Actualmente, el uso de productos fitosanitarios para proteger a los cultivos está muy extendido. La presencia de residuos de estos compuestos en productos alimentarios y en el medioambiente puede suponer un riesgo para la salud de las personas y de los animales, así como para los ecosistemas, si no existen controles rigurosos sobre su uso. Para autorizar un plaguicida y controlar la presencia de sus residuos, la legislación europea establece límites máximos de residuos (LMR), que, a nivel comunitario, deben cumplirse para asegurar la protección de la salud. Aunque existen muchos métodos analíticos destinados a determinar plaguicidas de diversas familias de forma conjunta (métodos multirresiduales), en ocasiones se deben desarrollar métodos específicos para ciertos plaguicidas problemáticos que, por sus propiedades fisicoquímicas, requieren tratamientos especiales, y que en cualquier caso difícilmente se pueden incluir en los métodos multirresiduales. En esta tesis, se han afrontado diferentes situaciones analíticas relacionadas con la determinación de plaguicidas problemáticos en matrices vegetales y suelos. Los compuestos estudiados no suelen incluirse en métodos multirresiduales, que son los preferidos en análisis de rutina, debido a las dificultades analíticas que presentan, principalmente por su baja estabilidad. Las técnicas utilizadas han sido la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas con analizadores de cuadrupolo (GC-MS, Q) y triple cuadrupolo (GC-MS/MS, QqQ), y la cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas con triple cuadrupolo (LC-MS/MS, QqQ). En el capítulo 1, se presenta una introducción general sobre la problemática asociada al uso de plaguicidas y la importancia de desarrollar métodos adecuados de análisis, basados en el acoplamiento cromatografía/espectrometría de masas, considerando las diferentes etapas del método analítico y algunos aspectos teóricos. Los capítulos posteriores, muestran los trabajos experimentales realizados y se han agrupado en tres capítulos en función de la técnica cromatográfica y el analizador utilizado. El capítulo 2, artículo científico 1, presenta el primer trabajo que se realizó, y se centra en el desarrollo de un método basado en la aplicación de la microextracción en fase sólida para la determinación de piretroides en muestras vegetales mediante GC-MS con cuadrupolo simple. Algunos de los piretroides incluidos en este estudio están clasificados como posibles agentes cancerígenos, por lo que su determinación es prioritaria. El método desarrollado fue validado en términos de precisión y linealidad, y se obtuvieron LODs en el rango de 0.003 y 0.025 mg/kg. La principal dificultad asociada al método desarrollado reside en la cuantificación de las muestras, cuestión que se discute en el trabajo. En los siguientes capítulos puede verse el avance y mejora que supone el uso del analizador de triple cuadrupolo en términos de sensibilidad y robustez. En el capítulo 3, se presentan dos trabajos basados en el uso de GC-MS/MS (QqQ). En el primero de ellos, artículo científico 2, se desarrolla un método para la determinación de residuos de clorotalonil en diversas matrices vegetales. El clorotalonil es un fungicida cuya dificultad analítica es conocida por la baja estabilidad que presenta durante la preparación de muestra. En el desarrollo del método, se hizo especial hincapié en la minimización y control de los factores que pueden provocar la degradación. El método desarrollado se basa en una extracción con acetona, añadiendo EDTA como conservante, seguida de una purificación mediante SPE en fase inversa (OASIS HLB). Los resultados de validación en todas las matrices estudiadas fueron satisfactorios, obteniendo recuperaciones entre 77 y 110% y RSD por debajo del 20%. En el artículo científico 3, se desarrolla un método basado en HS-SPME para la determinación de metilisotiocianato (MITC) en suelos. El MITC es un compuesto muy volátil y elevadamente tóxico que se genera rápidamente tras la aplicación de determinados ditiocarbamatos, como el metam sodio. La metodología HS-SPME presenta la ventaja de extraer y concentrar los analitos en una sola etapa sin utilizar disolventes orgánicos, y permite la introducción directa y cuantitativa de los analitos extraídos en el GC. El método se validó obteniendo recuperaciones entre 76 y 92% y RSD del orden del 7%. Dado que el principal problema asociado a la técnica SPME es la cuantificación, en este trabajo se evaluó el potencial del MHS-SPME para realizar la cuantificación. El capítulo 4, presenta dos trabajos basados en LC-MS/MS (QqQ). En el primero de ellos, artículo científico 4, se desarrolla un método para la determinación de residuos tiram en muestras vegetales. El tiram es un fungicida ditiocarbamato que se degrada rápidamente durante el proceso analítico generando, entre otros productos, CS2. Por ello, se estudió cuidadosamente la etapa de extracción tratando de minimizar los factores que pueden favorecer la degradación, como la temperatura, contenido en agua, pH, El método finalmente desarrollado consistió en una extracción con acetonitrilo sobre la muestra congelada, en presencia de NaSO4 anhidro, EDTA y NaHCO3 (sólo en el caso de matrices ácidas), tratando de mantener la cadena de frío durante todo el proceso mediante inmersión en baño de hielo a temperatura próxima a 5°C. Los resultados de la validación fueron buenos, obteniendo recuperaciones entre 80 y 106% y RSD inferiores al 10%. Finalmente, el artículo científico 5, presenta un método rápido y sensible para la determinación de residuos de piretrinas en muestras vegetales. Las piretrinas son insecticidas naturales que se degradan fácilmente en presencia de agua y por acción de la luz solar y el calor. El objetivo principal del trabajo fue desarrollar un método que permitiera cuantificar de forma específica e individual cada piretrina a bajos niveles de concentración en diversas matrices vegetales (lechuga, pimiento, pepino, tomate, fresa, arroz, patata y pistacho). Estos compuestos se suelen determinar de forma conjunta, como suma de piretrinas, por lo que la posibilidad de determinarlos de forma individual, por separado, se presenta como un reto analítico. El método desarrollado se basó en extracción con acetona o mezcla de acetona/H2O, en función de la matriz, e inyección directa del extracto en el sistema LC-MS/MS. En el caso de muestras grasas se evaluó el potencial de la interfase APCI. Finalmente, se consiguió un método robusto, con buenos resultados de validación en términos de exactitud y precisión. Todos los trabajos desarrollados en esta tesis han tenido un componente aplicado importante con el fin de demostrar la aplicabilidad de la metodología analítica puesta a punto en el análisis de muestras reales.

