Khảo sát phản ứng brom hóa flavonoid kaempferol

Khảo sát phản ứng brom hóa kaempferol là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học hữu… 51 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh · 2022.

• Tác giả: Huỳnh Đình Long
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Đức Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Khảo Sát Phản Ứng Brom Hóa Kaempferol
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT NGHIÊN CỨU
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BROM HOÁ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. HOÁ CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ
• 2.2. KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG
• 2.3. QUY TRÌNH PHẢN ỨNG
• 2.4. ĐỊNH DANH SẢN PHẨM
• 2.5. THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH ỨC CHẾ ENZYME α-GLUCOSIDASE
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. PHẢN ỨNG BROM HOÁ KAEMPFEROL BẰNG NaBr/H2O2
• 3.2. BIỆN LUẬN CẤU TRÚC SẢN PHẨM
• 3.3. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH SẢN PHẨM
• 3.4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH ỨC CHẾ ENZYME α-GLUCOSIDASE
• 3.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khảo sát phản ứng brom hóa kaempferol

Khảo sát phản ứng brom hóa kaempferol là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa học hữu cơ. Kaempferol, một flavonoid tự nhiên, đã được chứng minh có nhiều hoạt tính sinh học, bao gồm khả năng ức chế enzyme α-glucosidase. Việc nghiên cứu phản ứng brom hóa không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của kaempferol mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao.

1.1. Khái niệm về kaempferol và vai trò của nó

Kaempferol là một flavonoid phổ biến, có mặt trong nhiều loại thực phẩm. Nó được biết đến với các tác dụng sinh học như kháng viêm và kháng ung thư. Nghiên cứu cho thấy kaempferol có khả năng ức chế enzyme α-glucosidase, từ đó giúp kiểm soát nồng độ đường huyết.

1.2. Tại sao cần khảo sát phản ứng brom hóa

Phản ứng brom hóa kaempferol có thể tạo ra các dẫn xuất mới với hoạt tính sinh học tiềm năng. Việc này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả của kaempferol mà còn mở rộng ứng dụng của nó trong y học và dược phẩm.

II. Thách thức trong nghiên cứu phản ứng brom hóa kaempferol

Mặc dù phản ứng brom hóa kaempferol có nhiều tiềm năng, nhưng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như chọn lọc sản phẩm, điều kiện phản ứng và hiệu suất tổng hợp là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc sử dụng các tác chất brom hóa truyền thống như bromine có thể gây ra nhiều hạn chế về mặt môi trường và hiệu quả.

2.1. Hạn chế của các phương pháp brom hóa truyền thống

Sử dụng bromine trong phản ứng brom hóa thường dẫn đến sản phẩm phụ không mong muốn và hiệu suất thấp. Điều này làm tăng chi phí và giảm tính khả thi của quy trình tổng hợp.

2.2. Vấn đề về chọn lọc sản phẩm trong brom hóa

Chọn lọc sản phẩm trong phản ứng brom hóa kaempferol là một thách thức lớn. Các sản phẩm không mong muốn có thể hình thành, làm giảm hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng.

III. Phương pháp nghiên cứu phản ứng brom hóa kaempferol hiệu quả

Để khảo sát phản ứng brom hóa kaempferol, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng N-bromosuccinimide (NBS) và các tác chất oxy hóa có thể cải thiện hiệu suất và độ chọn lọc của phản ứng. Những phương pháp này không chỉ an toàn hơn mà còn thân thiện với môi trường.

3.1. Sử dụng N bromosuccinimide NBS trong brom hóa

NBS là một tác chất hiệu quả trong phản ứng brom hóa, giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu sản phẩm phụ. Nghiên cứu cho thấy NBS có thể tạo ra các dẫn xuất brom hóa của kaempferol với độ chọn lọc cao.

3.2. Phương pháp oxybromination trong nghiên cứu

Phương pháp oxybromination sử dụng anion bromide và chất oxy hóa để tạo ra electrophile brom. Phương pháp này đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tổng hợp các dẫn xuất brom hóa của kaempferol.

IV. Ứng dụng thực tiễn của dẫn xuất brom hóa kaempferol

Các dẫn xuất brom hóa của kaempferol có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y học và dược phẩm. Chúng có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc mới, đặc biệt trong điều trị bệnh tiểu đường và các bệnh liên quan đến viêm. Nghiên cứu cho thấy các dẫn xuất này có thể cải thiện đáng kể hoạt tính sinh học của kaempferol.

4.1. Tác dụng sinh học của dẫn xuất brom hóa

Dẫn xuất brom hóa của kaempferol đã được chứng minh có khả năng ức chế enzyme α-glucosidase mạnh mẽ hơn so với kaempferol nguyên bản. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các liệu pháp điều trị mới.

4.2. Tiềm năng trong phát triển dược phẩm

Với các hoạt tính sinh học vượt trội, các dẫn xuất brom hóa của kaempferol có thể được ứng dụng trong việc phát triển các loại thuốc mới, đặc biệt là trong điều trị bệnh tiểu đường và các bệnh lý khác liên quan đến chuyển hóa.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Khảo sát phản ứng brom hóa kaempferol không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của hợp chất này mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn có giá trị.

