Khóa Luận Tốt Nghiệp: Nghiên Cứu Thành Phần Hóa Học Cặn Hexan Của Sao Biển Đỏ Anthenea Aspera

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu thành phần hóa học cặn hexan từ loài sao biển đỏ Anthenea aspera, phân tích chi tiết các hợp chất hữu cơ có giá trị.

• Tác giả: Nguyễn Thị Ánh
• Người hướng dẫn: GV Nguyễn Anh Hưng
• Trường học: Đại học Sư phạm Hà Nội 2
• Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ
• Đề tài: Nghiên cứu thành phần hóa học cặn hexan của loài sao biển đỏ Anthenea aspera
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC VÀ PHÂN BỐ CỦA SAO BIỂN ANTHENEA ASPERA
• 1.1. Thành phần hóa học các loài thuộc lớp sao biển Asteroidea
• 1.2. Các hợp chất steroid
• 1.3. Nhóm hợp chất ceramide và cerebroside
• 1.4. Lipid, axit béo và axit amin
• 1.5. Một số hợp chất khác
• 1.6. Các phương pháp chiết mẫu. Chọn dung môi chiết. Quá trình chiết
• 1.7. Các phương pháp sắc kí trong phân lập các hợp chất hữu cơ
• 1.7.1. Đặc điểm chung của phương pháp sắc kí
• 1.7.2. Cơ sở của phương pháp sắc kí
• 1.7.3. Phân loại các phương pháp sắc kí
• 1.8. Một số phương pháp hoá lý xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ
• 1.8.1. Phổ khối lượng (Mass spectroscopy, MS)
• 1.8.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR)
• 1.9. Phương pháp phân lập các hợp chất
• 1.9.1. Sắc kí lớp mỏng (TLC)
• 1.9.2. Sắc kí lớp mỏng điều chế
• 1.9.3. Quy trình phân lập các hợp chất
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Xác định cấu trúc của hợp chất SD5
• 2.2. Xác định cấu trúc của hợp chất SD6
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích thành phần hóa học của cặn hexan từ loài sao biển đỏ Anthenea aspera. Đây là một phần của khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Hóa học hữu cơ. Mục tiêu chính là xác định các hợp chất hữu cơ có trong cặn hexan, từ đó đánh giá tiềm năng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực như hóa học sinh vật và hóa học môi trường. Nghiên cứu này cũng góp phần vào việc hiểu biết sâu hơn về sinh học biển và đặc điểm hóa học của các loài sinh vật biển.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng lớn về đa dạng sinh học biển, với hơn 3.260 km bờ biển. Sao biển Anthenea aspera là một trong những loài có thành phần hóa học đa dạng và chứa nhiều hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, các nghiên cứu về loài này còn hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu cặn hexan từ loài này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mở ra hướng ứng dụng trong y học và công nghiệp.

II. Đặc điểm sinh học của Anthenea aspera

Anthenea aspera thuộc họ Oreasteridae, lớp Asteroidea, ngành Echinodermata. Loài này phân bố chủ yếu ở vùng biển nhiệt đới, đặc biệt là khu vực Ấn Độ - Thái Bình Dương. Sao biển đỏ có cấu trúc cơ thể đối xứng tỏa tròn, với đường kính trung bình từ 15-20 cm. Chúng là loài ăn thịt, thức ăn chủ yếu là cá, trai, ốc và các loài thân mềm khác. Đặc điểm sinh học này khiến chúng trở thành đối tượng nghiên cứu quan trọng trong sinh học biển.

2.1. Phân bố và môi trường sống

Anthenea aspera phân bố từ Namibia đến Durban, Nam Phi, ở độ sâu từ bán thủy triều đến 82m. Chúng thích nghi với môi trường biển nhiệt đới, nơi có điều kiện sinh thái phù hợp cho sự phát triển. Môi trường biển này cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thành phần hóa học của loài này.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích hóa học hiện đại như sắc ký lớp mỏng (TLC), sắc ký cột (CC), và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) để phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ trong cặn hexan. Quá trình chiết xuất được thực hiện với dung môi hexan, sau đó các hợp chất được tinh chế và phân tích. Các kết quả thu được sẽ được so sánh với các nghiên cứu trước đây về hóa học biển.

