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REVISTA CON-CIENCIA N°1/VOL. 5: 39-55. JUNIO 2017. ISSN: 2310-0265
Estudio de propiedades moleculares de cuatro flavonoides de Baccharis boliviensis
Study of molecular properties of four flavonoids of baccharis boliviensis
CHOQUE, RIGOBERTO1 GEMIO, RÓMULO1 NOGALES, JORGE 2*
FECHA DE RECEPCIÓN: 23 ENERO DE 2017 FECHA DE ACEPTACIÓN: 27 DE ABRIL DE 2017
En este trabajo de investigación se realizó un estudio de relación estructura y actividad antioxidante empleando métodos computa- cionales basándose en propiedades estruc- turales y electrónicas, para lograr este ob- jetivo se utilizó el programa computacional Hyperchem versión 8.0.1 empleando méto- dos cuánticos semiempiricos, a partir de las estructuras más estables obtenidas se calcu- laron longitudes de enlace, cargas atómicas, entalpias de disociación de enlace y orbita- les moleculares de los cuatro flavonoides de Baccharis boliviensis aislados e identificados por el grupo de investigadores de Almanza, G Et.al en el año 2012. Al relacionar todos los datos obtenidos con la capacidad antioxidan- te se encontró que la actividad antioxidante entre los cuatro flavonoides el flavonoide 4 tiene mayor capacidad antioxidante debido
In this research work was carried out a study of relationship structure and antioxi- dant activity using computational methods based on structural and electronic properties, to achieve this objective we used the com- puter program Hyperchem version 8.0.1 us- ing semiempirical quantum methods, from structures More stable, bond lengths, atom- ic charges, bond dissociation enthalpies and molecular orbitals of the four Baccharis bo- liviensis flavonoids isolated and identified by the Almanza group, G Et.al in 2012, were cal- culated. By relating all the data obtained with the antioxidant capacity it was found that the antioxidant activity among the four flavonoids flavonoid 4 has higher antioxidant capacity due to the higher number of hydroxyl groups and the lower energy values of linkage dissociation EDE relative to flavonoid 1 that would occupy
1 Carrera de ciencias químicas.FCPN-UMSA Cota Cota calle 27 campus universitario La Paz - Bolivia 2*Quimica General e Inorganica,carrera Quimica Farmaceutica.FCFB-UMSA.Av.Saavedra 2224 La Paz – Bolivia
2* Autor principal: jorge.nogales.vera@gmail.com
al mayor número de grupos hidroxilo y a los valores bajos de energía de disociación de enlace EDE relativa respecto al flavonoide 1 que ocuparía el segundo lugar en términos de capacidad antioxidante, apoyan a estos resul- tados el hecho de considerar los valores de la segunda diferencia de energía de disociación de enlace EDE entre estos dos flavonoides se obtiene una diferencia de 1.106 H (Hartrees) para el flavonoide 4 y 1.4651H para el flavo- noide 1. Los flavonoides 2 y 3 ocuparían las posiciones 3 y 4 en términos de capacidad antioxidante respectivamente. En conclusión la actividad antioxidante de los cuatro flavo- noides estudiados presenta el siguiente or- den de mayor a menor actividad antioxidan- te: flavonoide 4 > flavonoide 1 > flavonoide 2 > flavonoide 3
the second place in terms of antioxidant ca- pacity, support to these results the fact of con- sidering the values of the second energy dif- ference of linkage dissociation EDE between these two flavonoids gives a difference of 1,106 H (Hartrees) for the flavonoid 4 and 1.4651H for flavonoid 1. The flavonoids 2 and 3 would occupy positions 3 and 4 in terms of antioxi- dant capacity respectively. In conclusion the antioxidant activity of the four flavonoids stud- ied has the following order of highest to low- est antioxidant activity: Flavonoid 4> flavonoid 1> flavonoid 2> flavonoid 3
Antioxidante, métodos semiempíricos, Hyperchem, Baccharis boliviensis, química computacional
KEY WORDS
Antioxidant, semiempirical methods, Hyperchem, Baccharis boliviensis, computational chemistry
Los flavonoides son pigmentos naturales presentes en los vegetales y que protegen al organismo del daño producido por agentes oxidantes, como los rayos ultravioleta, la polución ambiental, sustancias químicas presentes en los alimentos y otros; desempeñan un papel esencial en la protección frente a los fenómenos de daño oxidativo, y tienen efectos terapéuticos en un eleva- do número de patologías, incluyendo la cardiopatía isquémica, la ateroscle- rosis y el cáncer.(Allen,2000:463). Sus propiedades anti-radicales libres se di- rigen fundamentalmente hacia los radicales hidroxilo y superóxido, especies altamente reactivas implicadas en el inicio de la cadena de peroxidación li- pídica y se ha descrito su capacidad de modificar la síntesis de eicosanoides con respuestas anti-inflamatoria. (Sies,1986:1058).
