Origen y consecuencias de las interacciones que determinan el reconocimiento molecular entre carbohidratos y compuestos aromáticos (CH/pi), la reactividad en cicloadiciones de Diels-Alder (pi-pi) y la conformación (CH...OP)

Estudio de la formación de complejos de carbohidratos y residuos aromáticos con ayuda de RMN, 9.-11. Abril de 2008. Un estudio de RMN sobre la formación compleja de carbohidratos y residuos aromáticos, 4 de abril de 2008.

ABSTRACT

• INTRODUCCION
• Interacciones de largo alcance
• Interacciones Inductivas
• Interacciones Dispersivas
• Interacciones de corto alcance
• Interacción de Intercambio de naturaleza repulsiva
• Interacción de Transferencia de Carga
• Penetración de Carga
• Interacción Solvofóbica

Una de las primeras clasificaciones de los componentes de la energía de interacción fue realizada por C. Las interacciones dipolo-dipolo son responsables de la unión entre disolventes orgánicos como DMSO y DMF.

OBJETIVOS GENERALES

Interacción CH/  ”

Desarrollo de una nueva metodología para determinar el reconocimiento entre carbohidratos y proteínas. La interacción carbohidrato-benceno

INTRODUCCION

Muchos de los estudios de la interacción CH/ se han realizado en sistemas alifáticos, como Nishio57 et al. La interacción es de los átomos de hidrógeno de la posición 6 del carbohidrato con un anillo de histidina y de 3, 4, 5 con un anillo de triptófano.62 En D se puede ver el complejo de una lectina hemolítica de Laetiporus sulphureus con el disacárido  Gal14Glc ver

OBJETIVOS

METAS

ORIGINALIDAD

RESULTADOS Y DISCUSION

• Síntesis y purificación de los compuestos
• Estudios de RMN
• Identificación de la región molecular en la que presenta la interacción CH/ 
• Efecto del agua durante la solvatación del complejo carbohidrato- benceno
• Efecto del hexafluorobenceno en la solvatación del complejo carbohidrato-benceno
• Efecto del ciclohexano en la solvatación del complejo carbohidrato- benceno
• Evaluación de la interacción CH/  empleando efecto nuclear de Overhauser (NOE)

Nuevamente todos los átomos de hidrógeno de los grupos metoxilo presentan un efecto de protección, lo cual se puede confirmar. En el caso de la -manosa permetilada (5 Tabla 7), los átomos de hidrógeno en las posiciones H3, H4 y H5 presentan un efecto protector. Este último efecto contrasta con el de la -galactosa permetilada (2), donde los átomos de hidrógeno H3 y H5.

La misma tendencia se puede observar para los átomos de hidrógeno de los grupos metoxilo (Gráfico 16). Curvas de crecimiento NOE para átomos de hidrógeno con interacción CH/ de -galactosa permetilada (2). Curvas de crecimiento NOE para átomos de hidrógeno sin interacción CH/ de -galactosa permetilada (2).

Determinación de la energía de interacción

Se utilizó como referencia el derivado de manosa (5), ya que según resultados previos el anillo de piranosa no tiene el patrón de sustitución requerido (al menos tres enlaces C-H expuestos en la misma región molecular)66 para representar la interacción CH/, 41 por lo tanto se puede considerar que el compuesto 5 no puede interactuar con el benceno a través de un complejo de van der Waals, pero se resuelve por éste. La entalpía asociada con el cambio de fase refleja la energía cohesiva de la red cristalina en el caso de compuestos sólidos. La energía de solvatación solvHmo del derivado de manosa (kJ mol-1) muestra que este compuesto es el menos estable en solución.

Según este enfoque, la interacción CH/ de los epímeros de galactosa con benceno corresponde a 10,2 y 9,9 kJ mol-1 para los compuestos 1 y 2 respectivamente.

CONCLUSIONES

Si la energía de estabilización no corresponde a la generada por una interacción CH/ con los átomos de hidrógeno del anillo de piranosa, entonces dicha estabilización corresponde a la interacción de los grupos acetilo con las moléculas de benceno; Esto es razonable porque, si se resta el valor de solvatación del compuesto 5 al valor de la entalpía de solvatación del compuesto 6, hay una diferencia de –53,7 kJ mol-1, lo que permite suponer que en promedio cada grupo acetilo contribuye: 10,7 kJ mol-1 en relación con la interacción total, que es un valor apropiado para una interacción CH/. Las determinaciones calorimétricas indican que cada uno de los grupos metilo contribuye a la estabilidad del sistema en aproximadamente –10,7 kJ mol-1, pero los grupos metilo de los grupos O-acetilo muestran un comportamiento químico diferente en comparación con los sustituyentes O-metilo cuando interactúan. con el benceno, hecho que puede tener su origen en la polarización de los átomos de hidrógeno del grupo acetilo, contribuyendo a su conocida acidez. Contrariamente a lo reportado en la literatura, el estudio directo de carbohidratos sustituidos por grupos metilo o acetilo permite establecer que estos grupos son muy diferentes al sustituir la galactosa; Aunque el metoxilo no interactúa significativamente con el benceno, el acetilo lo hace intensamente, bloqueando el acceso al lado  del carbohidrato. Por lo tanto, el efecto informado puede ser una consecuencia de las interacciones entre el grupo metilo del grupo acetilo con el residuo aromático, en lugar de carbohidratos/residuos aromáticos.

