orgánica y bioquímica · 2016-10-27 · funcional b3lyp com a base de cálculo 6-31g. através de...

ESTUDIO TEÓRICO DE LA REACTIVIDAD DE LAS CONFORMACIONESY CONFIGURACIONES DE LOS ÁCIDOS GRASOS OMEGA-3 A TRAVÉSDE DESCRIPTORES MOLECULARES DE REACTIVIDAD UTILIZANDO

LA TEORÍA DEL FUNCIONAL DE LA DENSIDAD (DFT)

THEORETICAL STUDY OF THE REACTIVITY OF CONFORMATIONSAND CONFIGURATIONS OF OMEGA-3 FATTY ACIDS THROUGH

DESCRIPTORS OF MOLECULAR REACTIVITY USING THE DENSITYFUNCTIONAL THEORY (DFT)

ESTUDO TEÓRICO DA REATIVIDADE DAS CONFORMAÇÕESE CONFIGURAÇÕES DOS ÁCIDOS GRASSOS OMEGA-3 ATRAVÉS

DE DESCRITORES MOLECULARES DE REATIVIDADE UTILIZANDOA TEORIA DO FUNCIONAL DE DENSIDADE (DFT)

Ricardo Vivas-Reyes1, Jhon Zapata

Recibido: 13/04/08 – Aceptado: 19/08/08

La reactividad y la estabilidad estructuralde los ácidos omega-3, alfa-linolénico(ALA), estearidónico (SDA), eicosa-pentaenoico (EPA) y docosahexaenoico(DHA), fueron estudiadas desde el puntode vista teórico haciendo uso de una seriede cálculos mecánico-cuánticos tipoDFT, usando la funcional B3LYP juntocon la base de cálculo 6-31G.

A través de descriptores de la reactivi-dad química, tales como el potencial elec-trostático molecular (MEP), la función deFukui, la dureza global, la suavidad glo-bal y local, la energía de los orbitales

HOMO-LUMO, se estudiaron algunaspropiedades moleculares de los ácidosgrasos omega-3, lo cual permitió obtenerinformación molecular valiosa acerca delos sitios reactivos y de la estabilidad es-tructural de este tipo de ácidos grasos.

ácidos omega-3, des-criptores de la reactividad química,cálculos DFT.

The reactivity and structural stability ofomega-3, alpha-linolenic (ALA), esteari-donic (SDA), eicosapentaenoic (EPA)and docosahexaenoic (DHA), was stu-

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REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 37, No. 2 DE 2008

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1 Programa de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Cartagena, Cartagena, [email protected]

died from a theoretical point of viewusing a series of mechanical calculationsDFT, using the functional B3LYP toget-her with the calculating basis 6-31G.

Through descriptors such as chemicalreactivity, molecular electrostatic poten-tial (MEP), Fukui`s function, the overallhardness, global softness and localenergy of orbitals HOMO-LUMO, ex-plored some molecular properties of thefatty omega-3 fatty acids, which yieldedvaluable information about reactive mo-lecular sites and about structural stabilityof these fatty acids.

Omega-3 acid, Descrip-tors of chemical reactivity, DFT calcula-tions.

A reatividade e estabilidade estrutural dosácidos omega-3, alfa-linolénico (ALA),estearidónico (SDA), eicosapentaenoico(EPA) e docohexaenoico (DHA), foi es-tudada desde o ponto de vista teórico fa-zendo uso de uma serie de cálculos mecá-nico-quánticos tipo DFT, usando afuncional B3LYP com a base de cálculo6-31G.

Através de descritores da reatividadequímica tais como, o potencial eletrostáti-co molecular (MEP), a função de Fukui,a dureza global, a suavidade global e lo-cal, energia dos orbitais HOMO-LUMO,se estudaram algumas propriedades mo-leculares dos ácidos grassos omega-3,que permitiu obter informação molecularreferente dos sítios reativos e da estabili-dade estrutural de este tipo de ácidosgrassos.

ácidos omega-3,descritores da reatividade de química,cálculos DFT.