5.1. Tương lai của nghiên cứu brom hóa kaempferol

Nghiên cứu về brom hóa kaempferol sẽ tiếp tục được mở rộng, với mục tiêu phát triển các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao hơn. Các phương pháp tổng hợp mới sẽ được áp dụng để cải thiện hiệu suất và độ chọn lọc.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc khám phá thêm các dẫn xuất brom hóa của kaempferol và đánh giá hoạt tính sinh học của chúng. Điều này sẽ giúp mở rộng ứng dụng của kaempferol trong y học và dược phẩm.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đái tháo đường là một hội chứng rối loạn chuyển hóa mạn tính đặc trưng bởi sự suy giảm bài tiết insulin từ tế bào beta của tuyến tụy (đái tháo đường type 1) hoặc do hiện tượng đề kháng insulin tại các mô ngoại vi (đái tháo đường type 2), dẫn đến tình trạng tăng nồng độ glucose trong máu kéo dài. Theo báo cáo thống kê từ Liên đoàn Đái tháo đường Quốc tế (International Diabetes Federation - IDF) năm 2021, toàn cầu có khoảng 537 triệu người đang sống chung với bệnh đái tháo đường và dự báo con số này có thể gia tăng lên đến 783 triệu người vào năm 2045. Nhằm kiểm soát nồng độ đường huyết sau bữa ăn, một trong những hướng tiếp cận điều trị được áp dụng rộng rãi là ức chế enzyme α-glucosidase – loại enzyme biểu mô ruột có chức năng thủy phân các liên kết glycoside trong tinh bột và disaccharide để tạo thành các phân tử glucose tự do hấp thu vào tuần hoàn.

Trong hướng nghiên cứu các hợp chất tự nhiên hỗ trợ hạ đường huyết, họ flavonoid thu hút sự quan tâm lớn nhờ hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm. Cây Ngũ trảo (Vitex negundo Linn.), một loài cây thuốc phân bố phổ biến ở khu vực Nam Á, chứa nhiều nhóm hoạt chất sinh học như flavonoid, lignan, iridoid glycoside và terpenoid. Từ nguồn dược liệu này, hợp chất kaempferol (danh pháp IUPAC: 3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-1-benzopyran-4-one) thuộc phân nhóm flavonol đã được phân lập. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng các dẫn xuất C-3-O-glycoside của kaempferol thường làm suy giảm hoạt tính ức chế enzyme so với aglycone, trong khi việc đưa dị tố halogen, đặc biệt là nguyên tử brom, vào khung polyphenol có thể làm thay đổi đáng kể phân bố điện tích và tăng cường hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, các phương pháp tổng hợp dẫn xuất brom hóa trực tiếp trên khung flavonoid hiện vẫn còn nhiều hạn chế về hiệu suất, tính chọn lọc và tính thân thiện môi trường.

Để giải quyết vấn đề này, khóa luận tốt nghiệp của tác giả Huỳnh Đình Long đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

1. Khảo sát các điều kiện phản ứng brom hóa flavonoid kaempferol bằng hệ tác chất thân thiện môi trường sodium bromide kết hợp hydrogen peroxide (NaBr/H2O2) trong các hệ dung môi khác nhau.
2. Xây dựng quy trình tổng hợp, tiến hành phân lập và tinh chế các sản phẩm tạo thành bằng kỹ thuật sắc ký cột silica gel.
3. Xác định cấu trúc hóa học của các sản phẩm phân lập thông qua các phương pháp phổ nghiệm hiện đại (1H-NMR, 13C-NMR và HR-ESI-MS).
4. Đề nghị cơ chế phản ứng hóa học hình thành các sản phẩm tương ứng với từng điều kiện thực nghiệm.
5. Đánh giá hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase in vitro của kaempferol và các dẫn xuất brom hóa tổng hợp được nhằm bước đầu thiết lập mối tương quan giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất flavonoid kaempferol tinh khiết (thu nhận từ lá cây Ngũ trảo – Vitex negundo Linn.), hệ phản ứng oxybrom hóa NaBr/H2O2, các dẫn xuất tạo thành sau phản ứng (ký hiệu SK1, SK2, SK3, SK5, SK6) và enzyme α-glucosidase.
• Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm tổng hợp hữu cơ, tối ưu hóa điều kiện phản ứng và thử nghiệm sinh học được thực hiện tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; các phép đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối phân giải cao (HR-ESI-MS) được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội; thời gian hoàn thành khóa luận vào tháng 4 năm 2022 và kết quả tra cứu cơ sở dữ liệu hóa học SciFinder được tiến hành vào tháng 5 năm 2022 tại Đại học Chulalongkorn, Thái Lan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đề tài được xây dựng trên hai trụ cột chính: tổng quan hóa học và hoạt tính sinh học của nhóm hợp chất flavonoid (đặc biệt là flavonol kaempferol), kết hợp với lý thuyết về các phản ứng brom hóa hợp chất thơm.

Về mặt cấu trúc, flavonoid là nhóm hợp chất polyphenol đặc trưng bởi khung carbon C6-C3-C6, gồm hai vòng benzene (vòng A và vòng B) liên kết thông qua dị vòng chứa oxy ba carbon (vòng C). Tác giả tổng hợp dữ liệu từ các công trình kinh điển (Tadera và cs., 2006; Ajish và cs., 2015; Şöhretoğlu và cs., 2019; Kitakaze và cs., 2020) để chứng minh mối quan hệ giữa nhóm thế trên khung flavonol và hoạt tính hạ đường huyết. Trong đó, số lượng nhóm hydroxy ở vòng B tỷ lệ thuận với khả năng ức chế enzyme α-glucosidase (myricetin có IC50 = 5 µM, quercetin có IC50 = 7 µM, kaempferol có IC50 = 12 µM theo thử nghiệm của Tadera), trong khi sự hiện diện của nhóm glycoside tại C-3 làm suy giảm mạnh hoạt tính này. Ngoài ra, kaempferol còn tác động hạ đường huyết thông qua việc kích thích chuyển vị chất vận chuyển glucose GLUT4 lên màng tế bào thông qua con đường truyền tín hiệu phụ thuộc AMPK, JAK2 và PIK3.

