng và nhiệt độ. Khi đi vào đường tiêu hóa, các enzyme gan liên hợp curcumin thành dạng glucuronide và sulfate mất hoạt tính. Phần lớn lượng chất nạp vào bị đào thải ra ngoài mà không phát huy công dụng bảo vệ. Biến tính hóa học để tạo ra các dẫn xuất curcumin là chìa khóa duy nhất khắc phục rào cản này.

III. Phương pháp khảo sát hoạt tính chống oxy hóa dẫn xuất curcumin

Nghiên cứu áp dụng phương pháp đo phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến để xác định đặc trưng quang phổ của từng dẫn xuất curcumin. Phân tử curcumin nguyên mẫu đạt đỉnh hấp thụ cực đại tại bước sóng 428 nm. Khi thay thế hoặc loại bỏ các nhóm chức như methoxy hay hydroxy, đỉnh hấp thụ có sự dịch chuyển rõ rệt. Việc đóng vòng tạo nhân pyrazole hoặc isoxazole làm thay đổi đáng kể vùng hấp thụ từ 300 đến 360 nm. Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá chuẩn xác thông qua thử nghiệm dập tắt gốc tự do DPPH. Gốc DPPH tự do mang màu tím sẫm với độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 517 nm. Khi gặp chất nhường điện tử hoặc proton, DPPH chuyển thành dạng khử DPPH-H có màu vàng nhạt. Thiết bị đo quang phổ ghi nhận sự sụt giảm mật độ quang theo thời gian. Từ đó, giá trị IC50 được xác định cho từng dẫn xuất để so sánh hiệu năng khử gốc. Mô hình tính toán hóa lý phân tử tiếp tục làm rõ mối tương quan giữa mật độ điện tử và hoạt tính ức chế.

3.1. Phương pháp quét phổ UV Vis nhận diện biến đổi cấu trúc

Kỹ thuật đo phổ UV-Vis đóng vai trò định danh sơ bộ sự thay đổi cấu trúc của dẫn xuất curcumin. Phân tử curcumin đối chứng thể hiện đỉnh hấp thụ mạnh tại bước sóng 428 nm. Khi loại bỏ nhóm methoxy, đỉnh dịch chuyển về khoảng 394 đến 396 nm. Nhóm thế flo được gắn tại các vị trí ortho, meta hoặc para tạo đỉnh hấp thụ mới gần 390 nm. Sự xuất hiện của vòng pyrazole làm hệ liên hợp phân tử biến đổi sâu sắc. Đỉnh phổ chuyển dịch rõ rệt về vùng bước sóng ngắn 300 đến 360 nm. Dữ liệu quang phổ cung cấp bằng chứng khách quan về sự thay đổi mức năng lượng obitan phân tử của từng dẫn xuất.

3.2. Đánh giá hoạt tính trung hòa gốc tự do qua thử nghiệm DPPH

Phương pháp thử hoạt tính bắt gốc DPPH là quy trình tiêu chuẩn để định lượng khả năng chống oxy hóa. Dung dịch DPPH pha trong dung môi hữu cơ phản ứng với các nồng độ khác nhau của dẫn xuất curcumin. Mật độ quang được đo tự động ở bước sóng 517 nm theo các mốc thời gian cố định. Tốc độ suy giảm độ hấp thụ phản ánh trực tiếp khả năng nhường hydro của mẫu thử. Giá trị IC50 biểu thị nồng độ chất cần thiết để ức chế 50 phần trăm gốc tự do ban đầu. Giá trị IC50 càng nhỏ chứng minh hoạt tính chống oxy hóa càng vượt trội. Thử nghiệm mang lại độ lặp lại cao và giá trị so sánh tin cậy giữa các nhóm cấu trúc.

IV. Kết luận và ứng dụng dẫn xuất curcumin vào thực tiễn đời sống

Khóa luận tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định biến đổi cấu trúc mang lại bước nhảy vọt cho curcumin. Sự hiện diện của các nhóm thế quyết định trực tiếp đến năng lực khử gốc oxy hóa. Nhóm hydroxy phenolic vẫn là trung tâm phản ứng nhường nguyên tử hydro quan trọng nhất. Khi gắn thêm nguyên tử halogen như flo hoặc thay đổi khung diketone, hoạt tính sinh học của phân tử biến chuyển rõ rệt. Việc tìm ra mối liên hệ định lượng giữa cấu trúc phân tử và giá trị IC50 giúp rút ngắn thời gian sàng lọc dược chất mới. Kết quả nghiên cứu mở đường cho nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp dược phẩm và thực phẩm chức năng. Các dẫn xuất curcumin sở hữu độ bền hóa học cao và khả năng tan tốt sẽ cải thiện đáng kể sinh khả dụng đường uống. Hoạt chất có thể ứng dụng trong điều chế thuốc hỗ trợ ức chế khối u, chống viêm khớp và ngăn ngừa lão hóa màng tế bào. Hướng nghiên cứu này tạo nền tảng vững chắc để chuyển giao công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học giá trị cao.

4.1. Mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính chống oxy hóa

Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính khẳng định tầm quan trọng sống còn của các nhóm chức hữu cơ. Nhóm hydroxy phenolic giữ vai trò trọng yếu trong việc cung cấp nguyên tử hydro dập tắt gốc DPPH tự do. Khi nhóm hydroxyl bị loại bỏ, năng lực chống oxy hóa của phân tử sụt giảm nghiêm trọng. Nhóm methoxy lân cận tạo hiệu ứng che chắn không gian và ổn định gốc phenoxyl trung gian sinh ra. Ngược lại, việc gắn thêm các nhóm thế hút điện tử như flo có thể điều hòa mật độ điện tích quanh vòng thơm. Cấu trúc đóng vòng pyrazole giúp phân tử bền hơn trước sự phân hủy thủy phân trong môi trường kiềm nhẹ.

