Electroquímica molecular de compuestos bioactivos. Mecanismo de alfa-alcoxilación y diseño de antioxidantes

Resumen

En la última década, la ¿Electroquímica Molecular¿ ha tratado de mejorar el conocimiento sobre diversos procesos de transferencia electrónica y diseñar nuevas estrategias para controlarlos. Muchos de estos procesos son clave en diversas aplicaciones tecnológicas, siendo objeto de un enfoque interdisciplinar en el que concurren diferentes áreas científicas tales como la Física, la Química, la Biología y otras afines. El cálculo teórico de parámetros moleculares relacionados con los procesos de transferencia electrónica, junto con los obtenidos experimentalmente utilizando técnicas modernas, permite establecer relaciones estructura-actividad en series homólogas de compuestos, relaciones que encuentran aplicaciones en campos específicos tan importantes como la obtención de intermedios de síntesis o de antioxidantes polivalentes. Con estas premisas, en este trabajo se ha abordado, por un lado, la funcionalización anódica de carbamatos vía ion N-aciliminio, con una regioselectividad anómala que conduce a la ¿-alcoxilación del compuesto en la posición menos sustituida, lo que resulta una vía muy útil para la síntesis de productos biológicamente activos. Tras la determinación de los potenciales para la oxidación anódica de una serie de carbamatos en metanol usando cálculos computacionales, se han realizado estudios experimentales de voltametría cíclica con electrodo estático y rotatorio que han permitido establecer que el mecanismo del proceso de ¿-alcoxilación considerado es del tipo ECEC con las dos primeras etapas concertadas. Este mecanismo, junto con la interpretación del papel director que juega el momento dipolar en la orientación de las moléculas de carbamato junto al electrodo, ha permitido establecer la causa de esa típica regioselectividad anómala característica del proceso electródico. Dentro de ese mismo marco, en este trabajo se ha probado la capacidad de los métodos computacionales para diseñar nuevas moléculas orgánicas derivadas de cisteína con actividad antioxidante mejorada. El punto de partida es el reconocimiento del papel que juegan los denominados grupos electroauxiliares en el control de procesos de transferencia electrónica entre especies disueltas. Usando cálculos DFT, se ha evaluado el efecto de introducir diferentes sustituyentes en el ¿core¿ de la cisteína al objeto de obtener una adecuada relación estructura-actividad antioxidante. Este estudio teórico ha permitido seleccionar una serie de moléculas entre las cuales la (R)-N-acetil- 2-metil cisteína metil éster exhibe un carácter especial con una actividad antioxidante muy relevante. La inusual conformación del compuesto con un anillo intramolecular de siete átomos de carbono que incluye la subestructura S¿H···O=C, establecida mediante 1H RMN para el producto sintetizado, aparece como responsable de su especial comportamiento. Asimismo, como resultado de esta sistemática, se ha llegado a un compuesto que puede ser el primero de una prometedora nueva clase de compuestos multivalentes derivados de cisteína portando tres centros activos; este compuesto, el N- (9-fluorenilmetiloxicarbonil)-cisteína metil éster, es capaz de neutralizar eficientemente, a través de diferentes mecanismos, radicales libres, independientemente de la naturaleza de éstos. Este derivado puede ser considerado como un prototipo de antioxidantes más versátiles y eficientes que la N-acetilcisteína, el ácido ascórbico o el Trolox. En su conjunto, el trabajo realizado muestra las potencialidades de las técnicas y métodos de la ¿Electroquímica Molecular¿ para establecer unas guías que permiten no sólo reducir el trabajo experimental en el laboratorio, sino también interpretar relaciones estructura-actividad y mecanismos de reacciones de transferencia de electrones para compuestos con interés desde el punto de vista biológico e industrial.