MỞ ĐẦU Việt Nam là nƣớc nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, rất thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và đây đƣợc coi là một kho tàng vô giá về nguồn cây thuốc và dƣợc liệu quý. Trong đó alkaloid là những thành phần hoạt tính chính của nhiều cây thuốc. Alkaloid là amin nguồn gốc tự nhiên do thực vật tạo ra, nhƣng các amin do động vật và nấm tạo ra cũng đƣợc gọi là các alkaloid. Cấu trúc bao gồm carbon, hydro, nitơ, và thƣờng có oxy.
Các alkaloid là bazơ hữu cơ tƣơng tự nhƣ kiềm (bazơ vô cơ); tên có nghĩa là nhƣ kiềm. Alkaloid xuất hiện chủ yếu trong các chi khác nhau của thực vật có hạt, chẳng hạn nhƣ cây thuốc phiện và cây thuốc lá, mã tiền…. Chúng có thể đƣợc tìm thấy trong hầu hết các bộ phận của các loại thực vật này, bao gồm cả lá, rễ, hạt, và vỏ cây. Mỗi một phần của thực vật thƣờng có chứa một số chất hóa học liên quan đến alkaloid.
Chức năng của alkaloids trong chuyển hóa thực vật chƣa đƣợc biết, nhƣng hầu hết các alkaloid có ảnh hƣởng rõ rệt đến hệ thống thần kinh của ngƣời và động vật khác. Trong số hàng trăm alkaloid đƣợc tìm thấy trong tự nhiên, chỉ có khoảng 30 chất đƣợc sử dụng thƣơng mại. Một số alkaloid, chẳng hạn nhƣ nicotin, đƣợc sử dụng trong thuốc trừ sâu, và một số khác đƣợc sử dụng làm thuốc thử hóa học. Tuy nhiên, các alkaloid đƣợc sử dụng chủ yếu trong y học, bởi vì chúng có thể tác động một cách nhanh chóng trên các khu vực cụ thể của hệ thần kinh.
Alkaloid là những thành phần hoạt tính chính của nhiều thuốc gây mê, thuốc an thần, các chất kích thích và thuốc an thần. Chúng đƣợc dùng bằng đƣờng uống và tiêm. Ngoại trừ dƣới sự giám sát của bác sĩ, sử dụng các alkaloid là nguy hiểm, bởi vì hầu hết hình thành thói quen (ví dụ, gần nhƣ tất cả các chất ma tuý là alkaloid) và dùng liều lƣợng lớn có thể là độc hại. Trong dân gian ta thƣờng sử dụng các cây thảo dƣợc nhƣ cà độc dƣợc, mã tiền, củ ấu tàu… dùng để chữa bệnh nhƣng trong các loại cây này có chứa một hàm lƣợng không nhỏ các chất độc nhóm alkaloid.
Hiện nay, một số loại thực phẩm chức Trƣờng Đại học KHTN 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học Đỗ Thị Thu Hằng- K23 Hóa học năng có nguồn gốc thảo dƣợc cũng sử dụng các loại cây này hoặc có thành phần đƣợc chiết xuất từ cây thuốc có các hoạt chất nhƣ các alkaloid, terpenoid, phenolic… đƣợc biết đến nhƣ là các hợp chất thứ cấp. Sử dụng các loại thực phẩm chức năng này có thể là con dao hai lƣỡi, dùng với liều lƣợng vừa phải có tác dụng chữa một số bệnh song dùng không đúng cách hoặc quá liều có thể dẫn đến ngộ độc hoặc các biến chứng. Vì vậy sử dụng những thực phẩm chức năng có chứa các alkaloid độc này phải cẩn trọng và phải đƣợc sự quản lý và cho phép của các cơ quan chức năng. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc xác định đồ ng thời các alkaloid đô ̣c trong thực phẩm chức năng vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu.
Do vậy, để góp phần kiểm soát các nguy cơ tiềm ẩn để đảm bảo an toàn cho ngƣời tiêu dùng và giúp cơ quan chức năng quản lý đƣa ra các khuyến cáo nhằm giảm nguy cơ ngộ độc do sử dụng các thực phẩm chức năng có ngồn gốc thảo dƣợc. Chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Tách và xác định một số độc tố nhóm alkaloids trong thực phẩm chức năng bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ”. Trƣờng Đại học KHTN 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học Đỗ Thị Thu Hằng- K23 Hóa học CHƢƠNG 1. Tổng quan về nhóm alkaloid 1.
