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Reconocimiento molecular en aromáticos
Tania Rojo Portillo
Seminario: Fuerzas intermoleculares
Interactions with Aromatic Rings in
Chemical and Biological Recognition
Emmanuel A. Meyer, Ronald K.
Castellano, and Francois Diederich
Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, No. 11
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Contenido
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INTERACCIONES
Introducción
π- stacking
T-Shaped
CH – π
Puentes de hidrogeno - π
Catión – π
Hexafluorobencenos
Sulfuros
TERMODINÁMICA EN COMPLEJOS
ESTRUCTURA CRISTALINA
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Interacciones no covalentes que implican anillos aromáticos son fundamentales para el reconocimiento proteína-ligando y se da para el diseño de fármacos.
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INTRODUCCIÓN
Complejo de la enzima acetilcolinesterasa con la droga E2020 (Aricept)
G. Kryger, I. Silman, J. L. Sussman, J. Physiol. 1998, 92, 191 – 194 G. Kryger, I. Silman, J. L. Sussman, Structure 1999, 7, 297 – 307.
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Interacciones • Relevancia biológica
Las interacciones aromático – aromático juegan un papel
esencial en la estructura biológica de macromoléculas como
en el ADN y proteínas, así como su interacción con pequeñas
moléculas.
Burley y Petsko demostraron en un estudio de 34 proteínas
que en promedio el 60% de las cadenas laterales de
aromáticos involucran interacciones π-π.
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INTERACCIONES
C. Janiak. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 2000, 3885-3896
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Modelos de interacción propuestos
a) Hibridación de un átomo de carbono (sp2) en un sistema π.
b) Interacciones electrostáticas entre la distribución de carga π como una función de orientación. [Hunter y Sanders 1990]
5 Hunter, C. A.; Sanders J. K. M. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 5525
Donador – aceptor
Cargas atómicas
Hidrofóbico
Hunter y Sanders
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Sandwich T-shaped parallel-displaced edge-to-face stacking
Energías de enlace
De 1.8 2.7 2.8 kcal/mol
D0 2 2.4 2.7 kcal/mol
Las geometrías del dímero del Benceno has sido modeladas utilizando una base aug-cc-pVTZ utilizando un modelo de teoría de perturbaciones Møller-Plesset (MP2).
Sinnokrot, M.,Valeev, E., Sherrill, D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10887-10893
R. Laatikainen, J. Ratilainen, R. Sebastian, H. Santa J. Am. Chem. Soc. 1995,117, 11006-11010
J.M. Steed, T.A. Dixon, W. Klemperer . J. Chem. Phys. 1979. 70( 11).
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INTERACCIONES
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SAPT para dímero de benceno
• Stacking (paralelo- desplazado)
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• Forma T (borde-cara)
R. Podeszwa, R. Bukowski, K Szalewicz. J. Phys. Chem. A .2006, 110, 10345-10354
C. Hunter , J. Sanders. J. Am. Chem. Soc.,1990 Vol. 112, No. 14, 5525-5534
INTERACCIONES
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Cálculo semiempírico (AM1) del potencial electrostático
de superficies pinzas moleculares y de moléculas 1)
Benceno, 2) p-Difluorobenceno, 3) p-Dicianobenceno, 4)
p-Dinitrobenceno y 5) 7,7,8,8-Tetracianoquinodimetano.
Código de colores de -25 (rojo) a 25 Kcal/mol (azul)
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INTERACCIONES
M. Kamieth, F. Klärner, F. Diederich. Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, No. 23
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π-stacking
• Empaquetamiento cristalino: precursor de un inhibidor de la
trombina
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INTERACCIONES
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T-shaped
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INTERACCIONES
G. Hold. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 11192-11193
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C-H/π
11 C. Pace, D. Kim, J. Gao. Chem. Eur. J. 2012, 18, 5832 – 5836
INTERACCIONES
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Puentes de hidrogeno con sistemas π
Constantes de asociación ka
2.3 ± 0.4 *102 M-1
3.4 ± 0.6 *102 M-1
1.0 ± 0.5 *106 M-1
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Ejemplo de interacción N-H/π en un complejo
de macrobiciclo ciclofano con imitador de
serotonina.
Complejo de inclusión 1,4-Dicarbonilicos con macrociclo de tetramida
H. Adams, F. Carver, C. Hunter, N. Osborne. Chem.Commun. 1996, 2529 – 2530
M. J. Cloninger, H.W. Whitlock. J. Org. Chem. 1998, 63, 6153-6159
INTERACCIONES
A - H --- B
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Catión-π Esta es una interacción atractiva que se establece entre un catión y un
sistema simple con electrones
Tipos de interacción catión-π que pueden ser observadas
13 E. Meyer, R. Castellano, F. Diederich. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, No. 11
INTERACCIONES
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• Interacciones Catión-pi SAPT0/jun-cc-pVDZ
14 C. David Sherrill. Acc. Chem. Res., 2013, 46 (4), pp 1020–1028
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Aromático - Hexafluorobenceno
15 F. Ponzini, R. Zagha, K. Hardcastle, J. S. Siegel. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 2323 –2325.
INTERACCIONES
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G. W. Coates, A. R. Dunn, L. M. Henling, J. W. Ziller, E. B. Lobkovsky, R. H. Grubbs, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 3641 –3649.
INTERACCIONES
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sulfuro-aromático
17 E. Meyer, R. Castellano, F. Diederich. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, No. 11
INTERACCIONES
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Formación de complejos aromáticos
Tabla 1: Parámetros termodinámicos que describen la
complejación entre ciclofano y benceno 1,4 disustituido
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TERMODINÁMICA EN COMPLEJOS
Ciclofano con la inclusión de diferentes sustituyentes
D. B. Smithrud, T.B. Wyman, F. Diederich, J. Am. Chem. Soc.1991, 113, 5420 – 5426
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Dependencia del disolvente Tabla 2: Características termodinámicas para la formación del
complejo en disolventes de diferente solubilidad
19
TERMODINÁMICA EN COMPLEJOS
D. B. Smithrud, T.B. Wyman, F. Diederich, J. Am. Chem. Soc.1991, 113, 5420 – 5426
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Estructuras cristalinas
• Los RX proveen información precisa de la estructura molecular
de complejo así como las interacciones.
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ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Vistas ortogonales de los vecinos próximos en la estructura del benceno
G. Klebe, F. Diederich. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1993,345, 37-48
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ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Empaquetamiento cristalino de benceno con un complejo de Ciclofano
G. Klebe, F. Diederich. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1993,345, 37-48
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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