NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC

HUỲNH DUY THIỆN

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CỬ NHÂN HÓA HỌC

Cần Thơ, 2017

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC ***

HUỲNH DUY THIỆN

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH HÓA HỌC

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS. PHẠM VŨ NHẬT

Cần Thơ, 2017

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC ---***---

N

H

Ơ

N

Năm học 2016-2017

Y TP

N

G

----------------------------------------------------------------------------------------------

H Ư

----------------------------------------------------------------------------------------------

TR ẦN

---------------------------------------------------------------------------------------------năm 2017

Huỳnh Duy Thiện

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

Cần Thơ, ngày tháng

-L

Chuyên ngành: Hóa Học

ÁN

Mã số: KH1369A2

TO

Đã bảo vệ và đƣợc duyệt Trƣởng khoa……………………………..

Trƣởng chuyên ngành

Cán bộ hƣớng dẫn

D

IỄ N

Đ

ÀN

Luận văn tốt nghiệp đại học

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đ ẠO

CỦA CURCUMIN DỰA TRÊN LÝ THUYẾT

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U

.Q

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

TS. Phạm Vũ Nhật

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Khóa: 39

H Ư

N

4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học 5. Nội dung nhận xét

TR ẦN

a. Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

.....................................................................................................................

10 00

B

..................................................................................................................... .....................................................................................................................

A

b. Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:

-H

Ó

.....................................................................................................................

Ý

.....................................................................................................................

-L

.....................................................................................................................

..................................................................................................................... ..................................................................................................................... .....................................................................................................................

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

c. Kết luận, đề nghị và điểm:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MSSV : B1304106

G

3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Duy Thiện

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đ ẠO

2. Đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính kháng oxy hóa của Curcumin dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT)”

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U TP

.Q

1. Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Phạm Vũ Nhật

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Y

N

H

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

Ơ

N

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC

TS. Phạm Vũ Nhật

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

N

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC

U

Y

N

H

Ơ

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

MSSV: B1304106 Khóa: 39

N

G

4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học

H Ư

5. Nội dung nhận xét

TR ẦN

a. Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

.....................................................................................................................

B

.....................................................................................................................

10 00

.....................................................................................................................

A

b. Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:

-H

Ó

..................................................................................................................... .....................................................................................................................

-L

Ý

.....................................................................................................................

ÁN

c. Kết luận, đề nghị và điểm:

..................................................................................................................... .....................................................................................................................

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

.....................................................................................................................

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

3. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Duy Thiện

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đ ẠO

TP

2. Đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính kháng oxy hóa của Curcumin dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT)”.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

1. Cán bộ phản biện: ...................................................................................

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

-H

Ó

A

10 00

B

Tuy đã cố gắng để tìm tòi, nghiên cứu và học hỏi để hoàn thành bài luận văn này nhƣng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng nhƣ chƣa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô và các bạn để kiến thức của tôi trong lĩnh vực này đƣợc hoàn thiện hơn.

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2017

TO

ÁN

-L

Ý

Tôi xin chân thành cảm ơn!

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Và đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Phạm Vũ Nhật đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Cảm ơn bạn Nguyễn Thanh Sĩ – cử nhân Hóa K39 đã hỗ trợ để tôi hoàn thành bài luận văn này.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

H Ư

N

G

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô thuộc Khoa Khoa học Tự nhiên đã dung hết tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức và kinh nhiệm quý báu cho tôi, đó sẽ là hành trang cho tôi trong suốt chặng đƣờng dài phía trƣớc.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Ban giám hiệu Nhà trƣờng, cùng các cán bộ giảng viên, nhân viên đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian tôi học tập tại trƣờng Đại học Cần Thơ.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Huỳnh Duy Thiện

D

IỄ N

Đ

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Trên thực tế, không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác.

Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trƣờng đến nay, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:

N

LỜI CẢM ƠN

i Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học nói chung và cơ học lƣợng tử nói riêng, con ngƣời đã có thể giải thích nhiều hiện tƣợng vật lí, sinh học và hóa học thông qua các tính toán mô phỏng trên máy vi tính cũng nhƣ dự đoán nhiều hiện tƣợng khoa học khác. Bằng cách áp dụng lí thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), nghiên cứu này sẽ thực hiện khảo sát các cơ chế kháng oxy hóa của curcumin qua đó xác định cơ chế chính của quá trình kháng oxy hóa của hợp chất này. Bên cạnh đó, sự ảnh hƣởng của dung môi lên hoạt tính kháng oxy hóa của curcumin cũng sẽ đƣợc khảo sát. Các kết quả thu đƣợc trong bài nghiên cứu này sẽ giải thích cho những luận đề trên đây và cũng là cơ sở cho nhiều nghiên cứu tiếp theo sau này.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Curcumin là một hợp chất hóa học có màu vàng, thuộc nhóm phenolic, đƣợc tìm thấy nhiều trong củ nghệ (Curcuma longa). Curcumin có rất nhiều ứng dụng trong đời sống, đặc biệt là trong ngành dƣợc và thực phẩm. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng curcumin có rất nhiều hoạt tính sinh học hữu ích nhƣ kháng oxy hóa, chống ung thƣ,... Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu về hoạt tính kháng oxy hóa của curcumin đã đƣợc công bố song cơ chế kháng oxy hóa cũng nhƣ khả năng kháng oxy hóa của hợp chất này vẫn chƣa rõ ràng.

N

TÓM TẮT

ii Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

Y

N

H

Curcumin is a yellow phenolic compound which was found in turmeric.

Curcumin has a wide variety of applications and is widely used in medicine and food. Experimental studies have shown that curcumin has a lot of useful biological activities such as antioxidant, anti-cancer, etc. Although many studies on the antioxidant activity of curcumin have been reported, the antioxidant mechanism and the antioxidant capacity of this compound is still unclear.

N

ABSTRACT

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Today, with the development of science in general or particularly in the quantum mechanics, we have been able to explain and predict many physical, biological and chemical phenomena by computational calculations on computers. By applying density functional theory (DFT), this study will investigate the antioxidant mechanisms of curcumin by identifying the main mechanism of its antioxidant activity. In addition, the effect of solvent on the antioxidant activity of curcumin will be researched. The results obtained in this thesis will explain the above-mentioned and also serve as a basis for many subsequent studies.

iii Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

Huỳnh Duy Thiện

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của cá nhân tôi thực hiện.

Tất cả những dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn đƣợc tôi tham khảo nhiều nguồn tài liệu khác nhau và đƣợc ghi nhận từ những kết quả tính toán mà tôi đã tiến hành khảo sát trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin đảm bảo về sự tồn tại và tính trung thực của những dữ liệu và số liệu này.

N

LỜI CAM ĐOAN

iv Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

I

III

LỜI CAM ĐOAN

IV

N

H

ABSTRACT

V

Y

MỤC LỤC

U N

G

1.1.1 Giới thiệu

H Ư

1.1.2 Cấu tạo và tính chất

TR ẦN

1.1.3 Ứng dụng trong đời sống

1 1 2

1.2.1 Gốc tự do

3 6

1.3 Cơ sở lý thuyết hóa học lƣợng tử

7

1.3.1 Thành phần của nguyên tử

7

A

10 00

B

3

1.3.2 Phƣơng trình Schrodinger 1.3.3 Sự gần đúng Thomas – Fermi

9

1.3.4 Lý thuyết phiếm hàm mật độ

11

1.3.5 Bộ hàm cơ sở

15

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

8

17

2.1 Giới thiệu về bộ phần mềm Gaussian

17

2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu

18

2.2.1 Tối ƣu hóa các cấu trúc hình học

18

2.2.2 Tính toán các giá trị nhiệt động

18

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

20

3.1 Độ bền của hai dạng đồng phân Curcumin

20

3.2 Cơ chế chuyển nguyên tử Hydro (HAT)

21

3.3 Cơ chế chuyển electron – chuyển proton (SET-PT)

22

TO

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

ÀN

1

1.2 Lý thuyết về gốc tự do và chất kháng oxy hóa

1.2.2 Chất kháng oxy hóa

Đ

1

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

1.1 Tổng quan về Curcumin

IX

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Đ ẠO

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

VIII

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

DANH MỤC HÌNH ẢNH

IỄ N D

.Q

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

http://daykemquynhon.ucoz.com

N

II

Ơ

TÓM TẮT

v Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

23

3.5 Cơ chế chính của quá trình kháng oxy hóa của Curcumin

24

CHƢƠNG 4: TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ

25

4.1 Kết luận

25

4.2 Kiến nghị

25

TÀI LIỆU THAM KHẢO

26

N

H

3.4 Cơ chế mất proton – chuyển electron (SPLET)

27

.Q

29

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

PHỤ LỤC B

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U

Y

PHỤ LỤC A

http://daykemquynhon.ucoz.com

N

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

vi Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory)

HAT

Cơ chế chuyển nguyên tử H (Hydrogen Atom Transfer)

SET-PT

Cơ chế chuyển electron – chuyển proton (Single electron transfer – proton transfer

SPLET

Cơ chế mất proton – chuyển electron (Single proton loss electron transfer)

ROS

Gốc tự do tâm hoạt động oxygen (Reactive Oxygen Spieces)

RNS

Gốc tự do tâm hoạt động nitrogen (Reactive Nitrogen Spieces)

BDE

Năng lƣợng phân ly liên kết (Bond Dissociation Energy)

IP

Thế ion hóa (Ionization Potential)

PA

Proton Affinity (Ái lực proton)

PDE

Năng lƣợng phân ly proton (Proton Dissociation Enthalpy)

ETE

Năng lƣợng chuyển electron (Electron Transfer Energy)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

A Ó -H Ý -L ÁN

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

.Q

U

Y

N

H

Ơ

N

DFT

10 00

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

vii Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Bảng 2.1. Hệ các dung môi được khảo sát ...................................................... 19

Ơ

N

H

Bảng 3.2. Giá trị IP theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) ........................ 22

N

Bảng 3.1. Giá trị BDE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) ........................ 21

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Bảng 3.5. Giá trị ETE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) ........................ 24

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đ ẠO

TP

Bảng 3.4. Giá trị PA theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) ........................ 23

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

Bảng 3.3. Giá trị PDE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) ........................ 23

viii Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1.Cấu trúc hóa học của phân tử curcumin dạng enol (A) và dạng βdiketone (B) ........................................................................................................ 1

Ơ

N

H

Hình 3.1. Cấu trúc phân tử của curcumin dạng enol và của các cấu tử liên quan được tối ưu ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) ......................... 20

N

Hình 2.2. Cơ chế kháng oxy hóa của các hợp chất phenolic .......................... 18

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

Hình 3.2. Cấu trúc phân tử của curcumin dạng β-diketone và của các cấu tử liên quan được tối ưu ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p) .................. 21

ix Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Curcumin

Ơ

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

-H

Ó

A

Cấu trúc của phân tử curcumin đƣợc xác định lần đầu tiên vào năm 1910 bởi Kazimierz Kostanecki, J. Miłobędzka và Wiktor Lampe.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

N

H Ư

10 00

B

Công thức phân tử: C21H20O6

IỄ N D

TR ẦN

1.1.2 Cấu tạo và tính chất

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Curcumin đƣợc cô lập lần đầu tiên vào năm 1815 khi Vogel và Pelletier báo cáo một nghiên cứu về một hợp chất màu vàng đƣợc cô lập từ củ nghệ và đặt tên nó curcumin. Curcumin có hai đồng phân là β-diketone và enol. Trong đó, dạng enol chiếm ƣu thế hơn trong các dung môi hữu cơ và dạng β-diketone chiếm ƣu thế hơn trong nƣớc. Một số nghiên cứu trƣớc đây đã cho thấy cấu trúc dạng enol ổn định hơn về mặt năng lƣợng ở pha rắn và trong dung môi kém phân cực. Curcumin còn đƣợc biết đến với nhiều tên gọi khác nhƣ là C.I. 75300, Natural Yellow 3, E100,...

