Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với hệ thực vật đa dạng, trong đó chi Fissistigma thuộc họ Na (Annonaceae) có khoảng 23 loài, được xem là nguồn dược liệu quý phục vụ sức khỏe con người. Các hợp chất thiên nhiên từ chi này, đặc biệt là polyphenol-glycoside, được quan tâm do tiềm năng ứng dụng trong y dược, thực phẩm chức năng với hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, chống oxy hóa, kháng viêm và chống ung thư. Tuy nhiên, cấu trúc hóa học phức tạp của các hợp chất này đòi hỏi phải sử dụng nhiều phương pháp phân tích phổ hiện đại để xác định chính xác cấu trúc không gian và các nhóm chức liên quan.

Mục tiêu của luận văn là phân tích cấu trúc hóa học của một số hợp chất polyphenol-glycoside phân lập từ cây Fissistigma balansae bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) một chiều và hai chiều, phổ khối lượng (MS) nhằm cung cấp dữ liệu đầu vào cho các nghiên cứu hóa dược tiếp theo. Nghiên cứu được thực hiện trên mẫu lá cây thu thập và xử lý tại Việt Nam trong năm 2023, với trọng tâm là phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất tinh khiết có hàm lượng nhỏ trong cao chiết.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho phát triển thuốc từ nguồn dược liệu bản địa, đồng thời góp phần làm rõ thành phần hóa học và cấu trúc không gian của các hợp chất polyphenol-glycoside, hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp dược liệu bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

  1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Phương pháp này dựa trên hiện tượng cộng hưởng của các hạt nhân có spin lẻ khi đặt trong từ trường ngoài. Độ chuyển dịch hóa học (δ, ppm) và hằng số tương tác spin-spin (J, Hz) cung cấp thông tin về môi trường điện tử và cấu hình không gian của các nguyên tử trong phân tử. Phổ 1D (1H-NMR, 13C-NMR) và phổ 2D (HSQC, HMBC) được sử dụng để xác định cấu trúc khung và liên kết giữa các nguyên tử.

  2. Phổ khối lượng (MS): Phương pháp ion hóa bằng dòng electron (EI) tạo ra ion phân tử và các ion mảnh, giúp xác định phân tử khối và cấu trúc phân tử thông qua các quy luật phân mảnh. MS hỗ trợ xác nhận công thức phân tử và cấu trúc phân tử của hợp chất.

Các khái niệm chính bao gồm: polyphenol-glycoside, độ chuyển dịch hóa học, hằng số tương tác spin-spin, ion phân tử, phân mảnh ion, cấu trúc không gian phân tử.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu lá cây Fissistigma balansae thu thập tại Việt Nam, được nghiền thành bột và chiết xuất bằng methanol qua ba lần ngâm siêu âm, thu được 380 g cao chiết thô. Cao chiết được phân lớp theo độ phân cực tăng dần của dung môi (n-hexane, dichloromethane, ethyl acetate, nước) thành 4 phân đoạn FB1-FB4. Phân đoạn FB4 giàu polyphenol-glycoside được tiếp tục phân lớp bằng sắc ký cột silica gel, sắc ký trao đổi ion và sắc ký lỏng cao áp (HPLC) để thu các hợp chất tinh khiết FTS17B, PT21C, DI10a và CCA32B với hàm lượng từ 0,0018% đến 0,0053% so với cặn chiết nước.

Phân tích cấu trúc được thực hiện tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam bằng máy Bruker AVANCE III 500 MHz, sử dụng phổ 1D (1H-NMR, 13C-NMR) và phổ 2D (HSQC, HMBC) với dung môi CD3OD hoặc CDCl3, chuẩn nội TMS. Thời gian đo phổ 2D là 6-8 giờ mỗi mẫu. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu tinh khiết sau quá trình tách chiết và làm sạch, đảm bảo độ tinh khiết cao để phân tích chính xác cấu trúc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân lập và chuẩn bị mẫu: Từ 4,4 kg bột lá Fissistigma balansae, thu được 380 g cao chiết thô, phân lớp thành 4 phân đoạn theo độ phân cực. Phân đoạn FB4 chứa polyphenol-glycoside được phân lập tiếp thành các hợp chất tinh khiết FTS17B (14,6 mg, 0,0053%), PT21C (8,3 mg, 0,003%), DI10a (5,0 mg, 0,0018%) và CCA32B (14,6 mg, 0,0053%).

