Luận án: Cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol

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
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
HUẾ, NĂM 2016

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
LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Phạm Cẩm Nam
2. PGS. TS. Trần Dương
Huế, năm 2016

i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép
sử dụng và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Việc tham khảo
các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả
Nguyễn Minh Thông

ii
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Cẩm
Nam và PGS. TS. Trần Dương, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
dành nhiều thời gian và công sức hướng dẫn cho tôi hoàn thành luận án.
Lời cảm ơn của tôi cũng xin được gửi đến TS. Đào Duy Quang, TS. Ngô Thị
Chinh, TS. Phạm Lê Minh Thông ở Đại học Duy Tân và các anh chị trong nhóm
nghiên cứu đã dành thời gian thảo luận khoa học và đóng góp các ý kiến quý báu cho
tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý Cô, Thầy trong khoa Hóa, phòng Đào
tạo Sau đại học, Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế và Ban Giám đốc Phân
hiệu Đại học Đà Nẵng tại Kon Tum đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện
luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Việt Nam
(Vietnam National Foundation for Science and Technology Development −
Nafosted) đã hỗ trợ một phần kinh phí thực hiện luận án.
Xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận án.
Nhân dịp này, tôi muốn dành những tình cảm sâu sắc nhất, trân trọng nhất đến
những người thân trong gia đình: Bố Mẹ - những người đã hết lòng nuôi dạy tôi khôn
lớn, luôn động viên hỗ trợ tôi về mọi mặt, các anh chị em đã chia sẻ những khó khăn,
thông cảm và giúp đỡ tôi trong cuộc sống.
Huế, tháng năm 2017
Tác giả
Nguyễn Minh Thông

iii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC HÌNH......................................................................................... xi
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU....................................5
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT POLYPHENOL CÓ TÁC DỤNG CHỐNG
OXY HÓA...............................................................................................................5
1.1.1. Hợp chất polyphenol..................................................................................5
1.1.2. Một số nguyên liệu giàu hợp chất polyphenol ở Việt Nam.....................10
1.1.3. Cơ chế hoạt động của các hợp chất chống oxy hóa polyphenol..............12
1.1.4. Tình hình ứng dụng hóa học tính toán trong nghiên cứu khả năng chống
oxy hóa của hợp chất polyphenol ......................................................................13
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT FULLERENE VÀ DẪN XUẤT
FULLERENE ........................................................................................................15
1.2.1. Lịch sử phát hiện fullerene ......................................................................15
1.2.2. Cấu trúc và liên kết của fullerene ............................................................15
1.2.3. Tính chất vật lý ........................................................................................17
1.2.4. Đặc điểm electron và khả năng phản ứng................................................19
1.2.5. Tính thơm ................................................................................................20
1.2.6. Tính chất hóa học.....................................................................................20
1.2.7. Tình hình nghiên cứu fullerene và dẫn xuất fulerene..............................22
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................23
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................23
2.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ......................................23
2.2.1. Cơ sở phương pháp tính toán hóa lượng tử .............................................23
2.2.2. Phương pháp bán thực nghiệm (semi-empirical methods)......................26
2.2.3. Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory -
DFT methods)....................................................................................................27

iv
2.2.4. Phương pháp ONIOM .............................................................................28
2.3. CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN...................................................................31
2.3.1. Phần mềm Gaussian 09W........................................................................31
2.3.2. Phần mềm Gaussview 5...........................................................................31
2.4. HÓA HỌC TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO NGHIÊN CỨU CÁC HỢP
CHẤT POLYPHENOL VÀ DẪN XUẤT FULLERENE ....................................32
2.4.1. Tối ưu hóa cấu trúc (geometry optimization)..........................................32
2.4.2. Xác định trạng thái chuyển tiếp và tính hàng rào năng lượng.................32
2.4.3. Năng lượng điểm đơn (single point energy)............................................34
2.4.4. Các đại lượng nhiệt động xác định khả năng chống oxy hóa của hợp chất
polyphenol .........................................................................................................35
2.4.5. Mô hình hóa các hệ phân tử trong dung môi...........................................36
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................40
3.1. KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG PHÂN LY LIÊN KẾT
O−H.......................................................................................................................40
3.1.1. Cách chọn mô hình ONIOM 2 lớp ..........................................................40
3.1.2. Áp dụng cho các dẫn xuất của phenol .....................................................42
3.1.3. Áp dụng cho các hợp chất flavonoid .......................................................45
3.1.4. Nhận xét...................................................................................................50
3.2. KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG ION HÓA ..............50
3.2.1. Giới thiệu .................................................................................................50
3.2.2. Đánh giá tính chính xác của phương pháp tính IE ở mức lý thuyết PM6
...........................................................................................................................51
3.2.3. Nhận xét...................................................................................................52
3.3. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC HỢP CHẤT POLYPHENOL
CÓ NGUỒN GỐC TỪ CÂY SA KÊ (ARTOCARPUS ALTILIS).........................53
3.3.1. Lựa chọn một số hợp chất polyphenol có chứa trong cây sa kê..............53
3.3.2. Cơ chế chuyển nguyên tử hydro (HAT) - Năng lượng phân ly liên kết
(BDE).................................................................................................................54
3.3.3. Cơ chế chuyển electron chuyển proton (SET-PT)...................................57

v
3.3.4. Nhận xét...................................................................................................60
3.4. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC HỢP CHẤT POLYPHENOL
CÓ NGUỒN GỐC TỪ VỎ MĂNG CỤT (GARCINIA MANGOSTANA)............61
3.4.1. Các hợp chất polyphenol có chứa trong vỏ măng cụt .............................61
3.4.2. Cơ chế chuyển nguyên tử hydro (HAT) - Năng lượng phân ly liên kết
(BDE).................................................................................................................62
3.4.3. Cơ chế chuyển electron chuyển proton (SET-PT)...................................66
3.4.4. Cơ chế chuyển proton chuyển electron (SPLET)....................................68
3.4.5. Nhận xét...................................................................................................71
3.5. KHẢ NĂNG DẬP TẮT GỐC TỰ DO CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
POLYPHENOL.....................................................................................................71
3.5.1. Giới thiệu .................................................................................................71
3.5.2. Năng lượng phân ly liên kết và năng lượng ion hóa của một số hợp chất
polyphenol .........................................................................................................72
3.5.3. Phản ứng dập tắt gốc tự do peroxyl (CH3OO•
) của một số hợp chất
polyphenol .........................................................................................................74
3.5.4. Nhận xét...................................................................................................79
3.6. CHỨC NĂNG HÓA FULLERENE BẰNG CÁC DẪN XUẤT MALONATE
...............................................................................................................................80
3.6.1. Giới thiệu .................................................................................................80
3.6.2. Cơ chế phản ứng Bingel - Hirsch ............................................................81
3.6.3. Phản ứng đóng vòng giữa fullerene và dẫn xuất flavonoid malonate có
nguồn gốc từ chalcone, flavone và flavanone ...................................................85
3.6.4. Nhận xét...................................................................................................89
3.7. KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA CÁC DẪN CHẤT LAI HÓA
FULLERENE VÀ CHALCONE, FLAVONE, FLAVANONE ...........................89
3.7.1. Giới thiệu .................................................................................................89
3.7.2. Khả năng chống oxy hóa của các dẫn chất lai hóa fullerene và chalcone,
flavone, flavanone..............................................................................................90
3.7.3. Nhận xét...................................................................................................91

vi
3.8. THIẾT KẾ CÁC HỢP CHẤT CHỐNG OXY HÓA CÓ NGUỒN GỐC TỪ
CÂY SA KÊ VÀ MĂNG CỤT TRÊN NỀN FULLERENE ................................91
3.8.1. Giới thiệu .................................................................................................91
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........................................................................93
3.8.3. Khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất fullerene-altilisin J và fullerene-
mangostin...........................................................................................................96
3.8.4. Nhận xét...................................................................................................97
NHỮNG KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN.....................................................99
NHỮNG ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................................101
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .....................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................104

vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AO Atomic Orbital: Orbital nguyên tử
BDE Bond Dissociation Enthalpy: Năng lượng phân ly liên kết.
DFT Density Functional Theory: Lý thuyết phiếm hàm mật độ.
EA Electron Affinity: Ái lực electron
ETE Electron Transfer Enthalpy: Năng lượng chuyển electron.
FAB Fast Atom Bombardment: Bắn phá nhanh bằng nguyên tử.
HAT Hydrogen Atomic Transfer: Chuyển nguyên tử hydro.
HOMO Highest Occupied Molecular Orbital: Orbital phân tử bị chiếm cao nhất.
IE Ionization Energy: Năng lượng ion hóa.
IEFPCM Integral Equation Formalism Polarizable Continuum Model: Mô hình
phân cực liên tục sử dụng phương trình tích phân.
IRC Intrinsic Reaction Coordinate: Tọa độ phản ứng nội.
LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital: Orbital phân tử chưa bị chiếm
thấp nhất.
MM Molecular Mechanics: Cơ học phân tử
MO Molecular Orbital: Orbital phân tử
ONIOM Our own N-layered Integrated molecular Orbital and
molecular Mechanics: Phương pháp tích hợp cơ học phân tử và orbital
phân tử với N lớp.
PA Proton Affinity: Ái lực proton.
PCM Polarized Continuum Model: Mô hình phân cực liên tục.
PDE Proton Dissociation Enthalpy: Năng lượng phân ly proton.
PES Potential Energy Surface: Bề mặt thế năng.
QM Quantum Mechanics: Cơ học lượng tử
ROS Reactive Oxygen Species: Tác nhân phản ứng chứa oxy.
SCRF Self Consistent Reaction Field: Trường phản ứng tự hợp.
SD Standard Deviation: Độ lệch chuẩn.
SET−PT Single Electron Transfer-Proton Transfer: Chuyển một electron chuyển
proton.

viii
SPLET Sequential Proton Loss Electron Transfer: Chuyển proton mất electron.
TCE Thermal Correction to Enthalpy: Hiệu chỉnh năng lượng dao động nhiệt
đối với enthalpy.
TCGFE Thermal Correction to Gibbs Free Energy: Hiệu chỉnh năng lượng dao
động nhiệt đối với năng lượng tự do Gibbs.
ZPE Zero Point Energy: Năng lượng điểm không.

ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Độ tan của C60 trong các dung môi phổ biến ...........................................18
Bảng 3.1. Các giá trị ∆S trong phương pháp ONIOM(ROB3LYP/6-311++G
(2df,2p):PM6) đối với model 1A ..............................................................................44
Bảng 3.2. Giá trị BDE(O−H) của các ubiquinol (kcal/mol).....................................45
Bảng 3.3. BDE(O−H) của các dẫn xuất phenol - kcal/mol ......................................47
Bảng 3.4. BDE(O−H) của các hợp chất flavonoid trong Hình 3.4 (kcal/mol).........48
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............................................................................51
Bảng 3.6. Năng lượng phân ly liên kết O–H và năng lượng phân ly proton tính bằng
phương pháp PM6 (kcal/mol) ...................................................................................55
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)..........................57
Bảng 3.8. Giá trị năng lượng ion hóa (eV) tính bằng phương pháp PM6 của 12 hợp
chất nghiên cứu .........................................................................................................58
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) ...................................................................................59
Bảng 3.10. Giá trị BDE (OH) của các hợp chất nghiên cứu tính bằng phương pháp
PM6...........................................................................................................................64
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/6-311++G(2df,2p):PM6).............65
Bảng 3.12. Năng lượng ion hóa của 14 hợp chất xanhthone có nguồn gốc từ vỏ măng
cụt tính bằng phương pháp PM6...............................................................................66
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 trong pha khí và nước
...................................................................................................................................68
Bảng 3.14. Giá trị BDE(O−H) và IE trong pha khí của một số hợp chất polyphenol
...................................................................................................................................73

x
Bảng 3.15. Giá trị năng lượng của các phần tử tham gia phản ứng giữa một số hợp
chất polyphenol và gốc tự do CH3OO• tính ở mức lý thuyết ONIOM (B3LYP/6-
311G++(2df,2p):PM6) ..............................................................................................75
Bảng 3.16. Giá trị năng lượng của các phần tử tham gia phản ứng giữa ion âm
dimethyl bromomalonate và fullerene tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-31G(d)//PM6
trong pha khí (Đơn vị: hartree) .................................................................................81
Bảng 3.17. Giá trị năng lượng của các phần tử tham gia phản ứng giữa ion âm
flavonoid malonate và fullerene tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-31G(d)//PM6 trong
pha khí.......................................................................................................................86
Bảng 3.18. Giá trị BDE(O−H) và IE của dẫn xuất C60-chalcone, C60-flavone và C60-
flavanone...................................................................................................................90
Bảng 3.19. Giá trị năng lượng của các phần tử tham gia phản ứng giữa dẫn xuất
malonate có nguồn gốc từ altilisin J, mangostin và fullerene tính ở mức lý thuyết
B3LYP/6-31G(d)//PM6 trong pha khí ......................................................................93
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.........................................................................97

xi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của các hợp chất polyphenol đơn giản.........................................5
Hình 1.2. Cấu trúc tổng quát của hợp chất flavonoid.................................................6
Hình 1.3. Cấu trúc của hợp chất flavone....................................................................6
Hình 1.4. Cấu trúc của hợp chất flavonol...................................................................7
Hình 1.5. Cấu trúc của hợp chất flavanone ................................................................7
Hình 1.6. Cấu trúc của hợp chất dihydroflavonol ......................................................8
Hình 1.7. Cấu trúc của hợp chất flavanol...................................................................8
Hình 1.8. Cấu trúc của hợp chất chalcone..................................................................9
Hình 1.9. Cấu trúc của hợp chất isoflavone ...............................................................9
Hình 1.10. Cấu trúc của hợp chất anthocyanidin .....................................................10
Hình 1.11. Hình ảnh cây sa kê..................................................................................10
Hình 1.12. Hình ảnh về cây và vỏ quả măng cụt......................................................11
Hình 1.13. Sơ đồ các cơ chế chống oxy hóa ............................................................13
Hình 1.14. a) Icosahedron b) Truncated Icosahedron c) Fullerenes, C60 ................16
Hình 1.15. Cấu trúc của C60: a) Liên kết ở cầu nối vòng (6,6); b) Liên kết ở cầu nối
vòng (5,6) ..................................................................................................................16
Hình 1.16. Góc hình chóp (p = (π - 900
) của: a) C lai hóa sp2
phẳng; b) C lai hóa
sp3
tứ diện và c) C lai hóa sp2
không phẳng..............................................................17
Hình 1.17. Giản đồ orbital phân tử Huckel (HMO) của C60 và benzene .................19
Hình 1.18. Một số phản ứng của C60 ........................................................................21
Hình 1.19. Cơ chế phản ứng Bingel.........................................................................22
Hình 2.1. Sơ đồ phân chia hê ̣phân tử bằng phương pháp ONIOM: (a) ONIOM hai
lớp, (b) ONIOM ba lớp, và (c) ONIOM n-lớp .........................................................30
Hình 2.2. Giản đồ năng lượng..................................................................................33
Hình 2.3. Mô hình Onsager (SCRF = Dipole) .........................................................37
Hình 2.4. Mô hình IEFPCM (SCRF = IEFPCM).....................................................37
Hình 2.5. Mô hình IPCM (SCRF = IPCM)..............................................................38
Hình 2.6. Mô hình SCIPCM (SCRF = SCIPCM) ....................................................38

xii
Hình 3.1. Cách chọn các mô hình ONIOM 2 lớp.....................................................41
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..............................................................................43
Hình 3.3. Cấu trúc và mô hình ONIOM 2 lớp của ubiquinol-n (n = 2, 6, 10) .........45
Hình 3.4. Các hợp chất flavonoid dùng để khảo sát mô hình ONIOM....................46
Hình 3.5. Sự tương quan giữa IE adiabatic và giá trị thực nghiệm..........................52
Hình 3.6. Cấu trúc của 12 hợp chất nghiên cứu có nguồn gốc từ cây sa kê ............54
Hình 3.7. Cấu trúc của các hợp chất có nguồn gốc từ vỏ măng cụt và hợp chất liên
quan ...........................................................................................................................62
Hình 3.8. Một số hợp chất chống oxy hóa polyphenol ............................................72
Hình 3.9. Cấu trúc của trạng thái trung gian Int-1, Int-2 và trạng thái chuyển tiếp
(TS) của phản ứng giữa quecertin và gốc tự do CH3OO•
.........................................74
Hình 3.10. Giản đồ năng lượng phản ứng giữa một số hợp chất polyphenol và gốc tự
do CH3OO•................................................................................................................77
Hình 3.11. Các tọa độ phản ứng nội (IRC) của phản ứng giữa hợp chất polyphenol
và gốc tự do CH3OO•
................................................................................................78
Hình 3.12. Sự tương quan giữa BDE và hàng rào năng lượng (Er) của phản ứng giữa
gốc tự do (CH3OO•
) và một số hợp chất polyphenol................................................79
Hình 3.13. Phản ứng Bingel - Hirsch giữa các dẫn xuất của malonate và fullerene80
Hình 3.14. Giản đồ năng lượng của phản ứng giữa ion âm dimethyl bromomalonate
và fullerene................................................................................................................83
Hình 3.15. Cấu trúc hình học của trạng thái trung gian, trạng thái chuyển tiếp, phức
sản phẩm và sản phẩm của phản ứng giữa ion âm [CBr(COOCH3)2]−
và C60. Độ dài
liên kết được tính bằng Angstroms (Å).....................................................................84
Hình 3.16. Các tọa độ phản ứng nội (IRC) của phản ứng giữa ion âm
[CBr(COOCH3)2]−
và C60..........................................................................................85
Hình 3.17. Giản đồ năng lượng của phản ứng flavonoid malonate với fullerene....87
Hình 3.18. Cấu trúc hình học của trạng thái trung gian, trạng thái chuyển tiếp, phức
sản phẩm và sản phẩm của phản ứng giữa flavonoid malonate và fullerene. Độ dài
liên kết được tính bằng Angstroms (Å).....................................................................88

xiii
Hình 3.19. Các tọa độ phản ứng nội (IRC) của phản ứng giữa flavonoid malonate và
fullerene.....................................................................................................................88
Hình 3.20. Phản ứng Bingel - Hirsch giữa các dẫn xuất của malonate và fullerene92
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 ...............................................94
Hình 3.22. Cấu trúc tối ưu của trạng thái trung gian, trạng thái chuyển tiếp, phức sản
phẩm và sản phẩm của phản ứng giữa polyphenol malonate và fullerene................95
Hình 3.23. Tọa độ phản ứng (IRC) của phản ứng giữa dimethyl bromomalonate có
nguồn gốc từ cây sa kê và măng cụt với fullerene....................................................96

1
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 [40]. 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 [17,
105]. 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

2
sa kê và vỏ măng cụt đã được báo cáo [49, 57, 72, 126], 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 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 [56, 78]. 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 [125].
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 [25,
119]. 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
[50, 90]. 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 [2, 30, 46, 110]. 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 [20, 21, 24]. 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.

3
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 fullerene-polyphenol bằng phương pháp
hóa tính toán.
- 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.

4
Những đóng góp mới của luận án đã được công bố trên các tạp chí Quốc tế uy
tín trong danh mục ISI cũng như trên các tạp chí Quốc gia uy tín:
- Journal of Molecular Modeling, 2016, 22, pp.113-121.
- Chemical Physics Letters, 2016, 652, pp.56–61.
- Chemical Physics Letters, 2015, 625, pp. 30–35.
- Springer International Publishing, 2015, 46, pp. 464-469.
- Chemical Physics Letters, 2014, 613, pp. 139–145.
- Tạp chí KHCN - ĐHĐN, 2016, Số 5(102), trang 95-98.
- Tạp chí Khoa học Đại học Huế, 2016, Số 3(117).
- Tạp chí Khoa học và Công nghệ (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), 2016
Số 54(2B), trang 149-155.
Cấu trúc của luận án gồm các phần sau:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về hệ chất nghiên cứu
- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- Những kết luận chính của luận án
- Định hướng nghiên cứu tiếp theo
- Danh mục các công trình liên quan đến luận án
- Tài liệu tham khảo

5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT POLYPHENOL CÓ TÁC DỤNG CHỐNG
OXY HÓA
Polyphenol là các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên và tồn tại trong thực vật
được chứng minh là có khả năng chống oxy hóa vô cùng hiệu quả. Polyphenol có thể
bảo vệ cơ thể, giúp cơ thể chống lại nhiều loại bệnh khác nhau do gốc tự do gây ra.
Đặc điểm chung của chúng là trong phân tử có vòng thơm (vòng benzen) chứa một
hay hai, ba... hoặc nhiều nhóm hydroxyl (OH) gắn trực tiếp vào vòng benzen. Tùy
thuộc vào số lượng và vị trí tương hỗ của các nhóm OH với bộ khung hóa học mà các
tính chất lý hoá học hoặc hoạt tính sinh học thay đổi.
1.1.1. Hợp chất polyphenol
- Những hợp chất polyphenol đơn giản
Chỉ có một số ít hợp chất phenolic đơn giản (hợp chất chỉ chứa 1 vòng benzen)
tồn tại trong tự nhiên. Chẳng hạn, resorcinol (1,3-dihydroxybenzen) và
phloroglucinol (1,3,5-trihydroxybenzen) là những hợp chất được hình thành từ nhựa
cây và vỏ cây ăn trái (Hình 1.1).
OHO
HO
OH
OH
Acid shikimic
OHO
OH
O
OH
O
CH2
Acid chorismic
O OH
Acid cinamic
HO OH HO OH
OHO
HO
OH
OH
OH
Resorcinol Phloroglucinol Acid gallic
OHO
OH
OCH3
Acid vanillic
HO
OH
OCH3
Aldehyd vanillin
O OH O OH
OH
OHOH
O OH
OCH3
OH
O OH
OCH3
OH
HO
O OH
OCH3
OH
H3CO
OHO O
Acid p-coumaricAcid caffeic Acid ferulic Acid 5-hydroxyferulic Acid sinapic Umbelliferone
Hình 1.1. Cấu trúc của các hợp chất polyphenol đơn giản
Acid phenolic là những hợp chất có đặc điểm của nhóm chức caboxylic (ví
dụ: acid gallic, acid vanillic...) và aldehyd hydroxybenzoic là những hợp chất có đặc

