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Química Supramolecular (página 2)




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Reconocimiento Molecular

El concepto de reconocimiento molecular surge formalmente en la Química a partir de los años 70, con la profundización que realizaron Cram y Lehn en la Química Supramolecular. Sin embargo, este concepto, quizás aun ignorado por muchos químicos, ha sido ampliamente utilizado por los biólogos desde la época de Fischer. Sin este concepto la Biología tendría un gran vacío. Quizás lo mismo sucedería en la Química pero algunos de sus seguidores han logrado encontrar la forma de prescindir de este valioso concepto, aunque no de su esencia.

Sin embargo, ya hoy ello no es posible. La Química moderna no puede existir sin tomar en cuenta el reconocimiento molecular. Ello se debe, entre otras numerosas razones, al hecho de la cada vez mayor confluencia entre la Química y la Biología.

El reconocimiento molecular es un concepto de la Química Supramolecular que corresponde a la capacidad que tienen las moléculas de reconocerse mutuamente y viene definido por la energía y la información involucradas en el enlace (no covalente) y selección del sustrato por una molécula receptora determinada. La interacción sustrato-receptor debe basarse en la afinidad entre ambos en cuanto a forma, tamaño, conformación, polaridad, polarizabilidad, fuerzas de van der Waals, etc. La afinidad entre dos moléculas en estas propiedades es una expresión de la complementariedad existente entre ellas. Esta afinidad o complementariedad expresa una información física y/o química a transmitirse entre las moléculas involucradas. A su vez, esta información molecular se revierte en el compuesto supramolecular formado.

El reconocimiento molecular entre sustrato y receptor no tiene realmente la naturaleza estática y rígida enunciada por Fischer. Puede darse el caso que si analizamos al sustrato o huésped y al receptor u hospedero por separados no exista la necesaria complementariedad entra ambas moléculas como para que tenga lugar en reconocimiento molecular. Sin embargo, sí podemos analizar lo que ocurre en una y otra molécula cuando se aproximan entre sí. Veremos que a una cierta distancia una o ambas se pueden modificar para poder alcanzar esa complementariedad.

En ese momento ha ocurrido el referido intercambio de información. ¡Ojo! Estamos hablando de moléculas, por lo tanto de objetos inanimados. Por esa razón, la referida transmisión de información no es ni remotamente como la realizamos los seres vivientes. Y sin embargo, existe. ¿Cómo ello es posible?

Al aproximarse sustrato y receptor pueden ocurrir (y generalmente tienen lugar) variaciones de polaridad en uno u otro por el efecto electrostático, formación de puentes de hidrógeno, etc, que provoque un cambio en la conformación de uno o ambos. En el epígrafe 2.5 veremos como un éter corona cambia su conformación de ovalada a circular ante la presencia de un ion metálico como el sodio. Y ese es un sistema bien simple.

Mientras más susceptible sea el receptor a modificar su forma ante la presencia de sustratos, o sea, que sea más flexible, menos selectivo resulta. Este último elemento es de suma importancia en el caso de una enzima, que debe caracterizarse por una elevada selectividad. Sin embargo, puede darse la situación de que un receptor manifieste elasticidad o flexibilidad sólo ante un determinado sustrato y en tal caso la selectividad no se pierde; por el contrario, puede llegar a acentuarse.

El proceso mediante el cual el receptor modifica su estructura o conformación ante la proximidad o presencia del sustrato se denomina preorganización. Ello significa que el receptor debe invertir una determinada cantidad de energía para adoptar la forma más adecuada para recibir al sustrato. En esta interacción mutua esta implícita la información mutua que se transmite entre sustrato y receptor.

La complementariedad entre sustrato y receptor puede llegar a expresar un efecto cooperativo entre ambos o entre dos sustratos retenidos por un mismo receptor.

Como la interacción sustrato – receptor tiene lugar mediante fuerzas no-covalentes, es relativamente débil. Por ello, se requiere de una amplia superficie o puntos múltiples de interacción.

Así pues, el reconocimiento molecular implica el reconocimiento y la fijación del sustrato por el receptor, previa preorganización de este último, mediante la coordinación no-covalente. Este proceso tiene una naturaleza dinámica e implica un propósito, una finalidad.

La unidad y antagonismo armónico existente entre la rigidez y flexibilidad que puede alcanzar el receptor u hospedero es determinante en el reconocimiento molecular que puede presentar, unido al tamaño y forma de la cavidad. La rigidez de la molécula receptora define su selectividad, mientras que la flexibilidad es la propiedad que define la estabilidad de la interacción receptor – sustrato. Una mayor flexibilidad permite al receptor ajustar su forma a la del sustrato y, de esa forma, formar un sistema supramolecular más estable. Cuando la flexibilidad del receptor se encuentra en función del medio (polaridad, pH, temperatura, etc.) el reconocimiento molecular será susceptible a estas variables.

En las enzimas el principio lock and key (cerradura y llave) planteado por E. Fischer tiene su máxima expresión. Este principio, muy revolucionario en su momento, tiene un enfoque muy estático del reconocimiento molecular de la enzima sobre el sustrato. Se obvia la flexibilidad en la conformación de la enzima. Esta última, como toda proteína, se caracteriza por una conformación bastante rígida. Sin embargo, esta conformación, dependiente de los puentes de hidrógeno formados entre los residuos de amino ácidos, así como de puentes disulfuro, -S-S-, puede variar ligeramente cuando se aproxima el sustrato o cuando cambian las condiciones del medio.

El principio lock and key (cerradura y llave) debe interpretarse hoy en día como un proceso dinámico que tiene lugar en cuanto la "llave" (sustrato) se encuentre en las cercanías de la "cerradura" (receptor) de forma que puedan interactuar mutuamente. Este proceso provoca la necesaria modificación en la conformación del receptor, proceso denominado preorganización, con lo cual adopta la geometría necesaria para el óptimo reconocimiento del sustrato.

Un caso muy interesante tiene lugar en los sistemas biológicos cuando una enzima esta constituida por más de una proteína y la más mínima modificación en una de las subunidades puede afectar a las otras a través de los puentes de hidrógeno que mantienen unido al conglomerado. En este caso el proceso preorganizativo se transmite de una sección del receptor a las demás. A este fenómeno se denomina efecto cooperativo.

