En aquest treball es presenta la síntesi ràpida i fàcil de complexos de cobalta- i ferrabis(dicarballur) en estat sòlid. També hem estudiat la influència dels substituents en el rendiment de la reacció per a la síntesi de metal·lacarborans, amb resultats interessants. Un altre subjecte d’aquesta recerca va ser l’obertura de l’anell del derivat d’oxoni del ferrabis(dicarballur) amb grups terminals alquil-, halogen- i tiol, amb rendiments superiors al 80%. Les síntesis dels compostos amb grups halogen o tiol són d’interès particular per la seva posterior incorporació a diferent tipus de plataformes, donant lloc a l’obtenció d’una àmplia varietat de materials nous per aplicacions com, per exemple, funcionalització de superfícies. Un dels objectius principals de la tesi doctoral era la síntesi d’espècies polianiòniques solubles en aigua i amb un elevat contingut en bor, utilitzant anions carboranil com a agents nucleofílics. El camí sintètic estava basat en l’ús del clúster orto-carboranil i els seus respectius derivats (1-Me-orto-carboranil, 1-Ph-orto-carboranil), com a nucleòfils en la reacció d’obertura de l’anell de 1,4-dioxà del compost [3,3’-M-8-(OCH2CH2)2-(1,2-C2B9H10)(1’,2’-C2B9H11)] (M = Co, Fe), per aïllar estructures mono- i di-aniòniques que combinen les espècies [3,3’-M(1,2-C2B9H11)2]- i el clúster closo C2B10H12. Els clústers de carborà closo poden reaccionar amb bases de Lewis donant lloc a un procés de decapitació parcial del clúster, que condueix a l’obtenció d’estructures més obertes, anomenades nido. D’aquesta manera, s’han sintetitzat macromolècules di- i tri-aniòniques. Partint d’aquests clústers nido, es varen sintetitzar nous compostos organometàl·lics polianiònics amb estructures de tipus sandwich, mitjançant una reacció de complexació amb CoCl2 o FeCl2 anhidres. Aquestes macromolècules polianiòniques que contenen Co, Fe o els dos en la mateixa molècula, són solubles en aigua, i per tant, podrien esdevenir candidates importants per a possibles aplicacions en Teràpia de Captura de Neutrons (BNCT), principalment en el tractament de cèl·lules tumorals. Un altre objectiu de la tesi era la reacció d’obertura de l’anell del derivat zwitteriònic del cobaltabis(dicarballur) amb biomolècules, tals com aminoàcids o antibiòtics, a través d’un atac nucleofílic sobre l’àtom d’oxigen carregat positivament. En aquest cas particular, la part corresponent a la biomolècula actuaria com un vector de transport en la BNCT, distribuint el compost de bor en el lloc desitjat (tumor). Tant la presència de les biomolècules com l’augment de la seva solubilitat en aigua, converteixen aquestes macromolècules en compostos altament biocompatibles, i per tant, molt adequades per a aplicacions mèdiques. A més, hem intentat l’obertura de l’anell del derivat d’oxoni [10-(OCH2CH2)2-7,8-C2B9H11] amb nucleòfils del tipus halogen, tiol o caboranil. No obstant això, amb l’excepció de la reacció realitzada amb àcid clorhídric concentrat i amb 1-Me-orto-carboranil, aquestes reaccions varen ser infructuoses. Finalment, hem dut a terme l’ancoratge de compostos prèviament sintetitzats que incorporen grups tiol a diferents plataformes, tals com nanopartícules d’or. En primer lloc, s’han realitzat les síntesis de diferents lligands (neutres i aniònics) per a la funcionalització de les nanopartícules i en conseqüència, per a un millor estudi de les propietats de les nanopartícules resultants. Usant el mercaptocarborà com a agent estabilitzant i borhidrur de sodi com a reductor, hem preparat i caracteritzat nanopartícules d’or de 3 nm. Aquestes nanopartícules exhibeixen propietats úniques pel que fa la transferència de fase i la captació cel·lular. No obstant això, les nanopartícules d’or funcionalitzades amb els altres clústers de bor no posseeixen cap de les propietats descrites anteriorment. Així mateix, hem sintetitzat nanopartícules d’or de 10 nm solubles en aigua, amb propietats noves i interessants. També hem descobert una ruta alternativa per a la preparació de nanopartícules d’or monodisperses, sonicant el mercaptocarborà com a sòlid, amb una solució aquosa de citrat d’or. Usant aquest mètode, després de sonicar durant 22 hores, hem aconseguit la “fragmentació” de les nanopartícules d’or des dels 16 nm inicials fins a uns 3 nm. Per una altra banda, cap dels altres compostos amb bor, neutres o aniònics, varen ser capaços de reduir la mida de les nanopartícules inicials per sonicació. / We report here the fast and easy syntheses of cobalta- and ferrabis(dicarbollide) complexes in solid state. We also studied the influence different substituents on the yield of reaction for the syntheses of metallacarborane species, with interesting results. Another subject of this research was the synthesis of alkyl-, halogen- and thiol-terminated synthons based on the oxonium derivative of ferrabis(dicarbollide) with yields greater than 80%. The syntheses of halogen/thiol-terminated ferrabis(dicarbollide) compounds were of particular interest for their posterior covalent bonding to different platforms, leading to the obtaining of a wide variety of novel materials for new applications, such as surface functionalization. One of the main goals of the doctoral work was the syntheses of boron-enriched water-soluble polyanionic species, by using carboranyl anions as nucleophilic agents. The synthetic way was based on the use of ortho-carboranyl cluster and its respective derivatives (1-Me-ortho-carboranyl, 1-Ph-ortho-carboranyl) as nucleophiles in the 1,4-dioxane ring-opening reaction of [3,3’-M-8-(OCH2CH2)2-(1,2-C2B9H10)(1’,2’-C2B9H11)] (M = Co, Fe) compound to isolate mono- and di-anions of structures combining [3,3’-M(1,2-C2B9H11)2]- and closo-C2B10H12 structural motifs. The closo carborane clusters may react with Lewis bases, yielding more opened structures, known as nido, by a partial deboronation process, giving rise to di- and tri-anionic macromolecules. Starting from these nido clusters, by a complexation reaction with either anhydrous CoCl2 or FeCl2. These polyanionic organometallic compounds with sandwich-like structures containing Co, Fe or both of them within the same molecule are water-soluble and therefore could be important candidates for possible applications in the Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), mainly in the treatment of tumor cells. Another aim of the thesis was the ring-opening reaction of the zwitterionic cobaltabis(dicarbollide) derivative with biomolecules, such as aminoacids and antibiotics via a nucleophilic attack on the positively charged oxygen atom. In this particular case, the biomolecule moiety acts as a transport vector, delivering the boron-containing compound to the desired site (tumor). The presence of the biomolecules as well as the fact that they show increased water-solubility, convert these macromolecules into highly biocompatible compounds, and hence better suited for medical applications. Moreover, we attempted the ring-opening of oxonium derivative [10-(OCH2CH2)2-7,8-C2B9H11] with nucleophilic agents such as halogens, thiol and Me-ortho-carboranyl groups. However, with the exception of the reactions performed with concentrated hydrochloric acid, and Me-ortho-carboranyl, these reactions were not successful. In addition, we have performed the anchorage of previously synthesized compounds bearing thiol groups to different platforms, such as gold nanoparticles. Firstly, the syntheses of various types of capping ligands (neutral and anionic) were performed, for a better study of the resulting nanoparticles properties. Using mercaptocarborane as stabilizing agent, we prepared and characterized 3 nm gold nanoparticles, by reducing with sodium borohydrate. These newly obtained nanoparticles exhibit unique properties regarding phase transfer and cellular uptake. However, the gold nanoparticles functionalized with the other boron clusters did not possess any of the above described properties. Likewise, we have synthesized 10 nm water soluble gold nanoparticles, with new and interesting properties. We also came across an alternative route for the preparation of monodisperse gold nanoparticles, by sonicating the mercaptocarborane thioligand as a solid, with aqueous solution of Au-citrate solution. Using this method, after sonicating for 22 hours, we obtained the “fragmentation” of initial 16 nm gold nanoparticles to about 3 nm. On the other hand, none of the other boron-based compounds, neutral or anionic, were able to reduce the size of the initial nanoparticles by sonication.

