Luận án Nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính chống ung thư của cây giác đế đài to (Goniothalamus Macrocalyx ban) và giác đế cuống dài (Goniothalamus Gracilipes ban) họ Na (Annonaceae)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC Triệu Quý Hùng NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH CHỐNG UNG THƯ CỦA CÂY GIÁC ĐẾ ĐÀI TO (GONIOTHALAMUS MACROCALYX BAN) VÀ GIÁC ĐẾ CUỐNG DÀI (GONIOTHALAMUS GRACILIPES BAN) HỌ NA (ANNONACEAE) LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC Triệu Quý Hùng NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ HOẠT TÍNH CHỐNG UNG THƯ CỦA CÂY GIÁC ĐẾ ĐÀI TO (GONIOTHALAMUS MACROCALYX BAN) VÀ GIÁC ĐẾ CUỐNG DÀI (GONIOTHALAMUS GRACILIPES BAN) HỌ NA (ANNONACEAE) Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 62.44.27.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. Nguyễn Văn Hùng 2. TS. Đoàn Thị Mai Hương Hà Nội – 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng có ai công bố trong các công trình nghiên cứu trước đây. Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong Luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ. Nghiên cứu sinh Triệu Quý Hùng LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Văn Hùng và TS. Đoàn Thị Mai Hương-Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chỉ ra hướng nghiên cứu và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô, các nhà khoa học Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, hướng dẫn tôi hoàn thành các học phần và các chuyên đề trong Chương trình đào tạo. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến Ban Lãnh đạo Viện Hóa học, Hội đồng khoa học, Bộ phận đào tạo và các phòng chức năng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên (CNRS- Cộng hòa Pháp), TS. Marc Litaudon-chủ nhiệm dự án “Nghiên cứu hóa thực vật của thảm thực vật Việt Nam” đã hỗ trợ tôi trong việc đo X-ray, phổ MS/MS, thử hoạt tính sinh học; cùng với Quỹ Nafosted (Đề tài nghiên cứu khoa học cơ bản mã số 104.01.76.09) đã cấp kinh phí cho việc thực hiện Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS.HDR. Phạm Văn Cường và các cán bộ nghiên cứu Phòng Tổng hợp hữu cơ, Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc-Viện Hóa sinh biển đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và hỗ trợ tôi thực hiện Luận án. Tôi tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến Ban Lãnh đạo Trường Đại học Hùng Vương, Khoa Khoa học Tự nhiên-Trường Đại học Hùng Vương đã tạo mọi điều kiện về thời gian, kinh phí hỗ trợ cho tôi trong quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, NGND.GS.TSKH. Đặng Như Tại, NGƯT. Đào Văn Ích đã định hướng, xây dựng cho tôi nền móng kiến thức hóa học từ bậc Trung học phổ thông, Đại học và Cao học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã hỗ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án. Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2013 Tác giả Luận án Triệu Quý Hùng i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................ iv DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... vi DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC .............................................................................. ix ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 4 1. 1 Giới thiệu sơ lược về thực vật họ Na (Annonaceae) .................................... 4 1.2 Giới thiệu về thực vật chi Goniothalamus ..................................................... 4 1.2.1 Sơ lược về chi Goniothalamus .................................................................. 4 1.2.2 Đặc điểm thực vật cây Giác đế đài to ....................................................... 7 1.2.3 Đặc điểm thực vật cây Giác đế cuống dài................................................. 8 1.3 Các nghiên cứu về hóa học và hoạt tính sinh học chi Goniothalamus ......... 9 1.3.1 Styryl-lactone từ chi Goniothalamus ........................................................ 9 1.3.2 Acetogenin từ chi Goniothalamus ........................................................... 20 1.3.3 Flavonoid từ chi Goniothalamus ............................................................ 28 1.3.4 Alkaloid từ chi Goniothalamus ............................................................... 30 1.3.5 Một số hợp chất khác từ chi Goniothalamus ........................................... 32 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 34 2.1 Thu hái mẫu cây và xác định tên khoa học ................................................. 34 2.2 Phương pháp xử lý và chiết mẫu ................................................................. 34 2.3 Phương pháp phân tích, phân tách các hỗn hợp và phân lập các hợp chất từ mẫu thực vật ................................................................................................. 