Nous derivats del 1-1'-bisnaftalè en el camp de l'enantioreconeixement: enantiodiferenciació i síntesi enantioselectiva

La línia principal d’investigació del nostre grup de recerca es basa en la síntesi i estudi de nous agents de solvatació quirals (CSAs), és a dir, compostos enantiopurs que s’utilitzen per a determinar la puresa enantiomèrica mitjançant la Ressonància Magnètica Nuclear (RMN). Al present treball volem sintetitzar i estudiar estructuralment la dicetona racèmica 14 amb la qual, mitjançant reaccions de reducció, podem obtenir el diol 12, el nou CSA que volem sintetitzar. També forma part del present treball la resolució de la dicetona racèmica 14, és a dir, aconseguir la separació dels seus dos enantiòmers mitjançant la formació de derivats diastereoisomèrics de 14 amb un reactiu enantiopur.

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.

Obtenció de nous anàlegs amb activitat brassinoesteroide mitjançant modelització molecular i síntesi

Els brassinoesteroides són productes naturals que actuen com a potents reguladors del creixement vegetal. Presenten aplicacions prometedores en l’agricultura degut a que, aplicats exògenament, augmenten la qualitat i la quantitat de les collites. Ara bé, el seu ús s’ha vist restringit degut a la seva costosa obtenció. Aquest fet ha motivat la recerca de nous compostos actius més assequibles. En aquest projecte es planteja el disseny i obtenció de nous anàlegs seguint diferents estratègies que impliquen tant l’ús de mètodes de modelització molecular com de síntesi orgànica. La primera d’aquestes estratègies consisteix en buscar compostos actius en bases de dades de compostos comercials a través de processos de Virtual Screening desenvolupats amb mètodes computacionals basats en Camps d’Interacció Molecular. Així, es van establir i interpretar models de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR) emprant descriptors independents de l’alineament (GRIND) i, amb col•laboració amb la Universitat de Perugia, aquest criteri de cerca es va ampliar amb l’aplicació de descriptors FLAP de nova generació. Una altra estratègia es va basar en intentar substituir l’esquelet esteroide dels brassinoesteroides per una estructura equivalent, fixant com a cadena lateral el grup (R)-hexahidromandelil. S’han aplicat dos criteris: mètodes computacionals basats en models QSAR establerts amb descriptors GRIND i també en la metodologia SHOP (scaffold hopping), i, per altra banda, anàlegs proposats racionalment a partir d’un estudi efectuat sobre disruptors endocrins no esteroïdals. Sobre les estructures trobades s’hi va unir la cadena lateral comercial esmentada per via sintètica, en la qual s’ha hagut de fer un èmfasi especial en grups protectors. En total, 49 estructures es proposen per a ser obtingudes sintèticament. També s’ha treballat en l’obtenció un agonista derivat de l’hipotètic antagonista KM-01. Totes les molècules candidates, ja siguin comercials o obtingudes sintèticament, estant sent avaluades en el test d’inclinació de la làmina d’arròs (RLIT).

Determinació de la regió del genoma o gens implicats en la síntesi del polièster extracel•lular present en la variant llisa de Mycobacterium vaccae mitjançant transformació

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Universidad de Zaragoza, Espanya, entre novembre del 2007 i abril del 2008. Mycobacterium vaccae és un micobacteri ambiental de creixement ràpid molt estudiat pel seu interès com a possible ús immunoterapéutic en el tractament de la tuberculosis i altres malalties. M.vaccae a l’igual que altres micobacteris presenta dues morfologies colonials: llisa i rugosa. M.vaccae ATCC15483T té originàriament una morfologia llisa. Quant aquest es cultiva en medi sòlid a 30ºC apareixen espontàniament variants rugoses estables que no reverteixen a llises. El motiu pel qual aquest procés té lloc no es coneix, encara que s’ha descrit en Mycobacterium smegmatis i en Mycobacterium avium que els lípids de la paret cel•lular es troben involucrats en aquest canvi de morfologia colonial. L’anàlisi dels contingut en lípids i glicolípids de la paret cel•lular de les dos variants morfològiques de M.vaccae, ens ha indicat que les soques llises presenten un compost extracel•lular que no es troba en les rugoses i que mitjançant l’anàlisi estructural d’aquest compost ha sigut identificat com un polièster extracel•lular de cadena llarga. El present estudi s’ha centrat en determinar els gens implicats en la síntesis d’aquest compost. Per a realitzar aquest anàlisi genètic s’ha construit una llibreria de mutants per transposició de la soca llisa de M. vaccae mitjançant un plàsmid ts/sac i un transposó. S’han obtingut colònies de morfologia rugosa on el plàsmid s’ha insertat en la zona del genoma que codifica per aquest compost extracel•lular. Aquests nous mutants s’han analitzat mitjançant tècniques moleculars (PCR, Southern y seqüenciació). A mès, s’ha construit una llibreria genòmica amb DNA de la soca llisa en plàsmids replicatius de micobacteris derivats de pAL5000 i s’ha transformat la soca rugosa seleccionant per a un fenotip llis estudiant els gens que complementen.

