Tài liệu Nghiên cứu phân tích thành phần cấu trúc một số hợp chất phân lập từ cây hoàng tinh hoa trắng (disporopsis longifolia craib) bằng các phương pháp hóa lí hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC DƯƠNG THỊ HOẠT NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CẤU TRÚC MỘT SỐ HỢP CHẤT PHÂN LẬP TỪ CÂY HOÀNG TINH HOA TRẮNG (DISPOROPSIS LONGIFOLIA CRAIB) BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÍ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Thái Nguyên-2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC DƯƠNG THỊ HOẠT NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CẤU TRÚC MỘT SỐ HỢP CHẤT PHÂN LẬP TỪ CÂY HOÀNG TINH HOA TRẮNG (DISPOROPSIS LONGIFOLIA CRAIB) BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÍ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. KHIẾU THỊ TÂM Thái Nguyên-2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CẢM ƠN Đề tài này được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa học, khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô giáo hướng dẫn đề tài khoa học TS. Khiếu Thị Tâm - Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi tốt nhất, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình. Tôi cũng xin gửi lòng biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô giáo, người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo trường Đại học khoa học Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa Hóa học và các cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp đỡ tôi thực hiện đề tài khoa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới toàn thể gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN .................................................................................. 3 1.1. Một số phương pháp hóa lý dùng để phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ ....................................................................................................................... 3 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR ......................................................... 3 1.1.2. Phổ khối lượng MS (Mass spectrometry) ........................................... 5 1.1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR (Nuclear Magnetic Resonance) .. 7 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của chi Disporopsis ................................................................... 10 1.2.1. Giới thiệu về chi Disporopsis ............................................................ 10 1.2.2. Đặc điểm thực vật chi Disporopsis.................................................... 10 1.2.3. Ứng dụng của chi Disporopsis trong y học cổ truyền ....................... 11 1.2.4. Các nghiên cứu về thành phần hóa học của chi Disporopsis ............ 11 1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về cây Hoàng tinh hoa trắng (Disporopsis longifolia Craib) ............................................................... 16 1.3.1. Đặc điểm thực vật .............................................................................. 16 1.3.2. Ứng dụng của cây Hoàng tinh hoa trắng trong y học cổ truyền .................17 1.3.3. Thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của cây Hoàng tinh hoa trắng .18 1.4. Hợp chất terpenoid ................................................................................... 18 1.4.1 Khái niệm terpenoid ........................................................................... 18 1.4.2. Phân loại terpenoid ............................................................................ 18 1.4.3. Hoạt tính sinh học của terpenoid ....................................................... 19 Chương 2 THỰC NGHIỆM ............................................................................ 20 2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................... 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 20 2.2.1. Phương pháp xử lý và chiết mẫu ....................................................... 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii 2.2.2. Phương pháp khảo sát, phân tách và tinh chế các hợp chất từ mẫu thực vật ........................................................................................................ 21 2.2.3. Phương pháp phân tích cấu trúc ........................................................ 22 2.3. Hóa chất và thiết bị .................................................................................. 23 2.4. Quy trình phân lập các hợp chất tự nhiên từ cây Hoàng tinh hoa trắng ...... 