Obtención y análisis termodinámico de los complejos de inclusión ácido ferúlico-ciclodextrinas

Abstract

En el presente trabajo se acomplejó al ácido ferúlico (AF) con las ciclodextrinas (CDs) naturales αCD, βCD y γCD; todas las moléculas fueron solubilizadas en fosfatos 50 mM, pH 9.0. La formación de los complejos AF-αCD, AF-βCD y AF-γCD, se comprobó mediante un análisis comparativo de las moléculas libres con respecto a los complejos formados empleando las técnicas de calorimetría diferencial de barrido (CDB), Infrarrojo (IR), termogravimetría (TGA) y diagramas de solubilidad de fases. Además, se empleó por primera vez la técnica de calorimetría de titulación isotérmica (CTI) para el estudio de la energética del proceso de acomplejamiento del AF con la αCD, βCD y γCD, obteniendo de manera directa los valores de la entalpía (ΔHa), la constante de equilibrio (Ka) así como de la estequiometría (n); y mediante relaciones termodinámicas, se calcularon los parámetros de acomplejamiento ΔGa (energía libre de Gibbs) y ΔSa (entropía). La espectroscopía de fluorescencia se utilizó como técnica comparativa para obtener Ka y ΔGa. Estos parámetros también fueron determinados empleando la titulación fluorométrica y variando la carga del AF (0, 1- y 2- ). Además, se realizó una simulación del acoplamiento molecular (docking) para evaluar el efecto del AF con carga 0 y 1 - , en el valor de la ΔGa. Los resultados mostraron que en las condiciones experimentales usadas el AF se introdujo en la cavidad de la αCD, βCD y γCD, observándose cambios o desaparición de bandas (espectros de IR), picos (termogramas de CDB) y pendientes (termogramas de TGA) característicos de algunos grupos funcionales de las moléculas libres, así como un incremento en la solubilidad del AF. Por otro lado, los valores negativos de la ΔHa y ΔGa indicaron que la formación de los complejos fue exotérmica y espontánea, y que el proceso del acomplejamiento fue entrópicamente favorecido para la βCD y la γCD, pero no para la αCD. Además, que la afinidad del acomplejamiento fue en el siguiente orden βCD>γCD>αCD, lo cual se corroboró con los resultados de la espectroscopía de fluorescencia. El efecto del estado de protonación del AF provocó cambios en la Ka, mostrando que la carga 1 - generó valores más negativos de ΔGa en el acomplejamiento con las tres CDs naturales estudiadas. Los órdenes de afinidad para el AF con carga 0 y 2- fueron βCD>γCD>αCD, y con carga 1- βCD>αCD>γCD. Por otro lado, el análisis por docking generó las posibles estructuras en 3D de los complejos AFCD, mostrando que el AF se introdujo en las tres CDs con la misma orientación, en donde el anillo del benceno se ubicó en el centro de la cavidad, el ácido carboxílico interaccionó con la entrada más ancha de la CD, mientras que el alcohol y el grupo metoxilo se encontraron en contacto con la entrada más angosta; y en el caso del acomplejamiento con la αCD la molécula del AF quedó más expuesta al disolvente con respecto a las otras dos CDs. Los valores de la ΔGa obtenidos del análisis por docking indicaron que la carga del AF no influyó en la afinidad del acomplejamiento, contrario a lo observado con los resultados experimentales; esto pudo deberse a que no se consideraron las moléculas de agua en la simulación de docking, las cuales pueden tener un papel muy importante en las interacciones que se forman durante el proceso de acomplejamiento, o contribuir de manera significativa en el valor de la ΔS de desolvatación. En base a los resultados obtenidos en el presente trabajo se puede concluir que las condiciones experimentales establecidas permitieron utilizar la técnica de CTI para determinar los parámetros termodinámicos de manera confiable, además que la βCD sería la más recomendada para acomplejar al AF, independientemente de su carga, en base al orden de afinidad observado (βCD>γCD>αCD).