Về phương pháp brom hóa, tác giả phân tích ưu và nhược điểm của các phương pháp đã được công bố trong y văn:

• Phương pháp cổ điển sử dụng đơn chất bromine (Br2) xúc tác Lewis acid (Schmid và cs., 1946): Rẻ tiền nhưng tính ăn mòn cao, độc hại, gây phân hủy chất nền flavonoid và lãng phí 50% nguyên tử brom vào sản phẩm phụ HBr.
• Phương pháp dùng N-bromosuccinimide (NBS) trong môi trường acid hoặc base (Oberhauser, 1984; Auerbach, 1993): Hiệu suất khá tốt nhưng NBS vẫn phải điều chế gián tiếp từ Br2 và dễ bị thủy phân trong kiềm hoặc gây phản ứng thế gốc tự do ở mạch nhánh.
• Phương pháp dùng acid α,β-dibromohydrocinnamic (Hurtová và cs., 2020): Cho phép kiểm soát tốc độ giải phóng bromine chậm rãi trong môi trường base, tạo ra sản phẩm thế chọn lọc trên silybin và dehydrosilybin, nhưng tác chất có giá thành cao và quy trình điều chế phức tạp.
• Phương pháp oxybrom hóa (oxybromination): Sử dụng muối bromide (HBr, NH4Br, KBr, NaBr) kết hợp chất oxy hóa dịu nhẹ (H2O2, TBHP, Oxone). Tác giả kế thừa nghiên cứu của Barhate (1999), Krishna Mohan (2004) và đặc biệt là công trình của Đào Thị Bích Ngọc và cs. (2021) trên khung ayanin và kumatakenin để lựa chọn hệ NaBr/H2O2 trong môi trường acid acetic làm tác nhân phản ứng cho kaempferol.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

• Phương pháp khảo sát điều kiện phản ứng: Cố định tỷ lệ mol kaempferol : NaBr ở mức 1 : 5 và lượng H2O2 30%, khảo sát sự biến thiên của nhiệt độ (nhiệt độ phòng và 80°C), dung môi (acetic acid đơn thành phần và hệ hỗn hợp AcOH:DMSO 1:1, v/v) và thời gian phản ứng (20, 30, 60 phút). Quá trình chuyển hóa chất nền được kiểm soát bằng sắc ký lớp mỏng (TLC) dưới đèn tử ngoại bước sóng 254 nm.
• Phương pháp tổng hợp và phân lập: Thực hiện phản ứng ở quy mô 100 mg chất nền kaempferol, xử lý phản ứng bằng dung dịch bão hòa sodium bicarbonate (NaHCO3), chiết lỏng – lỏng phân đoạn với ethyl acetate/nước (1:1, v/v), làm khan pha hữu cơ bằng natri sulfate (Na2SO4), cô đuổi dung môi dưới áp suất giảm và phân tách sản phẩm bằng sắc ký cột cổ điển sử dụng pha tĩnh silica gel với hệ dung môi rửa giải n-hexane:EtOAc:AcOH.
• Phương pháp xác định cấu trúc: Đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) trên máy Bruker Advance trong dung môi acetone-d6; đo phổ khối lượng phân giải cao HR-ESI-MS trên máy Bruker MicroTOF Q-II.
• Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học: Đánh giá hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase in vitro theo quy trình của Trần Công Luận và cs. (2021) sử dụng cơ chất p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside (5.0 mM) và đệm phosphate (pH = 6.8). Phản ứng ủ ở 37°C trong 20 phút, dừng phản ứng bằng dung dịch Na2CO3 0.2 M và đo mật độ quang ở bước sóng 405 nm. Acarbose được dùng làm chất đối chứng dương.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến cấu trúc, dược tính của flavonoid và các kỹ thuật brom hóa hợp chất thơm. Tác giả phân loại chi tiết các khung flavonoid tự nhiên và phân tích số liệu thực nghiệm từ nghiên cứu của Tadera (2006) về hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase của 16 hợp chất, khẳng định khung flavonol và isoflavone có tiềm năng mạnh nhất. Đối với kaempferol, chương này tổng kết các cơ chế tác động chống đái tháo đường: từ khả năng ức chế cạnh tranh với enzyme α-glucosidase đến cơ chế thúc đẩy vận chuyển glucose nội bào qua protein GLUT4 (ở nồng độ 10.0 pM làm tăng chuyển vị GLUT4 lên 1.6 lần; ở nồng độ 1.0 nM làm tăng mức độ phosphoryl hóa AMPK lên 2.9 lần và JAK2 lên 1.9 lần).

Ở phần phản ứng hóa học, tác giả so sánh chi tiết các tác nhân brom hóa từ truyền thống đến hiện đại, chỉ ra rằng việc sử dụng muối bromide vô cơ kết hợp chất oxy hóa hydro peroxide trong dung môi acetic acid là phương án đáp ứng tiêu chí hóa học xanh: phản ứng tạo ra sản phẩm phụ vô hại là nước, tránh được việc thao tác với bromine lỏng độc hại và tận dụng được tính acid của môi trường để hoạt hóa quá trình tạo tiểu phân mang điện tích dương Br+.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, thông số thiết bị và quy trình thao tác thực nghiệm. Phần khảo sát điều kiện phản ứng đưa ra các dữ liệu thực nghiệm theo dõi độ chuyển hóa chất nền bằng sắc ký lớp mỏng, được tổng hợp trong bảng sau:

Thí nghiệm	Kaempferol	NaBr	H2O2 30%	Nhiệt độ	Dung môi	Thời gian	Độ chuyển hóa
1	5 mg	9 mg	0.018 mL	80°C	AcOH (1 mL)	20 phút	<100%
2	5 mg	9 mg	0.018 mL	80°C	AcOH (1 mL)	30 phút	~100%
3	5 mg	9 mg	0.018 mL	Nhiệt độ phòng	AcOH:DMSO (2 mL, 1:1, v/v)	30 phút	<100%
4	5 mg	9 mg	0.018 mL	Nhiệt độ phòng	AcOH:DMSO (2 mL, 1:1, v/v)	60 phút	~100%

Từ kết quả khảo sát, tác giả xây dựng hai quy trình tổng hợp riêng biệt ở quy mô 100 mg kaempferol (0.349 mmol):

• Quy trình 1: Phản ứng với NaBr (179.7 mg, 1.745 mmol) và H2O2 30% (0.36 mL, 3.49 mmol) trong 4 mL AcOH ở 80°C trong 30 phút. Hỗn hợp sau khi xử lý được phân tách bằng cột sắc ký silica gel với pha động n-hexane:EtOAc:AcOH (27:9:1, v/v/v), thu được các chất rắn vô định hình màu trắng: SK1 (17.0 mg), SK2 và SK3.
• Quy trình 2: Phản ứng với lượng tác chất tương tự nhưng thực hiện trong 6 mL hỗn hợp dung môi AcOH:DMSO (1:1, v/v) ở nhiệt độ phòng trong 60 phút. Rửa giải cột sắc ký bằng pha động n-hexane:EtOAc:AcOH (24:6:1, v/v/v), thu được các chất rắn vô định hình màu vàng: SK5 (26.8 mg) và SK6 (20.3 mg).