6
điểm của nhóm chức aldehyd (ví dụ: aldehyd vanillin). Các acid cinnamic phổ biến
là acid cinnamic, acid p-coumaric, acid caffeic, acid ferulic, acid 5-hydroxyferulic và
acid sinapic (Hình 1.1).
- Flavonoid
Những hợp chất thuộc họ flavonoid có số lượng rất lớn và được nghiên cứu
nhiều nhất trong các hợp chất polyphenol. Cho đến nay đã có hơn 8000 hợp chất thuộc
họ flavonoid đã được phát hiện. Chúng có bộ khung hóa học C6−C3−C6’ (Hình 1.2).
O
A
B
C
1'
2'
3'
4'
5'
6'2
3
45
6
7
8
Hình 1.2. Cấu trúc tổng quát của hợp chất flavonoid
Dựa vào bản chất của cấu trúc cơ bản, flavonoid được phân chia thành nhiều
phân lớp khác nhau, ví dụ: (i) Vòng dị tố (đóng và mở), (ii) sự có hoặc không có liên
kết đôi C2=C3 và nhóm carbonyl ở C4 và (iii) vị trí của vòng B (ở vị trí C2 hoặc C3).
Hầu hết các flavonoid đều có nhóm thế OH ở vị trí C5 và C7 còn vòng B thường có
nhóm thế ở vị trí C3’ và C4’.
- Flavone
Đặc điểm của flavone là có nhóm keton ở C4 và một liên kết đôi ở C2, C3 (ví
dụ: apigenin và luteolin ở Hình 1.3). Vòng A là thành phần quan trọng của flavone
xuất phát từ phloroglucinol và vòng B có thể có các nhóm thế ở các vị trí C3’, C4’và
C5’.
O
O
A
B
C
OH
O
O
A
B
C
OH
HO
HO
OH OH
OH
Apigenin Luteolin
1'
2'
3'
4'
6'
5' 1'
2'
3'
4'
6'
5'
2
3
5
6
7
8
2
3
5
6
7
8
Hình 1.3. Cấu trúc của hợp chất flavone

7
- Flavonol
Hợp chất flavonol là những hợp chất flavone có một nhóm OH ở C3 (Hình
1.4). Flavonol có rất nhiều trong các loài thực vật và phổ biến là: quercetin,
kaempferol và myricetin (Hình 1.4).
O
O
A
B
C
OH
O
O
A
B
C
OH
HOHO
OH OH
OH
Quercetin
O
O
A
B
C
OH
HO
OH
Myricetin
OH OH
OH
OH
Kaempferol
OH
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
2
35
6
7
8
2
35
6
7
8
2
35
6
7
8
Hình 1.4. Cấu trúc của hợp chất flavonol
- Flavanone
Đặc điểm của flavanone là có một nhóm keton ở C4 và không có liên kết đôi
ở C2, C3 (2-phenyl-2,3-dihydropyran-4-one). Flavanone là đồng phân của chalcone
và chúng được tổng hợp bằng phản ứng nhân tạo và phản ứng sinh hóa. Flavanone
có một trung tâm bất đối ở C2 tạo nên hai đồng phân quang học rất quan trọng có một
số hoạt tính sinh học. Một số flavanone phổ biến là naringenin, eriodictyol và
hespertin (Hình 1.5).
O
O
A
B
C
OH
HO
OH
O
O
A
B
C
NaringeninFlavanone
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
2
3
5
6
7
8 2
3
5
6
7
8
Hình 1.5. Cấu trúc của hợp chất flavanone
- Dihydroflavonol
Hợp chất dihydroflavonol là flavanone được gắn nhóm thế OH ở C3 (2-
phenyl-3-hydroxy-2,3-dihydropyran-4-ones) (Hình 1.6). Chúng có hai carbon bất đối

8
C2 và C3 nên tạo ra hai cặp đôi đồng phân quang học. Những hợp chất
dihydroflavonol phổ biến nhất là: aromanderin, taxifolin và ampelopsin (Hình 1.6).
O
O
A
B
C
OH
O
O
A
B
C
OH
HOHO
OH OH
OH
Taxifolin
O
O
A
B
C
OH
HO
OH
Ampelopsin
OH
OH
Aromanderin
OHOH OH
2'
1'
3'
4'
5'
6'
2'
1'
3'
4'
5'
6'
2'
1'
3'
4'
5'
6'
2
3
5
6
7
8
2
3
5
6
7
8 2
3
5
6
7
8
Hình 1.6. Cấu trúc của hợp chất dihydroflavonol
- Flavanol
Đặc điểm của hợp chất flavanol là không có nhóm keton ở C4 và liên kết đôi
ở C2, C3 (Hình 1.7). Chúng được chia làm hai dạng: (i) flavan-3,4-diols và (ii) flavan-
3-ol. Catechin và epicatechin là những hợp chất flavan-3-ol được phân bố rất rộng rãi
và có trong thành phần của trà xanh. Chúng có thể kết hợp với acid gallic để tạo ra
epigallocatechin gallate hoặc epicatechin gallate.
O
OH
A
B
C
O
A
B
C
OH
HO
OH
O
A
B
C
Catechin
OH OH OH
OH
Flavan-3-ol Flavan-3,4-diols
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
2
3
5
6
7
8 2
3
5
6
7
8
2
3
5
6
7
8
Hình 1.7. Cấu trúc của hợp chất flavanol
- Chalcone và dihydrochalcone
Chalcone (1,3-diaryl-2-propen-1-one) là những hợp chất flavonoid mạch hở
trong đó có hai vòng thơm được liên kết với nhau bằng nhóm carbonyl và liên kết đôi
Cα=Cβ. Và cần lưu ý rằng, cách đánh số thứ tự trong chalcone bị đảo ngược so với
cách đánh số thứ tự trong flavonoid (ví dụ: vòng A có số thứ tự 1’-6’, vòng B có số
thứ tự 1-6 (Hình 1.8).

9
Sự có mặt của liên kết chưa bão hòa α, β và không có vòng C trung tâm là hai
đặc điểm khác biệt của chalcone, nên nó tạo ra những hợp chất có tính chất hóa học
khác nhau từ hợp chất flavonoid.
O O OOH OH
HO
OH
HO OH
OH
2'-hydroxychalcone 2',4',4-trihydroxychalcone Phloretin
OH
A A A
B B B
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1
2
3
4
5
6


1
2
3
4
5
6


1
2
3
4
5
6


Hình 1.8. Cấu trúc của hợp chất chalcone
Chalcone được tổng hợp nhờ vào xúc tác enzym chalcone. Đây là hợp chất
trung gian rất quan trọng có trong thực vật, vì nó là tiền chất để tạo ra hầu hết các hợp
chất flavonoid. Quá trình chuyển hóa từ chalcone thành flavone là nhờ vào chất xúc
tác là enzym đồng phân của chalcone.
- Isoflavone
Trong isoflavone thì vòng B được thế vào C3 thay vì C2 như trong hợp chất
flavonoid (ví dụ: genistein và daidzein ở Hình 1.9).
O
O
A
B
C
O
O
A
B
C
HO
OH
OH
HO
OHDaidzein Genistein
1' 2'
3'
4'5'
6'
1' 2'
3'
4'5'
6'
2
3
5
6
7
8
2
3
5
6
7
8
Hình 1.9. Cấu trúc của hợp chất isoflavone
- Anthocyanidin
Anthocyanidin có bộ khung hóa học dựa trên ion pyrylium (Hình 1.10). Đặc
điểm nổi bật của hợp chất này là một ion mang điện tích dương. Hầu hết các hợp chất
của anthocyanidin là nhân tố chủ yếu tạo ra những màu sắc khác nhau ở thực vật và

10
hoa. Hai hợp chất anthocyanidin phổ biến là cyanidin, pelargonidin được trình bày ở
Hình 1.10.
O
A
B
C
OH
HO
OH
Pelargonidin
O
A
B
C
OH
HO
OH
Cyanidin
OH OH
OH
1'
2'
3'
4'
5'
6'
1'
2'
3'
4'
5'
6'
2
3
5
6
7
8
2
3
5
6
7
8
Hình 1.10. Cấu trúc của hợp chất anthocyanidin
1.1.2. Một số nguyên liệu giàu hợp chất polyphenol ở Việt Nam
1.1.2.1. Cây sa kê
Sa kê có tên khoa học là Artocarpus altilis (Hình 1.11) phân bố rộng rãi ở khu
vực Thái Bình Dương: Indonesia, Malaysia đến Hawaii. Cây thích hợp với khí hậu
nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mưa nhiều. Sa kê là một trong những loài cây lương thực
có sản lượng cao. Quả sa kê có chứa thành phần tinh bột, khoáng chất, các acid amin
thiết yếu. Sa kê được coi là cây đáp ứng cho nhu cầu thực phẩm của các dân tộc thiểu
số và làm nguyên liệu cho một số ngành, chủ yếu là ngành công nghệ thực phẩm. Sa
kê đã được người Pháp đưa vào Việt Nam từ Indonesia và được trồng tại miền Nam
Việt Nam. Cây không sống được trong vùng khí hậu miền Bắc Việt Nam.
Hình 1.11. Hình ảnh cây sa kê

11
Cây sa kê là một loại cây đặc biệt, tất cả các bộ phận của của cây không chỉ
chứa các thành phần cơ bản như protein, lipid, vitamin… mà còn chứa các thành phần
dược tính khác như ﬂavonoid, stilbenoid, arylbenzofuron và jacalin [45, 57, 72, 126].
Những chất này rất có lợi cho quá trình tiêu hóa trong cơ thể con người. Lá, rễ và vỏ
của cây sa kê được sử dụng như những vị thuốc truyền thống để điều trị bệnh gút,
bệnh viêm gan, bệnh tăng huyết áp, bệnh rối loạn chức năng gan, bệnh tiểu đường và
đặc biệt là khả năng chống oxy hóa của chúng [57].
1.1.2.2. Măng cụt
Măng cụt (Hình 1.12) có tên khoa học là Garcinia mangostana L., thuộc họ Bứa
(Clusiaceae), là loài cây ăn quả rất phổ biến thuộc ở Đông Nam Á, Ấn Độ, Sri LanKa.
Cây măng cụt còn có tên gọi khác là cây măng, sơn trúc tử, người phương Tây gọi
trái măng cụt là “nữ hoàng của các loại trái cây”. Do thích hợp với khí hậu nóng ấm
nên ở Việt Nam cây măng cụt được trồng nhiều ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ, đồng
bằng sông Cửu Long.
Hình 1.12. Hình ảnh về cây và vỏ quả măng cụt
Từ lâu vỏ măng cụt đã được sử dụng để làm thuốc điều trị các bệnh đau bụng,
tiêu chảy, kiết lỵ, nhiễm trùng vết thương và ung nhọt mãn tính [49]. Những hợp chất
chủ yếu có hoạt tính trong vỏ măng cụt là xanthone và dẫn xuất của xanthone. Chúng
thuộc loại hợp chất polyphenol và thường tìm thấy trong các cây thực vật bậc cao
[92, 135]. Một vài chất trong số các hợp chất xanthone có khả năng chống oxy hóa
cao [49, 89, 111], hoạt tính kháng viêm [15, 91], hoạt tính kháng khuẩn [26]. Vì vậy,
trong thời gian gần đây các hợp chất xanthone chiết xuất từ vỏ măng cụt được sử
dụng để sản xuất thực phẩm chức năng cũng như các sản phẩm khử trùng.

