S'ha desenvolupat una nova metodologia que permet unir covalentment l'oligonucleòtid antisentit i el seu mRNA diana mitjançant la formació d'entrecreuaments amb unitats de trans-Pt(NH3)2.En primer lloc, s'han sintetitzat dos derivats fosforamidit de nucleòsid amb grups imidazole i tioèter units a la nucleobase, respectivament, que permeten incorporar aquestes modificacions en oligonucleòtids seguint la metodologia estàndard del fosfit triester. La introducció d'aquests nous grups funcionals a l'extrem 5' no afecta substancialment l'estabilitat del dúplex amb la cadena complementària.S'han portat a terme assajos de platinació d'oligonucleòtids modificats de mida petita amb l'objectiu d'avaluar la capacitat dels nous grups funcionals de coordinar-se a l'ió metàl·lic, així com amb oligonucleòtids de seqüència mixta amb una o dues modificacions a l'extrem 5'. A partir dels resultats obtinguts s'han dissenyat dues estratègies d'entrecreuament: mitjançant hibridació de l'adducte intracadena oligonucleòtid modificat-transplatí a la cadena complementària, o bé partint del dúplex oligonucleòtid antisentit/cadena complementària i afegint transplatí. En ambdós casos s'ha obtingut el mateix adducte intercadena. La caracterització de tots els adductes platinats s'ha portat a terme per oxidació amb H2O2 i digestió enzimàtica, i posterior anàlisi per espectrometria de masses MALDI-TOF.Dels experiments realitzats s'ha conclòs que la millor combinació suposa la introducció del nucleòsid amb el grup imidazole a l'extrem 5' de l'oligonucleòtid antisentit, seguit del nucleòsid amb el grup tioèter. En la reacció amb transplatí es forma ràpidament i regioselectiva un adducte intracadena, en el qual el platí coordina un nitrogen imidazòlic i el sofre del tioèter. La reacció d'entrecreuament té lloc de manera que l'ió metàl·lic migra del sofre al nitrogen 7 d'una guanina situada enfront dels nucleòsids modificats, mantenint-se inalterada la unió al nitrogen imidazòlic de la cadena antisentit. La presència d'una unitat trans-Pt(NH3)2 entrecreuant ambdues cadenes comporta un gran augment de l'estabilitat tèrmica del dúplex. Finalment, s'ha demostrat que la reacció d'entrecreuament només té lloc quan existeix reconeixement entre l'oligonucleòtid modificat i la cadena complementària, resultat rellevant per a una possible aplicació d'aquesta metodologia en el camp de la teràpia antisentit on la diana tant pot ser el mRNA com els miRNAs. / IN ENGLISH:New methodology to allow a covalent union between an antisense oligonucleotide and the mRNA target has been developed. The crosslink is established through a trans-Pt(NH3)2 unit.First of all, two phosphoramidite nucleoside analogs with imidazole and thioether groups linked to the nucleobase, respectively, were synthesized. These derivatives allow the introduction of such modifications in oligonucleotides using standard phosphite triester methodology. The introduction of such modifications at the 5' end does not affect substantially the stability of the duplex with the complementary chain.Oligonucleotide platination assays have been carried out, first with small modified model chains to evaluate the ligand capability of the new functional groups, and then with mixed sequences containing either one or the two modifications at the 5' end. On the basis of the results obtained, two crosslinking strategies have been designed: hybridization of the modified oligonucleotide-transplatin intrachain adduct to the complementary chain, and mixing the antisense oligonucleotide, the complementary chain and transplatin. In the two cases, the same interchain adduct was obtained. All platinated adducts have been characterized by oxidation with H2O2 and enzymatic digestion, as well as MALDI-TOF mass spectrometric analysis. The conclusion from these experiments is that best results are obtained when imidazole-modified nucleoside is placed at the 5' end of the antisense oligonucleotide, next to the thioether-derivatized nucleoside. The reaction with transplatin gives quickly and regioselectively an intrachain adduct in which platinum coordinates one nitrogen of the imidazole ring and the sulfur of the thioether. The crosslinking reaction involves a rearrangement that takes the metal ion from sulfur to the nitrogen 7 of the guanine opposite the modified nucleosides, keeping unaltered the union to the imidazole nitrogen of the antisense chain. The presence of the trans-Pt(NH3)2 moiety crosslinking the two chains notably increases the thermal stability of the duplex. Finally, it has been demonstrated that crosslinking reactions only take place when there is molecular recognition between the antisense oligonucleotide and the complementary chain, which is highly relevant for the possible antisense application of this methodology for targeting either mRNA or miRNAs.

Els malalts de Gaucher manquen de l’activitat normal de l’enzim lisosomal Glucocerebrosidasa (GCase), una β–glucosidasa que hidrolitza l’enllaç glicosídic entre la glucosa i la ceramida, i són incapaços de metabolitzar la Glucosilceramida, que s’acumula a l’interior dels lisosomes dels macròfags impedint que aquests funcionin correctament. La presència de mutacions en el gen precursor de la GCase provoca un plegament incorrecte de la proteïna en el recicle endoplasmàtic i impedeixen el seu transport al lisosoma on hidrolitza el substrat i, per tant, aquest últim s’acumula en els lisosomes. Per altra banda, la proteïna es degradada en el mateix reticle endoplasmàtic o en l’aparell de Golgi pels proteasomes. Els tractaments actuals per a aquesta malaltia es basen en la inhibició de la producció de substrat utilitzant inhibidors de l’enzim implicat en la seva biosíntesi o en l’augment de l’enzim mitjançant reemplaçament enzimàtic. Durant els últims anys s’han desenvolupat diverses estratègies terapèutiques per a la malaltia de Gaucher. Entre elles, una que ha despertat un gran interès consisteix en el disseny de xaperones farmacològiques, que són inhibidors competitius de l’enzim que, a concentracions subinhibitòries, s’uneixen a l’enzim mutant per a formar un complex que l’estabilitza, facilita el seu correcte plegament i posterior transport al lisosoma, resultant en un augment de l’activitat enzimàtica i una reducció del substrat acumulat. A partir de treballs previs en el nostre grup d’investigació en els que s’han obtingut una sèrie d’aminociclitols que es comporten com a inhibidors selectius de la GCase recombinant (imiglucerasa), en aquesta tesi s’ha treballat en el disseny i síntesi de nous potencials inhibidors de la GCase que actuïn com a xaperones farmacològiques, especialment sobre variants neuronopàtiques. Per aquestes raons, els objectius i l’estructuració del treball van ser els següents: 1) Síntesi dels epòxids ciclofelitol i (1R,6S)-epi-ciclofelitol i avaluació com a inhibidors irreversibles de la imiglucerasa i la β–glucosidasa d’Streptomyces sp. wt. 2) Síntesi d’una família d’aminociclitols C7N, relacionats estructuralment amb la Glucosilceramida, el substrat natural de la GCase. 3) Síntesi de noves sèries d’amino- i diaminociclitols, realitzant modificacions en la configuració d’alguns centres de l’anell de ciclitol i en la naturalesa dels substituents. 3) Disseny i síntesi d’una nova família de ciclitols amb estructura bicíclica formats per un anell polihidroxilat de 6 baules fusionat amb una isourea o una guanidina cíclica de 5 baules. Es va estudiar la importància que té la configuració dels centres en l’activitat inhibidora de la GCase. S’han fet una sèrie d’estudis biològics amb tots els productes sintetitzats. Alguns dels productes van presentar una elevada potència inhibidora de la GCase, tant d’aquest enzim en fibroblasts wild-type com de la imiglucerasa, amb valors de la Ki de l’ordre nanomolar i no van presentar una inhibició destacable sobre altres glicosidases. Després de comprovar que els compostos, que havien resultat ser potents inhibidors de la imiglucerasa, estabilitzen l’activitat d’aquest enzim en condicions de desnaturalització tèrmica, es va estudiar el potencial d’aquests compostos com a xaperones farmacològiques de la GCase amb la col•laboració del Dr. Terry D. Butters. Quan es van tractar els limfoblasts de malalts de Gaucher de les variants N370S o L444P amb alguns dels compostos a concentracions subinhibitòries, es van obtenir augments de l’activitat de la GCase en les cèl•lules tractades respecte a les cèl•lules no tractades. Les concentracions efectives dels compostos en aquest augment són de l’ordre micromolar, nanomolar o fins i tot subnanomolar. Dels resultats obtinguts es pot deduir que, a més de l’alta afinitat per la GCase, alguns compostos presenten la permeabilitat cel•lular, distribució subcel•lular i metabolisme cel•lular adequats per actuar com a xaperones farmacològiques a concentracions molt baixes, de l’ordre nanomolar o inferior. / Gaucher disease (GD) is the most prevalent lysosomal storage disorder caused by a deficiency in the activity of β–glucocerebrosidase (GCase), the lysosomal enzyme responsible for glucosylceramide metabolism into glucose and ceramide. GCase deficiency results in the accumulation of undegraded substrate in the lysosomes of macrophages causing severe symptoms. Approved treatments for GD include enzyme replacement therapy and pharmacological GCase substrate reduction, which are of limited efficacy for disease variants affecting the central nervous system. Recently, a third promising therapeutic option, the pharmacological chaperone therapy, has emerged. This therapy is based on the use of reversible competitive GCase inhibitors that are capable of enhancing its residual hydrolytic activity at sub-inhibitory concentrations by stabilizing the functional form of the misfolded protein and preventing its premature degradation in the endoplasmic reticulum. This improves enzyme trafficking to the lysosome and enhances its hydrolytic activity. The objectives of this thesis were: 1) The synthesis of (i) epoxides cyclophellitol and (1R,6S)- epicyclophellitol, (ii) C7N aminocyclitols derivatives, (iii) new amino- and diaminocyclitol derivatives, and (iv) polyhydroxylated bicyclic isoureas and guanidines. 2) Evaluation of these compounds as inhibitors of recombinant GCase and other glycosidases. Study the effect of the active compounds on the stabilization of recombinant GCase activity against thermal denaturation, to assess the potential of these compounds as pharmacological chaperones (PC). 3) Evaluation of selected compounds as inhibitors of GCase in wild-type human fibroblasts and exploration of the therapeutical potential as PC in human lymphoblasts derived from Gaucher patients homozygous for N370S or L444P variants. When assayed for effects on GCase activity, some of the compounds displayed selective inhibition of GCase with low micromolar to nanomolar IC50’s in isolated enzyme experiments. Interestingly, the active compounds also behaved as GCase inhibitors in wild-type human fibroblasts at nanomolar concentrations. The potential of these compounds as PC was determined by analyzing their capacity for increasing GCase activity in GD lymphoblasts derived from N370S and L444P variants. Some of the compounds are able to increase the GCase activity at low micromolar to subnanomolar concentrations. These results describe a promising series of potent GCase ligands having the cellular properties required for PC.

Durant molt temps, catàlisi homogènia ha estat gairebé sinònim amb catàlisi amb met¬alls de transició, amb un petit espai reservat a la biocatàlisi. Les coses han canviat molt en els últims anys. Des d'aproximadament l'any 2000, l'organocatàlisi, on el catalitzador és una molècula orgànica petita, sovint amb propietats quirals, ha crescut ràpidament fins a esdevenir un dels camps més importants de la química orgànica. A mesura que el camp de la investigació s'expandeix, el coneixement mecanístic esdevé més crítica per entendre les subtileses de la reacció i ajudar en el desenvolupament de processos més eficients. La química teòrica, amb la seva capacitat per localitzar els intermedis i estats de transició, pot ser molt útil en aquesta direcció. Aquesta tesi tracta de l'estudi com¬putacional del mecanisme de tres reaccions organocatalítiques representatives. 1. Hidroxialquilació Friedel-Crafts asimètrica d'indoles catalitzada per àcids de Brønsted quirals La catàlisi per àcids de Brønsted quirals és una àrea de ràpid creixement en organocatàlisi. L'aigua és una de les molècules més simples que pot actuar com a àcid de Brønsted. La coordinació de les molècules d'aigua a la funció carbonil en reaccions de Diels¬Alder i reordenaments de Claisen resulta en un increment de la velocitat de reacció. Carmona i col•laboradors van utilitzar una molècula d'aigua unida a un fragment d'iridi quiral com a catalitzador àcid de Brønsted per produir una reacció Friedel¬Crafts (FC) entre acetat de 3,3,3-trifluoromethylpyruvat i indole a baixa temperatura. Basant¬se en els seus resultats experimentals, hem dut a terme un estudi computacional en el mecanisme d'aquesta reacció i avaluat el paper catalític del complex de l'aigua amb iridi en aquesta reacció. La primera etapa de la reacció és la formació d'un enllaç C¬C juntament amb la transferència d'un protó de la molècula d'aigua al substrat, el segon pas és la l'etapa determinant, consistent en la transferència d'un protó de l'indole cap al grup OH provinent de la molècula d'aigua. El paper catalític del complex metàl.lic és la modulació de les propietats àcid / base de l'aigua coordinada, ja que la molècula d'aigua actua com a donador i acceptor de protons en les diferents etapes. Hem estat també capaços d'explicar l'origen de la l'estereoselectivitat del procés, que és el resultat d'una combinació subtil de les interaccions no covalents, tant atractives com repulsives, entre el catalitzador i el substrat. 2. Mecanisme de la síntesi enantioselectiva d'una cetona de Wieland-Miescher La cetona Wieland¬Miescher (WM) és un intermedi clau per a moltes reaccions. La preparació eficaç dels compostos de tipus cetona Wieland¬Miescher amb alta enantioselectivitat és per tant un desafiament en química orgànica. En un intent d'abordar aquest problema, el grup de Bonjoch ha dut a terme una síntesi enantioselectiva d'alta eficiència d'una cetona WM utilitzant N¬Ts¬(Sa)¬binam¬L¬prolinamida com a organocatalitzador, sota condicions lliures de dissolvent amb l'assistència d'àcid benzoic. El pas clau és una reacció d'anul • lació de Robinson, el procés requereix un 1% en mols de trietilamina com a base per a la reacció de Michael inicial i un 1% en mols de N¬Ts¬(Sa)¬Binam¬L¬prolinamida i 2,5% en mols d'àcid benzoic per a la reacció aldòlica intramolecular. Es va estudiar el mecanisme de la reacció aldòlica intramolecular en col • laboració amb el grup experimental. Hem estat capaços d'aclarir el mecanisme de la reacció amb prolinamida. Segueix les tendències generals del mecanisme amb prolina, amb l'important matís que la presència d'un àcid carboxílic com a co¬catalitzador és necessària en els passos inicials de la reacció, en particular per a la formació del intermedi imini. En contrast, l'àcid carboxílic no té cap efecte sobre la enantioselectivitat, perquè surt del sistema després de la formació de l'enamina, i està absent en l'estat de transició que condueix a la formació d'enllaços C¬C, on es decideix la enantioselectivitat de la reacció. L'origen de l'enantioselectivitat de la reacció també s'ha aclarit. Es basa en la rigidesa del catalitzador, que té dos punts d'ancoratge per al substrat, el doble enllaç C = N format a l'intermedi enamina, i els enllaços d'hidrogen NH ... O entre el catalitzador i el substrat. El substrat s'ha de distorsionar per unir¬se adequadament a aquest punts d'ancoratge, i aquesta distorsió és menor per a l'estat de transició que condueix a l'enantiòmer afavorit. 3. Mechanisme de la reacció de cicloaddició [4+2] catalitzada per derivats quirals de l'àcid fosfòric Els compostos heterocíclics amb àtoms de nitrogen i oxigen són abundants en la naturalesa i exhibeixen una àmplia gamma de propietats biològiques interessants, incloent comportament antihipertensiu i anti¬isquèmic. Els grups piranobenzopirà i furanobenzopirà, amb tres anells fusionats, són particularment interessants. Un enfocament atractiu per a la síntesi d'aquests compostos és una cicloaddició [4 +2] entre una hidroxibenzaldimina i un furà. Aquesta reacció és catalitzada per derivats d'àcid fosfòric. Hem analitzat en detall els resultats contradictoris publicats recentment pels grups de Fochi i Rueping. Fochi i col • laboradors van publicar el 2010 la síntesi de furanobenzopirans fusionats en cis mitjançant la cicloaddició [4 +2] amb demanda electrònica inversa (IED) de ο¬hidroxibenzaldimines amb 2,3¬dihidro¬2H-furà (DHF) catalitzada per derivats d'àcid fosfòric amb (S)¬BINOL. En el mateix any, Rueping i Lin van publicar la síntesi de furanobenzopirans fusionats en trans a partir dels mateixos reactius però amb un catalitzador del tipus (S)¬BINOL derivat de la N-triflilfosforamida. Els mateixos reactius i catalitzadors lleugerament diferents produeixen diferents diastereòmers del producte. L'estat de transició per a l'atac del furà a l'adducte entre hidroxibenzldimina i catalitzador controla la selectivitat del procés. Els enllaços d'hidrogen juguen un paper crític en l'estructura de l'estat de transició, però la seva força no decideix la selectivitat. Els estats de transició d'energia més baixa tenen un enllaç d'hidrogen, mentre que alguns estats de transició d'energia més alta en tenen dos de força similar. La selectivitat està controlada per interaccions atractives anell¬anell entre catalitzador i substrats. Els estats de transició d'energia afavorits tenen més interaccions, o les tenen amb distàncies més curtes (i per tant, probablement més fortes). La diferència entre el derivat de l'àcid fosfòric amb (S)¬BINOL (sistema de Fochi), que porta a un furanobenzopirà fusionat en cis, i el derivat de N¬triflylfosphoramida amb S)¬BINOL (sistema de Rueping), que porta a un furanobenzopirà fusionat en trans, va poder ser reproduida i explicada. La presència del substituent triflil sobre l'àtom de nitrogen del sistema de Rueping limita les possibles orientacions de l'àtom d'hidrogen sobre el mateix centre, i com a resultat impedeix l'orientació òptima de l'anell de furà clau per estabilitzar l'estat de transició que condueix al producte fusionat en cis. Com a resultat, el catalitzador de Rueping porta al producte fusionat en trans. Aquest impediment no existeix en el sistema de Fochi, que per això dóna lloc al producte fusionat en cis. 4. Observacions generals Hem estudiat tres processos organocatalíticas diferents que condueixen a productes quirals amb mètodes del funcional de la densitat (DFT) i amb mètodes híbrids funcional de la densitat / mecànica molecular (DFT / MM), i hem estat capaços d'obtenir un acord raonable amb els resultats experimentals, i de donar explicacions qualitatives per l'origen de l'enantioselectivitat en cadascun dels casos. L'estudi computacional de l'organocatàlisi enantioselectiva s'assembla molt a la de la catàlisi enantioselectiva amb metalls de transició, però hi ha alguns matisos significatius. En primer lloc, la descripció electrònica del sistema organocatalític és, en principi, més fàcil, tot i que la introducció de les correccions de dispersió és obligatori, com en qualsevol procés en què les interaccions estèriques poden tenir un paper important. En segon lloc, els problemes relacionats amb la complexitat isomèrica i conformacional són molt més crítics en organocatàlisi. La densitat dels isòmers conformacionals d'energia baixa és molt més gran, i això planteja una complicació en l'esforç que ha de ser fet per obtenir barreres d'energia quantitativament precises. El conjunt del treball d'aquesta tesi es confirma poder de la química computacional per a l'estudi de l'organocatàlisi quiral. També dóna una idea dels diferents mecanismes pels quals la enantioselectivitat es pot transmetre en organocatàlisi: des de les interaccions estèriques habituals entre catalitzador i el substrat, fins al paper clau de la rigidesa catalitzador observada en el sistema prolinamida. El camp de l'organocatàlisi enantioselectiva computacional està tot just començant, i podem esperar nous resultats interessants en el futur pròxim. / For a long time, homogeneous catalysis was almost synonymous with transition metal catalysis, with a small niche reserved to biocatalysis. Things have changed very much in recent years. Since about the year 2000, organocatalysis, where the catalyst is a small organic molecule, often with chiral properties, has grown rapidly to become one of the most important fields in organic chemistry. As the research field is expanding its role, mechanistic knowledge becomes more critical to understand the reaction modes and as¬sist in the development of more efficient processes. Theoretical chemistry, with its abil¬ity to locate intermediates and transition states, can be very helpful in this concern. This thesis is devoted to the computational study of the mechanism of three representative organocatalytic reactions. 1. Asymmetric Friedel-Crafts hydroxyalkylation of indoles catalyzed by chiral Brønsted-acids Chiral Brønsted¬acid catalysis is a rapidly growing area of organocatalysis. Water is one of the simplest molecules with Brønsted–acid capabilities. The coordination of water molecules to the carbonyl function in Diels–Alder reactions and Claisen rearrangements results in the enhancement of the reaction rate. Carmona and co¬workers used a water molecule attached to a chiral iridium fragment as a Brønsted–acid catalyst to yield the Friedel–Crafts (FC) reaction between ethyl 3,3,3 trifluoromethylpyruvate and indole at the low temperature. Based on their experimental results, we have carried out a computational study on the mechanism of this reaction and evaluated the catalytic role of the metal complex and water in this reaction. The mechanism of this reaction is stepwise, the first step is the formation of a C¬C bond together with the transfer of a proton from water molecule to the substrate; the second step is the rate determining one, which is the transfer of a proton from indole to the ¬OH moiety of the water molecule. The catalytic role of the metal complex is the modulation of the acid/base properties of the coordinated water, and the water molecule acts as a proton donor and acceptor. We have been also able to explain the origin of the the stereoselectivity of the process, which is a result of a subtle combination of the non¬covalent interactions, both attractive and repulsive, between catalyst and substrate. 2. Mechanism for the enantioselective synthesis of a Wieland-Miescher ketone The Wieland¬Miescher (W¬M) ketone is a key intermediate for many reactions. The efficient preparation of Wieland¬Miescher ketone¬type compounds with high enantioselectivity is thus a challenging problem in organic chemistry. In an attempt to address this issue, the Bonjoch group reported a highly efficient and enantioselective synthesis of a W¬M ketone using N¬Ts-(Sa)¬Binam¬L¬prolinamide as the organocatalyst, under solvent¬free conditions and the assistance of benzoic acid. The key step is a Robinson annulation reaction; it requires 1 mol% triethylamine as the base in the initial Michael process and 1 mol% of N¬Ts¬(Sa)¬binam¬L-prolinamide and 2.5 mol% of benzoic acid in the intramolecular aldol process. We studied the mechanism of the intramolecular aldol process in collaboration with the experimental group. We were able to clarify the mechanism of the reaction with prolinamide. It follows the general trends of the mechanism with proline, with the important caveat that the presence of a carboxylic acid as co¬catalyst is mandatory in the initial steps of the reaction, in particular for the formation of the iminium intermediate. In contrast, the carboxylic has no effect on the enantioselectivity, as it departs the system after enamine formation, and is absent in the transition state leading to C¬C bond formation, where the enantioselectivity of the reaction is decided. The origin of the enantioselectivity of the reaction has been also clarified. It is based on the rigidity of the catalyst, which has two anchoring points for the substrate, the C=N double bond in the enamine intermediate, and the N¬H...O hydrogen bonds between catalyst and substrate. The substrate has to distort to bind properly to this anchoring points, and this distortion is smaller for the transition state leading to the favored enantiomer. 3. Mechanism of [4+2] cycloaddition reaction catalyzed by chiral phosphoric acid derivatives N¬ and O¬containing heterocyclic compounds are prominent in nature and exhibit a wide range of interesting biological properties, including antihypertensive and anti¬ischemic behavior. Pyranobenzopyran and furanobenzopyran frameworks, containing three fused rings are particularly interesting. An appealing approach to the synthesis of these compounds is a [4+2] cycloaddition between a hydroxybenzaldimine and a furan. This reaction is catalyzed by phosphoric acid derivatives. We have analyzed in detail the recent puzzling results by the groups of Fochi and Rueping. Fochi and co¬workers reported in 2010 the synthesis of cis¬fused furanobenzopyrans obtained through inverse¬electron¬demand (IED) [4+2] cycloaddition of ο-hydroxybenzaldimines with 2,3¬dihydro¬2H¬furan (DHF) catalyzed by (S)¬BINOL¬derived phosphoric acid. In the same year, Rueping and Lin reported the synthesis of the trans¬fused furanobenzopyrans from the same reactants but with a (S)¬BINOL¬derived N-triflylphosphoramide catalyst. The same reactants and slightly different catalysts produced different diastereomers of the product. The transition state for the attack of DHF on the adduct between hydroxybenzldimine and catalyst controls the selectivity of the process. Hydrogen bonds play a critical role on the structure of the transition state, but their strength does not rule the selectivity. The lowest energy transition states have one hydrogen bond, while some higher energy transition states have two hydrogen bonds of similar strength. The selectivity is instead controlled by attractive ring¬ring interactions between catalysts and substrates. The lower energy transition states have more interactions, or shorter (thus likely stronger) ones. The difference between the (S)¬BINOL¬derived phosphoric acid (Fochi system), leading to a cis¬fused furanobenzopyran, and the (S)¬BINOL¬derived N¬triflylphosphoramide system (Rueping system), leading to a trans¬fused furanobenzopyran, could be reproduced and explained. The presence of the triflyl substituent on the nitrogen atom of the Rueping system constrains the possible orientations of the hydrogen atom on this same atom, and as a result precludes the optimal orientation of the furan ring that led to the stabilization of the key transition state in the Fochi system leading to the cis¬fused product. The cis¬fused product being disfavored because of this constraint, the trans¬fused product is formed with the Rueping catalyst. 4. General observations We have studied three different organocatalytic processes leading to chiral products with density functional theory (DFT) and density functional theory / molecular mechan¬ics (DFT/MM) methods and we have been able to obtain a reasonable agreement with experimental results, and to provide qualitative explanations for the origin of enantiose-lectivity in each of the cases. The computational study of enantioselective organocatalysis closely resembles that of enantioselective transition metal catalysis, but there are some significant nuances. In first place, the electronic description of the organocatalytic system is in principle easier, although the introduction of dispersion corrections is mandatory, as in any process where steric interactions may play an important role. In second place, the problems re¬lated to isomeric and conformational complexity are much more critical in organocatal¬ysis. The density of available isomers, conformational or not, available at low energy is much higher, and this poses a severe strain in the effort that has to be made to obtain quantitatively accurate energy barriers. The whole body of work in this thesis confirms the power of computational chemistry for the study of chiral organocatalysis. It also gives insight into the different mechanisms by which enantioselectivity can be transmitted in organocatalysis, from the usual steric interactions between catalyst and substrate to the less frequent key role of catalyst rigidity observed in the prolinamide system. The field of computational enantioselective organocatalysis is just starting, and we can expect new exciting results in the foreseeable future.

EN CASTELLANO Cylas formicarius elegantulus es una de las plagas más devastadoras que atacan al boniato en condiciones naturales y de almacenamiento y, en consecuencia es uno de los principales factores limitantes en la producción de este cultivo. Las pérdidas ocasionadas por el insecto alcanzan entre un 60 y 97% de las cosechas. La feromona sexual de C. f. elegantulus fue aislada e identificada en 1986 como el (E)-2-butenoato de (Z)-3-dodecenilo. En el presente trabajo se estudia la composición feromonal del insecto presente en Cuba y se desarrolla la síntesis de la feromona por métodos estereoselectivos y estereoespecíficos así como su actividad en laboratorio y campo. En el estudio de la composición feromonal sólo se ha detectado el (E)-2-butenoato de (Z)-3-dodecenilo como único componente de la feromona sexual tras análisis de volátiles de hembras vírgenes por SPME (Solid Phase Microextraction). La síntesis del (Z)-3-dodecenol, alcohol precursor del atrayente natural, se ha llevado a cabo por diferentes procedimientos sintéticos entre los que cabe citar: a) reacción de Wittig del 3-hidroxipropilentrifenilfosforano con nonanal, b) reacción de metilentrifenilfosforano con óxido de etileno seguido de metalación "in situ" y reacción de Wittig con nonanal, c) reacción de acoplamiento de yoduros vinílicos conteniendo una función oxigenada debidamente protegida en forma de metoximetil, tetrahidropiranil y tercbutildifenilsilil éter, con un reactivo de Grignard en presencia de un catalizador de paladio, d) reacción de Suzuki de los propios yoduros con ácido n-octilborónico en presencia de un catalizador de paladio o níquel, e) hidrogenación estereoselectiva del precursor acetilénico 3-dodecinol. El alcohol deseado se ha obtenido con una pureza estereomérica Z/E superior al 99%. La esterificación del alcohol para obtener el correspondiente crotonato se conduce por reacción clásica con cloruro de crotonilo y piridina y también en condiciones más suaves por reacción con crotonato de vinilo en presencia de una lipasa. Como resultado de estas investigaciones se ha conseguido obtener la feromona natural con buen rendimiento y una elevada pureza estereomérica. La actividad de la feromona sintética se ha probado en bioensayos de laboratorio como el electroantenograma (EAG) y en un olfactómetro de doble elección. De esta manera, se ha determinado que el período de máxima actividad de los machos es entre la 4ª y 8ª h dentro de la escotofase, y que la actividad de la feromona sintética es similar a la de la feromona comercial. Se ha demostrado en estudios de EAG que la función crotonato ((E)-2-butenoato) es absolutamente esencial para la actividad. La feromona de síntesis es muy activa en pruebas de campo y se ha constatado que la actividad está directamente relacionada con la pureza estereomérica Z,E del compuesto activo.ENGLISH / Cylas formicarius elegantulus is one of the most devastating pests that affect the sweet potato in natural and storage conditions. This pest is therefore one of the main limiting factors for the production of sweet potato. Crop losses due to sweet potato weevil are estimated at 60-97%.The sex pheromone of C. f. Elegantulus was isolated and identified in 1986 as (Z)-3-dodecenyl-(E)-2-butenoate. The present work studies the pheromone composition of the insect that can be found in Cuba. It also deals with the synthesis of the pheromone by stereoselective and stereospecific methods as well as its activity both in the laboratory and in the field. The analysis of volatiles from virgin females by SPME shows (Z)-3-dodecenyl-(E)-2-butenoate as the only component of the sex pheromone. The synthesis of (Z)-3-dodecenol, the alcohol precursor of the natural attractant, has been carried out using different synthetic procedures: a) Wittig reaction of 3-hydroxypropyltriphenylphosphorane with nonanal, b) reaction of methylenetriphenylphosphorane with ethylene oxide followed by "in situ" metallation and Wittig reaction with nonanal, c) coupling reaction of vinyl iodides containing an oxygenated function protected as methoxymethyl, tetrahydropyranyl and tert-butyldiphenylsylyl ether with a Grignard reagent in the presence of a palladium catalyst, d) Suzuki reaction of the same iodides and n-octylboronic acid in the presence of palladium or nickel catalyst, e) stereoselective hydrogenation of the acetylenic precursor 3-dodecynol. The desired alcohol was obtained with a Z/E stereomeric purity of over 99%. Esterification of the alcohol was achieved by reaction with crotonyl chloride and pyridine, and also by reaction with vinyl crotonate in the presence of a lipase under mild conditions. The natural pheromone has been obtained with a high yield and stereomeric purity.The activity of the synthetic pheromone has been tested in electroantennogram (EAG) and in a dual choice olfactometer. It has been determined that the period of maximum activity of males is between 4 and 8 h of the scotophase and that the activity of the synthetic pheromone is similar to that of the commercial pheromone. EAG studies have shown that the crotonate function is essential for the activity. The synthetic pheromone is very active in field tests and it has been proved that the activity is directly related to the Z/E stereomeric purity of the active compound.

The present Doctoral Thesis focuses in two main fields: alkyne-dicobaltcarbonyl complexes (PART I) and chiral ferrocene derivatives (PART II). Therefore, the obtained results can be summarized as follow: 1. The methodology designed for the synthesis of enantiomerically pure phosphane-substituted carbonyl complexes of propargyl aldehyde was not successful. The steric hindrance at position C-4 of the oxazolidin-2-one and oxazolidin-2-thione appears to difficult the removal of the auxiliary in the corresponding N-(2-alkynoyl) dicobaltcarbonyl complexes.2. The general catalytic behavior of octacarbonyl dicobalt in the opening of cyclic ethers, such as tetrahydrofuran, by acid chlorides, leading to 4-chlorobutyl esters, has been demonstrated.3. A pathway to access 1'-substituted and 2-substituted beta-ferrocenyl beta-amino alcohols has been developed. In this way, the synthesis with a high level of enantiomeric purity of (S)-2-amino-2-(1'-methyl)ferrocenylethanol, (pS,R)-2-amino-2-(1-trimethylsilyl)-ferrocenyl ethanol and (pR,R)-2-amino-2-(1-methyl) ferrocenyl ethanol has been achieved via their corresponding diols.4. A general methodology which gives easy access to mono and disubstituted (1,1'- and 1,2-) 4-ferrocenyl-1,3-oxazolines has been developed.5. A new type of interannular cyclopalladation of ferrocene has been established. The reaction seems to be quite general for 4-ferrocenyl-1,3-oxazolines with different degrees of substitution of the ferrocene moiety, provided that the C2-oxazoline substituent bears no á-hydrogens. The reaction of 4-ferrocenyl-1,3-oxazolines with palladium acetate in benzene leads to the formation of C2-symmetric complexes with two ferrocene moieties cycloplalladated at the 1' position, connected by a central palladium and four acetate bridges. When the cyclopalladation is performed by disodium tetrachloropalladate, a similar complex, but with two chloride bridges, is obtained. The 3-palladium acetate complexes can be converted into the 2-palladium chloride ones by treatment with lithium chloride in methanol. The structures of both types of complexes have been thoroughly studied by spectroscopy and by X-ray diffraction.6. Cyclic voltammetric studies of these novel interannular palladacycles have been performed.7. The µ-chloro bridged dipalladium complex (S)-84 undergoes bridge-splitting with triphenylphosphine leading in nearly quantitative yield to the monomer complex (S)-95. On the other hand, the reaction of (S)-84 with iodine affords 1'-iodo-2-tert-butyl-4-ferrocenyl oxazoline (S)-100. This compound has been converted into 1'-phenyl-2-tert-butyl-4-ferrocenyloxazoline (S)-101 by Suzuki coupling with phenylboronic acid. Finally, (S)-84 leads in good yields to the 1'-diphenylphosphinyl- and 1'-diphenylphosphinothioyl ferrocenes (S)-103 and (S)-104. 8. Interannularly palladated 4-ferrocenyl-1,3-oxazolines behave as active promoters of the Heck olefination, allowing the reaction to be performed at lower temperatures than previously known CN-palladacycle pre-catalysts derived from ferrocene. In the reaction medium, the olefin partner couples with the 1'-position of the ferrocene, leading to the formation of soluble palladium(0) catalytic species. For the first time, the ligand-olefin adduct has been isolated and unequivocally characterized, and further evidence favoring the involvement of a Pd(0)/Pd(II) catalytic cycle has been obtained.9. The new interannular cyclopalladated ferrocenes have been found to be good catalysts for the asymmetric aza-Claisen rearrangement. Thus, the rearrangement of (E)-cinnamyl N-aryl benzimidates 129-131 takes place with moderate yields (40-49%) and with excellent enantioselectivity (up to 90% ee of the rearranged amide 138). Interestingly enough, the acetate-bridged 3Pd complexes lead to the (S) enantiomer of the rearranged allylic amide, while the chloride bridged 2Pd complexes (from the same (S)-enantiomer of the chiral 4-ferrocenyl-1,3-oxazoline) lead to the opposite (R) enantiomer of the amide.10. New and outstanding catalysts for the aza-Claisen rearrangement of (E)- and (Z)-allylic trichloroacetimidates have been found. The rearrangement of both (E)- and (Z)-hexenyl trichloroacetimidates, performed in chloroform solution at 38oC with a molar 5% of the chloride bridged 1'-cyclopalladated complex, takes place with quantitative conversion and with outstanding enantioselectivity (>98% ee), according to 1H-NMR and HPLC analyses. Intriguingly, both diastereomers of the starting imidate lead to the same enantiomer (S) of the rearranged amide 142.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRBB) / La hidrogenación catalítica asimétrica es uno de los métodos más importantes en síntesis orgánica. Este proceso permite acceder a importantes productos quirales a escala multigramo utilizando hidrógeno (que es barato) y pequeñas cantidades de catalizador. Dichas hidrogenaciones requieren el empleo de complejos metálicos que contienen ligandos quirales y se presentan como un método muy atractivo desde el punto de vista de la economía atómica. Hasta el momento, se han descrito una amplia variedad de ligandos quirales empleados en la hidrogenación enantioselectiva. En nuestro grupo de investigación, existe una larga trayectoria de trabajo en este campo y recientemente se han diseñado y sintetizado ligandos con quiralidad en el átomo de fósforo, siendo la aminodifosfina MaxPHOS uno de los ejemplos. El complejo Rh-MaxPHOS ha ofrecido excelentes excesos enantioméricos en la hidrogenación asimétrica de a y ß dehidro aminoácidos. Estos buenos resultados abrían la puerta a una exploración más detallada sobre la capacidad de hidrogenación de este complejo ante diversos tipos de sustratos. Así, el primer objetivo de la presente tesis doctoral consistió en ampliar el alcance de este catalizador en una galería de N-acil-enamidas (ß-cetoenamidas. enamidas cíclicas tri-sustituidas y a-heteroarilenamidas) que posteriormente dieran lugar a aminas quirales con interés farmacológico. Por otro lado, el complejo Rh-MaxPHOS fue aplicado por primera vez a la reacción de Pauson-Khand intramolecular de una forma satisfactoria obteniendo moderados rendimientos (30-70%) y elevadas purezas ópticas (hasta un 86%) para diversos 1,6-eninos. Por consiguiente, se pensó en preparar otros compuestos metálicos con la misma aminodifosfina. Concretamente, se consideró en coordinar la difosfina MaxPHOS con iridio como metal y aplicar el compuesto en catálisis asimétrica. Específicamente, se aplicó en la hidrogenación asimétrica de enlaces C=C (olefinas trisustituidas con grupo polar adyacente) y C=N (iminas), donde la hidrogenación con rodio no permite reducir u obtener los productos finales deseados con elevada pureza óptica. En el marco del estudio de la hidrogenación asimétrica con nuestro catalizador quiral Rh-MaxPHOS, se decidió extender esta metodología a otro tipo de compuestos que, a su vez, también dieran lugar a productos de interés farmacológico. El grupo de la profesora Escubedo estaba interesada en el estudio de los efectos biológicos de cada enantiómero del MDMA, más conocido como éxtasis (3,4-metilenedioximetanfetamina), para analizar su interacción en los receptores nicotínicos acetilcolina. Teniendo en cuenta los buenos resultados obtenidos con el complejo Rh-MaxPHOS en la hidrogenación de varios tipos de sustratos, se planteó una colaboración en la que propusimos una síntesis asimétrica mediante la hidrogenación enantioselectiva de ß-aril-enamidas catalizada por el complejo de rodio (I) Rh-7. Desafortunadamente, esta ruta sintética no ofreció buenos resultados y se buscó una vía alternativa. Con este propósito, visualizamos una nueva y eficiente síntesis de ambos enantiómeros del MDMA basada en una reducción diastereomerica de iminas derivadas de la terc-butilsulfinamida ópticamente pura, que proporciona un simple y práctico método de obtener ambos enantiómeros del MDMA. Otra aplicación en catálisis asimétrica con el complejo Rh-7, se basó en llevar a cabo una nueva síntesis del ácido 2-aminosubérico, teniendo como etapa clave la hidrogenación enantioselectiva. El ácido 2-aminosubérico se ha utilizado en la síntesis de análogos de péptidos bioactivos como la oxitocina, vasopresina, somatostatina o calcitonina como cadena metilénica metabólicamente estable en la sustitución del puente disulfuro entre cisteínas. En este sentido, una de las líneas abiertas en nuestro grupo de investigación es la síntesis de derivados de somatostatina. Así, nos planteamos el diseño y efectuamos una síntesis de péptidos análogos de somatostatina mediante la introducción del ácido 2-aminosubérico en sustitución del puente disulfuro en la cadena peptídica, manteniendo otros aminoácidos no naturales en la secuencia que habían ofrecido una elevada actividad biológica. También, quisimos estudiar la importancia de la longitud de la cadena metilénica en este péptido cíclico. Así, sintetizamos otro análogo peptídico mediante la introducción de un aminoácido natural comercialmente disponible (Fmoc-D-Glutámico) en lugar del ácido 2-aminosubérico y de este modo, comparamos sus estructuras por RMN. / Asymmetric catalytic hydrogenation is one of the most important methodologies in organic synthesis. This process allows significant access to multi-gram scale chiral products using inexpensive hydrogen and low catalyst loadings. Such hydrogenations require the use of metal complexes containing chiral ligands, which are attractive in terms of atomic economy. So far a variety of chiral ligands have been described and used in enantioselective hydrogenations. In our research group, there is a long history of work in this field and we have recently designed and synthesized ligands with chirality at the phosphorus atom; aminodiphosphine MaxPHOS being one example. The Rh-complex with MaxPHOS ligand (Rh-7) has offered excellent enantiomeric excesses (ee) in the asymmetric hydrogenation of a and ß dehydroaminoacids. These promising results opened the door to a more detailed hydrogenation study of this complex with various types of substrates. The first objective of this thesis was to expand the scope of this catalyst to different N-acyl enamides (ß-ketoenamides, cyclic tri-substituted enamides and a-heteroarylenamides) which subsequently give rise to chiral amines of pharmacological interest. Furthermore, the Rh-MaxPHOS complex was for first time applied to the intramolecular Pauson-Khand reaction satisfactorily obtaining moderate yields (30-70%) and high optical purity (up to 86%) for various 1,6 -enines. Therefore, other metal compounds with the same aminodiphosphine were prepared. Specifically, it coordinated to iridium and applied in asymmetric catalysis. It was then applied in the asymmetric hydrogenation of C = C (tri-substituted olefins with adjacent polar group) and C = N (imines), where the hydrogenation with rhodium fails to reduce the desired final products with high optical purity. Under the study of the asymmetric hydrogenation with our chiral catalyst Rh-MaxPHOS (Rh-7), it was decided to extend this approach to other types of compounds which, in turn, also gave rise to products of pharmacological interest. The group of the professor Elena Escubedo was interested in the study of the biological effects of each enantiomer of MDMA, known as ecstasy (3,4-methylenedioxymethamphetamine), to analyze their interaction in the nicotinic acetylcholine receptors. Taking into account the promising results obtained with the Rh-7 complex in the hydrogenation of various types of substrates, a partnership in which we proposed an asymmetric synthesis by enantioselective hydrogenation of ß-aryl-enamides catalyzed by rhodium complex was proposed employing Rh-7. Unfortunately, this synthetic route did not offer good results and an alternative route was sought. For this purpose, we envisioned a new and efficient synthesis of both enantiomers of MDMA based optically pure diastereomeric reduction of imines derived from tert-butylsulfinamide, which provides a simple and practical method of obtaining both enantiomers of MDMA. Another application in asymmetric catalysis with Rh-7 complex was based on performing a new synthesis of 2-aminosuberic acid, with the key enantioselective hydrogenation stage. 2-aminosuberic acid has been used in the synthesis of analogues of bioactive peptides such as oxytocin, vasopressin, somatostatin, or calcitonin as a metabolically stable methylene chain in the replacement of the disulfide bridge between cysteines. In this sense, one of the open lines in our research group is the synthesis of analogues of somatostatin. Thus, we designed and synthesized analogues of somatostatin peptides with 2-aminosuberic acid replacing the disulfide bridge in the peptide chain, keeping other unnatural amino acids in the sequence that had previously displayed a high biological activity. Also, we wanted to study the importance of the methylene chain length of this cyclic peptide. Thus, another peptide analog was synthesized by introducing a commercially available natural amino acid (Fmoc-D-Glutamic acid) instead of 2-aminosuberic acid and we compared their structures by NMR.

Brain delivery is a major unmet challenge because most drugs cannot cross the blood-brain barrier (BBB). Despite the restrictive nature of this barrier, brain vasculature reaches essentially every neural cell to supply it with nutrients. BBB-shuttles are molecules that take advantage of endogenous transport mechanisms to deliver cargoes into the brain parenchyma. However, the efficiency and selectivity of current shuttles needs to be improved. It has recently been shown that one way to enhance their transport capacity is to make them protease-resistant. The main goals of this thesis were to find new protease-resistant BBB-shuttle peptides and also to increase the transport monoclonal antibodies across the barrier. A source of peptides with high resistance to proteases is venoms. Moreover, some components, such as the potassium channel blocker apamin, have an effect on the CNS without disrupting the BBB, which makes them good BBB-shuttle candidates. Firstly, we proved that apamin and the most similar analogue described not to be toxic had a similar permeability in a bovine cell-based BBB model, which indicated that the residues implied in toxicity were not required for the transport across the BBB. Then we generated a simplified analogue, MiniAp-1, which crossed the cell monolayer mainly through an active mechanism with higher permeability than apamin. This result encouraged us to prepare additional analogues and one of them, MiniAp-4, had a permeability 3-fold that of apamin. This increase in transport could be partly explained by its high resistance to serum proteases and its different conformational preferences with respect to the other analogues. We then demonstrated that MiniAp-4 significantly improved the transport of GFP, quantum dots and gold nanoparticles in a human cellbased model of the BBB. Finally, we showed that this peptide was capable of enhancing 7.6-fold the delivery of cyanine-5.5 in mice brain. Furthermore, we detected the targeted probe in the brain parenchyma. In parallel, we aimed to increase the transport of monoclonal antibodies against glioblastoma across the BBB. We set up five reactions to conjugate peptide shuttles to different parts of two antibodies. Modification of the transaminated N-termini through oxime ligation provided a peptide/antibody ratio (PAR) lower than 1. Conjugation of the fucose present in the glycan chains yielded a PAR of 2 with one antibody but was not applied to the other because of its complex glycosylation pattern. Conversely, we achieved a PAR of 4 on partially reduced interchain cystines of both antibodies. Hence, we used this method to generate a small library of BBB-shuttle-antibody conjugates. The thioether bond linking the shuttles to the antibodies proved stable at least for 24 h in human serum. We also linked peptides containing cysteines to the lysines using cuppercatalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). No conjugation significantly reduced antibody affinity except for N-terminal ligation. When the library of conjugates was assayed in the human cell-based BBB model we observed a significant increase of the transport with most peptides. MiniAp-1 and RVG29 were the shuttles providing the highest enhancement. Regarding the modification site, conjugation to lysines using CuAAC was the most suitable, probably because shuttles are more accessible to their receptors. In conclusion, in this thesis we have shown that cyclic mini-apamins, with reduced toxicity and immunogenicity, are highly resistant to serum proteases and are capable of crossing a tight brain endothelial cell monolayer. MiniAp-4 efficiently delivers diverse cargoes across the BBB in a human cell-based model and in mice. We have also proved that some BBB-shuttles, particularly MiniAp-1 and RVG29, can enhance the transport of monoclonal antibodies in a cell-based model and that peptides linked to the lysines using CuAAC provide the highest increase. / La major part de fàrmacs dissenyats per tractar malalties del sistema nerviós central no són efectius perquè no poden creuar la barrera hematoencefàlica (BHE). Una de les estratègies més prometedores per superar aquest obstacle és l’ús de llançadores peptídiques. Tanmateix, l’eficiència i selectivitat d’aquests encara s’ha de millorar. Els objectius principals de la tesi eren, per una banda, trobar noves llançadores resistents a proteases i, per l’altra, augmentar el transport d’anticossos monoclonals a través de la BHE. Tenint en compte que l’apamina és un pèptid del verí de l’abella que creua la BHE, vam iniciar l’estudi demostrant que els residus implicats en la toxicitat no eren necessaris pel transport. Aleshores vam generar anàlegs simplificats i MiniAp-4 va mostrar el millor compromís entre estabilitat en sèrum, permeabilitat i immunogenicitat. Aquest pèptid va incrementar el transport de la GFP, quantum dots i nanopartícules d’or en un model cel·lular humà de BHE. A més, va augmentar en 7,6 vegades la concentració de cianina-5.5 en el cervell de ratolins. Pel que fa el transport d’anticossos, vam posar a punt diversos mètodes per conjugar els pèptids llançadora a diferents parts de la immunoglobulina, incloent els extrems Nterminals, les cadenes glicosídiques, les lisines i les cisteïnes. Cap conjugació va disminuir l’afinitat dels anticossos pels seus epítops exceptuant la del N-terminal. Vam escollir la modificació de les cisteïnes utilitzant química tiol-maleimida i també la de les lisines mitjançant cicloaddició alquí-azida catalitzada per coure (CuAAC) per generar conjugats emprant diverses llançadores. Alguns d’aquests van mostrar un transport significativament més elevat que l’anticòs sol en el model cel·lular humà de BHE, en especial una mini-apamina i el RVG29 enllaçats mitjançant CuAAC. La major eficiència de les llançadores amb aquesta unió és atribuïble a la major accessibilitat per interaccionar amb els seus receptors. Per concloure, en aquesta tesi hem generat anàlegs d’apamina resistents a protaeses, més reduïts, menys tòxics i menys immunogènics. A més, MiniAp-4 és capaç de transportar diversos compostos a través de la BHE in vitro i in vivo. També hem demostrat que el transport d’anticossos es pot augmentar mitjançant diferents llançadores peptídiques, incloent les mini-apamines. / La mayor parte de fármacos diseñados para tratar enfermedades del sistema nervioso central no son efectivos porque no pueden cruzar la barrera hematoencefálica (BHE). Una de las estrategias más prometedoras para superar este obstáculo es el uso de lanzadoras peptídicas. Sin embargo, la eficiencia y selectividad de dichas lanzadoras aún debe mejorar. Los objetivos principales de la tesis eran encontrar nuevas lanzadoras resistentes a proteases y aumentar el transporte de anticuerpos monoclonales a través de la BHE. Teniendo en cuenta que la apamina es un péptido del veneno de la abeja que cruza la BHE, iniciamos el estudio demostrando que los residuos implicados en la toxicidad no eran necesarios para el transporte. Luego generamos análogos simplificados y MiniAp-4 mostró un mejor compromiso entre estabilidad en suero, permeabilidad y inmunogenicidad. Este péptido incrementó el transporte de GFP, quantum dots y nanopartículas de oro en un modelo celular humano de BHE. A demás, aumentó en 7,6 veces la concentración de cianina-5.5 en el cerebro de ratones. Por lo que se refiere al transporte de anticuerpos, pusimos a punto varios métodos de conjugación de los péptidos lanzadora a distintas partes de la inmunoglobulina, incluyendo extremos N-terminales, cadenas de oligosacáridos, lisinas y cisteínas. Ninguna conjugación disminuyó la afinidad de los anticuerpos por sus epítopos exceptuando la del N-terminal. Escogimos la modificación de cisteínas mediante química tiol-maleimida y también la de lisinas utilizando cicloadición alquino-azida catalizada por cobre (CuAAC) para generar conjugados usando varias lanzadoras. Algunos de ellos mostraron un transporte significativamente más elevado que el anticuerpo sin modificar en el modelo humano de BHE, en especial una mini-apamina y RVG29 enlazados mediante CuAAC. La mayor eficiencia de las lanzadoras unidas de este modo es atribuible a la mayor accesibilidad para interaccionar con sus receptores. En conclusión, en esta tesis hemos generado análogos de apamina resistentes a proteasas, más reducidos así como menos tóxicos e inmunogénicos. Además, MiniAp-4 es capaz de transportar distintos compuestos a través de la BHE in vitro e in vivo. También hemos demostrado que el transporte de anticuerpos se puede aumentar mediante el uso de lanzadores peptídicas varias, incluyendo las mini-apaminas.

"Síntesis y caracterización de nuevas poliesteramidas: estudio de sus propiedades."El estudio de los polímeros biodegradables ha adquirido un gran interés en los últimos años por ser una alternativa al reciclado de los productos plásticos. En este contexto, los poliésteres alifáticos constituyen el grupo de polímeros más extensamente estudiado ya que la presencia de grupos ésteres les confiere una gran susceptibilidad a la degradación. Sin embargo, los poliésteres alifáticos lineales poseen temperaturas de fusión muy bajas y reducidas propiedades mecánicas. Por otro lado, en contraste a los poliésteres, las poliamidas alifáticas son materiales con excelentes propiedades térmicas y mecánicas pero resistentes a la degradación. Las poliesteramidas son una familia de polímeros de gran interés puesto que pueden combinar las ventajas de los polímeros anteriormente citados.En este trabajo, se han estudiado nuevas poliesteramidas constituidas principalmente por a-aminoácidos naturales, tales como glicina y L-alanina, debido a su potencial degradabilidad en medios enzimáticos. Se ha insistido en los polímeros caracterizados por una secuencia regular aminoácido-diol-aminoácido-diácido, proponiendose y comparandose dos procedimentos alternativos de síntesis basados en una poliamidación interfacial o en una poliesterificación térmica.Entre los polímeros estudiados con más detalle podemos citar:a) Derivados de butanodiol, al conferir un carácter hidrofílico y por tanto favorecer la degradabilidad del material.b) Derivados de unidades rígidas como el ácido tereftálico o el oxálico por mejorar las propiedades térmicas.Las poliesteramidas alifáticas relacionadas con los nylons y poliésteres 6 10 o 12 10 y que no contienen aminoácidos no se degradan en medio enzimático proteolítico y la degradación hidrolítica transcurre muy lentamente.Además de la síntesis y caracterización de las poliesteramidas, se han realizado estudios estructurales de compuestos modelo, segmentos representativos de los polímeros, con la finalidad de obtener datos cristalográficos para una posible extrapolación a la estructura de las poliesteramidas.Por último, se realizó un estudio del empaquetamiento molecular de poliésteres alifáticos relacionados como son el 6 10 y el 12 10 a través del cual se determinó la orientación azimutal de las cadenas y su desplazamiento relativo. / "Synthesis and characterization of new poly(ester amide)s: a study of its properties."During the last years a great effort has been devoted to study biodegradable polymers since they can help minimize some of today¦s severe waste management problems. Among then, aliphatic polyesters are perhaps the most easily biodegradable synthetic polymers known, due its highly hydrolizable backbone. However, their applications have been limited because of their low melting point and poor mechanical behavior. On the other hand, aliphatic polyamides are materials with excellent mechanical properties but with an enhanced resistance to degradation. In this context, poly(ester amide)s are a family of polymers able to combine the properties mentioned before.In this work, we discuss the possibilities of a new series of poly(ester amide)s that involves a-amino acids, since an enhanced biodegradability is expected. We consider two synthesis methods based on the interfacial polyamidation and thermal polyesterification to prepare poly(ester amide)s represented by the regular secuence: amino acids-diol-amino acids-diacid.Polymers with stiff units like oxaloyl or terephthaloyl residues were studied and characterized because these groups improve thermal properties. We have also studied polymers that incorporate 1,4-butanediol according to its major hydrophylicity responsible for the high degradability of the materials.Other subject of this work is to know how the amino acid content and the ratio between amide and ester groups influences thermal behavior and degradability.In addition to the synthesis and characterization of poly(ester amide)s, we investigated the structure of several related model compounds in order to obtain crystallographyc parameters to extrapolate to the structure of the polymers.Finally, a detailed structural refinement of related polyesters 6 10 and 12 10 has been studied using transmission electron microscopy and X-ray diffraction because of its great interest as degradable polymers.

Tras la activación con complejos catiónicos de oro(I), los 1,6-eninos conteniendo alcoholes o éteres se pueden atrapar intra- o intermolecularmente con alquenos o éteres bencílicos. Esta reacción estereospecífica da lugar a compuestos tricíclicos relacionados con los sesquiterpenos 4-epiglobulol y 4-aromadendreno. La síntesis racémica del 4-epiglobulol se comenzó a partir del geranyl acetona que es comercial. Hemos cumplido la síntesis total del producto natural (±)-epiglobulol en 5 pasos con un rendimiento total de 16%.Hemos investigado el acoplamiento C-C mediado por oro, mostrando que en un ciclo catalítico el paso retrasando es la adición oxidante. Hemos diseñado 4 ligandos nuevos que intramolecularmente tienen capaz de añadirse oxidativamente formando ciclos de 5 o seis miembros. Sin embargo, no hemos podido provocar la adición oxidante con ninguno de los ligandos. Hemos cumplido la síntesis del producto natural (-)-agrimonol en 8 pasos con un rendimiento total de 1.3%. / 1,6-enynes,bearing alcohol oretherfunctionalgroups,activatedbycationicgold(I) complexes can be trappedintra- orintermolecularlyfromalkenesorbenzylethers. Thisstereospecificreactiongivestricyclicproductsrelatedtosesquiterpenes 4-epiglobulol and 4-aromadendrene. Theracemicsynthesis of 4-epiglobulol startedwithcommerciallyavailablegeranylacetone. Wehavecompletedthe total synthesis of natural product(±)-epiglobulol in 5 stepswith a total overallyield of 16%. Wehaveinvestigatedthe C-C couplingmediatedbygold, showingthat in thecatalyticcyclethefrustratedstepistheoxidativeaddition. Wedesigned 4 new ligandsthatintramolecularlyhavethecapacitytooxidativelyaddforming 5 or 6 memberedcycles. However, none of theformedcomplexesunderwentoxidativeadditionwiththeligands. Wehavecompletedthe total synthesis of natural product (-)-agrimonol in 8 stepswith a total overallyield of 1.3%.with a selectivity of 3:1 startingfromcommerciallyavailable 3,5-dimethoxy-phenyl bromide.

The main objective of this thesis was to synthesise and apply new polymeric sorbents to obtain good recoveries in the solid-phase extraction (SPE) of organic polar pollutants in real water samples. The synthesised sorbents were used in SPE on-line coupled to high-performance liquid chromatography in order to establish analytical methods which can determine these pollutants in tap and river water samples.These synthesised sorbents were several chemically modified polymeric sorbents obtained by introducing different polar functional groups in the chemical structure of a polystyrene-divinylbenzene resin. Thus, the surface of these polymers was more hydrophilic and the polar compounds could be more strongly retained in these sorbents than in the unmodified resin and other commercially available sorbents. Nevertheless, the increase in the capacity of retention of the chemically modified sorbents also implied that more interferences from the matrix were retained, such as humic substances. These substances appear in the chromatograms as an initial broad band which hampers the determination of the more polar analytes. For this reason, a method based on the addition of sodium sulphite to the sample was developed to decrease this matrix interference.The synthesis of molecularly imprinted polymers was also studied. These polymers were prepared using 4-nitrophenol as the template and the non-covalent method, and allowed 4-nitrophenol to be selectively extracted from real water samples. It was also demonstrated the possibility to use these polymers as sorbents in the SPE on-line coupled to liquid chromatography. / L'objectiu fonamental de la present Tesi Doctoral ha estat el desenvolupament i aplicació de nous sorbents polimèrics per tal d'obtenir bones recuperacions en l'extracció en fase sòlida (SPE) de contaminants orgànics polars presents en mostres d'aigua. Aquests sorbents han estat emprats en la SPE acoblada en línia a la cromatografia de líquids d'alta resolució (HPLC) per tal d'establir mètodes d'anàlisi d'aquests contaminants en aigües de diferent procedència.Existeixen molts sorbents comercialment disponibles per a realitzar el procés de SPE, però la majoria donen molt baixes recuperacions pels analits més polars i per tant aquests compostos són difícils de determinar a baixos nivells. Una altra important limitació d'aquests sorbents és la seva manca de selectivitat, fet especialment important quan s'analitzen mostres mediambientals d'elevada complexitat. Per tal d'obtenir unes recuperacions més elevades pels analits polars que amb els sorbents convencionals, en la present tesi s'han desenvolupat nous sorbents polimèrics químicament modificats mitjançant la reacció de Friedel-Crafts. Aquesta reacció ha permès la introducció de diferents grups funcionals polars una la reïna de poliestirè-divinilbenzè (PS-DVB). La seva introducció ha augmentat la polaritat de la superfície de la reïna i d'aquesta manera els analits polars han quedat més retinguts en aquests sorbents químicament modificats que en la reïna de partida. Aquests nous sorbents s'han comparat favorablement amb altres sorbents comercials de diferents tipus en l'extracció de diversos compostos fenòlics i plaguicides polars.També s'ha avaluat l'efecte de diferents propietats físiques (àrea superficial i diàmetre de partícula i porus) de la reïna de partida sobre el grau de funcionalització en la modificació química del PS-DVB amb el grup o-carboxibenzoil. S'ha obtingut un grau de modificació similar amb tres reïnes i per tant s'ha demostrat que les diferents propietats físiques de les reïnes emprades no tenen efecte sobre el grau de funcionalització amb el grup o-carboxibenzoil. No obstant, s'han obtingut unes recuperacions més grans pels analits més polars amb la reïna que té una àrea superficial més elevada degut a la possibilitat d'un major nombre d'interaccions -.Degut a l'increment de capacitat de retenció dels polímers químicament modificats apareix l'inconvenient que més interferències de la matriu, com ara les substàncies húmiques, queden retingudes en aquests sorbents. Les substàncies húmiques formen part de la matèria orgànica dissolta en l'aigua i apareixen en els cromatogrames en forma de banda inicial ampla que dificulta la determinació dels analits que elueixen primer, és a dir, els analits més polars. En aquesta tesi s'ha desenvolupat un tractament químic de la mostra amb sulfit sòdic que permet reduir considerablement aquesta banda i per tant facilita la determinació dels compostos més polars sense interferència dels àcids húmics.En la recerca de sorbents més selectius per a la SPE, l'experimentació d'aquesta tesi s'ha encaminat cap als sorbents polimèrics amb empremta molecular (MIP). Així doncs, s'ha sintetitzat un nou tipus de sorbent selectiu que consisteix en un polímer amb empremta molecular pel 4-nitrofenol. L'existència d'aquesta empremta molecular pel 4-nitrofenol s'ha demostrat fent un estudi de l'especificitat d'aquest MIP per a l'extracció selectiva del 4-nitrofenol a partir d'una mescla de compostos fenòlics. L'estudi demostra la possibilitat d'emprar un polímer amb empremta molecular com a sorbent en la SPE acoblada en línia a HPLC. Per tal d'obtenir una extracció selectiva del 4-nitrofenol s'han optimitzat alguns paràmetres crítics en el procés de SPE. Aquest sorbent també ha estat avaluat i comparat favorablement amb sorbents comercials en l'extracció de mostres d'aigua del riu Ebre.