Chương này cũng cung cấp các thông số kỹ thuật định danh sơ bộ của từng sản phẩm và mô tả chi tiết phương pháp sinh học đo độ hấp thụ quang ở 405 nm trên mẫu ba lần lặp lại tại 5 dải nồng độ quanh giá trị IC50.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích hiện tượng hóa học xảy ra trong hai quy trình, biện luận cấu trúc các sản phẩm thông qua dữ liệu phổ, đề xuất cơ chế phản ứng và đánh giá hoạt tính sinh học.

Trong Quy trình 1, tác giả phát hiện một hiện tượng không nằm trong dự đoán ban đầu: ở nhiệt độ 80°C trong AcOH, liên kết tại vòng C của kaempferol bị phân cắt oxy hóa, dẫn đến sự đứt gãy khung flavonol tạo thành mảnh vòng B là acid 4-hydroxybenzoic (SK3). Phân tử SK3 sau đó trải qua phản ứng thế electrophile của brom để tạo thành acid 3,5-dibromo-4-hydroxybenzoic (SK2), và cuối cùng bị decarboxyl hóa loại bỏ nhóm carboxyl giải phóng CO2 để chuyển thành 2,4,6-tribromophenol (SK1). Cơ chế cắt vòng B được giải thích tương đồng với công bố của Éva và cs. (2001), trong đó H2O2 phân hủy ở nhiệt độ cao sinh ra oxy phân tử (O2) đóng vai trò tác nhân electrophile tấn công vào liên kết đôi giàu mật độ electron của vòng pyran.

Trong Quy trình 2, việc thay đổi hệ dung môi sang AcOH:DMSO (1:1, v/v) giúp phản ứng diễn ra hoàn toàn ở nhiệt độ phòng mà không gây phá vỡ khung carbon. Kết quả thu được hai dẫn xuất brom hóa giữ nguyên bộ khung flavonol:

• Sản phẩm SK5: Hiệu suất 21%, công thức phân tử C15H9BrO6 (xác định qua mũi ion phân tử giả [M-H]- tại m/z 362.9516 trên phổ HR-ESI-MS). Trên phổ 1H-NMR, tín hiệu proton H-8 biến mất, proton H-6 chuyển từ dạng mũi đôi (doublet) do tương tác ghép meta thành mũi đơn (singlet) tại vùng thơm, đồng thời tín hiệu nhóm hydroxy kiềm nối 5-OH xuất hiện tại δH 12.19 ppm. Trên phổ 13C-NMR, sự xuất hiện của carbon thơm chuyển dịch về vùng trường rất cao tại δC 87.0 ppm khẳng định vị trí thế của nguyên tử brom tại C-8. Sản phẩm được xác định là 8-bromo-3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one.
• Sản phẩm SK6: Hiệu suất 13%, phổ 1H-NMR cho thấy sự biến mất hoàn toàn của cả hai tín hiệu proton H-6 và H-8 trên vòng A, tín hiệu hydroxy kiềm nối dịch chuyển về δH 13.17 ppm. Phổ 13C-NMR ghi nhận sự suy giảm độ chuyển dịch hóa học của hai carbon C-6 và C-8 xuống vùng δC 92.2 ppm, chứng minh sự hiện diện của hai nguyên tử brom thế đồng thời vào hai vị trí này. Cấu trúc được định danh là 6,8-dibromo-3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one.

Thông số	Quy trình 1 (AcOH, 80°C, 30 phút)	Quy trình 2 (AcOH:DMSO 1:1, RT, 60 phút)
Hiện tượng chính	Phân cắt oxy hóa vòng C, giải phóng vòng B	Thế electrophile chọn lọc trên vòng A
Sản phẩm thu nhận	SK1: 2,4,6-tribromophenol (13%) SK2: 3,5-dibromo-4-hydroxybenzoic acid (17%) SK3: 4-hydroxybenzoic acid (16%)	SK5: 8-bromokaempferol (21%) SK6: 6,8-dibromokaempferol (13%)
Đặc điểm sản phẩm	Chất rắn màu trắng, đơn vòng	Chất rắn màu vàng, giữ nguyên khung flavonol

Về mặt cơ chế, tác giả giải thích sự hình thành ion electrophile brom dương (Br+) diễn ra theo chuỗi phản ứng: H2O2 oxy hóa anion Br- trong môi trường acid tạo ra acid hypobromous (HOBr), chất này tiếp tục phản ứng với acetic acid tạo thành Br+ tự do tấn công ái điện tử vào các vị trí C-6 và C-8 có mật độ điện tích âm cao trên vòng A của kaempferol.

Cuối chương, tác giả công bố kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro đối với enzyme α-glucosidase của kaempferol và hai dẫn xuất SK5, SK6:

Hợp chất	Giá trị IC50 (µM)	Mức độ gia tăng hoạt tính so với kaempferol
Kaempferol	230 ± 2.6	1.0 lần (chuẩn đối sánh)
Dẫn xuất monobrom SK5	173 ± 1.8	~1.3 lần
Dẫn xuất dibrom SK6	98 ± 1.2	~2.3 lần

Dữ liệu thực nghiệm chứng minh rằng việc gắn thêm nguyên tử brom làm gia tăng khả năng ức chế enzyme α-glucosidase, trong đó dẫn xuất thế dibrom ở cả hai vị trí C-6 và C-8 (SK6) thể hiện hiệu lực ức chế cao hơn đáng kể so với dẫn xuất thế monobrom (SK5).

