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 2016
57
Embed
Cổng thông tin Đại học Huế - NGUYỄN MINH THÔNG NGHIÊN … · 2020. 2. 20. · ĐẠi hỌc huẾ trƯỜng ĐẠi hỌc khoa hỌc nguyỄn minh thÔng nghiÊn cỨu
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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 2016
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:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Huế chấm luận
8 (vòng A) 413,97 35,74 -378,23 0,75 84,84 84,09 234,52 4,74 -229,78 a PA = PAnước - PAkhí.
bETE = ETEnước - ETEkhí.
cPDE = PDEnước - PDEkhí.
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
16
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
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
17
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
và thực nghiệm là khoảng 1,5
kcal/mol. Điều này khẳng định lại
một lần nữa về tính chính xác của phương pháp ONIOM(ROB3LYP/ 6-
311++G(2df,2p):PM6) trong tính toán BDE. Đáng chú ý nhất là hợp
chất altilisin J và quecertin có giá trị BDE(OH) 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.
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
OH
OH
OOH
OH
O
OH
O
O O
O
O O
H
HO
HO
HO
B
B
B
A
O OH
OHO
H3CO
HO
A C B
1
36
7
OHO
O
OH
OH
1
2
41
2
34
5
6
A
B 3
Altilisin J
Flavanone
Flavone
Chalcone
Mangostin
O
OOH
HO
OH
OH
Quercetin
OH
B
3 43 4
3 4
3
41
1
1
1
2
2
2
2
Hình 3.8. Một số hợp chất chống
oxy hóa polyphenol
18
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
Hợp chất Vị trí O−H
BDE(O−H) kcal/mol
∆BDEc IEd vertical,
eV ONIOMa
(Mô hình 1A)
Thực
nghiệmb
-Mangostin 6 (vòng A) 82,8 - - 8,31
Altilisin J 2 (vòng B) 77,3 - - 8,08
Quecertin 4 (vòng B) 78,4 77,6e 0,8 8,22
Chalcone 4 (vòng B) 82,5 81,0 1,5 8,02
Flavone 4 (vòng B) 82,6 80,6 1,0 8,19
Flavanone 4 (vòng A) 83,7 80,9 2,8 8,00 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].
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
ArOHOOCH3 trong trạng thái trung gian Int‒2 bền hơn so với liên
kết hydro ArOHOOCH3 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, TS-
flavanone, TS-chalcone, TS-flavone và TS-quecertin có giá trị lần
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
19
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
trong các hợp chất polyphenol.
Ngoài ra, giản đồ năng lượng phản
ứng giữa CH3OO• và các hợp chất
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 chê 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
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
Hình 3.10. Giản đồ năng lượng
phản ứng giữa một số hợp chất
polyphenol và gốc tự do
CH3OO•
20
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; 34,4 và 49,0
kcal/mol. Điều này gây khó khăn cho các tiểu phân khi phản 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
ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp
TS(6,6)-1 là thuận lợi về mặt nhiệt
động.
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 Int-chalcone, Int-flavone và Int-
flavanone 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
Hình 3.13. Phản ứng Bingel -
Hirsch giữa các dẫn xuất của
malonate và fullerene
Hình 3.14. Giản đồ năng lượng
của phản ứng giữa ion âm dimethyl
bromomalonate và fullerene
[6,6]
[5,6
]
CC
Br
O
RO
OOMe
Br
RO OMe
O O
CC
O
RO
OOMe
-Br
R = Methyl (Me) :
R = Flavone :
R = Chalcone :
OH
OH
OOH
OH
R = Flavanone :
OH2C
OH
O
OH2C
O
O
OH2C
O
H
-CH3
21
trung gian tạo thành bền hơn so với
chất tham gian phản ứng. Hàng rào
năng lượng tương ứng với các trạng
thái chuyển tiếp TS-chalcone, TS-
flavone 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 PC-
chalcone, 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 fullerene-
flavonoid 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 fullerene-
flavonoid ở liên kết (6,6) là phù hợp với kết quả thực nghiệm.
Hình 3.17. Giản đồ năng lượng
của phản ứng flavonoid
malonate với fullerene
22
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, C60-
flavone và C60-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, C60-
flavone 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 BDE(O−H)b
- kcal/mol
IEc vertical - eV
P-chalcone 66,5 (82,5) 8,97 [8,02]d
P-flavone 70,3 (82,6,) 8,96 [8,19] d
P-flavanone (vòng A) 68,5 (83,7) 8,89 [8,00] d a Cấu trúc các dẫn xuất C60-flavonoid được hiển thị Hình 3.18. b Tính bằng phương pháp ONIOM((RO)B3LYP/6-
311++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.
