Bài giảng Hóa học các hợp chất thiên nhiên

BÀI GIẢNG
HÓA HỌC CÁC HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN
Đối tượng: CN Hóa học
GVGD: ThS. Phạm Thế Chính
NỘI DUNG
Chương 1: Phương pháp nghiên cứu
Chương 2: Cacbohidrat
Chương 3: Protein và axit nucleic
Chương 4: Lipit
Chương 5: Enzeim và hoocmon
Chương 6: Vitamin
Chương 7: Tecpenoit
Chương 8: Steorit
Chương 9: Flavonoit
Chương 10: Ancaloit
CHƯƠNG 1
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1 Lịch sử và đối tượng nghiên cứu
1.2 Phân loại các hợp chất thiên nhiên
1.3 Sinh tổng hợp các hợp chất thiên nhiên
1.4 Qui trình nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên
1.1 Lịch sử và đối tượng nghiên cứu
- Hóa học các hợp chất thiên nhiên hình thành từ cuối thế kỷ XIX
- Đối tượng nghiên cứu các lớp chất hóa học của sinh vật
Phân lập, nhận dạng, định đặc điểm
-Nhiệm vụ
Xác định cấu trúc
Tổng hợp các hợp chất phân tử nhỏ
Nghiên cứu hoạt tính sinh học
Nghiên cứu chuyên sâu
Xuất phát
-Nhiệm vụ
Phân lập, nhận dạng, định đặc điểm
Xác định cấu trúc
Tổng hợp các hợp chất phân tử nhỏ
Nghiên cứu hoạt tính sinh học
1.2 Phân loại các hợp chất thiên nhiên
Phân loại
Hợp chất sơ cấp
Hợp chất thứ cấp
Hợp chất sơ cấp
Protein
Cacbohidrat
r t i
Lipit
Axit Nucleic
i it
it l i
Hợp chất thứ cấp
Protein
Tecpenoit
Steorit
Lipit
Axit Nucleic
Ankaloit
Flavonoit
1.3 Sinh tổng hợp các hợp chất thiên nhiên
CO2+ H2O
quang hîp
Cacbohi®rat
CH3COCOOH
axit pyrovic
COOH
OH
OH
HO
shikimic OH
COOH
O
CH2
COOH
chorismic
CH3COOHaxetic
axit bĐo
polyketides
CH3C
OH
CH2COOH
CH2CH2OH
axit Mevalonic tecpensteroit
protien
polipeptit
ancanoit
Purines
amino
axit
N2
Tanin
chu tr×nh axit citric
amino
axit th¬m
axit
nucleic
PO43-
phenylpropan
1.4 Qui trình nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên
CHƯƠNG 2
CACBOHIDRAT
2.1 Đại cương về cacbohidrat
2.2 Monosaccarit
2.3 Oligosaccarit
2.4 Polysaccarit
2.1 Đại cương về cacbohidrat
Khái niệm: Cacbohidrat hay còn gọi là saccarit,
gluxit, là các hợp chất hữu cơ không màu, ít nhiều
có vị ngọt, dễ tan trong nước, dễ kết tinh, được tìm
thấy trong thực vật, động vật, đa số có công thức
chung Cn(H2O)m.
Ngoài ra theo nghĩa rộng cacbohidrat có cả N,
S và không phải đều có vị ngọt.
Tên gọi các đường riêng biệt kết thúc bằng
đuôi ozơ (ose)
Phân loại: dựa theo thành phần và tính chất của
cacbohidrat
Cacbohidrat
Cacbohidrat đơn giản hay
monoscarit (không thể thủy
phân được).
VD: glucozơ, ribozơ, fructozơ...
Cacbohidrat phức
tạp khi thủy phân
hoàn toàn cho các
monosaccarit.
Oligosaccarit tạo nên từ 2 -10
phân tử monosaccarit.
VD: Saccarozơ, lactozơ.
Polysaccarit (glycan) tạo nên
từ lớn hơn 10 đến hàng vạn
monosacarit: tinh bột,
xenlulozơ, glycogen
-Chức năng:
+ Làm nhiên liệu cung
cấp tới 60% năng lượng cho cơ
thể sống.
+ Làm khung cấu trúc và
vỏ bảo vệ, thường có mặt ở các
vách tế bào vi khuẩn và thực vật
cũng như ở mô nối và vỏ bảo vệ
động vật.
+ Liên kết với protein và
lipit màng, đóng vai trò làm
phương tiện vận chuyển tín hiệu
giữa các tế bào.
2.2 Monosaccarit
2.2.1 Phân loại
-Định nghĩa: Monosaccarit là hợp chất polyhidroxicacbonyl,
phân tử có nhiều nhóm –OH ở các nguyên tử cacbon kề nhau.
VD: glucozơ, fructozơ, ribozơ
CH2
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
CHO CH2
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
C CH2OH
O
CH2
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
CHO
-Phân loại
Monosaccarit
-Dựa theo nhóm C=O:
+ C=O là andehit: andozơ
+ C=O là xeton: Xetozơ
- Dựa theo số nguyên tử C:
+ 2C (biozơ), 2C (triozơ),
4C (tetrozơ) 5C (pentozơ),
6C (hexozơ), 7C (heptozơ)
- Andozơ
- Xetozơ
CH2
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
CHO CH2
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
C CH2OH
O
2.2.2 Cấu hình của monosaccarit
a, Công thức Fisher
Qui định cách viết công thức hình chiếu fisher của các
monosaccarit:
- Nhóm có nguyên tử cacbon số oxi hóa cao nằm trên
đỉnh của trục thẳng đứng (bắc-nam) (vị trí số 1).
- Nguyên tử cacbon bất đối (C*) không viết ra mà
chính là giao điểm của các trục thẳng đứng và nằm ngang.
- Các nguyên tử H và nhóm OH nằm ở các trục ngang
(trục đông-tây) (nguyên tử H có thể không viết ra).
VD: Biểu diễn phân tử glucozơ bằng công thức chiếu
Fisher
Nhóm nguyên tử
cacbon có số oxi
hóa cao
Nguyên tử
cacbon bất
đối C*
b, Cấu hình tương đối D,L
- Để xác định cấu hình tương đối D,L của các monosaccarit
người ta xét cấu hình của nguyên tử cacbon chiral (C*) nằm
xa nhóm cacbonyl nhất (C4 ở pentozơ, C5 ở hexozơ). Sau đó
so sánh với cấu hình của C* trong phân tử glyxerandehit.
