Tradicionalmente, los péptidos se han considerado como malos candidatos para convertirse en fármacos, sin embargo, cada vez más se está cambiando está visión y se están ampliando los esfuerzos para incrementar sus aplicaciones dentro del campo terapéutico. Para ello es necesario llevar a cabo modificaciones que permitan minimizar sus desventajas como pueden ser la rápida degradación por enzimas, o la poca capacidad de traspasar membranas biológicas. La química juega un papel crucial en este sentido, ya que mediante una gran variedad de modificaciones en las estructuras peptídicas (ciclación, modificación de extremos, unión a biomoléculas) se pueden mejorar su perfil como potenciales fármacos. La presente tesis doctoral se ha centrado en el desarrollo de metodologías sintéticas para la preparación de péptidos, tanto lineales como cíclicos, y otros derivados peptídicos. En concreto, se ha trabajado en una estrategia basada en la unión de los aminoácidos al soporte sólido a través de su cadena lateral. Habitualmente, este tipo de aproximación está reservada a aminoácidos con cadenas laterales con grupos funcionales fácilmente modificables, sin embargo, este trabajo se ha centrado en los aminoácidos triptófano y fenilalanina. Desde el punto de vista del triptófano se ha desarrollado un tipo de unión al soporte polimérico basada en un enlace hemiaminal. Para ello, se han derivatizado los soportes poliméricos con espaciadores de tipo dihidropiranilo y se llevado a cabo la reacción con un derivado de triptófano (Fmoc-Trp-OAlilo). Una vez optimizadas las condiciones, tanto de acoplamiento del aminoácido como de su posterior liberación por tratamiento acidolítico, con bajas concentraciones de TFA, se ha llevado a cabo la síntesis de diferentes péptidos modelo para demostrar la versatilidad de la metodología. Se han preparado una dicetopiperacina (Brevianamida F), el octapéptido cíclico Axinelina B y el heptapéptido cíclico Unguisina A. En relación a la fenilalanina, ésta se ha unido a un soporte polimérico de tipo piperacino (amina secundaria) utilizando el derivado Fmoc-Phe(pNH2)-OAlilo, mediante la formación de un enlace triaceno. Desde el punto de vista sintético, el triaceno es considerado a la vez como un posible espaciador que no deja traza y también como un espaciador multifuncional. Estos dos conceptos se han aplicado a la síntesis de diferentes péptidos modelo (lineales, cíclicos, modificados en N- o C-terminal). En cuanto al primer concepto, se ha comprobado que tras la liberación de los productos anclados a la resina en condiciones acidolíticas, con bajas concentraciones de TFA, se obtienen las correspondientes sales de diazonio que, tras reducirlas con Fe2SO4.7H20, permiten regenerar el anillo de fenilalanina sin modificación alguna que indique cuál ha sido el punto de unión del aminoácido. Por otra parte, respecto al concepto multifuncional, también se ha comprobado que, únicamente variando las condiciones de desanclaje, es posible obtener derivados con diferentes funcionalizaciones en la posición para del anillo de fenilalanina. Concretamente se han preparado los derivados H, OH, OMe, N , I, F. 3 Finalmente, también se ha evaluado la versatilidad de esta metodología basada en la fenilalanina para preparar un tipo de derivados conocidos como peptinas, unas moléculas estructuralmente muy complicadas que se caracterizan por tener un sistema tricíclico de carácter peptídico, además de varios centros quirales, y que presentan actividades biológicas como ligandos de receptores acoplados a proteínas G (GPCRs). Se ha sintetizado una quimioteca con diferentes análogos de peptina, sus precursores lineales y también los correspondientes conjugados con dos estructuras privilegiadas como son la indoloquinolicidina y el (1S,2R)‐1‐amino‐2‐indanol y se ha testado su actividad biológica frente a diferentes GPCRs, concretamente receptores de adenosina, dopamina y serotonina. / This doctoral thesis has focused on the development of synthetic methodology for the solid phase synthesis of peptides, based on the attachment of the first amino acid to the resin by its side chain. This methodology is usually applied to amino acids with side chain functional groups which are easily modified. However, this work is focused in two residues which are not included in this group: tryptophan and phenylalanine. Regarding the tryptophan, it has been coupled to dihydropyranyl-modified solid supports by the formation of a hemiaminal bond using the derivative Fmoc-Trp-OAllyl. After the optimization of both the coupling of the amino acid and the cleavage step, using low concentrations of TFA, a synthesis of several model peptides has been carried out. These peptides include a diketopiperazine (Brevianamide F) a cyclic octapeptide (Axinelin B) and a cyclic heptapeptide (Unguisin). Considering the phenylalanine residue it has been coupled to piperazino-modified solid supports by the formation of a triazene bond using the derivative Fmoc-Phe(pNH2)-OAllyl. From the chemical point of view, the triazene linkage is considered both a traceless linker and a multifunctional linker. About the first concept, it has been observed that after the cleavage of the products from the resin, using low TFA concentrations, the corresponding diazonium salts are obtained, which can be reduced by treatment with Fe2SO4.7H20, thus regenerating the phenylalanine ring with no chemical traces of the position used to link the residue to the resin. On the other hand, concerning the multifunctional concept, it has been possible to obtain several derivatives with different functional groups (H, OH, OMe, N3, F, I) at the para position of the phenylalanine ring, simply by changing the cleavage conditions. Finaly, the abovementioned methodology has been used to prepare some cyclic peptide derivatives known as peptines, which are structurally very complex and synthetically demanding. A chemical library including peptines, their linear precursors, and their corresponding conjugates with indoloquinolicidine and (15,2R)-1-amino-2-indanol moieties has been synthesized, and the activity of the compounds as GPCR ligands (adenosine, dopamine, serotonine receptors) has been tested.