23
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
mangostin có nguồn gốc từ cây sa
kê và vỏ măng cụt
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, cac phan ưng 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
đâu tương ứng là −14,0;
−10,3 và −18,0 kcal/mol.
Điều này chứng tỏ rằng trạng
thái trung gian tạo thành bền
OH3CO
O O
+C60(CBr4, DBU, rt)
OH3CO
O O
OH3CO
O O
+C60(CBr4, DBU, rt)
OH3CO
O O
+C60(CBr4, DBU, rt)
OH3CO
O O
C60-Altilisin J
OH3CO
O O
OO
OH O
OCH3
OH
C60-Mangosteen-1
OO
OOH
OH
1
2
41
2
34
5
6
A
B 3
OO
OOH
OH
1
2
41
2
34
5
6
A
B 3
O
OH
O
O
H3CO OH
O
OH
O
O
H3CO OH
OO
OH O
OCH3
OH
C60-Mangosteen-2(1) (2)
(3)
B
B
B
B
12
3
12
3
1
2 3
1
2 3
Hình 3.20. Phản ứng Bingel -
Hirsch giữa các dẫn xuất của
malonate và fullerene
Hình 3.21. Giản đồ năng lượng của phản ứng
giữa ion âm dimethyl bromomalonate có nguồn
gốc từ cây sa kê và măng cụt với fullerene
24
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 đâu 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(OH) 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 OH. Giá trị BDE(OH) của các hợp chất C60-
mangostin-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 co kha
năng chống oxy hóa theo cơ chế ngắt mạch oxy hoa 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 tiên 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
Hợp chất BDE(O−H)a
kcal/mol
IEb vertical,
eV
EAb vertical,
eV
Mangostin 82,8 8,31 1,47
Altilisin J 77,3 8,08 2,14
C60-mangostin-1 69,3 8,90 3,53
C60-mangostin-2 67,7 8,91 3,56
C60-altilisin J 65,3 8,92 3,61 a Sử dụng mô hình 1A và tính ở mức
ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6). b Tính bằng phương pháp PM6.
25
ứng tương đối giữa fullerene với các dẫn xuất malonat mangostin-1,
mangostin-2 và altilisin J lần lượt là: 9,5; 8,5 và 7,3 kcal/mol. Các dẫn
xuất fullerene mới được đánh giá là có khả năng chống oxy hóa cao
thông qua các thông số đặc trưng như: BDE, IE và EA. Câu truc phân
tử fullerene ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chống oxy hóa cua các
hợp chất fullerene-altilisin J và fullerene-mangostin: lam giảm giá trị
BDE nhưng lại tăng IE và EA.
NHỮNG KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
Trong luận án này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu một cách hệ
thống khả năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol có nguồn
gốc từ cây sa kê, măng cụt và dẫn xuất fullerene - flavonoid bằng
phương pháp hóa tính toán. Thông qua đó, chúng tôi đã thiết kế các
hợp chất chống oxy hóa có nguồn gốc từ thiên nhiên trên nền fullerene.
Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Đã chứng minh được tính chính xác và độ tin cậy của phương
pháp ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6) thông qua 7 mô
hình khác nhau. Trong đó, phương pháp ONIOM 1A là sự lựa chọn tốt
nhất dùng để tính BDE(O−H) của các hợp chất phenolic.
2. Từ sự phân tích và so sánh giữa giá trị tính toán và giá trị thực
nghiệm, chúng tôi có thể kết luận rằng phương pháp PM6 được xem
là phương pháp thích hợp để tính năng lượng ion hóa của các hợp chất
là dẫn xuất phenol.
3. Đã nghiên cứu khả năng chống oxy hóa các hợp chất
polyphenol có nguồn gốc từ cây sa kê và măng cụt thông qua 3 cơ chế
HAT, SET-PT và SPLET. Dựa vào giá trị BDE(O−H), hợp chất S12,
M10 và M11 được xem như là một chất chống oxy hóa tiềm năng với
giá trị BDE tính trong pha khí lần lượt là 77,3; 82,3 và 82,8 kcal/mol.
