ΜΑΡΙΤΙΜΕΤΙΝΗ & ΣΥΓΓΕΝΕΙΣ ΑΟΥΡΟΝΕΣ:DFT ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΟΜΗΣ-ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΕΣΜΕΥΣΗΣ ΕΛΕΥΘΕΡΩΝ ΡΙΖΩΝ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΝΕΝΑ ΗΣ, 1 ΜΙΧΑΗΛ ΣΙΓΑΛΑΣ 2 1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΗΜΕΙΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ, 2 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ & ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ, Α.Π.Θ.
Αουρόνες [2-βενζυλιδενβενζοφουραν βενζυλιδενβενζοφουραν-3(2η)-όνες] 7 A 5 1 C 2 1' B 4' Φαινολικές ενώσεις (ΑΗ) που ανήκουν στην κατηγορία των φλαβονοειδών και βιοσυνθετικώς προκύπτουν από τις χαλκόνες Απαντώνται κυρίως στα άνθη διαφόρων φυτών στα οποία και συνεισφέρουν στον έντονο κίτρινο χρωµατισµό τους (λmax=393-407 nm) Πρόκειται για βιοδραστικές ενώσεις καθώς φαίνεται ότι παρουσιάζουν δράση: Αντικαρκινική, Αντιπαρασιτική, Αντιµικροβιακή, Αντιορµονική, Αντιδιαβιτική, Αντιοξειδωτική
Θεωρητικές µέθοδοι στην εκτίµηση της αντιοξειδωτικής δράσης Με υπολογισµό τιµών χαρακτηριστικών φυσικοχηµικών παραµέτρων που µπορούν να συµβάλλουν στην εκτίµηση ή την πρόβλεψη της ικανότητας των ΑΗ να δεσµεύουν ελεύθερες ρίζες BDE = Η ο = Η ο (Α ) + Η ο (Η ) Η ο (ΑΗ) (Βond Dissociation Enthalpy) (Ενθαλπία διάσπασης δεσµού) ΙΡ= Ε (ΑΗ + ) Ε (ΑΗ) (Ionization Potential) ( υναµικό ιοντισµού) Α+L /L Α + L/L (ydrogen Atom Transfer, AT) Α+L /L L /L ---Α + L/L + Α (Single Electron Transfer, SET)
ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ηθεωρητικήµελέτη της ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών των ενώσεων R 4 R 3 R 1 R 2 Α) R1=R2=R4=, R3= Β) R1=R4=, R2=C 3, R3= Γ) R1=R4=, R2=R3= (µαριτιµετίνη) ) R1=R3=, R2=R4= Ε) R2=R3=R4=, R1= Πειραµατικά δεδοµένα (τιµές IC 50 ) µε τις δοκιµές δέσµευσης των ριζών: DPP & 2 - Venkateswarlu, et al., 2004., Biosci. Biotechnol. Biochem., 68, 2183-2185.
ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΟΥΡΟΝΕΣ ΜΕΛΕΤΗ ΙΑΜΟΡΦΩΜΕΡΩΝ (αέρια φάση, B3LYP/ 6-31G) [ βελτιστοποίηση δοµής, έλεγχος συχνοτήτων] ΣΤΑΘΕΡΟΤΕΡΟ ΙΑΜΟΡΦΩΜΕΡΕΣ ΠΙΘΑΝΕΣ ΦΑΙΝΟΞΥ ΡΙΖΕΣ, ΚΑΤΙΟΝΙΚΗ ΡΙΖΑ (αέρια φάση, B3LYP/ 6-31G) [ βελτιστοποίηση δοµής, έλεγχος συχνοτήτων] ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΛΟΥ ΣΗΜΕΙΟΥ (αέρια φάση B3LYP/6-311++G (2d,2p) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ BDE, IP ΜΕΛΕΤΗ ΣΕ ΙΑΛΥΤΗ (Η 2 Ο, C 3 ) ΣΤΑΘΕΡΟΤΕΡΟ ΙΑΜΟΡΦΩΜΕΡΕΣ ΣΕ ΑΕΡΙΑ ΦΑΣΗ IEF-PCM (B3LYP/ 6-31G) [ βελτιστοποίηση δοµής, έλεγχος συχνοτήτων] IEF-PCM (B3LYP/6-31G) ΠΙΘΑΝΕΣ ΦΑΙΝΟΞΥ ΡΙΖΕΣ, ΚΑΤΙΟΝΙΚΗ ΡΙΖΑ [ βελτιστοποίηση δοµής, έλεγχος συχνοτήτων] ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΛΟΥ ΣΗΜΕΙΟΥ (IEF-PCM, B3LYP/6-311++G (2d,2p) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ BDE, IP Πορεία θεωρητικής µελέτης της ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών από επιλεγµένες αουρόνες
