inositol Triphosphate is a second messenger that releases calcium stored in the endoplasmatic reticulum, providing several cell responses depending on the cell where the process is done. Adenophostin A and B are two potent glyconucleotides triphosphate that were isolated from a penicillium brevicompactum culture in 1993. They are the powerful agonist described up to now for the IP3 receptor, with affinities 10-100 higher than IP3.The replacement of a phosphate group by an isoster methylencarboxilate group in biological active molecules doesn't altered the recognition of their specific receptors, being more stable to the phosphatases hydrolisis. On the other hand, the introduction of a fluorine atom in a biological active molecule involves a significant change in their activity, enhancing the stability of the nearby positions of the molecule at the same time.This thesis is the beginning of a wide investigation project where the target is synthesize different analogues of Adenophostin A. In these analogues phosphate groups have been replaced systematically by isoster methylencarboxilate groups. On the other hand, another analogue with a fluorine atom in the 2" position would be synthesized in order to determine the function of the replaced essential hydroxil group and, at the same time, enhance the neighbour glycosidic bond. First of all, we have done three different synthesis towards the glucose 3,4-dialquilated derivative. We obtain the adenosine 2'-allyl derivative in six synthetic stages. After doing a study of the glycosidic reaction with three different glycosil donors (glucose fluoride, phosphite and tricloroacethimidate derivatives), we found that the best result was with the glycosil tricloroacethimidate with tert-buthyldimethylsilil as activator. The yield of this reaction weren't brilliant, so we decide to investigate a second synthetic way, where the functionalities of the target molecule were included in the glycosil donor and acceptor before the glycosilation reaction. Firstly, the glucopyranoside with two phosphate groups in the positions 3 and 4 was synthesized, being this a new interesting way to obtain adenophostin derivatives. But it was not possible to obtain the 2'-methylencarboxilate derivative of adenosine because of an unexpected lactonization. The Selectfluor treatment of different protected glycals lead to four glycosil 2-deoxy-2-fluoro-glucopyranoside donors with estereoselectivity and yields good. The glycosilation reaction was performed with a protected adenosine derivative as glycosil acceptor, which had been synthesized before. The best result was obtained with glycosil bromide and silver triflate and silver carbonate activation system. Subsequent deprotection steps led us to a very close synthetic precursor of the target molecule. This work has opened the synthetic route to the different target molecules and, nowadays, there is another doctoral thesis which is developing this project in the laboratory. / El inostilo trifosfato (IP3) es un mensajero secundario, responsable de la liberación del calcio almacenado en el retículo endoplasmático, dando lugar a diferentes respuestas celulares en función de la célula en la cual se dé el proceso. En 1993 se aislaron de un cultivo de penicillium brevicompactum dos potentes gliconucleósidos trifosfatados, la Adenofostina A y B. Éstos son los agonistas más potentes descritos hasta el momento para el receptor específico del IP3, con afinidades 10-100 veces superiores al mismo IP3.Se ha descrito que la substitución de un grupo fosfato por un grupo metilencarboxilato isóstero en moléculas con actividad biológica no modifica el reconocimiento por parte de sus receptores específicos, siendo más estables frente la hidrólisis por parte de las fosfatasas. Por otro lado, la introducción de un átomo de flúor en una molécula con actividad biológica supone un importante cambio en su actividad, reforzando al mismo tiempo la estabilidad de las posiciones vecinas, y con ello toda la molécula.La presente tesis se encuadra dentro de un proyecto de investigación más amplio, constituyendo el punto de partida del mismo. En este proyecto se pretende, en primer lugar, sintetizar diferentes análogos de la Adenofostina A en los que se ha substituido sistemáticamente los grupos fosfatos de la molécula original por grupos metilencarboxilatos isósteros, y por otro lado introducir un átomo de flúor en la posición 2" para estudiar el grupo hidroxilo esencial que substituye y al mismo tiempo reforzar el enlace glicosídico vecinal.En primer lugar se han realizado tres aproximaciones sintéticas diferentes para obtener el derivado 3,4-dialquilado de la glucosa.Se obtenió el 2'-alil derivado de la adenosina en seis etapas sintéticas, realizándose un