L’esquelet d’indolizidina o quinolizidina és present a molts productes naturals i sintètics, alguns del quals presenten activitats biològiques diverses. Aquesta tesi es centra en la preparació estereoselectiva de derivats quirals d’indolizidina i quinolizidina amb un doble propòsit: i) com a precursors de peptidomimètics d’Smac conformacionalment limitats i ii) per formar conjugats amb residus de cloroquina a la recerca de nous fàrmacs antimalàrics contra soques resistents. Pel primer propòsit, s’ha aplicat una aproximació prèviament desenvolupada en el nostre grup per a la síntesi estèreo-controlada d’indolizidines i quinolizidines N-substituïdes. La primera etapa clau de la seqüència és l’al·lilació enantioselectiva de succinimida i glutarimida amb monòxid de butadiè racèmic catalitzada per pal·ladi, on la configuració absoluta del producte al·lilat ve marcada pel sentit de quiralitat del lligand del pal·ladi. Les etapes restants fins als azabicicles fusionats inclogueren la reducció regioselectiva de la imida, una al·lilació nucleòfila i una metàtesi de tancament d’anell (RCM). Eventualment, les configuracions dels intermedis i productes es varen establir mitjançant anàlisi per difracció de raigs X. Posteriorment, aquesta estratègia es va estendre a substrats del tipus α-amino succinimida i glutarimida. Per a derivats d’indolizidina, la nova seqüència va partir de l’àcid L-aspàrtic, que es convertí en pocs passos en (3S)-3-amino-2,5-pirrolidinodiona. L’al·lilació asimètrica sobre aquest substrat va resultar satisfactòria, conduint a un únic estereoisòmer. S’aconseguí la reducció regioselectiva clau utilitzant DIBAL-H i l’al·lilació nucleòfila i RCM consecutives van portar a l’α-aminoindolizidina esperada, com a una barreja equilibrada de dos epímers, la configuració relativa dels quals es va establir mitjançant experiments de RMN, incloent espectres COSY i NOSY. Els estudis per a obtenir els peptidomimètics d’indolizidina s’estan desenvolupant actualment. Pels anàlegs de tipus α-aminoquinolizidina, es va explorar una seqüència paral·lela a partir de l’àcid L-glutàmic. Malauradament, l’al·lilació asimètrica no va portar al producte esperat i la substitució del lligand del pal·ladi per PPh3 no va resultar prou resolutiva. Els resultats d’alguns intents realitzats amb diferents grups protectors de l’àtom de nitrogen també van ser negatius i s’examinaran més detalladament en un futur. Pel segon propòsit, es varen considerar dues aproximacions alternatives depenent del caràcter nucleòfil o electròfil de cada reactiu. A tal fi, es van preparar varis azabicicles i derivats de cloroquina nucleòfils i electròfils. Lamentablement, en les reaccions explorades fins ara, els conjugats esperats no van ser mai detectats. / The indolizidine and quinolizidine framework is present in many natural and synthetic compounds, some of which display diverse bioactivities. This thesis focuses on the stereoselective preparation of chiral indolizidine and quinolizidine derivatives with a double purpose: i) as precursors of conformationally constrained Smac peptidomimetics and ii) to form conjugates with chloroquine residues, in the search for new antimalarial drugs against resistant strains. For the first purpose, it has been applied an approach previously developed in our group for the stereocontrolled synthesis of N-substituted indolizidines and quinolizidines. The first key step of the sequence is the palladium-catalyzed enantioselective allylation of succinimide and glutarimide with racemic butadiene monoxide, wherein the absolute configuration of the allylated products is controlled by the sense of chirality of the palladium ligand. The next steps to the fused azabicyclic compounds included regioselective reduction of the imide, followed by nucleophilic allylation and then ring closing metathesis (RCM). In the event, the configurations of the intermediates and products were established by X-ray diffraction analysis. This strategy was later on extended to α-amino succinimide and glutarimide substrates. The new sequence for the indolizidine derivatives started from L-aspartic acid, which was converted into a protected (3S)-3-amino-2,5-pyrrolidinedione in a few steps. The asymmetric allylation worked well on this substrate, providing a unique stereoisomer. The key regioselective reduction was achieved by using DIBAL-H, and the subsequent nucleophilic allylation and RCM furnished the expected α-aminoindolizidine as a balanced mixture of two epimers. Their relative and absolute configuration was inferred from NMR experiments, including COSY and NOESY spectra. The conversion of these intermediates into the targeted indolizidine peptidomimetics is currently in progress. For the α-aminoquinolizidine analogs, a parallel sequence starting from L-glutamic acid was explored. Unfortunately, in this case the asymmetric allylation did not furnish the expected product and the replacement of the palladium ligand by PPh3 showed limited assistance. Several attempts with a different nitrogen protection were also negative and will be re-examined in the future. For the second purpose, two alternative approaches were considered depending of the nucleophilic or electrophilic character of each reaction partner. With this aim, several nucleophilic and electrophilic azabicycles and chloroquine derivatives were prepared. Unluckily, in the different reactions explored up to now, the expected conjugate was never detected.

