Interacción Pi

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En química, los efectos π o interacciones π son un tipo de interacción no covalente que involucra sistemas π. Al igual que en una interacción electrostática, donde una región de carga negativa interactúa con una carga positiva, el sistema π rico en electrones puede interactuar con un metal (catiónico o neutro), un anión, otra molécula e incluso otro sistema π. Las interacciones no covalentes que involucran sistemas π son fundamentales para eventos biológicos como el reconocimiento proteína-ligando.

Tipos

Los tipos más comunes de interacciones π son:
  • Interacciones Metal–π: implica la interacción de un metal y la cara de un sistema π, el metal puede ser una cation (conocida como interacciones cation–π) o neutral
  • Interacciones polar–prácticas: implica la interacción de una molécula polar y el momento cuádrupole un sistema π.
Interacción Polar π entre molécula de agua y benceno
  • Interacciones aromáticas-aromáticas (apilación de π): implica interacciones de moléculas aromáticas entre sí.
    • Interacción de Arene-perfluoroareno: anillo de benceno rico en electrones interactúa con hexafluorobenceno de pólvora.
Apilación de perfluoroareno de Arene
  • Interacciones entre donante y receptor: interacción entre la energía baja orbital vacía (aceptor) y una órbita llena de alta energía (donor).
Interacción de donante-aceptor entre hexametilbenceno (donor) y tetracyanoetileno (aceptor)
  • Interacciones Anion–π: interacción de anión con el sistema π
  • Interacciones Cation–π: interacción de una cation con un sistema π
  • Interacciones C–H–π: interacción de C-H con el sistema π: Estas interacciones son bien estudiadas utilizando técnicas experimentales y computacionales.


Ejemplos

  • Ejemplos de bloqueo
  • A fullerene bound in a buckycatcher through aromatic stacking interactions.[8]
    Un fullerene atado en un Buckycatcher a través de interacciones apiladoras aromáticas.
  • The Stoddart synthesis of [2] catenane...
    La síntesis de Stoddart de [2] catenane...
  • Tacrine bound to acetylcholinesterase (PDB 1ACJ). A pi stacking interaction between tacrine (blue) and Trp84 (red) is proposed
    Tacrine bound to acetylcholinesterase (PDB 1ACJ). Se propone una interacción de apilamiento de pis entre tarina (azul) y Trp84 (rojo)
  • Polar π interaction between water molecule and benzene
    Interacción Polar π entre molécula de agua y benceno
  • Arene perfluoroarene stacking
    Apilación de perfluoroareno de Arene
  • Edge-on view of portion of crystal structure of hexamethyleneTTF/TCNQ charge transfer salt, highlighting the segregated stacking.[9]
    Vista de la porción de la estructura de cristal de hexametilenoTTF/TCNQ transferencia de sal de carga, destacando el apilamiento segregado.

Gráfico

Vista lateral de la capa ABA apilando en grafito
El grafito consiste en láminas apiladas de carbono con enlaces covalentes. Las capas individuales se denominan grafeno. En cada capa, cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos, formando una capa continua de hexágonos de carbono con enlaces sp2, similar a una red de panal con una longitud de enlace de 0,142 nm y una distancia entre planos de 0,335 nm.

Efectos de los sistemas biológicos

Las interacciones catión-π son importantes para el neurotransmisor acetilcolina (Ach). La estructura de la acetilcolinesterasa incluye 14 residuos aromáticos altamente conservados. El grupo trimetilamonio de la Ach se une al residuo aromático del triptófano (Trp). El sitio indólico proporciona una región de potencial electrostático negativo mucho más intensa que los residuos de benceno y fenol de la Phe y la Tyr.Las interacciones pi-pi y catión-pi son importantes en el diseño racional de fármacos. Un ejemplo es la tacrina, un inhibidor de la acetilcolinesterasa (AChE), aprobado por la FDA y utilizado en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer. Se ha propuesto que la tacrina presenta una interacción de apilamiento de pi con el anillo indólico de Trp84, interacción que se ha aprovechado en el diseño racional de nuevos inhibidores de la AChE.