4. Đã nghiên cứu khả năng dập tắt gốc tự do CH3OO• của một số
hợp chất polyphenol bằng phương pháp hóa tính toán. Hàng rào năng
lượng của phản ứng giữa gốc tự do CH3OO• và altilisin J, -
mangostin, flavanone, chalcone, flavone và quecertin có giá trị lần
lượt là 15,3; 20,4; 18,4; 18,6; 19,7 và 16,1 kcal/mol.
5. Đã làm sáng tỏ cơ chế của phản ứng Bingel - Hirsch giữa ion
âm dimethyl bromomalonate và fullerene (C60). Kết quả nghiên cứu
26
cho thấy rằng sản phẩm tạo thành ở liên kết (6,6) là ưu tiên hơn so với
liên kết (5,6), điều này cũng phù hợp với kết quả thực nghiệm [24] và
con đường phản ứng đi qua trạng thái chuyển tiếp TS(6,6)-1 là thuận lợi
về mặt nhiệt động.
6. Đã tính được giá trị BDE(O−H) của dẫn xuất C60-chalcone,
C60-flavone và C60-flavanone lần lượt là 66,5; 70,3 và 68,5 kcal/mol,
thấp hơn rất nhiều so với giá trị BDE(O−H) của các hợp chất flavonoid
với độ giảm trung bình 14,5 kcal/mol. Tuy nhiên, giá trị IE của các dẫn
xuất fullerene này thì cao hơn so với các flavonoid (chalcone, flavone
và flavanone) khoảng 0,87 eV. Vì vậy, các dẫn xuất fullerene -
flavonoid dễ cho nguyên tử hydro nhưng khó cho electron.
7. Đã thiết kế được các hợp chất chống oxy hóa mới từ fullerene
và hợp chất phenolic co nguôn gôc thiên nhiên bằng phản ứng Bingel-
Hirsch. Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất này được khao sat
thông qua các thông số đặc trưng là BDE, IE và EA. Kết quả nghiên cứu
trên cho thấy các dẫn xuất fullerene mới có khả năng chống oxy hóa rất
cao vì đã kết hợp được cả tính chất của fullerene và hợp chất phenolic.
NHỮNG ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Những kết quả đạt được trong luận án đã mở ra những định hướng
nghiên cứu triển vọng có thể tiếp cận trong thời gian đến để đề tài này
hoàn chỉnh. Cụ thể:
1. Tiếp tục nghiên cứu về mặt động hóa học khả năng chống oxy
hóa của các hợp chất polyphenol và dẫn xuất fullerene.
2. Tiến hành tổng hợp các dẫn xuất fullerene - polyphenol và thử
hoạt tính sinh học trong in vivo và in vitro.
3. Kết hợp phương pháp lý thuyết với thực nghiệm để đánh giá và
làm rõ hoạt tính và cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất có nguồn
gốc thiên nhiên. Trên cơ sở đó có thể thiết kế và tổng hợp các hợp chất
mới có khả năng chống oxy hóa cao.
27
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Nguyen Minh Thong, Thi Chinh Ngo, Duy Quang Dao, Tran Duong, Quoc
Tri Tran, Pham Cam Nam (2016), “Functionalization of fullerene via the
Bingel reaction with α-chlorocarbanions: an ONIOM approach”, Journal of
8 (ring A) 413,97 35,74 -378,23 0,75 84,84 84,09 234,52 4,74 -229,78 a PA = PAnước - PAkhí.
bETE = ETEnước - ETEkhí.
cPDE = PDEnước - PDEkhí.
3.4.4.2. Electron transfer energy
In gas phase and in water, ETE values are always lower than
those of IE. This indicates that the single electron transfer process
from the anionic form is more preferable than that from the neutral
form, which agrees with the results obtained by other studies. From
the ETE values in Table 3.13, it can be seen that the water effect
induces a significant increase in ETEs of phenolate anions; it means
that water solvent is unfavorable for the following electron transfer
process. The average difference between ETEs in the gas phase and
water solvent is approximately 19,07 kcal/mol.
3.4.5. Reviews
The antioxidative activities of 14 xanthones extracted from the
pericarp of G. Mangostana in gas phase and water have been studied
through HAT, SETPT and SPLET mechanisms, respectively. We
have calculated the parameters of BDE, IE, PA, ETE and PDE
according to the mechanism proposed in the literature for the radical
scavenging activity. On the basis of the obtained results in the gas
phase and water, the conclusions can be drawn as follows:
- Among the three mechanisms, HAT is thermodynamically
preferred in gas phase and SPLET is more favored in water.