+ Có cấu hình D khi OH nằm ở bên phải của công
thức chiếu Fisher.
+ Có cấu hình L khi OH nằm ở bên trái của công thức
chiếu Fisher.
- Đồng phân D và L là một cặp đối quang, nên đồng phân D
là ảnh của đồng phân L qua gương và ngược lại.
- Đồng phân epimer là các monosaccarit chỉ khác nhau về cấu
hình của nguyên tử cacbon số 2 (C2)
Ví dụ về cấu hình
tương đối D,L của
monosaccarit
Nguyên tử
C* xa nhóm
CHO nhất D, L- ảnh vật qua gương
-OH bên phải-OH bên trái
Ví dụ về các cặp đồng phân epimer của các pentozơ
Cấu hình của C2 khác nhau
Cặp đồng phân epimer
Các cặp epimer của hexozơ
Cặp đồng phân epimer
- Cấu hình tuyệt đối R,S của monosaccarit được xác
định theo hệ thống danh pháp của Can, Ingol và Preloc,
nghĩa là độ phân cấp của các nhóm thế.
CHO
CH2OH
HO H
HO H
H OH
H OH
(2S, 3S, 4R, 5R)- Mannose
2.2.3 Cấu trúc vòng của monosaccarit
- Monosaccarit không tham gia được hết các phản ứng đặc
trưng cho nhóm cacbonyl. Điều này đã được Tollens giải
thích dựa trên phản ứng của nhóm cacbonyl với nhóm
hidroxy trong môi trường axit tạo ra hemiaxetal (I) và
axetal (II).
- Khi tạo vòng, nguyên tử C ở nhóm cacbonyl trở thành
nguyên tử cacbon bất đối C * , nó được gọi là nguyên tử C
anome.
RCHO R'OH (H
+) R C
H
OH
OR'
(I)
R'OH (H+) R C
H
OR'
OR'
(II)
a, Công thức Tollens
- Công thức Tollens biểu diễn các phân tử monosaccarit dưới
dạng hình chữ nhật:
+ Một cạnh chiều dài là công thức Fisher của
monosaccarit.
+ Cạnh chiều dài còn lại có trung điểm là nguyên tử
oxi tham gia liên kết hemiaxetan.
+ Hai cạnh chiều rộng là cách biểu diễn liên kết bình
thường.
- Trong trường hợp andohexozơ, sự kết hợp của OH ở C5 tạo
ra vòng 6 cạnh có tên là pyranozơ, OH ở C4 cho vòng 5 cạnh
gọi là furanozơ.
- C1 (andozơ), C2 (xetozơ) gọi là C-anome nên HO-C1
(C2) gọi là OH-anome.
- Với dãy đồng phân D:
+ OH-anome nằm bên phải của công thức gọi là
đồng phân α
+ OH-anome nằm bên trái của công thức gọi là
đồng phân β
HO H
H OH
CH2OH
O
HO H
1
2
3
4
5
6
H OH
H OH
H OH O
CH2OH
HO H
H OH
1
2
3
4
5
6
α-D-glucopyranozơ
HO H
H OH O
CH2OH
HO H
H OH
1
2
3
4
5
6
β-D-glucopyranozơ β-D-glucofuranozơ
HOCH2 OH
H OH
HO H
1 2
3
4
56HOCH2 H
O
HOCH2HO
HHO
OHH
12
3
4
5 6HOCH2H
O
HO CH2OH
H OH
HO H
12
3
4
56HOCH2 H
O O
HOCH2H
65
4
3
21
OHH
HHO
OHCH2OH
α-D-fructofuranozơ α-L-fructofuranozơ
- Với dãy đồng phân L: là ảnh qua gương của dãy D.
β-D-fructofuranozơ β-L-fructofuranozơ
D, L- ảnh vật qua gương
b, Công thức Haworth
- Công thức Haworth biểu diễn cấu hình của monosaccarit rõ
ràng hơn, được biểu thị bằng một hình 6 (pyranozơ) cạnh
hoặc 5 (furanozơ) cạnh, nằm trên một mặt phẳng vuông góc
với mặt phẳng giấy với 1 nguyên tử oxi nằm ở phía sau.
O O
Furan Pyran
- Dãy đồng phân D: nhóm –CH2OH nằm ở phía trên mặtphẳng vòng:
+ Đồng phân α khi OH-anome nằm ở phía dưới mặt
phẳng vòng (-CH2OH và OH-anome ngược chiều nhau).
+ Đồng phân β khi OH-anome nằm ở phía trên mặt
phẳng vòng (-CH2OH và OH-anome cùng chiều).
- Dãy đồng phân L: là hình ảnh qua gương của dãy D.
O OH
H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH O H
OH
H
OHH
OH
OH
H
CH2OH
H
β-D-glucopyranozơ β-L-glucopyranozơ
α-D-xilofuranozơ
β-D-xilofuranozơ
D-Xilozơ
Quá trình hình thành vòng của đường 5
D-glucozơ
β-D-glucopyranozơ α-D-glucopyranozơ
Quá trình hình thành vòng của đường 5
O OH
H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
O H
OH
H
OHH
OH
OH
H
CH2OH
H
O OH
H
H
OHOH
H
H
OH
H
CH2OH
O H
OH
OH
HH
OH
OH
H
CH2OH
H
β-D-glucopyranozơ β-D-mannopyranozơ
- Để có đồng phân L ta chiếu D qua gương, đơn giản nhất là
chiếu theo phương của trục z
x
y
z
β-L-glucopyranozơ β-L-mannopyranozơ
Gương
65
4
3
2
1
O CH2OH
OHOH
HOH
HH
CH2OH O OH
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
1
2
34
5
61
2
34
5
6
O
HOCH2 H
6 5
4
3
2 1
HO H
H OH
HO CH2OH
HO H
H OH
H OH
CH2OH
O
CH2OH
HOCH2 OH
H OH
HO H
1 2
3
4
56HOCH2 H
O
α-D-fructofuranozơ β-D-fructofuranozơ
Công thức Tollens
* Mối quan hệ giữa các công thức biểu diễn monosaccarit
α-D-fructofuranozơ β-D-fructofuranozơ
D-fructozơ
Công thức Haworth
Công thức Fisher
c, Công thức Reeves
- Công thức Reeves mô tả trạng thái thực của phân tử, các
pyranozơ được biểu diễn ở dạng ghế bền.
