La naturaleza emplea caminos elegantes para construir arquitecturas complejas, como los macrociclos (moléculas que contienen un anillo de doce o más átomos) o las jaulas (estructuras moleculares tridimensionales que poseen cavidades para albergar otras moléculas en su interior). Desde el nacimiento de la química supramolecular se han utilizado macrociclos o macrobiciclos para aplicaciones sofisticadas, pero la síntesis de especies tridimensionales preorganizadas ha sido habitualmente un desafío.
Por otro lado, la naturaleza emplea un número muy importante de moléculas quirales donde los átomos pueden organizarse en el espacio de dos maneras diferentes —de igual manera que lo hacen los dedos de la mano derecha y la mano izquierda— que parecen idénticas, pero no son superponibles. Sorprendentemente, en la construcción de muchas de las moléculas naturales como las proteínas (a partir de aminoácidos) o los hidratos de carbono (a partir de azúcares) se observa la participación de una sola de estas dos disposiciones (las proteínas se forman con aminoácidos de tipo S y no R), dando lugar al fenómeno que se denomina «homoquiralidad». Entender cómo se ha llegado a esta homoquiralidad biológica es un tema esencial en las ciencias de la naturaleza.
El equipo de investigación de Química Sostenible y Supramolecular del Departamento de Química Inorgánica y Orgánica formado por los profesores Eduardo García-Verdugo, Belén Altava, Santiago V. Luis y el doctor Ferran Esteve, junto con el Premio Nobel Jean-Marie Lehn, ha conseguido describir el autoensamblaje covalente dinámico —asistido por agua— de novedosas jaulas moleculares macrobicíclicas seudopeptídicas doblemente quirales, con una autoselección muy eficiente de homoquiralidad. Este trabajo ha sido publicado en el número de julio de la revista Chem.
Aunque existen algunos ejemplos ya descritos de autoselección homoquiral, el diseño propuesto por este equipo puede arrojar luz sobre los complejos mecanismos que conducen a ella, al revelar que la encapsulación del agua es esencial para ello, mostrando un ejemplo no biológico del papel del agua en la formación de moléculas sofisticadas que imitan comportamientos biológicos. De hecho, la encapsulación de moléculas de agua discretas parece ser la principal fuerza impulsora de este proceso de verificación de errores, actuando como una plantilla positiva para estabilizar las cavidades tridimensionales homoquirales y facilitar su formación.
Estos resultados destacan la función del medio acuoso en la eficiencia y selectividad de la formación, así como en la determinación de las características estructurales de las arquitecturas tridimensionales complejas adoptadas por las biomoléculas. La estructura de estas jaulas moleculares y el proceso de su formación han podido ser analizados en profundidad mediante estudios de difracción de rayos X y de espectroscopía de H-RMN (resonancia magnética nuclear).
El estudio ha sido dedicado al 80 cumpleaños del profesor Alain Krief. Ha contado con el apoyo financiero del European Research Council, el Instituto Avanzado de la Universidad de Estrasburgo (USIAS), el Plan de Promoción de la Investigación de la Universitat Jaume I de Castelló y la Agencia Estatal de Investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación con fondos FEDER.
Entrevista al profesor Lehn
Con motivo de su participación en el jurado de los Premios Jaume I de la Generalitat Valenciana, el profesor Jean-Marie Lehn realizó una visita a la universidad pública de Castellón invitado por el Departamento de Química Inorgánica y Orgánica, con cuyo personal investigador mantiene relaciones de trabajo. El Premio Nobel de Química mantuvo una distendida charla con el profesor Eduardo García-Verdugo, responsable del Grupo de Química Sostenible y Supramolecular, y Ferran Esteve, quien había realizado una estancia de investigación durante sus estudios de doctorado con el profesor Lehn en el Laboratorio de Química Supramolecular del Instituto de Ciencias y de Ingeniería Supramolecular de la Universidad de Estrasburgo.
Artículo
“Doubly chiral pseudopeptidic macrobicyclic molecular cages: water-assisted dynamic covalent self-assembly and chiral self-sorting”, Ferran Esteve, Belén Altava, Eduardo García-Verdugo, Santiago V. Luis and Jean-Marie Lehn. Revista Chem. Volume 8, issue 7, 14 July 2022, pages 2023-2042.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929422002029