Montaje supramolecular

Ejemplos de , , y interacciones

, y las interacciones son motivos ampliamente observados en la asamblea y el reconocimiento supramolecular.

se refiere a las interacciones directas entre dos π-sistemas; y la interacción surge de la interacción electrostática de una cación con la cara del π- Sistema. A diferencia de estas dos interacciones, las la interacción surge principalmente de la transferencia de carga entre la órbita C-H y la π- Sistema.

Los sistemas π contribuyen al ensamblaje supramolecular. Algunos catenanos presentan interacciones π–π. El principal reto para la síntesis de catenano reside en entrelazar moléculas de forma controlada. Stoddart y sus colaboradores desarrollaron una serie de sistemas que utilizan las fuertes interacciones π–π entre derivados de benceno ricos en electrones y anillos de piridinio pobres en electrones. [2] El cataneno se sintetizó mediante la reacción de bis(piridinio) (A), bisparafenileno-34-corona-10 (B) y 1,4-bis(bromometil)benceno (C) (Fig. 2). La interacción π–π entre A y B dirigió la formación de un intermediario molde entrelazado que se ciclizó posteriormente mediante una reacción de sustitución con el compuesto C para generar el producto [2]catenano.

Carga de las sales de transferencia

Una combinación de tetracianoquinodimetano (TCNQ) y tetratiafulvaleno (TTF) forma un complejo de transferencia de carga fuerte, conocido como TTF-TCNQ. El sólido muestra una conductancia eléctrica casi metálica. En un cristal de TTF-TCNQ, las moléculas de TTF y TCNQ se disponen independientemente en pilas paralelas separadas, y se produce una transferencia de electrones de las pilas donadoras (TTF) a las aceptoras (TCNQ).

Interacciones Anion–π

Los sistemas aniónicos y π-aromáticos (normalmente deficientes en electrones) crean una interacción asociada a las fuerzas repulsivas de las estructuras. Estas fuerzas repulsivas implican interacciones polarizadas electrostáticas e inducidas por aniones. Esta fuerza permite que los sistemas se utilicen como receptores y canales en la química supramolecular para aplicaciones en los campos médico (membranas sintéticas, canales iónicos) y ambiental (p. ej., detección, eliminación de iones del agua).La primera estructura cristalina de rayos X que representó las interacciones anión-π se reportó en 2004. Además de estar representada en estado sólido, también existe evidencia de que la interacción está presente en solución.

Efectos de los sistemas biológicos

Los efectos π contribuyen significativamente a los sistemas biológicos, ya que proporcionan una entalpía de enlace significativa. Los neurotransmisores producen la mayor parte de su efecto biológico al unirse al sitio activo de un receptor proteico. Las interacciones xación-π son importantes para el neurotransmisor acetilcolina (Ach). La estructura de la colinesterasa incluye 14 residuos aromáticos altamente conservados. El grupo trimetilamonio de la Ach se une al residuo aromático del triptófano (Trp). El sitio indólico proporciona una región de potencial electrostático negativo mucho más intensa que los residuos de benceno y fenol de la Phe y la Tyr.

En asamblea supramolecular

Ejemplos de , , y interacciones

π los sistemas son importantes bloques de construcción en el montaje supramolecular debido a sus interacciones versátiles no covalentes con diversos grupos funcionales. Particularmente, y las interacciones son ampliamente utilizadas en la asamblea y el reconocimiento supramolecular.

se refiere a las interacciones directas entre dos π-sistemas; y la interacción surge de la interacción electrostática de una cación con la cara del π- Sistema. A diferencia de estas dos interacciones, las la interacción surge principalmente de la transferencia de carga entre la órbita C-H y la π- Sistema.

Véase también

  • Interacción noncovalente
  • Dispersión (química)
  • Interacción Cation-pi
  • Intercalación (bioquímica)
  • Intercalación (química)
  • Luo R, Gilson HS, Potter MJ, Gilson MK (enero de 2001). "La base física de la base de ácido nucleico apilando en agua". Biophysical Journal. 80 1): 140–148. Bibcode:2001BpJ....80..140L. doi:10.1016/S0006-3495(01)76001-8. 1301220. PMID 11159389.
  • Larry Wolf (2011): π-π (π-Stacking) interacciones: origen y modulación

Referencias

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