ĐẶT VẤN ĐỀ Curcumin là một trong số polyphenol có tác dụng dược lý phong phú, được nhiều nhà nghiên cứu phát triển thuốc quan tâm trong thập kỷ gần đây cho tới nay. Phân tử này đang được sử dụng trong các nghiên cứu tiền lâm sàng để điều trị nhiều bệnh thuộc nhiều hệ khác nhau của cơ thể, đó là: bệnh về tim mạch, hô hấp (dị ứng, hen phế quản), tiêu hóa (viêm dạ dày, tá tràng), xương khớp (viêm khớp dạng thấp), mắt (glaucoma, khô mắt); các bệnh liên quan đến chuyển hóa và ung thư [45], [46], [134], [136]. Khi được dùng ngoài, curcumin có tác dụng kháng khuẩn, chống nấm, chóng lành vết thương và liền sẹo [6]. Ngoài ra, curcumin còn có tác dụng kháng virus, có triển vọng lớn trong điều trị viêm gan B, C, HIV.
Nhược điểm của curcumin là sinh khả dụng thấp (dưới 1 %) do hấp thu kém, chuyển hóa và đào thải nhanh khỏi cơ thể, trong đó yếu tố hóa - lý quan trọng ảnh hưởng đến điều này là tính tan kém trong nước của curcumin (<0,1 µg/mL, 25°C) [45], [127], [152]. Để tăng tính tan trong nước của curcumin nhiều nghiên cứu sử dụng các phương pháp tiếp cận vật lý như: tạo các hệ nano curcumin [67], [90]; hệ micel chứa curcumin [92], liposome [168], hoặc hệ phân tán rắn chứa curcumin [93]…. Hầu hết các phương pháp này đều thu được các hệ mới có hoạt tính cao hơn so với curcumin ban đầu. Song song với đó, cách tiếp cận biến đổi cấu trúc hóa học của curcumin cũng được nhiều nhà nghiên cứu phát triển thuốc quan tâm [136], [149].
Để cải thiện độ tan của curcumin, các tác giả đã liên hợp phân tử này với các nhóm thân nước, đáng chú ý là nhóm phosphat và carboxylat [127], [148]. Năm 2015, Ding và cộng sự đã phosphoryl hóa trực tiếp nhóm -OH phenol của curcumin tạo dẫn chất curcumin-O- yl dihydrophosphat có độ tan cao hơn và hoạt tính chống ung thư tốt hơn so với curcumin ban đầu [41]. Năm 2018, Muangnoi và các cộng sự đã tổng hợp được dẫn chất liên hợp của curcumin với nhóm glutarat và khẳng định dẫn chất này cải thiện được độ tan và khả năng chống nhiễm trùng trên chuột [113]. Những nhóm thân nước khác cũng được các nhà khoa học sử dụng để liên hợp với curcumin là: phân tử đường, amino acid, polymer tan trong nước, dẫn chất của glucoronic.
Các nghiên cứu này đã đạt được một số thành công nhất định trong việc nâng cao hoạt tính và sinh khả dụng của curcumin [41], [87], [127]. Thực tế trên chỉ ra, tổng hợp các dẫn chất mới của curcumin theo hướng cải thiện độ tan trong nước từ nguồn nguyên liệu curcumin sẵn có trong tự nhiên, phát huy những tác dụng rất tốt của phân tử này, là một hướng đi hấp dẫn, có nhiều triển 1 vọng và có ý nghĩa thực tiễn. Chính vì vậy, luận án: ″Nghiên cứu bán tổng hợp một số dẫn chất curcumin nhằm cải thiện độ tan trong nước hướng ứng dụng trong dược phẩm″ được thực hiện với các mục tiêu sau: 1. Bán tổng hợp được một số dẫn chất mới của curcumin theo hướng cải thiện độ tan trong nước và thăm dò tác dụng sinh học của các dẫn chất mới tổng hợp được.
Lựa chọn và xây dựng được quy trình tổng hợp dẫn chất tiềm năng ở quy mô phòng thí nghiệm. Đánh giá được hoạt tính chống viêm in vivo và độc tính cấp của một dẫn chất tiềm năng. TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN 1. Cấu trúc hóa học và tính chất của curcumin 1.
Cấu trúc hóa học Curcumin là hoạt chất chính trong hỗn hợp curcuminoid (chiếm 77 %) được chiết xuất từ củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) và một số loài nghệ khác (Curcuma spp. - Cấu trúc phân tử (Hình 1. Cấu trúc phân tử của curcumin - Tên IUPAC: (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)hepta-1,6-dien-3,5- dion. - Tên khác: Diferuloylmethan, curcumin I.
