NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA MỘT SỐ POLYPHENOL VÀ DẪN XUẤT TRÊN NỀN FULLERENE (C60) BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN MINH THÔNG

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, KHẢ NĂNG CHỐNG
OXY HÓA CỦA MỘT SỐ POLYPHENOL VÀ DẪN
XUẤT TRÊN NỀN FULLERENE (C60) BẰNG
PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số: 62.44.01.19

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ

HUẾ, NĂM 2017


Công trình được hoàn thành tại Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa
học, Đại học Huế.

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Phạm Cẩm Nam
2. PGS.TS. Trần Dương

Phản biện 1: GS. TSKH. Đặng Ứng Vận
Phản biện 2: GS.TSKH. Hồ Sĩ Thoảng
Phản biện 3: GS. TS. Nguyễn Văn Hiếu

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luận

án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:.....................................................


MỞ ĐẦU
Sự thoái hóa của tế bào là nguyên nhân chính gây nên các bệnh tật
trong cơ thể con người. Bệnh ung thư cũng có liên quan đến sự thoái
hóa của tế bào, các tế bào ác tính nói chung hoạt động hơn tế bào bình
thường trong việc tạo ra superoxide (các hợp chất chứa liên kết đơn
O−O). Các bệnh tật này là kết quả của sự tạo ra quá nhiều tác nhân
phản ứng chứa oxy (Reactive Oxygen Species−ROS) trong các hoạt
động trao đổi chất của tế bào, dẫn đến sự hư tổn tế bào bao gồm peroxy
hóa lipid, hình thành sản phẩm cộng DNA, quá trình oxy hóa protein,
làm mất hoạt tính enzyme và cuối cùng có thể dẫn đến chết tế bào. Cơ
thể động vật hay con người thường lưu giữ các hợp chất có tính chống
oxy hóa cao như gluthathione, vitamin E, vitamin C... Khi hàm lượng
các chất chống oxy hóa trong cơ thể giảm xuống sẽ làm tăng nguy cơ
hủy hoại các tế bào. Tuy nhiên, những ảnh hưởng bất lợi của ROS có
thể được ngăn ngừa bằng cách bổ sung chế độ ăn giàu thực phẩm có
chứa chất chống oxy hóa (các loại đậu, rau và trái cây tươi…) với tác

dụng có lợi cho sức khỏe con người. Các chất chống oxy hóa tự nhiên
như các hợp chất polyphenol có khả năng loại bỏ gốc tự do, ngăn chặn
quá trình oxy hóa rất hiệu quả. Trong tự nhiên, cây sa kê và vỏ măng
cụt được biết đến là một nguồn hợp chất polyphenol rất dồi dào. Vấn
đề nghiên cứu thực nghiệm về hoạt tính chống oxy hóa của các hợp
chất chiết xuất từ cây sa kê và vỏ măng cụt yêu cầu trải qua nhiều giai
đoạn phức tạp: Sàn lọc từ các hợp chất tự nhiên, phân lập, xác định
cấu trúc, thử nghiệm hoạt tính sinh học... đòi hỏi một khối lượng công
việc rất lớn. Thực tế cho thấy trên thế giới xu hướng kết hợp nghiên
cứu giữa các nhóm tính toán lý thuyết và thực nghiệm phát triển rất
mạnh mẽ. Các tính toán lý thuyết có thể cung cấp các thông tin nền
tảng như các thông số cấu trúc, năng lượng và một số tính chất quan
trọng khác góp phần định hướng làm thực nghiệm và ngược lại kết quả
thực nghiệm sẽ làm sáng tỏ và chứng minh tính đúng đắn của tính toán
lý thuyết. Do đó, việc bố trí nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu
hóa tính toán đan xen nhau một cách hợp lý sẽ giúp giảm thiểu được
khối lượng thực nghiệm và kết quả thu được cũng được lý giải một
cách logic và khoa học hơn. Mặc dù, các kết quả thực nghiệm về hoạt
tính sinh học của các hợp chất chiết xuất từ cây sa kê và vỏ măng cụt
đã được báo cáo, nhưng việc mô phỏng đánh giá khả năng chống oxy
hóa bằng hóa học tính toán là một bước mới, chưa có nghiên cứu lý
1


thuyết nào phân tích khả năng chống oxy hóa của các hợp chất này
cũng như xác định cơ chế của phản ứng dập tắt gốc tự do.
Ngoài hợp chất polyphenol thì gần đây nhiều nghiên cứu đã chứng
minh rằng fullerene (C60) phản ứng với các gốc tự do và hoạt động như
một chất dập tắt gốc tự do hiệu quả. Điều này đã được thử nghiệm cả in
vitro và in vivo. Hiệu quả chống oxy hóa của chúng được chứng tỏ cao

hơn so với vitamin E trong việc ngăn cản sự oxy hóa của lipid bởi các
tác nhân superoxide và gốc tự do hydroxyl. Tuy nhiên, việc ứng dụng
fullerene trong lĩnh vực làm chất chống oxy hóa còn hạn chế bởi vì nó
chỉ đóng vai trò như chiếc lồng thu nhận các gốc tự do có trung tâm phản
ứng ở nguyên tử carbon chứ không phải là chất chống oxy hóa xảy ra
theo cơ chế ngắt mạch. Do vậy, fullerene không có hiệu quả trong việc
dập tắt phản ứng của các gốc tự do peroxyl trong giai đoạn phát triển
mạch của phản ứng dây chuyền. Để cải thiện điều này, một số phương
pháp chức năng hóa fullerene đã được đề xuất tạo ra một loạt các dẫn
xuất C60 với những tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Cho đến nay
đã có nhiều chất được sử dụng làm chất chống oxy hóa trong nhiều lĩnh
vực khác nhau. Một vấn đề đang được quan tâm hiện nay là làm sao tạo
ra các chất chống oxy hóa hiệu quả cao không độc hại đến môi trường
và con người để có thể sử dụng trong y học, thực phẩm, dược phẩm…
Một trong những cách tốt nhất để lợi dụng cấu trúc độc đáo của fullerene
là dùng nó để làm nền cho các phân tử thuốc đính tử vào. Trong những
năm qua, một số lượng lớn các nghiên cứu thực nghiệm đã tập trung vào
tính chất chống oxy hóa của dẫn xuất fullerene-polyphenol. Tuy nhiên,
một nghiên cứu lý thuyết có tính hệ thống về mối quan hệ giữa đặc điểm
cấu trúc và khả năng chống oxy hóa của dẫn xuất fullerene-polyphenol,
cũng như nghiên cứu định hướng để thiết kế và hỗ trợ cho quá trình bán
tổng hợp các phân tử có hoạt tính sinh học cao hơn so với hợp chất tự
nhiên chưa được thực hiện.
Với những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài luận án tiến sĩ:
“Nghiên cứu cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số
polyphenol và dẫn xuất trên nền fullerene (C60) bằng phương pháp
hóa tính toán“.
Mục tiêu của luận án:
- Nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol
có nguồn gốc từ cây sa kê, vỏ măng cụt và một số dẫn xuất fullerenepolyphenol bằng phương pháp hóa tính toán.

2


- Thiết kế các hợp chất có khả năng chống oxy hóa từ dẫn xuất
malonate có nguồn gốc từ cây sa kê và vỏ măng cụt trên nền fullerene
thông qua phản ứng Bingel-Hirsch.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
Triển khai một hướng nghiên cứu mới, phù hợp với xu thế chung
trên thế giới cũng như các điều kiện của Việt Nam: Tìm kiếm chất
chống oxy hóa xanh thân thiện môi trường. Bên cạnh đó, luận án còn
có vai trò đóng góp vào việc khẳng định khả năng tổng hợp các chất
chống oxy hóa trên nền fullerene đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu và
hướng tới việc ứng dụng trong nước.
Những đóng góp mới của luận án:
- Đã tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống khả năng chống
oxy hóa của một số hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê và
vỏ măng cụt thông qua 3 cơ chế HAT, SET−PT và SPLET. Trong đó,
hợp chất S12, M10 và M11 được xem là những chất chống oxy hóa
tiềm năng với giá trị BDE(O−H) trong pha khí lần lượt là 77,3; 82,3;
82,8 kcal/mol.
- Đã làm rõ được cơ chế phản ứng Bingel − Hirsch giữa ion âm
dimethyl bromomalonate và fullerene (C60). Trong bốn đường phản
ứng thì đường phản ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 để hình
thành sản phẩm ở vị trí liên kết (6,6) là thuận lợi về mặt nhiệt động,
điều này cũng phù hợp với kết quả thực nghiệm.
- Đã thiết kế các hợp chất chống oxy từ một số dẫn xuất malonate
của altilisin J và mangostin trên nền fullerene bằng phương pháp hóa
tính toán. Các hợp dẫn xuất fullerene mới có khả năng chống oxy hóa
cao hơn so với hợp chất ban đầu, được đánh giá thông qua các thông
số đặc trưng như: BDE, IE và EA.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU
Phần tổng quan giới thiệu về các hợp chất polyphenol, cơ chế
chống oxy hóa của hợp chất polyphenol, hợp chất chất fullerene và hóa
học tính toán ứng dụng trong nghiên cứu các hợp chất polyphenol và
dẫn xuất fullerene.
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3