3.1. Quy trình chiết xuất

Quy trình chiết xuất bắt đầu bằng việc thu thập mẫu sao biển đỏ, sau đó sử dụng dung môi hexan để chiết xuất các hợp chất hữu cơ. Cặn hexan được tách ra và tiếp tục phân tích bằng các phương pháp sắc ký và phổ học. Quá trình này đảm bảo độ chính xác cao trong việc xác định thành phần hóa học của mẫu.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy cặn hexan từ Anthenea aspera chứa nhiều hợp chất steroid và cerebroside, những hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Các hợp chất này có tiềm năng ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển các loại thuốc kháng viêm, kháng khuẩn và chống ung thư. Nghiên cứu cũng chỉ ra sự tương đồng về thành phần hóa học giữa Anthenea aspera và các loài sao biển khác trong lớp Asteroidea.

4.1. Ứng dụng thực tiễn

Các hợp chất hữu cơ được phân lập từ cặn hexan có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghiệp. Ví dụ, các steroid và cerebroside có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc mới, trong khi các axit béo và lipid có thể được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu đã thành công trong việc xác định thành phần hóa học của cặn hexan từ sao biển đỏ Anthenea aspera. Các kết quả thu được không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mở ra nhiều hướng ứng dụng thực tiễn. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các hợp chất hữu cơ này để khai thác tối đa tiềm năng của chúng trong các lĩnh vực y học và công nghiệp.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiến hành thêm các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các hợp chất hữu cơ được phân lập, cũng như đánh giá tác động của chúng lên môi trường biển. Đồng thời, cần mở rộng nghiên cứu sang các loài sao biển khác để so sánh và tìm ra các hợp chất mới có tiềm năng ứng dụng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Đặc điểm sinh học và phân bố của sao biển Anthenea aspera Sao biển Anthenea aspera thuộc chiAnthenea, họ Oreasteridae, lớp Asteroidea, ngành Echinodermata (động vật da gai). Hiện nay, chi Anthenea có khoảng 31 loài. Chúng phân bố ở tất cả đại dương trên thế giới, đặc biệt phải kể đến các vùng biển Australia, Đông Thái Bình Dương, Bắc Mỹ và vùng biển nhiệt đới Ấn Độ - Thái Bình Dương [1]. Danh sách một số loài Sao biển chi Anthenea: 1.

Anthenea aspera Döderlein, 1915 3. Anthenea australiae Döderlein, 1915 4. Anthenea conjugens Döderlein, 1935 5. Anthenea crudelis Döderlein, 1915 7.

Anthenea diazi Domantay, 1969 8.Anthenea godeffroyi Döderlein, 1915 12.Anthenea grayi Perrier, 1875 13.Anthenea mertoni Koehler, 1910 14.Anthenea regalis Koehler, 1910 Nguyễn Thị Ánh 4 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 19. Anthenea rudis Koehler, 1910 20. Anthenea sibogae Döderlein, 1915 21. Anthenea viguieri Döderlein, 1915 23.

Anthenea difficilis Liao Liao & Clark, 1995 24. Anthenea acuta Perrier, 1869 25. Anthenea chinensis Gray, 1840 26. Anthenea globigera Döderlein, 1915 27.

Anthenea granulifera Gray, 1847 28. Anthenea nuda Döderlein, 1915 29. Anthenea obtusangula Döderlein, 1915 30. Anthenea pentagonula Studer, 1884 31.

