Eksperymentalne i teoretyczne badanie struktury i właściwości antyoksydacyjnych TR oraz jego pochodnych

W ostatnich latach wiele wysiłku włożono w poznanie struktury TR [152-160]. Znaczą-cy wkład w tym względzie wniosła praca Caruso i wsp. [152]. Na podstawie badań dyfrakcji rentgenowskiej ustalono, że TR w temperaturze pokojowej nie jest płaski, o czym świadczą wyznaczone kąty torsyjne (α = C5-C4-C7-C8 oraz θ = C7-C8-C9-C10) (Rys.1.1.1.a), wynoszące 3,0° oraz 8,0°. Ponadto ujawniono, że w kryształach tego związku występują wiązania wodo-rowe pomiędzy grupami hydroksylowymi. Oddziaływania te oraz ruchy flip-flop grup hy-droksylowych są według autorów odpowiedzialne głównie za odchylanie geometrii reswera-trolu od płaskiej konformacji. Oprócz badań eksperymentalnych, w pracy tej wykonano rów-nież obliczenia kwantowo-mechaniczne za pomocą metody DFT i funkcjonału Perdew i Wang (PWC) w celu potwierdzenia geometrii resweratrolu wyznaczonej eksperymentalnie.

Otrzymano następujące optymalne wartości wartości kątów α i θ: 2,9^º oraz 7,2^º. Bazując na zoptymalizowanej geometrii TR, autorzy wyznaczyli teoretyczną wartość bariery rotacyjnej. Wyznaczono również optymalne geometrie anionów TR i stwierdzono, że proton z grupy 4`-OH jest najbardziej labilny. Wyniki obliczeń optymalizacyjnych pozostają w zgodności z wynikami doświadczalnymi. W celu wyznaczenia teoretycznej struktury TR, Bernard i wsp. [53] wykonali obliczenia optymalizacyjne za pomocą metody DFT i Hartree-Fock (HF). Ob-liczenia z wykorzystaniem bazy 6-31G(d,p) pokazały, że związek ten jest płaski w próżni, natomiast wyniki uzyskane za pomocą metody HF wskazują, że związek ten charakteryzuje się geometrią zgiętą, co potwierdzają zoptymalizowane kąty torsyjne o wartości około 24°. Również obliczenia Xu i wsp. [154] wykonane za pomocą metody DFT pokazały, że TR i jego rodniki tlenowe są płaskie w próżni. Stosując w obliczeniach funkcjonał Becke3P89 oraz bazę funkcyjną 6-31G(d) Billes i wsp. [155] wyznaczyli optymalną geometrię tego związku. Dla geometrii w minimum energetycznym autorzy uzyskali kąty torsyjne wynoszącego około 15°. Teoretyczne badania strukturalne nad TR za pomocą metod semi-empirycznych i HF w próżni, w stanie podstawowym oraz wzbudzonym były podjęte przez Del Nero i de Melo [156]. Obliczenia pokazały, że cząsteczka TR jest zgięta, co dowodzi wartość zoptymalizo-wanego kąta torsyjnego wynoszącego około 15°. Ponadto autorzy wskazali znaczące różnice w wartościach zoptymalizowanych kątów dla geometrii uzyskanej w stanie podstawowym i wzbudzonym. Przedstawione rozbieżne wyniki obliczeń optymalizacyjnych prowadzą do wniosku, że rzeczywista struktura TR nie została wyznaczona. W związku z tym, w niniejszej rozprawie, podjęto problem geometrii TR i zastosowano trzy niezależnego metody kwanto-wo-mechaniczne oraz szerokie spektrum baz funkcyjnych, w celu wyznaczenia w globalnym minimum energetycznym najbardziej wiarygodnej struktury TR.

Oprócz prac eksperymentalnych, właściwości antyoksydacyjne TR oraz jego pochod-nych były również zbadane za pomocą metod chemii kwantowej [157-160]. Queiroz i wsp. [157], stosując metodę DFT, wykazali zależność struktura-aktywność antyoksydacyjna dla dużej klasy polifenoli w próżni. Wyniki ich obliczeń dowodzą, że oderwanie wodoru od grup hydroksylowych znajdujących się w położeniu para jest energetycznie bardziej preferowane, niż od grup OH w położeniu meta. Obliczenia pokazały, że system π-elektronowy zapewnia energetyczną stabilizację rodników tlenowych oraz, że niesparowany elektron jest głównie zlokalizowany na atomach tlenu w położeniu para. Pokazano, że antyoksydacyjne właściwo-ści badanych związków są głównie związane z dużą wartowłaściwo-ścią energii stabilizacji 4-hydroksystilbenu, stanowiącego szkielet tych substancji. Podobne obliczenia oparte na

