Tesis (Química Orgánica)

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Dynamization Strategies for the Asymmetric Synthesis of Phosphanyl and Sulfenyl Atropisomers
(2024-06-10) Rodríguez Franco, Carlos; Hornillos, Valentín; Lassaletta Simón, José María; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
The objective of this PhD thesis has been the development of new methodologies for the catalytic atroposelective synthesis of heterobiaryls with axial chirality using Dynamic Kinetic Resolution (DKR) strategies. The strategic introduction of functional groups based on sulfur and phosphorus into the biaryl structure has enabled rapid racemization of the substrates through their interaction, as Lewis bases, with other acidic functionalities present in the molecule. Through various asymmetric metal-catalysed transformations, heterobiaryl products with configurational stability in the chiral axis have been obtained, which exhibit high potential as ligands or organocatalysts in asymmetric catalysis, as well as bioactive compounds. Chapter I provides a general introduction to contextualize the work. A review of various methods for atroposelective synthesis of (hetero)biaryls with axial chirality is presented, classified into strategies based on cross-coupling reactions, oxidative couplings, central-to-axial chirality transfer processes, de novo synthesis of (hetero)aromatic rings and, primarily, strategies based on asymmetric transformations on substrates containing pre-existing (hetero)biaryl structures. Chapter II describes a DKR methodology of sulfenylated heterobiaryls derived from 3-aryl indole. The stabilising Lewis acid-base interaction between formyl and sulfenyl groups allows rapid interconversion between atropisomers. The destruction of the aldehyde's acidic character via an asymmetric reductive aldol reaction, catalysed by rhodium, results in the simultaneous generation of two stereocenters and the stabilisation of the stereogenic axis. The final products have been obtained with excellent yields and enantio- and diastereo-selectivities overall, and possess high potential as highly functionalized biaryls. Finally, Chapter III describes a DKR of heterobiaryls based on N-aryl pyrrole. In this case, the rapid racemization of the substrate around the C-N axis is facilitated through the Lewis acid-base interaction between a phosphino group and the carbon of an imine, formed in situ via condensation of an aldehyde with various primary amines. The DKR is carried out via asymmetric transfer hydrogenation of the imines catalysed by ruthenium, using a mixture of formic acid/triethylamine as the reducing agent. This protocol enables the atroposelective synthesis of a new family of aminophosphines with C-N axial chirality, with excellent levels of yield and optical purity. Preliminary studies on their activity as ligands in asymmetric catalysis yielded promising results.
Caracterización química de ligninas y lípidos de cultivos y residuos agrícolas
(2024-04-05) Rosado Rodríguez, Mario Jesús; Río Andrade, José Carlos del; Gutiérrez Suárez, Ana; Rencoret Pazo, Jorge; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
La presente Tesis Doctoral aborda la caracterización química de las ligninas y los lípidos presentes en diversos materiales lignocelulósicos, incluyendo tanto residuos derivados de la actividad agrícola (cascarilla y paja de arroz, y podas de naranjo) como cultivos agrícolas (tallo de papiros). La caracterización detallada de la composición y estructura de las ligninas se llevó a cabo utilizando técnicas analíticas avanzadas como la Cromatografía de Permeación en Gel (GPC), la Pirólisis acoplada a Cromatografía de Gases y Espectrometría de Masas (Py-GC/MS), la espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear bidimensional (2D-RMN), y métodos de degradación química como la Derivatización Seguida de Rotura Reductora (DFRC). Por otro lado, la composición química de los compuestos lipofílicos se analizó mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC/MS). Los resultados obtenidos del análisis de ligninas muestran que las ligninas de la cascarilla y la paja de arroz, así como la de las podas de naranjo estaban enriquecidas en unidades guaiacilo (G), con cantidades menores de p-hidroxifenilo (H) y siringilo (S). En cambio, se observaron grandes diferencias en las ligninas del tallo de papiro; mientras que la lignina de la corteza estaba enriquecida en unidades G, la lignina de la médula estaba enriquecida en unidades S. Además, las ligninas de la cascarilla y de la paja de arroz así como las de la corteza y la médula del tallo del papiro presentaban importantes cantidades de p-cumaratos y ferulatos incorporados en sus estructuras. Las diferencias en la composición de las ligninas se reflejaron en el contenido de los enlaces entre las unidades de lignina, teniendo las ligninas enriquecidas en unidades G una mayor contenido de enlaces condensados. Especialmente relevante fue el descubrimiento de diversos flavonoides como la naringenina chalcona, y las flavanonas naringenina y dihidrotricina, incorporadas, junto a la tricina, al polímero de lignina de ambas partes del tallo de papiro. Estos flavonoides actúan como verdaderos monómeros de lignina en la planta de papiro incorporándose al polímero mediante reacciones de acoplamiento radicalario. Este descubrimiento amplía la gama de flavonoides incorporados en ligninas, que hasta ahora solo se reducía a la tricina presente en gramíneas y otras monocotiledóneas y demuestra que su incorporación al polímero de lignina depende únicamente de su compatibilidad química. En cuanto a los lípidos de la paja de arroz, los compuestos más abundantes fueron ácidos grasos, seguidos de esteroles libres, glucósidos de esteroles y triglicéridos, junto con cantidades menores de ésteres de alto peso molecular, cetonas esteroidales, monoglicéridos, alcanos, diglicéridos, ésteres de esteroles, tocoferoles, hidrocarburos esteroidales y tocoferoles. En el caso de la médula y la corteza del tallo de papiro, los principales compuestos identificados fueron hidrocarburos, ácidos grasos, 2-hidroxiácidos, alcoholes, alquilamidas, mono- y diglicéridos, compuestos esteroidales (esteroles libres, cetonas, hidrocarburos, ésteres y glucósidos), tocoferoles, ésteres de tocoferoles, fitol, ésteres de fitol, alquilferulatos, ?-carboxialquilferulatos (y sus monoglicéridos), y glucósidos de acilglicerol. La corteza presentó un predominio de ácidos grasos, compuestos esteroidales, fitol y ésteres de fitol e hidrocarburos isoprenoides, mientras que los lípidos más abundantes en la médula fueron los compuestos esteroidales y los ácidos grasos. Los resultados obtenidos en la presente Tesis serán de gran ayuda para explotar y valorizar los cultivos y residuos agrícolas estudiados. El objetivo final es obtener compuestos de alto valor añadido que puedan ser aplicados en diversas industrias, como la farmacéutica, nutracéutica, cosmética y química. Estos estudios permitirán un uso completo y eficiente de la biomasa lignocelulósica, que es el objetivo principal de las denominadas biorrefinerías de la lignocelulosa.
Cuantificación de hormonas vegetales y estudio metabolómico mediante cromatografia-espectrometría de masas de alta resolución. Aplicación a la interacción alfalfa-PGPR
(2024-02-23) Valderrama Fernández, María del Rocío; Rodríguez Carvajal, Miguel Ángel; Soria Díaz, María Eugenia; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
La existencia de interacciones beneficiosas entre las bacterias presentes en el suelo y las plantas se conoce desde hace más de un siglo y está firmemente contrastada en diversos tipos de cultivos. Estas interacciones producen un beneficio para ambas partes ya que, al asociarse, las bacterias mejoran su crecimiento y desarrollo, a la vez que protegen a la planta frente a organismos patógenos del suelo. Aunque el ejemplo más conocido de asociación beneficiosa es la simbiosis entre las bacterias fijadoras de nitrógeno (rizobios) y las plantas leguminosas, actualmente se conocen otros microorganismos asociados a las plantas capaces de mejorar el crecimiento de las mismas. El término PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) se utiliza para referirse a microorganismos de vida libre que, al interaccionar con la planta bien de forma endófita o bien colonizando la raíz, favorecen el crecimiento de la misma. El efecto de las PGPR puede tener su origen en su acción como fertilizadores del suelo gracias a su capacidad para movilizar nutrientes, como productores de hormonas vegetales que modifican la fisiología de las plantas, como agentes protectores frente a diversos patógenos o por su capacidad para mejorar la respuesta de la planta al estrés al que está sometida en condiciones de sequía, exceso de salinidad o en suelos degradados. Uno de los mecanismos de acción de las PGPR es la modificación del balance hormonal de la planta de forma directa mediante la producción de auxinas (por ejemplo, el ácido 3- indolacético) y la modificación de los niveles de acetileno mediante la producción de ácido abscísico (ABA) y la eliminación de ácido 1-aminociclopropanocarboxílico (ACC), lo que permite una mayor protección frente a estrés abiótico, entre otros fenómenos. Un segundo mecanismo se basa en la adquisición de resistencia sistémica (SAR) en la planta, aumentando su capacidad de defensa frente a organismos patógenos. En este último caso, hay dos posibles canales de actuación: uno mediado por el ácido jasmónico (JA) y otro mediado por ácido salicílico (SA). En esta Tesis Doctoral se ha desarrollado un método para la determinación de fitohormonas procedentes de plantas de alfalfa (Medicago sativa) basado en extracción sólidolíquido y el análisis por cromatografía líquida de ultra alta resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem (UPLC-MS/MS) para la determinación cualitativa y cuantitativa de las fitohormonas SA, ABA y JA. Este método ha sido validado para el análisis cuantitativo de las fitohormonas SA y ABA en las plantas de alfalfa. La aplicación de esta metodología al estudio comparativo entre plantas inoculadas por microorganismos con capacidad PGPR, en nuestro caso Bacillus sp. Per82, permitirá determinar sus mecanismos de acción. Adicionalmente, se ha realizado un estudio comparativo de otros metabolitos presentes, usando técnicas de Metabolómica basadas espectrometría de masas de alta resolución (HRMS). En el estudio de Metabolómica Dirigida se han desarrollado diferentes métodos de análisis UHPLC-HRMS/MS y GC-HRMS, que nos han permitido determinar metabolitos de diferente naturaleza (aminoácidos, ácidos orgánicos, fitohormonas, compuestos fenólicos, flavonoides y azúcares). En el estudio de Metabolómica No Dirigida se han empleado plataformas de cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas de alta resolución (UHPLCHRMS/ MS) en plantas de alfalfa, permitiendo obtener el conjunto total de metabolitos de la matriz en estudio (metaboloma). Haciendo uso de herramientas estadísticas se han puesto de manifiesto las diferencias más importantes que aparecen en las distintas condiciones y los principales metabolitos involucrados en dichas diferencias.