La nanociència i la nanotecnología són camps d’investigació que es troben actualment en expansió i desenvolupament. Les nanopartícules metàl·liques, definides com agregats d’àtoms de mida entre 1 i 100 nm, han despertat un gran interès en l’última dècada degut a les propietats físiques i químiques que posseeixen en funció de la seva mida. A més a més, l’elevat nombre d’àtoms metàl·lics en superfície els confereix avantatges en el camp de la catàlisi. Existeixen diversos agents estabilitzants que s’utilitzen per la preparació de nanopartícules a fi d’evitar la seva aglomeració, entre els quals es troben les sals d’imidazoli. Durant la present tesi doctoral s’ha sintetitzat sals de bis- i tris-imidazoli amb un grup mesitilè pont i cadenes alquíliques llargues, i s’han usat com a estabilitzants en la preparació de nanopartícules metàl·liques de Pd(0), Au(0) i Rh(0). A més a més, s’ha estudiat la influència que el tipus de catió i anió exerceixen sobre la capacitat estabilitzant de les sals i les propietats catalítiques de les nanopartícules. Va ser durant aquest estudi on es va descobrir la presència d’espècies carbèniques, depenent del tipus de catió i anió usat, sobre la superfície de les nanopartícules de pal·ladi. Aquestes nanopartícules es van assajar en reaccions de formació d’enllaços C-C (Suzuki, Heck i Sonogashira) amb rendiments entre bons i excel·lents. En aquestes reaccions es va observar que les nanopartícules amb espècies carbèniques presentaven una major activitat catalítica respecte les altres. També s’ha estudiat l’aplicabilitat de les nanopartícules de pal·ladi en reaccions d’hidrosililació d’alquins interns. Els resultats d’aquestes reaccions van ser prometedors donat que les nanopartícules induïen una major regio- i estereoselectivitat que la que s’obté amb catalitzadors de pal·ladi comercials. L’estudi d’aquestes reaccions va derivar en l’ús d’una mescla Et3SiH + H2O per realitzar reaccions d’hidrogenació per transferència d’alquins interns. Amb aquesta metodologia, i controlant bé la quantitat d’aigua afegida, es van poder hidrogenar diferents alquins interns als corresponents Z-alquens o bé als alcans. A més a més, es van realitzar experiments amb aigua deuterada per tal d’estudiar el mecanisme d’aquestes reaccions. Finalment, es van usar les nanopartícules de pal·ladi en reaccions de protodesililació de vinilsilans i en reaccions d’acoblament de Hiyama. Aquestes últimes es continuen investigant actualment en col·laboració amb el grup del Prof. Miguel Yus i el Dr. Francisco Alonso. Fins al moment els resultats han estat força prometedors / The areas of nanoscience and nanonechnology are currently undergoing intense development and expansion. In the last decade, metal nanoparticles, defined as aggregates of atoms between 1 and 100 nm in size, have attracted a great deal of attention due to the particular physical and chemical properties imparted by their size. Moreover, the high ratio of metal atoms on their surface offers certain advantages for their use in catalysis. Several stabilizing agents are used in the preparation of nanoparticles to prevent their agglomeration, among which are the imidazolium salts. In this thesis we have synthesized bis- and tris-imidazolium salts with long alkyl chains and a bridging mesitylene group, and have used these as stabilizers in the preparation of Pd(0), Au(0) and Rh(0) metal nanoparticles, with emphasis placed on the synthesis and reactivity of palladium nanoparticles via the organometallic approach. In particular, we have studied the influence of the type of cation and anion on the stabilizing capacity of the salts and on the catalytic properties of the resulting colloids. It was found, for example, that depending on the type of cation and anion used the imidazolium moiety can be transformed into a surface-bound Pd-NHC carbenoid species. The Pd nanoparticles were tested in C-C coupling reactions (Suzuki, Heck and Sonogashira reactions) with yields reaching good to excellent. In these reactions, it was shown that nanoparticles with surface carbenes had higher catalytic activity than those without carbenes. We have also studied the applicability of palladium nanoparticles in the hydrosilylation reactions of internal alkynes. The results of these reactions were promising, given that the nanoparticles induced regio- and stereoselectivity greater than that those obtained with certain commercial palladium catalysts. In addition, the study of these reactions led to the use of a mixture Et3SiH + H2O to perform transfer hydrogenation reactions of internal alkynes. With this methodology, and by controlling the amount of water added, a range of internal alkynes have been hydrogenated to the corresponding Z-alkenes or alkanes. In addition, the mechanism of the latter transformation was assessed through the use of the deuterated water. It was shown that each of the two H incorporated come from water and silyl hydride, respectively, and that scrambling of the hydrogen molecule takes place prior to hydrogenation. Finally, the palladium nanoparticles were used in protodesilylation reactions of vinilsilans and Hiyama coupling reactions. The latter transformation is currently underway in collaboration with the laboratories of Prof. Miguel Yus and Dr. Francisco Alonso (U. Alicante). So far the results have been quite promising.