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Curcumin hay (1E,6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)hepta-1,6diene-3,5-dione) là một hợp chất có màu vàng tƣơi sáng đƣợc tổng hợp tự nhiên bởi một số loài thực vật. Curcumin đƣợc biết đến nhiều nhất với vai trò là thành phần hóa học của củ nghệ vàng (Curcuma longa), một loài thực vật thuộc họ gừng (Zingiberaceae).

N

1.1.1 Giới thiệu

Hình 2.1.Cấu trúc hóa học của phân tử curcumin dạng enol (A) và dạng β-diketone (B)

Khối lƣợng mol phân tử: 368,126 g.mol−1 Nhiệt độ nóng chảy: khoảng 183 °C (361 °F; 456 K) Curcumin tan rất ít trong nƣớc (3,12mg/L ở 25oC), tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ acetone, ethanol và benzene.

1 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TR ẦN

B

10 00

A

Ó

-H

Ý

-L

ÁN

TO ÀN Đ

IỄ N D

Theo nghiên cứu của …, curcumin làm vô hiệu hóa tế bào ung thƣ và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thƣ mới. Curcumin giúp cơ thể phòng ngừa và chống ung thƣ, là một chất có triển vọng lớn trong điều trị viêm gan B, C và nhiễm HIV. Rất nhiều bằng chứng cho thấy curcumin phát triển chức năng thần kinh, một điều tra trên 1010 ngƣời châu Á ăn bột cari vàng ở độ tuổi 60-93 cho thấy những ngƣời ăn ít nhất 1 lần trong 6 tháng cho kết quả MMSE cao hơn so với những ngƣời không ăn. Theo quan điểm của các nhà khoa học, và một con số rất lớn các nghiên cứu cho thấy curcumin có tác dụng tốt cho não, các notron, giảm stress, trầm cảm, trạng thái lo âu. Curcumin có khả năng chống ung thƣ, làm vô hiệu hóa tế bào ung thƣ và ngăn chặn hình thành các tế bào ung thƣ mới mà không làm ảnh hƣởng đến các tế bào lành tính bên cạnh.

Nó can thiệp vào hoạt động sao chép của NF-κB là liên kết các bệnh viêm nhƣ ung thƣ. Một nghiên cứu về tác dụng của curcumin đối với ung thƣ năm 2009 cho thấy hợp chất này điều chỉnh sự phát triển của các tế bào u, bƣớu thông qua quá trình phân chia thƣờng xuyên của tế bào. Một nghiên cứu cho thấy với liều 0,2% curcumin thêm vào khẩu phần ăn của chuột trƣớc khi thêm chất gây ung thƣ sẽ làm giảm rõ rệt chất gây ung thƣ này ở kết tràng. Bên cạnh những tác dụng đó, curcumin cũng giống nhƣ các chất chống oxy hóa khác, đó là con dao hai lƣỡi. Các nghiên cứu lâm sàng trên ngƣời cho thấy với 2-12 gam curcumin đã gây tác dụng phụ nhƣ buồn nôn, tiêu chảy, rối loạn chuyển hóa sắt và có khả năng gây ra thiếu sắt ở các bệnh nhân mẫn cảm.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Curcumin có rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Trong y học, củ nghệ bắt đầu đƣợc sử dụng trong y học Ayurveda tại Ấn Độ từ khoảng năm 1900 TCN để chữa trị một loạt các loại bệnh tật. Nghiên cứu của các nhà khoa học vào cuối thế kỷ 20 đã xác định curcumin đóng vai trò quan trọng trong các hoạt tính sinh học của củ nghệ. Dựa trên những nghiên cứu trong ống nghiệm (in vitro) và trên động vật, các nhà khoa học đƣa ra giả thuyết khả năng chữa bệnh hoặc ngăn ngừa bệnh của curcumin. Hiện tại, các tác động này chƣa đƣợc xác nhận trên ngƣời. Tuy nhiên, cho tới năm 2008, rất nhiều thử nghiệm lâm sàng ở ngƣời đang đƣợc thử nghiệm để nghiên cứu về tác dụng của curcumin trong việc điều trị các bệnh nhƣ: viêm tủy, ung thƣ tụy, hội chứng loạn sản tủy, ung thƣ ruột kết, bệnh vẩy nến, bệnh Alzheimer. Các nghiên cứu cũng cho thấy curcumin có tính chất chống ung thƣ, chống oxy hóa, chống viêm khớp, chống thoái hóa, chống thiếu máu cục bộ và kháng viêm. Khả năng kháng viêm có thể là do sự ngăn chặn tổng hợp sinh học của eicosanoit.

N

1.1.3 Ứng dụng trong đời sống

Trong đời sống, curcumin còn đƣợc sử dụng nhƣ một chất phụ gia thực phẩm có tác dụng tạo màu vàng cho các món ăn và còn rất nhiều ứng dụng 2 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

trong các ngành, lĩnh vực khác. Thông tin chi tiết hơn về curcumin có thể đƣợc tham khảo tại trang web sau:

N

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/curcumin#section=BioAssa y-Results

H

Ơ

1.2 Lý thuyết về gốc tự do và chất kháng oxy hóa

N

1.2.1 Gốc tự do

Ý

-L

ÁN

TO ÀN Đ

IỄ N D

Các gốc tự do nội sinh đƣợc sinh ra trong các chu trình chuyển hóa vật chất của tế bào, mô nhƣ: chuỗi dẫn truyền điện tử trong ty thể qua các phản ứng phosphoryl oxy hóa của mitochondria, từ hoạt động hô hấp của leucocyte, từ quá trình tự chết của tế bào (apoptosis). Các quá trình này xảy ra thƣờng xuyên trong cơ thể, tạo ra các gốc tự do có vai trò là hệ miễn dịch, phá hủy và tiêu diệt các tác nhân gây bệnh cho cơ thể nhƣ vi khuẩn và virus.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-H

Ó

A

Các gốc tự do đƣợc hình thành trong cơ thể bởi rất nhiều tác nhân khác nhau, theo nhiều con đƣờng khác nhau, song đƣợc tổng hợp thành hai loại chính đó là nội sinh và ngoại sinh.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

N

H Ư

TR ẦN

B 10 00

1.2.1.2 Sự hình thành các gốc tự do

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Khái niệm gốc tự do đƣợc nhà bác học Nga gốc Do Thái Mose Gomberg phát hiện đầu tiên vào năm 1900. Theo đó, gốc tự do (Free radical) đƣợc định nghĩa là một nguyên tử hay phân tử có ít nhất một electron chƣa ghép đôi. Ví dụ, sự phân cắt đồng li diễn ra trên phân tử Cl2 sẽ tạo thành hai nguyên tử Cl. Mỗi nguyên tử Cl sinh ra sẽ mang 7 electron tạo thành ba cặp electrons và một electron độc thân. Khi đó, mỗi nguyên tử Cl sinh ra đƣợc gọi là một gốc tự do.

Ký hiệu của gốc tự do là ký hiệu nguyên tử hay phân tử có một dấu chấm đại diện cho electron độc thân (Cl•, ArO•,...). Trong gốc tự do, các electron độc thân có xu hƣớng kết hợp với một electron tự do của một nguyên tử khác để tạo một liên kết, do đó các gốc tự do kém bền, rất hoạt động và dễ dàng tham gia phản ứng hóa học.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

1.2.1.1 Khái niệm

Ngƣợc lại với quá trình nội sinh, quá trình ngoại sinh này thƣờng bắt nguồn từ các tác nhân tiêu cực từ môi trƣờng ngoài nhƣ: sự ô nhiễm môi trƣờng, các tia vật lí, các thực phẩm độc hại hoặc bị nhiễm bẩn, do các thói quen sống nhƣ hút thuốc, uống rƣợu bia, do stress hoặc do tuổi tác... Các gốc tự do ngoại sinh là nguyên nhân gây nên nhiều bệnh nguy hiểm cho cơ thể, điển hình nhất là ung thƣ.

3 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

1.2.1.3 Phân loại Các gốc tự do đƣợc phân thành hai loại chính: ROS (Reactive Oxygen Spieces) và RNS (Reactive Nitrogen Spieces).

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

-L

ÁN

TO ÀN Đ

IỄ N D

Các phóng xạ có thể tác động lên phân tử nƣớc gây ra một quá trình đƣợc gọi là sự phân ly do phóng xạ. Vì nƣớc chiếm tới 55-60% cơ thể nên khả năng xảy ra sự phân ly do phóng xạ là rất cao trong trƣờng hợp có sự hiện diện của các phóng xạ. Trong quá trình này, nƣớc bị mất đi một electron và trở nên rất hoạt động, sau đó chuyển thành gốc hydroxy (OH•-), hydrogen peroxide (H2O2), gốc superoxide (O2•-) và oxygen phân tử (O2). Gốc hydroxy rất hoạt động, có thể lấy electron của hầu hết các phân tử nằm trên đƣờng đi của nó, chuyển phân tử đó thành gốc tự do và vì vậy tạo ra một chuỗi các phản ứng dây chuyền.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

ROS nội bào hình thành từ nhiều nguồn khác nhau, các nguồn chính gồm có ti thể, peroxisome, hệ võng nội bào và phức hợp NADPH oxidase (NOX) ở màng tế bào. Ti thể sản xuất năng lƣợng cho tế bào, adenosine triphotphate (ATP). Quá trình sản xuất ATP gọi là sự phosphorin hóa oxide hóa, bao gồm chuỗi vận chuyển proton (ion hydrogen) xuyên màng ti thể, hay còn gọi là chuỗi dẫn truyền electron. Trong chuỗi vận chuyển electron, electron đƣợc truyền qua một chuỗi các protein và bằng các phản ứng oxy hóa – khử mà mỗi chất nhận sau lại có tính khử lớn hơn chất trƣớc. Chất nhận electron cuối cùng là oxy. Trong điều kiện bình thƣờng, oxy bị khử để tạo thành nƣớc; tuy nhiên, vẫn có một tỉ lệ nhỏ (từ 0,1% – 2%) các electron vƣợt qua đƣợc chuỗi dẫn truyền điện tử, phân tử oxygen bị khử không hoàn toàn, tạo thành gốc superoxide tự do.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Các gốc tự do có trung tâm hoạt động là electron độc thân nằm trên nguyên tử oxy đƣợc xếp vào nhóm ROS. Các gốc tự do nhóm ROS là sản phẩm chuyển hóa tự nhiên của cơ thể, đóng vai trò quan trọng trong liên kết tế bào và cân bằng nội môi. Tuy nhiên, do tác động của stress hay các tác nhân từ môi trƣờng (nhƣ UV hay tiếp xúc với nhiệt độ cao,…), nồng độ ROS có thể tăng lên một cách đột ngột, gây tổn thƣơng các cấu trúc của tế bào. Đó đƣợc gọi là stress do oxy hóa (oxidative stress).