  2. Cấu trúc hợp chất FTS17B: Phổ 1H-NMR cho thấy 4 proton nhân thơm, proton methantriyl đặc trưng vòng liên kết oxy với hằng số J=4,5 Hz, proton anome β tại 4,88 ppm (J=7,5 Hz) và các proton glucopyranoside. Phổ 13C-NMR xác định 26 carbon, gồm 12 carbon thơm, 6 carbon glucoside, 4 nhóm OMe và 6 carbon khung furan. Phổ HSQC và HMBC xác nhận liên kết glycoside tại vị trí C-1 của glucose với nhân syringaresinol. Kết luận FTS17B là syringaresinol-4ʹ-O-β-D-glucopyranoside.

  3. Cấu trúc hợp chất PT21C: Phổ 1H-NMR và 13C-NMR xác định đây là flavonol-glycoside với vòng A có proton tại δ 6,20 và 6,40 ppm, vòng C bị thế tại C-3′ và C-4′. Hai phân tử đường glucozơ (β) và rhamnozơ (α) được xác định qua các tín hiệu anome và nhóm metyl đặc trưng. Phổ HMBC cho thấy đường glucozơ nối tại C-3 của flavonoid, đường rhamnozơ nối tại C-2′′ của glucozơ. Hợp chất được xác định là quercetin 3-rutinoside.

  4. Cấu trúc hợp chất DI10a: Phổ 1H-NMR cho thấy đặc trưng của dihydrochalcon-glycoside với các tín hiệu metilen α, β, proton vòng thơm B bị thế para và proton vòng A meta. Các dữ liệu phổ hỗ trợ cấu trúc dihydrochalcon liên kết glycoside.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích cấu trúc các hợp chất polyphenol-glycoside từ Fissistigma balansae cho thấy sự đa dạng về cấu trúc và sự phức tạp không gian, phù hợp với đặc điểm chung của các hợp chất thiên nhiên. Việc sử dụng kết hợp phổ 1D và 2D NMR cùng phổ khối lượng đã giúp xác định chính xác cấu trúc các hợp chất với độ tin cậy cao.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về chi Fissistigma và các hợp chất flavonoid, dihydrochalcon, syringaresinol cho thấy kết quả phù hợp và bổ sung thêm dữ liệu về cấu trúc không gian và liên kết glycoside. Hàm lượng các hợp chất tinh khiết thu được tuy nhỏ (khoảng 0,0018-0,0053%) nhưng đủ để phân tích chi tiết cấu trúc, cho thấy quy trình chiết tách và phân lập hiệu quả.

Dữ liệu phổ có thể được trình bày qua các biểu đồ phổ 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC minh họa các tín hiệu proton và carbon, cũng như các tương tác H-C xa giúp xác định liên kết glycoside và cấu trúc vòng thơm. Bảng dữ liệu cộng hưởng từ hạt nhân hỗ trợ so sánh giá trị δ và hằng số J với tài liệu tham khảo, tăng tính thuyết phục cho kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Mở rộng nghiên cứu phân lập hợp chất: Tăng quy mô chiết tách và tối ưu hóa quy trình phân lớp để thu được lượng hợp chất tinh khiết lớn hơn, nhằm phục vụ các nghiên cứu sinh học và dược lý sâu hơn. Thời gian thực hiện 1-2 năm, chủ thể: các nhóm nghiên cứu hóa dược.

  2. Nghiên cứu hoạt tính sinh học: Thử nghiệm các hợp chất phân lập trên các dòng tế bào ung thư, vi khuẩn và mô hình viêm để đánh giá tiềm năng kháng ung thư, kháng viêm, kháng khuẩn. Mục tiêu tăng cường dữ liệu ứng dụng, thời gian 1 năm, chủ thể: phòng thí nghiệm sinh học phân tử.

  3. Phát triển quy trình tổng hợp bán tổng hợp: Dựa trên cấu trúc đã xác định, phát triển quy trình tổng hợp hoặc bán tổng hợp các hợp chất polyphenol-glycoside để sản xuất quy mô lớn phục vụ nghiên cứu và ứng dụng. Thời gian 2 năm, chủ thể: phòng thí nghiệm hóa hữu cơ.

