Design and synthesis of short antimicrobial peptides for plant protection. Study of their mode of action

Aquesta tesi doctoral està basada en el desenvolupament de nous agents antimicrobians derivats del pèptid híbrid cecropina A-melitina WKLFKKILKVL-NH2 (Pep3) que siguin sostenibles i útils per al control de malalties de plantes. Es van dissenyar i sintetitzar més de 133 anàlegs de Pep3 mitjançant química combinatòria. Es van obtenir anàlegs de Pep3 amb una elevada activitat contra fitopatògens i que presentaven baixa toxicitat. Els millors anàlegs van presentar eficàcies comparables amb pesticides de referència en la prevenció d'infeccions causades per fitopatògens. Es va estudiar el mecanisme d'acció de KKLFKKILKYL-NH2 (BP100) investigant la seva interacció amb models de membrana mitjançant tècniques espectroscòpiques. Es va observar la capacitat de BP100 a induir la permeabilització, la neutralització, i l'agregació de vesícules lipídiques aniòniques a una determinada concentració llindar. Es va deduir una equació que relaciona la CMI d'un pèptid antimicrobià amb la constant de partició i la concentració llindar en la membrana.

New Ruthenium complexes containing N, P and S-donor type of ligands: coordination chemistry, characterization and application to asymetric and non-asymetric catalysis

Síntesi de nous complexos de Ruteni amb lligands no quirals que tenen per fórmula [Ru(phen)([9]aneS3)X] (on X = H2O, py i MeCN). Caracterització espectroscòpica electroquímica i estructural d'aquesta família de complexos. Estudi de les seves propietats catalítiques en front a l'oxidació de substrats orgànics com l'alcohol benzílic en reaccions d'electrocatàlisi. Avaluació cinètica dels mecanismes de substitució entre els complexos Ru-py i Ru-MeCN. Generació d'un interruptor molecular foto-induït. Síntesi de nous complexos quirals de Ru atropoisomèricament purs amb lligands oxazolínics que tenen per fórmula [Ru(trpy)(Ph-box-R)X] on (X = Cl, H2O, py, MeCN, 2-OH-py). Caracterització estructural exhaustiva en estat sòlid (Raig-X) en solució (RMN) i en fase gas (càlculs DFT). Avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'epoxidació de substrats proquirals. Síntesi de nous lligands polipiridílics quirals amb simetria C3. Estudi de la seva química de coordinació i avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'oxidació i reducció.

Single and multiple addition to C60. A computational chemistry study

Des del seu descobriment, a la molècula C60 se li coneixen una varietat de derivats segons el tipus de funcionalització amb propietats fisicoquímiques específiques de gran interès científic. Una sel·lecció de derivats corresponents a addicions simple o múltiple al C60 s'ha considerat en aquest treball d'investigació. L'estudi a nivell de química computacional de diversos tipus d'addició al C60 s'han portat a terme per tal de poder donar resposta a aspectes que experimentalment no s'entenen o són poc clars. Els sistemes estudiats en referència a l'addició simple al C60 han estat en primer lloc els monoiminoful·lerens, C60NR, (de les dues vies proposades per la seva síntesi, anàlisis cinètic i termodinàmic han ajudat a explicar els mecanismes de formació i justificar l'addició a enllaços tipus [5,6]), i en segon lloc els metanoful·lerens i els hidroful·lerens substituits, C60CHR i C60HR, (raons geomètriques, electròniques, energètiques i magnètiques justifiquen el diferent caràcter àcid ente ambdós derivats tenint en compte una sèrie de substituents R amb diferent caràcter electrònic donor/acceptor). Els fluoroful·lerens, C60Fn, i els epoxid ful·lerens, C60On, (anàlisi sistemàtic dels seus patrons d'addició en base a poder justificar la força que els governa han aportat dades complementàries a les poques que existeixen experimentalment al respecte).