β-D-galactopyranozơ
Haworth Reeves
- Thực tế đa phần các monosaccarit tồn tại trong thực tế ở
dạng công thức Reeves, kể cả các đường 5C.
β-D-ribopyranozơ (56%) β-D-ribopyranozơ (18%)
α-D-ribopyranozơ (20%) α-D-ribopyranozơ (6%)D-ribozơ
<1%
2.2.4 Tính chất hóa học của monosaccarit
a, Phản ứng của nhóm cacbonyl
- Trong dung dịch kiềm các xetozơ dễ dàng chuyển hóa
thành andozơ, nên cả andozơ và xetozơ đều có phản ứng
với thuốc thử Fellinh và Tollens
6
5
4
3
2
1
HO H
H OH
H OH
CH2OH
O
CH2OH
HO H
H OH
H OH
C
CH2OH
CHOH
OH
OH- OH- HO H
H OH
H OH
CH2OH
CHO
HO H H OH
CH2OH
CHO
H OH
H OH
HO H
+
D-Fructoz¬ D¹ng endiol D-Mannoz¬ D-Glucoz¬
-Phản ứng oxi hóa:
+ Các andozơ có phản ứng với Br2/H2O, đây là phảnứng dùng phân biệt andozơ và xetozơ.
+ Các monozơ khi bị oxi hóa bởi HIO4 tạo ra sảnphẩm là các andehit và axit cacboxylic tương ứng khi cắt
liên kết 1,2-diol
HOCH2[CHOH]4CHO Br2, H2O HOCH2[CHOH]4COOH
R CH
OH
CH
OH
R' HIO4 RCHO + R'CHO
HOCH2 CH
OH
CH
OH
CH
OH
CH
OH
CHO + 5HIO4 5HCOOH + HCHO
-Phản ứng khử
HO H
H OH
H OH
CH2OH
O
CH2OH
H OH
CH2OH
CHO
H OH
H OH
HO H
D-Glucoz¬
HO H
H OH
H OH
CH2OH
CHO
HO H
D-Mannoz¬
H OH
CH2OH
CH2OH
H OH
H OH
HO H
D-Sobitol
HO H
CH2OH
CH2OH
H OH
H OH
HO H
D-Mannitol
Na-Hg
H+
NaBH4
H+
H2Ni H2 Ni
D-Fructoz¬
-Phản ứng osazon
HO H
H OH
H OH
CH2OH
CHO
HO H
D-Mannoz¬
H OH
CH2OH
CHO
H OH
H OH
HO H
D-Glucoz¬
HO H
H OH
H OH
CH2OH
O
CH2OH
HO H
H OH
H OH
+ 3C6H5NHNH2
CH3COOH +3
C6H5N
HNH2
CH3C
OOH
CH3COOH
+3 C6H5NHNH2 (Osazon)
C
CH2OH
NNHC6H5
CH=NNHC6H5
b, Phản ứng của nhóm hydroxyl
- Phản ứng với Cu(OH)2
OHOCH2
H
H
HO
HO
H
H
OH
OH
H
OHOCH2
H
H
O
O
H
H
OH
OH
H
HO CH2OH
H
H
O
O
H
H
HO
OH
H
H
Cu
Cu(OH)2
1
2
3
4
5
6
12
3
4
5
6
- Phản ứng tạo ete
O OH
H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH CH3OH
HCl (k
han)
O OCH3
H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
(CH3O)SO2 , NaOH
CH3 I, NaOH
CH3O
O OCH3
H
OCH3
HOCH3
H
H H
CH2OCH3
- Phản ứng tạo este
(CH3CO)2O
CH3COO
O
OCOCH3
H
OCOCH3
HOCOCH3
H
H H
CH2OCOCH3
O
OH
H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
O CH2OH
OHOH
HOH
HH
CH2OH
(CH3CO)2O
O CH2OCOCH3
OCOCH3
HOCOCH3
HH
CH2CH3COO
CH3COO
- Phản ứng tạo axetal và xetal vòng
O
H
OH
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
O OH
HOH
HOH
HH
CHOH
CH2OH
CH3 C CH3
O
HCl (khan)
O
H
O
O
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
C
CH3
CH3
O H
H
OH
HH
CH
CH2O
O
C
CH3
CH3
O
O C
CH3
CH3
HCl (khan)
CH3 C CH3
O
2.3 Oligosaccarit
- Oligosaccarit là những cacbohydrat mà khi thủy phân hoàn
toàn cho từ 2 đến 10 monosaccarit.
- Oligosaccarit hay gặp nhất là các disaccarit và trisaccarit.
2.3.1 Disaccarit
- Disaccarit là cacbohidrat được tạo ra từ 2 monosaccarit
nghĩa là khi thủy phân hoàn toàn 1 phân tử disaccarit sẽ thu
được 2 phân tử monosaccarit.
- Các disaccarit thi nhiên quan trọng là: saccarozơ, mantozơ,
lactozơ và xenlobizơ
- Hai phân tử monosaccarit được liên kết với nhau theo hai
cách:
+ Nhóm OH hemiaxetal của mỗi monosaccarit liên kết
với nhau tạo ra disaccarit không khử.
+ Nhóm OH hemiaxetal của monosaccarit này kết hợp
với 1 nhóm OH khác của monosaccarit còn lại tạo ra
disaccarit khử.
a, Saccarozơ
- Là thành phần chính của cây mía (14-26%), thốt nốt, củ cải
đường (16-20%) Còn được gọi với những tên khác: đường
mía, đường kính, đường phèn, đường củ cải
- Có công thức phân tử: C12H22O11, tên hóa học là: 2-O-α-D-glucopyranozyl-β-D-fructofuranozit hay α-D-glucopyranozyl-
(1→2)-β-D-fructofuranozit.
