TỔNG QUAN
GI ỚI THIỆU VỀ ĐỊA Y
Địa y là một dạng thực vật bậc thấp đặc biệt, hình thành từ sự cộng sinh giữa nấm (mycobiont) và một thành phần quang hợp như tảo (green alga) hoặc vi khuẩn lam (cyanobacterium) Hiện nay, đã có khoảng 17.000 loài địa y được biết đến, và chúng thường được phân loại thành ba dạng chính: dạng khảm (crustose), dạng phiến (foliose) và dạng sợi (frucose).
Hình 1: Ba dạng chính của địa y
Địa y là một sinh vật cộng sinh giữa tảo và nấm, trong đó tảo thực hiện quang hợp để sản sinh carbohydrate, còn nấm cung cấp các hợp chất tự nhiên giúp chống lại tia UV, sâu bọ và động vật ăn cỏ, đồng thời cung cấp nước và khoáng chất Sự cộng sinh này cho phép địa y phát triển và tồn tại trong những điều kiện khắc nghiệt, đặc biệt ở vùng cao và vùng nhiệt đới, và chúng có thể xuất hiện ở nhiều nơi như trên đá, đất, lá cây, thân cây, kim loại và thủy tinh.
1.2 MÔ T Ả LOÀI ĐỊA Y CHƯA XÁC ĐỊNH PARMOTREMA sp
• Địa y mọc trên đá ở núi Tà Cú, ở độ cao 1.000 mét so với mực nước biển, huyện Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận.(Hình 1)
Xanthoria sp., địa y khảm trên đá núi lửa t ại miệng núi lửa ở Idaho, USA.
Xanthoparmelia cf lavicola, m ột địa y phiến, trên đá bazan Địa y sợi Hypogymnia cf tubulosa v ới Bryoria sp và Tuckermannopsis sp ở miền núi Canada
Hình 2:Tản địa y Parmotrema sp
Địa y thuộc chi Parmotrema, tuy nhiên loài cụ thể vẫn chưa được xác định Hiện tại, mẫu vật đã được gửi đến thạc sĩ Võ Thị Phi Giao và tiến sĩ Harrie J M Sipman để hỗ trợ trong việc xác định tên khoa học chính xác.
• Mẫu ký hiệu US-B026, được lưu trong quyển tiêu bản thực vật, bộ môn Hóa hữu cơ, khoa Hóa, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM
1.3 HOẠT TÍNH CỦA CÁC HỢP CHẤT TỪ ĐỊA Y
1.3.1 Hoạt tính điều tiết tăng trưởng đối với thực vật bậc cao [5] Địa y hoặc các hợp chất của địa y Hoạt tính
Barbatic acid, 4-O- demethylbarbatic acid, diffractaic acid, evernic acid, lecanoric acid, β-orcinolcarboxylic acid, orsellinic acid Ức chế sự tăng trưởng của cây rau diếp
Ergochrome AA (secalonic acid A) Gây độc cho thực vật
Evernic acid Giảm các nồng độ chất diệp lục trong lá rau bina
Lecanoric acid Nguyên nhân gây bất thường cho gốc của cây
Các hợp chất phenol đơn vòng Hoạt tính ức chế của độc chất thực vật
Các quinone từ Pyxine sp Ức chế sự nguyên phân của rễ cây Allium cepa
Usnic acid Ức chế sự nẫy mầm và phát triển của
1.3.2 Hoạt tính kháng virus của các hợp chất địa y [5]
Hợp chất Virus và enzyme của virus
Depsidone: virensic acid và dẫn xuất Hệ enzyme đặc hiệu đính thể nguyên thực khuẩn vào nhiễm sắc thể virus HIV
(+)-Usnic acid và 4 depside khác Virus Epstein-Barr (EBV)
HIV, cytomegalovirus và các virus khác
1.3.3 Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của các hợp chất địa y [5]