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu đề ra với các kết quả cụ thể:

• Đã tổng hợp và tinh chế thành công hai dẫn xuất brom hóa trực tiếp trên vòng A của flavonoid kaempferol gồm 8-bromo-3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one (SK5, hiệu suất 21%) và 6,8-dibromo-3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one (SK6, hiệu suất 13%) bằng phản ứng oxybrom hóa thân thiện môi trường sử dụng NaBr/H2O2 trong hệ dung môi AcOH:DMSO (1:1, v/v) ở nhiệt độ phòng.
• Theo kết quả tra cứu dữ liệu khoa học quốc tế SciFinder vào tháng 5 năm 2022 tại Đại học Chulalongkorn (Thái Lan), hợp chất SK5 được xác nhận là một chất mới, chưa từng được công bố trong y văn trước đó.
• Phát hiện quy luật phân cắt dị vòng trong điều kiện nhiệt độ cao (80°C) của hệ tác chất H2O2/AcOH đối với flavonol kaempferol, dẫn đến việc phân lập và biện luận cấu trúc của ba sản phẩm chuyển hóa phụ gồm 4-hydroxybenzoic acid (SK3, hiệu suất 16%), 3,5-dibromo-4-hydroxybenzoic acid (SK2, hiệu suất 17%) và 2,4,6-tribromophenol (SK1, hiệu suất 13%).
• Cung cấp dẫn liệu thực nghiệm về mối tương quan cấu trúc – hoạt tính (SAR): việc gắn các dị tố brom vào vị trí C-8 và C-6 trên khung flavonol giúp cải thiện đáng kể hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase (SK5 làm giảm IC50 từ 230 µM xuống 173 µM; SK6 giảm sâu xuống 98 µM).

Về giải pháp và kiến nghị, tác giả đề xuất:

• Tiếp tục nghiên cứu cải tiến các thông số phản ứng nhằm tối ưu hóa hiệu suất phân lập của các dẫn xuất SK5 và SK6.
• Mở rộng khảo sát điều kiện phản ứng với các hệ tác chất hoặc dung môi khác để định hướng gắn nguyên tử brom vào các vị trí còn lại trên khung flavonol (đặc biệt là vòng B).
• Triển khai thử nghiệm sâu hơn hoạt tính ức chế α-glucosidase và các hoạt tính dược lý khác của các dẫn xuất này trên các mô hình sinh học bổ sung.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Mặc dù đạt được những kết quả mới trong việc tổng hợp chất dẫn, khóa luận vẫn tồn tại một số hạn chế gắn liền với phạm vi thực nghiệm:

• Hiệu suất phân lập của các sản phẩm thế còn ở mức khiêm tốn (21% đối với SK5 và 13% đối với SK6 trong Quy trình 2; từ 13% đến 17% đối với SK1, SK2, SK3 trong Quy trình 1), do sự hình thành hỗn hợp nhiều sản phẩm đồng thời và thất thoát trong quá trình sắc ký cột silica gel.
• Phản ứng ở nhiệt độ phòng mới chỉ tạo ra các dẫn xuất brom hóa thế trên vòng A (vị trí C-6 và C-8), chưa tìm ra điều kiện phù hợp để đưa dị tố brom vào các vị trí trên vòng B của kaempferol mà không gây gãy khung phân tử.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả vạch ra bao gồm:

• Tối ưu hóa điều kiện phản ứng và quy trình phân tách để nâng cao hiệu suất phân lập các dẫn xuất.
• Khảo sát các điều kiện hóa học mới nhằm đưa nguyên tử brom vào các vị trí khác nhau trên khung polyphenol.
• Mở rộng đánh giá hoạt tính sinh học của các dẫn xuất brom hóa trên các đích phân tử khác liên quan đến bệnh đái tháo đường.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược và Hóa học các hợp chất thiên nhiên.

Nội dung đề tài có giá trị trực tiếp đối với các nghiên cứu bán tổng hợp và biến tính hóa học trên khung hợp chất tự nhiên flavonoid. Đặc biệt, phần thực nghiệm cung cấp quy trình chi tiết về việc ứng dụng hệ tác chất oxybrom hóa xanh (NaBr kết hợp H2O2), giúp thay thế tác nhân bromine lỏng độc hại trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, phương pháp phân tích, đối sánh dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR và HR-ESI-MS giữa chất nền ban đầu với các dẫn xuất monobrom và dibrom là nguồn tư liệu thực tế có giá trị phục vụ công tác giảng dạy và học tập môn Phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ bằng phương pháp phổ nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phản ứng brom hóa kaempferol trong dung môi acetic acid ở 80°C không tạo ra dẫn xuất mong muốn mà lại làm đứt gãy khung phân tử?

Khi gia nhiệt ở 80°C trong môi trường acid acetic với sự có mặt của hydro peroxide (H2O2), H2O2 bị phân hủy nhiệt tạo thành các phân tử oxy hoạt tính (O2). Do tính chất giàu điện tích của liên kết đôi trên dị vòng C (vòng pyran) của kaempferol, phân tử O2 hoạt động như một tác nhân electrophile tấn công vào vị trí này, gây ra phản ứng phân cắt oxy hóa vòng C tương tự cơ chế đã được Éva và cộng sự công bố năm 2001. Hệ quả là vòng B bị tách rời tạo thành acid 4-hydroxybenzoic (SK3), sau đó chất này tiếp tục bị brom hóa thành acid 3,5-dibromo-4-hydroxybenzoic (SK2) và decarboxyl hóa thành 2,4,6-tribromophenol (SK1).