2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2.2.1. Cơ sở phương pháp tính toán hóa lượng tử
2.2.2. Phương pháp bán thực nghiệm (semi-empirical methods)
2.2.3. Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density
Functional Theory - DFT methods)
2.2.4. Phương pháp ONIOM
2.3. CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
2.3.1. Phần mềm Gaussian 09W
2.3.2. Phần mềm Gaussview 5
2.4. HÓA HỌC TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO NGHIÊN CỨU
CÁC HỢP CHẤT POLYPHENOL VÀ DẪN XUẤT
FULLERENE
2.4.1. Tối ưu hóa cấu trúc (geometry optimization)
2.4.2. Xác định trạng thái chuyển tiếp và tính hàng rào năng lượng
2.4.3. Năng lượng điểm đơn (single point energy)
2.4.4. Các đại lượng nhiệt động xác định khả năng chống oxy hóa
của hợp chất polyphenol
2.4.5. Mô hình hóa các hệ phân tử trong dung môi
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG PHÂN

LY LIÊN KẾT O−H
3.1.1. Cách chọn mô hình ONIOM 2 lớp
Trong Hình 3.1, chúng tôi mô tả 7
cách chọn các lớp trong mô hình
ONIOM. Trong đó, mỗi phân tử được
3A
3B
1A
chia thành 2 lớp: các nguyên tử ở vị trí
phân ly liên kết được chọn làm lớp cao,
B
B
B
các nguyên tử phần còn lại được chọn
5B
5C
5A
làm lớp thấp.
Tương ứng với lớp cao thì được
B
tính
bằng phương pháp (RO)B3LYP/6B
B
311++
G(2df,2p), còn lớp thấp thì được
Full
5D
7A
tính bằng phương pháp PM6.
O

H

OH

OH

B

B

B

OH

OH

OH

High Layer

OH

OH

OH

Low Layer

Hình 3.1. Cách chọn các mô hình ONIOM 2 lớp

4


3.1.2. Áp dụng cho các dẫn xuất của phenol
Các kết quả tính toán trong Hình 3.2 chỉ ra rằng các giá trị
BDE(O−H) sử dụng mô hình 1A có độ chính xác cao và gần với giá
trị thực nghiệm. Vì vậy, chúng tôi chọn mô hình 1A và phương pháp
ONIOM (ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6) cho nghiên cứu
BDE(O-H) tiếp theo.
Hình 3.2. So sánh giá trị
BDE(O-H) của dẫn xuất
phenol được tính bằng 7
mô hình ONIOM với dữ
liệu thực nghiệm

Tuy nhiên, độ tin
cậy của mô hình 1A cần
được kiểm tra thêm trên
các phân tử có kích
thước lớn hơn như
ubiquinol-2, ubiquinol6 và ubiquinol-10 (trong
đó ubiquinol-10 là một
chất oxy hóa mạnh). Kết
quả tính BDE(O−H) của
các ubiquinol được trình
bày trong Bảng 3.2 cho
thấy rằng giá trị BDE(O−H) tính toán lý thuyết có sự tương đồng rất
tốt so với giá trị thực nghiệm với độ lệch chỉ ±1 kcal/mol.
Bảng 3.2. Giá trị BDE(O−H) của các ubiquinol (kcal/mol)

BDE
Giá trị thực
BDE
(O–H)
nghiệma
(O–H)b
81,9
82,3
-0,4
Ubiquinol-2
81,9
82,3
-0,4
Ubiquinol-6
77,8
78,5
-0,7
Ubiquinol-10
a
Tham khảo từ tài liệu [71].
b
BDE(O–H) = BDE(O–H)ONIOM 1A – BDE(O–H)thực nghiệm.
Phân tử

Trong Hình 3.4, một loạt các
flavonoid bao gồm chalcone, flavone và
flavanone được dùng để tính BDE(O-H)
với các cách chọn mô hình ONIOM 2
lớp được mô tả trong Hình 3.1, trong đó
mô hình "full" có nghĩa là tất cả các

nguyên tử trong phân tử flavonoid đều
5

3.1.3.Áp dụng cho các hợp
chất flavonoid
5

5'

4

6'

6

A

4'

B

1'

3

3'

1
2

2'-hydroxylchalcone: 2' - OH
3'-hydroxylchalcone: 3' - OH
4'-hydroxylchalcone: 4' - OH

2'
O

3'
2'

A
5

5'

O

7
6

4'

B

1

8

C

2

6'

Apigenin: 5,7,4' - OH
Kaempf erol: 3,5,7,4' - OH
Quercetin: 3,5,7,3',4' - OH

3

4

3'
O

2'
1

8
7

A
6
5

1'

O

C

2

4'

B
5'

Naringenin: 5,7,4' - OH

6'

3

4
O

Hình 3.4. Các hợp chất flavonoid
dùng để khảo sát mô hình ONIOM


thuộc lớp cao và có không có nguyên tử nào trong lớp thấp. Trong
trường hợp này, phương pháp B3LYP/6-311++G(2df,2p)// PM6 được
áp dụng cho tất cả các dạng phân tử trung hòa và dạng gốc tự do.
Độ lệch tuyệt đối của giá trị BDE(O−H) khi sử dụng mô hình 1A
so với dữ liệu tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2df,2p)//PM6
là khoảng 1,0 kcal/mol (số liệu trong ngoặc đơn của Bảng 3.4).
Bảng 3.4. BDE(O−H) của các hợp chất flavonoid trong Hình 3.4 (kcal/mol)
Hợp chất

Vị trí
O−H

2’-hydroxyl
chacone

2’−OH

3’-hydroxyl
chacone

3’−OH

4’-hydroxyl
chacone

4’−OH

Apigenin

4’−OH

Kaempferol

4’−OH

Quercetin

3’−OH

Quercetin

4’−OH

Giá trị BDE(O−H) tính bằng phương pháp
ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6)
Mô
Mô
Pha khí
Pha khí
hình
hình
5B
81,8(−3,6)
1A
85,6(+0,2)
3A
81,4(−4,0)
5C
77,1(−8,3)
3B
82,7(−2,7)
5D
78,2(−7,2)
5A
81,0(−4,4)
7A
86,6(+1,2)
5B
83,5(−5,3)

1A
87,9(−0,9)
3A
85,0(−3,8)
5C
80,5(−8,3)
3B
83,8(−5,0)
5D
83,0 (−5,8)
5A
84,3(−4,5)
7A
88,9(+0,1)
5B
81,7(−3,2)
1A
85,9(−1,0)
3A
83,2(−1,7)
5C
78,7(−6,2)
3B
81,9(−3,0)
5D
77,5(−7,4)
5A
82,4(−2,5)
7A
87,2(+2,3)

5B
85,1(−2,1)
1A
89,4(+2,2)
3A
86,6(−0,6)
5C
82,0(−5,2)
3B
85,4(−1,8)
5D
80,77(−6,3)
5A
85,9(−1,3)
7A
90,4(−3,2)
5B
81,6(−2,1)
1A
85,0(+1,3)
3A
81,2(−2,5)
5C
76,7(−7,0)
3B
82,3(−1,4)
5D
77,9(−5,8)
5A
80,9(−2,8)

7A
86,4(+2,7)
5B
75,5(−4,6)
1A
80,5(+0,4)
3A
75,7(−4,4)
5C
70,3 (−9,8)
3B
78,6(−1,5)
5D
74,6 (−5,5)
5A
73,1(−7,0)
7A
79,4 (−0,7)
1A
3A
3B
5A

78,4(+0,9)
75,0(−2,5)
73,4(−4,1)
72,1(−5,4)

5B
5C

5D
7A

70,8(−6,7)
70,5(−7,0)
73,4 (−4,1)
77,2(−0,3)

BDE(O−H)

85,4a; 83,1 [130]

88,8a; 86,2 [130]

84,9a; 81,9 [130];
83,9 [52]; 81,1 [132]
87,2a; 88,8 [65];
82,2 [62, 120] ;
84,37 [104]
83,7a; 86,5 [65];
80,94 [60]; 80,78 [120]
80,1a ; 81,8 [65];
75,53 [120]; 73,61
[117]; 81,50 [80];
74,81 [61]; 72,42 [27];
80,3 [34]
77,5a; 78,7 [65];
72,90 [120]; 70,98
[117]; 76,72 [80];
72,18 [61]; 70,03 [27];

77,6 [34]

4’−OH

5B
1A
89,0(+1,1)
85,6(2,3)
3A
5C
85,2(2,7)
80,7(7,2)
87,9a; 92,73 [44]
3B
5D
86,1(1,8)
81,8(6,1)
5A
7A
90,1(+2,2)
84,8(3,1)
a
Giá trị BDE tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2df,2p)//PM6.
Ghi chú: Các giá trị trong dấu ngoặc là sự khác nhau giữa giá trị BDE(OH) tính bằng phương pháp
ONIOM và phương pháp B3LYP/6-311++G(2df,2p)//PM6.
Naringenin

3.1.4. Nhận xét
Qua kết quả tính toán ở trên, chúng tôi có thể kết luận rằng sử dụng
phương pháp ONIOM với mô hình 1A là sự lựa chọn tốt nhất cho tính

6


BDE(O−H) của các dẫn xuất phenol và các hợp chất flavonoid có độ
chính xác cao, thời gian tính toán nhanh và tiết kiệm được tài nguyên
máy tính. Do đó, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp này để tính
BDE(O−H) của các hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê, vỏ
măng cụt và hợp chất flavonoid trong các phần nghiên cứu tiếp theo.
3.2. KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG ION HÓA
3.2.1. Giới thiệu
3.2.2. Đánh giá tính chính xác của phương pháp tính IE ở mức lý
thuyết PM6
Các giá trị IE tính toán trong Bảng 3.5 chỉ ra rằng phương pháp
PM6 có thể dự đoán tốt giá trị IE adiabatic với độ lệch trung bình 0,091
eV so với giá trị thực nghiệm (trừ trường hợp của BHT và 2,4,6trimethyl phenol thì không có sẵn giá trị IE adiabatic thực nghiệm).
Bảng 3.5. Giá trị năng lượng ion hóa (eV) tính bằng phương pháp PM6 của
các dẫn xuất phenol và giá trị thực nghiệm
IE
IEb
PM6
Thực nghiệma
Phenol
8,38(8,61)
0,11(0,09)
8,490,02(8,70)
1,4-Benzenediol
8,00(8,28)
-0,06(0,16)
7,940,01(8,44)
8,29(8,56)