- Khi thủy phân saccarozơ trong dung dịch axit loãng hoặc
enzim thu được một lượng bằng nhau D-(+)-glucozơ và
D-(-)-fructozơ. Sự thủy phân này gây ra sự đổi dấu quay cực
từ (+) sang (-), vì vậy quá trình này còn gọi là quá trình
nghịch đảo đường, hỗn hợp trên được gọi là đường nghịch
đảo.
6
5
43
6
5
4
3 2
1 2
1
O H
CH2OH
OH
HOH
H
CH2OHO H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
O
b, Lactozơ
- Lactozơ hay còn gọi là đường sữa có vị ngọt kém hơn
saccarozơ, có vai trò quan trọng trong dinh dưỡng của trẻ em.
Trong sữa người có từ 6-7% lactozơ, sữa bò chỉ có 4-5%
lactozơ.
- Có CTPT: C12H22O11, tên hóa học: 4-O-β-D-galactopyranozyl-α-D-glucopyranozơ hay β-D-
galactopyranozyl-(1→4)-α-D-glucopyranozơ
O
H
OH
HOH
H
H H
CH2OH
OH
O
OH
HOH
H
OH
H
H
CH2OH
H O
1
23
4
5
6
4
5
6
3 2
1
2.3.2 Trisaccarit
- Trisaccarit là olisaccarit có chứa 3 gốc monosaccarit.
Trisaccarit phổ biến nhất và biết rõ hơn cả là rafinozơ, có tên
hóa học: α-D-galactopyranozyl-(1→6)-α-D-glucopyranozyl-
(1→2)-β-D-fructopyranozit
2
3 4
5
6
1
23
4
5
6
4
5
6
3 2
1
O
H
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2
O
H
OH
HOH
H
OH
H
H
CH2OH
O
O H
CH2OH
OH
HOH
H
CH2OH
O
1
2.4 Polysaccarit
- Polysaccarit là những polyme thiên nhiên, được cấu tạo từ
hàng trăm, hàng nghìn mắt xích là các monosaccarit, liên kết
chặt chẽ với nhau qua liên kết glucozit.
- Polysaccarit được tạo thành từ một loại monosaccarit
được gọi là homopolysaccarit, đại diện cho nhóm này là: tinh
bột, glycogen, xenlulozơ.
- Polysaccarit được tạo thành từ hai loại monosaccarit
trở lên được gọi là heteropolysaccarit, hay gặp nhất trong
thiên nhiên là: pectin, aga, hemixenlulozơ
2.4.1 Tinh bột
- Tinh bột là một loại polysaccarit rất phổ biến trong thiên
nhiên. Là thức ăn quan trọng của cả người và động vật.
- Tinh bột được dự trữ trong các mô thực vật dưới dạng các
loại hạt, củ quả (gạo, mỳ, ngô, khoai , sắn, chuối, ngô), tập
chung chủ yếu trong các loại ngũ cốc, gạo chứa 78-80% tinh
bột, khoai tây có khoảng 16-19% tinh bột, mỳ khoảng 65-
70%...
- Hàm lượng tinh bột phụ thuộc loài, giống, thời vụ, địa lý và
thổ những khác nhau.
- Về mặt hóa học tinh bột là polyme sinh học được tạo thành
từ các monome là α-D-glycopyranozơ liên kết với nhau qua
liên kết 1,4 và 1,6-glucozit. Được chia làm 2 loại:
+ Amylozơ được tạo thành từ các monome là α-D-
glycopyranozơ liên kết với nhau qua liên kết 1,4 –glucozit.
Là thành phần chính của gạo tẻ và các giống ngu cốc có độ tơi
xốp cao (độ bở lớn).
O
H
OH
HOH
H
H H
CH2OH
O
H
OH
HOH
H
H H
CH2OH
O OO
4 1 4 1
n
+ Amylopectin được tạo thành từ các monome là α-D-
glycopyranozơ liên kết với nhau qua liên kết 1,4 và 1,6–
glucozit.
Là thành phần chính của gạo nếp và các giống ngũ cốc có độ
dẻo lớn
O
H
OH
HOH
H
H H
CH2
O
H
OH
HOH
H
H H
CH2OH
O OO
O
O
H
OH
HOH
H
H H
CH2OH
O
4 1 4 1
n
1
6
2.4.2 Glycogen
- Glycogen là polysaccarit dự trữ của cơ thể động vật, thường
tập trung trong ga ... Õt trong tinh
dÇu gan c¸, ßng ®á trøng gµ vµ s÷a.
Phytol
**
(R)(R)
OH
X=COOHVitamin A, axit
X=CH2OHVitamin Avßng-ß-ionon 11-cis-Retinal
11
CHO
X
- Axit abietic, C20H30O2, lµ chÊt ®itecpen 3 vßng quan
träng nhÊt. Nã lµ thµnh phÇn chÝnh cña colophan, nhùa
th«ng. Nã chÞu sù ®ehidro hãa vµ ®ecacboxyl hãa ®Ó t¹o
thµnh reten khi bÞ ®un nãng víi l­u huúnh.
axit abietic Reten
CH3
CH(CH3)2
S
CH3
CH3
HCH3HOOC
- Phorbol, C20H28O6, ®­îc t×m thÊy d­íi d¹ng mét 12, 13-
®icacboxylat este ë trong dÇu ba ®Ëu tõ h¹t c©y Croton
tiglum L., Euphorbiaceace; nã lµ chÊt ®ång g©y ung th­.
Phorbol
O OH
HHO
OH OH
HH
CH2OH
7.5 Tritecpen
TÊt c¶ c¸c tritecpen mét vßng ®Õn n¨m vßng vµ c¸c hîp chÊt
kh¸c b¾t nguån tõ squanlen, C30H50. Do vËy c¸c tritecpen cßn
gäi lµ c¸c squalenoit
Lanosterol
HO H
H
HO H
H
H
H
Squalen
HO H
H
H
R
HO H
H
H
Hopan anfa-amyrin R=CH3 (beta-amyrin)
R=COOH(axit oleanolic)
7.6 Tetratecpen
Tetratecpen hay còn gọi là carotenoit lµ c¸c chÊt mÇu thùc phÈm, hay
cßn gäi lµ c¸c s¾c tè polyen. Caroten lµ hçn hîp cña 3 ®ång ph©n, α,
β vµ γ- caroten, Lycopen g©y ra mÇu ®á thÉm cña cµ chua vµ nhiÒu
lo¹i qu¶ kh¸c.