12
1.1.3. Cơ chế hoạt động của các hợp chất chống oxy hóa polyphenol
1.1.3.1. Cơ chế chuyển nguyên tử hydro (Hydrogen Atomic Transfer-HAT)
Trong cơ chế này, chất chống oxy hóa, được ký hiệu là ArOH, sẽ khống chế
các gốc tự do (ví dụ: gốc peroxyl ROO•
) bằng cách chuyển một nguyên tử hydro của
nhóm OH trong ArOH sang gốc tự do ROO•
:
Gốc phenoxyl (ArO•
) tạo thành có thể được ổn định nhờ vào sự chuyển một
nguyên tử hydro ở xa hơn để tạo thành quinone hoặc phản ứng với gốc tự do khác
bao gồm cả các gốc phenoxyl khác. Với sự phát triển liên tục như vậy sẽ tạo ra một
chuỗi các phản ứng.
Cơ chế HAT phù hợp với kiểu phân cắt đồng ly của liên kết O-H trong hợp
chất polyphenol. Phản ứng này có thể xảy ra trên mỗi nhóm OH của hợp chất
polyphenol (ArOH) và nó phụ thuộc vào năng lượng phân ly liên kết (Bond
Dissociation Enthalpy − BDE) của nhóm OH và enthalpy của phản ứng (1.1).
Năng lượng phân ly liên kết (BDE) thể hiện độ bền nhiệt động của liên kết
OH trong hợp chất polyphenol. BDE thấp thì liên kết O−H dễ dàng bị cắt đứt và
nguyên tử hydro dễ dàng chuyển đến kết hợp với gốc tự do, điều này sẽ đóng vai trò
rất quan trọng trong phản ứng chống oxy hóa.
1.1.3.2. Cơ chế chuyển một electron chuyển proton (Single Electron Transfer-
Proton Transfer − SET−PT)
Cơ chế này gồm hai quá trình (phản ứng 1.2), trong quá trình thứ nhất một
electron từ polyphenol chuyển sang gốc tự do và quá trình thứ hai là chuyển một proton.
Cơ chế SET−PT được quyết định bởi khả năng chuyển electron, được đặc
trưng bởi năng lượng ion hóa (Ionization Energy − IE). Trong quá trình thứ hai của
cơ chế này thì liên kết O−H phân cắt theo kiểu dị ly, được đặc trưng bởi năng lượng
phân ly proton (Proton Dissociation Enthalpy – PDE), nó tỏa nhiệt mạnh đối với hợp
chất phenolic [47, 48]. Ngoài ra, dung môi cũng ảnh hưởng đến enthalpy phản ứng
của quá trình thứ nhất. Vì vậy, dung môi cần phải đưa vào nghiên cứu để thu được
một sự mô phỏng tốt về đặc điểm phản ứng oxy hóa của hợp chất polyphenol.

13
1.1.3.3. Cơ chế chuyển proton mất electron (Sequential Proton Loss Electron
Transfer − SPLET)
Trong cơ chế SPLET (các phản ứng 1.3) [29, 68, 136] thì một proton bị mất
và tiếp theo đó là sự chuyển electron. Hai đại lượng nhiệt động học bao gồm ái lực
proton (Proton Affinity – PA) và năng lượng chuyển electron (Electron Transfer
Enthalpy – ETE) là hai thông số đặc trưng cho quá trình này. Cơ chế này được xét
trong điều kiện pH cụ thể.
Sơ đồ tổng quát về các cơ chế chống oxy hóa của hợp chất polyphenol được
trình bày ở Hình 1.13.
Hình 1.13. Sơ đồ các cơ chế chống oxy hóa
1.1.4. Tình hình ứng dụng hóa học tính toán trong nghiên cứu khả năng chống
oxy hóa của hợp chất polyphenol
1.1.4.1. Nghiên cứu trong nước
Lĩnh vực nghiên cứu lý thuyết bằng phương pháp hóa tính toán chỉ mới phát
triển ở Việt Nam trong những năm gần đây. Do vậy, số công trình nghiên cứu về khả
năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol bằng phương pháp hóa tính toán còn
rất hạn chế. Điển hình, công trình nghiên cứu của tác giả Phạm Cẩm Nam và cộng sự
đã tiến hành nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các hợp chất chiết xuất từ gừng

14
và chè xanh bằng phương pháp hóa tính toán. Trong đó, tác giả đã chọn hai hợp chất
epicatechin (EC) và epigallocatechin gallate (EGCG) để tiến hành nghiên cứu khả năng
chống oxy hóa bằng phương pháp ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):AM1)
thông qua cơ chế chuyển nguyên tử hydro [85].
1.1.4.2. Nghiên cứu ngoài nước
Nenadis N. và công sự đã sử dụng phương pháp DFT/B3LYP nghiên cứu khả
năng dập tắt gốc tự do của các hợp chất 3′,4′-dihydroxy aurones có trong tự nhiên
thông qua hai đại lượng BDE(O−H) và IE [87]. Kết quả cho thấy những hợp chất
aurones là những chất chống oxy hóa hiệu quả, có thể ứng dụng trong lĩnh vực thực
phẩm và dược phẩm.
Phương pháp DFT/B3LYP cũng được nhóm tác giả Mikulski D. sử dụng để
nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol chiết xuất từ hạt
đậu phộng và sự chuyển hóa của hợp chất trans-resveratrol. Kết quả nghiên cứu đã
làm sáng tỏ về mối quan hệ giữa cấu trúc và khả năng chống oxy hóa của các hợp
chất trans-resveratrol thông qua các đại lượng BDE, IE, HOMO và mật độ spin [81].
Khả năng chống oxy hóa của hợp chất deoxybenzoins được nghiên cứu bởi
Xue Y. và cộng sự bằng phương pháp DFT thông qua ba cơ chế HAT, SET−PT và
SPLET. Tác giả đề nghị rằng cơ chế HAT ưu tiên giải thích khả năng chống oxy hóa
của hợp chất deoxybenzoins trong pha khí, còn cơ chế SPLET thì được sử dụng trong
dung môi phân cực [131].
Ngoài ra, phương pháp DFT/B3LYP được nhiều tác giả sử dụng trong nghiên
cứu khả năng chống oxy hóa của hợp chất isoflavones [59], hợp chất flavonoids [51,
62, 64, 79, 100, 103], hợp chất chalcones [52, 124, 133], các vitamin [82, 83, 86] và
anthocyanidins [63, 69] thông qua ba cơ chế HAT, SET−PT và SPLET với các đại
lượng nhiệt động đặc trưng là: BDE, IE, PA, PDE và ETE.
Qua các nghiên cứu trên cho thấy phương pháp DFT/B3LYP được sử dụng
phổ biến trong nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol. Tuy
nhiên, đối với các phân tử lớn thì đây là một trở ngại rất lớn do yêu cầu khắc khe về
cấu hình máy tính. Do đó, trong luận án này chúng tôi sử dụng phương pháp ONIOM
với sự tích hợp giữa phương pháp DFT và phương pháp PM6 để nghiên cứu khả năng
chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol.

15
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT FULLERENE VÀ DẪN XUẤT
FULLERENE
1.2.1. Lịch sử phát hiện fullerene
Fullerene hay còn gọi là Buckyball là một phân tử chứa 60 nguyên tử carbon
(C60). Trước đó, các nhà khoa học chỉ biết đến hai dạng thuần tuý carbon, đó là kim
cương và graphit. Năm 1985, nhà hoá học Anh, Harry Kroto nhờ kính viễn vọng đã
phát hiện thấy những chuỗi nguyên tử carbon kỳ lạ ở cách xa hàng tỷ kilomet (km)
trong vũ trụ, quanh những ngôi sao lớn phát ra ánh sáng đỏ. Sau đó Kroto đã có những
cuộc tiếp xúc với Richard Smalley và Robert Curl là hai nhà khoa học Mỹ đang
nghiên cứu về những nhóm nguyên tử chỉ tồn tại ngắn ngủi. Họ đã dùng chùm laser
mạnh làm cho graphit bốc hơi trong khí hêli (mô phỏng những điều kiện tồn tại ở
ngôi sao đỏ) và phát hiện thấy nhiều phân tử carbon trước đây chưa được biết, trong
đó nhiều nhất là phân tử C60, hình dạng bên ngoài giống như quả bóng đá và các nhà
khoa học gọi đó là fullerene [55]. Thông báo về phát minh trên được đăng trong Tạp
chí Nature đã gây chấn động giới khoa học. Mọi người nhanh chóng nhận ra rằng
fullerene có thể là một phân tử đem lại nhiều ứng dụng rất hữu ích. Năm 1996, Curl,
Kroto và Smalley đã được nhận giải Nobel nhờ phát minh ra fullerene.
1.2.2. Cấu trúc và liên kết của fullerene
Fullerene là các phân tử carbon dạng lồng hình cầu, đường kính khoảng 7-15
angstrom, bao gồm một số vòng năm cạnh (ngũ giác) và sáu cạnh (lục giác). Hiện
nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra hàng trăm hình thức kết hợp khác nhau của
những hình lục giác/ngũ giác. Để tạo một chiếc lồng kín, tất cả các phân tử fullerene
có công thức C20 + m, với m là một số nguyên. Ví dụ, cấu trúc đề xuất cho C60 là một
“Truncated icosahedron”. Một Truncated icosahedron có nguồn gốc từ một
icosahedron bằng cách thay thế mười hai đỉnh bằng các vòng năm cạnh. Đồng thời
cũng chuyển đổi hai mươi mặt hình tam giác bằng vòng sáu cạnh giống như một quả
bóng đá với 12 hình ngũ giác và 20 hình lục giác [37] (Hình 1.14).
Nhiều cấu trúc lồng rỗng có thể được xây dựng bằng hình thức kết hợp khác
nhau của những hình lục giác/ngũ giác. Điều thật thú vị là mỗi cấu trúc lồng rỗng
chứa chính xác 12 ngũ giác trong khi số lượng của hình lục giác là tùy ý. Số lượng

