CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiêụ về curcumin Curcumin hay (1E,6E)-1,7-bis(4-hyđroxy-3-metoxyphenyl)hepta-1,6-đien- 3,5-đion là hợp chất hữu cơ có công thức cấ u ta ̣o như trong Hın ̀ h 1.1 Công thức cấu tạo của curcumin. Curcumin đươ ̣c biế t đế n là thành phần chính trong ho ̣ hơ ̣p chấ t hữu cơ đươ ̣c chiế t tách từ củ nghệ. Curcumin tồ n ta ̣i ở dạng bột màu vàng với điểm nóng chảy 183°C, hầu như không tan trong nước, tan tốt trong dung môi phân cư ̣c như DMSO, metanol, etanol, axetonitrin, điclometan, clorofom, etylaxetat …[15]. Curcumin được phân lâ ̣p lần đầu tiên vào năm 1815 bởi Vogel và Pelletie [29], và phải hơn mô ̣t thế kı̉ sau đó, cấ u ta ̣o của hơ ̣p chấ t này lầ n đầ u tiên đươ ̣c mô tả bởi Lampe và Milobedesk vào năm 1910 [10].
Năm 1918, Lampe và cô ̣ng sư ̣ đã tổ ng hơ ̣p thành công curcumin từ cacbometoxy feruloyl clorua và etyl axetoaxetat [8]. Quy trình tổng hợp đơn giản hơn với hiê ̣u suấ t cao hơn, sử du ̣ng axetyl axeton, B2O3, anđehit thơm thế , triankyl borat và n-butylamin, đươ ̣c công bố bởi Pabon [12]. Hiêṇ nay, đây là hai phương pháp chın ́ h trong tổ ng hơ ̣p các chấ t thuô ̣c ho ̣ curcumin (curcuminoit). Do thành phầ n cấ u ta ̣o có chứa hơ ̣p phầ n β-đixeton, curcumin có thể tồ n ta ̣i ở hai da ̣ng tautome β-đixeton 1a và xeto-enol 1b trong cân bằ ng tautome hóa (Hın ̀ h 1.
Cân bằ ng tautome hóa phu ̣ thuô ̣c vào đô ̣ phân cực của dung môi và pH của môi trường. Trong dung môi không phân cực, da ̣ng xeto-enol 1b đươ ̣c bề n hóa bởi liên kế t hiđro nô ̣i phân tử là da ̣ng tồ n ta ̣i chın ́ h. Da ̣ng β-đixeton 1a chiế m ưu thế trong dung môi phân cực [3]. Sư ̣ phu ̣ thuô ̣c của cấ u trúc vào pH của môi trường thể hiêṇ bản chấ t axit Brönsted yế u của curcumin.
Các giá tri pK ̣ a cho ba quá trı̀nh tách proton 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ứng với ba proton linh đô ̣ng của phân tử (mô ̣t proton enol và hai proton phenol) đươ ̣c đưa ra dựa trên nghiên cứu sử du ̣ng phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân và phổ hấ p thu ̣ electron (Hı̀nh 1.2 Cân bằng tautome hóa và quá trı̀nh tách proton của curcumin trong dung di ̣ch [15]. Cấ u trúc tinh thể của curcumin đã đươ ̣c xác đinh ̣ bằ ng phương pháp nhiễu xa ̣ tia X trên đơn tinh thể [11, 13, 18-19, 26]. Kế t quả đã chı̉ ra rằ ng: ở tra ̣ng thái rắ n, curcumin tồ n ta ̣i ở da ̣ng xeto-enol 1b với liên kế t hiđro nô ̣i phân tử (Hı̀nh 1.3 Cấu trúc của curcumin [13]. Các đường đứt nét biểu diễn các liên kết hiđro nội phân tử.
