Rotaxanos de amidas bencílicas : Estudio de la conmutación del movimiento de sus componentes y su organización en sistemas metal-orgánicos

Abstract

La investigación sobre máquinas moleculares sintéticas se encuentra todavía en sus primeros estadios. La mayoría de los sistemas preparados son relativamente básicos, incluyendo conmutadores o rotores moleculares. Teniendo en cuenta los antecedentes existentes sobre moléculas con componentes mecánicamente enlazados, los rotaxanos derivados de amidas, en los que los componentes se encuentran interconectados por enlaces de hidrógeno, parecen ser candidatos adecuados para el desarrollo de máquinas nanoescalares. Este proyecto pretende desarrollar nuevos enfoques y metodologías para controlar el movimiento molecular de rotación y de traslación en [2]rotaxanos, a través de la manipulación de interacciones por enlace de hidrógeno de forma reversible o mediante modificaciones químicas sencillas. Además, esta Tesis Doctoral persigue el avance sobre las investigaciones ya realizadas en el grupo de investigación mediante la organización de estos sistemas entrelazados en estructuras de naturaleza metal-orgánica. La Tesis Doctoral se encuentra dividida de la siguiente forma: En el Capítulo 1 se introducen los conceptos generales sobre rotaxanos, así como el estado actual de la investigación de este tipo de sistemas. En el Capítulo 2, se describe la síntesis de nuevos [2]rotaxanos con hebras de azo- e hidrazodicarboxamida, funcionalizados con unidades de piridina en el macrociclo. Se evalúa la conmutación de la velocidad del movimiento de circunrotación como función del nivel de oxidación del sitio de unión. En el Capítulo 3, se describe la síntesis de una serie de [1]rotaxanos que presentan una estación de fumaramida. La fotoisomerización de la estación de fumaramida a maleamida ha sido investigada como la fuerza directora que permite la interconversión entre las formas extendida y contraída de los [1]rotaxanos sintetizados. En el Capítulo 4, se evalúa la incorporación de la estación de tiodiglicolamida en lanzaderas moleculares. Estos sistemas funcionan como catalizadores fotoconmutables. En el Capítulo 5, se describe la preparación de redes metal-orgánicas de cobre fotoactivas empleando [2]rotaxanos derivados de fumaramida como ligandos orgánicos. Estas redes metal-orgánicas funcionan como sistemas de carga/descarga de p-benzoquinona. En el Capítulo 6, se describe la preparación de redes metal-orgánicas de cobre(II) y zinc(II) con macrociclos funcionalizados con ácidos carboxílicos como ligandos. Estos metalopolímeros han sido empleados para el reconocimiento selectivo de derivados de fullereno. En el Capítulo 7 se exponen las conclusiones generales de la Tesis Doctoral.

The research on synthetic molecular machines is still in its early stages. Most of the prepared systems are relatively basic, including molecular switches or rotors. Considering the existing background on molecules with mechanically interlocked components, amide-based rotaxanes have emerged as suitable candidates for the development of nanoscale machines. In this type of rotaxanes, the components are connected through hydrogen bonds. This project aims to develop new approaches and methodologies to control the rotational and translational motion of the intercomponents of rotaxanes, through reversible manipulation of hydrogen bonding interactions or through simple chemical modifications. In addition, this Doctoral Thesis seeks to advance the research already carried out in the research group through the organization of these intertwined systems in metal-organic structures. The Doctoral Thesis is divided as follows: Chapter 1 is an introduction to the general concepts of rotaxanes, as well as the current state of the research field of this type of molecules. In Chapter 2, the synthesis of novel azo- and hydrazodicarboxamide-based [2]rotaxanes, decorated with pyridine motifs in the macrocycle, is described. Through the azo/hydrazo interconversion, the switching in the circumrotation rate was evaluated as a function of the binding site oxidation level. In Chapter 3, the synthesis of a series of fumaramide-based [1]rotaxanes is described. The fumaramide/maleamide photoisomerization was investigated as the driving force enabled to control the interconversion between the extended and contracted forms of the synthesized [1]rotaxanes. In Chapter 4, the employment of a new template based on a thiodiglycolamide station is evaluated for the formation of molecular shuttles. These systems operate as photoswitchable catalysts. In Chapter 5, the preparation of a photoresponsive copper metal-organic framework with fumaramide-based [2]rotaxanes as organic ligands is described. The capacity of these metal-organic systems as p-benzoquinone dosing containers was evaluated. In Chapter 6, the preparation of copper(II) and zinc(II)-based metal-organic frameworks bearing carboxylic acid-based macrocycles as organic ligands is described. These metalopolymers were used for the selective recognition of fullerene derivatives. In Chapter 7, the general conclusions of the Thesis are described.