Según Allen,(2000:464) el organismo humano no puede producir estas sustancias químicas protectoras, por lo que deben obtenerse mediante la ali- mentación o en forma de suplementos. Están ampliamente distribuidos en plantas, frutas, verduras y en diversas bebidas y representan componentes sustanciales de la parte no energética de la dieta humana.
Estos compuestos fueron descubiertos por el premio Nobel Szent-Györ- gy, quien en 1930 aisló de la cáscara del limón una sustancia, la citrina, que regulaba la permeabilidad de los capilares. Los flavonoides se denominaron
en un principio vitamina P (por permeabilidad) y también vitamina C2 (por- que se comprobó que algunos flavonoides tenían propiedades similares a la vitamina C). Sin embargo, el hecho de que los flavonoides fueran vitaminas no pudo ser confirmado, y ambas denominaciones se abandonaron alrede- dor de 1950. Los flavonoides contienen en su estructura química un número variable de grupos hidroxilo fenólicos y excelentes propiedades de quelación del hierro y otros metales de transición, lo que les confiere una gran capaci- dad antioxidante.(Rybczynska,1994:419)
El año 2012 fueron reportados el aislamiento y elucidación estructural de cuatro flavonoides no reportados anteriormente en Baccharis bolivien- sis, identificados como: flavonoide 1 (5,7,3’,4’-tetrahidroxi-6-metoxiflavono- na), flavonoide 2 (5,3’-dihidroxi-3,6,7,8,4’-pentametoxiflavona), flavonoide 3 (5,4’-dihidroxi-6,7,8-trimetoxiflavona) y flavonoide 4 (5,6,7,3’,4’-pentahidroxi- flavona), por el grupo de investigación de Almanza, G et.al en la Revista Boli- viana de Química. (Almanza G, 2012:155)
No existe hasta la fecha trabajos sobre estas moléculas que describan sus propiedades moleculares desde el punto de vista computacional.
El presente trabajo se enfoca principalmente en estos compuestos y tie- ne como objetivo principal estudiar la reactividad de estos cuatro flavonoi- des con la finalidad de establecer las propiedades estructurales y electrónicas que influyen y afectan a dicha reactividad.
Los estudios realizados a todas las estructuras son en su totalidad teóri- cos y las propiedades evaluadas fueron: Geometría Estructural (arreglo espa- cial de la molécula, ángulos, longitudes de enlace), distribución de carga (que átomos tienen caracter positivo o negativo ), entalpia de disociación de en- lace O-H, densidad electrónica a través del estudio de los orbitales HOMO y LUMO.
Históricamente, la Química Computacional surge como una evolución de la Química Teórica con el objetivo de investigar el comportamiento de la ma- teria a nivel molecular mediante ordenadores (Sanchez R,2000:80); en otras palabras, la Química Computacional es sinónimo de modelización molecular. Más concretamente, la implementación y aplicación de las técnicas de la Quí- mica Computacional nos permite investigar múltiples propiedades y com- portamientos moleculares como son:
La geometría molecular en un sentido amplio, además de distancias y ángulos de enlace, es posible caracterizar la forma y tamaños relativos de todo tipo de moléculas y macromoléculas.
La energía de todo tipo de especies químicas, incluyendo intermedios, estados de transición, estados excitados, etc. Es posible, además, esti-
mar distintos tipos de magnitudes termodinámicas tanto en fase gas como en fases condensadas.
La reactividad química de una especie es un ejemplo de propiedad ge- nuinamente química que puede cuantificarse en forma de índices de reactividad con la ayuda de la Química Computacional.
Además, la Química Computacional es capaz de determinar la geome- tría y estabilidad relativa de intermedios y estados de transición de reacción, es decir, caracteriza los mecanismos de reacción. Más aún dispone de he- rramientas sofisticadas para el cálculo de todo tipo de magnitudes cinéticas como constantes de velocidad, efectos cinéticos isotópicos, secciones efica- ces de reacción, factores de efecto túnel, etc. (Sanchez R,2000:81)
Estos métodos estiman el cambio en la energía potencial de un sistema molecular como consecuencia de pequeñas variaciones en las distancias y ángulos de enlace y, sobre todo, de los cambios conformacionales y la forma- ción/ruptura de interacciones intermoleculares. Su formulación práctica re- quiere la adopción a priori de potenciales de interacción que contienen pará- metros optimizados a partir de información experimental o teórica. Su gran ventaja reside en la rapidez de los cálculos MM, lo que permite modelizar sis- temas con miles y cientos de miles de átomos. Mediante la aplicación de con- diciones periódicas, los métodos MM nos permiten simular exhaustivamente el comportamiento dinámico y las propiedades termodinámicas de las fases condensadas. Sus principales limitaciones son que no proporcionan ninguna información o propiedad electrónica y su ámbito de aplicación viene prede- terminado por los potenciales y parámetros empleados. (Suarez D,2000:23)
Muchos autores arguyen que la mecánica molecular no es más que un método de ajuste del problema a la idealidad, no de cálculo molecular exac- tamente. En estos métodos, la energía se deriva de una serie de contribucio- nes individuales como la energía de tensión, de torsión, de flexión, de repul- sión e interacciones no enlazantes.
