BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ TRÂM
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
TỔNG HỢP 2-(CURCUMIN-O-YL)ETHYL
DIHYDROPHOSPHAT
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC
HÀ NỘI 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ TRÂM
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
TỔNG HỢP 2-(CURCUMIN-O-YL)ETHYL
DIHYDROPHOSPHAT
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ
MÃ SỐ 8720202
Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Văn Hải
2. PGS. TS. Nguyễn Đình Luyện
HÀ NỘI 2018
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi đã
nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn
Văn Hải và PGS. TS. Nguyễn Đình Luyện, hai thầy đã trực tiếp chỉ bảo và
hướng dẫn tôi, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, giúp
tôi có định hướng tốt hơn trong việc nghiên cứu và hoàn thành đề tài một cách
tốt nhất.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Bộ môn Công nghiệp
Dược – Tổng hợp hóa dược đã hết lòng giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tôi tiến hành nghiên cứu đề tài.
Tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám hiệu nhà trường cùng toàn thể các thầy cô
giáo trường Đại học Dược Hà Nội đã luôn tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá
trình học tập tại nhà trường.
Trong quá trình thực hiện luận văn tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các
cán bộ thuộc phòng Thử nghiệm sinh học – Viện công nghệ sinh học, Viện
Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam; các cán bộ khoa Hóa – trường Đại
học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; các cán bộ Viện Thực
phẩm chức năng, tôi xin chân thành cảm ơn.
Và cuối cùng, cho tôi bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt tới gia đình, người thân
và bạn bè đã luôn sát cánh, động viên, chăm lo cho tôi trong cuộc sống và sự
nghiệp.
Hà Nội, ngày 4 tháng 4 năm 2018
Học viên
Nguyễn Thị Trâm
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 3
1.1. Khái quát chung về Curcumin .............................................................. 3
1.1.1. Cấu trúc phân tử Curcumin ............................................................ 3
1.1.2. Tính chất lý hóa .............................................................................. 3
1.1.3. Tính chất dược lý của curcumin ..................................................... 6
1.2. Một số hướng biến đổi hóa học cải thiện độ tan và hoạt tính của
curcumin ......................................................................................................... 8
1.3. Tiền thuốc phosphat trong nghiên cứu phát triển thuốc và curcumin 12
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
......................................................................................................................... 18
2.1. Nguyên liệu - hóa chất .......................................................................... 18
2.2. Dụng cụ - thiết bị .................................................................................. 19
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 20
2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 20
2.4.1. Quy trình tổng hợp, tinh chế sản phẩm ........................................... 20
2.4.2. Kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết ......................................................... 21
2.4.3. Xác định cấu trúc hóa học ............................................................ 21
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 22
3.1. Quy trình tổng hợp ................................................................................ 22
3.1.1. Tổng hợp dẫn chất mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin (LH-1) 22
3.1.2. Tổng hợp dẫn chất 2-(curcumin-O-yl)ethyl dihydrophosphat (LH2)…….. ..................................................................................................... 31
3.2. Xác định cấu trúc ................................................................................. 36
3.2.1. Kết quả phân tích phổ của LH-1 .................................................... 36
3.2.2. Kết quả phân tích phổ của LH-2 .................................................... 40
Chương 4. BÀN LUẬN .................................................................................. 43