Usnic acid và các dẫn xuất Vi khuẩn gram (+), Bacteroides spp.,
Clostridium perfringens, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Mycobacterium aurum
Methyl orsellinate, Ethyl orsellinate, Methyl β-orsellinate,
Epidermophyton floccosum, Microsporum canis, M gypseum, Trichophyton rubrum,
T mentagrophytes, Verticillium achliae, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli,
Alectosarmentin Staphylococcus aureus, Mycobacterium smegmatitis
Pulvinic acid và dẫn xuất Drechslera rostrata, Alternaria alternata
Vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kỵ khí Leprapinic acid và dẫn xuất Vi khuẩn Gram (+) và Gram (-)
1.3.4 Các loại enzyme bị ức chế bởi các hợp chất của địa y [5]
Hợp chất của địa y Enzyme bị ức chế
Bis-(2,4-dihydroxy-6-n- propylphenyl)methane, Divarinol, cao chiết từ Cetraria juniperina,
Hypogymnia physodes và Letharia vulpina
(+)-Protolichesterinic acid 5-Lipoxygenase (Sao chép ngược HIV)
1.3.5 Hoạt tính kháng ung thư và kháng đột biến của các hợp chất địa y [5]
Hợp chất Hoạt tính trên loại tế bào
(-)-Usnic acid Kháng ung thư phổi Lewis, ung thư bạch cầu
P388, ức chế phân bào, có hoạt tính chống lại tế bào sừng hóa HaCaT
Protolichesterinic acid Có hoạt tính chống lại tế bào ung thư bạch cầu
Gây độc cho quá trình tái tạo các lympho bào
Naphthazarin Có hoạt tính chống lại dòng tế bào sừng hóa
Scabrosin ester và dẫn xuất,
Gây độc chống lại tế bào murine P815 mastocytoma và các dòng tế bào khác
Hydrocarpone, Salazinic acid, Stitic acid
Có hoạt tính với sự nhân bản của tế bào gan chuột
Emodin và dẫn xuất Có hoạt tính chống lại tế bào ung thư bạch cầu
1.3 CÁC NGHIÊN CỨU HÓA HỌC CỦA ĐỊA Y THUỘC CHI
Các hợp chất theo qui trình sinh tổng hợp polyketid
Năm 2001, Sassaki GL [6] đã cô lập được acid béo trong một số loài địa y thuộc chi metyltetradecanoic acid (3), 3-hydroxydecanoic acid (4), nonanedioic acid (5) và decanedioic acid (6)
Năm 1990, F David [7] và cộng sự đã cô lập được praesoredioic acid (7) và protopraesorediosic acid (8) từ Parmotrema praesorediosum Ngoài ra, cũng từ chi
Parmotrema còn phân lập được lichesterinic acid (9) và protolichesterinic acid (10)
Các hợp chất phenol đơn vòng
Cũng trong năm này, Irma S Rojas [8] công bố sự có mặt của orcinol (11), metyl-β- orsellinate (12) và metyl haematommate (13) trong Parmotrema tinctorum (Nyl.) Hale
Năm 2000, từ địa y Parmotrema stuppeum (Nyl.) Hale, Javaprakasha G K [9] đã cô lập orsenillic acid (14) và metyl orsenillate (15)
Năm 1999, Laily B Din [10] đã công bố trong các loài địa y thuộc chi
Parmotrema chứa nhiều hợp chất bậc hai, trong đó có các depside, là loại ester được hình thành từ sự liên kết của hai hoặc nhiều phân tử phenolcarboxylic acid, điển hình như atranorin và cloroatranorin.
