Carbofuran and chlorpyrifos are two well-known pesticides widely investigated, and its effects on different organisms have been previously reported in separate studies. For this reason were considered to be good model subtances, relevant from the environmental perspective. On the other hand, we selected this kind of compounds because they are used in many tones annually in agriculture and horticulture and they are significant especially in greenhouse-based production of vegetables and fruits in southern Europe, particularly Spain.The general objective of this work was to compare the response of in vitro assays using cell lines with assays using fish in vivo in order to contribute to the development of alternative methods to the use of laboratory animals. Furthermore, we compared two types of cells, a fish cell line from an established culture and mammalian cells obtained from a primary cell culture, in order to see if there are similar responses based on common mechanisms of toxicity. A better knowledge of these mechanisms facilitates the interspecies extrapolation of the impact of environmental contaminants, which is one of the major challenges to ecotoxicologists.In order to have a general point of view of the toxicity of these pesticides, single and in mixture, acute toxicity was evaluated using a battery of ecotoxicological model systems and indicators representative of a wide range of organisms. The systems studied included: RTG-2 fish cell line, primary cell cultures from bovine granulosa cells, the marine bacteria (Vibrio fischeri), three species of freshwater microalgae (Chlorella vulgaris, Scenedesmus subspicatus and Selenastrum capricornutum) and the vertebrates zebra fish (Danio rerio). Sublethal effects were also evaluated in both types of cells using several biomarkers such as assessment of the DNA damage as genotoxic indicator, inhibition of production of progesterone as indicator of the aromatase activity and inhibiton of acetylcholinesterase activity as indicator of exposure to pesticides measured also in zebra fish. By comparing the obtained in vitro fish cell line and mammalian primary cell cultures results with currently used bacteria, algae and fish acute toxicity tests, it was possible to compare its sensitivity against these conventional toxicity tests. As conclusions of the study we can say: 1) fish cell lines can be used as an alternative to the use of fish in laboratory; 2) the simultaneous use of in vitro fish cell lines with fish species allow to assess whether cellular responses in vitro could mimic toxicity responses of individual fish, thus to directly assess the ecological relevance of the proposed in vitro cell based test; 3) cell lines are the most sensitive bioassay of the studied battery; 4) the use of a battery of multispecies tests to determine the toxicity of any product is recommended; 5) The aquatic test using bacteria or microalgae are quite interesting, but they cannot be considered as a substitute for the studies on fish, because of they assess the effect of toxicants on other trophic levels, not on fish and 6) synergistic and antagonistic toxicity effects were observed with pesticide cocktails relative to pure compound toxicities. / Carbofuran i chlorpyrifos són dos pesticides àmpliament investigats. Els seus efectes en diferents organismes han estat prèviament estudiats en diferents treballs. Per aquesta raó es va considerar que serien bones substàncies model, rellevants des de una perspectiva medi ambiental. Per altra banda, aquesta classe de compostos són utilitzats anualment en moltes tones en agricultura i horticultura i són especialment importants en la producció de vegetals i fruites en hivernacles en el sud d'Europa, particularment en Espanya. L'objectiu general d'aquest treball és comparar la resposta de assaigs in vitro utilitzant cèl·lules amb assaigs in vivo utilitzant peixos, per tal de contribuir al desenvolupament de mètodes alternatius a l'ús d'animals de laboratori. A més a més dintre dels assaigs in vitro, és van comparar dos tipus de cèl·lules, una línia cel·lular establerta de peix i un cultiu primari de cèl·lules de mamífer, per veure les diferents respostes basades en mecanismes comuns de toxicitat. El fet d'assolir un millor coneixement d'aquestos mecanismes facilita l'extrapolació entre espècies per l'avaluació de l'impacte de contaminants medi ambientals, la qual cosa és un dels majors reptes dels ecotoxicolegs.La toxicitat aguda d'aquestos pesticides, individuals i en barreja, es va avaluar emprant una barreja de sistemes i indicadors de models ecotoxicològics . Els sistemes estudiats inclouen: la línia cel·lular RTG-2 , cultius primaris de cèl·lules de la granulosa d'ovaris de bovins, la bactèria marina Vibrio fischeri, tres espècies de microalgues, Chlorella vulgaris, Scenedesmus susbspicatus i Selenastrum capricornutum i com a model de vertebrat, el peix zebrafish, Danio rerio. Els efectes subletals també van ser avaluats en els dos tipus cel·lulars utilitzant biomarcadors, tals com l'avaluació del dany a l'ADN com indicador genotòxic, la inhibició de la producció de progesterona com indicador de l'activitat de l'aromatasa i la inhibició de la activitat de l'enzim acetilcolinestarasa com indicador de l'exposició als pesticides la qual també es va mesurar en zebra fish.Al comparar els resultats obtinguts amb la línia cel·lular de peix i els cultius primaris de mamífer amb els resultats dels tests de toxicitat aguda amb bactèries, microalgues i peixos, va estar possible comparar la sensibilitat de les cèl·lules respecte els test de toxicitat convencionals.Es poden extreure les següents conclusions d'aquest estudi:1) les línies cel·lulars poden ser utilitzades com alternativa al ús de peixos en laboratori; 2) l'utilització simultània de línies cel·lulars derivades de peixos amb peixos in vivo permet avaluar si les respostes in vitro poden imitar les respostes de toxicitat obtingudes amb els peixos, així es permet