El treball experimental que ha permès redactar la present Tesi Doctoral ha estat dividit en dues parts. A la primera part es presenten els resultats referents a la síntesi estereocontrolada de noves heteroarilglicines (quinolil i pirazolilglicines) a partir de cetones acetilèniques, substrats quirals que permeten accedir a l'esquelet de diferents heterocicles (quinolines i pirazoles), la posterior obtenció dels corresponents quinolil i pirazolil--aminoalcohols i les diferents metodologies d'oxidació per tal d'accedir a les corresponents quinolil i priazolilglicines objectiu. A la segona part d'aquesta memòria s'ha estudiat, en dissolució, l'habilitat del grup alquilsulfona com a grup sortint eficaç en reaccions d'ipso-substitució nucleofilica. El desenvolupament d'aquesta reacció ha servit de punt de partida per a la creació de llibreries d'heterocicles amb alta diversitat molecular i potencial interès biològic sobre fase sòlida. / These work have been divided in two sections. In the first section, a new and efficient methodology towards the stereocontrolled synthesis of novel -acetylenic ketones containing a masked -amino acid functionality in enantiomerically pure form has been developed. This new chiral building block is the starting material for the synthesis of enantiomerically pure quinolyl and pyrazolylglycines, important structures with potential biological activity and very useful for the synthesis of peptidomimetics. The methods begins from the Garner's aldehyde and takes place through an alkyne derivative via a carbonyl-alkyne homologation reaction. Condensation of the lithium acetylide at low temperatures with different aldehydes yielded the corresponding propargyllic alcohol derivatives in good yields, which under mild oxidative conditions gave the corresponding acetylenic ketones algmost quantitatively.In the second part of this work, the ability of alkylsulfonyl groups as efficient leaving groups in heteroaromatic mucleophilic ipso-substitution reactions has been studied. The rational behind this study has been the possibility of transferring the developed methodology to the solid support and thus to synthesize in a parallel fashion a small library of molecularly diverse heterocycles with potential biological interest. An in solution optimised methodology has been successfully transferred to the solid support and a small library of molecularly diverse benzothiazoles (-excedent heterocylces) was prepared in a parallel fashion in good overall yields and purities of the final products.

Els compostos orgànics heterocíclics tenen una gran importància dins de la química gràcies a les seves propietats ja que molts d'ells presenten activitat biológica. En aquesta tesi doctoral s'ha investigat mètodes de síntesi de compostos heterocíclics usant diverses aproximacions sintètiques.Un dels mètodes de síntesi consisteix en la formació de benzo[b]furans mitjançant una reacció de substitució nucleòfila aromàtica d'un àtom de fluor per un anió alcòxid generat a partir de l'obertura d'un epòxid amb una base forta no nucleòfila com el tert-butòxid sòdic. Els oxirans de partida s'han preparat a partir de acetofenones comercials o fàcilment assequibles, per bromació del carboni a-carbonílic seguit de substitució nucleòfila del brom amb un anell azòlic i posterior metilenació del carboni carbonílic.S'ha estudiat la reacció d'obertura i posterior ciclació intramolecular de 2-(2'-fluoroaril)-2-(azolilmetil)oxirans. S'ha comprovat que el grup fluoro és millor grup sortint que el grup cloro, quan s'ha assajat la reacció amb cloro com a grup sortint a part d'aïllar-se el producte d'estructura de benzo[b]furan també s'ha obtingut l'alcohol al·lílic intermedi a través del qual transcorre la reacció. S'ha comprovat que la presència de grups azole (imidazole i triazole) afavoreix la reacció d'obertura de l'anell oxirànic, ja que quan s'ha assajat la reacció d'una base forta amb 2-(2'-fluoroaril)-2-metiloxirans no ha estat possible aïllar el producte de ciclació.A la segona part de la tesi s'utilitza la cada cop més usada reacció de ring-closing metathesis de diens, com un mètode per crear compostos cíclics. Des de l'aparició el 1992 dels catalitzadors desesenvolupats per Grubbs i Schrock, les reaccions de metàtesi de diens s'han convertit en una important eina en la síntesi d'una àmplia varietat de productes.S'ha investigat la preparació de sals