Todos los parámetros que se emplean en mecánica molecular son calcula- dos por medio de métodos cuánticos o con métodos experimentales, y se de- nomina campo de fuerzas. Según la modelización que se quiera hacer, exis- ten diversos campos de fuerza, unos más genéricos que otros. Por ejemplo, el OPLS fue desarrollado para ácidos nucleicos y proteínas y cuenta con un tra- tamiento de las interacciones no enlazantes más exacto que el AMBER, otro campo de fuerzas algo más antiguo. En este tema no hay que poseer unos co- nocimientos matemáticos desorbitados para poder desarrollar un campo de fuerzas, por lo que hay bastantes campos desarrollados por las mismas em- presas que comercializan los programas, aunque los campos clásicos cuentan con más prestigio, al estar ampliamente reconocidos durante bastantes años. (Suarez D,2000:27).
Los métodos semiempíricos (SE) son métodos químico cuánticos, es de- cir, obtienen la energía y orbitales moleculares, pero lo hacen simplificando los cálculos HF o DFT al remplazar valores esperados de la función de onda o de funcionales de la densidad electrónica por formas paramétricas ajusta- das estadísticamente empleando grandes conjuntos de datos experimentales (geometrías moleculares y calores de formación) y/o datos teóricos genera- dos por métodos ab initio o DFT. (Suarez D,2000:26)
De esta manera, los cálculos SE son casi tan rápidos como los cálculos MM hasta el punto que es posible realizar cálculos SE en sistemas de miles de áto- mos. Por su naturaleza, la fiabilidad de los métodos SE es baja si se estudian moléculas poco representativas (por ejemplo, con metales de transición) y/o propiedades moleculares que no se han tenido en cuenta en la parametriza- ción. (Suarez D,2000:27)
Las desventajas que presentan los métodos puramente cuánticos hacen que su uso en sistemas factibles a pie de laboratorio sea muchas veces desca- bellado, tanto por el tiempo como por la potencia del ordenador requerido. Es por ello que para poder explicar de manera teórica algunos resultados ex- perimentales se requiere únicamente exactitud química, es decir, un margen de error de algunas Kcal/mol, no de 10e-12 eV como puede ser en aplicacio- nes teóricas. Para ello, lo primero que se planteó fue el simplificar los méto- dos cuánticos allí donde se pudiera hacer, surgiendo de esta forma los méto- dos semiempíricos. (Suarez D,2000:29)
A un nivel fundamental, estos métodos simplifican las integrales que apa- recen durante el cálculo, haciendo cero algunas y sustituyendo otras por funciones analíticas en las que aparecen parámetros, estos parámetros se obtienen para cada átomo en cuestión por medio de procedimientos experi- mentales ó bien por medio de cálculos cuánticos de alto nivel, el resultado es que, aparte de incluir efectos reales que los ab-initio tendrían que calcular o aproximar, el ahorro de tiempo y de almacenamiento de integrales desciende dramáticamente hasta un 50% ó más. (Suarez D,2000:30)
Otros problemas relativos al manejo de integrales también quedan elimi- nados al sustituir la mayoría de éstas por expresiones fácilmente resolubles en el ordenador. Los métodos más usados a la hora de la verdad suelen ser el AM1 y el PM3, desarrollados por el profesor Dewar, aunque aún perviven otros más antiguos como el CNDO, el INDO y el MINDO/3. Todos ellos dan resultados satisfactorios cuando se trata de obtener calores de formación, energías de conformaciones e incluso análisis de reacciones químicas, siem- pre con cuidado en este último caso, ya que los parámetros que emplean es- tos programas son para átomos en su estado fundamental, no en un estado excitado o en un estado de transición.
