ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN MINH THÔNG

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHẢ NĂNG CHỐNG
OXY HÓA CỦA MỘT SỐ POLYPHENOL VÀ DẪN
XUẤT TRÊN NỀN FULLERENE (C60) BẰNG
PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số: 62.44.01.19

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ

HUẾ, NĂM 2017


Công trình được hoàn thành tại Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa
học, Đại học Huế.

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Phạm Cẩm Nam
2. PGS.TS. Trần Dương

Phản biện 1: GS. TSKH. Đặng Ứng Vận
Phản biện 2: GS.TSKH. Hồ Sĩ Thoảng
Phản biện 3: GS. TS. Nguyễn Văn Hiếu

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luận

dụng có lợi cho sức khỏe con người. Các chất chống oxy hóa tự nhiên
như các hợp chất polyphenol có khả năng loại bỏ gốc tự do, ngăn chặn
quá trình oxy hóa rất hiệu quả. Trong tự nhiên, cây sa kê và vỏ măng
cụt được biết đến là một nguồn hợp chất polyphenol rất dồi dào. Vấn
đề nghiên cứu thực nghiệm về hoạt tính chống oxy hóa của các hợp
chất chiết xuất từ cây sa kê và vỏ măng cụt yêu cầu trải qua nhiều giai
đoạn phức tạp: Sàn lọc từ các hợp chất tự nhiên, phân lập, xác định
cấu trúc, thử nghiệm hoạt tính sinh học... đòi hỏi một khối lượng công
việc rất lớn. Thực tế cho thấy trên thế giới xu hướng kết hợp nghiên
cứu giữa các nhóm tính toán lý thuyết và thực nghiệm phát triển rất
mạnh mẽ. Các tính toán lý thuyết có thể cung cấp các thông tin nền
tảng như các thông số cấu trúc, năng lượng và một số tính chất quan
trọng khác góp phần định hướng làm thực nghiệm và ngược lại kết quả
thực nghiệm sẽ làm sáng tỏ và chứng minh tính đúng đắn của tính toán
lý thuyết. Do đó, việc bố trí nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu
hóa tính toán đan xen nhau một cách hợp lý sẽ giúp giảm thiểu được
khối lượng thực nghiệm và kết quả thu được cũng được lý giải một
cách logic và khoa học hơn. Mặc dù, các kết quả thực nghiệm về hoạt
tính sinh học của các hợp chất chiết xuất từ cây sa kê và vỏ măng cụt
đã được báo cáo, nhưng việc mô phỏng đánh giá khả năng chống oxy
hóa bằng hóa học tính toán là một bước mới, chưa có nghiên cứu lý
1


thuyết nào phân tích khả năng chống oxy hóa của các hợp chất này
cũng như xác định cơ chế của phản ứng dập tắt gốc tự do.
Ngoài hợp chất polyphenol thì gần đây nhiều nghiên cứu đã chứng
minh rằng fullerene (C60) phản ứng với các gốc tự do và hoạt động như
một chất dập tắt gốc tự do hiệu quả. Điều này đã được thử nghiệm cả in
vitro và in vivo. Hiệu quả chống oxy hóa của chúng được chứng tỏ cao

2


- Thiết kế các hợp chất có khả năng chống oxy hóa từ dẫn xuất
malonate có nguồn gốc từ cây sa kê và vỏ măng cụt trên nền fullerene
thông qua phản ứng Bingel-Hirsch.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
Triển khai một hướng nghiên cứu mới, phù hợp với xu thế chung
trên thế giới cũng như các điều kiện của Việt Nam: Tìm kiếm chất
chống oxy hóa xanh thân thiện môi trường. Bên cạnh đó, luận án còn
có vai trò đóng góp vào việc khẳng định khả năng tổng hợp các chất
chống oxy hóa trên nền fullerene đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu và
hướng tới việc ứng dụng trong nước.
Những đóng góp mới của luận án:
- Đã tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống khả năng chống
oxy hóa của một số hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê và
vỏ măng cụt thông qua 3 cơ chế HAT, SET−PT và SPLET. Trong đó,
hợp chất S12, M10 và M11 được xem là những chất chống oxy hóa
tiềm năng với giá trị BDE(O−H) trong pha khí lần lượt là 77,3; 82,3;
82,8 kcal/mol.
- Đã làm rõ được cơ chế phản ứng Bingel − Hirsch giữa ion âm
dimethyl bromomalonate và fullerene (C60). Trong bốn đường phản
ứng thì đường phản ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 để hình
thành sản phẩm ở vị trí liên kết (6,6) là thuận lợi về mặt nhiệt động,
điều này cũng phù hợp với kết quả thực nghiệm.
- Đã thiết kế các hợp chất chống oxy từ một số dẫn xuất malonate
của altilisin J và mangostin trên nền fullerene bằng phương pháp hóa
tính toán. Các hợp dẫn xuất fullerene mới có khả năng chống oxy hóa
cao hơn so với hợp chất ban đầu, được đánh giá thông qua các thông
số đặc trưng như: BDE, IE và EA.