  4. Xây dựng cơ sở dữ liệu cấu trúc: Tập hợp dữ liệu phổ NMR, MS và cấu trúc các hợp chất polyphenol-glycoside từ chi Fissistigma để làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu trong nước và quốc tế. Thời gian 6 tháng, chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu hóa học thiên nhiên: Luận văn cung cấp phương pháp phân lập và phân tích cấu trúc chi tiết, hỗ trợ nghiên cứu các hợp chất polyphenol-glycoside phức tạp.

  2. Chuyên gia hóa dược và phát triển thuốc: Dữ liệu cấu trúc và quy trình phân lập giúp phát triển thuốc từ nguồn dược liệu bản địa, đặc biệt trong lĩnh vực kháng viêm và chống ung thư.

  3. Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học, Dược học: Tài liệu tham khảo về kỹ thuật phổ hiện đại, quy trình chiết tách và phân tích cấu trúc hợp chất thiên nhiên.

  4. Doanh nghiệp dược liệu và thực phẩm chức năng: Cơ sở khoa học để phát triển sản phẩm mới từ chi Fissistigma, nâng cao giá trị dược liệu Việt Nam trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp phổ NMR giúp gì trong phân tích cấu trúc hợp chất?
    Phổ NMR cung cấp thông tin về môi trường điện tử và cấu hình không gian của các nguyên tử trong phân tử, giúp xác định vị trí các nhóm chức và liên kết trong hợp chất. Ví dụ, phổ 2D HSQC và HMBC cho phép xác định liên kết giữa proton và carbon xa nhau trong phân tử.

  2. Tại sao phải sử dụng nhiều phương pháp sắc ký để phân lập hợp chất?
    Các hợp chất thiên nhiên thường có cấu trúc phức tạp và hàm lượng thấp, nên cần kết hợp sắc ký lớp mỏng, sắc ký cột silica gel, sắc ký trao đổi ion và HPLC để tách và làm sạch hiệu quả, đảm bảo độ tinh khiết cao cho phân tích cấu trúc.

  3. Hàm lượng hợp chất tinh khiết trong cao chiết có ảnh hưởng thế nào đến nghiên cứu?
    Hàm lượng thấp (khoảng 0,0018-0,0053%) đòi hỏi quy trình chiết tách và phân lập phải tối ưu để thu được đủ mẫu tinh khiết phục vụ phân tích phổ và thử nghiệm sinh học.

  4. Các hợp chất polyphenol-glycoside có ứng dụng gì trong y học?
    Chúng có hoạt tính kháng viêm, chống oxy hóa, kháng khuẩn và chống ung thư, được sử dụng trong phát triển thuốc và thực phẩm chức năng nhằm hỗ trợ điều trị và phòng ngừa bệnh.

  5. Làm thế nào để xác định cấu trúc glycoside trong hợp chất?
    Dựa vào tín hiệu proton anome trong phổ 1H-NMR, các tương tác H-C trong phổ HMBC và HSQC, xác định vị trí liên kết giữa đường và khung aglycon, ví dụ như liên kết β-D-glucopyranoside tại vị trí C-1 của syringaresinol.

Kết luận

  • Đã phân lập thành công 4 hợp chất polyphenol-glycoside tinh khiết từ cây Fissistigma balansae với hàm lượng từ 0,0018% đến 0,0053%.
  • Xác định cấu trúc chi tiết của các hợp chất FTS17B (syringaresinol-4ʹ-O-β-D-glucopyranoside), PT21C (quercetin 3-rutinoside), DI10a (dihydrochalcon-glycoside) bằng phổ NMR 1D, 2D và phổ khối lượng.
  • Kết quả cung cấp dữ liệu cấu trúc quan trọng làm cơ sở cho nghiên cứu hoạt tính sinh học và phát triển thuốc từ nguồn dược liệu bản địa.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu phân lập, thử nghiệm sinh học và phát triển quy trình tổng hợp bán tổng hợp các hợp chất này.
  • Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp dược liệu khai thác tiềm năng của chi Fissistigma trong phát triển sản phẩm y dược và thực phẩm chức năng.

Hành động tiếp theo là triển khai nghiên cứu hoạt tính sinh học và tối ưu quy trình phân lập để ứng dụng hiệu quả các hợp chất polyphenol-glycoside trong thực tiễn.