23 2.5. Dữ liệu phổ của các hợp chất phân lập được ........................................... 25 2.5.1. Hợp chất DL1: β-sitosterol ................................................................ 25 2.5.2. Hợp chất DL2: oleanolic acid............................................................ 25 2.5.3. Hợp chất DL3: -amyrin acetate ....................................................... 26 2.5.4. Hợp chất DL4: neoilexonol acetate ................................................... 26 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 27 3.1. Khảo sát cặn chiết ethylacetate bằng SKLM ........................................... 27 3.2. Các hợp chất phân lập từ cao chiết ethylacetate ...................................... 28 3.2.1. Hợp chất β-sitosterol (DL1) .............................................................. 28 3.2.2. Hợp chất oleanolic acid (DL2) .......................................................... 30 3.2.3. Hợp chất -amyrin acetate (DL3) ..................................................... 33 3.2.4. Hợp chất neoilexonol acetate (DL4) ................................................. 36 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 43 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 Proton Nuclear Magnetic resonance Spectroscopy Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H CC Column Chromatography Sắc ký cột thường COSY Correlation Spectroscopy Phổ tương tác hai chiều 1 H -1 H DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer Phổ DEPT ESI-MS Electron Spray Ionization Mass Spectrometry Phổ khối ion hóa phun mù điện tử HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết HR-ESIMS High Resolution - Electron Spray Ionization - Mass Spectrometry Phổ khối phân giải cao ion hóa phun mù điện tử HSQC Heteronuclear Single Quantum Coherence Phổ tương tác dị hạt nhân qua một liên kết IC50 Inhibitory Concentration 50% Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử IR Infrared Spectroscopy Phổ hồng ngoại NOESY Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy Phổ NOESY TLC Thin Layer Chromatography Sắc ký bản mỏng 13 1 C-NMR H-NMR s: d: t: m: brs: d: td: dt: singlet doublet triplet multiplet broad singlet doublet of doublets triplet of doublets doublet of triplets EtOH: ethanol MeOH: Methanol CH2Cl2: dichloromethane CHCl3: Chloroform Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v EtOAc: acetate ethyl DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Phổ hấp thụ hồng ngoại của ethyl acetate ......................................... 4 Hình 1.2. Phổ ESI-MS của bovine ubiquitin từ Protea Biosciences ................ 6 Hình 1.3. Hình ảnh loài D. pernyi ................................................................... 11 Hình 1.4. Hình ảnh loài D. aspersa................................................................. 11 Hình 1.5. Cấu trúc của các hợp chất flavonoid phân lập từ chi Disporopsis . 13 Hình 1.6. Cấu trúc của các hợp chất steroid phân lập từ chi Disporopsis ...... 14 Hình 1.7. Cấu trúc của các hợp chất alkaloid phân lập từ chi Disporopsis .... 15 Hình 1.8. Cấu trúc một số hợp chất khác từ chi Disporopsis ......................... 16 Hình 1.9. Cây Hoàng tinh hoa trắng ............................................................... 17 Hình 1.10. Cấu trúc của một số terpenoid....................................................... 19 Hình 2.1. Hình ảnh cây Hoàng tinh hoa trắng thu hái tại Sơn La................... 20 Hình 2.2. Quy trình ngâm chiết mẫu cây Hoàng tinh hoa trắng ..................... 21 Hình 2.3. Sơ đồ phân lập các hợp chất từ cao chiết ethylacetate .................... 24 Hình 3.1. Cấu trúc của β-sitosterol ................................................................. 28 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của DL1 .................................................................... 29 Hình 3.3. Phổ 13C-NMR (125 MHz, CDCl3) của DL1 ................................... 29 Hình 3.4. Cấu trúc của oleanolic acid ............................................................. 30 Hình 3.5. Phổ ESI-MS của DL2 ..................................................................... 31 Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của DL2 (500MHz, CDCl3) ..................................... 31 Hình 3.7. Phổ 13C-NMR của DL2 (125 MHz, CDCl3) ................................... 32 Hình 3.8. Cấu trúc của -amyrin acetate ........................................................ 33 Hình 3.9. Phổ 1H-NMR của DL3 (500MHz, CDCl3) ..................................... 33 Hình 3.10. Phổ 13C-NMR của DL3 (125 MHz, CDCl3) ................................. 