avaluar la rellevància ecològica del test basat en cèl·lules in vitro; 3) les línies cel·lulars són el bioassaig més sensible dels utilitzats en aquesta bateria; 4) es recomana l'ús d'una bateria de test multiespècies per determinar la toxicitat de qualsevol producte; 5) els tests aquàtics que empren bactèries o microalgues són interessants però no poden considerar-se substitutius dels estudis amb peixos, perquè avaluen l'efecte dels tòxics a un altra nivell tròfic i ; 6) s'observen efectes toxicològics sinèrgics i antagonistes quan s'utilitzen les barreges de pesticides en front dels compostos purs. / Carbofuran y chlorpyrifos son dos pesticidas ampliamente investigados. Sus efectos en diferentes organismos han sido previamente estudiados en diferentes trabajos. Por esta razón se considero que serian unas buenas sustancias modelo, relevantes desde una perspectiva medioambiental. Por otra parte, esta clase de compuestos son utilizados anualmente en muchas toneladas en agricultura y horticultura y son especialmente importantes en la producción de vegetales y frutas en invernaderos en e l sur de Europa, particularmente en España.El objetivo general de este trabajo es comparar la respuesta de los ensayos in vitro utilizando células y los ensayos in vivo utilizando peces, para contribuir al desarrollo de métodos alternativos al uso de animales de laboratorio. Además dentro de los estudios in vitro se compararon dos tipos de células, una línea celular establecida de pez y un cultivo primario de células de mamífero, para ver las diferentes respuestas basadas en mecanismos comunes de toxicidad. El hecho de alcanzar un mejor conocimiento de estos mecanismos facilita la extrapolación entre especies para la evaluación del impacto de contaminantes medio ambientales, lo cual es uno de los mayores retos de los ecotoxicólogos.La toxicidad aguda de estos pesticidas, individuales y en mezcla, se evaluó utilizando una mezcla de sistemas y indicadores de modelos ecotoxicológicos. Los sistemas estudiados incluyen: la línea celular RTG-2, cultivos primarios de células de granulosa de ovarios bovinos, la bacteria marina Vibrio fischeri, tres especies de microalgas, Chlorella vulgaris, Scenedesmus subspicatus y Selenastrum capricornutum como modelo de vertebrado, el pez zebra fish, Danio rerio. Los efectos subletales también fueron evaluados en los dos tipos celulares utilizando biomarcadores tales como la evaluación del daño al ADN como indicador geonotóxico, la inhibición de la producción de progesterona como indicador de la actividad aromatasa y la inhibición de la actividad del enzima acetilcolinesterasa como indicador de la exposición a los pesticidas la cual también se midió en zebra fish.Al comparar los resultados obtenidos con la línea celular de pez y los cultivos primarios de mamífero con los resultados de los tests de toxicidad aguda con bacterias, microlagas y peces, fue posible comparar la sensibilidad de las células con los test de toxicidad convencionales.Se pueden extraer las siguientes conclusiones de este estudio: 1) las líneas celulares pueden ser utilizadas como alternativa al uso de peces en laboratorio; 2) la utilización simultánea de líneas celulares derivadas de peces con los peces in vivo permite evaluar si las respuestas in vitro pueden imitar las respuestas de toxicidad obtenidas con los peces in vivo, así se permite evaluar la relevancia ecológica del test basado en células in vitro; 3) las líneas celulares son el bioensayo más sensible de los utilizados en esta batería; 4) se recomienda el uso de una batería de test multiespecies para determinar la toxicidad de cualquier producto; 5) los test acuáticos que utilizan bacterias o microalgas son interesantes pero no pueden considerarse substitutos de los estudios con peces, porque evalúan el efecto de los tóxicos a otro nivel trófico y; 6) se observan efectos toxicológicos sinérgicos y antagonistas cuando se utilizan las mezclas de pesticidas respecto los compuestos puros.

Biopolymers are polymers produced by living organisms. A more broad classification would embrace also those polymers synthesized from renewable sources which are able to display biodegradability. The demand of biopolymers has been continuously growing along these last decades. The main reason for such increasing interest is their sustainability; the renewable origin of biopolymers makes them inexhaustible in contrast with synthetic polymers produced from finite fossil sources. Biodegradability is a second advantage; due to the presence in the nature of enzymes able to degrade biopolymers under environmental conditions to give non-toxic products, their impact on the environment is basically trivial. Finally, the use of more or less modified biopolymers as biomaterials, owing to their unique properties of biocompatibility and biodegradability, has aroused their interest in several disciplines. As a result of all these considerations, great efforts in biopolymers research including chemical modification, characterization and property evaluation are today being carried out to develop new materials able to replace traditional plastics in a wide diversity of applications. In the present Thesis, a selection of carboxylic biopolymers has been studied for their capacity to form stable ionic complexes with cationic surfactants suitable to render new materials with advanced properties. Previous studies on polyelectrolytesurfactant complexes carried out in our group have demonstrated that these coupled systems tend to be self-assembled in well-ordered structures that can be exploited for building films and particles with singular properties as biomaterials. The main goal of this Thesis is the study of polyelectrolyte-ionic complexes based on naturally occurring polyacids and cationic surfactants. One part of the work delves into the complexes of poly(g-glutamic acid), a system that has been object of continuous research in our group from 90s. The aim is to progress