Un buen ejemplo de efecto cooperativo lo constituye la hemoglobina, compuesta por cuatro subunidades, cada una de ella conteniendo un grupo hemo y una globina (proteína). Cuando el hierro(II) del grupo hemo de una de las subunidades coordina una molécula de dioxígeno, O2, la proteína (globina) coordinada al metal se desplaza ligeramente, con lo cual logra modificar ligeramente la conformación de la globina vecina. Aunque el desplazamiento es mínimo (unos 0.8 Å) es suficiente para permitir una conformación en esta proteína vecina que favorezca el acceso de una molécula de dioxígeno. Así pues, las cuatro subunidades de la hemoglobina se comportan como los cuatro cilindros del motor de un carro, donde el efecto cooperativo lo realizan la viela, en la transmisión diferenciada del movimiento mecánico, y el delco, en la distribución de la corriente eléctrica.

En la formación de un compuesto supramolecular, tal y como se ha expresado varias veces, intervienen interacciones poco fuertes. Termodinámicamente se ha explicado la estabilidad de compuesto formado para el caso en que intervienen un apreciable número de tales interacciones más o menos débiles. Sin embargo, esa interpretación es sólo parcial.

Desde el punto de vista termodinámico la formación de un producto químico debe cumplir con la condición de que disminuya la energía libre (D G) del sistema y mientras más negativo sea el valor, más favorecido esta el proceso químico. Este parámetro se encuentra relacionado con otros dos mediante la ecuación siguiente:

D G = D H - TD S

D H corresponde a la variación de entalpía en el proceso de formación, o sea, a la energía liberada o consumida en el proceso. Por su parte, D S corresponde a la variación de entropía, un parámetro que mide el grado de desorden que se alcanza en el proceso. Para que D G tenga un valor negativo, en una primera aproximación, D H debe ser negativo y D S positivo. Si las interacciones son débiles el valor de D H será pequeño. Por esa razón se dice que la entropía juega, generalmente, un papel determinante en la formación de los compuestos supramoleculares.

La variación de energía libre, D G, en los receptores sintéticos, oscila entre -3.1 y -4.6 kcal/mol. Para la asociación supramolecular de sistemas sustrato-enzima D G = -5.1 kcal/mol, como promedio, mientras que para moléculas orgánicas simples reconocidas por anticuerpos el valor de D G llega a -10 kcal/mol. Para sistemas anticuerpo-antígeno la energía libre promedio es de 11.1 kcal/mol.

Cuando receptor y sustrato interaccionan para formar un compuesto supramolecular lo hace a partir de la interacción de dos especies para formar una sola. Desde ese punto de vista la entropía del sistema disminuiría por disminuir el número de especies en el proceso químico. Sin embargo, el receptor generalmente presenta asociado un apreciable número de moléculas del solvente, agua por ejemplo. Este proceso se puede representar esquemáticamente en la reacción siguiente:

R.n(solvente) + sustrato = compuesto supramolecular + n(solvente)

En este proceso, que corresponde a un equilibrio totalmente reversible, reaccionan dos especies para formar n + 1 especies, por lo que el incremento de entropía debe ser apreciable. El supramencionado equilibrio, correspondiente a la formación del complejo de inclusión y la constante que lo caracteriza se denomina constante de inclusión o acomplejamiento. Este parámetro no es termodinámico, rigurosamente hablando.

Los valores de las constantes de inclusión de moléculas orgánicas simples en receptores sintéticos, oscilan, como promedio entre 102.1 y 103.4 mol-1.L (M-1). Son escasos los valores de constantes de inclusión superiores a 104 M-1. Sin embargo, en los receptores naturales las constantes de inclusión pueden alcanzar valores superiores a ese y hasta 1016 M-1.

Un papel importante en la estabilización de un compuesto supramolecular mediante la inclusión del sustrato dentro de la cavidad del receptor lo juega la hidrofobicidad.

Todas las cavidades de los receptores síntéticos conocidos tienen la característica de ser hidrofóbicas. Más aún, los receptores naturales, como los anticuerpos, proteínas, enzimas, etc., la condición de hidrofibicidad es imprescindible. En medio acuoso la hidrofobicidad de la cavidad del receptor motiva que el agua no pueda competir en el equilibrio de formación del complejo de inclusión, con el correspondiente incremento en la estabilidad. Por esa razón, en los sistemas (molécula orgánica) – (receptor orgánico sintético) en medio acuoso el valor medio de D G es de -4.6 kcal/mol, en solvente orgánico es de -3.1 kcal/mol.

Autoensamblaje (self-assembly)

El reconocimiento molecular es clave en un compuesto supramolecular. Sin embargo, no es el único concepto utilizado. Otro muy importante es el auto-ensamblaje.

El autoensamblaje (en inglés: self-assembly) es el concepto que expresa que las moléculas que son complementarias y se reconocen molecularmente, que pueden asociarse sin barreras cinéticas. El concepto de autoensamblaje expresa, por tanto, la espontaneidad con que se puede formar organizadamente un compuesto supramolecular. El autoensamblaje implica auto-organización y reversibilidad y, por tanto, labilidad cinética e interacción relativamente débil. Así, por ejemplo, la formación de macrociclos no constituye un proceso de autoensamblaje porque dicho proceso no es reversible químicamente.

El proceso de autoensamblaje implica el reconocimiento molecular y, por ello, la auto-organización responde a la información, tanto del hospedero como del huésped.

Mientras que el reconocimiento molecular implica una complementariedad entre hospedero y huésped, en el autoensamblaje este proceso de reconocimiento ocurre repetitivamente. Este último aspecto constituye la principal particularidad del autoensamblaje.

Así, el autoensamblaje implica la asociación supramolecular entre varias especies para formar un agregado de mayor tamaño y, generalmente, de una arquitectura más compleja, tal y como se representa esquemáticamente en la Figura 1. Ello significa que en el autoensamblaje tiene lugar un proceso de reconocimiento molecular repetitivo, dando lugar a un compuestos supramolecular tridimensional. Tales compuestos son de mucha mayor complejidad que el que se forma a partir del simple reconocimiento molecular.

Cada unidad participante en el proceso de autoensamblaje se denomina building block si esta constituida por más de una molécula. Por cierto, a este concepto aun no se le ha dado una traducción generalizada en español. Literalmente sería "bloques de construcción", aunque conceptualmente quizás "unidad básica" o "bloque molecular" se ajuste más a la definición. No obstante, la mayoría de los autores de habla hispana usan el término en inglés. Ese tipo de anglicismo es muy frecuente en los términos científicos introducidos en los últimos años. Tal pareciera como si las Ciencias si desarrollaran más rápidamente que los idiomas, a lo cual no falta la verdad.

El autoensamblaje entre los building blocks puede igualmente tener lugar mediante la formación de enlace covalente, y no sólo por reconocimiento molecular como se ha representado en la Figura 1.