N

2.1.1.3a Gốc tự do ROS (Reactive Oxygen Spieces)

2.1.1.3b Gốc tự do RNS (Reactive Nitrogen Spieces) Các gốc tự do RNS là các gốc tự do có trung tâm hoạt động là electron độc thân nằm trên nguyên tử N. Điển hình cho nhóm RNS là NO•, một gốc tự do chứa một electron trên orbital phản liên kết . NO• thƣờng đƣợc tạo ra 4

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

N

H

trong các mô sinh học bởi sự tổng hợp nitric oxide (NOSs). Nó có thời gian sống rất ngắn, chỉ một vài giây trong môi trƣờng nƣớc, nhƣng ổn định hơn trong môi trƣờng có nồng độ oxy thấp (chu kỳ bán hủy > 15s). Tuy nhiên, khi đƣợc hòa tan trong dung dịch nƣớc và môi trƣờng lipid, NO• dễ dàng khuyếch tán qua các tế bào chất và màng plasma. NO• có tác dụng dẫn truyền thần kinh trong hệ thống thần kinh trung ƣơng. Trong môi trƣờng ngoại bào, NO• phản ứng với oxy và nƣớc để tạo thành nitrat và anion nitrit.

N

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Y

Đ

ÀN

TO

ÁN

Các nghiên cứu trƣớc đây cho thấy gốc tự do hủy hoại tế bào theo diễn tiến nhƣ sau. Trƣớc hết, gốc tự do oxy hóa màng tế bào, gây trở ngại trong việc thải chất bã và tiếp nhận dƣỡng chất, dƣỡng khí. Tiếp theo đó, các gốc tự do tấn công các ty thể, lạp thể, phá vỡ nguồn cung cấp năng lƣợng của tế bào.

Sau cùng, bằng cách oxy hóa, gốc tự do làm suy yếu hoocmon, enzym khiến cơ thể không tăng trƣởng đƣợc.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

-L

Ý

-H

Ó

A

Các gốc tự do có thể phá rách màng tế bào gây thất thoát dƣỡng chất, tế bào không thể tăng trƣởng và rồi chết đi. Chúng tạo ra lipofuscin tích tụ dƣới da, tạo thành vết đồi mồi trên mặt, trên mu bàn tay. Chúng ngăn cản quá trình tổng hợp các phân tử protein trong tế bào hoặc gây đột biến ở gen trên nhiễm sắc thể và làm mất tính đàn hồi khiến da nhăn nheo, cứng khớp.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Gốc tự do có tác dụng không tốt cho cơ thể liên tục ngay từ lúc con ngƣời mới sinh ra và mỗi tế bào phải chịu sự tấn công của cả chục ngàn gốc tự do mỗi ngày. Ở tuổi trung niên, cơ thể khỏe mạnh có thể kháng lại chúng, nhƣng khi già đi, sức khỏe yếu dần, các gốc tự do ngày càng lấn át, gây thiệt hại gấp nhiều lần so với ngƣời trẻ tuổi. Nếu không đƣợc kiểm soát, kiềm chế, các gốc tự do sẽ gây ra các bệnh thoái hóa nhƣ ung thƣ, xơ cứng động mạch, làm suy yếu hệ thống miễn dịch, gây dễ bị nhiễm trùng, làm giảm trí tuệ, teo cơ một số bộ phận và nhiều ảnh hƣởng tiêu cực khác.

IỄ N D

U

.Q

Năm 1954, bác sĩ Denham Harman thuộc Đại học Berkeley, California, lần đầu tiên nhận ra sự hiện hữu của gốc tự do trong cơ thể với nguy cơ gây ra những tổn thƣơng cho tế bào. Trƣớc đó, ngƣời ta cho rằng gốc này chỉ có ở ngoài cơ thể.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

1.2.1.4 Ảnh hƣởng của gốc tự do

Theo bác sĩ Denham Harman, các gốc tự do là một trong nhiều nguyên nhân gây ra sự lão hóa. Theo đó, gốc tự do tác dụng lên ty thể và lạp thể, gây tổn thƣơng các phân tử sinh học bằng cách làm thay đổi hình dạng, cấu trúc, khiến chúng trở nên bất hoạt, mất khả năng sản xuất năng lƣợng.

5 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

H

Tuy nhiên, không phải là gốc tự do nào cũng phá hoại. Đôi khi chúng cũng có một vài hành động hữu ích. Nếu đƣợc kiềm chế, nó là nguồn cung cấp năng lƣợng cho cơ thể; tạo ra chất mầu melanine cần cho thị giác; góp phần sản xuất prostaglandins có công dụng ngừa nhiễm trùng; tăng cƣờng tính miễn dịch; làm cho sự truyền đạt tín hiệu thần kinh, co bóp cơ thịt trở nên dễ dàng hơn.

Y

N

1.2.2 Chất kháng oxy hóa

10 00

(i) Cơ chế chuyển nguyên tử H (HAT)

A

(ii) Cơ chế chuyển điện tử đơn (bao gồm SET-PT và SPLET)

-H

Ó

Cơ chế chuyển nguyên tử H (HAT) ArOH + R• → ArO• + RH

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

Trong cơ chế này, chất chống oxy hóa (ArOH) phản ứng với các gốc tự do bằng cách chuyển một nguyên tử H cho gốc tự do (R•) tạo ra sản phẩm là gốc tự do mới (ArO•) ổn định hơn gốc tự do ban đầu. Các gốc ArO• thƣờng đƣợc ổn định bởi một số yếu tố nhƣ hiệu ứng cộng hƣởng, liên hợp, và liên kết H. Trong cơ chế HAT, hoạt tính kháng oxy hóa của một chất đƣợc quyết định bởi enthalpy phân ly liên kết O-H (BDE). Giả trị BDE càng thấp, sự phân ly của liên kết O-H càng dễ và do đó hoạt tính kháng oxy hóa càng mạnh.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

B

Hoạt tính kháng oxy hoá của các hợp chất phenolic đƣợc cho là diễn ra theo hai cơ chế chính sau đây:[1][2][3]

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

N

H Ư

TR ẦN

1.2.2.2 Cơ chế kháng oxy hóa

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Chất kháng oxy hóa là các chất hóa học giúp ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa. Chất kháng oxy hóa ngăn cản quá trình phá hủy này bằng cách khử đi các gốc tự do, kìm hãm sự oxy hóa bằng cách oxy hóa chính chúng. Chất kháng oxy hóa làm giảm tác hại của cách quá trình oxy hóa nguy hiểm bằng cách liên kết với nhau với các phân tử có hại, giảm hoạt tính của chúng. Bất kỳ chất nào có khả năng ngăn chặn hay làm chậm các quá trình oxy hóa đều đƣợc gọi là chất kháng oxy hóa.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

D

U

1.2.2.1 Khái niệm

http://daykemquynhon.ucoz.com

N

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Cơ chế chuyển điện tử đơn (SET) Khác với cơ chế HAT, cơ chế SET liên quan đế khả năng của một chất oxy hóa có thể cho electron để khử một chất khác nhƣ ion kim loại, hợp chất carbonyl hay gốc tự do. Sự tách proton và thế ion hóa của nhóm chức hoạt động quyết định các phản ứng trong cơ chế SET. Cơ chế SET phụ thuộc vào 6

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Y

N

ArOH → ArOH+• + e-

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

Các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa có thế thu gom các gốc tự do bằng cách cho một nguyên tử H của nhóm OH phenolic theo các cơ chế trên.

Tủy thuộc vào loại dung môi và tính chất của các gốc tự do mà cơ chế nào chiếm ƣu thế hơn. Cơ chế HAT không liên quan đến việc tách electron, vì vậy nó đƣợc ƣu tiên hơn trong dung môi không phân cực. Ngƣợc lại, cơ chế SET đƣợc ƣa thích hơn trong dung mội phân cực do có sự tách electron. Nhiều nghiên cứu lý thuyết đã đƣợc thực hiện để tìm hiểu cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất phenolic. Wright và các cộng sự đã khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của một số phenolic sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) và kết luận rằng cơ chế HAT chiếm ƣu thế hơn. Tuy nhiên, các nghiên cứu DFT gần đây cho thấy cơ chế HAT và SET trong pha khí cũng nhƣ dung môi (nƣớc, benzene,...) quan trọng nhƣ nhau.

IỄ N

Đ

ÀN

TO

1.3 Cơ sở lý thuyết hóa học lƣợng tử 1.3.1 Thành phần của nguyên tử

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

N

ArO- → ArO• + e-

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

ArOH → ArO- + H+

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Mặt khác, trong cơ chế SPLET, sự mất proton của chất kháng oxy hóa sẽ diễn ra trƣớc và sinh ra một anion, một điện tử đơn sẽ đƣợc chuyển từ anion mới tạo thành.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

D

U

ArOH•+ → ArO• + H+

http://daykemquynhon.ucoz.com

Ơ

H

Trong cơ chế SET-PT, bƣớc đầu chất kháng oxy hóa sẽ cho một electron để tạo thành cation gốc tự do. Sau đó quá trình tách proton của cation gốc tự do sẽ diễn ra để hoàn thành phản ứng.

N

pH, khi pH tăng thì khả năng phản ứng giảm. So với cơ chế HAT, cơ chế SET phụ thuộc nhiều hơn vào dung môi. Cơ chế SET đƣợc phân thành hai nhóm nhỏ hơn đó là SET-PT và SPLET.