Tanto los métodos puramente cuánticos como los semiempíricos compar- ten un problema que, si bien no es tanto en un laboratorio de química nor-
mal, sí que lo es cuando entramos en uno de bioquímica: El tamaño de las biomoléculas (varios miles de átomos) hace que un ab-initio se colapse por el propio algoritmo de integración o de cálculo ó que un semiempírico alcance el infinito en tiempo de cálculo o se colapse también. El desarrollo de proce- dimientos aún menos costosos fue necesario para poder comenzar a estudiar el comportamiento de las macromoléculas en disolución y de su interacción con ligandos como fármacos o inhibidores. La respuesta a esta solicitud fue- ron los métodos de mecánica molecular. En ellos, la única teoría que se em- plea es la mecánica clásica, ya que trata a los átomos como bolas de una masa determinada y a los enlaces como muelles. Al tener que resolver ecuaciones muchísimo más simples, el ahorro de tiempo es aún mayor que en los se- miempíricos, posiblemente un 70-80%, sin contar que no almacenan integra- les. (Suarez D,2000:32)
El estudio de modelado molecular se desarrolló utilizando el programa Hyperchem 8.0.1 empleando un procesador Intel core i7 en un entorno win- dows. Las estructuras utilizadas fueron los cuatro flavonoides de Baccharis boliviensis reportados en La Paz Bolivia por el grupo de investigación de Al- manza, G. Et.al., publicados en la Revista Boliviana de Química VOL. 29, No.2 del año 2012.
Estos flavonoides y las estructuras de todos los posibles radicales de cada flavonoide fueron trazadas usando la interfaz de Hyperchem 8.0.1, todas las estructuras fueron sometidas a cálculos de optimización geométrica inicial- mente de Mecánica Molecular para obtener la estructura más estable, pos- teriormente todas las estructuras fueron analizadas mediante el método se- miempirico AM1 para obtener valores más confiables de energía y geometría.
Las geometrías moleculares optimizadas fueron consideradas como la conformación con el mínimo de energía porque los modos vibracionales fue- ron calculados al mismo nivel de teoría y se observa que todas las frecuen- cias de las estructuras fueron positivas (números reales) por tanto se confirma que corresponden a mínimos verdaderos en la superficie de energía poten- cial SEP del sistema. La minimización de la energía de las estructuras se de- sarrolló por el método Fletcher-Reeves de gradiente conjugado hasta un va- lor de gradiente RMS (root-mean-square) menor a 0.100 Kcal/(A°mol) o un máximo de 500 ciclos de iteración, el límite de convergencia SCF empleado fue de 0.001 Kcal/mol.
Las energías de los orbitales HOMO y LUMO medidos en (ev) de cada molécula fueron calculados una vez terminada la optimización geométrica aplicando los algoritmos del Hyperchem. Los mapeos moleculares de los po- tenciales electrostáticos se obtuvieron usando la opción plot molecular pro- perties del menú compute de este programa y posteriormente fueron anali- zados. Todos los datos obtenidos se almacenan en un archivo de salida para cada molécula de flavonoide y sus radicales denominado archivo log que
contiene cada calculo aplicado; las estructuras se guardan con extensión.hin. El ordenamiento de los datos numéricos se realizaron en Excel 2015.
Se calcularon las estructuras de los cuatro flavonoides utilizando de ma- nera inicial la mecánica molecular con lo que se obtuvieron las estructuras más estables para cada flavonoide, posteriormente estas estructuras se some- tieron a cálculos utilizando métodos semiempiricos para obtener valores más confiables de energía y geometría.
Estructura del flavonoide 1 Estructura del flavonoide 2 Estructura del flavonoide 3
Fuente: Dato obtenido por optimización semiempirica Hyperchem 8.0.1
Estas estructuras corresponden a las optimizadas por método semiempiri- co de los cuatro flavonoides de Baccharis boliviensis.
Se muestran las estructuras de menor energía caracterizadas como mí- nimos verdaderos. Al igual que para las estructuras de los radicales que se mostraran posteriormente, los modos vibracionales fueron calculados por el programa y se observa que todas las frecuencias de las estructuras fueron po- sitivas (números reales) por lo tanto se confirma que corresponden a míni- mos verdaderos en la superficie de energía potencial SEP.
Flavonoide | Angulos de torsión entre O1 - C2 - C1, - C6, |
1 | 0.23° |
2 | 4.88° |
3 | 9.62° |
4 | 0.20° |
Fuente: Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis con Hyperchem 8.0.1
Los ángulos de torsión entre O1 – C2 – C1, - C6, son: 0,23° para el flavonoi- de 1; 4,88° para el flavonoide 2; 9,62° para el flavonoide 3; y 0,20° para el fla-
vonoide 4.
Estos resultados obtenidos en cuanto a la optimización geométrica indi- can que los cuatro flavonoides presentan una geometría molecular plana.