34 Hình 3.11. Cấu trúc của neoilexonol acetate .................................................. 36 Hình 3.12. Phổ IR của DL4 ............................................................................ 36 Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của DL4 (500MHz, CDCl3) ................................... 37 Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của DL4 (125 MHz, CDCl3) ................................. 38 Hình 3.15. Phổ HSQC giãn của DL4 .............................................................. 39 Hình 3.16. Phổ HMBC giãn của DL4............................................................. 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi Hình 3.17. Các tương tác chính trên phổ HMBC của DL4 ............................ 40 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các loài thuộc chi Disporopsis .......................................................................10 Bảng 1.2. Phân loại terpenoid...........................................................................................18 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát sắc ký lớp mỏng cặn ethyacetate.......................................27 Bảng 3.2. Phổ 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) và 13C NMR (CDCl3, 125 MHz) (ppm) hợp chất DL3 và -amyrin acetate...................................................................................35 Bảng 3.3. Phổ 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) và 13C NMR (CDCl3, 125 MHz) (ppm) hợp chất DL4 và neoilexonol acetate ..............................................................................41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1. Các phổ của β-sitosterol (DL1)......................................................... I Phụ lục 2. Các phổ của oleanolic acid (DL2) ................................................. IV Phụ lục 3. Các phổ của -amyrin acetate (DL3) ......................................... VIII Phụ lục 4. Các phổ của neoilexonol acetate (DL4) ........................................ XI Phụ lục 5. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật của các cao chiết .......... XIX Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU Nghiên cứu thành phần hoá học và cấu trúc hợp chất hữu cơ là một phần rất quan trọng trong nghiên cứu phân tích hữu cơ vì chỉ khi biết được thành phần và cấu trúc chúng ta mới có thể định tính, định lượng, khảo sát hoạt tính sinh học và tổng hợp được các hợp chất có hoạt tính sinh học quý cho y dược. Để phân lập các hợp chất hữu cơ người ta có thể sử dụng các phương pháp như sắc kí lớp mỏng, sắc kí cột, sắc kí gel, sắc kí khí, sắc kí lỏng hiệu năng cao. Để xác định được cấu trúc các hợp chất phân lập này người ta có thể dùng các phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại khả kiến, phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều. Mỗi phương pháp cho phép ta xác định một số thông tin khác nhau của cấu trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc của hợp chất hữu cơ. Cho đến nay chi Disporopsis, chỉ có 2 loài Disporopsis aspera và Disporopsis pernyi được nghiên cứu về thành phần hóa học. Những kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy chúng chứa nhiều lớp chất phong phú gồm có flavonoid, alkaloid, steroid và nhiều hợp chất trong đó thể hiện hoạt tính sinh học lý thú. Điều này chứng tỏ chi Disporopsis là nguồn tài nguyên triển vọng cho công cuộc tìm kiếm các hợp chất có cấu trúc mới và có hoạt tính sinh học quý phục vụ cho quá trình tìm kiếm các hợp chất làm thuốc mới. Cây Hoàng tinh hoa trắng (Disporopsis longifolia Craib) là một cây thuốc thuộc chi Disporopsis. Theo y học dân gian, Hoàng tinh hoa trắng có tác dụng chữa tỷ vị hư nhược, suy kiệt, mệt mỏi, miệng khô biếng ăn, tinh huyết bất túc, nội nhiệt, tiêu khát, chữa lao phổi, ho ra máu, hạ lipid máu và làm giảm xơ cứng mạch vành. Tuy nhiên, đến nay chưa có công bố nào về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của loài này. Cấu trúc của các hợp chất phân lập từ thực vật được xác định bằng các phương pháp hóa lí hiện đại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2 Do đó đề tài “Nghiên cứu phân tích thành phần cấu trúc của một số hợp chất phân lập từ cây Hoàng tinh hoa trắng (Disporopsis longifolia Craib) bằng các phương pháp hóa lí hiện đại” là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm làm sáng tỏ các cơ sở khoa học của cây thuốc, phát huy giá trị kinh tế và bảo tồn nguồn gen cây thuốc quý hiếm góp phát triển ngành công nghiệp dược liệu và nền y học cổ truyền Việt Nam. Nội