Ciclodextrinas y glicomiméticos sensibles a estímulos: aplicaciones al transporte de ácidos nucleicos y a la regulación de glicosidasas
(2024-02-09) Rivero Barbarroja, Gonzalo; García Fernández, José Manuel; Ortiz Mellet, Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
En las últimas décadas se ha experimentado un avance notable en el diseño y preparación sistemas capaces de participar en procesos biológicos de una manera predecible y controlada, dotándoles de la habilidad de respuesta frente a estímulos con el objetivo de desarrollar de nuevas estrategias terapéuticas. En esta Tesis doctoral se ha propuesto la preparación de dos familias de sistemas: por un lado, transportadores de ácidos nucleicos basados en ciclodextrinas y, por otro, reguladores de la actividad de enzimas glicosidasas lisosomales basados en glicomiméticos de tipo sp2-iminoazúcar con potencial para uso como chaperonas farmacológicas. La terapia génica es una estrategia terapéutica con gran potencial cuyo éxito requiere el diseño de sistemas de transporte adaptados (vectores) capaces de compactar y proteger el material génico. En los últimos años se han desarrollado vectores no virales moleculares, con estructura perfectamente definida empleando como plataforma estructural ciclooligosacáridos de la familia de las ciclodextrinas. La estructura bifacial de las ciclodextrinas y la diferencia de reactividad entre los hidroxilos situados en una y otra cara (primaria y secundaria), nos ha permitido la incorporación de elementos funcionales con una orientación precisa sobre la estructura macrocíclica nanométrica. Aprovechando esta propiedad, a lo largo de esta Tesis se han desarrollado nuevos sistemas vectoriales de ácidos nucleicos, cuya organización resulta dependiente del pH. Por un lado, se han preparado una familia de ciclodextrinas con una anfifilia frustrada provocada por la disposición de cabezas catiónicas en ambas caras de la ciclodextrinas junto a la incorporación de cadenas grasas en una de estas caras. Además, se han preparado los respectivos controles que solo incorporaron los grupos ionizables. El análisis del proceso de autoensamblaje de estas moléculas y co-ensamblaje con ácidos nucleicos evidencian la importancia de esta disposición en la propiedades supramoleculares de los nanocomplejos así como su eficiencia frente a la transfección. Los experimentos de transfección in vitro confirman la eficacia de estos sistemas, abriendo la puerta a su empleo en el desarrollo futuro de terapias génicas específicas frente a diversas enfermedades. Por otro lado, se ha explorado el potencial interés de vectores funcionalizados con ligandos para su utilización en el transporte dirigido a determinadas células, y en particular, el empleo de unidades sacarídicas que puedan interaccionar con proteínas receptoras de membrana. Dentro de este campo, en esta Tesis se ha llevado a cabo la preparación de sistemas multicomponentes basados en ciclodextrinas, los cuales incorporaron restos glicosídicos, clústeres catiónicos y cadenas grasas, así como sus respectivos controles. Diversos estudios han confirmado la interacción entre los sistemas generados y lectinas, así como su complejación con ácidos nucleicos. Dentro de los diferentes estímulos estudiados, la luz representa una alternativa con gran potencial en los últimos años. En esta Tesis doctoral hemos explorado la incorporación de sistemas sensibles a luz en la cara secundaria de ciclodextrinas y hemos estudiados sus propiedades supramoleculares dependiendo de su configuración. Los resultados revelan una clara dependencia de la configuración del fotosistema en la autoorganización de la CD. Mientras que el isómero E forma dímeros, la irradiación de estos provoca su disrupción. Esta propiedad ha sido explotada para generar potenciales vectores de ácidos nucleicos sensibles a la luz. Estudios preliminares confirman la interacción y compactación con el ácido nucleico y su liberación tras irradiación. La segunda parte del proyecto de tesis se centra en la preparación de glicomiméticos y su evaluación biológica frente a diversas enzimas asociadas a patologías. En las últimas décadas se han llevado a cabo estudios que muestran que muchas enfermedades neurodegenerativas asociadas al envejecimiento o a defectos congénitos, como pueden ser la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer o las enfermedades de depósito lisosomal, tienen su origen en el plegamiento incorrecto de una proteína. Esto conlleva a un incorrecto funcionamiento de la proteína o su degradación, originando una acumulación de metabolitos que deberían ser procesados. En cualquier caso las consecuencias son devastadoras, sin que actualmente existan terapias satisfactorias para su tratamiento. A principios de este siglo se postuló que compuestos capaces de unirse reversiblemente a la proteína afectada en estas enfermedades podrían, en una primera etapa, forzar el plegamiento correcto de la misma, evitando su agregación o eliminación, y, en una segunda fase, disociarse de la misma y rescatar su actividad. Mediante este tratamiento, denominado genéricamente terapia de chaperona farmacológica, sería posible detener e incluso revertir el progreso de la enfermedad. Nuestro objetivo es diseñar nuevas chaperonas farmacológicas cuya afinidad por la proteína diana pueda programarse en el tiempo y en el espacio mediante la acción de la luz: una estrategia fotofarmacológica. La última parte de esta Tesis incluye la síntesis, la caracterización fotoquímica, la evaluación in vitro frente a glicosidasas comerciales y la selección de candidatos para su estudio frente a glicosidasas con origen humano (glucocerobrosidasa y α-galactosidasa). Los ensayos biológicos han demostrado el desarrollado de glicomiméticos fotosensibles cuya diferencia de actividad entre isómeros supera los reportados hasta la fecha.
Complejos de níquel con ligandos dialquiterfenil fosfinas. Aplicaciones catalíticas en reacciones de ciclotrimerización de alquinos y de acoplamiento cruzado.