Un dels compostos més importants dins de la química dels clústers de bor és un derivat de l'o-carborà, el dianió dicarbollur, que ha pres importància per la seva semblança estructural amb l'anió ciclopentadienur (Cp). La presència d'una cara pentagonal amb capacitat complexant en ambdós lligands ha permès de sintetitzar una sèrie de metal·lacarborans amb estructura sandvitx i semi-sandvitx. Les diferències entre les càrregues globals d'ambdós anions produeix una tendència en el dianió dicarbollur a l'estabilització d'estats d'oxidació alts en el metall que complexa. L'objectiu del present treball és rebaixar la càrrega global del dianió dicarbollur en una unitat, igualant-la a la del Cp, mitjançant la incorporació de substituents catiònics. Els carborans zwitteriònics resultants s'han estudiat com a possibles lligands alternatius al Cp.Primerament, s'han sintetitzat i caracteritzat un grup de carborans zwitteriònics derivats del dianió dicarbollur, en què el grup compensador de càrrega és un catió sulfoni o fosfoni situat en la posició 10 del clúster. A partir de l'estudi de les seves propietats, s'ha aconseguit realitzar la seva termòlisi controlada per obtenir selectivament o bé el corresponent isòmer en que el grup catiònic es troba en la posició 9, o bé el carborà d'estructura tancada C2B9H11.S'ha desenvolupat un mètode per desprotonar eficaçment els lligands zwitteriònics estudiats, i posteriorment s'han sintetitzat i caracteritzat els corresponents complexos d'estructura semi-sandvitx amb ruteni i rodi i trifenilfosfina. S'ha estudiat la seva aplicació com a catalitzadors en diverses reaccions d'acoblament C-C. Hi havia precedents bibliogràfics que suggerien que els complexos de ruteni podrien ésser exitosos. Altrament, la capacitat per trencar enllaços carboni-halogen en el cas dels complexos de rodi va suggerir-ne el seu ús. Ambdues famílies de complexos han mostrat unes excel·lents activitats en la catàlisi de la ciclopropanació d'olefines. Únicament els rutenacarborans han estat actius com a catalitzadors en l'addició de Kharasch pels quals s'ha trobat una relació entre el potencial redox del centre metàl·lic i l'activitat mostrada; els resultats han estat excepcionals, sobrepassant els millors catalitzadors disponibles. Finalment tant els complexos de rodi com de ruteni han estat actius en la polimerització ATRP, tot i que en la majoria dels casos el procés de creixement del polímer no es dóna de forma controlada.També s'han sintetitzat una sèrie de complexos de tipus sandvitx amb diversos metalls de transició. Mitjançant l'estudi de les seves propietats electroquímiques s'ha conclòs que aquests lligands tenen una capacitat electrodonadora inferior tant a la del dianió dicarbollur com a la del Cp. S'ha posat al punt un mètode computacional basat en el mètode semiempíric ZINDO/1 per calcular els perfils energètics de la rotació mútua dels clústers complexants en metal·lacarborans de tipus sandvitx. Les dades de les corresponents estructures cristal·lines i les experiències de RMN a baixa temperatura han permès comprovar la validesa tant dels mínims energètics com de les barreres energètiques calculades, respectivament.Finalment, els carborans zwitteriònics monoaniònics han servit de punt de partida per sintetitzar uns nous compostos carboranílics neutres. Mitjançant la síntesi d'un complex de rodi s'ha demostrat la seva capacitat complexant. En conseqüència, aquests lligands neutres presenten una cara pentagonal oberta on hi ha sis electrons, que els fan ser alternatius als lligands arens neutres.The dicarbollide dianion, an o-carborane derivative, is one of the best known compounds among boron cluster chemistry. Its relevance derives from its similarities with the cyclopentadienide anion (Cp). The existence of a pentagonal face with complexing capacity in the dicarbollide has allowed the synthesis of a series of metallacarboranes both with sandwich and semi-sandwich structures. The dicarbollide dianion has shown a tendency towards the stabilization of high oxidation states in the complexed metals mainly due to its dinegative charge. The objective of this work is to reduce the global charge of the dicarbollide dianion in one unit, reaching that of Cp, by incorporating cationic substituents. The zwitterionic carboranes thus obtained have been studied as a possible Cp alternative.Firstly, a group of zwitterionic carboranes derived from the dicarbollide dianion have been synthesized and characterized. Thus, a series of sulfonium and phosphonium cations, which act as charge-compensating groups have been introduced in the 10-position of the cluster. Their controlled thermolysis allowed selective isomerization from 10- to 9-position, or cluster rearrangement to C2B9H11.A method for an efficient deprotonation of the studied zwitterionic ligands has been developed. Afterwards, the corresponding semi-sandwich rhodium and ruthenium complexes with triphenylphosphine ligands have been synthesized and characterized. Their application as catalysts for various C-C coupling reactions has been studied. Both metallacarboranes have shown excellent activities for the catalytic cyclopropanation of olefins. However, only the ruthenacarboranes have been active as catalysts for Kharasch addition, for which a correlation between the redox potential of the metal center and the catalysts activity has been found; results have been outstanding, surpassing the best available catalysts. Lastly, both the rhodium and ruthenium catalysts have been active for ATRP polymerization, even though control over polymer growth has only in some cases been attained.A new series of transition metal sandwich complexes has also been prepared. Their electron donation capacity has been estimated by electrochemical methods. The results have clearly shown that the monoanionic carboranes are less electron donor than the dicarbollide and Cp anions. A computational method based on ZINDO/1 semiempirical method has been set up in order to calculate energy profiles for the mutual rotation of the complexing clusters of sandwich metallacarboranes. The crystal structure data and low temperature NMR experiments have allowed to verify the accuracy of the calculated energetic minima and the energetic barriers, respectively.Finally, the monoanionic zwitterionic carboranes have been used as the starting material for new neutral carboranilic compounds. These new neutral carboranes have a pentagonal face which holds six electrons. Thus, these neutral ligands can be viewed as alternatives to classical arene ligands in transition metal complexes. The first rhodium complex of these neutral ligands has been prepared.

El treball de doctorat s’adreça al desenvolupament de procediments pràctics i realístics per sintetitzar derivats de l’anió cobalta-bis(dicarballur), [3,3’-Co(C2B9H11)2]-, [2] i de l’anió dodecaborat, [B12H12]2-, [1] amb bons rendiments, a fi que els metal·lacarborans i borans puguin ésser provats en catàlisi, transport d’electrons, materials moleculars, captació d’energia solar i emmagatzematge i transport d’hidrogen, entre altres possibles aplicacions. Els mètodes per a generar derivats del [2], i del [1] seran per tant mètodes per a generar enllaços B-C, B-P i B-N. L’alternativa era generar enllaços C-C, C-P i C-N en el cas del [2], òbviament no en el [B12H12]2- pel que les substitucions només poden ésser sobre àtoms de Bor en el clúster. De metal·lacarborans substituïts en els C del clúster ja n’existeixen, encara que la majoria són fets per un procés de construcció a partir del clúster de carborà amb les derivatitzacions adequades i posterior complexació. Pel que fa al clúster [1], s’ha treballat en dues vies diferents. La per-halogenació del clúster i l’intecanvi de cations. El [B12H12]2- s’ha sintetitzat en el nostre laboratori segons un mètode ja descrit a partir del NaBH4 i el iode. La reacció permet obtenir la sal (Et3NH)2[B12H12] amb un rendiment acceptable, tot i que modificant algunes condicions de reacció s’ha millorat notablement el rendiment. La síntesi de (Et3NH)2[B12H12] ens permet tenir independència del mercat dels borans i per tant ens determina com autosuficients en aquest aspecte al llarg de la tesi. El [1] ha estat completament substituït amb iode, és a dir, s’han substituït els 12 B-H per 12 BI. Per per-iodar el clúster, com ja es habitual en el grup d’investigació del que formo part, s’ha emprat una reacció en estat sòlid. El iode i Na2[B12H12] reaccionen a alta temperatura en un forn per tal d’obtenir el producte desitjat. L’eficiència atòmica és un punt a destacar en aquest tipus de síntesi, tot i que en aquest cas el procés de purificació és de relativa dificultat i disminueix significativament el rendiment. El [1] és un dianió, així doncs sempre va combinat amb cations. Aquests cations poden variar molt les propietats físiques i sobretot de solubilitat de l’anió i per tant són determinants a l’hora de establir les bases de la reactivitat del clúster. És interessant doncs, tenir la sal amb diferents cations i estudiar la influència dels cations en la solubilitat del [1]. Aquest procés s’ha dut a terme seguint dues vies: la neutralització de la sal de trietilamoni (metalls alcalins) i l’intercanvi de cations utilitzant resines de bescanvi iònic (metalls alcalinoterris i NH4 +). Algunes de les salts produïdes han estat utilitzades en una recerca sobre el transport i emmagatzematge de l’ hidrogen com a fuel, consorciada amb el departament de física de la UAB. Pel que fa al [2] s’ha treballat en la substitució sobre els àtoms de bor, sobretot sobre els bors 8 i 8’ que són els més susceptibles a reaccionar per mecanismes