dung chính của đề tài: + Nghiên cứu quy trình tách cặn chiết cây hoàng tinh hoa trắng bằng các loại dung môi phân cực đến không phân cực. + Nghiên cứu thành phần hóa học của cây hoàng tinh hoa trắng bằng sắc ký lớp mỏng, sắc kí cột. + Nghiên cứu xác định cấu trúc của các hợp chất phân lập được từ loài này bằng các phương pháp hóa lí hiện đại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Một số phương pháp hóa lý dùng để phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại IR Phương pháp phổ hồng ngoại dùng để xác định nhóm chức và một số liên kết đặc trưng có mặt trong phân tử [1-4]. Nguyên tắc chung của phương pháp phổ hồng ngoại là khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động cao hơn [4-6]. Kỹ thuật này thường được sử dụng để phân tích các mẫu có liên kết cộng hóa trị. Phổ đơn giản thu được từ các mẫu có ít liên kết hoạt động và độ tinh khiết cao. Cấu trúc phân tử phức tạp hơn dẫn đến các dải hấp thụ nhiều hơn và phổ phức tạp hơn [7, 8]. Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài có thể dẫn đến quá trình quay, dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó. Tùy theo năng lượng kích thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra quá trình quay, dao động hay cả quay và dao động đồng thời. Để kích thích các quá trình trên có thể sử dụng tia sáng vùng hồng ngoại (phổ hồng ngoại) hoặc tia khuếch tán Raman (phổ Raman) [6, 7]. Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến. Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5.10-4 và 16.10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là chúng tỷ lệ thuận với năng lượng [3, 7]. Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 4 động cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và biến dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết, dao động biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết [3, 4]. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ bức xạ hồng ngoại của một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại [8]. Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng thông thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng. Chất rắn thường được nghiền nhỏ với KBr rồi ép thành viên mỏng. Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng hoặc pha trong dung môi như tetrachloromethane, chloroform [7]. Hình 1.1. Phổ hấp thụ hồng ngoại của ethyl acetate Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp tạo ra các vân hấp thụ (Hình 1.1) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g, h. Vân phổ hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mô tả là: vị trí của vân phổ được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ, cường độ của vân phổ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 5 hồng ngoại thường được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có cường độ càng lớn [4]. Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân tử. Một phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai hợp chất giống nhau [7, 8]. Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu đuợc chủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng. Các pic nằm trong vùng từ 4000 – 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các cực đại hấp thụ của các nhóm chức, như OH, NH, C=O, C=N... nên được gọi là vùng nhóm chức [4, 7]. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm-1 phức tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất kia vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay [8]. 1.1.2. Phổ khối lượng MS (Mass spectrometry) Phương pháp phổ khối lượng (MS) là kĩ thuật phân tích hiệu quả để chứng minh hợp chất chưa biết bằng cách xác định khối lượng phân tử, xác định định tính và xác định định lượng (khối lượng, bề mặt và phân tích sâu) của các vết hợp chất hữu cơ có trong một mẫu bằng cách đo tỉ lệ khối lượng trên điện tích và số lượng của các ion pha khí [9,10]. Đây là phương pháp hiện đại được sử dụng phổ biến trong các phép phân tích cấu trúc và phân tích hàm lượng các hợp chất hóa học. Cơ sở của phương pháp phổ khối lượng đối với hợp chất hữu cơ là bắn phá các hợp chất hữu cơ trung hòa thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành các mảnh ion (có số khối z-m/e), các gốc theo sơ đồ sau bằng các phần tử mang năng lượng cao [1, 2, 4]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 6 ABC + 1e → ABC+ + 2e >95% → ABC2+ + 3e → ABCSự bắn phá này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa. Ion phân tử và các ion mảnh là các phần tử có khối lượng (m), điện tích của nó là z thì tỷ số m/z được gọi là số khối [10]. Quá trình ion hóa có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp va chạm e, phương pháp ion hóa hóa học, phương pháp ion hóa photon, phương pháp ion hóa trường, phương pháp bắn phá ion, phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh. Tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ thị này được gọi là phổ khối lượng [4]. Hình 1.2. Phổ ESI-MS của bovine ubiquitin từ Protea Biosciences Phân tích phổ khối là tìm mối liên quan giữa các số khối xuất hiện trên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 7 phổ khối lượng và cấu tạo phân tử dựa trên cơ chế phá vỡ phân tử, gồm các trường hợp sau: Trường hợp một: có công thức dự kiến cần dựa vào phổ khối lượng để xác minh công thức có đúng không [4]. Trường hợp thứ hai, biết khối lượng phân tử và công thức cấu tạo phân tử phải dựa vào số khối m/z trên phổ và cấu tạo của các mảnh ion có số khối đó để lắp ghép lại thành phân tử [4]. Trường hợp thứ ba: biết khối lượng phân tử phân giải cao có thể dựa vào bảng tra cứu tìm ra công thức phân tử, sau đó tiến hành như trường hợp trên [4]. Trường hợp thứ tư, biết khối lượng phần tử và các loại nguyên tố [4]. Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượng phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định được cấu trúc phân tử và tìm ra quy luật phân mảnh [9, 10]. 1.1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR (Nuclear Magnetic Resonance) Phổ NMR là phương pháp phân tích cấu trúc các hợp chất hiện đại và hữu hiệu nhất hiện nay dựa trên sự ghi lại quá trình cộng hưởng từ sinh ra bởi các hạt nhân có spin khác 0 được kích thích bởi năng lượng của tần số sóng radio Rf dưới tác động của từ trường Bo bên ngoài. Với việc sử dụng kết hợp các kỹ thuật phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều, các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác cấu trúc của các hợp chất. Trong phổ NMR có hai thông số có đặc trưng liên quan tương cấu trúc hóa học của một phân tử là độ dịch chuyển hóa học (δ) và hằng số tác spin – spin (J) [2, 4]. 1.1.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 1H-NMR Được sử dụng rộng dãi nhất là proton NMR (1H-NMR). Proton có tỷ lệ phong phú tự nhiên và tỷ lệ từ tính lớn và phù hợp để quan sát NMR. Đối với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 8 các hợp chất hữu cơ thông thường, phạm vi dịch chuyển hóa học là δ = 0 đến 10 ppm [1, 4, 7]. Giá trị của sự dịch chuyển hóa học phụ thuộc vào môi trường xung quanh proton, đó là sự lai hóa các nguyên tử carbon liên kết, loại và số lượng các nhóm chức gần đó và các hiệu ứng không gian. Chia tách bằng khớp nối spin giúp ước tính cấu trúc một phần. Các proton liền kề với hai hydrogen tương đương (ví dụ CH3CH2OH) chia thành ba dòng với tỷ lệ cường độ 1: 2: 1, trong khi các proton liền kề với ba hydrogen tương đương chia thành bốn dòng với tỷ lệ cường độ 1: 3: 3: 1. Do đó, con số 2 b sự hiện diện của nhóm ethyl có thể được ước tính dễ dàng từ phổ [9]. Độ lớn của hằng số ghép spin cũng phụ thuộc vào hình dạng proton liên quan. [4, 9]. Trong trường hợp của proton NMR, diện tích (cường độ tích hợp) được bao quanh bởi đường cong và đường cơ sở của mỗi đỉnh tỷ lệ thuận với số lượng proton. Thông thường, một quang phổ kế được tích hợp sẵn, do đó cường độ tích hợp được đo và ghi lại trên phổ [4]. Trong phổ 1H-NMR, độ dịch chuyển hóa học (δ) của các proton được xác định tùy thuộc vào mức độ lai hóa của các nguyên tử cũng như các đặc trưng riêng của từng phân tử. Mỗi loại proton cộng hưởng ở một trường khác nhau, vì vậy chúng được biểu diễn bằng một độ dịch chuyển hóa học khác nhau. Dựa vào những đặc trưng của (δ) và tương tác J để có thể cung cấp các thông tin giúp xác định cấu trúc hóa học của hợp chất [4]. 1.1.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13C-NMR Phổ này cho tín hiệu vạch carbon. Mọi nguyên tử carbon sẽ cộng hưởng ở một trường khác nhau và cho một tính hiệu phổ khác nhau. Thang đo cho phổ 13 C- NMR cũng được tính bằng ppm nhưng với độ dài rộng hơn phổ proton, từ 0-240 ppm. Ngoài ra, phổ 13C-NMR còn được ghi theo phương pháp DEPT. Phổ này cho ta tín hiệu phân loại cacbon khác nhau. Trên phổ DEPT, tín hiệu của cacbon bậc 4 biến mất. Tín hiệu của CH và CH3, nằm cùng một phía, tín Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 9 hiệu của CH2 nằm ở phía ngược lại đối với phổ DEPT 135. Trên phổ DEPT 90 chỉ xuất hiện tín hiệu phổ của các nhóm CH [1, 2, 4]. Hạt nhân carbon, cùng với các proton, là thành phần quan trọng nhất của các hợp chất hữu cơ, nhưng sự phong phú tự nhiên của hạt nhân C-13, là hạt nhân NMR, thấp tới 1,108%, khiến việc quan sát trở nên vô cùng khó khăn [1, 4, 9]. Với sự lan truyền của FT NMR bằng biến đổi xung-Fourier, người ta có thể đo được NMR của hạt nhân C-13 và các hạt nhân khác như N-15 và Si-29. Sự ra đời của FT NMR cho phép có được các thông số liên quan đến thời gian, chẳng hạn như thời gian lưu [4,11,12]. 