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

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.

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

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

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

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

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

π-stacking

• Empaquetamiento cristalino: precursor de un inhibidor de la

trombina

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INTERACCIONES

T-shaped

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INTERACCIONES

G. Hold. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 11192-11193

C-H/π

11 C. Pace, D. Kim, J. Gao. Chem. Eur. J. 2012, 18, 5832 – 5836

INTERACCIONES

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

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

• Interacciones Catión-pi SAPT0/jun-cc-pVDZ

14 C. David Sherrill. Acc. Chem. Res., 2013, 46 (4), pp 1020–1028

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

sulfuro-aromático

17 E. Meyer, R. Castellano, F. Diederich. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, No. 11

INTERACCIONES

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

Dependencia del disolvente Tabla 2: Características termodinámicas para la formación del

complejo en disolventes de diferente solubilidad

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TERMODINÁMICA EN COMPLEJOS

D. B. Smithrud, T.B. Wyman, F. Diederich, J. Am. Chem. Soc.1991, 113, 5420 – 5426

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

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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