Tradicionalment, el disseny de fàrmacs s’ha basat en utilitzar molècules per tractar dianes biològiques clau o en una via metabòlica concreta, típicament proteïnes. No obstant, aquest paradigma està evolucionant de forma que el problema a resoldre no es troba només en entendre l’activació o inactivació de proteïnes sinó en controlar la maquinària interna que utilitza la cèl·lula per produir aquestes proteïnes. De la mateixa manera, les malalties conegudes com a minoritàries tenen els seus orígens en la genètica, i la utilització de proteïnes com a diana terapèutica ha esdevingut insuficient. L’ARN presenta una importància fonamental en els éssers vius degut al seu paper en multitud d’esdeveniments de regulació i control. La unió de molècules a l’ARN pot permetre el silenciament gènic o sobrexpressió d’un gen en concret. Fins la data, pocs fàrmacs amb la capacitat d’unir-se a l’ARN han tingut un impacte clínic significatiu pel que és imperatiu identificar nous esquelets químics que superin les dificultats associades al reconeixement d’aquesta macromolècula. Tanmateix, s’ha observat que el tractament per inhibir l’expressió gènica de determinats patògens és una estratègia prometedora ja que universalitza la seva activitat virucida. El factor limitant actual es troba en la manca de metodologies que permetin identificar de forma ràpida i efectiva potencials fàrmacs per tractar aquest tipus de patologies. Per aquest motiu, la present tesi es basa en la recerca de noves metodologies computacionals per al reconeixement de potencials fàrmacs per al tractament de dues malalties ARN-dependents com són la distròfia miotònica de tipus 1 (DM1) i el virus de la immunodeficiència humana (VIH-1). Gran part d’aquestes metodologies es basen en l’estructura del receptor pel que és fonamental una millor comprensió de les particularitats estructurals de l’ARN en un entorn dinàmic. Per aquest motiu, en el present treball s’han aplicat protocols de dinàmica molecular i models de xarxes elàstiques a fi d’investigar la promiscuïtat estructural d’aquests ARNs. Aquestes tècniques han permès obtenir informació per a refinar la modelització de noves famílies de compostos amb activitat biològica en models in cellulo. De la mateixa manera, s’ha realitzat una racionalització de l’activitat biològica de pèptids i peptoids actius en front de DM1 i VIH-1 per a poder-ne millorar la seva activitat en futures modificacions. Finalment, s’ha estudiat la dinàmica d’una proteïna essencial per al desenvolupament muscular, la desregulació de la qual està involucrada en múltiples malalties minoritàries, i especialment en DM1. Aquesta proteïna (MBNL1) està involucrada en múltiples processos de regulació i l’estudi realitzat en aquesta tesi proposa que el seu comportament dinàmic condiciona les seves propietats d’unió a certs transcrits d’ARN per a expressar o silenciar determinats gens. / Tradicionalmente, el diseño de fármacos se ha basado en usar moléculas para tratar dianas biológicas clave o una vía metabólica concreta, típicamente proteínas. No obstante, este paradigma está evolucionando de forma que el problema a resolver no se encuentra sólo en la activación o inactivación de proteínas sino en controlar la maquinara interna que usa la célula para producir estas proteínas. Del mismo modo, las enfermedades conocidas como minoritarias tienen sus orígenes en la genética, i la utilización de proteínas como diana terapéutica es, a día de hoy, insuficiente. El ARN presenta una importancia fundamental en los seres vivos debido a su papel en multitud de procesos de regulación y control. La unión de moléculas al ARN potencialmente permite el silenciamiento o sobreexpresión de un gen en concreto. Hasta la fecha, pocos fármacos con capacidad de unirse al ARN han tenido un impacto clínico significativo por lo que es imperativo identificar nuevos esqueletos químicos que superen las dificultares asociadas al reconocimiento de esta macromolécula. Igualmente, se ha observado que el tratamiento para inhibir la expresión génica de determinados patógenos es una estrategia prometedora ya que universaliza su actividad virucida. El factor limitante actual se encuentra en la falta de nuevas metodologías que permitan identificar de forma rápida y efectiva potenciales fármacos para tratar este tipo de patologías. Por este motivo, la presente tesis se basa en la prospección de nuevas metodologías computacionales para el reconocimiento de potenciales fármacos para el tratamiento de dos enfermedades ARN-dependientes como son la distrofia miotónica de tipo 1 (DM1) i el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH-1). La mayor parte de estas metodologías se basan en la estructura del receptor por lo que es fundamental una mejor comprensión de las particularidades estructurales del ARN en un entorno dinámico. Por este motivo, en el presente trabajo se han aplicado protocolos de dinámica molecular y modelos de redes elásticas con el fin de investigar la promiscuidad estructural de estas estructuras. Estas técnicas han permitido obtener información para refinar la modelización de nuevas familias de compuestos con actividad biológica en modelos in cellulo. Del mismo modo, se ha realizado una racionalización de la actividad bilógica de péptidos y peptodies activos frente a DM1 i VIH-1 para poder mejorar su actividad en futuras modificaciones. Finalmente, se ha estudiado la dinámica de una proteína esencial para el desarrollo muscular, cuya desregulación está involucrada en múltiples enfermedades minoritarias, especialmente en DM1. Esta proteína (MBNL1) está involucrada en múltiples procesos de regulación i el estudio realizado en esta tesis propone que su comportamiento dinámico condiciona las propiedades de unión a ciertos transcritos de ARN para expresar o silenciar determinados genes. / Traditionally, drug design has focused on using molecules for treating biological targets or a specific metabolic pathway, typically proteins. However, this model is changing in such a way that the problem to be resolved is not only to be found in the activation or inactivation of proteins but also in controlling the internal cellular machinery that regulates these proteins. Similarly, the new generation of diseases known as genetic or ‘rare’ diseases is rooted in genetics, and the use of proteins as a therapeutic target is, today, insufficient. RNA has a fundamental importance in life and it plays a role in multiple processes of regulation and control. Small molecules that bind RNA can potentially silence or promote gene expression. To date, few drugs that potentially bind RNA had a significant clinical impact so it is essential to identify new chemical scaffolds that are able to overcome the inherent difficulties of this macromolecule recognition. Equally important, it the observation that inhibition of gene expression of certain pathogens is a promising strategy due to their universal virucidal activity. The current limiting factor is the lack of alternative methodologies to quickly and effectively identify potential drugs to treat such diseases. Therefore, this thesis is based on the exploration of new computational methodologies for identifying potential drugs for the treatment of two RNA-dependent diseases such as myotonic dystrophy type 1 (DM1) and the human immunodeficiency virus (HIV-1). Most of these methods are based on the receptor’s structure which is why a better understanding of the structural characteristics of RNA in a dynamic environment is essential. Therefore, in this thesis in order to investigate the structural promiscuity of these targets molecular dynamics and elastic network model protocols have been applied. These techniques have provided important information to refine the modeling of new families of compounds with biological activity on in cellulo models of DM1. Similarly, a rationalization of the biological activity of peptides and peptoids active against DM1 and HIV-1 based on structure has been conducted to improve their potency in future modifications. Finally, the dynamics of an essential protein for muscle development, whose deregulation is involved in many rare diseases, especially in DM1, has been studied. This protein (MBNL1) is involved in many regulatory processes and the study in this thesis proposes that its dynamic behavior determines its binding properties in order to bind specific RNA transcripts to enhance or silence gene expression.