de tipus EINS, Electrophilically Induced Nucleophilic Substitution. S’ha arribat a substituir els B-H per B-Br, BC, B-P i B-N. Pel que fa a l’halogenació del clúster, el treball es centra en l’estudi de les condicions de síntesi i la caracterització dels derivats bromats de l’anió [2], i de productes d’halogenació mixta d’aquest metal·lacarborà. Per bromar el [2] s’empraren tres metodologies sintètiques diferents: estat sòlid, dissolució i activació per microones. En les reaccions en estat sòlid s’obtenen productes amb un grau de bromació fins al moment mai observat, introduint fins a 10 àtoms de brom. En solució, un exhaustiu estudi dels factors que afecten al grau de bromació indica que l’acidesa del dissolvent és el de major pes; que la temperatura té un paper secundari i que l’excés d’agent bromant és poc significatiu. Pel que fa a l’activació per microones cal dir que és el primer cop que s’utilitza en la síntesi de derivats de metal·lacarborans. Els resultats mostren que la reacció transcorre mitjançant un mecanisme radicalari; la fracció molar de productes varia amb el temps de forma oscil·lant de la mateixa forma que ho fan les reaccions chemical clock, la presència d’un captador de radicals atura la reacció en el compost disubstituït (aquest ja s’obté fàcilment a temperatura ambient per efectes tèrmics). Els productes d’halogenació mixta, que no s’havien descrit mai sobre el [2], s’han obtingut al bromar en dissolució o per activació per microones el derivat ja iodat, Cs[8-I-3,3’-Co(C2B9H11) (C2B9H10)], [3]. En dissolució, a alta temperatura, es pot arribar a trencar l’enllaç B-I i substituirlo per un B-Br (fet que no ens interessa per obtenir productes d’halogenació mixta), per aquest motiu es treballa a 0 ºC i s’obté el producte que conté un àtom de iode i tres de brom. Amb activació per microones, s’obté en 5 minuts el derivat [8,8’-I,Br-3,3’-Co(C2B9H11)2]- de forma pura. L’acoblament B-C s’ha aconseguit utilitzant tres metodologies diferents: reacció d’acoblament en presencia de complexos de pal·ladi, Li+ com a mediador de l’acoblament i reacció catalitzada per l’àcid de Lewis AlCl3. L’acoblament B-C en presència de pal·ladi s’ha fet utilitzat les mateixes condicions que en la reacció de Heck de la química orgànica. Tot i que aquesta reacció es pròpiament utilitzada per formar acoblaments C-C, s’ha utilitzat amb èxit per aconseguir l’enllaç B-C al [2]. Les condicions impliquen l’ús d’un 5-10% molar d’un catalitzador de pal·ladi, PdCl2(PPh3)2, un co-catalitzador, CuI, una base, lutidina, el dissolvent apropiat, en el nostre cas DMF, i un alquè com a reactiu. Seguint doncs el procediment habitual en la química orgànica es parteix d’un derivat iodat, en aquest cas del derivat [3], i se l’acobla a un alquè. El derivat [3] s’obté de forma fàcil i amb rendiment quantitatiu al fer reaccionar el [2] amb dos equivalents de iode en etanol. El Cs[3] reacciona de forma anàloga a la química orgànica per donar els derivats esperats. Tot i això, quan es fa la reacció amb estirens substituïts amb halògens o alquils s’observa una doble substitució a partir d’un únic B-I. Així doncs hi ha dos tipus de substitució diferent, en una hi participa un B-I i en l’altre un B-H. Aquest fet és nou i es refereix al cas on un B-H es activat directament per l’apropament del Pd al clúster. A fi d’estudiar-ne les causes s’han emprat càlculs teòrics per entendre millor el mecanisme de reacció. La formació de l’enllaç B-C també s’ha aconseguit sense necessitat de l’ús d’un metall de transició. En aquest cas, el Li+ facilita l’acoblament B-C a partir d’un B-I i un organolitiat, sense cap tipus de catalitzador de metall de transició. La reacció és ràpida i senzilla, tot i que el mecanisme de la reacció no és gens trivial. La reacció consisteix en afegir 3.5 eq. d’un organolitiat sobre el Cs[3] en THF a 0ºC i deixar la reacció durant 2,5h. En aquest moment l’enllaç B-C s’ha donat i tenim un nou compost. Per tal d’entendre el mecanisme de reacció s’han fet diferents experiments de RMN. A l’ afegir el litiat es duu a terme un espectre de 1HNMR i un de 2H-NMR del producte intermedi els quals indiquen que no hi ha desprotonació, fet que sí que succeeix al treballar amb [2]. Així doncs el liti no interacciona amb els Cc-H del clúster com en el [2] sinó que actua d’una altra forma. Per saber com interacciona aquest Li+ amb el metal·lacarborà s’ha treballat amb 7Li-RMN. A partir de l’espectre s’ha pogut determinar que l’ ió liti intervé en la reacció formant un intermedi que no té res a veure amb el organolitiat de partida ja que el valor de  i forma de l’espectre de 7Li-NMR de l’intermedi no tenen res a veure amb els organolitiats de partida. S’observen dues bandes amples (en lloc d’una d’estreta com al n-BuLi, per exemple) a camp positiu (els organolitiats i el litiat del [2] ho fan a camp negatiu) que indiquen l’acoblament amb un àtom amb espín superior a ½, així doncs el Li+ s’acobla amb el Iode i el B, i facilita l’enllaç B-C. La tercera reacció per aconseguir l’enllaç B-C es fa partint directament del [2]. Ja es conegut que aquest reacciona amb nucleòfils en presència d’un electròfil. En aquest cas el AlCl3 és utilitzat com a àcid de Lewis i com a nucleòfil un producte aromàtic; per aquest fet ens pot recordar la reacció de Friedel-Crafts on els B-H actuarien de forma similar als C-X de l’halur d’alquil o de l’halur d’acil de la reacció. Però altre cop cal remarcar que no generem un nou enllaç C-C sinó un B-C, així doncs no la podem nomenar pròpiament reacció de Friedel-Crafts. En aquesta reacció és molt important que el AlCl3 sigui anhidre i que es treballi en condicions completament anhidres, la presència de qualsevol traça d’aigua indueix la formació d’enllaços B-Cl que en aquest cas disminueixen el rendiment i obliguen a un tractament de purificació per cromatografia. El resultat d’aquesta reacció es una doble substitució del [2] amb un únic anell aromàtic, és a dir, els dos reactius es veuen doblament substituïts. Si es deixa que la reacció evolucioni es forma un nou anell derivat de l’extrusió d’un carboni de l’anell aromàtic doblement substituït, obtenint-ne un producte que ha perdut la aromaticitat inicial. Es possible que aquest inesperat producte no pugui ser aplicat amb finalitats de captació de llum o de transport electrònic de càrregues. Tot i això, el derivat amb extrusió d’un carboni es d’interès per tal d’estudiar el mecanisme d’aquesta extrusió i saber el perquè es dona. La formació de l’enllaç B-P amb un fòsfor amb possibilitat de coordinació en el [2] era un tema de molt interès i no solucionat en la química dels metal·lacarborans. En el moment de començar aquesta investigació hi havia diferents salts quaternàries amb enllaç B-P però cap d’elles podia ser utilitzada com a lligand per la manca d’un parell d’electrons lliure sobre el fòsfor. Per arribar al producte desitjat es van buscar diferents mètodes de síntesi: acoblaments B-P amb metalls com a catalitzadors, activació amb iniciadors de radicals, activació per microones i reaccions en tub segellat sota buit. Els dos primers mètodes no van oferir-nos el producte desitjat, tot i que en alguns casos s’obté l’enllaç B-P però amb un fòsfor quaternari. En el forn microones, s’observa una petita proporció dels productes desitjats partint de ClPPh2 i [2] a 180ºC en absència de dissolvent, tot i que el producte obtingut és la fosfina oxidada. La reacció que ens va dur al producte desitjat es va fer en tub segellat i al buit, evitant per tant la presencia d’oxigen. Al forn a 180ºC s’obté el producte [8-PHPh2-3,3’-Co(C2B9H11) (C2B9H10)], [30], que caldrà processar per tal d’obtenir-lo pur. A l’estudiar el mecanisme de reacció s’observa que la driving force de la reacció es la precipitació de CsCl. La reacció no succeeix si partim de la sal de NMe4[X ja que el NMe4Cl és soluble en ClPPh2. Com a producte de reacció obtenim una fosfina amb quatre substituents, un d’ells un protó que amb NaH es desprotona originant per tant un parell d’electrons lliure sobre el fòsfor. Així doncs tenim una fosfina protegida enfront l’oxidació al aire gràcies al protó i que al desprotonar-se pot ser utilitzada com a lligand per la formació de complexos. El mateix es va fer amb la ClPiPr2 i la ClPcyclohexyl2 amb resultats similars, tot i que els rendiments són inferiors perquè les alquil fosfines son més fàcils d’oxidar, a més en el processat hi ha una separació cromatogràfica que es fa en presència d’aire, i per tant oxigen. La fosfina [30] s’ha fet reaccionar amb complexos d’or i rodi. Amb aquest darrer metall s’ha sintetitzat el complex de rodi que per la seva estructura pot ser utilitzat en hidroformilació catalítica. Per veure les possibilitats d’aplicació en catàlisi, s’ha establert una col·laboració amb el Departament de Química-Física i Inorgànica de la URV i es veu que pot ser utilitzada amb bons resultats en hidroformilació catalítica assimètrica. L’enllaç B-N és conseqüència directe de l’obtenció de l’enllaç B-P i de l’estudi del seu mecanisme de formació. Aquest producte poden ser aplicats a posteriori en diferents sistemes amb diferents tipus d’aplicacions. Aquests productes i les seves aplicacions estan pendents de patentar i per tant no poden ser exposats en aquest treball