Synthesis and evaluation of cyclic cationic peptides as antimicrobial agents for use in plant protection

Aquesta tesi doctoral se centra en l'estudi de l'aplicació de pèptids antimicrobians en la lluita contra agents patògens de cultius de plantes d'interès econòmic.L'estratègia sintètica s'ha portat a terme utilitzant metodologies convencionals de síntesi de pèptids en fase sòlida com l'estratègia tridimensional ortogonal Fmoc/tBut/Allyl. Ha calgut fer la recerca de les condicions òptimes per a l'eliminació del grup Allyl i la ciclació. D'entre els pèptids cíclics de 4-10 aminoacids sintetitzats, el decapèptid c(Lys-Leu-Lys-Leu-Lys-Phe-Lys-Lys-Leu-Gln) ha resultat ésser el més efectiu i s'ha pres com a base per al disseny d'una quimioteca de 56 pèptids. Dels resultats obtinguts s'ha sintetitzat una segona quimioteca basada en l'estructura general c(X1-X2-X3-X4-Lys-Phe-Lys-Lys-Leu-Gln) determinada com la que posseix el millor perfil d'activitat. Els pèptids més efectius obtinguts constituixen els primers exemples de pèptids cíclics actius contra E. amylovora i poden ser considerats com a bons candidats pel desenvolupament d'agents antimicrobians efectius en protecció vegetal.

Synthesis of unusual alpha-amino acids and study of the effect of their incorporation into antimicrobial peptides. Total synthesis of biactive marine natural products and analogues thereof

The principle theme of this thesis was the synthesis of bioactive compounds. To this end, this work was focus on two main projects. The first one, which was carried out in the Department of Chemistry of the University of Girona under the supervision of Dr Montserrat Heras, concerned the synthesis of new unnatural amino acids bearing a pyrimidine ring within their side chain for incorporation into the antimicrobial peptide BP100 following a rational design in order to improve its biological profile. On the other hand, the second chapter of this thesis was developed in collaboration with the Laboratoire de Chimie Organique (ESPCI-ParisTech, Paris, France) under the guidance of Pr Janine Cossy and Dr Arseniyadis. This chapter was centered on the total synthesis of three marine natural products with complex structures and interesting biological activities: acremolide B, (–) bitungolide F and lyngbouilloside.

Synthesis, structure and reactivity of novel CuI, CuII and CuIII complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4 Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat. La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I). En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8 S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi. Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6 Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.

Synthesis and evaluation of novel boron-containing complexes of potential use for the selective treatment of malignant melanoma

Boron-containing complexes that have the potential to irreversibly accumulate in melanoma cells have been prepared by reaction of amino acids with 9-methoxy-9-borabicyclo[3.3.1]nonane. The ability of each complex to act as a substrate for tyrosinase has been probed by oximetry. Increased uptake of the lead candidate in a tyrosinase-rich cell line, compared with a tyrosinase-absent cell line, is reported, with results correlating well with that for a drug currently approved for BNCT.

The synthesis of chiral N-heterocyclic carbene–borane and –diorganoborane complexes and their use in the asymmetric reduction of ketones

Chiral N-heterocyclic carbene–borane complexes have been synthesised, and have been shown to reduce ketones with Lewis acid promotion. Chiral N-heterocyclic carbene–borane and –diorganoborane complexes can reduce ketones with enantioselectivities up to 75% and 85% ee, respectively.

Rapid synthesis of carbohydrate derivatives, including mimetics of c-linked disaccharides and c-Linked aza disaccharides, using the Hetero-Diels−Alder Reaction

In this work we demonstrate the value of performing a Hetero Diels-Alder reaction (HDAR) between Danishefsky’s diene and a range of aldehydes or imines, under microwave irradiation. By using a range of aldehydes and imines, including those derived from carbohydrates, access to functionalised 2,3-dihydro-4H-pyran-4-ones or 2,3-dihydro-4-pyridinones in good to excellent synthetic yields is possible. A particular strength of the methodology is its ability to access mimetics of C-linked disaccharides and C-linked aza disaccharides, targets of current therapeutic interest, in a rapid, convenient and diastereoselective manner. The effect of high pressure on the HDARs involving carbohydrate derived aldehydes and imines is also explored, with enhancement in yields occurring for the aldehyde substrates. Finally, HDARs using carbohydrate derived ketones, enones and enals are described under a range of conditions. Optimum results were obtained under high pressure conditions, with highly functionalized carbohydrate derivatives being afforded, in good yields, in this way.