Lịch sử phát hiện Năm 1804- 1805, các nhà hóa học Pháp và Đức đã phân lập đƣợc morphin và điều chế đƣợc dạng muối của nó. Đồng thời đã chứng minh đƣợc morphin là hoạt chất chính của cây thuốc phiện có tác dụng sinh lý rõ rệt. Năm 1980, từ vỏ cây canhkina, đã chiết và kết tinh đƣợc một chất đặt tên là “cinchonino” sau đó hai nhà hóa học Pháp đã xác định cinchonino là hỗn hợp của hai alkaloid là quinin và cinchonin. Năm 1918, phát hiện ra alkaloid của hạt mã tiền là strychnin và brucin; phát hiện ra cafein trong chè, cà phê.
Sau đó tiếp tục phát hiện ra nicotin trong thuốc lá, atropin trong cà độc dƣợc, theobromin trong cacao, codein trong thuốc phiện, cocain trong lá coca. Giữa năm 1973, ngƣời ta đã xác định đƣợc 4959 alkaloid khác nhau trong đó có 3293 chất đã xác định đƣợc công thức hóa học. Hiện nay đã phát hiện ra đƣợc rất nhiều alkaloid và cũng đã đƣợc đƣa vào ứng dụng trong y học ngày một tăng [15]. Khái quát về nhóm alkaloid 1.
Khái niệm Alkaloid có nguồn gốc từ chữ: alcali tiếng Ả rập là kiềm. Alkaloid là: - Những hợp chất hữu cơ có chứa dị vòng nitơ, có tính bazơ thƣờng gặp ở trong nhiều loài thực vật và đôi khi còn tìm thấy trong một vài loài động vật. - Có phản ứng kiềm cho các muối với acid và các muối này dễ kết tinh. - Có hoạt tính sinh học rất quan trọng.
- Có một số phản ứng chung là tạo “tủa“ cần thiết cho sự xác định chúng. Chúng là một nhóm hợp chất thiên nhiên quan trọng về nhiều mặt. Đặc biệt trong lĩnh vực y học, chúng cung cấp nhiều loại thuốc có giá trị chữa bệnh cao và độc đáo [15] [16]. Trƣờng Đại học KHTN 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học Đỗ Thị Thu Hằng- K23 Hóa học 1.
Cấu tạo hóa học Về mặt hóa học, sự phong phú và đa dạng của alkaloid đã trở thành một chuyên nghành, chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu và trong tạp chí thông tin về hóa học. Đối với việc nghiên cứu alkaloid còn quan trọng hơn bởi vì chúng có trong hệ thực vật nhiệt đới phong phú là nguồn cung cấp alkaloid chủ yếu. Về mặt cấu trúc hóa học, chúng có ít nhất 1 nguyên tử N trong phân tử, chủ yếu nằm trong vòng. Sự có mặt của nguyên tử của N trong cấu trúc quyết định tính bazơ của alkaloid và là chỗ dựa rất quan trọng cho các nhà hóa học trong nghiên cứu alkaloid [15].
Phân loại Các alkaloid đã biết có đến trên 250 dạng cấu trúc khác nhau với hơn 5.500 hợp chất alkaloid trong tự nhiên. Vì vậy cách phân loại dựa vào cấu trúc nhân cơ bản trƣớc đây (khoảng 20 nhóm cấu trúc) chƣa đáp ứng đƣợc nên ngày càng có xu hƣớng chia chúng thành những nhóm nhỏ: nhóm alkaloid Ecgotamia, Harmin, Yohimbin, Strychnin, Echitamin. Nhóm alkaloid có nhân isoquinolin đƣợc chia thành các nhóm: Benzyliaoquinolin, Apocphin, Protobecberin, Benzophenanthridin…Có ý kiến xếp các hợp chất có N ngoài vòng nhƣ Colchicin, Hordenin, là các protoalkaloid [15] [27]. Sự phân bố Cromwell (1995) ƣớc tính alkaloid phân bố trong khoảng 1 phần 7 loài thực vật có hoa.
Một ƣớc tính khác (Hegnauer, 1963) cho rằng alkaloid có từ 12%-20% trong tổng số cây có nhựa. Còn Willaman và Schubert (1955) thì cho rằng trong hơn 300 họ của nghành hạt kín thì 1/3 họ có chứa alkaloid. Nhiều tổng kết cho thấy đại đa số cây có chứa alkaloid là cây hai lá mầm. Chỉ có một số ít cây chứa alkaloid là cây 1 lá mầm và nghành hạt trần.
