ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

--------

VƢƠNG VĂN TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH VÀ CHUYỂN HOÁ
ZERUMBONE TRONG MỘT SỐ CÂY THUỐC THUỘC
HỌ GỪNG (ZINGIBERACEAE) VIỆT NAM VÀ KHẢO
SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

Hà Nô ̣i - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

--------

VƢƠNG VĂN TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH VÀ CHUYỂN HOÁ
ZERUMBONE TRONG MỘT SỐ CÂY THUỐC THUỘC
HỌ GỪNG (ZINGIBERACEAE) VIỆT NAM VÀ KHẢO
SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

Hoá Hữu cơ và các thầy, các cô của Khoa Hoá học đã đóng góp nhiều ý kiến
quý báu để tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám
hiệu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và các
phòng, ban chức năng đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu và
hoàn thành luận án.
Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn đến Đảng uỷ, Ban Tổng giám đốc
Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga đã tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ tôi trong
quá trình học tập và thực hiện công trình này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể Phòng Vật liệu, tập
thể Viện Độ bền Nhiệt đới, Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga nơi tôi công tác và
tiến hành các thực nghiệm của luận án. Tập thể Phòng đã giúp đỡ, động viên
và chia sẻ nhiều khó khăn với tôi trong thời gian qua.
Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2016
Tác giả luận án

Vương Văn Trường


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN

3

1.1.


Nguồn gốc và phân bố

7

1.2.3.

Thành phần hoá học của cây Gừng gió

8

1.2.4.

Y học dân tộc và cây Gừng gió

14

1.3.

Tổng quan về zerumbone

16

1.3.1

Nguồn gốc, cấu trúc và tính chất vật lý của zerumbone

16

1.3.2.


37

i


2.1

Hoá chất và phƣơng tiện nghiên cứu

37

2.1.1.

Nguyên liệu và hoá chất

37

2.1.2.

Các thiết bị dùng cho nghiên cứu

37

2.2.

Các phƣơng pháp thực nghiệm

38

2.3.

2.3.5.

Phân lập zerumbone bằng phƣơng pháp chiết và sắc ký cột

44

2.3.6.

Phân lập zerumbone bằng phƣơng pháp ép thuỷ lực, chiết và kết
tinh phân đoạn

45

2.4.

Tổng hợp một số hydrazide (1a-l)

45

2.5.

Chuyển hoá zerumbone với các hydrazide

48

2.6.

Chuyển hoá zerumbone oxide với các hydrazide

51

Nguyên liệu zerumbone

66

3.2.

Phân lập zerumbone

67

3.3.

Chuyển hoá zerumbone thành các hợp chất mới

69

3.3.1.

Tổng hợp các acid hydrazide

73

3.3.2.

Chuyển hoá zerumbone với các hydrazide

77

3.3.3.



3.4.1.

Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất của zerumbone với các
hydrazide

145

3.4.2.

Hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ của các sản phẩm lai hoá của
zerumbone với các chalcone

147

KẾT LUẬN

151

KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

153

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN

154

TÀI LIỆU THAM KHẢO

155

ESI-MS

Phổ khối bụi phân tử

FT-IR

Phổ hồng ngoại

GC-MS

Sắc ký khí ghép nối khối phổ

HR-MS

Phổ khối phân giải cao

KLPT

Khối lƣợng phân tử

NMR

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân

SKBM

Sắc ký bản mỏng

SKC


9

1.2 Thành phần hóa học của tinh dầu củ Gừng gió vùng BTT-VN

9

1.3 Thành phần hóa học của tinh dầu thân, lá Gừng gió vùng BTT-VN

10

1.4 Thành phần hóa học của tinh dầu hoa Gừng gió vùng BTT-VN

11

1.5 Thành phần hoá học tinh dầu củ Gừng gió sau khi đã tách

12

zerumbone kết tinh
1.6 Hàm lƣợng zerumbone của tinh dầu Z. zerumbet ở một số vùng