*
anfa-caroten
beta-caroten
gama-caroten
Lycopen
7.7 Polytecpen
- Polytecpen hay còn gọi là polypren, trong đó cao su thiên nhiên là
một sản phẩm quan trọng (chuçi của (Z)-1,4-prolyisopren cña
polyme all-cis).
- C¸c polyprenol cã c«ng thøc chung:
n/4
H CH2OH
n
CHƯƠNG 8
STEROIT
8.1 Đại cương
8.2 Các sterol
8.3 Các axit mật
8.4 Các steroit vitamin
8.5 Các steroit hocmon
8.1 Đại cương
- Bé khung cña c¸c steroit cÊu t¹o bëi bèn vßng cacbon dÝnh kÕt víi
nhau ®Ó t¹o thµnh penhi®ro xiclopenta [a] phenanthren, C17H28, hay
cßn gäi lµ gonan hoÆc steran.
- §Æc ®iÓm dÝnh kÕt vßng. C¸c vßng A vµ B cã thÓ dÝnh kÕt víi nhau
hoÆc theo cis hoÆc theo trans, vßng B vµ C lu«n trans, vßng C vµ D
th­êng trans, tuy nhiªn còng th­êng gÆp sù dÝnh kÕt cis, thÝ dô nh­
c¸c cacdenolit vµ c¸c bufadienoit.
CholestanGonan
27
2625
24
23
2221
20
19
18
A B
C D1
2
3
4 5 6
7
8
9
10
11
12 13
14 15
16
1717
16
1514
131211
10
9
8
7
654
3
2
1 DC
BA
- Nhãm metyl ë nguyªn tö cacbon sè 10 ®­îc dïng lµm ®iÓm chuÈn.
C¸c nhãm thÕ vµ c¸c nguyªn tö hidro ®­îc ®Þnh vÞ ë cïng phÝa trong
ph©n tö nh­ nhãm nµy ®­îc chØ ®Þnh lµ c¸c nguyªn tö β; c¸c nhãm
thÕ hoÆc nguyªn tö hi®ro ë phÝa ng­îc l¹i cña vßng lµ c¸c nhãm α.
Hai ®ång ph©n lËp thÓ lµ 5-α-cholestan vµ 5-β-cholestan, c¸c vßng
B/C vµ C/D ®­îc dÝnh kÕt trans.
5-α-Cholestan 5-β-Cholestan
(A-B: trans) (A-B: cis)
H
H
H
H
H
10
5
17
13
1414
13
17
5
10
H
H
H
H
H
8.2 Các sterol
Cholesterol, C27H45OH, lµ thµnh phÇn chÝnh cña sái mËt,
thµnh phÇn chÝnh cña c¸c tÕ bµo, cholesterol xuÊt hiÖn d­íi d¹ng tù
do hoÆc d­íi d¹ng este trong tÊt c¶ c¸c tÕ bµo ®éng vËt vµ dÞch c¬ thÓ.
Ergosterol, (22E)-(24R)-24-metycholesta-5,7,22-trien-3β-ol,
C28H43OH, ®­îc t×m thÊy trong men bia, lµ chÊt quang ho¹t. Khi bÞ
räi s¸ng, ergosterol chuyÓn sang vitamin D2.
Stigmasterol, (22E)-(24S)-24-etycholesta-5,22-®ien-3β-ol,
C29H47OH, xuÊt hiÖn trong ®Ëu nµnh vµ chØ ph©n biÖt víi cholesterol
b»ng m¹ch nh¸nh.
Ergosterol Stigmasterol
24
10
5
17
13
14
3
H
HH
HO
H
H
22
77
22
H
HH
HO
3
14
13
17
5
10
8.3 Các axit mật
VÒ mÆt hãa lËp thÓ c¸c axit mËt lµ c¸c dÉn xuÊt cña 5-β-
Cholestan. ChÊt nµy cã vßng A vµ B dÝnh kÕt cis ®­îc coi lµ hîp chÊt
gèc cña c¸c axit mËt.
C¸c thÝ dô quan träng nhÊt lµ c¸c axit cholic (axit 3α, 7α,
12α-trihi®roxi-5β-cholan-24-cacboxilic), axit deoxycholic (axit 3α,
7α,-®ihi®roxi-5β-cholan-24-cacboxilic) vµ axit lithocholic (axit 3α-
hi®roxi-5β-cholan-24-cacboxilic). TÊt c¶ c¸c axit nµy ®Òu quang
ho¹t.
Axit cholanic Axit cholic
12
73
COOH
H
H
HHO
H
OH
OH
2424COOH
H
H
HHO
H
8.4 Các steroit vitamin
Vitamin D2, (Calciferol, ergocalciferol, vigantol),
C28H43OH. CÊu tróc cña vitamin D2 ®· ®­îc x¸c ®Þnh lµ
(5Z,7E,22E)-(3S)-9,10-secocholesta-5,7,10 (19), 22-tetraen-3-
ol. Vitamin D2 lµ chÊt quang ho¹t.
Ergosterol Vitamin D2
Ergosta-5,7,22-trien-3-ol
5
6
7
23
9
10
19 H
H
HO
hv10
5
17
13
14
3
H
HH
HO
22
7
Vitamin D3 (Cholecalciferol, (5Z,7E)-(3S)-9,10-
secocholesta-5,7,10(19)-trien-3-ol) xuÊt hiÖn cïng víi
vitamin A trong dÇu gan c¸ ngõ Califoni, c¸ b¬n halibut vµ
c¸ moruy. Calcitol ®­îc t¹o ra ë trong thËn tõ vitamin D3.
7-§ehirocholesterol Vitamin D3
H
H
HO
24
H
HH
HO 5
6
7
23
9
10
19
hv10
5
17
13
14
3
22
7
8.5 Các steroit hocmon
Gåm 2 nhãm hocmon quan träng lµ c¸c hocmon giíi tÝnh vµ hocmon
tuyÕn th­îng thËn. Nhãm sau ®­îc gäi lµ c¸c coticoit.