Síntesi de siRNAs (short interfering RNAs) modificats amb nucleobases 5-metil i 5-propinil pirimidíniques i avaluació de la seva activitat in vitro en cultius cel•lulars i de la seva estabilitat en sèrum humà. Disseny de siRNAs dirigits a la inhibició de l'expressió de mutacions de l'oncogen K-ras.

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Stanford University, EEUU, entre 2007 i 2009. El present projecte es basa 1) en la síntesi de cadenes d'ARN dirigides a la inhibició de l'expressió gènica per un mecanisme d'ARN d'interferència (siRNAs o short interefering RNAs) i 2) en l'avaluació de l'activitat in vitro d'aquests oligonucleòtids en cultius cel•lulars. Concretament, la meva recerca ha estat enfocada principalment a l'estudi de cadenes de siRNA modificades amb nucleobases 5-metil i 5-propinil pirimidíniques. Es tractava d'avaluar l'efecte que exerceixen els factors estèrics en el major groove (solc major) dels siRNAs sobre la seva activitat biològica. En aquest sentit, he dut aterme síntesi de fosforamidits de nucleòsis pirimidínics modificats a la posició C-5 de la nucleobase. A continuació he incorporat aquestes unitats nucleosídiques en cadenes d'ARN emprant un sintetitzador d’ADN/ARN i he estudiat l'estabilitat dels corresponents dúplexs d'ARN mitjançant experiments de desnaturalització tèrmica. Finalment he dut a terme experiments d'inhibició de l'expressió gènica en cèl.lules HeLa per tal d'avaluar l'activitat biològia d'aquests siRNAs modificats. Els resultats d'aquests estudis han posat de manifest que la presència de grups voluminosos com el propinil a l'extrem 5' del dúplex de siRNA (definit per la cadena guia o antisense) influeix de forma molt negativa en la seva activitat biològica. En canvi, grups menys voluminosos com el metil hi influeixen positivament, de manera que algunes de les cadenes sintetitzades han resultat ser més actives que els corresponents siRNAs naturals (wild type siRNAs). A més, aquest tipus de modificació contribueix positivament en l'estabilitat de cadenes de siRNA en sèrum humà. Aquest treball ha estat publicat (Terrazas, M.; Kool, E.T. "Major Groove Modifications Improve siRNA Stability and Biological Activity" Nucleic Acids Res. 2009, in press).

Indicadors bibliomètrics de l'activitat científica de Catalunya (Scopus, 2003-2008) : síntesi

L'enfocament principal d'aquest informe elaborat per Scimago, una de les principals fonts d'informació estadística, se centra en el sistema de producció científica de Catalunya i la seva relació amb l'Estat espanyol i amb el món. L'estudi conté un conjunt d'indicadors de macroanàlisi basada en comparacions amb altres comunitats autònomes; una anàlisi sobre el rendiment segons categories temàtiques i de manera comparada amb l'Estat espanyol i el món, i aportacions per a una microanàlisi. Les anàlisis comprenen la producció científica de tota mena d'institucions agrupades en els sectors universitari, sanitari, d'ens públics de recerca i ens privats. Les conclusions de l'estudi revelen que l'impacte científic de la recerca catalana és semblant al del Canadà, Singapur o Finlàndia. L'informe situa Catalunya com la primera comunitat espanyola pel que fa a l'impacte científic internacional. Matemàtiques, química, immunologia, ciències mediambientals, física, informàtica, ciències dels materials, medicina i agricultura són les àrees de recerca a Catalunya amb un impacte superior a la mitjana mundial. Les enginyeries registren un dèficit de producció científica si es compara amb l'activitat mundial.