8,20 (8,63)
-0,09(0,07)
1,3-Benzenediol
8,10(8,44)
8,15(8,56)
0,05(0,12)
1,2-Benzenediol
7,39(7,74)
N/A(7,80)
N/A(0,06)
BHT
2-Methyl phenol
8,17(8,46)
-0,03(0,00)
8,14(8,460,06)
9,02(9,43)
9,1(9,29)
0,08(-0,14)
2-Nitro phenol
7,84(8,17)
8,0(8,18)
0,16(0,01)
2,4-Dimethyl phenol
N/A(8,0)
N/A(0,02)
2,4,6-Trimethyl phenol 7,64(7,98)
2,6-Diclo phenol
8,60(8,84)
0,06(N/A)
8,650,02(N/A)

2,6-Dimethyl phenol
7,95(8,25)
0,1(0,01)
8,050.02(8,26)
3 Methyl phenol
8,26(8,57)
0,03(N/A)
8,290,02(N/A)
7,93(8,24)
8,09(N/A)
0,16(N/A)
3,4-Dimethyl phenol
9,26(9,57)
9,1(9,38)
-0,16(-0,19)
4-Nitro phenol
Ghi chú: Giá trị trong dấu ngoặc là giá trị IE vertical.
a
Giá trị thực nghiệm được tham khảo từ NIST Chemistry web book, số
69, />b
IE = IEthực nghiệm – IEPM6.
Hợp chất

Đối với giá trị IE
vertical, tuy có vài
hợp chất không có sẵn
giá trị thực nghiệm,
nhưng kết quả Bảng
3.5 cho thấy độ lệch
giữa giá trị tính toán

và thực nghiệm lớn
nhất chỉ bằng 0,19 eV.
Điều này cho thấy giá
trị IE tính ở mức lý
thuyết PM6 cho kết
quả gần với giá trị
thực nghiệm.

3.2.3. Nhận xét
Từ kết quả Bảng 3.5 chúng tôi có thể kết luận rằng phương pháp
PM6 là phương pháp thích hợp để tính năng lượng ion hóa. Ưu điểm
của phương pháp này là thời gian tính toán nhanh, phù hợp cho nghiên
cứu các hợp chất có số lượng nguyên tử rất lớn như các dẫn xuất của
fullerene đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác cao. Vì vậy, chúng tôi
áp dụng phương pháp PM6 cho nghiên cứu năng lượng ion hóa của
các hợp chất phenolic ở các phần tiếp theo.
7


3.3. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC HỢP CHẤT
POLYPHENOL CÓ NGUỒN GỐC TỪ CÂY SA KÊ
(ARTOCARPUS ALTILIS)
3.3.1. Lựa chọn một số hợp chất polyphenol có chứa trong cây sa kê
Cấu trúc của 12 hợp chất có nguồn gốc từ cây sa kê được trình bày
ở Hình 3.6.
3.3.2.Cơ chế chuyển nguyên tử
hydro (HAT) - Năng lượng phân
ly liên kết (BDE)
3.3.2.1. Xác định vị trí liên kết
O-H dễ phân ly

Trong hợp chất S12 thì OH ở
vị trí số 2 có giá trị BDE(O−H)
thấp nhất là 65,0 kcal/mol. Giá trị
BDE(O−H) ở vị trí số 3 của vòng
B trong hợp chất S3 và S9 có giá
trị thấp nhất lần lượt là 68,9
kcal/mol và 68,4 kcal/mol. Còn
Hình 3.6. Cấu trúc của 12 hợp chất
đối
với các hợp chất S1, S2, S4, S5,
nghiên cứu có nguồn gốc từ cây sa kê
S6, S7 và S8 thì giá trị BDE(O−H)
ở vị trí số 4 thấp hơn các vị trí còn lại, giá trị BDE lần luợt theo thứ tự
là: 70,7; 71,2; 71,8; 70,6; 67,7; 66,7 và 70,4 kcal/mol. Tương tự đối
với hợp chất S10 và S11, giá trị BDE(O−H) thấp nhất ở vị trí số 8 lần
lượt là 66,8 và 69,2 kcal/mol.
3.3.2.2.BDE(O-H) của 12 hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây
sa kê và ảnh hưởng của dung môi
Dựa vào kết quả BDE(O−H) trong Bảng 3.7 cho thấy khả năng
cho nguyên tử hydro của các hợp chất polyphenol theo thứ tự sau: S12
> S9 ≈ S7 > S10 ≈ S6 > S3 > S11 > S1 > S8 > S5 > S2 > S4. Hơn nữa,
trong số các nhóm hydroxyl polyphenol ở các vị trí khác nhau thì nhóm
hydroxyl ở vị trí số 2 trong hợp chất S12 có giá trị BDE thấp nhất với
giá trị lần lượt là 77,3; 79,0 và 78,3 kcal/mol tương ứng với pha khí,
dung môi methanol và nước.
Bảng 3.7 cho thấy rằng các giá trị BDE của mỗi nhóm O−H của
tất cả các hợp chất polyphenol nhỏ hơn giá trị BDE(O−H) của phenol
khi được tính cùng mức lý thuyết. Điều này chứng tỏ hầu hết các hợp
chất polyphenol có khả năng cho nguyên tử hydro mạnh hơn so với
1

1'

C

H

B

OH

3
O
3''

2'

1

4'

B

C

2''

O

2'

1'

A

C

3''

S4

A

4'

OH

S7

5''

3
O
3''

3
OH

4

O

3

HO 6

6
OCH3

A

5

4

S10

1
O 2

HO 6

4

B

2
OH

3

O

4
1
O 2
3
O

O1

8 OH

5

B

6

S11

4

1

A

5

OH

S9

OH

B

3

4

OH

2

O1
8

A

OH

1

B

OH

2

3

5

1'

HO

4

S8

4
1
5
O2

HO 6

A

4'

B

C

HO

4

3

1

1''

7'' 6''

B

OH

OH O
2'

1'

HO

OH

1

S6

S5

OH O
2'

OH
3
4 OH
1 B'
4
1'
1 B
2'
3
O
HO O
1'
HO
2' A
A'

4'
OH

O

OH

3''

O

HO 4'

1'

HO

4

3

O

O

A

4'

B

1''

OH

3

1

HO

4

1''

OH

OH

2'

1'

4

3

S3

OH O

HO

HO

1

HO

4

S2

OH O
A

B

OH

S1

4'

1

H

HO

4

3
O

C

A

4'

B

1''

4'

OH O
2'
A
1'

OH O
2'

OH O
2'
A
1'

4'

HO

3

OH

S12

8

phenol. Kết quả ở Bảng 3.7 cũng cho thấy BDE(O−H) ở vị trí số 2 của
hợp chất S12 (77,3 kcal/mol trong pha khí) tương tự với giá trị
BDE(O−H) của ubiquinol-10 (78,5 kcal/mol).
Bảng 3.7. BDE(O–H) của 12 hợp chất polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê
tính bằng phương pháp ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6)
Hợp
chất
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
S11
S12

Vị trí O−H
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
3−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
4−OH (vòng B)
3−OH (vòng B)

8−OH (vòng B)
8−OH (vòng B)
2−OH (vòng B)

BDE(O–H)
(kcal/mol)
Pha Metha Nước
khí
nol
83,2 83,5 82,8
84,5 83,2 83,1
80,8 82,4 82,2
85,1 83,7 83,1
83,9 83,8 83,1
80,3 83,9 83,1
79,3 82,9 82,1
83,7 82,8 81,4
79,3 81,3 80,5
80,3 82,7 81,6
82,5 83,9 83,2
77,3 79,0 78,3

3.3.3. Cơ chế chuyển electron
chuyển proton (SET-PT)
3.3.3.1. Năng lượng ion hóa (IE)
Giá trị IE vertical và IE adiabatic
của 12 hợp chất polyphenol có nguồn
gốc từ cây sa kê được trình bày ở
Bảng 3.8. Trong đó, hợp chất S10 có
giá trị IE nhỏ nhất, điều này chứng tỏ

hợp chất S10 dễ cho electron hơn các
hợp chất khác. Vì vậy, hợp chất S10
được xem là chất chống oxy hóa tiềm
năng theo cơ chế chuyển electron.

