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.Anslyn, E.V.; Dougherty, D.A. Modern Physical Organic Chemistry; University Science Books; Sausalito, CA, 2005 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 involucran:

Interacciones metal-π: implica la interacción de un metal y la cara de un sistema π, el metal puede ser un catión (conocido como interacciones catión-π) o neutro. Interacciones polares-π: implica la interacción de una molécula polar y un momento cuadrupolar con un sistema π.

centro|miniaturadeimagen|Interacción polar π entre la molécula de agua y el benceno

Interacciones aromático-aromáticas (apilamiento π): implica interacciones de moléculas aromáticas entre sí. Interacción areno-perfluoroareno: el anillo de benceno rico en electrones interactúa con el hexafluorobenceno pobre en electrones.

centro|miniaturadeimagen|Apilamiento de perfluoroareno y areno

Interacciones donador-aceptor π: interacción entre un orbital vacío de baja energía (aceptor) y un orbital lleno de alta energía (donador).

centro|miniaturadeimagen|Interacción donante-aceptor entre hexametilbenceno (donante) y tetracianoetileno (aceptor)

Interacciones anión-π: interacción del anión con el sistema π Interacciones catión-π: interacción de un catión con un sistema π Interacciones C–H–π: interacción de CH con el sistema π: Estas interacciones están bien estudiadas utilizando técnicas experimentales y computacionales.

Ejemplos

Grafito izquierda|miniaturadeimagen|220x220px|Vista lateral del apilamiento de capas ABA 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 la distancia entre planos es 0,335 nm.

Efectos π en 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 propone 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.

Ensamblaje supramolecular miniaturadeimagen|Ejemplos de interacción \pi-\pi , interacción CH-\pi , e interacción \pi -cation Las interacciones \pi - \pi , CH-\pi y \pi -cation son patrones ampliamente observados en el ensamblaje y reconocimiento supramolecular.

La interacción \pi-\pi se refiere a las interacciones directas entre dos sistemas π ; y la interacción cation-\pi surge de la interacción electrostática de un catión con la cara del sistema π . A diferencia de estas dos interacciones, la interacción CH-\pi surge principalmente de la transferencia de carga entre el orbital C–H y el sistema π.

Los sistemas π contribuyen al ensamblaje supramolecular. Algunos catenanos presentan interacciones π–π. El principal desafío para la síntesis de catenanos es entrelazar moléculas de manera 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. 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 de plantilla entrelazado que se cicló adicionalmente mediante una reacción de sustitución con el compuesto C para generar el producto catenano.

Sales de transferencia de carga Una combinación de tetracianoquinodimetano (TCNQ) y tetratiafulvaleno (TTF) forma un fuerte complejo de transferencia de carga fuerte denominado TTF-TCNQ. El sólido muestra una conductancia eléctrica casi metálica. En un cristal TF-TCNQ, las moléculas TTF y TCNQ están dispuestas de forma independiente en pilas separadas alineadas en paralelo, y se produce una transferencia de electrones desde las pilas donadoras (TTF) a las aceptoras(TCNQ)

Interacciones anión-π Los sistemas aniónicos y π-aromáticos (normalmente deficientes en electrones) generan 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 (por ejemplo, detección, eliminación de iones del agua).

La primera estructura cristalina de rayos X que representó interacciones anión-π se reportó en 2004. Además de estar representada en estado sólido, también hay evidencia de que la interacción está presente en solución.

Efectos π en sistemas biológicos Los efectos π contribuyen significativamente a los sistemas biológicos, ya que aportan una entalpía de enlace significativa. Los neurotransmisores producen la mayor parte de su efecto biológico uniéndose 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.

Véase también

interacción no covalente Dispersión (química) Interacción catión-pi Intercalación (bioquímica) Intercalación (química)

Enlaces externos

Larry Wolf (2011): π-π (π-Stacking) interactions: origin and modulation

Referencias

Categoría:Química supramolecular Categoría:Enlace químico Categoría:Conceptos relacionados con la química orgánica Categoría:Fuerzas intermoleculares Categoría:Wikipedia:Páginas con traducciones sin revisar