Trong hóa học, nguyên tử (atom) đƣợc biết đến nhƣ là hạt nhỏ nhất, không thể phân chia đƣợc nữa, vẫn giữ đƣợc tính chất của vật chất. Khái niệm nguyên tử xuất phát đầu tiên từ các nhà triết học Ấn Độ và Hy Lạp. Trong thế kỷ 18 và thế kỷ thứ 19, các nhà hóa học nêu ra một cơ sở vật lý cho ý tƣởng này bằng cách chỉ ra có những chất không thể chia nhỏ hơn bởi phƣơng pháp hóa học, và họ lấy tên gọi từ các nhà triết học cổ đại là nguyên tử để đặt cho các thực thể hóa học này. Trong giai đoạn cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, các nhà vật lý đã phát hiện ra những thành phần hạ nguyên tử và cấu trúc bên 7

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

-L

Ý

Theo cơ học lƣợng tử: “Sự vận động của một hệ lƣợng tử theo thời gian đƣợc mô tả bằng phƣơng trình Shrödinger phụ thuộc vào thời gian”. (

)

)

Trong đó: ̂

̂

: Toán tử Hamilton

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

̂ (

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-H

Ó

1.3.2 Phƣơng trình Schrodinger

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Nguyên tử có kích thƣớc rất nhỏ (trung bình khoảng 100 pm) nên các quy luật của cơ học cổ điển không thể áp dụng để mô tả các chuyển động của electron xung quanh hạt nhân. Electron là các hạt mang điện âm và hạt nhân mang điện tích dƣơng. Theo cơ học cổ điển, khi electron chuyển động xung quanh hạt nhân sẽ phát xạ liên tục, chuyển động theo quỹ đạo hình xoắn ốc và cuối cùng rơi vào hạt nhân. Nhƣ vậy, nguyên tử không tồn tại. Chuyển động của các electron xung quanh hạt nhân phải đƣợc mô tả bằng một lý thuyết mới, và từ đó cơ học lƣợng tử ra đời. Sự phát triển của cơ học lƣợng tử gắn liền với sự hiểu biết về tính chất của các hạt vi mô ở cấp độ nguyên tử nhƣ lƣỡng tính sóng – hạt, sự lƣợng tử hóa năng lƣợng, nguyên lý bất định Heisenberg, phƣơng trình Schrodinger,…

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Từ những thông tin thu đƣợc từ thực nghiệm, các nhà khoa học đã xác định đƣợc cấu tạo của một nguyên tử, nó bao gồm một hạt nhân ở trung tâm và các electron chuyển động xung quanh hạt nhân. Trong đó, hạt nhân nguyên tử đƣợc cấu tạo từ các proton mang điện tích dƣơng (+1 hay +1,602 x 10-19 C) và các neutron không mang điện. Điện tích của hạt nhân bằng tổng điện tích của các proton. Các electron mang điện tích âm (-1 hay -1,602 x 10-19 C).

Trong nguyên tử, số lƣợng các proton bằng số lƣợng các electron và do đó nguyên tử trung hòa điện.

N

trong nguyên tử, và do vậy chứng minh "nguyên tử" hóa học có thể phân chia đƣợc và tên gọi này có thể không miêu tả đúng bản chất của chúng. Tuy nhiên, nó đã trở thành một thuật ngữ khoa học hiện đại.

: Toán tử Laplace U: thế năng (năng lƣợng tƣơng tác giữa các hạt lƣợng tử trong hệ) √

là đơn vị ảo của số phức , (h = 6,626069057 x 10-34 J.s là hằng số Planck)

8 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Vì hóa học lƣợng tử khảo sát hệ ở trạng thái dừng, là trạng thái mà hệ có xác suất xác định hay không thay đổi theo thời gian, nên hàm sóng của hệ chỉ phụ thuộc vào biến số tọa độ và phƣơng trình Shrödinger trở thành: ̂ ( )

Ơ

Y

N

H

Phƣơng trình này có thể phát biểu là khi tác dụng toán tử Hamilton vào một hàm sóng xác định ( ) thì kết quả thu đƣợc tỉ lệ với hàm sóng ( ) và hệ số tỉ lệ E đƣợc gọi là năng lƣợng của hàm sóng .

N

( )

-L

Đ

ÀN

TO

ÁN

Cả Thomas và Fermi đều bỏ qua sự tƣơng quan – trao đổi giữa các electron. Tuy nhiên vấn đề này đã đƣợc mở rộng bởi Dirac vào năm 1930, ngƣời đã xây dựng nên phép gần đúng mật độ địa phƣơng trao đổi, vẫn sử dụng đến ngày nay. Điều này dẫn đến phiếm hàm năng lƣợng thể năng ngoài ( ) có dạng : ∫

IỄ N

, -

( )

D

∫

( ) ( )

∫

∫

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

Nguồn gốc của lý thuyết phiếm hàm mật độ của hệ lƣợng tử là phƣơng pháp đƣợc đề xuất bởi Thomas và Fermi vào năm 1927. Mặc dù ngày nay phép gần đúng của họ không đủ chính xác để tính toán cấu trúc lƣợng tử.

Trong phƣơng pháp gần đúng Thomas – Fermi, động năng của electron xấp xỉ bằng một phiếm hàm tƣờng minh của mật độ có biểu thức tƣơng tự nhƣ biểu thức của hệ electron không tƣơng tác trong pha khí đồng nhất với mật độ bằng mật độ địa phƣơng tại một điểm.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

1.3.3 Sự gần đúng Thomas – Fermi

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Phƣơng trình Shrödinger là phƣơng trình vi phân hay đạo hàm riêng cấp hai. Việc giải phƣơng trình này sẽ thu đƣợc hai kết quả quan trọng là trị riêng năng lƣợng E và hàm riêng của toán tử ̂ . Việc giải chính xác phƣơng trình Shrödinger chỉ có thể thực hiện cho những hệ lƣợng tử đơn giản nhƣ hạt chuyển động tự do trong hộp thế một chiều, hộp thế hai chiều, hộp thế ba chiều, dao động tử điều hòa, quay tử cứng, hệ có một electron và một hạt nhân nhƣ nguyên tử H, ion He+, ion Li2+. Phƣơng trình Shrödinger cho những hệ nhiều hạt nhƣ nguyên tử nhiều electron hay phân tử phải đƣợc giải bằng các phƣơng pháp gần đúng và phổ biến nhất là nguyên lý biến phân.

( )

( ) ( ) | |

trong đó, số hạng đầu tiên là gần đúng địa phƣơng của năng lƣợng với (

)

đơn vị nguyên tử, số hạng thứ ba là trao đổi địa 9

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

phƣơng với

(đối với tập hợp spin hƣớng lên và

. /

Ơ

N

H

Mật độ trạng thái cơ bản và năng lƣợng có thể đƣợc tìm thấy bằng cách lấy cực tiểu phiếm hàm () cho tất cả các hàm n(r) để hạn chế về số lƣợng cho electron

N

hƣớng xuống), số hạng cuối cùng là năng lƣợng Hartree tĩnh điện cổ điển.

( )

∫

*

( )

( )

TR ẦN

( )

+

( )-+

( )

(

)

( )

( )

-H

Ó

A

10 00

B

( ) ( ) ( ) là thế tổng hợp. Từ đó, biểu trong đó, ( ) thức trên phải đƣợc thỏa mãn cho bất kì phiếm hàm ( ) nào, phiếm hàm là dừng khi và chỉ khi mật độ thỏa mãn điều kiện:

( ))

( ), nhƣng gần đây nhiều công trình nghiên cứu đã tùm thấy

ÁN

(

-L

Ý

Việc mở rộng để tính toán những hiệu ứng của tính không đồng nhất đã là ý tƣởng của nhiều ngƣời, nổi tiếng nhất là sự hiệu chỉnh Weizsacker,

(

( ))

Đ

ÀN

TO

các hiệu chỉnh đƣợc giảm tới

( ).

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

G

, ( )

N

*

H Ư

∫

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

+

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

( )

*

trong đó, hệ số Lagrange μ là năng lƣợng Fermi. Đối với các biến phân nhỏ của mật độ , điều kiện điểm dừng là:

IỄ N D

, -

Đ ẠO

, -

TP

.Q

Áp dụng phuong pháp nhân tử Lagrange, đáp án có thể đƣợc tìm thấy với sự cực tiểu hóa phiếm hàm.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

∫

Sự hữu ích của lý thuyết phiếm hàm là hiển nhiên bởi một thực tế là một phƣơng trình mật độ electron đơn giản hơn một phƣơng trình Schrodinger cho hệ nhiều hạt bao gồm 3N bậc tự do với N electron. Tuy nhiên cách tiếp cận của Thomas và Fermi bắt đầu với một sự gần đúng gặp phải những thiếu sót.

Nhƣ đã nói ở trên, liên kết phân tử không đƣợc nhắc đến trong lý thuyết này và thêm nữa là độ chính xác cho các nguyên tử là không cao nhƣ các phƣơng pháp khác. Điều nà làm cho lý thuyết Thomas – Fermi đƣợc xem nhƣ là một mô hình quá đơn giản so với những dự đoán định lƣợng trong một hệ vật lý nguyên tử, phân tử và vật lý chất rắn.

10

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

Việc sử dụng mật độ electron để tính năng lƣợng của phân tử xuất phát từ những khó khăn khi giải phƣơng trình Schrodinger để thu đƣợc năng lƣợng và hàm sóng của phân tử. Những phƣơng pháp tính gần đúng lên quan nhƣ phƣơng pháp Hartree – Fock và các phƣơng pháp tính tƣơng quan electron đều tính năng lƣợng thông qua hàm sóng của các electron. Đối với hệ có N electron, hàm sóng là môt hàm của 4N biến số. Trong đó, mỗi electron đóng góp vài ba biến liên quan đến chuyển động trong không gian và một biến số liên quan đến chuyển động spin. Hàm sóng với nhiều biến số nhƣ vậy sẽ làm cho việc giải gần đúng phƣơng trình Schrodinger gặp nhiều trở ngại. Đặc biệt là đối với phƣơng pháp tính tƣơng quan electron số lƣợng hàm sóng đƣợc tạo ra trong quá trình kích thích electron từ các orbital bị chiếm lên các orbital ảo là rất lớn. Đó là lí do mà các phƣơng pháp tính tƣơng quan electron thƣờng có yêu cầu rất lớn về sức mạnh của máy vi tính. Mặt khác theo tiên đề về hàm sóng, bản thân hàm sóng không có ý nghĩa vật lí trực tiếp nên hàm sóng không phải là một tính chất có thể “đo đƣợc” của vật chất.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Nhƣ vậy, phiếm hàm ∫ ( ) đã chuyển hàm số 3x2 thành số 8.

Trong lý thuyết phiếm hàm mật độ, năng lƣợng đƣợc xem nhƣ là một phiếm hàm của mật độ electron.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

|

N

∫

H Ư

∫ ( )

G

Đ ẠO

Nhƣ vậy, hàm số f(x) đã chuyển số 2 thành số 12. Phiếm hàm có thể đƣợc hiểu là một quy luật để chuyển một hàm số thành một số. Thí dụ, nếu ta lấy tích phân của hàm số f(x) = 3x2 với x có giá trị từ 0 đến 2 ta đƣợc:

IỄ N D

.Q

( )

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

1.3.4.1 Mật độ electron Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT hay Density Functional Theory) là phƣơng pháp đƣợc sử dụng để tính năng lƣợng của phân tử dựa vào mật độ electron mà không dựa vào hàm sóng. Thuật ngữ mật độ ở đây đƣợc hiểu là mật độ electron và thuật ngữ phiếm hàm có nghĩa là hàm số của hàm số.