El concepto de building block ha rebasado las fronteras de la Química Supramolecular y es cada vez más utilizado en procesos de síntesis en que se realizan numerosos pasos de reacción. En tales casos lo más conveniente es realizar varios pasos de síntesis y obtener un building block, y repetir ese proceso hasta obtener los necesarios building blocks y entonces enlazarlos entre sí. De esta forma, si un paso de la reacción sale mal sólo se afecta una unidad de building block y no el proceso completo.

Imagínense el lector una síntesis química de doce pasos en que el último no se obtenga el producto deseado o el rendimiento sea muy bajo. En tal caso se pierden los once pasos anteriores. Si la síntesis se hubiera realizado mediante la formación de building blocks de cuatro pasos de síntesis cada uno, sólo se pierden como máximo esas cuatro reacciones.

El concepto de autoensamblaje ha sido ampliamente utilizado en la modificación de superficies de electrodos y superficies sólidas planas y en la estabilización de nanopartículas. Estas superficies, cuando son metales nobles como el oro y la plata, se pueden recubrir químicamente con otras sustancias, fundamentalmente derivados sulfurados, tioles o ditiocarbamatos. Producto de la interacción el metal se oxida (M ® M+) y en la superficie del electrodo o nanopartícula se adsorbe (más bien, se quimisorbe) el derivado sulfurado. Realmente ha ocurrido una reacción química de oxidación – reducción en fase heterogénea. Como se trata de un fenómeno superficial sólo es posible la formación de una monocapa autoensamblada, que en inglés se denomina Self-Assemblied Monolayer y se representa por las siglas SAM.

Analicemos una superficie metálica de una lámina, considerando que esta constituida por una serie de esferas, correspondientes a los átomos del metal, ubicadas una al lado de la otra. Si esa lámina metálica se introduce en una solución que contenga un determinado alcanotiol, que sea pequeño en tamaño, ocurre la oxidación del metal de M a M+.

El grupo tiol, -SH, libera el protón y se forma el grupo tiolato, -S-, el cual se asocia al ion M+ formado en la superficie de la lámina. Así pues, por cada M sólo se puede asociar un alcanotiolato. Sin embargo, si el tamaño de M+ es menor, lo cual es lo más común, que el volumen que ocupa cada alcanotilato, ni siquiera es posible establecer una asociación de relación molar 1:1. Ello significa que lo más común es que, al ocurrir el auto-ensamblaje de alcanotiol sobre la superficie de M, sobre la misma se encuentren más átomos de M que moléculas de alcanotiolato autoensambladas. Lo que sí no puede ocurrir es que la cantidad de moléculas de alcanotiolato exceda al de los átomos de M por el simple y sencillo hecho que no se quedarían fijadas a la superficie. Por esa razón, el autoensamblaje tiene naturaleza de una capa monomolecular. Esta característica hace que el cambio de coloración en la superficie del metal sea poco significativa, a veces imperceptible. Por ello, comprobar el auto-ensamblaje de la monocapa sobre una lámina metálica no debe hacerse a simple vista sino mediante el estudio de una determinada propiedad física para ver si ha ocurrido algún cambio.

Puede darse el caso, que es lo más común, de que después de formarse la monocapa queden "huecos", o sea espacios en que no se ensamblaron moléculas de alcanotiol. Las moléculas de alcanotiol ya ensambladas tienden a repeler a las otras moléculas que se aproximan a la superficie. Este fenómeno de repulsión es el que puede provocar que queden huecos sin cubrir sobre la superficie metálica. Esos huecos constituyen defectos del autoensamblaje y muchas veces son inevitables pero que en la práctica pueden afectar.

Cuando analizamos la superficie de la lámina como totalmente plana hemos hecho una gran aproximación. Realmente a ese nivel atómico pueden aparecer las más diversas irregularidades. Ello es especialmente acentuado cuando la lámina se ha raspada mecánicamente, ya no sólo con una lima o papel de lija, sino hasta mediante la frotación de la superficie con alúmina (Al2O3), un procedimiento muy utilizado en este tipo de trabajos de limpieza de superficies.

Aunque los derivados sulfurados, como los alcanotioles, forman monocapas estables sobre la superficie de metales, como el oro, esta fijación tiene una naturaleza muy dinámica. Así, si una superficie metálica, con una monocapa de un determinado alcanotiol, se introduce en una solución, que contenga otro alcanotiol, tiene lugar un intercambio entre ambos.

Las monocapas más ordenadas, compactas y regulares se forman con alcanotioles de cadenas largas, con ocho o más átomos de carbono. Aparentemente las propias cadenas carbonadas de naturaleza hidrofóbica interactúan entre sí, atrayéndose y compactándose, en proceso de auto-organización.

En lo sucesivo utilizaremos las siglas SAM para identificar la formación de monocapas autoensambladas, como es costumbre en la literatura internacional.

Hemos estado analizando en detalle procesos de autoensamblaje entre metales nobles, como el oro, y alcanotioles. Sin embargo, ese no es el único tipo de monocapas que se pueden formar por autoensamblaje. Óxidos metálicos, vidrio, silicio, etc. pueden servir de base para formar monocapas autoensambladas (SAM) con una amplia variedad de sustancias. Superficies de óxidos metálicos o de silicio, SiO2, pueden reaccionar químicamente con moléculas que contengan grupos fosfato, por ejemplo, lo cual es muy beneficioso en el caso del autoensamblaje de biomoléculas, como el DNA y RNA.

Efecto Macrocíclico

Se denomina macrociclo a aquella molécula que forma un ciclo y consta de no menos de 9 átomos, y donde al menos 3 de ellos se pueden comportar como donantes electrónicos. Tales ciclos, pueden "acomodar" o fijar en el interior del ciclo a un ion metálico (o de otra naturaleza) de dimensiones adecuadas. Cuando ello ocurre se alcanza una estabilización superior a la esperada por el efecto quelato (cuando una molécula se enlaza a un metal por más de una posición).

El efecto quelato se basa en un aumento de entropía por aumentar el desorden del sistema, al sustituir un ligando quelato a dos o más de la esfera de coordinación interna del complejo. Veamos. Si el ion cobre(II) en solución acuosa se encuentra en forma de Cu(H2O)42+ al interactuar con la molécula (ligando), que se encuentra a la izquierda en la Figura 2, tendrá lugar la reacción siguiente:

Cu(H2O)42+ + L ® CuL2+ + 4 H2O

Puede observarse perfectamente que al reaccionar dos moléculas dan lugar a cinco. Como termodinámicamente la entropía es el parámetro que mide el desorden de un sistema, al aumentar el número de partículas, aumenta el desorden. En esta reacción el ligando es un quelato con cuatro átomos donantes, cada uno de los átomos de nitrógeno de los grupos aminos, -NH2, que presenta.