4.1. Về quy trình tổng hợp ........................................................................... 43
4.1.2. Về tổng hợp dẫn chất mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin (LH-1) ..
…………………………………………………………………………...43
4.1.2. Về tổng hợp dẫn chất 2-(curcumin-O-yl)ethyl dihydrophosphat
(LH-2). ...................................................................................................... 46
4.2. Về xác định cấu trúc các sản phẩm ....................................................... 48
4.2.1. Về xác định cấu trúc của LH-1 ....................................................... 48
4.2.2. Về xác định cấu trúc của LH-2 ....................................................... 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 55
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
13
1
C-NMR
H-NMR
AR
CTCT
CTPT
DMSO
DPPH
đvC
HIV
IC50
LH-1
LH-2
L-NMMA
logP
MS
MTT
Rf
SC50
SKLM
T°nc
Hela
Cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (Carbon 13 nuclear
magnetic resonance)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (proton nuclear magnetic
resonance spectroscopy)
Thuốc thử tinh khiết phân tích (Analytical reagent)
Công thức cấu tạo
Công thức phân tử
Dimethyl sulfoxid
1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl
Đơn vị carbon
Virus gây suy giảm miễn dịch ở người (Human
immunodeficiency virus)
Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử (Inhibition concentration
at 50%)
mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin
2-(curcumin-O-yl)ethyl dihydrophosphat
NG-methyl-L-arginin acetat
Hệ số phân bố dầu nước
Phổ khối lượng (Mass spectrometry)
3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazoli bromid
Hệ số lưu giữ (Retention factor)
Nồng độ trung hòa được 50% gốc tự do (Scavenging
concentration at 50%)
Sắc ký lớp mỏng
Nhiệt độ nóng chảy
Tế bào ung thư tử cung ở người (human cervix carcinoma)
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Bảng 1.1. Sơ lược một số hướng biến đổi cấu trúc cải thiện độ tan hoạt tính
của curcumin ..................................................................................................... 9
Bảng 2.1. Danh mục các nguyên liệu - hóa chất ............................................. 18
Bảng 2.2. Danh mục thiết bị, dụng cụ thí nghiệm ......................................... 19
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol 2-bromoethanol : curcumin ................. 25
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng tạo LH-1 ............................... 25
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát dung môi phản ứng tạo LH-1 ............................. 26
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát xúc tác phản ứng tạo LH-1 ................................. 27
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát nồng độ tác nhân trong phản ứng tạo LH-1 ....... 27
Bảng 3.6. Kết quả tổng hợp LH-1 ở quy mô 2 g/mẻ ...................................... 31
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát tỷ lệ mol POCl3 : LH-1 ....................................... 32
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát nhiệt độ, thời gian phản ứng tạo LH-2 ............... 33
Bảng 3.9. Kết quả tổng hợp LH-2 quy mô 2g/mẻ .......................................... 36
Bảng 3.10. Kết quả phân tích phổ khối lượng (CH3OH) của LH-1 ............... 37
Bảng 3.11. Kết quả phân tích phổ IR (KBr) của LH-1 .................................. 37
Bảng 3.12. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500 MHz, CD3OD) của LH-1 . 38
Bảng 3.13. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (500 MHz, CD3OD) của LH-1 39
Bảng 3.14. Kết quả phân tích phổ khối lượng (CH3OH) của LH-2 ............... 40
Bảng 3.15. Kết quả phân tích phổ IR (KBr) của LH-2 .................................. 40
Bảng 3.16. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500 MHz, DMSO) của LH-2 .. 41
Bảng 3.17. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (DMSO-d6) của LH-2 ............. 42
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của curcumin ....................................................... 3
Hình 1.2. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch ........................... 4
Hình 1.3. Sự phân hủy curcumin trong môi trường kiềm ................................. 5
Hình 1.4. Sự phân hủy của curcumin dưới tác dụng của ánh sáng ................... 6
Hình 1.5. Cơ chế dọn gốc tự do của curcumin.................................................. 7
Hình 1.6. Các vị trí trong biến đổi cấu trúc của curcumin ................................ 8
Hình 1.7. Công thức một số dẫn chất của curcumin ....................................... 10