d'indolizini mitjançant reaccions de metàtesi de sals d'N-al·lil-2-vinilpiridini i N-al·lil-2-cinamilpiridini. En cap cas s'ha aconseguit observar la formació del producte de metàtesi. S'ha assajat també la preparació de sals de 3,4-dihidroquinolizini per metàtesi de sals d'N-(3-butenil)-2-cinamilpiridini però tampoc ha estat possible obtenir-les.S'ha assajat la preparació de sals de piridini amb la presència d'un segon heteroàtom en posició 2 de l'anell piridínic. Quan es va intentar l'al·lilació de la 2-piridona no va ser possible l'obtenció del bromur d'1-al·lil-2-al·liloxipiridini.El bromur d'N-al·lil-2-al·liltiopiridini i N-(3-butenil)-2-al·liltiopiridini no reaccionen sota condicions de metàtesi probablement per coordinació de l'àtom de sofre al catalitzador de ruteni. S'ha assajat la preparació del bromur d'N-al·lil-2-al·lilsulfonilpiridini, per al·lilació de la 2-al·lilsulfonilpiridina i per oxidació del bromur d'N-al·lil-2-al·liltiopiridini, però no ha estat possible obtenir aquest producte.Ens vàrem plantejar l'obtenció de 5,8,9,10-tetrahidro-9-aza-4a-azonia-benzociclooctè mitjançant la metàtesi del bromur d'1-al·lil-2-[(al·lil-tert-butoxicarbonilamino)metil]piridini. Quan es va sotmetre aquesta sal diènica a les condicions de metàtesi es va obtenir el producte de desal·lilació en el nitrogen piridínic. La sal de partida es va preparar mitjançant una aminació reductiva del 2-piridincarboxaldehid seguida de protecció del grup amino i al·lilació del nitrogen piridínic.Mitjançant reaccions de ring-closing metathesis de diens hem aconseguit la preparació de bis(2,5-dihidropirrolil)sulfona i metanona. Aquests composots s'han preparat per metàtesi de la tetraal·lilsulfamida i de la tetraal·lilurea respectivament usant el catalitzador de Grubbs. S'ha estudiat també la reacció d'al·lilació de la sulfamida i de la urea en diverses condicions de reacció usant condicions bàsiques com sota catàlisi per espècies de pal·ladi(0).S'ha aconseguit l'oxidació de la bis(2,5-dihidropirrolil)sulfona fins a bis(pirrol-1-il)sulfona utilitzant 2,3-dicloro-5,6-dicianoquinona com a agent oxidant. Sorprenentment s'ha aïllat el producte d'oxidació d'un dels dos anells de dihidropirrol i ha estat necessari augmentar la temperatura i el temps de reacció per poder aconseguir l'oxidació del segon anell heterocíclic.S'ha desenvolupat una nova via de preparació de tetrahidro[1H]azepines, per metàtesi de dial·lilamines usant el catalitzador de Grubbs. Amb aquest objectiu es buscava la preparació de tetrahidro[1H]azepines substituïdes amb l'estereoquímica dels centres quirals controlada.Abans d'assajar la reacció de metàtesi amb amines quirals, s'ha assajat la reacció a partir de la 5-hexen-2-ona comercial. Aquest compost es va sotmetre a condicions d'aminació reductiva en presència d'al·lilamina, cianoborhidrur sòdic i àcid acètic. L'amina obtinguda no reacciona sota condicions de metàtesi en presència del catalitzador de Grubbs pel que va ser necessari protegir el grup amino en forma de carbamat. Amb l'amina protegida la reacció de metàtesi va tenir lloc amb bon rendiment. S'ha investigat la preparació de 5-hexen-2-ones substituïdes per al·lilació de acetoacetat d'etil i mitjançant una transposició de Claisen-Ireland d'ester crotílics d'acetoacetats. A la part final de la tesi s'ha estudiat l'aplicació de les reaccións de metàtesis a enins, que sota catàlisi per complexes de ruteni formen un compost heterocíclic amb un sistema diènic exocíclic. S'ha assajat la reacció de metàtesi, utilitzant complexos de ruteni com a catalitzador, de 2-vinil-1-propargiloxibenzè i 2-etinil-1-al·liloxibenzè que han estat preparats segons mètodes descrits a la literatura a partir del salicilaldehid. En cap dels dos casos s'ha observat la formació del producte de metàtesi. L'addició d'un dienòfil per tal d'atrapar in situ el diè format tampoc ha permès aïllar el producte de metàtesi.Els intents de metàtesi de la 2-(2-feniletinil)-N-trifluoroacetil-N-al·lilanilina han portat a la recuperació del producte de partida, mentre que s'ha observat la formació del producte de metàtesi quan aquesta reacció s'ha assajat amb la 2-etinil-N-trifluoroacetil-N-al·lilanilina. En els dos casos els enins s'han prepartat a partir de la o-iodoanilina mitjançant una reacció de Sonogashira amb fenilacetilè i trimetilsililacetilè, respectivament, seguida de protecció del grup amino i de reacció amb bromur