Los ácidos grasos tipo omega, y en espe-cial los ácidos como el alfa-linolénico(ALA), el estearidónico (SDA), el eico-sapentaenoico (EPA) y el docosahexae-noico (DHA), son moléculas que desem-peñan un papel muy importante enmuchos procesos biológicos, tanto desdeel punto de vista químico como estructu-ral. Los ácidos grasos insaturados puedenposeer isomería cis y trans. Los isómerostrans tienen efectos dañinos en la salud,mientras que los isómeros cis poseen unefecto benéfico; esto se debe a que los isó-meros cis se mantienen más fluidos a tem-peratura ambiente y por tanto no interfie-ren con los sistemas enzimáticos yademás no se acumulan en el torrente san-guíneo (1-2). En general los ácidos grasosomega-3 (figuras 1 y 2) son ácidos grasospoli-insaturados que se caracterizan portener su primera instauración entre losátomos de carbono C-3 y C-4. Además deposeer las características de cualquierácido graso, presentan otras característi-cas de flexibilidad propias de las instaura-ciones que ellos tienen.

En este artículo se hará un estudio teó-rico de las propiedades moleculares delos ácidos grasos omega-3, a través dedescriptores de reactividad molecular, ta-les como el potencial electrostático mole-cular (MEP), la función de Fukui, la du-reza global, la suavidad global y local,entre otros, que pueden brindar informa-ción valiosa acerca de los sitios reactivosy de la estabilidad estructural de este tipode ácidos grasos.

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Ácidos grasos con isomería cis.

Ácidos grasos en isomería trans.

Los descriptores químicos de la reactivi-dad, tales como dureza y suavidad, llama-dos descriptores globales de reactividad(GRD), han sido justificados teóricamen-te dentro del marco de la teoría del funcio-nal de la densidad (DFT). Junto con estosdescriptores globales están los descripto-res de reactividad local (LRD), talescomo la función de Fukui y la suavidadlocal, que han sido propuestos para racio-nalizar la reactividad de las moléculas(3).

En el presente documento solo coloca-remos las ecuaciones relevantes usadasen este estudio. Una descripción más de-tallada de estas ecuaciones puede encon-trarse en algunas de las bibliografías es-pecializadas (4-6).

La dureza global es un descriptor dereactividad que nos permite determinar laresistencia a la redistribución de los elec-trones que posee una molécula.

� ��

�IP EA

2[1]

donde IP y EA son la primera energía deionización y la afinidad electrónica de lasespecies químicas, respectivamente.

La dureza también puede ser relacio-nada con la diferencia de energía (gap)entre el orbital más altamente ocupado yel más bajo desocupado; igualmente pue-de calcularse como:

� �� 1

2 LUMO HOMO [2]

La función de Fukui está definidacomo:

� � � ��

f rr

N rv N

�

��

�

��

��

�

��

��

�

��

��[3]

La función de Fukui también se puedecalcular mediante:

� � � �� f q N q Nk k k� � � �1 [4]

� � � �� f q N q Nk k k� � � �1 [5]

� � � �� f q N q Nk k k0 1 2 1 1� � � �/ [6]

Las ecuaciones (4), (5) y (6) son váli-das para un ataque nucleofílico, un ataqueelectrofílico y un ataque radical, respecti-vamente; qk se define como la poblaciónelectrónica total de un átomo k en la molé-cula. La suavidad localS Sk k

� �, ySk

0 puedecalcularse como:

� � � �� S q N q N Sk k k

� � � �1 , para un

ataque nucleofílico [7]

� � � �� S q N q N Sk k k

� � � �1 , para un

ataque electrofílico [8]

� � � �� S q N q N Sk k k

0 1

21 1� � � � , para

un ataque radical [9]

El potencial electrostático molecular(MEP) está definido como la energía deinteracción entre sistemas en los cuales sedesprecian la polarizabilidad y los efectosde rearreglo nuclear con una carga pun-tual situada en una posición r

� ��

V rZ

R r

r

r rdrA

AA

��

� ��

� ��

�[10]

donde ZA es la carga sobre el núcleo A, lo-calizada a RA, �(r) es la densidad electró-nica funcional de la molécula (5-7).El po-tencial electrostático molecular (MEP) esuna herramienta usada en la interpreta-ción de reactividad molecular de especieselectrófilas. Un electrófilo tiende a ir aaquellas regiones en las que el potencial

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V(r) tenga los valores más negativos (mí-nimo local) (5-7).