Bảng 3.8. Giá trị năng lượng ion hóa (eV) tính bằng phương pháp PM6 của
12 hợp chất nghiên cứu

3.3.3.2. Năng lượng phân ly proton (PDE)
Các giá trị năng lượng phân ly proton của
các ion dương gốc tự do hình thành trong bước
thứ 2 của cơ chế SET−PT được tổng hợp trong
Bảng 3.9. Mỗi ion dương gốc tự do có thể có
nhiều vị trí tách proton. Dữ liệu trong Bảng 3.9
cho thấy các giá trị PDE trong pha khí tăng theo
thứ thự sau: S6 < S12 < S7 < S8 < S5 < S3 < S11
< S1 < S9 < S4 < S2 < S10.
Tuy nhiên, trong cơ chế SET−PT vị trí có
khả năng chống oxy hóa mạnh được xác định dựa vào tổng enthalpy
tối thiểu liên quan đến cơ chế dập tắt gốc tự do cụ thể. Tổng năng lượng
này gồm IE adiabatic (ở Bảng 3.8) cộng với PDE (ở Bảng 3.9), kết quả
được trình bày trong Bảng 3.9. Kết quả thu được cho thấy tổng năng
lượng tối thiểu của cơ chế HAT và SET−PT liên quan đến nhóm O-H
của 12 hợp chất nghiên cứu là như nhau và khả năng dập tắt gốc tự do
xảy ra ở cùng một vị trí. Thứ tự tổng năng lượng tối thiểu trong pha
khí gồm năng lượng ion hóa và năng lượng phân ly proton là: S12 <
Hợp
chất
S1
S2

S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
S11
S12

IE
IE
adiabatic vertical
7,30
7,87
7,36
7,77
7,45
8,03
7,41
8,06
7,50
7,98
7,87
8,20
7,44
7,80
7,57
7,98

7,28
7,83
7,04
7,56
7,42
7,85
7,66
8,08

9


S10 ≈ S7 < S6 < S9 < S3 < S11 < S1 < S8 < S5 < S2 < S4.
Vì vậy, có thể rút ra kết luận rằng sự hình thành gốc tự do phenoxy
từ ion dương gốc tự do polyphenol và phân tử polyphenol trung hòa là
tương đương và xảy ra ở cùng vị trí. Điều đó cho thấy cơ chế HAT có
ảnh hưởng rất lớn lên quá trình dập tắt sự oxy hóa. Do đó, BDE là một
thông số quan trọng để đánh giá khả năng chống oxy hóa.
Bảng 3.9. Năng lượng phản ứng của 12 hợp chất có nguồn gốc từ cây sa kê
tính bằng phương pháp PM6 (kcal/mol)
Hợp
chất
S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10
S11

Vị trí
O−Ha
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
4 (vòng B)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
4 (vòng B)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
4 (vòng B)
2’’ (vòng C)
2’ (vòng A)

4’ (vòng A)
4 (vòng B)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
2’(vòng A’)
4’ (vòng A’)
3 (vòng B’)
4 (vòng B’)
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
4 (vòng B)
7’’
2’ (vòng A)
4’ (vòng A)
3 (vòng B)
4 (vòng B)
6’’
6’ (vòngA)
8 (vòng B)
6’ (vòngA)
8 (vòng B)

BDE

IEb

PDE

83,8
82,7
70,7
83,4
82,8
71,2
83,8
82,8
68,9
83,8
101,9
83,1
71,8
100,2
84,3
82,3
70,6
80,2
71,9
67,7
85,1
81,6
70,9
66,7
81,2
81,9
68,9

71,8
83,2
82,6
70,4
100,6
83,8
82,7
68,4
70,5
99,9
79,3
66,8
79,9
69,2

168,8

190,9
172,0
159,3
171,8
171,2
159,7
170,7
158,5
156,0
169,7
189,1
170,2
158,9

187,3
169,5
167,4
155,9
156,7
148,4
144,2
171,8
168,3
157,8
153,6
167,9
168,7
155,8
158,7
166,6
166,1
153,9
184,1
174,0
172,8
158,7
160,7
190,2
174,9
162,6
167,0
156,3

169,7

171,1

170,9

173,0

181,5

171,3

174,6

167,9

162,3
171,1

IE +
PDE
359,7
340,8
328,1
341,5
340,9
329,4
341,8
329,6
327,1
340,8

360,0
341,1
329,8
358,2
342,5
340,4
328,9
338,2
329,9
325,7
343,1
339,6
329,1
324,9
339,2
340,0
327,1
330,0
341,2
340,7
328,5
358,7
341,9
340,7
326,6
328,6
358,1
337,2
324,9
338,1

327,4

10

3.3.4. Nhận xét
Trong phần nghiên cứu
này, chúng tôi đã sử dụng
phương pháp ONIOM
(ROB3LYP
/6-311++G
(2df,2p):PM6) với mô hình
1A để xác định BDE(O−H)
của
các
hợp
chất
polyphenol có nguồn gốc
từ cây sa kê. Trong đó,
BDE(O−H) của các hợp
chất S3, S6, S7, S9, S10 và
S12 lần lượt là: 80,8; 80,3;
79,3; 79,3; 80,3 và 77,3
kcal/mol, chúng được xem
như là những chất chống
oxy hóa tiềm năng. Năng
lượng ion hóa adiabatic của
các hợp chất polyphenol
được xác định bằng
phương pháp PM6. Sự hình
thành gốc tự do phenoxy từ

ion dương gốc tự do
phenolic và phân tử trung
hòa tương ứng ưu tiên xảy
ra ở cùng một vị trí. Dựa
trên kết quả thu được có thể
kết luận rằng giá trị BDE
được xem như là một thông


số hóa lý chính trong việc
xác định khả năng dập tắt
gốc tự do của các hợp chất
polyphenol.
3.4. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC HỢP CHẤT
POLYPHENOL CÓ NGUỒN GỐC TỪ VỎ MĂNG CỤT
(GARCINIA MANGOSTANA)
3.4.1. Các hợp chất polyphenol có chứa trong vỏ măng cụt
Các hợp chất xanthone từ M1 đến
M14 có nguồn gốc từ vỏ măng cụt chỉ
ra trong Hình 3.7
3.4.2. Cơ chế chuyển nguyên tử
hydro (HAT) - Năng lượng phân ly
liên kết (BDE)
Dựa vào các giá trị BDE trình bày
ở Bảng 3.11, chúng ta nhận thấy khả
năng cho nguyên tử hydro của các
Hình 3.7. Cấu trúc của các hợp
hợp chất xanthone trong pha khí được
chất có nguồn gốc từ vỏ măng cụt
sắp xếp theo trật tự sau: M11 > M10

và hợp chất liên quan
> M7 > M1 > M9 ≈ Norathyriol >
M8 > M13 > M6 >M14 > M2 > M3 > M4 > M12 > M5. Trong tất cả
các hợp chất nghiên cứu thì BDE thấp nhất được tìm thấy ở nhóm OH
của vòng A (trừ hợp chất M5 và Norathyriol). Kinghorn và cộng sự đã
nghiên cứu thực nghiệm về khả năng dập tắt gốc tự do của 13 hợp chất
(M1 và M3 − M14) dựa vào giá trị IC50 của ONOO−, kết quả được trình
bày trong Bảng 3.11. Năm trong số 13 hợp chất xanthone là M1, M8,
M10, M11 và M13 được chứng minh là chất có tiềm năng chống oxy
hóa trong cả 2 phương pháp thử nghiệm. Đáng chú ý nhất là hợp chất
M10 và M11, chúng có giá trị BDE(O−H) ở vị trí số 6 thấp hơn so với
các vị trí khác, với giá trị lần lượt là 82,3 và 82,8 kcal/mol. Điều này chỉ
ra rằng sự chuyển nguyên tử hydro từ 6−OH của hợp chất M10 và M11
cho gốc tự do là dễ dàng hơn so với nhóm OH của các hợp chất khác.
Vì vậy, nhóm OH ở vị trí số 6 của hợp chất M10 và M11 đóng vai trò
quan trọng trong cơ chế chống oxy hóa HAT và điều này cũng được
khẳng định bởi nghiên cứu thực nghiệm trước đó.
Quan sát các kết quả trong Bảng 3.11 cho thấy sự ảnh hưởng của
dung môi nước lên giá trị BDE là rất ít. Độ lệch lớn nhất giữa giá trị
6’ (vòngA)
79,9
177,3
2 (vòng B)
65,0
3 (vòng B)
71,2
a
Cách đánh số được mô tả ở Hình 3.6
b
Giá trị IE adiabatic.

160,5
145,7
151,8

S12

OH

8

A

OH

O

H3C

1

C

B

O

5

CH2

OCH3

H3CO

O

1

7

A

OH

C

HO 6

B

M1

B

3

O

OR

OH

3

O

1

C

5

A

OH

OH

O

O

3

4

337,8
323,0
329,1

OH

M3 R = CH 3
M4 R = H

M2

OH

A

1"

1

C

H3CO

3"

OH

O

O

H3CO

B

O

A

6

O

O

M5

OH

8

O

6

3

A

1

C

B

O

OH

6

C

B

3

O

C
O

A

1

B

3

O

OH

M10 R = CH 3
M11 R = H

M9

OH

1

OH

O

A

6

HO

OH

OH

O

C

RO 7

A

HO

5

OH

M7

H3CO 7

3

O

O

3

OH

OH

M8

R

B

O

M6

OH

8

C

HO

O

A

5

1

HO 7

1

B

OH

O

OH

O

C

HO

B

OH

6

M12 R = H
M13 R = OH

A

8

1

O

3

HO

OH

OH

C
O

B

6

3

OH

M14

A

HO

5

O

1

C

B

O

2 OH
3

OH

Norathyriol

11


BDE trong pha khí và dung môi nước là 5,9 kcal/mol. Trật tự của giá
trị BDE trong dung môi nước khác so với trong pha khí: M1 < M8 <
M13 < M10 < M9 < M11 < M14 < Norathyriol < M3 < M6 < M4 <
M7 < M2 < M12 < M5.
Bảng 3.11. Giá trị BDE(OH) của 14 hợp chất xanthone có nguồn gốc tử
vỏ măng cụt tính bằng phương pháp ONIOM(ROB3LYP/6311++G(2df,2p):PM6)