La recerca recollida en aquest manuscrit es centra en els metal·lacarborans cobalta i ferrabisdicarballur ([3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]-, [1]-; i [3,3’-Fe(1,2-C2B9H11)2]-, [2]-, respectivament), compostos aniònics i redox reversible, emprats com a punt de partida i objectiu final. El primer capítol de la Tesi es basa en la cerca d’una estratègia per funcionalitzar regioselectivament una plataforma simple amb diferents tipus de metal·lacarborans ([1]- i [2]-), amb bons rendiments i de fàcil purificació. Per assolir aquest objectiu, s’ha optat per una ruta sintètica neta, amb bons rendiments i eficient: la síntesi malònica i l’acetoacètica. Seguint aquest procediment, s’ha obtingut l’homo i heterosubstitució, obtenint per primera vegada una plataforma heterofuncionalitzada amb [1]- and [2]-, amb alts rendiments. El segon apartat de la Tesi es refereix a les propietats electroquímiques dels metal·lacarborans. La determinació i modulació del potencial redox de metal·lacarborans funcionalitzats, mitjançant la voltamperometria cíclica, ha estat abastament estudiada aquí. El E1/2 de la plataforma de metal·lacarborà ha estat eixamplat fins a 2 V per primera vegada, mitjançant la iodació seqüencial dels seus vèrtex B-H. A més a més, s’han fet experiments d’electròlisi per intentar entendre i demostrar la reversibilitat i estabilitat dels productes oxidats i reduïts generats, respectivament. Addicionalment, s’ha vist que els metal·lacarborans enllaçats iònicament amb el metil viologen són bons materials polielectrocròmics. Finalment, un últim estudi d’aquest mateix capítol es centra en la capacitat d’inhibició de fluorescència de fluoròfors per part dels metal·lacarborans, així com la influència de la càrrega, E1/2 i configuració electrònica d’aquests en l’eficiència d’inhibició final. La tercera part tracta les interaccions i afinitats iòniques dels metal·lacarborans en solució aquosa. Es centra en molècules amb dues unitats de metal·lacarborà connectades per diferents cadenes polietoxilades (tipus pesa de gimnàs), i la seva habilitat “d’abraçar” diferents cations. En aquest estudi s’han estudiat cations alcalins, essent els de major radi (K+ i Cs+) els més afavorits i els que millor encaixen en els requeriments electrònics i estèrics dels diferents compostos estudiats; mentre que els de menor radi (Li+ i Na+) es veuen clarament desafavorits. Per últim, el quart capítol tracta les interaccions de [1]- i els seu derivat diiodat, [32]-, amb cèl·lules vives. Tenint present la solubilitat en medi aquós i les interaccions d’aquests tipus de compostos, s’han fet estudis de biologia molecular amb cèl·lules de mamífers, amebes i bacteris. Els primers resultats confirmen la penetració dels metal·lacarborans a l’interior de les cèl·lules, produint un arrodoniment instantani de la forma cel·lular. La distribució d’aquest compost a l’interior de les cèl·lules vives és heterogènia, suggerint algun tipus d’interacció amb part específiques de l’interior. Sorprenentment, les cèl·lules en contacte amb els compostos de bor aturen la seva activitat de divisió cel·lular, recuperant-la un cop s’extreu el compost del medi. A més a més, altes concentracions dels metal·lacarborans no maten les cèl·lules, confirmant que aquests no són directament citotòxics. També s’ha demostrat que l’efecte citostàtic és més o menys efectiu en funció del tipus cel·lular estudiat, essent [32]- més potent/eficient que [1]-, en tots els casos. Finalment, no s’han observat modificacions o degradacions químiques dels metal·lacarborans emprats, podent recuperar els compostos de bor al final dels experiments, habilitant-los per a posteriors usos. / The work presented in this manuscript deals with cobalt and ferrabisdicarbollide metallacarboranes ([3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]-, [1]-; and [3,3’-Fe(1,2-C2B9H11)2]-, [2]-, respectively), anionic and redox reversible compounds, used as starting point and final target. The first section of the Thesis is focused on the search for an efficient strategy to regioselectively functionalize a simple platform with different kind of metallacarboranes ([1]- and [2]-), with good yields and easy purification processes. A very clean, high-yield and efficient synthetic pathway has been found: the malonic and acetoacetic ester synthesis. Following this synthetic route, the homo and heterosubstitution has been obtained, achieving for the first time the heterofunctionalization of a single platform with [1]- and [2]-, with high yields. The second chapter of the Thesis is referred to the electrochemical properties of metallacarboranes. The redox potential determination and modulation of the differently substituted metallacarboranes, by means of cyclic voltammetry, has been widely studied here. The E1/2 of the metallacarborane platform has been broadened up to 2 V for the first time, by sequential iodinations of its B-H vertexes. In addition, electrolysis experiments have been carried out, trying to understand and demonstrate the reversibility and stability of the generated reduced and oxidized products, respectively. Moreover, they turned to be good polyelectrochromic materials when coupled with methyl viologen. Furthermore, a last study in this same chapter demonstrates the fluorescence quenching ability of metallacarboranes, and the influence of the charge, E1/2 and electronic configuration of these boron cluster compounds in terms of quenching efficiency. The third section is related to interactions and ionic affinities of metallacarboranes in aqueous solution. This chapter is focused on double metallacarborane molecules connected by different polyethoxylated chains (dumbbell-like), and their ability to “embrace” different cations. In this study, alkaline cations have been tested, being the larger ones (K+ and Cs+) the preferred and the ones that better fit the electronic and steric requirements of the different metallacarborane-dumbbells; while the smaller ones (Li+ and Na+) are clearly less favored. At last, but certainly not least, the fourth chapter deals with the interactions of [1]- and its diiodinated derivative, [32]-, with living cells. Bearing in mind the water solubility and intermolecular interactions of such compounds, molecular biology studies with mammalian cells, amoebas and bacteria have been carried out. The first results confirmed the penetration of metallacarboranes inside living cells, producing an immediate rounding of the cell shape. The distribution of the boron-based compounds inside the cells turned to be heterogenic, suggesting some kind of interaction with specific internal parts of the cells. Strikingly, the cells in touch with the boron compounds stopped their cell division activity, and recovered it once the compound is removed from the medium. Additionally, high loads of the metallacarboranes do not kill cells, confirming that the clusters are not directly toxic. It has also been demonstrated that the citostatic effect is more or less effective depending on the studied cell, but in all cases [32]- turned to be more potent/efficient than [1]-. Besides, no chemical modifications or degradations have been observed on the used metallacarboranes, recovering the original compounds at the end of the experiments, enabling them for further uses.

La conversión de la energía solar en combustibles limpios como el H2 o el MeOH representa uno de los candidatos más prometedores para la sustitución de fuentes de energía basadas en combustibles fósiles. Las celdas solares electroquímicas requieren un catalizador en el ánodo que lleve a cabo eficazmente la oxidación de agua a oxígeno. El trabajo de tesis presentado consiste en un estudio detallado de catalizadores mononucleares de Ru que desempeñan dicha labor y un análisis exhaustivo de las rutas moleculares implicadas en el proceso. Nuestros resultados demuestran que existe un conjunto de complejos con ligandos puente oxo y pasos de reacción que han sido inadvertidos hasta la fecha, más allá del mecanismo propuesto actualmente aceptado.Cabe destacar que la oxidación de los complejos mononucleares produce su paulatina transformación en complejos dinucleares, que funcionan como catalizadores robustos para la oxidación del agua. / Conversion of solar energy into clean fuels like H2 or MeOH represents one of the most promissory candidates in order to replace carbon-based energy resources. The development of a commercially available photoelectrochemical cell for water splitting requires an efficient catalyst on the anode to carry out the oxidation of water to dioxygen. This thesis focuses in the study of mononuclear Ru water oxidation catalysts with a special emphasis in the molecular pathways occurring during the catalytic process. We have achieved strong evidences showing that the current accepted mechanistic proposal is incomplete, thus the oxidation of mononuclear complexes produces a large set of strongly correlated oxo bridge Ru complexes that have remained unnoticed until now. It is worth noting the gradual formation of rugged oxo bridge dinuclearRu water oxidation catalysts from the oxidation of the initial mononuclear complexes.

