Stimuli-responsive Pyridiniumbased Macrocyclic Hosts

Abstract

En esta tesis doctoral se presenta el desarrollo y estudio de receptores macrocíclicos basados en sales de piridinio con respuesta a estímulos. Como punto de unión, estos sistemas se obtienen bajo control termodinámico, haciendo uso de enlaces de coordinación metal-ligando o enlaces imínicos, lo que facilita la obtención de (supra)moléculas con un elevado rendimiento y en sistemas capaces de autorrepararse. Además, todos estos sistemas macrocíclicos han sido diseñados para presentar unas características estructurales comunes, confiriéndoles cavidades hidrofóbicas con regiones π-deficientes adecuadas para poder reconocer moléculas orgánicas de características complementarias en agua. En primer lugar, se muestra en este trabajo la preparación en agua de una librería combinatoria dinámica de seis metalociclos diferentes a través del autoensamblaje dirigido por Pt(II) de un ligando ditópico flexible basado en un esqueleto de N-monoalquil-4,4’-bipiridinio. Esta librería metalocíclica puede ser manipulada por factores intrínsecos al equilibrio, de acuerdo con el principio de Le Chatelier, como son la concentración de los materiales de partida, temperatura o la adición de un sustrato Resumen: En esta tesis doctoral se presenta el desarrollo y estudio de receptores macrocíclicos basados en sales de piridinio con respuesta a estímulos. Como punto de unión, estos sistemas se obtienen bajo control termodinámico, haciendo uso de enlaces de coordinación metal-ligando o enlaces imínicos, lo que facilita la obtención de (supra)moléculas con un elevado rendimiento y en sistemas capaces de autorrepararse. Además, todos estos sistemas macrocíclicos han sido diseñados para presentar unas características estructurales comunes, confiriéndoles cavidades hidrofóbicas con regiones π-deficientes adecuadas para poder reconocer moléculas orgánicas de características complementarias en agua. En primer lugar, se muestra en este trabajo la preparación en agua de una librería combinatoria dinámica de seis metalociclos diferentes a través del autoensamblaje dirigido por Pt(II) de un ligando ditópico flexible basado en un esqueleto de N-monoalquil-4,4’-bipiridinio. Esta librería metalocíclica puede ser manipulada por factores intrínsecos al equilibrio, de acuerdo con el principio de Le Chatelier, como son la concentración de los materiales de partida, temperatura o la adición de un sustrato aromático adecuado como efector químico, el cual resulta en la expresión de aquella supramolécula que maximiza de una forma previsible las interacciones receptor-sustrato. Por otro lado, se presenta en esta tesis la síntesis de un nuevo receptor molecular policationico (denominado “white box”) con respuesta al pH, y basado en el conocido receptor orgánico ciclobis(paraquat-p-fenileno, “blue box”). Este macrociclo ha sido obtenido en agua en escala preparativa a partir de la formación de enlaces acil hidrazona reversibles entre dos ligandos complementarios piridínicos. Hasta donde se conoce, la “white box” constituye el primer ejemplo reportado de ciclofanos policationicos con respuesta al pH, un efecto debido al anormal descenso de la acidez de los hidrógenos de los grupos amida dentro de su estructura. Además, se ha observado que en condiciones ácidas este macrociclo presenta isomerismo conformacional a causa de la libre rotación entorno a los enlaces amida, el cual puede ser bloqueado a valores de pH elevados. Este dinamismo se ve traducido en un receptor molecular capaz de reconocer sustratos aromáticos mediante un proceso de tipo “llave-cerradura” o “ajuste inducido” dependiendo de las condiciones de reacción. Por último, se presenta aquí la “red box” como una nueva iteración en nuestra gama de receptores moleculares basados en la ya comentada “white box”. En este caso, se ha remplazado el enlace acil hidrazona por hidrazona, lo que al igual que en el caso de la “white box” se traduce en una significativa dependencia de su estructura con el pH. Para la “red box” se han observado dos aspectos de mejora respecto a su predecesor: un proceso de preparación en agua que no necesita de la asistencia de plantilla y produce el compuesto en alto rendimiento a través de un proceso controlado cinéticamente, y una inusual estabilidad hidrolítica de los enlaces hidrazona formados. Mientras que en medio acuoso la “red box” es capaz de complejar sustratos aromáticos tanto en su forma ácida como básica, en medio orgánico el macrociclo es capaz de comportarse como un “interruptor supramolecular”, siendo solo capaz de complejar sustratos adecuados en su forma ácida.