LY LIÊN KẾT O−H
3.1.1. Cách chọn mô hình ONIOM 2 lớp
Trong Hình 3.1, chúng tôi mô tả 7
cách chọn các lớp trong mô hình
ONIOM. Trong đó, mỗi phân tử được
3A
3B
1A
chia thành 2 lớp: các nguyên tử ở vị trí
phân ly liên kết được chọn làm lớp cao,
B
B
B
các nguyên tử phần còn lại được chọn
5B
5C
5A
làm lớp thấp.
Tương ứng với lớp cao thì được
B
tính
bằng phương pháp (RO)B3LYP/6B
B
311++
G(2df,2p), còn lớp thấp thì được
Full
5D
7A
tính bằng phương pháp PM6.
O


4


3.1.2. Áp dụng cho các dẫn xuất của phenol
Các kết quả tính toán trong Hình 3.2 chỉ ra rằng các giá trị
BDE(O−H) sử dụng mô hình 1A có độ chính xác cao và gần với giá
trị thực nghiệm. Vì vậy, chúng tôi chọn mô hình 1A và phương pháp
ONIOM (ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6) cho nghiên cứu
BDE(O-H) tiếp theo.
Hình 3.2. So sánh giá trị
BDE(O-H) của dẫn xuất
phenol được tính bằng 7
mô hình ONIOM với dữ
liệu thực nghiệm

Tuy nhiên, độ tin
cậy của mô hình 1A cần
được kiểm tra thêm trên
các phân tử có kích
thước lớn hơn như
ubiquinol-2, ubiquinol6 và ubiquinol-10 (trong
đó ubiquinol-10 là một
chất oxy hóa mạnh). Kết
quả tính BDE(O−H) của
các ubiquinol được trình
bày trong Bảng 3.2 cho
thấy rằng giá trị BDE(O−H) tính toán lý thuyết có sự tương đồng rất
tốt so với giá trị thực nghiệm với độ lệch chỉ ±1 kcal/mol.
Bảng 3.2. Giá trị BDE(O−H) của các ubiquinol (kcal/mol)

nguyên tử trong phân tử flavonoid đều
5

3.1.3.Áp dụng cho các hợp
chất flavonoid
5

5'

4

6'

6

A

4'

B

1'

3

3'

1
2


2

6'

Apigenin: 5,7,4' - OH
Kaempf erol: 3,5,7,4' - OH
Quercetin: 3,5,7,3',4' - OH

3

4

3'
O

2'
1

8
7

A
6
5

1'

O

C

Vị trí
O−H

2’-hydroxyl
chacone

2’−OH

3’-hydroxyl
chacone

3’−OH

4’-hydroxyl
chacone

4’−OH

Apigenin

4’−OH

Kaempferol

4’−OH

Quercetin

3’−OH


1A
87,9(−0,9)
3A
85,0(−3,8)
5C
80,5(−8,3)
3B
83,8(−5,0)
5D
83,0 (−5,8)
5A
84,3(−4,5)
7A
88,9(+0,1)
5B
81,7(−3,2)
1A
85,9(−1,0)
3A
83,2(−1,7)
5C
78,7(−6,2)
3B
81,9(−3,0)
5D
77,5(−7,4)
5A
82,4(−2,5)
7A
87,2(+2,3)

7A
86,4(+2,7)
5B
75,5(−4,6)
1A
80,5(+0,4)
3A
75,7(−4,4)
5C
70,3 (−9,8)
3B
78,6(−1,5)
5D
74,6 (−5,5)
5A
73,1(−7,0)
7A
79,4 (−0,7)
1A
3A
3B
5A

78,4(+0,9)
75,0(−2,5)
73,4(−4,1)
72,1(−5,4)

5B
5C

77,6 [34]

4’−OH

5B
1A
89,0(+1,1)
85,6(2,3)
3A
5C
85,2(2,7)
80,7(7,2)
87,9a; 92,73 [44]
3B
5D
86,1(1,8)
81,8(6,1)
5A
7A
90,1(+2,2)
84,8(3,1)
a
Giá trị BDE tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2df,2p)//PM6.
Ghi chú: Các giá trị trong dấu ngoặc là sự khác nhau giữa giá trị BDE(OH) tính bằng phương pháp
ONIOM và phương pháp B3LYP/6-311++G(2df,2p)//PM6.
Naringenin

