NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG OXI HÓA CỦA N-PHENYLHYDROXYLAMINE BẰNG PHƯƠNG PHÁP DPPH*
Đinh Quý Hương, Lê Sĩ Anh Kiệt, Châu Văn Cường, Nguyễn Thị Kim Khánh, Đặng Công Vũ, Đỗ Quang Huy
Khoa Hóa, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Huế.
TÓM TẮT
Nghiên cứu tính chất động học của N-phenylhydroxyalmine (PHA) như một chất bắt gốc tự do được nghiên cứu bằng phương pháp 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH*). Phần trăm DPPH* còn lại đối với thời gian tuân theo phương trình:
ln[DPPH*còn lại]= b. thời gian + a. Hai thông số là thời gian cần thiết để đạt trạng thái ổn định đến nồng độ tương ứng (TEC50) và hiệu suất bắt gốc (AE) đã được đưa ra để khảo sát. Kết quả cho thấy chúng là những thông số quan trọng khi đánh giá khả năng chống oxy hóa của một hợp chất. AE rất cao đối với axit ascobic nhưng lại thấp với PHA chứng tỏ axit ascorbic có khả năng chống oxy hóa vượt trội. N-phenylhydroxylamine cũng có khả năng chống oxy hóa tuy nhiên tốc độ bắt gốc chậm hơn so với axit ascorbic.
Từ khóa: Chất chống oxi hóa, N-phenylhydroxylamine, axit ascorbic, TEC50, AE.
1. GIỚI THIỆU
Sự oxy hóa đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình hóa học và đã thu hút nhiều sự chú ý của các nhà khoa học trên khắp thế giới [1, 7, 9]. Chất chống oxy hóa thường là các hợp chất thơm như phenol, anilin, thiophenol bởi vì chúng có năng lượng phân li của các liên kết N-H, O-H và S-H thấp [6]. Về mặt nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp do Blois (1958) phát triển được sử dụng rộng rãi để xác định định lượng hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất [2]. Phương pháp này không chỉ là phương pháp nhanh chóng, đơn giản và rẻ tiền mà còn cung cấp thông tin trực tiếp về khả năng chống oxy hóa tổng thể của hệ thống nghiên cứu [4, 5].
Về mặt cấu tạo, N-phenylhydroxylamine có một vòng phenolic và hai liên kết là O-H và N-H trong phân tử. Vì vậy nó được đánh giá sẽ có khả năng chống oxy hóa cao.
Do đó, chúng tôi chọn N-phenylhydroxylamine làm đối tượng trong nghiên cứu:
“Nghiên cứu khả năng chống oxi hóa của N-phenylhydroxylamine bằng phương pháp DPPH*”.
Với mục đích so sánh, axit ascorbic (một chất chống oxy hóa truyền thống) được lựa chọn để khảo sát khả năng chống oxy hóa cùng với N-phenylhydroxylamine theo cơ chế chuyển nguyên tử hidro.
2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Thực nghiệm
• Hóa chất: 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl (C18H12N5O6): hàng Nhật Bản
- N-phenylhydroxylamine (C6H7NO): hàng Merk - Axit ascorbic (C6H8O6): hàng Pháp
• Dụng cụ: bình định mức, cân phân tích, bình tam giác, pipet, cốc thuỷ tinh...
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Ảnh hưởng các chất chống oxy hóa dựa trên khả năng bắt gốc DPPH* được đánh giá theo quy trình của Brand-William [3]. 0,1 ml dung dịch etanol có các nồng độ của các chất chống oxy hóa khác nhau được thêm vào 3,9 ml DPPH* nồng độ 6,7.10-5 M. Mật độ quang ở tại 517 nm được đo ở các thời gian khác nhau trên máy quét phổ tử ngoại khả kiến TCC-240A SHIMADZU ở nhiệt độ phòng. Các nồng độ của chất chống oxy hóa khảo sát được tính theo tỷ lệ số gam chất chống oxy hóa trên số kg DPPH*.