- Công thức phân tử: C21H20O6. - Khối lượng phân tử: 368,39 đvC [104]. Trong dung dịch, curcumin tồn tại ở dạng cân bằng hỗ biến của dạng diceton đối xứng và dạng ceton-enol được ổn định bằng liên kết hydro nội phân tử [65] (Hình 1. Dạng hỗ biến ceton-enol của curcumin trong dung dịch Trong dung dịch nước, ở pH acid và trung tính, các curcumin tồn tại chủ yếu dưới dạng diceton.
Ngược lại, ở pH > 8, dạng enol chiếm ưu thế hơn [151]. Tùy theo từng dung môi thích hợp, có thể có trên 95 % các curcumin tồn tại ở dạng enol [164]. Tính chất vật lý Độ tan: Curcumin thực tế không tan trong nước ở pH acid và trung tính (<0,1 µg/mL), tan được trong kiềm [187]. Curcumin tan được trong nước khi có mặt các 3 chất hoạt động bề mặt như: natri dodecylsulfat, cetylpyridin bromid, gelatin, polysaccharid, polyethylenglycol, cyclodextrin [70].
Curcumin tan được trong acid acetic, ethanol, methanol, aceton, dimethylsulfoxid, dicloromethan, cloroform, ethyl acetat, acetonitril; ít tan trong n-hexan, cyclohexan.; không tan trong ether [104], [136], [172]. Dạng thù hình: Curcumin tồn tại dưới dạng bột vô định hình hoặc tinh thể hình kim màu vàng cam [104]. Tinh thể curcumin có ba dạng thù hình khác nhau tùy thuộc vào dung môi và tốc độ kết tinh [127]. Sự hấp thụ ánh sáng: Các phân tử curcumin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến, tạo ra màu vàng.
Curcumin có khả năng phát huỳnh quang (520 nm) khi hấp thụ bức xạ tử ngoại có bước sóng 350 nm [126]. Hệ số phân bố n-octanol / nước của curcumin: 2,56 [171], tính toán theo ALOGPS là 3,62, theo ChemAxon là 4,12 [13]. pKa: Curcumin có 3 giá trị pKa. Giá trị pKa đầu tiên và thứ 2 là của 2 nhóm -OH phenol, giá trị pKa3 là của hydro dạng enol.
Các giá trị pKa của curcumin được xác định bằng một số phương pháp khác nhau cho giá trị khác nhau (Bảng 1. Bảng giá trị pKa của phân tử curcumin Giá trị pKa Phương pháp xác định TLTK pKa1=7,75-7,8 HPLC huỳnh quang [172] pKa2 = 8,55 Dung môi: KCl/HCl (pH 1 - 3), KH2PO4/ NaOH (pH pKa3 = 9,05 6 - 9), NaHCO3/NaOH (pH 9 - 10) Nồng độ ion 0,1 - 0,15 M pKa1 = 8,54 Chuẩn độ đo thế [29] pKa2 = 9,3 Dung môi: Nước : MeOH = 1 : 1 pKa3 = 10,69 pKa1 = 8,38 Chuẩn độ HCl [24] pKa2 = 9,3 pKa3 = 10,51 1. Tính chất hóa học Curcumin có cấu trúc chung là khung diarylheptadien, nhóm diceton và dihydroxyphenyl. Vì vậy, curcumin mang những tính chất hóa học đặc trưng của nhóm polyphenol, diceton, dien, vòng thơm…[3], [7].
Các phản ứng hóa học quan trọng liên quan đến hoạt tính sinh học của curcumin là do nguyên tử hydro linh động 4 đóng góp dẫn đến quá trình oxy hóa curcumin, phản ứng Michael, phản ứng thủy phân. Tất cả đều có vai trò quan trọng trong các hoạt động sinh học khác nhau của curcumin. Phổ hấp thụ tử ngoại/ khả kiến và huỳnh quang Trong dung dịch đệm aceton-bicarbonat, curcumin cho cực đại hấp thụ tại bước sóng 520 nm [73]. Dải hấp thụ xuất hiện một hình dạng bất đối xứng trong dung môi không phân cực: cloroform, acid acetic, benzen, toluen và carbon tetraclorid.