Năm 2002, Alcir Teixeira Gomes và cộng sự [12] đã cô lập lecanoric acid (18) từ
Trong các loài địa y thuộc chi Parmotrema có mặt các depsidone[6,10,12,13] sau malonprotocetraric acid (19), protocetraric acid (20), furmaprotocetraric acid (21), succinprotocetraric acid (22), salazinic acid (23), consalazinic acid (24), α-collatolic acid
(25), dehydrocollatolic acid (26), alectoronic acid (27), norstictic acid (28), và hypostitic acid (29)
Theo N K Honda và cộng sự đã cô lập được 2 xanthone là lichenxanthone (30) và secalonic acid (31) trong Parmotrema dilatatum, Parmotrema lichnxanthonium và Parmotrema sphaerospora [14]
Các hợp chất theo qui trình sinh tổng hợp mevalonic acid
Năm 1993, Bazyli Czeczuga [16] đã nhận danh được 17 carotenoid có mặt trong
Parmotrema tinctorum dựa vào kỉ thuật HPLC và so sánh với phổ IR là α-carotene (33), β- carotene (34), β-eryptoxanthin (35), lutein (36), 3 ’ -epilutein (38), zeaxanthin (39), luteinepoxide (40), antheraxanthin (41), violaxanthin (42), mutatoxanthin (43), flavoxanthin
(44), echinenone (45), canthaxanthin (46), astaxanthin (47), neoxanthin (48), capsochrome
Các hợp chất tạo nên bằng quá trình sinh tổng hợp của tảo
In 2005, Brazilian chemist Elaine R Carbonero identified two glucans, nigeran [(1 → 3), (1 → 4) - α - glucan] and lichenan [(1 → 3), (1 → 4) - β - glucan], in the lichen species Parmotrema austrosinense, Parmotrema delicatulum, Parmotrema mantiqueirense, Parmotrema schindleri, and Parmotrema tinctorum.
Công th ức hóa học của các hợp chất
Metyl - orcinol carboxylat ( 12) Metyl haematommate
( 5,6 - Epoxy - 6,7 - -didehydro - 5,5,5',6' - tetrahydro - β, β - carotene-3,5,3'-triol )
( 5,8 - Epoxy - 3,3' - - dihydroxy - 5,8 - dihydro - β, χ - carotene - 6'- on )
CÁC NGHIÊN C ỨU HÓA HỌC CỦA ĐỊA Y THUỘC CHI
Các hợp chất theo qui trình sinh tổng hợp polyketid
Năm 2001, Sassaki GL [6] đã cô lập được acid béo trong một số loài địa y thuộc chi metyltetradecanoic acid (3), 3-hydroxydecanoic acid (4), nonanedioic acid (5) và decanedioic acid (6)
Năm 1990, F David [7] và cộng sự đã cô lập được praesoredioic acid (7) và protopraesorediosic acid (8) từ Parmotrema praesorediosum Ngoài ra, cũng từ chi
Parmotrema còn phân lập được lichesterinic acid (9) và protolichesterinic acid (10)
Các hợp chất phenol đơn vòng
Cũng trong năm này, Irma S Rojas [8] công bố sự có mặt của orcinol (11), metyl-β- orsellinate (12) và metyl haematommate (13) trong Parmotrema tinctorum (Nyl.) Hale
Năm 2000, từ địa y Parmotrema stuppeum (Nyl.) Hale, Javaprakasha G K [9] đã cô lập orsenillic acid (14) và metyl orsenillate (15)
Năm 1999, Laily B Din [10] đã công bố trong các loài địa y thuộc chi
Parmotrema chứa một hàm lượng lớn các hợp chất bậc hai, bao gồm các depside, là loại ester được hình thành từ sự liên kết của hai hoặc nhiều phân tử phenolcarboxylic acid, chẳng hạn như atranorin và cloroatranorin.
Năm 2002, Alcir Teixeira Gomes và cộng sự [12] đã cô lập lecanoric acid (18) từ
Trong các loài địa y thuộc chi Parmotrema có mặt các depsidone[6,10,12,13] sau malonprotocetraric acid (19), protocetraric acid (20), furmaprotocetraric acid (21), succinprotocetraric acid (22), salazinic acid (23), consalazinic acid (24), α-collatolic acid
(25), dehydrocollatolic acid (26), alectoronic acid (27), norstictic acid (28), và hypostitic acid (29)
Theo N K Honda và cộng sự đã cô lập được 2 xanthone là lichenxanthone (30) và secalonic acid (31) trong Parmotrema dilatatum, Parmotrema lichnxanthonium và Parmotrema sphaerospora [14]
Các hợp chất theo qui trình sinh tổng hợp mevalonic acid
Năm 1993, Bazyli Czeczuga [16] đã nhận danh được 17 carotenoid có mặt trong
Parmotrema tinctorum dựa vào kỉ thuật HPLC và so sánh với phổ IR là α-carotene (33), β- carotene (34), β-eryptoxanthin (35), lutein (36), 3 ’ -epilutein (38), zeaxanthin (39), luteinepoxide (40), antheraxanthin (41), violaxanthin (42), mutatoxanthin (43), flavoxanthin
(44), echinenone (45), canthaxanthin (46), astaxanthin (47), neoxanthin (48), capsochrome
Các hợp chất tạo nên bằng quá trình sinh tổng hợp của tảo
In 2005, Brazilian chemist Elaine R Carbonero identified two types of glucans: nigeran, which is characterized as (1 → 3), (1 → 4) - α - glucan, and lichenan, defined as (1 → 3), (1 → 4) - β - glucan These glucans were found in various species of the genus Parmotrema, including Parmotrema austrosinense, Parmotrema delicatulum, Parmotrema mantiqueirense, Parmotrema schindleri, and Parmotrema tinctorum.
