Luận văn Nghiên cứu thành phần hóa học của lá cây cà phê chè (coffea arabica, rubiacea)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ––––––––––––––––– NGUYỄN QUỐC NAM HẢI NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA LÁ CÂY CÀ PHÊ CHÈ (COFFEA ARABICA, RUBIACEA) LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ––––––––––––––––– NGUYỄN QUỐC NAM HẢI NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA LÁ CÂY CÀ PHÊ CHÈ (COFFEA ARABICA, RUBIACEA) CHUYÊN NGÀNH: HOÁ HỌC HỮU CƠ MÃ SỐ: 60.44.27 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN QUYẾT TIẾN THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả NGUYỄN QUỐC NAM HẢI Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 LỜI CẢM ƠN Bản luận văn này đƣợc hoàn thành tại phòng Hoạt chất Sinh học, Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc của mình tới TS. Nguyễn Quyết Tiến, TS. Phạm Thị Hồng Minh, PGS.TS. Phạm Văn Thỉnh những ngƣời thầy đã chỉ ra hƣớng nghiên cứu, hƣớng dẫn tận tình, động viên và giúp đỡ từng bƣớc đi của tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn Phòng Hoạt chất Sinh học, Phòng Nghiên cứu Cấu trúc -Viện Hóa học đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành các kế hoạch nghiên cứu. Nhân dịp này, tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Lãnh đạo Khoa Hóa, Khoa Sau đại học - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên, Sở giáo dục và đào tạo tỉnh Bắc Ninh, Ban Giám hiệu Trƣờng THPT Thuận Thành số 3 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Bố, Mẹ tôi, những ngƣời thân trong gia đình và các đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2009 Tác giả Nguyễn Quốc Nam Hải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục chữ viết tắt dùng trong luận văn Danh mục các hình, bảng và sơ đồ MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 3 1.1. CHI COFFEA VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA CHÚNG .............. 3 1.1.1. Giới thiệu về chi Coffea ........................................................................ 3 1.1.2. Những nghiên cứu thành phần hoá học. ................................................ 3 1.2. CÂY CÀ PHÊ CHÈ VÀ NHỮNG SỬ DỤNG TRONG Y HỌC. ............ 5 1.2.1. Mô tả thực vật....................................................................................... 5 1.2.2. Một số bài thuốc chữa bệnh sỏi thận trong Y học cổ truyền. ................. 7 1.3. MỘT SỐ ANCALOIT SỬ DỤNG TRONG Y HỌC . ............................ 9 1.3.1. Giới thiệu chung về ancalnoit .............................................................. 9 1.3.2. Phƣơng pháp phân tích ......................................................................... 10 1.3.2.1. Phân tích định tính ........................................................................... 10 1.3.2.1.1. Các phản ứng tạo tủa...................................................................... 10 1.3.2.1.2. Các phản tạo màu ........................................................................... 11 1.3.2.2. Phân tích định lượng ........................................................................ 12 1.3.2.2.1 Xác định hàm lượng ancaloit bằng phương pháp phân tích trọng lượng ..................................................................................... 13 1.3.2.2.2. Xác định hàm lượng ancaloit bằng phương pháp “không nước”. ....... 15 1.3.3. Phƣơng pháp phân lập ancaloit ............................................................. 15 1.3.3.1. Chiết tách phân lập ancaloit bằng phương pháp bazơ - dung môi hữu cơ ................................................................................................ 15 1.3.3.2. Chiết tách phân lập ancaloit bằng phương pháp axit-nước .......... 