Anthenea spinulosa Gray, 1847 Loài sao biển Anthenea aspera phân bố từ Namibia đến Durban trên bờ biển Nam Phi, bán thủy triều đến 82m. Sao biển Anthenea aspera có cấu tạo điển hình của động vật da gai- hình sao, có đối xứng tỏa tròn bậc 5, gồm có một đĩa trung tâm và 5 hay nhiều cánh xếp xung quanh.Đường kính của một con sao biển Anthenea aspera trường thành khoảng 15-20 cm. Mặt lưng của chúng hơi lồi lên, màu sắc của chúng thay đổi từ cam đến đỏ, bụng phẳng, có miệng. Lỗ miệng có màu sặc sỡ.

Bên trong quanh miệng là vòng ống nước, từ đó phát ra năm ống nước nhánh hình nan quạt tỏa ra năm cánh, mỗi ống nước nhánh có hai dãy chân ống. Sao biển di chuyển được là nhờ hệ thống ống dẫn nước chứa đầy dịch lỏng. Nước qua lỗ tấm sàng tập trung vào ống đá có thành là đá vôi và đổ vào ống dẫn nước quanh miệng. Sau đó nước từ ống dẫn nước quanh miệng tỏa ra 5 ống dẫn nước phóng xạ trong 5 cánh.

Từ ống dẫn nước phóng xạ này, nước Nguyễn Thị Ánh 5 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp lại vào các ampun và chân ống, sau đó xuyên qua tấm chân ống để ra ngoài. Trong khi di chuyển thì sao biển sẽ dồn nước từ ống dẫn nước vào chân ống làm chân ống kéo dài ra, bám vào giá thể rồi co lại để kéo cơ thể nhờ dồn nước vào ampun. Tiếp tục chân ống rời giá thể để thực hiện một bước mới. Sao biển di chuyển rất chậm, một phút chỉ đạt được khoảng 5-8 cm.

Lỗ miệng của sao biển nằm giữa mặt miệng, có môi bé và mềm. Không có cơ quan chuyên hóa để bắt mồi hay nghiền mồi. Sao biển đỏ là nhóm ăn thịt, thức ăn của chúng là cá, trai, ốc hoặc san hô, các loài cá nhỏ, mực, tôm và các loài thân mềm khác. Nếu con mồi lớn, chúng sẽ lộn dạ dày ra ngoài và tiêu hóa ngoài cơ thể.

Khi thiếu thức ăn chúng ăn thịt cả đồng loại. Cơ quan hô hấp là mang da, là các phần lồi của da có chứa một phần thể xoang bên trong, thường nằm trên cực đối miệng hay ở 2 bên rãnh chân ống. Ngoài ra thành chân ống cũng là nơi trao đổi khí. Một số loài phát triển rất nhanh là nguyên nhân gây mất cân bằng sinh thái [2].

Thành phần hóa học các loài thuộc lớp sao biển Asteroidea Theo thống kê của tác giả Guang Dong và cộng sự trong giai đoạn từ năm 1997- 2007 đã có khoảng 98 loài sao biển trên toàn thế giới được nghiên cứu về thành phần hóa học. Những nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất thứ cấp có mặt trong sao biển bao gồm: các steroid, steroid glycoside (glycoside của polyhydroxysteroid, asterosaponin và cyclic steroid glycoside), các hợp chất thuộc nhóm glycosphingolipid (cerebroside và ganglioside). Ngoài ra còn một số các hợp chất khác như: anthraquinon, alkaloid, phospholipid, peptid và acid béo. Các thành phần hóa học này thể hiện rất nhiều các hoạt tính quý báu như: hoạt tính gây độc tế bào, hoạt tính làm tan máu, chống virut, kháng nấm, kháng vi sinh vật, kháng viêm… Nguyễn Thị Ánh 6 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.

Các hợp chất steroid Steroid là các chất chuyển hóa quan trọng bao gồm các polyhydroxy steroid và sulfonylate polyhydroxy steroid. Ngoại trừ bọt biển (hải miên) thì sao biển là một nguồn cung cấp các steroid có nguồn gốc thiên nhiên hết sức dồi dào. Các hợp chất steroid phân lập từ sao biển thường là các hỗn hợp rất phức tạp tuy nhiên có thể nhận thấy cấu trúc khung chính của các steroid này là: 3β,6α(β),8,15α(β),16β- pentahydroxycholestane, hoặc đôi khi bắt gặp các hợp chất có thêm nhóm OH ở vị trí 4β,5α,7α(β), hoặc ở vị trí 14α. Ở phần mạch nhánh thường có dạng (25S)-26- hydroxy, đôi khi cũng bắt gặp các hợp chất mà vị trí C-26 có đính nhóm chức cacboxylic.