16
vòng ngũ giác này là cần thiết để tạo thành lồng rỗng kín [54]. Fullerene nhỏ nhất có
thể sẽ là C20, có chứa 12 ngũ giác và không có hình lục giác. Đặc điểm các liên kết
trong C60, mỗi đỉnh của Truncated icosahedron bị chiếm bởi một nguyên tử carbon.
Mỗi nguyên tử carbon tạo liên kết với ba nguyên tử carbon khác gồm một liên kết đôi
và hai liên kết đơn [112].
a b c
Hình 1.14. a) Icosahedron b) Truncated Icosahedron c) Fullerenes, C60
Có 2 loại nút giao vòng (6,6) - Hình 1.15a và (5,6) - Hình 1.15b. Trong đó liên
kết nối giữa 2 vòng 6 có độ dài trung bình là 1,391Å, còn liên kết nối giữa vòng 5 và
vòng 6 có độ dài trung bình là 1,449Å [11, 39]. Do đó, liên kết ở cầu nối vòng (6,6)
có đặc điểm giống liên kết đôi còn liên kết ở cầu nối vòng (5,6) có đặc điểm gần với
liên kết đơn. Các vòng ngũ giác không có cạnh chung với nhau (Hình 1.15).
Hình 1.15. Cấu trúc của C60: a) Liên kết ở cầu nối vòng (6,6);
b) Liên kết ở cầu nối vòng (5,6)
Các nguyên tử carbon ở trạng thái lai hóa sp2
(1 orbital 2s lai hóa với 2 orbital
2p) vì tạo ba liên kết sigma với ba nguyên tử carbon lân cận và orbital 2p còn lại tạo
liên kết pi. Góc giữa trục p và vector liên kết C-C (θp) là 101,6o
[36]. Đối với nguyên

17
tử C lai hóa sp2
(dạng tam giác), các orbital lai hóa nằm trên cùng mặt phẳng và góc
θp = 0o
, trong khi đó nguyên tử C lai hóa sp3
(dạng tứ diện) thì θp = 19,5o
(Hình 1.16).
Vì vậy nguyên tử C trong fullerene (C60) có dạng hình học gần với cấu trúc tứ diện
hơn là cấu trúc tam giác.
Hình 1.16. Góc hình chóp (p = (π - 900
) của: a) C lai hóa sp2
phẳng;
b) C lai hóa sp3
tứ diện và c) C lai hóa sp2
không phẳng
1.2.3. Tính chất vật lý
1.2.3.1. Độ bền nhiệt động và động học
Nhiệt hình thành của C60 nguyên chất được xác định bằng phương pháp đo
nhiệt lượng cả lý thuyết lẫn thực nghiệm có giá trị là 10,16 kcal.mol-1
/nguyên tử C
(còn đối với graphit là 0,0 kcal.mol-1
/nguyên tử C) [5]. So với kim cương (0,4
kcal.mol-1
/nguyên tử C) thì C60 là một dạng thù hình của carbon có năng lượng cao.
Năng lượng tương đối cao này có nguồn gốc từ sức căng cao của C60 do các orbital
sp2
của pyramidalization (sự lồng hóa) và là nguyên nhân gây ra 80% nhiệt hình thành
[35]. Điều này làm cho C60 trở thành một trong những phân tử có sức căng lớn nhất
và bền ở điều kiện tiêu chuẩn. Ngoài ra, các fullerene-cluster ở nhiệt độ rất cao sẽ bị
phân tách thành các sản phẩm fullerene. Dưới điều kiện của chùm tia ion thì các phân
tử vòng bền giống như benzene ngay lập tức bị phân hủy [4]. Tính bền động học khác
thường này của C60 có thể quan sát trong phân tích phổ khối bằng kỹ thuật bắn phá
nguyên tử nhanh (Fast atom bombardment − FAB) của dẫn xuất fullerene, trong đó
sự phân mảnh dẫn đến sự hình thành các pic phân tử của C60 là chiếm ưu thế.

18
1.2.3.2. Độ tan
Độ tan của C60 trong dung môi hữu cơ có vai trò quan trọng trong việc tinh
chế và phản ứng hóa học. Fullerene hầu như tan rất ít trong các dung môi hữu cơ vì
C60 có khuynh hướng kết tụ cao. Ngoài ra, tương tác giữa phân tử dung môi và C60 là
rất yếu vì fullerene là phân tử không phân cực, sự phân cực khó này là do khoảng
cách năng lượng giữa HOMO và LUMO lớn. Độ tan của C60 trong dung môi phân
cực gần như bằng không. Trong dung môi ankan và benzene thì C60 có độ tan thấp,
C60 tan tốt nhất trong dung môi naphthalene (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Độ tan của C60 trong các dung môi phổ biến [74, 102, 106, 108]
Dung môi Độ tan (mg/mL)
Acetonitrile 0,000
Acetone 0,001
Methanol 0,000
Ethanol 0,001
n-pentane 0,005
Cyclohexane 0,036
Chloroform 0,16
Dichloromethane 0,26
Tetrachloroethylene 1,2
Nitrobenzene 3,3
Benzene 1,70
Toluen 2,80
Xylenes 5,20
Anisole 5,60
o-cresol 0,014
1,2,4-trichlorobenzene 8,5
Carbondisulfide 7,9
Tetrahydrofuran 0,000
Pyridine 0,89
1-chloronaphthalene 51
1-phenylnaphthalene 50

19
1.2.4. Đặc điểm electron và khả năng phản ứng
C60 thể hiện đặc tính điện hóa học cao điều này liên quan đến cấu hình electron.
Vì có sự lai hóa lại nên làm cho C60 có ái lực electron cao, điều này làm giảm đáng
kể mức năng lượng của orbital phân tử chưa bị chiếm thấp nhất (LUMO). Theo thuyết
orbital phân tử của Huckel thì cấu hình electron của C60 gồm 5 orbital HOMO (hu), 3
orbital LUMO (t1u) và 3 orbital LUMO+1 (t2u) với khoảng cách năng lượng là 0,757β
[10, 37, 38] (Hình 1.17).
Hình 1.17. Giản đồ orbital phân tử Huckel (HMO) của C60 và benzene
Trong phản ứng oxy hóa khử, fullerene có khả năng nhận lên đến 6 electron
[23], điều này phù hợp với sự suy biến của các orbital LUMO. Bằng chứng cho thấy
sự suy biến bậc 3 của các orbital mức LUMO của C60 đó là sự xuất hiện của các ion
âm Cn-
60 (n=1-6), điều này xảy ra sau khi khử thuận nghịch một electron. Từ giản đồ
HMO cho thấy nếu sự oxy hóa C60 xảy ra bằng cách di chuyển một electron ra khỏi
orbital HOMO thì sẽ làm cho hệ thống electron π kém bền. Do đó, năng lượng ion
hóa thứ nhất của C60 xảy ra ở thế dương khá cao 1,26V. Sự khác nhau giữa thế oxy
hóa và thế khử thứ nhất của C60 ((E1/ 2
ox − E1/ 2
kh = 2,32 V) được đo bằng khoảng cách
năng lượng của HOMO và LUMO trong dung dịch và nó tương quan tốt với giá trị
tính toán (1,5-2,0 eV) [134].

20
Vì C60 có bộ khung cứng nhắc trong cả trạng thái nền và trạng thái kích thích
nên năng lượng kết hợp lại là rất nhỏ [41]. Sự khử của các fullerene để kết hợp lại
với nhau có năng lượng nhỏ đối với hầu hết các phản ứng, do đó chúng dễ dàng kết
hợp với nhau tạo thành những khối phân tử lớn hơn.
1.2.5. Tính thơm
Từ tính của fullerene thể hiện khá rõ ràng là do đặc điểm không định vị của
electron π liên hợp, điều này là nguyên nhân gây ra tính thuận từ hay nghịch từ của
các vòng 5 và vòng 6. Đối với phân tử C60 trung hòa thì không thể hiện rõ tính thơm
vì nó bao gồm cả diatropic hexagon và paratropic pentagon nên tính thơm còn chưa
được xác định rõ ràng. Bühl và Hirsch đã xem hệ thống electron π như một electron
hình cầu trong pha khí để xác định bản chất tính thơm theo không gian 3 chiều của
fullerene với các hợp chất nền khác [10].
Tính thơm theo không gian 2 chiều của annulenes ở trạng thái nền singlet theo
quy tắc Huckel như sau: Nếu annulenes có 4n+2 electron π thì có tính thơm nhưng
có 4n electron π thì không có tính thơm. Đối với cấu trúc vỏ đóng, thì annulenes có
4n+2 electron π thể hiện tính nghịch từ mạnh, điều này phù hợp với quy luật (tính đối
xứng-Dnh). Nhưng đối với cấu trúc vỏ mở ở trạng thái triplet thì quy tắc này hoàn
toàn ngược lại.
Tính thơm của các icosahedral fullerene (C20, C60 và C80) và fullerene cluster
phụ thuộc vào số electron không định vị trong lớp electron hóa trị. Số electron hình
cầu lớn nhất của các cluster có thể đạt được là 2(n+1)2
electron để điền đầy vào lớp
vỏ. Quy tắc 2(n+1)2
miêu tả tương tự như quy tắc Huckel cho annulenes.
1.2.6. Tính chất hóa học
Từ khi phát hiện ra fullerene, một loạt các phản ứng hóa học với fullerene đã
được tiến hành và có thể được phân thành nhiều loại khác nhau [42, 58, 113, 119],
được mô tả ở Hình 1.18:

21
Hình 1.18. Một số phản ứng của C60
Một số phản ứng chính sau dùng để chức năng hóa fullerene tạo thành sản
phẩm exohedral fullerene như sau:
- Phản ứng cyclopropan hóa với tác nhân carbon nucleophile [7, 8].
- Phản ứng đóng vòng kiểu Diels-Alder (4+2) [53, 109].
- Phản ứng quang hóa đóng vòng (2+2) của α, β-keton chưa bão hòa [127, 128].
- Phản ứng cộng (3+2) dùng hợp chất diazo, azomethine và azides [96, 101].
- Phản ứng tạo phức với kim loại chuyển tiếp [3].
- Phản ứng cộng oxy, cộng hydro và cộng halogen.
Những nghiên cứu chính của phản ứng chức năng hóa fullerene được đề cập
trong luận án này là dựa trên methanofullerene. Trong luận án này chúng tôi quan
tâm tới phản ứng đóng vòng cyclopropan (phản ứng Bingel) của C60 với carbon
nucleophile. Đây là một trong những phản ứng phổ biến nhất để tổng hợp các dẫn
xuất fullerene cho hiệu suất cao và đa dạng. Các điều kiện ban đầu cho phản ứng
Bingel liên quan đến việc xử lý bromomalonates với NaH trong sự có mặt của C60
[7]. Phản ứng này xảy ra theo hai bước: Bước đầu tiên là sự tách proton