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp dẫn chất monoalkyl hóa từ curcumin theo tác giả
Hoàng Dung .................................................................................................... 12
Hình 1.9. Cơ chế giải phóng thuốc mẹ từ tiền thuốc ...................................... 13
Hình 1.10. Tiền thuốc phosphat của Lopinavir và Ritonavir.......................... 14
Hình 1.11. Tiền thuốc phosphat của propofol................................................. 14
Hình 1.12. Tiền thuốc phosphat của dẫn chất benzimidazol .......................... 15
Hình 1.13. Tiền thuốc của α-6-chloro-2-(methylthio)-5-(naphthalen-1-yloxy)1H-benzo[d]imidazol ...................................................................................... 15
Hình 1.14. Tiền thuốc của chalcon ................................................................. 16
Hình 1.15. Cấu tạo curcumin-O-yl dihydrophosphat...................................... 16
Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp 2-(curcumin-O-yl)ethyl dihydrophosphat (LH-2)17
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp LH-1 và LH-2 ....................................................... 20
Hình 3.1. Sơ đồ phản ứng tổng hợp LH-1 ...................................................... 22
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình tổng hợp LH-1 ở quy mô 2 g/mẻ .......................... 30
Hình 3.3. Sơ đồ phản ứng tổng hợp LH-2 bằng phosphoryl clorid ................ 31
Hình 3.4. Sơ đồ quy trình tổng hợp LH-2 ở quy mô 2 g/mẻ .......................... 35
Hình 4.1. Các sản phẩm phụ của phản ứng tạo LH-1..................................... 43
Hình 4.2. Vết các sản phẩm trên sắc ký lớp mỏng.......................................... 44
Hình 4.3. Nguyên lý phản ứng của quá trình tinh chế LH-1 .......................... 45
Hình 4.4. Cơ chế phản ứng phosphoryl hóa bằng tác nhân POCl3 ................. 46
Hình 4.5. Dạng hỗ biến ceto-enol của LH-1................................................... 48
ĐẶT VẤN ĐỀ
Curcumin
(diferuloylmethan,
(1E,6E)-1,7-bis(4’-hydroxy-3’-
methoxyphenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion) là hợp chất đóng vai trò chủ đạo
trong tác dụng chữa bệnh của củ nghệ (Curcuma longa L.) - dược liệu được
dùng rất lâu đời trong y học cổ truyền của nhiều nước trên thế giới, nhất là Ấn
Độ, Trung Quốc và các nước Đông Nam Á [33]. Hiện nay, curcumin ngày
càng giành được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu thuốc hiện đại
nhờ hoạt tính sinh học đa dạng (phòng và hỗ trợ điều trị ung thư, chống oxy
hóa, chống viêm, kháng khuẩn…) với cơ chế tác dụng đa đích, độ an toàn
cao, hầu như không gây ra bất cứ tác dụng phụ nào và không độc đến liều 8
g/kg thể trọng [3], [31].
Nhược điểm chính của curcumin là sinh khả dụng rất thấp (dưới 1%) do
hấp thu kém, chuyển hóa và đào thải nhanh khỏi cơ thể. Một trong các yếu tố
lý-hóa quan trọng ảnh hưởng đến điều này là độ tan kém của curcumin.
Tạo ra tiền thuốc là một trong những hướng đi quan trọng trong cải thiện
độ tan, sinh khả dụng và các dược tính khác của thuốc gốc (thuốc mẹ). Các
nghiên cứu về tiền thuốc đã chỉ ra, khi gắn thêm nhóm phosphat, độ tan và
sinh khả dụng của một số chất tăng lên đáng kể, chẳng hạn, tiền thuốc
oxyethylphosphat của ritonavir có độ tan cao gấp 1 600 lần so với ritonavir, tiền
thuốc ethyl dioxy phosphat của propofol có độ ổn định tăng, độ tan trong nước
cao hơn propofol gấp 70 lần và có thể sử dụng đường tiêm, tedizolid phosphat
cũng cải thiện độ tan của thuốc mẹ tedizolid và làm tăng sinh khả dụng đường
uống [12] [22] [23] [32]... Cách tiếp cận này đã được tác giả L. Ding và cộng
sự phát triển trên phân tử curcumin năm 2015 bằng cách phosphoryl hóa trực
tiếp nhóm –OH phenol của curcumin và thu được một số dẫn chất phosphat
trong đó dẫn chất monophosphat của curmumin là curcumin-O-yl
dihydrophosphat thể hiện hoạt tính ức chế mạnh hơn trên tế bào HeLa (IC50 =
6,78 µM) so với curcumin (IC50 =17,67 µM) [13]. Các nghiên cứu về cơ chế
1
tác dụng đã chứng minh rằng, hoạt tính sinh học của curcumin là do 2 cơ chế
chính: chống oxy hóa và chống viêm. Phân tích mối liên quan giữa cơ chế này
với cấu trúc phân tử của các hợp chất khung curcumin cho thấy, cần thiết phải
có mặt của nhóm β-diceton, OH phenol và methoxy để duy trì hoạt tính. Kết
quả gần đây của Nhóm nghiên cứu chúng tôi về 2-hydroxyethyl hóa curcumin
cho thấy, khả năng chống oxy hóa của sản phẩm monoalkyl hóa O-(2hydroxyethyl)-curcumin khá tốt, với SC50 là 59,50 μM (tốt hơn vitamin C)
[5]. Tuy nhiên, việc tổng hợp dẫn chất này còn gặp nhiều khó khăn, quá trình
tinh chế phải sử dụng đến sắc ký điều chế hoặc sắc ký cột [5] [10].