34 2.4 Các phương pháp xác định cấu trúc hóa học của các chất phân lập được từ các mẫu thực vật nghiên cứu ............................................................................ 35 2.5 Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào và hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ........................................................................................................... 36 2.5.1 Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ............................................. 36 2.5.2 Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ......................... 37 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM .......................................................................... 38 3.1 Tách chiết, phân lập các chất từ cây Giác đế đài to .................................... 38 ii 3.1.1 Vỏ cây Giác đế đài to ................................................................................ 38 3.1.1.1 Xử lý mẫu thực vật và chiết tách .......................................................... 38 3.1.1.2 Dữ kiện phổ và hằng số vật lý của các hợp chất được phân lập từ vỏ cây Giác đế đài to ................................................................................................. 41 3.1.2 Quả cây Giác đế đài to .............................................................................. 47 3.1.2.1 Xử lý mẫu thực vật và chiết tách .......................................................... 47 3.1.2.2 Dữ kiện phổ và hằng số vật lý của các hợp chất được phân lập từ quả cây Giác đế đài to ........................................................................................... 49 3.2 Tách chiết, phân lập các chất từ cây Giác đế cuống dài ............................. 55 3.2.1 Quả cây Giác đế cuống dài ....................................................................... 55 3.2.1.1 Xử lý mẫu thực vật và chiết tách .......................................................... 55 3.2.1.2 Dữ kiện phổ và hằng số vật lý của các hợp chất được phân lập từ quả cây Giác đế cuống dài ..................................................................................... 58 3.2.2 Lá cây Giác đế cuống dài ......................................................................... 64 3.2.2.1 Xử lý mẫu thực vật và chiết tách .......................................................... 64 3.2.2.2 Dữ kiện phổ và hằng số vật lý của các hợp chất được phân lập từ lá cây Giác đế cuống dài ........................................................................................... 67 3.3 Hoạt tính gây độc tế bào và hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các chất được phân lập ............................................................................................ 70 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 71 4.1 Các hợp chất phân lập được từ cây Giác đế đài to ...................................... 71 4.1.1 Từ vỏ cây Giác đế đài to ........................................................................... 71 4.1.1.1 Altholactone (GM1) ............................................................................ 72 4.1.1.2 Goniopypyrone (GM2) ........................................................................ 73 4.1.1.3 Goniofufurone (GM3) ......................................................................... 74 4.1.1.4 Cardiobutanolide (GM4) ..................................................................... 75 4.1.1.5 Goniothalamin (GM5) ......................................................................... 76 4.1.1.6 (+)-T-cadinol (GM6) ........................................................................... 77 4.1.1.7 α-Cadinol (GM7) ................................................................................ 79 4.1.1.8 Aristolactam BII (GM8) ...................................................................... 79 4.1.1.9 3-Methyl-1H-benz[f]indole-4,9-dione (GM9) ...................................... 81 4.1.1.10 Acid nonacosanoic (GM10) ............................................................... 82 4.1.2 Từ quả cây Giác đế đài to ......................................................................... 83 4.1.2.1 8-Hydroxygoniofupyrone A (GM11) .................................................... 84 4.1.2.2 4-Deoxycardiobutanolide (GM12) ...................................................... 90 iii 4.1.2.3 7-Acetylaltholactone (GM13) .............................................................. 92 4.1.2.4 Annonacin (GM14) ............................................................................. 93 4.1.2.5 cis+trans-Solamin (GM15) ................................................................. 97 4.1.2.6 Isoannonacin (GM16) ......................................................................... 