Synthesis of Cysteine Analogues in Enantiopure Form

La cisteína es un α-aminoácido proteinogénico, no esencial, presente en el organismo. La importancia de este aminoácido reside en sus propiedades antioxidantes y su presencia en la estructura de moléculas como el glutatión y lantionina, entre otros muchos péptidos de interés biológico e industrial. El glutatión es un tripéptido, cuya función principal es reducir los radicales peróxido que se generan en el organismo, por ello es considerado un potente antioxidante natural, mientras que la lantionina es un bis-aminoácido componente de los lantiobióticos, una familia de péptidos antimicrobianos.Una estrategia habitual para mejorar las propiedades de los péptidos es la introducción de aminoácidos modificados que confieran rigidez a su estructura secundaria. En este sentido, las modificaciones que se pueden realizar en la cadena lateral de la cisteína se pueden englobar en 7 grandes grupos. Esta tesis se ha centrado en la síntesis de derivados cíclicos de L-cisteína de forma enantioméricamente pura que incorporen ciclos de diferente tamaño y naturaleza química entre las posiciones α y β. Dichas cisteínas modificadas podrían ser introducidas en moléculas bioactivas, con el objetivo final de mejorar sus propiedades biológicas.Por ello, se llevó a cabo el diseño y optimización de una metodología sintética que permitiese acceder de una manera sencilla y en pocos pasos sintéticos a la obtención de dehidrocisteinas homoquirales y enantioméricamente puras que pudieran ser, a priori, sustratos versátiles sobre los que llevar a cabo reacciones de cicloadición. En este sentido, se consiguió optimizar una ruta sintética para la obtención de tiazolinas homoquirales, enantiopuras y en escala de multigramos, con diferentes estados de oxidación en su átomo de azufre, como equivalentes sintéticos de dehidrocisteína. Dichas tiazolinas fueron empleadas como sustratos de partida en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar con diazoalcanos,4 nitronas e iluros de azometino y en reacciones de cicloadición Diels-Alder con dienos con el fin de obtener análogos de cisteínas que incorporasen distintos ciclos (ciclopropilos, isoxazolidinas, prolinas y ciclohexilos) entre las posiciones α y β. La elevada reactividad de los sustratos de partida con el átomo de azufre oxidado se debe al efecto electrón atractor del grupo sulfinilo y sulfonilo. Por otra parte, la excelente diastereoselectividad observada es promovida por el grupo terc-butilo que bloquea la cara Re,Si del doble enlace durante las reacciones de cicloadición. Por tanto, en esta ruta sintética cobra gran importancia el fenómeno de autoreproducción de la quiralidad de Seebach.Los cicloaductos obtenidos mediante reacción de cicloadición de la tiazolina que incorpora un grupo sulfinilo y distintos dienos, tras la secuencia sintética de hidrogenación del doble enlace, reducción del grupo sulfinilo a tioéter, desprotección de los grupos protectores de las funciones carboxilo y amino y apertura del anillo de tiazolina permitieron acceder a cisteínas modificadas en su forma oxídada, cistina (puente disulfuro), que incorporan anillos de 6 miembros entre las posiciones α y β.Por último, la cistína que incorpora un ciclohexano en su cadena lateral fue empleada para la preparación de una lantionina modificada enantioméricamente pura, y para la obtención un dipéptido precursor de glutationes modificados.Por lo tanto, en la presenta tesis se ha desarrollado una metodología competitiva para la obtención de derivados cíclicos homoquirales de L-cisteína empleando como sustratos de partida tiazolinas enantioméricamente puras y se ha desarrollado así mismo un procedimiento sintético para obtener péptidos y lantioninas a partir de las cisteínas modificadas obtenidas.<br /