El efecto macrocíclico es fundamentalmente entrópico, ya que el ion metálico pierde las moléculas de agua que presenta coordinadas. A su vez, el macrociclo puede contener, lo cual es lo más frecuente, una cierta cantidad de moléculas de agua en su interior, la mayoría de las cuales salen del interior del anillo al enlazar al ion metálico.

Por otra parte, el efecto macrocíclico también tiene una importante componente entálpica. El macrociclo no presenta la misma conformación cuando se encuentra libre a cuando contiene a un ion metálico y en ese proceso consume energía.

Veamos lo anteriormente expresado en un ejemplo concreto. El ligando representado a la derecha en la Figura 2, al igual que el de la izquierda, presenta cuatro átomos donantes. Por ello, al reaccionar con el Cu(H2O)42+ también hace aumentar el número de partículas presentes en la solución acuosa y ello provoca un aumento de entropía. Ahora bien, en este último caso, como el metal se fija en el anillo, éste último no requiere de un alto consumo de energía para reordenarse geométricamente para poderse coordinar al metal. El ligando lineal representado a la izquierda en la Figura 2 requiere de un significativo reordenamiento para pasar de lineal a la forma de herradura, y de forma tal que los cuatro átomos de nitrógeno queden orientados hacia un mismo lado.

El ajuste del ion metálico dentro del anillo del macrociclo implica un reconocimiento molecular dado por las geometrías del macrociclo y del ion metálico. Si el tamaño del metal es menor que el diámetro del anillo la coordinación es débil y requerirá que el macrociclo reajuste su conformación para adoptar la forma de anillo menor. Por el contrario, si el metal es mayor dimensión que el anillo igualmente la estabilidad será baja, pero el metal tenderá a ubicarse fuera del plano del macrociclo, como si estuviera coronado por éste último. En el reconocimiento molecular el macrociclo se comporta como hospedero o endoreceptor, mientras que el ion metálico hace las funciones de huésped o sustrato.

Veamos el ejemplo representado en la Figura 2. La molécula a la izquierda en la Figura 2 se comporta como un quelato ya que puede coordinarse al cobre(II) mediante los cuatro átomos de nitrógeno de los grupos amino. Para que se formen esos cuatros enlaces la molécula debe ir modificando su conformación, de lineal a la forma de herradura, como se representa en la Figura 2. En ello consume energía entálpica (D H). En el caso del macrociclo (molécula de la derecha en la Figura 2) no se requiere de ningún reordenamiento conformacional para que pueda asociarse a un ion metálico; sólo basta que el metal quepa dentro del anillo o macrociclo. Por ello, este último proceso energéticamente se encuentra más favorecido.

Los macrocíclos, aunque aumentan la estabilidad termodinámica en la coordinación del metal, disminuyen grandemente la cinética del proceso de coordinación, así como el de disociación. Esquemáticamente, estas variaciones en estabilidad termodinámica y cinética, se representan a en la Tabla 1.

Tabla 1. Comparación de las características termodinámicas y cinéticas de complejos simples, quelatos y macrocíclicos.

Factor

monodentado

quelato

Macrociclo plano

Macrociclo tridim.

Estabilidad termodin. relativa

1

103 - 104

106 - 108

1010 - 1013

Cinética formac. complejo

1

1

10-1 – 10-2

10-2 – 10-3

Cinética disoc. complejo

1

1--3

10-7 – 10-10

10-12 – 10-18

El efecto macrocíclico es de gran importancia práctica, sobre todo en los sistemas biológicos. Macrociclos constituidos por cuatro pirroles son las porfirinas y las corrinas. La clorofila es un complejo de magnesio con porfirina, mientras que con el grupo hemo (de la hemoglobina) lo es del hierro(II). La clorofila, esa sustancia que le confiera la coloración verde a las plantas y permite que la planta sintetice carbohidratos a partir del CO2 del aire, esta constituido por un macrociclo denomina porfirina, con un ion magnesio ubicado en el centro. Si ese mismo macrociclo porfirínico fuera una molécula lineal no existiría la clorofila ni podría realizar la fotosíntesis. Por esa razón la clorofila constituye el mejor ejemplo de los que significa el efecto macrocíclico.

La vitamina B12 es un complejo de cobalto con una corrina, que tiene un menor grado de deslocalización electrónica que la porfirina. Por esa misma razón, la corrina es mucho más flexible que la porfirina y tiende a adoptar una configuración menos planar.

Éteres Coronas

Los primeros compuestos supramoleculares estudiados fueron los que forman los éteres corona (en inglés: crown ethers) con los metales alcalinos. Estos compuestos fueron obtenidos accidentalmente por Pedersen en 1960 (uno de los tres que obtuvo el Premio Nobel) tratando de sintetizar el bis[2-(o-hidroxi-fenoxi)etil)éter.

Con mucha frecuencia al relatarse las historias de los grandes descubrimientos tiende fácilmente a catalogarlos como producto de la accidentalidad. "Accidentes" en los procesos de investigación ocurren con mucha facilidad: el sistema se calentó en demasía, no se usaron los reactivos previstos, el recipiente donde se realizó no estaba lo suficientemente limpio, etc. Lo que diferencia a los grandes descubridores científicos del resto delos trabajadores de las ciencias estriba en que los primeros son capaces de sacar máximo provecho de esos "errores" y no desechar el experimento porque no se obtuvo lo esperado. En lo inesperado esta la gloria.

Se denominan "éteres" porque contienen enlaces –C-O-C- y "corona" porque los átomos se ubican entre sí de una forma zigzagueante y pueden "asentarse" sobre el ion metálico como una corona sobre la cabeza del monarca. Realmente en la inmensa mayoría de los casos el éter corona no se asienta sobre el ion metálico, sino que este último queda incluido dentro de la cavidad bidimensional. Sin embargo, el 18-crown-6 sí se asienta sobre el cesio(I) como una verdadera corona, considerando al ion metálico como la cabeza del monarca.

En estos compuestos el tamaño del macrociclo, respecto al tamaño del ion, define la estabilidad del compuestos supramolecular formado. La estabilidad no es alta, ni compleja la geometría, que tiende a ser cuasi-planar, pero el enlace M-L tiene un pobre carácter covalente. Por estas razones los compuestos macrocíclicos se definen como supramoleculares.