Capes de nanotubs de carboni de múltiples parets (MWCNTs) s'han dipositat sobre diferents substrats transductors per a aplicacions de detecció de gasos. MWCNTs tractats amb plasma d'oxigen, anomenats O-MWCNTs, han estat un element fonamental per al desenvolupament de nanomaterials sensibles a diferents gasos. Inicialment, els O-MWCNTs es van estudiar com a element sensible en dispositius sensors de gasos de tipus resistiu. Els compostos orgànics volàtils (COV) com ara benzè, toluè, etanol, metanol i acetona es van utilitzar per a caracteritzar aquesta capa sensible. Els sensors van mostrar bona sensibilitat i excel·lent recuperació de la línia de base en presència de vapors de benzè o toluè en comparació amb els altres VOCs estudiats. També, els O-MWCNTs es van estudiar com a nanomaterials adsorbents dipositats en micropalanques ressonants piezoelèctriques PZT fabricades per serigrafia. En un segon pas, es va modificar l'elèctrode superior per convertir-lo en interdigitat amb la finalitat d'obtenir un transductor que permetir emprar dos mecanismes de transducció. Aquesta configuració ens va permetre mesurar, per a un sol dispositiu, el canvi de resistència de la pel·lícula de nanotubs de carboni i el canvi de freqüència de ressonància de la micropalanca PZT després de l'exposició a compostos orgànics volàtils. Les propietats de detecció de tals sistemes han estat estudiades per contaminants com el benzè, CO i NO2. Canvis positius i negatius de la freqüència de ressonància s'observen en baixes i altes concentracions de gas, respectivament. Aquests s'atribueixen a que l'estrès o els efectes de massa es fa dominant en nivells baixos o alts de concentració de gas. Mitjançant el signe del canvi de la resistència de la pel·lícula de O-MWCNT es poden discriminar els gasos o vapors d'acord al seu caràcter oxidant o reductor. L'interès de la doble transducció s'ha demostrat en la detecció de CO. Finalment, al davant de la dificultat per detectar benzè en concentracions baixes, s'ha seguit un enfocament diferent, basat en reconeixement molecular hoste-amfitrió. Per promoure la interacció específica cap al benzè, s'ha emprat un cavitant (quinoxalina) per funcionalitzar els O- MWCNTs. La detecció de 2,5 ppb de benzè en l'aire sec es demostra com a possible i el límit de detecció (LOD), es troba prop de 600 ppm. / Capas sensibles basadas en nanotubos de carbono multi pared (MWCNTs) han sido depositadas sobre diferentes sustratos de transductores para su aplicación en sensores de gases. MWCNTs tratados con plasma de oxígeno, llamados O-MWCNTs, han sido el compuesto básico para el desarrollo de otros nanomateriales sensibles a gases. Primero, O-MWCNTs fueron estudiados como sensores de gas resistivos. Compuestos orgánicos volátiles (COVs) como benceno, tolueno, etanol, y acetona fueron usados para caracterizar esta capa sensible. Los sensores muestran una buena sensibilidad y una recuperación excelente de la línea de base en presencia de vapores de benceno o tolueno en comparación a otros COVs probados. O-MWCNTs fueron estudiados como nanomateriales adsorbentes depositados sobre micropalancas resonantes piezoeléctricas de PZT fabricadas por serigrafía multi-capa. En segundo término, una modificación del electrodo superior en forma de dos electrodos interdigitados fue implementada con el objetivo de obtener un elemento transductor capaz de implementar dos mecanismo de transducción. Esta configuración nos ha permitido medir, con un solo dispositivo, el cambio en la resistencia de la capa de los nanotubos de carbono y el desplazamiento de la frecuencia de resonancia de la micropalanca PZT bajo exposicion a los COVs. Las propiedades de detección de estos sistemas han sido estudiadas para los contaminantes benceno, CO y NO2. Desplazamientos positivos y negativos de la frecuencia de resonancia son observados a bajas y altas concentraciones, respectivamente. Esto es atribuido a los efectos de estrés y de masa convirtiéndose en dominantes a bajos o altos niveles de concentración. Monitorizando la resistencia de la capa de los O-MWCNTs de tipo-p ayuda a discriminar los gases/vapores en acuerdo con sus caracteres oxidante o reductor. El interés de la doble transducción ha sido demostrado con la detección de CO. Finalmente, frente a la dificultad de detectar benceno a baja concentración, un enfoque diferente basado en el reconocimiento molecular "host-guest" es propuesto. Para promover interacciones especificas hacia el benceno, los MWCNTS funcionalizados con un cavitando de tipo quinoxalina fueron empleados. Una detección de 2.5 ppb de benceno en aire seco es demostrado con un límite de detección (LOD) cerca de 600 ppt. / Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) base sensitive layers have been deposited onto different transducer substrates for gas sensing application. Oxygen plasma treated MWCNTs, so-called O-MWCNTs, have been a building block for developing other gas sensitive nanomaterials. At first, O-MWCNTs were studied as resistive gas sensors. Volatile organic compounds (VOCs) such as benzene, toluene, ethanol, methanol and acetone were used to characterize this sensitive layer. The sensors showed good sensitivity and excellent baseline recovery in the presence of benzene or toluene vapors compared to the others tested VOCs. O-MWCNTs were studied as adsorbent nanomaterials deposited on PZT piezoelectric resonant cantilevers fabricated by multilayer screen-printing. In the second step, a modification of the top electrode to become an interdigitated electrode was implemented in order to have a sensor transducer employing two transduction mechanisms. This configuration allowed us to measure, for a single device, the resistance change of the carbon nanotube film and the resonance frequency shift of the PZT cantilever upon exposure to VOCs. The sensing properties of such systems have been studied for benzene, CO, and NO2 contaminants. Positive and negative shifts of the resonance frequency are observed at low and high gas concentrations, respectively. These are attributed to stress or to mass effects becoming dominant at low or high gas concentration levels. Monitoring the resistance of the p-type O-MWCNT film helps discriminating gases/ vapours according to their oxidizing or reducing character. The interest of the double transduction has been demonstrated in the detection of CO. Finally, in front of the difficulty to detect benzene at low concentrations, a different approach based on the host-guest molecular recognition is proposed. To promote specific interaction toward benzene, quinoxaline-walled thioether-legged deep cavitand functionalized MWCNTs are used. The detection of 2.5 ppb of benzene in dry air is demonstrated with a limit of detection (LOD) near 600 ppt.

Es van obtenir diferents reactors catalítics de membrana (RCM) de membrana de fibra buida de Corindó i nanopartícules de Pd obtingudes per diferents metodologies: humitat incipients impregnació, polvorització catòdica, microemulsió i aliatge amb coure pel mètode de Poliol. RCMs es van provar en medi aquós, pressió ambiental i temperatura o 60 c en generació in situ de peròxid d'hidrogen, l'oxidació i hidrogenació de fenol i ibuprofè i reducció de Cr (VI). La RCM ha actuat com interfície catalítica per tal d'activar l'hidrogen i que reaccione amb oxigen o compost orgànic o inorgànic. La RCM impregnada amb Pd és l'única que van mostrar activitat i tests d'estabilitat. Aquest comportament es va deure a la presència d'àtoms i grups de Pd. La manca activitat de la resta de catalitzadors amb Pd es va deure a la formació d'hidrur de Pd en les condicions de reacció. / Se obtuvieron diferentes reactores catalíticos de membrana (RCM) desde membranas de fibra hueca de corindón y nanopartículas de paladio obtenidas por diferentes métodos: Impregnación a humedad incipiente, sputtering, microemulsion y aleación con cobre por el método del poliol. Los RCM fueron probados en medio acuoso, presión ambiental y temperatura ambiente o 60C en la generación in situ de peróxido de hidrógeno, oxidación e hidrogenación de fenol e ibuprofeno y reducción de Cr(VI). Los RCM actuaron como interfaz catalítica para que el hidrógeno se active y reaccione con el oxígeno o el compuesto orgánico o inorgánico. Los RCM con paladio por impregnación fueron los únicos que presentaron actividad y estabilidad en las pruebas. Este comportamiento se dio gracias a la presencia de átomos y clusters de paladio. La falta de actividad de los otros catalizadores de paladio se debió a la formación de hidruro de paladio en las condiciones de reacción. / Different catalytic membrane reactors (CMRs) were obtained from hollow fiber membranes corundum and palladium nanoparticles obtained by different methods: Incipient wetness impregnation , sputtering , microemulsion and copper alloy by the method of the polyol. The CMRs were tested in aqueous medium, ambient pressure and ambient temperature or 60C for the in situ generation of hydrogen peroxide, oxidation and hydrogenation of phenol and ibuprofen and reduction of Cr(VI). The catalytic CMR acted as interface for the reactions between hydrogen with oxygen or organic or inorganic compound. Only the CMRs with palladium by impregnation were actives and stabilites during the tests. This behavior occurred thanks to the presence of clusters and single atoms of palladium. The lack of activity of the other kind of palladium catalysts were due to the formation of palladium hydride in the reaction conditions.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / The growing concern over environmental pollution in recent decades has placed increasing focus on research into the development of sustainable processes associated with the removal of contaminants in waters. Water is scarcer than three decades ago, and there is still no satisfactory solution for the removal of pollutants. One element that has gained worldwide prominence is boron. Although it is a nutrient needed in small amounts for human and plant metabolism, higher levels are toxic to most plants and are associated with reproductive problems in humans. The World Health Organization (WHO) suggests a maximum concentration in drinking water of 2.4 mg/L, but many countries have not yet adopted this recommendation in their water treatment controls. At present, there is no general method for boron removal; several techniques can be used, such as electrodialysis, precipitation, chemical coagulation and electrocoagulation, complexation/nanofiltration, phytoremediation, ion exchange, reverse osmosis and adsorption with different materials. The selection of a particular treatment technology should be made not only on the basis of its efficiency but also with consideration of the associated environmental and financial costs. Biopolymers are a potential solution that has received little attention in the literature. Biopolymers and their derivatives are diverse and abundant in nature; they exhibit fascinating properties and are increasingly important in many applications thanks to their environmentally-friendly characteristics. A small number of publications report the possibility of using tannin gel (Morisada et al., 2011), cellulose cotton (Liu et al., 2007) or chitosan modified with N-methy-D-glucamine (Sabarudin et al., 2005), sugars (Morisada et al., 2011) and diols (Oishi and Maehata, 2013; Fortuny et al., 2014). Biosorption is an effective, simple and cost-beneficial method for the removal of contaminants from waters. This thesis focuses on the development of a sorption-based separation process, using biopolymers and composites for boron removal. The work has been carried out at the Department of Chemical Engineering of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) in the framework of two research projects (Ref.: CTQ2008PPQ-00417/PPQ and CTQ2011PPQ-22412/PPQ) and the FPI fellowship (BES 2009-026847) financed by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN). This work is a continuation of research that has been underway at the Department of Chemical Engineering (UPC) for many years, on the development of advanced separation processes for