16 1.3.4. Phân loại các ancaloit quan trọng trong Y dƣợc theo khung cơ bản ...... 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 1.3.4.1. Ancaloit khung indol .......................................................................... 17 1.3.4.2. Ancaloit khung pyridin - (pyperidin) .................................................. 18 1.3.4.3. Ancaloit vòng ngưng tụ pyrrolidin-pyperidin (khung tropan) ............ 20 1.3.4.4. Ancaloit khung ruban (quinin, quinidin, cinchonin, cinchonidin) ...... 21 1.3.4.5. Ancaloit khung benzyl-isoquinolin .................................................... 22 1.3.4.6. Ancaloit khung morphinan ................................................................. 23 1.3.4.7. Ergot ancaloit (dẫn xuất axit lysergic) .............................................. 23 1.3.4.8. Ancaloit khung imidazol .................................................................... 24 1.3.4.9. Ancaloit strychnin .............................................................................. 25 1.3.4.10. Ancaloit kháng sinh ......................................................................... 25 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ....................................................................... 30 2.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 30 2.1.1. Thu mẫu cây, xác định tên khoa học và phƣơng pháp xử lý mẫu .......... 30 2.1.2. Phƣơng pháp ngâm chiết ...................................................................... 31 2.1.3. Thử hoạt tính sinh học ......................................................................... 31 2.1.4. Phƣơng pháp phân lập các hợp chất từ dịch chiết ................................. 31 2.1.5. Phƣơng pháp khảo sát cấu trúc hoá học các chất .................................. 31 2.2. DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ....................... 32 2.2.1. Dụng cụ, hoá chất ................................................................................. 32 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu .............................................................................. 33 2.3. THU NHẬN CÁC DỊCH CHIẾT TỪ LÁ CÂY CÀ PHÊ CHÈ .............. 33 2.3.1. Thu nhận các dịch chiết ....................................................................... 33 2.3.2. Khảo sát định tính các dịch chiết ......................................................... 35 2.3.2.1. Phát hiện các hợp chất sterol ............................................................ 35 2.3.2.2. Phát hiện các ancaloit ...................................................................... 35 2.3.2.3. Phát hiện các flavonoid ..................................................................... 36 2.3.2.4. Phát hiện các cumarin ....................................................................... 36 2.3.2.5. Định tính các glucosit tim ................................................................. 36 2.3.2.6. Định tính các saponin ....................................................................... 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 2.3.3. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định(antimicrobial activity) ........ 38 2.4. PHÂN LẬP VÀ TINH CHẾ CÁC CHẤT ............................................... 39 2.4.1 Cặn dịch chiết n-hexan (Cof H) ............................................................ 39 2.4.1.1. Ancol mạch dài E4C (hexatriacontan-1-ol) ....................................... 40 2.4.1.2. -Sitosterol ....................................................................................... 40 2.4.1.3. Stigmast-5,22-dien-3-β-ol . ................................................................ 41 2.4.2. Cặn dịch chiết etylaxetat. ..................................................................... 