(2023-07-07) Martín García, María Trinidad; Nicasio Jaramillo, María del Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
Los trabajos que se describen en esta Tesis Doctoral se centran en la síntesis de complejos de Ni(0) y Ni(II) estabilizados con ligandos dimetilterfenil fosfinas y en el estudio de la reactividad quím ica de estas especies, con especial énfasis en sus aplic aciones catalíticas en reacciones de formación de enlaces C C y C heteroátomo. Esta Memoria está dividida en tres capítulos. En el primero de ellos se describe la preparación de complejos de Ni(0) d e composición [NiP 2 ] con ligandos terfenil fosfinas y te rfenilfosf onito . Estos compuestos tan insaturados coordinativamente son muy poco habituales en la química de Ni(0), particularmente con ligandos fosforado s, habiéndose descrito algunos ejemplos con li gandos bidentados, de manera muy reciente con las biaril fosfinas de Buchwald. En las estructuras moleculares de estos compuestos en el estado sólido se observa que uno de los ligandos fosforado adopta un modo de coordinación pseudobidentado, k 1 P, ƞ 2 C areno , que estabiliza al centro metálico en geometría no lin eal (Figura 1) Sin embargo, en disolución, todos exhiben un comportamiento fluxional como consecuencia del intercambio entre los anillos laterales coordi nados y libres de ambos ligandos fosfo rados. El complejo [Ni(PMe 2 Ar Ph2 2 ]], 1 L1 , reacciona con una variedad de moléculas insaturadas como CO, diolefinas y alquinos. En particular, con alquinos terminale s el complejo [Ni(PMe 2 Ar Ph2 2 cataliza la reacción de ciclotrim erización de manera quimio y regioselectiva, obteniéndose los are nos trisustituidos con muy buenos rendimientos, en tiempos de reacción muy cortos y con cargas de catalizador muy bajas ( Esquem a 1). Complejos de níquel con ligandos dialquilterfenil fosfinas. Aplicaciones catalíticas en reacciones de ciclotrimerización de alquinos y de acoplamiento cruzado. Sin embargo, el complejo [Ni(PMe2ArPh2)2] es menos reactivo en la ciclotrimerización catalítica de alquinos internos. La razón de esa menor actividad está relacionada con la facilidad con la que se adiciona uno de los enlaces C-H en orto de un anillo lateral del fragmento terfenilo al alquino coordinado, generando un complejo con un ligando olefina, que es inactivo en la catálisis (Esquema 2). El complejo 1-L1 ha demostrado su competencia catalítica en reacciones de cicloadición [2+2+2] de diinos y nitrilos para formar piridinas fusionadas y en las reacciones de hidroarilación de alquinos internos con ácidos borónicos para formar olefinas altamente sustituidas. En el capítulo 2 se estudian las reacciones de adición oxidante de haluros de arilo al complejo [Ni(PMe2ArPh2)2], 1-L1. Estas reacciones conducen al aislamiento de las especies de composición trans-[Ni(Ar)X(PMe2ArXyl2)2] (Esquema 3). La reactividad de 1-L1 frente a los diferentes ArX sigue el orden esperado: I > Br > Cl. Complejos de níquel con ligandos dialquilterfenil fosfinas. Aplicaciones catalíticas en reacciones de ciclotrimerización de alquinos y de acoplamiento cruzado. El complejo 1-L1 no reacciona con ArF en ninguna de las condiciones de reacción encontradas para los otros haluros de arilo. Sin embargo, cuando se emplean arenos perfluorados se observa la reacción de activación de uno de los enlaces C-F con formación de productos de composición trans-[Ni(ArF)F(PMe2ArXyl2)2]. Estas reacciones tienen lugar a la temperatura ambiente o calentando a temperaturas suaves de 40 C. Teniendo en cuenta la facilidad con la que el complejo de Ni(0) activa los enlaces C-F de estos sustratos, y la escasez de protocolos basados en níquel para obtener biarilos parcialmente fluorados, se ha desarrollado un protocolo catalítico para el acoplamiento C-C del tipo Suzuki-Miyaura entre arenos polifluroados y ácidos (hetero)aril borónicos . Por último, el tercer capítulo de la Tesis está dedicado al desarrollo de un sistema catalítico basado en níquel para las reacciones de arilación de tioles, para las que se conocen muy pocos protocolos basados en este metal. En primer lugar se ha preparado una familia de complejos de Ni(II) de composición [Ni(alilo)Cl(PMe2Ar’)] estabilizados por ligandos dimetilterfenil fosfinas con diferentes sustituyentes en los anillos laterales del fragmento terfenilo. Todos los complejos preparados muestran una excelente actividad catalítica en las reacciones de arilación de tioles con yodo y bromo arenos, los electrófilos más habituales empleados en los acoplamientos C-S. Sin embargo, estos precatalizadores de Ni(II) muestran una buena reactividad en las reacciones de acoplamiento C-S empleando cloruros de arilo, y Complejos de níquel con ligandos dialquilterfenil fosfinas. Aplicaciones catalíticas en reacciones de ciclotrimerización de alquinos y de acoplamiento cruzado. sobre todo, cuando se emplean aril tosilatos como sustratos. Este es el primer Este es el primer ejemplo de un sistema catalítico basado en níquel para el acoplamiento de aril tosilatos y tioles. Por otra parte, se han implementado procedimientos para la formación de dos enlaces C-heteroátomo (C-S y C-N), con una exquisita selectividad, en un solo paso de reacción y empleando un único sistema catalítico.
Nuevos ligandos fosforados voluminosos y sus complejos mono- y dinucleares de platino: síntesis, propiedades y estudios computacionales
(2023-06-16) Moreno Alcaide, María; López Serrano, Joaquín; Peloso, Riccardo; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
Esta tesis doctoral tiene como hilo conductor los ligandos fosforados consustituyentes voluminosos, tratando de la síntesis de varias familias de estos ligandos, desus complejos (principalmente de platino) y de la reactividad especifica que les confieren. Junto con un enfoque típicamente experimental, se han empleado métodos computacionalespara la evaluación de las propiedades estéricas de los ligandos y para la interpretacióndelos mecanismos de algunas de las reacciones observadas y del enlace en los complejos másinusuales. La tesis se divide en dos capítulos estructurados cada uno en tres partes: introducción, materiales y métodos y discusión de resultados. El capítulo I describe en primer lugar un estudio computacional de las propiedadesestéricas de diferentes ligandos fosforados, protagonizado por las dialquil terfenilfosfinas, una familia de compuestos a los que nuestro grupo de investigación ha dedicado variosaños de trabajo, y ampliado a otros ligandos fosforados voluminosos sustituidos con gruposterfenilo, los terfenilfosfonitos. Se han seleccionado una serie de descriptores queaprovechan las técnicas computacionales para poder evaluar las propiedades de los ligandosde forma rápida y eficiente: ángulo de cono de Tolman (TCA), volumen enterrado (%Vbur) y ángulo sólido (ECA). En el capítulo II se describe la síntesis y caracterización de una variedad de nuevosligandos fosfonito (R’P(OR)2) y fosforamida (R’PNHCOR). Para su elección, se partiódel supuesto de que sus propiedades electrónicas conferirían a sus compuestos una reactividaddiferente a la de sus análogos con fosfinas ya estudiados en nuestro grupo de investigación. Utilizando los precursores PtMe2(-SMe2)2 y PtCl2 se han sintetizado una serie decomplejos de Pt II estabilizados por los ligandos mencionados y se ha estudiadosureactividad. De esta forma, y comparando los resultados con los obtenidos con las dialquil terfenilfosfinas, en este capítulo se muestra como los ligandos fosfonito con un grupoterfenilo inducen una reactividad a sus complejos de platino muy distinta a la de susanálogos con fosfinas, debido a su menor basicidad y diferentes propiedades estéricas, deacuerdo con los resultados del capítulo I. Se ha trabajado también en la optimizacióndevarias rutas sintéticas para la obtención de diferentes especies de Pt0 estabilizadas conligandos fosfonito, además de estudiar la reactividad de estos complejos mediante sureacción con moléculas pequeñas, como CO, H2 y diferentes alquenos y alquinos. Losresultados de estas investigaciones se exponen en el capítulo II.
Atroposelective Synthesis of (Hetero)biaryls: Dynamic Kinetic and Thermodynamic Control of the Axial Chirality
(2023-04-14) Rodríguez Salamanca, Patricia; Hornillos, Valentín; Lassaletta Simón, José María; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Analítica
The main goal of this PhD thesis has been the development of catalytic asymmetric methodologies for the synthesis of axially chiral (hetero)biaryls through dynamization strategies. These methodologies comprise the use of both metal catalysis and biocatalysis via kinetic (Dynamic Kinetic Resolution, DKR, Chapter II and III) or thermodynamic control (Chapter IV). The obtained products present interesting structures with potential use as ligands for metal catalysis, precursors for bifunctional organocatalysis, and in biological applications. In Chapter I, a summary of general considerations and contextualization of the research work developed are first reviewed. Moreover, the state-of-the-art of the main methodologies for the catalytic enantioselective synthesis of axially chiral (hetero)biaryls are also discussed. These approaches have been divided in two main sections: kinetic control (construction of the biaryl moiety, using prochiral or racemic heterobiaryls) and thermodynamic control (synthesis of seven to nine-membered bridged biaryls). In Chapter II, a method for the synthesis of axially chiral heterobiaryls presenting central and axial chirality is described. A Lewis acid-base interaction between the carbonyl group from an aldehyde and the N from the quinoline moiety, allowed for the racemization (labilization) of the stereogenic axis in the substrates. In this case, the Lewis acid character is destroyed by an iridium-catalysed asymmetric transfer hydrogenative allylation, enabling the simultaneous generation of central and axial chiral elements, with good control of the diastereoselectivity and excellent enantioselectivities. Along Chapter III, an enantioselective biocatalytic dynamic kinetic resolution (DKR) of configurationally labile N-arylindole aldehydes is reported. In this strategy, the racemization of the C-N stereogenic axis takes place through a Lewis pair interaction between the NMe2 and the aldehyde groups. The DKR proceed by an atroposelective bioreduction of the carbonyl group using commercial ketoreductases (KREDs). The corresponding axially chiral N-arylindole aminoalcohols are thus obtained with high conversions and optical purity, under very mild reaction conditions. Finally, in Chapter IV, a copper-catalyzed asymmetric intramolecular reductive and borylative cyclization for the synthesis of dibenzo[b,d]azepine derivatives is described. In this strategy, 7-membered bridged biarylamines containing both central and axial stereogenic elements were synthetized, with excellent control of diastereo-, and enantioselectivities.