the removal of valuable compounds or contaminants from aqueous solutions. It contributes to the state of the art on boron separation technologies (examples of which include the development of new composites based on the encapsulation of metal hydroxides in biopolymers). Alginate and chitosan were effectively used as sorbents for boron recovery in the current research. Immobilization techniques were implemented using the technology described by Guibal et al., 2010; active materials are trapped in situ and distributed throughout the polymer support, creating a more stable adsorbent than those obtained by the traditional impregnation method, in which the active material is released partially from the pores of the polymer support while successive adsorption-desorption cycles are performed. Three composite materials have been synthesized in order to improve the sorption capacity, the selectivity towards boron species, and the mechanical properties of the raw sorbents: calcium alginate/alumina (CAAl), which improves the sorption capacity of alginate in neutral medium; chitosan/nickel(II) hydroxide [chiNi(III)] and chitosan/Iron(III) hydroxide [chiFer(III)], which increase the sorption uptake of chitosan and improve the handling of hydroxides in the adsorption process, and are stable enough to be used in aggressive environments such as seawater without affecting sorption uptake. / La creciente preocupación por la contaminación del medio ambiente en las últimas décadas ha ocasionado un auge en la investigación de procesos sostenibles relacionados con la remoción de contaminantes de las aguas. El agua de consumo es más escasa que hace tres décadas, y aún no existe solución satisfactoria para la separación de ciertos contaminantes. Un elemento que ha ganado especial importancia en todo el mundo es el boro. Aunque es un nutriente necesario en pequeñas cantidades para el metabolismo de las plantas, los niveles altos son tóxicos para la mayoría de ellas y se asocian con problemas reproductivos en los seres humanos. La Organización Mundial de la Salud (OMS) sugiere una concentración máxima en el agua potable de 2.4 mg/L, pero muchos países aún no han adoptado esta recomendación en sus controles de tratamiento de agua. En la actualidad, no existe un método general para la separación del boro; varias técnicas pueden ser utilizadas, tales como electrodiálisis, precipitación, coagulación química, electrocoagulación, complejación/nanofiltración, fitorremediación, intercambio iónico, ósmosis inversa y adsorción con diferentes materiales. La selección de una tecnología de tratamiento específica, debe hacerse no sólo sobre la base de su eficacia, sino también con la consideración de los costos ambientales y financieros asociados. Los biopolímeros son una posible solución que ha recibido poca atención en la literatura de los últimos años. Los biopolímeros y sus derivados son diversos y abundantes en la naturaleza; exhiben propiedades fascinantes y son cada vez más importantes en muchas aplicaciones gracias a sus características ecológicas. Un pequeño número de publicaciones reportan la posibilidad de utilizar gel de tanino (Morisada et al., 2011), celulosa (Liu et al., 2007), quitosano modificado con N-metil-D-glucamina (Sabarudin et al., 2005), azúcares (Morisada et al., 2011) y dioles (Fortuny et al., 2014). La técnica de biosorción es eficaz, sencilla y económicamente beneficiosa para la remoción de contaminantes de las aguas. Esta tesis se centra en el desarrollo de un proceso de separación basado en la adsorción, mediante el uso de biopolímeros y composites para la remoción del boro. El trabajo se ha llevado a cabo en el Departamento de Ingeniería Química de la Universitat Politècnica de Catalunya en el marco de dos proyectos de investigación (Ref. CTQ2008PPQ-00417/PPQ y CTQ2011PPQ-22412/PPQ) y la beca FPI (BES 2009-026847) financiados por el MICINN-España. Este trabajo contribuye al estado del arte en tecnologías de separación de boro (ejemplos de los cuales incluyen el desarrollo de nuevos composites basados en la encapsulación de hidróxidos de metales en biopolímeros). En la presente investigación se utilizó el alginato y el quitosano como sorbentes y soportes poliméricos para la recuperación del boro. La técnica de inmovilización se ha desarrollado utilizando la tecnología descrita por Guibal et al., 2010; los materiales inorgánicos fueron encapsulados in-situ y distribuidos por toda la matriz polimérica, creando un adsorbente más estable que los obtenidos por el método tradicional de impregnación, en la que el material activo se libera parcialmente de los poros del soporte mientras se realizan los ciclos sucesivos de adsorción-desorción. Se han sintetizado tres materiales compuestos con el fin de mejorar la capacidad de sorción, la selectividad frente a las especies de boro, y las propiedades mecánicas de los sorbentes primarios: alginato de calcio/alúmina (CAAl), el cual mejora la capacidad de sorción del alginato en medio neutro; quitosano/hidróxido de níquel(II) [chiNi(III)] y quitosano/hidróxido de hierro(III) [chiFer(III)], los cuales mejoran la tasa de sorción del quitosano y contribuyen a mejorar el manejo de hidróxidos en el proceso de adsorción. Estos materiales son lo suficientemente estables para ser utilizados en ambientes agresivos como el agua de mar sin verse afectada su capacidad de adsorción.