d'al·lil.S'ha desenvolupat un métode de preparació de derivats tri i tetracíclics de benzoxepines mitjançant una seqüència "one-pot" de metàtesi d'enins seguida d'una reacció de Diels-Alder.Els enins de partida s'han preparat per reacció de bromur de propargil amb o-al·lilfenols comercials o que s'han preparat mitjançant una transposició [3,3]-sigmatròpica d'éters al·lil arílics obtinguts per al·lilació de fenols.Els enins han estat sotmesos a condicions de metàtesi amb el catalitzador de Grubbs en diclorometà a temperatura ambient. Després de 5 hores de reacció s'observa que ja no queda producte de partida, s'afegeix un dienòfil i s'augmenta la temperatura a reflux per tal d'atrapar la 3-vinil-2,5-dihidrobenzo[b]oxepina formant el producte de cicloaddició. S'han usat com a dienòfils la maleimida, l'anhídrid maleic, la 1,4-quinona, l'azadicarboxilat de dietil i l'acetilendicarboxilat de dimetil. S'ha aconseguit la preparació dels cicloadductes amb rendiments que oscil·len entre el 8 i el 60%. En el cas que els dienòfils siguin cíclics es poden donar dues possibles orientacions en la reacció de cicloaddició de Diels-Alder, l'orientació endo i l'orientació exo. Mitjançant experiments mono i bidimensionals de ressonància magnètica nuclear de protó i carboni s'han assignat els desplaçaments químics de tots els protons i carbonis de la molècula. La utilització d'experiments nOe ha permès confirmar que s'obtenen els productes de l'aproximació endo en que els protons dels 3 centres quirals estan en disposició relativa cis.Aquests treballs han estat publicats recentment a Synlett 2001, 1784. / The organic heterocyclic compunds have a great importance in chemistry due to their properties and most of them present biological activity. In this thesis we have studied new approaches to heterocyclic compounds.The first method consists in the formation of benzo[b]furans by an intramolecular nucleophilic aromatic substitution of a fluorine atom by an alcoxide generated by the opening of an epoxide using a non-nucleophilic strong base such as sodium tert-butoxide.The starting oxiranes have been prepared from readily available acetophenones. The first step is a bromination of the a-carbonylic position followed by an nucleophilic substitution of the bromine by an azolic ring and a methylenation of the carbonylic bond.We have studied the secuence of the opening and intramolecular cyclisation of 2-(2'-fluoroaryl)-2-(azolylmethyl)oxiranes. Fluorine is a better leaving group than chlorine, when we have used the chlorine as a leaving group we have obtained the benzo[b]furan and the allylic alcohol. The presence of an azolic ring (imidazole or triazole) improves the reaction of the opening of the oxirane. It is not possible to isolate the desired product when the reaction is carried out with 2-(2'-fluoroaryl)-2-methyloxiranes and a strong base.In the second part of this Thesis we have studied the ring-closing metathesis of the dienes as a method for the preparation of cyclic compounds. Since the apparition in 1992 of the catalysts developed by Grubbs and Schrock, the metathesis reactions are an important tool in the preparation of a wide range of products. We have investigated the preparation of indolizinium salts using metathesis reactions of N-allyl-2-vinylpyridinium and N-allyl-2-cinnamylpyridinium. It has not been possible to obtain the metathesis products. We have also investigated the preparation of 3,4-dihydroquinolizinium salts by metathesis of N-(3-butenyl)-2-cinnamylpyridinium salts but it has not been possible to obtain them.We have attempted the preparation of pyridium salts containing a second heteroatom in the 2-position of the aromatic ring. It has not been possible to achieve the preparation of the 1-allyl-2-allyloxypyridinium bromide by the sequential diallylation of 2-piridone.N-allyl-2-allyltiopyridinium and N-(3-butenyl)-2-allyltiopyridinium bromide do not react under metathesis conditions, probably due to the coordination of the sulphur atom to the ruthenium catalysts. We have attempted the preparation of the N-allyl-2-allylsulfonylpyridinium bromide by the allylation of the 2-allylsulfonylpyridine and by the oxidation of the N-allyl-2-allyltiopyridinium bromide, but in any case it has not been possible to prepare this compound.One of the objectives was the preparation of the 5,8,9,10-tetrahydro-9-aza-4a-azonia-benzocyclooctane by the metathesis of