La recerca en el nostre grup està centrada principalment en el desenvolupament de noves transformacions i metodologies catalitzades per or i la seva aplicació en la síntesis de productes naturals. Així doncs, la metodologia desenvolupada prèviament per a la heterohidroarilació intramolecular d’alquins catalitzada per or, es va considerar com una potencial estratègia per a la síntesis de les lundurines A–C. L’elaboració d’un mètode eficient per generar el centre estereogènic present al C20 va conduir al desenvolupament d’una reacció tàndem de condensació / lactamització / reordenament Claisen. El gran nivell d’enantioselectivitat d’aquesta transformació es va aconseguir mitjançant l’ optimització de l’auxiliar quiral. L’elevada selectivitat observada en la reacció d’ hidroheteroarilació emprant Au(I) com a catalitzador va ser utilitzada per a la formació de l’anell “polihidroazocí”. A més, es va descobrir una nova ciclopropanació intramolecular d’ indols mitjançant la formació d'una pirazolina i la posterior formació d'enllaços C-C a través de la pèrdua de dinitrogen i àcid toluenosulfínic. En el curs de les nostres investigacions, es va observar una migració olefínica que té lloc a través d'un reordenament vinilciclopropà retro-ene / ene i es va aplicar a la síntesi d'aquesta família d'alcaloides. Les síntesis totals racèmica i enantioselectiva de les lundurines A-C va dur-se a terme a partir d’un precursor d’alquí comú. Va ser possible assignar la configuració absoluta de lundurina C com (5aR, 5bS, 6aR, 12aR) a partir de l'estructura cristal·lina de raigs X de la seva sal d'amoni N-Me. La reacció totalment diastereoselectiva de cicloisomerització d’ 1,5–enins catalitzada per or es va aplicar com el pas clau en la síntesi total de cannabimovone i anhydrocannabimovone (9). També es va revisar l'estereoquímica de la fusió de l'anell de l’ anhydrocannabimovone per cristal·lografia de raigs X i càlculs DFT. / La investigación en nuestro grupo se centra principalmente en el desarrollo de nuevas transformaciones y metodologías empleando catálisis de oro y su aplicación en la síntesis de productos naturales. Así, se consideró la heterohidroarilación intramolecular de alquinos catalizada por oro(I), previamente desarrollada, como una estrategia prometedora para la síntesis de las lundurinas A–C. La elaboración de un método eficaz para generar el centro estereogénico C20 requerido resultó en el desarrollo de una condensación / lactamización / transposición de Claisen tandem. La buena enantioselectividad de esta transformación se consiguió mediante la optimización del auxiliar quiral. Se aprovechó la alta selectividad de la hidroheteroarilación 8-endo-dig usando oro(I) como catalizador para construir el anillo de polihidroazocina. Se ha descubierto una nueva ciclopropanación intramolecular de indoles que transcurre mediante la formación de una pirazolina y consiguiente formación del enlace C–C con pérdida de dinitrógeno y ácido toluensulfónico. A lo largo de nuestras investigaciones, se ha encontrado una migración de olefinas remarcablemente fácil a través de una transposición retro-eno / eno de un vinilciclopropano, y se ha aplicado en la síntesis de esta familia de alcaloides. En la síntesis total tanto racémica como enantioselectiva de las lundurinas A–C se ha desarrollado y aplicado con éxito una estrategia unificada. La configuración absoluta de la lundurina C se ha asignado como (5aR,5bS,6aR,12aR) por difracción de rayos X de la estructura cristalina de su sal de amonio N-Me. La cicloisomerización completamente diastereoselectiva de 1,5-eninos sencillos catalizada por oro(I) se aplicó como paso clave en la síntesis total de cannabimovone y anhydrocannabimovone. También se revisó la estereoquímica de la fusión de anillos de anhydrocannabimovone mediante cristalografía de rayos X y cálculos DFT. / Research in our group is focused primarily upon the development of new transformations and methodologies employing gold catalysis and on their application to the total synthesis of natural products. Thus, the previously developed gold(I)-catalyzed intramolecular hydroheteroarylation of alkynes was considered a promising strategy for the synthesis of lundurines A–C. The elaboration of an efficient method to generate the required C20 stereocenter resulted in the development of a tandem condensation / lactamization / Claisen rearrangement. The good level of enantioselectivity for this transformation was achieved by optimization of the chiral auxiliary. We took advantage of a highly 8-endo-dig selective hydroheteroarylation using gold(I) as the catalyst in order to build the polyhydroazocine ring. A new intramolecular cyclopropanation of indoles by formation of a pyrazoline and subsequent C–C bond formation through loss of dinitrogen and toluenesulfinic acid has been discovered. In the course of our investigations, a remarkably facile olefin migration through a vinylcyclopropane retro-ene / ene rearrangement was found and applied to the synthesis of this family of alkaloids. A unified has been developed and successfully applied to the racemic and enantioselective total syntheses of lundurine A–C. The absolute configuration of lundurine C has been assigned as (5aR,5bS,6aR,12aR) by the X-ray crystal structure of its N-Me ammonium salt. The fully diastereoselective gold(I)-catalyzed cycloisomerization of simple 1,5-enynes was applied as the key step in the total synthesis of cannabimovone and anhydrocannabimovone. We also revised the stereochemistry of the ring fusion of anhydrocannabimovone by X-ray crystallography and DFT calculations.

