QUÍMICA SUPRAMOLECULAR Máquinas moleculares basadas en ciclodextrina Andy Eloy Lora Rodríguez Jorge Alberto López García

Introducción. Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares En ultimas décadas, se ha prestado mucha atención a la construcción de supramoleculas parecidas a máquinas a partir de componentes moleculares. Las ciclodextrinas están formadas por la acción de la enzima glucosiltransferasa ciclodextrina (CGTase) en el medio que contiene almidón. Las ciclodextrinas son oligosacáridos macrocíclicas que contienen al menos seis unidades D-(+)- Glucopyranose Unidas por enlaces α (1-4).

Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares Las maquinas molecular se define como un ensamblado de un número distintivo de componentes moleculares diseñados para desempeñar funciones similar a una máquina en respuesta a un impacto externo o estímulo conservando las características de las moléculas.

Las razones por las que las ciclodextrinas son importantes como anfitriones en la química host-guest, son []: Son productos seminaturales, con origen en un material natural renovable, el almidón, por una reacción enzimática simple. Se producen miles de toneladas al año con tecnologías respetuosas con el medio ambiente. Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares Una de las características importantes de las ciclodextrinas es su capacidad para formar complejos de inclusión con una variedad de compuestos, atrapando sus moléculas dentro dela cavidad ciclodextrina, que actúan como un anfitrión

Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Recientemente ha habido un interés intenso hacia el estudio de las CDs. Pues por su potencial a ser utilices como ciclo componentes en la construcción de varias arquitecturas moleculares. Complejo de inclusión 1. cavidad hidrofóbica interna es la característica clave para la formación compleja. 2. formación compleja de la inclusión se puede considerarcomo encapsulación d e la molécula de la droga o por lo menos de la parte de molécula. Aplicaciones 1. Entrega de medicamentos orales 2. Entrega de medicamentos parenterales 3. Entrega de fármacos oftálmicos 4. Entrega de medicamentos nasales 5. Entrega de péptidos y proteínas

Elegimos la ciclodextrina como un componente cíclico de supramoleculas, porque la ciclodextrinatiena es una estructura de anillo rígida, bien definida y una capacidad para atar varios compuestos de bajo peso molecular. recientemente, se han encontrado ciclodextrinas para formar complejos supramoleculares no sólo con las moléculas pequeñas sino también con las moléculas poliméricas grandes

Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares Figura 1. Ciclodextrinas: R-ciclodextrina (n ) ), â-ciclodextrina (n ), y γ/ciclodextrina (n). Formación del complejo de inclusión de ci clodextrinacon una pequeña molécula huésped. Figura 2. Estructuras de complejos de inclusión de ferroceno con ciclodextrinas: los complejos con R- ciclodextrina(izquierda), con â-ciclodextrina (medio), y γ- ciclodextrina. Ciclodextrina Las ciclodextrinas forman complejos de inclusión con Metallocenes como ferroceno, cobaltocene y nickelocene para formar compuestos cristalinos

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Dendrímero que contiene ferrocenes en los extremos de la molécula y ciclodextrina Forman complejos con β-ciclodextrina tras la reducción de un electrón para dar el cobaltoceno Dendrímeros que contienen unidades ferroceno en los extremos de la molécula han sido preparedos. Los dendrimeros forman largas estructuras supramoleculares que pueden ser ensambladas o descompuestas por oxidación de las unidades de ferrocenos. Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Derivados de Ciclodestrinas. Los derivados de ciclodextrina reversibles CIS/trans La â-ciclodextrina Azobenzene-capsulada. ATA 4,4 ′-bipiridina cuando el grupo Azobenzene está en la forma trans. La irradiación con la luz ultravioleta los compuestos cambian de trans a la conformación CIS, y entonces el anfitrión incluye 4,4 ′ bipiridina en su cavidad. Cuando el compuesto vuelve al isómero trans, el compuesto huésped es expulsado de la cavidad de la â-ciclodextrina. Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Se consideran un prototipo típico de máquinas moleculares, porque tienen un rotor y un eje en la molécula. R_ciclodextrina fue utilizado por prime ra vez como rotor de rotaxano por Ogi no y Ohta en 1978, se utilizaron complejos metálicos c omo tapones. Se han reportado algunos rotaxanes q ue contienen ciclodextrinas En todos los casos, no hay evidencia clara para el movimiento rotativo de ciclodextrinas alrededor de un eje. El comportamiento dinámico del rotaxanes es un tema que queda por explorar. Rotaxanos Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Armó una estructura química a manera de chasis, al que adicionó perpendicularmente mediante enlaces dobles y en ambos extremos dos grupos macrocíclicos, cada uno formado por un ciclopentano intermedio a dos grupos bencénicos a manera de “ruedas”. La unión de estos elementos al chasis se realizaba a través de otro ciclopentano posicionado de manera conveniente uno a cada lado en ambos extremos del chasis. Nóbel de Química de 2016, Ben Feringa Catenanos estructura molecular mecánicamente entrelazada que está compuesta de dos o más macrociclos entrelazados Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

polyrotaxanos Polyrotaxanes en la que muchas ciclodextrinas se enhebran en una cadenapolimérica se han preparado, a partir de poli (etilenglicol) y R_ciclodextrinas, al tapar los extremos de.la cadena con tapones voluminosos (grupos dinitrofenilo). Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Polyrotaxanos Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Polyrotaxanos Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Polyrotaxanos Ciclodextrina basada en Maquinas moleculares

Transporte Molecular Usando CDs Un transportador molecular supramolecular es un tipo especial de máquina molecular capaz de transportar moléculas o iones de un lugar a otro.

TRANSPORTES MOLECULARES

Para la síntesis de los transportes moleculares como nos explica el artículo, se emplean los siguientes grupos: -Anillo de α-CD  Anfitrión -Dodecametileno  Estación -Bipiridinio  Conector -Dinitrofenilo  Stopper

TRANSPORTES MOLECULARES

CATENANOS

Para la síntesis de los rotaxanos que, tras su posterior cierre de anillo, formarán los macrociclos, tenemos que se emplea: -Polietilenglicol  Espaciador -Bitolilo  Estación -Dimetil-β-CD -Cloruro de 4-clorocarbonilbenzoílo  Reacciona con dos aminas terminales a cada extremo del rotaxano, para provocar el cierre del macrociclo y obtener el catenano

CATENANOS

CADENAS MARGARITA

Las cadenas margarita, o “daisy chains” en inglés, se forman cuando el anfitrión se une de forma covalente a un huésped. De esta manera, se forma un complejo intermolecular para dar un polímero supramolecular, el cual nos da las cadenas margarita cuando se trata con grupos stopper. En este caso, tenemos las siguientes unidades: -α-CD  Anfitrión -Cinamoílo  Huésped unido de forma covalente al anillo de CD -Trinitrobenceno  Stopper

CADENAS MARGARITA

ELECTRODO MONOCAPA