the 1-allyl-2-[(allyl-tert-butoxycarbonylamino)methyl]pyridinium bromide. When this salt was reacted under metathesis conditions, the deallylated product was obtained. The starting salt was preparared from 2-pyridinecarboxaldehyde by a reductive amination followed by protection of the amino group and allylation of the pyridine. Using reactions of ring-closing metathesis of dinenes we have achieved the preparation of bis(2,5-dihydropyrrolyl)sulfone and methanone. These compounds have been prepared by metathesis of the tetraallylsulfamide and tetraallylurea using the Grubbs' catalyst. The allylation of sulfamide and urea under basic conditions and by catalysis of Pd(0) species have been studied.The oxidation of the bis(2,5-dihydropyrrolyl)sulfone to bis(pyrrol-1-yl)sulfone has been achieved using 2,3-dichloro-5,6-dicyanoquinone as oxidating agent. Surpisingly it is possible to isolate the product of the oxidation of one of the dihydropyrrole rings, and it is necessary to increase the temperature and the reaction time to oxidate the second ring. We have developed a new synthesis of tetrahydro[1H]azepines by metathesis of diallylamines using Grubbs' catalysts. in this objective we pursued the preparaction of substituted tetrahydro[1H]azepines with controled stereochemistry. Before using chiral amines, we tried the reaction using the comercially available 5-hexen-2-one. This compound was treated under reductive amination conditions in the presence of allylamine, sodium cyanoborohydride acetic acid. The obtained amine did not react under metathesis conditions, and it was necessary to protect the amino group as a carbamate. With this compound the metathesis reaction took place with good yield. We have also investigated the preparation of substituted 5-hexen-2-ones by allylation of ethyl acetoacetate followed by the Claisen-Ireland rearrangement of crotyl esters of acetoacetates. In the last part, we have studied the extension of the metathesis reaction to enynes. The product of the metathesis of an enyne in the presenece of ruthenium catalyst is a cyclic compound with an exocyclic diene.We have attempted the metathesis reaction, using ruthenium complexes as catalysts, of the 2-vinyl-1-propargyloxybenzene and 2-ethynyl-1-allyloxybenzene. These compounds were prepared from salicylaldehyde using methods described in the bibliography. In any case we have observed the formation of the metathesis product. Then we attempted the addition of a dienofile in order to form a cycloadduct in situ with the diene, but we did not observe the formation of this compound. The attempts of the metathesis of the 2-(2-phenylethynyl)-N-trifluoroacetyl-N-allylaniline lead to the recovery of the starting material, however we have observed the formation of the metathesis product when we have tried the reaction of the 2-ethynyl-N-trifluoroacetyl-N-allylaniline. In both cases the enynes have been prepared from o-iodoaniline by a Sonogashira coupling with phenylacetilene and trimethylsilylacetilene, respectively, followed by protection of amino group and reaction with allyl bromide.A new preparation of tri and tetracyclic benzoxepines derivatives by a one-pot sequence consisting in a enyne metathesis followed by a Diels-Alder cycloaddition has been developed. The starting enynes have been prepared by the reaction of propargyl bromide with o-allylphenols. The allylphenols were comercially available or were prepared by a [3,3]-sigmatropic rearrangement of allyl aryl ethers obtained by allylation of phenols.The enynes were treated under metathesis conditions with Grubbs's catalysts at room temperature in dichloromethane. After 5 hours the starting enyne have disappered and a dienofile is added and the temperature is raised to reflux. we have used as dienofiles the maleimide, maleic anhydride, 1,4-quinone, ethyl azadicarboxylate and dimethyl acetilendicarboxylate. The preparation of cycloadducts have been achieved with 8-60% yield. Cyclic dienophiles can approach to diene in two ways (endo and exo) in the cycloaddition reaction. Using mono and bidimensional NMR experiments it has been possible to assign all the chemical displacements of the protons and carbons of the molecule. nOe experiments allow to confirm that the products come from the endo approach, and the protons of the 3 chiral centers are in cis position.This results have recently been published in Synlett 2001, 1784.