Desarrollo y diversificación de sistemas catalíticos basados en hidrozonas. Aplicaciones en catálisis asimétrica
(2023-03-29) Alberca Manzano, Saúl; Fernández Fernández, Rosario Fátima; Monge Fernández, David; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
El objetivo principal de esta Tesis Doctoral se ha centrado en el desarrollo de estrategias sintéticas basadas en el empleo de hidrazonas como reactivos, en combinación con métodos de activación organocatalíticos (aminocatálisis) o por catálisis de Pd(II). Además, en este último contexto las hidrazonas tienen un papel esencial como ligandos nitrogenados enantiopuros. Capítulo I: Contiene una introducción de las principales características de las hidrazonas, sus diferentes patrones de reactividad y aplicaciones en catálisis asimétrica. Capítulo II: En él se demuestra que α-cetohidrazonas y γ-cetohidrazonas α,β-insaturadas son pronucleófilos adecuados en reacciones aldólicas cruzadas asimétricas con trifluorometilcetonas. Dichas reacciones están catalizadas por una sal formada a partir de una amina primaria derivada de quinidina y ácido salicílico en proporción 1:2. Además, la alta funcionalidad de los alcoholes trifluorometilados obtenidos mediante esta metodología, junto con transformaciones características del grupo hidrazono, han posibilitado el acceso a ácidos carboxílicos, compuestos 1,4-dicarbonílicos y γ-cetoácidos fluorados, precursores clave para la síntesis de moléculas con actividad biológica. Capítulo III: Se presentan los nuevos avances llevados a cabo en reacciones de adición enantioselectiva de ácidos arilborónicos a N-carbamoilhidrazonas, catalizadas por Pd(II) y ligandos piridinohidrazona. Estas reacciones se desarrollan con dos familias diferentes de N-carbamoilhidrazonas, unas derivadas de aldehídos alifáticos y otras derivadas de formilfosfonato de dietilo. Para el primer caso, el diseño de ligandos piridinohidrazona de nueva generación resultó fundamental para obtener α-arilmonoalquilhidrazinas con buenos rendimientos y excelentes enantioselectividades (>99% ee para productos α-aril-orto-sustituidos). Además, la posterior desprotección del grupo benciloxicarbonil (Cbz) proporcionó las correspondientes hidrazinas libres, precursores directos para la síntesis de 1,2-diaza-heterociclos, hidrazidas derivadas de aminoácidos y otras moléculas de interés biológico. Para el segundo caso, las propiedades estructurales intrínsecas a las N-carbamoilhidrazonas derivadas de formilfosfonato de dietilo, condujeron a la obtención de α-aril-α-hidrazinofosfonatos con excelentes enantioselectividades (96-99% ee).
Synthesis of new nampt inhibitors as potential anti-cancer drugs. An approach to antibody-drug conjugates
(2023-01-27) Fratta, Simone; Carmona Asenjo, Ana Teresa; Moreno Vargas, Antonio José; Robina Ramírez, Inmaculada; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Orgánica
Nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) catalyzes the rate-limiting step in the biosynthesis of Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+), a cofactor essential for several cellular processes. NAD+ is involved in important biological processes such as energy metabolism, sirtuin function, DNA repair machinery and intracellular oxidative stress. Cancer cells are highly dependent on NAMPT activity for proliferation due to an increased metabolism and a high activity of NAD+-consuming enzymes. NAMPT represents an interesting target for the development of anticancer drugs given that this enzyme is overexpressed in different types of tumours and that NAMPT expression appears to be related with tumour progression. In this thesis, we present the synthesis and biological evaluation of a library of new NAMPT inhibitors. The compounds showed excellent in vitro anticancer activity in MIA PaCa-2 pancreatic cancer cells and in several haematological cancer cell lines (in the picomolar range). Some candidates exhibited a much higher cytotoxicity than that showed by reference compound FK866. However, when the lead compounds were assayed in in vivo xenograft mouse models, unfortunately, there was not a good correlation between the in vitro results and the in vivo activity. For that reason, we accomplished structural modifications of the most promising candidates to provide these molecules with a chemical function that could act as a handle for the preparation of antibody-drug-conjugates (ADCs). An ADC consists of a potent cytotoxic compound (payload) that is bioconjugated to a tumour-targeted antibody by a chemical linker. This type of conjugates can deliver the cytotoxic payload directly to tumour cells while sparing healthy cells. Two different approaches have been followed: (1) preparation of ADCs using classical peptide linkers; (2) development of a new strategy of drug-release based on the chemistry of oxanorbornadienes (ONDs) that could be used for the preparation of novel ADCs. The first approach allowed the preparation of six new ADCs, by combination of the new modified NAMPT inhibitors with several classical enzymatically cleavable linkers. Finally, in order to validate the strategy of glutathione-triggered release of cytotoxic drugs in OND systems, we explored the reactivity of simple models of oxanorbornadienic thiovinylsulfones. We have demonstrated that these OND systems can suffer a fragmentation reaction via a two-reaction sequence and therefore, could be used as innovative linkers in drug delivery strategies.
Estrategias de glicosidación con sp2-iminoazúcares. Síntesis de miméticos de manooligosacáridos multivalentes y estudio de sus interacciones con lectinas de tipo-C mediante técnicas espectroscópicas, computacionales y biofísicas
(2022-12-02) Herrera González, Irene; Ortiz Mellet, Carmen; García Fernández, José Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Orgánica
Los iminoazúcares, análogos de carbohidratos en los que se ha sustituido el oxígeno endocíclico por un átomo de nitrógeno, conforman el grupo más numeroso y más ampliamente investigado de glicomiméticos. En la mayoría de los casos, esta modificación estructural no impide el reconocimiento por las enzimas que procesan carbohidratos, siempre que el iminoazúcar reproduzca el patrón configuracional y de sustitución del azúcar sobre el que actúa la enzima en cuestión. La mayoría de los trabajos se centran en la capacidad de los iminoazúcares para unirse al sitio catalítico de las glicosidasas y actuar como inhibidores competitivos, bien porque imiten la parte glicónica del sustrato, bien porque se comporten como análogos del estado de transición involucrado en la hidrólisis enzimática de glicósidos. La conveniencia de esta estrategia, tanto en estudios biológicos como para el desarrollo de aplicaciones terapéuticas que requieren la regulación de la actividad de una glicosidasa, está ampliamente contrastada. A pesar de su innegable éxito en este campo, los iminoazúcares presentan limitaciones relativas a su selectividad de acción y estabilidad que restringen su potencial para el desarrollo de fármacos. En buena medida, esto se debe a los problemas para acceder a análogos estables de oligosacáridos, glicoconjugados, y glicósidos en general a partir de los iminoazúcares clásicos. El desarrollo de prototipos y aproximaciones que permitan superar esta dificultad permitiría, además, ampliar el rango de posibles dianas terapéuticas, no solo en lo referente a las glicosidasas, sino también a otras proteínas que reconocen carbohidratos y están implicadas en diversas rutas de señalización, como las lectinas. En esta Tesis Doctoral, se ha abordado esta cuestión mediante una estrategia que se centra en el uso de sp2-iminoazúcares (iminoazúcares en los que el nitrógeno característico tiene un alto grado de hibridación sp2) como elementos de base. Los sp2-iminoazúcares pueden participar en reacciones de glicosidación, a través de un intermedio de tipo aciliminio, de manera análoga a los monosacáridos naturales, dando lugar a glicósidos estables con configuración anomérica α, debido al fuerte efecto anomérico. Se han implementado nuevas metodologías que explotan esta característica única para acceder a miméticos de glicósidos y oligosacáridos. Estas metodologías se han aplicado a la preparación de análogos de los oligosacáridos de alto contenido en manosa y de conjugados multivalentes, y se ha estudiado su interacción con lectinas de tipo C. Los resultados proporcionan una prueba de concepto del potencial de los sp2-iminoazúcares para modular la respuesta inmune innata. En el primer capítulo de esta Tesis, se ha desarrollado un método simple y eficiente para la síntesis estereoselectiva de derivados de nojirimicina α-C-glicósido, partiendo de un sp2-iminoazúcar de tipo carbamato bicíclico cuya preparación se ha optimizado en una escala de gramos. La secuencia de reacciones combina una etapa de C-alilación, la hidrólisis básica de la función carbamato cíclico, y la reacción de metátesis cruzada seguida de hidrogenación. También se han preparado derivados N,C-biantenados bien mediante una posterior reacción de aminación reductiva, bien mediante reacción de formación de tioureas. Estos últimos derivados pueden transformarse en sp2-iminoazúcares bicíclicos de tipo piperidina-iminotiazolidina α-C-glicósidos tras el tratamiento con ácido, lo que amplía las oportunidades para generar diversidad molecular. La evaluación preliminar como inhibidores frente a un panel de glicosidasas comerciales valida el enfoque para ajustar con precisión el perfil de selectividad. En el segundo capítulo de esta Tesis, se presentan