17

trên thế giới
1.7 Một số cây đã phát hiện có chứa zerumbone

18

1.8 Cƣờng độ gây độc tế bào ung thƣ của zerumbone in vitro



3.1 Dữ liệu phổ NMR của zerumbone

69

3.2 Kết quả tổng hợp các hydrazide (1a-l)

72

3.3 Dữ liệu phổ 1H-NMR của các hydrazide béo (1a-f)

73

3.4 Các dữ liệu phổ 13C-NMR của các hydrazide béo (1a-f)

74

3.5 Phổ 1H-NMR của các hydrazide thơm (1g-l)

75

3.6 Dữ liệu phổ MS của các hydrazide thơm (1g-l)

76

3.7 Kết quả tổng hợp của các sản phẩm ngƣng tụ zerumbone với các
hydrazide

78



93

3.15 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ

95

vi


zerumbone oxide với hydrazide béo 3a-f
3.16 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ
zerumbone oxide với các hydrazide béo 3a-f

96

3.17 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ

97

zerumbone oxide với các hydrazide thơm 3g-l
3.18 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ

98

zerumbone oxide với các hydrazide thơm 3g-l
3.19 Dữ liệu phổ HR-MS của các hợp chất 3a-f

101


119

3.28 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm đích 12a-g

125

3.29 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm đích 12a-g

126

3.30 Dữ liệu phổ HR-MS dãy 12a-g

128

3.31 Kết quả tổng hợp các chất trung gian 13a-f

129

vii


3.32 Kết quả tổng hợp các chất trung gian 14a-f

130

3.33 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các chất trung gian 14a-f

132

3.34 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các chất trung gian 14a-f

146

phẩm ngƣng tụ
3.42 Cƣờng độ ức chế tế bào ung thƣ của các dẫn xuất 12a-g và 15a-f

viii

148


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình

Trang
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1

Ảnh cây, hoa và lát cắt cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith)
vùng Tam Đảo-Vĩnh Phúc

5

1.2

Mƣời loại gừng gió đã biến đổi

6


1.8

Phản ứng cộng liên hợp với cyanide và brom

29

1.9

Phản ứng cộng hợp hydro vào nối đôi liên hợp

29

1.10

Phản ứng epoxy hoá zerumbol

30

1.11

Phản ứng tổng hợp bisepoxide zerumbol

30

1.12

Phản ứng tổng hợp triepoxide zerumbol

31



34

1.18

Phản ứng mở vòng dẫn xuất 3-dimethyl amino, phân cắt liên kết 2-3

35

1.19

Sơ đồ phản ứng sinh tổng hợp zerumbone đề xuất bởi Yu

35

1.20

Sơ đồ bán tổng hợp zerumbone từ humulene của Shirahama

36

1.21

Sơ đồ tổng hợp toàn phần zerumbone của Komada

36

CHƢƠNG 2: PHẦN THỰC NGHIỆM
2.1


Sơ đồ phản ứng tổng hợp 15a-f

62

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1

Sơ đồ qui trình phân lập zerumbone từ củ Gừng gió

68

3.2

Phổ 1H-NMR của zerumbone

70

3.3

Phổ 13C-NMR của zerumbone

70

3.4

Phổ 1H-NMR của valeric acid hydrazide (1b)

73

3.5


79

3.10

Phổ

13

C-NMR của sản phẩm ngƣng tụ zerumbone với

80

benzohydrazide (2g)
Phổ 1H-1H COSY giãn của hợp chất 2g (vùng thơm)

81

3.11b Phổ 1H-1H COSY giãn của hợp chất 2g (khung zerumbone)

81

3.12a

82

3.11a

Phổ HSQC của hợp chất 2g (vùng khung zerumbone)


Phổ 13C-NMR của zerumbone oxide

92

3.18

Phổ MS của zerumbone oxide

92

3.19

Phổ 1H-NMR của chất 3a

94

3.20

Phổ 13C-NMR của chất 3a

95

3.21

Phổ HR-MS của hợp chất 3f

100

3.22



3.27

Phổ 13C-NMR của azazerumbone 2 (vùng thơm)