3.1.4. Nhận xét
Qua kết quả tính toán ở trên, chúng tôi có thể kết luận rằng sử dụng
phương pháp ONIOM với mô hình 1A là sự lựa chọn tốt nhất cho tính

8,20 (8,63)
-0,09(0,07)
1,3-Benzenediol
8,10(8,44)
8,15(8,56)
0,05(0,12)
1,2-Benzenediol
7,39(7,74)
N/A(7,80)
N/A(0,06)
BHT
2-Methyl phenol
8,17(8,46)
-0,03(0,00)
8,14(8,460,06)
9,02(9,43)
9,1(9,29)
0,08(-0,14)
2-Nitro phenol
7,84(8,17)
8,0(8,18)
0,16(0,01)
2,4-Dimethyl phenol
N/A(8,0)
N/A(0,02)
2,4,6-Trimethyl phenol 7,64(7,98)
2,6-Diclo phenol
8,60(8,84)
0,06(N/A)
8,650,02(N/A)

và thực nghiệm lớn
nhất chỉ bằng 0,19 eV.
Điều này cho thấy giá
trị IE tính ở mức lý
thuyết PM6 cho kết
quả gần với giá trị
thực nghiệm.

3.2.3. Nhận xét
Từ kết quả Bảng 3.5 chúng tôi có thể kết luận rằng phương pháp
PM6 là phương pháp thích hợp để tính năng lượng ion hóa. Ưu điểm
của phương pháp này là thời gian tính toán nhanh, phù hợp cho nghiên
cứu các hợp chất có số lượng nguyên tử rất lớn như các dẫn xuất của
fullerene đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác cao. Vì vậy, chúng tôi
áp dụng phương pháp PM6 cho nghiên cứu năng lượng ion hóa của
các hợp chất phenolic ở các phần tiếp theo.
7


3.3. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC HỢP CHẤT
POLYPHENOL CÓ NGUỒN GỐC TỪ CÂY SA KÊ
(ARTOCARPUS ALTILIS)
3.3.1. Lựa chọn một số hợp chất polyphenol có chứa trong cây sa kê
Cấu trúc của 12 hợp chất có nguồn gốc từ cây sa kê được trình bày
ở Hình 3.6.
3.3.2.Cơ chế chuyển nguyên tử
hydro (HAT) - Năng lượng phân
ly liên kết (BDE)
3.3.2.1. Xác định vị trí liên kết
O-H dễ phân ly


1'

C

H

B

OH

3
O
3''

2'

1

4'

B

C

2''

O

2'

O

3

HO 6

6
OCH3

A

5

4

S10

1
O 2

HO 6

4

B

2
OH

3


S9

OH

B

3

4

OH

2

O1
8

A

OH

1

B

OH

2



3

1

1''

7'' 6''

B

OH

OH O
2'

1'

HO

OH

1

S6

S5

OH O
2'

1'

HO

4

3

O

O

A

4'

B

1''

OH

3

1

HO

4


OH O
A

B

OH

S1

4'

1

H

HO

4

3
O

C

A

4'

B


phenol. Kết quả ở Bảng 3.7 cũng cho thấy BDE(O−H) ở vị trí số 2 của
hợp chất S12 (77,3 kcal/mol trong pha khí) tương tự với giá trị
BDE(O−H) của ubiquinol-10 (78,5 kcal/mol).
Bảng 3.7. BDE(O–H) của 12 hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê
tính bằng phương pháp ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6)
Hợp
chất
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
S11
S12

Vị trí O−H
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
3−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
3−OH (vòng B)

hợp chất S10 dễ cho electron hơn các
hợp chất khác. Vì vậy, hợp chất S10
được xem là chất chống oxy hóa tiềm
năng theo cơ chế chuyển electron.

Bảng 3.8. Giá trị năng lượng ion hóa (eV) tính bằng phương pháp PM6 của
12 hợp chất nghiên cứu

3.3.3.2. Năng lượng phân ly proton (PDE)
Các giá trị năng lượng phân ly proton của
các ion dương gốc tự do hình thành trong bước
thứ 2 của cơ chế SET−PT được tổng hợp trong
Bảng 3.9. Mỗi ion dương gốc tự do có thể có
nhiều vị trí tách proton. Dữ liệu trong Bảng 3.9
cho thấy các giá trị PDE trong pha khí tăng theo
thứ thự sau: S6 < S12 < S7 < S8 < S5 < S3 < S11
< S1 < S9 < S4 < S2 < S10.
Tuy nhiên, trong cơ chế SET−PT vị trí có
khả năng chống oxy hóa mạnh được xác định dựa vào tổng enthalpy
tối thiểu liên quan đến cơ chế dập tắt gốc tự do cụ thể. Tổng năng lượng
này gồm IE adiabatic (ở Bảng 3.8) cộng với PDE (ở Bảng 3.9), kết quả
được trình bày trong Bảng 3.9. Kết quả thu được cho thấy tổng năng
lượng tối thiểu của cơ chế HAT và SET−PT liên quan đến nhóm O-H
của 12 hợp chất nghiên cứu là như nhau và khả năng dập tắt gốc tự do
xảy ra ở cùng một vị trí. Thứ tự tổng năng lượng tối thiểu trong pha
khí gồm năng lượng ion hóa và năng lượng phân ly proton là: S12