Έλεγχος αξιοπιστίας του υπολογιστικού µοντέλου 1. Έλεγχος ως προς την ακρίβεια υπολογισµού δοµικών χαρακτηριστικών 16 18 15 19 C3 Μέση απόκλιση µήκους δεσµών 0,016 Å (όριο 0,01-0,02 Å) 6 7 8 9 17 12 13 14 Μέση απόκλιση γωνιών 5 4 3 10 2 1 11. 0,5 ο (όριο <2 ο ) οµή Ζ-2-π-µεθοξυαουρόνης
2. Έλεγχο της καταλληλότητας για τη χρήση του µοντέλου σε µελέτες SAR Με υπολογισµό τωντιµών BDE στην αέρια φάση για τις ενώσεις: R 4 R 3 R 2 R 1 Α) R1=R2=R4=, R3= (φαινόλη, PE) Β) R1=R4=, R2=C 3, R3= (γουαϊακόλη, Gua) Γ) R1=R4=, R2=R3= (κατεχόλη, CAT) ) R1=R3=, R2=R4= (ρεσορκινόλη, RES) Ε) R2=R3=R4=, R 1 = (πυρογαλλόλη, PYR)
Εκτίµηση της ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών µε απόδοσηατόµου υδρογόνου σειρά δραστικότητας σύµφωνα µε τιςτιµές BDE (kcal/mol) στην αέρια φάση ήταν η ακόλουθη: PYR>CAT>>GUA~RES~PE (69,4) (75,2) (83,5) (83,8) (84,3)
Ενεργειακό φάσµα διαµορφωµερών και δοµήτωνδιαµορφωµερών µε την ελάχιστη και µέγιστη ενέργεια των υπό µελέτη αουρονών
Α Β Γ Ε Βελτιστοποιηµένες δοµές χαµηλότερης ενέργειας επιλεγµένων αουρονών µετηχαµηλότερη ενέργεια στο επίπεδο B3LYP/6-31G
Εκτίµηση της ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών µε απόδοσηατόµου υδρογόνου Β) Η περίπτωση των αουρονών σειρά δραστικότητας σύµφωνα µε τιςτιµές BDE (kcal/mol) στην αέρια φάση ήταν η ακόλουθη: Ε (3ΟΗ)>Γ(2-o-ΟΗ)>>Α(ΟΗ)~Β(ΟC 3,ΟΗ)> (2-µ-) (69,7) (75,0) (80,9) (81,3) (84,6)
BDE=79,9 kcal/mol BDE=80,2 kcal/mol BDE=74,5 kcal/mol BDE=69,7 kcal/mol BDE=84,9 kcal/mol Πιθανές φαινοξυ ρίζες και τιµές BDE των επιµέρους δεσµών - για το µόριο της 3,4,5 τριυδροξυ αουρόνης στο επίπεδο B3LYP/6-311++G(2d,2p) // B3LYP/6-31G
3 C L L 3 C L L C2 BDE = 83,5 kcal/mol BDE = 44,0 kcal/mol Πιθανός µηχανισµός αντίδρασης γουαϊακόλης µε ελεύθερες ρίζες 48,1 kcal/mol (περίπτωση αουρόνης Β)
Το τροχιακό SΟΜΟ της φαινοξυ ρίζας της αουρόνης Ε
0.38-0.16 0.30-0.16 0.30-0.09 0.48 0.02 0.03 0.00-0.18 0.27-0.03 0.32-0.14-0.15 0.11 0.23-0.07 0.24 0.36 0.30-0.12-0.13 0.22 0.03 0.39 0.22 0.06 0.06 0.02 0.06-0.01-0.11-0.17 0.23 0.24-0.11-0.02 0.09 0.19 0.02 0.17 0.07 0.05 0.31 Κατανοµή της ηλεκτρονιακής πυκνότητας του µονήρους ηλεκτρονίου στις φαινοξυ ρίζες απλών φαινολών και επιλεγµένων αουρονών στο επίπεδο B3LYP/6-311++G(2d,2p) // B3LYP/6-31G
1 2 3 υνατές φαινοξυ ρίζες στο δακτύλιο Α των υπό εξέταση αουρονών BDE 1 2 3 74,8-75,2 kcal/mol- 84,4-84,8 kcal/mol -77,5-78,0 kcal/mol