Trên cơ sở đó, chúng tôi lựa chọn biến đổi chỉ một nhóm OH phenol của
curcumin, giữ lại một nhóm OH phenol và cấu trúc β-diceton và nhóm
methoxy; lựa chọn ethylenoxy làm cầu nối với nhóm thân nước phosphat. Đề
tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp 2-(curcumin-O-yl)ethyl
dihydrophosphat” được thực hiện với mục tiêu:
Xây
dựng
được
quy
trình
tổng
dihydrophosphat từ curcumin ở quy mô 2 g/mẻ.
2
hợp
2-(curcumin-O-yl)ethyl
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.
Khái quát chung về Curcumin
1.1.1. Cấu trúc phân tử Curcumin
Curcumin (curcumin I, diferuloylmethan) là hợp chất thiên nhiên được
phân lập từ củ nghệ (Curcuma longa L,. họ Gừng – Zingiberaceae), có tên
khoa học là (1E,6E)-1,7-bis(4’-hydroxy-3’-methoxyphenyl)-1,6-heptadien3,5-dion. Về mặt cấu trúc, curcumin thuộc dãy diarylheptanoid chứa 1,3diceton, trong đó mỗi nhóm carbonyl liên hợp với nối đôi (Hình 1.1) [34]:
O
H3C
O
HO
1
2'
2
4
6'
4'
7
5
3
3'
1'
O
6
2''
3''
O
4''
OH
1''
6''
5''
5'
CH3
Curcumin (curcumin I)
((1E,6E)-1,7-Bis(4'-hydroxy-3'-methoxyphenyl)-1,6-heptadien-3,5-dion)
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của curcumin
Công thức phân tử: C21H20O6
Khối lượng phân tử: 368,38 đvC
1.1.2. Tính chất lý hóa
Dạng thù hình: Curcumin tồn tại dưới dạng bột vô định hình hoặc tinh thể
hình kim màu vàng cam [25].
Điểm chảy: 183oC [33].
Sự hấp thụ ánh sáng: Curcumin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến, tạo
ra màu vàng. Các cực đại hấp thụ ở trong các dung môi khác nhau dao động ở
bước sóng từ 408 nm (carbon tetraclorid) đến 430 nm (DMSO) [21].
Curcumin có hấp thu cực đại tại 415-420 nm trong aceton, 427 nm trong
ethanol. Curcumin có khả năng phát huỳnh quang (504 nm) khi bị kích thích
bởi bước sóng 424 nm trong aceton [20].
Tính tan:
3
Curcumin thực tế không tan trong nước ở pH acid và trung tính (<0,1
µg/mL), tan được trong kiềm [39]. Curcumin tan được trong nước khi có mặt
các chất hoạt động bề mặt như: natri dodecylsulfat, cetylpyridin bromid,
gelatin, polysaccharid, polyethylenglycol, cyclodextrin [19]. Curcumin tan
được
trong
acid
acetic,
ethanol,
methanol,
aceton
(20
mg/mL),
dimethylsulfoxid, dicloromethan, cloroform, ethyl acetat, ít tan trong n-hexan,
không tan trong ether [2].
Sự điện ly theo pH:
Ở pH < 1, dung dịch nước của curcumin (H3A) có màu đỏ và tồn tại ở
dạng ion H4A+.
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 có màu đỏ, curcumin tồn tại ở các dạng ion H2A-,
HA2- và A3- lần lượt tương ứng với các giá trị pka là 7,8; 8,5 và 9,0 (xem Hình
1.2) [19]:
Hình 1.2. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch
4
Về mặt hóa học curcumin chứa các nhóm chức -OH phenol, β-diceton,
alken, nhân thơm, vì vậy curcumin có các phản ứng hóa học đặc trưng của
các nhóm chức này: phản ứng hydro hóa, imin hóa, tạo phức với ion kim
loại...[4]
Độ ổn định:
Curcumin tương đối ổn định ở pH acid, nhưng nhanh chóng bị phân hủy
ở pH >7. Sản phẩm phân hủy chính là acid ferulic và feruloylmethan, ngoài ra
còn có các sản phẩm ngưng tụ (Hình 1.3) [19].