4.2. Tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong ngành dược phẩm

Dẫn xuất curcumin là ứng viên sáng giá để phát triển các loại thuốc điều trị bệnh mạn tính. Đặc tính dập tắt gốc oxy hóa giúp hoạt chất bảo vệ màng tim mạch và ngăn ngừa xơ vữa động mạch. Trong điều trị ung thư, các phân tử này hỗ trợ ức chế sự tăng sinh của tế bào dị thường mà không gây độc hại cho mô lành. Ngành công nghiệp mỹ phẩm cũng tận dụng dẫn xuất curcumin để sản xuất kem dưỡng chống lão hóa da và phục hồi tổn thương do tia cực tím. Việc hoàn thiện quy trình tổng hợp tại các cơ sở nghiên cứu tạo tiền đề thương mại hóa nguồn nguyên liệu hóa dược tại Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Curcumin là một polyphenol tự nhiên chiết xuất từ củ nghệ (Curcuma longa L.), sở hữu nhiều hoạt tính sinh học có giá trị y dược như kháng oxy hóa, kháng viêm, kháng khuẩn, kháng nấm, làm liền vết thương, kìm hãm tế bào ung thư và hỗ trợ điều trị các bệnh lý thoái hóa thần kinh như Alzheimer. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất hạn chế ứng dụng thực tiễn của curcumin trong y học là độ bền sinh học kém và độ sinh khả dụng thấp. Hợp chất này hầu như không tan trong nước và môi trường acid, kém bền vững dưới tác động của ánh sáng và môi trường kiềm, đồng thời bị hấp thu kém, chuyển hóa nhanh và đào thải với tỷ lệ lớn khi đưa vào cơ thể. Bên cạnh đó, quy trình chiết xuất và phân lập curcumin tinh khiết từ tự nhiên đòi hỏi chi phí cao và kỹ thuật phức tạp, gây trở ngại cho việc cải biến hóa học trực tiếp trên nguồn nguyên liệu tự nhiên.

Cấu trúc phân tử của curcumin bao gồm hai nhân phenyl mang nhóm thế, hai nhóm carbonyl ($>C=O$) và hệ liên kết đôi liên hợp ($>C=C<$). Hoạt tính sinh học của curcumin phụ thuộc trực tiếp vào các trung tâm phản ứng này. Nhằm khắc phục các nhược điểm về độ tan và tính kém bền, việc tổng hợp các dẫn xuất curcumin thông qua thay đổi nhóm thế trên vòng thơm hoặc đóng vòng dị vòng tại cầu nối trung tâm được xác định là hướng nghiên cứu trọng tâm nhằm tạo ra các phân tử có hoạt tính chống oxy hóa cao và sinh khả dụng tốt hơn.

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Võ Kim Phượng (ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, chuyên ngành Hóa hữu cơ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:

1. Khảo sát độ hấp thụ của các dẫn xuất curcumin.
2. Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số dẫn xuất curcumin bằng phương pháp thử hoạt tính bắt gốc tự do DPPH.
3. Khảo sát tốc độ phản ứng của một số dẫn xuất curcumin.
4. Xác định mối liên hệ cấu trúc và hoạt tính qua phần mềm.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 16 dẫn xuất của curcumin (được ký hiệu từ 1 đến 16) do TS. Hoàng Minh Hảo (Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm) tổng hợp và cung cấp. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm in vitro kết hợp mô phỏng hóa tin tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, trong thời gian từ ngày 15/12/2019 đến ngày 15/08/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hóa học curcuminoid, hóa học các gốc tự do, cơ chế chống oxy hóa và phương pháp nghiên cứu mối quan hệ định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học (QSAR):

• Cấu trúc và tính chất hóa học của Curcumin: Hỗn hợp curcuminoid tự nhiên gồm ba thành phần chính: curcumin (~77%), demethoxycurcumin (DMC, ~17%) và bisdemethoxycurcumin (BDMC, ~3%). Phân tử curcumin là một diarylheptanoid dạng bis-$\alpha,\beta$-diketone không bão hòa (công thức phân tử $C_{21}H_{20}O_6$, khối lượng phân tử 368,38 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 179–183°C, $pK_a = 8$). Phân tử tồn tại ở dạng hỗ biến keto-enol đối xứng, có khả năng tham gia phản ứng cộng hydro, phản ứng phân hủy quang hóa và kiềm hóa, phản ứng tạo phức chelate với ion kim loại chuyển tiếp ($Zn^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Ni^{2+}$), phản ứng dị vòng hóa isoxazole và phản ứng nhường hydro của nhóm -OH phenolic hoặc nguyên tử hydro linh động tại carbon methylene $C_4$.
• Lý thuyết về gốc tự do và phản ứng chống oxy hóa: Các dạng oxy hoạt động (ROS bao gồm $O_2^{\bullet-}$, $HO^\bullet$, $H_2O_2$, $ROO^\bullet$, $ROOH$, $^1O_2$, $O_3$) và các dạng nitơ hoạt động (RNS bao gồm $NO^\bullet$, $ONOO^-$, $ONOOH$, $NO_2$) được sinh ra từ các quá trình nội sinh (chuỗi hô hấp tế bào, phản ứng viêm, enzyme xanthine oxidase, NADPH oxidase) hoặc ngoại sinh (bức xạ ion hóa, khói thuốc lá, ozone). Chất chống oxy hóa trung hòa gốc tự do theo hai cơ chế chính: cơ chế chuyển nguyên tử hydro (HAT - Hydrogen Atom Transfer) và cơ chế chuyển một electron (SET - Single Electron Transfer).
• Khung lý thuyết QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship): Sử dụng các thông số mô tả phân tử 2D (descriptors) để mô hình hóa và tìm kiếm mối tương quan giữa đặc tính cấu trúc phân tử với hoạt tính sinh học ($IC_{50}$, $pIC_{50}$) thông qua các công cụ thống kê và khai phá dữ liệu.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu bao gồm:

