- Química Inorgánica, Organometálica y Catálisis Homogénea
- Química Inorgánica Medicinal, Metalofármacos y Bioinorgánica
- Inhibidores enzimáticos del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
- Catálisis Asimétrica, Organocatálisis
- Síntesis de Productos Naturales y análogos, Estudios en Estado Sólido (DRX)
1. Química Inorgánica, Organometálica y Catálisis Homogénea
Un término comúnmente utilizado en la Química Inorgánica es Compuestos de Coordinación, el cual se refiere a las moléculas compuestas por un átomo o ion metálico y uno o más ligandos (átomos, iones o moléculas) que formalmente donan electrones al metal. Esta definición incluye a los compuestos con enlaces metal-carbono, también conocidos como compuestos organometálicos. En general, los compuestos de coordinación con metales de transición en su estructura pueden comportarse como catalizadores homogéneos en las reacciones químicas. En este sentido, la catálisis ha sido reconocida como “La tecnología esencial para acelerar y dirigir las transformaciones químicas”, y constituye uno de los doce principios de la Química Verde. La investigación en esta temática comprende el uso de metales de transición y su coordinación con ligandos para formar compuestos de coordinación. En este sentido, una clase de precursores de ligandos muy estudiada en nuestras investigaciones son las moléculas orgánicas nitrogenadas conocidas como triazenos (Figura 1).
Los triazenos lineales que tienen un grupo diazoamino pueden ser fácilmente transformados en aniones triazenuro, los cuales tienen la habilidad de formar compuestos de coordinación, prácticamente con cualquier metal. Esta versatilidad de los triazenuros permite la formación de moléculas estructuralmente muy interesantes y con aplicaciones potenciales que actualmente son objeto de estudio en el área de la catálisis y la bioinorgánica (Esquema 1). Adicionalmente, las propiedades estéricas y electrónicas de los ligandos pueden ser fácilmente moduladas modificando los substituyentes del sistema triazenuro.
Otra clase de ligando muy importante que ha demostrado tener una aplicación muy amplia en la industria petroquímica, farmacéutica y de materiales, son los carbenos N-heterocíclicos (NHCs). En este contexto, en nuestras líneas de investigación estudiamos una clase nueva de ligandos NHCs que han sido nombrados Carbenos N-heterocíclicos Próticos (pNHC). A diferencia de los NHC típicos, los pNHC en sus complejos pueden participar activamente en las transformaciones químicas gracias a la función NH y a su habilidad para transformarse en una base conjugada. Las modificaciones estructurales del pNHC y la elección adecuada del ion metálico, así como el entorno geométrico de los ligandos, permiten que estas moléculas organometálicas tengan la capacidad ser utilizadas en el reconocimiento molecular.
2. Química Inorgánica Medicinal, Metalofármacos y Bioinorgánica
Muchos iones metálicos son esenciales para la vida animal y vegetal, aunque en muchos casos se desconoce su función con certeza. Dos moléculas bioinorgánicas que permiten dimensionar la importancia que tienen los iones metálicos en la existencia de los seres vivos, son la clorofila y el grupo hemo de la hemoglobina. Estas moléculas son compuestos de coordinación con estructuras químicas muy parecidas, en donde la principal diferencia reside en la naturaleza del ion metálico (Figura 1).
En la clorofila el ion metálico es el Magnesio y su función principal es captar la luz solar que les permita a las plantas producir energía a partir del proceso de fotosíntesis. En contraste, el grupo hemo en la hemoglobina contiene al Hierro como ion metálico y su función principal es captar el oxígeno de los alvéolos pulmonares y transportarlo a los tejidos, en donde tomará al dióxido de carbono para trasportarlo a los pulmones para expulsarlo.
El campo del conocimiento que concierne a las aplicaciones de la Química Inorgánica para la terapia o el diagnóstico de enfermedades, es la Química Inorgánica Medicinal. En este sentido, el descubrimiento de las propiedades antitumorales del cisplatino ha sido uno de los mayores avances medicinales para los fármacos basados en el uso de metales y ha permitido un nuevo campo de investigación contra el cáncer basado en metalofármacos. Los iones metálicos poseen propiedades inherentes como estados de oxidación preferentes y geometrías muy diversas gracias al número y estructura de los ligandos. Sin embargo, la reactividad global del complejo metálico también depende del tipo y número de ligandos. La reducción y oxidación del ion metálico, o los ligandos coordinados, substitución de ligandos y reacciones de los ligandos en sitios alejados del metal, son todas reacciones potenciales que pueden inducir cambios en las propiedades químicas y físicas de los complejos metálicos. La Figura 2 lista algunas características de los metales y los complejos metálicos que pueden ser usadas en el diseño de estos compuestos para controlar su reactividad y modular sus propiedades.
El Rutenio es uno de los iones metálicos más prometedores para ser utilizado en la terapia anticáncer. Nuestro interés en el rutenio se debe a que posee una química de coordinación rica, sus complejos generalmente muestran baja toxicidad y en algunos casos tienen la habilidad de mimetizar a los átomos de hierro. Debido a que las células con cáncer se dividen rápidamente y tienen una afinidad alta por el hierro, éstas son fácilmente alcanzadas por los compuestos de rutenio, los cuales se acumulan en una cantidad mayor en las células con cáncer. Los triazenos han sido ampliamente investigados por su potencial farmacéutico y esto ha dado como resultado que dos triazenos, como la dacarbazina y la temozolomida, sean utilizados como fármacos antineoplásicos en el tratamiento de varios tipos de cáncer. Se ha aceptado que la combinación de dos farmacóforos en un solo compuesto puede dar como resultado un efecto sinérgico en las propiedades biológicas. En este contexto, es de nuestro interés combinar moléculas heterocíclicas con iones metálicos como el rutenio para obtener complejos de rutenio y explorar su actividad citotóxica en contra de diferentes líneas celulares de cáncer humano (Figura 3).
La investigación desarrollada en esta temática conduce a la obtención de compuestos basados en el núcleo de piridin-2(1H)-ona, con actividad potencial en la inhibición de la transcriptasa inversa del VIH-1 (Figura 1.). El acoplamiento molecular automatizado con la estructura cristalográfica de la transcriptasa inversa y el núcleo de piridin-2(1H)-ona, permite determinar los requerimientos estructurales necesarios para que los derivados de piridin-2(1H)-ona tengan una afinidad alta hacia la transcriptasa inversa del VIH y puedan inhibir la acción de esta enzima. Estos estudios teóricos se realizan en colaboración con el Dr. José Luis Medina Franco, de la Facultad de Química de la UNAM. Adicionalmente, las pruebas biológicas para determinar si los compuestos sintetizados inhiben la replicación del virus del VIH-1, se llevan acabo en colaboración con la Dra. Leonor Huerta Hernández del Departamento de Inmunología, del Instituto de Investigaciones Biomédicas, de la UNAM.
La Catálisis Asimétrica se ha vuelto el método preferido para sintetizar compuestos ópticamente activos. Con esta metodología, se requiere de una cantidad pequeña de un catalizador ópticamente activo para inducir quiralidad a una gran cantidad de moléculas del producto final. Esta temática de investigación está estrechamente relacionada con la Síntesis Total de Productos Naturales, así como con el diseño y síntesis de moléculas orgánicas quirales y su aplicación catalítica en la transformación selectiva de substratos a productos. Adicionalmente, es de particular interés la obtención de compuestos ópticamente activos mediante síntesis asimétrica, haciendo uso de organocatalizadores que induzcan quiralidad. En este contexto, una herramienta importante que frecuentemente utilizamos en la planeación de la síntesis estereoselectiva, es la determinación de los mecanismos de reacción usando cálculo teórico computacional. Algunas de las reacciones asimétricas que son de nuestro interés son la adición de Michael, las reacciones Aldólicas y la reacción de Mannich (Esquema 1).
Síntesis Total de Productos Naturales y Análogos con Posible Actividad Biológica
El Dr. Aguirre ha trabajado en la Síntesis de Nuevos Saborizantes Derivados de Furano, Síntesis de Ácidos Rubrenóicos con Actividad Broncodilatadora y Síntesis de Alcaloides Ciclopectídicos. Recientemente, trabaja en la síntesis de:Análogos de Papaverina con Potencial Actividad Antituberculosis
Amatamidas con Potencial Actividad Antimicrobiana
Ácidos Cinámicos como Potenciales Antidiabéticos
Ciclobutanos con Potencial Actividad Biológica
Estudios en Estado Sólido:
Reacciones de Fotociclación [2+2] en Estado Sólido
Estudios de Enlaces de Halógenos en el Estado Cristalino
Determinación de la Estructura Cristalina de Compuestos Orgánicos e Inorgánicos por Difracción de Rayos X de monocristal
Fisicoquímica Orgánica:
Modelos para estudios de las interacciones π-π y estudio por RMN
Organocatalizadores Fotoconmutables (Interruptor Molecular Fotoinducido)