2. Dung môi DMSO đóng vai trò gì trong việc tổng hợp thành công các dẫn xuất SK5 và SK6 ở Quy trình 2?

Trong Quy trình 1, dung môi acetic acid đơn thành phần không thể hòa tan hoàn toàn hỗn hợp chất nền kaempferol và muối sodium bromide ở nhiệt độ phòng, buộc phản ứng phải gia nhiệt lên 80°C dẫn đến phản ứng cắt mạch ngoài ý muốn. Việc phối trộn thêm dimethyl sulfoxide (DMSO) tạo thành hệ dung môi AcOH:DMSO (1:1, v/v) giúp hòa tan hoàn toàn kaempferol và NaBr ngay tại nhiệt độ phòng. Nhờ đó, phản ứng thế electrophile diễn ra dịu nhẹ, hạn chế sự phân hủy H2O2 thành O2 và giữ nguyên vẹn khung flavonol để tạo thành các dẫn xuất SK5 và SK6.

3. Căn cứ phổ nghiệm nào chứng minh dẫn xuất SK5 là hợp chất mới và được gắn brom tại vị trí C-8?

Cấu trúc của hợp chất SK5 (8-bromo-3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-chromen-4-one) được chứng minh thông qua sự xuất hiện của mũi ion phân tử giả [M-H]- tại m/z 362.9516 trên phổ HR-ESI-MS, tương ứng với công thức phân tử C15H9BrO6. Trên phổ 1H-NMR, tín hiệu proton H-8 hoàn toàn biến mất, trong khi proton H-6 chuyển từ dạng mũi đôi ở kaempferol thành mũi đơn (singlet) ở SK5 do mất tương tác spin-spin tầm xa với H-8. Trên phổ 13C-NMR, tín hiệu carbon C-8 dịch chuyển mạnh về vùng trường rất cao tại δC 87.0 ppm do hiệu ứng chắn của nguyên tử brom liên kết trực tiếp. Dữ liệu tra cứu SciFinder tại Đại học Chulalongkorn vào tháng 5/2022 xác nhận hợp chất này chưa từng xuất hiện trong bất kỳ công bố khoa học nào.

4. Mức độ ức chế enzyme α-glucosidase của các dẫn xuất brom hóa thay đổi như thế nào so với chất nền ban đầu?

Hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase in vitro được đánh giá qua nồng độ ức chế 50% enzyme (IC50). Chất nền kaempferol có giá trị IC50 là 230 ± 2.6 µM. Dẫn xuất monobrom hóa tại C-8 (SK5) có IC50 giảm xuống 173 ± 1.8 µM, cho thấy hoạt tính ức chế tăng khoảng 1.3 lần. Dẫn xuất dibrom hóa đồng thời tại hai vị trí C-6 và C-8 (SK6) có giá trị IC50 giảm mạnh xuống 98 ± 1.2 µM, thể hiện hoạt tính ức chế mạnh gấp khoảng 2.3 lần so với kaempferol. Kết quả này chứng minh sự hiện diện của các nguyên tử brom trên vòng A có tác động làm gia tăng rõ rệt khả năng ức chế enzyme α-glucosidase.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Huỳnh Đình Long đã nghiên cứu thành công phản ứng oxybrom hóa flavonoid kaempferol bằng hệ tác chất thân thiện môi trường NaBr/H2O2 trong điều kiện nhiệt độ phòng với hệ dung môi AcOH:DMSO (1:1, v/v). Đề tài đã phân lập và xác định đầy đủ cấu trúc hóa học của hợp chất mới 8-bromokaempferol (SK5) cùng dẫn xuất 6,8-dibromokaempferol (SK6), đồng thời làm sáng tỏ cơ chế phân cắt oxy hóa vòng C ở nhiệt độ cao tạo thành các sản phẩm phụ phân tử nhỏ. Thử nghiệm sinh học in vitro bước đầu khẳng định các dẫn xuất brom hóa mới thu được có hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase vượt trội so với kaempferol tự nhiên, mở ra tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu phát triển các tác nhân hỗ trợ điều trị đái tháo đường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỢP CHẤT NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về flavonoid Flavonoid là các hợp chất polyphenol, đặc trưng bởi cấu trúc phân tử C6-C3-C6, với hai vòng benzene liên kết thông qua một mạch chứa ba nguyên tử carbon [25]. Số lượng các flavonoid đa dạng vì các khung C6-C3-C6 liên kết thêm với các nhóm hydroxy, hoặc methoxy, tạo thành các dẫn xuất.

Một số khung flavonoid có thể kể đến như: flavone, flavonol, flavanone, flavanonol, flavan, flavan-3-ol, leucoanthocyanidin, anthocyanidin, aurone, chalcone, isoflavone, và neoflavonoid (Hình 1. O O O O OH OH O O O O flavone flavonol flavanone flavanonol O O O O OH OH OH flavan flavan-3-ol leucoanthocyanidin anthocyanidin O O O O O aurone chalcone isoflavone neoflavonoid Hình 1. Một số khung flavonoid phổ biến Flavonoid là một thành phần phổ biến trong khẩu phần dinh dưỡng của con người. Chúng tồn tại trong thực phẩm nói chung dưới dạng dẫn xuất O-glycoside với 1 phân 2 tử đường ở vị trí C-3.

Hàm lượng flavonoid trung bình cơ thể hấp thu mỗi ngày khoảng 1 g, chiếm 60% lượng polyphenol trong khẩu phần ăn [26]. Flavonoid thể hiện nhiều đặc tính có lợi cho sức khoẻ vì chúng tương tác với nhiều mục tiêu ở cấp độ tế bào như: kháng oxy hoá, kháng viêm, kháng virus, ngăn ngừa ung thư và đặc biệt là ức chế enzyme α-glucosidase. Năm 2006, nghiên cứu của Tadera và các cộng sự đã khảo sát hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase của 16 flavonoid thuộc 6 khung khác nhau, bao gồm flavone, flavonol, flavanone, isoflavone, flavan-3-ol, và anthocyanidin. Kết quả cho thấy 8 flavonoid có hoạt tính ức chế nổi bật (IC50 < 15 𝜇M) (Bảng 1.