Durante el cálculo de la energía total de los flavonoides analizados por métodos computacionales en la optimización geométrica se encontraron va- lores que permiten plantearse una idea acerca de la reactividad
Flavonoide | Convergencia E=Hartree /mol | Gradiente RMS E/mol/Ang |
1 | - 6.34 | 0,0982 |
2 | - 8.36 | 0,0833 |
3 | - 7.19 | 0,0732 |
4 | - 5,92 | 0,0990 |
Fuente: Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boli- viensis con Hyperchem 8.0.1
Esta tabla nos permite proponer que las moléculas con los menores valo- res de energía total durante la optimización geométrica son el flavonoide 2 y el flavonoide 3, siendo catalogados como moléculas con la estructura más es- table y por lo tanto con la menor reactividad. Mientras que las moléculas con la mayor reactividad deben ser el flavonoide 4 y el flavonoide 1, de acuerdo con los valores encontrados de energía. El gradiente RMS durante el análisis de datos brinda la información del comportamiento de los enlaces químicos y su efecto sobre la conformación más estable.
El flavonoide 3 y el flavonoide 2 poseen los gradientes de energía menores en comparación con los otros, evidenciando su estabilidad Al observar esta misma tabla se ve que las energías de los flavonoides 1 y flavonoide 4 presen- tan valores muy cercanos apareciendo en primer lugar el flavonoide 4 y luego el flavonoide 1 de acuerdo al criterio del valor de gradiente RMS. De acuer- do con los datos reportados en la tabla N°3 es posible plantear un orden de reacción en función a la reactividad respecto a los valores de energía mínima total al finalizar la optimización de la geometría molecular:
flavonoide 4; flavonoide 1; flavonoide 3 y por ultimo el flavonoide 2.
La distribución de cargas fue calculada en términos de cargas naturales de Lewis. Tabla 4 y Figura 5. El valor más negativo en cada estructura pertenece a los oxígenos del C3, del flavonoide 1 (-0.268); C3, del flavonoide 2 (-0.262); C4, del flavonoide 3 (-0.243) y C5 del flavonoide 4 (-0.273) que posteriormen- te demostraremos que es el C6 quien forma el radical más estable al observar el valor más negativo para su respectivo radical. Estas cargas negativas corres- pondientes a los oxígenos proporcionan una primera idea del lugar donde se formara el radical más estable de cada estructura.
Flavonoide 1 | Flavonoide 2 | Flavonoide 3 | Flavonoide 4 | |
C5 | -0.264 | -0.239 | -0.240 | -0.273 |
C6 | -0.188 | -0.186 | -0.210 | -0.268 |
C7 | -0.213 | -0.179 | -0.201 | -0.235 |
C3, | -0.268 | -0.262 | Sin oxigeno | -0.267 |
C4, | -0.242 | -0.205 | -0.243 | -0.237 |
Nota: Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis bolivien- sis Hyperchem 8.0.1
En la tabla podemos ver los valores de carga del oxígeno (hidroxilo) de las estructuras primarias de los flavonoides y de sus respectivos radicales donde se perdió el hidrogeno del hidroxilo.
Baccharis boliviensis y sus respectivos radicales.
Flavonoide y sus radicales | O C5 | O C6 | O C7 | O C3, | O C4, |
Flavonoide 1 | -0.264 | No forma Radical | -0.213 | -0.268 | -0.239 |
Radical C5 | -0.421 | No forma Radical | -0.256 | -0.281 | -0.256 |
Radical C7 | -0.378 | No forma Radical | -0.222 | -0.378 | -0.378 |
Radical C3, | -0.283 | No forma Radical | -0.231 | -0.501 | -0.282 |
Radical C4, | -0.286 | No forma Radical | -0.233 | -0.252 | -0.405 |
Flavonoide 2 | -0.239 | No forma Radical | No forma Radical | -0.262 | No forma Radical |
Radical C5 | -0.400 | No forma Radical | No forma Radical | -0.273 | No forma Radical |
Radical C3, | -0.259 | No forma Radical | No forma Radical | -0.481 | No forma Radical |
Flavonoide 3 | -0.244 | No forma Radical | No forma Radical | No forma Radical | -0.243 |
Radical C5 | -0.402 | No forma Radical | No forma Radical | No forma Radical | -0.259 |
Radical C4, | -0.268 | No forma Radical | No forma Radical | No forma Radical | -0.439 |
Flavonoide 4 | -0.273 | -0.268 | -0.235 | -0.267 | -0.237 |
Radical C5 | -0.438 | -0.309 | -0.278 | -0.279 | -0.254 |
Radical C6 | -0.250 | -0.537 | -0.287 | -0.280 | -0.253 |
Radical C7 | -0.266 | -0.267 | -0.469 | -0.278 | -0.252 |
Radical C3, | -0.292 | -0.281 | -0.250 | -0.500 | -0.281 |
Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis Hy- perchem 8.0.1. NFR= Nó forma radical
El valor más negativo en cada estructura (ver tabla 5) pertenece a los oxí- genos del C3, del radical C3, del flavonoide 1 (-0.501); C3, del radical C3, del flavonoide 2 (-0.481); C4, del radical C4, del flavonoide 3 (-0.439) y C6 del ra- dical C6 del flavonoide 4 (-0.537). Estas cargas negativas correspondientes a los oxígenos confirman el lugar donde se forman los radicales más estables en cada estructura. Esta predicción es correcta para todas las estructuras.
