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Pilarareno

Los pilararenos son macrociclos compuestos por unidades de hidroquinona o dialcoxibenceno (de 5 a 10) unidas en posición para por puentes de metileno . Son estructuralmente simi...

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Los pilararenos son macrociclos compuestos por unidades de hidroquinona o dialcoxibenceno (de 5 a 10) unidas en posición para por puentes de metileno . Son estructuralmente similares a los cucurbiturilos y calixarenos , que desempeñan un papel importante en la química huésped-anfitrión . El primer pilarareno fue el dimetoxipilar[5]areno de cinco miembros. [ 1 ] [ 2 ]

Estructura química del pilar[5]areno

Historia

El 1,4-dimetoxipilar[5]areno, el primer pilarareno, fue descrito en 2008 por Tomoki Ogoshi et al. Catalizaron la condensación de 1,4-dimetoxibenceno y paraformaldehído utilizando un ácido de Lewis para obtener 1,4-dimetoxipilar[5]areno (DMpilar[5]areno). Los grupos metoxi del DMpilar[5]areno fueron desprotegidos con tribromuro de boro y eliminados para obtener pilar[5]areno. Ogoshi y Kanai decidieron denominar a la nueva familia de macrociclos anfitriones "pilararenos", ya que tienen forma cilíndrica o de pilar y están compuestos por fragmentos aromáticos o "areno". [ 1 ] Los químicos suelen referirse a ellos como "pilararenos" [ 3 ] oralmente, ya que es más fácil de pronunciar y recordar. Es pertinente mencionar que Rathore y Kochi [ 4 ] observaron por primera vez los pilararenos en 1995, pero no pudieron caracterizarlos y los reportaron como un material similar a un polímero que se formaba junto con diarilmetanos durante la transformación del éter de bis(metoximetil)-p - hidroquinona. [ 5 ]

Estructura

Los pilararenos están compuestos por unidades de hidroquinona unidas por puentes de metileno en posiciones para. Presentan una arquitectura de pilar simétrica con dos compuertas de cavidad idénticas. El pilar[5]areno es el miembro conformacionalmente más estable de esta familia. Debido a la proximidad de numerosas hidroquinonas ricas en electrones, la cavidad de los pilararenos puede formar complejos de asociación fuertes con especies deficientes en electrones. Además, se pueden generar derivados de los pilararenos modificando los grupos hidroxilo en todas las posiciones o selectivamente en una o dos posiciones. [ 6 ]

Quiralidad planar

Enantiómeros del pilar[5]areno

La orientación de los oxígenos de la hidroquinona en ambos bordes del pilarareno permite que el macrociclo exhiba quiralidad planar . Cuando el sustituyente en el oxígeno de la hidroquinona es lo suficientemente pequeño como para caber a través de la cavidad del pilarareno, permitiendo la rotación del oxígeno a través del anillo, se produce la racemización . Si este sustituyente es lo suficientemente grande como para impedir la rotación, se pueden aislar macrociclos de pilarareno ópticamente activos. [ 7 ] [ 8 ]

Asignación de la designación estereoquímica absoluta de una unidad de hidroquinona del DMpillar[5]areno quiral planar. El átomo piloto se muestra en color púrpura, y los tres átomos utilizados para asignar la estereoquímica absoluta están etiquetados y representados como esferas.

Un macrociclo de pilar[n]areno, con n unidades de hidroquinona, tiene n planos de quiralidad. El DMpilar[5]areno tiene cinco planos de quiralidad que están "sincronizados" en el isómero conformacional de menor energía debido a interacciones estéricas desfavorables entre los grupos metoxi de las unidades 1,4-dimetoxi-fenileno vecinas. La designación estereoquímica absoluta de estos planos de quiralidad en las estructuras de pilarareno se puede asignar siguiendo las reglas de prioridad de Cahn-Ingold-Prelog modificadas . El átomo piloto para uno de los cinco planos de quiralidad en el pilar[5]areno se asigna al átomo de mayor prioridad que no está en el plano quiral: el primer átomo de carbono de la unidad fenileno vecina. A continuación, se asignan los tres átomos adyacentes en el plano, comenzando con el carbono metileno unido al átomo piloto como prioridad 1, el carbono fenileno conectado directamente como 2 y el átomo de carbono conectado al grupo metoxi como 3. Vistos desde el lado del átomo piloto, si los tres átomos forman una dirección en sentido horario al seguirlos en orden de prioridad, la molécula se asigna como R (p); de lo contrario, se asigna como S (p). [ 9 ] [ 10 ]

Síntesis

Homopilararenos

Para obtener pilararenos se utilizan principalmente tres estrategias (Esquema 1). [ 11 ] Las tres estrategias utilizan un ácido como catalizador .

  1. La condensación catalizada por ácido de Lewis [ 12 ] o ácido trifluorometanosulfónico de 1,4-dialcoxibenceno y paraformaldehído a temperatura ambiente .
  2. La condensación de 1,4-dialcoxi-2,5-bis(alcoximetil)benceno catalizada por ácido p-toluenosulfónico .
  3. Ciclooligomerización de alcoholes 2,5-dialcoxibencílicos o bromuros de 2,5-dialcoxibencilo con un ácido de Lewis apropiado como catalizador.