in the development by making them "greener" through coupling with bio-based surfactants, and by improving their basic properties through blending with nanoclays. The other part is dedicated to explore the ionic complexes made from poly(uronic acid)s and cationic surfactants. This is the first time that such complexes are examined and their structural features and properties compared to those displayed by complexes based on poly(glutamic acid). Experimentally, the Thesis embodies a multidisciplinary task work including preparation, structural characterization and evaluation of thermal properties of a series of ionic complexes, as well as a preliminary valuation of the suitability of some of them to be used as drug delivery systems. Hence, the specific objectives in this Thesis are enumerated as follows: 1. Synthesis and chemical characterization of ionic complexes of poly(uronic acid)s (pectinic, alginic and hyaluronic acids), with trimethylalkylammonium surfactants of n= 18, 20 and 22. Structural and thermal analysis of these complexes and critical comparison of results with those available for complexes made of poly(glutamic acid). 2. Synthesis and characterization of choline-based surfactants for the preparation of fully bio-based polyglutamic complexes as an alternative to complexes based on trimethylalkylammonium surfactants in their potential use as biomaterials. Structural and thermal analysis of these complexes and their preliminary evaluation as nano-particulated drug delivery systems. 3. Preparation of composites of poly(glutamic acid)-cationic surfactant complexes with organo-modified nanoclays, their extensive structural characterization and the evaluation of their thermal and mechanical properties compared to those displayed by the neat complexes. The Thesis is organized in five Chapters. After a very brief summary of the whole work with explicit definition of the objectives, Chapter I is an introduction to the subject, in which an extensively referenced account of the main hints previously achieved in the field is provided and the state-of-art is described. The following three Chapters correspond to the three specific objectives enumerated above. Chapter II gathers the synthesis, characterization and properties evaluation study carried out on ionic complexes of poly(uronic acid)s. Chapter III is focused on the study of ionic complexes of polyglutamic and alkanoylcholines, the synthesis and characterization of the surfactants, the preparation of their complexes with poly(glutamic acid) and their possibilities as potential biomaterials. Chapter IV covers the preparation of the composites made of Cloisite 30B and poly(glutamic acid) complexes along with a detailed study of their structure by X-ray diffraction, electron microscopy and modeling, and a correlative analysis of their structure with their thermal and mechanical properties. Chapter V contains the whole collection of conclusions that have been drawn from the Thesis. The author’s profile and published scientific production coming out from the Thesis constitute the body of the closing part.

La indústria química empra la catàlisi homogènia com eina en la síntesi de diversos productes, des de plàstics fins a medicaments. Normalment els catalitzadors homogenis són complexos mononuclears amb lligands difosfines que generalment presenten una coordinació cis. Aquesta tesi esta enfocada en el desenvolupament i aplicació en catàlisi de nous lligands nitrogenats que preferiblement formen complexos de coordinació trans o dinuclears. El complexos de coordinació amb lligands bidentats s’aplicaren en diverses reaccions catalítiques com l’hidrogenació asimètrica d’alquens; l’ hidrosililació asimètrica d’acetofenona catalitzades per rodi i l’oxidació de meso-diols catalitzada per coure o ferro. Les diferents famílies de complexos dinuclears de ferro i zinc, preparats amb els lligands tetradentats, van aplicar-se com a catalitzadors en diverses transformacions catalítiques. Com per exemple la síntesi carbonats cíclics a partir d’epòxids i diòxid de carboni. També es va explorar l’oxidació d’enllaços C–H amb els complexos de ferro. / Homogeneous catalysis is a useful synthetic tool in the chemical industry. Several products, for instance in fine chemicals were prepared by metal-catalyzed reactions. Usually the catalysts are mononuclear complexes containing diphosphine ligands generally coordinated in a cis fashion. This thesis focused in the development and application in catalysis of new nitrogen ligands which form trans or dinuclear metal complexes. Coordination complexes with bidentate ligands were applied in several metal catalyzed reactions, for example asymmetric alkene hydrogenation and asymmetric acetophenone hydrosilylation with rhodium. They were also applied in the oxidation of meso-diols with copper and iron. Multinuclear complexes were prepared for iron and zinc with tetradentate ligands. These complexes were applied in different catalytic transformations, for instance, the synthesis of cyclic carbonates from carbon dioxide and epoxides. C–H catalytic oxidation was explored with the dinuclear iron complexes.