Entre los desórdenes causados por la expansión de repeticiones de trinucleótidos (TRED) se encuentra la Distrofia Miotónica de tipo 1 (DM1) causada por la expansión del triplete CTG y la Distrofia Miotónica de tipo 2 (DM2) causada por la repetición del tetranucleótido CCTG. Ambas afecciones son desórdenes multisistémicos con poca prevalencia en la población. Existen convincentes evidencias de que ambas patologías están causadas por los tránscritos de ARN expandido CUGexp y CCUGexp, respectivamente. El tránscrito de CUGexp forma una estructura secundaria de tipo horquilla en la que el tallo es muy similar a la forma A de un dúplex del ARN y contiene pares no canónicos U·∙U flanqueados por dos pares canónicos G‐C consecutivos. La estructura del tránscrito de CCUGexp es parecida, pero contiene dos pares no canónicos C·∙U consecutivos entre dos pares G-­‐C. Estas estructuras secundarias secuestran una proteína reguladora del procesado alternativo del ARN (MBNL1), afectando con ello las funciones celulares y causando el desarrollo de las enfermedades. Una buena aproximación para remediar estas patologías es utilizar pequeñas moléculas con gran afinidad por los tránscritos CUGexp y CCUGexp que sean capaces de desplazar MBNL1 o bloquear su unión. En este contexto, en la presente tesis doctoral se ha diseñado y validado una estrategia para reconocer los ARNs expandidos asociados a las distrofias miotónicas (DMs) mediante ligandos con estructura de poliamida (tipo PNA) que contienen las bases Janus 2,4,6-­‐triaminopirimidina (JT) y 6-­‐diamino-­‐4-­‐pirimidona (JD), que son capaces de unirse a los apareamientos no canónicos U·∙U y C·∙U, respectivamente. Cada una de ellas es capaz de introducirse entre las dos bases que conforman el par no canónico correspondiente y establecer un total de seis enlaces de hidrógeno al interaccionar como cuña Janus con ellos. Se han sintetizado los monómeros de PNA de ambas bases Janus y se han introducido mediante síntesis en fase sólida en oligómeros PNA de distinta longitud. Se han diseñado ligandos monoméricos, que contienen solo una de las bases, o diméricos, formados por dos módulos Janus ensamblados consecutivamente o separados mediante un espaciador de residuos de glicina. La afinidad y la selectividad de los ligandos se ha evaluado mediante técnicas biofísicas con dianas modelo de ARNs estructuradas como horquilla y que contienen dos repeticiones CUG o CCUG. Las técnicas biofísicas utilizadas han sido la desnaturalización térmica controlada por UV, el dicroísmo circular (DC), la calorimetría de valoración isotérmica (ITC), la resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectrometría de masas (EM). Las afinidades de los ligandos diméricos, tanto con Janus JT como JD por sus ARN diana son elevadas, habiéndose determinado que los complejos tiene constantes de disociación del orden μM bajo. Sin embargo, la unión de los ligandos no modifica sustancialmente la estructura de horquilla de las dianas ni afecta a su estabilidad térmica. Por otro lado, los ligandos presentan selectividades importantes por sus respectivas dianas modelo de DM frente a otros ARN, lo que indica que se unen preferentemente a los pares no canónicos U·∙U y C·∙U frente a los pares canónicos de la misma diana o frente a otros motivos estructurales de ARN. En resumen, los ligandos preparados y evaluados pueden considerarse unos buenos cabezas de serie para el desarrollo de fármacos contra las DMs. / A variety of neurodegenerative disorders, such as myotonic dystrophies types 1 and 2 (DM1 and DM2, respectively) are associated with the expansion of tri-­‐ or tetranucleotide sequences (microsatellites) in RNA noncoding regions. In DM1, the expansion is an rCUG triplet repeat, whereas the DM2 expansion is an rCCUG quadruplet repeat. Both transcribed repeats fold into RNA hairpin structures with periodically repeated pyrimidine mismatches separated by two CG base pairs. In the case of DM1, the CUG repeat forms U·∙U mismatches, while in DM2 CCUG repeats give rise to two consecutive C·∙U mismatches. Despite having a different origin, both diseases present similar phenotypes. According to current evidence, the dramatically expanded CUG and CCUG repeats accumulated in nuclei are involved in the entrapment of the RNA splicing regulator muscleblind-­‐like 1 protein (MBNL1), compromising its function and leading to clinical symptoms. Based on these observations, one potential therapeutic strategy for these diseases is to prevent MBNL1 from binding the toxic RNA repeats. Therefore, our approach has been the design and synthesis of modified Peptide Nucleic Acid (PNAs) structures containing Janus bases capable of interacting as a wedge with the non-­‐canonical U·∙U and C·∙U pairs, namely 2,4,6-­‐triaminopyrimidine (JT) and 2,6-­‐diamino-­‐4-­‐pyrimidone (JD), respectively. The PNA monomers of JT and JD have been introduced by standard solid-­‐phase synthesis into different length PNAs. The ligands’ affinity has been tested on RNA hairpin models containing characteristic CUG or CCUG repeats by biophysical assays. UV-­‐Monitored melting curves, circular dichroism experiments and 19F‐NMR spectra indicate that the interaction takes place without a pronounced distortion of the RNA structure. The thermodynamic parameters of the interaction calculated from Isothermal Titration Calorimetry (ITC) studies show that ligands bind RNAs with low µM affinity. Moreover, both the determined stoichiometries and 1H-­‐NMR experiments confirm the hypothesis that these Janus bases recognize the pyrimidine U·∙U and C·∙U mismatches. The evaluation of the affinity of the best ligands for different RNAs structures demonstrates a great selectivity for RNAs containing U·∙U or C·∙U mismatches.