Copilararenos

En 2010, Feihe Huang et al. [ 13 ] introdujeron tres nuevas formas de sintetizar copilararenos, que están compuestos por diferentes unidades repetitivas. Es más fácil funcionalizar selectivamente los copilararenos, lo que ayuda a generar propiedades físicas, conformaciones e interacciones de unión huésped-anfitrión interesantes. Hay dos formas posibles de hacer copilararenos: modificar selectivamente los monómeros repetitivos de los homopilararenos o utilizar dos monómeros diferentes para llevar a cabo la co-oligomerización. [ 12 ]

Mecanismo

Los pilararenos se forman tradicionalmente mediante una ciclooligomerización de Friedel-Crafts controlada termodinámicamente. [ 14 ] También se desarrolló una estrategia práctica y eficaz de ciclooligomerización catalizada por ácido trifluorometanosulfónico (TfOH) para la síntesis de pilar[n]arenos y copilar[5]arenos funcionalizados a partir de 1,4-dialcoxibencenos con paraformaldehído en condiciones de reacción suaves, y el mecanismo de reacción de la síntesis catalítica en fase de solución de pilararenos se investigó mediante espectroscopia ESR de banda X a temperatura ambiente , espectrometría de masas, RMN y experimentos de control, lo que sugiere un proceso de radicales libres inicialmente y un proceso de alquilación de Friedel-Crafts durante la etapa de acoplamiento y cierre de anillo subsiguiente. [ 15 ]

Síntesis selectiva de pilar[6]areno

El pilar[6]areno puede ser el producto principal de la ciclooligomerización de Friedel-Crafts mediante el uso de grupos alcoxi voluminosos en el monómero, el cambio del catalizador ácido de Lewis [ 16 ] o el uso de un disolvente clorado voluminoso. Ogoshi y colaboradores informaron [ 17 ] la síntesis de un pilar[6]areno con unidades de 1,4-bis(metilciclohexil éter)fenileno con un rendimiento del 87% utilizando clorociclohexano como disolvente. Se sugirió que el disolvente clorado voluminoso actúa como plantilla para la formación del pilar[n]areno de mayor tamaño.

Pilares superiores[n]arenos

Los homólogos superiores de pilar[n]areno, pilar[6-15]areno, se han sintetizado mediante la expansión del anillo del pilar[5]areno. [ 18 ]

Aplicaciones biomédicas

Modelo molecular de pilar[7]areno carboxilado con el fármaco anti-Alzheimer memantina, que muestra la encapsulación total del fármaco dentro de la cavidad del macrociclo. El complejo huésped-anfitrión se estabiliza mediante efectos hidrofóbicos dentro de la cavidad, enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas.

Si bien los pilar[n]arenos nativos no presentan solubilidad en agua y, por lo tanto, no son adecuados para aplicaciones biomédicas, se ha informado de una gama de pilar[n]arenos solubles en agua que tienen aplicación en la administración de fármacos. [ 19 ] En particular, los pilar[n]arenos carboxilados solubles en agua (donde n = 6 o 7) ya han demostrado potencial tanto en la administración de fármacos como en el biodiagnóstico porque son altamente solubles, forman complejos huésped-anfitrión con una variedad de compuestos basados ​​en fármacos y medicamentos, y parecen ser relativamente no tóxicos. [ 20 ] La cavidad del pilar[5]areno carboxilado es demasiado pequeña para incluir la mayoría de las moléculas de fármacos y, por lo tanto, no es útil en la administración de fármacos. Para formar un complejo huésped-anfitrión con los pilar[n]arenos, el fármaco debe tener una carga catiónica; su capacidad para formar enlaces de hidrógeno con los pilar[n]arenos es menos importante. Dos moléculas de colorante planas, como la proflavina , pueden encapsularse simultáneamente dentro de la cavidad de un único carboxilado-pilar[7]areno. Dado que la encapsulación dentro de la cavidad del carboxilado-pilar[6]areno atenúa la fluorescencia de la proflavina, esto genera estados "encendido" y "apagado" del colorante, lo que podría tener aplicaciones en biodiagnóstico.

Otras posibles aplicaciones

Se ha demostrado que los pilar[n]arenos tienen aplicaciones potenciales en maquinaria molecular, [ 21 ] detección, [ 22 ] síntesis de nanopartículas , [ 23 ] [ 24 ] canales transmembrana artificiales , [ 25 ] como componentes en sistemas complejos de administración controlada de fármacos supramoleculares , [ 26 ] [ 27 ] construcción de materiales porosos para absorción de gases/huéspedes, [ 28 ] [ 29 ] materiales orgánicos emisores de luz, [ 30 ] [ 31 ] y líquidos iónicos . Unión con dibromoalcanos. [ 12 ]

Investigadores de la Universidad de Jilin han informado [ 32 ] que un derivado percarboxilado de pilar[5]areno inhibe el ensamblaje del virus del papiloma humano .

El pilar[5]areno se muestra prometedor para superar el desarrollo de resistencia antimicrobiana y la formación de biopelículas , así como para reducir la toxicidad de las endotoxinas bacterianas (lipopolisacáridos). [ 33 ]

Referencias

  1. 1 2 Ogoshi, T.; Kanai, S.; Fujinami, S.; Yamagisi, T.; Nakamoto, Y. (2008). "Pilar 5 arenos simétricos con puente para: su síntesis catalizada por ácido de Lewis y propiedad huésped-anfitrión". J. Am. Chem. Soc . 130 (15): 5022– 5023. doi : 10.1021/ja711260m . PMID 18357989 . 
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