3.4.3.Cơ chế chuyển
electron chuyển
Pha
Nước
proton (SET-PT)
khí
5 (vòng A) 84,1
84,3
0,2
3.4.3.1. Năng lượng
M1

6 (vòng A) 86,3
86,7
0,4
M2
ion hóa (IE)
5 (vòng A) 86,4
86,1
-0,3
M3
Từ dữ liệu tính
5 (vòng A) 86,6
86,3
-0,3
M4
1 (vòng B) 99,1
93,2
-5,9
M5
được
trong Bảng 3.12 ta
6 (vòng A) 85,7
86,2
0,5
M6
có thể kết luận thứ tự
6 (vòng A) 83,8
86,4
2,6
M7
5 (vòng A) 84,3

84,4
0,1
M8
của các giá trị IE trong
6 (vòng A) 84,2
85,9
1,7
M9
pha khí như sau: M14 <
6
(vòng
A)
82,8
85,7
2,9
M10
85,9
3,6
M11 6 (vòng A) 82,3
M5 < M11 < M1 < M3
87,4
0,2
M12 5 (vòng A) 87,2
< M7 < M8 < M10 <
85,6
0,4
M13 5 (vòng A) 85,2
85,9
-0,2
M14 6 (vòng A) 86,1

M4 < M13 < M9
86,0
1,8
Norathy
2 (vòng B) 84,2
N/A
(86,6c)
(2,4)
riol
a
BDE = BDEnước - BDEkhí.
M6 < M2, còn trong
b
Tham khảo tài liệu [49].
c
dung môi nước thì có xu
Tham khảo tài liệu [43].
hướng hơi khác: M1 <
M8 < M14 < M13 < M11 < M7 < M5 < M3 < M4 < M9 < M12 < M2 < M6 < M10. Với sự tăng độ phân cực của dung môi thì
làm cho giá trị IE của các hợp chất nghiên cứu giảm một cách đáng kể.
Điều này chỉ ra rằng các ion dương gốc tự do mang điện tích khá nhạy
với độ phân cực của dung môi. Sự hình thành các ion dương gốc tự do
trong dung dịch nước bền hơn và chiếm ưu thế còn sự hình thành phân
tử trung hòa không được ưu tiên. Như vậy, dung môi nước làm tăng
khả năng cho electron nhưng làm giảm khả năng nhận electron của các
hợp chất nghiên cứu.
3.4.3.2. Năng lượng phân ly proton (PDE)
Năng lượng phân ly proton (PDE) tính toán được trình bày trong

Bảng 3.13. Trong hợp chất M5 thì vị trí số 1 của vòng B có giá trị PDE
thấp nhất khoảng 253,15 kcal/mol. Tương tự, đối với hợp chất
Hợp
chất

BDE (O-H)
kcal/mol

Vị trí O-H

IC50 (µM)b

BDE

a

SIN-1Authenic
derived
ONOOONOO4,6
10,0
N/A
N/A
>30
3,2
>30
11,9
15,9
>30
26,4
15,1

14,1
>30
9,1
9,3
19,2
24,1
12,2
<0,49
8,0
3,1
>30
>30
2,2
9,7
>30
>30

12


Norathyriol thì PDE ở vị trí số 2 của vòng B có giá trị thấp nhất 212,43
kcal/mol. Giá trị PDE thấp nhất tìm thấy ở vị trí số 5 của vòng A cho
các hợp chất M1, M3, M4, M8, M12 và M13 với các giá trị lần lượt
là 225,54; 230,42; 229,26; 225,06; 226,87 và 222,38 kcal/mol. Các
giá trị PDE thu được ở vị trí số 6 của vòng A đối với các hợp chất M2,
M6, M7, M9, M10, M11 và M14 có giá trị thấp hơn các vị trí còn lại
với giá trị lần lượt là: 237,29; 228,09; 233,59; 231,89; 233,33; 227,47
và 242,45 kcal/mol. Hầu hết các hợp chất nghiên cứu (trừ hợp chất M5
và Norathyriol) có giá trị PDE thấp nhất được tìm thấy ở vị trí 5 và 6
của vòng A, điều này phù hợp với các kết quả BDE tính được. Các giá

trị PDE trong dung môi nước thấp hơn một cách đáng kể so với trong
pha khí do năng lượng solvat hóa của proton trong nước cao. Điều này
chỉ ra rằng khả năng phân ly proton trong dung môi nước được ưu tiên
hơn trong pha khí.
Bảng 3.12. Năng lượng ion hóa của 14 hợp chất xanhthone có nguồn gốc từ
vỏ măng cụt tính bằng phương pháp PM6
Hợp chất
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
M14

IE (kcal/mol)
Pha khí
189,79
(172,73)
209,16
(178,72)
190,48
(174,80)

193,25
(176,65)
187,95
(168,35)
206,86
(180,57)
190,48
(173,42)
191,41
(174,34)
198,56
(177,11)
191,64
(173,65)
188,41
(178,95)
203,40
(181,95)
193,71
(178,95)
187,26
(172,73)

Nước
124,70
(117,72)
136,32
(126,33)
129,66
(121,68)

130,59
(122,56)
127,79
(116,70)
136,43
(126,55)
127,57
(120,12)
125,08
(118,24)
132,23
(118,48)
136,46
(121,42)
127,55
(120,62)
135,54
(126,75)
125,86
(118,97)
125,80
(117,22)

IEa
(kcal/mol)
−
−
135,53
134,95
130,82

139,05
135,02
130,23
137,27
139,26
136,68
138,02
130,64
132,64

13

3.4.4. Cơ chế chuyển proton
chuyển electron (SPLET)
3.4.4.1. Ái lực proton (PA)
Dữ liệu trong Bảng 3.13
cho thấy dung môi nước ảnh
hưởng đáng kể đến các giá trị
PA vì năng lượng solvat hóa
của proton trong nước cao. Sự
khác nhau giữa năng lượng PA
trong pha khí và dung môi nước
nằm trong khoảng từ -295,75
đến -378,23 kcal/mol. Điều này
có nghĩa là quá trình tách
proton xảy ra trong dung môi
nước sẽ được ưu tiên hơn.
Trong pha khí thì các giá trị PA
cao hơn so với các giá trị BDE
và IE. Tuy nhiên, trong dung

môi nước thì giá trị PA thấp
hơn rất nhiều so với các giá trị
BDE và IE tương ứng. Như


201,32
132,49
−
(192,10)
(125,00)
Ghi chú: Giá trị trong dấu ngoặc là giá trị IE adiabatic.
a
Giá trị IE vertical tính trong dung môi nước tham
khảo tài liệu [76].
Norathyriol

vậy, các kết quả thu được cho
thấy trong dung môi nước thì
cơ chế SPLET được ưu tiên hơn
theo quan điểm nhiệt động.

Bảng 3.13. Các giá trị PA, ETE và PDE của 14 hợp chất xanhthone có nguồn
gốc từ vỏ măng cụt tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-31+G(d,p)//PM6
Hợp chất
M1
5 (vòng A)
8 (vòng A)
1 (vòng B)
M2
6 (vòng A)

1 (vòng B)
3 (vòng B)
M3
5 (vòng A)
1 (vòng B)
M4
5 (vòng A)
1 (vòng B)
3 (vòng B)
M5
1 (vòng B)
M6
6 (vòng A)
1 (vòng B)
3 (vòng B)
3’’
M7
6 (vòng A)
7 (vòng A)
1 (vòng B)
3 (vòng B)
M8
5 (vòng A)
8 (vòng A)
1 (vòng B)
3 (vòng B)
M9
6 (vòng A)
3 (vòng B)
M10

6 (vòng A)
1 (vòng B)
3 (vòng B)
M11
6 (vòng A)
7 (vòng A)