Trong toán học, hàm số đƣợc hiểu là một quy luật để chuyển một số này thành một số khác có thể giống hoặc khác với số ban đầu. Thí dụ, nếu ta có hàm số f(x) = 3x2 và nếu x = 2 ta đƣợc:

N

1.3.4 Lý thuyết phiếm hàm mật độ

Để thuân lợi hơn cho việc tính toán năng lƣợng của phân tử, hàm sóng nhiều electron phải đƣợc thay thế bằng mật độ electron ( ) để tính năng lƣợng của phân tử. Việc sử dụng mật độ electron để tính năng lƣợng của phân tử có những thuận lợi nhất định. Thứ nhất, mật độ electron của phân tử là một tính chất có thể đo đƣợc bằng thực nghiệm. Việc đô mật độ electron có thể thực hiện bằng kĩ thuật nhiễu xạ tia X hay nhiễu xạ electron. Hơn nữa mật độ 11

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

electron chỉ là hàm có ba biến số (x, y, z) đƣợc biết đến nhƣ là hàm mật độ xác suất | | . Đối với hệ nhiều electron, mật độ electron đƣợc tính bằng tổng của các hàm mật độ xác suất của các orbital phân tử của từng electron: ( )|

|

H

Ơ

∑

N

( )

, ( )-

, ( )-

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ở đây, mật độ electron giả định phải có giá trị lớn hơn hoặc bằng 0: ( )

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Định lí thứ hai Hohenberg – Kohn nói rằng nếu có các electron với mật độ electron giả định là ( ) chuyển động dƣới tác dụng của một thế năng ngoài ( ) sinh ra bởi các hạt nhân nguyên tử thì năng lƣợng của mật độ electron giả định , ( )- có giá trị lớn hơn hay bằng với năng lƣợng của mật độ electron ở trạng thái cơ bản , ( )-:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Ó

A

10 00

B

Mặc dù định lí thứ nhất của Hohenberg – Kohn có đề cập đến sự tồn tại của phiếm hàm năng lƣợng , ( )- nhƣng định lí này không đề cập đến cách xác định phiếm hàm này. Thực tế, trong lí thuyết phiếm hàm mật độ, phiếm hàm năng lƣợng đƣợc xác định một cách gần đúng. Điều này dẫn đến sự hình thành của rất nhiều phiếm hàm năng lƣợng khác nhau và mỗi phiếm hàm thƣờng chỉ phù hợp cho một số đối tƣợng nhất định.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

, ( )-

TR ẦN

̂ , ( )-

H Ư

N

G

Đ ẠO

Lí thuyết phiếm hàm mật độ có cơ sở là hai định lý Hohenberg – Kohn. Định lí thứ nhất Hohenberg – Kohn nói rằng các tính chất của phân tử ở trạng thái cơ bản đƣợc xác định từ mật độ electron ở trạng thái cơ bản ( ). Khi đó, năng lƣợng của phân tử ở trạng thái cơ bản E0 đƣợc xác định bằng mật độ electron ở trạng thái cơ bản ( ). Nói cách khác, năng lƣợng ở trạng thái cơ bản sẽ là một phiếm hàm của mật độ electron ở trạng thái cơ bản:

IỄ N D

.Q

1.3.4.2 Hai định lý Hohenberg – Kohn

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

với n là số orbital bị chiếm và là số electron chiếm orbital phân tử bị . Đối với hệ vỏ kín có N = 2n electron với n = 1,2,3…, mỗi orbital chiếm bởi hai electron và hệ có n orbital bị chiếm.

và tích phân của electron của hệ:

( ) trong toàn bộ không gian phải bằng với tổng số

∫

( )

Nhƣ vậy, theo định lí hai của Hohenberg – Kohn, năng lƣợng tính đƣợc theo lí thuyết phiếm hàm mật độ luôn có giá trị cao hơn hoặc bằng năng lƣợng 12 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

electron ở trạng thái cơ bản của hệ. Cần lƣu ý là điều này chỉ đúng trong trƣờng hợp phiếm hàm năng lƣợng của phân tử là chính xác. Thực tế, lí thuyết phiếm hàm mật độ sử dụng các phiếm hàm gần đúng nên năng lƣợng tính đƣợc có thể thấp hơn năng lƣợng đúng của hệ.

H

Ơ

đổi

N

1.3.4.3 Năng lƣợng của các electron - Phiếm hàm tƣơng quan trao

∫

( )

TR ẦN

H Ư

∑

10 00

B

với ( ) là thế ngoài sinh ra bởi các hạt nhân. Hình thức của động năng của các electron ̂ , ( )-, và thế năng tƣơng tác giữa các electron ̂ , ( )không đƣợc biết chính xác. Do đó, không thể sử dụng trực tiếp biểu thức trên để tính năng lƣợng của các electron trong phân tử.

, ( )-

〈

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

Việc tính năng lƣợng các electron của phân tử theo biểu thức có thể thực hiện một cách gián tiếp thông qua mô hình hệ các electron không tƣơng tác với nhau và có cùng mật độ electron với trạng thái cơ bản của phân tử cần nghiên cứu ( ). Năng lƣợng của các electron không tƣơng tác với nhau đƣợc tính một các chính xác qua biểu thức: | ∬

∑

|

〉

∑

∫

( )

( ) ( )

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

∫ ( ) ( )

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

G N

̂ , ( )-

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

̂ , ( )-

Đ ẠO

̂ , ( )-

Đối với phân tử nhiều electron, thế năng tƣơng tác giữa các hạt nhân và các electron đƣợc tính nhƣ sau:

IỄ N D

̂ , ( )-

, ( )-

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

Trong lí thuyết phiếm hàm mật độ, năng lƣợng của các electron đƣợc phân tách thành động năng của các electron ̂ , ( )-, thế năng tƣơng tác giữa các hạt nhân với electron ̂ , ( )-, và thế năng tƣơng tác giữa các electron ̂ , ( )-:

với là hàm sóng mô tả chuyển động của hệ các electron không tƣơng tác với nhau. Năng lƣợng của phân tử sẽ bằng tổng năng lƣợng của hệ electron và năng lƣợng tƣơng quan trao đổi , ( )-: không tƣơng tác với , ( )-

, ( )-

, ( )-

Năng lƣợng electron của phân tử , ( )- có thể tính đƣợc với độ gần đúng tốt nếu biết đƣợc hình thức đúng của phiếm hàm tƣơng quan - trao đổi , ( )- Tuy nhiên, vì không thể xác định chính xác phiếm hàm tƣơng 13 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

-L ÁN

|

, ( )-

Đ

ÀN

TO

Khi đó năng lƣợng của phân tử đƣợc viết nhƣ sau:

IỄ N D

∑|

∑⟨ ∬

|

|

( ) ( )

⟩

∑

∫

( )

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

Sự xuất hiện của các hàm sóng hệ không tƣơng tác trong biểu thức tính năng lƣợng nhằm mục đích tính động năng của electron trong hệ các electron không tƣơng tác và tính mật độ electron. Còn ý tƣởng chính của lí thuyết phiếm hàm mật độ vẫn là tính năng lƣợng electron phân tử thông qua mật độ electron. Đối với hệ electron có vỏ kín có N = 2n (n = 1, 2, 3,...) electron không tƣơng tác, hàm sóng của hệ các electron không tƣơng tác sẽ có dạng chính xác là định thức Slater của các orbital phân tử Kohn – Sham . Và mật độ electron đƣợc tính bằng tổng mật độ electron của các orbital phân tử Kohn – Sham có electron chiếm:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

H Ư

1.3.4.4 Các phƣơng trình Kohn - Sham

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

quan – trao đổi nên năng lƣợng electron của phân tử đƣợc tính một cách gần đúng với những phiếm hàm tƣơng quan – trao đổi gần đúng. Thực tế đã có nhiều mô hình gần đúng đƣợc áp dụng để tìm kiếm các phiếm hàm. tƣơng quan – trao đổi nhƣ sự gần đúng LDA (local density approximation), sự gần đúng LSDA (local spin density approximation), sự gần đúng GGA ( generalized-gradient approximation). Kết quả của các mô hình gần đúng này là sự xuất hiện của nhiều phiếm hàm tƣơng quan – trao đổi khác nhau nhƣ VWN, PW91, PW92, BP86, PBE, BLYP,... Ngoài ra, trong lí thuyết phiếm hàm mật độ còn tồn tại loại phiếm hàm tƣơng quan trao đổi là kết quả của sự lai ghép nhiều loại phiếm hàm lại với nhau nhƣ B3LYP, BHandHLYP, PBE0, O3LYP, B97, M06,... Ở đây, cần lƣu ý là tất cả những phiếm hàm tƣơng quan - trao đổi trong lí thuyết phiếm hàm mật độ cho đến thời điểm này đều là gần đúng và phiếm hàm tƣơng quan – trao đổi chính xác vẫn chƣa đƣợc tìm ra.

Chính vì các phiếm hàm là gần đúng nên khi thực hiện phép tính theo lí thuyết phiếm hàm mật độ, cần phải lựa chọn phiếm hàm tƣơng quan – trao đổi sao cho phù hợp với mục đích nghiên cứu.

N

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

, ( )-

Sau khi các biến đổi toán học liên quan đến các orbital Kohn – Sham và phiếm hàm năng lƣợng , ( )-, thu đƣợc các phƣơng trình Kohn – Sham: ̂

14 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

với ̂

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

là toán tử Kohn – Sham: ( )

( )

D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

N

H Ư

TR ẦN

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

Năng lƣợng của phân tử , ( )- là chính xác nếu năng lƣợng tƣơng , ( )- và mật độ electron ( ) là chính xác. Tuy nhiên, quan – trao đổi vì không biết đƣợc hình thức đúng của phiếm hàm nên phải dùng các phiếm , ( )- gần đúng và do đó năng lƣợng của phân tử cũng là gần đúng. hàm , ( )- có độ tin cậy cao nhƣ Thực tế, với sự xuất hiện của các phiếm hàm BP86, BPW91, PBE, B3LYP, PBE0, và M06, lời giải về năng lƣợng trong lí thuyết phiếm hàm mật độ có đủ độ tin cậy để so sánh đƣợc với các thông tin thu đƣợc từ thực nghiệm. Điều này góp phần làm cho lí thuyết phiếm hàm mật độ đƣợc áp dụng phổ biến cho nhiều đối tƣợng nghiên cứu có kích thƣớc khác nhau. Phân nửa giải thƣởng Nobel ngành Hóa học năm 1998 đƣợc trao cho Walter Kohn, ngƣời phát triển lí thuyết phiếm hàm mật độ, đã nói lên vai trò của lí thuyết phiếm hàm mật độ trong ngành Hóa học tính toán nói riêng và ngành Hóa học nói chung.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Việc giải các phƣơng trình Kohn – Sham đƣợc thực hiện theo các tƣơng tự nhƣ việc giải các phƣơng trình Hartree – Fork. Do đó, yêu cầu về sức mạnh của máy vi tính của việc giải các phƣơng trình Kohn – Sham là giống với yêu cầu của việc giải các phƣơng trình Hartree – Fork. Tƣơng ứng với các phƣơng pháp tính RHF (Restricted Hartree – Fork), UHF (Unrestricted Hartree – Fork, và ROHF (Restricted Open-shell Hartree – Fork) ta cũng có các phƣơng pháp tính RKS (Restricted Kohn – Sham), UKS (Unrestricted Kohn – Sham), và ROKS (Restricted Open-shell Hartree – Fork) trong lí thuyết phiếm hàm mật độ. Cũng cần lƣu ý rằng đối với phƣơng pháp UKS, sự nhiễu spin là không còn quan trọng nhƣ trong phƣơng pháp UHF.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Trong đó, ( ) là thế tƣơng quan – trao đổi, đƣợc xác định bằng cách lấy đạo hàm của năng lƣợng tƣơng quan – trao đổi theo mật độ electron:

N

∫

∑

Ơ

̂

1.3.5 Bộ hàm cơ sở Trong các phép tính hóa học lƣợng tử, độ chính xác của các kết quả tính không những phụ thuộc vào phƣơng pháp tính mà còn phụ thuộc vào chất lƣợng của bộ hàm cơ sở. Bộ hàm cơ sở thƣờng đƣợc hiểu là một tập hợp các hàm cơ sở của các nguyên tử đã đƣợc sử dụng để triển khai các orbital phân tử. Về nguyên tắc, bộ hàm cơ sở phải đầy đủ, nghĩa là bộ hàm phải bao gồm vô số các hàm cơ sở, thì phép tính toán hóa học lƣợng tử mới đạt đến độ chính xác vốn có của phƣơng pháp tính. Tuy nhiên, việc sử dụng các bộ hàm có vô 15

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

)

H Ư

(

N

( )

G

và hàm Gauss (GTO hay Gauss – Type Orbital):

A

10 00

B

TR ẦN

Trong đó, là thừa số chuẩn hóa, n là số lƣợng tử chính, l là số lƣợng tử phụ, và là số mũ orbital. Hàm cơ sở kiểu Slater có thể mô tả tốt hàm sóng kiểu nguyên tử H nhƣng việc tính các tích phân liên quan đến hàm cơ sở này thƣờng tiêu tốn nhiều thời gian. Mặt khác, hàm cơ sở Gauss mô tả các orbital nguyên tử kiểu H kém chính xác hơn hàm Slater nhƣng tích phân của hàm Gauss thƣờng dễ tính hơn tích phân của hàm Slater. Do đó, đa số các bộ hàm cơ sở hiện nay đều sử dụng hàm cơ sở Gauss.

http://bse.pnl.gov/bse/portal

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

Hiện nay có rất nhiều bộ hàm cơ sở đƣợc xây dựng cho các mục đích tính toán khác nhau và chúng đƣợc thiết lập thành một ngân hàng lƣu trữ tại website

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

dƣới nhiều hình thức tƣơng ứng với các phần mềm hóa học tính toán khác nhau. Tất cả những bộ hàm cơ sở có thể tải về từ website này.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

(

Đ ẠO

( )

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Hai loại hàm cơ sở thƣờng đƣợc sử dụng để tạo nên bộ hàm cơ sở là hàm Slater (STO hay Slater – Type Orbital):

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

số các hàm cơ sở là không khả thi trong thực tế do yêu cầu về thời gian tính là rất lớn. Do đó, trong các phép tính hóa học lƣợng tử, các bộ hàm chỉ bao gồm một số lƣợng giới hạn các hàm cơ sở. Và nhƣ vậy, bộ hàm cơ sở có kích thƣớc càng lớn, nghĩa là càng có nhiều hàm cơ sở thì phép tính hóa học lƣợng tử càng tiệm cận với độ chính xác của phƣơng pháp tính. Khi đó, các phƣơng pháp tính có độ chính xác cao nhƣ MP2, CISD, CCSD, CCSD(T), CASCF, CASSCF, CASPT2, MRCI,... phải thực hiện với các bộ hàm cơ sở có kích thƣớc lớn. Trong khi các phƣơng pháp tính có độ chính xác vừa phải nhƣ HF và DFT có thể thực hiện đƣợc với các bộ hàm cơ sở có kích thƣớc trung bình.

N

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

16 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Ơ

Ó

A

• Cấu trúc và năng lƣợng của phân tử

-H

• Cấu trúc và năng lƣợng của trạng thái chuyển tiếp

-L

Ý

• Năng lƣợng liên kết và năng lƣợng phản ứng hóa học

ÁN

• Biểu diễn các orbital phân tử

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

• Biểu diễn dao động phân tử • Các thuộc tính về phổ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Phần mềm Gaussian có thể dự đoán đƣợc nhiều thuộc tính của các phân tử cũng nhƣ các phản ứng hóa học, bao gồm:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Gaussian đã nhanh chóng trở thành một chƣơng trình tính toán sử dụng cấu trúc điện tử đƣợc sử dụng phổ biến và rộng rãi. Giáo sƣ Pople và các cộng sự của ông đã thúc đẩy sự phát triển các phiên bản mở rộng, bao gồm các nghiên cứu tiên tiến về hóa học lƣợng tử và về các lĩnh vực khác. Tính đến thời điểm hiện tại, bộ phần mềm Gaussian đã phát triển các phiên bản: Gaussian 70, Gaussian 76, Gaussian 80, Gaussian 82, Gaussian 86, Gaussian 88, Gaussian 90, Gaussian 92, Gaussian 92/DFT, Gaussian 94, Gaussian 98, Gaussian 03, Gaussian 09 và Gaussian 16.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Gaussian là một gói phần mềm máy tính đƣợc lập trình dành riêng cho hóa học tính toán đƣợc phát hành vào năm 1970 bởi John Pople và nhóm nghiên cứu của ông tại Đại học Carnegie Mellon. Tên gọi này bắt nguồn từ việc Pople đã sử dụng các orbital kiểu Gauss để tăng tốc độ tính toán so với việc sử dụng các orbital kiểu Slater, qua đó cải thiện đƣợc hiệu suất của các máy vi tính với phần cứng hạn chế thực hiện đƣợc phép tính Hartree – Fock.

Ban đầu, Gaussian đƣợc giới thiệu tại Chƣơng trình trao đổi Hóa học lƣợng tử, sau đó đƣợc đăng ký giấy phép bởi Đại học Carnegie Mellon, và từ năm 1987 đã đƣợc phát triển bởi Tập đoàn Gaussian Inc.

N

2.1 Giới thiệu về bộ phần mềm Gaussian

...

Các tính toán trên có thể thực hiện trong pha khí hoặc pha dung môi, thực hiện ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích thích....

Bao hàm trong gói chƣơng trình Gassian là phần mềm GaussView.

Gaussview cho phép tạo ra một phân tử theo yêu cầu và sử dụng phần mềm Gaussian để thực hiện các tính toán trên phân tử đó. Sau khi Gaussian đã xử lí các phép tính, kết quả sẽ đƣợc biểu diễn bởi tập tin *.out và *.log. Các tập tin 17

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

xuất có thể xem trực tiếp trên Gaussian hoặc các phần mềm khác nhƣ Notepad hay ChemCraft... Bài nghiên cứu này đã sử dụng các gói phần mềm: Gaussian 16, Gaussview 5.0 và Chemcraft b186 64bit.

N

2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu

H

Ơ

2.2.1 Tối ƣu hóa các cấu trúc hình học

D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

Hoạt tính kháng oxy hóa của phân tử curcumin sẽ đƣợc khảo sát qua ba cơ chế chính (HAT, SETPT và SPLET) bằng cách tính và so sánh các tham số nhiệt động của mỗi cơ chế, qua so sánh để xác định cơ chế chiếm ƣu thế hơn.

Ngoài ra, để khảo sát ảnh hƣởng của môi trƣờng đối với khả năng kháng oxy hóa của curcumin, các tham số số nhiệt động của mỗi cơ chế sẽ đƣợc khảo sát trong pha khí và trong 3 dung môi (benzene, DMSO và nƣớc). Các giá trị nhiệt động của các quá trình đƣợc trình bày trong hình 2.2.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

N

H Ư

2.2.2 Tính toán các giá trị nhiệt động

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

Cấu trúc hình học và năng lƣợng của phân tử curcumin cũng nhƣ các cấu tử liên quan sẽ đƣợc tối ƣu hóa bởi phiếm hàm lai hóa B3LYP, kết hợp với bộ hàm cơ sở 6-311++G(2d,2p). Sự ảnh hƣởng của các dung môi khác nhau nhƣ benzene, DMSO và nƣớc cũng đƣợc khảo sát ở cùng mức lý thuyết B3LYP/6311++G(2d,2p). Tần số dao động điều hòa (harmonic vibrational frequencies) cũng đƣợc tính nhằm xác định dạng hình học tối ƣu tƣơng ứng với cực tiểu địa phƣơng (local minima) và để hiệu chỉnh các giá trị nhiệt động.

Hình 2.2. Các giá trị nhiệt động của các quá trình trong cơ chế kháng oxy hóa của các hợp chất phenolic

18 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Benzene

DMSO

Nƣớc

Hằng số điện môi (ε)

2,27

46,7

80,1

H

Các giá trị nhiệt động trong pha khí và các hệ dung môi sẽ đƣợc tính theo các công thức sau:

N

BDE = H(ArO) + H(H ) - H(ArOH)

ETE = H(ArOH+) + H(e) - H(ArOH)

H Ư

N

G

Trong đó, năng lƣợng của các cấu tử (Phân tử gốc, cation gốc tự do, anion và gốc tự do) sẽ đƣợc tính bằng công thức:

TR ẦN

H(X) = EX + ZPE + EC

B

với Eopt là năng lƣợng tối ƣu của cấu tử, ZPE (zeropoint energy) là năng lƣợng dao động điểm không và EC (enthalpy correction) là hệ số hiệu chỉnh enthalpy.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

Các giá trị enthalpy của nguyên tử hydro H(H•), proton H(H+) và electron H(e-) đƣợc tham khảo trong tài liệu.[4]

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Đ ẠO

PA = H(ArO-) + H(H+) - H(ArOH)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

PDE = H(ArO) + H(H+) - H(ArOH+)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

U

Y

IP = H(ArOH+) + H(e) - H(ArOH)

http://daykemquynhon.ucoz.com

Ơ

Dung môi

N

Bảng 2.1. Hệ các dung môi được khảo sát

19 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Hình 3.1. Cấu trúc phân tử của curcumin dạng enol và của các cấu tử liên quan được tối ưu ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

10 00 A Ó

Anion

-H

Cation

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Gốc tự do

B

Cấu trúc gốc

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Curcumin có cấu trúc khá độc đáo, bao gồm hai dạng đồng phân enol và dạng β-diketone. Cả hai dạng này đều đã đƣợc tối ƣu hóa hình học ở mức B3LYP/6-311++G(2d,2p). Qua kết quả tính toán, có thể thấy rằng dạng enol có cấu trúc liên hợp đồng phẳng trong khi cấu trúc của dạng đồng phân βdiketone là không phẳng. Trong các pha khảo sát, dạng enol luôn có năng lƣợng thấp hơn dạng β-diketone khoảng 17,8 kcal/mol, chứng tỏ dạng enol bền và ổn định hơn dạng β-diketonene. Kết quả này phù hợp với nhiều nghiên cứu thực nghiệm (20 kcal/mol) trƣớc đây[5]. Sự khác nhỏ (~3 kcal/mol) là do sai số của phép tính hoặc phƣơng pháp đo.

