Estudio del papel de los residuos aromáticos en el reconocimiento molecular de especies neutras e iónicas

Abstract

Las interacciones aromáticas presentan una gran relevancia en procesos de reconocimiento molecular y catálisis. Son además importantes en campos diversos, como el estudio del plegamiento de proteínas, el diseño de fármacos o la ciencia de materiales. De un modo general, estos complejos pueden ser de distinta naturaleza dependiendo de las especies involucradas. Así, las unidades aromáticas pueden participar en enlaces de hidrógeno no convencionales de tipo CH/π que involucren funciones CH con diverso grado de polarización. También pueden tomar parte en interacciones de carácter electrostático con especies iónicas, tanto catiónicas (catión/π) como aniónicas (anión/π).Buena parte de la información disponible en la actualidad referente a este tipo de contactos no-covalentes proviene del estudio y modificación de sistemas biológicos, incluyendo biomoléculas fundamentales como las proteínas, los ácidos nucleicos o los carbohidratos, así como del análisis de receptores sintéticos. Una de las principales limitaciones que entraña la evaluación energética de los complejos aromáticos, a partir del estudio de complejos receptor/ligando tiene su origen en las interacciones secundarias. En términos sencillos cualquier interacción no covalente concreta puede ir de la mano de un conjunto de interacciones secundarias que involucren otras porciones del receptor y/o del ligando y que, como es lógico, pueden condicionar en buena medida los valores de energía libre medidos. El efecto de las interacciones secundarias es especialmente importante cuando el contacto objeto de estudio involucra especies cargadas, ya que las fuerzas coulómbicas, por su naturaleza, son capaces de operar a distancias significativas. Dicha dificultad explica la dispersión relativa de las contribuciones energéticas descritas en la literatura para los complejos aromáticos en medios acuosos. Por otra parte, los estudios relativos a este tipo de contactos realizados en medios orgánicos son, en términos comparativos, relativamente escasos a pesar de su indudable relevancia en (organo)catálisis o química de materiales...Aromatic interactions are highly relevant in molecular recognition and catalysis. Moreover, they are also important in research fields such as the study of protein folding, in drug design or material science. In general, these complexes can be of different nature depending on the species involved. Thus, aromatic units could participate in non-conventional CH/π hydrogen bonds encompassing CH groups of varying degrees of polarization. Alternatively, they can take part in electrostatic interactions with ionic species, either recognizing cationic (cation/π) or anionic (anion/π) counterparts.Much of the information currently available regarding this type of non-covalent contacts comes from the study and modification of biological systems, including fundamental biomolecules such as proteins, nucleic acids and carbohydrates, as well as the analysis of synthetic receptors. One of the main limitations of the energy evaluation of aromatic complexes based on the study of receptor/ligand complexes is due to secondary interactions. In simple terms, any specific non-covalent interaction can present a set of secondary interactions that involve other regions of the receptor and/or the ligand, and therefore it could bias the interpretation of the measured free energy values. The effect of these secondary interactions is especially important when the contact under study involves charged species, since coulombic forces are capable of operating over significant distances. This limitation explains the relative dispersion of the energetic contributions described in the literature for aromatic complexes in aqueous media. On the other hand, the studies carried out in organic media related to this type of contacts are, in comparative terms, relatively scant despite their relevance in (organo)catalysis or materials chemistry...