La síntesis de polímeros a partir de fuentes renovables como la biomasa es una forma viable de resolver los problemas relacionados con la contaminación del medio ambiente y la escasez de recursos derivados del petróleo usados como materias primas en la industria de los polímeros. Las polibenzoxazinas son una nueva clase de resinas termoestables cuya síntesis es de gran simplicidad y presentan propiedades interesantes de potencial aplicación en diversos campos, entre otros en la industria electrónica. Además, las benzoxazinas eliminan el problema de la liberación de subproductos de condensación, que presentan las resinas fenólicas convencionales, y no necesitan de un catalizador para su entrecruzamiento. También ofrecen una mayor flexibilidad en el diseño estructural al poder utilizar fenoles y aminas de diferente estructura. Tradicionalmente, las benzoxazinas se sintetizan a partir de fuentes derivadas del petróleo como fenoles, aldehídos y aminas primarias. Son escasos los ejemplos de síntesis de benzoxazinas parcial o totalmente derivadas de fuentes renovables. Dentro de ellas, cabe destacar el uso del cardanol, compuesto extraído del aceite de la cáscara del anacardo, y más recientemente el uso de gliceroles parcialmente enriquecidos, provenientes del aceite de girasol, en la síntesis de polibenzoxazinas con buenas propiedades de flexibilidad y adherencia. A partir de procesos de biorefineria de la celulosa se obtiene el ácido levulínico. Este compuesto es de gran interés a nivel industrial debido a que su producción es simple y se obtiene con altos rendimientos. Una de sus aplicaciones es como precursor en la producción industrial del ácido difenólico, que se obtiene mediante una reacción de condensación de éste con fenol. En los últimos años la Organización Mundial de la Salud ha prestado especial atención a aquellas sustancias de uso diario que representan una amenaza para la salud humana. Entre ellas están los ftalatos, las benzofenonas, los parabenos y el bisfenol A (BPA). Actualmente el ácido difenólico se está considerando como una alternativa “green” para sustituir al BPA ya que presenta una estructura química muy similar, es más barato y además posee una funcionalidad extra, que le brinda cierta versatilidad en la síntesis de polímeros. De acuerdo a todo lo mencionado anteriormente la presente tesis aborda la utilización del ácido difenólico como material de partida para la síntesis de nuevas polibenzoxazinas con un alto valor añadido. De esta forma, diferentes estrategias se han desarrollado para explorar las diferentes aplicaciones de estos materiales que se han agrupado en distintos capítulos, que a continuación se mencionan. En la primera parte del capítulo 1 se describe la síntesis y polimerización de dos nuevas polibenzoxazinas: la derivada del ácido difenólico (DPA-Bz) y la derivada del éster del ácido difenólico (MDP-Bz). Además, se describe la caracterización térmica y termomecánica de ambos materiales y se comparan con las de la benzoxazina derivada del bisfenol A (BPA-Bz). Como resultado de las reacciones de esterificación o transesterificación entre los grupos hidroxilos, derivados de la apertura del anillo de oxazina, y los grupos carbonilo y éster, presentes en la estructura de las benzoxazinas, la MDP-Bz y la DPA-Bz presentaron una mayor densidad de entrecruzamiento y por ende una mayor temperatura de transición vítrea (Tg) en comparación con la BPA-Bz. En la segunda parte del capítulo se describe la preparación de mezclas entre el DPA y la MDP-Bz reforzadas con fibra de vidrio. La adición de DPA disminuyó la temperatura de polimerización de las mezclas, la Tg y las propiedades termomecánicas debido a su incorporación en la red de entrecruzamiento. Así mismo, se prepararon polibenzoxazinas retardantes a la llama mediante la adición de una sal de fosfaceno derivada del DPA. Los materiales resultantes exhibieron una buena estabilidad térmica. La primera parte del segundo capítulo trata sobre la preparación y caracterización de espumas rígidas de polibenzoxazina de baja densidad, a partir de la DPA-Bz. A través de un proceso de autoespumado en el cual se genera el agente de espumado (CO2) in situ, debido a una reacción de descarboxilación, se prepararon una serie de espumas controlando la temperatura de espumado. Los materiales resultantes se caracterizaron en función de su morfología, y propiedades térmicas y mecánicas. Un segundo estudio contempló la preparación y caracterización de espumas rígidas de polibenzoxazina retardantes a la llama. Se emplearon 2 compuestos organofosforados y se determinó la incidencia de su adición usando técnicas analíticas. Las espumas demostraron buenas propiedades retardantes y buena estabilidad térmica en comparación con las espumas sin aditivo. Finalmente, usando herramientas analíticas se propusieron modelos matemáticos para ajustar la densidad y las propiedades mecánicas (resistencia y el módulo de compresión) de las espumas retardantes a la llama en términos de las variables de espumado, es decir, la temperatura y el tiempo. En el tercer capítulo se describe la preparación de nanocompuestos poliméricos. Como matrices poliméricas se usaron la MDP-Bz, la BPA-Bz mientras que como nanoaditivos se emplearon nanotubos de carbono de pared múltiple (MWNT) entre 0.1 y 1.0 % en peso. Con el fin de conseguir un método de dispersión que fuera más respetuoso con el medio ambiente no se empleó ningún disolvente. La dispersión de los nanoaditivos en ambos monómeros se evaluó mediante medidas reológicas mientras que la dispersión en los polímeros se observó usando un microscopio electrónico de transmisión (TEM). En general se obtuvo un buen grado de dispersión en los dos sistemas. La adición de nanotubos tuvo un efecto positivo en los nanocompuestos obtenidos ya que éstos exhibieron una alta conductividad eléctrica, una buena estabilidad térmica y una alta resistencia a la llama / Polybenzoxazines are considered a new type of thermosetting phenolic resins whose synthesis is quite simple. Polybenzoxazines present unique features that make them promising candidates for various industrial applications including electronics, aerospace, composites, coatings, adhesives, and encapsulants manufacturing. Two new benzoxazine materials have been synthesized and polymerized from the renewable diphenolic acid. The diphenolic acid-based benzoxazine (DPA-Bz) enables the preparation of rigid foams as well as flame retardant counterparts through a self-induced foaming process. For the methylester derivative benzoxazine (MDP-Bz), fiberglass reinforced materials were obtained with flame retardancy properties. Moreover, by adding neat carbon nanotubes, nanocomposite materials were prepared with low percolation threshold and improved thermal and fire properties.