N

3.1 Độ bền của hai dạng đồng phân Curcumin

20 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Cation

Anion

H

Gốc tự do

-L

ÁN

Bảng 3.1. Giá trị BDE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin

TO

trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

Đ

ÀN

Khí (ε = 0) Dạng enol Dạng β-diketone

71,33 66,46

BDEO – H (kcal/mol) Benzene DMSO (ε = 2,27) (ε = 46,7) 73,06 75,08

73,54 76,30

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

Trong cơ chế HAT, năng lƣợng phân giải liên kết O – H là đại lƣợng quan trọng để đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa bởi độ bền liên kết O – H quyết định khả năng tách nguyên tử H của hợp chất phenolic. Nguyên tử H có thể đƣợc chuyển ngay lập tức cho gốc tự do nhƣ các gốc hydroxyl, alkoxyl peroxyl và hydroperoxyl để tạo thành phản ứng. Bảng 3.3 liệt kê các giá trị BDE của hai dạng đồng phân curcumin đƣợc tính ở mức lý thuyết B3LYP/6311++G(2d,2p) trong pha khí và trong các dung môi. Chú ý rằng các giá trị BDE đƣợc tính toán có thể sai khác so với giá trị thực nghiệm. Điều này có thể do ảnh hƣởng của phép tính gần đúng với phiếm hàm và bộ hàm cơ sở song các giá trị sai khác là không đáng kể.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

H Ư

3.2 Cơ chế chuyển nguyên tử Hydro (HAT)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q TP

N

G

Hình 3.2. Cấu trúc phân tử của curcumin dạng β-diketone và của các cấu tử liên quan được tối ưu ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

IỄ N D

Đ ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

Cấu trúc gốc

Ơ

N

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Nƣớc (ε = 80,1) 73,55 76,68

Xét phân tử curcumin dạng enol, ta có thể nhận thấy, giá trị BDE thấp nhất ở pha khí và tăng tuyến tính theo độ phân cực của dung môi. Theo kết quả đó, khả năng phản ứng theo cơ chế HAT giảm dần theo thứ tự: Pha khí > Benzene > DMSO > Nƣớc. Tuy nhiên, phân tử curcumin dạng β-diketone lại không cho kết quả tƣơng tự. Kết quả ở dạng đồng phân β-diketone cũng cho 21

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Ơ

Y

N

H

So sánh hai giá trị BDE của dạng đồng phân enol và dạng đồng phân βdiketone có thể thấy các giá trị BDE của dạng đồng phân enol đều cao hơn so với dạng đồng phân phân β-diketone. Điều này có thể nói lên rằng, khả năng kháng oxy hóa của dạng đồng phân phân β-diketone cao hơn so với dạng enol.

N

thấy, chỉ số năng lƣợng BDE thấp nhất khi trong pha khí và tăng dần theo giá trị hằng số điện môi. Điều này chứng tỏ rằng, cơ chế HAT đƣợc ƣu tiên hơn trong pha khí.

154,63 166,24

136,77 148,67

70,11 73,70

Bƣớc thứ hai của cơ chế SET-PT đƣợc mô tả bằng sự phân ly proton của liên kết O – H. Kết quả tính toán đƣợc trình bày ở bảng 3.3. Theo kết quả đó năng lƣợng tách proton của hai dạng đồng phân curcumin là không giống nhau. Ở dạng enol, giá trị PDE thấp nhất trong pha khí và tăng dần theo hằng số điện môi. Tuy nhiên ở dạng β-diketone, giá trị PDE cao nhất trong pha khí và thấp nhất trong benzene. Các giá trị PDE gần nhƣ chịu ảnh hƣởng ít hơn bởi dung môi, các giá trị biến thiên tƣơng đối nhỏ. Tƣơng tự, nghiên cứu cần đƣợc tiến hành sâu hơn để giải thích sự sai lệch kết quả PDE của dạng βdiketone trong pha khí.

TO ÀN Đ

97,45 100,61

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Nƣớc (ε = 80.1)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÁN

Dạng enol Dạng β-diketone

Khí (ε = 0)

IP (kcal/mol) Benzene DMSO (ε = 2.27) (ε = 46.7)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

N

H Ư

TR ẦN

B

10 00

-L

Ý

-H

Ó

A

Bảng 3.2. Giá trị IP theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

IỄ N D

U .Q

Bƣớc đầu tiên của cơ chế này đƣợc quyết định bởi thế ion hóa (IP).

Trong cơ chế này, một electron sẽ đƣợc tách ra từ chất kháng oxy hóa và chuyển sang gốc tự do và sinh ra một gốc tự do cation. Với giá trị IP thấp hơn, khả năng tách điện tử là cao hơn. Theo bảng 3.4, giá trị IP trong pha khí cao hơn trong các pha dung môi. Các giá trị IP này cũng thay đổi tuyến tính theo độ phân cực của dung môi, dung môi càng phân cực (ε càng lớn) thì năng lƣợng ion hóa càng thấp; do đó, quá trình tách điện tử cũng dễ dàng hơn hay khả năng xảy ra phản ứng theo cơ chế SET-PT cũng dễ dàng hơn. Điều này có thể giải thích bởi trong dung môi phân cực, sự tách electron sẽ diễn ra dễ dàng hơn bởi lực tƣơng tác tĩnh điện giữa các cấu tử dung môi và cấu tử chất tan.

Ngoài ra, các giá trị ở bảng 3.2 cho thấy, giá trị IP của dạng enol thấp hơn của dạng β-diketone.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

3.3 Cơ chế chuyển electron – chuyển proton (SET-PT)

22 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 3.3. Giá trị PDE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

4,32 3,91

N

35,40 25,53

3,46 3,00

Ơ

232,69 216,21

Y

N

Dạng enol Dạng β-diketone

Nƣớc (ε = 80,1)

H

Khí (ε = 0)

PDE (kcal/mol) Benzene DMSO (ε = 2,27) (ε = 46,7)

88,00 79,64

29,45 24,84

29,07 23,96

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

Từ kết quả tính toán ở bảng 3.4 ta có thể thấy, giá trị PA trong pha khí của phân tử curcumin dạng enol cao hơn trong các dung môi và giảm tuyến tính với hằng số điện môi của dung môi. So sánh các giá trị PA đƣợc tính toán trong pha khí và các pha dung môi, có thể kết luận rằng dung môi nƣớc đã ảnh hƣởng rất mạnh đến giá trị PA bởi năng lƣợng solvate hóa của proton cao. Do đó, phân tử curcumin dạng enol sẽ phản ứng theo cơ chế SPLET dễ dàng hơn khi ở trong pha nƣớc. Điều này cũng xảy ra tƣơng tự với phân tử curcumin dạng β-diketone.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

319,20 313,65

A

Dạng enol Dạng β-diketone

Nƣớc (ε = 80,1)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

B

Khí (ε = 0)

PA (kcal/mol) Benzene DMSO (ε = 2,27) (ε = 46,7)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G

N

H Ư

TR ẦN

Bảng 3.4. Giá trị PA theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

IỄ N D

U .Q

Một dạng cơ chế chuyển điện tử khác có giai đoạn khởi phát là sự mất proton đƣợc gọi là cơ chế SPLET. Trong bƣớc thứ nhất của cơ chế này, sự phân cắt dị ly ở nhóm hydroxyl ở nhóm phenolic sẽ tạo thành một anion phenolat và giải phóng một proton. Giá trị năng lƣợng phân ly proton (PA) là cơ sở để đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa của chất kháng oxy hóa theo cơ chế SPLET. Kết quả tính toán giá trị PA đƣợc trình bày ở bảng 3.4.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

3.4 Cơ chế mất proton – chuyển electron (SPLET)

Ở bƣớc thứ hai của cơ chế SPLET, một điện tử của anion phenolate tạo thành ở bƣớc một sẽ đƣợc chuyển cho gốc tự do. Theo đó, năng lƣợng chuyển electron sẽ chi phối quá trình này. Các giá trị ETE đƣợc tính toán và trình bày ở bảng 3.5.

23 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Bảng 3.5. Giá trị ETE theo kcal/mol của hai dạng đồng phân curcumin trong các pha được tính ở mức lý thuyết B3LYP/6-311++G(2d,2p)

72,32 79,68

N Ơ

84,18 94,56

44,50 52,74

H

68,12 81,35

Y

Dạng enol Dạng β-diketone

Nƣớc (ε = 80,1)

N

Khí (ε = 0)

ETE (kcal/mol) Benzene DMSO (ε = 2,27) (ε = 46,7)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

3.5 Cơ chế chính của quá trình kháng oxy hóa của Curcumin Curcumin là một hợp chất thuộc nhóm phenolic và có ba cơ chế kháng oxy hóa nhƣ trên. Ở cơ chế HAT, giá trị BDE là yếu tố quyết định khả năng kháng oxy hóa. Với cơ chế SET-PT, giá trị năng lƣợng ion hóa của giai đoạn đầu là yếu tố chi phối cơ chế này. Còn đối với cơ chế SPLET, giai đoạn chi phối phản ứng là sự mất proton và theo đó, giá trị PA sẽ quyết định khả năng kháng oxy hóa của cơ chế này. So sánh và đối chiếu các giá trị năng lƣợng, có thể nhận thấy rằng, giá trị BDE trong pha khí là thấp nhất so với các giá trị IE và PA, tuy nhiên các giá trị PA trong pha nƣớc lại thấp hơn đáng kể so với các giá trị BDE và IE. Vì vậy có thể kết luận rằng, cơ chế HAT chiếm ƣu thế hơn trong pha khí và cơ chế SPLET sẽ đƣợc ƣu tiên hơn trong dung môi nƣớc về mặt nhiệt động học.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

So sánh các giá trị nhiệt động của hai cơ chế SET-PT và SPLET có thể thấy rằng, tổng hai giá trị IP và PDE ở cơ chế chuyển electron – chuyển proton và tổng hai giá trị PA và ETE ở cơ chế mất proton – chuyển electron là bằng nhau. Điều này hoàn toàn tuân theo nguyên lý của nhiệt động học. Thực tế, hai cơ chế SET-PT và SPLET là hai con đƣờng khác nhau của một dạng cơ chế tổng quát là cơ chế chuyển một electron (SET). Kết quả của phản ứng theo cơ chế này là một electron sẽ đƣợc chuyển từ chất kháng oxy hóa sang gốc tự do để khử gốc tự do đó.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Từ kết quả trên, có thể thấy rằng, giá trị ETE tăng khi chuyển từ pha khí vào trong pha dung môi, và giảm theo chiều tăng hằng số điện môi. Nhƣ vậy, dung môi nƣớc có tác dụng làm giảm giá trị ETE của các anion phenolat, điều này có nghĩa là quá trình chuyển electron trong nƣớc thuận lợi hơn so với pha khí và dung môi không phân cực.