8.5.1 Hocmon giới tính nam (androgen)
C¸c hocmon ®Çu tiªn lo¹i nµy lµ an®rosteron, C19H30O2 vµ 5-
®ehy®roandrosteron, C19H28O2. Hi®rocacbon gèc cña c¶ hai androgen
nµy lµ androstan (10,13-®imetlgenan), C19H32. C¶ hai hîp chÊt ®Òu cã
mét nhãm xeto ë nguyªn tö cacbon 17.
Testosteron, C19H29O2, ®­îc ph©n lËp tõ tinh hoµn bß ®ùc
(Lac¬, 1935), lµ mét androgen ho¹t ®éng.
An®rosteron Testosteron 16-An®rosten-3-on
3-α-hi®roxi-5α-an®rostan-17-on 17-β-hi®roxian®rostan-4-en-3-on
CH3
CH3
O
CH3
H
H
H
CH3
O
OH
17
OCH3
H
H
H
CH3
HHO
8.5.2 Hocmon giới tính nữ (androgen)
-Ph©n biÖt hocmon nang trøng (follicular hormones) vµ c¸c
hocmon thai nghÐn (Pregnancy hormones).
a, Hocmon nang trứng (các estrogen)
- Hocmon nang trøng ®­îc kÕt tinh tõ n­íc tiÓu phô n÷ cã
thai gäi lµ esteron, C18H22O2; 17β-estra®iol, C18H26O2; vµ
estriol, C18H24O3.
Estron 17-β-Estra®iol Estriol
- Hocmon ho¹t ®éng nhÊt lµ 17-β-estra®iol (estra-1,3,5(10)-
trien-3,17β-®iol)
17 1817
CH3
H
HH
HO
OH
OH
CH3
H
HH
HO
OH
H
17
3
OCH3
H
HH
HO
b, Các hocmon thể vàng (gestagen)
- Hocmon n÷ giíi ®Æc tr­ng tõ thÓ vµng hay hocmon thai
nghÐn lµ progesteron (poluton), C21H30O2.
5β-Pregnan Progesterol Pregnenolon
(®.n.c. 840C [357K]) (®.n.c. 1210C [394K]) (®.n.c. 1900C [463K])
(Pregna-4-en-3,20-®ion) (3β-Hi®roxipregna-5-en-20-on)
CH3
H
CH3
H
H
H
CH3
O
HO
CH3
H
CH3
H
H
H
CH3
O
OCH3
H
CH3
H
H
H
CH3
H
c, Các steroit tránh thai
- C¸c gestagen bÞ thay ®æi, thÝ dô nh­ 19-norethisternoxetat,
khi phèi hîp víi c¸c estrogen cã thÓ ng¨n ngõa sù thô thai.
19-Norethisteronaxetat 17β-Ethynylosestra®iol RU 486 (Mifepriston)
NCH3
CH3
O
H
CH3
H
OH
C C CH3
OH
C
HO
CH
O COCH3
C
H
H
H
H
O
CH
CHƯƠNG 9
FLAVONOIT
9.1 Phenolic thiên nhiên
9.2 Hợp chất flavonoit
9.3 Sinh tổng hợp flavonoit
9.4 Hoạt tính sinh học của flavonoit
9.1 Phenolic thiên nhiên
- YÕu tè ®Æc tr­ng cho phenolic lµ cã mÆt Ýt nhÊt mét nh©n benzen
liªn kÕt víi Ýt nhÊt mét nhãm OH ë d¹ng tù do hoÆc liªn kÕt trong
mét nhãm chøc kh¸c: este, ete... ChÊt ®¬n gi¶n nhÊt của phenolic
lµ phenol. C¸c flavonoit là 1 nhóm của lớp chất phenolic.
9.2 Hợp chất flavonoit
9.2.1 Khung cơ sở của flavonoit
- C¸c flavonoit cßn ®−îc gäi lμ dÉn xuÊt cña 2-phenyl chroman
(flavan). §ã lμ c¸c hîp chÊt cã cÊu t¹o khung cacbon C6-C3-C6,
gåm hai vßng benzen A, B vμ mét dÞ vßng C.
- Vßng A vμ vßng C kÕt hîp t¹o khung chromon. NÕu vßng B ®Ýnh
víi dÞ vßng C ë vÞ trÝ C3 th× ta cã c¸c iso flavonoit.
- DÞ vßng C cã thÓ lμ:
- Hai flavonoit cã thÓ ng−ng tô víi nhau ®Ó t¹o ra biflavonoit.
Ngμy nay nhiÒu flavonoit tù nhiªn ®· ®−îc biÕt vμ nghiªn cøu
9.2.2 Sù ph©n lo¹i c¸c nhãm flavonoit
- C¬ së cña sù ph©n lo¹i c¸c nhãm flavonoit tuú theo møc ®é oxi ho¸
vßng pyran là sù cã mÆt hay kh«ng cã nèi ®«i gi÷a C2 vμ C3 vμ nhãm
cacbonyl ë C4.
a, Nhóm flavon và flavonol
Ngμy nay ng−êi ta ®· biÕt kho¶ng 90 hîp chÊt cña nhãm
flavon vμ flavonol. Chóng cã c«ng thøc cÊu t¹o chung nh− sau:
Sù ®a d¹ng cña nhãm chÊt nμy lμ do sè l−îng vμ vÞ trÝ nhãm
hidroxy liªn kÕt víi c¸c nguyªn tö cacbon cña khung. C¸c nhãm
hidroxy nμy cã thÓ bÞ ankyl hãa t¹o ra c¸c dÉn xuÊt kh¸c nhau.
b, Nhóm flavanon
C¸c flavanon th−êng xuÊt hiÖn víi nhiÒu nhãm hidroxy
hoÆc metoxy vμ ®−îc ph©n lËp tõ c¸c hoa mμu tr¾ng. Chóng cã
mét trung t©m kh«ng trïng vËt ¶nh (nguyªn tö cacbon bÊt ®èi
xøng C2) nªn cã tÝnh quang ho¹t, và luôn có một cân bằng hỗ
biến.
c, Nhóm flavanonol
Flavanonol-3 hay cßn gäi lμ flavanon-3-ol hoÆc
dihidroflavonol. Flavanonol gÇn gièng nh− flavanon nh−ng chØ kh¸c
lμ cã nhãm hidroxy ë vÞ trÝ C3. Flavanonol cã hai nguyªn tö cacbon
bÊt ®èi xøng ë C2 vμ C3 nªn chóng cã tÝnh quang ho¹t. Flavanonol dÔ
bÞ oxi hãa dÓ cho flavonol t−¬ng øng, và ng−êi ta biÕt ®Õn kho¶ng 30
hîp chÊt thuéc nhãm nμy, phÇn lín ë d¹ng aglycon, chØ cã vμi chÊt ë
d¹ng glycozit.
d, Nhóm chalcon
Chalcon kh¸c víi c¸c lo¹i flavonoit kh¸c lμ ph©n tö bao
gåm hai vßng benzen A vμ B nèi víi nhau bëi mét m¹ch hë gåm
ba cacbon.
