La recerca en el nostre grup està centrada principalment en el desenvolupament de noves transformacions i metodologies catalitzades per or i la seva aplicació en la síntesis de productes naturals. Així doncs, la metodologia desenvolupada prèviament per a la heterohidroarilació intramolecular d’alquins catalitzada per or, es va considerar com una potencial estratègia per a la síntesis de les lundurines A–C. L’elaboració d’un mètode eficient per generar el centre estereogènic present al C20 va conduir al desenvolupament d’una reacció tàndem de condensació / lactamització / reordenament Claisen. El gran nivell d’enantioselectivitat d’aquesta transformació es va aconseguir mitjançant l’ optimització de l’auxiliar quiral. L’elevada selectivitat observada en la reacció d’ hidroheteroarilació emprant Au(I) com a catalitzador va ser utilitzada per a la formació de l’anell “polihidroazocí”. A més, es va descobrir una nova ciclopropanació intramolecular d’ indols mitjançant la formació d'una pirazolina i la posterior formació d'enllaços C-C a través de la pèrdua de dinitrogen i àcid toluenosulfínic. En el curs de les nostres investigacions, es va observar una migració olefínica que té lloc a través d'un reordenament vinilciclopropà retro-ene / ene i es va aplicar a la síntesi d'aquesta família d'alcaloides. Les síntesis totals racèmica i enantioselectiva de les lundurines A-C va dur-se a terme a partir d’un precursor d’alquí comú. Va ser possible assignar la configuració absoluta de lundurina C com (5aR, 5bS, 6aR, 12aR) a partir de l'estructura cristal·lina de raigs X de la seva sal d'amoni N-Me. La reacció totalment diastereoselectiva de cicloisomerització d’ 1,5–enins catalitzada per or es va aplicar com el pas clau en la síntesi total de cannabimovone i anhydrocannabimovone (9). També es va revisar l'estereoquímica de la fusió de l'anell de l’ anhydrocannabimovone per cristal·lografia de raigs X i càlculs DFT. / La investigación en nuestro grupo se centra principalmente en el desarrollo de nuevas transformaciones y metodologías empleando catálisis de oro y su aplicación en la síntesis de productos naturales. Así, se consideró la heterohidroarilación intramolecular de alquinos catalizada por oro(I), previamente desarrollada, como una estrategia prometedora para la síntesis de las lundurinas A–C. La elaboración de un método eficaz para generar el centro estereogénico C20 requerido resultó en el desarrollo de una condensación / lactamización / transposición de Claisen tandem. La buena enantioselectividad de esta transformación se consiguió mediante la optimización del auxiliar quiral. Se aprovechó la alta selectividad de la hidroheteroarilación 8-endo-dig usando oro(I) como catalizador para construir el anillo de polihidroazocina. Se ha descubierto una nueva ciclopropanación intramolecular de indoles que transcurre mediante la formación de una pirazolina y consiguiente formación del enlace C–C con pérdida de dinitrógeno y ácido toluensulfónico. A lo largo de nuestras investigaciones, se ha encontrado una migración de olefinas remarcablemente fácil a través de una transposición retro-eno / eno de un vinilciclopropano, y se ha aplicado en la síntesis de esta familia de alcaloides. En la síntesis total tanto racémica como enantioselectiva de las lundurinas A–C se ha desarrollado y aplicado con éxito una estrategia unificada. La configuración absoluta de la lundurina C se ha asignado como (5aR,5bS,6aR,12aR) por difracción de rayos X de la estructura cristalina de su sal de amonio N-Me. La cicloisomerización completamente diastereoselectiva de 1,5-eninos sencillos catalizada por oro(I) se aplicó como paso clave en la síntesis total de cannabimovone y anhydrocannabimovone. También se revisó la estereoquímica de la fusión de anillos de anhydrocannabimovone mediante cristalografía de rayos X y cálculos DFT. / Research in our group is focused primarily upon the development of new transformations and methodologies employing gold catalysis and on their application to the total synthesis of natural products. Thus, the previously developed gold(I)-catalyzed intramolecular hydroheteroarylation of alkynes was considered a promising strategy for the synthesis of lundurines A–C. The elaboration of an efficient method to generate the required C20 stereocenter resulted in the development of a tandem condensation / lactamization / Claisen rearrangement. The good level of enantioselectivity for this transformation was achieved by optimization of the chiral auxiliary. We took advantage of a highly 8-endo-dig selective hydroheteroarylation using gold(I) as the catalyst in order to build the polyhydroazocine ring. A new intramolecular cyclopropanation of indoles by formation of a pyrazoline and subsequent C–C bond formation through loss of dinitrogen and toluenesulfinic acid has been discovered. In the course of our investigations, a remarkably facile olefin migration through a vinylcyclopropane retro-ene / ene rearrangement was found and applied to the synthesis of this family of alkaloids. A unified has been developed and successfully applied to the racemic and enantioselective total syntheses of lundurine A–C. The absolute configuration of lundurine C has been assigned as (5aR,5bS,6aR,12aR) by the X-ray crystal structure of its N-Me ammonium salt. The fully diastereoselective gold(I)-catalyzed cycloisomerization of simple 1,5-enynes was applied as the key step in the total synthesis of cannabimovone and anhydrocannabimovone. We also revised the stereochemistry of the ring fusion of anhydrocannabimovone by X-ray crystallography and DFT calculations.

Tesi realitzada a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (CSIC) / El objetivo principal de la presente tesis ha sido la preparación y caracterización de emulsiones bituminosas concentradas y altamente concentradas de betún en agua controlando el tamaño de gota. Las investigaciones y estudios llevados a cabo se dividen en las siguientes etapas: -Caracterización de la naturaleza química y coloidal de diferentes betunes. - Estudio del comportamiento fásico de tensioactivos comerciales. -Preparación y caracterización de emulsiones concentradas y altamente concentradas de betún en agua. Las investigaciones desarrolladas han permitido alcanzar las siguientes conclusiones principales: -El betún es considerado un sistema coloidal en el que se encuentras dispersos nanocristales de parafina, agregados de asfaltenos y moléculas de resina. Los nanocristales de parafina se encuentran en betunes de naturaleza parafínica y poseen tamaños alrededor de 50 nm. Estos nanocristales son de menor tamaño cuando el betún ha sido enfríado rápidamente y desaparecen a los 70ºC, temperatura de fusión de la parafina. Los agregados de asfaltenos poseen un tamaño entre 2 y 3.3 nm. Su tamaño no se ve afectado por la velocidad de enfriamiento ni por la temperatura, en el rango estudiado. -Los betunes poseen tensioactivos endógenos que difunden al agua disminuyendo la tensión superficial hasta 60 mN/m. Este valor es demasiado alto para demostrar que se trata de moléculas tensioactivas. La difusión de las moléculas amfifílicas presentes en el betún cumple el modelo de Ward y Tordai de difusión. Ajustando este modelo, se ha calculado un exceso superficial de aproximadamente 4•10-6 mol/dm2 de especies amfifílicas del betún adsorbidas en la superficie del agua. -Se determinó la tensión superficial de betún a temperaturas bajas, donde la viscosidad es muy elevada. Se determinó la tensión superficial de los siguientes betunes: 150/180 A Nafténico, 150/180 B Parafínico, 80/100 y 60/70, y se observó que la tensión superficial es prácticamente la misma en todos ellos (37 mN/m) a 25ºC. Se observó que la contribución más importante en la tensión superficial es la componente dispersiva, confirmando que el betún es un material mayoritariamente apolar. -Mediante la determinación del potencial zeta se determinó que el betún Nafténico posee una carga superficial aproximadamente de 0.29 C/m2. Ésta carga superficial es debida a la presencia de tensiaoctivos endógenos. -Se estudió el comportamiento fásico de los tensioactivos comerciales Redicote E-4875, Redicote EM-48, Redicote EM-44, Redicote E-11 HF, Ampholak 7TX, Asfier 218, Telcodinac Teide S, Telcodinac PR y Polyram L-80 y Polyram L-90. -El tamaño de gota de las emulsiones preparadas con tensioactivos comerciales disminuye al aumentar la concentración de tensioactivo. -Se obtuvieron emulsiones con tamaños de gota menores con el betún 80/100, de menor dureza que con el betún 60/70. La emulsificación es más eficiente con betunes de menor dureza dado que proporcionan una viscosidad menor a la misma temperatura. -Al aumentar la fracción de volumen de fase dispersa, el tamaño de gota disminuye. Podría ser debido a que el esfuerzo de cizalla es proporcional a la viscosidad, por lo tanto, al aumentar la viscosidad de la emulsión, manteniendo la velocidad de cizalla constante, el esfuerzo aumenta. Ello puede permitir la formación de gotas más pequeñas. -Se prepararon emulsiones al 60, 70 y 80% de betún 150/180 A cuya fase acuosa contenía quitosano como espesante. El tamaño de gota disminuye con la presencia de quitosano en el medio acuoso. Esta disminución es más acusada en emulsiones del 60% que en emulsiones del 70% y poco apreciable en emulsiones del 80%. Esta tendencia también se observó con emulsiones preparadas con poliacrilamida, el tamaño de gota disminuye con la presencia de polímero en la fase continua, aunque a concentraciones más altas de polímero se alcanza un valor de tamaño de gota prácticamente constante. / Bitumen formulations have very important applications in road pavement, since bitumen allows strong surface adhesion, high internal cohesion and low water permeability. In road constructions, the conventional pavement process consists in mixing the bitumen with gravel and fillers at high temperature, generally around 120ºC-150ºC, and the hot slurry on the road. This process has economical and environmentally disadvantages, because of high energy consumption and release of toxic vapours. An alternative process for road construction makes use of highly concentrated bitumen-in-water emulsions, allowing road pavimentation at room temperature. However, this process requires a long time before road re-opening to traffic, since water evaporation is slow. This problem can be overcome by using highly concentrated bitumen-in-water emulsions, which contain less water. In this context, a technological challenge is to obtain highly concentrated bitumen emulsions with small droplet size, which are stable and form uniform bitumen layers on gravel particles. The extremely high viscosity of bitumen (≈108 cp at 25ºC) makes difficult to obtain highly concentrated emulsions with small droplets sizes. The rheological behaviour of bitumen emulsions is influenced mainly by bitumen concentration and droplet size distribution. Highly concentrated bitumen-in-water emulsions with small droplet size (< 2 μm) have been prepared by increasing the viscosity of the emulsion continuous phase, in order to have a viscosity similar to that of the dispersed phase. For this purpose, chitosan was selected as a cationic thickener, since its ability to increase water viscosity at low concentrations, and its cationic nature compatible to commonly used cationic surfactants. These results demonstrated that the droplet size could be decreased by increasing the viscosity of the continuous phase, obtaining very small droplet sizes in highly concentrated emulsions of highly viscous oils. Moreover, the droplet size could be controlled in a rather wide range.

Tesi per compendi de publicacions / Esta tesis se presenta como un conjunto de artículos (ya publicados en revistas internacionales, con la excepción del Artículo 6) precedidos por una serie de capítulos introductorios. 1. Introducción. Describe los puertos en relación al análisis del riesgo, al manejo de materias peligrosas (MMPP) y a leyes y convenciones internacionales relevantes. 2. Análisis bibliográfico. Lista trabajos sobre materias peligrosas, vertidos de hidrocarburos y análisis del riesgo de accidentes portuarios, tocando varias técnicas de evaluación del riesgo. 3. Objetivos y metodología. Esta capítulo define los objetivos de la investigación, es decir analizar los sistemas portuarios desde el punto de vista de la evaluación del riesgo de manipulación de MMPP y diseñar herramientas para evaluar dicho riesgo. Además se detallan la metodología empleada y los principales resultados para cada artículo incluido en la tesis. 4. Conclusiones. Artículos Artículo 1 – A Survey of Accidents in Ports (Loss Prevention Bulletin, 183, pp. 23-28, 2005). Presenta los resultados de un análisis histórico de 1033 accidentes, acerca de varios aspectos (tipo y causa de los accidentes, consecuencias sobre la población, etc.). Artículo 2 – Predicting the Frequency of Accidents in Port Areas by Developing Event Trees from Historical Analysis (Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 16, pp. 551–560, 2003). Se utilizó el análisis histórico −sobre una muestra parecida a la del Artículo 1− identificando secuencias accidentales, es decir árboles de eventos generales. Se determinó a continuación la frecuencia de algún típico accidente portuario, demostrando que los árboles propuestos pueden utilizarse en el análisis cuantitativo del riesgo (ACR). Artículo 3 – Using Transportation Accident Databases to Investigate Ignition and Explosion Probabilities of Flammable Spills (Journal of Hazardous Materials, 146(3), pp. 106–123, 2007). Se analiza la literatura especializada sobre probabilidad de ignición y explosión. Se presentan los resultados de la investigación de varias decenas de miles de registros accidentales procedentes de dos bases de datos de vertidos/accidentes de organismos federales estadounidenses. Se proponen ecuaciones para predecir la probabilidad de ignición y explosión a partir de la cantidad y de la sustancia vertida. Artículo 4 – A Quantitative Risk Analysis Approach to Port Hydrocarbon Logistics (J. Haz. Mat., 128(1), pp. 10-24). Se presenta un método para llevar a cabo ACRs de terminales de hidrocarburos, que tiene en cuenta vertidos menores y graves. Se propone una técnica simplificada para el cálculo de la frecuencia de los accidentes y se da un ejemplo de aplicación, basado en un estudio llevado a cabo en el Puerto de Barcelona. Artículo 5 – Consequences of Major Accidents: Assessing the Number of Injured People (J. Haz. Mat., 133(1-3), pp. 46-52). El ACR requiere que se estime el número de muertos de los accidentes. El número de heridos, si bien importante, se evalúa raras veces, ya que supone un esfuerzo importante. En este artículo se utilizó un conjunto de registros accidentales para definir una relación entre el número de muertos y de heridos. Se utilizaron el análisis de los componentes principales y el cluster analysis, obteniendo el número verosímil de heridos en función del número de muertos. Artículo 6 – Economic Valuation of Damages Originated by Major Accidents in Port Areas (J. Loss Prev. Proc. Ind., en impresión). Se presenta un procedimiento para estimar el coste de los daños sufridos por la población, las instalaciones y el medio ambiente como consecuencia de accidentes en puertos. Se proponen niveles de compensación económica para daños a personas. Se consideran asimismo los daños al medio ambiente (atmósfera, agua, fauna). Se plantean costes de instalaciones y edificios afectados. Finalmente, se analizan las pérdidas debidas a la parada de actividades y a los costes indirectos. / This thesis is structured as a series of papers, all but one already published in international journals, preceded by a series of introductive sections. 1. Introduction. Port areas are described as related to risk assessment, handling of hazardous materials, accidents, relevant regulations and international conventions, and security. 2. Bibliographic survey. References are collected above all on port-HazMat topics, i.e. oil spills and risk assessment of port accidents, touching various risk assessment techniques. 3. Objectives, methodology and main results. This chapter defines the objectives of the research, i.e. to analyse port systems from the point of view of risk assessment of HazMat handling and to design proper risk assessment tools. Moreover, it lists the methodology followed and the major results obtained for each of the papers included in the thesis. 4. Conclusions. Papers Paper 1 – A Survey of Accidents in Ports (Loss Prevention Bulletin, 183, pp. 23-28, 2005). A historical analysis of 1,000+ port accidents was carried out allowing for various aspects (type and cause of accidents, consequences on people, etc.). The relative importance of diverse types of accidents was studied. Paper 2 – Predicting the Frequency of Accidents in Port Areas by Developing Event Trees from Historical Analysis (Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 16, pp. 551–560, 2003). Historical analysis of a sample of port accidents similar to that of Paper 1 was used to identify accident sequences, i.e. general port accident scenario event trees. The frequency of some typical port accidents was then determined, showing that the event trees proposed can be used in QRA. Paper 3 – Using Transportation Accident Databases to Investigate Ignition and Explosion Probabilities of Flammable Spills (Journal of Hazardous Materials, 146(3), pp. 106–123, 2007). Literature analysis of ignition and explosion probability data is performed. The results of a scrutiny of some tens of thousands of records obtained from two vast spill databases are reported. Equations are proposed to predict the ignition and explosion probability as a function of the amount and the substance spilled. Paper 4 – A Quantitative Risk Analysis Approach to Port Hydrocarbon Logistics (J. Haz. Mat., 12 (1), pp. 10-24). A method is presented to perform QRA on hydrocarbon terminals. The approach accounts for minor and massive spills due to loading arm failures and hull ruptures. A shortcut approach for frequency calculation is proposed. An example application is given, based on a pilot study conducted in the Port of Barcelona. Paper 5 – Consequences of Major Accidents: Assessing the Number of Injured People (J. Haz. Mat., 133(1-3), pp. 46-52). QRA usually requires the estimation of the number of fatalities of accidents. The number of people injured, although important, is seldom evaluated, since this entails significant effort. A set of accident records were used to define a relationship between the number of people killed and the number of people injured. Principal component and clustering analyses were applied, thus obtaining expressions estimating the probable number of injured people as a function of the number of fatalities. Paper 6 – Economic Valuation of Damages Originated by Major Accidents in Port Areas (J. Loss Prev. Proc. Ind., in press). A procedure is presented to estimate the cost of damages suffered by people, equipment and the environment in consequence of port accidents. Economic compensation is proposed for damage to people, including fatal victims, injured victims and evacuees. Environmental harm is also considered, allowing for damage to the atmosphere, soil, water and fauna. Subsequently, estimates of the cost of the equipment and buildings affected are proposed. Finally, an assessment of the loss of profits due to activity breakdown and indirect costs is analysed.

El piridoxal fosfato (PLP) es cofactor de más de un centenar de enzimas que catalizan reacciones sobre aminoácidos como racemizaciones, transaminaciones o descarboxilaciones entre otras. Todas las reacciones catalizadas por PLP implican al menos una etapa de protonacion/desprotonación del carbono C del aminoácido o C4’ del PLP. El estudio experimental de la acidez de estos carbonos presenta muchas dificultades. En este trabajo se han diseñado estrategias computacionales para la determinación de pKas, obteniendo una metodología que proporciona pKas con incertidumbres equivalentes a las experimentales. Sehan calculado las energías de activación de la protonación/reprotonación de C por diversos residuos enzimáticos, así como simulaciones de metadinámica en la enzima Ornitina descarboxilasa que han permitido entender cómo se consigue una buena especificidad de reacción en las enzimas PLP-dependientes. Los resultados indican que las enzimas PLP-dependientes controlan la especificidad de la reacción deseada favoreciendo estados de protonación específicos para el cofactor PLP. / El piridoxal fosfat (PLP) és cofactor de més d’un centenar d’enzims que catalitzen reaccions d’aminoàcids com ara racemitzacions, transaminacions o descarboxilacions entre altres. Totes les reaccions catalitzades per PLP impliquen al menys una etapa de protonació/desprotonació del carboni C de l’aminoàcid o C4’ del PLP. L’estudi experimental d’acidesa de carbonis presenten molta dificultat. En aquest treball s’han dissenyat estratègies computacionals per la determinació de pKas, obtenint una metodologia que proporciona pKas amb una incertesa equivalent a la experimental. S’han calculat les energies d’activació de la protonació/ desprotonació de C per diversos residus enzimàtics, així com simulacions de metadinàmiques de l’enzim Ornitina descarboxilasa que han permès entendre com s’aconsegueix una bona especificitat de reacció als enzims PLP-dependents. Els resultats indiquen que aquests enzims controlen l’especificitat de la reacció desitjada afavorint estats de protonació específics del cofactor PLP. / Pyridoxal phosphate (PLP) is a cofactor of more than a hundred enzymes that catalyze amino acid reactions like racemizations, transaminations and decarboxylations amongst others. All the PLP-catalyzed reactions entail, at least, one step of protonation/deprotonation of the C carbon of the amino acid or C4’ of the PLP. The experimental study of carbon acidities involves significant difficulties. Several computational strategies for pKa predictions were designed in this work, obtaining a methodology that provides pKas with uncertainties equivalent to experiment. The activation energies of protonation/deprotonation of C by diverse enzymatic residues were calculated and the metadynamics simulations on Ornithine decarboxylase allowed understanding how PLP-dependent enzymes achieve good reaction specificities. The results indicate that PLP-dependent enzymes control the specificity of the desired reaction by favoring certain protonation states of the PLP cofactor.

Ethyl octyl ether is a bioethanol-derived component that has excellent properties as diesel fuel. This work proved that ethyl octyl ether can be produced successfully in liquid-phase at the temperature range of 130-190ºC by using acidic ion-exchange resins, as suitable and economic catalysts. The use of two promising reactants that can be a renewable compound source, ethanol and diethyl carbonate, have been explored. Both reactants are able to ethylate 1-octanol and form the desired product. However, an identical industrial drawback is observed on both reactants, the loss of ethyl groups to form diethyl ether, which is not suitable as diesel compound. In order to minimize the diethyl ether formation, and in this way, to maximize the ethyl octyl ether production; several commercial acidic resins were tested, or else, prepared and subsequently tested. The best catalysts are those allowing 1-octanol to access to most sulfonic groups of the catalyst. Such desired properties can be achieved by decreasing the amount of crosslinking agent of resins, as a result, the resin has a high capacity to swell and at the same time a low gel-phase density. Another tailoring technique that lets 1-octanol to access to the vast majority of sulfonic groups is by locating them only in the least crosslinked domains of the gel-phase. Both tailoring techniques involve higher selectivity to ethyl octyl ether, which can be extrapolated to other bulky molecules. However, the former involves a reduction of the catalytic activity per volume unit of the catalyst bed, and the latter, per mass unit. Interestingly for the resin designers and exploiters, it is proved that the Inverse Steric Exclusion Chromatography characterization technique allows predicting the catalyst performance in polar environments with high accuracy. In such a manner that polymeric catalysts having high specific volume of the swollen gel-phase and predominant domains with low polymer density are desired to enhance selectivity and yield to ethyl octyl ether formation. The comparison between both ethylating agents, ethanol and diethyl carbonate, revealed that similar selectivity and yield can be potentially obtained over acidic resins. Nevertheless, diethyl carbonate is less competitive at shorter reaction times in a batch reactor, or at lower catalyst mass in continuous units, as a result of the slow decomposition of the required intermediate, ethyl octyl carbonate. On the other hand, the production of CO2 via diethyl carbonate and the availability of ethanol nowadays suggest that use of the alcohol to form ethyl octyl ether is preferred. Reaction rates to form ethyl octyl ether from ethanol and 1-octanol showed similar, or slightly higher, dependency on the temperature than that to form the main side product, diethyl ether. Thus, an enhancement of the reactor temperature clearly increases the feasibility of an ethyl octyl ether production unit. Accordingly, the use of chlorinated resins, which proved to be thermally stable up to 190ºC in the ethyl octyl ether production, is desired. Among the commercial ones, Amberlyst 70 is the most suitable catalyst in terms of selectivity to ethyl octyl ether due to its low polymer density in aqueous swollen state. Such polymeric expansion should be taken into account to not block the liquid flow when fixed-bed reactors are employed. That is to say, Amberlyst 70 must be loaded to the reactor in a swollen state. The relatively large values found of the thermodynamic equilibrium constant of ethyl octyl ether formation assure high conversion levels in an industrial etherification process. Interestingly, the equilibrium values of the formation of diethyl ether are around a half than those of ethyl octyl ether (150-190ºC). A comprehensive kinetic analysis enlightened that reaction rates to form ethyl octyl ether on Amberlyst 70 are strongly inhibited by the presence of water. Thus, reaction rates would be enhanced if most water is removed from bioethanol. / La utilització de bioetanol per produir compostos diesel seria una forma d’incrementar la producció de diesel (deficitària a Europa), i tan ho més important, de millorar-ne la qualitat i així reduir les emissions nocives de material particulat, òxids de nitrogen, sofre i compostos volàtils. Un èter derivat del bioetanol que té excel•lents propietats com a combustible diesel és l’etil octil èter. L’objectiu d’aquesta tesis és l’estudi de la producció d’etil octil èter en fase líquida mitjançant catalitzadors heterogenis. Això implica la selecció dels reactius i catalitzadors més adequats des d’un punt de vista de rendiment i selectivitat. A més, l’estudi termodinàmic i cinètic de la reacció en permeten tan el disseny com la optimització del procés. Els assajos catalítics s’han realitzat en un reactor de tanc agitat operant en discontinu i en un reactor tubular operant en continu utilitzant resines àcides de bescanivi iònic com a catalitzadors (P=25 bars, T=130-190ºC). Els resultats experimentals han mostrat que el compost etil octil èter es pot formar mitjançant l’etilació de 1-octanol a partir de dos reactius provinents d’origen renovable, l’etanol i el dietil carbonat. La comparació de dos agents etilants, etanol i dietil carbonat, ha revelat que es poden obtenir similars selectivitats i rendiments en temps de reacció elevats mitjançant resines àcides de bescanvi iònic, preferiblement de baix contingut de divinil benzè. Tanmateix, l’ús de dietil carbonat és menys competitiu en temps de reacció curts. A més, la formació de CO2 via dietil carbonat i la més alta disponibilitat d’etanol suggereix que l’ús de l’alcohol és preferit des d’un punts de vista tan industrial com ambiental. L’estudi termodinàmic ha revelat que els valors relativament alts de la constant termodinàmica d’equilibri químic en la formació de l’etil octil èter asseguren alts nivells de conversió en un procés industrial. Finalment, un exhaustiu estudi cinètic ha revelat que la velocitat de formació d’etil octil èter a partir d’etanol i 1-octanol és altament inhibit per l’adsorció de l’aigua en els centres actius de les resines. Finalment, s’ha observat que les velocitats de reacció són optimitzades utilitzant una raó molar 1-octanol / etanol de 1.4, un diàmetre de partícula menor a 0.63 mm d’Amberlyst 70 i una temperatura de reactor de 190ºC.

Nanomaterials have structured components with at least one dimension of less than 100 nm. Their novel properties stem from their nanoscale dimensions and increased relative surface area, and they have a wide range of applications in several key fields, including medicine. In this thesis we focus on meso- and meso/macroporous silica materials and nanoparticle. We examine how the properties of nanomaterials are influenced by the experimental conditions used in their synthesis. We then explore the possibility of tailoring such properties by varying the parameters in the process of manufacture. To this end we prepared a range of materials, including mesoporous silica, meso/macroporous silica, silica porous spheres and silica nanoparticles and studied their properties. We also examined the micellar solutions and emulsions that are used in the synthesis of these materials, their micellar and droplet size, the phase behavior of the surfactant systems involved in the synthesis, the stability and rheological behavior of the emulsions and the scale up parameters for their preparation at different scales. The synthesis and characterization techniques include rheology, optical microscopy, nitrogen adsorption-desorption, X-ray scattering (SAXS and XRD), transmission and scattering electron microscopy (TEM and SEM), dynamic light scattering (DLS), zeta potential and thromboelastography, among others. In the first study we examined water-in-oil emulsions with a liquid crystal phase as continuous phase. These systems are stable and highly elastic. Their microstructure is discussed by fitting the data with several rheological models. These systems are also compared with water-in-oil emulsions with a micellar phase in the continuous phase, and as a function of surfactant concentration and volume fraction of dispersed phase. In the second study, the process variables that have a significant effect on the properties of the emulsions are identified, including stirring rate, dispersed phase addition flow rate, surfactant concentration and scale up. Droplet size and rheological properties are considered as response variables. Stirring rate is the parameter that most influences the emulsion properties, followed by surfactant concentration. Vessel size is also important. To study the scale up, emulsions were prepared at three scales with geometric similarity and we identified the parameters that must be kept constant to obtain the same emulsion in the three scales, i.e. emulsions with the same droplet size, viscosity, yield stress, viscoelastic parameters and stability. The scale invariants take into account the stirring rate (N) and the scale (D, impeller diameter). The third study focuses on the preparation of meso and meso/macroporous materials. Bimodal mesoporous materials with an ordered hexagonal structure and two interconnected networks are prepared from a mixture of two surfactants, one hydrogenated and the other fluorinated, through the cooperative templating mechanism, using tetramethyl orthosilicate as silica source. The synthesis of ordered mesoporous materials from a novel surfactant consisting of a modified block copolymer with amino-groups on the ends (Jeffamine) is also studied. In this case, the best ordering of the mesopores is obtained at low temperature. In both studies, the surfactant phase behavior, and the structural properties of both surfactants and materials are determined, and the experimental conditions (pH, temperature, agitation) are optimized. Macroporous materials are then prepared from the oil-in-water emulsions stabilized with modified Jeffamine and using decane as organic phase, through the emulsion templating mechanism. Finally, mesoporous silica spheres are prepared from highly concentrated water-in-oil emulsions. The last study focuses on the synthesis and applications of silica nanoparticles. The process variables that have a direct effect on the size are identified, like the silica source concentration and the pH. The growth mechanism of these particles is studied through turbidimetry and explained in terms of nuclei formation and aggregation of the hydrolyzed species. The clotting properties of the particles are analyzed, in order to use these particles as a scaffold for further functionalization and application in the control of internal hemorrhages. First, the particles are functionalized to reduce the clotting activity, in order to avoid the formation of unwanted clots. Amino-functionalization and PEGylation are analyzed in this case. Second, functionalization with polyphosphate chains is studied in order to enhance the clotting activity, not only in normal conditions, but also under coagulopathy and hypothermia. / Els nanomaterials són materials amb propietats morfològiques entre 1 i 100 nm en almenys una direcció. En aquesta tesi s'estudien els materials meso- i meso/macroporosos de sílice, que tenen porus en aquestes dimensions, i nanopartícules, la grandària de les quals es troba també en aquest rang. En una primera fase s'estudien els sistemes tensioactius, com les solucions micel·lars i les emulsions, que s'usen per a la síntesi d’aquests materials. El primer estudi consta de l’anàlisi de les emulsions formades amb cristall líquid a la fase contínua. La microestructura d'aquests sistemes s'estudia amb diversos models reològics. També es comparen amb sistemes amb fase micel·lar en la fase contínua i a diferents concentracions de tensioactiu i fase dispersa. En un segon estudi es determinen les variables de procés que tenen un efecte significatiu sobre les propietats de les emulsions. Com a variables de resposta s'usen la mida de gota i les propietats reològiques. També s'estudia l'escalat en la preparació de les emulsions altament concentrades i es determinen els invariants d’escala. El tercer estudi se centra en la preparació de materials meso i meso/macroporosos. Es sintetitza un material amb mesoporus bimodals i estructura hexagonal ordenada a partir d'una barreja de dos tensioactius, i la síntesi de materials mesoporosos ordenats a partir d'uns tensioactius amb grups amino. També es preparen materials amb macroporus a partir d'emulsions formades amb aquest tensioactiu i, en última instància, es preparen esferes mesoporoses de sílice a partir d'emulsions aigua-en-oli altament concentrades. L'últim estudi se centra en la síntesi de nanopartícules de sílice, en les variables de procés que tenen un efecte directe sobre la mida obtinguda, i en l'aplicació d'aquestes nanopartícules en la coagulació de la sang per controlar hemorràgies internes. S'estudien les propietats de coagulació i es funcionalitzen amb agents que acceleren o disminueixen aquesta activitat. Les tècniques de síntesi i caracterització inclouen reologia, microscòpia òptica, adsorció-desorció de nitrogen, dispersió de raigs X, microscòpia electrònica de transmissió i de rastreig (TEM i SEM) i potencial zeta, entre altres.

Tesi realitzada a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC-CSIC) / El principal objetivo de la presente tesis es la obtención de espumas de quitosano mediante la utilización de emulsiones altamente concentradas de tipo aceite en agua (O/W). Para alcanzar dicho objetivo, este trabajo ha requerido la realización de diversas fases: (a) la selección del sistema tensioactivo mediante el estudio del comportamiento fásico, (b) la preparación de emulsiones altamente concentradas de tipo aceite en agua (O/W) en presencia de quitosano en la fase externa, (c) el estudio de la influencia de distintos parámetros en el tamaño de gota de las emulsiones, (d) la obtención y caracterización de las espumas de quitosano estudiando sus propiedades estructurales, (e) la preparación y caracterización de nanofilms de quitosano entrecruzado como sistema modelo para el estudio de la respuesta al pH y (f) el estudio de la posible aplicación de las espumas de quitosano en la eliminación de colorantes. Los tensioactivos seleccionados para la preparación de las emulsiones fueron dos tensiactivos hidrófilos, Synperonic A7 y Pluronic® P123. Ambos tensioactivos se caracterizaron por poseer un variado comportamiento fásico, formando diferentes estructuras tensioactivas. A continuación, las emulsiones se caracterizaron mediante microscopía óptica para estudiar la variación del tamaño de gota en función del tiempo. Así, se determinó su estabilidad y la influencia sobre el tamaño de gota de la incorporación de quitosano, la variación de la concentración de tensioactivo y la velocidad de agitación durante la emulsificación. Dicho estudio se realizó durante 72 h a 40 ºC, condiciones utilizadas posteriormente para la obtención de las espumas de quitosano. La incorporación de quitosano produjo una reducción del tamaño de gota, efecto atribuido al incremento de la viscosidad de la fase continua de las emulsiones, debido al aumento de la cizalla durante la emulsificación. Dicho efecto podría mostrar un valor de diámetro mínimo, como indicaron los resultados con el tensioactivo Pluronic® P123. Este estudio también reflejó que las emulsiones presentaban un leve proceso de coalescencia y maduración de Ostwald, producidos de forma simultánea. La caracterización de estos sistemas mediante reología indicó un aumento importante del módulo elástico (G’LVR) con la incorporación de quitosano y el incremento de la concentración de tensioactivo que da lugar a estructuras de cristal líquido. El ligero proceso de coalescencia observado, produjo una reducción del módulo elástico en función del tiempo. No obstante, las emulsiones se consideraron suficientemente estables para ser utilizadas en la preparación de espumas de quitosano. El quitosano fue entrecruzado con un reactivo natural, la genipina. La caracterización del proceso de entrecruzamiento mediante reología demostró que éste podía considerarse finalizado a tiempos inferiores a 48 h. Las espumas de quitosano obtenidas presentaban una estructura macroporosa, con poros entre 200 y 500 nm y valores de superficie específica entre 25 y 63 m2/g. Finalmente, se estudió la respuesta al pH de nanofilms de quitosano como sistema modelo. Éstos mostraron respuesta al pH, con hinchamiento a pH ácido y encogimiento a pH básico, los cuales se podrían considerar reversibles. Se aplicaron entonces las espumas de quitosano como sistemas de adsorción de colorantes. La baja capacidad de adsorción presentada (~ 0,03 g colorante/g material) se atribuyó al alto entrecruzamiento de los materiales. La utilización de tensioactivos aceptados por la FDA (Food and Drug Administration), como el Pluronic® P123, junto con una reducción del grado de entrecruzamiento del quitosano para aumentar su capacidad de adsorción, podrían dar lugar a sistemas potencialmente aplicables en diversos sectores como en tratamiento de aguas residuales, industria cosmética, farmacéutica o médica. / The main objective of the present thesis is the preparation of chitosan foams using an emulsion-templating technique. For this purpose, different stages were accomplished: (a) selection of surfactant systems by the study of phase behaviour, (b) preparation of oil-in-water highly concentrated emulsions with chitosan in the external phase, (c) determination of the influence of different parameters in the emulsion droplet size, (d) preparation and characterization of chitosan foams, (e) study of the pH response of chitosan nanofilms and (f) evaluation of chitosan foams in dye removal. Chitosan incorporation produced a droplet size reduction that was attributed to the increase of the viscosity in the continuous phase, which produced a shear increase during the emulsification. These results could demonstrate the presence of a minimum droplet size value through increasing viscosity. The variation of droplet size also showed weak coalescence and Ostwald ripening processes, which took place simultaneously. The rheological characterization of these systems presented an important increase of elastic modulus (G’LVR) due to the chitosan incorporation and the surfactant concentration increase, which gave rise to the formation of liquid crystalline structures. Also, a decrease of G’LVR was detected as a function of time due to the weak coalescence process detected. These emulsions could be considered appropriate and stable systems, to use them for the preparation of chitosan foams. Chitosan was crosslinked with a natural reagent, genipin. The characterization of the crosslinking process by rheology demonstrated that it is almost completed before 48 h. The chitosan foams showed a macroporous structure, with pore diameter below 500 nm and surface area values from 25 to 63 m2/g. Finally, the pH response of chitosan nanofilms was investigated and they showed swelling at acid pH and shrinkage at basic pH, which could be considered reversible. Then, chitosan foams were applied as adsorbents for dye removal. Low removal capacities were obtained (~ 0,03 g dye/g material), attributed to the high chitosan crosslinking. The proposal reduction of crosslinking could give rise to potentially applicable systems as wastewater treatment, cosmetic, pharmacological or healthcare industries.

La presencia de contaminantes de origen natural en productos destinados al consumo humano ha suscitado una gran preocupación en los últimos años debido al mayor conocimiento de sus efectos nocivos para la salud humana. Por este motivo, los organismos responsables de velar por la salud de los ciudadanos, han decretado los niveles máximos permitidos de dichos contaminantes en alimentos y aguas. Se requiere pues metodología analítica que permita la determinación fiable de dichos contaminantes en las matrices correspondientes a los bajos niveles requeridos por la legislación. En la presente Tesis Doctoral se ha estudiado el potencial analítico y la aplicabilidad del acoplamiento cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS) con analizador de triple cuadrupolo (QqQ), en el campo del análisis de tóxicos de origen natural en muestras alimenticias y mediambientales. El elevado potencial de esta técnica ha permitido el desarrollo de metodología analítica rápida, sensible, selectiva y fiable para la determinación de dichas toxinas. Además, todos los métodos de análisis desarrollados se han validado siguiendo los criterios de calidad recogidos en las guías europeas, desde el punto de vista cualitativo y cuantitativo, con el fin de que los datos obtenidos presenten elevada fiabilidad. La investigación realizada en esta Tesis Doctoral se estructura en dos bloques, estudiándose en el primero de ellos las toxinas correspondientes al grupo conocido como micotoxinas, mientras que el segundo está dedicado a las ficotoxinas. Esta estructura se ha elegido para agrupar los trabajos según los tóxicos y el tipo de matrices estudiadas. En el primer bloque se han desarrollado metodologías para el análisis de micotoxinas en alimentos en su mayoría de origen agrícola. En el primer trabajo se ha estudiado el potencial de la cromatografía líquida de ultra resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem (UHPLC-MS/MS) para el desarrollo de un método multianalito que permita la determinación simultánea de las micotoxinas legisladas, con propiedades físico-químicas muy diferentes, de manera rápida, sensible y selectiva. Se evaluó las diferentes opciones que permitieran realizar una correcta cuantificación de las muestras, seleccionando el calibrado en matriz como la opción más favorable. Esta metodología se validó y aplicó al análisis de diferentes muestras pertenecientes a cereales y alimentos infantiles. En el segundo trabajo se amplió el número de analitos, introduciendo micotoxinas estructuralmente relacionadas. Se estudió el potencial de esta técnica para el análisis de un elevado número de matrices utilizando la aproximación “dilute and shoot† con el objetivo de poder determinar simultáneamente todos los compuestos seleccionados en una única inyección. Se consiguió validar la metodología analítica para todos los compuestos legislados a concentraciones inferiores a las establecidas por el reglamento de la Comisión Europea. Esta metodología se aplicó al análisis de muestras pertenecientes a un estudio de dieta total (EDT) de la Comunidad Valenciana mediante el cual se pretendió determinar la ingesta de este tipo de contaminantes en los productos de consumo más habituales en la población de esta región. El tercer y cuarto trabajo abordan distintos problemas analíticos surgidos en el desarrollo de la metodología multianalito. En el tercer trabajo se puso especial énfasis en aumentar la sensibilidad de la metodología analítica con el fin de determinar concentraciones sub-µg/kg de determinadas aflatoxinas y ochratoxina A en muestras de alimentos destinadas a bebés y niños de corta edad, según se establece en la regulación establecida por la Comunidad Europea. Se evaluó el uso de la extracción en fase sólida (SPE) como la opción que permite la preconcentración de los analitos y purificación de los extractos, comparando el uso de diferentes materiales. Se observó que los mejores resultados se obtenian mediante el uso de cartuchos de inmunoafinidad, destacando su elevada selectividad para las micotoxinas objeto de interés. En la última parte de este primer bloque se desarrolló metodología analítica para la determinación de la micotoxina patulina, la cual, debido a sus propiedades físico-químicas, no pudo ser incluida en los métodos multianalito. Debido a su elevada polaridad y bajo peso molecular se requirió una cuidadosa optimización del tratamiento de muestra, así como de las condiciones cromatográficas y espectrométricas. Se comparó el uso de dos fuentes de ionización a presión atmosférica, la ionización electrospray (ESI) y la ionización química a presión atmosférica (APCI). Mediante el uso de la APCI se consiguió minimizar los problemas de supresión iónica debidos a la matriz observados en la fuente ESI. De este modo se consiguió la determinación de este compuesto en productos derivados de manzana, tanto sólidos como líquidos. En el caso de los productos sólidos se realizó una extracción sólido-líquido, mientras que en el caso de las muestras líquidas se llevó a cabo la inyección directa en el sistema cromatográfico tras una etapa de dilución. El segundo bloque aborda el análisis de ficotoxinas en muestras ambientales y alimenticias. En el primer trabajo de este bloque se desarrolló metodología analítica para la determinación de microcistinas y nodularina, toxinas procedentes de algas cianobacterianas, en aguas superficiales y de consumo. En este caso, al igual que en las micotoxinas, se pretendía desarrollar un método multianalito que permitiera la detección simultánea de la nodularina y las seis microcistinas seleccionadas. Se estableció el objetivo de poder determinar cada una de las toxinas seleccionadas a concentraciones inferiores a 1 µg/L (límite máximo establecido en la legislación Española para la microcistina LR). El procedimiento desarrollado incluyó una etapa de pre-concentración de los