Estudios estructurales y espectroscópicos de derivados bencénicos y sus interacciones con receptores biológicos

Abstract

Se llevó a cabo un estudio teórico-experimental comparativo de dos familias de compuestos aromáticos nitrogenados, los alcaloides naturales: N-metilcitisina, matrina y magnoflorina, y tres azobencenos halogenados: tetracloroazobenceno, 4-bromo-4'-fluoroazobenceno y 4-bromo-4'-hidroxiazobenceno. Aunque comparten el esqueleto estructural común del núcleo bencénico, estos compuestos muestran actividades biológicas muy diferentes, desde potencial terapéutico hasta efectos tóxicos. Esta diferencia está fuertemente relacionada con la naturaleza de los sustituyentes y su capacidad para interactuar con receptores biológicos específicos. La metodología utilizada en el desarrollo de este trabajo de investigación combinó técnicas espectroscópicas experimentales (UV-Visible, FTIR, Raman) con cálculos mecánico-cuánticos basados en la Teoría de los funcionales de la densidad (DFT), los cuales se llevaron a cabo con el paquete de programas Gaussian16. Se evaluaron las propiedades estructurales y electrónicas de las seis moléculas en dos medios: fase gaseosa y solución acuosa. La información obtenida de los cálculos teóricos nos permitió conocer la estabilidad relativa de las moléculas en cada serie de compuestos estudiados, así como sus parámetros geométricos, sus orbitales moleculares, la reactividad química y los números de onda correspondientes a los modos normales vibracionales observados en el espectro FTIR. Asimismo, se analizó la afinidad de los compuestos hacia diversos receptores biológicos, incluyendo nAChRs, GABA-A, receptores opioides (μ y κ) y el receptor de hidrocarburos de arilo (AHR) utilizando cálculos de docking molecular. Los resultados obtenidos muestran que las propiedades estructurales y electrónicas de los compuestos estudiados varían notablemente entre ambas familias, a pesar de compartir el núcleo bencénico en su estructura. Los alcaloides presentaron geometrías más flexibles y mayor polaridad, mientras que los azobencenos halogenados mostraron una organización molecular más rígida, menor polaridad en ciertas regiones y grupos sustituyentes que favorecen la unión con el bolsillo hidrofóbico del receptor AHR. II En términos espectroscópicos, se logró una excelente correlación entre los espectros calculados teóricamente y los registrados experimentalmente, confirmando así la validez de las metodologías empleadas para la predicción de las frecuencias vibracionales y de las transiciones electrónicas. En conjunto, este trabajo proporciona una visión general sobre cómo pequeñas modificaciones estructurales, como la adición de un grupo metilo o de un halógeno, pueden generar cambios en las propiedades electrónicas y bioactivas de un compuesto, demostrando que la relación estructura–actividad no depende únicamente del esqueleto aromático central. Los resultados que se presentan aquí constituyen un aporte en el campo de toxicología molecular y ofrecen información relevante para el diseño de agentes terapéuticos que contengan el núcleo bencénico.