APLICATION OF SOLID-PHASE MICROEXTRACTION TO ENVIRONMENTAL ANALYSISThe main objective of this thesis was to evaluate two recently developed extraction techniques, solid-phase microextraction (SPME) and stir bar sorptive extraction (SBSE) for the determination of several families of environmental contaminants in water samples. These extraction techniques were used combined to gas chromatography (GC) and high-performance liquid chromatography (HPLC) in order to establish analytical methods which can determine these pollutants in water samples from different origins.First, SPME was coupled to GC to determine different pesticides such as Irgarol 1051 or aldrin, and some phthalate esters. The parameters affecting SPME process were optimized and the developed method was applied to the determination of these compounds in water samples from marinas and coastal water, Ebro river water and mineral water. Other parameters affecting SPME process such as adding an internal standard to the sample to increase the precision of the method or the effect of storage time in the stability of analytes retained by the fiber were also evaluated.The combination of SPME to HPLC was also applied to determine phenols and some environmental estrogens in water samples. In this case, the commercial interface developed to couple these two techniques was used and a modification of the conventional design to connect SPME-HPLC interface to the liquid chromatograph was proposed to solve the distortion of peaks observed when the commercial interface is used. The parameters affecting the SPME process were optimized and the methods developed were applied to determine these contaminants in water samples from Ebro River and Tarragona wastewater treatment plant.SBSE, an extraction technique recently developed and based in SPME was applied combined with large volume injection in GC (LVI-GC) to determine pesticides considered endocrine disruptors in water samples. As in SPME, the parameters affecting the SBSE process were optimized and the method was applied to the determination of these compounds in samples from Ebro River. The combination of SBSE with LVI-GC proved to be a useful alternative when the thermal desorption unit is not available. / El objetivo fundamental de la presente Tesis Doctoral ha sido estudiar la aplicación de la microextracción en fase sólida (SPME) como técnica de preconcentración para la determinación de varias familias de contaminantes orgánicos en muestras de agua de diferente procedencia. En los diferentes estudios realizados, la SPME se ha combinado con diferentes técnicas cromatográficas, como la cromatografía de gases (GC) y la cromatografía de líquidos (HPLC). Otro objetivo de la presente Tesis Doctoral ha sido estudiar la viabilidad de una nueva modalidad de la SPME, la extracción por sorción con barras magnéticas agitadoras (SBSE), para la preconcentración de un grupo de contaminantes medioambientales en agua.Las técnicas cromatográficas combinadas con los sistemas de detección habituales no son capaces de detectar las concentraciones máximas permitidas por la legislación para determinados compuestos en aguas. En consecuencia, es necesario incluir un paso previo de preconcentración de las muestras. En los últimos años la extracción en fase sólida (SPE) ha sido la técnica más utilizada. Sin embargo, hace unos 10 años se desarrolló una nueva técnica de preconcentración, la SPME, que presentaba como mayor ventaja frente a la SPE que no necesita del uso de disolventes orgánicos, es muy sencilla de utilizar y se puede acoplar tanto a la GC como a la HPLC. En esta técnica de preconcentración, el sorbente está dispuesto en forma de fibras.Por este motivo, en la presente Tesis Doctoral se han desarrollado diferentes métodos analíticos, basados en la SPME, para la determinación de contaminantes orgánicos en muestras de agua. Los compuestos para los que se han desarrollado estos métodos analíticos son varios plaguicidas, ftalatos (compuestos que se utilizan para dar flexibilidad a muchos plásticos como el PVC), fenoles y varios estrógenos.En algunos de los estudios realizados en esta Tesis Doctoral se han desarrollado diferentes métodos analíticos basados en la SPME combinada con la GC para la determinación de plaguicidas y ftalatos en aguas. En otros de los estudios, la SPME se combina con la HPLC para la determinación de estrógenos y fenoles en aguas. En SPME-GC la desorción de los analitos retenidos por la fibra se realizó térmicamente en el inyector del cromatógrafo de gases. En cambio, para llevar a cabo el acoplamiento SPME-HPLC se utilizó la interfase comercializada para ello. En todos estos estudios, previamente a la validación de los métodos analíticos desarrollados, se optimizaron las diferentes variables que pueden afectar al proceso de SPME de forma que la cantidad de analito extraída fuera máxima. En esta Tesis también se realizaron estudios de carácter más teórico en los que se comparaban diferentes fibras de SPME para la extracción de ftalatos en aguas o se estudió el efecto de algunos parámetros menos estudiados como la adición de un patrón interno a la muestra durante la extracción o el efecto del tiempo de almacenamiento en el proceso de SPME.Finalmente, se estudió la aplicación de la SBSE, que es una modalidad de la SPME de reciente desarrollo y que se caracteriza por presentar el sorbente en la superficie de barras agitadoras magnéticas en lugar de fibras como en SPME, para la determinación de plaguicidas considerados disruptores endocrinos en muestras de agua. La SBSE se combinó con la inyección de grandes volúmenes en GC con detección de espectrometría de masas (MS). Los resultados obtenidos en este estudio indican que la combinación de estas dos técnicas es una alternativa adecuada a la desorción térmica, que es la más frecuentemente utilizada pero que precisa de la utilización de una unidad de desorción térmica.