99 4.1.2.7 trans-Murisolinone (GM17) .............................................................. 101 4.1.2.8 β-Caryophyllene oxide (GM18) ......................................................... 103 4.1.2.9 2-(2’-Hydroxytetracosanoylamino)octadecane-1,3,4-triol (GM19) ... 105 4.1.2.10 Acid palmitic (GM20)...................................................................... 106 4.2 Các hợp chất phân lập được từ cây Giác đế cuống dài ............................. 106 4.2.1 Từ quả cây Giác đế cuống dài ................................................................ 106 4.2.1.1 Saccopetrin A (GG1) ......................................................................... 107 4.2.1.2 Gracilipin A (GG2) ........................................................................... 109 4.2.1.3 Methylsaccopetrin A (GG3) ............................................................... 115 4.2.1.4 7,3’,4’-Trimethylquercetin (GG4)...................................................... 117 4.2.1.5 Rhamnazin (GG5) ............................................................................. 117 4.2.1.6 Casticin (GG6) .................................................................................. 118 4.2.1.7 Isokanugin (GG7) .............................................................................. 119 4.2.1.8 Melisimplexin (GG8) ......................................................................... 120 4.2.1.9 5-Hydroxy-3,7-dimethoxy-3’,4’-methylenedioxyflavone (GG9) ......... 120 4.2.1.10 1-Phenylpropan-1,2-diol (GG10) .................................................... 121 4.2.1.11 Acid vanillic (GG11) ....................................................................... 122 4.2.1.12 Phenylmethanol (GG12) .................................................................. 122 4.2.2 Các hợp chất phân lập được từ lá cây Giác đế cuống dài ...................... 123 4.2.2.1 Gracilipin B (GG13) ......................................................................... 124 4.2.2.2 Gracilipin C (GG14) ......................................................................... 130 4.2.2.3 Gracilipin D (GG15) ......................................................................... 133 4.2.2.4 Squalene (GG16) ............................................................................... 136 4.2.2.5 Benzyl benzoate (GG17) .................................................................... 136 4.2.2.6 Acid benzoic (GG18) ......................................................................... 137 4.3 Hoạt tính sinh học của các hợp chất được phân lập ................................. 138 4.3.1 Hoạt tính gây độc tế bào của các chất được phân lập .......................... 138 4.3.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các chất được phân lập ....... 142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 144 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ....................................... 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 149 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Các phương pháp sắc ký TLC Thin Layer Chromatography: Sắc ký lớp mỏng CC Column Chromatography: Sắc ký cột  Các phương pháp phổ ESI-MS Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối phun mù điện tử IR Infrared Spectroscopy: Phổ hồng ngoại 1H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 13C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer: Phổ DEPT COSY Correlation Spectroscopy: Phổ tương tác 2 chiều đồng hạt nhân 1H-1H HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation: Phổ tương tác hai chiều trực tiếp dị hạt nhân HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation: Phổ tương tác đa liên kết hai chiều dị hạt nhân NOESY: Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy: Phổ NOESY s: singlet d: doublet t: triplet q: quartet quint: quintet m: multiplet dd: double doublet br: broad  Các chữ viết tắt khác IC50 Nồng độ ức chế 50% sự tăng trưởng của tế bào thử nghiệm ED50 Liều có hiệu quả trên 50% tế bào thử nghiệm MIC Nồng độ ức chế tối thiểu đnc. Điểm nóng chảy DMSO Dimethyl sulfoxide TMS Tetramethyl silan CTPT Công thức phân tử MTT 3-(4,5-dimethythiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide OD Optical density: Mật độ quang grad. gradient  Tên của các hợp chất được viết theo nguyên bản Tiếng Anh v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, Acetone-d6) của GM11 ..... 85 Bảng 4.2. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, CD3OD) của GM12 .......... 90 Bảng 4.3. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, CDCl3) của GG2 ............. 110 Bảng 4.4. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, CDCl3) của GG1, GG3 ... 116 Bảng 4.5. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, CDCl3) của GG13 ........... 