El presente trabajo está centrado en la síntesis enantioselectiva de la cadena polihidroxílica presente en los productos marinos oscillariolida y formidolidas. Estas moléculas se pueden dividir en tres fragmentos; la cadena polihidroxílica, el macrociclo y el ácido graso. El presente trabajo está centrado en la síntesis enantioselectiva de la cadena polihidroxílica y el estudio en la unión del poliol y el macrociclo. La parte central del poliol se construye utilizando diferentes estrategias basadas en adiciones aldólicas. En la primera etapa se estudian auxiliares quirales como oxazolidinonas. El mejor resultado se observa con la (R)-4­benciloxazolidinona consiguiendo el aldol deseado con un exceso diatereomérico excelente y con buenos rendimientos. En la siguiente adición aldólica la inducción asimétrica es dirigida por los sustratos y se elabora un estudio para conseguir los aldoles de interés con excesos diasteroméricos y rendimientos satisfactorios. Se realizan adiciones aldólicas tipo acetato utilizando diferentes ácidos de Lewis como derivados de B o Ti, se aplica la variación de la las adiciones aldólicas tipo Mukaiyama y se prueba la adición de ácidos de Lewis quirales. Los mejores resultados se obtuvieron con el ácido de Lewis quiral DIP (bis(isopinocanfenil)cloroborano) rindiendo el aldol deseado con un excelente exceso diasteomérico y rendimientos moderados. La configuración absoluta del nuevo estereocentro se realiza utilizando el modelo de Mosher. A continuación, se lleva a cabo la reducción estereoselectiva de ß­hidroxicetonas a un compuesto dihidroxílico utilizando el catecolborono y se llega al intermedio 1,3-sin dihidroxílico con rendimientos y excesos diatereoméricos excelentes. De esta manera se sintetiza el fragmento central de la cadena polihidroxílica. En todo el proceso sintético cabe destacar la importancia de la ortogonalidad de los grupos protectores ya que es imprescindible la buena planificación para las desprotecciones selectivas y compatibilidad con las reacciones futuras. Partiendo del fragmento central de la cadena polihidroxílica, en un extremo se adiciona un derivado de la acroleína mediante la reacción de Barbier para conseguir un intermedio precursor al bromoéter de enol derivado. En el otro extremo, se estudia la adición de derivados organometálicos sobre aldehídos para poder dar como finalizada la síntesis total de la cadena polihidroxílica. Adicionalmente, se ha estudiado la unión del poliol con el macrociclo utilizando substratos modelo. La investigación se basa en la adición de un vinil metal derivado a un formil THF derivado. Se estudian tres metodologías diferentes: control por quelación con metales, carboaluminación y Nozaki­Hiyama-Kishi (NHK). En el estudio se consiguen identificar las mejores condiciones para obtener el producto de la adición con buenos rendimientos y excesos diastereoméricos. En todo este proceso sintético han sido imprescindibles técnicas como RMN (1D y 2D), HPLC, MS e IR. / There are an important number of marine origin molecules with promising bioactivity. The group of polyketide macrolides is an interesting family of molecules where oscillariolide and phormidolide are included. These two molecules contain a common polyhydroxy chain linked to a THF ring. First, oscillariolide was isolated from Oscillatoria sp. which allowed the structural elucidation of the polyhydroxy chain. After that, phormidolide was isolated and that permit the determination of the absolute configuration of the eight polyol stereocenters, which was not achieved until that moment. Although the structure of the polyol has been known during several years, the molecule has not been synthesized yet. The aim of this work is the asymmetric synthesis of the chain. Our target molecules can be separated in three different fragments: a polyhydroxy chain, a macrocycle and a fatty acid. One of the objectives of this work is the synthesis of the polyhydroxy chain and the study of the bond formation between the polyol and the macrocycle. Firstly, aldol condensations using different chiral auxiliaries were studied. Evans auxiliaries such as oxazolidinones and oxazolinthiones were studied. The reactions were performed using different chelating metals, bases, aldehyde protecting groups, and with different reaction times and temperatures. On the other hand, a metal based aldol condensation was carried out between a chiral aldehyde and a ketone. An important influence of the protecting group in the ß-position of the aldehyde on the stereochemical outcome of this transformation is suspected. The elongation of the chain was achieved using strategies bases on addition of organometallic reagents, as Barbier reaction and Reformatsky type reaction. Finally, the bond formation between the polihidroxy chain and the macrocycle of the natural products was studied. This study was carried out using model molecules. Three main methodologies were applied to study the vinylorganometilic reagents additions to chiral 2-formylTHF: chelated controlled organometallic addition, carboalumination and Nozaki-Hiyama-Kishi (NHK) reaction.

Tesi realitzada a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC) / Oxidative stress is one of the most important factors in degenerative diseases like cancer, Alzheimer or in episodes like ischemia. During these processes, reactive species of oxygen (ROS) and nitrogen (RNS) are generated. This fact can cause the chemical modification of important biomolecules, in particular lipids and proteins. The strategy that involves the use of antioxidants and neuroprotective agents to fight against the lesive effects of these species stumbles over the blood-brain-barrier (BBB). This barrier protects the brain from the action of a wide variety of organic molecules and drugs. Thus, it is important to develop novel antioxidant agents with good delivery through the BBB. In our group it was discovered the antioxidant agent 3,4-dihydro-2,2-dimethyl-7-metoxy-1-(2H)-benzopyran (CR-6), an analogue of alpha- and gamma-tocopherols (Figure 1), which is currently used in dermopharmacy and it is also in a phase II trials for anticancer treatment (combined with other drugs). In our present project, one of the main goals is the synthesis of a short library of CR-6 analogues that could improve the pass through the BBB. Accordingly, fourteen novel CR-6 analogues have been synthesized introducing essential nutrients for brain that work as BBB-shuttles at C2 of CR-6 scaffold. The antioxidant activity was evaluated to assure that it does not change by the incorporation of variability at C2 position (the DPPH assay and the in vitro CAA were used). In addition, the BBB permeability was evaluated to compare the BBB bioavailability of these new antioxidant agents with the references CR-6 and Trolox (PAMPA, Caco-2 and BBCEC assays were used). / El estrés oxidativo es uno de los factores etiológicos más importantes en las enfermedades degenerativas como el cáncer, el Alzheimer o en episodios de isquemia. Durante estos procesos, se generan especies reactivas de oxigeno (ROS) y de nitrógeno (RNS) que provocan modificaciones de las biomoléculas como los lípidos, las proteínas y el ADN. El uso de agentes antioxidantes y neuroprotectores ayudan a reducir los efectos lesivos que el estrés oxidativo tiene en el cerebro, por ejemplo. La barrera hematoencefálica o BBB protege al cerebro de la acción de una amplia variedad de moléculas orgánicas y fármacos. Por ello, existe un gran interés en el desarrollo de nuevos agentes antioxidantes con un buen transporte a través de la BBB. En nuestro grupo de investigación se ha desarrollado el agente antioxidante 3,4-dihidro-2,2-dimetil-7-metoxi-1-(2H)-benzopirano (CR-6), un análogo de alfa- y gamma-tocoferol, que en la actualidad se emplea en dermofarmacia y se encuentra en ensayos de fase II para el tratamiento del cáncer (combinado con otros fármacos). En este proyecto se persigue la síntesis de una colección de análogos del CR-6 que mejoren el paso a través de la BBB. De este modo, se han sintetizado catorce compuestos derivados del CR-6 introduciendo nutrientes esenciales del cerebro que actúan como transbordadores de la BBB. La actividad antioxidante de todos estos compuestos se ha evaluado para asegurar que ésta se mantiene al introducir variabilidad en la posición C2 mediante los ensayos del DPPH y el in vitro CAA. A su vez, la permeabilidad de la BBB se ha evaluado para compararla con los compuestos de referencia CR-6 y Trolox a partir de los ensayos in vitro Caco-2, PAMPA y BBCEC.