Aquesta tesi comença amb la presentació de la família de Lamel·larines, uns productes naturals d'orígen marí amb interessants activitats biològiques. En el Capítol 1 se'n descriuen els últims avanços quant al seu aïllament, nova metodologia sintètica i estudis sobre l'activitat biològica i el seu mode d'acció. La consecució d'aquests mètodes sintètics ha obert la porta a la preparació del producte natural, i de molècules anàlogues. Així, en el Capítol 3 es descriu la síntesi de la Lamel·larina D amb una metodologia d'acoblaments creuats successius de Suzuki amb catàlisi de Pd(0). Amb la preparació descrita al Capítol 2 dels bromopolialcòxibenzens s'ha pogut realitzar la síntesi d'una quimioteca d'anàlegs sense lactona de la Lamel·larina D i amb la introducció de diferents patrons de substitució (es descriu al Capítol 4). S'ha assajat l'activitat biològica i estudiat les relacions estructura-activitat d'aquests compostos, cosa que ha permès posar de manifest aquells grups estructuralment importants quant a activitat. Al Capítol 5 es descriu la síntesi d'uns conjugats amb polietilenglicol de la Lamel·larina D, i més enllà al Capítol 6 es descriu la síntesi de conjugats estructuralment més complexos amb una seqüència peptídica de localització nuclear i un dendrímer. Amb els productes sintetitzats s'ha procedit a fer-ne una avaluació de la seva internalització i distribució cel·lulars, estudis co-localització dels productes amb marcatges selectius de membrana, mitocòndries i topoisomerasa.Per l'estudi del mode d'acció de la Lamel·larina D com a inhibidor de la topoisomerasa, s'ha fet ús de biosensors de pinzes òptiques i microscòpia de forces atòmiques. Aquest treball es descriu al Capítol 7 i cal destacar que aquestes novedoses tecnologies amb sensibilitats de pN i resolució nanomètrica es mostren d'elevada utilitat per a l'estudi de l'activitat de la topoisomerasa, i de la seva inhibició. / Lamellarin D (Lam-D) is a marine alkaloid with antiproliferative activity against various tumor cells in the low nanomolar range. The inhibition of topoisomerase-I, a mitochondrial transmembrane potential disruption as well as promotion of apoptosis are its modes of action. Topoisomerase is an especially interesting chemotherapy target, namely because of the topoisomerase-DNA complex, which undergoes mechanical motions essential to its function (Chapter 1). The present research summary highlights the synthetic methodologies used for the synthesis of Lam-D and its related derivatives. Two synthetic strategies (A, B) had been employed for the total synthesis of Lam-D, which enable high versatility and robust methodologies for the preparation of the natural product, regioselective conjugation on its free phenolic groups and its structurally simplified derivatives.Methyl 8-isopropoxy-9-methoxy-5,6-dihydropyrrolo[2,1-a]isoquinoline-3-carboxylate was used as scaffold of strategy A. Regioselective and sequential introduction of aryl groups followed by Pd(0)-catalyzed cross coupling reactions, aromatization and ether deprotection provided the final compounds in 18-61% yields (Chapter 3). Boronic acids and borolanes were used as building blocks for the synthesis. Its preparation through regioselective bromination under mild conditions of highly activated benzenes and Pd(0)-catalyzed borylation gave the non-commercial polialcoxy synthons (7 compounds, 43-80% yields over 2 steps) for the diverted combinatorial synthesis (Chapter 2).A combinatorial library of 45 analogues of the privileged lead Lam-D was prepared using strategy A in which removal of the lactone ring were implemented in order to improve solubility, and modifications on the OMe/OH substitution pattern were explored for structure activity relationship studies. Lam-D and its analogues were obtained in 18-44% overall yields. A panel of three human tumor cell lines was used to evaluate their cytotoxic potential: A-549 lung carcinoma NSCL, HT-29 colon carcinoma cells, and MDA-MB-231 breast adenocarcinoma. Cytotoxicity was observed for numerous compounds at low micromolar concentrations, and clear SAR patterns were determined. SAR study concluded that more than 75% of the 45 open-chain Lam-D analogs tested showed cytotoxicity in a low micromolar GI50 range (Chapter 4). Strategy B, based on quaternization of the isoquinoline, further cycloaddition on the alquine and aromatization, readily gave the pentacyclic structure in good yields. A good choice of orthogonally removable protectors has been developed for the regioselective attachment of well-defined water-soluble polymeric and peptidic nuclear location signal sequence carriers to Lam-D. These chemical modifications can significantly improve both drug delivery and therapeutic efficacy due to the enhanced permeability and retention effect observed in tumor tissue. Mono-, di-, and tri-Lam-D conjugates were regioselectively synthesized through ester bond linkages in the phenolic sites. Polymeric and peptidic conjugates, respectively, have been obtained in 18-84% (2 steps) and 8-20% (2 or 3 steps) overall yields from the corresponding Lam-D protected phenolic derivatives (Chapter 5, 6).Further studies on the mechanism of action of Lamellarin D by innovative optical tweezers biosensors, served to gain a novel insight in the biological engineering of topoisomerase I enzyme and its inhibition by small drugs. Topoisomerase is an especially interesting chemotherapy target, namely because of the topoisomerase-DNA complex, which undergoes mechanical motions essential to its function during the cleavage and religation of a single strand within a duplex DNA (Chapter 7).Here we show the use of optical tweezers to study topoisomerase activity, evidenced by a large increase in the hysteresis of the force cycles resulting from the generation of ssDNA-like domains inside dsλDNA, and subsequent strand religation indicated by recovery of the characteristic dsDNA force fingerprint. In contrast, the presence of the topoisomerase inhibitor Lamellarin D results in a large increase in force hysteresis due to the initial nicking activity of Topo I and a subsequent absence of religation. These results highlight the potential of optical tweezers biosensors for the mechanistic study of DNA-modifying enzymes and for the screening of their inhibitors, and foresee profound implications in drug discovery and medical nanotechnology.

