Estudio del papel de los residuos aromáticos en el reconocimiento molecular de especies neutras e iónicas

Zusammenfassung

Las interacciones aromáticas presentan una gran relevancia en procesos de reconocimiento molecular y catálisis. Estos complejos pueden ser de distinta naturaleza, las unidades aromáticas pueden participar en enlaces de hidrógeno no convencionales de tipo CH-pi que involucren funciones CH con diverso grado de polarización. También pueden tomar parte en interacciones de carácter electrostático con especies iónicas. Una de las principales limitaciones que entraña la evaluación energética de los complejos aromáticos, a partir del estudio de complejos receptor/ligando tiene su origen en las interacciones secundarias, estas pueden condicionar los valores de energía libre medidos. Este efecto es importante cuando el contacto involucra especies cargadas, ya que las fuerzas coulómbicas, por su naturaleza, son capaces de operar a distancias significativas. Dicha dificultad explica la dispersión relativa de las contribuciones energéticas descritas en la literatura para los complejos aromáticos en medios acuosos. Además, los estudios relativos a este tipo de contactos realizados en medios orgánicos son relativamente escasos a pesar de su relevancia en (organo)catálisis o química de materiales. La presente tesis doctoral tiene como objetivo el estudio sistemático de interacciones débiles que involucran sistemas aromáticos en entornos orgánicos, mediante la evaluación precisa de sus contribuciones energéticas. Hemos diseñado un nuevo tipo de balanzas moleculares basadas en la isomerización Z/E de funciones enamina. Estos se generan in situ en el propio tubo de RMN por la adición de un aldehído que porta la plataforma aromática y un derivado de alosamina que incorpora un fragmento (cargado o neutro) capaz de formar un complejo aromático exclusivamente a partir de la enamina Z. La incorporación de etiquetas de 13C en el aldehído permite una monitorización sencilla y sensible de la formación/equilibración de las enaminas mediante experimentos HSQC. La estabilidad de los complejos ha sido evaluada en 11 disolventes y mezclas de disolventes. Finalmente, hemos considerado aspectos clave de la interacción como la influencia ejercida por la naturaleza electrónica de la plataforma aromática o del contraión. Los resultados obtenidos demuestran el carácter altamente dependiente del contexto de los complejos aromáticos, en particular si involucran especies cargadas. Así, de acuerdo con nuestros datos, las interacciones catión/ son más fuertes que el resto de los complejos en medios relativamente apolares, mostrando una dispersión significativa de valores de energía libre dependiendo de su naturaleza química y geometría. Son además extremadamente sensibles al entorno, desestabilizándose de forma gradual al incrementar la polaridad del medio. Dicho comportamiento determina un umbral por encima del cual los complejos CH-pi se tornan más estables. Sin embargo, los complejos anión/ analizados son repulsivos en todos los casos. En lo referente a las plataformas aromáticas, la superficie resulta ser un aspecto clave, particularmente en entornos no acuosos. Finalmente, la influencia de los contraiones puede situarse por debajo de las -200 cal/mol o aproximarse a las -2 kcal/mol en casos particulares en los que la formación de un complejo ternario con la unidad aromática y el catión sea viable. Finalmente hemos evaluado el efecto estabilizador que las plataformas aromáticas ejercen sobre las cargas positivas en entornos de baja polaridad. Hemos sintetizado sistemas derivados de manosamina, alosamina y glucosamina, equipados con plataformas de pireno, capaces de establecer complejos con el glicósido por una o ambas caras. La comparación de los mismos con sistemas de referencia desprovistos de unidad aromática ha puesto de manifiesto la incapacidad de estas de modificar la basicidad de los aminoazúcares, refleja el efecto competitivo ejercido por el contraión.