Hình 1.3. Sự phân hủy curcumin trong môi trường kiềm
Dưới tác dụng của ánh sáng, curcumin phân hủy thành vanillin, acid
vanillic, aldehyd ferulic, acid ferulic. Curcumin cũng không bền ngay cả khi
có và không có mặt của oxy. Khi có mặt oxy và ánh sáng, curcumin bị phân
hủy tạo thành 4-vinylguaialcol và vanillin (Hình 1.4) [19]. Trong điều kiện
không có oxy, curcumin có thể bị vòng hóa.
5
O
CH3
H
CH3
h
O
HO
h
curcumin
h
h O2
aldehyd ferulic
h
O
O
HO
vanillin
O
CH3
CH3
O
O
O
HO
HO
HO
CH3
OH
acid ferulic
4-vinylguaiacol
OH
O
acid vanillic
Hình 1.4. Sự phân hủy của curcumin dưới tác dụng của ánh sáng
1.1.3. Tính chất dược lý của curcumin
Sinh khả dụng
Đã có rất nhiều nghiên cứu được thực hiện để đánh giá sinh khả dụng của
curcumin trên cả động vật và người. Một nghiên cứu gần đây của Yang và
cộng sự cho thấy sau khi tiêm tĩnh mạch một liều curcumin 10 mg/kg trên
chuột, nồng độ đỉnh trong huyết tương là 0,05 μg/mL (trong khi đó một liều
curcumin gấp 50 lần khi dùng đường uống trên chuột cũng cho nồng độ đỉnh
trong huyết tương là 0,01 μg/mL) [37]. Một thí nghiệm khác cho chuột sử
dụng curcumin liều 1 g/kg theo đường uống ghi nhận được nồng độ đỉnh
trong huyết tương đạt 0,5 μg/mL sau 45 phút [27].
Tính chất dược động học của curcumin trên người đã được nghiên cứu
bởi C. D. Lao và cộng sự [24]. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi dùng
curcumin đường uống với liều 0,50 - 8,00 g thì không phát hiện vết curcumin
trong huyết tương sau 1, 2, 4 h. Khi tăng liều lên đến 10,00 g, nồng độ
curcumin trong huyết tương lần lượt là 66, 91, 121 nM sau 1, 2, 4 h. Tương tự
với liều 12,00 g, nồng độ curcumin đo được là 81, 156, 139 nM. Một nghiên
6
cứu khác chỉ ra rằng sau khi uống curcumin với liều 8,00 g thì curcumin sẽ
được hấp thu vào máu và đạt đỉnh trong vòng 1 - 2 h, nồng độ đỉnh là 1,77 1,87 µM, nồng độ này nhỏ hơn rất nhiều so với LC50 của curcumin (21±17
µM); mặt khác sự chuyển hóa curcumin ra khỏi cơ thể cũng diễn ra một cách
nhanh chóng [11], [15]. Các nghiên cứu trên đều đưa đến kết luận curcumin
có sinh khả dụng thấp, điều này giải thích vì sao mặc dù nhiều nhà khoa học
đã khẳng định giá trị hữu ích của curcumin đối với sức khỏe con người nhưng
cho đến nay curcumin vẫn chưa có mặt một cách độc lập trong danh mục
dược chất chính thức của y học hiện đại [18].
Cơ chế tác dụng:
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hai cơ chế chính quyết định tạo ra các hoạt
tính của curcumin là chống oxy hóa và chống viêm. Trong đó, nhóm βdiceton, OH phenol, nhóm methoxy và hệ nối đôi liên hợp trong mạch carbon
trung tâm đóng vai trò quan trọng tạo nên hoạt tính của curcumin. Nhờ cấu
trúc đặc biệt này, các gốc tự do có thể lan truyền trên phân tử curcumin ở các
vị trí khác nhau, hấp thụ các gốc tự do để chuyển thành dạng dimer, từ đó các
gốc tự do được dọn dẹp khỏi cơ thể, tạo nên hoạt tính kháng tế bào ung thư.
Curcumin + Gốc tự do
Dimer của curcumin
Hình 1.5. Cơ chế dọn gốc tự do của curcumin
7
1.2.
Một số hướng biến đổi hóa học cải thiện độ tan và hoạt tính của
curcumin
Nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp biến đổi hóa học
phân tử curcumin nhằm cải thiện độ tan, độ ổn định và nâng cao hoạt tính
sinh học của curcumin. Trong đó, sử dụng khung curcuminoid có sẵn, tạo ra
các dẫn chất mới bằng cách biến đổi trong cấu trúc của curcumin như biến đổi
chuỗi bên aryl, chức β-diceton, các liên kết đôi, tạo phức kim loại của
curcumin, trong đó, để tạo ra dẫn chất tan trong nước, các tác giả đã sử dụng
phương pháp kinh điển là liên kết khung curcumin với các nhóm thân nước là:
phân tử đường, acid amin, polymer tan trong nước, dẫn chất của glucuronic....