22
(deprotonation) của α-bromomalonate để tạo thành α-brom carbanion, sau đó tác
nhân carbanion này cộng vào C60 tạo thành phức trung gian là ion âm fullerene. Bước
thứ hai là sự tách ion âm brom do sự tương tác nucleophile nội phân tử để tạo thành
methanofullerene (Hình 1.19). Phản ứng Bingel chỉ xảy ra duy nhất ở liên kết (6,6).
Bởi vì tổng hợp các phức tiền chất bromomalonate thường rất khó khăn, do đó Hirsch
đã hiệu chỉnh phản ứng này bằng cách tổng hợp α-halomalonate từ malonate tương
ứng với sự có mặt của CBr4 và bazơ không có tính nucleophile (DBU) (vì vậy phản
ứng này còn được gọi là phản ứng Bingel - Hirsch) [12]. Trong một vài trường hợp
thì Iod có thể được sử dụng làm tác nhân halogen hóa [88]. Phản ứng này xảy ra trong
điều kiện êm dịu và có thể áp dụng cho một loạt các nhóm chức. Các
methanofullerenes tương ứng nói chung bền nhiệt do vòng cyclopropane cứng chắc.
Phản ứng tổng quát và cơ chế phản ứng Bingel được mô tả ở Hình 1.19.
Hình 1.19. Cơ chế phản ứng Bingel
1.2.7. Tình hình nghiên cứu fullerene và dẫn xuất fulerene
Gần đây, nhiều ý tưởng mới đã được thực hiện thành công trong thực nghiệm
để tạo ra các ứng dụng tiềm năng cho dẫn xuất C60 (các dẫn xuất fullerene hòa tan
trong nước) cho nhiều lĩnh vực như chất chống oxy hóa, các chất bảo vệ thần kinh,
ức chế enzyme, hoạt tính kháng khuẩn và hoạt tính kháng HIV. Các nghiên cứu cả lý
thuyết và thực nghiệm về các dẫn xuất fullerene đã chỉ ra rằng chúng thể hiện một số
loại hoạt tính sinh học, có thể ứng dụng cho mục đích y tế [18, 46]. Ví dụ, C60 và các
dẫn xuất của nó có khả năng dập tắt một số lượng lớn các gốc tự do [6, 84] chúng có
tiềm năng như một loại thuốc có khả năng hữu ích trong việc ngăn ngừa hoặc điều trị
các bệnh lý liên quan đến sự oxy hóa, cụ thể là việc điều trị bệnh thoái hóa thần kinh
[22], chất ức chế enzyme HIV-1 [30, 73, 107] hoặc trong các liệu pháp xạ trị các mô
ung thư [110].

23
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Khảo sát phương pháp tính năng lượng phân ly liên kết O−H.
- Khảo sát phương pháp tính năng lượng ion hóa.
- Nghiên cứu cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol:
+ Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất có nguồn gốc từ cây sa kê.
+ Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất có nguồn gốc từ vỏ măng cụt.
+ Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất chalcone, flavone và flavanone.
- Nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của dẫn xuất fullerene - polyphenol:
+ Chức năng hóa fullerene bằng các dẫn xuất malonate.
+ Khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất fullerene-polyphenol.
+ Thiết kế các hợp chất có khả năng chống oxy hóa có nguồn gốc từ cây sa
kê và măng cụt trên nền fullerene.
2.2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2.2.1. Cơ sở phương pháp tính toán hóa lượng tử
2.3.1.1. Phương trình Schrödinger
- Dạng phụ thuộc thời gian (dạng tổng quát) [98]
Sự biến đổi trạng thái vi mô theo thời gian của hệ lượng tử được mô tả bởi
phương trình Schrödinger có dạng tổng quát:
iħ
∂Ψ
∂t
= ĤΨ(r,t) (2.1)
Ψ(r,t) – Hàm sóng mô tả trạng thái của hệ theo tọa độ (r) và thời gian (t).
Ĥ – Toán tử Hamilton của hệ.
- Dạng không phụ thuộc thời gian (ở trạng thái dừng) [98]
Giả sử hệ lượng tử ở vào một trường thế U không phụ thuộc thời gian, chỉ
phụ thuộc vào tọa độ Û = U(r), thì Ĥ không phụ thuộc vào thời gian. Lúc đó Ĥ chỉ
tác động lên phần phụ thuộc tọa độ của hàm Ψ(r,t). Do đó, hàm Ψ(r,t) tách làm hai
phần: Ψ(r,t) = Ψ(r)F(t)

24
Vì hệ lượng tử được xem như là một hệ ổn định theo thời gian nên hàm sóng
và năng lượng của hệ được xác định bởi phương trình Schrödinger không phụ thuộc
thời gian:
Ĥ Ψ(r) = EΨ(r) (2.2)
Trong phương trình Schrödinger không phụ thuộc thời gian của hệ lượng tử,
toán tử Hamiton bao gồm toán tử động năng T và toán tử thế năng V cho tất cả các
hạt (hạt nhân và electron)
Toán tử Ĥ dùng cho hệ bao gồm M hạt nhân và N electron được viết dưới
dạng:
Ĥ = ∑
1
2
N
i=1
∇i
2
− ∑
1
2MA
∇A
2
M
A=1
− ∑ ∑
ZA
riA
M
A=1
N
i=1
+ ∑ ∑
1
rij
N
j>1
N
i=1
+ ∑ ∑
ZAZB
rAB
(2.3)
M
B>𝐴
M
A=1
Ở đây A, B biểu thị cho số hạt nhân (M), còn i, j biểu thị cho số electron của hệ (N)
ZA, ZB - Điện tích của các hạt nhân A, B
rij - Khoảng cách giữa các electron thứ i và thứ j
riA - Khoảng cách giữa các electron thứ i và hạt nhân A
rAB - Khoảng cách giữa hạt nhân A và B
Do khối lượng electron nhỏ hơn hàng nghìn lần so với khối lượng hạt nhân nên
có thể coi các hạt nhân là đứng yên. Một cách gần đúng trong tính toán hóa lượng tử
người ta xem động năng của các hạt nhân bị triệt tiêu và thế năng đẩy giữa các hạt nhân
là một hằng số. Vì vậy, thực chất toán tử Ĥ ở đây là toán tử Hamilton electron – Ĥel.
Ĥel = − ∑
1
2
N
i=1
∇i
2
− ∑ ∑
ZA
riA
M
A=1
N
i=1
+ ∑ ∑
1
rij
N
j>1
N
i=1
(2.4)
Ở đây:
∑
1
2
N
i=1
∇i
2
là thành phần động năng (Telectron) của các electron
∑ ∑
ZA
riA
M
A=1
N
i=1
là thành phần thế năng hút electron − hạt nhân (Velectron−nhân)

25
∑ ∑
1
rij
N
j>1
N
i=1
là thành phần thế năng đẩy electron − electron (Velectron−electron)
Ψ là hàm số theo tọa độ của tất cả các hạt nhân và electron, mô tả trạng thái
của toàn bộ hệ:
Ψ = Ψ(r1, r2,……., rn, R1, R2,……, Rn) với ri và Ri tương ứng là tọa độ của các
electron và hạt nhân.
Ngoại trừ những hệ một electron − một hạt nhân, phương trình Schrödinger
cho hệ nhiều electron không thể giải một cách chính xác vì không thể xác định được
toán tử thế năng đẩy giữa electron và electron.
2.3.1.2. Bộ hàm cơ cở (basis functions)
Lời giải gần đúng tốt nhất cho phương trình Schrödinger phụ thuộc không chỉ
vào việc hiệu chỉnh phương pháp tính toán, mà còn cách chọn bộ hàm cơ sở cho hệ
nghiên cứu. Bộ hàm cơ sở là biểu diễn toán học của các orbital trong hệ. Các orbital
phân tử (Molecular Orbital − MO) trong hệ được biểu diễn dưới dạng tổ hợp tuyến tính
của một tập hợp xác định gồm các hàm đơn electron, gọi là các hàm cơ sở [28, 98].
Các hàm cơ sở thường được đặt trên các nhân nguyên tử và có những nét tương tự như
các orbital nguyên tử (Atomic Orbital − AO) nhưng có tính tổng quát hơn. Các bộ hàm
cơ sở có thể là một tập hợp bất kỳ các hàm đã được định nghĩa một cách thích hợp.
Nếu bộ hàm cơ sở gồm n hàm cơ sở Ψ1, Ψ2, Ψ3… Ψn thì một MO Ψi có dạng:
Ψi = c1iΨ1 + c2iΨ2 +…. + cniΨn (2.5)
Trong đó: cμi: hệ số khai triển orbital phân tử ( = 1, 2, 3… n)
Ψμ: các hàm cơ sở chuẩn hóa
Biểu thức (2.5) được gọi là biểu thức tổ hợp tuyến tính các orbital nguyên tử
(LCAO). Tập hàm Ψμ được gọi là tập hàm cơ sở, được dùng trong tính toán hóa lượng
tử. Bộ hàm cơ sở càng lớn việc miêu tả electron trong hệ càng gần với thực tế (sự hạn
chế electron trong không gian càng giảm), mức độ gần đúng càng tốt và ngược lại. Các
hàm này được xây dựng dựa trên các hàm sóng s, p, d… đã được giải đúng trong trường
hợp nguyên tử hiđro và những hệ tương tự hiđro. Với những hệ có nhiều hơn một
electron thì áp dụng thêm các cách tính gần đúng. Có 2 loại bộ hàm cơ sở thường gặp

26
là bộ hàm kiểu Slater – STO (Slater Type Orbital) và kiểu Gaussian – GTO (Gaussian
Type Orbital). Một số bộ hàm cơ sở thường được sử dụng trong tính toán như: bộ hàm
cơ sở tối thiểu (minimal basis set); bộ hàm cơ sở hóa trị tách (split valence basis set);
bộ hàm cơ sở double zeta (double zeta basis set); bộ hàm cơ sở phân cực (polarized
basis set); bộ hàm cơ sở khuếch tán (diffusion basis set); bộ hàm cơ sở tương quan
electron của Dunning (Dunning’s correlation consistent basis set) [28].
Đối với các hợp chất hữu cơ nghiên cứu trong luận án này thì bộ hàm cơ sở 6-
31G(d), 6-311++G(2df,2p) được sử dụng.
2.2.2. Phương pháp bán thực nghiệm (semi-empirical methods)
Phương pháp này sử dụng một số tham số thực nghiệm để giản lược các phép
giải gần đúng của phương trình Schrödinger. Do vậy, các phương pháp này cần ít thời
gian tính toán hơn và có thể áp dụng cho các phân tử lớn hay rất lớn. Có nhiều phương
pháp bán thực nghiệm, chẳng hạn như AM1, PM3, PM6... được sử dụng trong bộ
phần mềm Gaussian [28]. Mỗi phương pháp sử dụng một bộ tham số khác nhau.
Đặc điểm của phương pháp bán thực nghiệm:
- Dùng cho các hệ phân tử lớn, là các hệ không thể dùng các phương pháp với
yêu cầu khắt khe về cấu hình hình máy tính và cần nhiều thời gian để tính toán.
- Dùng cho các phân tử ở trạng thái cơ bản, là các phân tử mà dựa vào đó các
phương pháp bán thực nghiệm đã được tham số hóa.
- Dùng để tính sơ bộ đối với các hệ phân tử lớn. Thí dụ, có thể tối ưu hóa bằng
phương pháp bán thực nghiệm trên một hệ phân tử lớn để có được cấu trúc dùng làm
cấu trúc bắt đầu cho phép tính năng lượng điểm đơn bằng phương pháp HF hay DFT.
- Để nhận được những thông tin định tính về một phân tử như các orbital, điện
tích, tần số dao động.
- Trong nhiều trường hợp, các phương pháp bán thực nghiệm có thể dùng rất
thành công trong việc dự đoán năng lượng ion hóa, năng lượng cấu dạng, hiệu ứng
nhóm thế… một cách định tính hay định lượng. Tuy nhiên, cần thận trọng trong các
công việc này.