- Significant differences between gas phase and water enthalpies
are characteristic for the reactions involving charged species.
- Among the studied fourteen xanthones, compound M10 and
16
M11 are predicted to be potential antioxidants, this agrees with the
results obtained from other studies.
3.5. THE ABILITY OF FREE RADICAL SCAVENGING BY
NATURAL POLYPHENOLS
3.5.1. Introduction
In this section, we conducted a
systematic study to clarify on the
antioxidant properties of polyphenols
compounds (Figure 3.8).
3.5.2. Bond dissociation energy
and ionization energy
The data in Table 3.14 shows
BDE values varies between 77,3 to
83,7 kcal/mol. The average deviation
of BDE values between ONIOM
methods and experiment is about 1,5
kcal/mol. This confirms once again
the accuracy of the
ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6) method for calculating
BDE(O-H). Especially, BDE(O‒H) values of altilisin J and quecertin
are 77,3 and 78,4 kcal/mol, respectively, which are lower than other
compounds. The decrease of BDE is caused by the two hydroxyl
groups at ortho position. This proves that the hydrogen atom transfer
from OH groups of altilisin J and quecertin compounds for free
radicals is easier than OH groups of other compounds. So OH group
at position 2 (ring B) of altilisin J and OH group at position 4 (ring
B) of quecertin play an important role in HAT mechanism.
From the results in Table 3.14 shows that the IE value of the
polyphenol compounds is arranged in the following order: flavanones
<chalcone<altilisin J<flavone<quecertin<α-mangostin. Compare two
value range of BDE and IE, we see the arrangement order of
polyphenols does not have the same trends. This heterogeneity is
explained that the BDE value is affected by local effects caused by the
functional groups, meanwhile, the IE value is affected by the structure
of the whole molecule. In other words, in SET mechanisms, the factor
determining the IE value is not positioning and conjugate of π
electrons rather than the presence of the groups in the molecule.
OH
OH
OOH
OH
O
OH
O
O O
O
O O
H
HO
HO
HO
B
B
B
A
O OH
OHO
H3CO
HO
A C B
1
36
7
OHO
O
OH
OH
1
2
41
2
34
5
6
A
B 3
Altilisin J
Flavanone
Flavone
Chalcone
Mangostin
O
OOH
HO
OH
OH
Quercetin
OH
B
3 43 4
3 4
3
41
1
1
1
2
2
2
2
Figure 3.8. Some antioxidant
polyphenol compounds
17
Table 3.14. BDE (O-H) and IE value of polyphenols in the gas phase
Compounds Position
O−H
BDE(O−H) kcal/mol
∆BDEc IEd vertical,
eV ONIOMa
(Model 1A)
Expt..b
-Mangostin 6 (ring A) 82,8 - - 8,31
Altilisin J 2 (ring B) 77,3 - - 8,08
Quecertin 4 (ring B) 78,4 77,6e 0,8 8,22
Chalcone 4 (ring B) 82,5 81,0 1,5 8,02
Flavone 4 (ring B) 82,6 80,6 1,0 8,19
Flavanone 4 (ring A) 83,7 80,9 2,8 8,00 a Calculate the theoretical level ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6). b Ref. [24].
c ∆BDE = BDE (ONIOM) - BDE (expt.). d Calculated method PM6. e Ref. [34].
3.5.3. Reaction between peroxyl radical (CH3OO•) and
polyphenols
Observe Figure 3.10, the reaction tendency of the polyphenols
with free radicals CH3OO• is quite similar. The first intermediate
states Int-1 are more stable than the reactants by amount of 3,5 - 7,9
kcal/mol. The relative energy of Int-2 is lower than one of Int-1
about 8,2 - 15,1 kcal/mol. This shows that the hydrogen bonds
ArO…HOOCH3 in the intermediate state Int-2 is more durable than
the hydrogen bonds ArOH…OOCH3 in the intermediate state Int-1.