Tesi realitzada a l'Unitat de Química Combinatòria - Parc Científic de Barcelona (PCB-UB) / El término "polímero terapéutico" fue acuñado para describir fármacos poliméricos, polímeros conjugados a proteínas, fármacos y aptámeros, micelas de co-polímeros y vectores no-virales multicomponentes los cuales contienen algún enlace covalente. El polietilenglicol (PEG) es uno de los polímeros más empleado, convirtiéndose en la década de los 50, en el primer polímero terapéutico aprobado para su uso con humanos. El principal objetivo de esta tesis doctoral es explorar el uso de distintos sistemas basados en PEG para generar nanoconjugados de moléculas pequeñas y de proteínas, como método de mejora de las propiedades farmacocinéticas y farmacodinámicas. El 5-Fluorouracilo (5FU) es empleado como tratamiento de primera línea en el cáncer colorectal, pero su rápida catabolización a metabolitos inactivos, su corto tiempo de circulación en plasma y su baja acumulación en el tumor, han hecho que se planteen un gran número de estrategias para conseguir una biomodulación más adecuada. La estrategia presentada en esta tesis se basa en la síntesis de nanoconjugados de 5FU con dendrones de OEG, desarrollados en nuestro grupo de investigación. Estos dendrones están compuestos compuestos por un núcleo de DTPA y ramas de oligoetilenglicol (OEG) de tamaño definido y tienen cuatro posiciones equivalentes sobre las cuales se conjuga el derivado del fármaco 5FU, y una posición diferenciada, que se denomina punto focal, sobre cuya rama se une un fluoróforo o se acetila. La unión del 5FU al dendrón ha presentando grandes problemas de estabilidad que generaban compuestos asociados a la pérdida temprana parcial o total de unidades de 5FU contenido en los conjugados. A pesar de todo esto, se pudieron llevar a cabo varios estudios biológicos, entre los que cabe destacar un estudio de biosdistribución en ratones. A pesar que los conjugados 5FU-OEG-dendrón no presentaron toxicidad, su acumulación en tumor fue muy baja, proporcionando pocas ventajas respecto al fármaco libre. En el segundo capítulo se estudiaron distintos conjugados basados en PEG con el antitumoral 7-Et11-10-hidroxi-camptotecina (SN38). El SN38 es un derivado de la camptotecina, que a pesar de presentar una alta actividad frente a un gran número de tumores, tiene una baja solubilidad en disolventes acuosos o mezclas apropiadas para su administración in vivo. Nuestro objetivo era aprovechar las características solubilizadoras del PEG para generar nanoconjugados que fueran más solubles y facilitara así su administración. Como primera aproximación se realizaron conjugados del SN38 a dendrones de morfología idéntica a los ya empleados, pero con ramas de OEG de mayor peso molecular, aumentando así la relación en peso de PEG/SN38 y asegurándonos así una buena solubilidad. Estos dendrones fueron sintetizados pero no se pudieron caracterizar apropiadamente. Así se optó por una segunda estrategia donde se conjugaba el fármaco SN38 a cadenas lineales de PEG, las cuales podían contener o no un péptido director que previamente se había sintetizado junto con otros y seleccionado. Los resultados de la biodistribución in vivo de estos nanoconjugados mostraron resultados prometedores. Se consiguieron nanoconjugdos con buena solubilidad en medios acuosos y un claro incremento de la acumulación del fármaco en el tejido tumoral en el caso del conjugado que contenía el péptido director. En el tercer capítulo de la tesis se presentan nanoconjugados basados en la PEGilación