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cho đến những năm 1970, các nghiên cứu trên curcumin chủ yế u tâ ̣p trung vào cấu trúc hóa học, tổng hợp toàn phầ n, mô ̣t số tın ́ h chấ t sinh hóa và hoạt tính chống oxi hóa. Sau công trın ̀ h của Aggarwal và cô ̣ng sư ̣ [23] về khả năng chố ng ung thư của curcumin, ho ̣ hơ ̣p chấ t này thu hút đươ ̣c sư ̣ quan tâm của nhiề u nhà khoa ho ̣c trên thế giới. Các nghiên cứu chuyên sâu còn cho thấ y tiề m năng sử du ̣ng curcumin trong điề u tri ̣ mô ̣t số bê ̣nh như Alzheimer, Parkinson, bê ̣nh phổ i, bênh ̣ tim mạch, tiể u đường, tăng cholesterol máu… 1.2 Giới thiệu về phức chất curcuminat kim loại Curcumin ta ̣o thành phức chấ t bề n với nhiề u ion kim loa ̣i. Trong các phức chấ t này, curcumin đóng vai trò phối tử hai càng mang mô ̣t điê ̣n tı́ch âm với bô ̣ nguyên tử cho O, O của hơ ̣p phầ n β-đixeton (Hın ̀ h 1.4 Liên kết phối trí giữa curcumin và ion kim loại Tuy phức chất của các kim loại chuyển tiếp với curcumin đã được quan tâm và nghiên cứu từ lâu, nhưng số lươ ̣ng công trı̀nh tâ ̣p trung vào nghiên cứu cấ u trúc của các hơ ̣p chấ t này còn rấ t ha ̣n chế.
Mô ̣t trong những nguyên nhân có le ̃ là do đô ̣ tan thấ p của curcuminat kim loa ̣i [15]. Cho tới nay các công bố về cấ u trúc của curcuminat kim loa ̣i chủ yế u tâ ̣p trung vào phức chấ t hỗn hơ ̣p phố i tử [1, 6-7, 20-21] hoă ̣c phức chấ t với dẫn xuấ t 4,4’-ankoxy của curcumin [30-31]. Hiê ̣n nay, các nghiên cứu về phức chấ t kim loa ̣i của curcumin đề u hướng tới khả năng ứng dụng phức chấ t sản phẩ m trong các lĩnh vực y dược, hóa sinh. Mô ̣t số nghiên cứu cho thấ y rằ ng: phức chất kim loại với curcumin có hoa ̣t tı́nh sinh ho ̣c và 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đô ̣c tıń h tế bào cao hơn curcumin.
Cu ̣ thể như: phức chất hỗn hơ ̣p curcumin và 4,4’- bipyriđin với Zn2+ hiệu quả hơn curcumin trong ức chế tế bào ung thư [17, 16]. Phức chất curcumin-terpyridyl La3+ có quang đô ̣c tı́nh (photocytotoxicity) cao với dòng tế bào Hela [7]. Phức chất curcumin-bipyriđin với Pd2+ ức chế sự phát triển của tế bào ung thư tiền liệt tuyến ở người [28]. Mô ̣t trong ứng du ̣ng khác trong y ho ̣c cũng đang đươ ̣c quan tâm là khả năng phát huỳnh quang của các phức chất kim loại chuyển tiếp với curcumin ứng du ̣ng trong viê ̣c xác định vị trí tế bào bi ̣ bê ̣nh.
Các phức chất đấ t hiếm curcumin và dẫn xuấ t của 1,10-phenantrolin hấp thụ hai photon ở trong khoảng bước sóng từ 700 đến 800 nm và có thể được sử dụng cho việc chụp ảnh dòng tế bào ung thư vú MCF-7 [25]. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Như đã nêu ở phầ n Tổ ng quan, mă ̣c dù có rấ t nhiề u nghiên cứu liên quan tới phức chấ t kim loa ̣i chuyể n tiế p của curcumin nhưng cấ u trúc của các hơ ̣p chấ t này hầ u như chưa đươ ̣c nghiên cứu. Hạn chế này do đô ̣ tan thấ p của các phức chấ t, bắt nguồn từ viê ̣c nhóm OHphenol của curcumin tách proton, tham gia phố i trı́ với ion kim loa ̣i và ta ̣o nên các phức chất ở dạng polime. Do đó, trong nghiên cứu này nhóm OHphenol của curcumin đươ ̣c ‘khóa’ bằ ng cách este hóa với anhyđrit axetic hoặc benzoyl clorua.