estudio de la reacción de glicosilación con tres diferentes dadores de glicosilo (fluoruro, fosfito y tricloroacetimidato de glicosilo derivado de glucosa). El mejor resultado fue con el tricloroacetimidato de glicosilo y triflato de terc-butildimetilsililo cómo activador.Sin embargo, el rendimiento de esta reacción no era muy bueno, así que se decidió estudiar una segunda aproximación sintética, donde la funcionalización de la molécula final estuviera incluida en el dador y aceptor de glicosilo antes de la reacción de glicosilación. Por un lado se obtuvo el glucopiranósido con los dos grupos fosfato en las posiciones 3 y 4, abriendo así una nueva vía de obtención de derivados de la adenofostina que puede resultar muy interesante. Pero no fue viable la síntesis del derivado 2'-metilencarboxilato de la adenosina porque se daba una inesperada lactonización.El tratamiento con selectflúor de un glical protegido condujo a quatro diferentes dadores de glicosilo 2-desoxi-2-flúoro-glucopiranósidos con muy buena estereoselectividad y buenos rendimientos. Se ensayo la reacción de glicosilación con un derivado de la adenosina protegido como aceptor de glicosilo, sintetizado previamente, obteniéndose un muy buen resultado con bromuro de glicosilo y triflato de plata-carbonato de plata como sistema activador. La síntesis continuó con el tratamiento de grupos protectores llevando a la obtención del precursor sintético más inmediato de la molécula objetivo.El trabajo ha abierto las rutas sintéticas para obtener las diferentes moléculas objetivo y actualmente se está continuando la síntesis en el laboratorio dentro de otra tesis doctoral.

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 estudio de los azúcares libres, sea cual sea el método a utilizar, genera principalmente un problema que es la coexistencia en solución de más de una estructura (formas abiertas, cíclicas..) para la misma sustancia. Nuestra idea se basa en utilizar un único tipo de derivados versátiles, de los que sea factible extraer información por aplicación de todas las técnicas posibles. El presente estudio se ha realizado sobre los aldononitrilos peracetilados (PAAN), y las cetoxinas peracetiladas (PAKO) producidas simultáneamente en el mismo sistema de reacción y que conservan la total identidad de las aldosas y las cetonas de partida. Sobre estos derivados se ha llevado a cabo un estudio analítico por cromatografía de fases y cromatografía líquida de alta resolución, así como se ha desarrollado un método de identificación estructural de azúcares, específicamente de aldosas. En resumen, los resultados más relevantes obtenidos son:1. Los aldononitrilos peracetilados (PAAN) y cetoxinas peracetiladas (PAKO) son derivados de los monosacáridos que desde todos los puntos de vista de su comportamiento cromatográfico, cromatografía de gases o cromatografía líquida, estabilidad, purificación, comportamiento en espectrometría de masas y resonancia magnética nuclear y estudio conformacional teórico por aplicación de la Mecánica Molecular, han demostrado ser adecuados para el fin propuesto, es decir, disponer de un método de asignación estructural de azúcares. 2. Se ha completado lo descrito para la cromatográfia de gases-espectrometría de masas de los aldononitrilos peracetilados con su extensión a todos los derivados de monosacáridos de tres a seis átomos de carbono, y a la utilización de columnas capilares. Las cetoxinas peracetiladas se han estudiado en menor extensión debido a la no disponibilidad comercial de numerosas cetosas. Se han determinado condiciones cromatográficas que permiten la separación total de todos los compuestos estudiados. 3. El principal problema que presenta la cromatografía líquida de alta resolución en su aplicación a los derivados elegidos radica en las columnas disponibles en el mercado. Ninguna de ellas, de polaridad ordinaria, fase reversa, polaridades intermedias, aquirales o quirales, ha permitido una resolución aceptable para la totalidad de los productos estudiados. Sí se han logrado condiciones, en especial en columnas del tipo C-18, para separar de modo razonable mezclas de hasta siete compuestos distintos, lo que mejora la mayoría de los trabajos descritos hasta la fecha. 4. Los azúcares sin previa derivación presentan grandes problemas a la hora de su estudio cromatográfico por cromatografía líquida de alta resolución, hasta el punto de que, entre las columnas ensayadas por nosotros, incluso la más específica teóricamente diseñada para este tipo de análisis (columna de intercambio catiónico), es incapaz de resolver mezclas sencillas de monosacáridos. 