En esta tesis se desarrolla una metodología general para la construcción tándem de manera asimétrica de importantes “building blocks” que se encuentran presentes en la estructuras de muchos productos naturales complejos y biológicamente activos, así como en compuestos de interés farmacológico significativo. Se ha desarrollado una metodología general para la síntesis del núcleo octahidroindolico utilizando materiales de partidas sencillos mediante (a) el tratamiento de un ß-ceto éster tert-butilico que presenta en su estructura un grupo amino monoprotegido y crotonaldehído en condiciones básicas mediante una secuencia tándem/domino one-pot de reacciones.1 Con el objetivo de simplificar las etapas de manipulación de la reacción se encontró que la utilización de una resina básica como el PS-BEMP aumenta el potencial y se obtiene de forma rápida y directa en un escaso número de pasos el sistema octahidroindólico. La utilización de diferentes aceptores de Michael sustituidos en las posiciones 2 y/o 3 permite la formación de una amplia gama de análogos de forma asimétrica con excelentes excesos enantioméricos y rendimientos moderados, otorgando una mayor robusteza a la metodología desarrollada. La aplicación a morfanos es diferente y requiere un cambio más sustancial ya que el átomo de N tosilado se incorpora en la unidad del aceptor de Michael ¿,ß-insaturado en lugar del ß-ceto ester como en el protocolo anterior para generar azabiciclos fusionados. (a) La metodología que se presenta para la obtención de sistemas de 2-azabiciclo[3.3.1]nonano (morfano) implica un proceso tándem basado en una reacción organocatalizada. La secuencia sintética, a partir de materiales de partida fácilmente disponibles, comporta la formación de tres nuevos enlaces: i) el primero en una reacción intermolecular de Michael que genera de manera organocatalizada y asimétrica un enlace C-C; ii) el segundo implica la formación de una ciclohexenona en medio básico completando una anelación de Robinson enantiocontrolada y iii) una reacción aza-Michael intramolecular para generar el sistema azabicíclico. Una nueva orientación de la reacción desarrollada anteriormente, permitió la formación de núcleos hidroisoquinolinicos presentes en el esqueleto pentacíclico yohimbinano. Esta vez, en lugar de una reacción aza-Michael se empleó una reacción de Pictet-Spengler. Tras la formación del enal (a través de una metátesis cruzada), la estructura pentacíclica fue generándose de manera espontánea por la naturaleza lábil y favorecida de la ciclación intramolecular permitiendo la obtención de la estructura deseada. El trabajo realizado en esta tesis, amplía el potencial de la reacción tándem inicialmente desarrollado y demuestra que es un proceso general que puede permitir la síntesis de diversos anillos de manera asimétrica.

En les últimes dècades han augmentat els problemes derivats de la sobreproducció i acumulació de residus de la industria, així com els problemes mediambientals i la disminució de fonts de matèries primeres. En aquest sentit, ha incrementant l’interès en reutilitzar-los, per tal de re-valoritzar-los produint productes d’interès, acostant-nos cada cop més al concepte de residu zero. Un dels majors subproductes de la industria agroalimentària és el conegut amb el terme de biomassa. En aquest treball, ens hem centrat en investigar la re-valorització d’una petita part dels poliols presents en la biomassa, entre ells alguns carbohidrats i el glicerol. / En las últimas décadas han aumentado los problemas derivados de la sobreproducción y acumulación de residuos de la industria agroalimentaria, así como los problemas medioambientales y la disminución de fuentes de materias primas. Incrementando así el interés en reutilizarlos, revalorizándolos produciendo productos de interés, acercándonos cada vez más al concepto de residuo cero. Uno de los mayores subproductos de la industria es el conocido con el término de biomasa. En este trabajo, nos hemos centrado en investigar la revalorización de una pequeña parte de los polioles presentes en la biomasa, entre ellos algunos carbohidratos y el glicerol. / In the last decades, problems related with overproduction and industry waste accumulation have increased, causing environmental problems and depletion of raw material sources. Because of that, there has been an increasing interest in the reuse of wastes to prepare valuable products, getting closer to the zero waste concept. Biomass is one of the major agroindustrial by-products. In this work, we were focused on adding-value to a small portion of the polyols present in biomass, including some carbohydrates and glycerol.