Las constantes de estabilidad (que corresponden a constantes de equilibrio entre el ion metálico y el éter corona y el complejo asociado) de los éteres coronas (Tabla 2) con los metales alcalinos no son elevadas, pero sí lo suficiente para ser utilizados en diferentes procedimientos de síntesis, incluso catálisis. Los éteres corona permiten disolver iones metálicos en solventes orgánicos.

Analizando la Figura 3 y los datos que aparecen en la Tabla 2, puede observarse cómo la estabilidad de los compuestos que forman los éteres coronas con los metales es baja y depende de la concordancia entre el tamaño del anillo y el ion metálico.

Los éteres corona se nombran comenzando por el nombre de los sustituyentes, si los hubiera, después el número total de átomos que forman el macrociclo, seguido de la palabra "crown" (corona) y finalmente el número de átomos donantes presentes en el ciclo.

Tabla 2. Éteres coronas y metales alcalinos afines.

M+

Diámetro de M+ (Å)

Eter corona

Tamaño anillo (Å)

Li

1.52

14-crown-4

1.2 - 1.5

Na

2.04

15-crown-5

1.7 – 2.2

K

2.76

18-crown-6

2.6 – 3.2

Rb

3.04

21-crown-7

3.4 – 4.3

En la Tabla 2 se da un intervalo de diámetros para cada éter corona porque sólo la presencia del catión le da una geometría circular definida al macrociclo. Sin el catión, el macrociclo tiende a ser ovalado por la formación de puentes de hidrógeno entre grupos opuestos geométricamente.

El complejo que forma el Cs+ con el 18-crown-6 (log K = 4.62) no es nada planar. El Cs+ se ubica fuera del plano, como si lo estuviera usando como una verdadera corona.

Con este mismo éter corona el Na+ tampoco forma un complejo plano, al tender el macrociclo a envolver al metal, de menor radio que el hueco del macrociclo. Por esa razón, el complejo de Na+ con 18-crown-6 es relativamente poco estable (log K = 4.32). Con estos dos ejemplos se evidencia cómo las propiedades del macrociclo y el metal deben complementarse, reconocerse moleculamente, para formar el complejo supramolecular. No se trata de un mero "llave y cerradura". El macrociclo adopta la conformación necesaria para cada ion metálico en cuestión.

El complejo más estable del 18-crown-6 es el formado con el K+ (log K = 6.10) por ser el catión metálico que mejor se ajusta al tamaño del anillo. Por su parte, la Ag(I) forma un complejo poco estable con el 18-crown-6 (log K = 1.60). Si uno de los átomos de oxígeno del referido éter corona se sustituye por un grupo NH la estabilidad del complejo de K+ decae (log K = 3.90) mientras que el de Ag+ aumenta (log K = 3.30). Si se realiza una nueva sustitución de un átomo de oxígeno por NH, en trans respecto al primer grupo NH, la variación continua: log K(K+) = 2.04 y log K(Ag+) = 7.80. Así, sustituyendo uno o más átomos de oxígeno de un éter corona por átomos de azufre o grupos NH se puede variar la afinidad del macrociclo por diferentes tipos de iones metálicos, representativos o de transición.

Criptandos

Los criptatos fueron desarrollados por Lehn. Los primeros reportes datan de 1969. El macrociclo se denomina criptando y consta de oxígeno y nitrógeno como átomos donantes. Sus anillos son mayores que los éteres coronas y tienen naturaleza tridimensional. Pueden ser utilizados para metales de transición y representativos voluminosos. Veamos el ejemplo representado en la Figura 4.

El criptando representado en la Figura 4 varía su selectividad atendiendo a la dimensión de la cavidad, esto es, a los valores de "n" y "m".

Para m = 0 y n = 1 es muy selectivo por el Li+.

Para m = 1 y n = 0 es muy selectivo por el Na+.

Para m = 1 y n = 1 es muy selectivo por el K+ (log K = 10.4 en metanol), con mucha más estabilidad que con los éteres corona. Este criptando igualmente presente una gran afinidad por los por los metales alcalino-terreos:

Ba2+ > Sr2+ >> Ca2+.

También puede incluir establemente al ion amonio mediante la formación de puentes de hidrógeno N-H.......N.

En lugar de átomos de oxígeno como donantes puede haber grupos NH. Cuando predominan éstos últimos (NH) el criptando puede incluir aniones, donde igualmente la inclusión se estabiliza mediante la formación de puentes de hidrógeno.

Los sepulcratos vienen a casos particulares de criptandos que sólo contienen grupos NH y N como donantes, tal y como se aprecia en la Figura 5.

Ambas denominaciones, criptando (proviene de "cripta") y sepulcrato, son de naturaleza mortuoria, ya que de lo se trata es de "enterrar" al ion dentro de su cavidad central.

Esferandos

Los esferandos fueron desarrollados por Donald Cram (UCLA, Estados Unidos).

Estos receptores, que contienen anillos aromáticos, se caracterizan por su alta rigidez estructural y ordenamiento octaédrico. Los anillos aromáticos representados en la Figura 6 se alternan por encima y por debajo del plano formando una esfera, y de ahí su nombre. Las constantes de estabilidad de los compuestos de inclusión con diferentes iones pueden alcanzar valores muy elevados. Así, por ejemplo, el esferando representado en la Figura 6 forma un complejo con Li+ con log K ~ 16 y con Na+ la log K ~14. Con K+ prácticamente no hay inclusión. Por ésta razón este esferando pudiera ser utilizado para eliminar las impurezas de Li+ de una muestra de K+.

A partir de estos tres tipos básicos de macrociclos: éteres coronas, criptatos y esferandos, se han desarrollado posteriormente combinaciones con unos y otros. Tal es el caso de los criptoesferandos, como el representado en la Figura 7.

Cavitandos

Los cavitandos están constituidos por anillos aromáticos, a semejanzas de los esferandos, pero enlazados entre sí por grupos metilenos que le confieren más flexibilidad a las estructura. Los cavitandos pueden formar una cavidad semiesférica hidrofóbica donde se pueden incluir moléculas orgánicas de naturaleza semejante y voluminosa. El reconocimiento molecular tiene lugar solamente por el extremo más amplio del cavitando.

Los calixarenos (denominación que proviene de la palabra "caliz" por tener aspecto de copa) constituyen un caso particular de cavitandos donde los anillos aromáticos presentes son fenoles. Los grupos –OH de estos fenoles forman entre sí, cuando todos están orientados hacia el mismo extremo, puentes de hidrógeno que hacen que los anillos se mantengan formando una cavidad cónica rígida. Cuando los grupos OH de los fenoles se encuentran sustituidos formando alcóxidos esta rigidez se pierde y uno o varios anillos se pueden presentar de forma alternada.