27
Trong luận án này, phương pháp PM6 được sử dụng để tính năng lượng ion
hóa và ái lực electron của các hợp chất flavonoid và dẫn xuất fullerene do thời gian
tính toán hợp lý và độ chính xác chấp nhận được.
2.2.3. Phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory -
DFT methods)
Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) là lý thuyết cơ học lượng tử dựa trên mật
độ electron ρ(r) = │Ψ(r)│2
thay vì hàm sóng Ψ(r) để tính năng lượng E của hệ [118].
Trong lý thuyết này, mật độ electron chỉ phụ thuộc vào ba biến tọa độ không
gian mà không phụ thuộc vào số electron trong hệ.
Nhìn chung, kết quả tính toán theo phương pháp DFT chính xác nhất là đối
với những phép tính hiệu chỉnh gradient hoặc phép tính lai (hybrid).
Các hàm hiệu chỉnh gradient: Hàm hiệu chỉnh gradient bao gồm giá trị của cả
mật độ spin electron và gradient. Hàm trao đổi hiệu chỉnh gradient phổ biến là hàm
do Becke đề xuất vào năm 1988, hàm tương quan hiệu chỉnh gradient được sử dụng
rộng rãi là hàm LYP của Lee – Yang – Parr. Sự kết hợp của 2 dạng này tạo nên
phương pháp B-LYP. Perdew cũng đề nghị một số hàm tương quan hiệu chỉnh quan
trọng như Perdew 86 và Perdew-Wang 91 [28, 118].
Các hàm lai: Hàm lai được định nghĩa là hàm trao đổi, là sự kết hợp tuyến tính
của phép tính Hartree – Fock, phép tính cục bộ và phép tính trao đổi hiệu chỉnh
gradient. Hàm trao đổi này sau đó kết hợp với hàm cục bộ và/hoặc hàm tương quan
hiệu chỉnh gradient. Những hàm lai được biết nhiều nhất là hàm 3 tham biến của
Becke: B3LYP và B3PW91. Hàm lai của Becke được xem là có tính ưu việt so với
nhiều loại hàm truyền thống [28, 118].
Hiện nay, phương pháp hỗn hợp B3LYP là một trong những phương pháp
được sử dụng rộng rãi nhất cho các phép tính phân tử vì cho kết quả tính toán khá
chính xác trên một phạm vi rộng các hợp chất, đặc biệt là đối với các phân tử hữu cơ.
Trong luận án này, phương pháp B3LYP đã được sử dụng và thu được kết quả tốt
trong nghiên cứu cấu trúc và thuộc tính electron của các chất hữu cơ.

28
2.2.4. Phương pháp ONIOM
Một trong các nhiệm vụ của các nhà hóa học lượng tử là xây dựng và phát
triển các phương pháp tính toán sao cho đảm bảo kết quả nhận được phải có độ tin
cậy, chính xác và đúng với các quy luật tự nhiên. Cho đến nay nhiều mô hình tính
toán đã được xây dựng, phát triển và áp dụng trong các phần mềm mô phỏng trong
các hệ hóa học, hệ sinh học, các hệ vật liệu… Nổi bật trong đó là phương pháp tích
hợp đã được Keiji Morokuma phát triển. Trong phương pháp này vùng trung tâm
phản ứng tức là nơi xảy ra các quá trình hóa học (chẳng hạn sự bẻ gãy liên kết hoặc
hình thành liên kết) được xử lý với phương pháp có độ chính xác cao, trong khi đó
phần còn lại của hệ được xử lý ở mức thấp hơn. Ví dụ: loại phương pháp tích hợp
MO/MM sử dụng phương pháp orbital phân tử (MO) - phương pháp ab-initio ở mức
lý thuyết cao cho trung tâm phản ứng của hệ và sử dụng phương pháp cơ học phân tử
(MM) - phương pháp không có yêu cầu khắt khe về tính toán cho phần còn lại của hệ
phản ứng. Phương pháp QM/MM (quantum mechanics/molecular mechanics) là loại
phương pháp tích hợp được sử dụng phổ biến nhất với sự kết hợp của phương pháp
cơ học lượng tử (QM) và phương pháp cơ học phân tử (MM). Phương pháp ONIOM
là phương pháp tổng quát nhất, nó có thể kết hợp bất kỳ các phương pháp orbital phân
tử cũng như các phương pháp cơ học phân tử [121].
Phương pháp ONIOM được phát triển bởi giáo sư Keiji Morokuma và cộng
sự [19]. Phương pháp này được dùng để tính toán năng lượng, tối ưu hóa cấu trúc
hình học, dự đoán tần số dao động, đặc điểm điện tích và từ trường của các phân tử
có kích thước lớn. Phương pháp ONIOM được áp dụng cho các phân tử có kích thước
lớn trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau bao gồm phản ứng enzym, cơ chế
phản ứng của các hợp chất hữu cơ, quá trình quang hóa, ảnh hưởng các nhóm thế,
phản ứng của các hợp chất cơ kim, phản ứng ở bề mặt các tinh thể...
Trong phương pháp ONIOM thì hệ nghiên cứu được chia thành 2 hoặc 3 lớp
tương ứng với các mức High (cao), Medium (trung bình) và Low (thấp):
+ Lớp mức cao (High layer) tương ứng với vùng phản ứng nơi xảy ra quá trình
hình thành liên kết hoặc phá vỡ liên kết được tính toán bằng các phương pháp hóa

29
lượng tử cho kết quả có độ chính xác cao (chẳng hạn các phương pháp cơ học lượng
tử). Trong mô hình ONIOM 2 lớp, mức này được gọi là hệ mô hình (Model System).
+ Lớp mức thấp (Low layer) bao gồm toàn bộ phần còn lại của hệ phản ứng
trong mô hình ONIOM 2 lớp. Sự tính toán trong vùng này tương ứng với sự ảnh
hưởng của môi trường lên trung tâm phản ứng của hệ. Lớp mức thấp thường được áp
dụng các phương pháp cơ học phân tử, phương pháp bán thực nghiệm hoặc phương
pháp ab-initio như Hartree-Fock với các bộ hàm thích hợp.
+ Trong mô hình ONIOM 3 lớp, thì lớp trung bình (Medium layer) được xác
định và nó được xử lý bằng phương pháp có độ chính xác trung bình nằm giữa phương
pháp ở mức cao và phương pháp ở mức thấp. Lớp này cho phép mô tả sự ảnh hưởng
điện tích của môi trường phân tử lên lớp cao. Sự kết hợp lớp trung bình và lớp thấp
được gọi là hệ mô hình trung gian (Intermediate Model System). Toàn bộ phân tử
được gọi là hệ thực (Real System).
Bằng cách chia như vậy, phương pháp tính sẽ nhanh hơn nhưng kết quả và độ
chính xác của phương pháp tương đương với các phương pháp lý thuyết cao hơn đòi
hỏi cần có hệ thống máy tính với cấu hình mạnh cũng như thời gian tính toán lâu hơn.
Toàn bộ quá trình được mô tả trong Hình 2.1.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là chia cấu trúc của một chất thành hai
hay ba lớp. Một cách tổng quát, trong phương pháp ONIOM 2 lớp, ONIOM2 (Hình
2.1a), năng lượng mứ c cao của hê ̣thực tế, Ehigh,real, có thể được tính xấp xỉ bằng:
Ehigh,real ≈ EONIOM2(high:low) = Ehigh,model + Elow,real − Elow,model
Sơ đồ phương pháp ONIOM không chỉ ha ̣n chế ở hai lớp mà còn có thể ngoa ̣i
suy thành ba hay nhiều lớp. Quan sát trên Hình 2.1b, toàn bộ hê ̣"thực" (“real”) có
thể được chia làm ba hê ̣, "mô hình" (“model”), "trung gian" (“intermediate”), "thực"
(“real”), và sử dụng ba mứ c lý thuyết tương đương, "thấp" (“low”), "trung bình"
(“medium”), "cao" (“high”). Với sơ đồ ba mứ c, ONIOM3, năng lượng của hê ̣thực ở
mứ c cao có thể được tính xấp xỉ bằng:
EONIOM3(high:medium:low)
= Ehigh,model + Emedium,intermediate − Emedium,model + Elow,real
− Elow,intermediate

30
Phương pháp ONIOM có thể dễ dàng phát triển và tổng quát hóa thành phương
pháp n mứ c lý thuyết và n lớp, ONIOMn, như mô tả trong Hình 2.1c:
EONIOMn = ∑ E[level(i), model(n + 1 − i)] − ∑ E[level(i), model(n + 2 − i)]
n
i=2
n
i=1
Hình 2.1. Sơ đồ phân chia hệphân tử bằng phương phá p ONIOM: (a) ONIOM hai
lớ p, (b) ONIOM ba lớ p, và (c) ONIOM n-lớ p [16]
Trong luận án này, phương pháp ONIOM 2 lớp được áp dụng để tính năng
lượng phân ly liên kết O−H, tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp được trình
bày trong phần kết quả và thảo luận.

31
2.3. CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
2.3.1. Phần mềm Gaussian 09W
Gaussian là một trong những phần mềm hiệu quả nhất để tính toán hóa lượng
tử hiện nay. Phần mềm này có hầu hết các phương pháp tính từ bán thực nghiệm đến
ab-initio và lý thuyết phiếm hàm mật độ [32]. Phần mềm này luôn được cập nhật,
nghiên cứu và phát triển bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới, đặc biệt trong đó có
Pople J. A. là người đã đoạt giải Nobel hóa học vào năm 1998 với những đóng góp
to lớn về việc nghiên cứu phương pháp tính toán trong hóa học lượng tử.
Trên cơ sở những định luật cơ bản của cơ học lượng tử, Gaussian tính toán
năng lượng, cấu trúc phân tử và tần số dao động của hệ thống phân tử, cùng với rất
nhiều những tính chất khác của phân tử. Phần mềm Gaussian có thể được dùng để
nghiên cứu các phân tử và các phản ứng dưới các điều kiện khác nhau, bao gồm cả
những hình thái bền và những hợp chất rất khó hoặc không thể quan sát được bằng
thực nghiệm như là cấu trúc chuyển tiếp và những trạng thái trung gian có thời gian
tồn tại rất ngắn.
Phần mềm Gaussian ra đời đầu tiên vào năm 1970 với phiên bản Gaussian 70.
Sau đó, liên tục được cập nhật và hoàn thiện với các phiên bản Gaussian 76, Gaussian
80, Gaussian 82, Gaussian 86, Gaussian 88, Gaussian 90, Gaussian 92, Gaussian 94,
Gaussian 03W và Gaussian 09W. Phần mềm Gaussian 09W được cập nhật và được
bổ sung thêm nhiều tính năng mới so với phiên bản trước, như cải thiện và mở rộng
tính năng của phương pháp solvat hóa theo mô hình phân cực liên tục PCM, cho phép
xác định được nhiều thuộc tính phân tử trong dung môi, khảo sát ảnh hưởng của nhiệt
độ, áp suất, phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, tăng cường khả năng dò
tìm trạng thái chuyển tiếp… Các bộ hàm cơ sở cũng rất phong phú cho phép người
sử dụng dễ dàng chọn phương án tính toán phù hợp với vấn đề của mình [28].
2.3.2. Phần mềm Gaussview 5
Gaussview 5 là phần mềm hỗ trợ cho phần mềm Gaussian 09 trong việc xây
dựng cấu trúc ban đầu. Ngoài ra, Gaussview còn được dùng để hiển thị các kết quả
tính toán của Gaussian dưới dạng đồ họa (như các cấu trúc phân tử ban đầu, các cấu
trúc phân tử đã được tối ưu hóa, kiểu dao động, phổ, hệ số orbital phân tử, mật độ
electron, điện tích ...) [31]. Nhờ đó, việc kiểm tra các kết quả tính toán trở nên đơn
giản và dễ dàng hơn.