Las moléculas escogidas aquí para larealización de este estudio son un gruposelecto de moléculas de la familia de losácidos grasos poli-insaturados omega 3previamente estudiadas por Viskolcs ycolaboradores (8-9), más la molécula deácido alfa-linolénico (ALA), (figuras 1 y2). Además de los isómeros mostradosanteriormente, en el estudio de los ácidosgrasos omega-3 se debe tener en cuenta laposibilidad de que estos pueden tomar di-ferentes conformaciones estructurales.Estas conformaciones se simulan a partirde las que forman los aminoácidos en lospolipéptidos, como son la alfa hélice,hoja beta y su forma extendida. Para lle-var estas conformaciones a los ácidos gra-sos omega-3, dividimos la molécula ensubgrupos, como se muestra en la figura3, donde n representa el número de sub-grupos de tal forma que se genere un áci-do graso omega-3 específico; por tanto,n= 2, 3, 4 y 5 para el ALA, SDA, EPA yDHA, respectivamente. �t y �i represen-tan ángulos diedros terminales e internosrespectivamente. �i representa el ángulodiedro interno, adyacente a �i. R es ungrupo metil y Q es el carboxilo final(COOH).

Este grupo de moléculas fueron opti-mizadas a través del programa Gaussian

98 (10), usando la funcional B3LYP(11-12) junto con la base de cálculo6-31G (13). Después de la optimizaciónde las geometrías moleculares se cal-cularon adicionalmente las frecuenciasvibracionales con el objeto de conocer silas geometrías encontradas pertenecen aun estado de transición o no.

Con base en la figura 4 se definieron losángulos diedros para cada uno de los áci-dos grasos, con el fin de generar las dife-rentes conformaciones de hoja beta, alfahélice y extendida. En la figura 3 �i �i

representan ángulos diedros consecutivosentre el carbono metileno y los carbonosolefínicos adyacentes. La figura 4 mues-tra cómo se definen estos ángulos para elácido docosahexaenoico (DHA) así comolos ángulos diedros terminales. Estasconformaciones se hacen para reproducirla geometría adecuada de los ácidos gra-sos omega-3, tal y como se encuentran en

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Subunidades para generar los ácidos gra-sos poli-insaturados.

Ángulos diedros �i y �i para el ácido docosahexaenoico (DHA), con n=5.

la naturaleza, ya que los ácidos grasospoli-insaturados no forman estructurasplanas.

La información sobre los valores delos ángulos diedros fue extraída de losdiagramas de Ramachandran (figura 5)realizados por Viscolz y colaboradorespara cada uno de los ácidos grasos, en los

cuales se muestran los valores de los án-gulos que presentan menor repulsión porefecto estérico, contribuyendo esto a unamayor estabilidad de las moléculas (9).Estos valores de ángulos diedros se com-pararon con los obtenidos de las molécu-las optimizadas en este trabajo por mediode los diagramas de la figura 5. Nuestrosresultados son bastante aproximados a los

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Diagramas de Ramachandran calculados a nivel B3LYP/6.31G para las configuraciones de los áci-dos grasos ALA, SDA, EPA y DHA en su conformación cis (arriba) y su conformación trans (abajo). A sulado se muestran los resultados reportados por Viscolz y colaboradores.

reportados por Viscolz; además cabe des-tacar que nosotros utilizamos un conjuntode base de menor tamaño para la optimi-zación de la geometría (6-31G) mientrasque Viscolz utilizó una base de cálculo demayor tamaño (6-31G++). Es importan-te especificar en este punto que la forma-ción de las estructuras y el análisis de lasmismas solo se ha realizado desde el pun-to de vista teórico, teniendo en cuentaconsideraciones energéticas, y no basán-dose en datos experimentales explícitos.

Adicionalmente, estudios experimen-tales de espectroscopia de fotoelectronesde He+ (14) mostraron que los ácidos gra-sos poli-insaturados presentan primerasenergías de ionización cercanas entre sí, apesar del aumento de las insaturaciones.Este resultado permite inferir que en losplanos con los orbitales que contienen losdobles enlaces no presentan una gran re-pulsión entre ellos, lo cual es corroboradopor los resultados experimentales y teóri-cos que demuestran que las energías deionización de estas moléculas están muycercanas entre sí (tabla 1), lo que demues-tra que el aumento de las insaturacionesocasiona poca repulsión entre los orbita-les; esto se debe a que los orbitales se en-cuentran alejados los unos de otros enaproximadamente 100º, lo que corroborala disponibilidad de estas moléculas paraformar conformaciones fuera del plano(14). Por otro lado, y como era de espe-rarse, cada ácido graso en conformacióntrans es más estable que su confórmerocis (tabla 2), ya que en los orbitales mole-culares de la conformación trans existemenor repulsión por efecto estérico queen los orbitales con conformación cis.

