Las moléculas cíclicas están en todas partes, y todo lo que nos rodea proviene de la forma en que se ensamblan: no solo el sabor, el color y el olor, sino también por ejemplo las drogas farmacéuticas. La naturaleza en sí misma forma anillos moleculares de diferentes tamaños y cadenas de anillos de diferenteslongitudes que los científicos pueden reproducir artificialmente. Los químicos de la Universidad de Ginebra UNIGE han ideado una nueva técnica para crear estas cadenas de anillos moleculares que no utilizan interacciones químicas estándar sino que entran en contacto con grandes superficies moleculares pobres en electrones yno existen en la naturaleza. A diferencia de los procedimientos estándar, esta nueva técnica funciona mediante autocatálisis, el tipo de transformación más raro pero también más ambicioso que existe en la química. Los resultados de esta investigación, publicados en la revista Angewandte Chemie , abre nuevas perspectivas para la ciclación molecular y también proporciona la primera parte de la respuesta a una vieja contradicción en la química clásica.
Las moléculas que nos rodean a menudo se organizan en forma de ciclos, formando esteroides, azúcares, perfumes o también drogas, por ejemplo. En química orgánica, estos anillos moleculares se pueden crear utilizando la técnica de catálisis: la molécula seleccionada, llamadaun sustrato, se pone en contacto con la molécula que realiza la transformación, el catalizador, generalmente a través de enlaces de hidrógeno. Pero con este único método de interacción, las posibilidades creativas se reducen. La incorporación de nuevas formas de interacción los convertiría de manera diferente, por lo tantocreando nuevos materiales con el potencial de resolver problemas científicos y sociales que son intratables con los métodos convencionales.
Stefan Matile es profesor en el Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Química y Bioquímica de la Facultad de Ciencias de UNIGE. También es miembro de NCCR Chemical Biology y NCCR Molecular Systems Engineering. "Nuestro laboratorio se ha especializado en la implementaciónnuevos contactos entre moléculas, una de ellas basada en superficies moleculares muy grandes, conocidas como aromáticos, que son pobres en electrones altamente deslocalizados ". El profesor Matile agrega que los contactos con estas grandes llanuras moleculares vacías, que están ausentes en la naturaleza, parecían prometedorespara la ciclación de anillos moleculares que están encadenados entre sí. ¿Pero cuáles son las consecuencias?
Cadenas de anillos moleculares producidos por autocatálisis
Los objetivos de los químicos de Ginebra eran: reproducir ciclos de diferentes tamaños, es decir, consistentes en un número de átomos definidos los esteroides, por ejemplo, se forman a partir de tres ciclos de seis átomos más uno de cinco; y vincular varios ciclosjuntos sin usar los enlaces de hidrógeno, pero una superficie molecular baja en electrones deslocalizados conocidos como interacciones anión-π. "La característica principal de esta llanura molecular es el espacio vacío que proporciona el ensamblaje de las moléculas", dice Miguel Paraja, investigador enDepartamento de Química Orgánica de UNIGE. En contacto con esta superficie nueva, espaciosa y deficiente en electrones, las moléculas formaron ciclos de diferentes tamaños 4 a 8 átomos y varias secuencias. "¡Pero la gran noticia fue la forma en que ocurrieron las transformaciones!"el químico con sede en Ginebra.
Todas estas ciclaciones tuvieron lugar de forma autocatalítica. "Con un catalizador convencional, las ciclaciones son rápidas al principio y luego, dado que cada vez hay menos sustrato, se ralentizan cada vez más", explica Xiaoyu Hao, un investigador en el mismolaboratorio. ¡Pero con la autocatálisis, es todo lo contrario! "De hecho, las transformaciones moleculares se aceleran a escala masiva." Aunque esta autocatálisis es un fenómeno de transformación muy raro en química, también es el más sorprendente ", dice el profesor Matile".Se basa en la ayuda mutua entre las moléculas: las primeras moléculas transformadas ayudan a la siguiente a transformarse, que no es el caso durante la catálisis normal, que desacelera en lugar de acelera ".
El primer paso para responder a una vieja contradicción de la química clásica
Este descubrimiento ayuda a responder una de las contradicciones más antiguas de la química clásica. "Hay una cadena muy conocida de anillos moleculares, llamada brevetoxina, que se encuentra en la marea roja y que tiene el efecto de matar peces", explicaprofesor Matile. Fue descubierto por una figura destacada en química orgánica, Koji Nakanishi, quien presentó una explicación para la posible construcción de esta cadena extraordinaria formada por once anillos moleculares consecutivos en una sola reacción. Pero esta hipótesis no estaba de acuerdo con Jack Baldwin, un famoso químico que produjo las reglas que explican la formación de ciclos que ahora se aceptan como la base de la química clásica. La "hipótesis de Nakanishi" viola estas reglas para cada uno de los once anillos. "Nuestros anillos pueden formarse de acuerdo con las reglas de Baldwin siqueremos que lo hagan, informa Paraja. Más importante aún, también podemos romper las reglas de Baldwin a pedido con nuestros nuevos catalizadores y crear esos anillos prohibidos que Koji Nakanishi soñad de "." La clave del éxito, explica Hao, es el gran espacio vacío que ofrecen nuestros nuevos catalizadores ".
El profesor Matile continúa que: "Con el descubrimiento de la autocatálisis en la formación de moléculas cíclicas, nuestros contactos anión-π nos han ayudado a comprender la forma más sutil de transformar las moléculas que existen en la química. Y esto nos ayudará a crear nuevas cadenas de moléculas molecularesanillos ". Los químicos podrán influir y dirigir la naturaleza de la transformación del próximo sustrato, creando nuevos materiales, uno de los objetivos principales también de la Ingeniería de Sistemas Moleculares del NCCR." La mayoría de las soluciones a problemas científicos, ya sean sobre alimentos, medicina o medio ambiente, involucran moléculas y nuevos contactos que se pueden crear entre ellos ", dice el químico con sede en Ginebra.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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