Oceans store 685 Pg of organic carbon of which 662 Pg are in a dissolved form. The diversity of compounds that make up the dissolved organic matter (DOM) pool and the low concentration of each compound make the chemical characterization of this material a difficult task. For that reason, less than 11% of the oceanic DOM has been identified. A variable fraction of the DOM ¿between 20% in the open ocean and 70% in coastal areas- absorbs UV and visible radiation and it is known as coloured DOM (CDOM). A sub-fraction of the CDOM emits the absorbed radiation as fluorescence, although with a low quantum yield (around 1%), and this is called fluorescent DOM (FDOM). The study of the CDOM and FDOM pools, combining the spectroscopy of absorption and fluorescence, allows us to obtain knowledge about (i) the molecular structure of the DOM (i.e., aromaticity and average molecular weigh) and (ii) its biological and photochemical reactivity in a relatively simple, fast and economic way. This can be done through the study of the production, utilization and/or chemical alteration of the different chromophores and fluorophores in response to the activity of the microorganisms and the solar radiation in the ocean. The work that has resulted in this thesis has involved both laboratory experiments and field studies. Some experiments have deepened our knowledge of (or focused on??) the microbiological sources of the CDOM and FDOM. For example, our work has shown that marine phytoplankton produces a fluorophore at Ex/Em 320/410 nm which is consumed by marine bacteria which at the same time produce another absorbing fluorophore at Ex/Em 340/440. These ¿humic-like¿ fluorophores, known in the literature as ¿pico-M¿ and ¿pico-C¿, are considered to be characteristic of marine and continental ecosystems, respectively. This work suggests that differentiation is mostly due to the type of cells that produce them: eukaryotic and prokaryotic cells. Furthermore, DOM isolated by tangential ultrafiltration (> 1 KDa) from different aquatic environments has also been characterized. Significant changes were observed in the aromaticity and average molecular weigh of the samples depending on whether they were of continental or marine origin and also on the exposition to the sunlight before sampling. Moreover, controlled experiments were performed in order to study the response of these materials to natural radiation. These experiments showed degradation of the humic-like fluorophores ¿peak-M¿ and ¿peak-C¿ and the formation of another protein-like fluorophores, known in literature as ¿pico-T¿. When the marine bacteria were cultivated using the irradiated materials as substrate a rapid recovery of the humic-like fluorophores was observed. This recovery was proportional to the initial fluorescence of the materials before irradiation. Finally, we have also studied the relative importance of the processes that involve the mixing between water masses of continental and marine origin, microbial production and photochemical degradation on the CDOM and FDOM distribution of two distinct coastal ecosystem: the ¿Ría de Vigo¿ and the Blanes Bay. The Ría de Vigo, enclosed in the Iberian upwelling system, is periodically affected by downwelling and upwelling events. Microbial production was the dominant process during the donwelling period while the photochemical decomposition predominated during upwellings. On the other hand, Blanes Bay, in the oligotrophic Northwest Mediterranean Sea, possesses a seasonal cycle determined by natural radiation. This is characterized by the accumulation of chromophores and fluorophores absorbing at < 300 nm and the photochemical decomposition of those absorbing at > 300nm during the summer season. / Los océanos albergan 685 Pg de carbono orgánico, de los que 662 Pg están en forma disuelta. La enorme diversidad de compuestos que constituyen la materia orgánica disuelta (DOM) y la baja concentración en que se encuentra cada uno de ellos, hace de la caracterización química y estructural de este material una ardua tarea. Es por eso que menos del < 11% de la DOM está identificado en la actualidad. Una fracción variable de la DOM –entre el 20% en océano abierto y el 70% en zonas costeras– absorbe luz UV y visible, por lo que se conoce como DOM coloreada (CDOM). Parte de la CDOM, emite la radiación absorbida en forma de fluorescencia, si bien con un rendimiento cuántico bajo (en torno al 1%) y es conocida como DOM fluorescente (FDOM). El estudio simultaneo de la CDOM y FDOM combinando espectroscopia de absorción y fluorescencia permite –de forma relativamente simple, rápida y barata– ahondar en el conocimiento de (i) la estructura molecular de la DOM, en aspectos tales como su aromaticidad y peso molecular medio; y (ii) su reactividad biológica y fotoquímica, a través del estudio de la producción, consumo y/o alteración química de diferentes grupos cromóforos y fluoróforos en respuesta a la actividad de los microorganismos y la radiación solar en los océanos. En esta Tesis se han realizado tanto experimentos de laboratorio como estudios de campo. En una serie de experimentos se ha profundizado en las fuentes microbiológicas de la CDOM y FDOM en condiciones controladas, demostrando que el fitoplancton marino produce un fluoróforo a Ex/Em = 320 nm/410 nm que es consumido por las bacterias marinas, que a su vez producen otro fluoróforo a Ex/Em = 340 nm/440 nm. Estos fluoróforos de naturaleza húmica, conocidos en la literatura especializada como “pico-M” y “pico-C”, se consideraban característicos de ecosistemas marinos y continentales, respectivamente. Este trabajo sugiere que la diferenciación tiene más que ver con el tipo de células que las producen: eucariotas o procariotas. Se ha caracterizado ópticamente DOM aislada por filtración tangencial (> 1 KDa) de diversas aguas naturales, observándose cambios significativos en la aromaticidad y peso molecular medio de las muestras en función de su origen continental o marino y de su exposición a la luz natural antes de ser colectadas. Igualmente, se realizaron experimentos controlados para estudiar la respuesta de estos materiales a la radiación natural, observándose degradación de los fluoróforos de naturaleza húmica “pico-M” y “pico-C” y generación de un fluoróforo de naturaleza protéica, conocido en la literatura como “pico-T”. Al cultivar bacterias marinas usando los materiales irradiados como substrato se observa una rápida recuperación de los fluoróforos de naturaleza húmica, proporcional a la fluorescencia inicial de los materiales antes de ser irradiados. Finalmente, se ha estudiado la importancia relativa de los procesos de mezcla de masas de agua de origen continental y marino, producción microbiana y degradación fotoquímica sobre la distribución de CDOM y FDOM en dos ecosistemas costeros con distintas condiciones: la Ría de Vigo y la Bahía de Blanes. La Ría de Vigo, sistema eutrófico enclavado en el afloramiento ibérico, se ve afectada