7,28
7,83
7,04
7,56
7,42
7,85
7,66
8,08

9


S10 ≈ S7 < S6 < S9 < S3 < S11 < S1 < S8 < S5 < S2 < S4.
Vì vậy, có thể rút ra kết luận rằng sự hình thành gốc tự do phenoxy
từ ion dương gốc tự do polyphenol và phân tử polyphenol trung hòa là
tương đương và xảy ra ở cùng vị trí. Điều đó cho thấy cơ chế HAT có
ảnh hưởng rất lớn lên quá trình dập tắt sự oxy hóa. Do đó, BDE là một
thông số quan trọng để đánh giá khả năng chống oxy hóa.
Bảng 3.9. Năng lượng phản ứng của 12 hợp chất có nguồn gốc từ cây sa kê
tính bằng phương pháp PM6 (kcal/mol)
Hợp
chất
S1

S2

S3

S4


4’ (vòng A)
4 (vòng B)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
2’(vòng A’)
4’ (vòng A’)
3 (vòng B’)
4 (vòng B’)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
4 (vòng B)
7’’
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
6’’
6’ (vòngA)
8 (vòng B)
6’ (vòngA)
8 (vòng B)

BDE

IEb

71,8
83,2
82,6
70,4
100,6
83,8
82,7
68,4
70,5
99,9
79,3
66,8
79,9
69,2

168,8

190,9
172,0
159,3
171,8
171,2
159,7
170,7
158,5
156,0
169,7
189,1
170,2
158,9


171,1

170,9

173,0

181,5

171,3

174,6

167,9

162,3
171,1

IE +
PDE
359,7
340,8
328,1
341,5
340,9
329,4
341,8
329,6
327,1
340,8

327,4

10

3.3.4. Nhận xét
Trong phần nghiên cứu
này, chúng tôi đã sử dụng
phương pháp ONIOM
(ROB3LYP
/6-311++G
(2df,2p):PM6) với mô hình
1A để xác định BDE(O−H)
của
các
hợp
chất
polyphenol có nguồn gốc
từ cây sa kê. Trong đó,
BDE(O−H) của các hợp
chất S3, S6, S7, S9, S10 và
S12 lần lượt là: 80,8; 80,3;
79,3; 79,3; 80,3 và 77,3
kcal/mol, chúng được xem
như là những chất chống
oxy hóa tiềm năng. Năng
lượng ion hóa adiabatic của
các hợp chất polyphenol
được xác định bằng
phương pháp PM6. Sự hình
thành gốc tự do phenoxy từ

và hợp chất liên quan
> M7 > M1 > M9 ≈ Norathyriol >
M8 > M13 > M6 >M14 > M2 > M3 > M4 > M12 > M5. Trong tất cả
các hợp chất nghiên cứu thì BDE thấp nhất được tìm thấy ở nhóm OH
của vòng A (trừ hợp chất M5 và Norathyriol). Kinghorn và cộng sự đã
nghiên cứu thực nghiệm về khả năng dập tắt gốc tự do của 13 hợp chất
(M1 và M3 − M14) dựa vào giá trị IC50 của ONOO−, kết quả được trình
bày trong Bảng 3.11. Năm trong số 13 hợp chất xanthone là M1, M8,
M10, M11 và M13 được chứng minh là chất có tiềm năng chống oxy
hóa trong cả 2 phương pháp thử nghiệm. Đáng chú ý nhất là hợp chất
M10 và M11, chúng có giá trị BDE(O−H) ở vị trí số 6 thấp hơn so với
các vị trí khác, với giá trị lần lượt là 82,3 và 82,8 kcal/mol. Điều này chỉ
ra rằng sự chuyển nguyên tử hydro từ 6−OH của hợp chất M10 và M11
cho gốc tự do là dễ dàng hơn so với nhóm OH của các hợp chất khác.
Vì vậy, nhóm OH ở vị trí số 6 của hợp chất M10 và M11 đóng vai trò
quan trọng trong cơ chế chống oxy hóa HAT và điều này cũng được
khẳng định bởi nghiên cứu thực nghiệm trước đó.
Quan sát các kết quả trong Bảng 3.11 cho thấy sự ảnh hưởng của
dung môi nước lên giá trị BDE là rất ít. Độ lệch lớn nhất giữa giá trị
6’ (vòngA)
79,9
177,3
2 (vòng B)
65,0
3 (vòng B)
71,2
a
Cách đánh số được mô tả ở Hình 3.6
b
Giá trị IE adiabatic.