Phần trăm DPPH* còn lại được tính theo công thức (1) :
*
* T
* T=0
[DPPH ]
%DPPH =
[DPPH ]
(1) Phần trăm của lượng DPPH* còn lại đối với nồng độ các chất chống oxy hóa sau đó được vẽ bằng đồ thị để xác định lượng chất chống oxy hóa cần thiết để giảm 50%
nồng độ DPPH* ban đầu. Thời gian cần thiết để đạt trạng thái ổn định ở nồng độ EC50 (TEC50) được tính toán bằng đồ thị.
Dựa trên hai giá trị là EC50 và TEC50, hiệu suất bắt gốc (AE) được tính toán theo công thức (2) [8]:
EC50
AE= 1
EC50.T
(2) 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trong bài nghiên cứu này, việc khảo sát ảnh hưởng của nồng độ N- phenylhydroxylamine (PHA) đến khả năng bắt gốc DPPH* theo thời gian sẽ được đánh giá. Công thức cấu tạo của N-phenylhydroxylamine (PHA) và axit ascorbic (ASC) được minh họa ở hình 3.1.
(a). PHA (b). ASC
Hình 3.1. Cấu trúc của phân tử (a). PHA và (b). ASC 3.1. Mối liên hệ giữa mật độ quang (A517) và nồng độ DPPH**
A517 là mật độ quang của dung dịch DPPH* được đo ở các nồng độ khác nhau trong etanol ở bước sóng 517 nm. Mối quan hệ giữa A517 và nồng độ DPPH* được biểu diễn qua công thức:
A517= 7003,3.CDPPH* + 0,0013
Như vậy từ giá trị mật độ quang đo được, ta có thể biết được nồng độ của DPPH* trong dung dịch.
3.2. Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian đến khả năng bắt gốc DPPH* của các chất chống oxy hóa
Bảng 3.1. Mật độ quang (A517) ở các thời gian và nồng độ khác nhau của PHA
Thời gian
(phút) A517 (CPHA=5.10-5 M) A517 (CPHA=10-4 M) A517 (CPHA=10-3 M) A517 (CPHA=5.10-3 M)
0.580 0.460 0.445 0.413 0.091
1.000 0.459 0.442 0.410 0.093
1.500 0.460 0.439 0.405 0.092
2.000 0.459 0.436 0.400 0.092
2.500 0.459 0.434 0.398 0.092
3.000 0.459 0.432 0.395 0.092
3.500 0.459 0.430 0.392 0.092
4.000 0.459 0.429 0.389 0.092
4.500 0.459 0.427 0.386 0.092
5.000 0.459 0.426 0.384 0.092
5.500 0.458 0.425 0.381 0.092
6.000 0.458 0.425 0.378 0.092
6.500 0.458 0.424 0.374 0.092
7.000 0.458 0.423 0.370 0.092
7.500 0.458 0.422 0.367 0.092
8.000 0.458 0.422 0.365 0.092
8.500 0.458 0.421 0.361 0.092
9.000 0.457 0.421 0.359 0.092
9.500 0.457 0.421 0.357 0.092
10.000 0.457 0.420 0.354 0.092
10.500 0.457 0.420 0.352 0.092
15.000 0.456 0.418 0.333 0.092
20.000 0.455 0.416 0.316 0.092
25.000 0.454 0.415 0.304 0.092
30.000 0.453 0.415 0.294 0.092
40.000 0.453 0.413 0.279 0.092
45.000 0.452 0.412 0.274 0.092
50.000 0.452 0.411 0.270 0.092
Quan sát các giá trị thu được ở Bảng 3.1, chúng tôi nhận thấy ở các nồng độ thấp của PHA (5.10-5 M, 10-4 M), thời gian thay đổi, mật độ quang của dung dịch thay đổi và giảm dần theo thời gian. Chứng tỏ số lượng gốc DPPH* bị dập tắt càng tăng. Sau 50 phút, mật độ quang dường như không thay đổi. Chứng tỏ PHA đã bắt gốc DPPH* tối đa. Ở nồng độ cao như 5.10-3M, tốc độ phản ứng của PHA rất nhanh, chỉ sau 1,5 phút, PHA đã phản ứng hoàn toàn với DPPH*.
