Phân lập một số hợp chất từ loài sao biển gai Acanthaster planci ở vùng biển Việt Nam

KHOA HÓA HỌC ------ ĐĂNG THỊ MAI NHI PHÂN LẬP MỘT SỐ HỢP CHẤT TỪ LOÀI SAO BIỂN GAI ACANTHASTER PLANCI Ở VÙNG BIỂN VIỆT NAM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học Hữu

KHOA HÓA HỌC - -

ĐĂNG THỊ MAI NHI

PHÂN LẬP MỘT SỐ HỢP CHẤT

TỪ LOÀI SAO BIỂN GAI ACANTHASTER PLANCI

Ở VÙNG BIỂN VIỆT NAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học Hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học

GV: Nguyễn Anh Hưng

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho

em hoàn thành đề tài khóa luận tại Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Anh Hưng, cùng các anh (chị) phòng Hóa sinh hữu cơ - Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên đã giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Hóa học- trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã đào tạo và trang bị cho em những kiến thức cơ bản giúp em thực hiện khóa luận này Đồng thời, em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người đã động viên, khuyến khích, tạo mọi điều kiện để em có thể thực hiện khóa luận thành công

Trong quá trình thực hiện khóa luận, em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô và các bạn nhiệt tình đóng góp ý kiến để đề tài của

em được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Đăng Thị Mai Nhi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài: “Phân lập một số hợp chất từ loài sao biển gai

Acanthaster planci ở vùng biển Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng

tôi và được sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo Nguyễn Anh Hưng

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong khóa luận còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình

Hà Nội, tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Đăng Thị Mai Nhi

Proton Magnetic Resonance Spectroscopy

2D-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều

MS Phổ khối lượng Mass Spectroscopy

TLC Sắc ký lớp mỏng Thin Layer chromatography

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Đặc điểm sinh học và phân bố của sao biển gai Acathaster Planci 3

1.2 Thành phần hóa học các loài thuộc lớp sao biển Asteroidea 4

1.2.1 Các hợp chất steroid 4

1.2.2 Nhóm hợp chất ceramide 8

1.2.3 Lipid, axit amin 10

1.2.4 Một số hợp chất khác 13

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 14

2.1 Nguyên liệu 14

2.2 Phương pháp phân tích, phân lập các hợp chất từ dịch chiết 14

2.3 Phương pháp xác định cấu trúc hoá học các chất phân lập được 14

2.4 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 15

2.4.1 Dụng cụ, hóa chất 15

2.4.2.Thiết bị nghiên cứu 15

2.5 Phương pháp xử lý mẫu 15

2.5 Dữ liệu phổ của các chất phân lập được 17

CHƯƠNG 3: THẢO LUẬN KẾT QUẢ 19

3.1 Cấu trúc 5α-cholestan-3α-ol 19

3.2 Cấu trúc AC2: tyramine 24

KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC BẢNG, HÌNH VÀ SƠ ĐỒ

Bảng 3.1: Dữ liệu phổ của hợp chất AC1 23

Hình 2.1 Sao biển Acanthaster planci 14

Hình 3.1 Phổ 1H NMR của hợp chất AC1 20

Hình 3.2 Phổ 13C-NMR và DEPT của hợp chất AC1 21

Hình 3.3 Phổ HSQC và HMBC của hợp chất AC1 22

Hình 3.4 Phổ 1H-NMR của hợp chất AC2 25

Hình 3.5 Phổ 13C-NMR của hợp chất AC2 26

Sơ đồ Ngâm chiết mẫu sao biển Acanthaster Planci 17

MỞ ĐẦU

Việt Nam nằm trong khu vực Thái Bình Dương và chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa Đường bờ biển nước ta dài và thay đổi theo vĩ tuyến, kết hợp với hình thái thềm lục địa đa dạng, đã tạo nên những nét đặc trưng của hệ sinh thái giữa các vùng biển ở Việt Nam Tuy nhiên từ trước đến nay, trong phát triển kinh tế biển, chúng ta chủ yếu chỉ quan tâm tới những loài sinh vật biển có giá trị thực phẩm hoặc xuất khẩu, ít quan tâm tới giá trị cung cấp dược liệu và các chất có hoạt tính sinh học cao cho ngành hóa dược Ngày nay, nhờ sự hỗ trợ của các kỹ thuật tiên tiến, rất nhiều hợp chất từ sinh vật biển đã được phân lập, xác định cấu trúc và thử hoạt tính sinh học Trong

số đó, nhiều hợp chất thể hiện các hoạt tính sinh học phong phú, có thể tạo ra hoặc cung cấp mẫu hình cho các thế hệ thuốc mới, cũng như các sản phẩm khác phục vụ cho cuộc sống

Từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, các nhà khoa học biển đã có mối quan tâm đó là khám phá nguồn tài nguyên sinh vật vô cùng phong phú dưới đáy đại dương Tuy nhiên, so với nguồn tiềm năng sinh vật biển ở nước ta thì đến nay những công trình nghiên cứu trong nước vẫn còn quá ít và tản mát, được biệt là những nghiên cứu về lớp sao biển (Asteroidea)

Lớp Asteroidea có khoảng 1800 loài sao biển sống trên hành tinh, phân

bố ở tất cả các đại dương trên thế giới gồm cả Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương, Bắc Cực và các vùng đại dương phía Nam Nhưng mới chỉ có 80 loài được nghiên cứu về thành phần hóa học cũng như hoạt tính sinh học Có rất nhiều hợp chất được phân lập từ sao biển có cấu trúc hóa học

đa dạng và thể hiện hoạt tính sinh học thú vị khác nhau như: kháng viêm, giảm đau, giảm huyết áp, gây độc tế bào, kháng khuẩn, kháng nấm, chống tăng đường huyết và kháng một số dòng tế bào ung thư, kháng vius như virus

Cho đến nay người ta phát hiện ra loài sao biển gai có tên khoa học là

Acanthaster Planci có xuất hiện ở nhiều vùng biển Việt Nam và tàn phá rất

nhiều các rạn san hô lớn ở Việt Nam gây ra rối loạn hệ sinh thái ở khu bảo tồn biển Vì vậy, đã có rất nhiều cuộc phát động diệt sao biển gai để bảo vệ san hô Do đó, chúng tôi sử dụng loài sao biển này để tiến hành đề tài

“Phân lập một số hợp chất từ loài sao biển gai Acanthaster planci ở

vùng biển Việt Nam”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Đặc điểm sinh học và phân bố của sao biển gai Acathaster Planci

Sao biển Acanthaster Planci thuộc chi Acanthaster, họ Acanthasterridea, lớp Asteroidea, ngành Echinodermata (động vật da gai) A.planci phân bố rộng

khắp Ấn Độ Dương - Thái Bình Dương Nó xuất hiện ở các vĩ độ nhiết đới và cận nhiệt đới từ Biển Đỏ và đông bờ biển Châu Phi qua Thái Bình Dương, qua

Ấn Độ Dương đến bờ tây Trung Mỹ Sao biển gai thường được tìm thấy ở các vỉa san hô ngầm hay các cộng đồng san hô cứng trong khu vực độ sâu từ 5m đến 20m Ở Việt Nam được phát hiện ở vùng biển Quảng Ninh, Quảng Trị, Quảng

Nam, khu vực Nha Trang, Bà Rịa Vũng Tàu, Kiên Giang,…

Sao biển gai (Acanthaster planci) là loài sao biển có kích thước cơ thể lớn với đường kính có thể đạt tới 0.5m Miệng nằm ở mặt bụng, hậu môn nằm

ở mặt lưng Cơ thể chúng được bao phủ bởi các gai nhọn có chiều dài xấp xỉ 5cm nhằm bảo vệ, chống lại các đe dọa từ địch hại bao gồm cả con người Sao biển gai có khoảng 13 đến 16 cánh mở rộng tỏa tròn từ trung tâm cơ thể Chúng có sự khác biệt về màu sắc cơ thể, màu sắc đa dạng khác với các phần còn lại của cơ thể Sao biển gai di chuyển chậm, tốc độ di chuyển nhanh nhất chỉ đạt 10,3 m/ngày, có thể đi lùi, quay vòng, cử động một tay độc lập với phần còn lại của cơ thể, có khả năng tái sinh các cánh tay bị gãy

Thức ăn ưa thích của loài sao biển gai là các loài san hô thuộc giống Acropora Chúng thường ăn một mình về đêm và luôn giữ một khoảng cách nhất định với các con sao biển gai khác Cách ăn san hô của sao biển gai rất đặc biệt: chúng đẩy dạ dày ra bao lấy san hô, tiết enzyme và hấp thụ các dịch lỏng của san hô

1.2 Thành phần hóa học các loài thuộc lớp sao biển Asteroidea

Cho đến nay nhiều loài sao biển đã được nghiên cứu hóa học, phân lập

và nhận dạng được nhiều chất, thuộc các nhóm chất khác nhau Thành phần hóa học chính của các loài thuộc lớp sao biển này chủ yếu là các steroid và hợp chất của nitơ (ceramide, cerebroside, alkaloid, nucleoside…)