42 2.4.2.1. Tritecpenoit 31H6 ............................................................................. 42 2.4.2.2. 3-O--Sitostery - glucopyranosit ....................................................... 43 2.4.3. Cặn dịch chiết MeOH .......................................................................... 44 Chƣơng 3. THẢO LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................ 45 3.1. NGUYÊN TẮC CHUNG ........................................................................ 45 3.2. PHÂN LẬP VÀ NHẬN DẠNG CÁC HỢP CHẤT CÓ TRONG CÁC DỊCH CHIẾT KHÁC NHAU CỦA LÁ CÂY CÀ PHÊ CHÈ. ....... 45 3.2.1. Ancol mạch dài E4C(hexatriacontanol) COF.E4C: C36H74O ................ 46 3.2.2. Các hợp chất sterol ............................................................................... 46 3.2.2.1.-Sitosterol ........................................................................................ 47 3.2.2.2. Stigmast-5,22-dien-24R-3-ol .......................................................... 47 3.2.2.3. 3-Sitostery-1l-O--D-glucopyranosit .............................................. 49 3.2.2.4. Hợp chất axit lupan-3β-hydroxi-12(13)-en-28-oic (COF18E3-C30H48O3) .... 50 3.2.2.5. Hợp chất cafein (COF.An – C8H10N4O2) ............................................ 60 3.3. HOẠT TÍNH BÀI SỎI THẬN CỦA LÁ CÂY CÀ PHÊ CHÈ ................ 61 KẾT LUẬN ................................................................................................... 62 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN................................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64 PHỤ LỤC...................................................................................................... 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN  Các phƣơng pháp sắc ký CC : Column Chromatography TLC : Thin-layer Chromatography SKLM : Sắc ký lớp mỏng  Các phƣơng pháp phổ CAD : Collisional Activated Dissociation MS : Mass Spectroscopy EI-MS : Electron Impact Mass Spectroscopy ESI-MS : Electron Spray Ionization Mass Spectroscopy FT-IR : Fourier Transform Infrared Spectroscopy NMR : Nuclear Magnetic Resonance 1 H-NMR : 1 H-Nuclear Magnetic Resonance 13 C-NMR : 13 C- Nuclear Magnetic Resonance DEPT : Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer COSY : Correlated Spectroscopy HMQC : Heteronuclear Multiple - Quantum Coherence HMBC : Heteronuclear multiple - Bond Correlation  Các lĩnh vực khác MIC : Minimum inhibitory concentration HIV : Human Immunodeficiency Virus đvC : Đơn vị Cacbon v/v : Thể tích/thể tích Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Các hệ dung môi triển khai SKLM ............................................. 32 Bảng 2.2: Khối lƣợng cặn chiết từng phân đoạn của lá cây Cà phê chè ....... 35 Bảng 2.3: Kết quả định tính nhóm các chất trong lá cây Cà phê chè ........... 37 Bảng 2.4: Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định các cặn chiết của lá cây Cà phê chè ..................................................... 39 Bảng 3.1: Số liệu phổ 13C-NMR (CDCl3, 125MHz) của một số sterol trong lá cây cà phê chè (Coffea arabica) ..................................... 48 Bảng 3.2: Bảng tƣơng tác xa C  H(HMBC) của COF18E3..................... 59 Bảng 3.3: Bảng tƣơng tác xa C  H(HMBC) của COF.Anc ...................... 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Cây Cà phê chè (Coffea arabica) .................................................. 6 Hình 3.1: Phổ FT - IR của COF18E3 ......................................................... 51 Hình 3.2: Phổ EIS - MS của COF18E3 ...................................................... 52 Hình 3.3: Phổ 1H-NMR của COF18E3 ...................................................... 