Hydrogen Bonding Processes During Self-protonation of Natural α-hydroxyquinones

Authors

  • Georgina Armendáriz-Vidales Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC https://orcid.org/0000-0002-9751-3544
  • Fidel Hernandez-Perez Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC
  • Felipe J. González-Bravo Instituto Politécnico Nacional
  • Carlos Frontana Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC

DOI:

https://doi.org/10.29356/jmcs.v69i1.2316

Keywords:

α-hydroquinones, self-protonation, hydrogen bonding, electroaccepting power, salicylic acid

Abstract

The passage from non-substituted quinone to hydroquinone moieties involves the exchange of two-electron and two-protons, however, the presence of hydroxyl groups in the α position to the carbonyl group of the quinone induce a mechanistic change in which the quinone plays the role of electron acceptor and proton donor. This feature promotes a self-protonation mechanism which can be characterized in the framework of the ECE-DISP theory. However, when additional hydroxyl groups are contained in the quinone structure, hydrogen bonding becomes an additional competition factor that was studied in this work using a series of synthetic and natural quinones with different structures. The number of hydroxyl groups on the quinone structure was studied from the point of view of electrochemical mechanisms and descriptors of reactivity. Cyclic voltammetry, mechanistic simulation and electronic structure calculations were used as an approach to understand the interplay between electron transfer, proton transfer and hydrogen bonding association in α-hydroxyquinones.

 

Resumen. La conversión quinona-hidroquinona involucra el intercambio de dos electrones y dos protones; sin embargo, la presencia de grupos hidroxilo en la posición α respecto al carbonilo de la quinona, induce un cambio mecanístico en el cual el núcleo quinoide juega ahora el papel de acceptor electrónico y donador de protón. Esta característica promueve un mecanismo de autoprotonación que puede ser caracterizado mediante la teoría ECE-DISP. Sin embargo, cuando hay grupos hidroxilo adicionales dentro de la estructura quinoide, la formación de puentes de hidrógeno se convierte en una ruta competitiva adicional, la cual fue estudiada en este trabajo empleando una serie de compuestos sintéticos y naturales. El número de grupos hidroxilo y su influencia fueron estudiados desde el punto de vista de mecanismos electroquímicos y descriptores de reactividad. A través del uso de voltamperometría cíclica, simulación mecanística y cálculos de estructura electronica, se realizó una aproximación para comprender la interrelación entre la transferencia protónica, electrónica y la asociación a través de puentes de hidrógeno en α-hidroxiquinonas.

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Author Biographies

Georgina Armendáriz-Vidales, Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC

CIDETEQ, SC

Fidel Hernandez-Perez, Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC

CIDETEQ, SC

Felipe J. González-Bravo, Instituto Politécnico Nacional

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Zacatenco

Carlos Frontana, Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, SC

CIDETEQ, SC

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Published

2025-01-01