Models macrocíclics per al reconeixement d'anions. Imidazoliofans dicatiònics

Abstract

Una visió unificada de possibles estructures heterocícliques originals posa de manifest que les betaïnes formen un conjunt d'entitats químiques amb un elevat carácter dipolar i baix pes molecular <96CHC, 96CHC(3)3>. L'atractiu tant des d'un punt de vista bàsic de les betaïnes heterocícliques com el de les seves potencials aplicacions, es deuen fonamentalment a la seva naturalesa dipolar, que té una influència determinant en la seva química. Des de fa anys, el nostre grup d'investigació ha centrat l'atenció en l'estudi de les betaïnes heterocícliques d'azolat azoli(azini) amb una diferents agrupaments interanulars 1 i els seus precursors immediats 2 <94AHC(60)197, 96FE8381, 99FE8297>. Un dels aspectes que estem interesats en desenvolupar dins el camp de l'estudi de les betaïnes heterocícliques 1 i els derivats protonats 2 es aquell relacionat amb les potencials propietats biològiques d'aquest tipus de molècules. Les betaïnes heterocícliques 1 poden donar lIoc a una investigació en diferents camps farmacològics, com per exemple l'estudi d'interaccions amb la colina acetiltransferasa (ChAT) i amb l'acetilcolinesterasa (AChE). Entre l'àmplia i variada gamma d'activitats biològiques que presenten les sals quaternàries de piridini, diverses sèries han mostrat ésser inhibidors enzimàtics específics. Per altra banda, destaca l'interès d'aquestes betaïnes 1 com a substrats per a l'obtenció de cristalls líquids i materials orgànics amb propietats en òptica no-lineal <94AHC(60)197, 94JOC644, 96FES381, 99FES297> . Recentment, les investigacions dutes a terme per un grup d'investigació japonès corroboren que diferents tipus de betaïnes heterocícliques 1 presenten propietats excepcionals en òptica no-lineal, tant des d'un punt de vista teòric <96JA470S> com experimental <98MI1193>. A fi d'aprofundir en la comprensió de la química de les betaïnes heterocícliques 1, es considerà la seva inserció com a blocs fonamentals en sistemes macrocíclics, fet que permetrà endinsar-se en el camp del reconeixement molecular. La dificultat resideix en la selecció dels models de receptors. En aquest sentit, l'inexhaurible diversitat d'arquitectures moleculars en els sistemes macrocíclics -naturals i sintètics- podria permetre el disseny de nous compostos les característiques químiques dels quals influeixen de forma determinant sobre les seves propietats biològiques i físiques <96AG(E)1154, 96CSC(1), 96CSC(2». Els ciclofans, fans i heterofans, junt amb diferents tipus de calixarens representen una àmplia selecció de molècules i formes <96CSC(1), 96CSC(2» i constitueixen una font d'inspiració pel disseny d'originals receptors sintètics, però cap d'aquestes arquitectures moleculars està relacionada amb els [1 n]heterofans quadrupolars 4-6. Els components anulars presents en els heterofans són normalment subunitats heteroaromàtiques no carregades, i en els pocs casos en els quals soporten una càrrega, corresponen a nuclis quaternaris de piridini <88AG(E)1547, 91JA7033, 94AC2082, 96CSC(1), 96CSC(2» i azoli <99T2327>. Per una altra part, s'han descrit alguns ciclofans amb l'habilitat de reconèixer ions, encara que pocs d'ells presenten la capacitat de complexar anions <96RTC37, 97CRV1609>, malgrat el creixent interés en el reconeixement molecular d'anions <97MI1 >. Des de que es va sintetitzar l'[1(4)]azolofà quadrupolar 4 <95CC1239, 95SL757, 96T15171>, una part de la nostra recerca sobre nous substrats orgànics que incorporen subunitats betaíniques està relacionada amb arquitectures macrocícliques quadrupolars <99FES297>. Els heterofans que contenen betaïnes heterocícliques com subunitats emergeixen com una nova família d'[1(n)]heterofans i la seva natura dipolar o quadrupolar confereix propietats que tenen una clara incidència en la formació de complexos receptor-substrat. La informació obtinguda de les estructures en estat sòlid de l'[1(4) ]metaheterofà quadrupolar 7 <95CC1239>, l'[1(4)] (meta-orto)(2)heterofà quadrupolar 8 <96T15189> i l'[1(4)]]metaheterofà tripolar 9 <95CC1239> és de gran rellevància per avaluar la seva capacitat per actuar com receptors abiòtics Els receptors macrocíclics presenten normalment una conformació preorganitzada, però aquest no és un requisit essencial per assolir una complexació forta i selectiva. Així, en un estudi parat·lel realitzat, s'han sintetitzat diverses betaïnes heterocícliques de cadena oberta <97MI2>, on les subunitats heteroaromàtiques amb càrrega estan separades per llargues cadenes alifàtiques, les quals presenten la posibilidad d'actuar com pinces moleculars segons un mecanisme d'ajust induït. El disseny i generació de nous sistemes moleculars que incorporin betaïnes com a blocs fonamentals brinda un excel·lent potencial investigador. Les betaïnes, que poden actuar com a pinces dipolars, es poden estudiar tant des d'un punt de vista estructural com biològic. Pel cas dels heterofans dicatiònics i quadrupolars, amb diferents tamanys de cavitat i forma, són molècules prototipus per estudiar les seves propietats estructurals com la seva capacitant complexant (reconeixement molecular). En resum, els objectius de la present Memòria s'han centrat en tres camps. - Com a extensió lògica del treball previ realitzat al nostre laboratori <94AHC(60)197, 96FE8381, 99FE8297> es considerà, en primer lloc la síntesi, l'estudi estructural i l'avaluació com a receptors abiòtics d'anions dels macrocicles [14lmetaimidazoliofans 10·2X (Capítols 2 i 3 respectivament). - D'altra banda, el segon objectiu de la present Tesi Doctoral ha estat l'estudi de la reactivitat enfront d'electròfils -N-alquilació- dels [1(4)]heterofans quadrupolars 7 que incorporen a la seva molècula betaïnes d'1,2,4-triazolat metilenimidazoli i la caracterització estructural dels [14lmetaazolofans dicatiònics 11·2X i 12·2X resultants (Capítol 4). - Finalment, el darrer objectiu de la present Tesi Doctoral ha estat la síntesi i estudi estructural dels sistemes macrocíclics quadrupolars del tipus [1(6]heterofà 5 i [1(8)]heterofà 6. En el cas dels [1(6)]heterofans quadrupolars, les molècules diana 13 incorporen betaïnes d'1,2,4-triazolat metilenimidazoli com a subunitats. Els seus precursors immediats són els compostos dicatiònics 14·2X (Capítol 5). En el cas dels [1a]heterofans quadrupolars, les molècules diana 15 també incorporen betaïnes d'1,2,4-triazolat metilenimidazoli com a subunitats i els seus precursors immediats són els compostos dicatiònics 16·2X (Capítol 5).