BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN ĐÌNH KHÁNH
Mã sinh viên: 1101266

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ
DẪN CHẤT NHẰM TĂNG ĐỘ TAN
CỦA CURCUMIN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ALKYL HÓA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2016


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

TRẦN ĐÌNH KHÁNH
Mã sinh viên: 1101266

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ
DẪN CHẤT NHẰM TĂNG ĐỘ TAN
CỦA CURCUMIN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ALKYL HÓA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. ThS. Phạm Thị Hiền
2. Ds. Nguyễn Thị Hải Quỳnh
Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp Dược

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ..................................................................................... 3
1.1.

TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN ..................................................................3

1.1.1. Cấu trúc hóa học .......................................................................................3
1.1.2. Tính chất lý hóa .........................................................................................3
1.1.3. Độ ổn định ..................................................................................................6
1.1.4. Tác dụng sinh học của curcumin .............................................................9
1.2.

TRIỂN VỌNG PHÁT TRIỂN CÁC DƯỢC CHẤT MỚI THÔNG QUA

VIỆC BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC PHÂN TỬ CURCUMIN. ...................................12
1.3.

CÁC PHẢN ỨNG ALKYL HÓA CURCUMIN ......................................14

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................... 18
2.1.

NGUYÊN LIỆU – HÓA CHẤT .................................................................18

2.2.

DỤNG CỤ - THIẾT BỊ ...............................................................................18

2.3.

3.5.3. Về độ tan và hoạt tính sinh học ...................................................................42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1

H-NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
(1H - Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)

13

C-NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon
(13C - Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)

AR

Tinh khiết phân tích (Analytical reagent)

COX

Cyclooxygenase

CTPT

Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

m

Khối lượng

LOX

Lipoxygenase

MeOH

Methanol

MS

Phổ khối lượng phân tử (Mass spectrometry)

Rf

Hệ số lưu giữ (Retension factor)

SKLM

Sắc kí lớp mỏng

KT-1

4,4-dimethoxycarbonylmethyl-O,O’-dimethoxycarbonylmethylcurcumin


Bảng 3. 6. Kết quả phân tích phổ ESI-MS (MeOH) của KT-3..................................33
Bảng 3. 7. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR (500 MHz, D2O) của KT-3 ...................34
Bảng 3. 8. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR (125 MHz, D2O) của KT-3 ..................34
Bảng 3. 9. Kết quả xác định độ tan ...........................................................................35
Bảng 3. 10. Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn của KT-4 ở các nồng độ 10, 50, 100
µg/mL ........................................................................................................................36
Bảng 3. 11. Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn của KT-2 ở các nồng độ 10, 50, 100,
150 µg/mL .................................................................................................................37
Bảng 3. 12. Kết quả thử tác dụng kháng khuẩn của KT-3 ở các nồng độ 10, 50, 100,
150 µg/mL .................................................................................................................37
Bảng 3. 13. Tóm tắt kết quả xác định độ tan, logP và hoạt tính kháng khuẩn .........43


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Công thức cấu tạo của curcumin ...............................................................3
Hình 1. 2. Phản ứng của curcumin với gốc tự do .......................................................4
Hình 1. 3. Dạng hỗ biến ceto-enol trong dung dịch ...................................................5
Hình 1. 4. Sơ đồ phản ứng khử curcumin thành tetrahydrocurcumin ........................5
Hình 1. 5. Phản ứng imin hóa β-diceton của curcumin ..............................................6
Hình 1. 6. Các dạng tồn tại của curcumin theo pH dung dịch...................................7
Hình 1. 7. Sự phân hủy curcumin trong môi trường kiềm ..........................................8
Hình 1. 8. Sự phân hủy curcumin dưới tác dụng của ánh sáng ..................................8
Hình 1. 9. Khả năng sửa đổi cấu trúc của curcumin – sửa đổi chuỗi bên aryl (A), sửa
đổi chức diceton (B), sửa liên kết đôi (C), sửa chức hoạt động methylen (D), tạo phức
hợp kim loại – curcumin (E) .....................................................................................12
Hình 1. 10. Một số hợp chất bán tổng hợp từ curcumin ...........................................14
Hình 2. 1. Sơ đồ tổng hợp dẫn chất 2-hydroxyethyl, methoxycarbonylmethyl và
ethoxycarbonylmethyl của curcumin........................................................................ 20
Hình 2. 2. Sơ đồ tổng hợp dẫn chất carboxymethyl curcumin và muối natri ...........21
Hình 3. 1. Sơ đồ phản ứng tổng hợp KT-1...............................................................25

