Calix[4]pyrrole-Based Receptors for Biologically Relevant Polar Molecules: From Organic to Aqueous Media

Abstract

Aquesta tesi doctoral tracta sobre la síntesi i els estudis d'enllaç de receptors basats en calix[4]pirroles aril-estesos. Es descriu una nova metodologia sintètica per a la síntesi de calix[4]pirroles aril-estesos funcionalitzats amb grups solubilitzants en aigua allunyats del lloc d'enllaç. Aquesta estratègia evita possibles pertorbacions durant la formació de complexos i permet la futura construcció de receptors més elaborats. Es descriuen els estudis d'enllaç d’aquests receptors amb derivats de N-òxids de piridina en aigua. Els resultats obtinguts remarquen la capacitat de la cavitat aromàtica per protegir i assegurar la formació d'interaccions d'enllaços d’hidrogen en aigua. També descrivim la síntesi d'un nou receptor monofosfonat per al reconeixement selectiu de creatinina neutra i el catió creatinini en dissolució orgànica. Els nostres estudis demostren que el nou receptor monofosfonat és capaç de formar complexos amb creatinina i amb el catió creatinini amb estequiometries 1:1: i 1:2 (receptor:lligand), respectivament. Es demostra la importància del grup polar fosfonat en la formació dels complexos. Cal destacar, que el nou receptor monofosfonat s’ha utilitzat per construir un elèctrode selectiu d'ions per a la detecció i quantificació de creatinina en fluids biològics. També hem estudiat la formació de complexos de creatinina en aigua amb nous receptors bisfosfonat solubles en aigua, que incorporen els grups solubilitzants al final de les cadenes meso-alquíliques de l'estructura del calix[4]pirrol. Contràriament als resultats obtinguts en dissolució orgànica, la presència dels grups polars fosfonat en dissolució aquosa desfavoreix la formació de complexos a causa d'una major solvatació. Finalment es descriu la síntesis d’un receptor monofosfonat fluorescent basat en calix[4]pirroles aril-estesos. El receptor ha estat emprat en la detecció de creatinina en dissolució orgànica mitjançant tècniques de fluorescència.

Esta tesis doctoral trata sobre la síntesis y estudios de enlace de receptores basados en calix[4]pirroles aril-extendidos. Describimos una nueva metodología sintética para la síntesis de calix[4]pirroles aril-extendidos funcionalizados con grupos solubilizantes en agua alejados del sitio de enlace. Esta estrategia evita posibles perturbaciones durante la formación de complejos y permite la futura construcción de receptores más elaborados. Reportamos nuestros estudios de enlace de dichos receptores con derivados de N-óxidos de piridina en agua. Los resultados remarcan la habilidad de la cavidad aromática para proteger y asegurar la formación de interacciones de enlace hidrógeno en agua. También describimos la síntesis de un nuevo receptor monofosfonato para el reconocimiento selectivo de creatinina neutra y del catión creatininio en disolución orgánica. Nuestros estudios demuestran que el nuevo receptor monofosfonato es capaz de formar complejos con creatinina y con el catión creatininio con estequiometrias 1:1: y 1:2 (receptor:ligando), respectivamente. Se ha podido demostrar la importancia del grupo polar fosfonato en la formación de los complejos. Cabe destacar que el nuevo receptor monofosfonato se usó para construir un electrodo selectivo de iones para la cuantificación de creatinina en fluidos biológicos. Hemos estudiado la formación de complejos de creatinina en agua con nuevos receptores bisfosfonato solubles en agua, que incorporan los grupos solubilizantes al final de las cadenas meso-alquílicas de la estructura de calix[4]pirrol. Contrariamente a los resultados obtenidos en disolución orgánica, la presencia de los grupos polares fosfonato en disolución acuosa desfavorece la formación de complejos debido a una mayor solvatación. Finalmente hemos descrito un receptor monofosfonato fluorescente basado en calix[4]pirroles aril-extendidos. El receptor se ha aplicado para la detección de creatinina en disolución orgánica mediante fluorescencia

This doctoral thesis deals with the synthesis and binding studies of novel receptors based on aryl-extended calix[4]pyrrole scaffolds. Specifically, we describe a new synthetic methodology for the synthesis of water-soluble aryl-extended calix[4]pyrrole functionalized with water solubilizing groups distal to the binding site. This strategy avoids possible perturbation during the complex formation and permits the future construction of more elaborated receptors. We report the binding studies of these new water-soluble receptors with a series of pyridine N-oxides derivatives in water. The results obtained highlighted the ability of the aromatic cavity to protect and ensure the formation of hydrogen-bonding interactions in water. We also describe the synthesis of a new monophosphonate receptor for the selective recognition of neutral creatinine and creatininium cation in organic solution. Our studies demonstrate that the new monophosphonate receptor is able to form complexes with creatinine and creatininium cation with 1:1 and 1:2 (host:guest) stoichiometries, respectively. We demonstrate the importance of the polar phosphonate group in the formation of these complexes. It is worthy to notice that the new monophosphonate receptor was also used to construct an ion-selective electrode for the quantification of creatinine in biological fluids. We have studied the complexation of creatinine in water by newly synthesized water-soluble bisphosphonate receptors that incorporate the water solubilizing groups at the end of the meso-alkyl chains of the calix[4]pyrrole scaffold. In contrast to the results obtained in organic solution, the presence of the polar phosphonate group in aqueous solution works against the complex formation due to solvation effects. Finally, we describe a fluorescent monophosphonate aryl-extended calix[4]pyrrole receptor. The receptor is used for the sensing of creatinine in organic solution