los primeros ejemplos de miméticos de 2-desoxi(tio)glicósidos de tipo sp2-iminoazúcar. Los 2-desoxiglicósidos están presentes en numerosos productos naturales bioactivos cuyo uso se ve limitado para la dificultad de su síntesis y la labilidad de la unión glicosídica La etapa clave involucra la activación de un iminoglical derivado de un sp2-iminoazúcar bicíclico de tipo piperidina-carbamato para generar un catión de aciliminio altamente reactivo. Se han estudiado diferentes catalizadores, de los cuales los más eficaces son el trifluoruro de boro-eterato, el nitrato cérico amonico, y un organocatalizador cooperativo de tipo ácido de Brønsted y se ha determinado el alcance y las limitaciones de las diferentes metodologías. Las células dendríticas (DC) desempeñan un papel clave en la inducción de respuestas inmunitarias adaptativas contra los patógenos, a través de la interacción de las lectinas de tipo C en su membrana celular, como la DC-SIGN y la langerina, con los glicanos presentes en la superficie de los patógenos, por ejemplo, oligosacáridos con alto contenido de manosa como (Man)9(GlcNAc)2. Este proceso involucra, fundamentalmente, los residuos de manobiósido (Manα(1,2)Man) terminal. El proyecto de Tesis planteaba la hipótesis de que la sustitución de una o las dos unidades monosacarídicas en la manobiosa por unidades de sp2-iminoazúcar permitiría dirigir el modo de unión a DC-SIGN y langerina y, de esta manera, modular la afinidad y la selectividad, un objetivo importante, por ejemplo, en el contexto de la infección por HIV. La segunda parte de esta memoria (capítulos 5-8) recoge los trabajos en este sentido. Se han sintetizado análogos de oligomanósidos (di-, tri y pentasacáridos) que contienen uno o dos motivos de sp2-iminoazúcar con configuraciones mano o gluco en lugar del monosacárido natural, aprovechando la capacidad de los sp2-iminoazúcares para participar en reacciones de glicosilación proporcionando exclusivamente el anómero α. Su análisis estructural se ha realizado combinando técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) y computacionales. Además, los miméticos del manobiósido natural se han incorporado a diferentes plataformas multivalentes con objeto de estudiar la influencia de la valencia, la flexibilidad y la estructura tridimensional en la capacidad de unión a diferentes lectinas específicas de manosa, incluyendo la lectina modelo concanavalina A y las lectinas de tipo C DC-SIGN y langerina. Para el estudio de estas interacciones se han empleado una variedad de técnicas, incluida la espectroscopía de RMN (principalmente tr-NOESY y STD NMR), ELLA (Enzyme-linked Lectin Assay) y experimentos de Resonancia del Plasmón de Superficie (SPR). Desde una perspectiva general, los resultados obtenidos reflejan la compleja interacción entre los contactos primarios en el sitio de coordinación del metal, los contactos secundarios y la multivalencia, que determinan de manera crítica la afinidad y selectividad de los miméticos hacia las lectinas objetivo. Además, demuestran la validez de la aproximación basada en el uso de sp2-iminoazúcares general para el diseño racional de nuevos prototipos de ligandos pseudooligosacarídicos biomiméticos capaces de discriminar entre diferentes lectinas que reconocen un mismo epitopo glucídico, en este caso DC-SIGN frente a langerina.
Nuevos tio- y selenoderivados de carbohidratos en enfermedades degenerativas: cáncer y Alzheimer
(2022-07-08) Velueta Viveros, Martha; López López, Óscar; Merino Montiel, Penélope; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Orgánica
En la presente Tesis Doctoral se han desarrollado nuevas familias de compuestos bioactivos frente a enfermedades complejas y multifactoriales, como son el cáncer y el Alzheimer. Gran parte de la investigación ha estado enfocada a la preparación de compuestos organoselénicos, que exhiben una amplia variedad de propiedades biológicas, tales como antioxidantes, antiproliferativos, antimicrobianos, entre otras. En este contexto, abordamos la preparación de una serie de 2-alquilamino- y 2-alcoxiamino-1-3-selenazolinas bicíclicas derivadas de carbohidrato. Estos compuestos fueron diseñados como un prototipo novedoso de agentes duales anti-Alzheimer, con potencial para inhibir tanto a las colinesterasas (para aumentar los niveles significativamente bajos de acetilcolina, un aspecto característico de la enfermedad), como a la enzima OGA (O-GlcNAcasa), que controla procesos de modificación postraduccional, y que también está correlacionada con las placas amiloide. Dichos compuestos son análogos estructuras a inhibidores muy conocidos de OGA, como el Thiamet-G, o la NAG-thiazolina. El acceso a estos derivados implica la preparación de un isoselenocianato de azúcar en posición C-2, y su conversión en selenoureas y selenocarbamatos mediante reacción con aminas o alcoholes alifáticos pequeños; la posterior ciclación térmica genera el sistema bicíclico anteriormente mencionado. Los derivados de tipo 2-aminoalquil-1,3-selenazolina resultaron ser buenos inhibidores de BuChE, la colinesterasa que tiene una mayor prevalencia en estados avanzados del Alzheimer. El mejor derivado presentó actividad en el rango submicromolar, siendo también un muy potente inhibidor de la OGA (rango nanomolar), caracterizado además por una excelente selectividad, al no inhibir otras enzimas de tipo hexosaminidasa. Los estudios de docking en AChE, BuChE y OGA revelaron las principales interacciones en el sitio activo de las mismas. También se han diseñado varias familias de derivados organoselénicos como potenciales agentes antiproliferativos. En este contexto, se han obtenido una serie de selenocarbamatos sencillos derivados de carbohidrato en C-2, con longitud de cadena variable (2-18 carbonos), con objeto de analizar las diferencias en cuanto a sus bioactividades. Algunos de estos selenocarbamatos fueron metilados en el átomo de Se, originando Se-alquil isoselenocarbamatos derivados de carbohidrato. La diversidad estructural se incrementó con la preparación de un panel pequeño de imidazolidina-2-selenas bicíclicas y un 2-amino-1,3,4-selenadiazol derivado de carbohidrato. De entre todos los derivados evaluados hasta la fecha, destacan muy significativamente los Se-metil isoselenocarbamatos, que alcanzaron el nivel nanomolar en su actividad antiproliferativa frente al panel de líneas celulares empleadas, particularmente al incrementar el tamaño de la cadena. Esto supone una mejora de la actividad de hasta 4900 veces con respecto al cisplatino, un agente ampliamente utilizado en quimioterapia.
Nuevos sistemas de reconocimiento molecular basados en organocalcógenos. Agentes antiparasitarios y antiproliferativos
(2022-07-07) Martínez Montiel, Mónica; López López, Óscar; Merino Montiel, Penélope; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
La presente Tesis Doctoral, desarrollada en cotutela entre los grupos de investigación Síntesis y Modificación de Productos Naturales (Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México) y Química Fina de Carbohidratos (Universidad de Sevilla, España), está orientada a la búsqueda de compuestos con potencial actividad antiproliferativa. Se ha abordado la preparación de tio- y selenosemicarbazonas aromáticas, modificando la distancia entre el anillo aromático N-4 y la tiosemicarbazona, la naturaleza del anillo aromático, así como la naturaleza de los sustituyentes del anillo aromático en N-4. Los ensayos in vitro indican que las tiosemicarbazonas y sus selenoisósteros con un fragmento de tipo 2-piridilo, se comportan como excelentes agentes antiproliferativos, con actividades en el rango nM en muchos de los casos. La introducción de un grupo sulfonamido permitió el acceso a una amplia variedad de tiosemicarbazonas que mostraron un buen perfil como inhibidores de CAs. Las propiedades físico-químicas y farmacocinéticas de los mejores compuestos, así como la posible identificación de dianas terapéuticas han sido predichas empleando el software SwissADME y PASS online, respectivamente. Además, se abordó la preparación de un elevado número de tioureas bicíclicas derivadas de carbohidrato, a partir de isotiocianatos de arilsulfonamidas y de cumarina. Se ha modificado la configuración del carbohidrato de partida, la posición del grupo sulfonamido en el anillo aromático, el tamaño del espaciador entre la cumarina y el residuo de carbohidrato, así como la naturaleza de los sustituyentes en las posiciones C-3 y C-4 de la cumarina. Destacan todos los derivados de galactosa y manosa, que se comportaron como muy potentes inhibidores de la CA XII (Ki 2.9‒5.1 nM). Finalmente se abordó la preparación de un pequeño panel de sales de trifenilfosfonio derivadas del ácido oleanólico con objeto de obtener una serie de agentes mitocondriotrópicos con actividad antitumoral (mitocans). La evaluación de la actividad antiproliferativa in vitro mostró que los tres derivados con el espaciador más corto se comportaron como agentes antiproliferativos muy potentes frente a las 6 líneas tumorales ensayadas, con valores de GI50 comprendidos entre 13‒88 nM, y excelente selectividad. El análisis mediante microscopia de imagen de células vivas permitió detectar la presencia de apoptosis en el modo de acción de estos compuestos. Así mismo, se llevó a cabo un estudio in vivo con ratones donde se observó que la administración de tan sólo 0.55 mg/kg del derivado tres días a la semana, durante 20 días condujo a una reducción muy significativa del crecimiento del tumor (en torno a un 58%), sin observar efectos adversos en el ratón.