5. Se ha preparado una nueva fase estacionaria quiral por anclaje del aminoácido L-treonina a una aminosílice, aplicando los métodos propios de la síntesis de péptidos en fase sólida. Esta preparación ha presentado dificultades suplementarias debido a la restricción del rango de pH que plantea el soporte sólido utilizado. La fase estacionaria así preparada ha presentado un comportamiento cromatográfico análogo a los aminosílices convencionales, sin mejorar la resolución de la separación de los aldonomitrilos y cetoxinas peracetiladas, ni ha resultado útil en la resolución de las mezclas racémicas ensayadas. 6. Se han registrado, interpretado y determinado las constantes de acoplamiento de diecinueve diferentes aldonomitrilos y cetoxinas peracetiladas.7. Se ha ampliado el campo de aplicación del programa de Mecánica Molecular (MM2) por parametrización de las constantes necesarias relativas a la presencia de un grupo ciano con un grupo acetoxi. Para esta parametrización se han empleado los datos estructurales y conformacionales de ventiuna moléculas, así como se han calculado por MNDO datos análogos para otras once moléculas cuyos valores no se encontraban en la literatura. 8. Los datos de las constantes anteriormente citadas se han empleado, junto con las ya incluidas en el programa MM2, para la determinación de las poblaciones conformacionales relativas de treinta aldononitrilos peracetilados, que abarcan desde los derivados de las aldotetrosas a los de la aldoheptosas, inclusive. Los datos obtenidos han servido, además, para el análisis conformacional de estos compuestos. 9. A partir de los datos conformacionales anteriores se ha aplicado la ecuación de Altona para predecir las constantes de acoplamiento vecinales de estos sistemas. Dado que la concordancia hallada era limitada, se ha reparametrizado dicha ecuación por aplicación del programa KEONE, obteniéndose a partir de estos nuevos parámetros una concordancia del 100% entre los valores teóricos y los experimentales de acuerdo con el criterio de desviación estándar "r.m.s".10. Por último, como resultado del presente trabajo se dispone de un método de determinación estructural de aldosas, tal que por formación de sus aldononitrilos peracetilados, estudio cromatográfico por cromatografía de gases y cromatografía líquida de alta resolución, espectrometría de masas, determinación de las constantes de acoplamiento vecinales y correlación de estas constantes con las calculadas teóricamente por aplicación de la Mecánica Molecular y la ecuación de Altona reparametizada, se está en condiciones de reconocer la aldosa de partida. Este método se ha puesto a punto con las aldosas de cuatro a seis átomos de carbono y es de aplicación práctica para aldosas de mayor tamaño. / In the present dissertation, the paracetylated hetooxines and aidononitriles are proposed as adequate derivatives to analyse sugar mixtures. They are stable and easy made derivatives that conserve all the structural features of the parent sugar. There are two main parts in the dissertation. The first one is referred to the analysis of sugar mixtures by using chromatographic methods as gas chromatography and high performance liquid chromatography. Good resolutions are obtained using capillary columns (SE-54) for gas chromatography. This technique has been employed coupled with mass spectrometry, which gives quickly information about the nature of the sugar (aldose or ketose) and the length of the hydrocarbon chain. Several columns have been studied as stationary phases for the separation of this kind of compounds by HPLC. Better resolutions are obtained with reverse phases. A new chiral stationary phase for HPLC has been syntetized anchoring the aminoacid threonine to an aminophase. This synthesis has been done following the methodology of synthesis of peptides in solid phase. The second part is related with the structural study of these compounds creating a correlation between experimental coupling constants between vicinal hydrogens, calculated ones and configuration. Firstly, coupling constants of peracetylated aldononitriles of four, five, six carbon atoms in the hydrocarbon chain, as well those of the D-glycero-D-gulo-hetpononitrile, have been determinated. Secondly, theoretical coupling constants have been calculated applying the Altona' equiation to the different confirmations estimated for each compound. Previously, a conformational analysis has been done using the Molecular Mechanics approach (MM2). It was necessary to parametrize this program previously to its use. Now the force field of MM2 has been enlarged, being possible to calculate structures and conformational energy differences of cyano compunds with ester groups in positions. Finally, the comparison of the experimental data, H,H vicinal coupling constants, with the calculated one has proved this is a good method for total identification of aldoses.

