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4. Química Física. . ESTUDIO EXPERIMENTAL Y TEÓRICO DE FLOROGLUCINOL EN SOLUCIÓN ACUOSA. Hernán Lanús1, Roxana A. Rudyk2, María A. Acuña-Molina2, Aida Ben Altabef1 y Silvia A. Brandán1 1Instituto de Química-Física. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Universidad Nacional de Tucumán. Tucumán. R. Argentina. 2Cátedra de Química General, Instituto de Química Inorgánica, Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia,Universidad Nacional de Tucumán, Ayacucho 471, (4000) San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.e-mail :quim_loc@yahoo.com.ar Introducción El estudio de los compuestos polihidroxilados son de gran importancia química, bioquímica y principalmente farmacológica debido a que algunos de sus miembros como el 1,3,5 trihidroxibenceno, floroglucinol, y sus derivados se encuentran ampliamente distribuidos en numerosas plantas y presentan interesantes actividades antioxidantes, biológicas, antimicrobianas y antialérgicas [1-3]. En estudios recientes, se determinó que la floroglucina es el principio común de la acción inhibitoria de numerosos compuestos citotóxicos [4]. El objetivo de este trabajo es analizar el comportamiento de floroglucinol en solución acuosa a fin de comprender los mecanismos mediante los cuales la molécula presenta propiedades tan relevantes. Metodología Se estudiaron en forma experimental y teórica la hidratación de floroglucinol en solución acuosa. Las geometrías optimizadas de los dos confórmeros más estables del compuesto se obtuvieron usando el programa GAUSSIAN 03 [5] con el método B3LYP y los conjuntos de funciones base 6-31G* y 6-311++G**. Las estructuras moleculares de ambas conformaciones con las correspondientes numeraciones de los átomos se presentan en la Figura 1. Se calcularon también las geometrías optimizadas de ambas conformaciones considerado la interacción de cada una de ellas con una, dos, tres, cuatro y cinco moléculas de agua. El efecto solvente fue estudiado usando la teoría del campo de reacción auto-consistente con los modelos de Onsager [6] y PCM [7]. Se computaron las propiedades topológicas de la densidad de carga de los complejos estudiados mediante el software AIM2000 [8]. Las energías de solvatación para los complejos (C6H6O3).(H2O)n; donde el número de moléculas de agua (n) varía de 1 a 5, fueron corregidas por el error del superposición del conjunto de funciones base (BSSE) mediante el método de counterpoise Boys-Bernardi [9]. Se realizaron además análisis de los espectros de infrarrojo del compuesto en estado sólido y en solución acuosa y una comparación de los mismos con los correspondientes cálculos teóricos. Figura 1: Conformaciones estables de Floroglucinol : Conformaciones estables de Floroglucinol Resultados La molécula posee dos estables conformaciones (Figura 1), ambos confórmeros presentan simetría CS y poseen 39 modos normales de vibración. Los cálculos obtenidos con los dos conjuntos de funciones base predicen aproximadamente la misma energía para ambos confórmeros en fase gas. Los valores de energías total (ET) y relativas (ΔE) para las dos conformaciones se observan en Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1. Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Figura 1. Se calcularon también las geometrías optimizadas de ambas conformaciones considerado la interacción de cada una de ellas con una, dos, tres, cuatro y cinco moléculas de agua. El efecto solvente fue estudiado usando la teoría del campo de reacción auto-consistente con los modelos de Onsager [6] y PCM [7]. Se computaron las propiedades topológicas de la densidad de carga de los complejos estudiados mediante el software AIM2000 [8]. Las energías de solvatación para los complejos (C6H6O3).(H2O)n; donde el número de moléculas de agua (n) varía de 1 a 5, fueron corregidas por el error del superposición del conjunto de funciones base (BSSE) mediante el método de counterpoise Boys-Bernardi [9]. Se realizaron además análisis de los espectros de infrarrojo del compuesto en estado sólido y en solución acuosa y una comparación de los mismos con los correspondientes cálculos teóricos. Figura 1: Conformaciones estables de Floroglucinol : Conformaciones estables de Floroglucinol Resultados La molécula posee dos estables conformaciones (Figura 1), ambos confórmeros presentan simetría CS y poseen 39 modos normales de vibración. Los cálculos obtenidos con los dos conjuntos de funciones base predicen aproximadamente la misma energía para ambos confórmeros en fase gas. Los valores de energías total (ET) y relativas (ΔE) para las dos conformaciones se observan en Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1. Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Resultados La molécula posee dos estables conformaciones (Figura 1), ambos confórmeros presentan simetría CS y poseen 39 modos normales de vibración. Los cálculos obtenidos con los dos conjuntos de funciones base predicen aproximadamente la misma energía para ambos confórmeros en fase gas. Los valores de energías total (ET) y relativas (ΔE) para las dos conformaciones se observan en Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1. Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol 1Instituto de Química-Física. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Universidad Nacional de Tucumán. Tucumán. R. Argentina. 2Cátedra de Química General, Instituto de Química Inorgánica, Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia,Universidad Nacional de Tucumán, Ayacucho 471, (4000) San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.e-mail :quim_loc@yahoo.com.ar 1, Roxana A. Rudyk2, María A. Acuña-Molina2, Aida Ben Altabef1 y Silvia A. Brandán1 1Instituto de Química-Física. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Universidad Nacional de Tucumán. Tucumán. R. Argentina. 2Cátedra de Química General, Instituto de Química Inorgánica, Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia,Universidad Nacional de Tucumán, Ayacucho 471, (4000) San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.e-mail :quim_loc@yahoo.com.ar Introducción El estudio de los compuestos polihidroxilados son de gran importancia química, bioquímica y principalmente farmacológica debido a que algunos de sus miembros como el 1,3,5 trihidroxibenceno, floroglucinol, y sus derivados se encuentran ampliamente distribuidos en numerosas plantas y presentan interesantes actividades antioxidantes, biológicas, antimicrobianas y antialérgicas [1-3]. En estudios recientes, se determinó que la floroglucina es el principio común de la acción inhibitoria de numerosos compuestos citotóxicos [4]. El objetivo de este trabajo es analizar el comportamiento de floroglucinol en solución acuosa a fin de comprender los mecanismos mediante los cuales la molécula presenta propiedades tan relevantes. Metodología Se estudiaron en forma experimental y teórica la hidratación de floroglucinol en solución acuosa. Las geometrías optimizadas de los dos confórmeros más estables del compuesto se obtuvieron usando el programa GAUSSIAN 03 [5] con el método B3LYP y los conjuntos de funciones base 6-31G* y 6-311++G**. Las estructuras moleculares de ambas conformaciones con las correspondientes numeraciones de los átomos se presentan en la Figura 1. Se calcularon también las geometrías optimizadas de ambas conformaciones considerado la interacción de cada una de ellas con una, dos, tres, cuatro y cinco moléculas de agua. El efecto solvente fue estudiado usando la teoría del campo de reacción auto-consistente con los modelos de Onsager [6] y PCM [7]. Se computaron las propiedades topológicas de la densidad de carga de los complejos estudiados mediante el software AIM2000 [8]. Las energías de solvatación para los complejos (C6H6O3).(H2O)n; donde el número de moléculas de agua (n) varía de 1 a 5, fueron corregidas por el error del superposición del conjunto de funciones base (BSSE) mediante el método de counterpoise Boys-Bernardi [9]. Se realizaron además análisis de los espectros de infrarrojo del compuesto en estado sólido y en solución acuosa y una comparación de los mismos con los correspondientes cálculos teóricos. Figura 1: Conformaciones estables de Floroglucinol : Conformaciones estables de Floroglucinol Resultados La molécula posee dos estables conformaciones (Figura 1), ambos confórmeros presentan simetría CS y poseen 39 modos normales de vibración. Los cálculos obtenidos con los dos conjuntos de funciones base predicen aproximadamente la misma energía para ambos confórmeros en fase gas. Los valores de energías total (ET) y relativas (ΔE) para las dos conformaciones se observan en Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1. Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Figura 1. Se calcularon también las geometrías optimizadas de ambas conformaciones considerado la interacción de cada una de ellas con una, dos, tres, cuatro y cinco moléculas de agua. El efecto solvente fue estudiado usando la teoría del campo de reacción auto-consistente con los modelos de Onsager [6] y PCM [7]. Se computaron las propiedades topológicas de la densidad de carga de los complejos estudiados mediante el software AIM2000 [8]. Las energías de solvatación para los complejos (C6H6O3).(H2O)n; donde el número de moléculas de agua (n) varía de 1 a 5, fueron corregidas por el error del superposición del conjunto de funciones base (BSSE) mediante el método de counterpoise Boys-Bernardi [9]. Se realizaron además análisis de los espectros de infrarrojo del compuesto en estado sólido y en solución acuosa y una comparación de los mismos con los correspondientes cálculos teóricos. Figura 1: Conformaciones estables de Floroglucinol : Conformaciones estables de Floroglucinol Resultados La molécula posee dos estables conformaciones (Figura 1), ambos confórmeros presentan simetría CS y poseen 39 modos normales de vibración. Los cálculos obtenidos con los dos conjuntos de funciones base predicen aproximadamente la misma energía para ambos confórmeros en fase gas. Los valores de energías total (ET) y relativas (ΔE) para las dos conformaciones se observan en Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1. Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Resultados La molécula posee dos estables conformaciones (Figura 1), ambos confórmeros presentan simetría CS y poseen 39 modos normales de vibración. Los cálculos obtenidos con los dos conjuntos de funciones base predicen aproximadamente la misma energía para ambos confórmeros en fase gas. Los valores de energías total (ET) y relativas (ΔE) para las dos conformaciones se observan en Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1 junto a los correspondientes valores de los momentos dipolares. Los resultados obtenidos entre las frecuencias vibracionales experimentales en solución y teóricas muestran una buena concordancia. Los valores obtenidos de las energías de solvatación obtenidas con el método PCM para los distintos confórmeros son ligeramente diferentes entre si, siendo menor para el confórmero (II) mientras que los momentos dipolares calculados en solución no presentan ningún cambio significativo. Sin embargo es notable la influencia del conjunto de funciones base sobre los valores de los momentos dipolares y las energías de solvatación de los distintos complejos considerados. Tabla 1. Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Energías total (ET) y relativa (ΔE) y momentos dipolares para las diferentes estructuras de floroglucinol Método B3LYP ET (Hartrees) 6-31G* μ (D) (D) 6-311++G** μ (D) (D) C1 -457.8988 0.13 -458.0549 0.22 C2 -457.8975 2.72 -458.0535 2.74 ΔE (kcal/mol) E (kcal/mol) 0.82 0.88 Conclusiones - Los dos modelos estudiados en este trabajo ponen de manifiesto el efecto del solvente, sin embargo, la inclusión del modelo continuo con el conjunto de funciones base 6-311++G** es el que mejor representa el efecto del solvente en concordancia con los resultados experimentales. - Los efectos del solvente en las energías de solvatación están principalmente relacionados con los enlaces de hidrógeno. - La cantidad de moléculas de agua en los distintos complejos estudiados es sensible al conjunto de funciones bases. - El análisis de la densidad de carga mediante el programa AIM en todos los complejos estudiados satisface el criterio de los enlaces de hidrógeno. Referencias [1] Arisawa M, Fujita A, Hayashi T, Hayashi K, Ochiai H, Morita N, Chem Pharm Bull, 1990;38(6):1624. [2] Arisawa M, Fujita A, Hayashi T, Morita N, Kikuchi T, Tezuka Y., Chem Pharm Bull, 1990;38(3):698. [3] Rosa A, Deiana M, Atzeri A, Corona G, Incani A, Melis MP, Appendino G, Dessì MA., Chem Biol Interact. 2007,30;165(2),117. [4] Claudia Gey, Sergiy Kyrylenko, Lothar Hennig, Lien-Hoa D. Nguyen, Anita Büttner,Hung D. Pham, Athanassios Giannis Angew. Chem. Int., 2007, 46, 5219. [5] Programa Gaussian 03, GAUSSIAN, Inc. Pittsburgh, PAA, USA, 2003. [6] M. W. Wong, M. J. Frisch, K. B. Wiberg, J. Am. Chem. Soc., 113 (1991) 4776. [7] J. Tomasi, M. Persico, Chem. Rev., 94 (1994) 2027. [8] AIM2000 designed by F. Biegler-Koning, University of Applied Sciences, Bielefeld, Germany. [9] S.F. Boys, F. Bernardi, Mol. Pys. 19 (1973) 553.