Bảng 3.2. Mật độ quang (A517) ở các thời gian và nồng độ khác nhau của ASC
Thời gian
(phút) A517 (CASC = 10-5 M) A517 (CASC=10-4 M) A517 (CASC=5.10-4 M) A517 (CASC=10-3 M)
0.58 0.446 0.447 0.301 0.036
1 0.446 0.447 0.298 0.026
1.5 0.445 0.447 0.250 0.026
2 0.445 0.447 0.206 0.026
2.5 0.445 0.447 0.206 0.025
3 0.445 0.447 0.206 0.025
3.5 0.445 0.447 0.206 0.025
4 0.445 0.447 0.206 0.025
4.5 0.445 0.447 0.206 0.025
5 0.445 0.447 0.206 0.025
Khác với PHA, giá trị mật độ quang A517 của ASC chỉ thay đổi trong khoảng thời gian rất ngắn (0,58-2,5 phút) ở nhiều nồng độ khác nhau (Bảng 3.2). Chứng tỏ tốc độ phản ứng của axit ASC với gốc tự do DPPH* rất nhanh. Giá trị mật độ quang của dung dịch phản ứng cũng giảm đáng kể khi nồng độ của ASC tăng lên. Điều này đồng nghĩa với lượng gốc DPPH* trong dung dịch bị giảm xuống.
3.3. Cơ chế đề xuất cho phản ứng giữa các chất chống oxy hóa và DPPH*
Cơ chế phản ứng giữa PHA và DPPH* được đề xuất gồm ba hướng có khả năng xảy ra là H1, H2 và H3 (được biểu diễn trong Hình 3.2). Rõ ràng, gốc tự do DPPH* có thể thu nhận nguyên tử hydro của các liên kết O-H hoặc N-H, để tạo thành phân tử trung tính DPPHH. Trong phản ứng H1, khi liên kết O-H bị phá vỡ, liên kết đôi với các nguyên tử N liền kề hình thành, kết quả từ sự định vị của electron độc thân trên O. Điều này cũng xảy ra trong phản ứng H2. Tuy nhiên trong phản ứng H3, đó là sự cho liên tiếp hai nguyên tử hidro của cả liên kết O-H và N-H, tạo nên liên kết đôi N=O. Và như vậy một phân tử PHA có thể phản ứng được với nhiều gốc tự do DPPH*.
Cơ chế phản ứng của ASC với DPPH* cũng tương tự PHA, tuy nhiên cần lưu ý ASC có nhiều nhóm OH có khả năng cho nguyên tử H. Vì vậy nó làm cho ASC có hoạt tính chống oxy hóa rất cao khi xét theo cơ chế chuyển hidro trong phản ứng với gốc tự do DPPH*.
Hình 3.2. Cơ chế đề xuất của PHA và DPPH*
3.4. Mối liên hệ giữa nồng độ (số gam chất chống oxi hóa/số kg DPPH*) và % DPPH*còn lại ở trạng thái ổn định.
Bảng 3.3 thể hiện động học của các chất chống oxy hóa ở các nồng độ khác nhau, chúng tuân theo mô hình tổng quát như sau: ln[DPPH*còn lại] = b. thời gian + a, trong đó b là hệ số góc và a là hệ số chắn. Các hệ số tương quan cao đã thu được. Nồng độ càng cao, hệ số góc trong các mô hình càng lớn và lượng DPPH* còn lại càng thấp.
Do đó, độ dốc có thể là một thông số hữu ích để so sánh hành vi động học của các chất chống oxy hóa khác nhau ở cùng nồng độ.
Bảng 3.3. Khảo sát yếu tố động hóa của PHA và ASC
Chất khảo sát
Nồng độ (số gam chất chống oxi hóa/số kg
DPPH*)
Hệ số góc (%DPPH*/phút)
Hệ số tương quan
(R2)
%DPPH* còn lại ở trạng thái
ổn định
PHA
5.375 -189.2 0.82 97.76
10.75 -52.26 0.97 88.87
107.5 -7.998 0.89 57.66
537.5 81.07 0.87 13.59
ASC
1.736 -0.07 0.90 96.67
17.36 -0.066 0.98 96.24
86.77 1.023 0.98 44.5
173.6 1.433 0.89 5.2
Nồng độ chất chống oxy hóa cần thiết để giảm 50% nồng độ DPPH* ban đầu (EC50) là một tham số được sử dụng rộng rãi để đo khả năng chống oxy hóa. Giá trị EC50 càng thấp, khả năng chống oxy hóa càng cao. Giá trị EC50 của PHA và ASC lần lượt là 266,25 và 88,84 (Bảng 3.4). Giá trị EC50 của axit ascorbic cũng phù hợp với kết quả thu được của Sánchez-Moreno C. và các cộng sự [8].
