On the interaction between ions and complex aromatic systemsamino acid side chains, ion channels and buckybowls

Resumen

Las interacciones intermoleculares, aunque débiles comparadas con las fuerzas de unión de los átomos en una molécula, son responsables de una gran variedad de fenómenos físicos, químicos y biológicos. La aplicación de métodos computacionales permite el aislamiento e identificación de los fenómenos responsables de una interacción en particular. En esta tesis nos centramos en el estudio de las interacciones entre especies aromáticas e iones, que son cruciales para comprender el comportamiento de una gran variedad de sistemas biológicos y nuevos materiales. Las interacciones entre cationes y las unidades aromáticas presentes en las cadenas laterales de aminoácidos condicionan las propiedades y estructura de proteínas y otros sistemas de interés. Aunque las características generales de este tipo de interacciones son más o menos conocidas hay una serie de aspectos que merecen atención. En esta tesis comenzamos estudiando el efecto que la microhidratación puede tener sobre las propiedades de los complejos formados por cationes y fenol, que permiten obtener información de cómo las moléculas de disolvente más próximas a un contacto catión¿¿¿¿ alteran sus características. Además, también se estudian complejos ternarios en los que otra especie aromática participa en el contacto catión¿¿¿¿ con el fin de determinar si la presencia de otras especies aromáticas contiguas que compiten por el catión puede modificar significativamente su estabilidad. En los últimos años ha cobrado importancia el estudio de las interacciones entre aniones y especies aromáticas. En principio este tipo de interacciones no serían favorables, pero diversos trabajos, tanto teóricos como experimentales, muestran que sustituyendo apropiadamente la especie aromática se pueden conseguir complejos estables. Una aplicación reciente de estas interacciones es la propuesta del primer canal aniónico sintético basado en interacciones anión¿¿¿¿. Aunque las interacciones anión¿¿¿¿ son el fundamento de este canal, el papel que juega el disolvente parece importante pero aún por determinar. En esta tesis presentamos un trabajo en el que se estima el rol de las moléculas de disolvente más próximas al anión para facilitar el funcionamiento de este canal aniónico. Otro aspecto interesante de las interacciones anión¿¿¿¿ es la posibilidad de emplearlas para diseñar nuevos receptores aniónicos. Son especialmente interesantes receptores basados en especies aromáticas curvadas derivadas de fulerenos (buckybowls). En tres capítulos de esta tesis, se estudia el efecto de la sustitución en estos buckybowls y su viabilidad como receptores aniónicos. Se consideran distintas variables como el tipo de esqueleto carbonado, los sustituyentes, el tipo de ion, diferentes geometrías, y el efecto del disolvente sobre la interacción. Los resultados indican que este tipo de especies podrían resultar válidas para encapsular aniones selectivamente.