21.02.2020 - Science China Press

Nueva quiralidad 3D descubierta y ensamblada sintéticamente

El origen de la vida de los seres humanos, animales y plantas en la Tierra se atribuye a la quiralidad porque es necesaria para la formación de biomoléculas, como ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, etc. Los estudios sobre la quiralidad se han ido haciendo cada vez más activos y extensos debido a su importancia en la química, las ciencias de los materiales y los productos farmacéuticos en lo que respecta a la elaboración de nuevos medicamentos con mayor potencia y menos o menos efectos secundarios. Hasta ahora, ha habido cuatro tipos principales de quiralidad general revelados en la comunidad científica: la quiralidad de elemento central, axial/helical, espiro y doble planar; las tres primeras existen en la naturaleza y la última quiralidad se realiza artificialmente en los laboratorios. La última quiralidad involucra la unidad estructural de ferroceno que fue inventada por el Premio Nobel, G. Wilkinson en el Colegio Imperial de Londres y el ferroceno quiral desarrollado por el químico de Cal Tech G. Fu.

Existe un informe reciente sobre la quinta quiralidad de la quiralidad tridimensional de la simetría C2 y/o pseudo C2 y sobre su primera síntesis química, elaborado por los laboratorios del profesor Guigen Li en la Universidad Tecnológica de Texas y la Universidad de Nanjing en colaboración con el profesor Tao Jiang de la Universidad Oceánica de China. Como se ha confirmado en el análisis estructural de rayos X, en esta quiral tridimensional multicapa existe una disposición casi paralela que consta de tres capas: la superior, la media y la inferior. Muestra que las capas superior e inferior se restringen mutuamente a la rotación de los enlaces químicos libres, es decir, si se elimina la capa superior o inferior, esta quiralidad no existiría debido a la racemización resultante. Por lo tanto, la nueva quiralidad tridimensional se diferencia de cualquier quiralidad planar o axial documentada.

El análisis retro-sintético (RSA) establecido por el Premio Nobel, E. J. Corey en Harvard y el acoplamiento cruzado Suzuki-Miyaura inventado por el Premio Nobel, A. Suzuki y su compañero de trabajo N. Miyaura en Japón jugaron un papel importante en el descubrimiento y síntesis de la quiralidad tridimensional de la simetría C2. Los dobles acoplamientos cruzados inventados por S. Buchwald en el MIT y J. Hartwig en la Universidad de Berkeley permitieron ensamblar la quiralidad 3D multicapa de la pseudo simetría C2.

Es muy intrigante que los productos tridimensionales quirales multicapa resultantes mostraran un fenómeno de macroquiralidad que puede ser observado directamente por los ojos humanos sin la ayuda de dispositivos microscópicos (Imagen 1a). Cuando las soluciones que contenían muestras tridimensionales se evaporaban lentamente al exponerse al aire durante unos días, se formaban bucles en espiral en sentido contrario a las agujas del reloj en recipientes de vidrio. Estos bucles espirales brillan con color verde cuando se irradian bajo la luz UV a 365 nm. También es muy interesante que cuando un tubo de RMN tapado que contiene una solución CDCl3 de un compuesto tridimensional se almacenó a temperatura ambiente durante varias semanas, se formaron sólidos con forma de espiro textil en el interior de los tubos de RMN. Casi todos los productos 3D mostraron una fuerte fluorescencia incluso en sus formas sólidas bajo luz UV a 365 nm como se muestra en la imagen 1.

El cambio de grupos funcionales en las moléculas quirales tridimensionales multicapa llevó a que su color de luminiscencia cambiara de color dorado a verde oscuro (Imagen 2a). También mostraron una fuerte emisión inducida por la agregación (AIE) (Imagen 2-(c)) en la que cuanto mayor es la fracción de agua, más fuerte es la luminiscencia que se ha confirmado cualitativa y cuantitativamente. Varias de esas moléculas tridimensionales han mostrado una rotación óptica inusualmente alta, lo que indica su gran potencial para la ciencia y la tecnología de materiales ópticos.

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