periódicamente por episodios de afloramiento y hundimiento, resultando la producción microbiana el proceso dominante en condiciones de afloramiento y la descomposición fotoquímica en condiciones de hundimiento. Por otro lado, la Bahía de Blanes, en el oligotrófico Mediterráneo Nororiental, describe un marcado ciclo estacional dictado por la radiación natural incidente caracterizado por la acumulación estival de cromóforos y fluoróforos que absorben a <300 nm y la descomposición fotoquímica de los que lo hacen a > 300 nm. / Els oceans alberguen 685 Pg de carboni orgànic, dels quals 662 Pg estan en forma dissolta. L’enorme diversitat de compostos que constitueixen la matèria orgànica dissolta (DOM) i la baixa concentració en què es troba cadascun d’ells, fa de la caracterització química i estructural d’aquest material una àrdua tasca. És per això que menys del < 11% de la DOM està identificat a dia d’avui. Una fracció variable de la DOM –entre el 20% a l’oceà obert i el 70% a zones costaneres– absorbeix llum UV i visible, per la qual cosa es coneix com DOM acolorida (CDOM). Part de la CDOM, emet la radiació absorbida en forma de fluorescència, si bé amb un rendiment quàntic baix (entorn del 1%) i és coneguda com DOM fluorescent (FDOM). L’estudi simultanei de la CDOM i la FDOM combinant espectroscòpia d’absorció i fluorescència permet –de forma relativament simple, ràpida i barata– aprofundir en el coneixement de (i) l’estructura molecular de la DOM, en aspectes tals com la seva aromaticitat i el pes molecular mitjà; i (ii) la seva reactivitat biològica i fotoquímica, a través de l’estudi de la producció, consum i/o alteració química de diferents grups cromòfors i fluoròfors en resposta a l’activitat dels microorganismes i la radiació solar en els oceans. En aquesta Tesi s’han realitzat tant experiments de laboratori com estudis de camp. En una sèrie d’experiments s’ha aprofundit en les fonts microbiològiques de la CDOM i FDOM en condicions controlades, demostrant que el fitoplàncton marí produeix un fluoròfors a Ex/Em = 320 nm/410 nm que és consumit pels bacteris marins, que al seu torn produeixen un altre fluoròfors a Ex/Em = 340 nm/440 nm. Aquests fluoròfors de naturalesa húmica, coneguts en la literatura especialitzada com “pic-M” i “pic-C”, es consideraven característics d’ecosistemes marins i continentals, respectivament. Aquest treball suggereix que la diferenciació té més a veure amb el tipus de cèl·lules que les produeixen: eucariotes o procariotes. S’ha caracteritzat òpticament DOM aïllada per filtració tangencial (> 1 KDa) de diverses aigües naturals, observant-se canvis significatius en la aromaticitat i pes molecular mitjà de les mostres en funció del seu origen continental o marí i de la seva exposició a la llum natural abans de ser mostrejadas. Igualment, es van realitzar experiments controlats per estudiar la resposta d’aquests materials a la radiació natural, observant-se degradació dels fluoròfors de naturalesa húmica “pic-M” i “pic-C” i generació d’un fluoròfors de naturalesa protéica, conegut en la literatura com “pic-T”. En cultivar bacteris marins utilizant els materials irradiats com a substrat s’observa una ràpida recuperació dels fluoròfors de naturalesa húmica, proporcional a la fluorescència inicial dels materials abans de ser irradiats. Finalment, s’ha estudiat la importància relativa dels processos de barreja de masses d’aigua d’origen continental i marí, producció microbiana i degradació fotoquímica sobre la distribució de CDOM i FDOM en dos ecosistemes costaners diferents: la Ria de Vigo i la Badia de Blanes. La Ria de Vigo, sistema eutròfic enclavat en l’aflorament ibèric, es veu afectada periòdicament per episodis d’aflorament i enfonsament, resultant la producció microbiana el procés dominant en condicions d’aflorament i la descomposició fotoquímica en condicions d’enfonsament. D’altra banda, la Badia de Blanes, en el oligotròfic Mediterrani Nord-oriental, descriu un marcat cicle estacional dictat per la radiació natural incident caracteritzat per l’acumulació estival de cromòfors i fluoròfors que absorbeixen a <300 nm i la descomposició fotoquímica dels quals que ho fan a > 300 nm.

La investigación realizada en esta tesis se ha basado en la síntesis y estudio de propiedades de arquitecturas 2D y 3D autoasociadas. En este contexto, derivados de ciclotriveratrileno (CTV) triplemente funcionalizados con unidades de ureidopirimidinona dieron lugar a capsulas autoasociadas capaces de incluir fulerenos de diferente tamaños (C60, C70 y C84) en su interior. La diferencia de estabilidad de los diferentes complejos permitió el desarrollo de una nueva metodología para purificar fulerenos. Basado en este diseño, se sintetizaron también carcerandos los que el fulereno queda atrapado permanentemente en la cavidad. La metodología de Grubbs permitió la unión covalente de las dos hemicapsulas. Además, se han desarrollado nuevos receptores para fulerenos usando unidades cóncavas como el CTV funcionalizados con tres tetratiafulvalenos extendidos. Estos complejos presentaron propiedades interesantes para el desarrollo de nuevos materiales para dispositivos fotovoltaicos. Finalmente, se investigó la síntesis de agregados cíclicos bidimensionales basados en bis-UPys disimétricas con el objetivo de crear nuevo materiales porosos organizados / The research of this thesis has been based on the synthesis and the study of the properties of self-assembled 2D and 3D architectures. In this contex, cyclotriveratrylene (CTV) derivatives triply functionalized with ureidopyrimidinone (UPy) units were synthesized. They self-assemble into a capsule large enough to include fullerenes of different sizes such as C60, C70 or C84. Taking advantage of the stability differences between the complexes, a new methodology for fullerene purification has been developed. Besed on the previous design, carcerands that permanently entraps fullerenes were synthesized using Grubbs methodology to covalently link both hemicapsules. In addition, a new kind of fullerene receptors using the concave surface of the CTV scaffold, endowed with three units of extended tetrathiafulvalene were(exTTF), were studied. These complexes display interesting properties to develop new materials in the field of photovoltaic devices. Finally, the synthesis of cyclic 2D aggregates based on dissymmetric bis-UPys was investigated with the aim of creating new organized porous materials.