Theo thống kê đến nay thì cây thuộc thảo và cây bụi có nhiều alkaloid hơn cây gỗ, và trọng lƣợng phân tử của alkaloid trong cây gỗ thƣờng bé hơn trọng lƣợng phân tử cây thuộc thảo. Cây một năm có nhiều alkaloid hơn cây lƣu niên (Levin, 1976). Alkaloid không có trong loài sống ở nƣớc ngoại trừ Trƣờng Đại học KHTN 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học Đỗ Thị Thu Hằng- K23 Hóa học họ sen (Nympheaceae) (Mc. Thực ra rất nhiều loài có alkaloid nhƣng chỉ ở mức độ dạng vết hoặc ở tỷ lệ phần vạn, mƣời vạn.
Để giới hạn với ý nghĩa thực tiễn, một cây đƣợc xem là có alkaloid phải chứa ít nhất là 0.05% alkaloid so với dƣợc liệu khô. Mối liên quan giữa alkaloid với các chất khác trong 1 cây cũng đã đƣợc nghiên cứu. Cây có chứa alkaloid đều vắng mặt tinh dầu và ngƣợc lại (Trelibs,1955) [27]. Tính chất Alkaloid là các bazơ yếu, do sự có mặt của nguyên tử N.
Nhƣng độ kiềm của alkaloid không giống nhau do ảnh hƣởng khác nhau của lớp điện tích nguyên tử N gây ra và ảnh hƣởng của các nhóm chức khác. Nói chung tính bazơ giảm dần theo thứ tự amoni bậc 4, amoni bậc 1, amoni bậc 2, amoni bậc 3. Hầu hết các alkaloid bazơ thực tế không tan trong nƣớc nhƣng tan trong các dung môi hữu cơ nhƣ CHCl3, eter và các ancol bậc thấp (methanol, ethanol, butanol). Một số nhóm alkaloid có thêm các nhóm phân cực nên tan đƣợc một phần trong nƣớc hoặc trong kiềm.
Ví dụ: Morphine, Cephalin, do có nhóm OH phenol nên tan trong dung dịch kiềm và các bazơ của chúng thì gần nhƣ là không tan trong eter. Ngƣợc lại với bazơ, các muối alkaloid nói chung tan đƣợc trong nƣớc và cồn nhƣng hầu nhƣ không tan trong dung môi hữu cơ nhƣ: CHCl3, eter, benzene. Có một số trƣờng hợp ngoại lệ nhƣ Ephedrin, Cochicin, Ecgovonin, các bazơ của chúng tan đƣợc trong nƣớc nhƣng cũng khá tan trong dung môi hữu cơ và các muối của chúng thì ngƣợc lại. Alkaloid có N – Bậc 4 và N – oxide bazơ của alkaloid có N – Bậc 4 và N – oxide khác tan trong nƣớc và trong kiềm ít tan trong dung môi hữu cơ.
Các muối của chúng có độ hòa tan khác nhau tùy thuộc vào gốc acid tạo ra chúng. Vì vậy có thể chiết chúng bằng dung dịch kiềm và kết tủa dƣới dạng muối có độ hòa tan thấp nhất. Đối với các alkaloid N – oxide thì dùng phản ứng khử. Oxy bằng bột kẽm trong môi trƣờng HCl để chúng chuyển thành alkaloid dạng thƣờng sau đó kết tủa bằng kiềm và chiết bằng dung môi hữu cơ [14].
Trƣờng Đại học KHTN 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ khoa học Đỗ Thị Thu Hằng- K23 Hóa học 1. Cấu tạo của một số alkaloid độc Bảng 1. Cấu trúc hoá học của một số alkaloid độc đƣợc xác định trong đề tài. Khối STT Công thức lƣợng Alkaloid pKa Công thức cấu tạo phân tử phân tử (g/mol) Brucin 1 10,11- C23H26N2O4 394,46 8,28 Dimethoxystrychnine Strychnin (4aR,5aS,8aR,13aS,15aS, 15bR)- 4a,5,5a,7,8,13a,15,15a,15 2 b,16-decahydro-2H-4,6- C21H22N2O2 334,41 8,26 methanoindolo[3,2,1- ij]oxepino[2,3,4- de]pyrrolo[2,3- h]quinoline-14-one Aconitin 3 C34H47NO11 645,74 5,88 Acetylbenzoylaconine Atropin (RS)-(8-Methyl-8- 4 azabicyclo[3.1]oct-3-yl) C17H23NO3 289,37 4,35 3-hydroxy-2- phenylpropanoate Trƣờng Đại học KHTN 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.