Trong đó, các hợp chất thuộc khung flavonol và isoflavone thể hiện hoạt tính ức chế tiềm năng nhất [27]. Giá trị IC50 của một số flavonoid [27] Flavonoid IC50 (𝝁M) Flavonoid IC50 (𝝁M) Flavonol Isoflavone Myricetine 5 Daidzein 14 Quercetin 7 Genistein 7 Kaempferol 12 Flavan-3-ol Fisetin 13 Catechin >200 Flavone Epicatechin >200 Luteolin 21 Epigallocatechin 75 Apigenin >200 Epigallocatechingallate 2 Baicalenin >200 Anthocyanidin Flavanone Cyanidin 4 Naringenin 75 Hesperetin 150 1. Tổng quan về kaempferol Kaempferol, danh pháp IUPAC là 3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-1- benzopyran-4-one, là một trong các flavonol phổ biến nhất, có thể tìm thấy trong nhiều loài thực vật, bao gồm trái cây, rau củ và thảo mộc. Trong các nghiên cứu trước đây, kaempferol đã được báo cáo có khả năng kháng viêm, kháng oxy hoá, kháng ung thư và đặc biệt là kháng đái tháo đường theo nhiều cơ chế khác nhau [28], [29].

OH HO O OH OH O Hình 1. Cấu trúc hoá học của kaempferol 3 Theo hướng ức chế enzyme α-glucosidase, kamepferol thể hiện là một ứng viên tiềm năng. Năm 2015, Ajish và các cộng sự đã thử nghiệm hoạt tính ức chế này của kaempferol, kaempferol-3-O-methylether, kaempferol-3-O-(3,4-di-O-acetyl-α-L- rhamnopyranoside), và kaempferol-3-O-α-L-rhamnopyranoside. IC50 của các hợp chất được xác định lần lượt là 9.16 𝜇M, so với IC50 của chất chứng dương acarbose là 47.

Nghiên cứu này cho thấy việc methyl hoá nhóm hydroxy ở C-3 làm tăng hoạt tính ức chế của kaempferol, ngược lại, các dẫn xuất glycoside tại vị trí C-3 lại có hoạt tính giảm đáng kể [30]. Sau phát hiện của Ajish, các công trình của Şöhretoğlu và Renda cũng có những kết luận tương tự. Theo kết quả thử nghiệm hoạt tính của hai nhóm nghiên cứu, giá trị IC50 của kaempferol và kaempferol-3-O-α-L-rhamnopyranoside lần lượt là 8. Bên cạnh đó, các tác giả tiến hành đồng thời các thử nghiệm tương tự với quercetin và dẫn xuất, hoạt tính thu được cũng dẫn đến kết luận nhóm thế glycoside liên kết với C-3 trên vòng C của khung flavonol làm giảm hoạt tính của các hợp chất này [31], [32].

Năm 2020, hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase của kaempferol và các dẫn xuất glycoside khác, bao gồm: kaempferol-3-O-β-D-glucopyranoside, kaempferol-3-O-α-L- arabinoside, và kaempferol-3-O-α-L-rhamnoside được tiến hành khảo sát, với các giá trị IC50 lần lượt là 24. Kết quả trên dẫn đến kết luận về sự giảm hoạt tính khi có nhóm glycoside hiện diện lại vị trí C-3 của khung flavonol [33]. Ở một khía cạnh khác, trong nghiên cứu của Tadera và các cộng sự, mối tương quan giữa số lượng nhóm hydroxy trên vòng B và hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase của một số flavonol đã được khảo sát. Giá trị IC50 của các hợp chất, bao gồm myricetin, quercetin, và kaempferol lần lượt là 5, 7 và 12 𝜇M (Hình 1.

Kết quả này đề nghị rằng sự tăng số lượng nhóm hydroxy trên vòng B có thể tăng cường hoạt tính của các flavonol [27]. 4 OH OH OH OH OH HO O HO O HO O OH OH OH OH OH O OH O OH O myricetin quercetin kaempferol IC50 = 5 µM IC50 = 7 µM IC50 = 12 µM Hình 1. Cấu trúc hoá học và giá trị IC50 của các flavonol Bên cạnh ức chế enzyme α-glucosidase, kaempferol còn tỏ ra hiệu quả đối với các cách tiếp cận khác trong việc làm giảm nồng độ đường huyết. Nghiên cứu năm 2020 của Kitakaze và các cộng sự cho thấy kaempferol có khả năng làm tăng sự hấp thu glucose vào tế bào cơ và mô mỡ lên 1.

Cụ thể, ở nồng độ 10.0 pM, kaempferol làm tăng 1.6 lần sự chuyển vị của các chất vận chuyển glucose loại 4 (GLUT4). Bên cạnh đó, liên quan đến quá trình cảm ứng chuyển vị GLUT4, một loạt các protein khác cũng được chứng minh là chịu sự tác động của kaempferol. Bài nghiên cứu chỉ ra rằng kaempferol ở nồng độ 1.0 nM có thể làm tăng sự phosphoryl hoá của adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) lên 2.9 lần, Janus kinase 2 (JAK2) lên 1.9 lần và phosphoinositide 3-kinase (PIK3) lên 1. Một số con đường làm tăng sự hấp thụ glucose vào tế bào [28] 5 Như vậy, trong các flavonol có khung tương tự, kaempferol thể hiện hoạt tính ức chế α-glucosidase tương đối.

Tuy nhiên, các dẫn xuất của kaempferol hiện nay, đặc biệt là các dẫn xuất glycoside cho thấy sự giảm mạnh hoạt tính. Từ đó, nhu cầu tổng hợp và thử nghiệm các dẫn xuất mới được đặt ra. TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG BROM HOÁ Các dẫn xuất brom hoá của hợp chất hữu cơ, đặc biệt là bromophenol, là một nhóm hợp chất quan trọng. Các hợp chất này đóng vai trò sản phẩm trung gian phổ biến trong các quy trình tổng hợp hữu cơ, điển hình là phản ứng ghép cặp C-C [34–39].