• Phương pháp đo quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Sử dụng máy quang phổ UV-Vis Hitachi quét dải bước sóng từ 200 nm đến 550 nm với tốc độ quét 400 nm/phút để xác định bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{max}$) và đánh giá hiện tượng dịch chuyển phổ (chuyển dịch đỏ, chuyển dịch xanh) do ảnh hưởng của các nhóm thế và vòng dị vòng. Dung môi sử dụng là ethanol 99,5%.
• Phương pháp thử hoạt tính khử gốc tự do DPPH: Dung dịch DPPH ($1,1\text{-diphenyl-2-picrylhydrazyl}$) nồng độ 100 $\mu M$ phản ứng với các nồng độ mẫu thử khác nhau (từ 0,33 $\mu M$ đến 1000 $\mu M$), ủ trong bóng tối 30 phút ở nhiệt độ phòng. Đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 517 nm. Sử dụng Trolox làm chất đối chứng dương. Khả năng chống oxy hóa được tính theo phần trăm ức chế: $$%I = \frac{A_c - A_s}{A_c} \times 100%$$ Trong đó $A_c$ là độ hấp thụ của mẫu kiểm soát (không chứa dẫn xuất) và $A_s$ là mật độ quang của dung dịch chứa mẫu thử.
• Xác định giá trị $IC_{50}$: Sử dụng mô hình hồi quy phi tuyến tính logistic 4 tham số trên phần mềm Origin 2020: $$Y = \frac{a - d}{1 + (X / c)^b} + d$$ (với $Y$ là phần trăm ức chế, $X$ là nồng độ, $a$ là tiệm cận dưới, $d$ là tiệm cận trên, $b$ là hệ số độ dốc và $c$ là giá trị nồng độ tương ứng $IC_{50}$).
• Phương pháp khảo sát động học: Đo biến thiên mật độ quang tại 517 nm theo chu kỳ mỗi phút một lần liên tục trong 30 phút ở nồng độ cố định 33 $\mu M$ để xác định tốc độ khử gốc tự do.
• Phương pháp hóa tin và mô phỏng phân tử: Vẽ cấu trúc phân tử 2D trên phần mềm ChemDraw 18.0; xuất mã SMILES và tối thiểu hóa năng lượng trên phần mềm MOE (tiêu chuẩn dừng khi độ chênh lệch năng lượng giữa hai cấu dạng liên tiếp đạt 0,05 kJ/mol); tính toán 184 thông số mô tả 2D. Ứng dụng phần mềm Rapidminer Community Edition 5 để sàng lọc descriptor qua các bước: loại bỏ thuộc tính có trên 80% giá trị bằng 0, loại thông số có độ lệch chuẩn nhỏ hơn 0,5, loại thông số có hệ số tương quan chéo lớn hơn 0,9, chọn các thông số có tương quan với $pIC_{50}$ lớn hơn 0,07 và chuẩn hóa dữ liệu về khoảng [0, 1].

Hạng mục	Tên thiết bị / Hóa chất	Hãng sản xuất / Xuất xứ
Thuốc thử gốc tự do	DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)	Tokyo Chemical, Nhật Bản
Chất đối chứng dương	Trolox	Hãng chuẩn phân tích
Dung môi pha chế	Ethanol 99,5%	Cung cấp bởi phòng thí nghiệm
Máy đo quang phổ	Máy quang phổ UV-Vis	Hitachi, Nhật Bản
Cân phân tích	Cân phân tích 4 số	Precisa, Thụy Sĩ
Thiết bị hòa tan	Bể rửa siêu âm	Elma, Đức
Dụng cụ đo quang	Cuvette thủy tinh, cuvette thạch anh	Chrom Tech, Hoa Kỳ
Phần mềm hóa tin	ChemDraw 18.0, MOE, Rapidminer 5.0, Origin 2020	PerkinElmer, CCG, RapidMiner, OriginLab

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về cấu trúc, tính chất lý hóa và hoạt tính sinh học của curcuminoid. Curcumin có công thức phân tử $C_{21}H_{20}O_6$, độ tan tốt trong dimethylsulfoxide, acetone, ethanol, dầu, không tan trong nước, hấp thụ cực đại tại bước sóng khoảng 420–430 nm. Tác giả phân tích cụ thể mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (pharmacophore) của curcumin: nhóm para-hydroxyl trên nhân thơm chịu trách nhiệm chính cho hoạt tính chống oxy hóa; nhóm $\beta$-diketone và hệ liên kết đôi liên hợp quyết định hoạt tính kháng viêm và ức chế tế bào ung thư. Chương này làm rõ nguồn gốc nội sinh và ngoại sinh của các gốc tự do ROS, RNS cũng như vai trò sinh lý và tác hại bệnh lý của chúng đối với màng tế bào, lipid, protein và DNA.

Phần tổng quan tài liệu phân tích các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước: các nghiên cứu quốc tế của W. và cộng sự về khả năng ức chế peroxy hóa lipoprotein LDL của dẫn xuất phenolic curcumin, nghiên cứu 3D-QSAR của Hui Wang và Xi Zheng về hoạt tính ức chế enzyme ALDH1, và mô hình QSAR sử dụng thuật toán di truyền của Ikechukwu Ogadimma Alisi. Về tình hình nghiên cứu trong nước, tác giả dẫn chứng các kết quả nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất phenylpyrazole của Phan Thị Hoàng Anh (Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM), dẫn xuất pyrazole và isoxazole của Đào Hùng Cường và Lê Hải Lợi (Đại học Đà Nẵng), dẫn xuất isoxazolcurcumin (IOZ) và hydrazinocurcumin (HC) của Lê Xuân Tiến, cũng như các hợp chất flo hóa của Đặng Thị Mĩ Lệ và Đỗ Thị Xuân Vui (Đại học Nông Lâm). Từ các hạn chế về độ tan và tính phức tạp trong phân lập tự nhiên, chương 1 khẳng định tính cấp thiết của việc tổng hợp 16 dẫn xuất curcumin và ứng dụng phần mềm MOE, Rapidminer để khảo sát hoạt tính chống oxy hóa.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết đối tượng, hóa chất, thiết bị và quy trình thực nghiệm. Đối tượng nghiên cứu gồm 16 dẫn xuất curcumin được chia thành hai nhóm khung cấu trúc:

• Khung A: Khung mở mạch chứa nhóm 5-hydroxyhepta-1,4,6-trien-3-one mang các nhóm thế khác nhau trên hai vòng phenyl (như dẫn xuất 1, 2, 3, 4, 8, 9, 11, 12, 15).
• Khung B: Khung đóng vòng dị vòng isoxazole (dẫn xuất 5), pyrazole (dẫn xuất 6, 10, 13, 14, 16) hoặc phenyl pyrazole (dẫn xuất 7).