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRBB) / Prolyl oligopeptidase (POP) is an 81-KDa bidomain enzyme which hydrolyses short proline-containing peptides. This enzyme is involved in mnemonic and cognitive processes, and the dysregulation of POP activity is related to mental diseases. Probably, POP modulates the phosphoinositide signalling pathway through protein-protein interactions (PPI). Hence, the development of POP inhibitors is an area of great interest for the treatment of cognitive deficits associated with mental and neurodegenerative diseases. Recently, it has been found that the administration of POP inhibitors increases the clearance of a-synuclein aggregates in vivo, indicating that POP can be related to some extend with the pathogenic conditions of Parkinson’s disease (PD). Probably, this increase in the a-synuclein catabolism might be a consequence of a direct interaction between the two proteins. For this reason, POP inhibitors might be drug candidates for the preventive treatment of PD. Although the X-ray structure of POP is well studied, it is not clear which are the conformational fluctuations responsible for the circulation of substrates and products during the catalytic cycle. Several studies suggest that loops surrounding the active site are involved in a gating mechanism, while others postulate that interdomain separation might expose the active site. Moreover, such conformational transitions might be essential for the recognition events of POP. The elucidation of the conformational landscape of POP is a challenging task due to the high molecular weight of the enzyme. In this PhD thesis we have used a combination of robust biophysical tools (in particular, NMR and SAXS) together with molecular dynamics simulations (MD) in order to decipher the conformational dynamics of POP in solution. In addition, POP was also analysed by ion mobility mass spectrometry, an emerging biophysical tool in structural biology. Finally, we performed preliminary studies of the interaction between POP and a-synuclein by NMR. The results obtained in this PhD thesis demonstrated that POP exists in solution in a slow conformational exchange between open and closed conformations. The conformational transitions involved the periodic separation of the two domains in a hinge-type motion. Relaxation dispersion experiments showed that this long range conformational transition was better described by several independent motions of different amplitudes, stressing the highly dynamic behaviour of POP. Moreover, the analysis of SAXS data complemented by MD simulations found that the interdomain separation caused the inactive arrangement of the active site. This suggests that the separation between domains might be critical for substrate recruitment and product release. Of interest, inhibitors caused the total displacement of this equilibrium towards the stabilized closed conformation, therefore quenching dynamics and the catalytic activity. The study of the interaction between POP and a-synuclein by NMR disclosed that both proteins might be involved in a weak and transient interaction. Of interest, this interaction showed more affinity in the case of POP bound to inhibitors. In this case, interaction specially affected a broad segment of the C-terminal region of a-synuclein. This result suggested that the recognition between the two proteins depends on the conformational state of POP. Therefore, modulating the conformational landscape of POP by inhibitors might control this interaction. In summary, the results obtained in this PhD thesis demonstrated that POP undergo slow exchange between open and closed conformations in solution, and found that inhibitors have deep effects in the native conformational landscape of POP. Of interest, these conformational transitions might be essential for regulating the PPI necessary for the biological function of POP. Hence, the in vivo effects of POP inhibitors might result as a consequence of the alterations in the recognition events of POP. / La prolil oligopeptidasa (POP) es un enzim de 81 KDa que hidrolitza pèptids curts amb contingut en prolina. La POP actua en el sistema nerviós central mitjançant interaccions proteïna-proteïna (IPP), i la seva funció biològica està relacionada amb la memòria i els processos cognitius. Per aquesta raó, els inhibidors de la POP són compostos d’interès terapèutic per al tractament dels dèficits cognitius. Recentment, s’ha descobert que els inhibidors de la POP poden prevenir la patogènesis de la malaltia de Pàrkinson, probablement a través d’una interacció directa entre la POP i l’a-sinucleïna (la principal proteïna causant dels processos neurodegeneratius de la malaltia de Parkinson). Tot i que l’estructura cristal·logràfica de la POP està ben definida, no es sap quines són les transicions conformacionals que permeten completar el cicle catalític de la POP. Probablement, aquesta riquesa conformacional també té un paper rellevant en el control de les IPP. Malauradament, l’estudi conformacional complet de la POP és tot un repte degut al seu elevat pes molecular. En aquesta tesis doctoral s’ha emprat una combinació de tècniques biofísiques avançades (en concret, la resonància magnètica nuclear, la dispersió de raigs X de baix angle, i l’espectrometria de masses de mobilitat iònica) conjuntament amb simulacions de dinàmica molecular, per tal d’analitzar la dinàmica conformacional de la POP en solució. A més, s’ha estudiat la possible interacció entre la POP i l’a-sinucleïna mitjançant experiments de RMN. Els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral han demostrat que la POP es troba en solució en un equilibri conformacional lent entre conformacions obertes i tancades, originades a partir de la separació entre dos dominis. Els inhibidors de la POP causen una gran estabilització de la conformació tancada, amb la qual cosa l’equilibri dinàmic es desplaça totalment cap a aquesta conformació. A més, es va poder detectar una interacció dèbil i transitòria entre la POP i l’a-sinucleïna, que esdevenia especialment afavorida en la presència d’inhibidors. Així, els nostres resultats suggereixen que la diversitat conformacional de la POP es necessària per a la seva funció, i que els inhibidors poden desencadenar la seva funció biològica desplaçant l’equilibri conformacional.

1. Tendència relativa a formar enamines de diferents aldehids i cetones S’ha treballat en l’estudi per RMN de 1H de diverses espècies que estan implicades en reaccions organocatalítiques. L’equilibri entre compostos carbonílics i les seves enamines ha estat estudiat en DMSO-d6. La utilització del (S)-prolinol protegit en forma de TBDPS (1) ens ha permès comparar diferents substrats. S’ha establert una escala sobre la tendència de aldehids i cetones a formar enamines per mitjà de reaccions d’intercanvi per parelles. Les constants d’equilibri van ser determinades per la integració dels senyals corresponents per RMN de 1H. Les enamines més estables són aquelles que estan conjugades amb un anell aromàtic. Les enamines de les cetones tipus 1,3-dioxan-5-ona són sorprenentment estables. Les cetones alifàtiques mostren una baixa tendència a formar enamines. 2. Oxazolidinones i enamines de L-prolina Hem estudiat la capacitat de la prolina (L-Pro) per formar enamines i/o oxazolidinones en DMSO-d6. Els aldehids a-O-substituïts amb L-Pro només donen oxazolidinones, mentre que els aldehids lineals donen enamines i oxazolidinones i les enamines predominen quan el grup enamino està conjugat (amb un anell aromàtic, per exemple). S’ha demostrat que els aldehids quirals a-sililoxi i a-alcoxi derivats tenen una gran tendència a formar oxazolidinona (exo) amb prolina, reduint la capacitat de formació d’enamina i evitant la racemització del centre en a. S’ha demostrat, també, que la 2,2-dimetil-1,3-dioxan-5-ona, tan emprada en reaccions aldòliques catalitzades per prolina, té una gran tendència a formar enamina, a diferència d’altres cetones cícliques. 3. Reaccions aldòliques de 2,2-dimetil-1,3-dioxan-5-ona i aldehids a-substituïts catalitzades per prolina Degut al fet que la 2,2-dimetil-1,3-dioxan-5-ona (dioxanona 12) és una cetona cíclica àmpliament utilitzada en organocatàlisi com a nucleòfil (via la seva enamina) en reaccions catalitzades per prolina i tenint en compte el nostre treball sobre formació d’oxazolidinones i/o enamines amb prolina, s’ha estudiat la reacció aldòlica catalitzada per prolina de 12 amb diferents aldehids a-substituïts La reacció aldòlica no té conversions totals en absència d’aigua tal com s’observa en la reacció monitoritzada per RMN de 1H, essent entre 5 i 25 equivalents d’aigua els necessaris per obtenir conversions totals. L’obtenció de l’aldol com a únic diastereòmer de la reacció posa de manifest que el mètode és potent per a la preparació de poliols. Això és degut, en part, a la formació de l’oxazolidinona de l’aldehid sense passar per la seva enamina. 4. Síntesi total de la (–)-amfidinolida K Hem sintetitzat la ()-amfidinolida K segons la nostra retrosíntesi que implica la desconnexió de la (–)-amfidinolida K (40, C8–C9 i C1–O) en dos fragments, sud-oest (o sud-occidental, 41) i nord-est (o nord-oriental, 42), tal com s’indica a la figura 8. La unió dels dos fragments s’ha dut a terme via reacció d’al·lilació d’Hosomi–Sakurai emprant un aciloxiborà quiral (CAB) per induir l’estereoselectivitat a la reacció. Una reacció de macrolactonització de Yamaguchi o de Shiina tancaria la molècula tot donant lloc a l’anell de 19 membres. El fragment sud-oest, al mateix temps, prové d’una reacció de Negishi entre un bromoalquè comercial (43) i un iodoalquè (44), mentre que el fragment nord-est prové de la reacció aldòlica entre el producte acilat d’Evans 45 i l’aldehid 46. S’ha dut a terme l’optimització de desprotecció de l’alcohol primari del compost 88 amb TBAF amb èxit. Finalment, una macrolactonització en condicions de Shiina i posterior epoxidació de Sharpless ha donat lloc a la síntesi total de la (–)-amfidinolida K. En experiments in vitro amb actina, la (–)-amfidinolida K ha mostrat un fort efecte estabilitzant de la F-actina (aproximadament un 70% respecte a la fal·loïdina). / 1. Relative tendency of carbonyl compounds to form enamines Equilibria between carbonyl compounds and their enamines have been examined by NMR spectroscopy in DMSO-d6. Use of O-TBDPS-protected prolinol (1) as amino-catalyst has allowed us to compare many substrates. A general scale of the tendency of carbonyl compounds to form enamines has been established by means of the exchange reaction between pairs. Equilibria constants were easily determined from the integration of the corresponding 1H NMR peaks. The most stable enamines are those conjugated with an aromatic ring (provided that there is no steric inhibition of the resonance). 1,3-Dioxan-5-one enamines are surprisingly stable. Aliphatic ketones show a very low trend to form enamines. 2. Oxazolidinone/enamine ratios in the reactions of aldehydes and ketones with proline The trend of (S)-Pro (Pro) and carbonyl compounds to form enamines or oxazolidinones in DMSO-d6 has also been examined (Fig 4). a-Substituted aldehydes and Pro have a tendency to afford oxazolidinones rather than enamines, preventing the racemization of a-stereocenters. The oxazolidinone/enamine ratios has been examined in the reaction of Pro with aldehydes and ketones. 3. Proline-catalyzed aldol reaction of 2,2-dimethyl-1,3-dioxan-5-one with a-substituted aldehydes We have examined the aldol reaction of 2,2-dimethyl-1,3-dioxan-5-one with (S)-2-(tert-butyldiphenylsilyloxy)propanal, (S)-2-(tert-butyldimethylsilyloxy)propanal and (S)-2-(4-methoxybenzyloxy)propanal using Pro as the catalyst. The addition of water (5-25 equiv.) plays an important role in order to release the aldehyde from the oxazolidinone species. Complete conversions have been achieved when the aldol reaction was carried out during 40 h in presence of water. 4. Total synthesis of (–)-amphidinolide K (–)-Amphidinolide K is a cytotoxic macrolide that was isolated from a marine Amphidinium sp. dinoflagellate by Kobayashi et al. Williams and Meyer, who achieved the syntheses of several stereoisomers, including the enantiomer of amphidinolide K, concluded that the absolute configuration of the natural product is 40. A total synthesis of 40 has been recently reported by Lee et al. We have reported now a second total synthesis of the natural enantiomer. Our synthesis of (.)-amphidinolide K is based on the asymmetric allylation of enal C9-C22 with allylsilane C1-C8. The final macrolactonization was achieved by the Shiina method in good yield. The synthesis of fragment C1-C8 was attained by Negishi coupling. The required alkenyl iodide was prepared by in situ hydrozirconation-iodination from the corresponding alkyne. The key step in the formation of fragment C9-C22 is the indicated Evans aldol reaction.

La presencia de contaminantes y residuos químicos en los alimentos es un problema que actualmente genera gran preocupación, ya que presenta importantes implicaciones para la salud y la seguridad pública. En este sentido, el uso indiscriminado, inadecuado y/o fraudulento de fármacos veterinarios puede dar lugar a la presencia de residuos de los mismos en los alimentos de origen animal, entrando de esta forma en la cadena trófica y ocasionando riesgos para la salud. Por otro lado, este tipo de residuos puede ser liberado al medioambiente directamente o indirectamente a través de la utilización del estiércol procedente de animales tratados, generando de esta manera la contaminación de suelos y aguas. En el caso de los antibióticos, la presencia de cantidades residuales en alimentos y en el medioambiente ha sido identificada como una de las causas de la aparición de mecanismos de resistencia a los antimicrobianos por parte de patógenos que causan enfermedades humanas, lo que es motivo de gran preocupación por parte de las autoridades sanitarias, diferentes agencias y organizaciones gubernamentales y de la sociedad en general. Por lo tanto, existe la necesidad de garantizar la seguridad y la calidad de los productos alimenticios, tal es así que los consumidores son cada vez más exigentes, obligando a la industria alimenticia a tener en cuenta sus preocupaciones, en términos de una producción de alimentos más naturales, ecológicos y saludables con un origen claramente rastreable de todos sus ingredientes. En esta tesis se describe la investigación realizada respecto al desarrollo de técnicas de análisis alternativas que permitan incrementar la eficiencia del control de residuos de antibióticos en alimentos, en base a la utilización de receptores selectivos (anticuerpos). Concretamente, el objetivo final de esta tesis se enfocó al desarrollo de técnicas inmunoquímicas e inmunosensores para la detección de residuos de antibióticos de tipo quinolona en leche. En este sentido, la producción de anticuerpos con selectividad de clase para quinolonas, una de las familias de antibióticos más importante en el ámbito veterinario, ha sido uno de los objetivos principales de este trabajo de investigación. De esta manera, se ha abordado la producción de dichos anticuerpos mediante el diseño racional y síntesis de los haptenos apropiados, utilizando el criterio químico y herramientas de modelización molecular. La evaluación de las características de los anticuerpos generados se ha realizado a través del desarrollo de ensayos de tipo ELISA en microplaca. Los resultados muestran que ha sido posible obtener anticuerpos de clase selectivos para quinolonas, ya que pueden ser detectados hasta diez congéneres de dicha familia con una detectabilidad adecuada para los requerimientos de la Comisión Europea. A su vez, se han desarrollado los protocolos necesarios para la aplicación de estos procedimientos inmunoquímicos al análisis de muestras de leche, estableciéndose un formato semicuantitativo capaz de identificar claramente las muestras libres de quinolona de las contaminadas. Asimismo, los inmunoreactivos y procedimientos inmunoquímicos establecidos se han implementado en un dispositivo inmunosensor amperométrico, basado en la utilización de partículas magnéticas. En este caso, a pesar de la complejidad de la leche, el uso de partículas magnéticas ha permitido la eliminación de las posibles interferencias causadas por los componentes de la matriz, pudiéndose realizar mediciones cuantitativas directamente en muestras de leche, sin ningún tratamiento de muestra adicional o etapa de extracción. Dicho inmunosensor es capaz de detectar hasta siete quinolonas diferentes por debajo de los límites máximos de residuos (LMRs) definidos por el Comisión Europea para la leche, ofreciendo una estrategia prometedora para el análisis in situ, rápido, simple y de bajo costo, de antibióticos de tipo quinolona en muestras complejas. / In this thesis, research on the development of alternative analysis techniques increasing the efficiency of the control of antibiotic residues in food is described based on the use of selective (antibodies) receptors. Particulary, the final objective of this thesis was focused to the development of immunochemical techniques and immunosensors for detection of quinolone antibiotic residues in milk. In this sense, the production of class selectivity antibodies for quinolones, one of the most important families in the veterinary antibiotics, has been one of the main objectives of this research. The production of antibodies has been addressed by rational design and synthesis of suitable haptens, by means chemical criteria and molecular modeling tools. The evaluation of the characteristics of the antibodies produced was performed by developing microplate ELISA test. Results show that it has been possible to obtain class selective antibodies for quinolones, able to detected up to ten quinolones with suitable detectability for the requirements of the European Commission. Moreover, protocols for the implementation of these immunochemical methods to the analysis of milk samples have been developed, establishing a semiquantitative format able to clearly identify quinolone free samples from the contaminated. Also, the established immunochemical procedures and immunoreagents developed have been implemented in an amperometric immunosensor device based on the use of magnetic particles. In this case, despite the complexity of the milk, the use of magnetic particles has allowed the elimination of potential interference by matrix components, being able to make quantitative measurements directly in milk samples without any further sample treatment or extraction step. The immunosensor is able to detect up to seven different quinolones below the maximum residue limits (MRLs) established by the European Commission for milk, offering a promising strategy for the in situ, fast, simple and inexpensive analysis of quinolones in complex samples.

El grup prostètic hemo és un component essencial de moltes proteïnes, com l'hemoglobina, la mioglobina i els citocroms. Existeixen quatre reaccions concatenades en la síntesi del grup hemo que són comunes en els diferents regnes animal, vegetal, i bacterià. Dues d'aquestes reaccions estan catalitzades per l'enzim Porfobilinogen Desaminasa (PBGD) i l'enzim Uroporfirinogen III Sintasa (U3S). Alteracions en l'activitat enzimàtica de la U3S donen lloc a una malaltia, la Porfíria Eritropoiètica Congènita (PEC). En les últimes dècades s'han incrementat els anàlisis genètica a pacients, facilitant una gran quantitat d'informació que relaciona aquesta malaltia amb alteracions en la seqüència d'aminoàcids de l'enzim U3S. Per determinar l'activitat enzimàtica dels enzims mutants relacionats amb la patologia s'han clonat, expressat i purificat les 25 mutacions puntuals patogèniques trobades en pacients, així com les proteïnes U3S salvatge i PBGD (necessària per dur a terme l'assaig enzimàtic). Els resultats de l'activitat relativa d'aquests enzims mutants poden explicar un seguit de fenotips, però no la seva totalitat. De fet, l'anàlisi dels resultats de l'activitat enzimàtica ha revelat que la gran majoria de les mutacions retenen una gran quantitat de l'activitat catalítica de la forma salvatge.Per entendre l'efecte d'algunes mutacions, s'ha realitzat un detallat estudi estructural i termodinàmic d'aquestes proteïnes. Amb aquest objectiu, s'ha determinat l'estabilitat cinètica d'aquestes proteïnes mutants respecte a la proteïna salvatge, i s'ha observat que en alguns casos, la mutació afecta l'estabilitat de l'enzim. Aquests estudis han permès identificar una regió helicoïdal de la proteïna imprescindible per al manteniment de l'estructura nativa.Per altra banda, s'havia descrit que la mutació C73R es trobava present en més d'un terç dels pacients de PEC, sent una mutació associada als fenotips més greus. Amb la col·laboració del Dr. Juan Manuel Falcón i el seu equip, i amb l'objectiu d'entendre l'efecte d'aquesta mutació en els sistemes vius, s'han realitzat una sèrie d'experiments in vivo que han permès determinar l'estabilitat relativa de la mutació C73R en l'entorn cel·lular, essent aquesta molt inferior respecte a l'enzim salvatge i mostrant un patró de degradació intracel·lular prematur. Nombrosos estudis han posat de manifest la possibilitat de manipular el plegament proteic dins de la cèl·lula mitjançant la utilització de "xaperones químiques". S'ha vist que l'ús d'aquests compostos pot aplicar-se en varies malalties associades amb pèrdues de la funció degudes a mutacions desestabilitzants. Estudis preliminars amb "xaperones químiques" han permès retenir la proteïna mutant C73R intracel·lular evitant-ne la degradació, obrint així, una nova línia d'investigació terapèutica. / The term porphyria describes a family of autosomal diseases produced by the existence of one or more mutations in any of the enzymes in the heme group biosynthetic pathway. In particular, a deficient Uroporphyrinogen III Synthase (U3S) activity is ultimately responsible for the human Congenital Erythropoietic Porphyria (CEP). The severity of the disease is usually related to the residual enzyme activity. In an effort to better understand the relationship between U3S malfunction and CEP, we set out to obtain a detailed characterization of the 25 pathogenic missense mutations of U3S. Comparing the enzymatic activity results, we demonstrate that in some cases, enzyme activity is not the only explanation for the severity of the disease. Our hypothesis is that mutants can also alter protein unfolding thermodynamics, so stability properties of U3S have been investigated. We have demonstrated that protein unfold takes place so fast in a subset of mutations that retain most of the synthase activity, which explain their CEP phenotype. Furthermore, an important key helix for protein stability has been identified.Through collaboration with Dr. Juan Manuel Falcón, in vivo behaviour of the wild-type human U3S and the most frequently mutation found in CEP patients, C73R mutation, have been investigated. Preliminary results indicate that C73R mutant is expressed in some mammal cells, but its in vivo stability is lower than in case of the wild-type. Our recent experiments with chemical chaperones have increased C73R mutant in vivo stability, suggesting a new potential therapeutic treatment.

Nowadays in the world there is a very big problem associated with two factors related to each other. The first factor is the increase in the resistant of certain bacteria, especially the bacteria from the ESKPAE group. The second factor is the dramatically decrease of new antibiotics approved by the FDA. These two problems show that there is an urgent need to find new antibiotics active against these resistant bacteria. In this thesis, we have tackled two different topics closely related in the race to find new antimicrobials. The first topic tackled was the knowledge of the mechanism of resistance of Gram-negative (A. nosocomialis) and Gram-positive (S. mitis) bacteria. The two antibiotics studied were peptides, colistin and daptomicin, these two peptides are resistant to A. nosocomialis and S. mitis, respectively. Both peptides had a similar mechanism of action related to the membrane of bacteria, therefore we are going to focus just in the modifications in the membrane of the strains resistant to the antibiotic peptides. In S. mitis it was observed, using proteomic techniques, that two proteins related with the membrane were observed. These two proteins has some homologue domains to several proteins involved in daptomycin resistant in S. aureus and Enterococci. In A. nosocomialis, the bacteria showed a high tolerance to colistin, and at 8 mg/L an inflexion point is observed. In this inflexion point, the MIC of colistin, against bacteria increase from <0.1 mg/L to 128 mg/L. These bacteria with high resistance to colistin showed no production of LPS due to the fact that mutations and a stop codon in lpxD gene were observed. This gene is involved in the synthetic pathway of the LPS. Apart from the understanding of the mechanism of action of peptide antibiotics, we have proposed several peptides and peptidomimetics against Acinetobacter species. We have used two different approaches. The first approach is the normal approach, testing several peptides or peptidomimetics against the desired bacteria. The first peptides tested were commercially available, and we found mastoparan that was active against both colistin-susceptible and colistin-resistant A. baumannii. This peptide was optimized specially in terms of stability in human serum. After several in vivo trials we did not observe any activity of the peptides tested, however we found a very strong bindoing with some proteins present in the human serum. Frog skin secretions peptides were also tested against colistin-susceptible and colistin-resistant Acinetobacter species, the results obtained were really interesting specially in two peptides. The last peptides tested were peptidomimetics. These peptidomimetics act as an antimicrobial peptide, with two different faces, one face with a cation charge and the other very amphipathic. These peptidomimetics are analogues from the original structure of cholic acid, the structure was modified in order to have antibacterial activity that was found in colistin-susceptible and colistin-resistant A. baumannii, K. pneumonia and P. aeruginosa. The second approach was completely different, in this case the idea was to block the virulence of bacteria caused by OmpA. This protein is involved in the adherence between bacteria and host cells, therefore several hexacylcic peptides were synthesized in order to inhibit the action of this protein. The results obtained were satisfactory, obtaining good activity in both in vitro and in vivo. / Actualment al mon hi ha un greu problema derivat de dos factors relacionats, el primer factor es el increment de la resistència, especialment del bacteris del grup ESKAPE. El segon factor es la disminució dràstica en el nombre d’antibiòtics aprovats per la FDA. Aquests dos problemes fan que hi hagi una urgència per trobar nous antimicrobians efectius en front d’aquestes soques resistents. En aquesta tesi hem abordat dos temes diferents però que estan relacionats a la hora de trobar nous antibiòtics. El primer tema abordat es el de conèixer a fons els mecanismes de resistència de certs antibiòtics, en aquest cas peptídics, en front diferents tipus de soques tant Gram-positives (S. mitis) com Gram-negatives (A. nosocomialis). Els dos antibiòtics peptídics pels que s’ha estudiat la resistència son daptomicina i colistina, en front de S. mitis i A. nosocomialis respectivament. Ambdós pèptids actuen a nivell de membrana, per tant ens centrarem en veure les modificacions produïdes en els soques resistents. Per part de S. mitis resistent a daptomicina, es pot veure una sobreexpressió de dues proteïnes que tenen dominis homòlegs amb altres proteïnes involucrades en la resistència a daptomicina en altres bacteris. En la resistència a colistina es pot apreciar com les soques resistents d’A. nosocomialis presenten una deficiència del LPS. També hem proposat diferents alternatives com a nous antibiòtics, en aquest cas en front de soques A. baumannii. Dos tipus d’aproximacions van ser utilitzades, la primera, i mes clàssica es la de trobar nous antimicrobians, vàrem trobar mastoparan i va diferents paràmetres van ser optimitzat però sense obtindré bons resultats in vivo. També es van provar diferents pèptids provinents de les secrecions de les granotes, presentant bona activitat en front soques d’Acinetobacter, i per últim, les ceragenines, anàlegs del àcid cólic, que tenen bona activitat en front de totes les soques tant colistina sensibles com colistina resistents en Gram-negatius. La segona aproximació es buscant pèptids capaços d’inhibir l’adherència entre el bacteri i la cèl•lula del hoste bloquejant l’acció de la proteïna OmpA. S’ha trobat un pèptid amb bona activitat fins i tot in vivo.

Al llarg d'aquesta tesi es presenten diferents metodologies originals basades en l'addició enantioselectiva de diorganozincs sobre aldehids catalitzada per &#946;-aminoalcohols, desenvolupats amb anterioritat en el nostre grup de recerca. S'obtenen d'aquesta manera alcohols quirals, que són substàncies d'alt interès sintètic, amb elevades enantioselectivitats i molt bons rendiments químics.En concret, s'aconsegueix el desenvolupament d'un mètode altament eficaç per a l'addició de Et[sub2]Zn a aldehids propargílics mitjançant la transformació del triple enllaç en el corresponent complex de dicobalthexacarbonil. La reacció d'addició de l'organometàl·lic i la posterior desprotecció oxidativa amb nitrat cèric amònic permet l'obtenció de l'alcohol propargílic amb excel·lents enantioselectivitats. S'ha comprovat que aquest darrer procés transcorre sense pèrdua de l'enantioselectivitat en el producte i aprofitant aquesta metodologia, s'ha dissenyat una síntesi formal de l'enantiòmer del producte natural incrustoporina.S'ha dedicat un gran esforç a l'optimització de l'addició de Ph[sub2]Zn a aldehids, transformació que pot tenir lloc en absència de catalitzador. L'addició de diarilzincs sobre aldehids aromàtics ens porta a l'obtenció de diarilcarbinols que són substàncies importants per a la síntesi de productes d'interès farmacològic. En primer lloc, es realitzà un estudi en condicions d'alta dilució, obtenint resultats moderats, i tot seguit es realitzà l'estudi en presència d'excés de Et[sub2]Zn, obtenint bones conversions i excel·lents enantioselectivitats fins i tot utilitzant quantitats molt baixes de l'(R)-2-piperidino-1,1,2-trifeniletanol com a catalitzador de la reacció. Aquesta metodologia es basa en l'ús d'espècies modificades de zinc formades in situ en mesclar difenilzinc i dietilzinc (1:2) i s'ha aplicat a una àmplia gamma d'aldehids amb gran èxit. S'ha analitzat la dependència de l'enantioselectivitat d'aquest procés amb la temperatura de reacció. La monitorització d'aquest procés per React-IR, seguint la desaparició per IR del pic característic del carbonil de l'aldehid, ha permès comparar les velocitats d'addició de les diferents espècies d'organozinc, en presència i en absència de catalitzador i ha permès aprofundir en el coneixement del mecanisme d'aquesta reacció. Per primer cop, s'ha realitzat un estudi teòric del mecanisme de reacció i també s'han obtingut excel·lents resultats a l'utilitzar un anàleg del mateix lligand ancorat en suport polimèric. En l'estudi de la reacció d'addició de Ph[sub2]Zn sobre trimetil-cetones i trifluoro-cetones els resultats obtinguts no han estat els esperats.Finalment, també s'explora l'addició enantioselectiva de Me2Zn catalitzada per l'(R)-2-piperidino-1,1,2-trifeniletanol sobre el benzaldehid i l'heptanal obtenint enantioselectivitats molt bones i moderades, respectivament i altes conversions i s'ha estudiat l'efecte de l'ús d'additius en aquesta reacció.