El programa de la síndrome de la immunodeficiència adquirida (SIDA o sida) de les Nacions Unides va estimar a finals de 2008 que més de 33 milions de persones arreu del món vivien amb el virus de la immunodeficiència humana (VIH). En l’estudi de les dianes terapèutiques contra l’agent etiològic de la sida s’han validat com a tals els coreceptors CXCR4 i CCR5 d’unió i fusió del virus a la cèl•lula hoste. Actualment hi ha un inhibidor d’entrada i un de fusió per al tractament de la infecció per aquest retrovirus, tot i que cap d’ells inhibeix el coreceptor CXCR4. Això, unit a la capacitat del virus de desenvolupar resistència als fàrmacs actuals, fa necessària la cerca de noves famílies de compostos que hi facin front. El Grup d’Enginyeria Molecular (GEM) de l’IQS ha descrit prèviament una quimioteca combinatòria d’anàlegs de l’AMD3100, el cap de sèrie més actiu, formats per unitats estructurals polinitrogenades (que consisteixen en un heterocicle nitrogenat, un seguit de baules metilèniques i un grup amina primària terminal) unides a un espaiador p xililènic. La selecció d’aquesta quimioteca va dur a la identificació d’un nou candidat amb dos centres quirals amb activitat submicromolar contra el VIH. Aquest treball presenta diverses modificacions estructurals sobre ambdós caps de sèrie, en la cerca de nous inhibidors potencials del coreceptor d’entrada CXCR4. En primer lloc, per tal de rebaixar la basicitat de l’AMD3100, s’han substituït els seus anells ciclàmics per sistemes pirido[2,3 d]pirimidínics, en la síntesi dels quals es té molta experiència en el GEM. La baixa solubilitat en dissolvents comuns d’alguns dels compostos obtinguts es presenta com un greu inconvenient per al seu desenvolupament com a fàrmac. D’altra banda, tenint en compte el disseny racional descrit anteriorment al grup de recerca, s’amplia la quimioteca amb l’objectiu d’avaluar l’efecte de la distància entre àtoms de nitrogen i la presència de major impediment estèric entre l’espaiador aromàtic i el nitrogen que hi està directament unit. Tot i que no s’ha aconseguit millorar l’activitat del cap de sèrie, els compostos obtinguts presenten activitats prou satisfactòries. Igualment, s’obtenen els tres estereoisòmers del cap de sèrie amb activitat submicromolar i se n’avalua l’activitat antiviral per separat. Finalment, es duu a terme un disseny de novo de fàrmacs basat en l’estructura per buscar nous candidats que permetin obrir la porta a altres famílies de compostos amb activitat anti-VIH, a través de l’enumeració de la quimioteca virtual, la selecció i la posterior síntesi. / El programa del síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA o sida) de las Naciones Unidas estimó a finales de 2008 que más de 33 millones de personas en todo el mundo vivían con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). En el estudio de las dianas terapéuticas contra el agente etiológico del sida se han validado como tales los correceptores CXCR4 y CCR5 de unión y fusión del virus a la célula huésped. Actualmente existe un inhibidor de entrada y uno de fusión para el tratamiento de la infección por este retrovirus, aunque ninguno de ellos inhibe el correceptor CXCR4. Ello, unido a la capacidad del virus de desarrollar resistencia a los fármacos actuales, hace necesaria la búsqueda de nuevas familias de compuestos que le hagan frente. El Grup d’Enginyeria Molecular (GEM) del IQS ha descrito previamente una quimioteca combinatoria de análogos del AMD3100, el candidato más activo, formados por unidades estructurales polinitrogenadas (que consisten en un heterociclo nitrogenado, una serie de eslabones metilénicos y un grupo amina primaria terminal) unidas a un espaciador p xililénico. La selección de esta quimioteca llevó a la identificación de un nuevo candidato con dos centros quirales con actividad submicromolar contra el VIH. Este trabajo presenta diversas modificaciones estructurales sobre ambos candidatos, en la búsqueda de nuevos inhibidores potenciales del correceptor de entrada CXCR4. En primer lugar, para rebajar la basicidad del AMD3100, se han substituido sus anillos ciclámicos por sistemas pirido[2,3 d]pirimidínicos, en la síntesis de los cuales se tiene mucha experiencia en el GEM. La baja solubilidad en disolventes comunes de algunos de los compuestos obtenidos se presenta como un grave inconveniente para su desarrollo como fármaco. Por otra parte, teniendo en cuenta el diseño racional descrito anteriormente en el grupo de investigación, se amplía la quimioteca con el objetivo de evaluar el efecto de la distancia entre átomos de nitrógeno y la presencia de mayor impedimento estérico entre el espaciador aromático y el nitrógeno que está directamente unido a él. Aunque no se ha conseguido mejorar la actividad de la