24 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

CHƢƠNG 4: TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ

Ơ https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

- Làm rõ cơ chế kháng oxy hóa chính của hai dạng đồng phân curcumin, xác định rõ cơ chế nào chiếm ƣu thế hơn trong pha khí và các pha dung môi…

- Cho thấy đƣợc ảnh hƣởng của dung môi đến các giá trị nhiệt động hay nói đúng hơn là ảnh hƣởng đến cơ chế kháng oxy hóa của hai dạng đồng phân curcumin 4.2 Kiến nghị Dựa trên các kết quả đã tính toán, các nghiên cứu tiếp theo cần đi sâu hơn, phân tích rõ hơn về hoạt tính kháng oxy hóa của curcumin theo các định hƣớng nhƣ sau: - Khảo sát ảnh hƣởng của các loại dung môi khác nhau đến cơ chế cũng nhƣ khả năng kháng oxy hóa của curcumin nhƣ: dung môi hữu cơ phân cực và không phân cực, dung môi có proton và không có proton, dung môi hữu cơ và dung môi vô cơ thông thƣờng....

- So sánh hoạt tính kháng oxy hóa của curcumin với một số chất kháng oxy hóa chuẩn và đối chiếu với kết quả thực nghiệm.

- Sử dụng nhiều phƣơng pháp tính toán khác nhau (PB86, PBE0,...) để qua đó đánh giá hiệu quả tính toán của các phƣơng pháp đã dùng.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

G

Qua tính toán năng lƣợng và so sánh, nghiên cứu đã làm rõ cơ chế kháng oxy hóa chính của hai dạng đồng phân curcumin:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

H

Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát cấu trúc và năng lƣợng của các cấu tử hóa học hình thành trong các phản ứng kháng oxy hóa của curcumin bằng cách sử dụng chƣơng trình Gaussian 09 trong khuôn khổ lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT. Phƣơng pháp B3LYP/6-311++G(2d,2p) đƣợc sử dụng để tính toán năng lƣợng điểm đơn, giá trị năng lƣợng dao động điểm không và giá trị hiệu chỉnh nhiệt động enthalpy trong pha khí cũng nhƣ trong môi trƣờng dung môi (benzene, DMSO và nƣớc). Các cấu trúc trong nghiên cứu đƣợc vẽ bằng phần mềm GaussView 5.0.8. Phần mềm Chemcraft 1.8 đƣợc sử dụng để truy xuất kết quả, xuất các tập tin hình ảnh và các giá trị năng lƣợng cũng nhƣ các giá trị hiệu chỉnh nhiệt động học.

N

4.1 Kết luận

25 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Ơ

Y

N

H

[2] D. Kalita, Rahul K. and Jyotirekha G. Handique, A Theoretical Study on the Antioxidant Property of Gallic Acid and its derivatives, Journal of Theoretical and Computational Chemistry Vol. 11, No. 2, 2012, 391-402.

N

[1] Romesh Borgohain a, Ankur Kanti Guha b, Sanjay Pratihar c, Jyotirekha G. Handique, Antioxidant activity of some phenolic aldehydes and their diimine derivatives: A DFT study, 2015, 17-23.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

[5] Tsonko M. Kolev, Evelina A. Velcheva, Bistra A. Stamboliyska, Michael Spiteller, DFT and Experimental Studies of theStructure and Vibrational Spectra of Curcumin, International Journal of Quantum Chemistry, Vol 102, 2005, 1069–1079.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

H Ư

N

G

[4] Ján Rimarcˇík, Vladimír Lukeš, Erik Klein, Michal Ilcˇin, Study of the solvent effect on the enthalpies of homolytic and heterolytic N–H bond cleavage in p-phenylenediamine and tetracyano-p-phenylenediamine, Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 952, 2010, 25-30 .

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

[3] Romesh Borgohain, Jyotirekha G. Handique, Ankur Kanti Guha, Sanjay Pratihar, A theoretical study on antioxidant activity of ferulic acid and its ester derivatives, Journal of Theoretical and Computational Chemistry Vol. 15, No. 4, 2016, 1650028.

26 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

PHỤ LỤC A

D

Ơ H https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Ý

-H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ ẠO

TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

Y

N

%mem=5000MB %chk=opt-cur %nprocs=4 #n b3lyp/6-311++G(2d,2p) SCF(MaxCyc=300) opt=(noeigentest) freq scfcyc=500 0 1 C 7.060608000000 1.319127000000 -0.098056000000 C 6.123188000000 2.351781000000 -0.025538000000 C 4.761385000000 2.068594000000 -0.006619000000 C 4.295179000000 0.743654000000 -0.058700000000 C 5.254333000000 -0.289264000000 -0.114881000000 C 6.615059000000 -0.023126000000 -0.132754000000 H 6.467163000000 3.383496000000 0.004698000000 H 4.046035000000 2.883961000000 0.043546000000 H 4.955696000000 -1.331194000000 -0.153454000000 C 2.860120000000 0.502436000000 -0.043784000000 C 2.209523000000 -0.679268000000 -0.111115000000 H 2.227167000000 1.385983000000 0.029112000000 C 0.731222000000 -0.728055000000 -0.082065000000 H 2.743154000000 -1.622092000000 -0.191084000000 C 0.145228000000 -2.065718000000 -0.169084000000 H 0.824217000000 -2.910736000000 -0.250859000000 C -1.265709000000 -2.473479000000 -0.170748000000 C -2.340138000000 -1.470812000000 -0.057780000000 C -3.632211000000 -1.864234000000 -0.073482000000 H -2.034970000000 -0.435721000000 0.031836000000 H -3.811863000000 -2.933817000000 -0.173139000000 C -4.818489000000 -1.024551000000 0.024193000000 C -6.086514000000 -1.627609000000 -0.031300000000 C -4.762469000000 0.378109000000 0.164620000000 C -7.248671000000 -0.867445000000 0.057976000000 H -6.159828000000 -2.705374000000 -0.142722000000 C -5.912166000000 1.148152000000 0.255291000000 H -3.811770000000 0.897528000000 0.216532000000 C -7.177456000000 0.518676000000 0.209399000000 H -8.222684000000 -1.351187000000 0.021260000000 O 0.042898000000 0.303068000000 0.009408000000 O -1.491044000000 -3.692658000000 -0.272682000000 O 8.404160000000 1.539881000000 -0.147483000000 H 8.569042000000 2.492285000000 -0.132039000000 O 7.492734000000 -1.068460000000 -0.260102000000 O -5.794454000000 2.499626000000 0.462259000000

N

INPUT TỐI ƢU HÓA HÌNH HÌNH HỌC VÀ TÍNH TẦN SỐ DAO ĐỘNG CỦA CẤU TRÚC MẪU

27 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

H

Ơ

N

0.327374000000 0.294435000000 0.847222000000 1.765641000000 0.594099000000 1.002255000000 -0.602259000000 -0.771846000000 -0.290821000000 -1.530847000000

N

1.309684000000 0.752799000000 -1.293484000000 -1.481924000000 -2.183583000000 -0.449066000000 3.338214000000 3.222454000000 4.362921000000 3.123960000000

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TP

Đ ẠO

G N H Ư TR ẦN B 10 00 A Ó -H Ý -L ÁN

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

Ghi chú: Các cấu trúc khi tối ƣu với dung môi sẽ thêm từ khóa scrf=(solvent=[name of solvent]).

Ví dụ: #n b3lyp/6-311++G(2d,2p) SCF(MaxCyc=300) opt=(noeigentest) scrf=(solvent=benzene) freq scfcyc=500

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

O -8.282394000000 H -9.071730000000 C 8.372768000000 H 7.802625000000 H 8.951335000000 H 9.049933000000 C -6.254251000000 H -7.328698000000 H -6.043247000000 H -5.710012000000

Y

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

28 Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

N

H

Ơ

N

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Y

PHỤ LỤC B

R-

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Đ ẠO

G

N

H Ư

TR ẦN

B

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

R⁺•

Water 80.1 E ZPE Entanpy -1264.02 0.369145 0.395801 -1263.255944 -1263.38 0.356158 0.382704 -1262.637216 -1263.82 0.369124 0.39575 -1263.05553 -1263.53 0.355466 0.381752 -1262.796818 -1263.37 0.36724 0.394893 -1262.609891 -1263.35 0.355002 0.382288 -1262.609891 -1263.79 0.367791 0.395381 -1263.027466 -1263.52 0.354483 0.381522 -1262.782629

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q

TP R•

10 00

R

A

R-

Ó

R⁺•

DMSO 46.7 E ZPE Entanpy -1264.01 0.369168 0.395828 -1263.24223 -1263.37 0.356163 0.382709 -1262.626936 -1263.82 0.369024 0.395684 -1263.056143 -1263.51 0.355492 0.381765 -1262.772979 -1263.98 0.367267 0.394909 -1263.213535 -1263.33 0.354942 0.38225 -1262.593856 -1263.79 0.367878 0.395437 -1263.022403 -1263.49 0.354489 0.381524 -1262.75163

D

IỄ N

Đ

ÀN

Dạng βdiketone

R•

-H

Dạng enol

Benzene 2.27 E ZPE Entanpy -1264 0.369664 0.396258 -1263.230459 -1263.36 0.356521 0.383016 -1262.61646 -1263.78 0.36946 0.395075 -1263.011026 -1263.49 0.355514 0.380966 -1262.752075 -1263.97 0.36725 0.39496 -1263.20435 -1263.32 0.355233 0.382519 -1262.587133 -1263.73 0.367962 0.39546 -1262.965956 -1263.48 0.354778 0.38172 -1262.739285

-L Ý

R

Gas 0 E ZPE Entanpy -1263.99 0.369997 0.396553 -1263.221993 -1263.35 0.356767 0.383242 -1262.608318 -1263.74 0.37027 0.396623 -1262.976777 -1263.45 0.355294 0.381646 -1262.715682 -1263.96 0.36785 0.395498 -1263.194649 -1263.33 0.355717 0.383072 -1262.588743 -1263.69 0.367922 0.395535 -1262.930928 -1263.43 0.354364 0.381508 -1262.697172

ÁN

Phase ε Value

TO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa Quy Nhơn 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U

BẢNG TỔNG HỢP CÁC GIÁ TRỊ NĂNG LƢỢNG ĐƢỢC TỐI ƢU HÓA Ở MỨC LÝ THUYẾT B3LYP/6-311++G(2d,2p) VÀ CÁC GIÁ TRỊ NHIỆT ĐỘNG ĐƢỢC TÍNH TOÁN CỦA ĐỒNG PHÂN CURCUMIN DẠNG ENOL (Đơn vị: Hartree)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

29 www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial