Cinética y mecanismos de reacción de radicales estables con sustratos de interés biológico

Abstract

El radical catiónico derivado del ácido 2,2'-Azinobis(3-etilbenzotiazolin-6- sulfónico) (ABTS) ha sido ampliamente utilizado como método para evaluar tanto la presencia como 1a capacidad antioxidante en sistemas biológicos. De la misma manera se utiliza en la evaluación de la capacidad antioxidante de compuestos puros o mezclas complejas de éstos. En esta tesis se presenta un estudio cinético de las reacciones de este radical con una serie de aminoácidos e hidroperoxidos. Se determinó que estos últimos son capaces de blanquear la solución fuertemente coloreada del radical catión resultado que muestra que el agua oxigenada puede interferir en la interpretación de los resultados cuándo ésta es utilizada en el método de producción del radical. Los resultados con los aminoácidos e hidroperóxidos son explicados en términos de un mecanismo simple, descrito por un paso inicial parcialmente reversible que compromete un proceso de transferencia electrónica desde el sustrato hacia el radical. Este paso es inhibido por la concentración de ABTS y de protones La ley cinética depende de las reacciones secundarias (reacciones de terminación). A pesar de la simplicidad del mecanismo, la ley de velocidad es compleja, lo que impide determinar las constantes de velocidad exactas para todos los pasos elementales del proceso

Se evaluaron las capacidades antioxidantes de una serie de polifenoles y mezclas complejas de éstos, utilizando el método de blanqueamiento del radical derivado catiónico del ABTS expresado en términos de equivalentes de Trolox. En esta oportunidad el método de preparación para producir el radical catiónico utiliza MnO2, que deja al sistema libre de interferentes En este estudio se presentan dos índices, el primero de ellos, evaluado a tiempos cortos de la reacción (ERR), es relacionado con el número de centros más reactivos de la molécula y el segundo evaluado a tiempos largos (ERT), se relaciona con la capacidad antioxidante total. A fin de racionalizar el mecanismo de deshidrogenaciones consecutivas propuesta se realizó un estudio teórico que evalúa las propiedades locales y globales de cada molécula, utilizando los índices de reactividad que proporciona la Teoría de Funcionales de la Densidad. La magnitud de las funciones de Fukui evaluada sobre los Oxígenos a los cuales están unidos los Hidrógenos potencialmente reactivos, permiten identificar, los centros con mayor susceptibilidad de transferir sus hidrógenos en cada una molécula. Estos índices son relacionados con la reactividad y el costo energético asociado a los procesos de deshidrogenación. Los resultados teóricos finalmente son relacionados con los índices experimentales ERR y ERT con las funciones de Fukui radicalarias locales (fk) o globales (S), que describen a los sistemas estudiados. Se ha podido establecer al menos una conexión cualitativa entre los resultados experimentales y teóricos: por un lado la información de reactividad que provee el índice ERR y por otro, la información termodinámica que contiene el índice ERT.

También se ha estudiado la reacción entre 4-Hidroxi-2,2,6,6,-tetra-metilpiperidin-l-oxilo (TEMPOL) y el ácido 6-Hidroxi-2,5,7,8-tetrametilcromano-2- carboxílico (Trolox). La cinética de esta reacción estudiada por el decaimiento de la señal de EPR del nitróxido fue racionalizado en términos de una reacción bi-molecular de transferencia electrónica. La presencia de metales en el medio de reacción también fue evaluada

The radical cation derived ñom the 2,2'-Azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6- sulphonic acid (ABTS) has been widely used in the evaluation of the antioúdant potential in biological systems. This chemical has been also used for evaluating arfioxidant potential of pure compounds and complex mixtures of them. In this thesis, a kinetic study on the reactions of this radical against a series of amino acids and hydroperoxides is presented. Hydroperoxides have the ability of bleaching a strongly colored sofution of the radical cation. This result suggests that the presence of hydrogen peroide may alter the interpretation ofexperiments, when it is used as radical generator in the initiation step. The results ofthe reactions of aminoacids and hydroperoxides may be described on the basis of a simple mecha¡ism characterized by an initial reversible step that involves an electron transfer process from the substrate to the radical cation. This step may be inhibited by increasing ABTS and proto! conceatrations. The kinetic law depends upon secondary (termination step) reactions. Despite the simplic§ of the proposed mechanism, the rate 1aw is complex, precluding the determination of accurate rate constants for the elementary steps involved in the whole process. The antioxidant potential ofa series of polyphenols and complex mixtures ofthem were evaluated using the bleaching technique ofABTS radical cation. The antioxidant potential was measured xvll Abstract in term s of Trolox equivalents. The generation step ofthe radical cation uses MnOz in the initiation step, so that the system becomes fiee of any interfering species. Two indexes describing t}le antioxidant potential were introduced: the first one ERR" evaluated in shof terms assays is related to the number of active centers in the molecules. The second one ERT, measures the total antioxidant potenüal. In order to rationalize the proposed mechanism of dehydrogenation of poliphenols, a theoretical study framed on global and local reactivity indexes, defined in the conte>$ of density functional tJreory was performed. Radical Fukui functions and radical local softness provide useful informatiou about the most astive centers in a molecule towards dehydrogention reactions. They are mostly related to the kinetic control products and are expected to display at least, a qualitative relationship with the ERR empirical index. The global and loeal reactivity analysis were complemented ¡¡,¡ith a thermochemical study on the relative stability of the different intermediate species generated in the de§drogenation processes. While the tleoretical local and global indexes show a qualitative relationship with the empirical ERR index, the theoretical analysis incorporating the thermodynamics aspects are also consistent with the information encompassed in the ERT index. An additional kinetic study of the reaction between TEMPOL and Trolox was also performed, using the EPR signal decay of the nitroxide. The reaction mechanism was rationalized in terms ofa bimolecular electron transfer and the presence of metals also was evaluated.