Perez,G. y col (2003) reportan que existe una relación directa entre el nú- mero de hidroxilos y la capacidad antioxidante. Otros autores han concluido que la actividad antioxidante en flavonoides no solo está relacionada con el número de hidroxilos, sino también con factores como el grado de desloca- lización electrónica (acortamiento del enlace C2 – C1, ) entre los anillos A,B y C, el número de hidroxilos en toda la estructura y por último la energía de
disociación de enlace EDE. Para realizar el análisis electrónico se generaron las estructuras de los radicales a partir de las estructuras primarias de los cua- tro flavonoides de Baccharis boliviensis se calcularon sus propiedades elec- trónicas para determinar cuál de los radicales formados para cada flavonoi- de es el más estable.
En la Tabla 6 se muestran las energías calculadas por Hyperchem 8.0.1 para cada radical generado a partir de su estructura primaria.La energía esta ex- presada en Hartrees.Las diferencias de energía ΔE obtenidas para cada flavo- noide se muestran en la tabla 6 y su valor se calcula restando la energía del radical a la energía de la estructura primaria. Esta diferencia permite predecir cuál es el radical más estable para cada compuesto.
En el flavonoide 1, la estructura del radical libre localizado en el grupo hidroxilo unido al C5 tiene una energía de 1006.788133 Hartrees este valor se resta al valor de la energía calculada para la molécula primaria que es de 1022.216229 Hartrees, la diferencia de energía es ΔE = 15.4281 Hartrees que en este caso no es el radical más estable, para el flavonoide 1 el radical con menor energía corresponde al grupo OH en la posición C3, siendo este el ra- dical que presenta mayor estabilidad.
Flavonoide | E (Hartrees) | ∆E (Hartrees) |
Flavonoide 1 | -1022.21 | |
Radical C5 OH | -1006.78 | 15.43 |
Radical C7 OH | -1008.52 | 13.69 |
Radical C3, OH | -1010.17 | 12.03 |
Radical C4, OH | -1009.99 | 12.22 |
Flavonoide 2 | -1585.16 | |
Radical C5 OH | -1567.21 | 17.95 |
Radical C3, OH | -1570.98 | 14.17 |
Flavonoide 3 | -1210.92 | |
Radical C5 OH | -1194.81 | 16.11 |
Radical C4, OH | -1200.13 | 10.78 |
Flavonoide 4 | -946.66 | |
Radical C5 OH | -932.04 | 14.62 |
Radical C6 OH | -935.05 | 11.60 |
Radical C7 OH | -933.55 | 13.11 |
Radical C3, OH | -934.65 | 12.00 |
Radical C4, OH | -932.87 | 13.78 |
Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis con Hyperchem 8.0.1
Este proceso de hallar las diferencias se realiza con todos los radicales de cada flavonoide. Para el flavonoide 2 se observa que las diferencias de ener- gías más bajas se encuentran cuando el hidrogeno eliminado se encuentra unido al oxigeno del C3, con una ΔE = 14.1756 Hartrees. Los radicales más es- tables para el flavonoide 3 corresponde a las estructuras donde el hidrogeno eliminado se encuentra unido al oxigeno del C4, ΔE = 10.7863 Hartrees y C6 en la 6-Hidroxiluteolin ΔE = 11.6079 Hartrees. De acuerdo con los datos re- portados en la tabla 6 es posible plantear el lugar donde se formara el radical más estable de acuerdo a los valores de ΔE:
El radical más estable cuando el hidrogeno liberado unido al oxígeno en posición de Carbono es C3, en el flavonoide 1; C3, en flavonoide 2; C4, en el flavonoide 3; y C6 en flavonoide 4.
Flavonoide | EDE (Hartrees) |
Flavonoide 1 | |
Radical C5 OH | 14.92 |
Radical C7 OH | 13.18 |
Radical C3, OH | 11.53 |
Radical C4, OH | 11.72 |
Flavonoide 2 | |
Radical C5 OH | 17.45 |
Radical C3, OH | 13.67 |
Flavonoide 3 | |
Radical C5 OH | 15.60 |
Radical C4, OH | 10.28 |
Flavonoide 4 | |
Radical C5 OH | 14.12 |
Radical C6 OH | 11.10 |
Radical C7 OH | 12.61 |
Radical C3, OH | 11.50 |
Radical C4, OH | 13.28 |
Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis con Hyperchem 8.0.1
Se calcularon las entalpias de disociación de enlace EDE teniendo en cuenta la reacción:
Flavonoide | → | Radical del flavonoide + H * |
Ar-O-H | → | Ar-O * + H * |
Reactivos | → | productos |
El valor de la entalpía de disociación de enlace EDE para el átomo de hi- drogeno (H * ) calculado al mismo nivel de teoría que los flavonoides y sus ra- dicales es de – 0,50 Hartrees.