PA (kcal/mol)
Pha
Nước
khí

PAa

ETE (kcal/mol)
Pha
Nước
khí

PDE (kcal/mol)
ETEb

Pha khí

Nước

PDEc

336,75
347,64

340,68

33,47
40,67
35,84

-303,28
-306,97
-304,84

56,49
58,45
67,35

69,74
73,12
78,94

13,25
14,67
11,59

225,54
238,39
240,33

-6,25
4,33
5,32

-231,79
-234,06
-235,01

324,08
343,91
328,70

22,28
37,05
27,52

−301,80
-306,86
-301,18

75,86
67,14
79,58

99,04
81,43
91,77

23,18
14,29
12,19

237,29
248,4

245,64

5,82
2,97
3,79

-231,47
-245,43
-241,85

330,96
341,68

31,02
37,61

-299,94
-304,07

67,96
67,44

77,44
77,71

9,48
10,27

230,42
240,61

-3,00
3,87

-233,42
-236,74

336,22
345,61
327,43

30,97
36,78
26,28

-305,25
-308,83
-301,15

63,17
65,12
77,01

77,69
80,09
98,39

14,52
14,97
21,38

229,26
240,59
234,30

-3,65
4,56
12,36

-232,91
-236,03
-221,94

348,47

37,49

-310,98

60,60

77,59

16,99

253,15

13,00

-240,15

324,38
343,26
328,37
376,17

23,98
35,57
26,96
57,40

-300,40
-307,69
-301,41
-318,77

74,79
67,52
79,63
43,47

87,03
82,75
92,45
119,12

12,24
15,23
12,82
75,65

228,09
239,70
236,91
248,56

-4,28
3,03
4,12
61,22

-232,37
-236,67
-232,79
-187,34

-300,01
-307,48
-310,3
-304,11

71,24
54,61
62,86
74,56

84,12
71,74
79,55
90,09

12,88
17,13
16,69
15,53

233,59
235,67
250,83
245,32

-0,93
-2,09
9,82
9,30

-234,52
-237,76
-241,01
-236,02

323,55
342,26
349,16
331,96

23,54
34,78
38,86
27,85

338,49
347,10
341,18
327,96

33,06
40,44
34,88
29,38

-305,43
-306,66
-306,30
-298,58

55,09
59,01
69,08
80,43

69,95
72,99
82,11
92,69

14,86
13,98
13,03
12,26

225,06
237,60
241,74
239,86

-47,38
-36,97
-33,41
-28,33

-272,44
-274,57
-275,15
-268,19

335,96
331,88

27,85
28,20

-308,11
-303,68

63,99
70,92

83,15
88,90

19,16
17,98

231,89
234,74

-41,44
-35,34

-273,33
-270,08

325,98
347,55
330,64

23,61
36,91
26,66

-302,37
-310,64
-303,98

70,78
64,57
76,02

85,96

80,64
90,13

15,18
16,07
14,11

232,09
247,44
241,99

-231,13
-238,5
-233,81

14,18
16,24

227,47
228,82

0,96
8,94
8,18
,
-41,69
-44,59

320,79
339,34

17,20
29,45

-303,59
-309,89

73,75
56,54

14

87,93
72,78

-269,16
-273,41


Hợp chất

PA (kcal/mol)
Pha
Nước
khí
331,34
24,13
348,40
34,66

3 (vòng B)
1 (vòng B)
M12
5 (vòng A)
337,60
1 (vòng B)
344,59
3 (vòng B)
327,01
M13
5 (vòng A)
340,23
8 (vòng A)
323,94
3 (vòng B)
346,21
1 (vòng B)
340,04
M14
6 (vòng A)
334,33
1 (vòng B)
345,98
3 (vòng B)
331,87
Norathyriol
2 (vòng B)
327,56
3 (vòng B)
331,15

6 (vòng A)
403,04
8 (vòng A)
413,97
a
PA = PAnước - PAkhí.
b
ETE = ETEnước - ETEkhí.
c
PDE = PDEnước - PDEkhí.

-307,21
-313,74

ETE (kcal/mol)
Pha
Nước
khí
75,46
90,23
63,62
80,06

29,20
35,41
25,40

-308,40
-309,18
-301,61

61,80
67,97
79,44

80,45
83,07
92,77

18,65
15,10
13,33

226,87
240,02
233,92

-43,88
-35,04
-35,35

-270,75
-275,06
-269,27

31,07
24,56
36,32
33,48

-309,16
-299,38
-309,89
-306,56

53,48
82,38
60,50
76,14

72,66
93,35
76,62
93,97

19,18
10,97
16,12
17,83

222,38
235,00
235,40
244,86

-49,14
-34,95
-39,93
-25,41

-271,52
-269,95
-275,33
-270,27

28,83
38,17
28,00

-305,50
-307,81
-303,87

66,96
65,52
75,26

81,34
80,12
94,35

14,38
14,60
19,09

242,45
252,67
248,30

-30,01

-21,89
-17,82

-272,46
-274,56
-266,12

25,49
25,63
25,69
35,74

-302,07
-305,52
-377,35
-378,23

65,08
71,99
0,75
0,75

79,88
87,08
90,85
84,84

14,80
15,09
90,10

84,09

212,43
222,93
223,59
234,52

-10,46
-3,12
0,71
4,74

-222,89
-226,05
-222,88
-229,78

PAa

PDE (kcal/mol)
ETEb

PDEc

Pha khí

Nước

14,77
16,44

239,74
244,96

-32,46
-32,10

-272,20
-277,06

3.4.4.2. Năng lượng chuyển electron
Trong pha khí và dung môi nước thì các giá trị ETE luôn luôn thấp
hơn các giá trị của IE. Điều này chỉ ra rằng quá trình chuyển một
electron từ dạng ion âm thì sẽ được ưu tiên hơn so với dạng phân tử
trung hòa, điều này cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu khác.
Các giá trị ETE trong Bảng 3.13 cho thấy sự ảnh hưởng của dung môi
nước đã gây ra sự tăng đáng kể trong các giá trị ETE của các ion âm
phenolat, điều đó có nghĩa là dung môi nước không thuận lợi cho quá
trình chuyển electron. Độ lệch trung bình giữa các giá trị ETE trong
pha khí và dung môi nước xấp xỉ 19,07 kcal/mol.
3.4.5. Nhận xét
Khả năng chống oxy hóa của 14 hợp chất xanhthone có nguồn gốc
từ vỏ măng cụt được nghiên cứu trong cả pha khí và dung môi nước
thông qua ba cơ chế HAT, SET−PT và SPLET. Chúng tôi đã tính toán
các thông số BDE, IE, PA, ETE và PDE tương ứng với từng cơ chế
dập tắt gốc tự do. Dựa trên kết quả thu được trong pha khí và dung môi
nước có thể rút ra một vài kết luận sau:
- Trong số 3 cơ chế, xét theo quan điểm nhiệt động học thì cơ chế
HAT được ưu tiên trong pha khí còn cơ chế SPLET ưu tiên xảy ra
15

trong dung môi nước.
- Sự khác nhau đáng kể giữa các giá trị enthalpy trong pha khí và
dung môi nước đặc trưng cho những phản ứng liên quan đến phần tử
mang điện tích.
- Trong số các hợp chất xanhthone nghiên cứu thì hợp chất M10
và M11 có khả năng chống oxy hóa cao nhất.
3.5. KHẢ NĂNG DẬP TẮT GỐC TỰ DO CỦA MỘT SỐ HỢP
CHẤT POLYPHENOL
3.5.1. Giới thiệu
Trong phần này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu một cách hệ thống
để làm sáng tỏ hơn đặc tính chống oxy hóa của một số hợp chất
polyphenol thường được sử dụng (Hình 3.8).
3.5.2. Năng lượng phân ly liên kết
và năng lượng ion hóa của một số
hợp chất polyphenol
Bảng 3.14 trình bày kết quả
BDE của một số hợp chất
polyphenol tính trong pha khí sử
dụng phương pháp ONIOM với mô
hình 1A. Dữ liệu trong Bảng 3.14
cho thấy giá trị BDE biến thiên
trong khoảng 77,3 đến 83,7
kcal/mol. Độ lệch trung bình của giá
trị BDE giữa phương pháp ONIOM
Hình 3.8. Một số hợp chất chống
và thực nghiệm là khoảng 1,5
oxy hóa polyphenol
kcal/mol. Điều này khẳng định lại

một lần nữa về tính chính xác của phương pháp ONIOM(ROB3LYP/ 6311++G(2df,2p):PM6) trong tính toán BDE. Đáng chú ý nhất là hợp
chất altilisin J và quecertin có giá trị BDE(OH) thấp hơn so với các
hợp chất khác với giá trị lần lượt là 77,3 và 78,4 kcal/mol. Nguyên nhân
gây ra sự giảm BDE là do ảnh hưởng liên kết hydro nội phân tử của 2
nhóm hydroxyl ở vị trí ortho. Điều này chứng tỏ sự chuyển nguyên tử
hydro từ nhóm OH của hợp chất altilisin J và quecertin cho gốc tự do là
dễ dàng hơn so với nhóm OH của các hợp chất khác. Vì vậy, nhóm OH
ở vị trí số 2 (vòng B) của hợp chất altilisin J và OH ở vị trí số 4 (vòng
B) của hợp chất quecertin đóng vai trò quan trọng trong cơ chế chống
oxy hóa HAT.
HO

3

O

2
1

4 OH

HO

2
1

O

B

OH
3 4 OH
B

OH

OH

O

OH O

Chalcone

Quercetin

3

HO

O

O

2
1

4 OH

B

6

OH

HO 6

A

B

5

4

O

1

O

OH
1

C

B

3

O

OH

  Mangostin

Flavone

O

A

HO

O

HO

O

H3CO 7

3

4

1

B

2
OH

3

OH

O

Altilisin J

2 3
A

1
O 2

4

OH

H

Flavanone

16


Từ kết quả trong Bảng 3.14 cho thấy giá trị IE của các hợp chất
polyphenol sắp xếp theo trật tự sau: Flavanone < chalcone < altilisin J

< flavone < quecertin < -mangostin. So sánh hai dãy giá trị BDE và
IE, chúng ta thấy trật tự sắp xếp của các polyphenol không cùng xu
hướng. Sự không đồng nhất này được giải thích là do giá trị BDE bị
ảnh hưởng bởi các hiệu ứng cục bộ do nhóm thế gây ra trong khi đó
giá trị IE thì bị ảnh hưởng bởi cấu trúc của toàn phân tử. Hay nói cách
khác, đối với cơ chế chuyển electron, yếu tố quyết định đến giá trị IE
là sự không định vị và liên hợp của electron  hơn là sự có mặt của các
nhóm thế trong phân tử.
Bảng 3.14. Giá trị BDE(O−H) và IE trong pha khí của một số hợp chất
polyphenol
BDE(O−H) kcal/mol
∆BDEc
ONIOMa
Thực
(Mô hình 1A)
nghiệmb
6 (vòng A)
82,8
-Mangostin
2 (vòng B)
77,3
Altilisin J
4 (vòng B)
78,4
77,6e
0,8
Quecertin
4 (vòng B)
82,5
81,0