Tác giả trình bày quy trình chuẩn bị mẫu thử: cân chính xác 10 mg mỗi dẫn xuất, hòa tan và định mức thành 10 mL bằng ethanol, đánh siêu âm để hòa tan hoàn toàn tạo dung dịch gốc. Dung dịch DPPH $100\ \mu M$ được pha chế bằng cách hòa tan 0,0039 g DPPH trong 100 mL ethanol và bảo quản trong bình bọc giấy bạc tránh ánh sáng. Quy trình thử nghiệm DPPH được tiến hành bằng cách phối trộn dung dịch mẫu thử với dung dịch DPPH theo tỷ lệ thể tích phù hợp, ủ 30 phút trong bóng tối ở nhiệt độ phòng và đo độ hấp thụ tại 517 nm song song với mẫu kiểm soát (control) và mẫu trắng (blank).

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình xử lý số liệu trên phần mềm Origin 2020 để dựng đường cong hồi quy logistic 4 tham số và xác định $IC_{50}$. Đồng thời, tác giả thiết lập quy trình tính toán trên phần mềm MOE để tối thiểu hóa năng lượng cấu trúc phân tử và tính toán 184 thông số mô tả 2D, sau đó xuất dữ liệu sang Rapidminer Community Edition 5 để sàng lọc thông số mô tả theo các toán tử: Remove Useless Attributes (loại bỏ thuộc tính có độ lệch chuẩn dưới 0,5), Remove Correlated Attributes (loại bỏ tương quan chéo trên 0,9), Weight by Correlation và Select by Weights (chọn các thuộc tính có tương quan bình phương với $pIC_{50}$ lớn hơn 0,07) và Normalize (chuẩn hóa giá trị về thang đo 0–1).

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các phát hiện thực nghiệm và phân tích dữ liệu chuyên sâu:

• Đặc điểm dung dịch và phổ hấp thụ UV-Vis: Quan sát cảm quan cho thấy dung dịch gốc của các dẫn xuất đóng vòng pyrazole 6, 10, 13, 14, 16 dường như không có màu do hệ liên hợp của nhóm carbonyl ($>C=O$) trong mạch chính đã bị triệt tiêu sau phản ứng đóng vòng. Chất 5 (mang vòng isoxazole) có màu nhạt hơn chất 7 (mang vòng phenyl pyrazole) do cấu trúc chất 7 có thêm một nhân thơm làm tăng tính đa nhân của hệ liên hợp.
• Phân tích bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{max}$): Curcumin chuẩn (chất 2) thể hiện đỉnh hấp thụ cực đại ở 428 nm trong dung môi ethanol 99,5%, phù hợp với công bố của Pẻret-Almeida và cộng sự (2005). Các nhóm thế gắn trên vòng thơm làm dịch chuyển bước sóng theo trật tự: nhóm -OH ($\sim 418$ nm) > nhóm $-OCH_3$ (394–396 nm) > nhóm -F (390 nm). Khi đóng vòng dị vòng tại cầu nối diketone, bước sóng hấp thụ bị chuyển dịch xanh rõ rệt về vùng 300–360 nm do sự mất đi của liên hợp carbonyl; trong đó vòng pyrazole cho bước sóng hấp thụ dài hơn vòng isoxazole và vòng phenyl pyrazole (310 nm > 306 nm > 304 nm).
• Hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH: Kết quả thực nghiệm khẳng định hoạt tính chống oxy hóa phụ thuộc chặt chẽ vào sự hiện diện của nhóm phenolic (-OH). Các dẫn xuất giữ lại nhóm -OH trên vòng thơm thể hiện giá trị $IC_{50}$ thấp (hoạt tính mạnh). Ngược lại, khi nhóm -OH phenol bị thay thế hoàn toàn bằng nguyên tử flo (-F) hoặc các nhóm thế khác, hoạt tính khử gốc DPPH suy giảm nghiêm trọng hoặc mất hoàn toàn.
• Tương quan cấu trúc và thông số mô tả (QSAR descriptors): Sau khi thực hiện quy trình sàng lọc qua Rapidminer từ 184 thông số ban đầu, nghiên cứu xác định được 3 thông số mô tả có hệ số tương quan chặt chẽ nhất với hoạt tính chống oxy hóa ($IC_{50}$ và $pIC_{50}$):
  1. log P (o/w): Hệ số phân bố octanol/nước, phản ánh tính ưa béo (lipophilicity) và khả năng hòa tan qua màng tế bào.
  2. log S: Độ tan trong nước của phân tử ở trạng thái cân bằng.
  3. lip_don: Số lượng nhóm cho liên kết hydro theo quy tắc Lipinski (chủ yếu đại diện bởi số lượng nhóm -OH phenolic).

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành việc đo đạc, tổng hợp và đối chiếu đặc điểm quang phổ UV-Vis của 16 dẫn xuất curcumin, làm rõ sự biến đổi cấu trúc phân tử so với curcumin tự nhiên:

Hợp chất	Nhóm thế / Dị vòng	Đỉnh hấp thụ $\lambda_{max}$ (nm)	Đặc điểm cấu trúc so với Curcumin (Chất 2)
Chất 2 (Curcumin)	Khung A: $R_1 = OH; R_2 = OCH_3; R_3 = H$	428	Cấu trúc đối chứng chuẩn, dạng tinh thể màu cam đỏ
Chất 1	Khung A: $R_1 = R_2 = R_3 = H$	Vùng 300–420	Mất đồng thời nhóm -OH và $-OCH_3$
Chất 3	Khung A: $R_1 = OCH_3; R_2 = R_3 = H$	394–396	Thay thế nhóm -OH bằng nhóm $-OCH_3$
Chất 4	Khung A: $R_2 = OCH_3; R_1 = R_3 = H$	394–396	Mất nhóm -OH tại vị trí para
Chất 5	Khung B: $R_1 = R_2 = R_3 = H; X = O$ (Isoxazole)	306	Mất nhóm -OH, $-OCH_3$; đóng vòng isoxazole
Chất 6	Khung B: $R_1 = R_2 = R_3 = H; X = NH$ (Pyrazole)	310	Mất nhóm -OH, $-OCH_3$; đóng vòng pyrazole
Chất 7	Khung B: $R_1 = R_2 = R_3 = H; X = N-C_6H_5$	304	Đóng vòng phenyl pyrazole, tăng thêm một vòng thơm
Chất 8	Khung A: $R_1 = R_2 = F; R_3 = H$	390	Mất -OH, $-OCH_3$; gắn -F tại vị trí para và meta
Chất 9	Khung A: $R_1 = OH; R_2 = R_3 = H$	418	Mất nhóm $-OCH_3$, chỉ còn nhóm -OH phenolic
Chất 10	Khung B: $R_1 = OH; R_2 = R_3 = H; X = NH$	Vùng 300–360	Đóng vòng pyrazole; có nhóm -OH, mất nhóm $-OCH_3$
Chất 11	Khung A: $R_2 = F; R_1 = R_3 = H$	390	Mất -OH, $-OCH_3$; gắn -F tại vị trí meta
Chất 12	Khung A: $R_1 = F; R_2 = R_3 = H$	390	Mất -OH, $-OCH_3$; gắn -F tại vị trí para
Chất 13	Khung B: $R_1 = R_2 = F; R_3 = H; X = NH$	Vùng 300–360	Đóng vòng pyrazole; gắn -F tại vị trí meta và para
Chất 14	Khung B: $R_1 = OH; R_2 = OCH_3; R_3 = H; X = NH$	330	Đóng vòng pyrazole; bảo tồn nhóm -OH và $-OCH_3$
Chất 15	Khung A: $R_3 = F; R_1 = R_2 = H$	390	Mất -OH, $-OCH_3$; gắn -F tại vị trí ortho
Chất 16	Khung B: $R_3 = F; R_1 = R_2 = H; X = NH$	Vùng 300–360	Đóng vòng pyrazole; gắn -F tại vị trí ortho

Các đóng góp chính của đề tài bao gồm:

• Xác thực vai trò cấu trúc của nhóm phenolic: Nghiên cứu chứng minh bằng thực nghiệm rằng nhóm thế flo hóa (-F) mặc dù có thể làm tăng độ ổn định của phân tử nhưng khi thay thế trực tiếp vào vị trí của nhóm -OH phenolic sẽ làm mất hoàn toàn hoạt tính chống oxy hóa. Hoạt tính khử gốc tự do DPPH đạt mức cao nhất khi trong phân tử có mặt nhóm -OH phenolic tự do.
• Làm rõ hiệu ứng quang phổ liên hợp: Phân tích quang phổ UV-Vis chứng minh hiện tượng chuyển dịch xanh khi thay thế nhóm carbonyl liên hợp bằng các nhân dị vòng azole (pyrazole, isoxazole), giải thích cơ sở lý hóa khiến các dung dịch dẫn xuất pyrazole không còn mang màu vàng cam đặc trưng của curcumin tự nhiên.
• Sàng lọc thành công thông số mô tả phân tử: Ứng dụng thành công chuỗi công cụ phần mềm (ChemDraw $\rightarrow$ MOE $\rightarrow$ Rapidminer $\rightarrow$ Origin) để xử lý dữ liệu và xác định được 3 thông số mô tả then chốt (log P (o/w), log S, lip_don) có mối liên hệ mật thiết với hoạt tính $IC_{50}$.
• Đề xuất định hướng nghiên cứu: Tác giả kiến nghị trong các nghiên cứu thiết kế thuốc hoặc dẫn xuất curcumin mới nhằm phòng và điều trị ung thư, cần tập trung duy trì và tối ưu hóa các dẫn xuất chứa nhóm -OH phenolic thay vì loại bỏ hoặc thay thế nhóm này bằng các halogen.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận còn tồn tại một số hạn chế đã được giảng viên hướng dẫn (TS. Nguyễn Vinh Tiến) và giảng viên phản biện (TS. Hoàng Minh Hảo) chỉ ra trong phiếu đánh giá:

• Đề tài chưa xây dựng được một cách định lượng hoàn chỉnh phương trình hồi quy toán học đa biến (QSAR) liên kết giữa các thông số mô tả cấu trúc và hoạt tính khử gốc tự do DPPH của các dẫn xuất curcumin, mà mới chỉ dừng lại ở bước sàng lọc và định tính mối tương quan của 3 thông số mô tả chính.
• Do lượng hóa chất của một số dẫn xuất tổng hợp được còn hạn chế, các thử nghiệm tại nồng độ cao (như 1000 $\mu M$) hầu hết chỉ tiến hành được một lần đo lặp, làm giảm tính đại diện thống kê tại nồng độ này.
• Cách diễn đạt và hành văn ở một số phần còn thiếu chặt chẽ, chưa truyền đạt hết các phân tích chuyên sâu về cơ chế phản ứng gốc tự do.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:

• Mở rộng tổng hợp thư viện dẫn xuất curcumin có bảo tồn nhóm -OH phenolic và đa dạng hóa các nhóm thế trợ điện tử nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh hơn curcumin tự nhiên.
• Gia tăng số lượng hợp chất khảo sát để xây dựng mô hình toán học QSAR định lượng hoàn chỉnh với các chỉ số thống kê ($R^2$, $q^2$) đạt chuẩn, phục vụ thiết kế phân tử thuốc trên máy tính.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa hữu cơ, Hóa dược và Công nghệ Thực phẩm:

• Về phương pháp thực nghiệm: Đồ án cung cấp quy trình chi tiết từng bước về phép thử hoạt tính bắt gốc tự do DPPH trên máy đo quang phổ UV-Vis, cách thiết lập dung dịch gốc, mẫu kiểm soát (control) và mẫu trắng (blank) nhằm loại bỏ sai số đo quang.
• Về xử lý số liệu: Khóa luận hướng dẫn cụ thể phương pháp ứng dụng phần mềm Origin 2020 để hồi quy dữ liệu thực nghiệm theo mô hình đường cong logistic 4 tham số nhằm xác định chỉ số $IC_{50}$ chính xác hơn so với phương pháp ngoại suy tuyến tính thông thường.
• Về phương pháp hóa tin (Chemoinformatics): Tài liệu cung cấp quy trình xử lý dữ liệu từ việc tối thiểu hóa năng lượng trên MOE đến các bước sàng lọc thuộc tính trên Rapidminer Community Edition 5, có thể áp dụng làm mẫu quy trình cho các nghiên cứu sàng lọc chất có hoạt tính sinh học.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận khảo sát bao nhiêu dẫn xuất curcumin và các dẫn xuất này được biến đổi dựa trên những phản ứng nào?
Nghiên cứu khảo sát 16 dẫn xuất curcumin (được đánh số từ 1 đến 16). Các dẫn xuất này được tổng hợp dựa trên hai hướng biến đổi cấu trúc chính: thay đổi các nhóm thế (-OH, $-OCH_3$, -F) tại các vị trí ortho, meta, para trên hai vòng phenyl và phản ứng đóng vòng dị vòng (isoxazole, pyrazole, phenyl pyrazole) thay thế nhóm $\beta$-diketone ở cầu nối trung tâm.

2. Tại sao dung dịch gốc của các dẫn xuất mang dị vòng pyrazole (chất 6, 10, 13, 14, 16) lại không có màu như curcumin tự nhiên?
Dung dịch gốc của các hợp chất này gần như không màu do nhóm carbonyl ($>C=O$) mang tính liên hợp trong mạch heptadiene của curcumin đã tham gia phản ứng ngưng tụ và đóng vòng dị vòng pyrazole, làm mất đi hệ liên hợp carbonyl mang màu vốn có của phân tử curcuminoid.

3. Việc thay thế nhóm -OH phenolic bằng nguyên tử Flo (-F) ảnh hưởng như thế nào đến hoạt tính chống oxy hóa của các dẫn xuất?
Kết quả thử nghiệm ức chế gốc tự do DPPH cho thấy việc thay thế nhóm -OH phenol bằng nguyên tử flo (-F) làm suy giảm nghiêm trọng hoặc mất hoàn toàn hoạt tính chống oxy hóa. Nhóm -OH phenolic là trung tâm nhường nguyên tử hydro cho gốc DPPH, do đó việc giữ lại nhóm chức này là điều kiện quyết định để duy trì giá trị $IC_{50}$ thấp (hoạt tính mạnh).

4. Mô hình toán học nào được tác giả sử dụng trên phần mềm Origin 2020 để tính toán giá trị $IC_{50}$?
Tác giả sử dụng mô hình hồi quy phi tuyến tính logistic 4 tham số: $$Y = \frac{a - d}{1 + (X / c)^b} + d$$ Trong đó $Y$ là phần trăm ức chế (%I), $X$ là nồng độ dẫn xuất, $a$ là tiệm cận dưới, $d$ là tiệm cận trên, $b$ là hệ số độ dốc và $c$ chính là nồng độ tại điểm uốn tương ứng với mức ức chế 50% gốc tự do ($IC_{50}$).

5. Ba thông số mô tả phân tử (descriptors) nào được xác định có tương quan tốt nhất với hoạt tính chống oxy hóa sau khi sàng lọc qua Rapidminer?
Ba thông số mô tả được xác định có hệ số tương quan tốt nhất với giá trị $IC_{50}$ và $pIC_{50}$ gồm: log P (o/w) (hệ số phân bố octanol/nước thể hiện tính ưa béo), log S (thông số độ tan trong nước ở trạng thái cân bằng) và lip_don (số lượng nhóm cho liên kết hydro theo quy tắc Lipinski).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Võ Kim Phượng đã khảo sát thành công đặc tính quang phổ UV-Vis và hoạt tính khử gốc tự do DPPH của 16 dẫn xuất curcumin, kết hợp phân tích động học phản ứng quang phổ ở nồng độ 33 $\mu M$. Kết quả thực nghiệm khẳng định vai trò quyết định của nhóm -OH phenolic đối với hoạt tính chống oxy hóa, trong khi việc đưa nhóm thế flo vào vị trí này làm mất đi khả năng khử gốc tự do. Thông qua việc ứng dụng phần mềm MOE và Rapidminer Community Edition 5, đề tài đã sàng lọc được 3 thông số mô tả phân tử (log P (o/w), log S, lip_don) có mối tương quan chặt chẽ nhất với hoạt tính sinh học, tạo cơ sở dữ liệu định hướng cho việc thiết kế và tổng hợp các dẫn xuất curcumin mới trong nghiên cứu dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN 1.1 Sơ lược về cureumin 1.1) Curcuminoid Hỗn hợp curcuminoid bao gồm 3 thành phan chinh: curcumin, demethoxycurcumin (DMC) va bisdemethoxycurcumin (BDMC) chiém lan lượt khoảng 77%, 17% và 3%. ° OH (Y***x HG Rị Ra ‘OH Hình 1.1: Cấu trúc của các thanh phan curcuminoid Ri = R2 = OCH3 (Curcumin) Ri = OCH3,R2=H (Demethoxycurcumin) Ri=R2=H (Bisdemethoxycurcumin) Curcumin là một bis-a-diketone khéng bao hoa, danh phap quéc té 1,7-bis-(4-hydroxy- 3-methoxyphenyl)-hepta-1,6-diene-3,5-dione, công thức phân tử C;¡H›øOs.38 g/mol, giá trị pKa là 8. Cureumin có bản chất ky nước và thường hòa tan trong dimethylsulfoxyde. acetone, ethanol va đầu, hấp thụ cực đại tại bước sóng khoảng 420 nm [3].