Công th ức hóa học của các hợp chất
Metyl - orcinol carboxylat ( 12) Metyl haematommate
( 5,6 - Epoxy - 6,7 - -didehydro - 5,5,5',6' - tetrahydro - β, β - carotene-3,5,3'-triol )
( 5,8 - Epoxy - 3,3' - - dihydroxy - 5,8 - dihydro - β, χ - carotene - 6'- on )
THỰC NGHIỆM
HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
Dung môi sử dụng trong sắc ký cột và sắc ký điều chế, cũng như sắc ký lớp mỏng, bao gồm eter dầu hỏa, ethyl acetat, acid acetic, cloroform, aceton và metanol, đều là sản phẩm của hãng Chemsol-Việt Nam Những dung môi này được làm khan bằng Na2SO4 nếu sử dụng lại và nước cất Để hiện hình các vết hữu cơ trong sắc ký lớp mỏng, có thể sử dụng dung dịch acid sulfuric 30%, vanillin/H2SO4, hoặc đèn UV Sắc ký cột thường sử dụng silica gel với tỷ lệ 70-30 và kích thước hạt từ 0.04-0.06 mm, nhập khẩu từ Ấn Độ.
Các thiết bị dùng để ly trích (lọ thủy tinh, becher, bình lóng)
Máy cô quay chân không Buchi-111 kèm bếp cách thủy Buchi 461 Water Bath
Cột sắc ký: cột cổ điển
Sắc ký lớp mỏng 25DC-Alufolien 20 x 20 cm Kiesel gel F254 Merck
Thiết bị đo nhiệt độ nóng chảy khối Maquenne
Các thiết bị ghi phổ bao gồm phổ 1 H-NMR, 13 C-NMR, và phổ DEPT-NMR 135 và 90, được thực hiện trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker Tần số ghi cho phổ 1 H-NMR là 500 MHz, trong khi tần số cho phổ 13 C-NMR là 125 MHz.
Tất cả phổ được ghi tại:
- Phòng Phân Tích Trung Tâm Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên thành phố Hồ Chí Minh, số 227, Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, thành phố Hồ Chí Minh.
ĐIỀU CHẾ CÁC LOẠI CAO
Từ 1kg mẫu địa y tươi, tiến hành ngâm dầm trong dung môi metanol ở nhiệt độ phòng, thu được dịch chiết cô bằng cách quay thu hồi dung môi dưới áp suất thấp, tạo ra cao metanol thô Sau đó, tiến hành giải ly bằng các dung môi có độ phân cực tăng dần như eter dầu hỏa, chloroform, ethyl acetat và metanol, cho ra các loại cao tương ứng: cao eter dầu hỏa, cao chloroform, cao ethyl acetat và cao metanol Cuối cùng, dịch của các loại cao này được làm bay hơi dung môi bằng máy cô quay ở nhiệt độ khoảng 40 oC.
Sơ đồ 2.1: Quy trình điều chế các loại cao của địa y
Sắc kí cột trên cao methanol
Cao methanol (100g) chọn khảo sát được sắc kí cột giải ly thu được 2 phân đoạn: phần tủa (10g) và phần dịch
Từ phân đoạn tủa 10g, tiến hành sắc kí cột và giải ly bằng hệ dung môi ete dầu: etyl axetat (9:1-0:10), thu được ba phân đoạn T1, T2 và T3 Sau đó, tiếp tục thực hiện sắc kí cột silica trên các phân đoạn này.
