El Grupo Nitschke de la Universidad de Cambridge diseña moléculas huecas que actúan como cápsulas o jaulas que encierran moléculas invitadas. Estas jaulas tienen interesantes aplicaciones potenciales en una variedad de campos. Ellos podrían, por ejemplo, estar adaptados para entregar los medicamentos donde se necesitan o para eliminar una molécula contaminante de una solución. En un trabajo publicado recientemente en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , el equipo informa sobre los emocionantes descubrimientos que han realizado utilizando moléculas hospedadoras anidadas jerárquicamente, con un host externo que encapsula un host interno, que contiene la molécula invitada. En sus moléculas de 'muñeca rusa' de nuevo diseño, encontraron que la encapsulación puede mejorar las propiedades de unión del huésped interno. Sus resultados también presentan una forma novedosa de corregir la estereoquímica de un marco anfitrión. Tales moléculas podrían usarse en aplicaciones que se basan en el reconocimiento molecular, como la catálisis, separaciones, entrega de medicamentos, y sintiendo.

Programación de moléculas

Todas las jaulas diseñadas por Nitschke Group se autoensamblan a partir de simples bloques de construcción. Diseñarlos requiere una comprensión profunda de la geometría de las moléculas precursoras y cómo se unen, de modo que el diseño de las moléculas de la jaula final está esencialmente "programado" en los bloques de construcción. Estas jaulas pueden diseñarse como moléculas grandes, y tener una variedad de capacidades de vinculación de invitados.

En este trabajo, el objetivo era encapsular la molécula hueca de criptófano-111 (CRY) dentro de una molécula de cápsula de FeII4L4 basada en triazatruxeno. Los criptófanos son un tipo de jaula covalente construida con dos unidades de ciclotribencileno. Pueden encapsular moléculas pequeñas (por ejemplo, metano o xenón), además de cationes y aniones.

Muchos criptófanos son moléculas quirales, con una asimetría que significa que la molécula y su imagen especular no se pueden superponer. (El ejemplo clásico de quiralidad es la mano humana; nuestra mano izquierda es una imagen especular no superponible de nuestra mano derecha). Una molécula quiral y su imagen especular se conocen como enantiómeros.

La quiralidad, o "destreza manual", puede ser muy importante. A finales de los años cincuenta y sesenta, A las mujeres embarazadas se les recetó un medicamento llamado talidomida para controlar las náuseas matutinas. Sin embargo, La talidomida es una molécula quiral, y aunque la versión para zurdos es una droga útil, la versión para diestros es tóxica y provocó graves defectos de nacimiento en miles de niños.

Moléculas de muñecas rusas

Como puedes imaginar, una molécula huésped encerrada dentro de una cápsula dentro de una jaula exterior presenta una estructura enormemente compleja. El Grupo Nitschke tiene acceso BAG a la línea de luz I19, llevar muestras a Diamond para cristalografía cada pocos meses.

El profesor Jonathan Nitschke dice:"La Dra. Tanya Ronson es una cristalógrafa brillante, y ella y su equipo utilizaron la difracción para resolver la estructura del cristal que creció el Dr. Dawei Zhang. Eso nos dijo lo diestro de las moléculas, y pudimos ver el huésped de cationes de cesio dentro de la estructura. I19 es una instalación maravillosa, y tenemos una excelente relación de trabajo con el personal de la línea de luz. Los resultados que obtuvimos en Diamond nos permitieron ver todos los detalles de la estructura, y nos dio mucha certeza ".

Tanto la molécula huésped como la huésped son quirales, y la molécula huésped prefiere ser encapsulada por una versión del huésped. Los resultados mostraron que la molécula invitada se reorganizó en la solución para adaptarse a esa preferencia, algo que el equipo no había visto antes.

El diseño de una molécula huésped que pueda discriminar la quiralidad de la molécula huésped (enantiodiscriminación) abre posibilidades significativas para (por ejemplo) purificar compuestos farmacológicos de modo que solo contengan la variante útil de la molécula. El equipo ahora se centra en esta vía de investigación, así como el campo más amplio de la purificación química. Las moléculas de jaula podrían funcionar bien en entornos de circuito cerrado, por ejemplo, requiriendo mucha menos energía que los sistemas de purificación actuales.