Bảng 3.4. Giá trị EC50 của các chất chống oxy hóa và sự phân loại động học của chúng.
Chất khảo
sát EC50
Khoảng thời gian để các nồng độ khảo sát đạt trạng
thái ổn định (phút)
TEC50 (phút) Phân loại
PHA 266.25 0.5-55 35 Chậm
ASC 88.84 0.58-2.5 1.2 Rất nhanh
Trước đây, sự phân loại động học về khả năng chống oxy hóa dựa trên thời gian đạt đến trạng thái ổn định đã công bố bởi Brand-William và cộng sự vào năm 1995 [3], tuy nhiên họ lại không quan tâm đến thời gian tại trạng thái ổn định phụ thuộc vào nồng
độ các chất chống oxy hóa như thế nào. Sau đó Sánchez-Moreno C. và các cộng sự đã đưa ra đại lượng TEC50 (thời gian cần thiết để đạt trạng thái ổn định ở nồng độ EC50) như là một thông số để đánh giá khả năng chống oxi hóa của một hợp chất. Dựa trên các nghiên cứu của C Sánchez-Moreno, thông số TEC50 cũng được đưa ra đánh giá trong bài báo này (Bảng 3.4). Thông số này nhận được bằng cách vẽ đồ thị mô tả ảnh hưởng của thời gian tại trạng thái ổn định đối với nồng độ các chất chống oxy hóa (Hình 3.3) .
(a). PHA
(b). ASC
Hình 3.3. Xác định thời gian cần thiết để đạt đến trạng thái ổn định ở nồng độ EC50 của (a). PHAvà (b). ASC.
Dựa trên giá trị TEC50, chúng tôi phân loại theo tính chất động học của các chất chống oxy hóa như sau: < 5 phút (nhanh), 5-30 phút (trung bình) và lớn hơn 30 phút (chậm). Hình 3.5 minh họa các biểu hiện về mặt động học của các chất chống oxy hóa nghiên cứu. Phần trăm nồng độ DPPH* còn lại theo các nồng độ của hợp chất chống
oxy hóa có thể được diễn tả theo phương trình sau: [DPPH*còn lại]= a.[chất chống oxi hóa] + b. Hệ số tương quan R2 đều bằng 0.999 cho cả PHA và ASC.
Hình 3.4. Phần trăm nồng độ DPPH* còn lại theo thời gian của hai chất (a). PHA và (b). ASC.
Dựa trên sự phân loại của Sánchez-Moreno C. [8], (AE1 x 10-3: chậm; 1 x 10-3
AE5 x 10-3: trung bình; 5 x 10-3AE10-2: nhanh, AE >10-2: rất nhanh), AE của axit ascorbic bằng 9x10-3 chứng tỏ ASC là chất bắt gốc nhanh. Còn AE của PHA bằng 10-4 chứng tỏ nó là chất bắt gốc chậm.
0 10 20 30 40 50 60
0 20 40 60 80 100
0 1 2 3 4 5
0 20 40 60 80 100
Thời gian (phút)
Phần trăm DPPH còn lại (%)
5,375 10,75
107,5
537,5 (a). PHA
Thời gian (phút)
Phần trăm DPPH còn lại (%)
1,736 17,36
86,77
173,6 (b). ASC
Bảng 3.5. Hiệu suất bắt gốc tự do của các chất chống oxy hóa
Chất khảo sát Hệ số tương
quan Hiệu suất bắt gốc tự do (AE) Phân loại
PHA 0.999 10-4 Chậm
ASC 0.999 9.10-3 Nhanh
4. KẾT LUẬN
Động học của N-phenylhydroxylamine (PHA) và axit ascorbic (ASC) trong phản ứng với gốc tự do DPPH* đã được khảo sát khi nghiên cứu về khả năng chống oxy hóa của chúng. Từ các kết quả nghiên cứu trên, chúng tôi rút ra các kết luận sau:
- AE rất cao đối với axit ascobic nhưng lại thấp với PHA chứng tỏ axit ascorbic có khả năng chống oxy hóa vượt trội.