S'ha descrit un nou tipus d'interacció no covalent entre molècules amb sistemes pi i anions. S'han emprat mètodes computacionals ab initio per estudiar complexos on l'ió es situa sobre un anell aromàtic. Aquests complexos anió-pi són governats per forces d'inducció (polarització) i electrostàtiques si el moment quadrupolar del compost aromàtic és significatiu. En els enllaços intermoleculars, la complexació amb anions representa un augment de la densitat electrònica i llur escurçament, i també un guany en l'aromaticitat, en contrast amb els complexos catió-pi. Els complexos ternaris anió-pi-catió són molt favorables i la interacció és principalment electrostàtica. Un mateix anió pot establir múltiples interaccions amb diferents sistemes pi, totes amb caràcter additiu.S'han trobat interaccions anió-pi en estructures cristal·logràfiques que constitueixen evidències experimentals.Aquestes interaccions podràn ser usades en el disseny de receptors d'anions, així com també ajudar a resoldre efectes intermoleculars inexplicats fins avui. / Se ha descrito un nuevo tipo de interacción no covalente entre moléculas con sistemas pi y aniones. Se han utilizado métodos computacionales ab initio para estudiar complejos donde el ión se sitúa sobre un anillo aromático. Estos complejos anión-pi están gobernados por fuerzas de inducción (polarización) y electrostáticas si el momento cuadrupolar del compuesto aromático es significativo. En los enlaces intermoleculares, la complejación con aniones representa un aumento de la densidad electrónica y su acortamiento, así como una ganancia en la aromaticidad, en contraste con los complejos catión-pi. Los complejos ternarios anión-pi-catión son muy favorables y la interacción es principalmente electrostática. Un mismo anión puede establecer múltiples interacciones con diferentes sistemas pi, todas con carácter aditivo.Se han encontrado interacciones anión-pi en estructuras cristalográficas que constituyen evidencias experimentales.Estas interacciones podrán ser usadas en el diseño de receptores de aniones, así como también ayudar a resolver efectos intermoleculares inexplicados hasta la fecha. / A new type of non covalent interaction between molecules with p systems and anions has been described. Ab initio computational methods have been used to study complexes where the anion is located over an aromatic ring. These anion-pi complexes are governed by induction (polarization) and electrostatic, if the quadrupolar moment of the aromatic ring is significant, forces. Regarding tje features of the aromitc ring, the anion complexation induces an increase in the electron density and a bond shortening, as well as a gain in the aromaticity, in contrast with cation-pi complexes. Ternary anion-p-cation compexes are very favourables and the interaction is principally electrostatic. An anion can stablish multiple interactions with different pi systems, all of them additive in nature.Anion-pi interactions in crystallographic structures have been found, constituting experimental evidencies.These interactions could be used for the design of anion receptors and could help to solve inexplicable intermolecular effects to date.

L’objectiu d’estudi de la tesi és el desenvolupament de nous mètodes sintètics per a la l’obtenció d’oligosacàrids i tio-anàlegs mitjançant processos polimèrics d’obertura d’anell. Aquestes estructures es poden trobar en una gran varietat de productes naturals on formen part de substàncies biològicament actives. D’aquesta manera, s’han desenvolupen rutes sintètiques per l’obtenció de carbohidrats epóxidats, episulfurats, carbonatats i tiocarbonatats. Els monòmers sintetitzats han estat sotmesos a diferents reaccions d’oligomerització. Curiosament, la cerca de nous mètodes de síntesi d’epitio-carbohidrats va donar lloc al descobriment de sucres 1,3-oxazolin-2-tioderivats. Aquests nous compostos han esdevingut inhibidors altament específics de β-glucosidases amb un gran potencial contra la malaltia de Gauche. Els diferents estudis d’inhibició es troben recollits en la memòria. / The final goal of this thesis is the development of strategic methods fro the synthesis of well-defined 1,2-linked oligosaccharides and S-linked thio-analogues through different polymerization techniques. These structures form a complex group of biomolecules with an unsurpassed structural diversity, performing a variety of biological functions. In this context, the present work aimed to develop new procedures in carbohydrate chemistry, focusing in the oligomerization reactions. Thus, efficient syntheses have been studied for accessing the suitable carbohydrate based monomers (including epoxides, episulfides, carbonates and tiocarbonates). Unexpectedly, the synthesis of epithiocarbohydrates afforded carbohydrate-derived 1,3-oxazolidine-2-thiones. These compounds have proved to be quite attractive as new enzyme inhibitors for Gaucher disease. All enzyme inhibition studies can be found in the manuscript.

El trabajo de tesis doctoral ha consistido en el diseño y síntesis de diferentes receptores moleculares. En particular, de nuevos derivados calix[4]pirrolaril-extendidos con dos y cuatro grupos fosfonatocomo receptores ditópicos para la complejación de pares iónicos,importantes para la extracción de sales y para el transporte de iones a través de las membranas celulares. Asimismo, derivados de calix[4]pirrol han sido preparados para la inclusión de N-óxidos en conformación de alta energía.La importancia de la inclusiónha sido demostrada en la modificación dela reactividad químicatípica delN-óxidoenreacciones en las queel mismo seutilizacomo co-oxidante. Porúltimo, se presentan derivados de resorcin[4]areno con grupos etilo en la parte inferior y una pared móvil en la parte superior como potenciales ligandos para catálisis supramolecular. / The work developed during the PhD thesis deals mainly with the design and synthesis ofSupramolecular Hosts. In particular, we present new aryl-extended calix[4]pyrroleswith two or four phosphonate groups as heteroditopic receptors for the complexation of ion-pairs and that result important for the extraction of salts and for the transportof ions through membranes. Likewise, derivativesofcalix[4]pyrroles have been prepared for the selective inclusionofN-oxides in high energy conformation.The importance of the inclusion has been demonstrated by the change of the reactivity of the N-oxide in reactions in which it is commonly used as co-catalyst. Finally, we present derivatives ofresorcin[4]arenes with ethyl groups at the lower rim of thereceptor and a mobile wall in the upper rim as potential ligands for Supramolecular catalysis.