Els compostos policíclics d'elevada simetria, a més del seu gran atractiu estètic i interès estructural, són substrats valuosos per a estudis mecanístics o bé com a intermedis en la síntesi de molècules orgàniques més complexes.Des de fa més de vint anys el grup d'investigació del Prof. Pelayo Camps del Departament de Famacologia i Química Terapèutica de la Universitat de Barcelona treballa en la síntesi i en la reactivitat de compostos policíclics. Concretament, en la present Tesi Doctoral s'ha dut a terme l'obtenció de l'1,3,5,7-tetraiodotriciclo[3.3.0.0/3,7]octà, un derivat bisnoradamantànic polisubstituït en les posicions cap de pont, com a precursor del compost triciclo[3.3.0.0/3,7]octa-1(5),3(7)-diè, que contindria dos dobles enllaços altament piramidalitzats perpendiculars entre si, com a un intermedi sintètic per a la preparació de compostos policíclics més complexes. Malauradament, tots els intents duts a terme per a obtenir aquest intermedi tant inestable van resultar infructuosos, degut probablement a la formació d'un enllaç intern a la molècula conduint a la formació d'un derivat [2.2.1]propel·lànic contingut dins l'esquelet de bisnoradamantà, extremadament reactiu, que conté dos àtoms de carboni amb geometria invertida. Per a verificar la formació d'aquest intermedi propel·lànic, es va dur a terme l'obtenció del (±)-1,3-diiodotriciclo[3.3.0.0/3,7]octà, un derivat bisnoradamantànic 1,3-disubstituït en les posicions cap de pont, a partir del qual mitjançant reaccions amb diferents agents reductors s'ha generat l'1,3-deshidrobisnoradamantà, un [2.2.1]propel·là amb un pont metilènic entre les posicions 2 i 5, altament reactiu, que en les condicions de les reaccions realitzades evolucionaria cap a diversos productes, molts dels quals han estat aïllats i plenament caracteritzats. Els càlculs teòrics DFT realitzats suggereixen també la formació d'aquest intermedi. Paral·lelament, s'ha sintetitzat una petita col·lecció de derivats bisnoradamantànics enantiopurs di- i tetrasubstituïts en les posicions cap de pont utilitzat l'(R)-N-fenilpantolactama, un auxiliar quiral desenvolupat en el nostre grup d'investigació. Aquests compostos són els primers exemples descrits de bisnoradamantans quirals enantiopurs que tenen la seva quiralitat a la diferent substitució en les posicions cap de pont. La puresa enantiomèrica dels compostos obtinguts s'ha determinat utilitzat CG quiral/EM en alguns d'aquests compostos. / Polycyclic cage compounds are a unique class of organic compounds. They are useful substrates for mechanistic studies as well as intermediates in the synthesis of more complex organic molecules.For more than twenty years Prof. Pelayo Camps' research group at the Departament de Farmacologia i Química Terapèutica of the Universitat de Barcelona has been working on the synthesis and reactivity of polycyclic compunds. Specifically, in this Thesis the syntheses of 1,3,5,7-tetraiodotricyclo[3.3.0.0/3,7]octane was carried out, a bridgehead tetrasubstituted bisnoradamantane derivative, as a potential precursor of the tricyclo[3.3.0.0/3,7]oct-1(5),3(7)-diene. This compound, that features two highly pyramidalized carbon-carbon double bonds, may be useful as an intermediate in the syntheses of more complex polycyclic compounds. Unfortunately, we have no evidences in favor of the formation of this intermediate, probably because a very reactive [2.2.1]propellane derivative is generated. This intermediate has two carbon atoms with inverted geometries. To verify the formation of this propellane intermediate, the synthesis of (±)-1,3-diiodotricyclo[3.3.0.0/3,7]octane was carried out, a bridgehead 1,3-disubstituted bisnoradamantane derivative. From the reaction of this compound with different reductors evidences for the generation of 1,3-dehydrobisnoradamantane, a bridged, highly distorted and very reactive [2.2.1]propellane were found. Theoretical calculations also support the intermediacy of this derivative. On the other hand, a series of enantiomeric bridgehead di- and tetrasubstituted bisnoradamantane derivatives have been prepared by using (R)-N-phenylpantolactam, a chiral auxiliary developed by our research group. Although several bridgehead substituted chiral bisnoradamantane were known, efforts directed towards their preparation as single enantiomers had not been previously described. The enantiopurity of these compounds was established by chiral GC/MS.

