Uma macromolécula, estrutura molecular interpenetrada de um tipo designado rotaxano, capaz de reconhecer seletivamente iodeto de outros halogenetos (brometo e cloreto) em água, foi reportada por Vítor Félix e Igor Marques ,Investigadores do CICECO (Universidade de Aveiro), em pareceria com os Investigadores Paul Beer, Matthew Langton e Sean Robinson da Universidade de Oxford na Nature Chemistry, publicação que lhe atribuiu honras de capa. A equipa do CICECO investigou o mecanismo de reconhecimento destes halogenetos, por métodos simulação molecular tendo os resultados teóricos sido fundamentais para a compreensão dos dados experimentais.

Ao longo da última década, o grupo de modelação molecular liderado por Vítor Félix, professor do Departamento de Química, investigador do Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos (CICECO) e da Secção Autónoma de Ciências da Saúde, tem colaborado ativamente com o grupo liderado por Paul Beer, professor da Universidade de Oxford, no desenvolvimento dos chamados macrociclos e de moléculas interpenetradas (designadas rotaxanos ou catenanos) capazes de captarem seletivamente aniões em solventes orgânicos ou misturas aquosas de solventes orgânicos. O reconhecimento de aniões em água não é um processo trivial, sendo necessário considerar diversas variáveis em simultâneo, como por exemplo, solubilidade do recetor, pH e/ou competitividade das moléculas de água para os locais de reconhecimento do recetor devido à formação de ligações de hidrogénio.

O rotaxano reportado no artigo “Halogen bonding in water results in enhanced anion recognition in acyclic and rotaxane hosts” é constituído por um macrociclo que circunda o eixo de uma estrutura em forma de haltere, formando uma cavidade tridimensional capaz de reconhecer seletivamente iodeto em água através ligações de halogéneo e de hidrogénio cooperativas (ver vídeo abaixo, onde as ligações de hidrogénio entre o anião e o macrociclo são representadas por linhas tracejadas a amarelo, enquanto que as ligações de halogénio entre o anião e o haltere por linhas tracejadas de cor púrpura). Este feito representa um marco importante para o desenvolvimento da química supramolecular e, em particular, na colaboração entre estes dois grupos de investigação.

Em paralelo à investigação em ligações de halogéneo, o grupo de modelação molecular tem dedicado uma atenção particular ao design e investigação computacional de bibliotecas de pequenas moléculas para o transporte através da membrana celular de aniões, dado que a desregulação do transporte de cloreto através da membrana celular está associado ao desenvolvimento de diversas patologias, entre elas a fibrose quística.

Uma ligação de halogéneo é o resultado da interação eletrostática entre uma estrutura química doadora e outra recetora de eletrões. Muito recentemente, estas interações não covalentes têm merecido da comunidade científica um interesse crescente, dada a sua aplicação em diversas áreas como catálise, design e reconhecimento molecular, transporte através da membrana celular, biologia estrutural e química medicinal.

Estes estudos teóricos são efetuados em modelos de membranas celulares, utilizando meios computacionais de alta performance (GPU) e software dedicado.

Neste contexto, o trabalho reportado na edição de dezembro da Nature Chemistry abre também novas perspetivas para o desenvolvimento racional de transportadores de aniões.