La indústria alimentària incorpora als aliments extractes d’origen natural rics en molècules bioactives amb la finalitat de convertir-los en aliments funcionals, és a dir, que tinguin propietats beneficioses per a la salut més enllà del seu valor nutricional. Un dels principals reptes és millorar l'eficiència en la selecció de nous compostos bioactius per accelerar el desenvolupament de nous aliments funcionals. Les tècniques computacionals, com ara el cribratge virtual, poden exercir un paper essencial en la fase inicial del descobriment de noves substàncies bioactives. Durant la tesi s’han desenvolupat i validat diferents protocols de cribatge virtual per a IKK-2 i 11-HSD1 (dianes involucrades en inflamació crònica), els quals han permès trobar compostos i extractes d’origen natural amb propietats anti-inflamatòries. Aquests compostos bioactius poden ser de gran utilitat com a additius en l’alimentació funcional, ja que poden presentar activitat semblant a la dels fàrmacs emprats en el tractament de malalties cardiovasculars. / One of the main challenges in nutrigenomics is improving the efficiency of the selection (which is currently time consuming and expensive) of new bioactive compounds in order to expedite the development of new functional foods. Computational techniques, such as virtual screening, may play an essential role in accelerating the early stages of the discovery of new bioactive substances by efficiently searching for compounds that could activate or inhibit a known target. So, by modulating specific target functions in the body, molecules that act as IKK-2 or 11β-HSD1 inhibitors have beneficial physiological effects that can be of interest for preventing, retarding and/or reversing the metabolic syndrome. Because of their anti-inflammatory properties, natural extracts that contain these molecules have a promising role as ingredients in new functional foods. Therefore, this PhD thesis will focus on the development of virtual screening workflows that predict natural products that can inhibit both targets.

