Full Exploration of the Diels–Alder Cycloaddition on Metallofullerenes M3N@C80 (M=Sc, Lu, Gd): The D5h versus Ih Isomer and the Influence of the Metal Cluster

In this work a detailed investigation of the exohedral reactivity of the most important and abundant endohedral metallofullerene (EMF) is provided, that is, Sc3N@Ih-C80 and its D5h counterpart Sc3N@D5h-C80, and the (bio)chemically relevant lutetium- and gadolinium-based M3N@Ih/D5h-C80 EMFs (M=Sc, Lu, Gd). In particular, we analyze the thermodynamics and kinetics of the Diels–Alder cycloaddition of s-cis-1,3-butadiene on all the different bonds of the Ih-C80 and D5h-C80 cages and their endohedral derivatives. First, we discuss the thermodynamic and kinetic aspects of the cycloaddition reaction on the hollow fullerenes and the two isomers of Sc3N@C80. Afterwards, the effect of the nature of the metal nitride is analyzed in detail. In general, our BP86/TZP//BP86/DZP calculations indicate that [5,6] bonds are more reactive than [6,6] bonds for the two isomers. The [5,6] bond D5h-b, which is the most similar to the unique [5,6] bond type in the icosahedral cage, Ih-a, is the most reactive bond in M3N@D5h-C80 regardless of M. Sc3N@C80 and Lu3N@C80 give similar results; the regioselectivity is, however, significantly reduced for the larger and more electropositive M=Gd, as previously found in similar metallofullerenes. Calculations also show that the D5h isomer is more reactive from the kinetic point of view than the Ih one in all cases which is in good agreement with experiments

Mecanismes de reacció de sistemes catalítics amb èmfasi en carbens de Fischer i quantificació de l'aromaticitat en petites molècules inorgàniques cícliques i planes.

El tema principal del treball és sobre l'estudi teòric de l'estructura i reactivitat en carbens de Fischer de la forma (CO)5Cr=C(X)R (X= OH, NH2, OMe, NMe2 i R= CHCH2 i Ph). Particularment, el nostre interès va sorgir del tipus de reaccions de cicloadicció que donen lloc a la síntesi de productes naturals i fàrmacs de gran valor afegit. Hem estudiat els mecanismes de reacció dels casos més comuns de cicloanul•lació: la reacció de benzanul•lació de Dötz i ciclopentanulacions que es troben en competència amb el primer cas, derivats de l'inserció de acetilè i fenilacetilè. En l'últim pas de les reaccions que comporten la formació d'un sistema de més d'un anell, hi tenim una migració del complex metàl•lic de crom d'un extrem a un altre anomenat com rearranjament haptotròpic. Aleshores, hem investigat sobre els mecanismes de migració haptotròpica de Cr(CO)3 sobre hidrocarburs aromàtics policíclics analitzant l'efecte de la mida i la curvatura del sistema així com la complexació d'un segon fragment metàl•lic a la manera de coordinació als anells. D'una altre banda, vam estudiar l'aromaticitat en 54 cúmuls cíclics de molecules inorgàniques mitjançant metodologia desenvolupada al nostre grup de recerca i altres. Vam proposar la tècnica del scan-NICS com nova mesura quantitativa d'aromaticitat i reportar l'escassa correlació entre els distints índexs d'aromaticitat a la literatura. Finalment, com resultat de col•laboracions en estades de recerca, he desenvolupat propostes de mecanismes de reacció en sistemes catalítics de isonitrils i fosfinetà-amides i en dímers de gassos nobles.

Síntesi estereoselectiva d'anàlegs ciclobutènics d'L-nucleòsids

En els darrers 30 anys, els anàlegs de nucleòsids han estat una part essencial de la teràpia antiviral. Més recentment, els anàlegs carbocíclics de nucleòsids s'han convertit en importants objectius pel desenvolupament de nous agents terapèutics antivirals i antitumorals, en tant que l'absència de l'enllaç N-glicosídic els confereix una major estabilitat davant l'acció de les fosforilases. Per altra banda, s'ha descrit que alguns nucleòsids de configuració L presenten, en alguns casos, una bona activitat antiviral, una major estabilitat metabòlica i una toxicitat inferior a la dels seus homòlegs de configuració natural. El present treball planteja la síntesi estereoselectiva de derivats ciclobutènics de L-nucleòsids com a agents terapèutics, susceptibles de presentar una major activitat antiviral i una menor toxicitat que els agents actuals. Per assolir aquest objectiu, s'ha construït l'anell ciclobutènic mitjançant una reacció de fotocicloaddició [2+2]. Al mateix temps, s'ha desenvolupat un estudi de la influència del dissolvent en la reacció de fotocicloaddició [2+2] d'enones a alquens halogenats. A més, s'han estudiat diverses condicions de treball per dur a terme la reacció de deshalogenació dels derivats clorats preparats amb la metodologia anterior, utilitzant Zn com a reductor i amb un sistema d'escalfament per microones com a substituent dels mètodes d'escalfament convencionals. Aquest estudi ha permès disminuir notablement el temps d'aquesta reacció, passant de 7 hores a 20 minuts. Les condicions òptimes d'ambdues reaccions determinades amb aquests estudis han permès preparar l'intermedi clau per a la introducció de les bases nitrogenades, essent aquest un potencial precursor dels anàlegs ciclobutènics de nucleòsids, així com sintetitzar el primer producte de la ruta sintètica dissenyada que presenta la base nitrogenada a la seva estructura.

Protected maleimide building blocks for the decoration of peptides, peptoids and peptide nucleic acids

Monomers allowing for the introduction of [2,5-dimethylfuran]-protected maleimides into polyamides such as peptides, peptide nucleic acids, and peptoids were prepared, as well as the corresponding oligomers. Suitable maleimide deprotection conditions were established in each case. The stability of the adducts generated by Michael-type maleimide-thiol reaction and Diels-Alder cycloaddition to maleimide deprotection conditions was exploited to prepare a variety of conjugates from peptide and PNA scaffolds incorporating one free and one protected maleimide. The target molecules were synthesized by using two subsequent maleimide-involving click reactions separated by a maleimide deprotection step. Carrying out maleimide deprotection and conjugation simultaneously gave better results than performing the two reactions subsequently.