Deslocalizaciones electrónicas y estabilización energética en isómeros Z de (4α→6″, 2α→O→1″)-fenilflavano y (+)-catequina. Efectos del solvente

Abstract

El análisis computacional en química se ha transformado en una herramienta estratégica, tanto para guiar la experiencia como para predecir nuevos caminos alternativos, nuevas formulaciones con propiedades definidas o proveer resultados a ser usados por expertos en forma interdisciplinaria. En la búsqueda de la ampliación del conocimiento del rol antioxidante de los flavonoides en general y de nuevos antioxidantes que puedan actuar como preservantes de alimentos, este trabajo de revisión presenta el estudio estructural de flavonoides que proveen subestructuras a muchos compuestos naturales, como lo son las catequinas (flavan-3-oles), las proantocianidinas simples y diméricas y los taninos condensados. En particular, se analiza el estudio estructural de (+)-catequina y los isómeros Z de (4→6 ́ ́, 2→O→1 ́ ́)- fenilflavanos sustituidos con R'=R=H; R'=H, R=OH; R'=H, R=OCH3 y con R'=R=OH. Los corrimientos químicos de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) se han calculado al nivel de teoría B3LYP/6-31G (d,p) y se han comparado con valores experimentales reportados con anterioridad, mostrando que el confórmero más estable termodinámicamente es también el más estable cinéticamente. Los efectos de los sustituyentes sobre los corrimientos químicos fueron cuantificados. El análisis llevado a cabo, permite describir deslocalizaciones de carga específicas que explican el ordenamiento energético, caracterizando los efectos hiperconjugativos de transferencia de carga relevantes en la estabilización de las estructuras. Se revelan mecanismos de deslocalización de carga electrónica que actúan en forma cooperativa y que muestran interacciones entre los distintos anillos, aún cuando ellos no compartan el mismo plano (sistema de anillos no coplanares). El conocimiento profundo de la estructura geométrica y electrónica, su estabilización energética, la variación conformacional, según distintos esquemas de sustitución y al considerar el efecto de un solvente, son relevantes para la descripción de los mecanismos asociados asociados a la captación de Radicales Libres (RL) de flavanos en general.

Computational analysis in chemistry has become a strategic tool, both to guide the experiment to predict new alternative pathways, new formulations with defined properties, and to provide results to be interdisciplinary used by experts. In the search for an expanded knowledge of the antioxidant role of flavonoids, and for new antioxidants that may act as food preservatives, this review refers to the structural study of flavonoids that provide substructures to many natural compounds, such as catechins (flavan-3-ols), simple and dimeric proanthocyanidins, and condensed tannins. In particular, the structural study of (+)-catechin and the Z isomers of (4→6'', 2→O→1') -phenylflavans substituted with R' = R = H; R' = H, R = OH; R' = H, R = OCH3, and R' = R = OH is analyzed. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) chemical shifts were also calculated at the B3LYP/6-31G (d,p) level, and compared with the earlier reported experimental values, showing that the thermodynamically most stable conformer is also the most stable kinetically. The effects of substituents on chemical shifts were quantified. The analysis led to specific charge delocalizations that explain the energy ordering, characterizing hyperconjugative effects of charge transfer that are relevant in structure stabilization. Cooperatively-acting electron charge delocalization mechanisms are unveiled, showing interactions between rings, even though not sharing the same plane (non-coplanar ring system). The deep knowledge of the geometric and electronic structure, its energy stabilization, conformational variation, according to different substitution patterns, and solvent effects, is relevant for the description of the mechanisms associated to free radical (FR) scavenging for antioxidant capacity of flavans.