Els productes naturals són de gran importància en els sistemes de prevenció i de cura de les dolences i malalties de l'ésser humà. Així, un 50% dels fàrmacs actuals estan basats en productes naturals i un 80% de la població mundial depèn, encara avui, de la medicina tradicional. El procés de desenvolupament d'un nou fàrmac a partir d'un producte natural és llarg i complex. Les millores introduïdes recentment i de forma generalitzada a cadascuna de les etapes del procés han suposat una renovació de l'interès de la indústria farmacèutica per nous compostos naturals bioactius. La síntesi química té un paper rellevant en el procés de desenvolupament d'un nou fàrmac: la síntesi química del producte bioactiu permet assegurar la identitat del compost, així com assegurar la producció a gran escala per permetre la realització dels assaigs clínics i donar resposta a les demandes del mercat farmacèutic. La introducció de la química en fase sòlida ha estat una de les millores més importants en l'àrea de la síntesi química, permetent una exploració sintètica més ràpida i eficaç. Aquest canvi ha estat rellevant en la síntesi de pèptids i oligonucleòtids i, especialment determinant, en l'obtenció de depsipèptids cíclics produïts per microorganismes i d'interessant activitat i interès com a nous fàrmacs. Així, en la present tesi s'ha treballat en el desenvolupament de noves síntesis en fase sòlida de dos depsipèptids cíclics: la sirengotoxina i la tiocoralina, amb la finalitat de contribuir en la seva aplicació terapèutica.La sirengotoxina és un lipononadepsipèptid cíclic produït per una bactèria patògena dels arbres cítrics que ha mostrat una interessant activitat contra el paràsit de la Leishmania. En aquest projecte de fàrmac s'ha dissenyat un pèptid anàleg al pèptid natural que conserva els mateixos elements estructurals i la configuració de la cadena peptídico. S'ha obtingut mitjançant una estratègia compatible amb la síntesi del producte natural. En aquesta síntesi s'ha resolt l'obtenció de l'aminoàcid no proteïnogènic així com la seva correcta inserció a la cadena.La tiocoralina és un pèptid bicíclic simètric produït per un microorganisme marí aïllat del corall tou i que presenta una potent activitat com a antitumoral. En aquest projecte s'ha desenvolupat la síntesi d'un anàleg del pèptid natural mitjançant l'aproximació en fase sòlida. En aquest cas, també s'ha resolt la síntesi de dos aminoàcids no proteïnogènics, dues N-metil cisteïnes.Finalment, s'han aïllat nous agents antitumorals d'esponges marines recol·lectades a les costes australianes amb la finalitat d'obtenir nous projectes de fàrmacs així com per ampliar els coneixements en el procés de desenvolupament d'un nou fàrmac. / "Natural Products as a source of new drugs: cyclic depsipeptides synthesis on solid-phase and isolation of antitumoral compounds from marine sponges"TEXT:Natural Products play an important role in the prevention and therapeutic system for human healthy. 50% of drugs in the market are based on natural products and 80% of world depends still from traditional medicine. The drug development process from natural sources is a long and complex way. Recently, several improvements in each step of this process have been determinant for a reinterest from pharmaceutical companies in these kinds of compounds.The chemical synthesis has a relevant role in the drug development process: it allows assuring about identity of compounds, obtaining the bioactive compound in large scale to develop the clinical trial and satisfy the pharmaceutical market demands. The introduction of solid-phase chemistry has been one of the most important improvements in chemical synthesis area because it allows a rapid and efficient exploration about strategic synthetic routes. It has been wide used in peptides and oligonucleotides synthesis and especially useful in cyclic depsipeptides produced by marine microorganism. In the present thesis, is described the development of solid-phase synthesis for two new cyclic depsipeptides, syrengotoxin and thiocoraline with the aim to contribute in its medical use.Syrengotoxin is a cyclic lipononadepsipeptide produced by a pathogen bacterium that shows interesting activity against Leishmania parasite. In this project, it has been designed a analogue peptide which preserve all structural features and the configuration of peptide chain respect natural peptide. The defined synthesis is compatible with syrengotoxin synthesis. It has been developed the non-natural amino acids presents in natural compound and its correct incorporation in the peptide chain.The thiocoraline is a symmetric biclyclic peptide which is produced by a marine microorganism and presents a potent activity as an antitumoral drug. In this project, it has been developed a solid-phase synthesis of a more resistant in plasma analogue. In this case it has been resolved the N-methyl non natural amino acids synthesis that are also present in natural compound.Lastly, it has been isolated new antitumoral compounds from marine sponges collected from south-east Australian coasts which the aim to obtain new drugs and improve the knowledge about drug development from natural sources.

