ПОЛУЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ АНТИРАДИКАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ПРИРОДНЫХ ФЕНОЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Аннотация
Спектральным методом определены константы скорости реакции природных фенолкарбоновых кислот с радикалом 2,2’-дифенил-1-пикрилгидразилом в бензоле при температуре 293±2 К. Установлено, что реакция подчиняется кинетическому уравнению второго порядка и протекает по механизму переноса атома водорода, что подтверждено наличием дейтериевого изотопного эффекта. Параметром, влияющим на протекание данного механизма в неполярной среде, является энергия гомолитического разрыва (прочность) наиболее слабой фенольной О–Н связи в молекуле фенолкарбоновой кислоты, рассчитанная квантово-химическим методом. Изменения в прочности фенольных О–Н связей в молекуле кислоты приводят к соответствующим изменениям в их реакционной способности по отношению к гидразильному радикалу. Видно, что наибольшую антирадикальную активность проявили соединения с низкими прочностями связей функциональных групп – 3-пирогаллолкарбоновая и галловая кислоты, метил- и этилгаллат. По расчетным и экспериментальным данным предложено полуэмпирическое линейное однофакторное уравнение, описывающее взаимосвязь между антирадикальной активностью фенольных кислот и дескриптором их строения, и позволяющее прогнозировать реакционную способность антиоксиданта в средах, имитирующих липидную фазу. Применимость предложенной модели доказывалась путем исследования контрольной группы веществ – гидроксиацетофенонов, относящихся к растительным фенольным соединениям. Согласно прогнозу как потенциальные эффективные антиоксиданты в неполярных средах можно рекомендовать 3,4- и 2,5-гидроксиацетофеноны. Единичные относительные отклонения предсказанных констант скорости от их экспериментальных значений изменяются от 2 до 9 %, а средняя ошибка аппроксимации составляет 7,9 %, что свидетельствует о хорошем подборе линейной модели.
Литература
Chen Y., Xiao H., Zheng J., Liang G. Structure-Thermodynamics-Antioxidant Activity Relationships of Selected Natural Phenolic Acids and Derivatives: An Experimental and Theoretical Evaluation. PLoS ONE. 2015. V. 10. N 3. P. 1-20. DOI: 10.1371/journal.pone.0121276.
Zou T., He T., Li H., Tang H., Xia E. The structure-activity relationship of the antioxidant peptides from natural proteins. Molecules. 2016. V. 21. N 1. P. 1-14. DOI: 10.3390/molecules21010072.
Filipović M., Marković Z., Dorović J., Marković J., Lučić B., Amić D. QSAR of the free radical scavenging potency of selected hydroxybenzoic acids and simple phenolics. Comptes Rendus Chimie. 2015. V. 18. N 5. P. 492-498. DOI: 10.1016/j.crci.2014.09.001.
Das S., Mitra I., Batuta S., Niharul Alam M., Roy K., Begum N. Design, synthesis and exploring the quantitative structure-activity relationship of some antioxidant flavonoid analogues. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2014. V. 24. N 21. P. 5050-5054. DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.09.028.
Sarkar A., Middya T., Jana A. A QSAR study of radical scavenging antioxidant activity of a series of flavonoids using DFT based quantum chemical descriptors - The importance of group frontier electron density. J. Molec. Model. 2012. V. 18. N 6. P. 2621-2631. DOI: 10.1007/s00894-011-1274-2.
Mladenović M., Mihailović M., Bogojević D., Matić S., Nićiforović N., Mihailović V., Vuković N., Sukdolak S., Solujić S. In vitro antioxidant activity of selected 4-hydroxy-chromene-2-one derivatives-SAR, QSAR and DFT studies. Internat. J. Molec. Sci. 2011. V. 12. N 5. P. 2822-2841. DOI: 10.3390/ijms12052822.
Amić D., Lučić B. Reliability of bond dissociation enthalpy calculated by the PM6 method and experimental TEAC values in antiradical QSAR of flavonoids. Bioorg. Med. Chem. 2010. V. 18. N 1. P. 28-35. DOI: 10.1016/j.bmc.2009.11.015.
Khanam U., Oba S., Yanase E., Murakami Y. Phenolic acids, flavonoids and total antioxidant capacity of selected leafy vegetables. J. Funct. Food. 2012. V. 4. N P. 979-987. DOI: 10.1016/j.jff.2012.07.006.
Vermerris W., Nicholson R. Phenolic Compound Biochemistry. Dodrecht: Springer. 2006. 275 p.
Pérez-González A., Galano A., Alvarez-Idaboya J.R. Dihydroxybenzoic acids as free radical scavengers: mechanisms, kinetics, and trends in activity. New J. Chem. 2014. V. 38. P. 2639-2652. DOI: 10.1039/c4nj00071d.
Villaño D., Fernández-Pachón M., Moyá M., Troncoso A., García-Parrilla M. Radical scavenging ability of polyphenolic compounds towards DPPH free radical. Talanta. 2007. V. 71. N 1. P. 230-235. DOI: 10.1016/j.talanta.2006.03.050.
Kedare S.B., Singh R.P. Genesis and development of DPPH method of antioxidant assay. J. Food Sci. Technol. 2011. V. 48. N 4. P. 412-422. DOI: 10.1007/s13197-011-0251-1.
Fadda A., Serra M., Molinu M. G., Azara E., Barberis A., Sanna D. Reaction time and DPPH concentration influence antioxidant activity and kinetic parameters of bioactive molecules and plant extracts in the reaction with the DPPH radical. J. Food Composit. Anal. 2014. V. 35. N 2. P. 112–119. DOI: 10.1016/j.jfca.2014.06.006.
Marinova G., Batchvarov V. Evaluation of the methods for determination of the free radical scavenging activity by DPPH. Bulg. J. Agric. Sci. 2011. V. 17. N 1. P. 11-24.
Alam Md.N., Bristi N.J., Rafiquzzama Md. Review on in vivo and in vitro methods evaluation of antioxidant activity. Saud. Pharmaceut. J. 2013. V. 21. P. 143–152. DOI: 10.1016/j.jsps.2012.05.002.
Belaya N.I., Belyi A.V., Zarechnaya O.M., Shcherbakov I.N., Doroshkevich V.S. Transition State Structure and Mechanism of the Reaction of Hydroxybenzenes with N-Centered Radical in Non-Ionizing Media. Russ. J. Gen. Chem. 2018. V. 88. N 7. P. 1351-1362. DOI: 10.1134/S013434751807001X.
Belaya N., Belyj A., Zarechnaya O., Shcherbakov I., Mikhalchuk V., Doroshkevich V. The effect of the medium polarity on the mechanism of the reaction of hydroxybenzenes with hydrazyl radical in aprotic solvents. Russ. J. Gen. Chem. 2017. V. 87. N 4. P. 690-697. DOI: 10.1134/S1070363217040053.
Aliaga C., Almodovar I., Rezende M.C. A single theoretical descriptor for the bond-dissociation energy of substituted phenols. J. Mol. Model. 2015. V. 21. N 1. P. 1-12. DOI: 10.1007/s00894-015-2572-x.
Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M., X.Li, Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery J.A., Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Ren-dell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas O., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J. Gaussian 09, Revision B.01 Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010.
Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. Quantum mechanical continuum solvation models. Chem. Rev. 2005. V. 105. N 8. P. 2999-3093. DOI: 10.1021/cr9904009.