a una proteína, la α-Galactosidasa A, empleada en terapia sustitutiva contra la enfermedad de Fabry. Se realizaron nanoconjugados con dos proteínas α-Galactosidasa A, expresadas de diferentes maneras, obteniendo patrones de PEGilación similares en ambos casos y con PEGs que contenían o no distintos péptidos directores. Algunos de estos conjugados presentaron resultados in vitro prometedores, ya que la internalización y eficacia mostrada por ellos no difería en gran medida de la mostrada por la proteína que actualmente es administrada en pacientes. Finalmente, también se estudió el uso de un derivado colesterol-PEG-péptido director en la formación de vesículas unilamelares pequeñas para la encapsulación de la proteína antes mencionada. Se ha demostrado que la introducción de nuestro sistema colesterol-PEG-péptido director proporciona sistemas más unilamelares, homogéneos respecto a su tamaño y que presentan una mayor internalización, directamente relacionada con la presencia del péptido director. / Polyethylenglycol (PEG) is one of the most employed therapeuthic polymers, being in the 50s, the first therapeuthic polymer to be approved for human use. The main objective of this PhD project is to explore diverse type of PEG and OEG-based conjugates as drug delivery systems of small drugs or proteins, with the aim to improve drug pharmacokinetics and pharmacodynamics properties. First, a drug delivery system based on a conjugate of the drug 5-Fluorouracil (5FU) with an OEG-based dendrimer was described. 5FU is a drug used in the treatment of colorectal cancer, but its quick catabolization in inactive metabolits, short half-live time in plasma and low accumulation in tumor makes necessary new strategies to improve its biomodulation. Here, the proposed PEGylated platform was a dendron structure composed by four oligoethylenglycol arms linked to a DTPA core, that contains 5FU linked through the functional group of each of the four equivalent arms. A biodistribution study demonstrated that despite OEG-dendron-5FU conjugate is not toxic, presented a low accumulation in tumor and a quick renal elimination. Secondly, we present a new conjugate based on the use of 7-Ethyl-10-hydroxy-camptothecin (SN38) as a drug. Our objective was to take advantage of the properties of PEG as solubilizer to improve the administration of SN38. The designed systems were highly soluble in aqueous solutions and biodistribution experiments in vivo showed differences between the conjugate that contain a targeting peptide (SN38-PEG- TCP-1) to those without (SN38-PEG). The results showed a clear effect in the drug accumulation in cancer tissues when the drug delivery system contains a specific targeting moiety. The third chapter of this work is an example of a protein PEGylation. The protein to be PEGylated was a-Galactosidase A, which is used as enzymatic replacement theraphy for the treatment of Fabry disease. Some of the conjugates showed promising results in vitro preliminary studies. In this last chapter were also presented the results obtained with liposomes that contained cholesterol-PEG-peptides on its composition and the use of these liposomes as drug delivery system for a-Galactosidase A.

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

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

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

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

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

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