32
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)
Cấu trúc ban đầu được xây dựng bằng phần mềm Gaussview. Viê ̣c tối ưu hóa
cấu trúc phân tử và tính tần số dao động được thực hiê ̣n bằng phương pháp bán thực
nghiê ̣m PM6 với từ hai từ khóa “Opt” và “Freq”. Kết quả tính sẽ được kiểm tra lại
bằng phần mềm GaussView thông qua việc phân tích cấu trúc hình học và các tần số
dao động. Các cấu dạng bền (có năng lượng cực tiểu) có đặc điểm là không có tần số
âm.
Một quá trình tối ưu hoàn thành khi nó đạt những chuẩn hội tụ xác định. Bốn
chuẩn hội tụ được sử dụng mặc định trong phần mềm Gaussian [28]:
1. Lực phải bằng không (zero). Giá trị lớn nhất của lực phải nằm dưới giá trị
giới hạn 0,00045.
2. Căn bậc 2 của trị trung bình của bình phương của lực phải là không (zero)
(nhỏ hơn dung sai 0,0003).
3. Độ lệch tính toán cho bước kế tiếp phải nhỏ hơn 0,0018.
4. Căn bậc 2 trị trung bình của bình phương của độ lệch đối với bước kế tiếp
nhỏ hơn 0,0012.
Chú ý: Sự thay đổi năng lượng giữa điểm hiện tại và điểm kế tiếp không được
sử dụng là chuẩn hội tụ vì những bước nhỏ gần cực tiểu thường mang lại sự thay đổi
nhỏ trong năng lượng.
2.4.2. Xác định trạng thái chuyển tiếp và tính hàng rào năng lượng
Để xác định trạng thái chuyển tiếp, chúng tôi xây dựng cấu trúc giả định ban
đầu của trạng thái chuyển tiếp và thực hiện bằng phương pháp bán thực nghiệm PM6
với việc sử dụng đồng thời những từ khóa “opt=(ts, calcfc, noeigen) và “freq” trong
input file. Từ khóa “ts” để tối ưu tìm trạng thái chuyển tiếp, từ khóa “calcfc” dùng để
tính hằng số lực ban đầu, từ khóa “noeigen” giúp cho việc tối ưu tìm trạng thái chuyển
tiếp tự hội tụ để đưa đến một trạng thái chuyển tiếp đáng tin cậy, từ khóa “freq” được
dùng để tính toán tần số dao động bắt đầu với cấu trúc tối ưu của trạng thái chuyển tiếp.

33
Tất nhiên, cấu trúc bắt đầu để tìm trạng thái chuyển tiếp càng thích hợp thì việc đạt đến
trạng thái chuyển tiếp càng nhanh.
Để xác nhận đường phản ứng thực sự đi qua trạng thái chuyển tiếp và nối liền
hai cấu trúc có năng lượng cực tiểu là chất phản ứng và sản phẩm, chúng tôi đã tiến
hành tính tọa độ phản ứng nội (Intrinsic Reaction Coordinate - IRC) xuất phát từ điểm
yên ngựa (điểm ứng với trạng thái chuyển tiếp) cũng được tính ở cùng mức lý thuyết.
Trong một số trường hợp cần tăng số điểm trên IRC và tăng bước nhảy cho
IRC nhằm tiếp cận sát cực tiểu hơn. Từ khóa “maxpoints” nhằm xác định số điểm và
“stepsize” là bước nhảy trên đường phản ứng. Ví dụ, tính IRC với maxpoints = 10 và
stepsize = 10 có nghĩa là số điểm tính ở mỗi bên từ trạng thái chuyển tiếp hướng về
phía chất phản ứng và sản phẩm là 10 điểm, tổng số điểm trên đường IRC sẽ là 21
điểm (1 điểm ứng với trạng thái chuyển tiếp). Khoảng cách giữa hai điểm là 10 đơn
vị của 0,01 amu-1/2
bohr tức là 0,1 amu-1/2
bohr [28].
Khi khẳng định trạng thái chuyển tiếp tìm được là trạng thái chuyển tiếp mong
muốn thì tiến hành tính hàng rào năng lượng của phản ứng. Hàng rào năng lượng và
năng lượng của một phản ứng có thể được tính toán dựa vào năng lượng của các chất
phản ứng, sản phẩm và trạng thái chuyển tiếp (biểu thức 2.6, 2.7 và 2.8 và Hình 2.2).
∆Er = Echuyển tiếp - Echất phản ứng (2.6)
∆Hphản ứng = Hchất sản phẩm - Hchất phản ứng (2.7)
∆Gphản ứng = Gchất sản phẩm - Gchất phản ứng (2.8)
Hình 2.2. Giản đồ năng lượng
Chất phản ứng
Chất sản phẩm
Trạng thái chuyển tiếp
∆Er
∆Hphản ứng

34
Các thông số năng lượng tương tác được hiệu chỉnh năng lượng dao động điểm
không (Zero Point Energy − ZPE). Biến thiên enthalpy và biến thiên năng lượng tự
do Gibbs của các phản ứng được tính toán dựa trên sự khác biệt giữa tổng năng lượng
của các sản phẩm và tổng năng lượng các chất phản ứng tại nhiệt độ 298K.
2.4.3. Năng lượng điểm đơn (single point energy)
Tính toán năng lượng điểm đơn là dự đoán năng lượng và những thuộc tính
liên quan với một phân tử với cấu trúc hình học xác định. Sở dĩ ta sử dụng thuật ngữ
điểm đơn vì tính toán này được thực hiện tại một điểm duy nhất, cố định trên bề mặt
thế năng (với các thông số hình học cấu trúc đã tối ưu). Năng lượng điểm đơn là tổng
năng lượng electron và năng lượng đẩy hạt nhân của phân tử tại một cấu hình hạt
nhân cụ thể. Tuy nhiên, những dự đoán năng lượng chính xác và đầy đủ đòi hỏi phải
hiệu chỉnh năng lượng dao động điểm không−ZPE hoặc năng lượng dao động nhiệt
đối với enthalpy−TCE (Thermal Correction to Enthalpy) hoặc năng lượng dao động
nhiệt đối với năng lượng tự do Gibbs−TCGFE (Thermal Correction to Gibbs Free
Energy). Độ chính xác của kết quả phụ thuộc nhiều vào cấu trúc hợp lý của phân tử.
Việc tính năng lượng điểm đơn được thực hiện cho nhiều mục đích khác nhau, cơ
bản gồm những mục đích như sau:
- Để đạt được thông tin cơ bản về phân tử
- Để kiểm tra tính phù hợp của một phân tử sử dụng cho điểm bắt đầu của quá
trình tối ưu hóa.
- Để tính toán những giá trị gần đúng chính xác nhất của năng lượng và những
thuộc tính khác đối với một hình học được tối ưu hóa tại mức lý thuyết thấp hơn.
- Khi cần so sánh độ bền của các cấu dạng khác nhau hoặc phân tử khác nhau.
Trong luận án này, từ cấu trúc tối ưu ở mức lý thuyết PM6, các giá trị năng
lượng điểm đơn cho các phản ứng cụ thể được tính ở các mức lý thuyết như sau:
+ Năng lượng phân ly liên kết (BDE) được tiến hành ở mức lý thuyết
ONIOM(ROB3LYP/6-311++G(2df,2p):PM6). Giản đồ năng lượng liên quan đến
phản ứng giữa polyphenol và gốc tự do peroxyl, trạng thái trung gian, trạng thái
chuyển tiếp và sản phẩm được tính ở cùng mức lý thuyết trong pha khí.
+ Năng lượng ion hóa (IE) của các hợp chất nghiên cứu được tiến hành ở mức

35
lý thuyết PM6.
+ Bề mặt thế năng của phản ứng giữa fullerene và các dẫn xuất malonate, các
trạng thái trung gian, trạng thái chuyển tiếp và sản phẩm được tính ở mức lý thuyết
B3LYP/6-31G(d) trong pha khí.
Ngoài ra, chúng tôi còn sử dụng mô hình IEFPCM để khảo sát sự ảnh hưởng
của dung môi đến các đa ̣i lượng enthalpy [13, 14]. Tần số dao động ở mứ c lý thuyết
PM6 được nhân thêm hê ̣số hiê ̣u chỉnh là 1,078 vào năng lượng dao động điểm không
(ZPE) [1].
2.4.4. Các đại lượng nhiệt động xác định khả năng chống oxy hóa của hợp chất
polyphenol
Dựa trên 3 cơ chế chính được dùng để đánh giá khả năng chống oxy hóa: Cơ
chế chuyển nguyên tử hydro (HAT), cơ chế chuyển electron-chuyển proton (SET-
PT) và cơ chế mất proton chuyển electron (SPLET). Các đại lượng tương ứng: Năng
lượng đứt liên kết (BDE), năng lượng ion hóa (IE), ái lực proton (PA), năng lượng
phân ly proton (PDE) và năng lượng chuyển electron (ETE) sẽ được tính toán trong
cả pha khí và dung môi như sau:
- Năng lượng phân ly liên kết (BDE) - cơ chế HAT
BDE(O−H) = H(ArO
) + H(H
) - H(ArOH)
- Năng lượng ion hóa (IE) và năng lượng phân ly proton (PDE) - cơ chế SET-PT
IE = H(ArOH+
) + H(e-
) - H(ArOH)
PDE = H(ArO
) + H(H+
) - H(ArOH+
)
- Ái lực proton (PA) và năng lượng chuyển electron (ETE) - cơ chế SPLET
PA = H(ArO−
) + H(H+
) - H(ArOH)
ETE = H(ArOH
) + H(e-
) - H(ArO−
)
Trong đó:
H(ArOH) là enthalpy của hợp chất phenolic
H(ArO
) là enthalpy của gốc tự do hợp chất phenolic
H(ArOH+
) là enthalpy của ion dương gốc tự do (radical cation) hợp chất
phenolic

Luận án: Cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol

Luận án: Cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận án: Cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol

Similar to Luận án: Cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận án: Cấu trúc, khả năng chống oxy hóa của một số polyphenol