Los valores relativos de entalpia de disociación de enlace, se calcularon para cada flavonoide para ilustrar lo que ocurre a nivel estructural. El valor de EDE relativa se ha determinado para los radicales de cada flavonoide como la diferencia entre el menor valor de EDE y los otros valores de EDE de los de- más radicales de la misma estructura del flavonoide.En la figura 7 se mues- tran con las flechas los sitios de ataque de las especies reactivas de oxigeno (EROs).
En el flavonoide 1 el enlace O-H unido al C3, es el sitio más probable de ataque porque tiene el valor de entalpia menor de disociación de enlace ta- bla N°7 (11.5382 Hartree) por lo que se le asigna el valor de 0.0 H ver figu- ra 7; el grupo hidroxilo unido al C4, es el segundo sitio probable con un ΔE = 0.1846 H; el tercer sitio probable es el hidroxilo unido al C7 con 1.6497 H de diferencia y el cuarto sitio de ataque es el hidroxilo unido al C5 con 3.389 H de diferencia.
En el flavonoide 2 el enlace O-H unido al C3, es el sitio más probable de ataque porque tiene el valor de entalpia menor de disociación de enlace ta- bla N°7 (13.6754 Hartree) por lo que se le asigna el valor de 0.0 H ver figu- ra 7; el grupo hidroxilo unido al C5 es el segundo sitio probable con un ΔE = 3.7746 H.
En el flavonoide 3 el enlace O-H unido al C4, es el sitio más probable de ataque porque tiene el valor de entalpia menor de disociación de enlace ta- bla N°7 (10.28596 Hartree) por lo que se le asigna el valor de 0.0 H ver figu- ra 7; el grupo hidroxilo unido al C5 es el segundo sitio probable con un ΔE =
5.324 H.
En el flavonoide 4 el enlace O-H unido al C6 es el sitio más probable de ataque porque tiene el valor de entalpia menor de disociación de enlace ta- bla 7 (11.1077 Hartree) por lo que se le asigna el valor de 0.0 H ver figura 7; el grupo hidroxilo unido al C3, es el segundo sitio probable con un ΔE =0.398 H; el tercer sitio probable es el hidroxilo unido al C7 con 1.504 H de diferencia, el cuarto sitio de ataque es el hidroxilo unido al C4, con 2.18 H de diferencia y el ultimo sitio de ataque es el hidroxilo unido al C5 con 3.013 H de diferencia.
Con base a los datos anteriores podemos plantear que el flavonoide 4 tie- ne mayor capacidad antioxidante debido al mayor numero de grupos hidroxi- lo y a los valores bajos de EDE relativa respecto al flavonoide 1 que ocuparía el segundo lugar en términos de capacidad antioxidante, apoyan a estos re- sultados el hecho de considerar los valores de la segunda diferencia de EDE entre estos dos flavonoides se obtiene una diferencia de 1.106 H para el fla- vonoide 4 y 1.4651H para el flavonoide 1. Los flavonoides 2 y 3 ocuparían las posiciones 3 y 4 en términos de capacidad antioxidante respectivamente.
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 8.
Flavonoide | 1ra diferencia de EDE | 2da diferencia de EDE | Orden de reactividad |
Flavonoide1 | 0.18 | 1.46 | 2do |
Flavonoide2 | 3.77 | 3ro | |
Flavonoide3 | 5.32 | 4to | |
Flavonoide4 | 0.39 | 1.10 | 1ro |
Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis con Hyperchem 8.0.1
Se realizó un cálculo de las energías de los orbitales moleculares de alta y baja energía HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital ) u Orbital Molecular de Ocupado más alto y LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital ) u Orbi- tal Molecular Vacío o Vacante más bajo. La diferencia de energías del HOMO y LUMO se denomina salto de banda, lo cual puede servir como una medida de la excitabilidad molecular. A menor energía, más fácilmente puede ser excitada.
Flavonoide | Energia HOMO (ev) | Energia LUMO (ev) | Dureza química (ev) |
1 | - 8.72 | -1.07 | 3.82 |
2 | - 8.76 | -1.02 | 3.87 |
3 | - 8.95 | -1.05 | 3.95 |
4 | - 9.04 | -0.92 | 4.06 |
Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis con Hyperchem 8.0.1
El valor de energía HOMO en los flavonoides estudiados de la tabla ante- rior muestra que el flavonoide 4 presenta el menor valor de energía por tan- to es la molécula más fácilmente excitable.