estructura de referencia, los compuestos obtenidos presentan actividades satisfactorias. Asimismo, se obtienen los tres estereoisómeros del candidato con actividad submicromolar y se evalúa la actividad antiviral por separado. Finalmente, se lleva a cabo un diseño de novo de fármacos basado en la estructura para buscar nuevos candidatos que permitan abrir la puerta a otras familias de compuestos con actividad anti-VIH, a través de la enumeración de la quimioteca virtual, la selección y la posterior síntesis. / The Joint United Nations Programme on Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) estimated in 2008 that more than 33 million people around the world lived with the human immunodeficiency virus (HIV). HIV cell fusion and entry coreceptors CXCR4 and CCR5 have been validated as targets for therapeutic intervention. Nowadays, there is one entry and one fusion inhibitor available for the treatment of this retrovirus infection, although none of them inhibits CXCR4 coreceptor. Due to this fact, added to the virus’ capacity of developing resistance to actual drugs, the search of new families of compounds facing up to these situations becomes necessary. The Grup d’Enginyeria Molecular (GEM) at IQS previously described a combinatorial library of analogues of the currently most active lead AMD3100, whose polinitrogenated building block consisted of a nitrogen-containing heterocycle, a saturated chain spacer and a terminal primary amine group, bonded to a p xylylene spacer. Library selection led to the identification of a new lead with two chiral centres and submicromolar activity against HIV. This work presents various structural modifications on both leads, looking for new potential CXCR4 inhibitors. First of all, in order to reduce basicity of AMD3100, cyclam rings were substituted by pyrido[2,3 d]pyrimidinic systems, whose synthesis has been widely studied at GEM. Low solubility in common solvents of some of the obtained compounds remains as a great inconvenience for their development as a drug. Furthermore, regarding the rational design previously described by the research group, the library has been expanded with the aim of evaluating the effect of the distance between nitrogen atoms and the steric effects between the linker and the nitrogen atom directly connected to it. Although biological activities do not improve the lead’s one, the obtained compounds present interesting activities. Moreover, the three stereoisomers of the lead compound with submicromolar activity have been synthesised and their activity has been evaluated separately. Finally, a de novo structure based drug design has been carried out looking for new hits allowing to identify new families of compounds with anti-HIV activity, by enumeration of the virtual library, selection of candidates and their synthesis.

This thesis is organized in seven independent chapters: I) a description of the structure and reactivity of the metalloproteins of copper and iron which deal with the oxygen processing into living organisms; II) an study of the catalytic ability of different copper(I) complexes to activate H2O2 or tBuOOH; III) a mechanistic study on the Gif systems; IV) a study of the catalytic ability of FEpy4Cl2 to perform the catalytic oxidation of aromatic amines using H2O2 or tBuOOH as an oxidant; V) a mechanistic sudy of the reaction mechanism between LCu(I) and O2 in acetone, L = tris[4-tButyl(2-methylpyridil)] amine; VI) synthesis, structure and characterization of dinuclear zinc and cooper complexes, using hexaazamacrociclic ligands; VII) conclusions / Tesis organitzada en set capítols independents: I) activació d’O2, HOOH i t-BuOOH amb complexos de Cu i Fe per a l’oxidació de substrats orgànics i inorgànics; II) activació de dioxigen catalitzada per Cu(I) per a l’oxidació de substrats orgànics amb condicions suaus; III) la funcionalització d’hidrocarburs saturats. Noves evidències del paper de l’enllaç Fe-C en Química Gif; IV) transformació d’amines aromàtiques amb HOOH catalitzada amb Fepy4CI2+; V) mecanisme de reacció de LCu(I)CIO4, L = tris[(3-t-butil)-piridil] amina, amb oxigen en acetona; VI) complexos dinuclears de Cu i Zn amb lligands hexaazamacrocíclics