Εκτίµηση της ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών µε απόδοσηµονήρους ηλεκτρονίου σειρά δραστικότητας σύµφωνα µε τιςτιµές IP (kcal/mol) ήταν η ακόλουθη: Β(ΟC 3,ΟΗ)> Ε (3ΟΗ)~ (2-µ-)~Γ(2-o-ΟΗ)>Α(ΟΗ) (162,7) (165,2) (165,3) (165,5) (170,0) PE (191,8) IP=22-29 kcal/mol<45 kcal/mol
Πίνακας 3. Τιµές ενθαλπίας διάσπασης (BDE) του δεσµού - στοδακτύλιοβ επιλεγµένων αουρονών παρουσία διαλύτη στο θεωρητικό επίπεδο B3LYP/6-311++G(2d,2p) // B3LYP/6-31G, T=298.15 K ΑΗ BDE a,c BDE b BDE a,d BDE b Α 82,6 1,7 83,3 2,4 Β 78,6-2,7 78,6-2,7 Γ 76,8 1,8 76,7 1,7 84,6 0 84,4-0,2 Ε 72,5 2,8 72,7 3,0 a BDE σε kcal/mol, b BDE διαφορά ενθαλπίας µεταξύ της τιµής παρουσίας διαλύτη και σε αέρια φάση, c µεθανόλη, d νερό
Εκτίµηση της ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών µε απόδοσηµονήρους ηλεκτρονίου παρουσία διαλύτη Τιµές δυναµικού ιοντισµού ΙΡ επιλεγµένων αουρονών στο θεωρητικό επίπεδο B3LYP/6-311++G (2d, 2p), T=298.15K. ΑΗ ΙP a,b IP a,c Α 126,7 130,7 Β 124,3 126,9 Γ 129,7 130,2 128,7 127,5 Ε 128,3 126,8 a ΙΡ σε kcal/mol, b τιµές σε µεθανόλη, c τιµές σε νερό
Σύγκριση υπολογιστικών και πειραµατικών αποτελεσµάτων Α. Η περίπτωση της ρίζας DPP* (α) r = 0.83135 (β) r = 0.94981 Σχήµα 11. Συσχέτιση µεταξύ των τιµών log (1/ΙC 50 ) της δοκιµής DPP και των τιµών Ο- BDE του φαινολικού υδροξυλίου στο δακτύλιο Β σε αέρια φάση (α) και (β) σε µεθανόλη
Η περίπτωση της ρίζας 2 -* (α) r = 0.18428 (β) r = 0.96374 Σχήµα 12. Συσχέτιση µεταξύ των τιµών log (1/ΙC 50 ) της δοκιµής 2 - και των τιµών ΙΡ (α) και Ο- BDE (β), του φαινολικού υδροξυλίου στο δακτύλιο Β σε νερό
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η σειρά δραστικότητας των επιλεγµένων ενώσεων καθορίζεται από τα δοµικά χαρακτηριστικά του δακτυλίου Β (βάση των τιµών BDE) Η επέκταση της συζυγίας στο δακτύλιο C συµβάλλει στην περαιτέρω σταθεροποίηση της σχηµατιζόµενης φαινοξυ ρίζας Η παρουσία κατεχολικής οµάδας στον Α δακτύλιο συνεισφέρει σηµαντικά στην ολική δραστικότητα των ενώσεων (ειδικά στην περίπτωση των Α, Β και ) Οι υπολογισµοί παρουσία διαλύτη φαίνεται να δίνουν καλύτερα αποτελέσµατα σχετικά µε τη δραστικότητα των υπό µελέτη ενώσεων
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η σύγκριση µε πειραµατικά δεδοµένα για τη δέσµευση των ριζών DPP και 2 - συνιστά ότι οι υπό εξέταση ενώσεις αναµένεται δρούν µε απόδοσηατόµου υδρογόνου, παρά µε απόδοση µονήρους ηλεκτρονίου Η τιµή της BDE σύµφωνα µε την παρούσα µελέτη είναι κατάλληλη για την εκτίµηση της δραστικότητας των αουρονών και την εξαγωγή συµπερασµάτων για τις σχέσεις δοµής-ικανότητας δέσµευσης ελευθέρων ριζών
Ευχαριστώ για την προσοχή σας