El compost dímer [{RuCl2(p-cimè)}2] reacciona amb diferents lligands fosfina donant pas a la formació dels compostos monòmers de ruteni(II) [RuCl2(p-cimè)L] on L = PPh2H, PPh2(CH2)xpy (on x = 0 i 1) i PPh2C∫CR (on R = Ph, tBu i p-Tol). Si se'l fa reaccionar amb la fosfina PPh2C∫CPPh2 s'obté el compost d'estequiometria [{RuCl2(p-cimè)}2PPh2C∫CPPh2] on la fosfina actua com a lligand bidentat pont entre dos àtoms de ruteni. Quan es fan reaccionar els compostos [RuCl2(p-cimè)PPh2(CH2)xpy] amb NaBF4 s'obtenen els compostos [RuCl(p-cimè)PPh2py]BF4 i [RuCl(p-cimè)PPh2CH2py]BF4. En aquests compostos la fosfina actua com a lligand quelant P-N.L'estudi cristal·logràfic efectuat confirma les estructures proposades per als compostos [RuCl2(p-cimè)PPh2H], [RuCl2(p-cimè)PPh2py] i [RuCl2(p-cimè)PPh2py]BF4. El compost [RuCl2(p-cimè)PPh2C∫CPh] cristal·litza formant dos tipus de cristalls diferents amb dues estructures pràcticament idèntiques, amb l'única diferència de l'orientació dels anells fenil units directament al fòsfor en relació a l'anell del p-cimè.Els compostos [RuCl2(p-cimè)PPh2py] i [RuCl(p-cimè)PPh2py]BF4 actuen com a catalitzadors de la hidrogenació catalítica de substrats com olefines i alquins. Els rendiments són comparables als obtinguts amb altres catalitzadors malgrat que la cinètica és més lenta.La reacció de Ru3(CO)12 amb la fosfina PPh2py en excés d'àcids carboxílics dóna lloc als complexos dímers de Ru(I) [Ru2(HCOO)2(CO)4(PPh2py)2] i [Ru2(CH3COO)2(CO)4(PPh2py)2] en els quals el lligand carboxilat actua com a lligand pont i la fosfina actua com a lligand terminal. El dímer [Ru2(HCOO)2(CO)4(PPh2py)2] reacciona amb ditiols formant els corresponents complexos [Ru2(S(CH2)xS)(CO)4(PPh2py)2] (on x = 2 i 3) en els quals el lligand ditiolat actua com a lligand pont i la fosfina com a lligand terminal.La reacció de Ru3(CO)12 amb la fosfina PPh2CH2py en presència d'un excés d'àcids carboxílics dóna lloc als complexos monòmers de Ru(II) [Ru(HCOO)(CO)2(PPh2CH2py)]HCOO i [Ru(CH3COO)(CO)2(PPh2CH2py)]CH3COO en els quals els lligands carboxilat i fosfina actuen com a lligands bidentats. El complex [Ru(HCOO)(CO)2(PPh2CH2py)]HCOO reacciona amb el ditiol HS(CH2)2SH donant lloc al compost [Ru(S(CH2)2S)(CO)2(PPh2CH2py)] en el qual els lligands ditiolat i fosfina actuen com a lligands quelants. / El compuesto dímero [{RuCl2(p-cimeno)}2] reacciona con diferentes ligandos fosfina dando lugar a la formación de los compuestos monómeros de rutenio(II) [RuCl2(p-cimeno)L] con L = PPh2H, PPh2(CH2)xpy (x = 0 y 1) y PPh2C∫CR (con R = Ph, tBu y p-Tol). Si se hace reaccionar este dímero con la fosfina PPh2C∫CPPh2 se obtiene el compuesto de estequiometría [{RuCl2(p-cimeno)}2PPh2C∫CPPh2] en el que la fosfina actúa como ligando bidentado puente entre dos átomos de rutenio. Cuando se hacen reaccionar los compuestos [RuCl2(p-cimeno)PPh2(CH2)xpy] con NaBF4 se obtienen los compuestos [RuCl(p-cimeno)PPh2py]BF4 y [RuCl(p-cimeno)PPh2CH2py]BF4. En éstos, la fosfina actúa como ligando quelante P-N.El estudio cristalográfico efectuado confirma las estructuras propuestas para los compuestos [RuCl2(p-cimeno)PPh2H], [RuCl2(p-cimeno)PPh2py] y [RuCl2(p-cimeno)PPh2py]BF4. El compuesto [RuCl2(p-cimeno)PPh2C∫CPh] cristaliza formando dos tipos de cristales diferentes con dos estructuras prácticamente idénticas, con la única diferencia de la orientación de los anillos fenilo unidos directamente al fósforo en relación al anillo del p-cimeno.Los compuestos [RuCl2(p-cimeno)PPh2py] y [RuCl(p-cimeno)PPh2py]BF4 actúan como catalizadores de la hidrogenación catalítica de substratos como olefinas y alquinos. Los rendimientos son comparables a los obtenidos con otros catalizadores aunque la cinética es más lenta.La reacción de Ru3(CO)12 con la fosfina PPh2py en exceso de ácidos carboxílicos da lugar a los complejos dímeros de Ru(I) [Ru2(HCOO)2(CO)4(PPh2py)2] y [Ru2(CH3COO)2(CO)4(PPh2py)2] en los que el ligando carboxilato actúa como ligando puente y la fosfina actúa como ligando terminal. El dímero [Ru2(HCOO)2(CO)4(PPh2py)2] reacciona con ditioles formando los correspondientes complejos [Ru2(S(CH2)xS)(CO)4(PPh2py)2] (x = 2 y 3) en los que el ligando ditiolato actúa como ligando puente y la fosfina como ligando terminal.La reacción de Ru3(CO)12 con la fosfina PPh2CH2py en presencia de un exceso de ácidos carboxílicos da lugar a los complejos monómeros de Ru(II) [Ru(HCOO)(CO)2(PPh2CH2py)]HCOO y [Ru(CH3COO)(CO)2(PPh2CH2py)]CH3COO en los que los ligandos carboxilato y fosfina actúan como ligandos bidentados. El complejo [Ru(HCOO)(CO)2(PPh2CH2py)]HCOO reacciona con el ditiol HS(CH2)2SH formando el compuesto [Ru(S(CH2)2S)(CO)2(PPh2CH2py)] en el qual los ligandos ditiolato y fosfina actúan como ligandos quelantes. / The dimeric compound [{RuCl2(p-cymene)}2] reacts with different phosphine ligands to give the monomeric ruthenium(II) compounds [RuCl2(p-cymene)L] with L = PPh2H, PPh2(CH2)xpy (x = 0 and 1) and PPh2C∫CR (with R = Ph, tBu and p-Tol). Reaction with PPh2C∫CPPh2 leads to the compound [{RuCl2(p-cymene)}2PPh2C∫CPPh2], where the ligand acts as a bridge between two ruthenium atoms. When compounds [RuCl2(p-cymene)PPh2(CH2)xpy] react with NaBF4, [RuCl(p-cymene)PPh2py]BF4 and [RuCl(p-cymene)PPh2CH2py]BF4 are obtained. In these compounds, the phosphine ligands act as chelating P-N molecules.The crystallographic study confirms the structures proposed for compounds [RuCl2(p-cymene)PPh2H], [RuCl2(p-cymene)PPh2py] and [RuCl2(p-cymene)PPh2py]BF4. The structure of [RuCl2(p-cymene)PPh2C∫CPh] shows two type of crystalls with practically identical structure. The only difference is the orientation of phenyl rings directly linked to phosphorous.Compounds [RuCl2(p-cymene)PPh2py] and [RuCl(p-cymene)PPh2py]BF4 catalyse the hidrogenation of substrates such as olefines and alkynes. The yields are comparable to those obtained with other catalysts although the kinetics are slower.The reaction of Ru3(CO)12 with PPh2py with an excess of a carboxylic acid leads to the dimeric Ru(I) complexes [Ru2(HCOO)2(CO)4(PPh2py)2] and [Ru2(CH3COO)2(CO)4(PPh2py)2] in which the carboxylate ligands act as a bridge and the phosphine acts as a terminal ligand. The dimeric compound [Ru2(HCOO)2(CO)4(PPh2py)2] reacts with dithiols forming the corresponding complexes [Ru2(S(CH2)xS)(CO)4(PPh2py)2] (x = 2 and 3) in which the dithiolate ligands act as bridging molecules and the phosphine acts as a terminal ligand. The reaction of Ru3(CO)12 with PPh2CH2py in the presence of an excess of carboxylic acids gives the monomeric Ru(II) compounds [Ru(HCOO)(CO)2(PPh2CH2py)]HCOO and [Ru(CH3COO)(CO)2-(PPh2CH2py)]CH3COO in which carboxylate and phosphine act as bidentate ligands. The complex [Ru(HCOO)(CO)2(PPh2CH2py) ]HCOO reacts with 1,2-ethanedithiol forming the compound [Ru(S(CH2)2S)(CO)2(PPh2CH2py)] where dithiolate and phosphine ligands act as chelating ligands.

El uso de compuestos de paladio(II) para catalizar reacciones de copolimerización de monóxido de carbono y olefinas así como otros tipos de reacciones de formación de enlaces C-C muestra un creciente interés, prueba de ello es el importante numero de publicaciones realizadas en estos últimos años.En catálisis una de las mayores causas de baja productividad es la degradación del catalizador a especies menos activas. Por este motivo se dedican constantemente esfuerzos al diseño de ligandos capaces de estabilizar al catalizador evitando así su degradación. Así por ejemplo, en la reacción de copolimerización de monóxido de carbono y etileno se ha demostrado que modificando los ligandos difosfina 1,2-di(fenilfosfino)etano (dppe) y 1,3-di(fenilfosfino)propano (dppp) mediante la introducción de grupos o-metoxi en los anillos fenilo se observa un aumento importante en la productividad del catalizador. El estudio del efecto causado por la introducción de grupos ometoxi ha sido y es objeto de numerosas publicaciones científicas. En gran parte de ellas se sugiere que el aumento de la productividad es debido a factores tanto estéricos como electrónicos, si bien resulta difícil establecer cual de ellos contribuye en mayor medida.En la primera parte de la tesis se estudia el efecto positivo, en términos de productividad y peso molecular promedio del copolímero obtenido, debido a la introducción de los grupos o-metoxi en los grupos fenilo de los ligandos difosfina dppe y dppp en la reacción de copolimerización de monóxido de carbono y etileno desde un punto de vista catalítico y mecanístico.La segunda parte de la tesis se centra en la exploración de rutas sintéticas sostenibles para la obtención de nuevos ligandos fosfina sulfonato, en la síntesis de nuevos complejos catiónicos, aniónicos y neutros de paladio(II) y de su aplicación en la reacción de copolimerización no alternada de monóxido de carbono y etileno además de en la reacción de formación de enlaces C-C Suzuki-Miyaura.Con la finalidad de conseguir estos objetivos: 1) se han sintetizado nuevos ligandos y nuevos complejos neutros, cationicos y aniónicos de paladio; 2) se han desarrollaron rutas sintéticas alternativas para: 2.1) introducir los grupos ometoxi en los ligandos difosfina dppe y dppp; 2.2) sintetizar nuevos ligandos fosfina sulfonato; 3) se han realizado experimentos catalíticos en diferentes medios de reacción; 4) se han llevado a cabo experimentos de RMN de alta presión.En el capitulo 1 se recoge la literatura básica además de los avances más recientes en la reacciones de copolimerización alternada y no alternada de monóxido de carbono y etileno y en la reacción de formación de enlaces C-C de Suzuki-Miyarura.En el capitulo 2 se discute el efecto de los grupos o-metoxi introducidos en los ligandos difosfina dppe y dppp aplicados en la reacción de copolimerización alternada de monóxido de carbono y etileno. Para ello, se ha usado una ruta sintética alternativa para la obtención de los ligandos difosfina, 1,2-bis(di(2-metoxifenil)fosfino)etano (o-MeO-dppe) y 1,3-bis(di(2-metoxifenil)fosfino)propano (o-MeO-dppp). Estos dos ligandos y sus correspondientes ligandos difosfina (no sustituidos) dppe y dppp se han utilizado en la síntesis de complejos neutros y catiónicos de paladio(II). Estos complejos de paladio se han aplicado para estudiar su comportamiento como precursores catalíticos en la reacción de copolimerización de monóxido de carbono y etileno. Los complejos de paladio sintetizados se ha usado también en la realización de experimentos de RMN de alta presión tanto in situ como operando, estos experimentos nos han facilitado importante información sobre la