109

3.28

Phổ

1

H-NMR của (3E,7E,11E)-5,5,8,12-tetramethyl-1-(prop-2-

110

ynyl)azacy clododeca-3,7,11-trien-2-one (6)
3.29

Phổ

13

C-NMR của (3E,7E,11E)-5,5,8,12-tetramethyl-1-(prop-2-

110

ynyl)azacyclododeca-3,7,11-trien-2-one (6)
3.30

3.35

Phổ 13C-NMR của 4'-azidoethoxy-2'-hydroxy-3-methoxychalcone
(11b)

115

3.36

Phổ MS của 11b

117

3.37

Phổ 1H-NMR của hợp chất 12b

120

3.38

Phổ 13C-NMR của hợp chất 12b

121

3.39

Phổ tƣơng tác gần HSQC của 12b

122

Phổ MS của 14b

134

3.45

Phổ 1H-NMR của hợp chất 15a

137

3.46

Phổ 13C-NMR của hợp chất 15a

138

3.47

Phổ tƣơng tác gần HSQC của hợp chất 15a

139

3.48

Phổ tƣơng tác xa HMBC của hợp chất 15a

141

3.49


Gừng (Zingiberaceae) Việt Nam và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ”. Đề tài
có 4 nhiệm vụ chính sau.
1. Khảo sát hàm lƣợng tinh dầu và zerumbone trong bốn cây thuốc thuộc họ
Gừng (Zingiberaceae).
2. Nghiên cứu quy trình chiết tách zerumbone cho hiệu suất tốt và độ tinh khiết
cao.
3. Chuyển hoá zerumbone thành các sản phẩm mới theo hƣớng có hoạt tính
sinh học.
1


4. Khảo sát hoạt tính sinh học của các sản phẩm chuyển hoá đƣợc.
Đề tài cũng góp phần hỗ trợ cho việc thực hiện thành công Dự án sản xuất thử
nghiệm cấp nhà nƣớc “Hoàn thiện qui trình công nghệ sản xuất viên nang zerumboner
từ cây Gừng gió Việt Nam (Zingiber zerumbet Smith) để hỗ trợ điều trị ung thƣ”, mã
số CNHD-DASXTN 011/13-15 thuộc Chƣơng trình nghiên cứu khoa học công nghệ
trọng điểm quốc gia phát triển công nghiệp hoá dƣợc đến năm 2020.

2


CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN
1.1.

TỔNG QUAN VỀ CHI ZINGIBER

1.1.1. Vài nét về thực vật của chi Zingiber
Chi Zingiber là chi lớn thuộc họ Gừng (Zingiberaceae), Zingiber có khoảng
trên 100 loài. Các loài này phân bố rộng rãi từ phía Đông Á đến vùng nhiệt đới
Australia và đặc biệt có nhiều ở Malaysia [25]. Riêng ở Việt Nam, họ Gừng hiện

Tinh dầu Z. officinale Ấn Độ có chứa hơn 50 hợp chất terpenoid khác nhau
gồm các hydrocarbon sesquiterpen, các sesquiterpen alcohol và các monoterpenoid.
Trong đó thành phần chính là zingiberene chiếm 39,12% và ar-curcumen chiếm
13,85%. Zingiberene đƣợc biết đến với nhiều tính chất quí đƣợc sử dụng trong
ngành dƣợc phẩm và hƣơng liệu. Trong tinh dầu thân rễ của Z. purpureum, các
thành phần chính là monoterpen sainene chiếm 24,76% và terpineol chiếm 20,06%.
Terpineol cũng đƣợc sử dụng nhiều trong pha chế nƣớc hoa và hƣơng liệu. Thành
phần chính của tinh dầu Z. zerumbet là các hydrocarbon sesquiterpen, trong đó
thành phần chính là α-humulen chiếm 12,6%, monocyclic sesquiterpen keton
zerumbone chiếm 34,71%. Trong đó zerumbone là dẫn xuất oxi hoá của humulen
đƣợc biết đến là chất có khả năng ức chế vi khuẩn mạnh và đặc biệt là ức chế đƣợc
nhiều dòng tế bào ung thƣ ngƣời [43].
1.2.