Dehydroaminophosphonic acids: Synthesis, reactivity and biological applications

Esta tesis doctoral trata sobre la síntesis y estudio de los ácidos α,β-deshidroaminofosfónicos, análogos fosforados de los α,β-deshidroaminoácidos. Estos últimos están presentes en múltiples péptidos, donde afectan de forma decisiva a su reactividad o propiedades conformacionales. Sin embargo, sólo se ha encontrado la estructura de deshidraminofosfonato en un péptido bioactivo: el antibiótico de amplio espectro dehydrophos. Su mecanismo de acción difiere significativamente del descrito tanto para deshidropéptidos y compuestos que contienen un ácido aminofosfónico en su estructura. Así, el dehydrophos es introducido por el microorganismo objetivo, donde libera un acetilfosfonato que resulta tóxico para la célula.Por estos motivos, en el primer capítulo de esta tesis doctoral se describe un método versátil y eficiente para la síntesis del péptido dehydrophos, basado en la generación del resto de dehidroaminofosfonato mediante la reacción de Horner-Wadsworth-Emmons entre formaldehído y un peptidilaminometil bisfosfonato que posee la secuencia peptídica del dehydrophos.Por otro lado, los ácidos acilfosfónicos y sus derivados son generalmente importantes compuestos bioactivos. Por tanto, los análogos del dehydrophos que posean en su estructura distintos sustituyentes podrían llegar a tener interesantes propiedades, ya que serían capaces de liberar en el interior del microorganismo un derivado de ácido acilfosfónico. La versatilidad del procedimiento desarrollado en el capítulo 1 se ha aprovechado para obtener compuestos con el esqueleto del dehydrophos en los que se ha introducido sustituyentes tanto en el grupo ácido fosfónico como en el residuo de vinilo. Por otro lado, dicho método sintético también permite modificar la secuencia peptídica de los compuestos. De este modo, el segundo capítulo de la tesis se ha dedicado al estudio de la síntesis de una serie de derivados del dehydrophos, y a estudiar como las variaciones introducidads en la estructura del dehydrophos afectan a la actividad biológica de los compuestos sintetizados.Además, en comparación con los α,β-deshidroamino ácidos, existen muy pocos estudios sobre la reactividad de los α,β-deshidroaminofosfonatos. Las reacciones estudiadas están limitadas a reacciones de hidrogenación selectiva del doble enlace, adición-1,4 asimétrica de organotrifluoroboratos catalizada por rodio, la cicloadición-1,3 de diazoalcanos y a reacciones de electrociclación. Por tanto, el tercer capítulo de la tesis se ha centrado en estudiar el uso de los deshidroaminofosfonatos como dienófilos en la reacción de Diels-Alder. En dicho estudio se ha analizado la influencia de los grupos protectores de los derivados de ácidos α,β-deshidroaminofosfónicos en el transcurso de la reacción, para así obtener biciclos que contienen un aminofosfonato cuaternario.<br /

Self-assembly of diphenylalanine with preclick components as capping groups

Alkyne and azide, which are commonly used in the cycloaddition reaction recognized as “click chemistry”, have been used as capping groups of two engineered diphenylalanine (FF) derivatives due to their ability to form weak intermolecular interactions (i.e. dipole–π and π–π stacking). In Poc-FF-N3, alkyne and azide act as N- and C-terminal capping groups, respectively, while such positions are exchanged in N3-FF-OPrp. The self-assembly of such two synthesized peptides has been extensively studied in their “pre-click” state, considering the influence of three different factors: the peptide concentration, the polarity of the medium, and the nature of the substrate. Poc-FF-N3 assembles into microfibers that, depending on the medium and the substrate, can aggregate hierarchically in supramolecular structures with different morphologies. The most distinctive one corresponds to very stable birefringent dendritic-like microstructures, which are derived from the ordered agglomeration of microfibers. These branched supramolecular structures, which are observed under a variety of conditions, are relatively uncommon in short FF sequences. At the molecular level, Poc-FF-N3 organizes in antiparallel β-sheets stabilized by N–H⋯O intermolecular hydrogen bonds and re-enforced by weak interactions between the azide and alkyne groups of neighbouring molecules. In contrast, N3-FF-OPrp exhibits a very poor tendency to organize into structures with a well-defined morphology. Theoretical calculations on model complexes indicate that the tendency of the latter peptide to organize into small amorphous agglomerates is due to its poor ability to form specific intermolecular interactions in comparison with Poc-FF-N3. The implications of the weak interactions induced by the alkyne and azide groups, which strengthen peptide⋯peptide hydrogen bonds and π-ladders due to the stacked aromatic phenyl side groups, are discussed.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Self-assembly of tetraphenylalanine peptides

