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Introducción
Hoy vamos a hablar de un grupo de compuestos químicos llamados Cucurbiturils (CBn). Estos compuestos poseen una estructura macrocíclica tipo jaula y están formados por unidades del compuesto químico glycoluryl (Figura 1) unidas entre si a través de puentes metilenos1.
El número de unidades glycoluryl (n) ) define el tamaño del compuesto cucurbituril. Así, si tomamos como ejemplo el compuesto CB7 vemos que se encuentra formado por 7 unidades glycoluryl (Figura 2) .
Estructura de los CBn
El cucurbituril presenta una estructura cerrada tipo jaula circular con una cavidad en el centro, donde los oxígenos del los grupos carbonilos situados en ambos extremos de la molécula apuntan hacia dentro (Figura 3). Debido a esta inclinación de los oxígenos su estructura circular está parcialmente cerrada tanto arriba como abajo (Figura 4) del circulo. Además los grupos carbonilos le dan un carácter de carga negativa a los extremos del compuesto.
De echo, debido a su estructura los CBn son conocidos como macrociclos con forma de calabaza. El nombre cucurbituril viene de la palabra cucurbitaceae que es como de denomina a la familia botánica de las calabazas2.
Aunque según mi propia interpretación y basándome en su forma circular con un agujero o cavidad en el centro, yo los llamo la familia de los compuestos donut.
Mucho mejor un donut que una calabaza ¿no?
La cavidad interior presente su estructura tiene carácter hidrofóbico. Gracias a este carácter hidrofóbico los CBn son capaces de albergar en su interior ciertos compuestos (huéspedes) orgánicos.
¡Vamos sin duda a mi esto me recuerda a un donut con el agujero relleno!, ahí lo dejo. También te digo que este tipo de donut para mi ya no son donut porque no tienen el agujero que los caracteriza.
Propiedades de la familia CBn
La principales propiedades de la familia donut son:
1. Debido al carácter polar de su estructura los CBn son solubles en agua o en disolventes orgánicos polares como el dimethylsulfoxide (DMSO).
2. Los CBn son capaces de albergar otros compuestos en su cavidad central, formado los llamado complejos anfitrión-huésped (host-guest complexes) en disolución acuosa3 (binding affinities up to 7.2 x 1017 M-1).
3. En la formación de complejos anfitrión-huésped los cucurbituriles pueden proporcionar a sus huéspedes 2 formas de interacción diferentes:
a) Una interacción debida al efecto hidrofóbico dentro de la cavidad, el cual, favorece la entrada de la parte orgánica del compuesto que quiere entrar3.
b) Una interacción ion-dipolo debida a los grupos carbonilos situados en los extremos de la cavidad, la cual, proporciona la posibilidad de enlazarse a la parte catiónica de huéspedes orgánicos, como por ejemplo, sales de amonio, o enlazarse directamente a cationes en disolución3.
c) Como resultado de estas 2 interacciones descritas, existe una competición entre 2 fuerzas de enlace: la fuerza hidrofóbica y la fuerza ion-dipolo3.
4. La cavidad de su estructura es más pequeña en los extremos que en el centro (Figura 4). Esto hace que la entrada de compuestos al interior de la cavidad esté limitada por el propio tamaño del compuesto cucurbituril y de la molécula huésped3
5. La formación de complejos anfitrión-huésped también puede tener lugar en estado sólido directamente4. Y aquí meto un poco de auto publicidad. En nuestrs artículo ¨Stuffed pumpkins: mechanochemical synthesis of host-guest complexes with cucurbit[7]uril¨ hablamos detalladamente de la formación de complejos host-guest de CB7 en estado sólido.
Ejemplos de complejos host-guest
Complejos host-guest en disolución acuosa
Para ilustrar la capacidad de los CBn para forma complejos host-guest hablaremos de la formación de complejos con sales de amonio orgánicas en disolución acuosa.
Por ejemplo el compuesto CB6 (formado por seis unidades de glicoluril) es capaz de formar complejos con sales de amonio orgánicas como son el cyclohexylmethylammonium ion, o el 2,3-diazabicyclo[2.2.1]hept-2-ene (DHB)3.
Sin embargo, no es capaz de formar este tipo de complejos con huéspedes más grandes como el 2,3-diazacyclo[2.2.2]oct-2-ene (DBO)3.
Por el contrario, el CB7 que es más grande si es capaz formar complejos con compuestos químicos más grandes como el DBO3.
La formación de estos complejos suele ser bastante más lenta en que en el caso de la formación de complejos con compuestos como las cyclodextrins y los calixarenes, los cuales, presentan una entrada a la cavidad más abierta3.
Complejos host-guest en estado sólido
Es posible encapsular moléculas orgánicas neutras y sales dentro de la cavidad de los Curcurbituriles de forma mecánica.
Por ejemplo, el CB7 es capaz de encapsular adamantane para formar el complejo correspondiente en estado sólido. Este complejo se forma mediante el uso de la técnica llamada ball -milling, que básicamente consiste en mezclar dos compuestos sólidos y estrujarlos el uno contra el otro dentro de una bola metálica que contiene dos canicas metálicas durante un tiempo determinado4.
Utilizando la misma técnica el CB7 es capaz de encapsular algunas sales de adamantane observándose la formación de los mismos complejos que se formarían en disolución acuosa4.
Aplicaciones de la familia CBn
Gracias a la propiedad de ser capaz de albergar compuestos orgánicos en su cavidad, los CBn son capaces de ayudar a algunos compuestos orgánicos hidrofóbicos a aumentar su solubilidad en agua. Esto es muy importante ya que pueden ayudar a solubilizar compuestos con uso médico como es el caso del paclitaxel que es una medicamento utilizada en quimioterapia4.
Entre sus aplicaciones destacan su utilización para la construcción de sensores, drug delivery y sistemas biomimeticos5.
Hasta aquí el artículo de hoy, aunque te recomendamos que sigas leyendo. Quizás te interese nuestro artículo sobre nanocars, sin duda los mejores coches inventados hasta el día de hoy.
Bibliografía
(1) «The Cucurbit[n]uril Family: Prime Components for Self-Sorting Systems» J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 45, 15959–15967.
(2) «Cucurbiturils: from synthesis to high-affinity binding and catalysis» Chem. Soc. Rev 2015, 44, 394-418.
(3) «Mechanism of Host−Guest Complexation by Cucurbituril» Am. Chem. Soc. 2004, 126, 18, 5806–5816.
(4) «Stuffed pumpkins: mechanochemical synthesis of host-guest complexes with cucurbit[7]uril» Chem. Commun. 2021, 57, 2132-2135
(5) «A general and efficient method to form self-assembled cucurbit[n]uril monolayers on gold surfaces» Chem. Commun. 2008, 1989-1991