Trong quá trình nghiên cứu, từ mẫu T1, hai chất được thu nhận có ký hiệu là Par-H1 và Par-H2 Tiếp theo, với phân đoạn T3, phương pháp sắc ký lớp mỏng được áp dụng để điều chế và giải ly bằng hệ dung môi etyl axetat và axit axetic theo tỷ lệ 10:1, từ đó thu được hai chất mới với ký hiệu tương ứng.
- Gi ải li bằng các dung môi khác nhau
Cao ethyl acetate Địa y tươi(1kg)
Sơ đồ 2.2:Sơ đồ sắc kí cột trên cao methanol
Sắc kí lớp mỏng điều chế
EA:AcOH(10:1) ED:EA:AcOH
NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
KH ẢO SÁT CẤU TRÚC HÓA HỌC CỦA HỢP CHẤT PAR 1
Hợp chất par 1 thu được từ phân đoạn T3 của loài địa y Parmotrema sp làchất bột, màu trắng đục
Biện luận cấu trúc phổ:
Trên phổ 1 H–NMR, ở vùng từ trường thấp, thấy có tín hiệu của một proton vòng thơm mũi đơn tại δH 6.83 (1H, s, H-5) và một proton của nhóm aldehyde mũi đơn tại δ H 10.58
(1H, s, H-8) Ngoài ra phổ còn cho thấy tín hiệu của proton nhóm methylen –CH 2 –O– mũi đơn ở δH 4.60 (2H, s, H-8’) và hai tín hiệu của hai nhóm methyl gắn với vòng thơm tại δH 2.42 (3H, s, H-9) và δH 2.40 (3H, s, H-9’)
Phổ 13 C–NMR cho thấy hợp chất Par 1 có 18 carbon trong đó có: 1 nhóm aldehyde (δC 191.67), 2 nhóm carboxyl (δC 170.1, 163.8), 1 carbon methin (δC 118.6),
1 nhóm –CH 2 OH (δ C 52.9), 2 nhóm methyl (δ C 21.3, 14.3) và các carbon vòng thơm (δ C
Phổ HSQC giúp tái khẳng định điều đó
Trên nhân thơm A, nhóm 6-CH3 tương quan với carbon tại δ C 116.6 (C-1), δ C 118.6 (C-
5), δC 152.0 (C-6) Nhóm 5-H tương quan với carbon tại δC 21.3 (C-9), δC 163.8 (C-4), δC
112.4 (C-3) Nhóm 3-CHO tương quan với carbon tại δC 163.8 (C-4), δC 112.4 (C-3) Từ đó xác định được cấu trúc của vòng A
Trên nhân thơm B, nhóm 6’-CH3 có δ dịch về từ trường cao, cho thấy sự hiện diện của nguyên tử oxy gần kề Phổ HMBC cũng xác nhận mối tương quan của 6’-CH3 với các carbon tại δ C 111.8 (C-1’), δ C 141.7 (C-5’), và δ C 129.5 (C-6’), từ đó khẳng định vị trí của nhóm này.
Nhóm methylen với δ=4.60 cho thấy sự liên kết với oxy và vòng thơm, trong khi nhóm methylen thường có δ`-70ppm Độ dịch chuyển hóa học của nhóm hydroxymethylen ở 52.0ppm cho thấy sự hiện diện gần 2 nguyên tử oxy Phổ HMBC chỉ ra mối tương quan của 3’-CH2OH với các carbon tại δ C 155.0 (C-2’), δ C 117.0 (C-3’), và δ C 151.9 (C-4’), xác nhận vị trí của nhóm -CH2OH trên nhân B và từ đó xác định cấu trúc của vòng B.