En la presente tesis doctoral se han preparado dos alquenos altamente piramidalizados tricíclicos que han sido atrapados en forma de aductos Dielsalder. En ausencia de dienos se obtienen los correspondientes dimeros ciclobutánicos que experimentan una retrocicloadición térmica (2 + 2) a dimeros diénicos. Por otro lado se han llevado a cabo varios intentos para sintetizar tetrasecododecaedradienos bien por la dimerización de un alqueno piramidalizado tetracíclico de 10 átomos de carbono, bien por el acoplamiento cruzado de dos alquenos piramidalizados, uno tricíclico de 18 átomos de carbono y otro pentacíclico de 12 átomos de carbono.Paralelamente a este trabajo sintético se ha realizado un estudio teórico utilizando métodos de mecánica molecular, semiempíricos y "ab inicio", de los alquenos piramidalizados descritos en la tesis, de los C-dimeros ciclobutánicos y de los dimeros diénicos preparados. En general los cálculos teóricos correlacionan bien con los datos experimentales de los que disponemos.

La gran eficiència, selectivitat i les condicions suaus exhibides per les reaccions que tenen lloc al centre actiu de les metal·looxigenases són la font d'inspiració per la present dissertació. Amb l'objectiu de dissenyar catalitzadors d'oxidació eficients hem fet ús de dues estratègies: la primera consisteix en el disseny de complexos amb baix pes molecular inspirats en aspectes estructurals de la primera esfera de coordinació del centre metàl·lic d'enzims de ferro i de manganès. Aquests complexos s'han estudiat com a catalitzadors en l'oxidació selectiva d'alcans i d'alquens fent servir oxidants "verds" com ara l'H2O2. La segona estratègia està basada en l'ús de la química supramolecular per tal de desenvolupar estructures moleculars auto-acoblades amb la forma i les propietats químiques desitjades. Concretament, la construcció de nanocontenidors amb un catalitzador d'oxidació incrustat a la seva estructura ens permetria dur a terme reaccions més selectives, tal com passa en les reaccions catalitzades per enzims. / The high efficiency, selectivity and mild conditions exhibited by the reactions that take place in the active site of metallooxygenases are the source of inspiration of the present dissertation. With the aim of designing efficient oxidation catalysts, we make use of two different strategies: the first one is the design of low molecular weight complexes inspired by structural aspects of the first coordination sphere of the metal active site of non-heme iron and manganese enzymes. These complexes are studied as catalysts for the selective oxidation of alkanes and alkenes using green oxidants such as H2O2. The second strategy is based on the use of supramolecular chemistry to develop self-assembled molecular structures with desired shape and chemical properties. Particularly, the construction of cavity-containing 3D nanovessels with an oxidation catalyst embedded in their structures would allow us to perform more selective reactions, analogously to the reactions catalyzed by enzymes.

.En la present tesi doctoral s'han optimizat metodologies per a l'obtenció a escala preparativa d'adductes de Pauson-Khand (una cicloaddició [2+2+1] entre un alquí, un alquè i una molécula de CO) del norbornadiè i acetilens terminals, ja sigui en forma racèmica o enantiopura. Mitjançant una reacció de Pauson-Khand enantioselectiva emprant quantitats estequiomètriques d'un complex quiral de cobalt s'ha obtingut l'adducte del trimetilsililacetilè i el norbornadiè òpticament pur. Per obtenir el mateix adducte en forma racèmica s'han emprat protocols catalítics que simplifiquen la purificació dels productes i presenten una major economia atòmica. En aquestes condicions s'observa la formació del diastereoisòmer endo no desitjat en proporciones apreciables. La formació d'aquest producte és dependent de la pressió de CO emprada i es pot minimitzar dràsticament substituint un lligand CO por trifenilfosfina en el catalitzador de cobalt. De forma preliminar s'han assajat diversos auxiliars quirals en la reacció de Pauson-Khand catalítica y enantioselectiva sense haver arribat fins ara a bons excessos enantiomèrics. L'adducte de Pauson-Khand del norbornadiè i el trimetilsililacetilè (1) òpticament pur s'ha transformat en els desoxifitoprostans dPPJ1-I i II, confirmant així per primer cop la seva estereoquímica absoluta y relativa.S'han estudiat les transformacions sintètiques sobre l'adducte de Pauson-Khand 1 racèmic, centrant-se en reaccions d'addició conjugada i desililació. En primer lloc s'han preparat les corresponents cetones beta-substituïdes amb diversos substituents alifàtics per addició conjugada de dialquilcuprats de liti o bé de reactius de Grignard en presència de quantitats catalítiques de Cu (I). Sobre aquests substrats s'ha desenvolupat una seqüència de metilenació/addició conjugada per introduir substituents en posició á al carbonil. Per