Những nghiên cứu này đã đạt được một số thành công nhất định trong việc
nâng cao hoạt tính sinh học hoặc sinh khả dụng của curcumin được minh họa
trong Hình 1.6:
Hình 1.6. Các vị trí trong biến đổi cấu trúc của curcumin
Một số ví dụ về các dẫn chất có tác dụng tốt thu được sau khi biến đổi
khung cấu trúc curcumin và công thức cấu tạo của các dẫn chất này lần lượt
được trình bày ở Bảng 1.1 và Hình 1.7.
8
Bảng 1.1. Sơ lược một số hướng biến đổi cấu trúc cải thiện độ tan hoạt tính
của curcumin
Vị trí
biến đổi
Hướng biến đổi
Ví
dụ
Tác dụng (so với curcumin)
Lai hóa với
1a
Kháng dòng tế bào ung thư KB và
amino acid
1b
HeLa tốt hơn curcumin.
TLTK
[14]
Tan tốt hơn, ức chế hoàn toàn sự
PEG hóa
2
sinh trưởng tế bào ung thư tuyến
tụy (5 µM) tốt hơn curcumin (20
[26]
µM).
-OH
Tạo dẫn chất
phenol
carboxylic
Glycosyl hóa
3
Tan tốt, kháng khuẩn tốt hơn trên
nhiều vi khuẩn Gram(+), Gram(-).
4a
(4a) kháng tế bào ung thư ruột kết
4b
mạnh hơn curcumin.
[6]
[16]
(5b) kháng ký sinh trùng chủng
Hydroxy-
5a
Trypanosoma, Leishmania tốt
ethyl hóa
5b
hơn. (5a) chống oxy hóa và kháng
[1] [10]
tế bào ung thư gan tốt hơn.
Nhómβdi ceton
Imin hóa
Tạo phức kim
loại
Hoạt tính chống oxy hóa DPPH
6
7
Thế hydro linh
Nhóm
động bằng các
methylen
nhóm thân
(in vitro) tốt hơn.
Kháng khuẩn tốt, hoạt tính chống
oxy hóa in vivo (SOD) tốt hơn.
[34]
[9]
Kháng ung thư tuyến tiền liệt tốt,
8
kháng androgen mạnh hơn.
[30]
nước
Liên kết
đôi
Dọn gốc tự do hệ DPPH (in vitro) tốt
Hydro hóa
9
hơn, hoạt tính SOD (in vivo) kém
hơn.
9
[7]
O
H3C
O
O
O
O
O
H2N
H3C
O
1a: R=H (Glycin)
1b: R=CH(CH3)2 (Valin)
O
CH3
O
ONa NaO
O
O
OCH3
O
O
O
O
O
H3CO
OCH3
HO
O
ONa
O
H3CO
n
O
CH3
O
3
ONa
R
O
O
NH2
O
1
O
O
R
O
O
OH
O
O
2
O
O
O
H3CO
OCH3
HO
HO
OCH3
O
O
4a
O
H3CO
HO
OH
HO
OH
HO
O
O
HO
O
4b
O
OH
HO
OH
OH
OH
O
H3CO
HO
O
O
H3CO
OCH3
O
HO
OH
5a
O
OCH3
O
H3 CCOO
N
O
OCH 3
7
HO
O
OH
OCH3
8
O
H 3CO
OH
6
H3CO
HO
O
OCH3
O
OH2
Cu
H3CO
HO
OH
O
5b
OH
O
H3CO
HO
COOH
OCH3
9
Hình 1.7. Công thức một số dẫn chất của curcumin
10
OH
OH
Năm 2007, P. Somparn và cộng sự đã nghiên cứu hoạt tính chống oxy
hóa của curcumin và dẫn xuất, bao gồm: dẫn xuất tự nhiên
demethoxycurcumin (DMC), bisdemethoxycurcumin (BDMC), các dẫn xuất
hydro hóa của curcumin như tetrahydrocurcumin (THC), hexahydrocurcumin
(HHC), octahydrocurcumin (OHC). Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá
thông qua khả năng dọn gốc tự do DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) và
khả năng ức chế AAPH (2,2-azobis(2-amidinopropan)dihydroclorid) - một tác
nhân gây ra quá trình peroxy hóa lipid. Kết quả nghiên cứu cho thấy THC thể
hiện khả năng dọn gốc tự do DPPH cao nhất với giá trị IC50 = 18,7 µM. Hoạt
tính này giảm dần theo thứ tự: THC > HHC = OHC > curcumin > DMC >
BDMC. Đồng thời, THC cũng có khả năng ức chế mạnh nhất đối với AAPH.