Transitional state (TS) is the saddle
points on the reaction energy
diagram (Figure 3.10). Energy
barrier corresponding to the
transitional states TS-altilisin J,
TS-α-mangostin, TS-flavanones,
TS-chalcone, TS-flavone and TS-
quecertin have values of 15,3; 20,4;
18,4; 18,6; 19,7 and 16,1 kcal/mol,
respectively. All the reactions
between polyphenols and free
radicals CH3OO• are exothermic
reactions. The products
(phenoxyl radicals) have
relatively lower energy than the
Figure 3.10. Potential energy surface
for reaction between polyphenols
and free radical CH3OO•
18
reactants of about 9,6 - 17,5 kcal/mol. This proves that formed
phenoxyl free radicals are more stable and less react than CH3OO•
radicals.
From the comparison of the values in Table 3.14 and Figure 3.10,
all free radical scavenging reactions of polyphenols are exothermic
and thermodynamically favorable. With lower BDE, the hydrogen
abstraction reaction will be smaller energy barrier and stronger
exothermicity.
3.5.4. Reviews
In this study, the antioxidant ability of natural polyphenol
compounds have been studied using the computational chemistry
methods through two mechanisms HAT and SET-PT. The study
results showed that ortho-dihyroxyl structure has a very important
role in the mechanism of HAT. It is the reason that increase the
antioxidant ability of the hydroxyl group in the polyphenol
compounds. In addition, potential energy surface for reaction
between CH3OO• and polyphenol is also established. The reactions
for free radical scavenging of polyphenols are exothermic reactions
and are thermodynamically favorable
3.6. FUNCTIONALIZATION OF FULLERENE (C60) WITH
FLAVONOID MALONATE DERIVATIVES
3.6.1. Introduction
Based on the synthesis process described by Enes et al., the
diagram of the synthesis process of fullerene derivatives - flavonoids
is presented in Figure 3.13.
3.6.2. Bingel - Hirsch reaction
mechanism
Because of the C60 molecule has
2 types of bonds C-C including: the
bond (6,6) and the bond (5,6) (Figure
3.13), thus the products will have two
respective isomers, (6,6)-
C60C(COOCH3)2 and (5,6)-
C60C(COOCH3)2. The reaction paths
for the formation of isomeric
products of C60C(COOCH3)2 are
illustrated in Figure 3.14. Each
Figure 3.13. Bingel - Hirsch
reaction between and fullerene
derivatives malonate
[6,6]
[5,6
]
CC
Br
O
RO
OOMe
Br
RO OMe
O O
CC
O
RO
OOMe
-Br
R = Methyl (Me) :
R = Flavone :
R = Chalcone :
OH
OH
OOH
OH
R = Flavanone :
OH2C
OH
O
OH2C
O
O
OH2C
O
H
-CH3
19
isomer products will go through two the transition states (TS).
Comparing the energy
barrier of the reaction paths,
the product (6,6)-
C60C(COOCH3)2 is created
through the transition state
TS(6,6)-1 is most convenient,
energy barrier value of 17,6
kcal/mol. The three remaining
paths reaction (going
through the transition states
TS(6,6)-2, TS(5,6)-1 and TS(5,6)-2)
is not a priority because
there are higher barriers
energy with the value of 43,2; 34,4 and 49,0 kcal/mol.
From the resulting reaction energy diagram between dimethyl
bromomalonate anion and fullerene, we can conclude that the
cycloaddition reaction at the (6,6) bond is more favorable than one at
(5,6) bond and the reaction path which goes through the transition
state TS(6,6)-1 is thermodynamically favorable.
3.6.3. The cycloaddition reaction between bromocarbanion
originating from chalcone, flavone and flavanone
As can be seen in Figure 3.17, the
tendency is quite similar for all
reactions of flavonoid malonates with
fullerene. The first intermediates
namely Int-chalcone, Int-flavones
and Int-flavanones are more stable
than the reactants by amount of -
16,0; -12,3 and -13,7 kcal/mol.
Energy barriers of TS-chalcone, TS-
flavones and TS-flavanones are
16,8; 11,4; 16,3 kcal/mol,
respectively. Relative energy of the
complex products namely PC-
chalcone, PC-flavones and PC-
flavanones are predicted about -
Figure 3.14. Potential energy surface
for reaction reaction between fullerene
and dimethyl bromomalonate anion
Figure 3.17. PES of cycloaddition
reaction of C60 and the flavonoid
malonates
20
18,3; -15,8 and -14,3 kcal/mol in comparison to the reactants. The
products are yielded without transition states by an elimination of Br‒.