Similarmente encontramos que en mo-léculas con igual número de átomos de

carbono, como es el caso de la ALA y elSDA, un incremento en el número de in-saturaciones ocasionaba un aumento en laenergía de la molécula y, por tanto, unadisminución de su estabilidad. Esto es de-bido a que esta insaturación adicional per-mite que un orbital molecular que ante-riormente se encontraba ocupado quededesocupado (figura 6, los orbitalesHOMO se encuentran en las posiciones

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ALA 185,555 202,239

SDA 181,434 202,239

EPA 179,847 202,009

DHA 179,886 201,778

Comparación entre la energíade ionización calculada y experimental delos isómeros cis de los ácidos grasos enconfiguración beta, obtenida a nivelB3LYP/6.31G.

Orbitales moleculares y sus números, delos isómeros cis de los ácidos grasos ALA y SDA ensu configuración beta.

77 y 76 para el ALA y el SDA, respecti-vamente); por consiguiente, hay un des-censo en la energía de apareamiento glo-bal de la molécula, lo cual se refleja en unaumento de su energía.

En cuanto a las conformaciones de alfahélice, hoja beta y extendida, podemosafirmar que la configuración más establefue siempre la conformación molecularde hoja beta, ya que todos los ácidos gra-sos DHA, EPA, SDA y ALA, sin impor-tar la configuración cis o trans, mostraronque su estructura más estable era la deconformación de hoja beta. La conforma-ción menos estable para esta serie de áci-dos grasos fue siempre la conformaciónde alfa hélice. Este comportamiento dife-rente entre estas dos conformaciones sedebe principalmente a que en las confor-maciones con hojas beta, los orbitales delas moléculas con más insaturaciones en-cuentran menor repulsión, mientras queen la conformación extendida y de alfahélice esta repulsión es máspronunciada.

También encontramosque para estos ocho ácidosgrasos, cuando estos tienenuna misma conformación,ya sea beta, hélice o exten-dida (cuatro en configura-ción cis y cuatro en trans)existe una tendencia a in-crementar el momento di-polar con el aumento de lasinsaturaciones en la cadenacarbonada. Los momentosdipolar son 1,32, 1,42,1,58 y 1,57 debye, paraALA, SDA, EPA y DHA,respectivamente. En confi-guración cis y conforma-

ción extendida, esta tendencia se mantie-ne en las tres conformaciones. Este com-portamiento del momento dipolar mues-tra que hay un mayor carácter hidrofó-bico con el aumento de las insaturaciones,ya que los orbitales moleculares se en-cuentran mayoritariamente situados so-bre estas insaturaciones, y son más pola-rizables por presentar mayor carácter �.Las membranas celulares contienen unagran cantidad de ácidos poliinsaturados(como el DHA y el EPA) para formar labicapa lípidica lo que además favorece laflexibilidad de las membranas debido alas insaturaciones presentes en estos áci-dos grasos.

Es importante evaluar la energía rela-cionada con los procesos de isomeriza-ción, ya que la exposición al calentamien-to o a la luz puede ocasionar la isomeri-zación de la forma cis a la forma trans.Para hallar esta estabilidad, se calculó laentalpía obtenida para las diferentes con-

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ALA-cis-beta –536002,969

ALA-trans-beta –536008,556 5,587

SDA-cis-beta –535230,702

SDA-trans-beta –535237,047 6,346

EPA-cis-beta –583784,748

EPA-trans-beta –583792,811 8,063

DHA-cis-beta –632339,089

DHA-trans-beta –632348,705 9,616

Energía de ácidos grasos en configuración hojabeta y las diferencias de energía cis-trans y entre los cua-tro ácidos grasos, obtenida a nivel B3LYP/6.31G.

figuraciones y conformaciones de cadauno de los ácidos grasos estudiado. En latabla 3 se encuentran los valores de ental-pía para el EPA.