productividad, la longitud de la cadena polimérica, los intermedios y los "resting states" de la reacción objeto de estudio. Se ha demostrado que los precursores catalíticos de paladio estabilizados con los ligandos difosfina o-MeO-dppe y o-MeO-dppp son más activos y dan lugar a copolímeros de mayor peso molecular que los precatalizadores estabilizados por los ligandos dppe y dppp. Se ha publicado que el uso de 2,2,2-trifluoetanol (TFE) como medio de reacción tiene como consecuencia un aumento de la productividad y de la longitud de la cadena polimérica, en nuestro caso este aumento se ha observado solamente en los precursores catalíticos estabilizados con los ligandos dppe y dppp, mientras que el los precursores catalíticos estabilizados con los ligandos modificados sufrían una disminución en su actividad. Este hecho se ha atribuido a la formación de una red de enlaces de hidrógeno con las moléculas del disolvente (TFE), produciéndose así la congestión del centro metálico y por consiguiente una disminución de la velocidad de propagación.Los estudios mecanísticos han revelado que la cinética de la reacción estudiada se ve afectada por la presencia de lo grupos o-metoxi, se ha visto que la inserción migratoria de las especies paladio(alquil)(CO) limitan la etapa de carbonilación de los beta-quelatos haciendo que el proceso global de copolimerización sea independiente de la presión de monóxido de carbono en el rango de presiones estudiadas (5-30 bar). Las especies paladio(alquil)(CO) responsables de la limitación de la etapa de carbonilación han sido interceptadas y caracterizadas in situ por primera vez.En el capitulo 3, se ha comparado el efecto que el aumento de la rigidez del ligando tiene en la reacción de copolimerización de monóxido de carbono y etileno. Las difosfinas objeto de estudio han sido la rac-2,4-bis(di(2-metoxifenil)fosfino)pentano (o-MeO-bdpp) y la 6,7-bis(di(2-metoxfenil)fosfinil-2,2,4,4-tetra(di-2-metoxifenil)-2l4,4l4-difosfoniumbiciclo[3.1.1]heptano-bis(PF6)(o-MeO-PCP)(PF6)2). Para ello se ha llevado a cabo la síntesis de la nueva difosfina o-MeO-bdpp a través de la ruta sintética descrita en el capitulo 2. Este nuevo ligando se ha utilizado en la síntesis de los complejos neutros [PdCl2(PxP)] y [Pd(OAc)2(P-P)]. Estos complejos de neutros de paladio(II) estabilizados por ambos ligandos difosfina se aplicaron como precursores catalíticos en la reacción de copolimerización de monóxido de carbono y etileno usando como medios de reacción, metanol en el caso de los precursores [Pd(OAc)2(P-P)] o una mezcla de acido acético y agua en el caso de los complejos [PdCl2(P-P)].Los datos obtenidos han revelado que los precursores catalíticos estabilizados por el ligando menos rígido o-MeO-bdpp daban lugar a la producción de copolímeros de mayor peso molecular. Esto resultados se han interpretado en términos de "chain transfer" concluyéndose que esta mayor velocidad de "chain transfer" es debido a las propiedades estéricas y electrónicas del ligando más rígido (o-MeO-PCP)(PF6)2.El capitulo 4 se discuten la síntesis de nuevos ligandos fosfina sulfonato, de nuevos complejos aniónicos y neutros de paladio(II) y su aplicación en la reacción de copolimerización no alternada de monóxido de carbono y etileno además de en al reacción de Suzuki-Miyaura. Los ligandos fosfina sulfonato 2-{bis(o-metoxifenil)fosfino}etanosulfonato (a) y 3-{bis(ometoxifenil)fosfino}propanosulfonato (b) se han preparado a través de unanueva ruta sintética.En al sección 4.1 se han comparado el ligando a y el ligando más rígido 2-{bis(o-metoxifenil)fosfino}bencenosulfonato (c) desde un punto de vista mecanístico y catalítico, para ello se han sintetizado complejos de paladio(II) con ambos ligandos (a y c) y se han aplicado en la reacción de copolimerización no alternada de monóxido de carbono y etileno. Además, con el objetivo de obtener información del poco conoció mecanismo de esta reacción se han llevado a cabo experimentos de RMN de alta presión.De las reacciones catalíticas se ha concluido que el efecto de la rigidez del ligando es importante en este tipo de reacción catalítica, los resultados muestran que con el ligando menos rígido a se obtienen copolímeros de bajo peso molecular debido a una mayor velocidad de "chain transfer", en cuanto a la productividad los precursores catalíticos estabilizados con el ligando más rígido c se mostraron mucho más activos que los estabilizados con a.Los experimentos de RMN de alta presión han evidenciado en ambos casos que las especies beta-quelato son el "resting state" de esta reacción de copolimerización no alternada de monóxido de carbono y etileno catalizada por complejos neutros de Pd(P-O).En la sección 4.2, se han usado con éxito los nuevos ligandos sintetizados a y b en la reacción de Suzuki-Miyaura utilizando como medio de reacción agua y usando tecnología de microondas. Los resultados obtenidos muestran que estos ligandos en combinación con una fuente de paladio son activos en el "cross-coupling" de arilcloruros y arilbromuros con ácidos borónicos. / The interest in the palladium(II)-catalysed copolymerisation reaction of carbon monoxide and ethene as well as other reactions involving the formation of the C-C bond is increasing because of the possibilities of application in synthesis of new products and materials. This interest is reflected in the large number of reports published in recent years.Since catalyst degradation to inactive species, is the major cause of the low productivity, considerable research effort is being made to design diphosphine ligands that can prevent them from degrading. Many papers have shown that the introduction of an o-methoxy substituent on the P-aryl rings of the diphosphine enhances the productivity in comparison with the unsubstituted ligands. It has been suggested that both steric and electronic factors are responsible for the positive effect of the o-methoxy groups on catalyst activity.This thesis focuses on elucidating the effect of the o-methoxy group introduced on the P-aryl rings of the diphosphine ligands in the copolymerization reaction of carbon monoxide and ethene from a catalytic and a mechanistic point of view.In the second part, the thesis focuses on the synthesis of new phosphine sulfonated ligands for the less well known reaction of non-alternating copolymerisation of CO and ethene and the applications of the later ligands in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction in aqueous media.To achieve these objectives, new ligands and neutral, cationic as well as anionic palladium complexes have been synthesised. New alternative synthetic protocols have been developed to: 1) introduce the -OMe group on the P-aryl rings of known and new diphosphine ligands, 2) synthesise new phosphine sulfonated ligands.Catalytic reactions are carried out in different media as well as high pressure NMR experiments in an attempt to better understand the beneficial effect of omethoxy groups and the less well known mechanism of the non-alternating copolymerisation of CO and ethene.Chapter 1 covers the basic literature and most recent development in the alternating copolymerisation of carbon monoxide and ethene, non-alternating copolymerisation of carbon monoxide and ethene and Suzuki-Miyaura crosscoupling >reaction.Chapter 2 discusses the effect of the o-methoxy group on the alternating copolymerisation reaction of carbon monoxide and ethene. Diphosphine ligands 1,2-bis(di(2-methoxyphenyl)phosphino)ethane,1,3-bis(di(2-methoxyphenyl)phosphino)propane are synthesised by an alternative synthetic protocol. Both ligands and their phenyl counterparts for comparative purpose, are used to synthesise neutral and cationic palladium(II) complexes. The complexes are used to catalyse the CO-ethene copolymerisation reaction in either protic or aprotic solvents. In situ and operando high-pressure NMR experiments provide valuable information on catalysis resting states and intermediates. In addition, important steps in the CO/ethene copolymerisation reaction are studied by in situ high-pressure NMR spectroscopy, which helps rationalise the effect of the o-methoxy group.In Chapter 3, the new diphosphine (o-MeO-bdpp) rac-2,4-bis(di(2-methoxyphenyl)phosphino)pentane is synthesised. This ligand is used to synthesise new neutral palladium(II) complexes. The ligand and complexes are fully characterised in solution by multinuclear NMR spectroscopy. This C2-bridged ligand is compared with the C3-bridged ligand and the more rigid ligand bis-cationic diphosphonium-diphosphine 6,7-di(di-2-methoxyphenyl)phosphinyl-2,2,4,4-tetra(di-2-methoxyphenyl)-2l4,4l4-diphosphoniumbicyclo[3.1.1]heptanebis(PF6) (o-MeO-PCP)(PF6)2) in the copolymerisation of CO with ethene in different reaction media in order to compare the effect of backbone rigidity.Chaper 4 deals with the synthesis of new phosphine sulfonated ligands. The ligands are prepared through a new and sustainable synthetic route and used to synthesise new palladium(II) anionic complexes. The later anionic complexes are used in the less well known non-alternating copolymerisation reaction of carbon monoxide and ethene and compared with other phosphine sulfonate ligands that have been applied in this kind of catalysis. In addition, high pressure NMR experiments are carried out in order to go further into the mechanism of this polymerisation reaction.Furthermore, taking advantage of the fact that the new phosphine sulfonated ligands are both water-soluble and air stable, they are successfully applied in palladium-catalysed Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions in neat water in conjunction with microwave heating.