OCH3

H3CO

O

1

7

A

OH

C

HO 6

B

M1

B

3

O

OR


OH

M3 R = CH 3
M4 R = H

M2

OH

A

1"

1

C

H3CO

3"

OH

O

O

H3CO


B

O

OH

6

C

B

3

O

C
O

A

1

B

3

O

OH

A

HO

5

OH

M7

H3CO 7

3

O

O

3

OH

OH

M8

R

B


OH

O

C

HO

B

OH

6

M12 R = H
M13 R = OH

A

8

1

O

3

HO

OH

O

2 OH
3

OH

Norathyriol

11


BDE trong pha khí và dung môi nước là 5,9 kcal/mol. Trật tự của giá
trị BDE trong dung môi nước khác so với trong pha khí: M1 < M8

84,4
0,1
M8
của các giá trị IE trong
6 (vòng A) 84,2
85,9
1,7
M9
pha khí như sau: M14

Bảng 3.13. Trong hợp chất M5 thì vị trí số 1 của vòng B có giá trị PDE
thấp nhất khoảng 253,15 kcal/mol. Tương tự, đối với hợp chất
Hợp
chất

BDE (O-H)
kcal/mol

Vị trí O-H

IC50 (µM)b

BDE

a

SIN-1Authenic
derived
ONOOONOO4,6
10,0
N/A
N/A
>30
3,2
>30
11,9
15,9
>30
26,4
15,1

trị PDE trong dung môi nước thấp hơn một cách đáng kể so với trong
pha khí do năng lượng solvat hóa của proton trong nước cao. Điều này
chỉ ra rằng khả năng phân ly proton trong dung môi nước được ưu tiên
hơn trong pha khí.
Bảng 3.12. Năng lượng ion hóa của 14 hợp chất xanhthone có nguồn gốc từ
vỏ măng cụt tính bằng phương pháp PM6
Hợp chất
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
M14

IE (kcal/mol)
Pha khí
189,79
(172,73)
209,16
(178,72)
190,48
(174,80)

130,59
(122,56)
127,79
(116,70)
136,43
(126,55)
127,57
(120,12)
125,08
(118,24)
132,23
(118,48)
136,46
(121,42)
127,55
(120,62)
135,54
(126,75)
125,86
(118,97)
125,80
(117,22)

IEa
(kcal/mol)
−
−
135,53
134,95
130,82

môi nước thì giá trị PA thấp
hơn rất nhiều so với các giá trị
BDE và IE tương ứng. Như


201,32
132,49
−
(192,10)
(125,00)
Ghi chú: Giá trị trong dấu ngoặc là giá trị IE adiabatic.
a
Giá trị IE vertical tính trong dung môi nước tham
khảo tài liệu [76].
Norathyriol

vậy, các kết quả thu được cho
thấy trong dung môi nước thì
cơ chế SPLET được ưu tiên hơn
theo quan điểm nhiệt động.

Bảng 3.13. Các giá trị PA, ETE và PDE của 14 hợp chất xanhthone có nguồn
gốc từ vỏ măng cụt tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-31+G(d,p)//PM6
Hợp chất
M1
5 (vòng A)
8 (vòng A)
1 (vòng B)
M2
6 (vòng A)

6 (vòng A)
1 (vòng B)
3 (vòng B)
M11
6 (vòng A)
7 (vòng A)