Chalcon th−êng cã mμu tõ vμng sÉm, ®á da cam ®Õn ®á
tÝa. §èi víi ph¶n øng mμu xianidin, chalcon th−êng cho mμu râ
rÖt.
e, Nhóm auron
Kh¸c víi c¸c flavonoit kh¸c, auron cã vßng C lμ mét dÞ
vßng n¨m c¹nh. Auron cã mμu vμng ®Ëm vμ kh«ng t¹o ph¶n øng
xianidin.
Trong tù nhiªn, c¸c chalcon-glycozit dÔ bÞ oxi hãa thμnh
auron-glycozit nªn hai nhãm chÊt nμy tån t¹i c¹nh nhau. C¸c
auron-glycozit hay xuÊt hiÖn trong c¸c c©y hä Cóc (Asteaceae).
f, Nhóm anthoxianin
Anthoxianin th−êng gÆp trong tù nhiªn ë d¹ng glycozit dÔ
tan trong n−íc. Khi ®un anthoxianin trong m«i tr−êng axit (HCl
20%) th× phÇn ®−êng g¾n vμo bÞ c¾t ra vμ cho ta phÇn aglycon lμ
anthoxianidin.
Anthoxianidin cã cÊu tróc 2-phenylbenzopyrilium hay cßn
gäi lμ cation flavylium.
Mμu s¾c cña anthoxianin thay ®æi theo pH. Trong dung
dÞch axit v« c¬, anthoxianin cho muèi oxoni cã mμu Ýt nhiÒu ®á,
cßn trong m«i tr−êng kiÒm, chóng t¹o thμnh c¸c anhidrobaz¬ víi
mét nhãm quinoit cho mμu xanh.
Tuy nhiªn, sù xuÊt hiÖn mμu kh¸c nhau cña cïng mét
anthoxianin ë trong c¸c c©y kh¸c nhau l¹i do sù t¹o thμnh c¸c
chelat kim lo¹i kh¸c nhau. VÝ dô, xianidin clorua t¹o thμnh mμu
®á cña hoa hång, tr¸i l¹i mét phøc xianidino nh«m s¾t (III) cho
mμu xanh cña hoa mua.
g, Nhãm leucoanthoxianin
Leucoanthoxianin cßn ®−îc gäi lμ flavan-3,4-diol.
Khi ®un s«i víi n−íc hoÆc etanol cã mÆt axit HCl,
leucoanthoxianin sÏ chuyÓn hãa thμnh anthoxianin.
C¸c chÊt thuéc nhãm nμy míi chØ t×m thÊy d−íi d¹ng
aglycon, ch−a t×m thÊy ë d¹ng glycozit.
h, Nhãm catechin
Catechin lμ c¸c dÉn xuÊt flavan-3-ol. Do cã hai trung t©m
kh«ng trïng vËt ¶nh, chóng tån t¹i d−íi d¹ng hai cÆp diastereome,
vÝ dô c¸c cÆp catechin vμ epicatechin.
Trong sè bèn ®ång ph©n quang häc nμy cña catechin th×
chØ cã (+)-catechin vμ (-)-epicatechin xuÊt hiÖn trong thiªn nhiªn.
Catechin cã nhiÒu trong c¸c qu¶ vμ l¸ chÌ, lμ hîp chÊt
flavonoit phæ biÕn trong thiªn nhiªn.
i, Nhãm iso flavonoit
Iso flavonoit bao gåm c¸c dÉn xuÊt cña 3-phenylchroman.
VÒ mÆt cÊu tróc, iso flavanon kh¸c iso flavon ë chç
kh«ng cã liªn kÕt ®«i gi÷a C2 vμ C3, lo¹i hîp chÊt nμy còng
kh«ng cho ph¶n øng mμu xianidin.
9.3 Sinh tæng hîp c¸c hîp chÊt flavonoit
- Ở c¸c flavonoit mét ®¬n vÞ C15 c¬ së bao giê còng cã mÆt
nh− ®−îc thÓ hiÖn ë cÊu tróc sau:
- B»ng c¸c thÝ nghiÖm ®¸nh dÊu b»ng ®ång vÞ phãng x¹ ng−êi
ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc r»ng tiÓu ®¬n vÞ ArC3 cã nguån gèc tõ
shikimat vμ kiÓu ®¬n vÞ kia (nh©n th¬m A) cã nguån gèc tõ
polyketit.
- KiÓu kÕt hîp oxi cña vßng A ®−îc chØ ra ë h×nh trªn vμ vßng
B cã kiÓu thÕ 4-hidroxy, 3,4-dihidroxy hoÆc 3,4,5-trihidroxy.
9.4 Ho¹t tÝnh sinh häc cña c¸c flavonoit
- C¸c flavonoitcã t¸c dông chèng oxi hãa (antioxidant). §©y lμ mét
trong nh÷ng c¬ së sinh hãa quan träng nhÊt ®Ó flavonoit thÓ hiÖn
®−îc ho¹t tÝnh sinh häc cña chóng. Flavonoit cã kh¶ n¨ng k×m h·m
c¸c qu¸ tr×nh oxy hãa d©y chuyÒn sinh ra bëi c¸c gèc tù do ho¹t
®éng.
- Tuy nhiªn, ho¹t tÝnh nμy thÓ hiÖn m¹nh hay yÕu phô thuéc vμo ®Æc
®iÓm cÊu t¹o hãa häc cña tõng chÊt flavonoit cô thÓ.
