Quiralidad en Estructuras Supramoleculares: Espectroscopías de Dicroísmo Circular (ECD, VCD y ROA)

Abstract

El término quiral procede de la palabra griega Kheir (χείρ) cuya traducción al castellano es mano. En la actualidad usamos la palabra quiral para definir aquellos objetos que, como la mano derecha y la mano izquierda, no son superponibles a su imagen especular. La utilización de la palabra quiralidad en el mundo molecular se la debemos a Lord Kelvin, (1824-1907) que la introdujo en 1884: “Llamo a cualquier figura geométrica, o grupo de puntos, quirales, y digo que tiene quiralidad, si su imagen en un espejo plano, diseñado idealmente, no puede coincidir consigo mismo." Hasta finales del siglo pasado el interés de las moléculas quirales se centraba en la industria y en investigaciones farmacológicas. En la actualidad otros campos de investigación, como la electrónica orgánica, tratan de aprovechar los beneficios estructurales y ópticos que pueden presentar los materiales quirales. Las propiedades de un material molecular dependen tanto de la naturaleza de sus constituyentes como de las interacciones entre ellos. La presencia de quiralidad en las moléculas orgánicas puede mejorar ambas características. Por un lado aporta una nueva propiedad al material, haciéndolo más selectivo (reconocimiento enantiomérico) y con nuevas propiedades ópticas, y por otro lado, la quiralidad influye en la conformación molecular, modificando sus interacciones con otras moléculas. Son precisamente estas interacciones intermoleculares las que promueven procesos de ensamblaje, desmontaje e intercambio entre los sistemas, es decir, son las que generan materiales dinámicos. Si conseguimos controlar, mediante estímulos externos, las interacciones moleculares conseguiremos almacenar, recuperar y transferir información a nivel molecular. Por ello, la combinación de quiralidad e interacciones intermoleculares es actualmente un tema de gran interés en la comunidad científica. Por tanto, existe un creciente interés sobre estos materiales y sus aplicaciones que justifican una Tesis destinada a estudiar la relación existente entre la estructura de estos materiales quirales y sus posibles aplicaciones. En la presente Tesis presentamos el estudio de cuatro familias de sistemas quirales en orden creciente de complejidad molecular, desde la molécula más pequeña al sistema supramolecular más elaborado. En primer lugar, nos centramos en estudiar la molécula más pequeña posible que presenta quiralidad axial, el difluoroaleno, y su posterior incorporación como ladrillo constitutivo de estructuras macrocíclicas. De este modo conseguimos moléculas discretas de diferente simetría cuya principal característica es su intensa respuesta dicroica. El estudio de esta familia de moléculas constituye el capítulo 3. En el capítulo siguiente nos introducimos en el concepto de estructuras supramoleculares quirales, realizando un estudio teórico del origen de la señal dicroica en sistemas agregados quirales. El análisis lo realizamos utilizando como modelo una molécula aquiral de simetría C3. Las conclusiones del capítulo anterior servirán como base para comprender los resultados presentados en el capítulo quinto, dedicado a la agregación en geles formados por moléculas quirales. Estudiaremos dos familias de compuestos quirales, porfirinas y oligo-para-fenilenos, cuyas propiedades como materiales moleculares van a variar en función del número de centros quirales presentes en su estructura. El último capítulo de esta Tesis se dedica a la quiralidad en el mundo biológico, en concreto en sistemas peptidomiméticos y proteínas, caracterizados por la estrecha relación que existe entre la estructura tridimensional y su funcionalidad. En resumen, en la presente Tesis hemos abordado el estudio de cuatro familias de sistemas quirales que encuentran aplicaciones en el campo de la electrónica orgánica y de la bioquímica.