PA (kcal/mol)
Pha
Nước
khí

PAa

ETE (kcal/mol)
Pha
Nước
khí

PDE (kcal/mol)
ETEb

Pha khí

Nước

PDEc

336,75
347,64

-231,79
-234,06
-235,01

324,08
343,91
328,70

22,28
37,05
27,52

−301,80
-306,86
-301,18

75,86
67,14
79,58

99,04
81,43
91,77

23,18
14,29
12,19

237,29
248,4


-3,00
3,87

-233,42
-236,74

336,22
345,61
327,43

30,97
36,78
26,28

-305,25
-308,83
-301,15

63,17
65,12
77,01

77,69
80,09
98,39

14,52
14,97
21,38


324,38
343,26
328,37
376,17

23,98
35,57
26,96
57,40

-300,40
-307,69
-301,41
-318,77

74,79
67,52
79,63
43,47

87,03
82,75
92,45
119,12

12,24
15,23
12,82
75,65


12,88
17,13
16,69
15,53

233,59
235,67
250,83
245,32

-0,93
-2,09
9,82
9,30

-234,52
-237,76
-241,01
-236,02

323,55
342,26
349,16
331,96

23,54
34,78
38,86
27,85


225,06
237,60
241,74
239,86

-47,38
-36,97
-33,41
-28,33

-272,44
-274,57
-275,15
-268,19

335,96
331,88

27,85
28,20

-308,11
-303,68

63,99
70,92

83,15
88,90

80,64
90,13

15,18
16,07
14,11

232,09
247,44
241,99

-231,13
-238,5
-233,81

14,18
16,24

227,47
228,82

0,96
8,94
8,18
,
-41,69
-44,59

320,79
339,34

3 (vòng B)
1 (vòng B)
M12
5 (vòng A)
337,60
1 (vòng B)
344,59
3 (vòng B)
327,01
M13
5 (vòng A)
340,23
8 (vòng A)
323,94
3 (vòng B)
346,21
1 (vòng B)
340,04
M14
6 (vòng A)
334,33
1 (vòng B)
345,98
3 (vòng B)
331,87
Norathyriol
2 (vòng B)
327,56
3 (vòng B)
331,15


61,80
67,97
79,44

80,45
83,07
92,77

18,65
15,10
13,33

226,87
240,02
233,92

-43,88
-35,04
-35,35

-270,75
-275,06
-269,27

31,07
24,56
36,32
33,48


-271,52
-269,95
-275,33
-270,27

28,83
38,17
28,00

-305,50
-307,81
-303,87

66,96
65,52
75,26

81,34
80,12
94,35

14,38
14,60
19,09

242,45
252,67
248,30

-30,01

84,09

212,43
222,93
223,59
234,52

-10,46
-3,12
0,71
4,74

-222,89
-226,05
-222,88
-229,78

PAa

PDE (kcal/mol)
ETEb

PDEc

Pha khí

Nước

14,77
16,44



trong dung môi nước.
- Sự khác nhau đáng kể giữa các giá trị enthalpy trong pha khí và
dung môi nước đặc trưng cho những phản ứng liên quan đến phần tử
mang điện tích.
- Trong số các hợp chất xanhthone nghiên cứu thì hợp chất M10
và M11 có khả năng chống oxy hóa cao nhất.
3.5. KHẢ NĂNG DẬP TẮT GỐC TỰ DO CỦA MỘT SỐ HỢP
CHẤT POLYPHENOL
3.5.1. Giới thiệu
Trong phần này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu một cách hệ thống
để làm sáng tỏ hơn đặc tính chống oxy hóa của một số hợp chất
polyphenol thường được sử dụng (Hình 3.8).
3.5.2. Năng lượng phân ly liên kết
và năng lượng ion hóa của một số
hợp chất polyphenol
Bảng 3.14 trình bày kết quả
BDE của một số hợp chất
polyphenol tính trong pha khí sử
dụng phương pháp ONIOM với mô
hình 1A. Dữ liệu trong Bảng 3.14
cho thấy giá trị BDE biến thiên
trong khoảng 77,3 đến 83,7
kcal/mol. Độ lệch trung bình của giá
trị BDE giữa phương pháp ONIOM
Hình 3.8. Một số hợp chất chống
và thực nghiệm là khoảng 1,5
oxy hóa polyphenol
kcal/mol. Điều này khẳng định lại

OH
3 4 OH
B

OH

OH

O

OH O

Chalcone

Quercetin

3

HO

O

O

2
1

4 OH

B

O

OH

  Mangostin

Flavone

O

A

HO

O

HO

O

H3CO 7

3

4

1

B


< flavone < quecertin < -mangostin. So sánh hai dãy giá trị BDE và
IE, chúng ta thấy trật tự sắp xếp của các polyphenol không cùng xu
hướng. Sự không đồng nhất này được giải thích là do giá trị BDE bị
ảnh hưởng bởi các hiệu ứng cục bộ do nhóm thế gây ra trong khi đó
giá trị IE thì bị ảnh hưởng bởi cấu trúc của toàn phân tử. Hay nói cách
khác, đối với cơ chế chuyển electron, yếu tố quyết định đến giá trị IE
là sự không định vị và liên hợp của electron  hơn là sự có mặt của các
nhóm thế trong phân tử.
Bảng 3.14. Giá trị BDE(O−H) và IE trong pha khí của một số hợp chất
polyphenol
BDE(O−H) kcal/mol
∆BDEc
ONIOMa
Thực
(Mô hình 1A)
nghiệmb
6 (vòng A)
82,8
-Mangostin
2 (vòng B)
77,3
Altilisin J
4 (vòng B)
78,4
77,6e
0,8
Quecertin
4 (vòng B)
82,5
81,0