Todas presentan un valor alto de LUMO en comparación con la energía HOMO Esto demuestra la disponibilidad molecular para la participación en interacciones electrónicas.
Longitud C2 – C1, A° | |
Flavonoide 1 | 1.458 |
Radical C5 OH | 1.457 |
Radical C7 OH | 1.458 |
Radical C3, OH | 1.419 |
Radical C4, OH | 1.445 |
Flavonoide 2 | 1.455 |
Radical C5 OH | 1.453 |
Radical C3, OH | 1.442 |
Flavonoide 3 | 1.458 |
Radical C5 OH | 1.458 |
Radical C4, OH | 1.417 |
Flavonoide 4 | 1.458 |
Radical C5 OH | 1.457 |
Radical C6 OH | 1.423 |
Radical C7 OH | 1.459 |
Radical C3, OH | 1.445 |
Radical C4, OH | 1.459 |
Datos obtenidos por optimización semiempirica de los flavonoides de Baccharis boliviensis con Hyperchem 8.0.1
La actividad antioxidante en los flavonoides no solo está relacionada con el número de hidroxilos, factores como el grado de deslocalización electróni- ca (acortamiento del enlace C2 – C1, entre los anillos A,C y B influyen en esta actividad. A continuación mostramos los valores de longitud del p
Los cuatro flavonoides presentan una geometría molecular plana.Los Án- gulos de torsión entre O1 - C2 - C1, - C6, para el flavonoide 1 es de 0.23°, para el flavonoide 4 es de 0.20°, para el flavonoide 2 es de 4.88° y para el flavonoi- de 3 de 9.62°
La actividad antioxidante en los flavonoides no solo está relacionada con el número de hidroxilos, factores como el grado de deslocalización electró- nica (acortamiento del enlace C2 – C1,) entre los anillos A,C y B influyen en esta actividad.
Esta estabilidad de las estructuras planas de estos cuatro flavonoides es debido a la deslocalización electrónica que existe coadyuvado con el buen traslape de los orbitales moleculares entre los anillos A,By C.
Las cargas negativas correspondientes a los oxígenos en la estructura de los cuatro flavonoides estudiados proporcionan una primera idea del lugar donde se formara el radical más estable de cada estructura.
Las cargas negativas correspondientes a los oxígenos confirman el lugar donde se forman los radicales más estables en cada estructura. Esta predic- ción es correcta para todas las estructuras; radical C3, del flavonoide 1 (-0.501); C3, del radical C3, del flavonoide 2 (-0.481); C4, del radical C4, del flavonoide 3 (-0.439) y C6 del radical C6 del flavonoide 4 (-0.537)
En cuanto a la reactividad el sitio más reactivo del filifolin corresponde al grupo OH unido al C3,, para el flavonoide 2 la posición más reactiva se en- cuentra en el grupo OH unido al C3,; en el flavonoide 3 el sitio más reactivo es el grupo hidroxilo OH que se encuentra unido al C4, y el sitio más reactivo en el flavonoide 4 es el grupo hidroxilo unido al C6.
La reactividad de estos flavonoides no solo depende del número y posi- ción del OH en la estructura, también depende de las diferencias en las en- talpias de disociación de enlace O-H entre todos los posibles radicales gene- rados.
En cuanto a la actividad antioxidante entre los cuatro flavonoides pode- mos plantear que el flavonoide 4 tiene mayor capacidad antioxidante debi- do al mayor número de grupos hidroxilo y a los valores bajos de EDE relativa respecto al flavonoide 1 que ocuparía el segundo lugar en términos de capa- cidad antioxidante, apoyan a estos resultados el hecho de considerar los va- lores de la segunda diferencia de EDE entre estos dos flavonoides se obtiene
una diferencia de 1.106 H para el flavonoide 4 y 1.4651H para el flavonoide 1. Los flavonoides 2 y 3 ocuparían las posiciones 3 y 4 en términos de capacidad antioxidante respectivamente.En suma la actividad antioxidante de los cuatro flavonoides estudiados presenta el siguiente orden: flavonoide 4 > flavonoi- de 1 > flavonoide 2 > flavonoide 3
El valor de energía HOMO en los flavonoides estudiados muestra que el flavonoide 4 presenta el menor valor de energía por tanto es la molécula más fácilmente excitable.
Todas presentan un valor alto de LUMO en comparación con la energía HOMO. Esto demuestra la disponibilidad molecular para la participación en interacciones electrónicas.
El acortamiento del enlace C2 – C1, en los radicales respecto a sus estruc- turas primarias, indica que existe un mayor flujo electrónico a través de este enlace desde el anillo C al B o viceversa.
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