3.6.4. Reviews
Bingel - Hirsch reaction mechanism between fullerene and
dimethyl bromomalonate anion has been studied in detail using semi-
empirical method (PM6) combined with DFT. The study results show
that the reaction path goes through the transition state TS(6.6)-1 to form
the product (6,6)-C60C(COOCH3)2 is thermodynamically favorable. In
addition, the energy profile of fullerene functionalization from
malonate derivatives containing chalcone, flavone and flavanone are
also established. Obviously, the fullerene flavonoid conjugates were
produced via the Bingel-Hirsch mechanism and the theoretical results
in this section is quite suitable with the experimental procedures to
synthesize fullerene-flavonoid conjugates
3.7. ANTIOXIDANT ACTIVITIES OF FULLERENE
DERIVATIVES FROM CHALCONE, FLAVONE AND
FLAVANONE
3.7.1. Introduce
3.7.2. The antioxidant capacity of the title fullerene derivatives
via H-atom and electron transfer mechanism Table 3.18. BDE(O-H)s and IE of C60-chalcone, C60- flavones and C60-
flavanones
As can be seen in
Table 3.18, C60 affects
strongly on the BDE(O–
H) of the flavonoids.
This can be explained by
the π conjugated system
of C60. There is a
consistently significant
decrease of the calculated BDE(O–H)s for three fullerene conjugates.
It makes C60 flavonoid conjugates play a dual role of a powerful
chain-breaking antioxidant as well as a radical sponge. BDE(O-H)s
of C60-chalcone, C60-flavones and C60-flavanones are 66,5; 70,3 and
68,5 kcal/mol, respectively.
Ionization energy, another thermoparameter relates to the
antioxidant activity of a compound can also be seen from Table 3.18.
Hợp chấta BDE(O−H)b
- kcal/mol
IEc vertical
- eV
P-chalcone 66,5 (82,5) 8,97 [8,02]d
P-flavone 70,3 (82,6,) 8,96 [8,19] d
P-flavanone (ring A) 68,5 (83,7) 8,89 [8,00] d a C60-flavonoid conjugates also displayed in Fig.3.18. b Using the ONIOM((RO)B3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6);
Data in parentheses calculated in benzene solvent in kcal/mol. c Using PM6 method. d Data in bracket are the IEs of chalcone, flavone and
flavanone, respectively
21
Ionization energy determines the stability of an antioxidant
compound in an oxygen rich environment. In fact, the calculated IE
values of C60 flavonoid conjugates at the PM6 method are larger
those of the parent flavonoid (chalcone, flavone and flavanone) about
0.87 eV. This occurs due to the high electron affinity of C60, and as a
result, the loss of electron in C60-flavonoids is much difficult than the
parent compounds
3.7.3. Reviews
Our calculated BDE(O–H)s and IEs are the first theoretical
results reported on the fullerene-flavonoid conjugates. The strong
effect on the antioxidant activity due to the π-electron bond of
fullerene is clearly displayed via the decrease of BDE(O–H) and the
increase of the IEs in three fullerene flavonoid conjugates.
3.8. DESIGNING NOVEL ANTIOXIDANT OF FULLERENE
DERIVATIVES FROM ALTILIS J AND MANGOSTIN
3.8.1. Introduce
On the basis of results from
experimental and theoretical studies
of functionalization of fullerene
with flavonoid malonate
derivatives, we have designed a
new antioxidant on the fullerene
(C60) using computational chemistry
methods. Diagram of the synthesis
process is illustrated in Figure 3.20.
3.8.2. Functionalization of
fullerene with malonate
derivatives originated from altilis
J and mangostin
Following the results of the
previous study, we only focused on
reaction occurs in the bond (6,6)
between malonate derivatives originated from altilisin J and mangostin
with fullerene. Potential energy surface of the reaction between
fullerene and malonate derivatives is illustrated in Figure 3.21.
OH3CO
O O
+C60(CBr4, DBU, rt)
OH3CO
O O
OH3CO
O O
+C60(CBr4, DBU, rt)
OH3CO
O O
+C60(CBr4, DBU, rt)
OH3CO
O O
C60-Altilisin J
OH3CO
O O
OO
OH O
OCH3
OH
C60-Mangosteen-1
OO
OOH
OH
1
2
41
2
34
5
6
A
B 3
OO
OOH
OH
1
2
41
2
34
5
6
A
B 3
O
OH
O
O
H3CO OH
O
OH
O
O
H3CO OH
OO
OH O
OCH3
OH
C60-Mangosteen-2(1) (2)
(3)
B
B
B
B
12
3
12
3
1
2 3
1
2 3
Figure 3.20. Bingel - Hirsch
reaction between fullerene and
malonate derivatives
22
Observing Figure 3.21,
the intermediates namely
Int-1a, Int-2a and Int-3a are
more stable than the
reactants by amount -14,0; -
10,3 and –18,0 kcal/mol,
respectively. Energy barrier
of the transition states
namely TS-1, TS-2 and TS-
3 are 15,1; 11,2 and 15,4
kcal/mol, respectively.