Nuevas estrategias para el estudio y tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, la regulación del sistema inmune y el transporte de ácidos nucleicos basadas en carbohidratos
(2022-06-17) González Cuesta, Manuel; Ortiz Mellet, Carmen; García Fernández, José Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Orgánica
En esta tesis se abordan diferentes aspectos de la química supramolecuar de los carbohidratos con el objetivo general de diseñar nuevos derivados que permitan controlar de manera precisa la interacciones entre estos y otras biomoléculas, incluyendo ácidos nucleicos, enzimas y receptores. Compuestos con esta facultad son imprescindibles para avanzar en el conocimiento del papel de los carbohidratos como vectores de información biológica. Además, la posibilidad de interferir en los procesos de reconocimiento molecular en los que intervienen los azúcares habilita el desarrollo de terapias para el tratamiento de un amplio rango de patologías. A esto hay que añadir la oportunidad de utilizar los carbohidratos como plataformas biocompatibles para la incorporación de otros elementos funcionales que promuevan su unión a diferentes dianas. Un primer conjunto de resultados corresponde al desarrollo de nuevos sistemas de transporte de ácidos nucleicos basados en macrociclos contruidos a partir del disacárido α,α’-trehalosa, denominados genéricamente ciclotrehalanas (CTs), para su aplicación en terapia génica. La estrategia desarrollada permite crear tres caras que incorporan elementos catiónicos que promueven la interacción electrostática con el ADN y cadenas lipófilas que promueve la autoasoación y la desolvatación, dando lugar a nanocomplejos con capacidad de transfección (CTplejos). Se han implementado arquitecturas de tipo Mickey Mouse, en las que dos de los lóbulos del macrociclo son idénticos y diferentes del tercero. El tropismo in vivo de las nanopartículas depende de la distribución y naturaleza de los dominios catiónicos y lipófilos en el vector, permitiendo la transfección selectiva de diferentes órganos. En colaboración con el Prof. O. Renaudet (Univ. Grenoble-Alps, France) hemos explorado la posibilidad de combinar en una misma molécula la capacidad de interaccionar selectivamente con una lectina de membrana, el receptor de manosa de macrófagos, y de unirse al sitio activo de una glicosidasa médicamente relevante, la β-glucocerebrosidasa o la α-manosidasa lisosomal. Ambas funcionalidades se consiguen gracias a la presentación multivalente de un único motivo monosacarídico, la α-D-manopiranosa, optimizado la arquitecura. Los resultados abren nuevas posibilidades para el diseño de glicosistemas multidiana. La parte central de la tesis se centra en el diseño de reguladores específicos de la actividad de las enzimas lisosomales α-galactosidasa (α-GalA), β-hexosaminidasa A (HexA) y la α-N-acetil-galactosaminidasa (α-NAGAL). El objetivo en este caso es identificar candidatos para el desarrollo de terapias de chaperona farmacológica para el tratamiento de las enfermedades de depósito lisosomal que resultan de la disfunción de alguna de estas enzimas (enfermedad de Fabry, enfermedad de Tay-Sachs y enfermedad de Schindler/Kanzaki, respectivamente). En una mayoría de casos, las mutaciones que generan la disfunción no cancelan la capacidad de procesado del sustrato, pero afectan al plegamiento de la enzima y a su tráfico al lisosoma. Los compuestos preparados pertenecen a la familia de los iminoazúcares (α-GalA y α-NAGAL) o de los sp2-iminoazúcares, y son capaces de unirse a la enzima mutada de manera reversible y restaurar su correcto plegamiento y transporte. A partir del análisis de la información estructural disponible para estas enzimas y para sus complejos con inhibidores, hemos diseñado inhibidores reversibles selectivos, por ejemplo, introduciendo grupos que dificultan la unión a otras enzimas estructuralmente relacionadas, pero no a la enzima objetivo, y hemos puesto a punto estrategias de síntesis eficaces para su preparación. En colaboración con los grupos de los Profs. R. Britton y D. Vocadlo (Univ. Simon Fraser, Canadá) y el Prof. K. Higaki (Univ. Tottori, Japón), se ha evaluado la actividad como chaperona farmacológica in vitro, usando fibroblastos humanos y células modificadas que expresan diferentes tipos de mutaciones. Los resultados obtenidos validan la estrategia planteada. En colaboración con el Prof. D. Vocadlo (Univ. Simon Fraser, Canada), el Prof. G. Davis (Univ. York, UK) y el Prof. L. Foster (Univ. British Columbia, Canada), hemos desarrollado también una nueva familia de inhibidores de la enzima O-glucosaminidasa (OGA), implicada en la enfermedad de Alzheimer y otras tautopatías, basados en sp2-iminoazucares bicíclicos de tipo 2-carboxamidopiperidina-iminotiazolidina. La optimización de la estructura, especialmente ajustando la naturaleza de los sutituyente en el nitrógeno imínico y en la posición que porta el grupo carboxamida, nos ha permitido obtener inhibidores con potencias en el rango picomolar y muy selectivos. Estos estudios se han extendido al desarrollo una sonda quimioproteómica de alta afinidad para identificar nuevas modificaciones post-transduccionales en la estructura proteica de OGA y avanzar en el conocimiento de esta enzima a nivel molecular. Adicionalmente, en esta Tesis nos hemos interesado por el papel de los carbohidratos en la respuesta inmune, en particular los glicolípidos, y en el desarrollo de miméticos con actividad inmunoreguladora. Dada la propiedad única de los sp2-iminoazúcares de reproducir la química de los carbohidratos, especialmente en las reacciones de glicosidación, nos hemos centrado en la puesta a punto de metodologías para acceder a sp2-iminoglicolipidos (sp2-IGLs). Más concretamente, hemos puesto el foco en sp2-IGLs estructuralmente relacionados con glicolípidos conocidos por su potente efecto inmunomodulador, como la α-galactosilceramida (KRN7000), los glicolípidos de tipo glicosilserina como el CCL-34 y los análogos de los fosfatidilinositales, tales como el PIA32. La evaluación biológica de estos compuestos, en colaboración con la Prof. Ya-Jen Chang, Academia Sinica, Taiwan, ha permitido identificar candidatos prometedores ya sea para su uso como adyuvantes, por ejemplo en la formulación de vacunas, ya sea como inmunosupresores para el tratamiento de patologías asociadas a la inflamación.
Desarrollo de reacciones de inserción y adición catalizadas por complejos de oro (I)
(2022-06-13) García Fernández, Pedro David; Fernández Fernández, Rosario Fátima; Díez Martín, Elena; Lassaletta Simón, José María; Universidad de Sevilla. Departamento de Química Orgánica
La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo principal el desarrollo de nuevas aplicaciones de complejos organometálicos de oro (I) en catálisis homogénea. En concreto, se ha estudiado la eficiencia de distintos catalizadores de oro (I) en la activación electrofílica de compuestos orgánicos insaturados, generando especies reactivas frente a nucleófilos п-neutros. La disertación se ha estructurado en 5 apartados distintos: El Capítulo 1 recoge generalidades acerca de los complejos de oro (I), entre ellas, su reactividad, estructura y síntesis. En el Capítulo 2 se presentan los resultados más relevantes obtenidos en el estudio de la activación electrofílica de haloalquinos mediante complejos de oro (I). Se incluye, en primer lugar, una breve descripción de los antecedentes descritos en la bibliografía sobre procesos químicos en los que intervienen haloalquinos. En segundo lugar, se presentan los resultados obtenidos en el estudio de la reacción de haloalquinilación de alquenos terminales gem-disustituidos y el desarrollo de la versión enantioselectiva de la haloalquinilación de alquenos cíclicos. A continuación, en este capítulo se desarrolla un ejemplo de catálisis divergente de oro, en el que dependiendo del contraión empleado se varía la reactividad del sistema hacia reacciones de haloalquinilación o hidroalquinilación. Este último proceso cobra especial relevancia, pues se trata de la primera reacción de hidroalquinilación de haloalquinos catalizada mediante complejos de oro (I) descrita hasta la fecha, por lo que se dedica un importante esfuerzo a la elucidación del mecanismo de reacción. En la primera sección del Capítulo 3 se incluye un breve resumen acerca de la estructura y reactividad de las hidrazonas en los campos de organocatálisis y, fundamentalmente, en la catálisis organometálica. Seguidamente, se presentan los resultados más relevantes obtenidos en el estudio de la reacción entre hidrazonas y compuestos insaturados (alquinos, alenos y alenamidas) en catálisis homogénea de oro (I). En esta investigación se demuestra la gran influencia que ejerce la estructura de estos compuestos nitrogenados en su reactividad. De hecho, se demuestra como las N-monoalquilhidrazonas derivadas de benzaldehído reaccionan como nucleófilos a través de su nitrógeno amínico, mientras que en las N,N-dialquilhidrazonas derivadas de formaldehído la disminución estérica en torno a su carbono azometínico se traduce en un aumento significativo del carácter nucleófilo de este átomo. El Capítulo 4 recoge las conclusiones más importantes extraídas de los resultados presentados en los Capítulos 2 y 3. Finalmente, en el Capítulo 5 se realiza una descripción detallada de los procedimientos experimentales empleados durante el desarrollo de la Tesis Doctoral, incluyendo síntesis y caracterización de compuestos, datos cristalográficos, experimentos cinéticos y cálculos teóricos.
