LÍNIES D'INVESTIGACIÓ

Els organismes vius disposen d'un gran nombre de sistemes de gran complexitat capaços de realitzar una gran varietat de funcions. Aquests sistemes i les molècules biològiques que els sustenten són per tant un referent per al grup d'investigació. El primer pas, però, consisteix en superar aquesta complexitat. Per tant, abordam en primer lloc la tasca de simplificar el model biològic, reproduint-lo en un sistema artificial més senzill però que pugui realitzar la mateixa funció. La feina, però, en moltes ocasions va més enllà i no es limita a aconseguir una funció anàloga a l'observada a la naturalesa, si no que cerca millorar-la, assajant arquitectures moleculars que no existeixen al món biològic. Les funcions moleculars en les quals el grup està interessat prenen, així, per exemple les funcions pròpies de les molècules implicades als processos biològics: catàlisi, transport, reconeixement, defensa, etc.

L'evolució de la química supramolecular permet, avui en dia, l'accés a estructures complexes de composició definida partint de molècules senzilles mitjançant el control de l'estructura covalent i de les interaccions moleculars pertinents. Dins d'aquest escenari les línies d'investigació actuals són les que s'indiquen a continuació:

 

Autoensamblatge i agregació supramolecular

Aquesta línia d'investigació va encaminada a l'obtenció d'estructures supramoleculars funcionals. Aquestes estructures són capaços de canviar les seves propietats (longitud, forma, color...) en funció d'un estímul exterior (fotoquímic, elèctric, un canvi de pH...). Es tracta de predir quina estructura tendrà una supermolècula formada per agregació de molècules més petites, es a dir, saber quin tipus d'arquitectura adoptarà en funció de les característiques geomètriques, de les forces que actuaran en el seu ensamblatge i de la conectivitat covalent present a cada un dels components. D'aquesta manera es poden sintetitzar supermolècules que tenguin un determinat tamany de malla i puguin ser utilitzades com filtres moleculars. En realitat, els nostres treballs s'endinsen en la ciència dels nous materials.

La utilització de la mateixa interacció intermolecular per a unir els components monomèrics de l'ensamblatge, però amb distintes conectivitats dona lloc a arquitectures moleculars també molt diferents, tant en forma com en nombre de components.

Per altra banda, una de les línies abordades recentment es centra en el disseny d'una molècula de reconeixement, capaç de discernir selectivament entre la D-alanina i la L-alanina. Una vegada aconseguida aquesta molècula, el grup estarà en disposició d'extrapolar els resultats d'aquest reconeixment quiral als pèptids, i, succesivament, fins el reconeixement selectiu de regions d'una proteïna. Les aplicacions en aquest cas es centrarien en el camp de la lluita contra els bacteris resistents a determinats antibiòtics. En concret, aquest tipus de reconeixement és anàlog al que efectua l'antibiòtic vancomicina quan s'uneix al dipèptid D-alanil-D-alanina terminal precursor del petidoglicano, inhibint així la síntesi de la pared bacteriana.

Estructura molecular del complexe que pot formar-se entre el receptor molecular dissenyat per al reconeixement quiral i el didpèptid Glicil-D-Alanina-N-acetilada. Esquerra: vista lateral. Dreta: vista des de l'extrem N-acetilat.

 

Sensors moleculars

Aquesta línia d'investigació es circunscribeix precisament a la substitució del centre actiu de molècules biològiques, format per esquelets peptídics, per una molècula no natural que utilitza unitats d'esquaramida. Aquesta substitució d'una amida natural per unitats d'esquaramida es utilitzada per a desenvolupar molècules receptores amb capacitat de reconèixer ions dissolts en aigua: sulfats, nitrats, etc. Per tant, es tracta del desenvolupament de sensors moleculars. Es formen així les bases per a un futur desenvolupament de sondes moleculars en les que cada molècula estigui especialitzada en reconèixer un determinat ió. Una sonda d'aquest tipus està destinada a substituir l'anàlisi tradicional. Amb la mera introducció de la sonda dins aigua es podria saber, i de forma immediata, el contingut dels diferents ions en dissolució. Evidentment les seves aplicacions al camp sanitari i mediambiental són òbvies.

El modelatge teòric, junt amb la feina de síntesi, condueix a sistemes moleculars capaços de realitzar una funció determinada. A la figura, es tracta d'un sensor molecular que canvia de color en presència d'un analit concret (sulfat).

 

Interaccions anió-pi i catió-pi. Nanotubs

És un fet conegut que entre un sistema aromàtic i un catió es produeix una interacció atractiva. Aquesta interacció es coneix com interacció catió-pi. El grup ha reinterpretat aquest tipus d'interacció substituint el catió per un anió. En principi caldria esperar que l'anell repel·lís l'anió. Però el que s'ha comprovat es que si el sistema aromàtic és empobrit electrònicament per alguna causa, la repulsió no es produeix si no que es dona una interacció atractiva. El que ara cal esbrinar és quin tipus d'energies intervenen en aquest joc subtil d'atracció i repulsió.

Complexe format per haxafluorobenzè i anió fluorur en el que es fa patent la interacció anió-pi.

Les interaccions moleculars de tipus catió-pi són les que possibiliten l'enmagatzematge d'energia elèctrica com a conseqüència del transport de cations alcalins a través de les irregularitats de les parets dels nanotubs de carboni, fenòmen molt important i en el que es fonamenten les bateries de nova generació. Els nanotubs foren descoberts a 1991 per el científic japonés Jumio Lijima i consisteixen en cilindres concèntrics amb un feix de dos nanòmetres i de fins un micròmetre de longitud, formats per anells de carboni hexagonals units entre si. En realitat, l'excelència dels nanotubs com conductors elèctrics es basa senzillament en l'entrada i sortida d'ions liti; una interacció exactament idèntica a la que nosaltres estudiam. Allò important en aquest cas resideix en l'ensamblatge del nanotub, en les característiques d'aquest i en el tamany del feix de l'estructura que facilita el pas del liti. Els desafiaments actuals que es presenten per a la substitució del transistors i les bateries convencionals per nanotubs es centren precisament en el seu ensamblatge (haurien d'estar ensamblats tres nanotubs) i els darrers experiments apunten a que això seria factible amb ADN.

Un nanotub amb una irregularitat a la paret: un forat de 9 membres que és el mínim necessari per a la difusió del liti en el seu interior