La diferencia de entalpía, y demáspropiedades termodinámicas, para el ple-gamiento y para la isomerización cis-trans de cualquier ácido graso poli-insatu-rado se pueden calcular mediante las si-guientes fórmulas:

�H H Htrans cis cis trans� � �

�S S Strans cis cis trans� � �

� � �G H T Strans cis trans cis trans cis� � ��

�H H Hplegamiento hélice extendida

� �

�S S Splegamiento hélice extendida

� �

� � �G H T Splegamiento plegamiento plegamiento

� �

Se puede notar que la energía necesa-ria para el plegamiento de una conforma-ción a otra es mucho menor que para unaisomerización cis-trans. Esto es debido aque los cambios conformacionales invo-lucran solamente orbitales en enlaces sen-cillos, los cuales giran con mayor facili-dad y se minimiza el gasto energéticopara que una conformación cambie a otra.

Para un cambio en la configuración cis atrans este gasto energético es mayor, yaque involucra orbitales situados sobre lasinsaturaciones los cuales giran con másdificultad, y por tanto el gasto energéticose ve incrementado.

En la tabla 4 se muestran los valores dela dureza, suavidad y electronegatividadpara cada uno de los ácidos grasos estu-diados. En general podemos notar que nohay una tendencia marcada a través decada una de las conformaciones y confi-guraciones. En la molécula de DHA(tabla 5) podemos notar que la dureza nocambia significativamente entre una con-formación y otra, a excepción de lo queocurre para la conformación de hélice conisomería trans, en la cual hay un descensonotable de la dureza; este comportamien-to posiblemente es debido en mayor partea las diferencias en la estructura tridimen-sional entre las formas de hélice-cis y hé-lice-trans. La forma cis es más compactaque la trans, y por tanto posee una mayordureza, ya que sus orbitales molecularestambién toman esta disposición.

A través de los resultados obtenidos dela función de Fukui se puede afirmar quelos átomos con mayores valores de fun-

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� �

EPA-cis-beta –583478,5169

EPA-trans-beta –583487,1521 8,635

EPA-cis-extend –583478,4818

EPA-trans-extend –583487,2073 8,726

EPA-cis-helix –583478,5860

EPA-trans-helix –583485,1792 6,593 2,028

Entalpías de isomerización en eV para las conformaciones y configuracionesdel ácido eicosapentaenoico, EPA, obtenidas a nivel B3LYP/6.31G.

ción de Fukui para un ataque electrofílicoson los más cercanos al metilo terminal.Estos resultados están en línea con loscálculos obtenidos para los orbitales

HOMO de la estructura electrónica de va-lencia (figura 7), que también seencuentran cerca del metilo terminal de lamolécula. Estos orbitales son los respon-

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ALA-cis-beta 65,163 8,161 116,372

ALA-trans-beta 48,362 10,996 133,069

SDA-cis-beta 52,064 10,214 131,234

SDA-trans-beta 75,213 7,070 103,344

EPA-cis-beta 75,002 7,090 101,929

EPA-trans-beta 75,163 7,075 100,596

DHA-cis-beta 73,283 7,257 101,236

DHA-trans-beta 75,046 7,086 98,639

ALA-cis-extend 74,835 7,106 104,893

ALA-trans-extend 55,105 9,650 125,240

SDA-cis-extend 74,455 7,142 102,211

SDA-trans-extend 47,459 11,205 130,334

EPA-cis-extend 74,569 7,131 99,184

EPA-trans-extend 44,324 11,997 130,348

DHA-cis-extend 74,273 7,160 96,826

DHA-trans-extend 74,564 7,132 97,847

ALA-cis-helix 75,709 7,024 109,846

ALA-trans-helix 72,252 7,360 108,884

SDA-cis-helix 72,588 7,326 108,845

SDA-trans-helix 71,258 7,463 107,750

EPA-cis-helix 73,099 7,275 106,748

EPA-trans-helix 69,683 7,631 105,794

DHA-cis-helix 73,547 7,231 106,340

DHA-trans-helix 55,980 9,499 118,117

Índices de reactividad global, dureza, suavidad y electronegatividad, paraALA, SDA, EPA y DHA en las conformaciones hoja-beta, alfa-hélice y extendida, to-das cis y trans, obtenidas a nivel B3LYP/6.31G.

sables del mayor aporte a la densidadelectrónica, y teniendo en cuenta su tama-ño y geometría, estos permiten que ladensidad electrónica de un átomo se de-forme o no. En la tabla 6 podemos compa-rar la función de Fukui sobre el carbono 3(cerca del metilo terminal) y el carbono10 (lejos del metilo terminal), lo cual evi-

dencia la mayor reactividad que poseenlos átomos cerca del metilo terminal; estatendencia se mantiene en todas las molé-culas objeto de este estudio.