Hình dạng bất đối xứng chỉ ra có một sự khác nhau trong các dung môi hòa tan có mối liên quan và tác động qua lại với sự xuất hiện dung môi phân cực: methanol, aceton, ethanol, tetrahydrofuran, acetylaceton, acid acetic. Cực đại hấp thụ với các cấu trúc tinh tế xuất hiện ở bước sóng λ = 418 nm khi phổ UV/Vis của hợp chất được đo trong các dung môi khác nhau (như CCl4, DMSO). Sự hấp thụ cực đại của curcumin trong methanol và ethanol là khoảng 420 nm, và dung dịch có màu vàng sáng [72]. Trong một nghiên cứu khác, khi thêm cyclodextrin, cực đại hấp thụ của curcumin trong nước thay đổi từ 420 nm lên 430 nm và sự hấp thụ của phức hợp curcumin - cyclodextrin (10 mM) tại bước sóng 430 nm cũng tăng lên gấp đôi [169].
Đồng (II) có thể làm giảm sự hấp thụ UV của curcumin trong nước tại 427 nm. Vì vậy, khi có mặt ion đồng (II), xuất hiện thêm một dải hấp thụ mới của phức hợp đồng (II)- curcumin tại 361 nm [79]. Ngoài sự ảnh hưởng của dung môi và nước, thì pH cũng gây ảnh hưởng đến sự phát huỳnh quang của curcumin. Ở pH < 1 hoặc pH 8,3, cường độ huỳnh quang giảm và có thể kéo theo phân hủy curcumin, thay đổi tính chất của trạng thái đơn bị kích thích đầu tiên.
Sự hấp thụ và phổ huỳnh quang của curcumin và các dẫn chất trong n- hexan và methanol cũng đã được nghiên cứu [28]. Độ ổn định của curcumin 1. Ảnh hưởng của pH trong dung dịch nước Tại các pH khác nhau, dung dịch curcumin tồn tại ở các dạng khác nhau thể hiện ở sự thay đổi màu sắc của dung dịch. Ở pH < 1, dung dịch nước của curcumin có màu đỏ kèm theo sự có mặt của dạng acid (H4A+).
Ở dạng này curcumin tương đối ổn định. Ở khoảng pH = 1 - 7, curcumin rất ít tan trong nước. Ở khoảng pH này, dung dịch nước của curcumin có màu vàng và tồn tại chủ yếu ở dạng trung tính (H3A). Ở pH > 7,5, dung dịch curcumin xuất hiện màu thay đổi tử cam sang đỏ, curcumin tồn tại ở các dạng ion H2A-, HA2- và A3- (Hình 1.
Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch Độ ổn định của các curcumin phụ thuộc vào pH. Trong các dung dịch đệm sử dụng, curcumin tạo phức hợp với borat, citrat và phtalat trong khi trơ với KCl, KH2PO4 và NaHCO3 [172]. Và cũng ở pH này curcumin nhanh chóng bị phân hủy. Các sản phẩm phân hủy curcumin ở pH = 7 - 10 được xác định bằng phương pháp HPLC.
Các sản phẩm tạo thành ban đầu là acid ferulic và feruloylmethan, ngoài ra còn có các sản phẩm ngưng tụ. Sau đó feruloylmethan nhanh chóng bị chuyển màu (chủ yếu là từ vàng đến vàng nâu) rồi bị phân hủy thành vanillin và aceton. Đặc biệt, curcumin không bền dưới tác dụng của ánh sáng, nhất là trong dung dịch. Sau khi chiếu bức xạ quang học, các sản phẩm được xác định giống như các sản phẩm phân hủy là acid ferulic, acid vanillic và vanillin [164], [80] (Hình 1.
Sản phẩm ngưng tụ Hình 1. Sự phân hủy curcumin trong môi trường kiềm 6 Một số nghiên cứu khác về độ ổn định của curcumin được tiến hành trong dung dịch đệm phosphat pH 7,4 có thêm albumin huyết thanh người (4 % khối lượng/thể tích). Kết quả cho thấy, trong máu người, sự phân hủy curcumin diễn ra chậm hơn, dưới 20 % trong 1 giờ. Mặt khác, thêm glutathion (1 mM), N-acetyl-L-cystein (50 mM) hoặc acid ascorbic (25 mM) vào dung dịch chứa 25µM curcumin trong đệm phosphat (pH 7,4 và 6,5) có thể bảo vệ được sự phân hủy curcumin.
Thêm tế bào protein (0,03 mg protein/mL và đoạn vi lập thể của gan chuột (0,01 mg/mL)) cũng có thể ức chế sự phân hủy curcumin [109], [118], [177].