TỔNG QUAN VỀ CÂY GỪNG GIÓ (Zingiber zerumbet Smith)
Cây Gừng gió có tên khoa học là Zingiber zerumbet (L) J. E. Sm. (hay

Zingiber zerumbet Sm.) thuộc chi Gừng (Zingiber), họ Gừng (Zingiberaceae).
Ngoài ra cây Gừng gió còn có một số tên đồng nghĩa sau: Amomum zerumbet L.
(1753); Zingiber amaricans Blume (1872); Z.aromaticum Valeton (1918); Z.
littorale Valeton (1918) [11]. Ở mỗi nƣớc, cây Gừng gió đƣợc gọi với nhiều tên
riêng: Riềng dại, Ngải mặt trời, Ngải xanh (Việt Nam), Khuhet phtu, Prateal vong
atit (Campuchia), Gingembre fou (Pháp) và Phong khƣơng (Trung Quốc)
[2,5,13,14].

4


Nhƣng trong quá trình phát triển ở các vùng lãnh thổ khác nhau, khí hậu
khác nhau, nhiệt độ khác nhau loài Gừng gió (Z. zerumbet) có nhiều thay đổi: Có

bao phấn màu vàng nhạt; bầu 3 ô. Quả nang hình trụ hay bầu dục, dài 1,5 cm, khi
chín có màu đỏ; hạt ít, màu đen, áo hạt màu trắng [14].
1.2.2. Nguồn gốc và phân bố
Nhiều tác giả cho rằng Gừng gió có nguồn gốc từ Ấn Độ, đƣợc ngƣời dân
nơi đây trồng và tự nhiên hóa tại nhiều nƣớc Châu Á (Sri Lanka, Trung Quốc, Việt
Nam, Lào, Malaysia, Indonesia, Philippin, Campuchia, Thái Lan…). Gừng gió là
loài cây có nguồn gen đa dạng, sinh trƣởng nhanh, chống chịu khỏe, nên có khả
năng tự nhiên hóa mạnh [13,14].
Ở Việt Nam, cây mọc rải rác ở các tỉnh trung du, vùng núi thấp và đôi khi cả
ở đồng bằng. Cây ƣa ẩm, chịu bóng, thƣờng mọc ở ven rừng và dƣới tán rừng kín. ở
vùng trung du và đồng bằng, cây mọc lẫn trong các lùm bụi dƣới chân đồi hoặc
quanh các làng bản [2].

7


1.2.3. Thành phần hoá học của cây Gừng gió
Để sử dụng triệt để và có hiệu quả cây Gừng gió, ngƣời ta nghiên cứu thành
phần hoá học của nó. Kết quả nghiên cứu cho thấy thành phần hoá học chính của
cây Gừng gió là các terpenoid, đặc biệt là các sesquiterpenoid và các dẫn xuất oxy
của chúng. Các hợp chất này nằm trong tinh dầu củ cây Gừng gió, vì vậy điều quan
tâm trƣớc tiên trong thành phần hoá học cây Gừng gió chính là tinh dầu của nó.
Nghiên cứu tinh dầu cây Gừng gió nhằm mục đích cho sự phát triển của công
nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm, hƣơng liệu và mỹ phẩm. Các nƣớc đóng góp nhiều
nhất trong lĩnh vực này là Pháp, Ấn Độ, Malaysia, Bangladesh [24,27,33,40,87,97].
Tất cả các bộ phận của cây Gừng gió đều có tinh dầu. Hàm lƣợng tinh dầu cũng nhƣ
thành phần hoá học của tinh dầu ở các bộ phận khác nhau hoàn toàn khác nhau. Ở
mỗi bộ phận cây Gừng gió, hàm lƣợng tinh dầu và thành phần tinh dầu thay đổi
theo mùa vụ, vùng trồng, khí hậu và thổ nhƣỡng.
1.2.3.1. Thành phần hoá học củ Gừng gió