Durant el transcurs del primer any de la meva tesi doctoral, vaig estar involucrada en el diseny i síntesi de complexos de Zn (II) –salophen, decorats covalentment amb una unitat de 1,8-naftalimida La fixació de la unitat de 1,8-naftalimida al complex de Zn(II)-salophen va provocar una disminució significativa de la fluorescencia de la primera. Per tal d’explicar aquest fenòmen, hem proposat i demostrat l’existència d’un procès de transferencia d’energia fotoinduida entre la unitat de naftalimida (dador) i la salophen (acceptor). Un altre període de la meva tesi doctoral va ser dedicat al disseny i síntesis de nous resorcin[4]arens, modificats covalentment amb una unitat Zn(II)-salophen en el cèrcol superior. Aquest compost es va testar com a catalitzador en la hidròlisi del para-nitrofenil carbonato de colina (PNPCC). Comparant els resultats obtinguts, vàrem detectar un augment moderat de la constant de velocitat de reacció en presència del resorcin[4]arè prèviament preparat Finalment, vaig participar en el disseny i síntesis de derivats peptídics de complexos de Zn(II)-salophen. Les propietats de gelificació d’aquest derivat van ser investigades mitjançant la prova d’inversió de tub. En resum, durant la meva tesi doctoral he explorat i demostrat les asplicacions dels complexes de Zn(II)-salophen en diferents camps, tal com el reconeixement d’anions, catálisis i la preparació de nous materials. / Durante el primer año de mi tesis doctoral estuve involucrada en el diseño y en la síntesis de complejos Zn (II) -salophen covalentemente decorados con una unidad 1,8-naftalimida. La fijación de la unidad 1,8-naftalimida al complejo de Zn(II)-salophen provocó una disminución significativa de la fluorescencia de la primera. Para explicar este fenómeno, hemos propuesto y demostrado la existencia de un proceso de transferencia de energía fotoinducida entre la unidad de naftalimida (donador) y la salophen (aceptor). Otro período de mi tesis doctoral se dedicó al diseño y síntesis de un nuevo resorcin[4]areno modificado covalentemente con una unidad Zn(II)-salophen en el cerco superior. Este compuesto se ensayó como catalizador en la hidrólisis del para-nitrofenil carbonato de colina (PNPCC). Comparando los resultados obtenidos, detectamos un moderado aumento de la constante de velocidad de reacción en presencia del resorcin[4]areno que preparamos. Por último, participé en el diseño y síntesis de derivados peptídicos de complejos Zn(II)-salophen. Las propiedades de gelificación de este derivado se investigaron a través de la prueba de inversión de tubo. En resumen, durante mi tesis doctoral he explorado y demostrado las aplicaciones de los complejos de Zn(II)-salophen en diferentes campos, como el reconocimiento de aniones, catálisis y la preparación de nuevos materiales. / During the first year I was involved in the design and synthesis of Zn(II)-salophen complexes covalently decorated with a 1,8-naphthalimide unit. The attachment of the 1,8-naphthalimide unit to the Zn(II)-salophen complex provoked a significant emission quenching of the former one. To explain this phenomenon, we proposed and demonstrated the existence of a photoinduced energy transfer process between the naphthalimide unit (donor) and the salophen (acceptor). Another period of my PhD thesis was devoted to the design and synthesis of an unprecedented resorcin[4]arene derivative featuring a Zn(II)-salophen unit covalently attached at the upper rim. This compound was tested as catalyst in the hydrolysis of the para-nitrophenyl choline carbonate (PNPCC). By comparison of the obtained results, a moderate increase in the reaction rate constant was detected in the presence of the resorcin[4]arene we prepared. Finally, I was involved in the design and synthesis of peptide derivatives of Zn(II)-salophen complexes. The gelation properties of this derivative were investigated through the tube inversion test. To sum up, during my PhD thesis I have explored and showed the potentialities of Zn(II)-salophen complexes in different fields, i.e. anion recognition, catalysis and responsive soft materials.

Es preveu que l'esgotament de les reserves de combustibles fòssils succeeixi en les pròximes dècades. La producció de biocombustibles per reduir la demanda de combustibles fòssils ha provocat diversos problemes; per exemple, la producció de biodièsel a partir de matèries primeres també utilitzades en la producció d'aliments ha modificat l'ús de les sòls agrícoles reemplaçant la producció d'aliments per la producció d'energia. En aquest context, les microalgues han sorgit com a matèria primera de baix cost i no comestibles. Aquesta tesi investiga diferents escenaris per produir biocombustibles a partir de microalgues: Isochrysis mandra, Selenastrum capricornutum, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Nannochloropsis oculata i Nannochloropsis oceanica. Les microalgues van ser convertides principalment en dos biocombustibles: metà, produït per digestió anaeròbica, i bio-oli, produït per liqüefacció hidrotèrmica. En el cas de la digestió anaeròbia, s'ha avaluat la influència de diversos paràmetres en la producció de metà: espècies de microalgues, temperatura de la digestió, relació substrat:inòcul, pretractament de la biomassa i la co-digestió de microalgues amb fangs de depuradora. En cas de liqüefacció hidrotérmica, els paràmetres investigats van ser: temperatura i l'addició de co-dissolvents per millorar els rendiments de bio-oil i la seva qualitat. A més de la producció de biocombustibles, aquesta tesi també avalua la possibilitat de reciclar nutrients per al cultiu de microalgues a partir dels sub-productes generats en la digestió anaeròbia i en la liqüefacció. / Se prevé el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles en las próximas décadas. La producción de biocombustibles para reducir la demanda de combustibles fósiles ha provocado varios problemas; por ejemplo, la producción de biodiesel a partir de materias primas también utilizadas en la producción de alimentos ha modificado el uso de las tierras agrícolas reemplazando la producción de alimentos por la producción de energía. En este contexto, las microalgas han surgido como materia prima de bajo costo y no comestibles. Esta tesis investiga diferentes escenarios para producir biocombustibles a partir de distintas microalgas: Isochrysis galbana, Selenastrum capricornutum, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Nannochloropsis oculata y Nannochloropsis oceanica. Principalmente, dos biocombustibles diferentes han sido producidos: metano, mediante digestión anaeróbica, y bio-oil, mediante licuefacción hidrotérmica. En el caso de la digestión anaerobia, se ha evaluado la influencia de diversos parámetros en la producción de metano: las especies de microalgas, la temperatura de la digestión, la relación sustrato:inóculo, el pre-tratamiento de la biomasa y la co-digestión de microalgas con lodos de depuradora. En caso de licuefacción hidrotérmica, los parámetros investigados fueron: temperatura y la adición de co-disolventes para mejorar los rendimientos de bio-oil y su calidad. Además de la producción de biocombustibles, esta tesis también evalúa la posibilidad de reciclar nutrientes para el cultivo de microalgas a partir de los sub-productos generados en la digestión anaerobia y en la licuefacción / The depletion of the fossil-fuel reserves is predicted to happen the next few decades. The biofuels production to alleviate the fossil-fuel demand has caused several problems; for example, the biodiesel production from edible oil seeds has shifted out the land from food to energy production. In this context, microalgae have arisen as low-cost and non-edible feedstocks for biofuels production. This thesis investigates different scenarios to produce biofuels from microalgae. Isochrysis galbana, Selenastrum capricornutum, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Chlorella kessleri, Nannochloropsis oculata and Nannochloropsis oceanica are microalgae species used in the experiments. The biomass was mainly converted into two different biofuels: methane, produced by anaerobic digestion, and bio-oil, produced by hydrothermal liquefaction. In case of anaerobic digestion, the influence of several parameters on the methane production has been evaluated: microalgae species, temperature of digestion, substrate to inoculum ratio, biomass pre-treatment and co-digestion of microalgae and sewage sludge. In case of hydrothermal liquefaction, the parameters investigated were: temperature and addition of co-solvents to improve bio-oil yields and quality. Additionally to the benefits of producing biofuels from microalgae, this thesis also evaluates the possibility of recycling nutrients after anaerobic digestion and liquefaction for microalgae cultivation.