L’estudi d’espècies marines (micro- i macroorganismes) és interessant perquè ha conduit a l’aïllament de substàncies amb una estructura química totalment diferent de les trobades en productes naturals aïllats d’organismes terrestres i a més amb una amplia gama de activitat biològica força interessant. La mayotlida és un producte natural d’origen marí aïllat per la empresa Pharmamar d’una mostra de Spongia sp. La mayotlida presenta activitat inhibidora del creixement (GI50) del ordre nanomolar. Des del punt de vista estructural, la mayotlida és un sistema octapeptídic i té la peculiaritat de la unió entre dos triptòfans (Trps), mitjançant l’enllaç entre el N indòlic d’un i el C3a de l’altre, que es troba ciclat constituint una unitat hexahidropirroloindole (HPI). Aquesta estructura triptòfan-pirroloindole ha sigut detectada, fins el moment en pocs productes naturals, i la mayotlida és el primer exemple d’un compost bis-macrocíclic amb aquest enllaç. En el capítol 1 de la memòria s’estudia la formació del sistema triptòfan-pirroloindole, per a lo qual s’ha assajat la reacció entre un Trp i un anàleg halogenat de l’HPI en diferents condicions experimentals a fi de trobar les més adients. Estàn descrites dues rutes sintètiques que condueixen a la formació de l’HPI halogenat en la posicióo 3a, conduint cadascuna a un diastereòmer distint. A més, en la formació de l’enllaç entre el C3a de l’HPI i el N indòlic del Trp, s’han escollit els grups protectors més adients i amb ortogonalitat entre ells per al creixement ordenat i selectiu del sistema Trp-HPI. En el capítol 2 s’inicia la síntesis de la mayotlida. En primer lloc, s’ha estudiat la formació de l’anell A, que és l’anell petit de la mayotlida. L’anell A és un macrocicle de tretze puntes format per tres aminoàcids: un Trp, l’HPI i l’Ile. S’han assajat tres posicions de macrociclació per a comprovar el punt idoni per tancar l’anell. S’ha determinat l’estereoquímica relativa dels estereocentres d’aquest anell mitjançant experiments de RMN mono i bidimensionals. La segona part d’aquest capítol es dedica a la formació del segon macrocicle, que anomenem anell B. S’ha sintetitzat, en fase sòlida, la cadena lineal pentapeptídica que unida als grups àcid i amina de l’anell A conduirà a l’anell B de la mayotlida. S’ha acoblat aquesta cadena amb l’anell A i s’ha realitzat la macrociclació de l’anell B per fornir la mayotlida. S’ha comparat la mayotlida sintètica amb la natural, coeluint ambdues al mateix temps. En el capítol 3 s’ha plantejat la síntesi de dos anàlegs de la mayotlida, els quals tenen la mateixa seqüència peptídica que l’anell B de la mayotlida i es diferèncien en que no tenen l’enllaç Trp-HPI, és a dir, no contenen l’anell A en la seva estructura; a més, un d’ells té un Trp enlloc de l’HPI. Endemés, s’ha assajat l’activitat de l’anell A de la mayotlida i d’un dels anàlegs sintetitzats. / Marine natural products research is interesting because marine species (micro- and macroorganisms) biosynthesize compounds with different chemical structures and bioactivities from terrestrial natural products. Mayotlide is a marine natural product; it was isolated by Pharmarmar from a sample of Spongia sp. Mayotlide shows a nanomolar GI50 activity. Structurally, mayotlide is an octapeptidic system and it has the characteristic trait: the bond between Trp’s – the N-indole of a Trp and the C3a of a cycled Trp: a hexahydropyrroloindole unit (HPI). Few natural products contain this Trp-HPI system in their structures until the moment, and mayotlide is the first example of a bis-macrocyclic compound with this bond. The chapter 1 of the manuscript studies the synthesis of tryptophan-pyrroloindole system, which requires the reaction between a Trp and a halogenated HPI. Two synthetic routes have been reported to afford the halogenated HPI at C3a, each of which afford one mainly different diastereomer. In addition, the most suitable orthogonal protecting groups have been selected to allow the selective growing from the Trp-HPI system. The chapter 2 is about the beginning of the synthesis of mayotlide. First, the synthesis of the A ring has been studied, which is the small ring of mayotlide. The A ring is composed of three amino acids: Trp, Ile, and HPI. Three closing points of macrocycle have been tested. Several mono and bidimensional NMR experiments have made relative stereochemistry of stereocenters possible. The second half of this chapter is about the second macrocycle formation. The elongation of peptide chain of mayotlide has been synthesized on solid phase. Then, the couplings between the peptide chain and the A ring have been performed, affording the synthetic mayotlide. The natural and synthetic mayotlide have coeluted at the same time in a HPLC. The syntheses of two analogues of mayotlide have been studied in chapter 3. The structures of these analogues are one cycle which contain the same peptide sequence of the B ring of mayotlide; one of them has change the HPI for a Trp. In addition, the activities of the A ring and one analogue have been tested.