El uso del MEP permite identificar pa-res electrónicos no compartidos y la reac-tividad en los enlaces de los carbonos ole-fínicos, que son los sitios preferidos paraun posible ataque del tipo electrofílico, yaque en ellos el potencial es negativo. Laszonas en negro son aquellas con los po-tenciales negativos, y por tanto suscepti-bles a ataques electrofílicos, mientras quelas zonas grises poseen potenciales positi-vos, y por consiguiente son susceptibles aataques nucleofílicos. La figura 8 mues-tra que un aumento de las insaturacionesproporciona más sitios reactivos para quese dé un ataque de tipo electrofílico; portanto es lógico pensar que las moléculascon más insaturaciones son más reactivas

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Orbitales HOMO de los ácidos grasos DHA, EPA, SDA y ALA, respectivamente, obtenidos a nivelB3LYP/6.31G.

DHA-cis-beta 73,28

DHA-trans-beta 75,05

DHA-cis-extend 74,27

DHA-trans-extend 74,56

DHA-cis-helix 73,55

DHA-trans-helix 55,98

Dureza global para el DHA entodas sus configuraciones y conformacio-nes. Ácidos grasos-dureza, obtenida a ni-vel B3LYP/6.31G.

que aquellas que poseen menos insatura-ciones.

En los MEP se observa claramente quelos sitios para ataque electrofílico se en-cuentran en las zonas perpendiculares alos dobles enlaces de los carbonos olefíni-cos, de igual manera a la forma de los or-bitales � situados sobre los carbonos ole-

fínicos. También se observa un fuerte po-tencial negativo situado sobre los átomosde oxígeno, debido a los pares electróni-cos no compartidos que poseen los oxíge-nos carboxílicos.

En la figura 9 se presentan cortes demoléculas para las zonas con potencialesnegativos. Las zonas susceptibles a ata-

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ALA-cis-helix 0,0295 0,0270 0,02900 0,0190

ALA-trans-helix 0,0305 0,0310 0,02500 0,0030

SDA-cis-helix 0,0285 0,0320 0,01350 0,0070

SDA-trans-helix 0,0290 0,0310 0,00650 0,0080

EPA-cis-helix 0,0175 0,0250 0,01450 0,0220

EPA-trans-helix 0,0240 0,0270 0,00600 0,0080

DHA-cis-helix 0,0035 0,0240 0,00750 0,0060

DHA-trans-helix 0,0900 0,1610 0,01400 0,0070

Función de Fukui para un ataque por radicales y electrofilico de la conforma-ción hélice de los ácidos ALA, SDA, EPA y DHA, obtenida a nivel B3LYP/6.31G.

Ácidos grasos ALA y SDA, en la configuración hoja beta.

ques nucleofílicos, donde el potencial esmás positivo, están situadas sobre los car-bonos metilenos y se incrementan con elaumento del número de metilenos en lamolécula. En todos los confórmeros cisde la conformación de hoja beta podemosver que hay una zona muy amplia en lacual el potencial es negativo, que favore-ce fuertemente un ataque electrofílico;además, el aumento de las insaturacionesocasiona un aumento de la zona con po-tencial negativo, haciendo que las molé-culas más insaturadas sean más reactivas.Teniendo en cuenta que el comportamien-to descrito no se encuentra en las demásconformaciones y configuraciones, pode-mos afirmar que la configuración beta-cises la más reactiva para ataques electrofíli-cos. En la conformación de hélice pode-mos notar que la zona con potencial nega-tivo se encuentra bastante impedida porefecto estérico, ya que los carbonos meti-lenos impiden que se pueda realizar unataque sobre estos sitios con potencial ne-gativo en la molécula.

En la conformación extendida pode-mos notar que las zonas con potencialesnegativos se encuentran bastante disper-sas, y por tanto no existe preferencia para

un ataque electrofílico en sitio específicodentro de la molécula.