Síntesi de nanopartícules de TiO2 fàcilment processables i el seu ús per a fabricar a baixa temperatura cel·les solars sensibilitzades

La gran demanda energètica i la problemàtica dels combustibles fòssils i d‟altres recursos per a obtenir energia posen de manifest la necessitat de desenvolupar tecnologies netes, sostenibles i econòmicament viables de generació d‟energia. En aquest àmbit, les cel·les solars sensibilitzades amb colorant (Dye Sensitized Solar Cells, DSSC), que transformen l‟energia solar a energia elèctrica, són una solució factible. A més, el desenvolupament de mètodes per a construir aquestes cel·les a baixa temperatura permetria fabricar-les sobre substrats plàstics, fet que els donaria un valor afegit i permetria una producció en continu, ràpida i amb baix cost tant, econòmic, com d‟impacte ambiental. Aquest treball presenta el desenvolupament d‟un mètode de producció a baixa temperatura (140 ºC) de DSSC, amb eficiència de 5,9 % sobre substrats FTO/vidre. Aquest valor és superior a la majoria de les eficiències reportades a la bibliografia de DSSC construïdes a baixa temperatura. Les capes mesoporoses que formen els elèctrodes de les DCCS es dipositen per doctor blade a partir d‟una pasta composta per nanopartícules de TiO2, de 4-8 nm, recobertes d‟àcid 3,6,9-trioxadecanoic, per nanopartícules de Degussa P25, de 20-25 nm, i com a dissolvents només s‟utilitza aigua i etanol. L‟aplicació d‟un tractament a 140 ºC permet eliminar la matèria orgànica de la superfície de les nanopartícules de 4-8 nm i unir-les a les de Degussa P25. Aquest fet permet obtenir capes mesoporoses sinteritzades de 6 μm de gruix. A més, l‟aplicació d‟un post-tractament, en el qual s‟utilitza l‟àcid hexafluoro titànic (IV), produeix un lleuger increment en l‟eficiència. Endemés, l‟obtenció de capes primes de TiO2 sobre substrats plàstics és un tema d‟actualitat a causa de la falta de mètodes de deposició a baixa temperatura. En aquest context, s‟ha sintetitzat, mitjançant processos respectuosos amb el medi ambient nanopartícules de TiO2 cristal·lí modificades superficialment amb lauril gal·lat i àcid 3,6,9-trioxodecanoic. Les nanopartícules poden ser dispersades en dissolvents orgànics i aigua respectivament, fet que permet obtenir suspensions estables i de fàcil manipulació. Aquestes poden ser utilitzades com a precursores per a obtenir capes primes a baixa temperatura de TiO2 cristal·lí. En concret, les capes primes formades per nanopartícules de TiO2 modificades amb àcid 3,6,9-trioxodecanoic s‟han utilitzat com a blocking layer en les DSSC construïdes a baixa temperatura.

Síntesi de nous compostos tipus catecol amb aplicació en materials funcionals

En el nostre grup d’investigació i en col·laboració amb el grup d’investigació del doctor Daniel Ruiz-Molina del Centre d’investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) d’aquest campus universitari, hem iniciat un projecte que es planteja aconseguir biomimetitzar certes proteïnes adhesives de mol·luscs, en que la seva adherència es deu a la presència de la funcionalitat catecol. Aprofitant aquesta propietat adhesiva dels catecols, l’objectiu és poder desenvolupar nous materials per a recobriments hidro- i oleofòbics, i nous materials adhesius sent necessari el desenvolupament de protocols sintètics per a l’obtenció de compostos tipus catecol convenientment substituïts. En el present treball de recerca s’ha aconseguit la síntesi del nou catecol 10, que presenta en la seva estructura una cadena alquílica parcialment fluorada amb la finalitat de fer-ne recobriments hidro- i oleofòbics, i l’optimització i escalat del catecol 2, que presenta una cadena alquílica, amb la finalitat de fer-ne recobriments hidrofòbics. També s’ha explorat en la síntesi de catecols amb una funcionalitat tiol amb la finalitat de poder desenvolupar superfícies o nanopartícules d’or adhesives. Partint del producte comercial 17, s’ha aconseguit obtenir 10 en tres etapes sintètiques i un rendiment global del 57% i 2 en dues etapes sintètiques i un rendiment global del 63% a escala multigram, millorant la metodologia sintètica existent que consistia en quatre etapes sintètiques i un 48% de rendiment global.

