El “giro de 180°” de los macrociclos entrelazados permite que el huésped catenano cambie los modos de unión para acomodar selectivamente a huéspedes de iones de cobre(I) o sulfato. Imagen adaptada de Nature Communications.
A nivel molecular, las moléculas compuestas por anillos entrelazados de tamaño nanométrico se conocen como catenanos, que son candidatos prometedores para el desarrollo de interruptores y máquinas moleculares. Sin embargo, debido a su difícil síntesis, las aplicaciones de los catenanos en otras áreas están en gran parte inexploradas. Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Ho Yu AU-YEUNG del Departamento de Química de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha sintetizado un catenano compuesto por dos macrociclos rígidos que giran libremente y ha demostrado que el catenano puede unirse de forma fuerte y selectiva tanto al catión cobre (I) como al anión sulfato a pesar de su carga opuesta y su geometría diferente. La capacidad de detectar y diferenciar estos iones específicos tiene importantes implicaciones para aplicaciones en áreas como la monitorización medioambiental y el diagnóstico médico.
Como las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen, un sitio de unión que atrae a un catión con carga positiva normalmente experimentará una interacción repulsiva con el anión con carga negativa y viceversa, lo que hizo que diseñar un anfitrión que fuera adecuado tanto para el catión como para el anión fuera un gran desafío. Para superar este desafío, el equipo instaló sitios de unión tanto para el catión como para el anión en cada uno de los anillos entrelazados y, en virtud de los movimientos rotatorios del catenano, el anfitrión puede ajustar de manera eficiente la posición relativa de los sitios de unión y adaptar libremente una forma específica favorable para el catión de cobre (I) esférico o el anión de sulfato tetraédrico, asemejándose a un camaleón que puede cambiar su apariencia para adaptarse a entornos específicos. Este trabajo se ha publicado recientemente en la revista científica líder Comunicaciones de la naturaleza.
Además de su importancia industrial y medioambiental, tanto el cobre (I) como el ion sulfato son esenciales para el crecimiento celular y el desarrollo de los organismos. La unión fuerte y selectiva a estos iones por parte del huésped catenano podría, por tanto, aprovecharse para la extracción y el reciclado de estos iones a partir de muestras medioambientales. Asimismo, así como la medición de iones de sodio, cloruro y otros electrolitos en muestras de sangre puede ser una prueba de rutina para el control de la presión arterial y la salud general, las nuevas tecnologías para el reconocimiento selectivo y la unión de iones y minerales serán útiles para fines diagnósticos y terapéuticos.
“Este trabajo destaca al catenano como un candidato eficiente para receptores moleculares potentes con estructuras versátiles, propiedades conmutables y comportamientos de unión de huéspedes”, afirmó el profesor Au-Yeung. En cuanto a los planes futuros, el profesor Au-Yeung y su grupo están desarrollando huéspedes de catenano más sofisticados para la unión simultánea de múltiples cationes, aniones y pares de iones.
Acerca del trabajo de investigación
Título de la revista: ‘Cambio mecanoestereoquímico dinámico de un material co-conformacionalmente flexible’ [2]catenano controlado por huéspedes iónicos específicos (Comunicaciones de la naturaleza2024).
Se puede acceder al artículo de la revista desde el siguiente enlace: https://t.ly/FZzte
El Sr. Yueliang YAO, del grupo del profesor Au-Yeung en Química de la HKU, es el primer autor de este artículo. Otros investigadores afiliados a la HKU, entre ellos el Dr. Yuen Cheong TSE, el Dr. Samuel Kin-Man LAI, el Dr. Yixiang SHI y el Dr. Kam-Hung LOW también contribuyen en gran medida a este trabajo.
Este trabajo cuenta con el apoyo del Programa de Financiamiento CAS-Croucher para Laboratorios Conjuntos, el Fondo de Investigación Colaborativa y el Fondo de Investigación General de los Consejos de Subvenciones de Investigación de Hong Kong.
Acerca del profesor Ho Yu AU-YEUNG
El profesor Ho Yu AU-YEUNG es profesor asociado en el Departamento de Química de la HKU. Se graduó en la Universidad China de Hong Kong y obtuvo su doctorado en la Universidad de Cambridge. Ha recibido el Premio a la Innovación Croucher (2016), el Premio Graeme Hanson a los Investigadores en su Primera Carrera (2016), el Premio Thieme de las revistas de Química (2016), el Premio a la Cátedra del Programa Básico Asiático (Taiwán, 2018) y el Premio al Joven Investigador Destacado de la HKU (2020), y fue miembro del Consejo Asesor de Carrera Inicial inaugural de la HKU. Revisión química (2020-2021). Desde 2020, se desempeña como miembro del Comité de Jóvenes Químicos de la Sociedad Química China.
Su grupo de investigación se centra en la química de moléculas entrelazadas mecánicamente, incluida la síntesis de moléculas de orden superior. [n]catenanos, isomería, dinámica de moléculas entrelazadas mecánicamente, así como sus aplicaciones en química de coordinación, reconocimiento de huésped-anfitrión, catálisis y materiales. Los resultados de investigación del grupo se han publicado en importantes revistas científicas, entre ellas Comunicaciones de la naturaleza, Revista de la Sociedad Química Americana, Química aplicada, Ciencia químicaetc.
Puede encontrar más información sobre el grupo de investigación del profesor Ho Yu Au-Yeung en https://chemistry.hku.hk/staff/hoyuay/index.html
Descarga de imágenes y subtítulos: https://www.scifac.hku.hk/press
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