Curcumin là chất curcuminoid được nghiên cứu nhiều nhất và cho thấy tác dụng nỗi bat như một chất chống oxy hóa mạnh, kháng viêm, chống nhiễm trùng. hợp chất khang khuẩn, hóa trị liệu [4]. Curcumin duge phan lap lẫn dau tiên từ củ nghé vao nam 1815 và cấu trúc hóa học được xác định vào năm 1910 [3].2 Tính chất vật lí [5J - Điểm chảy: 179-1839C. - Curcumin không tan trong nước, tan trong EtOH, chloroform, dung dich có huỳnh quang màu xanh,lục.

Tan trong acid (màu đo tươi), trong kiểm (màu đỏ máu rồi ngả tím). trong chất béo (dùng để nhuộm các chất béo). - Curcumin bén trong quá trình sử dụng và lưu trừ ở điều kiện thường. - _ Màu của curcumin bền với nhiệt độ, không bền với ánh sáng và khi có sự hiện diện của SO› với nồng độ 10 ppm.

- Dung dich curcumin trong dung mdi hitu co c6 độ hap thu cực đại ở bước sóng khoang 420-430 nm.3 Tinh chat héa hoc [6] 1.1 Phản ứng cộng H› Phân tử curcumin là phân tử hydrocacbon chưa no, do đó có khả năng tham gia phản ứng cộng một, hai hoặc ba phân tử hydro tạo thành các dẫn xuất dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin va hexahydrocurcumin khi có mặt xúc tác kim loại hay oxit kim loại (Ni, PtOs,. My Ni(PO,) Hình 1.2: Phản ứng cộng hidro của curcumin 1.2 Phản ứng phân hủy Curcumin bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng: Màu curcumin không bền khi tiếp xúc với ánh sáng. Curcumin bị phản hủy đưởi tác dụng của ánh sáng gắt. Curcumin có thể xây ra các phản ứng phản hủy đưới tác dụng của ánh sáng khác nhau khi có mặt oxy và kHông có oxy.

- _ Không có oxy, curcumin có thể bị vòng hóa. - Khico oxy va anh sáng: cureumin bị phân hủy tạo ra 4-vinylguaialcol va vanilin. Curcumin bị phân hủy trong môi trường kiềm: Nhóm carbonyl gắn vào nguyên tử carbon mang nối đôi làm cho liên kết C=C được hoạt hóa, tạo điều kiện cho phản ứng phân hủy curcumin trong môi trường kiềm xảy ra dễ dàng dưới tác dụng của nhiệt độ. CH»CH-COOH HạịC-OC-HC*HC, as TL nd ‘Om Ho San OCH + OCH, Acid Ferulic Feruroul Hinh 1.3: Phan tmg phan huy curcumin 1.3 Phản ứng tạo phức Curcumin với cấu trúc diketone trong môi trường acid hay trung tính nằm dưới dạng hỗ biến keto-enol đối xứng và ổn định, làm cho curcumin có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại khác nhau như: Zn, Sn, AI, Cu, Ni, Fe, Mo, W,.đây là phản ứng đặc trưng của curcumin.

Phite kim loại bao gồm ion kim loại trung tâm liên kết với các phân tử khác bằng liên kết cộng hóa trị. Các ion kim loại hấp thu các cặp electron trong nguyên tử oxy của phân tir curcumin dé tao phite. Phitc ion-kim loai không bền ở nhiệt độ cao và khi tiếp xúc ánh sáng trong thời gian dài. Một ion kim loại có thể tạo phức với một hay nhiều phân tir curcumin.

+ Ay" ° OH fo | Lg DAA.4: Phản ứng tạo phức curcumin với ZnC]› Clạ Các ion kim loại khi liên kết với phân tử curcumin sẽ làm thay đỏi sự phân bố các electron trong phân tử curcumin, do đó làm thaysđôi sự nhiều xạ của tỉa sáng. Kết quả là phức của ion kim loại và curcumin sẽ có nhiều sắc khác nhau phụ thuộc vào nồng độ kim loại.4 Phản ứng isoxosol hóa Curcumin cho phản ứng isoxozol hóa khi tác dụng với hydroxylamin: ọ oH eS tơ ‘OH oe Oct, + NHOH ———> | oer HO ‘OH ÔCH; ÔCH +2HO Hình 1.5: Phản ứng isoxosol hóa 1.5 Phản ứng của nhóm —OH trên vòng benzen Các cặp electron chưa liên kết của oxy nhóm hydrogen liên hợp mạnh với vòng benzen làm cho nguyên tử H của nhóm -OH trở nên linh động hơn. Điều này giải thích cho khả năng bắt gốc tự do của curcumin. Ngoài ra, phản ứng với các gốc tự do còn liên quan đến sự chuyển nguyên tử H của nhóm methylen ở carbon giữa mạch, làm giảm hay mất hoạt tính của các gốc này, Hai hướng phản ứng này góp phần giải thích tính chống oxy hóa mạnh của curcumin khi tng dụng trong ngành dược.2 — Hoạt tính sinh học của curcuminoid Curcumin tương đối trơ và không gây độc đối với cả động vật với lượng lớn.

Theo nghiên cứu, curcumin không gây độc với người khi dùng ở liều lượng cao. Do đỏ, curcumin có tiềm năng sử dụng trong ngành dược [7]. Hoạt tính sinh học chủ yếu của curcuminoid là kháng oxy hóa. kháng khuẩn.

khang virus và kháng một số loại ung thư. Nhiều công trình nghiên cứu thư nghiệm ở các nước trên thế giới đã khẳng định từ lâu rang hoat chat curcumin có tác dụng hủy diệt tẻ bào ung thư vào loại mạnh. Các nghiên cứu đã tiến hành thử lâm sáng curcumin de điều trị ung thư và kết luận rằng curcumin có thể kìm hãm sự phát tác của các tẻ bảo ung thư đa, da dày, ruột, vòm họng, dạ con và bàng quang. Curcumin con hỗ trợ cho dạ đảy, ruội, pan, mật, lọc nên, làm sạch máu, điều trị vết thương.

chóng viềm khớp. dị ứng, nắm. chống vi khuẩn có hiệu lực. Vào năm 1993, các nhà khoa học thuộc đại học Harvard đã công bố curcumin là chat tác dụng kìm hãm tế bào HIV-1, HIV-1-RT [8].