En el caso de valoraciones con hexafluorobenceno, la primera esfera de solvatación nuevamente consta de tres moléculas de disolvente para cada uno de los carbohidratos, pero dada la electronegatividad de los átomos de flúor, la interacción CH/n es dominante.

PARTE EXPERIMENTAL

• Síntesis de los compuestos de interés
• Estudios de RMN

En el caso de los anómeros  de galactosa (1), glucosa (3) y manosa (5), los compuestos son líquidos. La metodología para realizar las valoraciones anisotrópicas fue la siguiente: se disolvieron 110 mg (0,44 mmol) de carbohidrato en 0,5 mL de CDCl3, luego se agregaron cantidades medidas (19,4 L / 0,22 mmol) de C6D6, de manera que en la segunda adición ya había una proporción de 1:1 de carbohidratos:C6D6 en el tubo de RMN. El procedimiento fue idéntico para la valoración anisotrópica usando ciclohexano-d12, excepto que el carbohidrato se disolvió en 0,5 ml de C6D12 y se realizaron 12 adiciones de C6D6, utilizando también trimetilsilano (TMS) como referencia interna.

Se disolvieron 110 mg (0,44 mmol) de carbohidratos en 0,5 mL de C6D6, luego se agregaron cantidades medidas (0,7 L / 0,22 mmol) de D2O de modo que para la segunda adición la relación ya estuviera en el tubo de RMN. 1:1 carbohidratos:D2O.

APLICACIONES DE LA METODOLOGÍA DESARROLLADA EN EL PRESENTE TRABAJO

• Estudio teórico de la conformación de un producto natural estabilizada por interacción CH/ 
• Metodología
• Evaluación de la metodología con un sistema carbohidrato-proteína
• Estudio de la interacción CH/  en dos carbohidratos por medio del análisis de la diferencia de desplazamientos químicos (  )

Al analizar los espectros de RMN 1H se observó un comportamiento anormal en los átomos de hidrógeno del grupo metino en la posición C-5, así como en los átomos de hidrógeno del grupo metilo en la posición C-6 del residuo de ramnosa (H -5''' y H-6'''). Los resultados teóricos indican que los átomos de hidrógeno del grupo metilo (H-6''') y el átomo de hidrógeno del grupo metino (H-5''') presentan un efecto de protección diamagnético, que se origina a partir de la interacción CH/π con el anillo aromático A de la flavona. Esta diferencia en los cambios químicos se puede observar en el espectro de RMN 1H en la Figura 41.

En el caso de la -manosa permetilada (5), la presencia del grupo metoxilo en la posición 4 no permite que la molécula de benceno interactúe con los átomos de hidrógeno en las posiciones H3, H4 y H5.

Estudio de los complejos estacionarios en la reacción de Diels-Alder

INTRODUCCION

• Reacción de Diels-Alder
• Mecanismo de Reacción
• Reactividad Diels-Alder
• Estereoselectividad
• Geometría de Aproximación
• Principio cis
• Regla endo de Alder
• Teoría de Conservación de la Simetría Orbital

El efecto de los sustituyentes también se ha estudiado experimental y teóricamente, principalmente en el dímero de benceno,103,104 (Figura 48). Este principio de intercalación se ha considerado como una herramienta en el diseño de fármacos anticancerígenos (Figura 50). Este principio considera que la estereoquímica de los sustituyentes del dieno y dienófilo se conserva en el aducto y es aplicable a todos los sustituyentes de ambos reactivos.

Estructuras de los dos confórmeros de perezona estabilizadas mediante interacciones / deducidas a través de datos de RMN.145.

OBJETIVOS

PARTE COMPUTACIONAL

RESULTADOS Y DISCUSION

Como se puede observar en el gráfico 23, la inclusión de la energía de correlación, que incluye la dispersión, reproduce adecuadamente los mínimos en las curvas de energía de interacción. En el caso de la cicloadición de furano (23) y anhídrido maleico (22, gráfico 24), la descomposición de la energía total en el componente HF y el término de correlación permite evaluar contribuciones a mediano y largo plazo. Allí se muestran la energía de Hartree-Fock (EHF) y la energía de correlación electrónica (ECORR) en función de la distancia intermolecular.

Nuevamente resulta que es el término MP2 el responsable de la existencia del mínimo, que ocurre cuando la distancia C-C es 3,30 Å para el exocomplejo y 3,50 Å para el endoaducto.