Estos ligandos macrocíclicos se obtienen por la condensación de fenoles para-sustituidos y formaldehído. Con la modificación del sustituyente en "para" al grupo –OH, así como del grado de condensación (pueden condensarse de 4 a 8 moléculas de fenoles) puede alcanzarse una gran diversidad de calixarenos. Los calixarenos se nombran anteponiendo los sustituyentes del fenol y a continuación la palabra calix[n]areno, donde "n" indica el número de fenoles que participan en la formación del cavitando.

En la Figura 8 se representa el calix[6]areno. El término "calix" es haciendo referencia a la forma geométrica de esta molécula, que se asemeja a una cáliz. Por su parte, el término "areno", que es el segundo componente de la palabra, india el carácter aromático del compuesto.

Los calixarenos desprotonados pueden coordinar metales alcalinos en el borde inferior (donde están los grupos OH) y actuar como sus carriers (portadores). Incluso, estos grupos OH se pueden transformar en ésteres. En el caso del calix-4-areno el tetraester formado puede coordinar Na+ con ocho átomos de oxígeno coordinados al catión metálico.

La cavidad aromática del calixareno permite la inclusión de moléculas huésped de tamaño relativamente pequeño, como el catión cesio, Cs+.

Mediante la condensación de los grupos fenoles de dos calixarenos se puede obtener los denominados cálix[n]tubos.

Compuestos supramoleculares tridimensionales complejos

La Química Supramolecular ha dejado de ser un nuevo juguete en la Química para convertirse en una herramienta muy útil para obtener nuevos compuestos con propiedades singulares. Con ello se han sembrado las bases de la Nanotecnología. Existe una amplia variedad de compuestos supramoleculares de geometría tridimensional en que los diferentes componentes moleculares poseen la propiedad de movimiento relativo de suma importancia práctica. Entre éstos cabe mencionar:

  • Los rotaxanos
  • Los catenandos
  • Los helicatos

Los rotaxanos son compuestos supramoleculares que asemejan un eje introducido dentro de un buje. Como tal puede haber una libre rotación relativa entre la molécula que actúa como eje y la que se comporta como buje. Para que esta molécula-eje no se salga de la molécula-buje (que debe ser cíclica) debe tener enlazado en los extremos dos moléculas voluminosas denominadas "stopper" (paradores o frenadores) por tener la función de frenar la salida de la molécula-eje de la molécula-buje. Puede darse el caso que el movimiento no sea rotatorio entre la molécula – buje y la molécula – eje, sino de traslación relativa a lo largo del eje. A este tipo específico se denomina "pseudo-rotaxano".

Existen tres alternativas de síntesis de rotaxanos:

  1. En la que después de sintetizada la molécula-eje se introduce en la molécula-buje, aún sin ciclarse y después se procede a ciclarla.
  2. En la que la molécula-eje se incluye dentro de la molécula-buje y entonces se le enlazan los stoppers.
  3. En la que se sintetiza la molécula-eje con los stoppers ya enlazados y entonces se incluyen dentro de la molécula-buje.

Estas tres alternativas están representadas en la Figura9.

En la Figura 10 se presenta un ejemplo específico de obtención de rotaxano a partir de ciclodextrina.

Los catenandos corresponden a compuestos supramoleculares en forma de cadenas, siendo cada molécula cíclica un eslabón de la cadena. Para indicar el número de eslabones que constituyen el catenando se precede este nombre con el número entre corchetes. Así, en la Figura 11(a) se representa la formación de un [2]catenando. Se han obtenido [5]catenandos, o sea de hasta cinco eslabones, nombrados simpáticamente olimpiandos.

En el caso (b) lo que se forma es un nudo y así se denomina: knot. Vale la pena señalar que las moléculas "nudo" son muy poco frecuentes en la práctica.

Los catenandos y los rotaxanos tienen en común el que son estructuras con grupos interpenetrados. Así, si los dos grupos son cíclicos y están cerrados como eslabones de una cadena se trata de un catenando. Si, por el contrario, uno de los grupos presenta una estructura abierta y el otro cerrado, formando un ciclo que contiene al primero, se trata de un rotaxano.

Los helicatos están constituidos por dos o tres moléculas largas que se enrollan entre sí en forma helicoidal. En la Figura 12 se representa este proceso de formación en que un ion metálico, representado como una esfera provoca el enrollamiento helicoidal. En este proceso pueden participar dos [c] o tres hebras [d] (Figura 13). El ion metálico, representado por una esfera, es el encargado de mantener las hebras unidas en la forma indicada. La geometría del helicato depende tanto de la naturaleza del metal como de la molécula orgánica. La geometría preferencial del metal es la que puede provocar el enrollamiento helicoidal del polímero, en dependencia de los átomos donantes que presente. Por ejemplo, con Ni(II), un metal que tiende a formar geometría octaédrica, se favorece la formación de un helicato de tres hebras. Por el contrario, la Ag(I), de geometría lineal, tiende a formar helicatos de dos hebras solamente.

Ya se han obtenido helicatos sin la participación de un ion metálicos, verdaderos miméticos del DNA.

Ciclodextrinas

Las ciclodextrinas (CDs) constituyen un grupo de oligosacáridos cíclicos no reductores, compuestos de 6, 7, u 8 unidades de glucopiranosa unidas por enlaces a (1® 4) y denominadas a -, ß-, y g -CD respectivamente. La primera referencia a las CDs se remonta a 1891, cuando Villiers aisló una sustancia cristalina que denominó celulosina a partir de un cultivo de Bacillus macerans en almidón. En 1903, Schardinger publicó los resultados de sus investigaciones sobre la ß-CD, que coincidieron con los de Villiers para la celulosina. A Schardinger se le deben los primeros estudios sobre estas sustancias y es por ello que también se les puede encontrar en la literatura con el nombre de "dextrinas de Schardinger".

Las CDs son obtenidas por conversión enzimática del almidón de la papa en dextrinas lineales y cíclicas que son posteriormente separadas. La enzima empleada, la ciclodextrin-transglicosilasa (CTGasa), es obtenida a partir de diversos microorganismos. Mediante ingeniería genética se han logrado obtener enzimas más eficientes y selectivas, con lo cual se han abaratado mucho los costos de producción de las CDs. La separación de las tres CDs es el paso determinante en el costo de producción. La b -CD es la más barata de las tres y la g -CD, la más cara.