Les metalotioneïnes (MT) són unes proteïnes de baix pes molecular i elevat contingut en residus de cisteïna que es caracteritzen per la seva extremada habilitat para enllaçar tant cations de metalls essencials, com Zn(II) i Cu(I), com de metalls tòxics (Cd(II), Hg(II)).En una primera part d'aquest treball s'analitza la utilització del catió Ag(I) com a sonda del catió Cu(I) en l'estudi de les Cu-MT, i en conseqüència es compara detalladament el comportament d'ambdós metalls enfront la isoforma 1 de MT de mamífer. Aquesta proteïna, així com els seus fragments constitutius a i b, s'ha obtingut per enginyeria genètica amb la finalitat d'assegurar al màxim el seu grau de puresa. L'estudi de la capacitat coordinant de MT 1, aMT 1 i bMT 1 enfront Ag(I) s'ha dut a terme mitjançant tècniques d'espectroscòpia electrònica (CD i UV-Vis) i de masses (ESI-MS). Aquesta darrera tècnica ha requerit la incorporació d'un mètode de separació previ a la determinació de la massa, per tal d'eliminar la presència de tampó a la mostra. L'electroforesi capil·lar (CZE) acoblada a l'ESI-MS ha demostrat ser una bona opció.Amb la finalitat de validar l'acoblament CZE-ESI-MS, en primer lloc s'ha aplicat l'esmentat acoblament a l'estudi del desplaçament del Zn(II) en Zn7-MT 1 per Cd(II) a pH 7, procés ja conegut en les MT de mamífer que procedeix de manera seqüencial i isomorfa. Aquest estudi demostra que la tècnica CZE permet una bona separació del tampó de la solució que conté la proteïna, a la vegada que ofereix una detecció precisa de l'estequiometria de les espècies que coexisteixen en solució. En base a aquests resultats, s'ha seguit en paral·lel -mitjançant CD, UV-Vis i CZE-ESI-MS- la valoració de Zn7-MT 1, Zn4-aMT 1 i Zn3-bMT 1 amb AgClO4 a pH 7.5 i 2.5. Els resultats mostren que al llarg de les valoracions es forma un elevat nombre d'espècies, tant heterometàl·liques AgxZny-MT com homometàl·liques Agx-MT, i que en la majoria dels punts de valoració coexisteixen diverses espècies. També s'ha observat que el zinc exerceix un efecte plantilla en les 3 proteïnes estudiades, ja que el grau d'estructuració d'espècies Ag-MT de la mateixa estequiometria depèn de manera important de que l'espècie inicial sigui Zn-MT o apo-MT. La comparació Ag-Cu permet concloure que els únics casos en què l'ió Ag(I) es podria utilitzar com a substitut de Cu(I) sense causar alteracions estructurals significatives es dóna en les espècies heterometàl·liques M4Zn5-MT i M7Zn3-MT (M= Ag, Cu).En la segona part del treball s'ha estudiat una nova MT de Drosophila melanogaster, denominada MTO, amb l'objectiu de contribuir a un criteri funcional de classificació de les MT en Zn- o Cu-tioneïna. La proteïna MTO, que disposa de 12 Cys en la seva cadena aminoacídica, es biosintetitza com a Zn4-MTO en medis rics en Zn, mentre que en medis enriquits en Cu s'obté l'espècie Cu9-MTO. El conjunt de resultats, tant in vivo com in vitro, permet classificar la MTO com una Cu-tioneïna, es a dir, amb preferència coordinativa respecte aquest metall en medis fisiològics. També, per primera vegada s'han aportat evidències estructurals sobre la participació dels ions clorur en la coordinació d'ions metàl·lics en MT, concretament en les espècies M4-MTO (M = Zn, Cd). / Metallothioneins (MT) are ubiquitous low molecular weight cysteine-rich metalloproteins, which characterize by their extremely high binding abilities towards essential metal cations, such as Zn(II) and Cu(I), as well as toxic cations like Cd(II) and Hg(II). In the first stage of this work the use of Ag(I) as a probe for Cu(I) in Cu-MT studies is analysed, and thus, the behaviour of both metal ions when binding to the mammalian MT 1 isoform has been compared. This protein, as well as their constitutive a and b fragments, was obtained by genetic engineering in order to assure the highest purity degree. The binding abilities of Ag(I) to MT 1, aMT 1 and bMT 1 have been studied by using optical spectroscopy (CD, UV-vis) and mass spectrometry (ESI-MS) techniques. The latter required the use of a separation method previous to the mass determination in order to remove the buffer present in the sample.With the aim of validating the CZE-ESI-MS coupling, we first studied the Zn(II)/Cd(II) replacement in Zn7-MT 1 at pH 7, a well known system in mammalian MT that proceeds by means of a sequential and isomorphous Zn/Cd replacement. This study proves that the previous coupling allow a good separation of the protein from the buffer, while achieving a precise detection of the stoichiometries of the coexisting species in solution. Based on these results, the titrations of Zn7-MT 1, Zn4-aMT 1 and Zn3-bMT 1 with AgClO4 at pH 7.5 and 2.5 were monitored in parallel by CD, UV-vis and CZE-ESI-MS techniques. The results obtained throughout the titration show formation of a high number of heterometallic AgxZny-MT as well as homometallic Agx-MT species. Also, at each titration point, there is coexistence of several species. It has also been shown the Zn template effect in the 3 proteins studied as revealed by the different folding found for the Ag-MT species of the same stoichiometry formed either from Zn-MT or from apo-MT. Comparison of the behaviour of Ag(I) and Cu(I) toward mammalian MT 1 allows us to conclude that the only cases in which the Ag(I) ion can be used as a probe for Cu(I) without causing significant structural alterations are in the heterometallic M4Zn5-MT and M7Zn3-MT (M= Ag, Cu) species.In the second stage of this work, a new Drosophila melanogaster MT, named MTO, has been studied with the aim of contributing to a new functional criterion of classifying MT as Zn- or Cu-thioneins. The MTO protein, which includes 12 Cys residues in the aminoacidic chain, was biosynthesised as Zn4-MTO in a Zn enriched media, while in a Cu supplemented media the Cu9-MTO species was obtained. The overall results, both in vivo and in vitro, allow us to propose classification of MTO as a Cu-thionein, in agreement with the coordination preference shown by the protein toward this metal ion. Furthermore, unprecedented structural evidences showing the participation of chloride ions as ligands of the metal ions in MT is reported. This was found in the case of M4-MTO (M = Zn, Cd) species.

Les metal·lotioneïnes (MT) constitueixen una àmplia família de proteïnes, molt peculiar tant des del punt de vista biològic com des de la perspectiva de la química de coordinació. Es caracteritzen per tenir un baix pes molecular (6-10 kDa) i un elevat contingut en residus de Cys (30%) i en elements metàl·lics, particularment Zn i Cu. Les característiques de les cadenes peptídiques de les MT permeten que aquestes tinguin un paper important en l'emmagatzematge intracel·lular i transport d'ions metàl·lics essencials, així com en la reducció de radicals lliures i d'agents alquilants, i també en el segrestament d'ions metàl·lics tòxics.L'objectiu aquest treball ha estat determinar la capacitat coordinant de la MT de mamífer, concretament de la isoforma 1 de la MT recombinant de ratolí, enfront d'espècies químiques ben conegudes per la seva toxicitat com Hg(II), MeHg+ i Pb(II).La metodologia emprada ha consistit a seguir espectropolarimètricament (dicroisme circular) i espectrofotomètrica (absorció UV-Visible) l'estequiometria i les característiques estructurals de les espècies que es formen al llarg de la valoració de Zn7-MT amb les espècies metàl·liques esmentades. D'altra banda, s'ha estudiat el comportament dels fragments a i b de MT per tal d'obtenir dades complementàries que facilitin la interpretació detallada dels resultats de la coordinació dels ions Hg(II), MeHg+ i Pb(II) a la MT sencera. Ha estat necessari analitzar exhaustivament l'efecte de variables, tals com la temperatura, el pH, el temps d'estabilització i el contraió present en solució, en les reaccions de coordinació metàl·lica d'aquests sistemes.En els resultats obtinguts en les valoracions amb Hg(II), les variables esmentades han estat determinants de la naturalesa de les espècies que es formen. Així, l'estequiometria i l'estructura de les espècies obtingudes a partir de Zn7-MT (pH 7) o d'apo-MT (pH 3), depenen significativament de la força directora de la reacció de complexació (cinètica o termodinàmica) i de la naturalesa dels contraions (Cl- o ClO4-) que acompanyen a les espècies metàl·liques. D'altra banda, la coordinació de Pb(II) a MT dóna lloc a la formació d'una única espècie en un ampli rang de pH (7 - 4,5), l'estructura de la qual depèn del temps d'estabilització. Pel que fa als estudis realitzats sobre el comportament de MT i dels seus fragments a i b enfront de MeHg+ són pioners en l'estudi químic de la coordinació d'aquest ió a aquest tipus de proteïnes.Tots els resultats obtinguts permeten concloure que la isoforma 1 de MT de mamífer és un bon agent detoxificador de Hg(II), MeHg+ i Pb(II). / Metallothioneins (MT) constitute a wide well-defined group of low-molecular-weight cysteine-rich metal-binding proteins, which are totally atypical under a biological and a coordination chemical viewpoint. Their unusual high cysteine content allows these proteins to be considered responsible for metal homeostasis (Zn, Cu) and detoxification of toxic metal ions (Cd, Hg), free radicals and other electrophilic agents.The main aim of this work is to analyse the coordination capability of mammalian MT, specifically that of recombinant mouse MT 1, in the presence of highly toxic chemical species such as Hg(II), MeHg+ and Pb(II).The strategy followed consists of the spectropolarimetric (circular dichroism) and the spectrophotometric (UV-Visible) titrations of Zn7-MT with the above mentioned species together with a detailed analysis of the stoichiometry and the structural features of the successive species formed along the titration. In addition, we have studied the behaviour of the a and b fragments of MT in order to obtain complementary information and thus facilitate the interpretation of the results obtained with the entire protein. A thorough analysis of the effect of some variables, such as temperature, pH, stabilization time and counterions present in solution are fundamental for the study of the metal binding reactions in these systems.We have shown that the previous variables determine the nature of the species formed along the titration. Thus, the stoichiometry and the structure of the species formed from Zn7-MT (pH 7) or apo-MT (pH 3) are highly dependent on the driving force (kinetic or thermodynamic) of the complexation reaction and strongly influenced by the counterion accompanying the metallic species (Cl- or ClO4-). On the other hand, the coordination of Pb(II) to MT affords formation of a single specie in a wide pH range (7 - 4.5) the structure of which depends on the stabilization time. The study of the behaviour of MT and its corresponding a and b fragments in the presence of MeHg+ is pioneer in the field and reveals that the coordination of MeHg+ to MT entails the unfolding of the protein.All the results obtained allow conclusion that mammalian MT 1 binds Hg(II), MeHg+ and Pb(II) very efficiently and in this sense it could be used as a heavy metal detoxification agent.