meto-dzie DFT, ale tylko dla TR w próżni, przeprowadził Cao i wsp. [158]. Ich obliczenia wykona-ne za pomocą B3LYP/6-31(d,p) po raz pierwszy pokazały, że TR jest antyoksydantem. Wy-kazano, że w związku tym grupa hydroksylowa 4`-OH jest bardziej reaktywna, niż pozostałe grupy OH z powodu efektu rezonansowego. Obliczenia optymalizacyjne ujawniły, że rodniki TR mają strukturę semichinonową, stabilizowaną przez rezonans oraz obecność wiązania wi-nylowego. Autorzy stwierdzili również, że aktywność antyoksydacyjna tego związku jest głównie związana z dystrybucją gęstości spinowej oraz niesparowanego elektronu w bada-nych rodnikach. Antyoksydacyjne właściwości TR, jego metabolitu – PC oraz inbada-nych polife-noli były również badane przez Wright i wsp. [159]. Zastosowali oni metodę DFT, bazę LDBS (Locally Dense Basis Set) do obliczenia IP (Potencjał Jonizacyjny, Ionization

Poten-tial) oraz BDE (Entalpia Dysocjacji Wiązania, Bond Dissocition Enthalpy) dla tych związków

w próżni. Na podstawie wyników obliczeń autorzy stwierdzili, że najbardziej preferowany mechanizm zmiatania wolnych rodników opiera się na transferze wodoru z polifenolu na rod-niki. W pracy tej ujawniono, że wiązanie winylowe zmniejsza wartości BDE, gdyż umożliwia pełną delokalizację niesparowanego elektronu w rodnikach tlenowych. Porównując natomiast aktywność antyoksydacyjną badanych polifenoli wykazano, że są one słabszymi zmiataczami wolnych rodników, niż α-tekoferol (witamina E). Przeciwutleniające właściwości TR i innych bioaktywnych substancji w próżni, medium wodnym oraz benzenowym były badane przez Lepolidini i wsp. [160]. Zastosowali oni funkcjonał B3LYP, bazę 6-311++G(3df,2p) oraz model solwatacyjny SCRF-PCM w celu wyliczenia parametrów antyoksydacyjnych, takich jak potencjał jonizacyjny i entalpia dysocjacji wiązań O-H. W pracy tej równiż podjęto bada-nia nad analizą konformacyjną oraz związkiem geometrii z aktywnością antyoksydacyjną. Badania wykazały, że: w TR wiązanie 4`-O-H jest najmniej trwałe, TR i jego rodniki mają geometrię płaską w globalnym minimum energetycznym. Ponadto stwierdzono, że: medium polarne zwiększa stabilność energetyczną TR i jego rodników fenoksylowych, w medium wodnym entalpia dysocjacji wiązania O-H przyjmuje większą wartość niż w fazie gazowej, natomiast potencjał jonizacyjny mniejszą. Autorzy pokazali również, że duży stopień deloka-lizacji elektronu w rodnikach oraz obecność wiązania winylowego przyczyniają się do zwięk-szenia podatności TR na jonizację. Badania Xu i wsp. [154] były poświęcone teoretycznemu mechanizmowi reakcji TR z rodnikiem peroksyhydroksylowym (^.OOH) w próżni za pomocą metody DFT. Zbadano mechanizm oparty na przeniesieniu atomu wodoru, jako formy rodni-kowej z TR na ten rodnik. Wykazano związek struktury TR oraz jego rodników z aktywno-ścią antyoksydacyjną. Udowodniono, że zarówno TR, jak i jego rodniki posiadają płaską

strukturę, która zapewnia efektywną delokalizację niesparowanego elektronu oraz układu π-elektronowego. Przeprowadzone obliczenia wykazują, że grupa 4`-OH w tym polifenolu jest najbardziej reaktywna, a wiązanie 4`O-H słabsze od pozostałych. Ponadto pokazano, że wszystkie rodniki mają strukturę semichinonową, a 4`-O-rodniki są energetycznie bardziej trwałe niż 3-O oraz 5-O.

1.8. Oligomery oraz glukozydy TR wyizolowane z wina, owoców winorośli Vitis vinifera