Có 4 loại hợp chất sterol chính thường gặp trong các loài sao biển là 3α- sterol, 3β-O-Sulfonylated sterol, 3β-OH,6α-OH-sterol và 3β- OH,6β-OH-sterol. Năm 1993, từ loài sao biển Styracaster caroli thu thập ở độ sâu 2000m tại Thio và Lifou (New Caledonia), Riccardis và cộng sự đã phân lập được 3 polyhydroxysteroid là carolisterol A-C (1-3) [3]. Các hợp chất này được nhận biết là các polyhydroxycholanic acid trong đó nhóm chức 24-COOH được thay thế bởi một dẫn xuất amid của D-cysteinolic acid. Tiếp tục nghiên cứu trên loài sao biển này, đến năm 1994, nhóm nghiên cứu lại phân lập thêm 10 steroid trong đó có 8 hợp chất mới (4-11) [4] và năm 1996 phân lập được thêm 2 hợp chất nữa là 24- ethyl-5α-cholest-22- en-3β,5,6β,8,15α,25,26-heptol 26-sulfate (12) và 24-ethyl-5α- cholestane- 3β,5,6β,15α,25,26-heptol 26-sulfate (13)[5].

Nguyễn Thị Ánh 7 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Từ loài Archaster typicus năm 1986, nhóm nghiên cứu của Riccio và cộng sự đã phân lập được 9 hợp chất (14-22), đây là các hợp chất với rất nhiều nhóm thế hydroxy trong phân tử (7 nhóm), 4 trong số 9 hợp chất này có khung 27-nor- cholestane. Đây là dạng khung rất hiếm gặp trong động vật và nó mới chỉ được tìm thấy với một lượng rất nhỏ từ loài hải miên Axinella cannabina [6, 7]. Tiếp tục nghiên cứu trên loài sao biển Archaster typicus được thu thập tại Quảng Ninh, Việt Nam, năm 2010 nhóm nghiên cứu của Ivanchina và cộng sự đã phân lập được 10 polyhydrosteroid trong đó có 4 hợp chất mới (23-26) [8]. Đến năm 2011 cũng từ loài sao biển này, nhóm nghiên cứu của Yang và cộng sự lại tiếp tục phân lập được 5 hợp chất mới (27-31) và 14 hợp chất đã biết.

Trong số các hợp chất mới này có 3 hợp chất có khung 27-nor- cholestane [9]. Như vậy các hợp chất khung 27-nor-cholestane có thể là đặc trưng cho loài sao biểnnày. Nguyễn Thị Ánh 8 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Năm 1988, từ loài sao biển Asterina pectinifera được phân bố khá phổ biển ở các vùng biển Bắc Thái Bình Dương, Higuchi và cộng sự đã phân lập được 8 hợp chất steroid, trong đó có một hợp chất mới là 5α- cholestane- 3β,4β,6α,7α,8β,15β,16β,26-octol (32) [10]. Đến năm 1991, nhóm nghiên cứu của Honda và cộng sự đã phân lập được hợp chất (20S,24S,25R)-3β,6α,20-trihydroxy-24-methyl-26-homo-5α-cholest- 9(11)-en-23-one (33).

Cấu hình tuyệt đối của hợp chất này được xác định bằng phương pháp X-ray và phương pháp tổng hợp [11]. Tiếp tục các nghiên cứu hóa học trên loài sao biển này, năm 2005 Zhang và cộng sự đã Nguyễn Thị Ánh 9 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp phân lập được một isopropylidenedioxy steroid (34) với cấu trúc khá đặc biệt [12]. Năm 2010, cũng từ loài A. pectinifera, Peng và cộng sự đã phân lập được 6 polyhydroxysteroid trong đó có 1 hợp chất mới là (25S)-5α- cholestane-3β,6α,7α,8,15α,16β-hexahydroxyl-26-O-14'Z-eicosenoate (35).