Sản phẩ m 4,4’-điaxetylcurcumin (Hı̀nh 2.1 a) và 4,4’- đibenzoylcurcumin (Hình 2.1 b) đươ ̣c sử du ̣ng làm phố i tử cho các phản ứng ta ̣o phức tiế p theo với mô ̣t số ion kim loa ̣i chuyể n tiế p daỹ thứ nhấ t như Fe3+, Co2+, Ni2+ và Cu2+.1 Công thức cấu tạo dự kiến của phối tử (a) 4,4’-điaxetylcurcumin (HL 1) và (b) 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2).2 Mục đích, nội dung nghiên cứu Với mục đích hướng vào việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất kim loại chuyển tiếp với dẫn xuất của curcumin, cụ thể là 4,4’-điaxetylcurcumin và 4,4’- đibenzoylcurcumin, đề tài gồm những nội dung chính sau: 1. Tổng hợp hai phố i tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’-đibenzoylcurcumin (HL2). 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Xác đinh ̣ thành phầ n phân tử và cấ u trúc của phố i tử bằng phương pháp phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và đă ̣c biê ̣t là phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.
Tổng hợp phức chất của phối tử 4,4’-điaxetylcurcumin (HL1) và 4,4’- đibenzoylcurcumin (HL2) với một số́ ion kim loại chuyển tiếp daỹ thứ nhấ t như Fe3+, Co2+, Ni2+ và Cu2+. Nghiên cứu thành phần và cấu trúc phức chất thu được bằng phương pháp phổ hồng ngoại, phổ khối lượng và phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.3 Phương pháp nghiên cứu 2.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp vật lý phổ biến dùng để nghiên cứu phức chất. Việc khai thác các dữ kiện thu được từ phổ hồng ngoại có thể cung cấp nhiều thông tin cho phép xác định một cách định tính sự tạo thành phức chất giữa phối tử và ion trung tâm. Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép xác định kiểu phối trí và độ bền liên kết của kim loại – phối tử.
Khi phân tử vật chất hấp thụ năng lượng điện tử có thể dẫn đến các quá trình thay đổi trong phân tử như quá trình quay, dao động, kích thích điện tử. Mỗi quá trình như vậy đều đòi hỏi một năng lượng nhất định đặc trưng cho nó, có nghĩa là đòi hỏi một bức xạ điện từ có tần số đặc trưng để kích thích. Trong đó, bức xạ hồng ngoại đặc trưng cho sự kích thích quá trình dao động của các nhóm nguyên tử trong phân tử. Mỗi một liên kết trong phân tử đều hấp thụ một bức xạ có tần số đặc trưng để thay đổi trạng thái dao động của mình, tần số đặc trưng này không những phụ thuộc vào bản chất liên kết mà còn phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo phân tử và các nguyên tử, nhóm nguyên tử xung quanh.
Có hai kiểu dao động chính của phân tử là dao động hoá trị (làm thay đổi chiều dài liên kết nhưng không thay đổi góc liên kết) và dao động biến dạng (làm thay đổi góc liên kết còn độ dài liên kết không thay đổi). Đối với những phân tử gồm n nguyên tử, người ta xác định là phải có 3n-6 (đối với phân tử không thẳng hàng) và 3n-5 (đối 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com với phân tử thẳng hàng) dao động chuẩn. Sự xuất hiện của một dao động trong phổ hấp thụ hồng ngoại cần phải thoả mãn các điều kiện của quy tắc lọc lựa: năng lượng của bức xạ phải trùng với năng lượng của dao động và sự hấp thụ của năng lượng phải đi kèm với sự biến đổi của momen lưỡng cực của phân tử. Sự biến đổi momen lưỡng cực càng lớn thì cường độ của các dải hấp thụ càng lớn.
Vì vậy, những phân tử có các yếu tố đối xứng thường cho phổ đơn giản hơn những phân tử không chứa yếu tố đối xứng.