Synthesis and characterization of fluorescent poly(aromatic amide) dendrimers

The synthesis of a series of poly(aromatic amide) dendrimers up to the second generation is described herein. The AB, building block used throughout the synthesis of the dendrimers was the allyl ester of 3,5-diaminocinnamic acid, which has been synthesized from 3,5-dinitrobenzoic acid in good yield with use of a four-step procedure. Dendron synthesis was achieved via a convergent approach with use of a sequence of deprotection/coupling steps. Two commercially available alcohols, L-menthol and citronellol, were coupled to the AB(2) monomer by using an alkyl diacid spacer and two core units; 1,7-diaminoheptane and tris(2-aminoethyl)amine have been used to produce the final dendrimers. Characterization was carried out by NMR and IR spectroscopies, MALDI-TOF mass spectrometry, GPC, and DSC. The novel monomer and dendritic derivatives exhibited a strong fluorescence emission in the visible region (lambda approximate to 500 nm) of the spectrum and a weak emission in the near-infrared (lambda approximate to 850 nm) upon excitation in the near-UV region. The fluorescence emission characteristics were found to be solvent and dendrimer generation dependent.

Synthesis and crystal structure of the thiophene-3-acetonitrile complex fac-[Mo(CO)(3){NCCH2(C4H3S-3)}(3)]

Reaction of fac-[ Mo( CO)(3)( NCMe)(3)] with three equivalents of NCCH2(C4H3S- 3) in acetonitrile gives the tris(thiophene- 3- acetonitrile) complex, fac-[Mo(CO)(3){NCCH2(C4H3S-3)}(3)] (1) in 7% yield. Complex 1 crystallizes out in the orthorhombic space group Pnma with a = 12.714( 17), b = 16.41( 2), c = 11.304(16) Angstrom, Z = 4. The structure has crystallographic m symmetry and the metal is in an almost perfect octahedral environment, with a facial arrangement of carbonyl and thiophene- 3- acetonitrile groups. The thiophene rings are disordered.

Dinuclear complexes of M-II thiocyanate (M = Ni and Cu) containing a tridentate Schiff-base ligand: synthesis, structural diversity and magnetic properties

A dinuclear Ni-II complex, [Ni-2(L)(2)(H2O)(NCS)(2)]center dot 3H(2)O (1) in which the metal atoms are bridged by one water molecule and two mu(2)-phenolate ions, and a thiocyanato-bridged dimeric Cull complex, [Cu(L)NCS](2) (2) [L = tridentate Schiff-base ligand, N-(3-aminopropyl)salicylaldimine, derived from 1:1 condensation of salicylaldehyde and 1,3-diaminopropane], have been synthesized and characterized by IR and UV/Vis spectroscopy, cyclic voltammetry and single-crystal X-ray diffraction studies. The structure of 1 consists of dinuclear units with crystallographic C-2 symmetry in which each Ni-II atom is in a distorted octahedral environment. The Ni-O distance and the Ni-O-Ni angle, through the bridged water molecule, are 2.240(11) angstrom and 82.5(5)degrees, respectively. The structure of 2 consists of dinuclear units bridged asymmetrically by di-mu(1,3)-NCS ions; each Cull ion is in a square-pyramidal environment with tau = 0.25. Variable-temperature magnetic susceptibility studies indicate the presence of dominant ferromagnetic exchange coupling in complex 1 with J = 3.1 cm(-1), whereas complex 2 exhibits weak antiferromagnetic coupling between the Cu-II centers with J = -1.7 cm(-1). ((c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2005)