The inhabitants of marine benthos must combat the ecological pressure caused by predation, competition and fouling through a series of mechanisms, one of which is chemical defense. This type of protection is particularly extended among sessile and/or sluggish organisms, such as sponges, soft corals or ascidians. The strategies to prevent predation are related to bad taste rather than to toxicity. Moreover, they must be considered along with nutritional quality, since the more nutritious the prey, higher quantities or more potent repellents are needed to gain protection. The production of defensive secondary metabolites is energetically expensive. For this reason, the Optimal Defense Theory (ODT) predicts that defenses must be allocated in the most valuable or more exposed structures or body-regions. In Antarctic communities, the main predators are asteroids, and defensive agents are hence expected to accumulate in superficial layers of potential prey. But dense populations of amphipods, which associate opportunistically with biosubtrata, obtaining both refuge and direct or indirect sources of nutrition, are also very influencing on these bottoms. It has been reported that chemical defenses are very common in Antarctic organisms, in accordance with our results. However, the research effort has not been the same for all the groups, and there are still many aspects to learn on the chemical ecology, like the identification of the implicated products, their mode of functioning or their localization and origin. This PhD has focused on three relevant groups of the Antarctic benthos, quite understudied: hexactinellid sponges, soft corals and colonial ascidians. Two influencing sympatric predators were selected, the sea star Odontaster validus, which is a known model predator, and for the first time, the amphipod Cheirimedon femoratus, used to perform feeding experiments for the detection of repellent chemical defenses. We designed a new protocol which provided numerous methodological profits, as well as a remarkable discriminatory potential for unpalatable activities. In a survey with 31 species of Antarctic organisms, a larger incidence of unpalatable activities was recorded towards C. femoratus than against the asteroid, especially in algae and sponges, in which amphipods may particularly influence defenses distribution for representing potential host-preys. Some organisms instead, seemed to exploit alternative defensive strategies. The ecological success of the three studied groups is probably related to the presence of chemical defenses. In hexactinellid sponges these are weak, yet compensated with a low energetic content, and derive from primary metabolites, such as steroid derivates. Some glucosphingolipids instead, could have a chemotaxonomical value as chemical markers in rossellid sponges. In soft corals, chemical protection is obtained from products originating from both, primary (wax esters) and secondary metabolism (sesquiterpenoids), which seem to cooperate in an additive way, and are likely exuded within the coral mucus in living specimens. The use of primary metabolites for defense represents an effective energy saving strategy. In colonial ascidians, defensive secondary metabolites of terpenoid and alkaloid nature with potent bioactivities predominate, and in some species these are accumulated in internal tissues. Presumably, this distribution is related to the production of chemically defended lavae. Some bioactive secondary metabolites isolated from various sources, like the meridianins, may suggest a broad evolutionary retention, or a symbiotic origin. Regarding bacterial antifouling, ascidians exhibited poor activity, while some soft corals did display inhibition. With this work we provide the identification, localization, and possible origin of several defensive agents in three relevant groups of Antarctic benthic invertebrates. / Los habitantes del bentos antártico combaten la depredación, la competencia y el recubrimiento desarrollando mecanismos como la defensa química. Ésta estrategia está particularmente extendida entre organismos sésiles y organismos de cuerpo blando. Las defensas repelentes contra depredadores han de considerarse junto con la calidad nutricional, pues las dietas muy energéticas enmascaran la repelencia. La producción de metabolitos secundarios defensivos es costosa. Por ello, la Teoría de Defensa Optimizada (ODT) prevé que han de localizarse en las regiones corporales más valiosas o expuestas. En las comunidades antárticas los principales depredadores son las estrellas de mar y se postula la concentración de defensas en áreas superficiales en las presas. Pero también influyen las poblaciones de anfípodos asociados a los biosustratos, obteniendo en ellos refugio y fuente de alimentación. Esta tesis se centra en las defensas químicas de tres grupos relevantes del bentos antártico relativamente poco estudiados: esponjas hexactinélidas, corales blandos y ascidias coloniales. Se seleccionaron dos depredadores simpátricos, la estrella Odontaster validus y, por primera vez, fue utilizado el anfípodo Cheirimedon femoratus. Diseñamos un nuevo protocolo con numerosas ventajas metodológicas además de un gran potencial discriminatorio, y observamos que en 31 especies hubo mayor repelencia hacia el anfípodo que hacia la estrella, sobretodo en algas y esponjas, que podrían representar potenciales huéspedes-presa. A partir de aquí estudiamos muestras de los tres grupos seleccionados. En hexactinélidas, las defensas químicas son más débiles y derivadas del metabolismo primario, pero compensadas con un bajo valor nutricional. Algunos glucoesfingolípidos, podrían tener valor quimiotaxonómico como marcadores de la familia Rossellidae. En corales blandos existen metabolitos de defensa primarios y secundarios operando sinérgicamente, y probablemente forman parte del mucus superficial. En ascidias coloniales, los metabolitos defensivos son secundarios y muy potentes; además, en algunas especies éstos tienden a acumularse en tejidos internos, presumiblemente para producir larvas protegidas químicamente. Las ascidias mostraron poca actividad antibacteriana, pero algunos corales exhibieron respuestas inhibitorias. Esta Tesis proporciona la estructura, distribución y posible origen de los metabolitos responsables de las actividades defensivas en tres grupos relevantes de invertebrados antárticos.

The principle theme of this thesis was the synthesis of bioactive compounds. To this end, this work was focus on two main projects. The first one, which was carried out in the Department of Chemistry of the University of Girona under the supervision of Dr Montserrat Heras, concerned the synthesis of new unnatural amino acids bearing a pyrimidine ring within their side chain for incorporation into the antimicrobial peptide BP100 following a rational design in order to improve its biological profile. On the other hand, the second chapter of this thesis was developed in collaboration with the Laboratoire de Chimie Organique (ESPCI-ParisTech, Paris, France) under the guidance of Pr Janine Cossy and Dr Arseniyadis. This chapter was centered on the total synthesis of three marine natural products with complex structures and interesting biological activities: acremolide B, (–) bitungolide F and lyngbouilloside. / Aquesta tesi s'ha centrat en la preparació de nous compostos bioactius seguint dues estratègies diferents. El primer projecte es va portar a terme sota la supervisió de la Dra. Montserrat Heras del grup LIPPSO del Departament de Química i ha permés el desenvolupament de noves metodologies per la síntesi de nous aminoàcids no naturals. i el seu ús en la preparació d'anàlegs del pèptid antimicrobià BP100 amb l'objectiu de millorar-ne les propietats biològiques. El segon projecte és fruit de la col•laboració amb la Prof. Janine Cossy i el Dr. Stellios Arseniyadis del "Laboratoire de Chimie Organique" de l'Ecole Superieur de Physique et Chimie Industrielles (ESPCI-ParisTech, Paris, França). I ha permés posar a punt tres estratègies sintètiques convergents i versàtils per l’obtenció de tres productes naturals de gran complexitat estructural i interessants activitats biològiques – l'acremolide B, la bitungolide F i la lyngbouilloside – aïllats recentment del fons marí de diferents punts del món.