1,5
Chalcone
4 (vòng B)
82,6
80,6
1,0
Flavone
4 (vòng A)
83,7
80,9
2,8
Flavanone
a
Tính ở mức lý thuyết ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6).
b
Tham khảo tài liệu [24].
c
∆BDE = BDE (ONIOM) - BDE (thực nghiệm).
d
Tính bằng phương pháp PM6.
e
Tham khảo tài liệu [34].
Hợp chất

Vị trí O−H

IEd vertical,
eV
8,31
8,08

8,22
8,02
8,19
8,00

3.5.3. Phản ứng dập tắt gốc tự do peroxyl (CH3OO•) của một số
hợp chất polyphenol
Quan sát ở Hình 3.10 ta thấy khuynh hướng phản ứng của các
polyphenol với gốc tự do CH3OO• là khá giống nhau. Các trạng thái
trung gian Int‒ 1 tạo thành bền hơn so với chất tham gia phản ứng
khoảng 3,5 − 7,9 kcal/mol. Năng lượng của các trạng thái trung gian
Int‒ 2 có giá trị thấp hơn năng lượng của các trạng thái Int‒ 1 tương
ứng khoảng 8,2 − 15,1 kcal/mol. Điều này cho thấy liên kết hydro
ArOHOOCH3 trong trạng thái trung gian Int‒ 2 bền hơn so với liên
kết hydro ArOHOOCH3 trong trạng thái trung gian Int‒ 1.
Trạng thái chuyển tiếp (TS) là các điểm yên ngựa trên giản đồ
năng lượng phản ứng (Hình 3.10). Hàng rào năng lượng tương ứng với
các trạng thái chuyển tiếp TS-altilisin J, TS--mangostin, TSflavanone, TS-chalcone, TS-flavone và TS-quecertin có giá trị lần
17


lượt là 15,3; 20,4; 18,4; 18,6; 19,7 và 16,1 kcal/mol. Tất cả các phản
ứng giữa polyphenol và gốc tự do CH3OO• đều là phản ứng tỏa nhiệt.
Sản phẩm tạo thành (gốc tự do phenoxyl) có năng lượng tương đối
thấp hơn so với chất phản ứng khoảng 9,6 – 17,5 kcal/mol. Điều này
chứng tỏ gốc tự do phenoxyl được tạo thành bền hơn và ít có khả năng
phản ứng hơn gốc tự do CH3OO•.
Từ việc so sánh các giá trị trong Bảng 3.14 và Hình 3.10, chúng
tôi có thể kết luận rằng chất chống oxy hóa có giá trị BDE (tại liên kết
cần nghiên cứu) càng thấp thì phản ứng tách hydro sẽ có hàng rào năng

lượng càng nhỏ và tỏa nhiệt mạnh.
3.5.4. Nhận xét
Trong nghiên cứu này, khả năng
chống oxy hóa của các hợp chất
polyphenol tự nhiên đã được nghiên
cứu bằng các phương pháp hóa tính
toán thông qua hai cơ chế HAT và
SET-PT. Kết quả nghiên cứu cho
thấy cấu trúc ortho-dihyroxyl có vai
trò rất quan trọng trong cơ chế HAT,
là nguyên nhân làm tăng khả năng
chống oxy hóa của nhóm hydroxyl
Hình 3.10. Giản đồ năng lượng
trong các hợp chất polyphenol.
phản ứng giữa một số hợp chất
Ngoài ra, giản đồ năng lượng phản
polyphenol và gốc tự do
•
ứng giữa CH3OO• và các hợp chất
CH3OO
polyphenol cũng được thiết lập. Các phản ứng dập tắt gốc tự do của
polyphenol đều là phản ứng tỏa nhiệt và thuận lợi về mặt nhiệt động.
Hơn nữa, chúng tôi cũng chỉ ra được mối quan hệ tuyến tính rất tốt giữa
BDE và hàng rào năng lượng.
3.6. CHỨC NĂNG HÓA FULLERENE BẰNG CÁC DẪN XUẤT
MALONATE
3.6.1. Giới thiệu
Dựa trên quá trình tổng hợp được mô tả trong nghiên cứu của Enes,
sơ đồ của quá trình tổng hợp các dẫn xuất fullerene - flavonoid được
trình bày trong Hình 3.13.

3.6.2. Cơ chế phản ứng Bingel - Hirsch
Bởi vì trong phân tử C60 có 2 loại liên kết C−C bao gồm: liên kết
(6,6) và liên kết (5,6) (Hình 3.13) nên sản phẩm tạo thành sẽ có hai đồng
18


phân tương ứng (6,6)-C60C(COOCH3)2 và (5,6)-C60C(COOCH3)2. Các
đường phản ứng cho sự hình thành các sản phẩm đồng phân của
C60C(COOCH3)2 được minh họa ở Hình 3.14. Mỗi sản phẩm đồng phân
hình thành sẽ đi qua 2 trạng thái chuyển tiếp (TS). Chẳng hạn, phản ứng
đóng vòng qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 hoặc TS(6,6)-2 sẽ tạo thành
sản phẩm (6,6)-C60C(COOCH3)2. Còn sản phẩm (5,6)-C60C(COOCH3)2
hình thành khi phản ứng đóng vòng qua trạng thái chuyển tiếp TS(5,6)-1
hoặc TS(5,6)-2 (Hình 3.14).
So sánh hàng rào năng lượng
của các đường phản ứng này thì sự
hình thành sản phẩm (6,6)C60C(COOCH3)2 qua trạng thái
chuyển tiếp TS(6,6)-1 là thuận lợi
nhất, có giá trị hàng rào năng lượng
tướng ứng là 17,6 kcal/mol. Ba con
đường phản ứng còn lại (đi qua các
trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-2,
TS(5,6)-1 và TS(5,6)-2) thì không ưu
tiên vì có hàng rào năng lượng cao
hơn tương ứng với các giá trị 43,2;
Hình 3.13. Phản ứng Bingel 34,4
và 49,0 kcal/mol. Điều này gây
Hirsch giữa các dẫn xuất của
khó khăn cho các tiểu phân khi phản
malonate và fullerene

ứng vì chúng cần cung cấp một năng
lượng tương đương để có thể xảy ra va chạm có hiệu quả để hình thành
sản phẩm. Năng lượng tương đối của trạng thái trung gian thấp hơn năng
lượng các chất phản ứng khoảng 24,0
kcal/mol. Kết quả này cho thấy trạng
thái trung gian tạo thành bền hơn so
với các phản ứng ban đầu.
Từ kết quả giản đồ năng lượng
phản ứng giữa ion âm dimethyl
bromomalonate với fullerene, chúng
tôi có thể kết luận rằng phản ứng chức
năng hóa fullerene ưu tiên xảy ra ở vị
trí liên kết (6,6) và con đường phản
Hình 3.14. Giản đồ năng lượng
của phản ứng giữa ion âm dimethyl
ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp
bromomalonate và fullerene
TS(6,6)-1 là thuận lợi về mặt nhiệt động.
O

O

RO

[5,6

[6,6]

]

O

C

C

OMe

O

Br

RO

RO

O
C

OMe

OMe

-Br

Br

R = Methyl (Me) :

C

O

-CH 3

OH

O

H 2C

R = Chalcone :

OH

O

OH

R = Flavone :

O

O

H 2C

O

OH

O

R = Flavanone :

O

H 2C

O

OH

H

19


3.6.3. Phản ứng đóng vòng giữa fullerene và dẫn xuất flavonoid
malonate có nguồn gốc từ chalcone, flavone và flavanone
Quan sát ở Hình 3.17 cho thấy
rằng khuynh hướng phản ứng của các
flavonoid malonate với fullerene là
khá giống nhau. Đầu tiên, tạo thành
các trạng thái trung gian Intchalcone, Int-flavone và Intflavanone có năng lượng thấp hơn so
với các chất phản ứng tương ứng là
−16,0; −12,3 và −13,7 kcal/mol. Điều
này chứng tỏ rằng trạng thái trung
gian tạo thành bền hơn so với chất
Hình 3.17. Giản đồ năng lượng

tham gian phản ứng. Hàng rào năng
của phản ứng flavonoid
lượng tương ứng với các trạng thái
malonate với fullerene
chuyển tiếp TS-chalcone, TSflavone và TS-flavanone có giá trị lần lượt là 16,8; 11,4 và 16,3
kcal/mol. Năng lượng tương đối của các phức chất sản phẩm PCchalcone, PC-flavone và PC-flavanone so với chất phản ứng có giá trị
lần lượt là: −18,3; −15,8 và −14,3 kcal/mol. Các sản phẩm P-chalcone,
P-flavone và P-flavanone hình thành sau khi ion âm brom thoát ra mà
không qua trạng thái chuyển tiếp nào, có giá trị năng lượng tương đối
cao hơn so với chất phản ứng tương ứng là: 8,4; 5,3 và 7,0 kcal/mol.
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên, chúng tôi có thể kết luận rằng
nghiên cứu lý thuyết về quá trình hình thành sản phẩm fullereneflavonoid ở vị trí liên kết (6,6) là phù hợp với kết quả thực nghiệm.
3.6.4. Nhận xét
Cơ chế của phản ứng Bingel - Hirsch giữa ion âm dimethyl
bromomalonate và fullerene được nghiên cứu chi tiết bằng phương pháp
bán thực nghiệm PM6 kết hợp với phương pháp DFT. Kết quả cho thấy
rằng con đường phản ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 để hình
thành sản phẩm (6,6)-C60C(COOCH3)2 là chiếm ưu thế nhất theo quan
điểm của nhiệt động học. Ngoài ra, giản đồ năng lượng của phản ứng
đóng vòng xảy ra ở liên kết (6,6) giữa các dẫn xuất malonate có nguồn
gốc từ chalcone, flavone và flavanone với fullerene cũng được thiết lập.
Kết quả nghiên cứu lý thuyết về quá trình hình thành sản phẩm fullereneflavonoid ở liên kết (6,6) là phù hợp với kết quả thực nghiệm.
20


