Thiocarbohydrazones (TCHs) and structurally related molecules are versatile organic compounds which exert antioxidant, anticancer, and other beneficial health effects. The combination of UV/Vis, NMR spectroscopy, and quantum chemical calculations was used to rationalize the experimentally observed increase in the radical scavenging activity upon the addition of water in DMSO solution of TCHs. Mono- and bis(salicylaldehyde) TCHs (compounds 1 and 2) undergo water-induced E-to-Z isomerization which is followed by disruption of intramolecular hydrogen bond, ground state destabilization, and 11 kcal/mol decrease in the bond dissociation enthalpy (BDE). Electron spin delocalization is more pronounced in Z-isomers of 1 and 2. On the other hand, 2-acetylpyridine TCHs (compounds 3 and 4) undergo thione-to-thiol tautomerism which also decreases the BDE and facilitates the hydrogen atom transfer to 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical (DPPH∙). The appearance of thiolic –SH group as another reactive site toward free radicals improves the antioxidant activity of 3 and 4. The spin density of 3- and 4-thiol radicals is delocalized over the entire thiocarbohydrazide moiety compared to more localized spin of thione radicals. Additional stabilization of thiol radicals corroborates with the increased antioxidant activity. This study provides the new insights on the solution structure of TCHs, and also highlights the importance of solution structure determination when studying the structure-antioxidant relationships of isomerizable compounds.

中文翻译：

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水杨醛和 2-乙酰吡啶单-和双-（硫代碳腙）的水致异构提高抗氧化活性：光谱和 DFT 研究

硫代碳腙 (TCH) 和结构相关的分子是多功能有机化合物，可发挥抗氧化、抗癌和其他有益健康的作用。UV/Vis、NMR 光谱和量子化学计算的组合被用于合理化实验观察到的在 TCH 的 DMSO 溶液中加入水后自由基清除活性的增加。单和双（水杨醛）TCH（化合物 1 和 2）经历水诱导的 E-to-Z 异构化，随后分子内氢键被破坏，基态不稳定，键解离焓降低 11 kcal/mol（溴二苯醚）。电子自旋离域在 1 和 2 的 Z 异构体中更为明显。另一方面，2-乙酰基吡啶 TCH（化合物 3 和 4）经历硫酮到硫醇的互变异构，这也会降低 BDE 并促进氢原子转移到 2,2-二苯基-1-苦基肼自由基 (DPPH∙)。硫醇-SH 基团作为另一个自由基反应位点的出现提高了 3 和 4 的抗氧化活性。 与硫酮自由基更局部的自旋相比，3- 和 4- 硫醇自由基的自旋密度在整个硫代碳酰肼部分上是离域的。硫醇自由基的额外稳定证实了抗氧化活性的增加。该研究为TCHs的溶液结构提供了新的见解，也强调了在研究可异构化合物的结构-抗氧化关系时确定溶液结构的重要性。2-二苯基-1-苦基肼基 (DPPH∙)。硫醇-SH 基团作为另一个自由基反应位点的出现提高了 3 和 4 的抗氧化活性。 与硫酮自由基更局部的自旋相比，3- 和 4- 硫醇自由基的自旋密度在整个硫代碳酰肼部分上是离域的。硫醇自由基的额外稳定证实了抗氧化活性的增加。该研究为TCHs的溶液结构提供了新的见解，也强调了在研究可异构化合物的结构-抗氧化关系时确定溶液结构的重要性。2-二苯基-1-苦基肼基 (DPPH∙)。硫醇-SH 基团作为另一个自由基反应位点的出现提高了 3 和 4 的抗氧化活性。 与硫酮自由基更局部的自旋相比，3- 和 4- 硫醇自由基的自旋密度在整个硫代碳酰肼部分上是离域的。硫醇自由基的额外稳定证实了抗氧化活性的增加。该研究为TCHs的溶液结构提供了新的见解，也强调了在研究可异构化合物的结构-抗氧化关系时确定溶液结构的重要性。与硫酮自由基更局部的自旋相比，3-和4-硫醇自由基的自旋密度在整个硫代碳酰肼部分上是离域的。硫醇自由基的额外稳定证实了抗氧化活性的增加。该研究为TCHs的溶液结构提供了新的见解，也强调了在研究可异构化合物的结构-抗氧化关系时确定溶液结构的重要性。与硫酮自由基更局部的自旋相比，3-和4-硫醇自由基的自旋密度在整个硫代碳酰肼部分上是离域的。硫醇自由基的额外稳定证实了抗氧化活性的增加。该研究为TCHs的溶液结构提供了新的见解，也强调了在研究可异构化合物的结构-抗氧化关系时确定溶液结构的重要性。