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.