3.7. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC DẪN CHẤT
LAI HÓA FULLERENE VÀ CHALCONE, FLAVONE,
FLAVANONE
3.7.1. Giới thiệu
3.7.2. Khả năng chống oxy hóa của các dẫn chất lai hóa fullerene

và chalcone, flavone, flavanone
Bảng 3.18. Giá trị BDE(O−H) và IE của dẫn xuất C60-chalcone, C60flavone và C60-flavanone
BDE(O−H)b
IEc vertical - eV
- kcal/mol
66,5 (82,5)
8,97 [8,02]d
P-chalcone
70,3 (82,6,)
8,96 [8,19] d
P-flavone
68,5 (83,7)
8,89 [8,00] d
P-flavanone (vòng A)
a
Cấu trúc các dẫn xuất C60-flavonoid được hiển thị Hình 3.18.
b
Tính bằng phương pháp ONIOM((RO)B3LYP/6311++G(2df,2p):PM6); Dữ liệu trong dấu ngoặc đơn là giá trị
BDE của chalcone, flavone và flavanone (đơn vị kcal/mol).
c
Tính bằng phương pháp PM6.
d
Dữ liệu trong dấu ngoặc vuông là giá trị IE của chalcone,
flavone và flavanone.

Kết quả Bảng
3.18 cho thấy rằng
fullerene có ảnh
hưởng rất lớn đến
BDE(O−H) của các

hợp chất flavonoid.
Điều này có thể giải
thích là do tương tác
của phân tử fullerene
lên liên kết O−H. Giá trị BDE(O−H) của dẫn xuất C60-chalcone, C60flavone và C60-flavanone lần lượt là: 66,5; 70,3 và 68,5 kcal/mol. So
sánh với dữ liệu BDE của chalcone, flavone và flavanone, ta thấy BDE
của dẫn xuất fullerene giảm rất đáng kể với mức giảm trung bình
khoảng 14,5 kcal/mol.
Giá trị IE (Bảng 3.18) của các dẫn xuất fullerene -flavonoid cao
hơn các flavonoid (chalcone, flavone và flavanone) khoảng 0,87 eV.
Do đó, các dẫn xuất fullerene rất khó cho electron, hiện tượng này xảy
ra là vì phân tử fullerene có ái lực electron rất cao.
3.7.3. Nhận xét
Trong phần nghiên cứu này, các giá trị BDE(O−H) của các dẫn
xuất fullerene - flavonoid được tính bằng phương pháp ONIOM 1A
dao động trong khoảng 66,5 − 70,3 kcal/mol. Điều này cho thấy rằng
đây là những hợp chất này có khả năng chống oxy hóa mạnh theo cơ
chế HAT. Ngược lại với xu hướng của BDE, các giá trị IE của dẫn
xuất fullerene - flavonoid cao hơn so với các flavonoid. Vì vậy, trong
cơ chế chuyển electron (SET) các hợp chất fullerene - flavonoid không
được ưu tiên, khó cho electron hơn so với các hợp chất flavonoid.
Nguyên nhân của hiện tượng này có thể được giải thích là do sự ái lực
electron rất cao của phân tử fullerene.
Hợp chấta

21


3.8. THIẾT KẾ CÁC HỢP CHẤT CHỐNG OXY HÓA CÓ
NGUỒN GỐC TỪ CÂY SA KÊ VÀ MĂNG CỤT TRÊN NỀN

FULLERENE
3.8.1. Giới thiệu
Trên cơ sở các thông tin thu
được từ nghiên cứu thực nghiệm
và nghiên cứu lý thuyết về phản
ứng chức năng hóa fullerene bằng
các dẫn xuất malonate, chúng tôi
đã thiết kế chất chống oxy hóa
mới có nguồn gốc từ cây sa kê và
măng cụt trên nền fullerene (C60)
bằng phương pháp hóa tính toán.
Sơ đồ của quá trình tổng hợp được
minh họa ở Hình 3.20.
3.8.2. Chức năng hóa fullerene
với hợp chất altilisin J và
Hình 3.20. Phản ứng Bingel mangostin có nguồn gốc từ cây sa
Hirsch giữa các dẫn xuất của
kê và vỏ măng cụt
malonate và fullerene
Tiếp nối các kết quả nghiên cứu
của phần trước, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu phản ứng đóng vòng
xảy ra ở liên kết (6,6) giữa các dẫn xuất malonate có nguồn gốc từ
altilisin J và mangostin với fullerene. Giản đồ năng lượng của phản
ứng giữa dẫn xuất malonate với fullerene được minh họa ở Hình 3.21.
Quan sát Hình 3.21 cho
thấy khuynh hướng phản ứng
của các dẫn xuất malonate với
fullerene là khá giống nhau.
Đầu tiên, các phản ứng tạo
thành các trạng thái trung

gian Int-1a, Int-2a và Int-3a
có năng lượng thấp hơn so
với các chất phản ứng ban
đầu tương ứng là −14,0;
−10,3 và −18,0 kcal/mol. Hình 3.21. Giản đồ năng lượng của phản ứng
Điều này chứng tỏ rằng trạng giữa ion âm dimethyl bromomalonate có nguồn
thái trung gian tạo thành bền
gốc từ cây sa kê và măng cụt với fullerene
OH

O

O

O

O

O

H3 CO

3 OH

O

H 3CO

O

O

O

B

2 OCH 3

1

O

O

O

OH

1

B

3

2
H3 CO

+C60(CBr4, DBU, rt)

OH

+C60(CBr4, DBU, rt)

O

H 3CO

O

O

O

O

3 OH

O

H3 CO

OH

O

O

O

B

1

OH

2 OCH 3

O

O

O

1

B

2
H3 CO

C60-Mangosteen-1 (1)
O

O

O

H3 CO

3

OH

C60-Mangosteen-2 (2)

O 6

A

5

4

1
O 2

4

1

B

3

2
OH

3

OH

O

+C60(CBr4, DBU, rt)

O

H 3CO

O

O

O 6

A

5

4

1
O 2
3

4

1

B

2
OH

3

OH

O

C60-Altilisin J (3)

22


hơn so với chất tham gian phản ứng. Hàng rào năng lượng tương ứng
với các trạng thái chuyển tiếp TS-1, TS-2 và TS-3 có giá trị lần lượt là
15,1; 11,2 và 15,4 kcal/mol. Năng lượng tương đối của các phức chất
sản phẩm Int-1b, Int-2b và Int-3b so với chất phản ứng ban đầu có giá
trị lần lượt là: −13,2; −8,7 và −19,0 kcal/mol. Các sản phẩm P-1, P-2 và
P-3 được hình thành sau khi ion âm brom thoát ra mà không qua trạng
thái chuyển tiếp nào, có giá trị năng lượng tương đối cao hơn so với chất
phản ứng tương ứng là: 9,5; 8,3 và 7,3 kcal/mol.
3.8.3. Khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất fullerene-altilisin
J và fullerene-mangostin
Dữ liệu trong Bảng 3.20 cho thấy fullerene có ảnh hưởng rất lớn
đến BDE(OH) của mangostin và altilisin J với độ giảm trung bình
13,5 kcal/mol. Điều này có thể giải thích do tương tác của phân tử
fullerene lên liên kết OH. Giá trị BDE(OH) của các hợp chất C60mangostin-1, C60-mangostin-2 và C60-altilisin J lần lượt là: 69,3; 67,7
và 65,3 kcal/mol.

Từ kết quả Bảng 3.20 cho thấy giá trị IE và EA của các dẫn xuất
fullerene lớn hơn đáng kể so với mangostin và altilisin J. Do đó, các
dẫn xuất fullerene rất khó cho electron nhưng ngược lại sự nhận
electron thì dễ dàng hơn so với hợp chất ban đầu. Hiện tượng này xảy
ra là vì phân tử fullerene có ái lực electron rất cao.
Kết quả nghiên cứu trên cho thấy các dẫn xuất fullerene đã kết hợp
được cả tính chất của fullerene và hợp chất phenolic nên vừa có khả
năng chống oxy hóa theo cơ chế ngắt mạch oxy hóa vừa là “chiếc lồng
thu nhặt gốc tự do”.
Bảng 3.20. Giá trị BDE(O−H), EA và IE của mangostin, altilisin J,
C60-mangostin-1, C60-mangostin-2 và C60-altilisin J

3.8.4. Nhận xét
Các tính toán lý thuyết
đã được tiến hành để dự
đoán sự hình thành sản
phẩm chống oxy hóa tiềm
năng giữa fullerene và các
dẫn xuất malonate có nguồn
gốc từ cây sa kê và măng cụt thông qua phản ứng Bingel - Hirsch. Giản
đồ năng lượng của phản ứng đóng vòng giữa fullerene và dẫn xuất
malonate ở vị trí liên kết (6,6) cũng được thiết lập. Năng lượng phản
BDE(O−H)a IEb vertical, EAb vertical,
kcal/mol
eV
eV
82,8
8,31
1,47
Mangostin

77,3
8,08
2,14
Altilisin J
69,3
8,90
3,53
C60-mangostin-1
67,7
8,91
3,56
C60-mangostin-2
65,3
8,92
3,61
C60-altilisin J
a
Sử dụng mô hình 1A và tính ở mức
ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6).
b
Tính bằng phương pháp PM6.
Hợp chất

23