Ngoài ra, còn chưa các thánh phần khác như: carboxylic acid,

trierpenoid…

1.2.1 Các hợp chất steroid

Steroid là lớp chất chính có trong thành phần hóa học ở sao biển các steroid phân cực thường được chia làm 4 loại: polyhydroxy steroid, steroid sulfate, glycoside polyhydroxy steroid và các asterosaponine

Trước năm 2000 đã có một số công bố về nhóm chất polyhydroxy steroid từ sao biển Trong vài năm gần đây, khoảng 50 hợp chất polyhydroxy steroid mới đã được phân lập từ nguồn tài nguyên này

Năm 2003, từ loài sao biển Certonardoa semiregularis thu thập được ở

gần đảo Komun, Hàn quốc học đã phân lập được 13 hợp chất

polyhydroxysteroid mới đặt tên là certonardpsterol A-M (1-13) [1] Mạch nhánh của các hợp chất (9), (10) lần đầu tiên được tìm thấy trong các hợp chất

sterol bị oxi hóa trong tự nhiên

Năm 2004, tiếp tục nghiên cứu về loài sao biển Certonardoa

semiregularis nhóm nghiên cứu này đã tách được thêm 11 hợp chất

polyhydroxysteroid mới (14-24) Trong đó, năm hợp chất (14), (15), (19-24)

thuộc nhóm tetrol, một nhóm hợp chất rất hiếm khi phân lập được từ các loài sao biển đã được nghiên cứu trước đây [2]

Năm 2005 từ loài sao biển Certonardoa semiregularis đã phân lập

được 10 hợp chất glycoside mới, kí hiệu là certonardosides A-J (25-29) [3]

Năm 2005, nhóm nghiên cứu Phạm Quốc Long và cộng sự đã bước đầu

nghiên cứu về thành phần hóa học loài sao biển Anthenea pentagonula phân

lập được hai hợp chất steroid là 5α-cholestan-3α-ol (30);

5α-cholest-7-en-3β-ol (31) và một cụm phân tử cerebroside [4]

5α-cholestan-3α-ol 5α-cholest-7-en-3β-ol

Nhóm nghiên cứu Phạm Quốc Long và cộng sự kết hợp các phương pháp sắc ký nghiên cứu các hợp chất steroid glycoside từ sao biển

Acanthaster planci đã phân lập được 4 hợp chất polyhydroxysteroid glycoside

mới đặt tên là planciside A-D (33-36)

Từ loài sao biển Culcita novaeguineae, Iorizzi và cộng sự đã phân lập

được 11 polyhydroxysteroid glycoside trong đó có 5 hợp chất mới là culcitoside C4, C5, C6, C7, C8 (37-41), các hợp chất này đều chứa 2 phân tử

đường ở mạch nhánh [6]

Năm 2014, từ loài sao biển Leptasterias ochotensis, Timofey và cộng sự

đã phân lập được 6 asterosaponin mới leptasterioside A-F (42-47) trong đó các hợp chất (44-47) có cùng chuỗi phân tử đường D-fucopyranosyl-(12)-

Cerebroside là glycosphingolipid – thành phần quan trọng trong cơ động vất và màng tế bào thần kinh Chúng được cấu tạo bởi một ceramide gắn với một hoặc hai đường tại C-1 Hợp phần đường có thể là glucose hoặc galactose

và vì thế hai loại cerebroside chính được gọi là glucocerebroside và galactocerebroside Glucocerebroside là cerebroside chính được tìm thấy ở sao biển còn galactocerebroside thì rất hiếm khi có mặt một số lượng lớn các glucocerebroside được phân lập và nghiên cứu hoạt tính từ sao biển trong số

đó có các chất có hoạt tính gây độc tế bào

Năm 1994, từ loài sao biển Ophidiaster ophidianus, Jin và cộng sự đã

phân lập được 5 glycosphingolipid là ophidiacerebroside A-E (48-52) [8]

Từ loài sao biển Oreaster reticulates thu thập tại đảo Grand Bahama

(Bahamas), đã có 12 hợp chất được phân lập, trong đó 9 hợp chất mới là

oreacerebroside A-I (53-61) và 3 hợp chất đã biết ophidiacerebroside C-E (50-52) [toàn văn 56] Các hợp chất oreacerebroside D-I là các

galactocerebroside lần dầu tiên được phân lập từ sao biển, trước đó nó mới

chỉ được tìm thấy từ các loài sao biển Culcita novaeguineae [9].