En les darreres dècades, el món de la tecnologia i el desenvolupament de nous aparells electrònics s'han convertit en vitals per la nostra societat. Considerant la creixent demanda per la interpretació de resultats experimentals, la millora dels mètodes teòrics i el creixement dels recursos computacionals ens han permés un millor enteniment del comportament magnètic en sistemes amb metalls de transició. L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir en aquest camp d'investigació amb l'estudi de materials magnètics utilitzant eines computacionals (DFT, TD-DFT, CASSCF, CASPT2, DDCI, etc.), i en alguns casos, combinant-ho amb resultats experimentals. La primera part (Capítols 3 i 4) inclou l'estudi dels estats electronics de complexes de spin-crossover de Fe(II) i Fe(III) combinant la teoria funcional de la densitat (DFT i TD-DFT) amb mètodes multiconfiguracionals (CASSCF, CASPT2). A més a més, utilitzant la mateixa combinació, hem descrit el fenomen LIESST en complexes de Fe(III). La segona part (Cap. 5 i 6) exposa l'estudi de les propietats magnètiques associades a l'acoblament magnètic utilitzant mètodes variacionals (DDCI, DDCI-2), en un complex de Fe(IV) i un complex bimetàl·lic [MnCr]-oxalat, y com els canvis estructurals afecten a aquest acoblament. Altrament, hem fet un rigurós anàlisi de l'estructura electrònica del complex de Fe(IV) per proporcionar més informació en la descripció més adequada del sistema. / En las últimas décadas, el mundo de la tecnologia y el desarrollo de nuevos aparatos electrónicos se han convertido en vitales para nuestra sociedad. Considerando la creciente demanda para la interpretación de resultados experimentales, la mejora de los métodos teóricos y el crecimiento de los recursos computacionales nos han permitido un mejor entendimiento de los comportamientos magnéticos en los sistemas con metales de transición. El objetivo de esta tesis es contribuir a este campo de investigación con el estudio de materiales magnéticos usando herramientas computacionales (DFT, TD-DFT, CASSCF, CASPT2, DDCI, etc.), y en algunos casos, combinando con resultados experimentales. La primera parte (Capítulo 3 y 4) incluye el estudio de los estados electrónicos de los complejos de spin-crossover de Fe(II) y Fe(III) combinando la teoria funcional de la densidad (DFT y TD-DFT) con métodos multiconfiguracionales (CASSCF, CASPT2). Además, usando la misma combinación, hemos descrito el fenómeno LIESST en complejos de Fe(III). La segunda parte (Cap. 5 y 6) expone el estudio de las propiedades magnéticas asociadas al acoplamiento magnético utilizando metodos variacionales (DDCI, DDCI-2), en un complejo de Fe(IV) y un complejo bimetálico [MnCr]-oxalato, y como los cambios estructurales afectan a ese acoplamiento. Por otra parte, hemos hecho un riguroso analisis de la estructura electrónica del complejo de Fe(IV) para aportar la información para la descripción mas adecuada del sistema. / Over the last decades the world of technology and the development of new devices have become vital for our society. Considering the growing demand for interpretation of experimental observations, the improvement of theoretical methods and the increasing of the computational resources has allowed us to deepen the understanding of magnetic beahvior of metal transitions architectures. The aim of this thesis is to contribute to this research field with the study of magnetic materials by using computational tools (DFT, TD-DFT, CASSCF, CASPT2, DDCI, etc.), and in some cases combining it with experimental results. The first part (Chapters 3 and 4) includes the study of the electronic states of Fe(II) and Fe(III) spin-crossover complexes combining the density functional theory (DFT and TD-DFT) with multiconfigurational methodologies (CASSCF, CASPT2). In addition, we have described the LIESST phenomenon in Fe(III) using the same combination. The second part (Chapters 5 and 6) exposes the study of the magnetic properties related to the magnetic coupling using variational methods (DDCI, DDCI-2) of a Fe(IV) complex and bimetallic [MnCr] oxalate-based complexes and how changes can influence to the coupling. Moreover, a rigorous analysis of the electronic structure of the Fe(IV) system has been performed to provide more information about the most adequate description of the system in terms of intuitive chemical concepts.

Les molècules lipídiques poden formar nombroses estructures supramoleculars a través de les seves propietats d’autoacoblament en ambients aquosos. Una de les estructures més explorades, els liposomes, son formades quan les bicapes lamelars s’encorben en vesícules tancades amb un nucli aquós al seu interior. Aquesta particular organització, que ofereix ambients hidrofílic (nucli) i hidrofòbic (dins de la membrana) per poder transportar molècules polars i apolars, juntament amb la seva naturalesa biocompatible, biodegradable i no immunogènica, fa que els liposomes siguin una de les pedres angulars de la nanobiotecnologia. En conseqüència, els liposomes han estat àmpliament establerts com a eines versàtils en un gran nombre d’aplicacions, incloent productes farmacèutics, cosmètics, tecnologia dels aliments, com a models de membranes biològiques, com amplificadors de senyal en ciències analítiques, nanoreactors, eines de diagnòstic i un ampli etcètera. En aquest treball hem demostrar l’ús dels liposomes com a nanoreactors o plantilles per la síntesis de nanopartícules metàl·liques de forma i mida controlada. A més, els liposomes també s’han utilitzat com a models de membrana que imiten la membrana plasmàtica de la cèl·lula per la determinació de la activitat ionòfora de diferents compostos fenòlics dietètics fins al zinc. Per últim, ha estat explorada la capacitat dels liposomes pel transport i la entrega de medicaments amb la finalitat de desenvolupar el potencial dels liposomes, sensibles a la degradació específica per un enzim, com a vehicles de fàrmacs per la encapsulació d’oxaliplatí pel tractament del càncer de colon. En resum, el treball presentat en aquesta tesi doctoral enforteix la visió dels liposomes com eines versàtils que poden ser utilitzades en diferents aplicacions científiques. / Las moléculas lipídicas pueden formar numerosas estructuras supramoleculares gracias a sus propiedades de auto ensamblaje en ambientes acuosos. Una de las estructuras más exploradas, los liposomas, son formados cuando bicapas laminares se curvan produciendo vesículas cerradas con un núcleo acuoso en el interior. Esta particular organización, la cual ofrece ambientes hidrófilos (en el núcleo) e hidrófobos (dentro de la membrana) para poder transportar moléculas polares y apolares, junto con su naturaleza biocompatible, biodegradable y no inmunogenica, hace que los liposomas sean una de las piezas claves en el ámbito de la nanobiotecnologia. En consecuencia, los liposomas han sido ampliamente establecidos como herramientas versátiles en un gran número de aplicaciones, incluyendo productos farmacéuticos, cosméticos, tecnología de los alimentos, como modelos de membranas biológicas, amplificadores de señal en ciencias analíticas, nanoreactores, herramientas de diagnóstico y un amplio etcétera. En este trabajo hemos demostrado el uso de liposomas como nanoreactores o plantillas para la síntesis de nanopartículas metálicas de forma y tamaño controlada. Además, los liposomas también se utilizaron como modelos de membrana que imitan la membrana plasmática de la célula para la determinación de la actividad ionófora de varios compuestos fenólicos dietéticos hacia el zinc. Por último, la capacidad de los liposomas para el transporte y entrega de medicamentos ha sido explorada con el fin de desarrollar el potencial de liposomas que son sensibles hacia la degradación específica por una enzima como vehículos de fármacos para la encapsulación de oxaliplatino para el tratamiento del cáncer de colon. En resumen, el trabajo presentado en esta tesis doctoral fortalece la visión de los liposomas como herramientas versátiles que pueden ser utilizadas en diferentes aplicaciones científicas. / Lipid molecules can form numerous supramolecular structures through their self-assembly properties displayed within aqueous environments. One of the most explored structures, the liposomes, are formed when lamellar bilayers bend into closed vesicles containing an aqueous core inside. This particular structural organization, offering hydrophilic (core) and hydrophobic (within the membrane) environments to carry both polar and non-polar molecules,as well as their biocompatible, biodegradable and non-immunogenic properties, make liposomes as one of the cornerstones of nanobiotechnology. Consequently, liposomes have been extensively established as versatile tools in a large number of applications including pharmaceutics, cosmetics, food technology, models as biological membranes, signal amplifiers in analytical sciences, nanoreactors, diagnosing tools and a wide so on. In summary, the work presented in this doctoral thesis strengthens the view of liposomes as versatile tools that can be used in many different scientific applications. Liposomes were exploited as nanoreactors or templates for the shape and size controlled synthesis of metal nanoparticles. Furthermore, liposomes were used as membrane models that mimic the cell plasma membrane for the determination of zinc ionophore activity of several dietary phenolic compounds. Ultimately, the ability of liposomes to carry and delivery drugs was explored in order to investigate the potential of enzyme-degradable liposomes as drug carriers for the encapsulation of oxaliplatin to effectively enhance its pharmacokinetics for the treatment of colon cancer. In summary, the work presented in this thesis strengthens the vision of liposomes as a versatile tool that can be used in different scientific applications.

Durant el transcurs de la Tesi, s’ha desenvolupat un sistema catalític per reaccions aldòliques altament estereoselectives en flux continu basats en una prolina immobilitzada en una resina de poliestirè. S’ha demostrat la seva aplicació com a catalitzador per a la síntesi de diferents substrats, i la seva utilització en condicions de flux continu va permetre la preparació a mitjana escala d’un conjunt d’adductes aldòlics. A part, s’han preparat diferents aminoàcids primaris ancorats en una resina de poliestirè i s’han utilitzats com a catalitzadors per reacciones enantioselectives del tipus aldòliques i Mannich. De tots els aminoàcids provats, el derivat de treonina és el que va mostrar més eficàcia per les dues reaccions esmentades. A més, amb aquest catalitzador es va poder portar a terme una sèrie de reaccions del tipus Mannich altament enantioselectives en condicions de flux continu. Es va dur a terme eficaçment la inserció de diòxid de carboni a oxirans sota condicions suaus de reacció en presencia d’un derivat del pirogalol immobilitzat en una resina de poliestirè altament reciclable. / Durante el transcurso de la Tesis, se ha desarrollado un sistema catalítico para reacciones aldólicas altamente estereoselectivas en flujo continuo basados en prolina inmovilizada en una resina de poliestireno. Se ha demostrado su aplicación como catalizador para la síntesis de diferentes substratos, y su utilización en condiciones de flujo continuo permitió la preparación a mediana escala de un conjunto de aductos aldólicos. A parte, se han preparado diferentes aminoácidos primarios anclados en resinas de poliéster y se han utilizado como catalizadores para reacciones enantioselectivas del tipo aldólicas y Mannich. De todos los aminoácidos provados, el derivado de treonina era el que mostró más eficacia para catalizar las dos reacciones comentadas. Además, con este catalizador se pudo llevar a cabo una serie de reacciones del tipo Mannich altamente enantioselectivas en condiciones de flujo continuo. Se llevó a cabo eficazmente la inserción de dióxido de carbono a oxiranos bajo condiciones suaves de reacción en presencia de un derivado del pirogalol inmovilizado en una resina de poliestireno altamente reciclable. / During the course of this thesis, a catalytic system for highly stereoselective aldol reactions in continuous operation has been developed based on polystyrene-­‐ supported proline. The applicability to different substrates and the suitability of the flow system for repeated reuse allowing the medium scale preparation of a series of aldol adducts under a single set of reaction conditions has been demonstrated. Furthermore, different polystyrene-­‐supported primary amino acids have been prepared and applied as catalysts for aldol and Mannich reactions. Out of the amino acid derivatives, immobilized threonine shows the best performance in both reactions. With this catalyst, a series Mannich reactions could be conducted under continuous flow conditions. In the presence of a highly recyclable polystyrene-­‐ supported pyrogallol derivative, the insertion of carbon dioxide into oxiranes under mild conditions was accomplished.