Estudios estructurales y de interacción de miméticos de Condroitín Sulfato con los factores de crecimiento Midkina y Pleiotrofina
(2021-11-03) Torres Rico, Myriam; Nieto Mesa, Pedro Manuel; Paz Carrera, Jose Luis de; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
El Condroitín Sulfato es el glicosaminoglicano (GAG) más abundante en la matriz extracelular, cuyo patrón de sulfatación da lugar a diferentes estructuras que le confiere cierta afinidad con diversas proteínas, como factores de crecimiento, desencadenando distintos roles biológicos. El trabajo presentado en esta Tesis doctoral ha sido principalmente el estudio de interacción entre miméticos de Condroitín Sulfato (CS) con los factores de crecimiento de unión a Heparina, las citoquinas Midkina (MK) y Pleiotrofina (PTN). Dependiendo del código de sulfatación del CS se encuentran diferentes tipos, siendo el derivado de tipo E con unidades de Glc y GalNAc, el que establece uniones fuertes con este grupo de proteínas y con el que se ha trabajado en esta Tesis doctoral. Por lo tanto, los diferentes miméticos estudiados se engloban en dos series: tres ligandos tetrasacáridos y tres pentasacáridos de CS-E con diferentes patrones de sustitución, con los que posteriormente se desarrollarán los estudios de interacción con estas dos citoquinas. En primer lugar, se ha determinado la estructura de los seis miméticos por RMN utilizando principalmente la técnica 2D-NOESY, complementada con 2D-COSY, 2D-TOCSY y 2D-HSQC. Estos datos experimentales acerca de las conformaciones de los anillos y las orientaciones de los enlaces interglicosídicos han sido contrastadas paralelamente con cálculos computacionales de dinámica molecular, observándose que el patrón de sustitución en el ligando dificultaba su reproducibilidad teórica. La segunda parte de este proyecto consiste en estudiar la afinidad de estos miméticos con ambas proteínas observando si se establece dicha unión y que partes del carbohidrato y de la citoquina se encuentran involucradas. Mediante los experimentos de STD (Saturation Transfer Diffusion) y NOESY transferido se demostró que existía interacción deslocalizada por todo el esqueleto del oligosacárido, además de observarse que la estructura de los ligandos en su forma libre y enlazada no variaba. Paralelamente, la técnica de Polarización de Fluorescencia (FP) avaló esta interacción demostrando además que la presencia de sistemas aromáticos en el esqueleto del carbohidrato la aumentaba. Una vez observado el comportamiento del ligando en su forma complejada, nos planteamos estudiar dicha interacción desde la proteína. Para ello el experimento 15N-HSQC nos permitió conocer los aminoácidos más involucrados en esta interacción, realizando el experimento con el ligando más sencillo unido a la PTN. Por otro lado, se llevaron a cabo estudios de interacción teóricos para profundizar en el conocimiento de esta unión tanto con la MK como con la PTN. El docking molecular nos permitió ampliar las zonas de afinidad simulando otros bolsillos de interacción confirmando por otra parte las diferentes orientaciones que pueden adquirir los ligandos hacia estas citoquinas. Una vez conocida la estructura molecular de los seis miméticos en la primera parte del trabajo y la zona de mayor afinidad con la proteína, se amplían los cálculos teóricos al estudio del complejo para reproducir su estructura de nuevo mediante simulaciones. Por último, las aproximaciones MM/PBSA y MM/GBSA (Molecular Mechanics with Poisson-Boltzmann (PB) or Generalizated Born (GB) and Surface Area Solvation) permiten determinar los cambios de energía libre de unión de nuestros miméticos a estas proteínas conociendo además la participación de los aminoácidos a partir de simulaciones mediante modelos de solvatación.
Preparación de conjugados alérgeno-adyuvante para el desarrollo de vacunas sintéticas
(2021-11-26) Losada Méndez, Jorge; Rojo Marcos, Francisco Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
Las enfermedades alérgicas constituyen uno de los trastornos más presentes en la sociedad con una prevalencia cada vez mayor, comprometiendo enormemente la salud y la calidad de vida de los pacientes. Frente a ello, la inmunoterapia específica con alérgenos (AIT) constituye uno de los tratamientos más eficaces. El mecanismo de acción consiste en generar tolerancia frente a un determinado alérgeno reduciendo la producción de IgE, que es la responsable de la sintomatología alérgica. En este contexto, en la presente Tesis Doctoral se han desarrollado conjugados que combinan simultáneamente ligandos sintéticos de distintos receptores celulares (TLR4, TLR7 y DC-SIGN) y péptidos derivados de proteínas alergénicas (melocotón, pescado y olivo). Esta conjugación se ha llevado a acabo de una forma rápida y eficiente a través de la reacción click tiol-eno. Adicionalmente se han sintetizado estructuras tanto homodímeras como heterodímeras que combinan ligandos de TLR4 y 7 conjugados al péptido alergénico del melocotón para estudiar posibles efectos sinérgicos. Por otro lado, se ha sintetizado un conjugado de glicodendrón de nueve manosas con un grupo hidrazona sensible al medio ácido para su evaluación en mejoras de la presentación del péptido alergénico. Estudios biológicos preliminares con estos conjugados han demostrado que son capaces de estimular la maduración y proliferación de las moDCs de pacientes alérgicos, así como la generación de un patrón inmunológico de tipo TH1/Treg. Esta actividad es muy superior en comparación con el alérgeno y el ligando no unidos covalentemente, lo que pone de manifiesto el gran potencial que presentan estos conjugados en el desarrollo de vacunas contra la alergia.
Reacciones Clic y evaluación in situ para la identificación de inhibidores de glicosidasas
(2021-07-16) Pingitore, Valeria; Moreno Vargas, Antonio José; Carmona Asenjo, Ana Teresa; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
Los iminoazúcares constituyen la categoría más importante de inhibidores de glicosidasas, sin embargo, su escasa selectividad de inhibición y de permeabilidad a través de las membranas biológicas, frecuentemente limitan su utilización a nivel terapéutico. Es por ello que, en la presente Tesis Doctoral hemos abordado la síntesis de nuevos derivados de iminoazúcares con propiedades mejoradas utilizando dos aproximaciones: (a) introducción de grupos adicionales en la estructura de un iminoazúcar monovalente que favorezcan interacciones secundarias con la enzima y (b) exploración de la aproximación multivalente para mejorar el perfil de actividad y selectividad de los correspondientes análogos monovalentes. En ambos casos se ha utilizado la metodología de síntesis paralela seguida de evaluación in situ para facilitar la identificación rápida del mejor inhibidor de una librería química de derivados. Es de destacar que es la primera vez que se utiliza esta metodología para la identificación de inhibidores multiméricos de glicosidasas. Las reacciones utilizadas han sido de tipo clic, en concreto, la cicloadición 1,3-dipolar entre azidas y alquinos catalizada por Cu(I) y la formación de (tio)ureas. A nivel monovalente se ha identificado, por una parte, uno de los inhibidores más potentes de α-galactosidasa con estructura pirrolizidínica y, por otra, inhibidores potentes y selectivos de la β-N-acetilhexosaminidasa lisosomal humana (HexB) con estructura pirrolidínica. En relación a la aproximación multivalente, se han obtenido resultados destacables en la identificación de inhibidores diméricos de HexB así como de α-fucosidasas de origen mamífero.
