Síntesis y caracterización de precursores de nuevos compuestos de organoestaño (IV) tri- y tetranucleares y análisis de su potencial aplicación

RESUMEN El estudio de la química supramolecular tiene relevancia directa para entender una amplia gama de fenómenos de interés químico y biológico, en donde las interacciones intermoleculares desempeñan un papel determinante. Los alcances de la química supramolecular en años recientes han sido tan importantes que dentro de esta disciplina fueron galardonados con el Premio Nobel en 2016 los investigadores Jean-Pierre Sauvage, Sir James Fraser Stoddart y Bernard Lucas Feringa “por el diseño y la síntesis de las máquinas moleculares”. Como resultado de la variedad de geometrías de coordinación de metales de transición, los compuestos que incluyen en su estructura centros metálicos proveen una gama de diferentes subunidades aceptoras, las cuales se pueden unir entre ellas a través de bloques de construcción con átomos donadores para formar diversos ensambles. El autoensamble de estas estructuras no está solamente determinada por la geometría de coordinación de los metales, también se ve afectada por la orientación de los sitios de interacción en un determinado ligante. Dentro de este campo de investigación los compuestos de organoestaño di-, tri- y tetranucleares con conectores orgánicos entre los átomos metálicos son de gran interés debido a su potencial de actuar como bloques de construcción para formar con una gran gama de diferentes sistemas tipo macrociclo y caja. Con base en lo reportado son características idóneas para estos bloques que posean rigidez, grupos que permitan aumentar y variar la solubilidad en diferentes solventes, tengan cristalinidad por parte del ensamble final y sean de fácil manejo en el laboratorio (no sean aceitosos). Al aumentar el número de nodos en ensambles de este tipo, es de esperarse que derivados tri- y tetrametálicos tengan una cavidad más definida y de mayor tamaño, volviendo las estructuras resultantes útiles para su posterior aplicación en el reconocimiento, almacenamiento o transporte de moléculas. En esta tesis se realizó una revisión bibliográfica sobre los sistemas supramoleculares que parten de bloques oligonucleares de organoestaño y de las aplicaciones que se visualizan con estos sistemas. De igual forma se desarrolló la síntesis de nuevos compuestos que, a diferencia de trabajos previos en el grupo de investigación, se enfocaron en la construcción de precursores de bloques de construcción de estaño tetranucleares basados en el conector 1,1´,2,2´-tetrafeniletileno y 1,4-di(9H-carbazol-9-il)benceno, esto con el razonamiento que a una mayor distancia entre los nodos metálicos se espera dar a la formación de estructuras por autoensamble que tuvieran una cavidad adecuada para el reconocimiento de moléculas aromáticas. Al mismo tiempo se diseñó un sistema de bloques trinucleares con un conector deficiente en electrones, un grupo triazina, con el fin de dotar la molécula con más afinidad hacia potenciales huéspedes aromáticos ricos en electrones π. Los resultados del proyecto indican que es posible la formación de los precursores tetranucleares de organoestaño propuestos, como es evidenciado por los datos espectroscópicos; por ejemplo; en los espectros de RMN 29Si de los precursores que contienen unidos grupos Si(Me)2CH2Cl2 en el esqueleto orgánico se observa una sola señal simple en un desplazamiento químico de -4.6 y -2.8 ppm para los dos precursores tetranucleares, respectivamente; estos desplazamientos se encuentran en el intervalo esperado para átomos de silicio con este tipo de entornos químicos. En los espectros de masas se detectaron picos en 758 m/z y 834 m/z que comprueban la formación de ambas estructuras, al comparar los patrones isotópicos experimentales con los calculados, dando la misma distribución isotópica. La caracterización de los bloques por la técnica de difracción de rayos X confirmó una vez más la obtención de los precursores previamente evidenciados con datos de RMN y espectrometría de masas. Mientras que para el caso del precursor tetranuclear derivado de 1,1´,2,2´-tetrafeniletileno la estructura molecular no posee simetría cristalográfica, observándose que los anillos aromáticos unidos al grupo etileno no son coplanares lo que es provocado por la repulsión entre átomos de hidrógeno. Para el segundo precursor el anillo conector de fenileno tampoco se encuentra en el mismo plano que los anillos de las unidades de carbazol que es provocado por una repulsión de similar naturaleza que para el primer precursor. En ambos precursores el átomo de silicio se encuentra en ambientes tetraédricos con distancias de enlace Si-C en un intervalo de 1.862(14)-1.942(17) Å para el primer compuesto y de 1.849(5)-1.885(5) Å para el segundo. En la tercera parte de la tesis se realizaron estudios computacionales sobre potenciales ensambles tipo caja que resultarán cuando los bloques tetranucleares de organoestaño se conectarán a través de enlaces Sn-O-Sn. Para el análisis computacional se usó el método DFT empleando el nivel B3LYP/def2-SVP, obteniéndose como resultado modelos estructurales cuyas distancias de enlace Si-C, Sn-C y Sn-O, así como ángulos de enlace alrededor de silicio y estaño son cercanos a los datos experimentales de sus precursores, así como a estructuras relacionadas reportadas previamente. Como sección final del trabajo de tesis se hace la propuesta de explorar también grupos como carbonato o fosfato para actuar como conectores entre los bloques de organoestaño, debido a que, como mostraron los cálculos computacionales, las estructuras tipo caja poseen una cavidad que podría ser accesible a huéspedes aromáticos pequeños y al variar el conector inorgánico entre los átomos de estaño ( de O al carbonato o fosfato) se logra aumentar la distancia Sn•••Sn que impactara en el tamaño de dicha cavidad seria mayor.