analitos en línea con el sistema UHPLC-MS/MS, el cual, con la inyección de 1 mL de muestra y de una manera totalmente automatizada, consiguió alcanzar las concentraciones deseadas. Para finalizar, en el segundo trabajo de este bloque se desarrolló metodología analítica basada en cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de másas en tándem (HPLC-MS/MS) para la determinación simultánea de toxinas marinas pertenecientes a diferentes grupos o familias. Este hecho aumentó la dificultad de la tarea ya que se pretendía la determinación de compuestos iónicos simultáneamente con compuestos de mayor apolaridad mediante cromatografía de fase reversa. Para ello se hizo uso de cromatografía de pares iónicos con el objetivo de aumentar la retención de los compuestos iónicos. Esta metodología se aplicó al análisis de muestras de vieiras contaminadas naturalmente en un “bloom† de algas tóxicas y sometidas posteriormente a un proceso de depuración, en las que se detectó la presencia de ácido domoico. El estudio de la concentración de ácido domoico en muestras tomadas a diferentes días posteriores a su contaminación permitió establecer la cinética de depuración de este contaminante en este tipo de organismos bivalvos.

La industria de detergentes y suavizantes de ropas ha ido incorporado en sus procesos la tecnología de microencapsulación de perfumes. Esta tecnología permite proteger los compuestos volátiles antes, durante y después de los procesos industriales; además, también protege las fragancias durante el ciclo de lavado; asimismo, ofrece una liberación prolongada del perfume durante el secado y almacenamiento de la ropa, haciendo que la fragancia se perciba por más tiempo. Sin embargo, algunas de las cápsulas industriales presentan una serie de desventajas tales como una baja estabilidad del material de la cápsula, una baja capacidad de encapsulación y además con el método industrial de encapsulación que actualmente utilizan es extremadamente complicado encapsular compuestos polares. Con el propósito de resolver estos problemas, se ha propuesto el uso de cápsulas de polisulfona (PSf) con contenido de vainilla y preparadas por la técnica de precipitación por inversión de fases En esta investigación, han sido exitosamente preparadas y caracterizadas cápsulas de PSf/Vanillin. Los resultados muestran que estas cápsulas pueden asegurar una alta capacidad de encapsulación de perfume, una liberación prolongada de la fragancia, una buena estabilidad del material y una protección óptima del perfume. Por todas estas cualidades, las cápsulas de PSf/Vanillin presentan el potencial de ser usadas no solo en detergentes y suavizantes de ropas, sino que también en otros productos textiles. / Textile detergent and softener industries have been incorporating in their processes the perfume microencapsulation technology. This technology allows the protection of the fragrance before and during industrial processes, as well as in the product storage. Moreover, it protects the perfume during the laundry and it provides a long-lasting fragrance release after the drying and storage of fabrics. However, certain current industrial microcapsules present a number of drawbacks such as low material stability, low perfume encapsulation capacity and, in addition, with the industrial encapsulation method presently used it is extremely complicated to encapsulate polar perfumes. With the aim to solve these problems, polysulfone (PSf) capsules containing vanillin and prepared by phase inversion precipitation technique have been proposed. In this investigation, PSf/Vanillin capsules have been successfully prepared and characterized. Results show that PSf/Vanillin capsules may ensure a high perfume encapsulation capacity, a long lasting fragrance release, a good material stability, and an optimal perfume protection. Because all these qualities, PSf/Vanillin capsules have the potential to be used not only in detergents and softeners but also in other textile products.

En aquesta tesi ens centrem en les estructures d'or i la seva activitat catalítica. La tesi discuteix la producció d'epòxid de propè sobre les superfícies d'or, el mecanisme de formació de sistemes monodimensionals de gran interès tecnològic i la modelització de nanopartícules de sistemes reals amb activitat catalítica en processos essencials com l'activació de l'oxigen molecular.En general, els resultats aporten detalls acurats dels processos estudiats en total concordança amb la bibliografia com, per exemple, que l'epoxidació sobre la superfície d'Au(111) no és el camí més favorable o que el mecanisme de formació de nanofils be determinat per l'augment de coordinació dels àtoms que interaccionen. Igualment s'aclareix on i com succeeix la reacció de dissociació d'O2 sobre les nanopartícules d'or, delimitant la mida de les partícules actives. A més la tesis inclou simulacions microcinètiques per a optimitzar els processos que poden tindre lloc a la industria. / In this thesis we focus on the structures of gold and its catalytic activity. This thesis discusses about the production of propylene epoxide on gold surface, the formation mechanism of mono-dimensional systems with technological interest as well as the modelling of real nanoparticles with catalytic activity on essential processes such as molecular oxygen activation.In general, the results provide accurate details of the studied processes in agreement with the literature. For instance, that the epoxidation process on Au(111) surface is not the most favourable way; or that the formation mechanism of nanowires is determined by increased coordination of binding atoms. The results also illustrate where and how the reaction of O2 dissociation occurs on gold nanoparticles, delimiting the size of active particles. In addition, the thesis includes microkinetic simulations to optimize the processes that could be in industry.