8,22
8,02
8,19
8,00

3.5.3. Phản ứng dập tắt gốc tự do peroxyl (CH3OO•) của một số
hợp chất polyphenol
Quan sát ở Hình 3.10 ta thấy khuynh hướng phản ứng của các
polyphenol với gốc tự do CH3OO• là khá giống nhau. Các trạng thái
trung gian Int‒ 1 tạo thành bền hơn so với chất tham gia phản ứng
khoảng 3,5 − 7,9 kcal/mol. Năng lượng của các trạng thái trung gian
Int‒ 2 có giá trị thấp hơn năng lượng của các trạng thái Int‒ 1 tương
ứng khoảng 8,2 − 15,1 kcal/mol. Điều này cho thấy liên kết hydro
ArOHOOCH3 trong trạng thái trung gian Int‒ 2 bền hơn so với liên
kết hydro ArOHOOCH3 trong trạng thái trung gian Int‒ 1.
Trạng thái chuyển tiếp (TS) là các điểm yên ngựa trên giản đồ
năng lượng phản ứng (Hình 3.10). Hàng rào năng lượng tương ứng với
các trạng thái chuyển tiếp TS-altilisin J, TS--mangostin, TSflavanone, TS-chalcone, TS-flavone và TS-quecertin có giá trị lần
17


lượt là 15,3; 20,4; 18,4; 18,6; 19,7 và 16,1 kcal/mol. Tất cả các phản
ứng giữa polyphenol và gốc tự do CH3OO• đều là phản ứng tỏa nhiệt.
Sản phẩm tạo thành (gốc tự do phenoxyl) có năng lượng tương đối
thấp hơn so với chất phản ứng khoảng 9,6 – 17,5 kcal/mol. Điều này
chứng tỏ gốc tự do phenoxyl được tạo thành bền hơn và ít có khả năng
phản ứng hơn gốc tự do CH3OO•.
Từ việc so sánh các giá trị trong Bảng 3.14 và Hình 3.10, chúng
tôi có thể kết luận rằng chất chống oxy hóa có giá trị BDE (tại liên kết
cần nghiên cứu) càng thấp thì phản ứng tách hydro sẽ có hàng rào năng

3.6.2. Cơ chế phản ứng Bingel - Hirsch
Bởi vì trong phân tử C60 có 2 loại liên kết C−C bao gồm: liên kết
(6,6) và liên kết (5,6) (Hình 3.13) nên sản phẩm tạo thành sẽ có hai đồng
18


phân tương ứng (6,6)-C60C(COOCH3)2 và (5,6)-C60C(COOCH3)2. Các
đường phản ứng cho sự hình thành các sản phẩm đồng phân của
C60C(COOCH3)2 được minh họa ở Hình 3.14. Mỗi sản phẩm đồng phân
hình thành sẽ đi qua 2 trạng thái chuyển tiếp (TS). Chẳng hạn, phản ứng
đóng vòng qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 hoặc TS(6,6)-2 sẽ tạo thành
sản phẩm (6,6)-C60C(COOCH3)2. Còn sản phẩm (5,6)-C60C(COOCH3)2
hình thành khi phản ứng đóng vòng qua trạng thái chuyển tiếp TS(5,6)-1
hoặc TS(5,6)-2 (Hình 3.14).
So sánh hàng rào năng lượng
của các đường phản ứng này thì sự
hình thành sản phẩm (6,6)C60C(COOCH3)2 qua trạng thái
chuyển tiếp TS(6,6)-1 là thuận lợi
nhất, có giá trị hàng rào năng lượng
tướng ứng là 17,6 kcal/mol. Ba con
đường phản ứng còn lại (đi qua các
trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-2,
TS(5,6)-1 và TS(5,6)-2) thì không ưu
tiên vì có hàng rào năng lượng cao
hơn tương ứng với các giá trị 43,2;
Hình 3.13. Phản ứng Bingel 34,4
và 49,0 kcal/mol. Điều này gây
Hirsch giữa các dẫn xuất của
khó khăn cho các tiểu phân khi phản
malonate và fullerene

O

C

C

OMe

O

Br

RO

RO

O
C

OMe

OMe

-Br

Br

R = Methyl (Me) :

C


O

R = Flavanone :