Síntesi catalítica de nanofibres de carboni a baixa temperatura

La finalitat d'aquest projecte és l'adquisició d'un nou coneixement científic i tecnològic que permeti desenvolupar nous materials a partir de la producció de nanofibres de carboni, que responguin a necessitats de diferents sectors tecnològics i millorin les propietats mecàniques, elèctriques i tèrmiques dels materials existents. En tant això, l’objectiu d’aquest projecte és obtenir una sèrie de mostres de diferents nanofibres de carboni amb propietats controlades. Aquestes estaran generades a partir de diferents paràmetres, com són la temperatura, el temps, el tipus de catalitzador, el tipus de preparació d’aquest i l’aplicació d’un camp magnètic. Un altre dels objectius és realitzar una purificació de les mostres obtingudes. Com també crear diferents compòsits a partir d’una matriu polimèrica termoplàstica d’acrilonitril butadiè estirè (ABS) i nanofibres de carboni, tant purificades com sense purificar, per finalment estudiar les conductivitats elèctriques i tèrmiques dels compòsits elaborats. En aquest estudi s’han emprat materials accessibles comercialment, amb la finalitat d'agilitzar la fase experimental i aconseguir sistemes més fàcilment reproduïbles.

Síntesi de nanopartícules de platí per mitjà de metallosurfactants

En aquest treball es descriu un nou mètode per a la síntesi de nanopartícules de platí per mitjà de metallosurfactants preparats amb fosfines ambifíliques. L’objectiu bàsic consisteix en aprofitar la capacitat d’aquests compostos per formar agregats col·loïdals a fi d’afavorir i intentar controlar els processos de formació de nanopartícules metàl·liques. S’han emprat tres fosfines ambifíliques {Ph2P(CH2)nSO3Na; n=2 (L2), n=6 (L6), n=10 (L10)} per tal d’estudiar la influència de la llargada de la cadena hidrocarbonada en el procés de formació de nanopartícules. D’aquests tres lligands, s’han sintetitzat i caracteritzat els compostos L6 i L10 seguint els procediments descrits en estudis anteriors Per a la síntesi i estudis de complexació amb K2PtCl4, s’han fet servir unes condicions de treball que faciliten la formació de nanopartícules de platí. L’anàlisi dels complexos de platí existents en el medi de reacció mitjançant RMN 31P ha demostrat que es formen especies cis-[PtCl2(Ln)] en tots els casos i que l’augment de la temperatura de reacció afavoreix la formació de complexos quelats (P,O). Aquest fenomen és més important en els lligands amb la cadena hidrocarbonada més curta (L2&& L6& L10). S’han dut a terme estudis d’adsorció i d’agregació mitjançant mesures de tensiometria i de Dynamic Ligth Scattering (DLS) per tal de poder determinar les propietats tensioactives dels metallosurfactants i comparar-les amb estudis anteriors. Finalment, per tal d’obtenir nanopartícules de platí, s’ha dut a terme la reducció després de la formació dels metallosurfactants fent servir borhidrur de sodi com agent reductor. La caracterització de les nanopartícules s’ha centrat en l’ús de tècniques de microscòpia electrònica.

Nova síntesi enantioselectiva de la (R)- i (S)-4-hidroxi-2-ciclohexenona

En el present treball de recerca s’ha plantejat la síntesi de forma enantioselectiva d’ambdós enantiòmers de la 4-hidroxi-2-ciclohexenona i derivats O-protegits. Així, s’ha dut a terme una aproximació sintètica a partir de la 1,4- ciclohexandiona parcialment protegida amb etilenglicol, per obtenir els dos enantiòmers de la molècula objectiu i derivats O-protegits, reproduint metodologies ja emprades en el nostre grup de recerca. D’aquesta manera, s’han obtingut ambdós enantiòmers del derivat O-protegit en un total de 5 passos, amb un rendiment del 60% i un 92% d’excés enantiomèric. Amb aquesta síntesi enantioselectiva s’aconsegueix una millora dels resultats del nostre grup de recerca, essent també una estratègia sintètica molt competitiva amb les que ja estan publicades tant pel bons rendiments obtinguts com per l’excés enantiomèric. L’accessibilitat del producte de partida i el fàcil escalatge de les reaccions fan d’aquesta estratègia sintètica una interessant opció a tenir en compte.