Hình 3 Một số tương quan HMBC trong hợp chất Par1
Từ kết quả thu được và theo tài liệu tham khảo [17] , cấu trúc hợp chất Par 1 được đề nghị là protocetraric acid
Bảng 1 Số liệu phổ của hợp chất Par 1
VỊ TRÍ Hợp chất Par 1 δH δC HMBC
KH ẢO SÁT CẤU TRÚC HÓA HỌC CỦA HỢP CHẤT Par 2
Hợp chất Par 2 thu được từ phân đoạn T3 của loài địa y Parmotrema sp là chất bột, màu trắng ngà
Trên phổ 1 H–NMR, ở vùng từ trường thấp, thấy có tín hiệu của một proton vòng thơm mũi đơn tại δH 6.83 (1H, s, H-5) và một proton của nhóm aldehyde mũi đơn tại δ H 10.58
Phổ NMR cho thấy tín hiệu proton nhóm methylen –CH 2 –O– tại δH 4.60 (2H, s, H-8’) và hai tín hiệu của hai nhóm methyl gắn với vòng thơm tại δH 2.42 (3H, s, H-9) và δH 2.40 (3H, s, H-9’) Những dữ liệu này tương đồng với hợp chất Par.
1 chỉ khác Par 2 có thêm một nhóm methoxy ở δH 3.22 (3H, s, H-10’)
Phổ 13 C–NMR cho thấy hợp chất Par 2 có 19 carbon trong đó có: 1 nhóm aldehyde (δC
191.7), 2 nhóm carboxyl (δC 170.1, 164.0), 1 carbon methine (δC 118.6), 1 nhóm –
So sánh dữ liệu phổ 1 H–NMR và phổ 13 C-NMR của Par 1 và của Par 2 nhận thấy dữ liệu phổ tương tự, nhưng Par 2 có thêm một nhóm methoxy ở δH 3.22 (3H, s, H-10’) và δC
Phổ HMBC của Par 2 tương tự như Par 1, nhưng có thêm sự tương quan giữa proton của nhóm methoxy với C-8’ và nhóm methylen với C-10’ Điều này xác định Par 2 là dẫn xuất methyl hóa của Par 1 tại vị trí C-8’.
Từ các kết quả thu được và theo tài liệu tham khảo [17] , cấu trúc của hợp chất Par 2 được đề nghị là 8’-O-methylprotocetraric acid
Hình 4 Một số tương quan HMBC trong hợp chất Par2
Bảng 2 So sánh số liệu phổ NMR của hợp chất Par 1 và Par 2
Hợp chất PAR 1 Hợp chất PAR 2 δ H , J (Hz) δ C
KH ẢO SÁT CẤU TRÚC HÓA HỌC CỦA HỢP CHẤT Par-H1
Phổ 1 H-NMR thấy có tín hiệu của 2 proton thuộc vòng thơm tại δ 6.51 , δ 6.40 (1H, s,
Ngoài ra phổ 1 H-NMR còn cho thấy tín hiệu của 1 proton aldehyd [δ 10.36 (1H, s)],
1 nhóm proton nhóm metoxy [δ 3.98 (3H, s)], 3 nhóm hydroxy kiềm nối [δ 12.53, 12.47 và 11.91 (1H , s, 4-OH, 2-OH và 2’-OH)] và 3 nhóm metyl [2.69 (3H, s), 2.54 (3H, s), 2.09
Từ các kết quả thu được và theo tài liệu tham khảo [10] , cấu trúc của hợp chất Par-H1 được đề nghị là atranorin atranorin
KHẢO SÁT CẤU TRÚC HÓA HỌC CỦA HỢP CHẤT Par-H2
Hợp chất Par-H2 được cô lập từ phân đoạn T1, là chất rắn không màu
Phổ 1 H-NMR thấy có tín hiệu của 1 proton thuộc vòng thơm tại δ 6.29(1H, s, 5-H) Ngoài ra phổ 1 H-NMR còn cho thấy tín hiệu của 1 proton aldehyd [δ 10.34 (1H, s), 3-
CH=O], 1 nhóm metoxy [δ 3.96 (3H, s), -OCOCH 3 ], 2 nhóm hydroxy kiềm nối [δ 12.86 (s, 2-OH), 12.40 (s, 4-OH)]
Từ các kết quả thu được và theo tài liệu tham khảo [8] , cấu trúc của hợp chất Par-H2 được đề nghị là methyl haematommate methyl haematommate
Bảng 3: Số liệu phổ của hợp chất Par-H1 và Par-H2
Vị trí Hợp chất Par-H1 Hợp chất Par-H2 δH δH