Hai hợp chất ceramide lactoside là acathactoside A, B (62,63) đã được

phân lập từ loài sao biển Acanthaster Planci [11] Bốn ceramide lactoside luidialactoside A-D (64) cũng được phân lập từ loài Luidia maculate [10]

Năm 2006, từ loài sao biển Luidia maculate, Masanori và cộng sự đã

phân lập đƣợc các hợp chất ceramide: LM Cer-1-1 (68); LM Cer-2-1 (69);

LM Cer-2-6 (70); LM Cer-2-7 (71) Trong đó hợp chất (68) lần dầu tiên đƣợc

phân lập từ loài sao biển này [12]

1.2.3 Lipid, axit amin

* Lipid

Lipid là thành phần quan trọng trong cơ thể sống, nó có chức năng là

chất dự trữ năng lƣợng, khi oxy hóa Một gam lipid có thể thu đƣợc 9,3Kcal,

trong khi đó 1 gam gluxit hoặc protein chuyển hóa chỉ cho 4 Kcal Trong

màng sinh học, lipid ở trạng thái liên kết với protein tạo thành hợp chất

lipoproteid cấu tạo nên màng tế bào Chính nhờ các tính chất của hợp chất này

đã tapoj cho màng sinh vật có được tính thẩm thấu chọn lọc, tính cách điện ngoài ra, lipid còn có thể liên kết với nhiều chất đơn giản khác thành những hợp chất có tính chất sinh học khác nhau Những phức hợp đó có vai trò quan trọng trong các hoạt động thần kinh và bắp thịt

Lipid không tan với nước, nhưng chúng có khả năng hòa tan nhiều loại vitamin quan trọng như: A, K, D, E và giúp ruột hấp thụ tốt hơn các loại vitamin này

Năm 2003, nhóm nghiên cứu của GS.TS Phạm Quốc Long và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu hàm lượng lipid tổng của 3 loài sao biển: sao biển

Linckia laevigata, sao biển Culcita novaeguineae, sao biển Protoraester nodosus thu được ở vùng biển Quảng Ninh cho hàm lượng lipid tổng khá cao

lần lượt là 2.32%, 1,59%, 1,85%

* Axit amin

Axit amin hay amino axit là hợp chất hữu cơ có chứa nhóm cacboxyl COOH) và nhóm amin (NH2), vừa có tính axit, vừa có tính bazo Theo quan điểm dinh dưỡng người ta chia axit amin thành 2 nhóm: axit amin không thay thế và axit amin thay thế Động vật và con người không có khả năng tổng hợp một số axit amin mà phải lấy qua thức ăn, đó là các axit amin cần thiết hoặc không thay thế được như: arginine, methionine, phenyl alanine,… Các axit amin này tham dự vào nhiều quá trình chuyển hóa trong cơ thể như tổng hợp các chất dẫn truyền thần kinh, đổi mới các sợi cơ bắp,… Do vậy, nhu cầu cho

(-cơ thể bao giờ cũng chỉ đáp ứng đủ, thừa hoặc thiếu đều gây nên bất lợi cho

cơ thể

Một số axit amin có trong các loài sao biển như axit amin glutamic (6,25-7,85%), α-amino propionic (2,24-3,62%), glycine (7,3-10,4%), glysine (0,29-9,87%), phenyl alanine (0,17-3,82%), tuy nhiên cũng thấy rằng thành

* Axit béo

Axit béo là hiđrocacbon no hoặc không no liên kết với một hoặc nhiều nhóm chức acid (-COOH) Phân tử tồn tại ở dạng mạch thẳng, mạch nhánh hay mạch vòng, có phân tử lượng lớn Axit béo thường gặp là những axit béo

có số C chẵn, mạch thẳng, có thể no hoặc không no Ngoài nhóm chức axit,

nó còn liên kết với một số nhóm chức khác như: rượu, xeton…

Trong tế bào sống, các axit béo thường không tồn tại ở dạng tự do mà hầu hết ở dạng kết hợp trong các lipit khác nhau như: triaxiglixerol, sáp, steric, các lipid phức tạp khác nhau

Khi nghiên cứu sao biển Culcita novaeguineae thu được tại vùng biển Nha Trang và sao biển Archaster typicus thu được tại vùng biển Quảng Ninh,

nhóm nghiên cứu GS TS Phạm Quốc Long đã xác định thành phần axit

palmitic (72) với hàm lượng khá cao tương ứng là 13,814% và 13,014% Tuy

nhiên, cùng loài sao biển đỏ trên thu được tại vùng biển Quảng Ninh lại cho hàm lượng axit palmitic thấp hơn nhiều (2,535 %)

72

Thành phần axit stearic (73) của 3 loại sao biển: sao biển Archaster

typicus, sao biển đỏ Protoraester nodosus và sao biển Anthenea asper, thu

được tại vùng biển Quảng Ninh, được nghiên cứu bởi nhóm nghiên cứu GS

TS Phạm Quốc Long và cộng sự năm 2010 cho kết quả lần lượt là: 8,851%, 7,780% và 7,330%

73