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

Síntesi de la molècula ML-10 i del seu precursor immediat per poder obtenir 18F-ML-10, d'ús en tècniques PET

El 18F-ML-10 és un radiofàrmac utilitzat com a traçador de cèl·lules apoptòtiques mitjançant la tècnica del PET (Positron Emission Tomography). En el present treball de recerca s’ha dut a terme la síntesi de dos precursors del 18F-ML-10, i del producte final no marcat isotòpicament, el ML-10. S’ha plantejat una síntesi convergent per l’obtenció del compost final 3, partint del malonat de di-tert-butil i l’1,5-pentandiol. Tant el precursor tosilat 1 com el mesilat 2 s’han sintetitzat en 3 etapes amb un 29% i un 36% de rendiment, respectivament. El compost 3, utilitzat com a referència en la síntesi del 18F-ML-10, s’ha sintetitzat en 2 etapes a partir del precursor 2 amb un rendiment total de la síntesi del 31%. El procés de radiomarcació s’està portant a terme a l’Institut d’Alta Tecnologia – Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona (IAT–PRBB), on posteriorment es faran estudis neurològics i oncològics on el seguiment de processos apoptòtics és clau.

Síntesi i caracterització de micro- i nanoestructures de compostos fotoactius de perilendiimida

En el present treball de recerca s’ha portat a terme la síntesi i caracterització de fibres a escala micro- i nanomètrica mitjançant l’auto-assemblatge dels compostos 1 i 2. Aquests compostos estan formats per una unitat de perilendiimida (PI) i una unitat d’estilbè i, en base a estudis previs desenvolupats al nostre grup de recerca, haurien de comportar-se com a sistemes acceptor-donador d’electrons fotoinduïts. Per tant, les corresponents estructures obtingudes podrien presentar activitat fotovoltaica. En primer lloc, s’ha abordat la síntesi dels compostos 1 i 2, seguint la metodologia posada a punt prèviament al nostre grup de recerca. A continuació, s’han estudiat les propietats òptiques de 1 i 2 en dissolució, la qual cosa ha permès establir que: (a) tal i com es pretenia, tots dos compostos presenten transferència electrònica fotoinduïda entre la unitat electró-acceptora de PI i la unitat electró-donadora de trans-estilbè; (b) la diferent morfologia de la cadena alquílica lateral del grup de PI a 1 i 2 afecta la seva capacitat d’auto-assemblatge mitjançant interaccions intermoleculars de tipus π-π. A continuació, s’han assajat diferents metodologies per a la fabricació de micro- i nanoestructures auto-assemblades de 1 i 2. Els millors resultats s’han obtingut mitjançant l’ús de motlles d’òxid d’alúmina i per al compost 2 degut al menor impediment estèric de la seva cadena alquílica lateral. La caracterització de les estructures resultants en aquest cas mitjançant tècniques microscòpiques i espectroscòpiques han permès demostrar la formació de nanotubs de 200 nm de diàmetre, d’uns 15 μm de longitud i en què les unitats de PI s’ordenen amb els seus sistemes aromàtics de forma co-facial o gairebé co-facial. La possible activitat fotovoltaica d’aquestes estructures s’estudiarà posteriorment.

Síntesi de nous catecols amb aplicació en materials adhesius bioinspirats

En el nostre grup de recerca i en col·laboració amb el doctor Daniel Ruiz-Molina del Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) d’aquest campus universitari, hem iniciat un projecte que es planteja aconseguir biomimetitzar certes proteïnes adhesives de mol·luscs, l’adherència de les quals es deu a la presència de la funcionalitat catecol. L’objectiu és poder desenvolupar nous materials adhesius basats en aquesta funcionalitat, per tant, és necessari posar a punt protocols sintètics per a l’obtenció de compostos tipus catecol convenientment substituïts. Concretament, en el present treball s’ha aconseguit la síntesi del nou catecol 10, que incorpora en la seva estructura una cadena alquílica acabada en la funcionalitat tiol, amb la finalitat de desenvolupar, més endavant, superfícies o nanopartícules d’or adhesives. En el transcurs d’aquest treball s’ha sintetitzat 4-(6’-mercaptohexil)catecol 10 en una síntesi de tipus convergent l’etapa clau de la qual és una reacció de Wittig entre la sal de fosfoni 11 i l’aldehid 20. La síntesi desenvolupada consta de 9 etapes i s’ha obtingut un rendiment global del 2%.