L’el•lipticina, un compost aïllat originàriament d’Ocrosia elliptica Labill. (família Apocinaceae), posseeix una elevada activitat antiproliferativa. La seva estructura química consisteix en un esquelet tetracíclic format de carbazole fusionat amb una piridina. L’el•lipticina i els seus derivats exerceixen els seus efectes citotòxics i antineoplàstics a través d’un mecanisme multimodal d’acció biològica (inhibició de l’ADN-topoisomerasa II, intercalació a l’ADN, unió covalent a l’ADN i generació de radicals lliures citotòxics mitjançant reaccions d’oxidació-reducció). Prèviament en el grup de treball, s’han estudiat les 1,4-benzodioxinoisoquinolines dissenyades i sintetitzades com a anàlegs de l’el•lipticina. Tenint en compte els precedents bibliogràfics i la recerca duta a terme pel nostre grup en relació amb la preparació de compostos amb activitat anticancerígena, els objectius d’aquest treball van adreçats a la preparació i avaluació biològica de compostos policíclics que continguin el nucli de carbazole unit a un anell D pentacíclic i incorporin diferents cadenes alquíliques laterals. Es tracta d’estructures dissenyades a partir de l’el•lipticina principalment per farmacomodulació modulativa. Els intermediaris clau per a la obtenció d’aquestes estructures tetracícliques són diens de tipus furo[3,4-b]indole. En un primer lloc s’estableix una ruta sintètica a partir de l’àcid indole-2-carboxílic (ruta A, de 8 etapes i un rendiment global del 8-22%). D’aquesta ruta, cal destacar-ne la utilització d’N,N-dimetilhidrazida com a grup ortodirigent de metal•lació, que s’oxida a àcid mitjançant MnO2 en una etapa posterior. També es proposen d’altres rutes a partir del propi nucli indòlic (ruta B, de 5 etapes i un rendiment global del 31-76%). De la ruta B en destaquen la utilització de la funció acetal com a grup orto-dirigent de metal•lació i la utilització de resina àcida d’intercanvi iònic com a reactiu sòlid. D’altres rutes a partir de l’àcid indole-3-carboxílic o de l’indole-3-acetonitril no han resultat satisfactòries. El tractament dels diens obtinguts amb els dienòfils adients condueix als compostos tetracíclics desitjats. De la sèrie de compostos sintetitzats, s’han realitzat proves de citotoxicitat en les línies cel•lulars de leucèmia K562, càncer de pulmó NCIH460 i càncer de còlon HT-29. Per tal d’avaluar també la selectivitat dels compostos respecte a les cèl•lules no canceroses, s’ha realitzat un control en cèl•lules no canceroses de tipus HuDe (fibroblasts). Tots els productes obtinguts i els principals intermediaris s’han caracteritzat per tècniques d’RMN, IR i p.f. Es posa especial èmfasi en l’estudi de la reactivitat i en l’estabilitat dels intermediaris implicats i aïllats de les diferents rutes sintètiques. Finalment, durant una estada a la Universitat de Huddersfield (Anglaterra), s’ha realitzat la síntesi en fase sòlida de derivats indòlics, així com la posta al punt d’un mètode analític basat en les tècniques d’HPLC-Masses (ESI-ToF) per a la quantificació del pèptid fosfo-pRbING procedent de la reacció de fosforilació del pèptid pRbING mediada per CDK4/6. Aquest nou mètode constitueix una alternativa a la determinació de l’activitat de compostos inhibidors de CDK4/6 amb l’avantatge que no necessita de derivats de fòsfor marcats radioactivament i, per tant, ofereix menys riscos i major seguretat en el treball del laboratori. / “Design and synthesis of polycyclic compounds that contain the indolyc nucleus. Evaluation of antitumor activity.” Ellipticine is a natural product isolated from Ochrosia elliptica with significant cytotoxic activity by several mechanisms of action. Its tetracyclic structure exhibits antineoplasic activity against several human cancer cell lines. Many syntheses have been reported by Gribble and col. and other authors, and its structure has been widely modified in order to obtain more efficacious, selective and less toxic new compounds. Our group had previously reported a series of ellipticine analogues including 1,4-benzodioxin nucleus. Herein, we present two new alternative pathways to prepare the intermediate isobenzofuroindole starting from either indole-2-carboxylic acid (8 steps, 8-22% overall yield) or 3-indolylalkanones (4 steps, 31-76% overall yield). Some interesting steps (involving protection of indole, directed ortho-metallation and cyclization) had been studied and developed in our laboratory. These methods lead us to the intermediate diene, which reacts with the corresponding dienophiles to obtain the desired compounds. These compounds were tested in cancer cell lines K-562 (leukaemia), NCI-H460 (lung) and HT-29 (colon), as well as in fibroblasts cell line HuDe to evaluate toxicity. All compounds were characterized by NMR, IR and m.p. techniques. Finally, over a PhD stage at the University of Huddersfield (England), some indole derivatives were synthesised by solid phase and a new HPLC-MS CDK4/6 inhibition test was designed. It was developed a 22-min HPLC-MS method to elute and quantify the phospho- pRbING product and the pRbING substrate from reaction samples containing buffer solution, ATP and CDK4/6. Peptide pRbING was efficiently quantified by HPLC-MS (ESI-ToF), within a range between 1 – 100 ppm and a detection limit as low as 3 pmol. This method should allow the evaluation of new CDK4/6 inhibitors.