Relative energy of complexes
products, Int-1b, Int -2b and
Int-3b compared to the
reactants: -13,2; -8,7 and -19,0 kcal/mol, respectively. The P-1, P-2
and P-3 products are yielded without transition states by an
elimination of Br‒, their relative energies are higher than the
reactants: 9,5; 8,3 and 7,3 kcal/mol.
3.8.3. Antioxidant ability of fullerene-altilisin J and fullerene-
mangostin
The data in Table 3.20 shows that fullerene greatly influences on
BDE(O-H) of mangostin and altilisin J with average reduction of
13,5 kcal/mol. This can be explained by the interaction of fullerene
molecule on the O-H bond. BDE(O-H)s of C60-mangostin-1, C60-
mangostin-2 and C60-altilisin J: 69,3; 67,7 and 65,3 kcal/mol,
respectively.
Ionization energy and electron affinity, another thermoparameter
relates to the antioxidant activity of a compound can also be seen
from Table 3.20. IE and EA of fullerene derivatives are significantly
larger than ones of mangostin and altilisin J. This phenomenon
occurs because the fullerene molecule has very high electron affinity.
The obtained results show that novel fullerene derivatives have high
antioxidant activity because of integrated properties of both fullerene
and phenolic compounds. Table 3.20. BDE(O-H),IE and EA of mangostin, altilisin J, C60-mangostin-
1, C60-mangostin-2 and C60-altilisin J
Figure 3.21 PES of the reaction between
malonate derivatives originated from
altilis J and mangostin and fullerene
23
3.8.4. Reviews
The new antioxidants
based on fullerene and
phenolic compounds
through the Bingel - Hirsch
reaction have been designed.
Potential energy surface for
reaction of fullerene and malonate derivatives originated from altilis
J and mangostin was established. The new fullerene derivative is
considered potentially high antioxidant through specific parameters
such as: BDE, IE and EA. The novel fullerene derivatives have high
antioxidant activity because of integrated properties of both fullerene
and phenolic compounds.
CONCLUSIONS
In this thesis, we have studied a systematic of antioxidant
polyphenol compounds extracted from Artocarpus altilis, the
pericarp of G. Mangosteen and fullerene - flavonoids derivatives
using the computational chemistry methods. In addition, we have
designed the new antioxidant compounds originated from nature
based on fullerene. Thus, the conclusions can be drawn as follows:
1. The accuracy and reliability of the ONIOM(ROB3LYP/6-
311++G(2df,2p):PM6) method were demonstrated through seven
different models. In particular, the ONIOM method with 1A model is
the best choice to calculate BDE(O-H) of phenolic compounds.
2. From the analysis and compare between calculated and
experimental values, we can conclude that the PM6 method is able to
provide reliable evaluation for the ionization energy in phenol
derivatives.
3. Theoretical calculations have been performed to predict the
antioxidant properties of phenolic compounds extracted from
Artocarpus altilis and the pericarp of G. Mangosteen through three
main reaction mechanisms: HAT, SETPT and SPLET. Based on the
BDE(O–H), compound S12; M10 and M11 is considered as a
Compounds BDE(O−H)a
kcal/mol
IEb vertical,
eV
EAb vertical,
eV
Mangostin 82,8 8,31 1,47
Altilisin J 77,3 8,08 2,14
C60-mangostin-1 69,3 8,90 3,53
C60-mangostin-2 67,7 8,91 3,56
C60-altilisin J 65,3 8,92 3,61 a Using model 1A and calculated at
ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6) level. b Using method PM6.
24
potential antioxidants with the estimated BDE value of 77,3; 82,3
and 82,8 kcal/mol in the gas phase, respectively.
4. Having studied the ability of CH3OO• radical scavenging of
some polyphenols using computational chemistry methods. Energy
barrier of the reaction between CH3OO• radical and altilisin J, -