53 Hình 3.4: Phổ 13C- NMR của COF18E3.................................................... 54 Hình 3.5: Phổ DEPT của COF18E3 ........................................................... 55 Hình 3.6: Phổ HSQC của COF18E3 ........................................................... 56 Hình 3.7: Phổ HMBC của COF18E3 .......................................................... 57 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 2.1: Sơ đồ ngâm chiết lá cây cà phê chè ............................................. 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU Nƣớc ta có diện tích khoảng 330.000 km2. Đồi núi chiếm 3/4 diện tích trong đó núi cao trên 500 m chiếm 1/3 diện tích lãnh thổ. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt thay đổi theo địa hình. Nhiệt độ trung bình hàng năm trên 22 0C, lƣợng mƣa vào khoảng 1200 - 2800 mm, độ ẩm tƣơng đối cao (trên 80%). Những đặc thù về điều kiện tự nhiên nhƣ vậy rất thuận lợi cho hệ sinh thái phát triển. Vì thế nƣớc ta có hệ thực vật vô cùng phong phú và đa dạng. Theo số liệu thống kê mới nhất có trên 12000 loài, trong đó có trên 3200 loài thực vật đƣợc sử dụng làm thuốc trong y học dân gian [5]. Từ xƣa đến nay, những cây thuốc dân gian vẫn đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống của con ngƣời. Ngày nay, những hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học đƣợc phân lập từ cây cỏ đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp cũng nhƣ ngành nông nghiệp, chúng đƣợc sản xuất thuốc chữa bệnh, thuốc bảo vệ thực vật, làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm… Ngày nay, ngành công nghệ tổng hợp hoá dƣợc phát triển mạnh mẽ đã tạo ra các biệt dƣợc khác nhau đƣợc sử dụng trong công tác phòng, chữa bệnh nhờ đó giảm tỉ lệ tử vong, nâng cao tuổi thọ. Tuy nhiên, vai trò của những thảo dƣợc không vì thế mất đi chỗ đứng trong Y học. Nó vẫn tiếp tục đƣợc dùng làm nguyên liệu trực tiếp, gián tiếp hoặc cung cấp những chất dẫn đƣờng (lead-compounds) cho công nghệ bán tổng hợp nhằm tìm kiếm những dƣợc phẩm mới đáp ứng cho việc điều trị các chứng bệnh thông thƣờng cũng nhƣ các bệnh nan y (Ung thƣ, HIV, ...). Trên cơ sở trên cho thấy, nguồn cây thuốc dân gian cũng nhƣ các bài thuốc của đồng bào dân tộc vẫn là kho tàng vô cùng quí giá để khám phá, tìm kiếm các loại thuốc mới có hiệu lực cao cho công tác phòng và chữa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 bệnh. Việc nghiên cứu cây thuốc đã giúp cho chúng ta hiểu rõ về thành phần và cấu trúc hoá học, hoạt tính sinh học, tác dụng dƣợc lí của cây thuốc. Từ đó, ngƣời ta có thể tạo ra các chất mới có hoạt tính sinh học cao hơn để làm thuốc chữa bệnh. Cây Cà phê chè (Coffea arabica) không chỉ là một cây công nghiệp quan trọng, mà nó còn là một trong những dƣợc liệu quí. Ở Malaysia và Indonesia ngƣời ta sử dụng lá cây Cà phê chè sắc nƣớc để làm thuốc lợi tiểu. Lá cây Cà phê chè còn đƣợc dùng điều trị các bệnh hen xuyễn, nhiễm độc atropin, cúm, đau đầu, nhiễm độc thuốc phiện. Ngoài ra, đồng bào dân tộc Dao, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh còn sử dụng lá cây Cà phê chè để chữa bệnh sỏi thận. Đây là bài thuốc độc vị cổ truyền khá độc đáo. Mặc dù vậy, cho đến nay có rất ít công trình nghiên cứu về thành phần hoá học và dƣợc lí của lá cây Cà phê chè. Với mục đích nghiên cứu và tìm hiểu thành phần hoá học cũng nhƣ hoạt tính sinh học của lá cây Cà phê chè góp phần làm tăng thêm kho tàng tri thức về cây thuốc cổ truyền Việt Nam [28-36]. Với những lý do trên, lá cây Cà phê chè (Coffea arabica) đƣợc chọn làm đối tƣợng cho luận văn nghiên cứu này với tên đề tài là: “ Nghiên cứu thành phần hoá học của lá cây Cà phê chè (Coffea arabica)”. Nhằm xác định thành phần và cấu trúc hoá học của các hợp chất có trong lá cây Cà phê chè. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 Chƣơng I TỔNG QUAN 1.1. CHI COFFEA VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA CHÚNG 1.1.1. Giới thiệu về chi Coffea Theo tác giả Phạm Hoàng Hộ, chi Coffea ở Việt Nam hiện có năm loài là: Coffea arabica L. (Cà phê chè), Coffea canephora Pierre ex. Froehner (Coffea rubusta - Cà phê vối), Coffea dewevrei (Coffea excelsa - Cà phê mít), Coffea liberica Bull ex Hiern. (Cà phê dâu da), Coffea tetrandra P. Chev. in Herbier (Cà phê tứ hùng). Hiện nay, nƣớc ta trồng cà phê vối và tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên [1], [3]. 1.1.2. Những nghiên cứu về thành phần hoá học Từ các bộ phận của các loài cà phê, ngƣời ta đã phân lập đƣợc một số lớp chất nhƣ: glycosit (este), ancaloit, aminoaxit, tecpenoit và các amit [9], [20]. Ancaloit: NH2 H NO O H N NH2 O OH NH O CH3 N OH CH3 1.1 Axit allantoic 1.2a 3-Metylindolin-2-on 1.2b 2-Hydroxy-3-metyl-1H-indol N N O O N N CH3 CH3 H3C N N O H3CO N NH3C CH3 O N N O H3CO N NH3C CH3 O CH3 1.3 Caffein 1.4 Liberin 1.5 Methylliberin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 Glycosit: O OH OH HO OHO O OH OH OH O O Acylsucroz¬-6-O-(3-Methylbutanoyl) 1.6 O HO O O OH OH OH O O HO OH 6-O--D-Apiofuranosyl- 1- -3-Methylbut -D-glucoz¬ 1.7 O HO O O OH OH OH O O HO OH 6-O--D-Apiofuranosyl- 1-O-3-Methy -2-butenoyl-D-glucoz¬ 1.8 O O OH OHHO O O H HO HO OH O O O OH HO O OH HO HO OH 1.9 Mascaroside 1.10 Mozambioside Terpenoit. O O OH O 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 (3,19-Abeo-11,16-diepoxy-17-hydroxy-3,18-kauradien-2-on) Bengalensol1.11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 Amit N H HN O OH O HO N-coumaroyltryptophan 1.12 N H HN O OH O HO N-Caffeoyltryptophan OH 1.13 N H H N O RHO R=C19H39 Eicosanoylserotonin R=C23H45 Tetracosanoylserotonin 1.14 Hiện ngay ngƣời ta cũng chỉ biết nhiều về hạt cà phê nhƣng thành phần hoá học và tác dụng của lá cây Cà phê chè (Coffea arabica) chƣa thấy có tài liệu, báo cáo nào đề cập. 1.2. CÂY CÀ PHÊ CHÈ VÀ SỬ DỤNG TRONG Y HỌC CỔ TRUYỀN 1.2.1. Mô tả thực vật Cây Cà phê chè có tên khoa học là Coffea arabica, thuộc chi Coffea, họ Rubiacea, lớp Magloniopsida, ngành Magloniophta, giới Platae. Cà phê chè là tên gọi theo tiếng Việt, vì loài cà phê này có lá nhỏ, cây thƣờng để thấp giống cây chè một loại cây công nghiệp phổ biến ở Việt Nam. Phân bố địa lí: Cây cà phê chè (Coffea arabica) có nguồn gốc từ Ethiopia. Cây cà phê chè đƣợc đƣa vào Ả Rập trƣớc thế kỉ XV và đƣợc trồng ở đảo Java của Indonesia vào năm 1690. Sau đó, đƣợc trồng rộng rãi ở khá nhiều nơi trên thế giới nhƣ: Suriman, Jamaica, Tây Ấn, Trung Mỹ, Yemen, Việt Nam …[39] Ở nƣớc ta, cây cà phê chè đƣợc trồng lần đầu tiên vào năm 1984, lấy giống từ Cuba. Cho đến nay đã phát triển rộng rãi ra các tỉnh Quảng Ninh, Đắk Lắk, Đắk Nông, Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng…[6], [45], [46]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Đặc điểm sinh trƣởng và phát triển: Cây có tán lớn màu xanh đậm, lá hình bầu dục chiều dài 12cm rộng 5 cm. Cây trƣởng thành có thể cao từ 4 - 6 m, nếu để mọc hoang dã có thể cao tới 15 m. Hoa màu trắng, nhị vàng, hoa thƣờng nở về đêm và nở hết vào 4 - 5 giờ sáng, cây cà phê chè có khả năng tự thị phấn cao khoảng 90%. Quả hình oval, mỗi quả chứa hai hạt cà phê. Hình 2.1: Cây Cà phê chè (Coffea arabica) Cây Cà phê chè đƣợc trồng chủ yếu ở các nƣớc có khí hậu nhiệt đới. Tuy nhiên điều kiện thuận lợi nhất cho sự phát triển của cây Cà phê chè là những vùng đất cao từ 1375-1830 m và khô ráo. Nhiệt độ thích hợp từ 16-25 0C, lƣợng mƣa khoảng trên 1000 mm. Cà phê chè sau khi trồng khoảng 3 đến 4 năm thì có thể bắt đầu cho thu hoạch cho đến 25 năm thì dừng lại. Thực tế nó có thể sống đƣợc