Synthesis and Biological Evaluation of New Ozonides with Improved Plant Growth Regulatory Activity

The iron oxyallyl carbocation generated from 2,7-dibromocycloheptanone was induced to undergo [4 + 3] cycloaddition reactions with various furans, affording a series of 12-oxatricyclo-[4.4.1.1(2,5)]-dodec-3-en-11-one adducts. Similar methodology was used to prepare two additional cycloadducts using menthofuran and two homologous aliphatic dibromoketones. Dipolar cycloaddition of ozone to the adducts afforded the corresponding secondary ozonides (i.e., 1,2,4-trioxolanes) in variable yields. Ozonides were investigated by quantum mechanics at the B3LYP/6-31+G* level to study structural features including close contacts which may be responsible for enhancing ozonide stability. The effect of these ozonides and their corresponding precursor cycloadducts upon radicle growth of both Sorghum bicolor and Cucumis sativus was evaluated at 5.0 x 10(-4) mol L-1. The most active cycloadducts and ozonides were also evaluated against the weed species Ipomoea grandifolia and Brachiaria decumbens, and the results are discussed. Compared to ozonides previously synthesized in our laboratory, the new ozonides described herein present improved plant growth regulatory activity.

Monatin and its stereoisomers: chemoenzymatic synthesis and taste properties

The sweet natural compound monatin 1 has two stereogenic centres and the (2S,4S) absolute configuration has been attributed to the natural isomer. We obtained all four stereoisomers as pure compounds by a six-step synthetic sequence. The stereogenic centre at C-4 was introduced stereoselectively by a regio- and enantiospecific enzymatic hydrolysis of the racemic ethyl dicarboxylate 4 using a protease from Aspergillus oryzae. The absolute configuration of the intermediate products was assigned by X-ray diffraction of chiral derivatives. The stereogenic centre at C-2 was introduced non-specifically, and the resulting diastereomeric mixtures were separated by RP-HPLC. The absolute configurations of the final products were established by comparing retention times on a chiral HPLC column with those of known samples. The four stereoisomers were submitted to tasting trials and three of them, particularly the (2R,4R) isomer, were found to be intensely sweet. A sample of natural monatin analysed under the same conditions is shown to contain all the four stereoisomers. The relative stereoisomeric content in the plant, as well as the possible isomerisation of the chiral centres during extraction and manipulation of monatin samples, are important points that need to be clarified by extensive analysis of the natural extracts. ((c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2005).

Rhodium assisted C-H activation of N-(2 '-hydroxyphenyl)benzaldimines. Synthesis, structure and electrochemical properties of a group of organorhodium complexes

Reaction of a group of N-(2'-hydroxyphenyl)benzaldimines, derived from 2-aminophenol and five para-substituted benzaldehydes (the para substituents are OCH3, CH3, H, Cl and NO2), with [Rh(PPh3)(3)Cl] in refluxing toluene in the presence of a base (NEW afforded a family of organometallic complexes of rhodium(III). The crystal structure of one complex has been determined by X-ray crystallography. In these complexes the benzaldimine ligands are coordinated to the metal center, via dissociation of the phenolic proton and the phenyl proton at the ortho position of the phenyl ring in the imine fragment, as dianionic tridentate C,N,O-donors, and the two PPh3 ligands are trans. The complexes are diamagnetic (low-spin d(6), S = 0) and show intense MLCT transitions in the visible region. Cyclic voltammetry shows a Rh(III)-Rh(IV) oxidation within 0.63-0.93 V vs SCE followed by an oxidation of the coordinated benzaldimine ligand. A reduction of the coordinated benzaldimine is also observed within -0.96 to -1.04 V vs SCE. Potential of the Rh(Ill)-Rh(IV) oxidation is found to be sensitive to the nature of the para-substituent. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.