Efectos electrónicos introducidos por sustitución, asociación intermolecular y tautomería en algunos procesos de interés químico o biológico

Abstract

En la presente tesis se han realizado varios estudios teóricos sobre determinados fenómenos quimicos ampliamente conocidos como son la sustitución en anillos aromáticos, la tautomeria o los enlaces de hidrógeno. Para llevar a cabo dichos análisis se ha elegido en cada caso un grupo de compuesto de alto interés químico o biológico. En primer lugar y usando la piridina como molécula modelo, analizamos los cambios sufridos en el anillo piridínico ante adiciones electrófilas bien sea energéticos o de población con la teoria cuántica de átomos en moléculas (QTAIM). Para ello se optimizaron piridina y derivados sustituidos con los grupos funcionales : O-, CN, NO2, CH3, F, OCH3. Las protonaciones en las posiciones 2,3 y 4 del anillo nos permitieron analizar por una parte las variaciones en las afinidades protónicas, y por otra los cambios de población global, así como sus componentes 9 y :. Seguidamente se realizo un estudio energético y de población electrónica minucioso sobre los distintos enlaces de hidrógeno: O···H-O, N···H-N, O···H-N, O···H-C en el dímero del aminoácido glicina. Para ello se optimizaron más de 200 geometrías distintas de dímeros glicina neutra (en su forma zwitterionica y no iónica), protonada y desprotonada . Sobre dichos dímeros también fue llevado a cabo un análisis teorico-matemático sobre las distintas relaciones que pueden tener lugar entre las densidades de los puntos críticos implicados en el enlace de hidrógeno, así como con la distancia de la unidad X-H···Y. El proceso de dimerización nos llevo a analizar y valorar la fiabilidad de las optimizaciones geométricas que incluyen la corrección counterpoise como medida para evitar el efecto BSSE. Para lo cual ampliamos el conjunto de dímeros de glicina obtenidos, con dímeros más simples, modelo de un único enlace de hidrógeno. La tercera via de estudio fue un análisis de las aminas heterocíclicas (HCAs) con carácter mutagénico. De ellas estudiamos por una parte su papel en la formación de aductos del ADN mediante un estudio QTAIM sobre la creación de los iones nitronio, analizando el delicado equilibrio entre la activación metabolica de la 2-amino-1-metil- 6-fenilimidazo[4,5-b]piridina (PhIP) y su destoxificación. Finalmente, hemos estudiado la tautomería ceto/enólica en la molécula de 3-etil-2,4- pentanodiona (EPD) para poder compararla con la imino/enamino de las HCAs. Para ello, hemos considerado las HCAs con carácter mutagénico más conocidas: 2-amino-1-metil-6-fenilimidazo[4,5-b]piridina (PhIP), 3,4,8-trimetil-3H-imidazo[4,5-f]quinoxalin- 2-amina (4,8-diMeIQ) y 2-amino-3-metilimidazo(4,5-f)quinolina (IQ).