La recerca de reaccions orgàniques que procedeixin amb eficiència, selectivitat i economia atòmica s'ha convertit en un objectiu important per la química sintètica. A més de la conscienciació sobre la sostenibilitat dels processos químics, l'ús de catalitzadors suportats en la química sintètica ha augmentat considerablement en els últims anys. D'aquesta manera, la immobilització covalent d'espècies catalítiques ofereix avantatges importants. No obstant, l'activitat catalítica de les espècies suportades està fortament determinada per l'accessibilitat del reactius al centre actiu. Per tant, l'elecció del suport és una qüestió essencial donat que la seva estructura i propietats poden influir de manera important en el curs de les reaccions químiques facilitades pels catalitzadors immobilitzats en aquest suport. Els materials híbrids orgànico-inorgànics derivats de sílice són gels de sílice modificats amb components orgànics, que s'han aplicat com a suports versàtils per a una gran varietat de sistemes catalítics. En el present treball, diverses organosíliques derivades de prolinsulfonamides, de sals d'imidazoli i d'imidazolini i d'un complex de [(NHC)AuCl] han estat preparades mitjançant procediments sol-gel, així com també pel mètode de grafting. Aquests materials han estat assajats com a catalitzadors suportats en diversos processos orgànics. Concretament, l'organocatàlisi asimètrica ha estat abordada per prolinsulfonamides suportades que han mostrat bons resultats en les reacció aldòlica asimètrica directa en condicions suaus (en aigua a temperatura ambient ) i han permès el seu reciclatge fins a 5 cicles consecutius . La immobilització de sals d'imidazoli i d’imidazolini no ha permès la generació d’espècies NHC per catalitzar la condensació benzoïnica o la reacció d’anelació d'un enal amb una vinil-cetona. No obstant això, una sal imidazoli suportada s'ha pogut utilitzar com a organocatalitzador reciclable per a la protecció quimioselectiva amb Boc d'amines aromàtiques . Finalment, el complex suportat de [(NHC)AuCl] representa el primer exemple de material de sílice derivat d'un complex de [(NHC)-Au(I)] que s'ha preparat mitjançant el procés sol-gel. S'ha aplicat amb èxit com a catalitzador suportat [(NHC)Au]+, facilitant transformacions com ara la transposició d'èsters al·lílics o la cicloisomerització d'àcids γ-alquinoics per donar lloc a enol-lactones de 5 membres, i permetent la seva reutilització fins a 6 cicles consecutius en l'última reacció. A més, aquest material híbrid de sílice mostra un millor comportament catalític que l'anàleg homogeni corresponent. / La búsqueda de reacciones orgánicas que procedan con eficiencia, selectividad y economía atómica se ha convertido en un objetivo importante para la química sintética. Además de la concienciación sobre la sostenibilidad de los procesos químicos, el uso de catalizadores soportados en química sintética ha aumentado considerablemente en los últimos años. De esta manera, la inmovilización covalente de especies catalíticas ofrece ventajas importantes. Sin embargo, la actividad catalítica de las especies soportadas se encuentra fuertemente determinada por la accesibilidad de los reactivos al centro activo. Por lo tanto, la elección del soporte es una cuestión esencial debido a que su estructura y propiedades pueden influir de forma importante en el curso de las reacciones químicas mediadas por catalizadores inmovilizados en este soporte. Los materiales híbridos orgánico-inorgánicos derivados de sílice son geles de sílice modificados con componentes orgánicos, que se han aplicado como soportes versátiles para una gran variedad de sistemas catalíticos. En el presente trabajo, varias organosílicas derivadas de prolinsulfonamidas, de sales de imidazolio y de imidazolinio y de un complejo [(NHC)AuCl] han sido preparados mediante el proceso sol-gel así como por el método de grafting. Estos materiales han sido ensayados como catalizadores soportados en diversos procesos orgánicos. Concretamente, la organocatálisis asimétrica ha sido abordada por prolinsulfonamidas soportadas, que han mostrado buenos resultados en la reacción aldólica asimétrica directa en condiciones suaves (en agua a temperatura ambiente) y han permitido su reciclaje hasta 5 ciclos consecutivos. La inmovilización de sales de imidazolio y de imidazolinio no ha permitido la generación de especies NHC para catalizar la condensación benzoínica o la reacción de anelación de un enal con una vinil-cetona. Sin embargo, la sal de imidazolio soportada se ha utilizado como organocatalizador reciclable para la protección quimioselectiva con Boc de aminas aromáticas. Por último, un complejo soportado de [(NHC)AuCl] representa el primer ejemplo de material de sílice derivado de un complejo de [(NHC)-Au(I)] que ha sido preparado mediante el proceso sol-gel. Se ha aplicado con éxito como catalizador [(NHC)Au]+, facilitando transformaciones tales como la transposición de ésteres alílicos o la cicloisomerización de ácidos γ-alquinoicos para dar lugar a enol-lactonas de 5 miembros, permitiendo su reutilización hasta 6 ciclos consecutivos en la última reacción. Además, el material híbrido derivado de sílice muestra un mejor comportamiento catalítico que el análogo homogéneo correspondiente.

Els reactius de iode hipervalent són oxidants eficients en diverses transformacions oxidatives. Kita havia utilitzat el sistema PIFA/BF3·Et2O per assolir acoblaments oxidatius arè-arè. El nostre grup va extendre aquesta metodologia a l’acoblament oxidatiu directe de quatre components (four-component direct oxidative coupling) en el que estaven implicats binaftalè i arens. Seguint amb el nostre interés en aquest tema, en aquesta tesi hem preparat diversos tris-, tetra- i hexanaftalens arilats, compostos que tenen potencial interès en les àrees dels colorants i dels dispositius òptics orgànics. Dins també del tema dels organoiodans hipervalents, Koser havia emprat una quantitat estequiomètrica de PhI(OH)(OTs) en la formació oxidativa d’enllaços C-O. Atès que el reactiu hipervalent reverteix al correspondent iodoarè, el procés fóu millorat posteriorment per Ochiai mitjançant l’ús de quantitats catalítiques de iodurs d’aril en presència d’un oxidant terminal, de manera que les espècies hipervalents es generaven in situ. En aquesta tesi hem desenvolupat iodurs d’aril immobilitzats pel mètode sol-gel com a catalitzadors reciclables en l’α-tosiloxilació de cetones. Inesperadament, una sílica híbrida derivada de (3-iodopropil)trietoxisilà també va mostrar activitat catalítica. A partir d’aquí, posteriors investigacions van revelar que els iodoalcans poden actuar també com a pre-catalitzadors en aquest procés oxidatiu. En presència d’un oxidant (m-CPBA), els iodoalcans experimenten una degradació oxidativa per donar espècies catalítiques inorgàniques (probablement IO— o IO2-- ). La sobreoxidació de l’espècie inorgànica formada in situ produeix la desactivació del catalitzador i la formació d’una nova fase de l’àcid iódic (HIO3), no descrita fins ara, estructura que s’ha resolt ab initio a partir de dades de difracció de raigs-X de pols. Per altra banda, les nanopartícules (NPs) metàl.liques són molt útils en catàlisi degut a les particulars propietats derivades de la seva mida i morfología. Es requereix un agent estabilizant (S) per evitar l’aglomeració de les NPs i controlar la reactivitat en la superfície. En aquesta tesi s’ha dissenyat i sintetitzat un nou estabilitzant amb elevat contingut de nitrogen i cadenes de PEG, per preparar NPs d’or(0) i de rodi(0) solubles en aigua. Variant la relació molar S/Rh es controla la mida i la morfologia de les NPs de Rh(0), des de petits clústers a nanoflowers. Un fenòmen similar s’ha observat en les NPs d’Au(0), on la morfologia varia des de petites esferes fins a nanotadpoles i la mida depèn de la quantitat d’estabilitzant. Els nanomaterials s’han caracteritzat completament. Les NPs de Rh en forma de flor han mostrat bona activitat catalítica en la hidrosililació estereoselectiva d’alquins interns i s’han pogut reciclar fàcilment, mentre que les NPs d’Au són catalitzadors eficients i reciclables en la reducció selectiva de nitroarens a les corresponents anilines en aigua a temperatura ambient. / Hypervalent iodine reagents are known to act as efficient oxidants in a range of oxidative transformations. Kita and coworkers previously used the PIFA/BF3·Et2O system to achieve the dehydrogenative arene-arene coupling. Our group extended this methodology to a direct oxidative coupling of four molecules involving binaphthalene and arenes. Following the group’s work in this field, we have prepared in this doctoral work new arylated tris-, tetra- and hexa-naphthalene oligomers, which constitute compounds of potential interest in the field of dyes and organic optical devices. As a separate topic on hypervalent organoiodanes, Koser et al. used stoichiometric amounts of PhI(OH)(OTs) in the oxidative formation of C-O bonds. Given that the hypervalent reagent reverts to the parent iodoarene, the process was made catalytic by Ochiai using sub-stoichiometric quantities of the aryl iodides in the presence of a terminal oxidant, with the hypervalent species being generated in situ. In this thesis we have developed recyclable sol-gel immobilized aryl iodides for the catalytic α-tosyloxylation of ketones. Unexpectedly, a hybrid silica derived from (3-iodopropyl)triethoxysilane was also catalytically active. Further investigations revealed that, unexpectedly, even iodoalkanes can act as pre-catalysts for this oxidative process. We found that in the presence of m-CPBA, the iodoalkanes undergo an oxidative breakdown to inorganic catalytic species (likely IO-- or IO2--). Overoxidation of the in situ formed inorganic species resulted in catalyst deactivation via the formation of a hitherto unreported phase of the iodic acid (HIO3), whose structure has been solved ab initio from the powder x-ray diffraction data. As a second topic, metal nanoparticles are very useful in catalysis due to the particular properties imparted by their size and morphology. A stabilizing agent (S) is usually required to prevent the agglomeration of the NPs, as well as to control the reactivity at the surface. In this thesis, a new PEG-tagged nitrogen-rich stabilizer has been designed and synthesized to prepare water-soluble Au and Rh NPs. We found that by varying the molar ratio S/Rh, we can achieve size and morphology controllable Rh NPs from small atom clusters to nanoflowers. A similar phenomenon was also found for the gold NPs, with morphologies varying from small spheres to nanotadpoles, the sizes of particles depending on the amount of stabilizer. The nanomaterials have been fully characterized. The flower-like Rh NPs proved to be very effective to catalyze the stereoselective hydrosilylation of internal alkynes and they could be easily recycled. The Au NPs were efficient and recyclable catalysts for the selective reduction of various nitroarenes to the corresponding anilines in water at room temperature.

L'objectiu d'aquesta tesis doctoral forma part d'un objectiu mes general de preparació d'anàlegs de ceramida per servir com a inhibidors de l'enzim que metabolitza la ceramida. Així doncs, amb aquest objectiu, aquest treball s'ha orientat cap al desenvolupament de rutes sintètiques que aportin un accés ràpid cap a diferents derivats d'esfingosina, que després serien acilats per formar anàlegs de ceramida. En aquest sentit el treball està dividit en dos vessants: a) Síntesis regio-i estereoselectiva d'amino alcohols insaturats a través de l'aziridinació intramolecular i posterior obertura de dienols funcionalitzats. El resultat mes important d'aquest estudi va ser la possibilitat de controlar la regioselectivitat en l'oxiaminació de dienil carbamats depenent del catalitzador utilitzat. b) Síntesis enantioselectiva d'amino alcohols insaturats a través de la resolució cinètica d'oxazolidinones. El resultat més important d'aquest estudi va ser la possibilitat de resoldre amb alts nivells d'enantioselectivitat els productes obtinguts en l'estudi anterior. La combinació de les metodologies dels dos estudis va permetre un síntesis eficient de l'esfingosina. El treball desarrollat en l'últim capítol va ser dut a terme durant una estada de sis mesos al laboratori del Prof. Dean F. Toste a UC Berkeley. En aquest capítol es descriu la addició enantioselectiva d'anilines a azoalquens usant àcids fosfòrics quirals, i la transformació de les hidrazones alfa-substituïdes en alfa-amino cetones i 1,2-diamines. / l objetivo de esta tesis doctoral forma parte de un objetivo más general de preparación de análogos de ceramida para servir como inhibidores de la enzima que metaboliza la ceramida. Así pues, con este objetivo, este trabajo se ha orientado hacia el desarrollo de rutas sintéticas que aporten un acceso rápido hacia diferentes derivados de esfingosina, que luego serían acilados para formar análogos de ceramida. En este sentido el trabajo está dividido en dos vertientes: a) Síntesis regio-y estereoselectiva de amino alcoholes insaturados a través del aziridinación intramolecular y posterior apertura de dienoles funcionalizados. El resultado más importante de este estudio fue la posibilidad de controlar la regioselectividad en el oxiaminación de dienil carbamatos dependiendo del catalizador utilizado. b) Síntesis enantioselectiva de amino alcoholes insaturados a través de la resolución cinética de oxazolidinonas. El resultado más importante de este estudio fue la posibilidad de resolver con altos niveles de enantioselectividad los productos obtenidos en el estudio anterior. La combinación de las metodologías de los dos estudios permitió un síntesis eficiente de la esfingosina. El trabajo desarrollado en el último capítulo fue llevado a cabo durante una estancia de seis meses en el laboratorio del Prof. Dean F. Toste en UC Berkeley. En este capítulo se describe la adición enantioselectiva de anilinas a azoalquenos usando ácidos fosfóricos quirales, y la transformación de las hidrazonas alfa-sustituidas en alfa-amino cetonas y 1,2-diamina. / The objectives of the present work are part of a more general objective that aims to prepare ceramide analogues as downstream receptor agonists and ceramide-metabolizing enzyme inhibitors. Therefore, with the aim of preparing ceramide analogues, the present work has been oriented towards the develop synthetic routes that provide an easy access to a wide range of distingly functionalized sphingosine derivatives , which then could be acylated and form ceramide analogues. In this regard, two main concrete objectives were aimed: a) Regio-and stereoselective synthesis of unsaturated aminoalcohols through intramolecular aziridination and ring opening of substituted dienols: The most important result of this study was the possibility to control the regioselectivity in the oxyamination of diesel carbamates depending on the catalyst employed. b) Enantioselective synthesis of unsaturated amino alcohols through kinetic resolution of oxazolidinones. The most important result of this study was the possibility to resolve the products obtained in the previous study with high levels of enantioselectivities. The combination of the two separate studies provided an efficient synthesis of sphingosine The work developed in the last chapter was carried out during a six-month stay at the group of Prof. Dean F. Toste at UC Berkeley. In this chapter it is described the enantioselective addition of anilines to azoalkenes through the use of a chiral phosphoric acid catalyst and the transformation of the resultant α-arylamino hydrazones to enantioenriched α-arylamino ketones and 1,2-diamines

Pendent

Aquesta tesi doctoral s’emmarca dins un projecte dirigit a la síntesi de nous anàlegs de nucleòsids i la seva avaluació com a possibles agents antivírics. Concretament, la major part d’aquest treball es basa en la preparació d’anàlegs ciclobutànics de nucleòsids, utilitzant la reacció de fotocicloaddició [2+2] de 2(5H)-­‐furanones quirals a 1,1-­‐dietoxietilè com a pas clau de la seqüència sintètica per la construcció de l’anell de ciclobutà. Emprant aquesta metodologia, s’ha aconseguit la síntesi d’una nova família de nucleòsids conformacionalment restringits per la presència d’un anell de ciclobutà funcionalitzat. L’activitat biològica d’aquests nous compostos ha estat avaluada enfront de diferents virus, tot i que malauradament, cap ha mostrat activitat significativa. Precisament la manca d’activitat anti-­‐VIH tot i l’analogia estructural dels compostos sintetitzats amb fàrmacs que s’utilitzen per tractar aquesta malaltia (com el d4T), va promoure un estudi de docking del procés d’activació d’aquests nucleòsids així com de la seva interacció amb l’enzim transcriptasa inversa del VIH. A més a més, s’ha desenvolupat una nova ruta sintètica cap a anàlegs ciclobutànics de L-­‐nucleòsids, que ha permès la síntesi d’un nou grup d’aquests compostos. L’avaluació de la seva activitat biològica ha revelat una feble activitat anti-­‐influenza virus per un dels anàlegs, tot i que aquest nucleòsid també ha mostrat una elevada citotoxicitat. L’última part de la tesi recull la síntesi de double-­‐headed nucleosides, nucleòsids que presenten una nucleobase addicional en la seva estructura. Aquesta part de la tesi s’ha portat a terme durant una estada de tres mesos en el Nucleic Acid Center de la University of Southern Denmark. / This thesis is framed within a project that pursues the synthesis of novel nucleoside analogues and their evaluation as potential antiviral agents. Specifically, the main part of this work is devoted to the preparation of cyclobutane nucleoside analogues, using the [2+2] photocycloaddition reaction of chiral 2(5H)-­‐furanones to 1,1-­‐diethoxyethylene as a key step to construct the cyclobutane ring. Using this methodology, a new family of conformationally restricted nucleosides by the presence of a functionalized cyclobutane ring has been synthesized. The biological activity of these novel nucleosides against several viruses has been evaluated, although none of them showed significant activity. The lack of anti-­‐HIV activity of the newly synthesized compounds, despite their structural similarity with efficient drugs (e.g. d4T), prompted us to carry out a docking study to shed light on the activation process of these nucleosides as well as their binding with the enzyme reverse transcriptase from HIV. In addition, a new synthetic approach towards cyclobutane L-­‐nucleoside analogues has been developed, allowing the preparation of a new set of this class of compounds. These nucleosides have been screened for antiviral activity and although one compound exhibited weak activity against influeza viruses, it also showed significant cytotoxicity. The last part of the thesis is focused on the synthesis of double-­‐headed nucleosides, synthetic nucleosides featuring an additional nucleobase. This work has been carried out during a three-­‐month stay at the Nucleic Acid Center in the University of Southern Denmark (Odense).

En esta tesis ha estudiado la influencia de la geometría de las moléculas en las monocapas de autoensamblaje (SAM) de ácidos quirales, se ha presentado la síntesis de la familia de anfifílicos quirales. Cada compuesto se ha medido con STM en la interfaz grafito-1-phenyloctanano como un único enantiómero y como una mezcla racémica para comprobar la transferencia de quiralidad de molécula a SAM a dos dimensiones. Se ha encontrado que las moléculas con geometría curvada - 1,3Ph y 2,7Naph, forman dominios muy regulares en el caso de enantiómero puro y conglomerado en el caso de la mezcla racémica. Los otros compuestos forman diversos polimorfos (hasta cuatro en el caso de 1,5Naph) o cristales 2D irregulares (2,6Naph), y cuando se ha estudiado la mezcla racémica, se han encontrado las SAM desordenadas o un pseudoracemato para 4,4'Biph. Las mezclas de los derivados de naftaleno se han estudiado en la interfaz grafito-1-phenyloctano para comprobar si los compuestos son capaces de formar monocapas mixtas, por otra parte las mismas mezclas se han medido con calorimetría de barrido diferencial (DSC) y difracción de rayos X (DRX) para comparar el comportamiento en los sistemas de dos y tres dimensiones. Se ha descubierto que los ácidos forman monocapas mixtas estables, y en un caso se ha observado un comportamiento de solución sólida. El reconocimiento quiral entre los ácidos anfifílicos se ha comprobado con un amina quiral modelo trans-1,2-diaminociclohexano (DACH) - para descubrir que, en caso del ácido 1,3Ph y 2,7Naph, hay un reconocimiento quiral y la formación diastereoselectiva de un complejo en la interfaz de grafito-1-phenyloctane. En el caso del ácido 2,7Naph and DACH también se ha observado la formación de multicapas. Se ha utilizado el modelado molecular para obtener mejor idea de las fuerzas y el ensamblaje de las moléculas. El ácido 1,3Ph fue elegido para estudiar su capacidad de reconocimento con diversas aminas quirales y aquirales incluyendo compuestos utilizados como medicamentos: Metoprolol, Antenolol y Verpamil. Se ha encontrado, en el caso de Metoprolol que hay una complejación preferencial de uno de los enantiómeros en la interfaz grafito-1-phenyloctano. Se han usado mezclas de ácidos para comprobar su capacidad para actuar como un agente de resolución en dos sistemas dimensionales, pero no se ha encontrado una evidencia clara de mejoras con respecto a los enatiomeros puros, debido a la adsorción competitiva. Además se ha llevado a cabo la serie de experimentos de mezclas en masa de ácido 1,3Ph y DACH para comprobar si había un reconocimiento quiral en sistemas tres dimensionales. Las muestras se han comprobado con DSC, XRD y en microscopio óptico polarizado (POM) en un rango de temperaturas para descubrir el comportamiento de fase y el ensamblaje de las moléculas. La quiralidad del compuesto juega un papel determinante en el comportamiento de fase de los materiales. / In this thesis study of influence of geometry of the molecules on self-assembly monolayers (SAM) of chiral acids was studied, the synthesis of family of chiral amphiphiles was presented. Each compound was measured with STM at the graphite-1-phenyloctane interface as a single enatiomer and as a racemic mixture to check the transfer of chirality from molecule to two dimensional SAM. It was found that the bent-core molecules – 1,3Ph and 2,7Naph form very regular domains in the case of pure enatiomer and conglomerate in the case of racemic mixture. The other compounds form various polymorphs (up to four in the case of 1,5Naph) or irregular 2D crystals (2,6Naph), and when the racemic mixture was studied, the SAM was disordered or a pseudoracemate was found for 4,4´Biph. The mixtures of the naphthalene derivatives were studied at the graphite-1-phenyloctane interface to check if compounds are capable of forming mixed monolayers, moreover the same mixtures were measured with differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD) to compare behaviour in two and three dimensional systems. It was discovered that the acids form stable mixed monolayers, and in one case a solid solution behaviour was observed. The chiral recognition between amphiphilic acids was checked with a model chiral amine -1,2 trans-diaminocyclohexane (DACH) - to discover that in case of acid 1,3Ph and 2,7Naph there is a chiral recognition and diastereselective formation of a complex at the graphite-1-phenyloctane interface. In the case of acid 2,7Naph and DACH also formation of multilayers was observed. The molecular modelling was used to get insight into the forces and packing of the molecules. The acid 1,3Ph was chosen to study its capability of binding various chiral and achiral amines including compounds used as medicaments: Metoprolol, Antenolol and Verpamil. It was found in the case of Metoprolol that there is preferential binding of one of the enantiomers at the graphite-1-phenyloctane interface. Also mixtures of acids was checked for their capability to act as a resolving agent in two dimensional systems, but no clear evidence of improvements over the pure were observed because of competitive adsorption. Also the series of experiments of bulk mixtures of acid 1,3Ph and DACH was performed to check if there is a chiral recognition in three dimensional systems. The samples were checked with DSC, XRD and in polarized optical microscope (POM) in a range of temperatures to discover the phase behaviour and packing of molecules. The chirality of the component plays a determining role in the phase behaviour of the materials.

Aquest projecte persegueix el desenvolupament d’una sèrie de nous interruptors moleculars per a controlar el funcionament d’un canal iònic present en les cèl·lules del sistema nerviós central. Fins a l’actualitat els interruptors desenvolupats d’aquest tipus es basen en sistemes azobenzènics, fet que fa que presentin una limitació fonamental: la radiació UV-vis necessària per a interconvertir els dos estats del sistema és poc penetrant en teixits biològics i pot, fins i tot, provocar processos de fotodegradació d’aquests teixits. Aquest inconvenient es podria solucionar utilitzant llum del infraroig proper (NIR) per a dur a terme la fotoisomerització del interruptor mitjançant absorció multifotònica (a dos fotons). Per tal d’assolir aquest objectiu, es van plantejar dues estratègies: (i) la photoisomerització sensibilitzada a dos fotons del nucli azobenzènic; i (ii) la directa photoisomerització a dos fotons del nucli azobenzènic. La primera aproximació es podria aconseguir afegint una quarta unitat activa a l’estructura de l’interruptor original descrit per Gorostiza et al. Aquest nou fragment actuaria com a sensibilitzador, absorbint llum NIR mitjançant un procés multifotònic i transferint la corresponent energia d’excitació electrònica mitjançant un mecanisme de transferència d’energia ressonant (RET) a la unitat d’azobenzè. Per contra, la segona estratègia requeriria la introducció d’asimetria electrònica entre els dos anells, per tal de millorar la capacitat del sistema d’absorbir a dos fotons. Per validar aquestes dues aproximacions, dues families d’interruptors moleculars es van preparar i el seu comportament fotoquímic va ser evaluat tant en solució com en teixits biològics. / The development of optical methods for remote and non-invasive control of biological functions has recently emerged as a promising area of research. To attain this goal, it has been proposed the design of molecular photoswitches capable of regulating cellular activity upon reversible light-induced interconversion between their two states. Gorostiza et al. have demonstrated that photoinduced trans-cis isomerisation of azobenzene derivatives using UV-vis light allows the ion channels in neurons to be gated on demand. In spite of their successful performance, operation of these systems under irradiation with NIR light would be highly desired, since it has more penetration depth in biological tissues as well as causes less biological damage than UV-vis light. In view of this situation, this project pursues the development of a new series of photoswitches allowing light-induced control with IR light of the neuronal ion channels regulated by ionotropic glutamate receptors (iGluR). With this aim, two different strategies have been explored: (i) two-photon sensitised photoisomerisation of their azobenzene switch; and (ii) direct two-photon photoisomerisation of their azobenzene switch. On the former, an additional unit has been incorporated to the original photoswitch structure reported by Gorostiza et al. This new fragment should act as a sensitiser, absorbing NIR light via a non-linear optical process and then transferring its electronic excitation energy to the azobenzene group, which should eventually undergo photoisomerisation. On the other hand, the second strategy requires push-pull substitution of the azoaromatic group to enhance the intrinsic two-photon absorption cross-section of the system. To validate these approaches, two types of molecular photoswitches have been prepared and their photochemical activities have been tested both in solution and in biological tissues.

Madangamines are a small group of marine alkaloids isolated from sponges of the order Haplosclerida collected by hand using scuba on reefs off Madang, Papua New Guinea. Madangamine A show significant in vitro cytotoxicity against murine leukemia (P388), human lung (A549), brain (U373) and breast (MCF-7). However, no bioactivity data have been reported for madangamines B-E, and further pharmacological research on this alkaloid group has been prevented by the minute amount of alkaloid samples. We present herein the enantioselective synthesis of (+)-madangamine D, which represents the first total synthesis of an alkaloid of the madangamine group. Using a phenylglycinol-derived bicyclic lactam as the starting enantiomeric scaffold we were able to control the stereochemistry of all three contiguous stereogenic centers on the BC ring system, while A ring was formed through a stereocontrolled cascade aminohydroxylation reaction, in which an “in situ generated” amine attacks an epoxide ring. This strategy provides a direct route to the diazatricyclic ABC core common to all madangamines, with the appropriate functionalization to allow the subsequent building of the macrocyclic D and E rings of these alkaloids. The saturated 14-membered D ring of madangamine D, leading to the tetracyclic ABCD system was efficiently constructed using a ring-closing metathesis reaction followed by a catalytic hydrogenation of the resulting double bond. The (Z,Z)-unsaturated 11-membered E ring, required to complete the synthesis of madangamine D was successfully assembled in a straightforward manner using a Z-stereoselective Wittig reaction followed by an intramolecular macrolactamization. Madangamine D showed significant in vitro cytotoxic activity against human colon HT29 (GI50 4.4 µg/mL) and pancreas PSN1 (GI50 7.4 µg/mL) cancer cell lines, but was inactive against lung NSCLC A549 and breast MDA-MB-231 cancer cell lines at the highest assayed concentration (10 µg/mL). / Las esponjas del orden Haplosclerida representan una importante fuente de alcaloides estructuralmente diversos pero biogenéticamente relacionados, siendo las madangaminas uno de los menos estudiados desde el punto de vista sintético. En 1994 fue aislada el primer alcaloide de este grupo, la Madangamina A de la esponja marina Xestospongia ingens1 y unos años más tarde se aislaron cuatro nuevos alcaloides, las madangaminas BE.2 Estructuralmente, las madangamines son alcaloides pentacíclicos y se caracterizan por presentar un núcleo diazatricíclico (anillos ABC) y dos puentes de carbonados. El anillo macrocíclico D es diferente en cada madangamina en tamaño, así como en el grado y la posición de insaturación, mientras que el anillo E es idéntico en todas ellas. En la presente Tesis Doctoral presentamos la síntesis enantioselectiva de ()-madangamine D,3 que ofrece por primera vez una muestra pura de este producto natural y constituye la primera síntesis total de un alcaloide de la grupo de las madangamines. Usando de una lactama bicíclica derivada del fenilglicinol como el scafold enantiomérico de partida, nuestro enfoque consiste en la construcción inicial del núcleo diazatricíclico ABC y la posterior construcción de los anillos macrocíclicos D y E. La lactama de partida 2 es fácilmente accesible por ciclocondensación de oxoester 1 con el (R)-fenilglicinol, en un proceso en donde se instala el primer estereocentro. El intermedio diazatríclico se prepara a partir de una lactama insaturada derivada de 2. En este proceso son claves una reacción de adición conjugada estereoselectiva, el cierre del anillo carbocíclico mediante metátesis, una alquilación estereoselectiva y finalmente cierre del anillo A por aminohidroxilación. La anulación de los anillos macrocíclicos se lleva a cabo mediante una reacción de cierre del anillo por metátesis (anillo D) y una olefinación de Wittig seguida de macrolactamización (anillo E). Los datos de RMN de 1H y 13C de nuestra madangamina sintética fueron coincidentes con los reportados para el producto natural. La madangamina D sintética muestra citotoxicidad in vitro contra las líneas celulares de cáncer HT29 de colon humano y PSN1 páncreas.