Química Orgánica

Síntesis de rotaxanos mediante aplantillado activo con metales:

catálisis para enhebrar anillos

José Berná

Resumen: La preparación de moléculas enlazadas mecánicamente mediante aplantillado activo con metales es una estrategia muy eficaz. La

principal característica de este nuevo procedimiento reside en el doble papel que juega el metal durante la formación de la molécula entrelazada,

por un lado como una plantilla enhebrando los componentes submoleculares, y por otro como catalizador capturando el producto final entrelazado

mediante la formación de un enlace covalente. En este artículo se revisa la síntesis de rotaxanos mediante aplantillado activo con metales.

Palabras clave: Rotaxanos, síntesis con plantillas, catálisis, metales, química click.

Abstract: Active metal template synthesis is an efficient strategy for the preparation of mechanically interlocked molecules. The main feature

of this new procedure is that the metal plays a dual role during the formation of the interlocked molecule, acting as both a template for threading

the submolecular components and as a catalyst for capturing the interlocked product by covalent bond formation. In this paper, active

metal template synthesis of rotaxanes is reviewed.

Keywords: Rotaxanes, templated synthesis, catalysis, metals, click chemistry.

Investigación Química

Introducción

Hace ya más de cuarenta años que Ian Harrison y

Shuyen Harrison publicaron la primera síntesis de un [2]

rotaxano, 1 (Figura 1).[1] Los rotaxanos están constituidos

por dos componentes submoleculares: uno cíclico y otro

lineal que enhebra al anterior y que, además, posee grupos

voluminosos en sus extremos con el fin de mantener

ambos componentes entrelazados.[2,3] La preparación de

esta exótica molécula se llevó a cabo, en un 6% de rendimiento,

mediante una síntesis estadística,[4] en la que ambos

componentes no establecían ningún tipo de interacción

que pudiera favorecer su enhebrado. Por aquel entonces,

el Prof. Schill en la Universidad de Friburgo aplicó una

metodología de síntesis dirigida[5] mediante enlaces covalentes

que él y su equipo habían desarrollado para preparar

catenanos[6,7] a la síntesis del rotaxano 2 (Figura 1). [8] Este

tipo de aproximación, aun siendo muy ingeniosa, requería

de un buen número de etapas, algunas de ellas complicadas,

lo que limitaba la posibilidad de estudiar estos compuestos

en profundidad.

O

Ph O

Ph Ph

Ph Ph

Ph

CH-C

OH O

(CH2)28

R1O

R1O OR1

N

R1

R

R

R

N

R1

R

R

R

C

O

7 7

N

R1

(CH2)12

(CH2)12

2 (R=4-MeC6H4; R1=COMe)

1

Figura 1. Los primeros ejemplos sintetizados. El [2]rotaxano 1 se

obtuvo por síntesis estadística y 2 se preparó a través de una síntesis

dirigida mediante enlaces covalentes.

Con posterioridad, el advenimiento de la Química

Supramolecular[9] y el aumento de nuestros conocimientos dentro

del campo del reconocimiento molecular[10] propiciaron el

empleo de plantillas[11] basadas en interacciones no covalentes

e n la síntesis de este tipo de compuestos, permitiendo incrementar

los rendimientos hasta niveles casi cuantitativos en algunos

casos. En este contexto, el Prof. Leigh y colaboradores publicaron[

12] en 2006 la primera síntesis de [2]rotaxan os empleando

metales como plantillas “activas” inspirada en la cicloadición

catalizada por cobre(I) de azidas y alquinos terminales (reacción

“click”).[13] Desde entonces el concepto ya se ha extendid o a

varias reacciones catalizadas por diversos metales de transición

y se ha aplicado a la síntesis de lanzaderas moleculares[14,15] y

catenanos.[7,15] En este trabajo se revisan algunas de estas nuevas

aproximaciones sintéticas centrando la atención en la preparación

de rotaxanos mediante aplantillado activo con metales. Sin

lugar a dudas, los avances en la preparación de este tipo de moléculas

han permitido que se las considere candidatas excelentes

J. Berná

Departamento de Química Orgánica

Facultad de Química, Universidad de Murcia

Campus de Espinardo, 30100 Murcia

C-e: ppberna@um.es

Recibido: 09/07/2010. Aceptado 16/09/2010

286 José Berná

© 2010 Real Sociedad Española de Química www.rseq.org An. Quím. 2010, 106(4), 285–292

a presentar un amplio número de aplicaciones que van desde la

modificación de propiedades físico-químicas,[2] encapsulación

reversible[16] y fabricación de materiales inteligentes[17] hasta la

elaboración de máquinas moleculares.[18] Entre los ejemplos que

han marcado un avance significativo en este campo se encuentran

aquellos rotaxanos que integrados o depositados en distintos

soportes sólidos son capaces de expresar, de manera reversible,

una determinada propiedad física merced a un cambio controlado

de la posición relativa de sus componentes submoleculares.

De entre estos ejemplos[17e] cabe destacar, por su gran repercusión

dentro y fuera de la comunidad científica, los músculos

artificiales diseñados por Stoddart,[17c] capaces de contraerse

reversiblemente mediante un estímulo electroquímico y las lanzaderas

moleculares ideadas por Leigh capaces de trasladar un

líquido por irradiación con luz ultravioleta.[17b]

Métodos generales de síntesis de rotaxanos

mediante el uso de plantillas

Las metodologías generales para la preparación de rotaxanos

suponen la formación previa de un complejo supramolecular

mediante el establecimiento de interacciones no

covalentes[19] tales como puentes de hidrógeno, enlaces de

coordinación con iones metálicos e interacciones r-r aromáticas,

entre otras. Posteriormente, una modificación covalente

impide, de forma permanente, que sus componentes se disocien.

De manera general, los métodos sintéticos[18b] utilizados

con mayor frecuencia en la preparación de rotaxanos son los

métodos de capping y de clipping (Esquema 1):

Método de capping

Método de clipping

2 x

Esquema 1. Estrategias sintéticas de capping y clipping

...