Hợp chất này tương tự như hợp chất (25S)-5α-cholestane- 3β,6α,7α,8,15α,16β,26-hexahydroxyl steroid đã được phân lập lần đầu tiên từ sao biển Protoreaster nodosu năm 1982 [13] chỉ khác ở chỗ hợp chất (35) có đính thêm mạch nhánh 20 cacbon enoyl - COCH2(CH2)11CH=CHCH2(CH2)3CH3. Ngoài ra các hợp chất đã biết được xác định là (25S)-5α-cholestane-3β,6α,7α,8,15α,16β,26-heptol, (25S)-5α-cholestane-3β,4β,6α,7α,8,15α,16β,26-octol,(25S)-5α-cholestane- 3β,4β,6α,7α,8,15β,16β,26- octol, cholest-7-en-3-sodium sulfate, (24S)-5α- cholestane-3β,6α,8,15α,24-pentol. Năm 1993, từ loài sao biển Tremaster novaecaledoniea thuộc New Caledonia, Riccardis và cộng sự đã phân lập được 10 polyhydroxysterol (36-44). Trong đó hợp chất 3α,15α,16β,26-tetrahydroxy-5β-cholestane (36) có dạng cis-A/B đây là dạng khung thường được tìm thấy trong các loài thuộc lớp Ophiuroidea nhưng rất hiếm khi gặp trong lớp sao biển [15, Nguyễn Thị Ánh 10 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 16].

Hợp chất Tremastrol D (37) có chứa nhóm phospho và các hợp chất 38-44 có chứa nhóm sulfate trong phân tử [17]. Trong năm 2003, Wang và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trên loài sao biển Certonardoa semiregularis, các tác giả này đã phân lập được 15 polyhydroxysterol trong đó có 13 hợp chất mới là Certonardosterol A-M (45-57) [18]. Nguyễn Thị Ánh 11 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Năm 2004 cũng từ loài sao biển này nhóm nghiên cứu của Wang và cộng sự tiếp tục phân lập được 23 polyhydroxysterol là Certonardosterol D2, D3, N1, O1, P1, E2, E3, D4, C2, B2, A2, Q1- Q7, B3, A3, A4, B4, D5 (58-80) trong đó các hợp chất 69-75 làcác hợp chất 15-keto steroid rất hiếm gặp ở các loài sao biển [19, 20]. Năm 2005, từ loài sao biển Hippasteria phrygiana, Levina và cộng sự đã phân lập được hai steroid (81, 82) trong đó hợp chất phrygiasterol (82) là một steroid có chứa vòng cyclopropane lần đầu tiên được phân lập từ ngành Da gai mặc dù một số dẫn xuất sterol chứa vòng cyclopropane cũng đã được tìm thấy trong một số loài hải miên, san hô mềm và san hồ sừng.

Nguyễn Thị Ánh 12 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Năm 2005, nhóm nghiên cứu Phạm Quốc Long và cộng sự đã bước đầu nghiên cứu về thành phần hóa học loài sao biển Anthenea pentagonula, thuộc họ Oreasteridae trong bộ Valvatida, phân lập được hai hợp chất steroid là 5α- cholestan-3α-ol (83); 5α-cholest-7-en-3β-ol (84) và một cụm phân tử cerebroside [23]. Ở hợp chất 87, phần mạch cacbonhydrat lại có mặt của L-arabinosyl. Đây là trường hợp rất hiếm xảy ra ở các hợp chất asterosaponin. Nguyễn Thị Ánh 13 K39b – Sư phạm Hóa học Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Từ dịch chiết BuOH của loài sao biển này cũng đã phân lập được thêm 3 hợp chất asterosaponin mới khác kí hiệu là 88, 89, 90[25].