- N-phenylhydroxylamine cũng có khả năng chống oxy hóa tuy nhiên tốc độ bắt gốc chậm hơn so với axit ascorbic.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi quỹ nghiên cứu khoa học đề tài cấp trường của trường đại học sư phạm, đại học Huế năm 2019.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Battin E. E., Brumaghim J. L. (2009), "Antioxidant activity of sulfur and selenium: a review of reactive oxygen species scavenging, glutathione peroxidase, and metal-binding antioxidant mechanisms", Cell Biochem. Biophys., 55, 1, 1-23.
2. Blois M. S. (1958), "Antioxidant Determinations by the Use of a Stable Free Radical", Nature, 181, 1199.
3. Brand-Williams W., Cuvelier M. E., Berset C. (1995), "Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity", LWT, 28, 1, 25-30.
4. Garcia E. J., Oldoni T. L. C., Alencar S. M., Reis A., Loguercio A. D., Grande R. H. M.
(2012), "Antioxidant activity by DPPH assay of potential solutions to be applied on bleached teeth", Brazilian Dental Journal, 23, 22-27.
5. Kedare S. B., Singh R. P. (2011), "Genesis and development of DPPH method of antioxidant assay", J. Food Sci. Technol., 48, 4, 412-22.
6. Klein E., Lukeš V., Cibulková Z., Polovková J. (2006), "Study of N–H, O–H, and S–H bond dissociation enthalpies and ionization potentials of substituted anilines, phenols, and
thiophenols", J. Mol. Struct., 758, 2, 149-159.
7. Polovka M., Brezova V., Stasko A. (2003), "Antioxidant properties of tea investigated by EPR spectroscopy", Biophys. Chem., 106, 1, 39-56.
8. Sánchez-Moreno C., Larrauri J. A., Saura-Calixto F. (1998), "A procedure to measure the antiradical efficiency of polyphenols", J Sci Food Agric, 76, 2, 270-276.
9. Wright J. S., Johnson E. R., DiLabio G. A. (2001), "Predicting the Activity of Phenolic Antioxidants: Theoretical Method, Analysis of Substituent Effects, and Application to Major Families of Antioxidants", J. Am. Chem. Soc., 123, 6, 1173-1183.
A STUDY OF ANTIOXIDANT ACTIVITY OF N-PHENYLHYDROXYLAMINE BY DPPH* METHOD
Abstract:
The kinetic properties of N-phenylhydroxyalmine (PHA) as a free radical scavenger was studied by 2.2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH*). Percentage of remaining DPPH* against the reaction time followed the equation: ln [DPPH*remaining] = b.
ln(time) + a. Two parameters, the time required to reach the steady state to the corresponding concentration (TEC50) and antiradical efficiency (AE), were given to study. The results show that they are important parameters to evaluate the antioxidant capacity of a compound. The high AE value for ascorbic acid and the low AE for PHA prove that ascorbic acid has superior antioxidant capacity. N-phenylhydroxylamine also has antioxidant capacity, but the reaction rate is slower than ascorbic acid.
Keywords:
THÔNG TIN CÁC TÁC GIẢ 1. Đinh Quý Hương (liên hệ)
Học hàm, học vị: Thạc sĩ, nghiên cứu sinh
Nơi công tác: Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế Địa chỉ: 34 Lê Lợi, Huế
SĐT: 0905655569. Email: quyhuong1804@gmail.com 2. Lê Sĩ Anh Kiệt
Sinh viên Hóa 4, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế Email: kietlspro@gmail.com
3. Châu Văn Cường
Sinh viên Hóa 4, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế Email: chaucuongars@gmail.com
4. Nguyễn Thị Kim Khánh
Sinh viên Hóa 4, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế Email: kimkhanh778@gmail.com
5. Đặng Công Vũ
Sinh viên Hóa 4, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế Email: math1997congvu@gmail.com
6. Đỗ Quang Huy
Sinh viên Hóa 4, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Huế Email: qhuy.qb@gmail.com