Tuy nhiên, cho đến nay curcumin vẫn chưa có mặt một cách độc lập trong danh
mục dược chất chính thức của y học hiện đại. Điều này được lý giải bởi đặc tính sinh
khả dụng rất thấp của curcumin do hấp thu kém, chuyển hóa và đào thải nhanh ra
khỏi cơ thể. Một trong các yếu tố hóa - lý quan trọng ảnh hưởng đến điều này là do
khả năng kém tan trong nước của curcumin [21,32,35]. Do đó hiện nay có nhiều
hướng tiếp cận khác nhau đã được tiến hành để tăng sinh khả dụng của hợp chất


2

curcumin, người ta đi theo hướng cải thiện độ tan và kéo dài thời gian chuyển hóa
của curcumin trong cơ thể. Một trong các con đường đã được tiến hành đó là đưa
curcumin vào các hệ thống phân phối thuốc như liposome, micell, polisaccharid, tạo
phức hợp phospholipid và các tiểu phân nano…[33]. Tuy nhiên phương pháp này vẫn
có một số hạn chế như không cải thiện được độ ổn định của curcumin trong môi
trường kiềm, dễ bị phân hủy bởi ánh sáng. Một cách tiếp cận khác là dùng phương
pháp hóa học để cải thiện tính tan của curcumin - tạo dẫn chất có khung curcumin và
nhóm thân nước bằng cách gắn các nhóm thân nước vào khung curcumin như: lai hóa
curcumin với acid amin, với các phân tử đường, alkyl hoặc acyl hóa... [33]. Các
phương pháp biến đổi hóa học này không chỉ tăng độ tan, cải thiện độ ổn định của
curcumin mà còn có thể tạo ra hợp chất có dược tính mới, nhiều trường hợp độc tính
giảm.
Từ thực tế nói trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp
một số dẫn chất nhằm tăng độ tan của curcumin bằng phương pháp alkyl hóa”
với 2 mục tiêu chính:
1. Tổng hợp một số dẫn chất có độ tan trong nước tốt hơn curcumin.
2. Thử hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn chất tổng hợp được.


3


 pKa và hệ số phân bố: Curcumin có 3 giá trị pKa khác nhau, trong đó giá trị
thứ nhất và thứ hai là từ 2 nhóm –OH phenol và giá trị thứ ba là từ proton enol. Hệ
số phân bố octanol : nước của curcumin là 3,29 [39,40].
 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) [26,28]. Chúng có khả năng
phát huỳnh quang (504 nm) khi bị kích thích bởi bước sóng 424 nm trong aceton [29].
1.1.2.2. Tính chất hóa học
 Tính chất của nhóm hydroxyl trên vòng benzen
Các cặp electron chưa liên kết của oxy trong nhóm hydroxyl liên hợp mạnh với
vòng benzen làm cho nguyên tử hydro của nhóm hydroxyl linh động hơn, điều này
giải thích tính acid và khả năng phản ứng với các gốc tự do của curcumin.
Ngoài ra khả năng phản ứng với các gốc tự do của curcumin còn liên quan đến
sự chuyển nguyên tử hydro của nhóm methylen ở carbon giữa mạch, làm giảm hoạt
tính của nhóm này. Hai hướng phản ứng này góp phần giải thích tính oxy hóa mạnh
của curcuminoid khi ứng dụng nó trong ngành dược [37] (hình1.2).

Hình 1. 2. Phản ứng của curcumin với gốc tự do


5

 Hiện tượng hỗ biến:
Curcumin và dẫn chất tồn tại trong dung dịch ở dạng cân bằng hỗ biến của dạng
diceton đối xứng và dạng ceto-enol được ổn định bằng liên kết hydro nội phân tử
(hình 1.3) [25].

Hình 1. 3. Dạng hỗ biến ceto-enol trong dung dịch
Trong dung dịch nước, ở pH acid và trung tính, curcumin tồn tại chủ yếu dưới


OH

N

MeO

HO

OMe

OH

Hình 1. 5. Phản ứng imin hóa β-diceton của curcumin
- Phản ứng tạo phức
Curcumin có khả năng cho đi một hay nhiều cặp electron tự do trên các nguyên
tử oxy của cấu trúc ceton – enol, do vậy curcumin có khả năng tạo phức với nhiều
ion kim loại khác nhau: Mn2+, Fe2+, Cu2+… Phức của kim loại và curcumin có nhiều
màu sắc khác nhau [6].
1.1.3. Độ ổn định
 Ảnh hưởng của pH trong dung dịch nước
Nghiên cứu sự điện li theo pH của curcumin bằng phương pháp HPLC cho kết
quả như sau (xem hình 1.6).
pH < 1: Dung dịch curcumin có màu đỏ do curcumin ở trạng thái proton hóa
H4A+.
pH = 1-7: Curcumin ở trạng thái trung tính H3A, trong khoảng pH này, curcumin
khó tan trong nước và tạo huyền phù màu vàng.
pH > 7.5: Dung dịch curcumin có màu đỏ vì curcumin tồn tại các dạng H2A-,
HA2-, A3. Giá trị hằng số phân ly proton pKa1, pKa2, pKa3 (tương ứng của H2A-, HA2, A3-) lần lượt là 7,8; 8,5 và 9,0 [37].