Curcumin có hoạt tính sinh học cao là do trong công thức cấu tạo của curcumin có các nhóm hoạt tính sau [2]: 2 2 ° o fs aN RS A SS QS Sa | SS ZA 3 3 HO A oH 1 OCHs OCH ị Hình 1.6: Công thức cấu tạo của curcumin 1. Nhóm parahydroxyl: hoạt tính chống oxy hóa 2. Nhóm ketone: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào 3. Nhóm liên kết đôi: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào 1.1 Hoạt tính chống oxy hóa Gide tyr do là các chất có phản ứng mạnh, được tạo ra khi cơ thể thu nhận khí oxy hoặc chuyên hóa thức ãn để tạo ra năng lượng.

Bản thân các gốc tự do góp phan vao quá trình lão hóa của cơ thể, 'Fuy nhiên, néu số lượng gốc tự do quá nhiều có thể gây tổn thương các tế bào lành. Đây là nguyên nhán chính dẫn đến một số bệnh ung thư, xơ cứng động mạch, làm suy yếu hệ miễn dịch gây dễ bị nhiễm trùng, làm giảm trí tuệ. teo cơ quan bộ phận người cao niên [9]. Curcumin là hợp chất tự nhiên có khả năng chống oxy hóa.

Chất này còn có khả năng ngăn cản sự hình thành gốc tự do như superoxyde, hydroxyl và sự peroxyde hòa các lipid trong cơ thể nhờ vào nhóm -OH trên vòng phenyl [10].2 Hoạt tính kháng viêm, kháng virus, vi khuẩn và kháng nắm (2, I1] Viêm nhiễm là một chuỗi phản ứng của cơ thể nhằm chóng lại tôn thương mỏ. Phản ứng này cần thiết cho quá trình làm lành vết thương. nhưng đỏng thời làm đau, nội mẫn đỏ và phòng vết thương. Trọng, quá trình viêm nhiễm, cơ thẻ tạo ra arachidonic acid.

Enzyme cylooxygenase chuyển hoa arachidonic acid thành các chất gây viêm. Liên kết đôi và nhóm -OH trên vòng benzen cúa curcumin có khả năng ức chế enzyme cyclooxygenase, từ đó giảm quá trình chuyén héa arachidonic acid. Curcumin còn có khả năng ức chế virus HIV. Ngoài ra, hỗn hợp các curcumin, DMC và BDMC còn có thể kháng giun.

Hoạt tính kháng ung thư [2, 11] Ủng thư là một căn bệnh nan y từ trước đến nay. Yêu cầu của thuốc trị ung thư là ức chế sự phát triển và biệt hóa các tế bào ung thư nhằm chặn đứng sự phát triển và di căn của ung thư. nhược điểm chung của đại đa số các thuốc trị ung thư hiện nay là không có sự chọn lọc cao, đều dễ bị lờn thuốc và hệ số an toàn giảm dần theo thời gian sử dụng. Ngoài ra, các thuốc này có thể gây độc cho các tế bào lành vả gây ra các tác dụng phụ như rụng tóc, buồn nôn.

Vì vậy, việc tìm ra một hoạt chất có tác dụng chống ung thư nguồn gốc từ tự nhiên và tăng hoạt tính của các hoạt chất đó đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Curcumin là chất hủy diệt tế bào ung thư vào loại mạnh nhất theo cơ chế tự hủy diệt từng phần các tế bào ác tính. Cureumin có tác dụng kìm hãm tế bảo ung thư ở cả ba giai đoạn khởi phát. tiến triển và giai đoạn cuối.

Kết quả là các tế bào ung thư bị vô hiệu hóa nhưng không gây ảnh hưởng đến tế bào lành tính, đồng thời ngăn cản sự hình thành tế bao ung thu mdi. Ngoai ra, curcumin con có tác dụng loại bỏ các men gây ung thư, bắt các gốc tự do gây ung thư. curcumin có thể giúp cơ thể vừa phòng ngừa. vừa chống ung thư một cách hiệu quả.

Trong giai đoạn đầu của bệnh. các tế bảo bình thường bị tác động bởi các gốc tự do và bị biến đổi thành các tế bào ung thư. Curcumin có thể ngăn chặn quá trình này bằng cách bắt giữ các gốc oxy hóa khác nhau như góc hydroxyl HO". gốc peroxyl ROO*°, singlet oxygen.

Curcumin có khả năng bảo vệ lipid. hemoglobin và ADN khói quả trình oxy hóa. Curcumin tỉnh khiết có hoạt tính chống oxy hóa mạnh hơn DMC và BDMC. Curcumin được chứng minh có khả năng chống di căn đối với một vài loài tẻ bào ung thư đồng thời ức chế sự phát triển của tế bào ung thư.

Kha nang lam giam quá trình đi căn này còn phụ thuộc vào nguồn gốc và loại khối u ác tính. Nhóm methoxy (-OCHạ) được xác định e6 vai tro quan trọng trong cơ chế trung hòa gốc tự do DPPH của curcumin. Curcumin và các dân xuất thẻ hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư tuyến tiền liệt PC3 mạnh. các dần xuất pyrazole thể hiện hoạt tính cao hơn so với curcumin [1].4 Pharmacophore ciia curcumin [2] Curcumin là một diarylheptanoid với hai nhóm p-OH và m-OCH; liên kết với một B- diketone bởi hai liên kết olefin đối xứng.

Các liên kết đôi olefin được xem là cầu nối giữa vòng thơm và nhỏm diketone và thường không được thay đổi khi thiết kế các dẫn xuất cureumin. Thay vào đó, nhóm diketone, vòng thơm và các nhóm thế là mục tiêu chính trong thiết kế các dẫn xuất.