125 Bảng 4.6. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, CDCl3) của GG14 .......... 132 Bảng 4.7. Dữ kiện phổ 13C-, 1H-NMR (125/500 MHz, CDCl3) của GG15 .......... 134 Bảng 4.8. Hoạt tính gây độc tế bào của dịch chiết CH2Cl2 vỏ cây Giác đế đài to . 138 Bảng 4.9. Hoạt tính gây độc tế bào KB của dịch chiết MeOH phần vỏ và dịch chiết CH2Cl2 phần quả cây Giác đế đài to .................................................................... 139 Bảng 4.10. Hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất từ cây Giác đế đài to và Giác đế cuống dài ........................................................................................................ 140 Bảng 4.11. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các hợp chất từ cây Giác đế đài to và Giác đế cuống dài .................................................................................. 143 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cành mang hoa (1) và ảnh chụp tiêu bản lá, cành mang quả (2) của cây Giác đế đài to .......................................................................................................... 7 Hình 1.2. Cành mang hoa, quả (1) và ảnh chụp tiêu bản lá, cành mang quả (2) của cây Giác đế cuống dài .............................................................................................. 8 Hình 1.3. Các khung cơ bản của styryl-lactone ........................................................ 9 Hình 1.4. Con đường sinh tổng hợp các khung styryl-lactone cơ bản ..................... 20 Hình 1.5. Một số dạng cấu trúc THF, THP của acetogenin .................................... 21 Hình 1.6. Một số dạng cấu trúc vòng epoxy của acetogenin ................................... 21 Hình 1.7. Một số dạng cấu trúc vòng -lactone của acetogenin .............................. 22 Hình 1.8. Quá trình hình thành mono-THF acetogenin .......................................... 27 Hình 3.1. Sơ đồ ngâm chiết vỏ cây Giác đế đài to .................................................. 38 Hình 3.2. Sơ đồ phân lập dịch chiết CH2Cl2 vỏ cây Giác đế đài to ......................... 39 Hình 3.3. Sơ đồ phân lập dịch chiết MeOH vỏ cây Giác đế đài to .......................... 40 Hình 3.4. Sơ đồ ngâm chiết quả cây Giác đế đài to ................................................ 47 Hình 3.5. Sơ đồ phân lập các chất từ dịch chiết CH2Cl2 quả cây Giác đế đài to...... 48 Hình 3.6. Sơ đồ ngâm chiết quả cây Giác đế cuống dài.......................................... 56 Hình 3.7. Sơ đồ phân lập dịch chiết CH2Cl2 quả cây Giác đế cuống dài ................. 57 Hình 3.8. Sơ đồ ngâm, chiết phân bố lá cây Giác đế cuống dài .............................. 65 Hình 3.9. Sơ đồ phân lập các chất từ lá cây Giác đế cuống dài............................... 66 Hình 4.1. Cấu trúc các hợp chất được phân lập từ vỏ cây Giác đế đài to ................ 71 Hình 4.2. Một số tương tác chính trên phổ HMBC và COSY của chất GM1 ......... 73 Hình 4.3. Một số tương tác chính trên phổ HMBC và COSY của chất GM2 ......... 74 Hình 4.4. Một số tương tác chính trên phổ HMBC và COSY của chất GM5 ......... 77 Hình 4.5. Một số tương tác chính trên phổ COSY, HMBC và NOESY của GM6 .. 78 Hình 4.6. Các tương tác chính trong phổ HMBC của chất GM8 ............................ 80 Hình 4.7. Một số tương tác chính trong phổ HMBC, COSY, NOESY của GM9 ... 82 Hình 4.8. Cấu trúc các hợp chất được phân lập từ quả cây Giác đế đài to .............. 83 vii Hình 4.9. Phổ khối phân giải cao HR-ESI-MS của GM11 ..................................... 84 Hình 4.10. Phổ 1H-NMR giãn rộng của GM11 ...................................................... 86 Hình 4.11. Phổ 13C-NMR và DEPT của GM11 ..................................................... 86 Hình 4.12. Phổ COSY giãn rộng của GM11 .......................................................... 87 Hình 4.13. Một số tương tác chính trên phổ COSY, HMBC và NOESY của GM11 .............................................................................................................................. 87 Hình 4.14. Phổ HMBC của GM11 ........................................................................ 88 Hình 4.15. Phổ NOESY giãn rộng của GM11 ....................................................... 89 Hình 4.16. Cấu trúc không gian qua nhiễu xạ tia X của hợp chất GM11 ................ 89 Hình 4.17. Một số tương tác chính trên phổ COSY, HMBC và NOESY của GM12 .............................................................................................................................. 91 Hình 4.18. Một số tương tác chính trên phổ HMBC, COSY và NOESY của GM13 .............................................................................................................................. 92 Hình 4.19. Một số tương tác chính trên phổ COSY, HMBC và phân mảnh MS/MS của