Lý giải cho những điều này, các tác giả cho rằng chính sự có mặt của nhóm
methoxyphenyl và đặc biệt là sự hydro hóa hệ nối đôi liên hợp trong mạch
carbon trung tâm đã làm tăng hoạt tính của curcumin lên một cách đáng kể
[35].
Năm 2008, M. Majeed và cộng sự đã tiến hành tổng hợp
tetrahydrocurcumin và nghiên cứu trên in vitro so sánh tác dụng chống oxy
hóa của tetrahydrocurcumin và các curcuminoid. Nghiên cứu thực hiện trên tế
bào hồng cầu thỏ và gan chuột, sử dụng acid linoleic là chất nền trong hệ
ethanol/nước, được phân tích bằng phương pháp thiocyanat và phương pháp
TBA. Kết quả cho thấy rằng tetrahydrocurcumin có hoạt tính chống oxy hóa
mạnh nhất trong tất cả các curcuminoid. Giải thích về cơ chế tác dụng và đặc
tính chống oxy hóa mạnh hơn của THC so với curcumin, các tác giả cho rằng
THC là chất chuyển hóa chính của curcumin ở đường tiêu hóa. Nhóm
phenolic đóng vai trò dọn các gốc tự do trong giai đoạn đầu của quá trình
chống oxy hóa. Tuy nhiên, sự phân cắt liên kết C-C trong khung β-diceton
cũng được quan sát thấy trong quá trình này. Như vậy, nhóm β-diceton đóng
vai trò dọn các gốc tự do trong giai đoạn sau [28].
11
Năm 2016, tác giả Hoàng Dung cũng đã tổng hợp được dẫn chất
monoalkyl hóa và thử hoạt tính chống oxy hóa hệ DPPH và kháng tế bào ung
thư gan HepG2 [5].
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp dẫn chất monoalkyl hóa từ curcumin theo tác giả
Hoàng Dung
Kết quả chỉ ra hoạt tính của dẫn chất monoalkyl đều tốt hơn so với
curcumin [5]. Điều này cho thấy sự cần thiết phải giữ lại một trong hai nhóm
OH phenol khi biến đối cấu trúc curcumin. Kết quả nghiên cứu của tác giả
Hoàng Dung cũng chỉ ra độ tan của dẫn chất monoalkyl không được cải thiện
nhiều so với curcumin [5]. Tuy nhiên, việc tổng hợp dẫn chất này còn gặp
nhiều khó khăn, quá trình tinh chế phải sử dụng đến sắc ký điều chế hoặc sắc
ký cột [5].
1.3. Tiền thuốc phosphat trong nghiên cứu phát triển thuốc và curcumin
Tạo ta tiền thuốc là một trong những hướng đi quan trọng trong nghiên
cứu phát triển thuốc hiện nay. Các tiền thuốc có khả năng cải thiện độ tan, độ
ổn định và tăng sinh khả dụng của thuốc ban đầu (thuốc mẹ). Trong cơ thể,
thuốc mẹ được giải phóng qua quá trình biến đổi sinh học nhờ các enzym.
Các cấu trúc hay được sử dụng để xây dựng tiền thuốc là ester, amid,
carbamat, carbonat, ether, imin, phosphat…(xem Hình 1.9). Trong đó, ester
phosphat có ưu điểm là tương đối bền trong môi trường chuyển hóa do có
pKa thấp, từ 1-2. Ở pH sinh lý 7,0-7,4, nó bị deproton hóa mang điện tích âm
tương đối bền nhưng lại dễ dàng hoạt hóa giải phóng thuốc mẹ dưới tác dụng
của các enzym: esterase, phosphatase, amidase…ở ruột và trong tế bào [22].
12
- Xem thêm -