như tiểu đường, béo phì, bệnh thần kinh, rối loạn tâm thần. Dưới đây là một số hoạt
tính sinh học nổi bật của curcumin.
 Tác dụng chống oxy hóa
Curcumin được biết đến như một tác nhân bảo vệ màng sinh học chống lại sự oxy
hóa của peroxid. Hầu hết các chất chống oxy hóa đều có một nhóm chức phenol hoặc
một nhóm chức diceton. Curcumin là một chất chống oxy hóa độc đáo, trong cấu trúc
bao gồm nhiều nhóm chức như nhóm β-diceton, liên kết đôi C=C và nhóm phenol
[42]. Tác dụng chống oxy hóa của curcumin thông qua khả năng dọn các gốc tự do
như anion superoxid (O2-) và gốc tự do hydroxyl (OH*), từ đó ngăn cản sự peroxy
hóa lipid [12]. Curcumin có tác dụng chống oxy hóa mạnh ở pH trung tính và acid.
Cơ chế hoạt động của nó bao gồm ức chế một số đường truyền tín hiệu tế bào ở nhiều
cấp độ, tác động lên các enzym màng tế bào như enzym cyclooxygenase và
glutathion-S-tranferase, điều biến miễn dịch, các tác động lên thành mạch và sự kết
dính tế bào - tế bào [36].
Các nghiên cứu đã chỉ ra khả năng chống oxy hóa của curcumin mạnh tương
đương với vitamin C, vitamin E và β-caroten [12].
 Chống viêm
Curcumin có đặc tính chống viêm vượt trội và đã được sử dụng như một loại
thuốc tự nhiên để điều trị các bệnh viêm nhiễm. Hoạt tính chống viêm của curcumin
tương đương mà không gây ra nhiều tác dụng phụ nguy hiểm như các thuốc chống
viêm steroid và không steroid như indomethacin và phenylbutazon [9].
Các thử nghiệm lâm sàng đã cho thấy hiệu quả của curcumin trong việc điều trị
bệnh viêm khớp do gút, viêm xương khớp và viêm khớp dạng thấp [36].
 Chống ung thư


10

Curcumin là chất hủy diệt tế bào ung thư vào loại mạnh nhất theo cơ chế tự hủy
diệt từng phần các tế bào ác tính, có tác dụng kìm hãm tế bào ung thư ở cả ba giai

tuberculosis H37Ra. Kết quả cho thấy các dẫn chất demethyl hóa đều có tác dụng
kháng M. tuberculosis, tuy nhiên tác dụng kém hơn so với curcuminoid ban đầu. Các
nhà nghiên cứu dự đoán rằng khi tăng nhóm phân cực gắn với nhân thơm đã làm giảm
tác dụng kháng M. tuberculosis. Các dẫn chất alkyl hóa đều có tác dụng kháng M.
tuberculosis, đáng chú ý là dẫn chất mono-O-n-propylcurcumin và dẫn chất monoO-n-pentylcurcumin có tác dụng mạnh hơn curcumin lần lượt 4 lần và 8 lần [18].
Curcumin cũng ức chế tụ cầu S. aureus kháng methicillin với MIC là 125–250
μg/mL [31]. Trong nghiên cứu in vitro 3 hợp chất mới của curcumin, indium
curcumin, indium diacetyl curcumin và diacetyl curcumin cho thấy tác dụng chống
lại S. aureus, S. epidermis, E. coli, P. aeruginosa, trong đó indium curcumin có tác
dụng chống vi khuẩn tốt hơn so với curcumin và có triển vọng để nghiên cứu trong
in vivo [38].
Các nghiên cứu bổ sung bột nghệ vào môi trường nuôi cấy mô thực vật cho thấy
bột nghệ ở nồng độ 0,8 và 1,0 g/L có hoạt tính ức chế đáng kể chống lại sự nhiễm
nấm. Cơ chế kháng nấm của curcumin có thể là do ức chế desaturase (ERG3) làm
giảm sản xuất và tích lũy các tiền chất sinh tổng hợp ergosterol của tế bào nấm, dẫn
đến chết tế bào [47].
 Các tác dụng khác
Nhờ có khả năng chống oxy hóa, dọn các gốc tự do gây viêm loét curcumin được
sử dụng trong mỹ phẩm giúp nhanh lành vết thương, liền sẹo. Kết hợp với khả năng
kích thích tăng sinh tế bào của collagen, curcumin đã hỗ trợ đáng kể trong quá trình
điều trị vết thương ở mô [3].
Trong các nghiên cứu in vitro, curcumin được chứng minh là gián tiếp ảnh hưởng
tới bệnh Alzheimer thông qua 8 cơ chế khác nhau [41].