Las CDs poseen una forma tridimensional que recuerda a un cono anular truncado. Los grupos hidroxilo de las posiciones 2, 3 y 6 de las unidades de glucopiranosa están situados formando dos anillos en ambos bordes de la cavidad, los secundarios hacia el borde más ancho y los primarios hacia el más estrecho (Figura 13). La existencia de puentes de hidrógeno intramoleculares entre los átomos de hidrogeno de los grupos hidroxilo de la posición 3 y los átomos de oxigeno de la posición 2 de la unidad adyacente contribuyen a darle una estabilización adicional a la molécula. Las características de la cavidad central están determinadas por los átomos de hidrógeno de las posiciones 3 y 5 y los pares de electrones libres de los enlaces glicosídicos que, orientados directamente hacia su interior, dan a la cavidad una alta densidad electrónica y un carácter marcadamente hidrófobo.

El resultado es una molécula con una cavidad central esencialmente apolar y un exterior con grupos hidroxilo disponibles para la interacción hidrofílica por formación de puentes de hidrógeno. Las dimensiones de la cavidad, que dependen del número de unidades de glucopiranosa, son tales que las CDs pueden dar cabida a una molécula orgánica de tamaño adecuado.

Las ciclodextrinas son sólidos cristalinos e incoloros, solubles en agua. Sus propiedades físicas fundamentales se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3. Propiedades físicas de las ciclodextrinas.

 

a

ß

g

Peso Molecular

972

1135

1297

[a ]D25

+ 150.5

+ 162.0

+ 177.4

Punto de fusión (ºC)

> 280 (desc)

> 300 (desc)

> 300 (desc)

Solubilidad en agua (g/100 mL a 25 ºC)

14.5

1.85

23.2

Número de moléculas de agua en

el interior de la cavidad

6

11

17

 

El descubrimiento del poder acomplejante de las CDs se debe a Prigsheim en 1920, aunque el término "complejo de inclusión" fue acuñado por Schlenk 30 años después.

La formación de los CI requiere que las dimensiones de la molécula huésped sean compatibles con los de la cavidad. Como quiera que el interior de la cavidad es esencialmente apolar, se requiere además una molécula preferentemente hidrófoba o que posea, al menos, grupos hidrófobos. Si la molécula posee además grupos polares que puedan interactuar con los grupos hidroxilo exteriores por formación de puentes de hidrogeno, el CI resultante será más estable por la combinación de ambos tipos de interacciones. Desde el punto de vista energético, la formación de un CI esta favorecida por el desplazamiento, por parte del huésped, de moléculas de agua que se encuentran en el interior de la cavidad en posiciones entrópicamente desfavorables, dado el carácter poco polar del microentorno donde se sitúan.

En solución, pueden coexistir varios equilibrios que involucran al CI, por ejemplo:

Que el equilibrio 1 se encuentrte más o menos desplazado a la derecha dependerá, en gran medida, de las características de la molécula X. Si X es una molécula muy pequeña, pueden formarse CI de estequiometría CD:X = 1:2 (equilibrio 2), pero, por el contrario, si las dimensiones de X son tales que permiten su interacción con dos moléculas de CD, se obtendrán complejos 2:1 (equilibrio 3). Por último, si el CI es muy soluble el equilibrio 4 prácticamente no existirá, de lo contrario precipitará.

Como consecuencia de la inclusión se producen cambios reversibles en las propiedades de la molécula incluida, tales como corrimientos espectrales y cambios de intensidad de las bandas de los espectros UV-Vis, de RMN, de dicroismo circular o de fluorescencia.

Estos cambios tienen gran importancia ya que permiten realizar estudios estructurales y/o hacer determinaciones cinéticas y termodinámicas. Otras propiedades como la solubilidad en agua, la volatilidad y la fotosensibilidad son alteradas al formarse el CI. De esta forma se ha logrado solubilizar drogas muy poco solubles en agua, estabilizar sustancias volátiles o protegerlas contra la oxidación.

En el laboratorio que dirige el autor de este libro (Laboratorio de Bioinorgánica, Facultad de Química, Universidad de La Habana) se han desarrollado numerosos trabajos sobre la química supramolecular de compuestos derivados de ciclodextrinas.

Química Supramolecular y catálisis

La Químca Supramolecular se encuentra íntimamente relacionada con los procesos catalíticos, sean mediante el uso de catalizadores sintéticos o naturales (muy especialmente en las enzimas). Ello se debe a que un proceso catalítico normalmente se basa en la formación de compuestos supramoleculares entre el catalizador y el sustrato. En este tipo de proceso tienen lugar tres pasos básicos:

  1. El reconocimiento molecular entre el catalizador y el sustrato, con la formación del correspondiente complejo. Este paso es el que define la selectividad del catalizador.
  2. El favorecimiento del estado de transición mediante su estabilización, para disminuir la energía de activación y, con ello, acelerar la velocidad de reacción. Este paso determina la eficiencia del catalizador.
  3. Liberación del producto para regenerar el catalizador y así iniciar un nuevo ciclo, y cuya velocidad define el número de ciclos catalíticos s realizarse por unidad de tiempo.

Estos tres pasos están representados esquemáticamente en la Figura 14.

El reconocimiento molecular que tiene lugar entre el catalizador y el sustrato, que define la selectividad del catalizador, puede involucrar más de un sustrato, como es el caso representado en la Figura 14. En esta situación, que es bastante frecuente en las reacciones catalíticas, lo que ocurre es que mediante el reconocimiento molecular de ambos sustratos el catalizador los aproxima entre sí, favoreciendo la velocidad de la reacción. Este fenómeno se ha dado en llamar "efecto de agrupamiento vecinal" (neighboring group effect).

El esquema representado en la Figura 14 corresponde al efecto catalítico sobe una reacción de primer orden, de descomposición en este caso. En la referida reacción (Figura 14) la interacción es entre el catalizador y el sustrato, con la única condición de que al final de la reacción (ciclo catalítico) el catalizador mantiene la misma composición y estructura que al inicio. Por tanto, igualmente en este caso, el proceso catalítico cumple con la condición de aproximar a los dos reaccionantes entre sí. Esta aproximación queda forzada por el reconocimiento molecular entre sustrato y catalizador. Sin este fenómeno, que fija a un reaccionante en la vecindad del otro, energéticamente no sería factible la reacción y, menos aún, de forma acelerada, tal y como debe cumplirse en un proceso catalítico.