addició conjugada de sintons d1 sobre l'adducte 1 s'han preparat 1,4-hidroxicetones i 1,4-oxoaldehids. Per fer-ho s'ha emprat l'anió cianur com a equivalent sintètic d'un aldehid i alternativament l'addició fotosensibilitzada de metanol per a la introducció directa d'un fragment hidroximetil.Amb aquests intermedis sintètics s'ha abordat la síntesi de la prostaglandina A2. Per introduir la cadena omega de la PGA2 ens hem basat en reaccions de Wittig sobre els carboxaldehids mencionats. Alternativament s'ha introduït la cadena omega directament per addició conjugada d'un organometàl·lic funcionalizat sobre 1. Per elaborar la cadena á es va provar en primera instància l'alquilació en alfa al grup carbonil emprant halurs al·lílics com a electròfils. Vistos els baixos rendiments obtinguts per aquesta via es va aplicar la metodologia de metilenació/addició conjugada que va resultar més eficient. Els precursors així obtinguts es van sotmetre a condicions de retro-Diels-Alder per alliberar el fragment d'enona present en la PGA2. Si bé en compostos relacionats i compostos model més senzills la reacció és efectiva, no s'ha aconseguit reproduir-la en el cas de la PGA2. S'ha vist que el principal problema és l'eliminació inesperada del grup hidroxil protegit de l'alcohol al·lílic present en la cadena omega. Petites modificacions de la ruta sintètica ens permetrien en un futur pròxim arribar a la PGA2.Per últim s'ha estudiat una reacció de transposició fotoinduïda dels adductes de Pauson-Khand del norbornadiè sense precedents en la literatura. Aquesta es va observar per primer cop en els assaigs d'addició fotosensibilitzada de metanol a 1. La reacció permet accedir a compostos amb una inusual estructura de triciclo[5.2.1.02,6]-3,8-decadien-10-ona partint d'adductes de Pauson-Khand derivats tant d'alquins terminals com interns i és compatible amb diversos grups funcionals com amines, èsters, alcohols i amides. La reacció te lloc tant en presència com en absència d'un sensibilitzador de triplets així com en presència d'un quencher de triplets, sempre amb velocitats aparents molt semblants tal com s'ha observat en seguir el curs de la reacció per espectroscòpia d'infraroig in situ. El mecanisme de la reacció, que transcorre per mitjà d'un intermedi diradicalari bisal·lílic, s'ha estudiat per mètodes computacionals ab inito. / "Synthetic applications of norbornadiene Pauson-Khand cycloadducts.Towards the synthesis of prostaglandins and phytoprostanes."ABSTRACT IN ENGLISH.The Pauson-Khand reaction is a [2+2+1] cycloaddition between an alkyne, an alkene and carbon monoxide mediated by a (typically) Co (0) complex to give a cyclopentenone. In this thesis we have optimized methodologies for the obtention of the adduct between norbornadiene and trimethylsilylacetylene (1) on a preparative scale both in enantiopure and racemic form. The optically pure compound (+)-1 has been employed in the total synthesis of deoxyphytoprostanes J1-I and J1-II (dPPJ1-I and II).In order to obtain alpha, beta-disubstituted cyclopentenones from 1 a sequence of conjugate addition, desilylation, alpha-alkylation (or somehow related procedure) and retro-Diels-Alder reactions has been applied. First, simple organocopper reagents derived from commercial alkyl lithium and Grignard reagents were used to obtain a diverse set of addition compounds in good yields. Later on a d1 synthon addition to 1 was envisaged in order to obtain valuable intermediates for prostaglandin synthesis. The desired carboxaldehyde was obtained from reduction of a nitrile intermediate obtained from 1,4 addition of cyanide to 1. Alternatively a photoinduced addition of methanol to 1 was employed to obtain the related hydroxymethyl derivative. With the formyl and hydroxymethyl derivatives obtained we started the synthesis of prostaglandin A2 (PGA2). The ù chain was elaborated by Wittig reactions of these compounds or alternatively by conjugated addition of the appropriate functionalized organocopper reagent to 1. For the introduction of the alpha chain an enolate alkylation using allylic halides was used. The low yields thus obtained prompted us to develop an alternative sequence of methylenation and conjugate addition to the obtained exocyclic cyclopentenone which resulted in much better overall yields. The final retro-Diels-Alder step required to liberate the enone fragment resulted incompatible with the allylic moiety in the omega chain, a problem which we plan to overcome in the future.In this thesis we also undisclosed a photochemical rearrangement of norbornadiene cycloadducts such as 1 which yields an unusual structure of tricyclo[5.2.1.02,6]-3,8-decadien-10- one and is tolerant to diverse functional groups. This unprecedented transformation was first encountered as a side reaction in the photoinduced methanol addition to 1, but could be converted in the main reaction in the absence of methanol.