Hydrazones as C-Nucleophiles in Asymmetric Organocatalysis
(2021-06-25) Matador Martínez, Esteban; Fernández Fernández, Rosario Fátima; Lassaletta Simón, José María; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
In this PhD Thesis, novel catalytic processes and methodologies for the asymmetric functionalization of prochiral substrates (neutral or ionic) employing hydrazones as versatile umpolung reagents have been developed. In general, double H-bond donors organocatalysts based on unnatural amino acids provided good reactivities and suitable chiral environments for that purpose, affording valuable building blocks and appealing structures for multiple applications in Organic Synthesis (M. G. Retamosa, E. Matador, D. Monge, J. M. Lassaletta, R. Fernández, Chem. Eur. J. 2016, 22, 13430-13455; E. Matador, M. G. Retamosa, D. Monge, R. Fernández, J. M. Lassaletta, Chem. Commun. 2020, 56, 9256-9267). In this context, the present dissertation is structured as follow: Along Chapter I, the contextualization of the developed work are first shown, starting from the activation modes in Asymmetric Organocatalysis to the state of the art of the different strategies developed which employ hydrazones as C-nucleophiles in that field. In Chapter II and III, the specific objectives and a brief summary of the results accomplished are displayed, respectively. A deep discussion of the results obtained is presented along Chapter IV in four different sections: In Section IV.1, the nucleophilic 1,2-addition of formaldehyde N-tert-butylhydrazone to simple aldehydes is described. This strategy could be performed with both excellent reactivity and enantioselectivity by virtue of the dual H-bonding activation exerted by amide-squaramide derived organocatalysts (up to 96% ee). The resulting hydroxydiazenes were isolated in high yields as enantiomerically enriched azoxy compounds after a regioselective azo-to-azoxy transformation. Subsequent high-yielding and racemization-free derivatizations led to valuable β-amino alcohols and derivatives thereof (E. Matador, M. G. Retamosa, D. Monge, J. Iglesias-Sigüenza, R. Fernández, J. M. Lassaletta, Chem. Eur. J. 2018, 24, 6854-6860). Along Section IV.2, the formal diaza-ene reactivity of formaldehyde N-tert-butylhydrazone was extended to the use of more challenging fluorinated ketones for the synthesis of densely functionalized fluorine-containing tertiary alcohols. H-Bonding thiourea/squaramide organocatalysts enabled an enantioselective approach for a variety of di- and tri-fluoromethyl ketones and afforded diazenes (N-oxides) in good-to-excellent yields and moderate-to-good enantioselectivities (up to 90% ee). The synthesis of valuable building blocks was also highlighted by virtue of the marked versatility of the diazenyl group (E. Matador, M. G. Retamosa, A. Jiménez-Sánchez, D. Monge, R. Fernández, J. M. Lassaletta, Eur. J. Org. Chem. 2019, 130-138). Ensuing the high intrinsic reactivity observed for the reactions between formaldehyde N-tert-butylhydrazone and trifluoromethyl ketones, a green key step of a nucleophilic formylation strategy is depicted in Section IV.3. The unprecedented reaction of this hydrazone with trifluoromethyl ketones under solvent-free conditions afforded analytically pure diazenes in short reaction times without the need of any purification process (>99% yield in all cases). Subsequent unmasking of the formyl group in one pot fashion afforded valuable α-hydroxy α-trifluoromethyl aldehydes as key intermediates for the construction of relevant building blocks for target-oriented synthesis (E. Matador, D. Monge, R. Fernández, J. M. Lassaletta, Green Chem. 2016, 18, 4042-4050). In Section IV.4, a highly stereoselective, and scalable thiourea-organocatalyzed dearomatization of isoquinolines with N-tert-butylhydrazones is described. This multicomponent reaction afforded diazenes in excellent enantio- and diastereomeric ratios (up to >99% ee, dr >20/1 in all cases). The proposed activation model relies on a simultaneous binding of the thiourea and the hydrazone nucleophile to the chloride anion with preferential positioning of the isoquinolinium cation, thereby inducing excellent stereocontrol in the formation of two contiguous stereogenic centers. Subsequent simple derivatizations of primary adducts under mild conditions gave enantioenriched valuable building blocks with appealing structures for Organic Synthesis (E. Matador, J. Iglesias-Sigüenza, D. Monge, P. Merino, R. Fernández, J. M. Lassaletta, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, early view 10.1002/anie.202012861). Finally, the conclusions of the present PhD Thesis are shown in Chapter V, and the original articles and their corresponding supplementary materials are provided in Appendix II. All the reactivities and strategies developed during this PhD thesis, supported by experimental and computational methods, have contributed to the advance of the previously contextualized field, and provided efficient alternatives to solve problems of great interest in fundamental chemical research.
Estudios sobre enaminonas de azúcares, aplicación a la síntesis de emanino glicósidos y aminoglicósidos
(1983-02-04) Borrachero Moya, Pastora; Gómez Sánchez, Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
Las enaminonas derivadas de 2-amino-2-deosi- -d-glucosa son excelentes sustancias de partida para obtener alquil-glucopiranosidos (o furanosidos). Las enaminoglicosas se obtienen tratando el aminoazucar con un conpuesto 1 3-dicarbonilico o un enol-eter de un conpuesto 1 3-dicarbonilico. La alquilación de las enaminonas por el método de fischer (roh/hc1) en caliente transcurre estereoselectivamente dando los alquil-enaminoglicosidos con configuraciona anomerica . Cuando se usa como catalizador una resina cambiadora de ion de carácter acido se obtiene mezclas de y enaminoglucopiranosidos y enaminoglucofuranosido separables por cromatogradia sobre gel de silice. Si la alquilación se lleva a cabo por el método de koenigs-knorr (1: acbr; 2: meoh/ag2co3) se obtiene los correspondientes -enaminoglicosidos acetilados. Las estructuras de los enaminoglicosidos obtenidos por ambos métodos se confirman por comparación con los obtenidos por síntesis inequívoca. La regeneración del grupo amino se consigue por tratamiento con: a) un halógeno (c12 br2) en cloroformo húmedo; b) amoniaco-acetona y c) amberlita ira-400 (oh-).
Study of the Casimir-Lifshitz force in the plane parallel geometry
(2021) Esteso Carrizo, Victoria; Míguez García, Hernán Ruy; Carretero Palacios, Sol; Universidad de Sevilla. Departamento de Química orgánica
The Casimir-Lifshitz force (FC_L), originated from the quantum fluctuations of vacuum, is especially intense between two materials when their separation is at the nanoscale. This force can be attractive or repulsive depending on the optical properties of the materials involved, amongst other parameters. This fundamental phenomenon can be put into practice to control the adhesion, friction and stiction between surfaces in different nano- and microelectromechanical devices (NEMS and MEMS), that may stop working properly due to those effects. The work presented in this thesis is a theoretical study about the influence of the optical properties of materials on the Casimir-Lifshitz force in the plane-parallel geometry. Particularly, the possibility of controlling the quantum levitation phenomenon of self-standing thin films through the optical properties of nanostructured materials is investigated. Such levitation results from the balance between repulsive Casimir-Lifshitz forces, gravity, and buoyancy. Firstly, attention is paid to combinations of materials whose dielectric properties and densities allow quantum levitation. In particular, diverse arrangements of silicon dioxide, polystyrene, gold, silicon, and glycerol, are explored. Also, the impact of temperature variations around room temperature on the equilibrium distance at which thin films levitate is analyzed. It is found that the stability of levitation is not altered by slight variations of temperature. In addition, the equilibrium distance variation depends on both the intrinsic properties of materials and the stability of the levitation. Secondly, the possibility of creating optical nanocavities or resonators based on levitating films under the influence of repulsive Casimir-Lifshitz forces is explored. Results show that the nanoscale equilibrium distance can be finely tuned within an interval of several hundreds of nanometers with the materials thicknesses. Moreover, it is demonstrated the importance of having high Q-factor optical modes at visible frequencies in levitation-based optical resonators for the precise measurement of FC_L by means of spectroscopic techniques. In addition, it is shown that, for the cavities here considered, temperature variations around room temperature hardly affect the equilibrium distance, but their strong impact on the reflectance spectra allows to distinguish different temperatures. Finally, the effect on FC_L by substituting one of the plates by a multilayered structure is inspected. Different stratified nanostructures whose optical properties can be finely tuned through their geometrical parameters are examined. Importantly, the two materials considered in the multilayer structure, silicon dioxide and polystyrene, present repulsive and attractive FC_L, respectively, when considered as a unique homogeneous slab. Combination of those materials in the same proportion but stratified differently allows tuning the nature of FC_L from repulsive to attractive. Importantly, the Casimir-Lifshitz force can be cancelled by the same means, with essential implications in the development of nanodevices. This thesis proposes novel optical material designs that provide insight into the underlying fundamental physics of the Casimir-Lifshitz interaction, with potential applications in nanotechnology.

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