12

1.2.

TRIỂN VỌNG PHÁT TRIỂN CÁC DƯỢC CHẤT MỚI THÔNG QUA

tác dụng của curcumin và [DLys6]-LHRH-curcumin ở các nồng độ như nhau cho
thấy hoạt tính của curcumin và [DLys6]-LHRH-curcumin là tương đương. Trên in
vivo, [DLys6]-LHRH-curcumin ngăn chặn sự tăng trưởng của tế bào ung thư tuyến
tụy ở chuột, làm giảm trọng lượng và khối lượng khối u một một cách đáng kể so với
curcumin [11].
E. M. Al-Hujaily đã tổng hợp và nghiên cứu tác dụng chống ung thư của hai chất
tương tự curcumin là (4) và (5), qua thực nghiệm cho thấy tác dụng chống ung thư
của (4) và (5) gấp 5 lần curcumin ở liều 40 mM. Bên cạnh đó các hợp chất này ổn
định trong máu và cho sinh khả dụng cao hơn curcumin khi nghiên cứu trên chuột thí
nghiệm [13].
J. Jankun và cộng sự đã tổng hợp các chất tương tự curcumin trong đó hợp chất
(6), (7) đã được chứng minh có khả năng ức chế mạnh enzym cyclooxygenase-1
(COX-1) và COX-2. J. Jankun và cộng sự đã thực hiện các nghiên cứu để xác định
khả năng ức chế vượt trội của các dẫn chất curcumin tổng hợp so với curcumin. Hơn
75% các dẫn chất của curcumin đã đến được đích tác dụng, ức chế P-12-LOX, trong
khi các curcumin đã không thể tiếp cận được đích tác dụng và do đó không thể ức
chế P-12-LOX [27].


14

Hình 1. 10. Một số hợp chất bán tổng hợp từ curcumin
1.3.

CÁC PHẢN ỨNG ALKYL HÓA CURCUMIN

1.3.1. O-alkyl hóa
Bao gồm các phản ứng alkyl hóa nhóm –OH alcol hoặc phenol, sản phẩm là ether;
nhóm –OH của acid carboxylic, sản phẩm là ester [5]. Curcumin là một hợp chất
diphenolic, để alkyl hóa sẽ sử dụng phản ứng tổng hợp ether (phản ứng Williamson).

sử dụng tác nhân 2-bromoethanol, đun hồi lưu trong 5h. Sản phẩm được tách ra bằng
sắc ký cột, mono-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin và di-O-(2-hydroxyethyl)-curcumin
với hiệu suất lần lượt là 47% và 32% [19].
1.3.2. C-alkyl hóa
C-alkyl hóa thường là phản ứng alkyl hóa các hợp chất chứa nhóm methylen hoạt
động (là các hợp chất có nguyên tử hydro gần các nhóm hút điện tử mạnh) [5]. Trong
phân tử curcumin, C-4 thuộc cấu trúc β-diceton nên 2 nguyên tử hydro ở vị trí C-4
trở lên rất linh động, liên kết C-H ở đây dễ dàng bị cắt đứt. Chính vì vậy mà vị trí C4 trong phân tử curcumin có khả năng bị tấn công bởi các tác nhân alkyl hóa, tạo ra
dẫn chất C-alkyl hóa của curcumin .
Ví dụ:
- Phản ứng tổng hợp dẫn chất 4-cylohexancurcumin của K. M. Youssef và cộng
sự (2004)
Sơ đồ phản ứng

Phản ứng được tiến hành trong môi trường ethanol có mặt natri methylat, sử dụng
tác nhân 1,5-dibrompentan, đun hồi lưu trong 6 giờ, kết thúc phản ứng lọc loại bỏ
NaBr, cất loại bỏ dung môi. Kết tinh lại trong methanol thu được sản phẩm 4cylohexancurcumin với hiệu suất là 75% [45].
- Phản ứng tổng hợp dẫn chất trimethylcurcumin của U. Roughley và cộng sự
(1973)
Sơ đồ phản ứng