Ngoài ra, các hợp chất chứa brom, được báo cáo trong nhiều tài liệu, mang các hoạt tính sinh học đa dạng, như: kháng oxy hoá, kháng khuẩn, kháng viêm và có khả năng ức chế các tế bào ung thư [40–42]. Vì vậy, các phương pháp điều chế dẫn xuất brom hoá luôn dành được sự chú ý của các nhà tổng hợp, bắt đầu từ thế kỉ XX và vẫn tiếp tục được phát triển hiện nay. Brom hoá sử dụng tác chất bromine và Lewis acid Phản ứng brom hoá sử dụng tác chất bromine lần đầu được ghi nhận chính thức trong báo cáo của Schmid và cộng sự năm 1946 [43]. Với sự đơn giản, rẻ tiền và dễ thực hiện, phương pháp này nhanh chóng trở nên phổ biến.

Tuy nhiên, việc sử dụng bromine, một tác chất độc hại, ngày càng thể hiện nhiều hạn chế. Đã có nhiều báo cáo cho thấy tác chất bromine tạo ra điều kiện phản ứng khắc nghiệt và có tính ăn mòn cao [34], [44], [45]. Tác chất này cũng được báo cáo là thiếu tính chọn lọc, dễ gây phân huỷ chất nền và kém hiệu quả đối với các flavonoid [46]. Ngoài ra, có một hạn chế dễ nhận thấy, việc tạo sản phẩm phụ hydrogen bromide gây nên sự hao phí đến 50% lượng brom sử dụng.

Vì những hạn chế trên, bromine tuy là một tác chất đơn giản nhưng không phù hợp cho việc mở rộng quy mô sản xuất. Brom hoá sử dụng tác chất N-bromosuccinimide N-bromosuccinimide (NBS) (Hình 1.5) là một tác chất có giá thành hợp lý, hiện có trên thị trường và cho hiệu suất phản ứng tốt trong nhiều loại dung môi phân cực, như propylene carbonate, dimethylformamide, acetonitrile, và dung dịch sodium hydroxide 6 [44], [47–49]. Phản ứng sử dụng nhiều loại xúc tác đa dạng khác nhau, kể cả đồng thể và dị thể, bao gồm: NBS-Lewis acid, NBS-sulfuric acid đặc, NBS-SiO2, NBS-zeolite, và NBS-amberlyst [45], [50], [51]. Cấu trúc hoá học của NBS Năm 1984, Oberhauser Hoffman đã sử dụng NBS trong dung môi acetonitrile và xúc tác HBF4.Et2O để thực hiện phản ứng brom hoá phenol và các dẫn xuất của phenol (Sơ đồ 1.) OH CH3CN (20 mL) -20oC to -10oC 2) -10oC đến RT, 1.5 giờ (2 g) 3) NaHSO3 Br Sơ đồ 1.

Phản ứng tổng hợp dẫn xuất p-bromophenol sử dụng tác chất NBS, xúc tác HBF4.Et2O trong dung môi acetonitrile [45] Phương pháp này được ghi nhận có sự chọn lọc sản phẩm thế monobrom vào vị trí para, hoặc vào vị trí ortho đối với các dẫn xuất phenol-para thế. Hiệu suất phản ứng được báo cáo từ tốt đến rất tốt (Sơ đồ 1. Với điều kiện không có sự xúc tiến của HBF4.Et2O, phản ứng xảy ra với sự tạo thành của dẫn xuất dibrom chiếm ưu thế [45]. Năm 1993, Auerbach và cộng sự nhận thấy hạn chế khi sử dụng xúc tác acid trong các phản ứng brom hoá sử dụng NBS.

Môi trường pH thấp có thể gây nên sự phân huỷ hoặc biến đối nhóm chức đối với các chất nền nhạy cảm, ví dụ như chất nền chứa nhóm methoxy. Vì thế, công trình của Auerbach đã đề nghị một phương pháp sử dụng tác chất NBS trong môi trường base cho các loại chất nền này (Sơ đồ 1.), OMe OMe NBS (1.), 25oC, 5 giờ COOH COOH 2) Na2SO3, sau đó lọc OMe OMe 3) HCl(c) đến pH = 2 Br (1. Phản ứng tổng hợp dẫn xuất p-bromoarene sử dụng tác chất NBS trong sodium hydroxide [44] Cách tiếp cận trên cung cấp một giải pháp tốt đối với các chất nền chứa nhóm methoxy (Sơ đồ 1. Tuy nhiên, trong môi trường base mạnh, sự thuỷ phân NBS được ghi nhận, dẫn đến sự tạo thành tạp chất trong hỗn hợp sản phẩm (Sơ đồ 1.

O phản ứng NaOH O O OH O N O N H 2N Br H H 2O O NaOBr (chuyển vị) O H H O C N OH HO N N OH O O O O Sơ đồ 1. Sự phân huỷ NBS trong sodium hydroxide [44] Phản ứng brom hoá sử dụng NBS nhìn chung, khắc phục được vấn đề hao hụt nguồn brom so với phương pháp sử dụng bromine truyền thống. Tuy nhiên, các nhà sản xuất vẫn sử dụng bromine để tổng hợp NBS, vì vậy, vấn đề môi trường vẫn chưa được cải thiện đáng kể [52]. Bên cạnh đó, nếu trong hỗn hợp phản ứng chứa các chất có khả năng khơi mào cơ chế gốc tự do, chất nền chứa aliphatic hydrogen sẽ xảy ra phản ứng phụ thế brom vào mạch carbon ngoài [45].

Brom hoá sử dụng tác chất α,β-dibromohydrocinnamic acid Năm 2020, Hurtová và cộng sự đã phát triển một phương pháp mới để brom hoá có chọn lọc các flavonoid. α,β-dibromohydrocinnamic acid (Hình 1.