Three different tetraphenylalanine (FFFF) based peptides that differ at the N- and C-termini have been synthesized by using standard procedures to study their ability to form different nanoassemblies under a variety of conditions. The FFFF peptide assembles into nanotubes that show more structural imperfections at the surface than those formed by the diphenylalanine (FF) peptide under the same conditions. Periodic DFT calculations (M06L functional) were used to propose a model that consists of three FFFF molecules defining a ring through head-to-tail NH3 +¿-OOC interactions, which in turn stack to produce deformed channels with internal diameters between 12 and 16 Å. Depending on the experimental conditions used for the peptide incubation, N-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) protected FFFF self-assembles into a variety of polymorphs: ultra-thin nanoplates, fibrils, and star-like submicrometric aggregates. DFT calculations indicate that Fmoc-FFFF prefers a parallel rather than an antiparallel ß-sheet assembly. Finally, coexisting multiple assemblies (up to three) were observed for Fmoc-FFFF-OBzl (OBzl = benzyl ester), which incorporates aromatic protecting groups at the two peptide terminals. This unusual and noticeable feature is attributed to the fact that the assemblies obtained by combining the Fmoc and OBzl groups contained in the peptide are isoenergetic. Variety show! Three different tetraphenylalanine-based peptides that differ at the N- and C-termini have been synthesized by using standard procedures to study their ability to form different nanoassemblies (e.g., nanotubes, see figure) under a variety of conditions.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Self-assembly of diphenylalanine with preclick components as capping groups

Alkyne and azide, which are commonly used in the cycloaddition reaction recognized as “click chemistry”, have been used as capping groups of two engineered diphenylalanine (FF) derivatives due to their ability to form weak intermolecular interactions (i.e. dipole–π and π–π stacking). In Poc-FF-N3, alkyne and azide act as N- and C-terminal capping groups, respectively, while such positions are exchanged in N3-FF-OPrp. The self-assembly of such two synthesized peptides has been extensively studied in their “pre-click” state, considering the influence of three different factors: the peptide concentration, the polarity of the medium, and the nature of the substrate. Poc-FF-N3 assembles into microfibers that, depending on the medium and the substrate, can aggregate hierarchically in supramolecular structures with different morphologies. The most distinctive one corresponds to very stable birefringent dendritic-like microstructures, which are derived from the ordered agglomeration of microfibers. These branched supramolecular structures, which are observed under a variety of conditions, are relatively uncommon in short FF sequences. At the molecular level, Poc-FF-N3 organizes in antiparallel β-sheets stabilized by N–H⋯O intermolecular hydrogen bonds and re-enforced by weak interactions between the azide and alkyne groups of neighbouring molecules. In contrast, N3-FF-OPrp exhibits a very poor tendency to organize into structures with a well-defined morphology. Theoretical calculations on model complexes indicate that the tendency of the latter peptide to organize into small amorphous agglomerates is due to its poor ability to form specific intermolecular interactions in comparison with Poc-FF-N3. The implications of the weak interactions induced by the alkyne and azide groups, which strengthen peptide⋯peptide hydrogen bonds and π-ladders due to the stacked aromatic phenyl side groups, are discussed.Peer Reviewe