CHƯƠNG 10
ANCALOIT
10.1 Khái niệm và vai trò sinh học
10.2 Phân lập ancaloit
10.3 Phân loại và danh pháp
10.4 Một số ancaloit tiêu biểu
10.1 Khái niệm và vai trò sinh học
a, Kh¸i niÖm
Ancaloit lµ mét nhãm hîp chÊt thiªn nhiªn mµ hÇu hÕt
lµ c¸c dÞ vßng chøa nit¬, cã tÝnh baz¬, cã trong mét sè sinh
vËt nhÊt ®Þnh.
13
1211
10
9
8 7 6
5
4
3
1
OCH3
CH3O
2
N+
O
O
OH
Beberin
4a' Nicotin
N
N
CH3
N
N
O
CH3
O
CH3
N
N
CH3
Cofein
b, Vai trò sinh học
- Ancaloit h×nh thµnh ®Ó b¶o vÖ c©y, v× c¸c ancaloit
nãi chung ®Òu rÊt ®éc víi ®éng vËt.
- Ancaloit cã vai trß g©y ph¸t dôc cho c©y.
- Ancaloit lµ chÊt dù tr÷ dinh d­ìng nu«i mÇm c©y
cho thÕ hÖ sau.
- Ancaloit lµ chÊt trung gian hay chÊt th¶i trong qu¸
tr×nh trao ®æi chÊt.
Cã thÓ ancaloit cã c¶ bèn chøc n¨ng trªn.
10.2 Phân lập ancaloit
a, NghiÒn nhá nguyªn liÖu (l¸, th©n, rÔ) thµnh bét råi
ng©m víi dung dÞch axit HCl (hoÆc ng©m trùc tiÕp b»ng dung
dÞch Na2CO3) ®Ó chuyÓn ho¸ hoµn toµn ancaloit thµnh muèi
clohidrat dÔ tan.
b, Läc lÊy dung dÞch muèi (bá b· ®Ó ®Ô xö lÝ giai ®o¹n
sau), kiÒm ho¸ ®Ó ®Èy ancaloit hoµn toµn ra khái muèi.
c, CÊt cuèn h¬i n­íc (víi ancaloit dÔ bay h¬i cïng
n­íc) hoÆc chiÕt b»ng dung m«i h÷u c¬ nh­ clorofom,
benzen
d, Ch¹y cét s¾c kÝ hoÆc s¾c kÝ b¶n máng ®iÒu chÕ
ph©n lËp riªng tõng ancaloit.
c, X¸c ®Þnh cÊu tróc c¸c ancaloit, thö ho¹t tÝnh sinh
häc, ®em s¶n phÈm thö nghiÖm, øng dông.
10.3 Phân loại và danh pháp
10.3.1 Phân loại
- C¸ch 1: Dựa theo thành phần nguyên tố hóa học, có thể chia
ancaloit thành 4 nhóm chất như sau:
+ Nhãm 1 cã c¸c nguyªn tè C, H, N.
+ Nhãm 2 cã c¸c nguyªn tè C, H, N, O.
+ Nhãm 3 cã c¸c nguyªn tè C, H, N, S.
+ Nhãm 4 cã c¸c nguyªn tè C, H, N, O, S.
C¸c ancaloit nhãm 3 cã ®é ®éc cao nhÊt, th­êng cã trong nÊm
®éc.
- C¸ch 2: Theo cÊu t¹o vßng c¬ së cã chøa dÞ tè N, ph©n
ra thµnh c¸c lo¹i pirole, imidazole, piridin, quinolin,
isoquinolin, tropan, indole
8
7
6 5 4
3
21
8
7
6
5 4
3
2
1
8
7
6
5 4
3
2
1
6
5
4
3
2
1
5
4 3
2
1
7
6
5
4 3
2
1
5
4 3
2
1
Indole
N
HTropan
NCH3
Isoquinolin
N
Quinolin
N
Piridin
N
Imidazole
N
N
H
Pirole
N
H
10.3.2 Danh pháp
- ViÖc ®¸nh sè trong vßng ancaloit ®¬n gi¶n tu©n theo
viÖc ®¸nh sè trong c¸c dÞ vßng ®· biÕt. ThÝ dô, c¸c
ancaloit lo¹i tropen ®¸nh sè theo kiÓu vßng bixiclo:
Atropin
Tropan
9'
8'
7'
6' 5'
4'
3'2'
1'
3NCH3
H
O C
O
CH
CH2OH
1 2
45
8
6
7
7
6
8
5 4
3
21
NCH3
- Víi c¸c vßng phøc t¹p h¬n th× c¸ch ®¸nh sè hîp lÝ lµ theo
c¸ch ®¸nh sè cña c¸c dÞ vßng, vßng th¬m, vßng no ®· biÕt.
ThÝ dô: ®¸nh sè trong ph©n tö beberin theo kiÓu ®¸nh sè trong
ph©n tö pentaphen:
1
2
3
4
5
6
78
13
14 13
1211
10
9
8 7 6
5
4
3
1
OCH3
CH3O
2
N+
O
O
OH
Pentaphen Beberin
4a'
-Víi c¸c vßng phøc t¹p h¬n th× ph¶i chän vßng c¬ së gÇn gièng víi
vßng ®· biÕt råi ®¸nh sè vßng c¬ së theo kiÓu ®¸nh sè vßng ®· biÕt,
tiÕp ®Õn c¸c vßng kh¸c sao cho cã trËt tù hÕt vßng nµy ®Õn vßng
kh¸c.
-ThÝ dô: §¸nh sè trong ph©n tö mophin, mét ancaloit lo¹i
isoquinolin, nÕu ®¸nh sè vßng tõ isoquinolin th× rÊt phøc t¹p, nªn
Robinson ®· biÓu diÔn vµ ®¸nh sè theo kiÓu vßng phenantren:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
1213
14
PhenantrenMophin kiÓu phenantren
O
HO
HO
N CH3
1
2
3
4
5
6 7
8
9
101112
13 14 15
1617
Pilocacpin
CH3CH2
O
CH2 N
N
CH3
Coniin
N
H
CH2CH2CH3
NicotinN
N
CH3
Quinin
N
CH3O
CHOH
N
CH CH2
13
1211
10
9
8 7 6
5
4
3
21
N
O
O
CH3O
OCH3
OH
Cofein
N
N
O
CH3
O
CH3
N
N
CH3
Beberin
10.4 Một số ancaloit tiêu biểu