A Theoretical Study on Autoxidation of Unsaturated Fatty Acids and Antioxidant Activity of Phenolic Compounds

Abstract

The purpose of this research is to assess oxidative stability of unsaturated fatty acids and their derivatives in leather fatliquors, and to predict effective antioxidants suitable to be used for the systems. The B3LYP/6-31G(d,p) method was employed to obtain C-H and O-H bond dissociation energies of unsaturated fatty acids and phenolic compounds. Using palmitoleic, oleic, ricinoleic, erucic, linoleic, linolenic, and ?-eleostearic as models, the autoxidation of unsaturated fatty acids was theoretically clarified based on free-radical chain reaction mechanism and structure-oxidative stability relationships. Calculated results showed that the allylic hydrogens of unsaturated fatty acids are easily abstracted. Unsaturated fatty acid stability is dependent on the number of double bonds and the existence of the substituent group in the carbon chain. Unsaturated fatty acids that contain more double bonds, particularly conjugated double bonds, would be easier to oxidize. Theoretical calculations suggest that the esters are more stable than the free fatty acids. The electron-donating substituent group also favors oxidative stability of unsaturated fatty acids. However, the carbon chain length doesn’t significantly affect autoxidation of unsaturated fatty acids.The antioxidative activity of phenolic compounds in unsaturated fatty acids was also studied. Calculated results showed that gallic acid, epigallocatechin, tocopherol and caffeic acid are effective antioxidants in unsaturated fatty acid systems. Epicatechin, ellagic acid and ferulic acid might be suitable to be used as antioxidants for unsaturated fatty acids containing one double bondEl objetivo de esta investigación es evaluar la estabilidad a la oxidación de ácidos grasos no-saturados y sus derivados en engrasantes para cuero, y predecir antioxidantes efectivos adecuados para el uso en estos sistemas. El método B3LYP/6-31G(d,p) fue empleado para obtener las energías de disociación de los enlaces C-H y O-H en ácidos grasos y compuestos fenólicos. Utilizando palmitoleico, oleico, ricinoleico, erucico, linoleico, linolenico, y ?-eleosteárico como modelos, la auto oxidación de ácidos grasos fue teóricamente visualizada basada en mecanismos de reacción en cadena por radicales libres y las relaciones entre las estructuras y estabilidad a la oxidación. Resultados calculados demostraron que los hidrógenos alilos de los ácidos grasos no-saturados son fácilmente sustraibles. La estabilidad de ácidos grasos no-saturados depende del número de enlaces dobles y la existencia de grupos sustituyentes en la cadena de carbonos. Ácidos grasos no-saturados que contengan más enlaces dobles, especialmente los conjugados, serían más fácilmente oxidables. Cálculos teóricos sugieren que los ésteres son más estables que los ácidos grasos libres. Un grupo sustituyente proveedor de electrones también es favorable para la aumentar la estabilidad a la oxidación en ácidos grasos no-saturados. No obstante, la longitud de la cadena, no afecta significativamente la auto oxidación de los ácidos grasos no-saturados.La actividad antioxidante de compuestos fenólicos en presencia de ácidos grasos no-saturados también fue estudiada. Los resultados calculados demostraron que ácido gálico, epigalocatequina, tocoferol y ácido caféico son efectivos antioxidantes en sistemas de ácidos grasos no-saturados. Epicatequina, ácido elágico y ácido ferulico podrían ser idóneos para usarse como antioxidantes para ácidos grasos no-saturados conteniendo un enlace doble.