Self-assembly of tetraphenylalanine peptides

Three different tetraphenylalanine (FFFF) based peptides that differ at the N- and C-termini have been synthesized by using standard procedures to study their ability to form different nanoassemblies under a variety of conditions. The FFFF peptide assembles into nanotubes that show more structural imperfections at the surface than those formed by the diphenylalanine (FF) peptide under the same conditions. Periodic DFT calculations (M06L functional) were used to propose a model that consists of three FFFF molecules defining a ring through head-to-tail NH3 +¿-OOC interactions, which in turn stack to produce deformed channels with internal diameters between 12 and 16 Å. Depending on the experimental conditions used for the peptide incubation, N-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) protected FFFF self-assembles into a variety of polymorphs: ultra-thin nanoplates, fibrils, and star-like submicrometric aggregates. DFT calculations indicate that Fmoc-FFFF prefers a parallel rather than an antiparallel ß-sheet assembly. Finally, coexisting multiple assemblies (up to three) were observed for Fmoc-FFFF-OBzl (OBzl = benzyl ester), which incorporates aromatic protecting groups at the two peptide terminals. This unusual and noticeable feature is attributed to the fact that the assemblies obtained by combining the Fmoc and OBzl groups contained in the peptide are isoenergetic. Variety show! Three different tetraphenylalanine-based peptides that differ at the N- and C-termini have been synthesized by using standard procedures to study their ability to form different nanoassemblies (e.g., nanotubes, see figure) under a variety of conditions.Peer Reviewe

Enantiomers of benzoheteroepine derivatives and use thereof as anti-carcinogenic agents

Número de publicación: ES2365414 B1. Número de solicitud: 201030415.Los enantiómeros de compuestos benzoheteroepínicos, más concretamente(R)-9-[1-(p-nitrobencénsulfonil)-1,2,3,5-tetrahidro-4,1-benzoxazepin-3-il]-2,6-dicloro-9H-purina y (S)-9-[1-(p-nitrobencénsulfonil)-1,2,3,5-tetrahidro-4,1-benzoxazepin-3-il]-2,6-dicloro-9H-purina. La invención también se refiere al uso como medicamentos, más preferiblemente para el tratamiento de diversos tipos de neoplasias.The invention relates to enantiomers of benzoheteroepine compounds, specifically (R)-9-[1-(p-nitrobenzenesulfonyl)-1,2,3,5-tetrahydro-4,1-benzoxazepine-3-il]-2,6-dichloro-9H-purine and (S)-9-[1-(p-nitrobenzenesulfonyl)-1,2,3,5-tetrahydro-4,1-benzoxazepine-3-il]-2,6-dichloro-9H-purine. The invention also relates to the use thereof as drugs, preferably for the treatment of different types of neoplasms.Servicio Andaluz de Salud (SAS)Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)Universidad de GranadaUniversidad de ZaragozaUniversidad de Jaé

Cysteine-based 3-substituted 1,5-benzoxathiepin derivatives: Two new classes of anti-proliferative agents

Two distinct series of the 3-amino-1,5-benzoxathiepin scaffold, derived from L-cysteine, were synthesized and evaluated for their anti-proliferative activity in the breast cancer MDA-MB-231 and MCF-7 cells, and in the ovarian carcinoma SKOV-3 cell line. (3R)-Amino-3,4-dihydro-2H-1,5-benzoxathiepin [(R)-10] was diversified into two forms: (a) by incorporating different amino acids at its position 3, through an amide bond; and (b) by construction of the purine ring to give 6-chloro-9-[2-(3,4-dihydro-2H-1,5-benzoxathiepin-(3R)-yl)]-9H-purine [(R)-28]. Nevertheless, when the introduction of iodine was tried at position 2 of the purine ring of (R)-28, 2-{[2-(6-chloro-2-iodo-9H-purin-9-yl)prop-2-en-1-yl]thio}phenol (34) was obtained. Compound 34 shows activity against cancer cells. Interestingly, 34 inhibits mammosphere formation at the micromolar range, demonstrating activity against cancer stem cells. Although further studies of its targets and mechanism of action are needed, these findings support the therapeutic potential of this compound in cancer