La Tesi Doctoral aquí presentada s'ha dedicat a l'estudi del comportament de diferents metal·lotioneïnes de diversos organismes envers els ions metàl·lics Zn(II), Cd(II) i Cu(I), amb la finalitat de validar una nova proposta de classificació d'aquestes proteïnes i a l'hora aprofundir en la seva relació estructura/funció.Les Metal·lotioneïnes (MTs) són unes proteïnes de baix pes molecular (3-10 kD) amb un elevat contingut en residus de cisteïna, les quals els confereixen la capacitat d'enllaçar metalls pesants. Si bé se les ha relacionat amb diferents funcions dins l'organisme (destoxificació enfront de metalls pesants, homeòstasi de Zn i Cu, funcions antioxidants i antiapoptòtiques, etc), encara es treballa intensament per determinar la seva funcionalitat específica. Aquest fet ha dificultat la seva classificació, de manera que fins a l'actualitat s'han fet diferents propostes. La més recent es centra en la preferència metàl·lica de les MTs envers els ions essencial Zn(II) i Cu(I). Aquests ions, amb comportaments coordinants clarament diferenciats, probablement determinen estructures diferents per als complexos M-MT, les quals, tenint en compte la relació estructura/funció, segurament porten a funcions diferenciades per a les anomenades Zn- i Cu-tioneïnes.En aquesta Tesi Doctoral es recullen els estudis de la química de coordinació de: la última isoforma de MT de mamífer descoberta, la MT4; d'una MT d'un organisme evolutivament proper als mamífers, en concret la ckMT de pollastre, i d'una MT d'un organisme evolutivament més allunyat a mamífer, en particular la Crs5 de llevat. Addicionalment, s'inclouen els resultats obtinguts durant l'estudi d'aquestes i d'altres MTs d'organismes diferents en presència de lligands no proteics (clorurs i/o sulfurs) en els complexos metall-MT. Els resultats obtinguts en l'estudi de MT4 han permès classificar aquesta MT com una Cu-tioneïna (en contraposició a MT1 que havia estat prèviament classificada com a Zn-tioneïna), de tal manera que MT4 esdevé la primera Cu-tioneïna trobada en organismes superiors. A més, s'ha pogut determinar que les diferències de comportament entre MT4 i MT1 enfront de Cd(II) són degudes als respectius fragments ? (?MT1 i ?MT4), mentre que les seves diferències en l'enllaç a Cu(I) s'han atribuir als respectius fragments ? (?MT1 i ?MT4). També s'ha proposat que MT4 proporciona un entorn de coordinació "particular" per al Cu(I) que MT1 no pot oferir. Així mateix, l'anàlisi espectroscòpica detallada dels camins de reacció de MT1 i MT4 envers Zn(II) i Cd(II) ha proporcionat evidències de la contribució de lligands clorur (Cl-) en l'estabilització de l'estructura dels complexos Cd-MT1 però no en la dels complexos Cd-MT4, Zn-MT1 i Zn-MT4. Totes aquestes característiques diferencials entre MT1 i MT4 suggereixen que probablement MT4 i MT1 presenten funcions fisiològiques diferents en mamífer.Els estudis realitzats amb ckMT han portat a classificar-la com una Zn-tioneïna, però alhora també han permès proposar l'existència d'una gradació entre el caràcter de Zn- i Cu-tioneïna de les MTs. Així, ckMT presenta una capacitat coordinant envers Zn(II), Cd(II) i Cu(I) intermèdia entre les descrites per a MT1 i MT4, amb un comportament envers els metalls divalents més proper al de MT1, però més similar al de MT4 quan enllaça Cu(I). La presència d'un residu de His en l'extrem C-terminal de ckMT li confereix capacitats coordinants especials enfront de Cd(II) que la diferencien de MT1 i MT4. Aquesta His no només coordina Cd(II), sinó que és la responsable de la formació de dímers mitjançant un procés de dimerització mai descrit fins al moment per a MTs.Els resultats obtinguts en l'estudi de Crs5 de llevat han corroborat la gradació entre Zn- i Cu-tioneïnes proposada en el cas de ckMT, de manera que Crs5 podria comportar-se com una Zn-tioneïna en situacions de baixes concentracions de Cu intracel·lular, mentre que actuaria com una Cu-tioneïna en presència de concentracions de Cu significatives. Un altre fet interessant és que en la síntesi recombinant de Crs5 el grau d'oxigenació dels medis de cultiu enriquits en Cu afecta la naturalesa homo- o heteronuclear dels agregats M-Crs5 que se'n recuperen, on M = Zn(II) i/o Cu(I), obtenint-se espècies homometàl·liques Cu-Crs5 si no s'oxigena el medi i complexos heterometàl·lics Zn,Cu-Crs5 per oxigenacions elevades.Molts dels resultats obtinguts en l'estudi de les MTs objecte d'aquesta Tesi així com en els de MTs d'altres organismes han proporcionat al grup de recerca en el marc del qual s'ha realitzat aquest treball indicis de la participació d'un altre lligand no proteic en els complexos M-MT (M = Zn i/o Cd): el lligand sulfur (S2-). Així, com a part d'aquest treball, també s'han dut a terme un seguit d'experiments mitjançant els quals s'ha pogut determinar que totes les espècies recombinants Zn- i Cd-MT estudiades contenen lligands sulfur, obrint així noves i prometedores perspectives, tant estructurals com funcionals, en el camp de les MTs. / The following Thesis has been devoted to the study of the Zn(II), Cd(II) and Cu(I) coordinative abilities of different metallothioneins (MTs) from several organisms, with the purpose of validating a new proposal for MT classification and deepening further into the structure/function relationship of these proteins.MTs are low molecular weight proteins (3-10 kD) with a high cysteine content, which confers them the ability to bind heavy metal ions. Although they have been related to different functions in the organism (heavy metal detoxification processes, Zn and Cu homeostasis, antioxidant and antiapoptotic functions, etc), their physiological function or functions is still a matter of debate and prompts most of the research within this field. This fact has difficultated their classification, and in consequence several models of classification have been proposed. The most recent one is based on the metallic preferences of MTs towards the essential Zn(II) and Cu(I) ions. These ions clearly show different coordinative abilities and must therefore determinate the formation of different M-MT structures. Therefore, when considering the structural/function relationship, these differences in the structure of the M-MT complexes might determine different functions for the so-called Zn- and Cu-thioneins.This work gathers the coordinative abilities of the last mammalian MT isoform discovered (MT4), one MT from an organism evolutionarily close to mammals, which is chicken (ckMT1), and one MT from an evolutionarily distant organism, yeast (Crs5). Additionally, the study of the binding properties of these MTs and others from other organisms has been performed in the presence of non-proteic ligands (chloride and/or sulphide).The results obtained during the study of MT4 have proved that this isoform is a Cu-thionein (in contrast with MT1, which was previously classified as a Zn-thionein), and therefore MT4 is the first Cu-thionein ever reported in high organisms. Furthermore, it has been proved that the differences in Cd(II) coordination between MT4 and MT1 should be assigned to their ? domains (?MT1 and ?MT4), whereas the ? domains (?MT1 and ?MT4) are the responsible for the differences in Cu(I) coordination. It has also been proposed that Cu(I) is bound to MT4 through a "particular" coordination environment that MT1 cannot offer. Moreover, a detailed spectroscopic analysis of the reaction pathways of MT1 and MT4 towards Zn(II) and Cd(II) has gathered evidence for the contribution of chloride (Cl-) ligands in the stabilization of the structures of the Cd-MT1 species, but not in the Cd-MT4, Zn-MT1 and Zn-MT4 species. These differences between MT1 and MT4 isoforms suggest that both isoforms are probably involved in different physiological processes in mammals.The studies performed with chicken MT have shown that ckMT1 exhibits a Zn-thionein behaviour, although there seems to be a gradation between the Zn- and Cu-thionein character in MTs. Thus, the Zn(II), Cd(II) and Cu(I) binding abilities of ckMT are intermediate between those of MT1 and MT4, with a divalent metal ion behaviour closer to MT1, but more similar to MT4 when binding Cu(I). The presence of a His residue at the C-terminal position of its ? domain confers to this protein some special Cd(II) binding abilities which are significantly different from those of MT1 and MT4. This His residue does not only bind to Cd(II) but also is the responsible for dimer formation though a process that has never been described before for MTs.The results obtained with yeast MT (Crs5) have corroborated the gradation between the Zn- and Cu-thionein character already proposed in the study of ckMT1 in such a way that Crs5 could behave as a Zn-thionein when intracellular Cu concentration is low, whereas in the presence of significant Cu amounts in the cell it would behave as a Cu-thionein. Another interesting point relies on the fact that during the recombinant synthesis of Crs5 the amount of dissolved oxygen in the Cu enriched media affects the homo- or heteronuclear nature of the M-Crs5 complexes that are recovered, where M = Zn(II) and/or Cu(I): when the cultures are not oxygenated at all only Cu-Crs5 homometallic species are obtained, whereas Zn,Cu-Crs5 heterometallic complexes are obtained for high oxygenation levels.Many of the results obtained here as well as the results from other people in the same research group working with MTs from other species have shown signs for the participation of another non-proteic ligand in the M-MT species (M = Zn and/or Cd): the sulphide ligand (S2-). Therefore, several experiments have been performed during this PhD that have permitted to prove the presence of sulphide ligands in all the recombinant Zn- and Cd-MT species here analysed. This discovery opens promising new structural and functional possibilities for these special proteins.