Structural Elucidation Tools Integrating Isotropic and Anisotropic NMR for the Elucidation of Siderophores and Small Molecules

Abstract

[Resumen]:Uno de los principales desafíos en la caracterización de productos naturales marinos es la complejidad en su elucidación estructural, por la presencia de múltiples centros estereogénicos. En los últimos años es común encontrarse con publicaciones con errores en la determinación de la conectividad atómica y/o en la configuración relativa o absoluta, por lo que ha llevado a la corrección de numerosas estructuras. Para la resolución de este tipo de problemas la RMN anisotrópica ha surgido como una herramienta clave para mejorar la precisión en la determinación estructural, complementando las técnicas convencionales de RMN isotrópica y reduciendo la incidencia de estructuras incorrectas. En este contexto, la presente tesis doctoral aborda la combinación de técnicas de RMN isotrópica y anisotrópica junto con herramientas computacionales para resolver problemas estructurales de diversa complejidad. En el capítulo 2 se presentan cuatro casos diferentes: el ligularósido A, la saponina triterpenoidal aislada de Passiflora ligularis; los diterpenos alcaloidales de la familia de las agelasinas, aislados de la esponja Agelas citrina; los metalóforos aislados de la cianobacteria marina Lusitaniella coriacea LEGE 07167. Por último el caso de la estereoquímica relativa de análogos sintéticos del sideróforo piscibactina. El capítulo 3 se enfoca en el desarrollo de nuevos medios de alineación y la aplicación de parámetros anisotrópicos para la diferenciación precisa de epímeros con alta flexibilidad conformacional. Además, se presenta el diseño de nuevos geles poliméricos compatibles con disolventes polares, como acetonitrilo y metanol, para la medición de constantes de acoplamiento residuales (RDCs) y desplazamientos químicos residuales (RCSA). Estos avances facilitarán la elucidación estructural de cualquier compuesto natural con centros estereogénicos de esteroquímica relativa desconocida. Los resultados obtenidos en esta investigación contribuyen al desarrollo de metodologías más robustas para la determinación estructural de productos naturales, promoviendo su correcta caracterización y potenciando su aplicación en el desarrollo de fármacos y otras áreas biotecnológicas.

[Resumo]:Un dos principais desafíos na caracterización de produtos naturais mariños é a complexidade na súa elucidación estrutural, pola presenza de múltiples centros estereoxénicos. Nos últimos anos é común atopar publicacións con erros na determinación da conectividade atómica e/ou na configuración relativa ou absoluta, o que levou á corrección de numerosas estruturas. Para resolver este tipo de problemas, a RMN anisotrópica xurdiu como unha ferramenta clave para mellorar a precisión na determinación estrutural, complementando as técnicas convencionais de RMN isotrópica e reducindo a incidencia de estruturas incorrectas. Neste contexto, a presente tese de doutoramento aborda a combinación de técnicas de RMN isotrópica e anisotrópica xunto con ferramentas computacionais para resolver problemas estruturais de diversa complexidade. No capítulo 2 preséntanse catro casos diferentes: o ligularósido A, a saponina triterpenoide illada de Passiflora ligularis; os diterpenos alcaloides da familia das agelasinas, illados da esponxa Agelas citrina; os metalóforos illados da cianobacteria mariña Lusitaniella coriacea LEGE 07167. Por último, o caso da estereoquímica relativa de análogos sintéticos do sideróforo piscibactina. O capítulo 3 céntrase no desenvolvemento de novos medios de aliñamento e na aplicación de parámetros anisotrópicos para a diferenciación precisa de epímeros con alta flexibilidade conformacional. Ademais, preséntase o deseño de novos xeles poliméricos compatibles con disolventes polares, como acetonitrilo e metanol, para a medición de constantes de acoplamento residuais (RDCs) e desprazamentos químicos residuais (RCSA). Estes avances facilitarán a elucidación estrutural de calquera composto natural con centros estereoxénicos de estereoquímica relativa descoñecida. Os resultados obtidos nesta investigación contribúen ao desenvolvemento de metodoloxías máis robustas para a determinación estrutural de produtos naturais, promovendo a súa correcta caracterización e potenciando a súa aplicación no desenvolvemento de fármacos e outras áreas biotecnolóxicas.

[Abstract]: One of the main challenges in the characterization of marine natural products is the complexity of their structural elucidation due to the presence of multiple stereogenic centers. In recent years, it has become common to encounter publications containing errors in the determination of atomic connectivity and/or relative or absolute configuration, which has led to thecorrection of numerous structures. To address these type of issues, anisotropic NMR has emerged as a key tool to improve accuracy in structural determination, complementing conventional isotropic NMR techniques and reducing the occurrence of incorrect structures. In this context, the present doctoral tesis explores the combination of isotropic and anisotropic NMR techniques along with computational tools to solve structural problems of varying complexity. Chapter 2 presents four different cases: ligularoside A, a triterpenoid saponin isolated from Passiflora ligularis; alkaloidal diterpenes of the agelasine family, isolated from the sponge Agelas citrina; metallophores isolated from the marine cyanobacterium Lusitaniella coriacea LEGE 07167; and finally, the case of the relative configuration of synthetic analogs of the siderophore piscibactin. Chapter 3 focuses on the development of new alignment media and the application of anisotropic parameters for the precise differentiation of epimers with high conformational flexibility. Additionally, it presents the design of new polymeric gels compatible with polar solvents such as acetonitrile and methanol,for the measurement of residual dipolar couplings (RDCs) and residual chemical shift anisotropies (RCSAs). These advances will facilitate the structural elucidation of any natural compound with unknown relative configuration. The results obtained in this research contribute to the development of more robust methodologies for the structural determination of natural products, promoting their accurate characterization and enhancing their application in drug development and other biotechnological fields.