El reconocimiento molecular del catalizador sobre el sustrato esta presente en las enzimas. La carboxipeptidasa A, una enzima que hidroliza un enlace peptídico mediante el ataque sobre el grupo ester, ha sido ampliamente estudiada y constituye un buen ejemplo de lo tratado hasta aquí. El zinc(II) se encuentra en el centro activo de la carboxipeptidasa A. Este ion metálico, bajo condiciones normales de reacción, no es capaz de afectar un enlace peptídico. Sin embargo, cuando el sustrato es reconocido molecularmente en la cavidad del centro activo mediante la formación de puentes de hidrógeno con la Arg 145 y la Arg 127 (Figura 15) el grupo carbonilo se ubica muy próximo al zinc(II). Bajo esas condiciones el ion metálico sí puede interactuar electrónicamente con el grupo carbonilo del sustrato, paralelamente al efecto que ejerce la molécula de agua coordinada al zinc(II). El grupo Glu 270 cede un proton al grupo –NH- del sustrato y con ello se completa la ruptura del enlace –C-NH- , lo que implica la hidrólisis de ese enlace peptídico.

En este caso del mecanismo de acción catalítica de la carboxipeptidasa A en apariencia el proceso es de primer orden, dependiente solamente del sustrato. Sin embargo, se pudo ver que también una molécula de agua participa en la reacción, pero por ser el propio solvente, y estar en exceso, no aparece en la expresión cinética del proceso.

Las ciclodextrinas (CDs) constituyen un buen ejemplo de catalizadores basados en procesos supramoleculares y por ello, han sido ampliamente estudiadas como enzimas sintéticas. La literatura especializada abunda en ejemplos de modelos de proteasas, esterasas, transaminasas, ribonucleasas, descarboxilasas, metaloenzimas, flavoenzimas y otras. La estrategia consiste en unir a la cavidad uno o varios grupos que actúen como centro activo obteniéndose así un sistema que sea capaz de aceptar en la cavidad un sustrato orgánico y transformarlo mediante los grupos del sustituyente.

Cabe señalar que las CDs sin sustituir son capaces de acelerar la hidrólisis de diversos ésteres derivados de ácidos que posean grupos hidrófobos como anillos bencénicos o cadenas alquílicas largas, siendo por tanto modelos de esterasas.

El ejemplo mas simple es la hidrólisis del acetato de fenilo por la ß-CD que transcurre según un mecanismo de transacetilación, obteniéndose un derivado mono-acetilado que es luego hidrolizado para regenerar la ß-CD. A pH 10.2, y en presencia de ß-CD, esta reacción se acelera 25 veces respecto a la hidrólisis en presencia del buffer solamente. Numerosos estudios realizados con otros substratos han demostrado que el primer paso del mecanismo es siempre el acomplejamiento de la molécula en la cavidad y, en casos favorables se ha aislado el intermediario mono-acilado, comprobándose así el mecanismo propuesto.

Ya vimos que es posible reemplazar con relativa facilidad los grupos hidroxilo por otros más complejos que posean mejores propiedades catalíticas. De esta forma se logra un aumento en varios ordenes de magnitud de la efectividad del catalizador o la obtención selectiva de un sólo producto de reacción. Un ejemplo clásico de este último aspecto resulta la hidrólisis de fosfatos cíclicos por el derivado 6A,6B-bis-imidazoil-ßCD que se comporta como una ribonucleasa artificial. En presencia de un fosfato cíclico derivado del catecol (análogo del substrato de la ARNasa), ocurre la apertura del ciclo obteniéndose el producto 2-fosforilado con un 95% de regioselectividad a pH 6. Esto se explica considerando la acción concertada de ambos grupos imidazol. El grupo imidazol protonado fija al sustrato a través del átomo de oxígeno cargado negativamente en una posición tal que sólo permite la hidrólisis del enlace P-O1, mientras el grupo libre favorece el ataque de una molécula de agua a este enlace.

Se conocen numerosos ejemplos de modelos de metaloenzimas, como la ya vista carboxipeptidasa, en los que hay un átomo metálico coordinado a un sustituyente, que puede tener diversas funciones. Comúnmente, el metal provoca desplazamientos electrónicos que resultan en debilitamiento de enlaces O-H en el agua o los grupos hidroxilo lo que incrementa su basicidad y, por tanto, su poder hidrolítico. También puede ayudar a la fijación del sustrato en una posición más favorable para la reacción o favoreciendo la acción de los grupos catalíticos.

La primera metaloenzima artificial fue descrita en 1970. Con el objetivo de mejorar las propiedades hidrolíticas de la ß-CD, Breslow sustituyó un grupo hidroxilo por un complejo de Ni(II). Este sistema acelera la hidrólisis del acetato de p-nitrofenilo 1000 veces más rápido que la ß-CD sin sustituir. La causa de este comportamiento es que el átomo de oxigeno del grupo oxima es más móvil y puede efectuar el ataque nucleofílico al sustrato con más facilidad que un grupo hidroxilo secundario, provocando un aumento de la velocidad de la reacción.

Se conocen sistemas diméricos en los que dos anillos de CD están unidos por un espaciador alquílico o aromático. De esta forma se aumenta la capacidad acomplejante y catalítica de la CD y permite el estudio se substratos de mayor tamaño o que posean dos grupos hidrofóbicos. Por ejemplo, el complejo de La3+ con el dímero 4,4’-(6-deoxi-6-tio-ßCD)-2,2’-bipiridilo (Figura 16) catoliza la hidrólisis a pH 7 de fosfodiésteres aromáticos en presencia de H2O2 y resulta 108 veces más efectivo que el complejo sin CD. Se asume que en este caso ambos anillos de CD fijan al substrato cooperativamente junto al espaciador y permiten el ataque de una molécula de H2O2.

Todos estos ejemplos demuestran la gran importancia de la cooperatividad entre el sustituyente y la cavidad de la CD para lograr mejores propiedades catalíticas y una alta selectividad en las enzimas artificiales. La versatilidad de las modificaciones químicas posibles en las CDs ofrece posibilidades ilimitadas en el diseño de sistemas catalíticos cada vez más eficientes y selectivos y en el estudio de fenómenos cada vez más complejos.

Bibliografía y Sitios Web

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Como esta temática se encuentra íntimamente relacionada con la Química de los Compuestos de Coordinación se recomienda:

  1. Cao, R.; Fernández, N.; López, J. M. Compuestos de Coordinación. Ed. Pueblo y Educación. La Habana. 1988.

Sitios web:

www.aist.go.jp/NIMC/MPG/member/tamki/project/polymer

 

 

 

Autor:

Lic. Javier Hernández Obregón


Partes: 1, 2


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