O

H 2C

O

OH

H

19


3.6.3. Phản ứng đóng vòng giữa fullerene và dẫn xuất flavonoid
malonate có nguồn gốc từ chalcone, flavone và flavanone
Quan sát ở Hình 3.17 cho thấy
rằng khuynh hướng phản ứng của các
flavonoid malonate với fullerene là
khá giống nhau. Đầu tiên, tạo thành
các trạng thái trung gian Intchalcone, Int-flavone và Intflavanone có năng lượng thấp hơn so
với các chất phản ứng tương ứng là
−16,0; −12,3 và −13,7 kcal/mol. Điều
này chứng tỏ rằng trạng thái trung
gian tạo thành bền hơn so với chất
Hình 3.17. Giản đồ năng lượng

và chalcone, flavone, flavanone
Bảng 3.18. Giá trị BDE(O−H) và IE của dẫn xuất C60-chalcone, C60flavone và C60-flavanone
BDE(O−H)b
IEc vertical - eV
- kcal/mol
66,5 (82,5)
8,97 [8,02]d
P-chalcone
70,3 (82,6,)
8,96 [8,19] d
P-flavone
68,5 (83,7)
8,89 [8,00] d
P-flavanone (vòng A)
a
Cấu trúc các dẫn xuất C60-flavonoid được hiển thị Hình 3.18.
b
Tính bằng phương pháp ONIOM((RO)B3LYP/6311++G(2df,2p):PM6); Dữ liệu trong dấu ngoặc đơn là giá trị
BDE của chalcone, flavone và flavanone (đơn vị kcal/mol).
c
Tính bằng phương pháp PM6.
d
Dữ liệu trong dấu ngoặc vuông là giá trị IE của chalcone,
flavone và flavanone.

Kết quả Bảng
3.18 cho thấy rằng
fullerene có ảnh
hưởng rất lớn đến
BDE(O−H) của các

FULLERENE
3.8.1. Giới thiệu
Trên cơ sở các thông tin thu
được từ nghiên cứu thực nghiệm
và nghiên cứu lý thuyết về phản
ứng chức năng hóa fullerene bằng
các dẫn xuất malonate, chúng tôi
đã thiết kế chất chống oxy hóa
mới có nguồn gốc từ cây sa kê và
măng cụt trên nền fullerene (C60)
bằng phương pháp hóa tính toán.
Sơ đồ của quá trình tổng hợp được
minh họa ở Hình 3.20.
3.8.2. Chức năng hóa fullerene
với hợp chất altilisin J và
Hình 3.20. Phản ứng Bingel mangostin có nguồn gốc từ cây sa
Hirsch giữa các dẫn xuất của
kê và vỏ măng cụt
malonate và fullerene
Tiếp nối các kết quả nghiên cứu
của phần trước, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu phản ứng đóng vòng
xảy ra ở liên kết (6,6) giữa các dẫn xuất malonate có nguồn gốc từ
altilisin J và mangostin với fullerene. Giản đồ năng lượng của phản
ứng giữa dẫn xuất malonate với fullerene được minh họa ở Hình 3.21.
Quan sát Hình 3.21 cho
thấy khuynh hướng phản ứng
của các dẫn xuất malonate với
fullerene là khá giống nhau.
Đầu tiên, các phản ứng tạo
thành các trạng thái trung

O

O

B

2 OCH 3

1

O

O

O

OH

1

B

3

2
H3 CO

+C60(CBr4, DBU, rt)

OH


1

OH

2 OCH 3

O

O

O

1

B

2
H3 CO

C60-Mangosteen-1 (1)
O

O

O

H3 CO

3


O

+C60(CBr4, DBU, rt)

O

H 3CO

O

O

O 6

A

5

4

1
O 2
3

4

1

B

Từ kết quả Bảng 3.20 cho thấy giá trị IE và EA của các dẫn xuất
fullerene lớn hơn đáng kể so với mangostin và altilisin J. Do đó, các
dẫn xuất fullerene rất khó cho electron nhưng ngược lại sự nhận
electron thì dễ dàng hơn so với hợp chất ban đầu. Hiện tượng này xảy
ra là vì phân tử fullerene có ái lực electron rất cao.
Kết quả nghiên cứu trên cho thấy các dẫn xuất fullerene đã kết hợp
được cả tính chất của fullerene và hợp chất phenolic nên vừa có khả
năng chống oxy hóa theo cơ chế ngắt mạch oxy hóa vừa là “chiếc lồng
thu nhặt gốc tự do”.
Bảng 3.20. Giá trị BDE(O−H), EA và IE của mangostin, altilisin J,
C60-mangostin-1, C60-mangostin-2 và C60-altilisin J

3.8.4. Nhận xét
Các tính toán lý thuyết
đã được tiến hành để dự
đoán sự hình thành sản
phẩm chống oxy hóa tiềm
năng giữa fullerene và các
dẫn xuất malonate có nguồn
gốc từ cây sa kê và măng cụt thông qua phản ứng Bingel - Hirsch. Giản
đồ năng lượng của phản ứng đóng vòng giữa fullerene và dẫn xuất
malonate ở vị trí liên kết (6,6) cũng được thiết lập. Năng lượng phản
BDE(O−H)a IEb vertical, EAb vertical,
kcal/mol
eV
eV
82,8
8,31
1,47
Mangostin