CONCLUSIONES

Por el contrario, la componente HF no nos permite encontrar un mínimo antes de 4.5 Å, por lo que se puede confirmar una vez más que la energía de correlación es la que describe correctamente el mínimo observado, Gráfico 27. Energía de interacción en la cicloadición de etileno (11) y 2-hidroxi-6-metil-1,4-benzoquinona (25) variando la distancia C3-Cetileno. La energía de dispersión debe tenerse en cuenta en la evaluación de la estabilidad de los complejos, ya que, como se observa, el método MP2 describe correctamente los mínimos observados y este incluye la energía de dispersión.

Finalmente, los funcionales de densidad que carecen del término de dispersión, que son, entre otras cosas, funcionales puros, no se pueden utilizar en estos estudios.

Interacción CH/n (CH … OP)”

INTRODUCCION

• Relajación del espín nuclear

Interacción de átomos de hidrógeno con el átomo de oxígeno en 2-difenilfosinoil-1,3-ditiano (28). Esto modifica la acidez de los átomos de hidrógeno implicados en la interacción y esto favorecerá la interacción CH/n (CH…OP). Serie de compuestos sintetizados donde se modifica la acidez de los átomos de hidrógeno del grupo metilo.

Inicialmente, las barreras rotacionales se determinaron en función del tiempo de relajación (T1) de los átomos de 1H.

OBJETIVOS

Cuando se aplica un pulso de radiofrecuencia a un sistema de espín, se altera el equilibrio en el que se encuentran. La existencia de tiempos de relajación tan grandes permite convertirlos en una útil herramienta analítica. Uno de los métodos de relajación es el longitudinal, es decir, una vez alterado el estado de equilibrio, la recuperación del vector de magnetización macroscópica a lo largo del eje z (de ahí el nombre longitudinal) permite la emisión de energía por los espines.

Otra forma de restablecer el equilibrio es la relajación transversal, que consiste en que, tras la aplicación de un pulso de radiofrecuencia, se producen rotaciones que tienen la misma frecuencia que el pulso aplicado, otras tienen una frecuencia mayor y un tercio menor, según la campo externo (B0); Esto hace que los vectores individuales que componen el vector de magnetización macroscópico se disipen en múltiples vectores que eliminan la existencia de una magnetización neta en el plano transversal.

RESULTADOS Y DISCUSION

En la figura 60 se muestra un ejemplo de cómo determinar T1 para los átomos de carbono del compuesto 32. En este caso, el grupo metileno está conectado a un átomo de fósforo y dos hidrógenos, por lo que el coeficiente de difusión general (D) se calculó mediante la ecuación 17. El coeficiente de difusión del grupo metilo (D1) se calculó utilizando el modelo estocástico y de salto, mediante la ecuación 18.

Por otro lado, la barrera más grande para los compuestos de azufre es el sulfóxido 30, seguido de la sulfona 31.

CONCLUSIONES

PARTE EXPERIMENTAL

• Síntesis de los compuestos de interés
• Estudios de RMN

La síntesis de difenilfosfuro de litio se realizó según la metodología descrita por Luther III et al.163. En un matraz de dos bocas equipado con agitación magnética, se colocaron 10 ml de THF seco mediante cánula bajo presión positiva, utilizando gas nitrógeno. 10 minutos después de la adición, la mezcla de reacción adquiere un color rojo; Una vez obtenido este color se deja en agitación durante 1 hora. Una vez completada la adición, se filtra la solución y se elimina el disolvente en un evaporador rotatorio casi hasta sequedad.

Los experimentos de RMN para determinar las barreras rotacionales se realizaron en un espectrómetro Varian Unity de 300 MHz, manteniendo la temperatura controlada a 298 K (±. 1 K).

APENDICE

Interacción CH/ 

• DATOS ESPECTROSCOPICOS DE LOS COMPUESTOS SINTETIZADOS
• ESPECTROS DE LOS COMPUESTOS ESTUDIADOS
• REFERENCIAS
• PUBLICACIONES

It is i ~ lIoticable ¡Im[Ihe eH/JT int'::l'acli1!1Im a key contribution. of biological •• 1 mcdia Ihat inelude- hydrogen bond~. the emhalpi solution 01' dClcrminoi u.,in¡;. This inlonllatiol1 Vl'do Ix'l/uile uscful tor Ihe lInderslanding orlhe slective of IOWilrd eenain carbohydrate rcceptors. (1. The solvents used for Ihis sllIdy were 1-llle!hoxy-4-lllclhylhel1zelle (.h o-xylene (4). substituents make the aroma! ie. L'leelrunic riclllless 01' benl.ene i~ inneased. in Ihe Ilammel1 .. ellse.1~ lite illtcr~etion would be later irit had a hydm)!en hond char;¡cter.

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