En cuanto a las configuraciones trans,podemos observar que existe la combina-ción de los dos fenómenos anteriormentemencionados en la configuración hélice yextendida. Por una parte, se ve que las zo-nas para ataques electrofílicos se encuen-tran dispersas a través de todas las molé-culas que poseen configuración trans, ypor otra, podemos notar que estas zonasse encuentran impedidas por efectos esté-ricos por los demás átomos de la molécu-la; por consiguiente estas moléculas conconfiguración trans son potencialmentemenos reactivas si se comparan con lasque poseen configuración cis.

La tabla 7 señala que hay un descensoen la energía de ionización con el aumen-to de las insaturaciones. Este comporta-miento se mantiene para cada una de lasinsaturaciones, lo cual es un reflejo deuna mayor reactividad en las moléculasmás insaturadas, debido a que se necesitamenor energía para arrancar los electro-nes de los orbitales de valencia. Este mis-mo comportamiento lo observamos deigual manera en lo relativo a la suavidad,ya que muestra los mayores valores de

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Derecha, corte sobre carbonos olefínicos; izquierda, corte sobre carboxilo termina, obtenidos a ni-vel B3LYP/6.31G.

suavidad para los átomos con más instau-raciones; la tendencia se mantiene a tra-vés de todas las configuraciones.

Los ácidos grasos poli-insaturados ome-ga-3 estudiados en este trabajo y estructu-

ras semejantes no forman estructuras pla-nas, sino que generan una variedad deisómeros conformacionales, los cuales,según los ángulos diedros internos que to-men, son rotulados como alfa hélice, hojabeta y extendida, y además presentan di-ferente estabilidad, reactividad y selecti-vidad en sus sitios reactivos.

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ALA-cis-beta 222,069 8,161

ALA-trans-beta 299,212 10,996

SDA-cis-beta 277,940 10,214

SDA-trans-beta 192,394 7,070

EPA-cis-beta 192,937 7,090

EPA-trans-beta 192,522 7,075

DHA-cis-beta 197,463 7,257

DHA-trans-beta 192,824 7,086

ALA-cis-extend 193,368 7,106

ALA-trans-extend 262,599 9,650

SDA-cis-extend 194,355 7,142

SDA-trans-extend 304,909 11,205

EPA-cis-extend 194,057 7,131

EPA-trans-extend 326,470 11,997

DHA-cis-extend 194,829 7,160

DHA-trans-extend 194,069 7,132

ALA-cis-helix 191,135 7,024

ALA-trans-helix 200,280 7,360

SDA-cis-helix 199,352 7,326

SDA-trans-helix 203,074 7,463

EPA-cis-helix 197,960 7,275

EPA-trans-helix 207,663 7,631

DHA-cis-helix 196,754 7,231

DHA-trans-helix 258,494 9,499

Energías de ionización y suavidad para todos los ácidos grasos ALA, SDA,EPA y DHA, en todas las conformaciones y configuraciones, obtenidas a nivelB3LYP/6.31G.

Las estructuras obtenidas en este estu-dio representan sistemas que se aproxi-man a los resultados experimentales, ypor tanto sirven de base para estudiosposteriores relacionados con la reactivi-dad y las interacciones con sistemas pro-teínicos.

La conformación más estable en lascondiciones de cálculo en que se realizóeste trabajo corresponde a hoja beta, peromodificando las variables de estado (pre-sión y temperatura) también cambian losparámetros fisicoquímicos, y por consi-guiente las moléculas pueden tomar unaconformación u otra.

En cuanto a la reactividad, claramentese pudo notar que la reactividad de losácidos grasos poli-insaturados omega-3cambia conforme ellos toman una confi-guración espacial.

Por otra parte, teniendo en cuenta losdescriptores de reactividad global, halla-mos que los confórmeros cis son másreactivos que los trans, y que además laconformación hoja beta es más reactivaque las demás configuraciones; por tantolas moléculas que cumplan con la condi-ción cis-beta son las más reactivas. Todasestas conclusiones son reafirmadas porlos cálculos del potencial electrostáticomolecular (MEP), que para estas molécu-las de tamaño considerable es el másapropiado; además muestra que las zonasde mayor reactividad para interaccionesde tipo electrofilico se encuentran per-pendiculares a los dobles enlaces en loscarbonos olefínicos.

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orgánica y bioquímica · 2016-10-27 · funcional b3lyp com a base de cálculo 6-31g. através de...

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