1.1.3.3. Phổ HSQC (Heteronuclear single quantum coherence spectroscopy) Phổ HSQC cho biết sự liên quan giữa các tín hiệu của H và C. Phổ HSQC cho biết thông tin về liên kết trực tiếp giữa proton và cacbon. Phổ HSQC có thể biểu diễn dưới dạng biểu đồ nổi hoặc biểu đồ đường viền. Biểu đồ đường viền có ưu điểm hơn bởi vì thông tin về độ chuyển dịch hóa học là khác nhau nên phổ HSQC không đối xứng qua đường chéo [4, 13]. 1.1.3.4. Phổ HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation) Đây là phổ thể hiện tương tác xa (2 liên kết và 3 liên kết) giữa cacbon và proton trong phân tử và nhờ đó mà từng phân của phân tử cũng như toàn bộ phân tử được xác định. Phổ này đặc biệt thích hợp trong trường hợp phân tử chứa cacbon bậc bốn vì nó thể hiện mối liên quan của tín hiệu proton H ở một nguyên tử C với tín hiệu của C khác ở cách xa nó 2-3 liên kết thậm chí trong một số trường hợp là bốn liên kết [4]. 1.1.3.5. Phổ COSY Phổ COSY biểu diễn các tương tác giữa proton - proton. Các proton tương tác với nhau trong phổ COSY là các proton liên kết với cùng một cacbon hoặc với cacbon liền kề. Nhờ phổ này mà các phần của phân tử ghép nối lại với nhau. Tín hiệu thu được trên phổ COSY có dạng dấu thập [4]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 10 1.1.3.6. Phổ NOESY Phổ NOESY biểu diễn các tương tác không gian của các proton không kể đến độ dài các liên kết mà chỉ tính đến khoảng cách không gian của chúng được phân bố trong phân tử (khoảng 4A◦). Dựa vào kết quả phổ này có thể xác định cấu trúc không gian của phân tử. Trên phổ này khi 2 nhóm proton liên kết với nhau thì tín hiệu của chúng thể hiện ở 4 đỉnh của hình vuông, trong đó 2 đỉnh nằm trên đường chéo [4]. Các đỉnh chéo của phổ NOESY chỉ ra các proton nào gần nhau trong không gian. Về mặt này, NOESY khác với COSY dựa trên khớp nối J để cung cấp mối tương quan spin-spin và có các đỉnh chéo cho thấy 1 H này gần với 1H khác thông qua các liên kết hóa học của phân tử [14]. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của chi Disporopsis 1.2.1. Giới thiệu về chi Disporopsis Chi Disporopsis thuộc họ Măng tây (Asparagaceae) gồm 7 loài (Bảng 1) [15], phân bố chủ yếu ở Trung Quốc, Thái Lan, Lào, Việt Nam, …[16]. Bảng 1.1. Các loài thuộc chi Disporopsis STT Tên loài 1 Disporopsis aspersa (Hua) Engl. ex Diels 2 Disporopsis fuscopicta Hance 3 Disporopsis jinfushanensis Z.Y.Liu 4 Disporopsis longifolia Craib 5 Disporopsis luzoniensis (Merr.) J.M.H.Shaw 6 Disporopsis pernyi (Hua) Diels 7 Disporopsis undulata Tamura&Ogisu 1.2.2. Đặc điểm thực vật chi Disporopsis Về đặc điểm thực vật, các loài thuộc chi này thường là thân thảo, cao khoảng 60-100 cm, thân cong, đường kính 2-3 cm, sống lâu năm, cây ưa bóng, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 11 mọc hoang, thường thành bụi dưới các tán rừng núi cao. Lá hình mác mọc so le, cuống ngắn. Hoa hình chuông, mọc ở nách lá, thường thành cụm hai hay nhiều hoa, bao hoa hình chén, đầu chia 6 thuỳ tam giác, 6 nhị đính ở miệng ống. Quả mọng, hình cầu. Sinh sản bằng thân rễ hoặc hạt [15,17]. Hình 1.3. Hình ảnh loài D. pernyi Hình 1.4. Hình ảnh loài D. aspersa 1.2.3. Ứng dụng của chi Disporopsis trong y học cổ truyền Một số loài thực vật đặc hữu thuộc chi Disporopsis được sử dụng trong y học dân gian để làm thuốc chữa bệnh. Ở Trung Quốc, thân rễ loài Disporopsis aspersa được sử dụng làm thuốc bổ chữa cơ thể suy nhược, sốt nóng, mồ hôi ra nhiều, mồ hôi trộm, đi tiểu nhiều, di tinh, ho khan, khát nước [18]. Toàn bộ cây Disporopsis aspersa còn được dùng làm thuốc bổ máu, tăng cường hệ miễn dịch cơ thể, điều trị sốt dai dẳng, đổ mồ hôi đêm, ho khan và ung thư [18,19]. Disporopsis pernyi (Hua) Diels được sử dụng rộng dãi để điều trị viêm thấp khớp, ho mãn tính, viêm amidan, viêm kết mạc, phụ nữ yếu sau sinh và chu kỳ kinh nguyệt không đều, dùng làm thuốc bổ. Rễ cây giàu giá trị y học, có hoạt tính điều trị ho, cao huyết áp, kháng viêm và khối u [20]. 1.2.4. Các nghiên cứu về thành phần hóa học của chi Disporopsis Cho đến nay, trong số 7 loài của chi Disporopsis, chỉ có 2 loài được nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học. Đó là các loài Disporopsis aspera và Disporopsis pernyi. Những kết quả nghiên cứu ban đầu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn