Aquesta tesi compren la síntesi i l'estudi de diferents contenidors moleculars basats en una estructura macrocíclica de calix[4]pirrol. Els contenidors moleculars poseeixen cavitats polars funcionalitzades ideals per al reconeixement de molècules polars p.ex. anions, N-òxids… La creació de contenidors amb cavitats permanents (cavitants) dona lloc a la formació de complexos termodinàmica i cinèticament molt estables. Les conformacions adoptades en dissolució pels complexos així com la geometria en estat sòlid es discuteixen en detall. També s'aprofundeix en l'estudi de contenidors moleculars amb estructura auto-ensamblada. Es descriu la formació de complexos de co-encapsulació ordenats de clorur i una molècula neutra a l'interior de càpsules moleculars basades en unitats de calixpirrol. En un gran esforç sintètic, es va preparar un contenidor molecular amb topologia de bis[2]catenà format per dos hemisferis de calixpirrol i calixarè units mecànicament. La cavitat anisòtropa va permetre la co-encapsulació de N-òxids petits amb una molècula de dissolvent. La gran estabilitat cinètica dels complexos formats va permetre l'estabilització d'un N-òxid inestable. L'estabilitat termodinàmica del complex supramolecular va ser relacionat amb la cinètica de descomposició de l'N-òxid observat mitjançant els models cinètics. Finalment, s'estudia la sintesí i propietats de contenidors moleculars amb estructura covalent. La preparació de carcerands formats per la unió (Hay coupling) de dues unitats de tetra-alquinil calixpirrol va donar lloc a la inesperada formació de tetràmers amb estructura anàloga a un nus de vuit. L'ensamblatge de càpsules covalents dinàmiques amb enllaços reversibles del tipus imina també va ser estudiat emprant un tetra-formil calixpirrol com esquelet. En ambdos casos, la presència de una molècula plantilla que preorganitzi el sistema es fonamental per a dur a terme una síntesi eficient dels contenidors. / Esta tesis comprende la síntesis y el estudio de diferentes contenedores moleculares basados en una estructura macrocíclica de calix[4]pirrol. Los contenedores moleculares poseen cavidades polares funcionalizadas ideales para el reconocimiento de moléculas polares i.e. aniones, N-oxidos… La creación de contenedores con cavidades permanentes (cavitandos) da lugar a la formación de complejos termodinámica y cinéticamente muy estables. Las conformaciones adoptadas en disolución por los complejos así como la geometría en estado sólido se discuten en detalle. También se profundizó en el estudio de contenedores moleculares con estructura auto-ensamblada. Se describe la formación de complejos de co-encapsulación ordenados de cloruro y una molécula neutra en el interior de capsulas moleculares basadas en unidades de calixpirol. En un gran esfuerzo sintético, se preparó un contenedor molecular con topología de bis[2]catenano consistente en dos hemisferios de calixpirrol y calixareno unidos mecánicamente. La cavidad anisótropa permitió la co-encapsulación de N-oxidos pequeños con una molécula de disolvente. La gran estabilidad cinética de los complejos formados permitió la estabilización de un N-oxido inestable. La estabilidad termodinámica del complejo supramolecular se relacionó con la cinética de descomposición del N-oxido observado mediante modelos cinéticos. Finalmente, se estudia la síntesis y propiedades de contenedores moleculares con estructura covalente. La preparación de carcerandos formados por la unión (Hay coupling) de dos unidades de tetra-alquinil calixpirrol dio lugar a la formación inesperada de tetrámeros con estructura análoga a un nudo de ocho. El ensamblaje de capsulas covalentes dinámicas que contengan enlaces reversibles de tipo imina también se estudió usando un tetra-formil calixpirrol como esqueleto. En ambos casos se observó que el papel de una molécula plantilla que preorganice el sistema es fundamental para la síntesis eficiente de los contenedores. / This thesis comprises the synthesis and study of different molecular containers based on calix[4]pyrrole scaffolds. The molecular containers possess polar functionalized cavities ideal for the recognition of anions or N-oxides. The preparation of containers with enforced cavities (cavitands) results in the formation of highly stable (both thermodynamic and kinetically) complexes. The conformations adopted in solution by the host and the solid-state geometry are discussed in detail. Furthermore, we also explore the host-guest chemistry of self-assembled molecular containers. We describe the formation of ordered co-encapsulation complexes of chloride with neutral guests within self-assembled hydrogen-bonded molecular capsules having a calix[4]pyrrole core. In a great synthetic effort, a bis[2]catenane molecular container was prepared by the mechanical link of a calixpyrrole and a calixarene hemisphere. The anisotropic cavity of the bis[2]catenane allowed for the co-encapsulation of small N-oxides along with a solvent molecule. The high kinetic stability of the host-guest complexes allowed for the stabilization of a reactive propargylic N-oxide. The observed kinetic stability was related to the thermodynamics of the host-guest complex by a kinetic model. Finally, we studied the synthesis and properties of covalent molecular containers. The preparation of carcerand-like compounds by the Hay coupling of a tetra-alkynyl calix[4]pyrrole afforded the unexpected formation of a figure-of-eight-like structure. The assembly of dynamic covalent capsules bearing reversible imine bonds was also explored using a tetra-aldehyde calix[4]pyrrole as scaffold. In both cases, it was found that the role of the template was vital in the efficient synthesis of the containers.

En la present tesi doctoral es descriu un procediment general per a l'obtenció de nanopartícules mesoporoses de sílice (MSNs) regioselectivament bifuncionalizades de forma ortogonal amb diferents grups funcionals. L'estratègia sintètica consisteix en la preparació de MSNs mitjançant co-condensació, seguit d'una posterior funcionalització covalent, mentre el tensioactiu es troba encara present en l'estructura de les MSNs. Seguint aquesta metodologia, s'han sintetitzat les nanopartícules bifuncionalizades amina-azida (MSN-(NH2)i(N3)o), amina-isotiocianat (MSN-(NH2)i(NCS)o) i amina-aldehid (MSN-(NH2)i(CHO)o), per al seu ús en aplicacions biomèdiques. En primer lloc, s'han sintetitzat i caracteritzat de forma homogènia i reproduïble les nanopartícules de referència (MSN-NH2) que permetran les successives funcionalitzacions. Aquestes nanopartícules aminades s'han fet servir posteriorment per a la síntesi de sensors de naftalimida. S'ha aconseguit desenvolupar un procediment general per a la introducció de 4-amino-1,8 naftalimides. Aquestes naftalimides han estat provades com a sensor i portes lògiques per a la detecció de H+ i F-. D'altra banda, s'ha descrit un protocol per preparar amino-azida-MSNs de forma regioselectiva. Aquestes MSNs han estat funcionalitzades per primera vegada amb foldàmers catiònics i la seva capacitat per creuar membranes citoplasmàtiques i viabilitat ha estat estudiada, així com l'ús d'aquests sistemes per a l'alliberament intracel·lular de Doxorubicina (DOX) de forma controlada. També s'ha realitzat un nou protocol per preparar MSNs amb isotiocianat en la seva estructura. La metodologia sintètica és general i es pot aplicar, en principi, a qualsevol MSNs aminada. L'eficiència de la funcionalització és comparable a la cicloaddició de coure (CuAAC) evitant els protocols d'aïllament i d'eliminació del metall. Seguint aquesta metodologia, s'han preparat unes noves amino-isotiocianat-MSNs per al disseny d'un nano-contenidor capaç d'alliberar el fàrmac Ataluren de forma controlada, per el seu us en la distròfia muscular de Duchenne (DMD). S'han aconseguit sintetitzar amina-aldehid-MSNs. Aquestes MSNs s'han aplicat com una nanoplataforma simple i versàtil capaç d'alliberar de forma dual una barreja CPT/DOX per al tractament del càncer, mitjançant l'ús d'estímuls de pH. Mentre un fàrmac és absorbit dins de la superfície interior, l'altre està unit covalentment a la superfície externa, actuant així, a la vegada, com a fàrmac i com agent bloquejant de porus. Aquest sistema respon als estímuls de pH i tots dos fàrmacs són només alliberats en un medi àcid. / En la presente tesis doctoral se describe un procedimiento general para la obtención de nanopartículas mesoporosas de sílice (MSNs) regioselectivamente bifuncionalizadas de forma ortogonal con distintos grupos funcionales. La estrategia sintética consiste en la preparación de MSNs mediande co-condensación, seguido de una posterior funcionalización covalente, mientras el tensioactivo se encuentra todavía presente en la estructura de las MSNs. Siguiendo esta metodología, se han sintetizado las nanopartículas bifuncionalizadas amina-azida (MSN-(NH2)i(N3)o), amina-isotiocianato (MSN-(NH2)i(NCS)o) y amina-aldehído (MSN-(NH2)i(CHO)o), para su uso en aplicaciones biomédicas. En primer lugar, se han sintetizado y caracterizado de forma homogénea y reproducible las nanopartículas aminadas de referencia (MSN-NH2) que permitirán las sucesivas funcionalizaciones, con un tamaño de 50 nm y 100 nm aproximadamente. Estas nanopartículas aminadas se han usado posteriormente para la síntesis de sensores de naftalimida. Se ha conseguido desarrollar un procedimiento general para la introducción de 4-amino-1,8 naftalimidas. Estas naftalimidas han sido probadas como sensores y puertas lógicas para la detección de H + y F-. Por otra parte, se ha descrito un protocolo para preparar amino-azida-MSNs de forma regioselectiva. Estas MSNs han sido funcionalizadas por primera vez con foldámeros catiónicos y su capacidad para cruzar membranas citoplasmáticas y viabilidad ha sido estudiada, así como el uso de estos sistemas para la liberación intracelular de doxorubicina (DOX) de forma controlada. También se ha realizado un nuevo protocolo para preparar MSNs con isotiocianato en su estructura. La metodología sintética es general y puede aplicarse, en principio, a todo tipo de MSNs aminadas. La eficiencia de la funcionalización es comparable a la cicloadición de cobre (CuAAC) evitando los protocolos de aislamiento y de eliminación del metal. Siguiendo esta metodología, se han preparado unas nuevas amino-isotiocianato-MSNs para el diseño de un nano-contenedor capaz de liberar el fármaco Ataluren de forma controlada. Se ha logrado sintetizar amina-aldehído-MSN. Estas MSNs se han aplicado como una nanoplataforma simple y versátil capaz de liberar de forma dual una mezcla CPT/DOX para el tratamiento del cáncer, mediante el uso de estímulos de pH. Mientras un fármaco es absorbido dentro de la superficie interior, el otro está unido covalentemente a la superficie externa, actuando así como fármaco y como agente bloqueante de poro. Este sistema responde a los estímulos de pH y ambos fármacos son solamente liberados en un medio ácido. / In this PhD dissertation, a general procedure for the obtaining of different regioselective orthogonal bifunctionalized mesoporous silica nanoparticles (MSNs) has been carried out. The strategy consists of a covalent functionalization of co-condensed monodispersed and uniform aminated-MSNs, where tensioactive is still present in its structure. Three bifunctionalized MSNs, amine-azide (MSN-(NH2)i(N3)o), amine-isothiocyanate (MSN-(NH2)i(NCS)o) and amine-aldehyde (MSN-(NH2)i(CHO)o), with efficient “click” reactions, have been synthetized for its use in biomedical applications. First, a well characterized batch of precursor aminated-MSNs (MSN-(NH2)) has been prepared. The best conditions for the synthesis of homogenous and reproducible MSN-(NH2) with a size between 50-100 nm have been studied. These aminated-MSNs have been used for the synthesis of naphthalimide sensors where a general procedure for the introduction of 4-amine-1,8-naphthalimides has been developed. These naphthalimides have been tested as potential logic gates for the detection of H+ and F-. A straightforward protocol to prepare amine-azide MSNs has been described. These MSNs have been functionalized with quinolin cationic foldamers for the first time. The ability of these foldamer-MSNs to cross cytoplasmic membranes and its viability has been studied. The penetrating capacity of foldamer-MSNs have been used for intracellular delivery of Doxorubicin (DOX). A new protocol to prepare isothiocyanate functionalized MSNs is described. The synthetic methodology is general and can be applied, in principle, to all type of aminated MSNs. The efficiency of the functionalization is comparable to the copper cycloaddition (CuAAC) avoiding isolation and copper removal protocols. Following this methodology, new amino-isothiocyanate-MSNs have been prepared for the design of a nano-container able to release the drug Ataluren in a controlled manner, for the treatment of Duchenne muscular dystrophy (DMD). Regioselective bifunctionalized amine-aldehyde-MSNs have been synthetized. These MSNs have been applied as a versatile nanoplatform able to release dual synergistic CPT/DOX mixture for cancer treatment only by using pH stimuli. While CPT is absorbed at the inner surface, DOX is covalently linked to the external surface acting both as an active and a capping agent (pH=4).

Se ha estudiado espectroscópicamente (UV-Vis, Raman, RMN) los equilibrios tautoméricos del ácido 2-(4'-hidroxifenilazo)benzoico (HABA) y el ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'- dimetilfenilazo)benzoico. Estos equilibrios están influenciados fuertemente per el estado de protonación (neutro vs. monoaniónico) del compuesto, la polaridad del medio y la substitución en el anillo de hidroxifenilo. En el caso de les especies neutras tanto de HABA como del ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'-dimetilfenilazo)benzoico en medios apolares, es predominante el tautómero azo. Aún así, en medios polares, mientras que el tautómero azo es aun predominante para el HABA neutro, el tautómero hidrazona es ampliamente predominante para el 3',5'-dimetil-HABA neutro. En el caso de las especies monoaniónicas, el tautómero hidrazona es predominante tanto para HABA como para el ácido 2-(4'-hidroxi¬3',5'-dimetilfenilazo)benzoico en disolventes apolares. Per otro lado, aumentando la polaridad del medio, el compuesto ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'-dimetilfenilazo)benzoico muestra una tendencia mayor que el HABA para continuar siendo tautómero hidrazona. Se han estudiado les cinéticas de isomerización Z->E térmica de la especie neutra y monoaniónica del ácido 2-(4-metoxifenilazo)benzoico en solución en diferentes medios. Las interacciones entre el disolvente y el cromóforo juegan un papel importante en cuanto a la velocidad de isomerización, siendo mayores (mayor constante cinética) cuanto más apolar es el disolvente tanto para la especie neutra como para la monoaniónica. En cambio, no hay mucha diferencia entre las constantes cinéticas de las isomerizaciones de las especies neutra y monoaniónica, siendo ligeramente mayores para la especie neutra. Se han sintetizado dos compuestos amfifílicos derivados del HABA y se han estudiado sus monocapas de Langmuir. Al comprimir la monocapa del isómero (E)-ácido 2- (4'-metoxi-3'-N-hexadecilpropanamidafenilazo)benzoico (Me-HABA-C16) se observa la progresiva formación de dominios mientras que no se observan al comprimir la monocapa del isómero (Z)-Me-HABA-C16. En cambio, al comprimir la monocapa del compuesto ácido 2-(4'-hidroxi-3'-N-hexadecilpropanamidafenilazo)benzoico (HABA-C16) se observa un comportamiento diferenciado, la formación de dominios en forma de aguja, que podríamos atribuir al tautómero hidrazona de este compuesto. Se han sintetizado dos disulfuros, uno de ellos con el grupo HABA (HABA-S)2 como grupo terminal, y el otro con una cadena de trietilenglicol (EG3-S)2 como grupo terminal. Se han preparado las SAMs de los disulfuros y también SAMs mixtas de los dos disulfuros sobre oro. Todas estas SAMs se han caracterizado mediante voltamperometría cíclica. Se han estudiado mediante voltamperometría cíclica la interacción de la avidina sobre estas SAMs mixtas observando un desplazamiento del pico de reducción del grupo terminal HABA hacia potenciales mas negativos per el efecto de su unión a avidina. Se ha determinado que la relación molar óptima del disulfuro del HABA y disulfuro de trietilenglicol en solución etanólica para la formación de SAMs mixtas con avidina es de 1,0:3,1. Se ha desarrollado una metodología basada en ligandos de avidina de diferente afinidad, para preparar conjugados heterobifuncionales mediante la unión secuencial de los dos componentes biotinilados a la avidina. Esta metodología utiliza ligandos de avidina de moderada afinidad para bloquear, mediante una unión de tipo divalente, la mitad de los sitios de unión de la avidina y permitir la unión del primer componente biotinilado a los sitios de unión desocupados. A continuación, la transformación del tipo de unión de divalente a monovalente hace disminuir su afinidad por la avidina y permite desplazarlos con el segundo componente biotinilado, generando el conjugado heterobifuncional con avidina como linker entre los dos compuestos funcionales. Los mejores resultados se han obtenido utilizando la resina NovaPEG Wang funcionalizada con el ligando DMPDU, para inmovilizar la avidina a través de una unión de tipo divalente. Una vez incorporado el primer componente biotinilado, la rotura con hidroxilamina del enlace éster que une el ligando DMPDU a la resina, ha liberado el conjugado monofuncional de avidina. A este conjugado monofuncional se le incorpora el segundo componente biotinilado desplazando el ligando DMPDU y generando el conjugado heterobifuncional con avidina como linker entre los dos compuestos funcionales. / The tautomeric equilibrium of 2-(4'-hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA) and 2-(4'- hydroxy-3',5'-dimethylphenylazo)benzoic (dimethyl-HABA) acid have been studied by spectroscopy (UV-Vis, Raman, NMR). The tautomeric equilibrium is highly influenced by protonation, polarity of solvent and substitution of the hydroxyphenyl ring. Two amphiphilic HABA derivatives and have been synthesized and their Langmuir monolayers have been studied. Gold mixed SAMs of two disulfides, one with an HABA terminal group and the other with a triethylene glycol terminal group, have been prepared. The interaction of these mixed SAMs with avidin has been studied by cyclic voltammetry. This interaction with avidin leads to a shift of the HABA cathodic peak towards more negative potentials. It has been determined that the optimal HABA disulfide/triethylene glycol disulfide ratio, in order to obtain the more robust avidin SAMs, is 1.0/3.1 It has been developed a methodology to obtain heterobifunctional conjugates of avidin. This methodology uses protein ligands with moderate affinity to block the protein sites of one side of the protein, allowing a further binding of a biotinylated compound to the other side of the protein. Subsequent transformation from divalent to monovalent binding, reduces the affinity with the protein is substituted by a second biotinilated compound giving the heterobifunctional conjugate of avidin. The best results have been obtained with the usage of solid phase resins (NovaPEG Wang functionalizated with DMPDU) to immobilize avidin by a divalent binding.

Somatostatin (SST), also known as somatotropin release-inhibiting factor (SRIF), is a 14-amino-acid peptide discovered in 1973. It is a natural hormone whose biological activity is linked to five identified receptors: SSTR1-5. In clinical practice, somatostatin is currently used as a gastric anti-secretory drug as well as to treat growth hormone secretion disorders and endocrine tumors. Cortistatin (CST) is another natural hormone, structurally a related to somatostatin. It has shown an interesting inflammatory activity that somatostatin do not display. Therefore, it has potential applications against inflammatory diseases such as Crohn's disease. In the present thesis, three families of fourteen-residue somatostatin analogs have been designed and synthetized replacing L-β-phenylalanine in positions 6, 7 and 11 by the non-natural aromatic amino acids L-β-3’,5'-difluorophenylalanine, L-β-3'-pyridylalanine and L-β-4'-piridilalanine. The intramolecular aromatic interactions of these peptides (with amino acids whose aromatic electron-density is lower than Phe) increased substantially allowing us to obtain the major tridimensional conformation for each derivative by NMR. Furthermore, L-β-mesitylalanine and L-β-3’,5'-trimethylphenylalanine (with high aromatic electron density) were also included in certain peptides, to increase even further the strength of the aromatic interactions. Our NMR conformational studies demonstrated that the inclusion of an electron-poor aromatic amino acid in position 7 causes a three-dimensional cluster-type arrangement of the three aromatic residues in positions 6th, 7th and 11th. We have observed that peptides with this kind of conformation showed a good binding with SSTR3. On the other hand, when these amino acids were included in positions 6 or 11, only a strong 6-11 interaction was observed, being residue 7 placed on the other side of the peptide. In these cases, the additional replacement of the phenylalanine at position 7 by L-β-mesitylalanine provoked a further increase of the selectivity for SSTR2. Specifically, [L-4'Pya6_L-Msa7_D-Trp8] -SST showed a completely selective activity profile for SSTR2, with an affinity for this receptor at the same level of SST. Finally, various cortistatin analogs were synthesized, their major 3D conformation were determined by NMR and their binding profile with SSTR1-5 were measured. Some of these peptides showed a remarkable response against Crohn’s disease. One of them, with a cluster-type structure, showed a response similar to CST against different parameters of inflammatory bowel disease. / La somatostatina (SST), es un péptido natural de 14 residuos descubierto en 1973, con cinco subreceptores identificados, SSTR1-5. En la práctica clínica, y debido a su carácter inhibidor de secreción de otras hormonas endógenas, se utiliza para tratar los trastornos de la secreción de la hormona del crecimiento y tumores endocrinos. Además, la cortistatina (CST), un péptido relacionado con la somatostatina, ha mostrado un perfil farmacológico interesante contra enfermedades inflamatorias, como la enfermedad de Crohn, que la somatostatina no presenta. En esta tesis doctoral, se han diseñado tres familias de análogos de somatostatina de catorce residuos, sustituyendo a las L-β-fenilalanina en posiciones 6, 7 y 11 por los aminoácidos aromáticos no naturales L-β-3’,5’-difluorofenilalanina, L-β-3’-piridilalanina y L-β-4’piridilalanina. Al utilizar estos aminoácidos (de menor densidad electrónica aromática que L-β-fenilalanina), la potencia de las interacciones aromáticas intramoleculares aumenta, lo que ha permitido obtener la estructura de la conformación mayoritaria para cada uno de los derivados estudiados. Además, se incluyeron los aminoácidos L-β-mesitilalanina y L-β-3’,4’,5’-trimetilfenilalanina (de mayor densidad electrónica) en determinados péptidos, incrementando aún más la fuerza de las interacciones aromáticas. Los estudios conformacionales (realizados mediante RMN) demuestran que la inclusión de un aminoácido aromático pobre en electrones, en posición 7, provoca un acercamiento espacial de tipo clúster de los tres residuos aromáticos 6, 7 y 11. Este ordenamiento favorece la interacción con SSTR3. Cuando estos aminoácidos fueron incluidos en posiciones 6 u 11, se produjo una interacción entre 6-11, quedando el aminoácido 7 por la otra cara del péptido. En estos casos, al sustituirse la fenilalanina en posición 7 por L-β-mesitilalanina, se aumenta la selectividad por SSTR2. Concretamente, [L-4’Pya6_L-Msa7_D-Trp8]-SST presenta un perfil de actividad completamente selectivo para SSTR2, alcanzando además los niveles de afinidad de la SST. Por último, se sintetizaron diversos análogos de cortistatina, determinando de nuevo su conformación tridimensional mayoritaria, además de determinar su respuesta in vivo e in vitro frente a enfermedad de Crohn y perfil farmacológico en SSTR1-5. Sólo uno de ellos, con estructura tipo clúster, obtuvo un perfil de respuesta similar a CST frente a diferentes parámetros de enfermedad inflamatoria intestinal.

El presente trabajo aborda la preparación de varios compuestos lactónicos naturales y sintéticos de posible actividad antitumoral, aplicando para ello los fundamentos y resultados de nuestras diferentes líneas de investigación como herramienta sintética. Como complemento hemos llevado a cabo la evaluación de su actividad citotóxica hacia líneas celulares de cáncer humano, para estudiar su aplicación como posibles agentes antineoplásicos. En las primeras aproximaciones, empleamos el protocolo de hidroboración de alenos-adición a aldehídos descrito en nuestro grupo y que permite construir estereoselectivamente sistemas 1,3-diol, a partir de los cuales se puede acceder a estructuras y-butirolactona. En primera instancia sintetizamos el fragmento lactol del antitumoral Halicoblelida, observando el alcance efectivo del proceso tándem de hidroboración-adición. En la segunda aplicación, conseguimos sintetizar la forma natural del antibiótico (—)-Isoavenaciolida, bislactona perteneciente a una familia de compuestos naturales que han demostrado interesantes propiedades farmacológicas. Sin embargo, el intento de aplicar la reacción tándem de hidroboración de alenos-adición a aldehídos no permitió acceder a la estereoquímica requerida para la preparación de la bislactona (±)-Avenaciolida, un antibiótico natural perteneciente a la misma familia que su homóloga. Para su acceso, aplicamos una metodología de ciclocarbonilación sobre glioxilatos preparados a partir de sistemas alénicos, ampliamente usados en nuestro grupo de investigación. Este proceso, aunque con bajo rendimiento, nos permitió lograr la obtención directa del esperado antibiótico. El objetivo posterior se focalizó en la obtención del compuesto antitumoral C75, que presentaba como etapa clave de la síntesis la versión intramolecular de una de las herramientas más usadas en el campo de la activación C-H, la alquilación alílica catalizada por complejos de paladio. Sin embargo, a pesar de los números esfuerzos y cambios de estrategia aplicados, el proceso intramolecular no llegó a término y decidimos abandonar la síntesis y centrarnos en la aproximación sintética de una colección de derivados lactámicos basados en la estructura del compuesto líder C75. Nuevamente las condiciones de alquilación intramolecular catalizada por paladio fallaron cuando se aplicaron sobre la amida secundaria en un intento de obtener la correspondiente lactama N-libre. Sin embargo, la aplicación de esta metodología sobre la amida N-bencilada logró desencadenar la transformación alílica generando simultáneamente la y-butirolactama esperada y el producto de acetoxilación alílica fácilmente transformable en la anterior. La posterior conversión del doble enlace en éster de metilo y la introducción de la olefina exocíclica condujeron favorablemente al derivado nitrogenado del C75. Las moléculas descritas, tanto naturales como sintéticas, junto con otros compuestos diseñados en nuestro grupo investigación, fueron destinados a evaluar sus propiedades antitumorales sobre diferentes líneas tumorales como ovario, mama y colón, tomando como control células sanas de fibroblastos gingivales. La evaluación biológica de moléculas derivadas del C75 nos ha permitido ir elucidando poco a poco las características estructurales necesarias para desencadenar una potente actividad citotóxica hacia líneas tumorales de diferentes tejidos. En base a ello, hemos conseguido diseñar estructuras alfa-metilén-gamma-butirolactónicas y lactámicas racémicas capaces de proporcionar una respuesta anticancerígena mayor que el C75. El ácido DS70 y especialmente el alcohol M10 han conseguido alcanzar unos valores de citotoxicidad importantes para una gama de derivados nitrogenados no estudiados hasta la fecha, poniendo de manifiesto que la presencia de un grupo polar donador de puentes de hidrógeno en la posición beta del anillo, es determinante para frenar la actividad de la enzima FAS y por extensión, la proliferación celular. Este hecho, se ha visto respaldado por los elevados valores de viabilidad obtenidos con moléculas donde el grupo polar, ya fuese ácido o hidroxilo, se encontraba protegido (N11 y N12) o ausente (Avenaciolida e Isoavenaciolida), al no inducir apoptosis en ningún rango de concentración o hacerlo a dosis muy elevadas en cada una de las líneas celulares. / The preparation of various natural and synthetic products having possible antitumor activity is reported. A cytotoxic evaluation using different human cancer cell lines has also been carried out on the new compounds synthesized in order to evaluate their application as possible antineoplastic agents. Chapter 1 describes the application of the strategy of allene hydroborationaldehyde addition described by our group for synthesizing y-butyrolactones. The first application of this method was directed towards the synthesis of the lactol fragment of the antitumor agent Halicoblelide, which is structurally related to the a-methylene-y-butyrolactone family of compounds. Subsequently a more ambitious objective was undertaken in the total synthesis of the bislactone natural product (-)-Isoavenaciolide. This compound has antibiotic activity and structural similarities to the antitumor agent C75, whose synthesis and biological evaluation was undertaken by Kamil Makowsky in our research group. Unfortunately, the allene hydroboration-aldehyde addition strategy did not provide sufficiently high yields or diastereoselectivities when applied to the synthesis of the natural product (-)-Avenaciolide. As an alternative the cyclocarbonylation of allene substrates, widely used in our group, was employed and allowed the desired natural product to be obtained directly albeit in low yields. In the first part of Chapter 2 the synthesis of the antitumor agent C75 using an intramolecular alkylation as the key step was attempted. Nevertheless despite carrying out a study on different allylic substrates under a range of conditions, it was not possible to bring about the desired intramolecular reaction required for the synthesis of C75. In the second part of Chapter 2 we centred our attention on the synthesis of a new series of nitrogenated derivates of C75. Again the desired intramolecular alkylation failed when applied to the cyclization of the secondary amide required for synthesizing the corresponding lactam incorporating a free NH group in the final product. Nevertheless the application of the same approach to the N-benzylated substrate did allow the desired y-butyrolactam to be obtained, which was subsequently transformed into trans-70. In Chapter 3 a study of the antitumor properties of the new compounds using ovarian, breast, and colon human cancer cell lines compared against healthy gingival fibroblast cells as control. The acid trans-70 and especially the alcohol M10 exhibited levels of cytotoxicity higher than those of C75 itself, demonstrating the importance of polar functional groups capable of hydrogen bonding at the 13 position of the ring for promoting inhibition of the FAS enzyme and, by extension, cellular proliferation.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRBB) / The known as "difficult peptides", as well as those sequences that aggregate in solution, are some of those molecules with high applicability as nanomaterials or even in medicine field. This thesis has addressed to overcome the synthetic, as well as, the peptide manipulation in solution drawbacks associated to this kind of peptides. The strategies proposed and evaluated in the present work have been divided in three chapters classified depending on the strategies evaluated. The "difficult peptide" RADA-16, which is also a self-assembling peptide, has been described as a valuable sequence for its biomedical applications. In order to reach its synthesis with the maximum purity, three solid-phase peptide strategies (SPPS) were selected. First, the most commonly used, the stepwise methodology; and later the two convergent approaches: the solid-phase and the fragment condensation in solution. The four times repeating Arg-Ala-Asp-Ala sequence comprised in this peptide was crucial for the retro-synthetic design of both convergent strategies. Fragment condensation in solution of two fully protected segments resulted in the most fruitful strategy to synthesize the RADA-16 peptide. Development of a new work-up protocol was essential to achieve the final peptide with a satisfactory purity. Several HPLC conditions of commercial RADA-16 samples were studied allowing to find the most significant parameters to achieve an accurate characterization of this peptide. In the second chapter, the design of a new backbone amide protecting group, the Mmsb, was developed as a "safety-catch" protector to facilitate the synthesis of "difficult peptides". The solid-phase incorporation of the Mmsb into a sequence was preceded by the synthesis of an alanine protected with the Mmsb. The safety-catch property of this protecting group was confirmed by evaluating its stability to the cleavage conditions, and its subsequent lability after a chemoselective modification. Three difficult peptides were selected to evaluate the Mmsb strategy, the decaalanine, the RADA-16 and the Aß(1-42). The three peptides were synthesized by SPPS affording improved purities when one Mmsb moiety was present in the sequences, compared with those non-protected peptide syntheses. Moreover, due to the presence of Mmsb containing sequences after the cleavage from the resin, the solubility of the three peptides resulted enhanced compared with the non-Mmsb containing sequences. Two of these peptides were purified by HPLC confirming that thanks to the enhanced solubility this step was possible to be performed. The last chapter was focused on the strategy to solubilize non-polar molecules/peptides in solution by conjugation of short cationic peptide sequences (known as solubilizing tags). The permanent and temporary conjugation methods were evaluated in this chapter. Initially, various short cationic peptide sequences based on Lys or Arg residues were synthesized and conjugated to a non-polar model to evaluate their effect in terms of polarity as permanent conjugation model. The most polarity enhancer tag structure was linked to a known insoluble drug providing a proof of concept to demonstrate the tag contribution to enhance the solubility and polarity of some drugs. The temporary conjugation of a non-soluble peptide, through a linker, to a short linear poly-Lys solubilizing tag was evaluated herein. The Mmsb-OH is a linker described in the literature which was used in this study as a connector between the solubilizing tag and the insoluble peptide. Enhancement of solubility of the peptide permitted the accurate peptide characterization. A final step allow to reach the peptide target by detaching it from the solubilizing tag. A new application of the Mmsb-OH linker was provided in this case as a new C-terminal protecting group. This protector allow to carried out the fragment condensation of two fully protected sequences in solution successfully and, the subsequent protecting groups removal rendered the expected peptide. / En la presente tesis, en base al diseño de metodologías de síntesis que contribuyen a facilitar la obtención de péptidos complejos, se ha participado en el desarrollo de nuevas herramientas para la síntesis de los llamados "péptidos difíciles". Además, facilitando también la purificación de aquellos péptidos que agregan en solución. Dentro del campo de la síntesis de péptidos en fase-sólida (SPPS), este trabajo se encuentra dividido en tres capítulos, clasificados según el tipo de estrategia abordada en cada caso. En el primer capítulo se han evaluado tres estrategias conocidas para poder obtener el "péptido difícil" RADA-16 con la máxima pureza. El desarrollo de la obtención de este péptido, con elevado interés en la biomedicina, se ha basado en la SPPS, combinada con la síntesis de péptidos en solución. De modo que, mediante la condensación en solución de dos fragmentos de RADA-16, sintetizados previamente en fase-sólida, se ha logrado la secuencia con una pureza razonable. Además, se ha diseñado un método de eliminación de las impurezas principales, así como un protocolo para una rigurosa caracterización mediante HPLC. En el segundo capítulo se han sintetizado tres "péptidos difíciles" mediante la incorporación, en sus secuencias, de un nuevo grupo protector para las amidas. La síntesis del grupo y su incorporación se han desarrollado con resultados satisfactorios. La mejora en la síntesis de las secuencias que contenían este grupo han permitido la obtención de los péptidos con mayor pureza, comparado con aquéllos que no contenían este grupo. La presencia del grupo protector en los péptidos ha hecho aumentar su solubilidad en solución y por tanto ha facilitado también su caracterización y purificación. En el tercer capítulo se han diseñado péptidos iónicos de cadena corta que, conjugados a una molécula/péptido apolar, han hecho aumentar su solubilidad y, consecuentemente, su manipulación en solución. De manera permanente y temporal, esta unión se ha realizado para dos casos, demostrándose una solubilidad mejorada que ha permitido una adecuada caracterización. Un espaciador bifuncional, descrito previamente en la literatura, se ha utilizado para la conjugación temporal, y además se ha desarrollado como nuevo grupo protector de ácido carboxílico C-terminal para péptidos.

La (+)-pulegona, I, reducida con sodio y éter-agua da, además de mentoles, productos de condensación, siendo uno de ellos un reductodímero de fórmula C(20)H(36)O(2) con los dos oxígenos en forma de hidroxilo. La oxidación demuestra que uno de ellos es de carbinol secundario, rasando el producto de partida a un cetol de fórmula C20H3402 (1a). Si la reducción de la (+)-pulegona se hace con amalgama de aluminio se forma directamente un cetol de la misma fórmula, pero distinto del anterior, transformable en otros y uno de ellos el citado. La reducción con amalgama de aluminio se ha trabajado en el Laboratorio de un modo multindicativo y exhaustivo (1f), permitiéndonos transformar un 30% de la pulegona en cetoles cristalinos. Hasta el presente se han obtenido así cuatro cetoles en cantidades suficientes para trabajarlos, y también en muy pequeña cantidad un 5º cetol. En las varias publicaciones y tesis doctorales proce-dentes del Laboratorio sobre el tema (1a-1f) se ha fijado como estructura de todos estos cetoles la representada en las fórmulas III y IV, explicándose su formación por la se¬cuencia 1. En cuanto a la configuración, la tienen fija y R los átomos de carbono 4 y 5', por ser la de los mismos átomos en la pulegona de origen, mientras se configuran durante el proceso los átomos de carbono 1, 6 y 7, explicando que pueden ser varios, hasta 8, los cetones en cuestión.

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRBB) / Els compostos de fòsfor han mostrat propietats úniques com a lligands per a la catàlisi asimètrica. El nostre grup de recerca ha estat dedicat a la síntesi de compostos P-estereogènics durant els darrers 5 anys. La present tesi doctoral ha estat dedicada al disseny i la síntesi de nous lligands P-estereogènics i a la seva aplicació en catàlisi asimètrica. S’ha sintetitzat una nova família de difosfines amb quiralitat a l’àtom de fòsfor anomenades ThaxPHOS. Aquests lligands han estat complexats a cobalt i s’ha estudiat les propietats dels catalitzadors obtinguts per a la reacció de Pauson-Khand asimètrica i catalítica entre norbornadiè i alquins terminals. Com a resultat d’aquest estudi s’ha obtingut les enones corresponents amb resultats sense precedents fins al moment. Seguidament s’ha desenvolupat una metodologia versàtil per a la síntesi de nous lligands P-estereogènics a partir d’aminofosfines òpticament pures. Mitjançant la hidròlisi àcida d’aminofosfines s’ha obtingut els àcids fosfinosos coresponents els quals han estat subjectes a la substitució nucleòfila a l’àtom de fòsfor. Mitjançant aquesta metodologia s’ha sintetitzat una nova família de lligands P-estereogènics. Per tal de mostrar la utilitat de la nova metodologia desenvolupada s’ha sintetitzat una nova família de lligands fosfino-oxazolina, 5, els quals han estat emprats per a la hidrogenació asimètrica catalitzada per iridi. Els catalitzadors obtinguts han mostrat una elevada activitat per a aquest tipus de reacció, donant els productes hidrogenats amb elevada selectivitat en alguns casos. Publicacions: - S. Orgué, T. León, A. Riera, X. Verdaguer, Org. Lett. 2015, 17, 250–253. - A. Flores-Gaspar, S. Orgué, A. Grabulosa, A. Riera, X. Verdaguer, Chem. Commun. 2015, 51, 1941–1944. / Phosphorus compounds have demonstrated unique properties as ligands for asymmetric catalysis. Our group has been devoted to the synthesis of P-stereogenic ligands in the last 5 years. The present doctoral thesis is devoted to the design and synthesis of new P-stereogenic ligands and its application in asymmetric catalysis. We synthesized a new family of P-stereogenic diphosphines called ThaxPHOS. These ligands were complexed to cobalt and the resulting catalysts have been studied for the catalytic and asymmetric Pauson-Khand reaction between norbornadiene and different terminal alkynes. As a result of this study the corresponding enones were obtained with unprecedented results so far. Next, we have developed a versatile method for the synthesis of new P-stereogenic ligands from optically pure aminophosphines. The acidic hydrolisis of aminophosphines was performed giving rise to phosphinous acid boranes. This compounds were used as electrophiles for nucleophilic substitutions at the P centre. Using this methodology it was synthesized a new family of P estereogenic ligands. In order to show the usefulness of the new methodology developed, it was synthesized a new family of phosphine-oxazoline ligands, 5, which have been used for iridium catalysed asymmetric hydrogenation. The catalysts obtained showed high activity for this type of reaction, giving rise to the hydrogenated products with high selectivity in some cases. Publications ; - S. Orgué, T. León, A. Riera, X. Verdaguer, Org. Lett. 2015, 17, 250–253. - A. Flores-Gaspar, S. Orgué, A. Grabulosa, A. Riera, X. Verdaguer, Chem. Commun. 2015, 51, 1941–1944.

El problema de la resistència bacteriana ha esdevingut un problema de salut pública global. Cada cop apareixen més soques bacterianes resistents a dos o més fàrmacs i és especialment preocupant la manca d'antibiòtics en el mercat per a combatre les infeccions que aquests provoquen. És per això que un dels grans objectius del descobriment de nous fàrmacs antibiòtics és la recerca de nous compostos capaços de combatre aquests microorganismes. Els pèptids antimicrobians són una classe d'antibiòtics que en el darrers anys han despertat interès degut al seu particular mecanisme d'acció: actuen principalment sobre la membrana bacteriana, i són menys susceptibles de generar resistència per part del bacteris. Destaquem entre aquests pèptids antimicrobians, la polimixina, antibiòtic natural produït pel Bacillus polymyxa. És un compost antibacterià actiu contra bacteris Gram-negatius, però que presenta l'inconvenient de ser tòxic a nivell renal i neuronal. En aquesta tesi es descriu el disseny, la síntesi i l'activitat d'anàlegs de polimixina. Es va simplificar l'esquelet peptídic del producte natural, de manera que fos mes assequible la síntesi química dels anàlegs, la preparació a gran escala, i una potencial reducció de toxicitat. Les modificacions que es van dur a terme van ser substituïr l'enllaç lactàmic que tanca el cicle, per un enllaç disulfur, l'àcid gras natural ramificat, es va substituir per un de lineal, i es van fer substitucions d'alguns aminoàcids per observar l'efecte que provocaven en l'activitat bacteriana. També es van sintetitzar anàlegs retroenantiòmers, per tal de veure la implicació de l'esquelet peptídic en la interacció amb les membranes, i finalment es va preparar un compost conjugat d'un anàleg de polimixina i l'espermina, una poliamina de cadena llarga. Es va estudiar la seva activitat antibiòtica in vitro amb assajos de concentració mínima inhibitòria (CMI). I posteriorment es van realitzar estudis d'activitat biofísica, realitzant assajos amb models de membrana bacteriana, com són els liposomes i les monocapes lipídiques. Aquesta tesi demostra que és possible simplificar l'estructura de la polimixina, obtenint-se compostos antibiòtics actius in vitro que mostren propietats biofísiques similars a les del producte natural. / The problem of bacterial resistance has become a global public health issue. Bacterial strains are becoming resistant to existing drugs and it is particularly worrying lack of antibiotics on the market to fight the infections they cause. That is why one of the major goals of antibiotic drug discovery today is the search for new compounds capable of combating these microorganisms. Antimicrobial peptides are a class of antibiotics that have raised particular interest these recent years due to its mechanism of action: they act primarily on the bacterial membrane, and are less likely to generate resistance by the bacteria. Among these antimicrobial peptides, the polymyxins, natural antibiotic produced by Bacillus polymyxa takes special interest for us. This antibacterial compound is active against Gram-negative bacteria, but it is nephrotoxic an neurotoxic. This thesis describes the design, synthesis and activity of polymyxin analogues. We report a simplified peptide structure, with a chemically accessible scaffold and upscalable, that might show potential toxicity reduction. The modifications that were carried out were substitution of the lactam bond that closes the heptapeptide cycle by a disulphide bond; branched natural fatty acid, was replaced by a linear one, and they were made some amino acid substitutions in order to observe the effect in the bacterial activity. We also synthesize analogues retroenantiomers, to see the involvement of the peptide scaffold when binding to bacterial membranes, and finally it was prepared a conjugate compound of an analogue of polymyxin and spermine, a long chain polyamine. We carried out assays of minimum inhibitory concentration (MIC) in vitro and also studies of biophysics activity, conducting tests with bacterial membrane models, such as liposomes and lipid monolayers. This thesis shows that it is possible to simplify the structure of polymyxin, obtaining active compounds in vitro with biophysical properties that are similar to the natural product.

c-Src is the leading member of the Src family of non-receptor tyrosine kinases, which are involved in many signaling pathways. Its deregulation affects cell migration, proliferation and survival. c-Src is composed of the intrinsically disordered N-terminal SH4 and Unique domains, of the folded SH3, SH2, kinase domains and of a C-terminal tail. c-Src is myristoylated at its N-terminal region and anchored to membranes via cooperative electrostatic and hydrophobic interactions. Weak interactions with lipids in the Unique and SH3 domains and intramolecular interactions between them were recently found in the non-myristoylated form. These interactions involve the Unique Lipid Binding region (ULBR) in the Unique domain, and the RT and nSrc loops in the SH3 domain. Our objective consisted in obtaining and characterizing the myristoylated form of the Unique and SH3 domains (MyrUSH3). Protocols for the efficient production of myristoylated proteins were developed. The incorporation of shorter acyl chains was characterized as a general problem in the preparation of myristoylated proteins, and conditions enabling to minimize their formation were found, in particular in the case of expression in minimum media. A well-defined myristoylation-induced cleavage site was identified and characterized in the Unique Lipid Binding Region of the Unique Domain of c-Src. Conditions to obtain degradation-free samples for structural studies were established. The kinetics of MyrUSH3 binding to liposomes was followed using surface plasmon resonance (SPR) and revealed two MyrUSH3 populations, a dominant form binding with relatively fast association and dissociation, and a minor persistently bound (PB) population not described earlier. This PB form was studied in an assay involving detection by a secondary antibody and the model better explaining the experimental results described these PB species to be dimer forms of MyrUSH3. In a construct in which the SH3 domain was replaced by the GFP protein, single molecule photobleaching experiments of these PB species bound to supported lipid bilayers were conducted. A major population of dimers over the bilayer surface was detected. When binding of the myristoylated SH4 (MyrSH4) peptide to liposomes by SPR, a PB population was also observed. Monitoring of the surface activity of MyrSH4 revealed the micelar behavior of the peptide at low concentrations. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) measurements permitted to study the effect of the myristoyl group on the intramolecular interactions between the Unique and SH3 domains, as well as on the binding of the ULBR and RT loops to liposomes when the protein was anchored in the bilayer. 1H-15N spectra of the myristoylated Unique domain (MyrUSrc) confirmed the propensity of the ULBR to bind liposomes, but in a different manner depending on the nature of the lipid in the bilayer. These measurements of MyrUSrc also pointed out some intermolecular propensities in the MyrSH4 domain. 1H-15N spectra of MyrUSH3 in solution revealed the presence of a myristoyl binding site has been found in the RT loop. Interaction of the myristoyl chain with lipids results in the loss of other lipid binding interactions in the Unique and SH3 domains that were observed in the non-myristoylated form. The interaction between the SH4 and the SH3 domains that restricts the conformational space of the Unique domain was preserved in the myristoylated forms and in the presence of lipids. The SPR and single molecule fluorescence studies revealed the formation of self-associated complexes of limited size upon binding of MyrUSH3 or MyrUGFP to liposomes, possibly driven by the presence of the MyrSH4 domain. The NMR data highlighted the interplay between the lipid binding regions of the Unique and SH3 domains, in presence or absence of liposomes. Therefore, the myristoylated intrinsically disordered Unique domain may act in c-Src regulation at the lipid bilayer interface. / c-Src es miembro de una importante familia de tirosina quinasas, que está involucrada en la transducción de señales en las células. c-Src está formada por una región N-terminal desordenada (compuesta de los dominios SH4 y Único), por los dominios plegados SH3, SH2, SH1 (el dominio quinasa), y por una cola C-terminal. c-Src es una proteína miristoilada en su extremo N-terminal, lo cual permite su unión a membranas, unión reforzada por la interacción del dominio SH4 polibásico con los lípidos cargados negativamente. En ausencia del grupo miristoilo, se encontraron zonas de unión a lípidos y de interacciones intramoleculares en los dominios Único y SH3. El objetivo de este trabajo es la obtención y la caracterización de la forma miristoilada de los dominios Único y SH3 (MyrUSH3). Se desarrollaron protocolos que permitieron la producción de proteínas miristoiladas. La cinética de unión de MyrUSH3 a liposomas se estudió con resonancia de plasmones superficiales. Se observó una población mayoritaria con una asociación y una disociación relativamente rápidas, y una población minoritaria con una unión persistente a liposomas. Esta segunda especie se estudió por detección secundaria via un anticuerpo y se dedujo que estaba posiblemente formada por dímeros. El dominio SH3 se remplazó por una proteína verde fluorescente (MyrUGFP) y se estudió la unión de MyrUGFP a liposomas, mediante su observación con microscopía confocal, usando la técnica de fotoblanqueo de moléculas individuales. Se observó una población mayoritaria de dímeros. A continuación, se estudió la proteína MyrUSH3 con resonancia magnética nuclear, en solución o unida a liposomas. En solución, se encontró un sitio de unión al grupo miristoil en el dominio SH3. Tras la inserción del grupo miristoil en la bicapa lipídica, se perdió la capacidad de unión a lípidos en los dominios Único y SH3 (excepto el dominio SH4), y algunas interacciones intramoleculares fueron afectadas.